JPH03257363A - 超音波探傷装置 - 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 この発明は、鉄鋼製造ラインにおいて鋼材内部に存在す
る欠陥の有無を超音波を利用して検査する超音波探傷装
置に関するものである。

［従来の技術］ 超音波探傷法は、一般に探触子と呼ばれる超音波センサ
ーから超音波を発信し、その超音波を水などの音響伝搬
媒体（接触媒質と呼ぶ。）を介して被検査材中に入射す
るとともに、被検査材中の欠陥からの反射エコーを受信
して欠陥の有無を検知するものであり、被検査材の形状
や寸法などに合わせて種々の装置が用いられており９例
えば特開昭５８−６１４６２号公報には複数の探触子に
よるビレットの超音波探傷方法および装置が開示されて
いる。

第５図は、従来の技術の一例として、角ビレツト用超音
波自動探傷装置の超音波探触子の配置と角ビレツト断面
における超音波ビームの概念を示すものである。

図において、（１）は被検査材である角ビレット（断面
図）　、　（２ａ）〜（２ｄ）は上記の角ビレットの一
面に配置された超音波探触子群で（３ａ）〜（３ｄ）は
それぞれ（２ａ）〜（２ｄ）の各探触子に収納されてい
る振動子、　（４ａ）　〜（４ｄｌはそれぞれ（３ａ）
　〜（３ｄｌの各振動子が各振動子が発生する超音波の
角ビレット（１）内におけるビームの拡がり（探傷範囲
）を示すものである。また、　　（５ａ）　〜（５ｄｌ
　、　（６ａ）　〜（６ｄｌ　。

（７ａ）〜（７ｄ）はいずれも角ビレットの別の面に配
置されて探触子群を表しており、それぞれが（４ａ）〜
（４ｄ）と同様な超音波ビーム（図においては省略）を
発生ずる。角ビレツト用超音波自動探傷装置では、この
図の紙面に垂直方向に角ビレットが搬送されることによ
って先端から後端までの全長にわたる探傷が実行される
。

第６図は角ビレットの搬送ラインにおける探傷機構の一
例を示したもので、第６図（ａ）は正面図、第６図（ｂ
）は側面図である。図において。

超音波探触子は上部探触子ホルダー（８ａ）および下部
探触子ホルダー（８ｂ）に収納され、被検査材である角
ビレットが搬送されてくると上部追従機構（９ａ）およ
び下部追従機構（９ｂ）を作“動させることによって、
その先端で探触子ホルダー（８ａｌ　（８ｂｌが接材し
後端で離材する動作を繰り返しながら探傷される。

従来の超音波自動探傷装置においては、第５図に示すよ
うに角ビレットの内部欠陥の有無を検査するために２個
々の超音波探触子を角ビレットの各面に並べて配置する
が、角ビレットの平面寸法と探触子の幅とから並べられ
る探触子の数は自ずと制限を受け、−面当りの探触子数
は４個程度となるのが普通である。その場合、角ビレツ
ト内部にできるかぎり未探傷領域が発生しないようにす
るためには２図からも明らかなように個々の探触子の超
音波ビームが一定以上の幅を持って拡がっていることが
必要である。

方７通常の超音波自動探傷装置においては。

超音波探触子から出た超音波ビームが接触媒質を介して
被検査材の中に正常に入射されているかどうかを確認す
るために、被検査材の表面や底面から反射されてくる超
音波エコーのエコー高さのレベルによって判断する。装
置の動作チェック機能や音響結合状態のチェック機能を
具備しており。

対象エコーとしては表面エコーや底面エコーを使用する
ことが多い。また接触媒質の厚さ（水ギャップ）や被検
査材の寸法の変動に対して、できるかぎり未探傷部分が
小さくなるように欠陥検出用ゲートの位置が追従して変
化するように、同じ表面エコーや底面エコーを用いて欠
陥検出ゲート位置のトラッキング機能を持っていののが
普通である。

