JPH06331604A

JPH06331604A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH06331604A
Application number: JP5140105A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Miyaji; 勝善宮路; Takashi Shirai; 隆白井; Sadahisa Tomita; 禎久冨田; Teru Morita; 輝森田; Ichio Endo; 市夫遠藤; Hajime Mizunoya; 一水野谷
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】安定した超音波測定ができて検査効率が良く信
頼性も高い超音波検査装置を実現する。【構成】被測定物の基準部位に対応する測定値と超音波
射出面の気泡状態との関係を示す実験式４８ｂ〜４８ｄ
に基づいて決まる閾値４７と、ワーク２０の対応部位に
ついての測定値４６とを比較する比較手段４２と、プロ
ーブ１の超音波射出面に付着した気泡を除去する気泡除
去手段４５と、を備え、気泡除去手段４５による気泡除
去が比較手段４２の比較結果に応じて選択的に行われ
る。これにより、超音波射出面の不所望な気泡を自動的
に検出して除去し、精度の高い測定を継続することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波検査装置に関
し、詳しくは、非破壊で、測定対象である被検体の内部
を超音波により水等の液体中で測定し、その被検体につ
いての探査映像等を表示したり或は内部欠陥についての
合否を判定したりする超音波検査装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波検査装置は、超音波探触子（以
下、プローブ）から射出（発信）された超音波のうち被
検体を透過した或は反射した超音波を測定することによ
り、被検体内部の状態や特性等に関する検査をすること
が非破壊で行える。例えば溶接部品の溶接ラインに沿っ
て内部欠陥について自動検査を行うこと等ができる。こ
の測定に用いられる超音波は、音響インピーダンスの変
化する空隙で反射しやすいという特性を有する。そし
て、この特性に基づいて欠陥測定が行われるという原理
からして、超音波を空気中へ射出して伝達することは困
難である。

【０００３】このため、確実に超音波測定を行うには超
音波伝達用媒体として音響インピーダンスのマッチング
したものが必要とされる。例えば、超音波診断等ではジ
ャム状の特製の媒体（カップラント）がプローブと被検
体との間に用いられる。しかし、そのようなものは価格
が高い上に、取り扱いにも手が掛かる。そこで、溶接部
品の検査等にあっては、検査効率等の観点から水が超音
波伝達用媒体とされ、被検体（以下、ワーク）およびプ
ローブを水に浸した状態で、水を超音波伝達用媒体とし
て、ワークに直接接触することなく測定し得る水浸探傷
法が多用されている。

【０００４】このように水中で測定が行われることか
ら、超音波測定に先だってプローブが水中に入れられる
が、このときの従来の投入手段を図６に示す。（ａ）は
平面型プローブについての、（ｂ）は焦点型プローブに
ついての説明図である。ここで、１はプローブ、１ａは
その超音波射出面、１０は空気、１１は水である。プロ
ーブ１は、初期位置である空気１０中では超音波射出面
１ａが鉛直下方の水面に向けられているのが普通であり
（破線部参照）、通常は特に意識されることもなく、そ
のまま鉛直下方に移動されて水１１中に入る（矢印Ｚ参
照）。そして、水１１中のワーク（図示せず）を超音波
測定することになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の超音
波検査装置では、水浸探傷法が採用され、プローブ１が
水中に入れられる。ところが、水中に入れられた後のプ
ローブ１の表面には、付着力が強くて浮力程度の力では
離脱しない気泡が付着している。超音波射出面１ａに付
着したこのような気泡１０ａは（図６（ｃ）拡大図参
照）、超音波の伝達に悪影響を与えるので、通常は拭き
取り等によって取り除かれるが、付着力の強い微小な気
泡まで除去することは困難である。

【０００６】対策としては、付着力の減少を狙って表面
活性剤の使用等もなされるが、溶解している気体等の成
分が超音波によって発泡するのを抑制すべく純水に近い
水が使用されるので、表面活性剤や親和剤等の混入は制
限される。さらに、場合によってはジェット噴流を吹き
付ける試みもなされるが、それによって引き起こされた
水槽内の渦流等の媒体の乱れによる測定不良や流れが整
定するまでの待時間の増大といった弊害が無視できな
い。一方、超音波測定の精度向上についての要求が高ま
っており、しかも測定時の分解能が基本的には超音波の
波長に依存しているという事情から、測定に使用される
超音波の波長として短い波長のものが使用されることが
増えつつある。

