JPH0627091A

JPH0627091A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH0627091A
Application number: JP4180082A
Authority: JP
Inventors: Akira Murayama; 章村山; Akio Onimaru; 昭夫鬼丸; Mitsuhiro Hoshino; 充宏星野
Original assignee: JAPAN PUROOBU KK; Tokimec Inc; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JAPAN PUROOBU KK; JFE Engineering Corp; Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】一つの超音波探触子によって、微細な欠陥か
ら一つの振動子の有効ビーム幅を越えるような大きな欠
陥までを精度よくかつ能率的に探傷する。【構成】同一容器２２内に、振動方向がそれぞれ楔２
３ａ〜２３ｃを介して被測定体４の取付面４ａに傾斜す
る方向に設定され、かつ楔の幅方向に配列された複数の
振動子２５ａ〜２５ｃを収納する。さらに、配列された
各振動子の両端に電極２４ａ〜２４ｃ，２６ａ〜２６ｃ
を取付け、かつ各電極に送受信する信号を信号線２７
ａ，２７ｂでもって容器外へ導く。また、いずれか１個
の振動子の両端電極に接続するか又は複数の振動子の両
端電極に並列接続するかを選択する選択スイッチ２９
ａ，２９ｂを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動方向が被測定体の取
付面に傾斜する方向に設定された超音波探触子に係わ
り、特に、同一容器内に複数の振動子を横一列に配列し
た超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば鋼管や鋼板や鋼構造物の溶接部等
の被測定体内に存在する欠陥を検出する欠陥探傷手法の
一つとして超音波探傷法が実用化されている。そして、
この超音波探傷法には、超音波を被測定体の表面に対し
て垂直に入射させる垂直探傷法と、超音波を被測定体の
表面に対して傾斜して入射させる斜角探傷法とがある。
図５は斜角探傷法を採用した超音波探触子および探傷器
を示す模式図である。

【０００３】超音波探触子１はダンパー材が充填された
容器２内に超音波の送信と受信とを行う１枚の振動子３
を楔５の一方面に取付けた構造を有する。楔５の他方面
は鋼板等の被測定体４の取付面４ａに当接するように配
設されている。したがって、振動子３の垂線と取付面４
ａの垂線とのなす角度ｉは楔５の形状によって定まる。
また、振動子３は信号線６ａ，６ｂによって容器２に設
けられたコネクタ７を介して外部の探傷器８に接続され
る。探傷器８内のパルス発生回路９から信号線６ａ，６
ｂを介してパルス信号を振動子３の両端に取付けられた
電極間に印加すると、振動子３から超音波１０が被測定
体４の取付面４ａに対して前述した角度ｉで入射する。
この超音波１０は取付面４ａで屈折されて、被測定体４
の内部へ斜め方向に送出される。

【０００４】被測定体４内を斜め方向に伝播される超音
波１０は例えば被測定体４の反対面（底面）で反射され
る。ここで、被測定体４の内部に欠陥１１が存在する
と、この欠陥１１で超音波１０が反射されるので、反射
された超音波１０は振動子３に入射する。振動子３に入
射した欠陥１１に起因する反射波（エコー）は電気信号
に変換されて受信信号として信号線６ａ，６ｂを介して
探傷器８の受信回路１２で受信される。受信回路１２は
受信信号を検波して、ブラウン管１３へ送出する。受信
回路１２にて検波された受信信号には楔５に対する入射
面で反射された反射波に起因する送信パルス波Ｔと前記
欠陥１１に起因する欠陥波Ｆとが含まれる。ブラウン管
１３は、この送信パルス波Ｔと欠陥波Ｆとを表示する。

【０００５】超音波１０が振動子３から送出されてから
欠陥１１にて反射されて再度振動子３に入射するまでに
要する時間が求まると、超音波１０の被測定体４内の伝
播速度および超音波１０の伝播角度は既知であるので、
欠陥位置（深さ）Ｘが特定される。また、欠陥波Ｆの波
形高さ（エコー高さ）より欠陥規模も類推される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す超音波探触子１においてもまだ次のような課題があ
る。

【０００７】周知の通り、超音波探傷において要求され
る探傷能力は、被測定体４の用途によって種々に異な
る。例えば、被測定体４が鋼管や鋼板や鋼構造物の溶接
部等である場合には、疵の深さｄが被測定体４の厚さｔ
の５％程度で、疵の長さＬがＬ＝２５．４mm（１イン
チ）、又はＬ＝１２，５mm程度の欠陥までを確実に検出
できる探傷能力が要求されている。

