JPH03200061A - 超音波探傷法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、水浸法により試験材の探傷を行う超音波探傷
法に関するものである。

［従来の技術］ 超音波探傷法の代表的なものには、探触子を試駆付に直
接接触させて探傷試験を行う直接接触法と、試験材を水
中において探傷試験を行う水浸法とがある。水浸法は、
特に高速自動探傷に適しており、素材や加工部分の検査
に多く利用されている。第８図は、水浸法を用いて探傷
試験を行う場合の一般的な装置の概略を示している。同
図において、１は液体を入れた容器、２は一対の材料２
ａ及び２ｂを接合してなる試験材、３は探触子、４は探
触子に電子パルスを与えて探触子から超音波を発生させ
、試験材から反射してきた反射エコーを検出して増幅し
た電子パルスに変換する超音波パルサ・レシーバである
。５は超音波パルサ・レシーバ４から出力された信号を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータであり、６は
反射エコーを表すデジタル信号を処理してその結果をブ
ラウン管７に表示させるマイクロコンピュータである。

ブラウン管７での表示態様は、任意である。

探触子３には、焦点を絞ることのできるフォーカスタイ
プの探触子と、焦点を絞らずに超音波を放射するフラッ
トタイプの探触子とがある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記いずれの探触子を用いて探傷試験をおこなっても、
試験材の厚みが増すと、試験材の端部付近の探傷試験の
精度が低下する問題がある。第９図は、一対の材料を接
合した試験材２の接合部の状態をフォーカス・タイプの
探触子３を用いて探傷試験する場合の超音波と反射エコ
ーの状態の変化を示している。なおこの図では、試験材
２を構成する一方の材料２ａのみを示しである。なお符
号８は、探傷試験を行う面即ち測定面であり、この例で
は材料２ａ及び２ｂの接合面に相当する。

第９図において、■の状態では、探触子３から出力され
た超音波の大部分は試験材２に入射しない無効音波とな
っており、また試験材２に入射した超音波の測定面８で
反射した反射エコーの多くが探触子３では検出できない
方向に反射するため、十分に反射エコーを検出すること
ができない。また探触子３が移動して■の状態になって
も、まだ超音波の半部が無効音波となっている。更に探
触子３が移動して■の状態になっても超音波の一部が無
効音波となる。■の状態になって、はぼ端部の影響を受
けずに反射エコーの検出が可能になる。

したがって探触子３で検出した反射エコーに基いて探傷
を行っても、試験材２の端部付近に存在する傷を高い精
度で検出することができない。

第１０図はフラット・タイプの探触子３を用いる場合の
、超音波と反射エコーの状態の変化を示している。この
場合には探触子３が■■の状態では超音波の一部が無効
音波となっている。また、■■の状態のときには、外側
へ広がって探触子３に戻らないはずの超音波が多重反射
（ＭＲ）して探触子３に戻るため反射エコーが大きくな
る。そして■■の状態になってほぼ無効音波も多重反射
の影響も受けずに反射エコーの検出が可能になる。

したがって、探触子３で検出する反射エコーは正確に測
定面の状態を表すことができない。

本発明の目的は、水浸法を用いて探傷試験を行う場合に
、試験材の端部付近の探傷精度を大幅に向上させること
ができる超音波探傷法を提供することにある。

口課題を解決するための手段］ 請求項１の発明では、まず試験材と同じ材料で形成され
重ね合わされた状態で試験材と実質的に同じ形状となり
且つ重合面が試験材の測定面に対応する位置に形成され
る一対の基準材を用意する。

そして一対の基準材を重ね合わせた状態で所定の試験位
置毎に探傷試験を行って各試験位置の探傷データを測定
する。無効音波及び多重反射が発生しない位置の探傷デ
ータの平均値を求め、該平均値と先に求めた試験位置毎
の探傷データとの比から補正係数を求める。試験材につ
いて探傷試験を行い実測探傷データを得る。そしてこの
実測探傷エータに補正係数を乗算するかまたは該実測探
傷データを補正係数で除算して実測探傷データを補正す
る。

補正係数を平均値に対する探傷データの比として求める
場合、即ち補正係数＝平均値／探傷データである場合に
は、乗算を行う。また補正係数がその逆数である場合（
補正係数＝探傷データ／平均値）には、除算を行って実
測探傷データを補正する。