【０００７】しかし、超音波の波長が短かくなり超音波
射出面に付着した気泡の径に近づいたりそれ以下になる
と、気泡によって反射される超音波の割合が急増し、超
音波測定に困難をきたす。このため、しばしば気泡除去
のために処理が中断され、精度の高い測定を連続して行
うことができない。これでは、超音波検査の効率が悪く
て問題である。この発明の目的は、このような従来技術
の問題点を解決するものであって、安定した超音波測定
ができて検査効率が良く信頼性も高い超音波検査装置を
実現することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の超音波検査装置の構成は、液体中に被検体
と超音波探触子とを浸して超音波測定をする超音波検査
装置において、前記被検体を前記超音波探触子で超音波
測定して得たエコーレベル等の測定値のうち前記被検体
の表面等の基準部位についての測定値と所定の閾値との
大小を比較する比較手段と、前記液体中で前記超音波探
触子を動かして前記超音波探触子の超音波射出面に付着
した気泡を除去する気泡除去手段と、を備え、前記閾値
が、前記被検体の基準となる被測定物を前記超音波探触
子に対応する超音波探触子で超音波測定して得たエコー
レベル等の測定値のうち前記被測定物の表面等の前記基
準部位に対応する部位についての測定値とこの測定のと
きの超音波射出面の気泡状態との関係を示す実験式に基
づいて前記超音波探触子について許容される付着気泡の
限界に対応する測定値であり、前記気泡除去手段による
気泡除去が、前記比較手段の比較結果に応じて選択的に
行われるものである。

【０００９】

【作用】このような構成のこの発明の超音波検査装置で
は、気泡除去手段による気泡除去が比較手段の比較結果
に応じて選択的に行われる。これにより、超音波探触子
について許容される付着気泡の限界を超えて超音波探触
子の超音波射出面に多くの気泡が付着すると、このこと
が比較結果として検出され、さらに、気泡除去手段によ
って超音波探触子の超音波射出面に付着した気泡が自動
的に除去される。そこで、いつも超音波探触子の超音波
射出面に不所望に多くの気泡が付着することが無く、こ
の超音波探触子で正確にほぼ連続的に測定が行われる。
したがって、安定した超音波測定ができて検査効率およ
び信頼性が向上する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の構成の超音波検査装置の一
実施例について、図１〜図５を参照しながら説明する。
図１は、主要機能についてのブロック図、図２は、超音
波探触子をスキャンさせるための駆動機構、図３は、超
音波探触子が液体としての水に入るときの説明図、図４
は、超音波探触子が水平な状態に保持されて水中で移動
するときの説明図、図５は、超音波探触子が水中で揺動
するときの説明図である。

【００１１】ここで、１はプローブ径８ｍｍのプローブ
（超音波探触子）、１ａはその超音波射出面、１０は空
気、１１は水である。また、２はプローブ回転機構、３
はＸ軸スキャナ、４はＹ軸スキャナ、５はＺ軸スキャ
ナ、２０は被検体又は被測定物としてのワーク、３０は
パルサレシーバ等からなる探傷器部、４０は装置全体を
制御するコントローラ、５０は波形表示のためのディス
プレイである。

【００１２】コントローラ４０について図１を参照しな
がら説明する。もっとも、主要な構成部分だけを示し、
システム内部やインターフェイス等の詳細は割愛する。
これは、ハードウエア的にはＭＰＵを有するコンピュー
タシステムであり、これには、プローブ１からの超音波
エコーをサンプリングしてコントローラ４０に渡す探傷
器部３０や、サンプリングされた超音波エコーの波形を
表示するディスプレイ５０、その他キーボード等（図示
せず）が、接続されている。