【０００８】一般に、一つの振動子３で効率よく探傷で
きる範囲を示す有効ビーム幅（探傷面積）は振動子３の
振動面の寸法に大きく左右される。すなわち、振動面積
が広くなると有効ビーム幅も広くなり、振動面積が狭く
なると有効ビーム幅が狭くなる。したがって、振動面積
が広い振動子を用いると、一度に広い面積に対する探傷
が可能となり、取付面４ａ上における超音波探触子１の
移動回数が少なくなり、探傷作業能率が向上する。ま
た、大きな欠陥もこの有効ビーム幅に入るので、１回の
測定でその位置を把握することが可能である。

【０００９】しかし、図５に示すように、ブラウン管１
３には一つの信号波形しか表示されないので、一度に広
い面積に対する探傷を実施すると、大きな欠陥は確実に
把握できるが、この大きな欠陥に近接する微細な欠陥に
対するエコーが大きな欠陥のエコーに重畳してしまっ
て、区別して把握できない懸念がある。

【００１０】このように、形状の大きい振動子を用いる
と、大きな欠陥を能率的に検出できるが、微細な欠陥に
対する探傷能力が低下する問題がある。

【００１１】一方、振動面積が小さい振動子を用いる
と、１回の探傷面積が小さいので、微細な欠陥を精度よ
く検出できる。また、一度に多数の欠陥に起因するエコ
ーが表示されることはないので、微細な欠陥を見落とす
ことはない。

【００１２】しかし、１回の探傷面積が小さいので、あ
る一定面積の被測定体４を探傷する場合の探傷作業能率
が低下する。

【００１３】このような不都合を解消するために、従来
の超音波探傷手法においては、振動面積が大きい振動子
が組込まれた大型超音波探触子と振動面積が小さい振動
子が組込まれた小型超音波探触子との２種類の超音波探
触子を準備して、要求される探傷能力に応じて、２種類
の超音波探触子を取替えて探傷作業を実施していた。

【００１４】しかし、例えば製品検査ラインにおいて、
製品の納入先の要求する品質保証水準（探傷能力）によ
り、その都度ラインを停止して、探触子を交換していた
のでは、製品検査作業能率が低下し、オンライン生産さ
れる製品全体の生産性が大幅に低下する問題が生じる。

【００１５】例えば、鋼管を探傷するために、円周上に
８８個の超音波探触子が配設された回転型超音波探傷装
置においては、作業員２人で超音波探触子の交換を行う
作業時間は１．５時間も必要であった。

【００１６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、１つの容器内に複数の振動子を横方向に配
設することによって、各振動子単独で又は複数の振動子
を並列に励振することができ、１個の探触子で簡単に有
効ビーム幅を切換えることができ、要求される探傷能力
に応じて、微細な欠陥から大きな欠陥まで精度よく探傷
でき、かつ探傷作業能率を向上できる超音波探触子を提
供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明の超音波探触子は、同一容器内に組込まれ、振
動方向がそれぞれ楔を介して被測定体の取付面に傾斜す
る方向に設定され、かつ楔の幅方向に配列された複数の
振動子と、この配列された各振動子の両端に取付けられ
た電極と、この各電極に送受信する信号を容器外へ導く
複数の信号線とを備えたものである。

【００１８】また、他の発明の超音波探触子において
は、上述した複数の振動子と、複数の電極に加えて、各
電極に送受信する信号を容器外へ導くための一対の信号
線と、容器の外面に露出し、一対の信号線を、いずれか
１個の振動子の両端電極に接続するか又は複数の振動子
の両端電極に並列接続するかを選択する選択スイッチと
を備えている。

【００１９】

【作用】このように構成された超音波探触子であれば、
１つの容器内にそれぞれ楔を介して被測定体の取付面に
対して傾斜する方向に設定された複数の振動子が幅方向
に配設されている。したがって、斜角探触子を形成す
る。そして、各振動子の両側に取付けられた電極から信
号線が容器外へ導出されている。

【００２０】横方向に配列された１個の振動子の両端の
電極にパルス信号を印加すると、この１個の振動子の振
動面積に対応する有効ビーム幅が得られる。この場合、
微細な欠陥も比較的精度よく探傷できる。

【００２１】また、横方向に隣接する複数の振動子の両
端の電極に同時にパルス信号を印加すると、この複数の
振動子の各振動面積を加算した振動面積に対応する有効
ビーム幅が得られる。