従来の超音波自動探傷装置においては、鋼材内部にでき
るかぎり未探傷領域が発生しないようにするために、超
音波探触子が発生する超音波ビームはそれぞれが一定以
上の幅を持って拡がっていることが必要である。しかし
ながら、その結果として感度の低下をまねき、探触子か
らの距離が遠くなるにしたがって低下の度合が大きくな
るという問題点があり、特に超音波に対する減衰の大き
い材料などを検査対象とする場合は、　Ｓ−／Ｎ　（信
号対雑音比）が確保できずに小さい欠陥は探傷できない
ということがあった。このような問題に対処するために
９例えば特公昭６３−４４１９５号（超音波探触子のリ
ニア電子走査方法）公報に開示されているように、平面
状に配列した複数個の振動子を隣接するＮ個の振動子を
単位としてこれを順次にずらせながら電子走査して超音
波を送受することで、ビームと等価的に集束させ、Ｓ／
Ｎを向−ヒさせる方法も採用されてきた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の超音波探傷装置において、感度およびＳ／Ｎ向上
のために、平面状に配列した複数個の振動子を同時に駆
動することによって、超音波ビームを拡げないで指向角
を小さくすると、鋼材表面の凹凸や超音波探触子と被検
査材間のギャップ変動などの影響を受けて１表面エコー
や底面エコーのレベルが変動し不安定になりやすい。こ
の発明が解決しようとする課題は、探傷感度の向上は達
成しつつ、装置の動作チェックや音響結合状態のチェッ
ク、欠陥検出ゲート位置のトラッキング機能は安定して
実行することである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波探傷装置は、一つの超音波探触子
の中に複数の振動子および対応する電極を並べて内蔵し
、そのなかの一部であらかじめ定められた数の互いに隣
接した複数電極に同時に電圧を加えることによって２等
価的に大きい一枚の振動子として動作させることで超音
波ビームを細く絞り、感度およびＳ／Ｎの向上を実現す
るとともに、探傷時とは別の時刻において、探傷時より
少ない数または一枚の適当な振動子を使用して超音波を
送受信し、より安定した表面エコーや底面エコーを得て
、装置の動作チェックや音響結合状態のチェック、欠陥
検出ゲート位置のトラッキングを行うようにしたもので
ある。

［作用コ この発明においては、隣接した複数の電極に同時に電圧
を加えることによって９等価的に大きな振動子として動
作させ、結果的に超音波ビームを絞り感度の向上を実現
する超音波探傷装置において、底面エコーや表面エコー
を使用して装置の動作チェックや音響結合状態のチェッ
クおよび欠陥検出ゲート位置の１へラッキングを行う場
合は、探傷時とは別の時刻において、探傷時より少ない
数の適当な振動子を使用して超音波の送受信を行うこと
により、エコーレベルの変動を極力抑制し。

より安定した動作が可能となるようにしたものである。

［実施例］ 第１図は、この発明による一実施例を示したものであり
、同図において（１）は被検査材、（２）は超音波探触
子、　（３ａｌ〜（３ｆ）は超音波探触子（２）に収納
されている振動子、　（４Ａ）〜（４Ｄ）は各振動子群
が発生する超音波ビーム、　（１０ａ）〜（ｌｏｆ）は
それぞれ振動子（３ａ）〜（３ｆ）の電極に接続されて
いる送受信回路、　　（Ｉｌｌは送受信回路（１０）の
中で任意の複数個の回路の送信を任意のタイミングで同
時に駆動すると共に、駆動された振動子からの受信信号
だけを合成して取り出すための送受信選択回路である。

また、Ｌは探触子と送受信回路を接続する同軸ケーブル
でＴは送信指令信号、Ｒは受信信号を示している。

いま、上記のように構成された超音波探傷装置で２時刻
ｔ１において送受信選択回路ｆｉｌｌが送受信回路（ｌ
ｏａ）〜（ｔＯＣ）を選択し、振動子（３ａ）〜（３ｃ
）を同時に駆動するとともに反射してきた超音波を受信
することによって等価的に３倍の面積を持った振動子を
駆動したことと同じとなり、狭ビームの超音波（４Ａ）
を発生させることで、−枚の振動子だけを駆動した場合
よりも高い感度で探傷することが可能となる。