【００１３】コントローラ４０は、ソフトウエア的には
コントロールプログラムを有する。なお、図１における
コントローラ４０のブロック内にこのプログラムの概要
フローチャートを実線で示し関連するデータについては
破線で示す。このプログラムは、探傷器部３０を制御し
てそのサンプリングデータを入力する測定処理４１と、
測定値４６と閾値４７とを比較する比較手段としての比
較処理４２と、この比較の結果に応じて“ＯＫ”と“Ｎ
Ｇ”との何れかの判定を行い分岐する判定処理４３と、
入力したサンプリングデータをディスプレイ５０に表示
する表示処理４４と、プローブ１を動かしてプローブ１
の超音波射出面に付着した気泡を除去する気泡除去手段
の制御手順としての泡除去処理４５等の処理機能を有す
る。

【００１４】閾値４７は、プローブ１に対応する実験式
４８ｃに基づいて決定される値であり、プローブ１につ
いて許容される付着気泡の限界に対応するものである。
具体的にはその許容限界を示す線４８ａと実験式４８ｃ
との交点におけるエコーレベルの値Ｌ２である。ここ
で、実験式群４８は、予めマスターワーク（ワークの基
準となる被測定物）をプローブ径の異なる各種のプロー
ブで超音波測定し、マスターワークの表面を基準部位と
してそのエコーレベルを縦軸に採り、プローブ先端面に
付着した泡径を横軸に採って得られる。なお、基準部位
は、測定可能な部位であれば、表面以外のどこであって
もよい。

【００１５】実験式４８ｂはプローブ径１０ｍｍのと
き、実験式４８ｃはプローブ径８ｍｍのとき、実験式４
８ｄはプローブ径５ｍｍのときのものである。したがっ
て、プローブ径８ｍｍのプローブ１に対応する実験式と
して実験式４８ｃが用いられる。なお、泡径について、
“０”は入念に泡を拭き取った直後の状態、“小”は肉
眼では見えない程度、“中”は微小な泡が肉眼で僅かに
見える程度、“大”は大きな泡が肉眼で確認できる程度
を示す。また、許容限界を示す線４８ａについて、その
左上方の範囲が測定可能な部分であり、その右下方の範
囲が測定不可能な部分である。このことより、閾値４７
すなわちこの場合の値Ｌ２は、プローブ１を用いての測
定可能状態の下限を示す。

【００１６】被検体としてのワーク２０を検査するとき
のコントローラ４０の処理手順を説明する。ワーク２０
をプローブ１で測定したエコーデータが探傷器部３０に
よってコントローラ４０に伝えられる。コントローラ４
０は、エコーレベルのサンプリングデータを測定値とし
て測定処理４１によって入力する。測定処理４１では、
このサンプリングデータのうちワーク２０の基準部位す
なわち表面に対応するデータを測定値４６とする。プロ
ーブ１の超音波射出面を拭いた直後の測定では、通常、
この値は値Ｌ２よりも大きい。

【００１７】測定処理４１に続く比較処理４２では、測
定値４６と閾値４７とを比較する。そして、判定処理４
３で、この比較の結果に応じて、測定値４６が閾値４７
以上であることに対応して、つまりエコーレベルが下限
値Ｌ２以上の測定可能範囲内にあることに対応して、
“ＯＫ”の判定がされる。直ちに、入力したサンプリン
グデータが表示処理４４によってディスプレイ５０に表
示される。そこで、サンプリングデータに基づく自動検
査処理（図示せず）あるいは表示を見ての目視検査等が
行われる。これにより、ワーク２０についての検査が終
了する。

【００１８】１つのワークについての検査が済むと、ワ
ークを替えての同様の検査が次々に行われるが、この検
査中に徐々にプローブ１の先端面に付着した泡が増えて
くる。泡が増えてくると、測定値４６の値が下がって来
る。泡が増えて測定値４６が値Ｌ２よりも小さくなった
ときの説明をする。比較処理４２で測定値４６と閾値４
７とが比較される。この比較の結果に応じた判定処理４
３では、測定値４６が閾値４７すなわち下限値Ｌ２より
小さくて測定不可能範囲に入ったことに対応して、“Ｎ
Ｇ”の判定がされる。