請求項２の発明では、試験材の測定面全体に超音波の反
射面が存在すると仮定し反射パターンに基いて求めた方
程式により試験位置毎に理論探傷データを予め求める。

次に無効音波及び多重反射が発生しない位置の理論探傷
データの平均値を求め、該平均値と試験位置毎の理論探
傷データとの比から補正係数を求める。そして試験材に
ついて探傷試験を行って得た実測探傷データに補正係数
を乗算するかまたは該探傷データを補正係数で除算して
実測探傷データを補正する。

［作　用］ 請求項１の発明において、重ね合わせた一対の基準材に
ついて所定の試験位置毎に探傷試験を行うと、重合面全
体（試験材の測定面全体に対応）に傷がある状態の探傷
データが得られる。本来各試験位置で得られる探傷デー
タは同じでなければならないが、この探傷データには無
効音波及び多重反射の影響か出ている。補正係数は、各
試験位置における無効音波及び多重反射の影響の程度を
、無効音波及び多重反射が発生しない位置（通常は中央
部分の位置）を基準にして表すものである。

そこで試験材について探傷試験を行って得た実測探傷デ
ータに補正係数を乗算するか、または該実測探傷データ
を補正係数で除算すれば、無効音波及び多重反射の影響
を除去することができる。したがって本発明によれば、
試験材の測定面の端部付近の探傷精度を大幅に向上させ
ることができる。

請求項２の発明では、実際に基準材について探傷試験を
行わずに、試験材の測定面全体に超音波の反射面が存在
する（測定面全体に傷がある）と仮定し、反射エコー・
パターンに基いて求めた理論演算式により試験位置毎に
理論探傷データ求めて、補正係数を演算する。このよう
にすれば基準材を用意する必要がなく、試験材の探傷試
験を行うだけで探傷精度を向上させることができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、請求項１の発明の方法を実施するための装置
の構成の一例を示している。実際には、マイクロコンピ
ュータを用いて演算を行うことになる。理解を容易にす
るために、一対の窒化ケイ素セラミックスの接合体の接
合面の状態を探傷試験する場合を例にして説明する。第
２図（Ａ）は、基準材２０として用いる一対のセラミッ
クス２０ａ及び２０ｂと探触子３の関係を示しており、
第２図（Ｂ）は試験材となるセラミックス接合体２０と
探触子３の関係を示している。基準材２０を構成する一
対のセラミックス２０ａ及び２０ｂは、セラミックス接
合体２を構成する一対のセラミックス２ａ及び２ｂと同
じ材料で同じ形状に形成したものである。ちなみに１個
のセラミックスの幅Ｗは１５ｍｍ、高さｈは２０ｍｍで
ある。重ね合わせ面（測定面）８と探触子３との間の距
離りは、フォーカス・タイプの探触子３の焦点が面８に
位置するように定められる。

探傷試験を行う場合には探触子３を、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に
移動可能なロボットで、第３図に示すような移動パター
ンに従って移動させる。本実施例では、０．１ｍｍ間隔
で試験位置を設定し、各試験位置毎に探傷試験を行う。

なおこの間隔は任意であり、さらに精度を高めるために
は、０．０１ｍｍまで間隔を狭めることが可能である。

探触子３を移動させて各試験位置毎に測定した探傷デー
タ（反射波の総和すなわち反射エコー）は、増幅器Ａｍ
ｐで増幅される。なおこの増幅器Ａｍｐは第８図に示し
た超音波パルサ・レシーバ４に内蔵されるものである。

増幅器Ａｍｐの出力は、Ａ／Ｄコンバータ５によりデジ
タル信号に変換される。

まず最初に、第２図（Ａ）に示すように準備した基準材
２０について０．１ｍｍ間隔で探傷試験を行う。各試験
位置毎の探傷データは、第４図に示すようなデータ保存
マトリックス表に準じたメモリ構成を有する基準材探傷
データ・メモリ１０に順次記憶される。全ての試験位置
についての探傷試験が完了した後に、平均値演算手段１
１により無効音波及び多重反射が発生しない位置の探傷
データの平均値（以下単に平均値と言う）を求める。

本実施例では、中央部分の３ｍｍＸ３ｍｍの範囲内に位
置する試験位置の探傷データの平均値を求めている。次
に補正係数演算手段１２で、平均値と試験位置毎の探傷
データとを用いて下記の式（１）で、各試験位置毎の補
正係数を求める。

補正係数＝平均値／試験位置の探傷データ・・・（１）
補正係数演算手段１２で求めた各試験位置における補正
係数を第４図に示したマトリクラス表に準じたメモリ構
成を有する補正係数メモリ１３に記憶させて保存する。