次に時刻ｔ２において、上記と同様に振動子（３ｂ）〜
（３ｄ）を同時に駆動することで超音波ビーム（４Ｂ）
が発生し、以下同じように時刻ｔ３に振動子（３ｃ）〜
（３ｅ）を駆動して超音波ビーム（４Ｇ）が１時刻ｔ４
に振動子（３ｄ）〜（３ｆ）を駆動して超音波ビーム（
４Ｄ）が発生する。このように一定の隣接する振動子を
一定の時間間隔ごとに順次シフトいくことによって、振
動子群から発生ずる超音波が狭ビームのままでつぎつぎ
に移動し、被検査材＋１１を高い感度で万偏なく探傷す
ることができるようになる。

なお、第１図においては、同時に駆動される振動子が３
枚の場合についての超音波ビームが示されているが、そ
の数が４枚や５枚などと異なっても同じ効果が得られる
ことは明らかである。

一方、上記のように構成された超音波探傷装置において
は、超音波の指向角が小さくビームが鋭いために、欠陥
の検出能力は高いが７表面エコーや底面エコーは被検査
材表面の凹凸や被検査材と超音波探触子間のギャップ変
動等の影響を受けやすく不安定となりがちである。−数
的に超音波自動探傷装置においては、振動子から出た超
音波ビムが確実に被検査材に伝わっているかどうかをチ
ェックするために１表面や底面の反射エコーの高さを監
視して正常であることを確認する音響結合状態のチェッ
ク機能や、未探傷領域を小さくするために表面や底面の
反射エコー位置をモニターしながら欠陥検出用ゲートの
位置および範囲を表面や底面にできるかぎり近付けるゲ
ートトラッキング機能を具備しているのが普通である。

そこでこの発明においては、前記の探傷する時刻とは別
の時刻において、探傷時より少ない数の適当な振動子に
電圧を加えることによって指向角の広い超音波ビームを
発生させ、安定した表面反射エコーや底面反射エコーを
得て、音響結合状態のチェックや欠陥検出ゲート位置の
トラッキングを実施するようにしたものである。

第２図はその時の超音波ビームの様子の一例を表したも
のであり、構成は第１図と同様である。

図において、　（４ｂ）は振動子（３ｂ）のみを駆動し
たときの超音波ビームであり、また（４ｅ）は振動子（
３ｅ）のみを駆動したときの超音波ビームを示している
。図示されているように、第１図の場合と比べて超音波
ビームの指向角がひろくなり、安定した表面の反射エコ
ーや底面の反射エコーを得ることができる。また、同様
の効果は、他の振動子を駆動した場合も同じであること
は言うまでもない。

第３図は、この発明による第１図および第２図の超音波
探傷装置の送受信エコーの動作を時系列に示したもので
ある。図において、ＴＩ−Ｔ５は超音波探触子の送信エ
コー、　Ｓｌ−Ｓ５は超音波探触子と被検査材との境界
から反射してくる表面エコーＢ１−８５は被検査材の底
面から反射してくる底面上（１１） （１２） コーである。ここで時刻ｔｌ　、ｔ２．ｔ３．ｔ４にお
いては第１図に示したように、それぞれ３枚の振動子群
がシフトしながら順次駆動され、それぞれ（４Ａｌ　。

（４Ｂｌ　、　（４Ｃ）　、　（４Ｄ）の超音波ビーム
によって探傷が行われる。次に９時刻ｔ５においては第
２図に一つの例として示したように１枚の振動子（第２
図では（３ｂ）または（３ｅｌ）が単独で駆動され、そ
の時の超音波ビーム（第２図では（４ｂ）または（４ｅ
））の安定して表面エコーや底面エコーによって音響結
合状態のチェックや欠陥検出ゲート位置のトラッキング
がおこなわれる。

第４図は、その時の底面エコーによる欠陥検出ゲートの
終端位置のトラッキング動作を例示したもので、ＳＧが
表面エコー検出用ゲート、ＦＧが欠陥検出用ゲートであ
る。いま底面エコーＢ５の位置が何らかの要因によって
Ｂ５′の位置に移動した場合、その移動量に従って、欠
陥検出ゲートもＦＧ（実線）からＦＧ′　（破線）のよ
うに変化し、未探傷領域の発生や底面エコーの誤検出を
極力防止するように制御される。