【００１９】この判定に従って、表示処理４４等の代わ
りに泡除去処理４５が行われる。泡除去処理の具体的な
内容は後述するが、この処理によってプローブ１の超音
波射出面に付着した泡が除去される。そして、きれいに
なったプローブ１での超音波測定から処理がやり直され
る。これにより、泡が増えて測定不可能状態になると自
動的に泡が除去されて測定可能状態にプローブ１の状態
が復元される。したがって、次々とワークを替えて連続
的に検査を行うことができる。

【００２０】以下、泡除去処理４５の処理をサポートす
るプローブ１の移動機構について説明する（図２参
照）。プローブ１は、プローブ回転機構２に支持されて
おり、それによって双方向に回転や揺動等が行なわれ
る。また、超音波射出面を鉛直方向に向けたり鉛直方向
から所定角度だけ傾けたりもする。さらに、プローブ１
を保持するプローブ回転機構２がＺ軸スキャナ５によっ
て支持されている。そして、Ｘ軸スキャナ３とＹ軸スキ
ャナ４とＺ軸スキャナ５とからなる３軸スキャナによっ
て、プローブ１は任意の方向へ移動しうる。

【００２１】超音波測定を行うには、先ず、ワークに関
するデータや測定条件等が検査装置に設定される。そし
て、初期動作が開始して、プローブ１が空気１０中から
水１１中に入る。このときには、例えば鉛直方向から約
３５°傾いた状態のままで、Ｘ軸スキャナ３，Ｙ軸スキ
ャナ４，Ｚ軸スキャナ５の同時駆動により高速に移動す
る（図３の矢印Ａ参照）。３軸とも同じ駆動速度を有す
る場合には、これにより単軸での駆動に較べて約１．７
倍の移動速度になり、しかも、超音波射出面１ａに平行
に移動する。

【００２２】そうすると、超音波射出面１ａにおける相
対的な流れが、層流状態で高速化されるので、微小気泡
が発生し難く、また発生した微小気泡は直ちに流れによ
って運び去られる。なお、３軸スキャナの各軸スキャナ
３，４，５の速度が異なる場合には、それに対応してこ
れらの数値も異なる。また、プローブ回転機構２を有し
ない超音波検査装置であっても、プローブ１がワーク
（図示せず）との関係で傾いた状態で固定されている場
合には、その傾きに対応して超音波射出面１ａに平行に
移動すればよい。

【００２３】また、超音波射出面１ａに平行に移動する
という条件の下で、超音波射出面１ａが水１１に没する
まではゆっくりと移動し、没後は最高速度で移動するの
もよい。このようにすると制御手順は複雑になるが、入
水時の気泡の巻き込み等による微小気泡の発生が一層抑
制できる上に、発生してしまった気泡は速やかに運び去
られるので、気泡除去が効率的に行われる。このように
して水中に没したプローブ１の超音波射出面１ａは、さ
らに念を入れるべく、拭き取りや場合によってはジェッ
ト噴流の吹き付け等による微小気泡の除去が施されるこ
ともある。つまり、この発明は、従来の除去手段を排他
するものではなくて、それらと併用することも可能であ
る。

【００２４】なお、焦点型プローブの場合には、超音波
射出面が平面ではなくて、例えて言えば碗の内面の如く
凹んだ曲面である。このため、直接的には、超音波射出
面１ａに平行な方向を画定することができない。そこ
で、超音波射出面の平均的な仮想面として超音波射出方
向に直交する面が採用され、その面に平行な方向として
超音波射出方向に直交する方向がプローブの移動方向と
なる。

【００２５】次に、水１１中に載置されているワークを
超音波測定することになるが、この発明の装置では、プ
ローブ１の超音波射出面１ａに良好な測定の妨げになる
程の気泡が付着していると、その付着した微小気泡を除
去するための泡除去処理が行われる。この処理では、既
設定の測定条件によりワークの側面を測定することが示
されている場合には、プローブ１が水平な状態に保持さ
れたままで超音波射出面に平行な方向に通常のスキャン
速度の２倍程度の高速で水中を移動する（図４参照）。
あるいは、プローブ回転機構２によりプローブ１が水中
で高速に揺動する（図５参照）。また、例えば軸を中心
に立体的・多方向に回転すること、すなわち回動しても
よい。これにより、一層入念な微小気泡除去が行われ
る。