【００２２】すなわち、超音波探触子を交換する事な
く、微細な欠陥から大きな欠陥まで精度よく探傷でき
る。

【００２３】また、容器の外面に、１個の振動子を励振
するか、複数の振動子を並列励振するかの選択スイッチ
を設けることによって、超音波探触子外へ導く信号線を
２本に限定できる。したがって、パルス発生回路、受信
回路、ブラウン管等を内蔵した従来の探傷器をそのまま
使用することが可能である。また、選択スイッチで簡単
に有効ビーム幅を切換えることが可能となり、探傷作業
能率が向上する。

【００２４】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２５】図１は実施例の超音波探触子を示す概略構
成図である。図５と同一部分には同一符号が付してあ
る。したがって、重複する部分の詳細説明を省略する。

【００２６】超音波探触子２１を構成するダンパー材が
充填された容器２２内において、下面が鋼板等の被測定
体４の取付面４ａに当接するように配設された３個の楔
２３ａ，２３ｂ，２３ｃが互いの側面が接触するように
横方向に配列されている。そして、各楔２３ａ．２３
ｂ，２３ｃの上面にはそれぞれ電極２４ａ，２４ｂ，２
４ｃを介して振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが取付けら
れている。各振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃの上面には
それぞれ電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃが取付けられてい
る。

【００２７】各振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃの振動面
はそれぞれ矩形形状を有しており、縦長さＡｙは等しい
が、横長さＡｘは中央の振動子２５ｂが両側の振動子２
５ａ，２５ｃに対して約倍の長さに設定されている。し
かし、各振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃの厚さは等し
い。したがって、各振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃの振
動周波数ｆは等しい。

【００２８】この実施例においては、各振動子２５ａ，
２５ｂ，２５ｃの縦長さＡｙは８mmで等しく、横長さＡ
ｘは振動子２５ａ，２５ｃにおいて８mmであり、振動子
２５ｂにおいては１６mmである。また、規格周波数ｆは
５ＭHzである。

【００２９】容器２２の上面には一対の信号線２７ａ，
２７ｂを外部へ導出するためのコネクタ２８、および一
対の選択スイッチ２９ａ，２９ｂが取付けられている。

【００３０】図２は図１に示す超音波探触子２１および
この超音波探触子２１を用いて被測定体４に対する超音
波探傷を実施する探傷器８の電気的構成を示すブロック
図である。各振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃの下側の各
電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃは共通アースとして信号線
２７ａによって共通にコネクタ２８に接続されている。
振動子２５ａの上側の電極２６ａは前記選択スイッチ２
９ａを介してコネクタ２８に接続された信号線２７ｂに
接続されている。また、振動子２５ｂの上側の電極２６
ｂはそのまま信号線２７ｂに接続されている。さらに、
振動子２５ｃの上側の電極２６ｃは前記選択スイッチ２
９ｂを介して信号線２７ｂに接続されている。

【００３１】コネクタ２８はケーブル３０を介して探傷
器８に接続される。なお、この探傷器８の構成は図５に
示した従来の探傷器８と同一構成であり、パルス発生回
路９と受信回路１２とブラウン管１３とで構成されてい
る。

【００３２】このようように構成された超音波探触子２
１において、（１）選択スイッチ２９ａ．２９ｂを開放
した状態で、探傷器８を起動して、パルス発生回路９か
らケーブル３０を介して一対の信号線２７ａ，２７ｂ間
にパルス信号を印加すると、このパルス信号は中央の振
動子２５ｂの電極２４ｂ，２６ｂ間に印加される。

【００３３】その結果、振動子２５ｂがこの振動子２５
ｂの厚みで一義的に定まる周波数ｆ（＝５Ｍhz) で振動
して、周波数ｆの超音波１０が被測定体４に入射され
る。そして超音波１０は被測定体４内を、楔２３ｂの角
度ｉと被測定体４の屈折率とで定まる方向に伝搬する、
被測定体４内を伝播される超音波１０は被測定体４の反
対面（底面）で反射される。ここで、被測定体４の内部
に欠陥１１が存在すると、この欠陥１１で超音波１０が
反射されるので、反射された超音波１０は楔２３ｂを介
して振動子２５ｂに入射する。

【００３４】振動子２５ｂに入射した欠陥１１に起因す
る反射波（エコー）は電気信号に変換されて受信信号と
して信号線２７ａ，２７ｂおよびケーブル３０を介して
探傷器８の受信回路１２で受信される。受信回路１２は
受信信号を検波して、ブラウン管１３へ送出する。ブラ
ウン管１３は受信回路１２にて検波された受信信号に含
まれる送信パルス波Ｔと欠陥波Ｆとを表示する。よっ
て、前述した手法でもって欠陥１１の発生位置（発生深
さ）と波形高さ（エコー高さ）で示される規模とを特定
できる。