次に第２図（Ｂ）に示す試験材２０について探傷試験を
行う。この探傷試験でも、基準材２０を試験した場合と
同じ探傷パターンで探傷試験を行い、各試験位置におけ
る実測探傷データを試験材探傷データ・メモリ１４に記
憶させる。データ補正演算手段１５は、試験材探傷デー
タ・メモリ１４に記憶されている各試験位置の実測探傷
データに、補正係数メモリ１３に記憶されている対応す
る各試験位置の補正係数を乗算して、補正データを表示
手段１６に出力する。なお補正係数を上記（１）の逆数
にする場合には、実測探傷データを補正係数で除算すれ
ばよい。

表示手段１６での表示態様は任意であるが、画像処理に
より試験結果を表示することもできる。

第５図（Ａ）は、基準材２０をフォーカス・タイプの探
触子で探傷試験したときの探傷データ（基準材探傷デー
タ・メモリに記憶されているデータ）を画像処理して示
している。この画像において、■の部分が測定面（基準
材の重合面）の端部の状態を示しており、■の部分が多
重反射の影響を受けている部分を示しており、■の部分
が無効音波及び多重反射の無い部分を示している。第５
図（Ｂ）は、第５図（Ａ）の画像に補正係数を乗算して
反射エコーを補正した画像を示している。第５図（Ｃ）
は、試験材探傷データ・メモリ１４に記憶された探傷デ
ータを画像処理した画像である。

第５図（Ａ）の画像の傾向から判るように、測定面の端
部付近に傷があっても、反射エコーは小さくなる。した
がって第５図（Ｃ）の画像を見ただけでは、端部周辺に
傷があるか否かを見出すことは困難である。第５図ＣＤ
）は、データ補正演算手段１５により第５図（Ｃ）を補
正した探傷データを画像処理した画像を示している。同
図において■の部分が傷のある欠陥部を示している。補
正係数を用いて補正を行えば、測定面の端部における無
効音波及び多重反射の影響を除去できるため、確実に欠
陥を検出できる。

上記実施例は、フラット・タイプの探触子を用いた場合
にも同様に適用できる。ちなみに第５図（Ｅ）はフラッ
ト・タイプの探触子を用いて基準材２０の探傷試験を行
った場合で、補正を行わないときの反射エコーの画像で
ある。この図から判るように、フラッド・タイプの探触
子を用いた場合でも、測定面の端部付近の反射エコーが
他の部分と比べて小さくなる。また端部から少し中央よ
りでは多重反射の影響でエコーが中央部より大きくなる
。この場合にも本発明を用いれば、無効音波及び多重反
射の影響を除去できる。

上記実施例は、一対のセラミックスの接合体の探傷試験
に本発明を適用した例であるが、本発明は接合部を有し
ないソリッドな一体物の探傷にも利用できる。この場合
には、ソリッドな試験材の測定面に対応する位置に、一
対の基準材の重合面が位置するように基準材を選択すれ
ばよい。その他の点は上記実施例と同じである。

次に請求項２の発明の実施例について説明する。

上記実施例では、補正係数を求めるために、一対の基準
材を用意して、基準材について探傷試験を行う必要があ
った。請求項２の発明は、補正係数を理論的に求めるこ
とを特徴とする。まず第６図に示すように、試験材２の
測定面８全体に超音波の反射面が存在すると仮定して、
予想される反射エコー・パターンに基いて、探触子に反
射される反射エコーの総和を試験位置毎の理論探傷デー
タとして求める。理論方程式をたてる場合には、まず超
音波が液体から固体に当たるときの屈折角と透過率を求
める（第６図の■と■の場合）。この場合には、下記の
方程式Ａグループの（２）ないしく５）の式を用いて求
めることができる。これらの式で用いる記号は第７図に
示す部分の値を示しており、ρは液体の密度、Ｃは液体
音速、ρ１は固体の密度、Ｃ１は固体の横波音波、ＣＪ
２は固体の縦波音速である。

（方程式Ａグループ） 基にして計算を繰り返して行う。

次に方程式Ａグループの計算により求め反射率及び屈折
率で進行する超音波が、固体から液体に当たるまでの反
射率を下記方程式Ｂグループの式（６）　、　　（７）
　　（９）及び（１０）を用いて求める（第６図の■、
■及び■の場合）。ここで反射が複数回に亘る場合には
、反射する毎に反射前の計算結果を次に上記計算から求
めた反射率で進行する超音波が固体から液体に当たると
きの屈折角と透過率とを、上記方程式Ｂグループの（８
）及び（１１）式を用いて求める（第６図の■及び■の
場合）。