【００２６】その後に、ワークに対する超音波測定が従
来と同様にして行われる。また、搬送ロボットと組み合
わされた超音波検査装置の場合には、ワークが順次入れ
替えられてその度に超音波測定による検査工程が繰り替
えされる。そして、何回かの検査工程が行われてプロー
ブ１の超音波射出面１ａに余計な気泡が溜る都度に、自
動的に泡除去処理が行われる。これにより、検査中に付
着した微小気泡による測定精度の低下が防止でき、常時
最良の状態で連続して信頼性の高い自動検査が行える。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明の構成の超音波検査装置にあっては、被測定物の基
準部位に対応する測定値と超音波射出面の気泡状態との
関係を示す実験式に基づいて決まる閾値と、被検体の対
応部位についての測定値とを比較する比較手段と、超音
波探触子の超音波射出面に付着した気泡を除去する気泡
除去手段と、を備え、気泡除去手段による気泡除去が比
較手段の比較結果に応じて選択的に行われる。これによ
り、プローブの超音波射出面に不所望な気泡が付着する
と、これを自動的に検出して除去し、精度の高い測定を
継続することができる。その結果、安定した超音波測定
ができて、検査効率が良くなり、信頼性も向上するとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の構成の超音波検査装置の一
実施例について、主要機能についてのブロック図を示
す。

【図２】図２は、この発明の構成の超音波検査装置の一
実施例について、超音波探触子をスキャンさせるための
駆動機構を示す。

【図３】図３は、この発明の構成の超音波検査装置の一
実施例について、超音波探触子が水に入るときの説明図
である。

【図４】図４は、その超音波探触子が水平な状態に保持
されて水中で移動するときの説明図である。

【図５】図５は、その超音波探触子が水中で揺動すると
きの説明図である。

【図６】図６は、従来の超音波検査装置について、その
超音波探触子が水に入るときの説明図である。

【符号の説明】

１プローブ１ａ超音波射出面２プローブ回転機構３Ｘ軸スキャナ４Ｙ軸スキャナ５Ｚ軸スキャナ１０空気１１水２０ワーク３０探傷器部４０コントローラ４１測定処理４２比較処理４３判定処理４４表示処理４５泡除去処理４６測定値４７閾値４８実験式群５０ディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森田輝茨城県土浦市神立町650番地日立建機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者遠藤市夫茨城県土浦市神立町650番地日立建機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者水野谷一茨城県土浦市神立町650番地日立建機エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中に被検体と超音波探触子とを浸して
超音波測定をする超音波検査装置において、前記被検体を前記超音波探触子で超音波測定して得たエ
コーレベル等の測定値のうち前記被検体の表面等の基準
部位についての測定値と所定の閾値との大小を比較する
比較手段と、前記液体中で前記超音波探触子を動かして前記超音波探
触子の超音波射出面に付着した気泡を除去する気泡除去
手段と、を備え、前記閾値が、前記被検体の基準となる被測定物
を前記超音波探触子に対応する超音波探触子で超音波測
定して得たエコーレベル等の測定値のうち前記被測定物
の表面等の前記基準部位に対応する部位についての測定
値とこの測定のときの超音波射出面の気泡状態との関係
を示す実験式に基づいて前記超音波探触子について許容
される付着気泡の限界に対応する測定値であり、前記気泡除去手段による気泡除去が、前記比較手段の比
較結果に応じて選択的に行われることを特徴とする超音
波検査装置。
【請求項２】請求項１記載の超音波検査装置であって、
前記気泡除去手段が、前記超音波探触子を水平な姿勢に
保持して前記超音波射出面に平行な方向に前記超音波探
触子を移動させること、前記超音波探触子の超音波射出
方向に直交する方向に前記超音波探触子を移動させるこ
と、前記超音波探触子を揺動させること、および前記超
音波探触子を回動させることの何れか１つのことを行っ
て、前記超音波探触子の超音波射出面に付着した気泡を
除去することを特徴とする超音波検査装置。