【００３５】この場合、被測定体４の取付面４ａにおけ
る有効ビーム幅（探傷面積）は、１個の振動子２５ｂの
振動面積Ｓｂ（＝Ａｘ・Ａｙ＝８×１６ｍｍ²）に対応
した値となる。

【００３６】（２）次に、選択スイッチ２９ａを投入し
て、選択スイッチ２９ｂを開放すると、中央の振動子２
５ｂと右側の振動子２５ａとが並列接続される。したが
って、この状態で、探傷器８内のパルス発生回路９から
パルス信号を出力すると、このパルス信号は中央の振動
子２５ｂと右側の振動子２５ａの各電極２４ｂ，２４
ａ，２６ｂ，２６ａ相互間に同時に印加される。その結
果、各振動子２５ｂ，２５ａが同一周波数ｆでもって同
時に振動される。そして、各振動子２５ｂ，２５ａから
同時に超音波１０が被測定体４へ入射される。

【００３７】各振動子２５ｂ，２５ａで受信された欠陥
１１等に起因するエコーはそれぞれ電気信号に変換さ
れ、合成された状態でケーブル３０を介して探傷器８へ
入力される。この合成された受信信号は受信回路１２に
て受信されて、ブラウン管１３に表示される。

【００３８】この場合、被測定体４の取付面４ａにおけ
る有効ビーム幅（探傷面積）は、２個の振動子２５ｂ，
２５ａの各振動面積Ｓｂ，Ｓａを加算した面積（Ｓｂ＋
Ｓａ）＝（８×１６＋８×８ｍｍ²）に対応した値とな
る。

【００３９】（３）さらに、両方の選択スイッチ２９
ａ，２９ｂを投入すると、全部の振動子２５ａ，２５
ｂ，２５ｃが並列接続される。したがって、この状態
で、探傷器８内のパルス発生回路９からパルス信号を出
力すると、このパルス信号は全ての振動子２５ａ，２５
ｂ，２５ｃの各電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２６ａ，
２６ｂ，２６ｃ相互間に同時に印加される。その結果、
各振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが同一周波数ｆでもっ
て同時に振動される。そして、各振動子２５ａ，２５
ｂ，２５ｃから同時に超音波１０が被測定体４へ入射さ
れる。

【００４０】各振動子２５ａ，２５ｂ，２５ｃで受信さ
れた欠陥１１等に起因するエコーはそれぞれ電気信号に
変換され、合成された状態でケーブル３０を介して探傷
器８へ入力される。この合成された受信信号は受信回路
１２にて受信されて、ブラウン管１３に表示される。

【００４１】この場合、被測定体４の取付面４ａにおけ
る有効ビーム幅（探傷面積）は、全部の振動子２５ａ，
２５ｂ，２５ｃの各振動面積Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃを加算し
た面積（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ）＝（８×８＋８×１６＋８
×８ｍｍ²）に対応した値となる。

【００４２】図３は、図４に示すような、直径６３，５
mm，厚さ５．０mmの鋼管３２の表面に、深さ０．２５m
m，長さ１２．５mmの標準欠陥３３を加工し、実施例の
超音波探触子２１を用いて探傷した結果を示す図であ
る。

【００４３】具体的には、各探触子２５ａ〜２５ｃの各
電極２４ａ〜２４ｃ，２６ａ〜２６ｃからそれぞれ単独
で信号線を取出して、各振動子２５ａ〜２５ｃが標準欠
陥３３を検出した場合の検出感度（エコー高さ）を、超
音波探触子２１を幅方向（鋼管の軸方向）に１mmづつ移
動させた場合において測定している。

【００４４】例えば、最高エコー高さから３ｄＢ低下以
内の範囲を有効ビーム幅（探傷面積）とすると、この有
効ビーム幅は、中央の振動子２５ｂにおいては、１３mm
となり、左右の各振動子２５ａ，２５ｃにおいては、そ
れぞれ４mmおよび６mmとなる。そして、各振動子２５ａ
〜２５ｃを並列接続して同時励振した場合は、これらの
各検出特性を加算した特性となる。

【００４５】したがって、例えば全部の振動子２５ａ〜
２５ｃを並列接続して同時励振した場合には、有効ビー
ム幅（探傷面積）は２３mm近くに拡大される。その結
果、前述した探傷すべき最大疵の長さ２５．４mmに近似
する。よって、このような大きい欠陥を探傷する場合
は、両方の選択スイッチ２９ａ，２９ｂを投入した状態
で探傷すればよい。