次に上記計算結果から求めた屈折率と透過率で液体中に
戻る超音波のうち、探触子に帰ってくるものの総和を求
めて反射エコーとする。このようにして試験位置毎に反
射エコーを求めて理論探傷データとする。そして、無効
音波及び多重反射が発生しない位置の理論探傷データの
平均値を求め、該平均値と試験位置毎の理論探傷データ
との比から補正係数を求めて、これを補正係数メモリに
記憶させておく。以後の試験材の探傷試験及び実測探傷
データの補正は請求項１の発明の実施例と同じであるの
で省略する。

［発明の効果］ 請求項１の発明によれば、基準材を用いて無効音波及び
多重反射の影響を除去する補正係数を求め、実測探傷デ
ータをこの補正係数で補正するようにしたので、試験材
の測定面における端部付近の探傷精度を大幅に向上させ
ることができる。

請求項２の発明によれば、理論的に補正係数を求めるよ
うにしたので、補正係数を決定するために基準材を実測
する必要がなく、試験材の探傷試験を行うだけで探傷精
度を向上させることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１の発明の方法を実施する場合に用いる
装置の一例の概略構成を示すブロック図、第２図（Ａ）
は基準材を探傷試験する場合の条件を説明するための説
明図、第２図（Ｂ）は試験材を探傷試験する場合の条件
を説明するための説明図、第３図は探傷試験を行う場合
の探触子の移動パターンの一例を示す図、第４図はメモ
リのマトリックス表の一例を示す図、第５図（Ａ）〜（
Ｅ）は画像処理結果を説明するための図、第６図は反射
パターンを説明するための図、第７図は（２）式ないし
く１１）式で用いる記号を説明するための図、第８図は
一般的に水浸法を用いて超音波探傷法を実施する場合の
構成図、第９図はフォーカス・タイプの探触子を用いて
探傷試験を行う場合の反射状態を説明するための図、第
１０図はフラット・タイプの探触子を用いて探傷試験を
行う場合の反射状態を説明するための図である。 １・・・容器、２・・・試験材、３・・・探触子、４・
・・超音波パルサ・レシーバ、５・・・Ａ／Ｄコンバー
タ、６・・・マイクロコンピュータ、７・・・ブラウン
管、８・・・測定面、１０・・・基準材探傷データ・メ
モリ、１１・・・平均値演算手段、１２・・・補正係数
演算手段、１３・・・補正係数メモリ、１４・・・試験
材探傷データ・メモリ、１５・・・データ補正演算手段
、１６・・・表示手段、２０・・・基準材。 （Ａ） （Ｂ） 第 ５ 図 （Ｃ） （Ｄ） 第 図 ■ （Ｅ） 手続補正書 （自発） に訂正する。 平成 ２年 ２月１５日 （２） 第１５頁第２行の 「横波音波、 」 を 「横波 音速、」 に訂正する。 ふ（ム 特願平１−３４２３９６号 ２゜ 発明の名称 超音波探傷法 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水浸法により試験材の探傷を行う超音波探傷法に
   おいて、 前記試験材と同じ材料で形成され重ね合わされた状態で
   前記試験材と実質的に同じ形状となり且つ重合面が前記
   試験材の測定面に対応する位置に形成される一対の基準
   材を用意し、 前記一対の基準材を重ね合わせた状態で所定の試験位置
   毎に探傷試験を行って各試験位置の探傷データを測定し
   、無効音波及び多重反射が発生しない位置の探傷データ
   の平均値を求め、該平均値と前記試験位置毎の前記探傷
   データとの比から補正係数を求めておき、 前記試験材について探傷試験を行って得た実測探傷デー
   タに前記補正係数を乗算するかまたは該実測探傷データ
   を補正係数で除算して前記実測探傷データを補正するこ
   とを特徴とする超音波探傷法。
2. （２）水浸法により試験材の探傷を行う超音波探傷法に
   おいて、 前記試験材の測定面全体に超音波の反射面が存在すると
   仮定し反射パターンに基いて求めた方程式により試験位
   置毎に理論探傷データを予め求め、無効音波及び多重反
   射が発生しない位置の理論探傷データの平均値を求め、 該平均値と前記試験位置毎の前記理論探傷データとの比
   から補正係数を求め、 前記試験材について探傷試験を行って得た実測探傷デー
   タに前記補正係数を乗算するかまたは該探傷データを補
   正係数で除算して実測探傷データを補正することを特徴
   とする超音波探傷法。