一方、この発明による超音波探傷装置のように一度に複
数の振動子を同時に駆動するような場合、その中の一枚
の振動子がケーブル断線などの何らかの原因によって不
具合を起こしていても現象としては感度が幾分低下する
のみで気がつかないことが多い。そこで、このような不
具合を事前にチェックし操作者に知らしめることは重要
であり、この発明においては探傷する時刻とは別の適当
な時刻において、各々の振動子に個別に電圧を加え、そ
の時の表面エコーによって感度をチェックすることで断
線などの不具合を検出可能としたものである。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば集束された超音波ビー
ムを順次位置をシフトしながら鋼材に入射できるため、
高い性能で鋼材の検査を行うことができるようになる。

また、今までの説明においては垂直探触子を使用した場
合についてのみ説明したが、鋼材に斜めに超音波を入射
させる斜角探触子についても同様の効果が得られる。

さらに探傷時とは別の時刻において、−枚または探傷時
より少ない数の振動子を駆動することによって、安定し
た表面エコーや底面エコーが採取できるため、それらの
エコーを利用する音響結合状態のチェックや欠陥検出ゲ
ート位置のトラッキング、装置の動作不具合監視などの
各機能の信頼性を向上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による実施例の構成と探傷時の超音
波ビームを示す図、第い２図は同じくこの発明による実
施例において音響結合状態チェック時や装置動作チェッ
ク時および欠陥グー１〜トラツキング時の超音波ビーム
を説明するための図。 第３図はこの発明による第１図および第２図の超音波探
傷装置の送受信エコーの動作を時系列に示した図、第４
図は欠陥ゲートトラッキング動作の一例を示す図、第５
図は従来技術の一例として角ビレツト用超音波自動探傷
装置における超音波探触子の配置と断面における超音波
ビームを示す図、第６図は角ビレットの搬送ラインにお
ける探傷機構の一例を示す図である。 図において、（１）は被検査材、（２）は超音波探触子
、（３）は振動子、（４）は超音波ビーム、（５）〜（
７）は超音波探触子、（８）は探触子ホルダー（９）は
追従機構、　（１０１は送受信回路、　ｆｉｌ）は送受
信選択回路である。 なお１図中同一符号は同一または相当部分を示している
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の振動子およびそれぞれの振動子に対応する
   複数の電極とを内蔵してなる超音波探触子と、上記それ
   ぞれの電極に接続された複数の送受信回路と、上記送受
   信回路の中で任意の複数個の回路の送信部を任意のタイ
   ミングで同時に動作させて上記振動子を駆動するととも
   に、駆動された振動子からの受信信号だけを合成して取
   り出すための送受信選択回路を具備し、上記超音波探触
   子の中のあらかじめ定められた一部の互いに隣接した複
   数電極に同時に電圧を加えることにより、上記複数の振
   動子から発生する超音波ビームを等価的に集束し、その
   集束された超音波ビームを鋼材に入射することによつて
   鋼材の検査を行う超音波探傷装置において、前記の探傷
   する時刻とは別の時刻に探傷時より少ない数の互いに隣
   接する振動子または一枚の振動子を駆動し子、その時の
   鋼材の表面または底面からの反射エコーを用いて超音波
   探触子と鋼材との間の音響結合状態のチェックを行うこ
   とを特徴とする超音波探傷装置。
2. （２）前記の探傷時より少ない数の互いに隣接する振動
   子または一枚の振動子を駆動した時の鋼材の表面または
   底面からの反射エコーのエコー発生位置を検出する手段
   を具備し、その検出した位置に追従するように鋼材中に
   設定された欠陥検出用ゲートの位置を追従制御するよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
   音波探傷装置。
3. （３）前記の探傷する時刻とは別の時刻において、一つ
   の振動子のみを駆動し、その時の超音波探触子の表面か
   らの反射エコーを用いて、各々の振動子の動作および振
   動子に接続された回路の動作のチェックを行うことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置。