【００４６】一方、微細な欠陥を探傷する場合は、有効
ビーム幅を狭く設定した状態で探傷するのが望ましいの
で、１個の振動子のみで探傷すればよい。したがって、
実施例の超音波探触子２１においては、両方の選択スイ
ッチ２９ａ，２９ｂを開放した状態で、中央の振動子２
５ｂのみで探傷すればよい。

【００４７】このように、並列接続された状態でパルス
信号が同時に印加される複数の振動子は加算された振動
面積を要する１個の振動子のように動作する。したがっ
て、容器２２の上面に取付けられた選択スイッチ２９
ａ．２９ｂを切換え操作することによって、この超音波
探触子２１へパルス信号を印加した場合における被測定
体４に対する有効ビーム幅（探傷面積）を３種類に選択
可能である。

【００４８】このように、被測定体４の種類や使用目的
に応じて、探傷能力を簡単に変更できる。例えば、微細
な欠陥まで精度よく探傷する必要がある場合、選択スイ
ッチ２９ａ，２９ｂを開放して、中央の振動子２５ｂの
みで狭い有効ビーム幅で探傷を実施する。

【００４９】また、微細な欠陥の検出が要求されていな
い場合は、最初から、いずれか一方または両方の選択ス
イッチ２９ａ，２９ｂを投入した状態で探傷を行うこと
によって、探傷作業能率を向上できる。

【００５０】特に、多チャンネルの探傷装置や、前述し
た回転探傷装置のように、超音波探触子の取付位置を相
互に交換できない大型の探傷装置において、より一層の
効果を奏することが可能である。

【００５１】また、選択スイッチ２９ａ，２９ｂを超音
波探触子２１側に設け、超音波探触子２１からは図５に
示した従来の超音波探触子１と同様に２本の信号線で探
傷器８に接続可能である。よって、従来の探傷器８をそ
のまま使用できる長所も有する。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波探触
子によれば、１つの容器内に複数の振動子を横方向に配
設し。各振動子の電極から信号線を容器外へ導出してい
る。したがって、各振動子単独で又は複数の振動子を並
列に励振することができるので、１個の探触子で簡単に
有効ビーム幅を切換えることができ、要求される探傷能
力に応じて、微細な欠陥から大きな欠陥まで精度よく探
傷でき、かつ探傷作業能率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる超音波探触子の概
略構成図、

【図２】同実施例超音波探触子および探傷器を示すブ
ロック図、

【図３】同実施例超音波探触子の各振動子における有
効ビーム幅を示す実測図、

【図４】図３に示す実測図を得るために加工された標
準欠陥を示す図、

【図５】従来の超音波探触子および探傷器を示すブロ
ック図、

【符号の説明】

４…被測定体、４ａ…取付面、８…探傷器、９…パルス
発生回路、１０…超音波、１１…欠陥、１２…受信回
路、１３…ブラウン管、２１…超音波探触子、２２…容
器、２３ａ〜２３ｃ…楔、２４ａ〜２４ｃ，２６ａ〜２
６ｃ…電極、２５ａ〜２５ｃ…振動子、２７ａ，２７ｂ
…信号線、２８…コネクタ、２９ａ，２９ｂ…選択スイ
ッチ、３０…ケーブル、３２…鋼管、３３…標準欠陥。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼丸昭夫東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック内 (72)発明者星野充宏神奈川県横浜市中区西竹之丸106番４号ジャパンプローブ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一容器内に組込まれ、振動方向がそれ
ぞれ楔を介して被測定体の取付面に傾斜する方向に設定
され、かつ前記楔の幅方向に配列された複数の振動子
と、この配列された各振動子の両端に取付けられた電極
と、この各電極に送受信する信号を容器外へ導く複数の
信号線とを備えた超音波探触子。
【請求項２】同一容器内に組込まれ、それぞれ振動方
向が楔を介して被測定体の取付面に傾斜する方向に設定
され、かつ前記楔の幅方向に配列された複数の振動子
と、この配列された各振動子の両端に取付けられた電極
と、この各電極に送受信する信号を容器外へ導くための
一対の信号線と、前記容器の外面に露出し、前記一対の
信号線を、前記いずれか１個の振動子の両端電極に接続
するか又は複数の振動子の両端電極に並列接続するかを
選択する選択スイッチとを備えた超音波探触子。