JPH08220078A

JPH08220078A - 欠陥深さ測定装置

Info

Publication number: JPH08220078A
Application number: JP7024280A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Wakayama; 精一若山; Toshiyuki Murakami; 俊行村上; Kazuyuki Unate; 一之宇奈手
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】被検体における欠陥深さ及び欠陥先端部位置
を正確に測定できる欠陥深さ測定装置を提供する。【構成】被検体１１上に送信探触子１２が配置されて
いる。この送信探触子１２に対向して第１受信探触子１
３と第２受信探触子１４が配置されている。また、送信
探触子１２、第１受信探触子１３、第２受信探触子１４
はそれぞれ信号線１７ａ〜１７ｃを介して探傷器部１６
内のパルス発生回路１８、受信回路２０ａ，２０ｂに接
続される。また、パルス発生回路１８は、同期回路部１
９に接続される。第１受信探触子１３、第２受信探触子
１４の各々によって受信された探傷信号は、それぞれ受
信回路２０ａ，２０ｂを経て伝搬時間測定回路２１に出
力される。伝搬時間測定回路２１から出力された伝搬時
間情報を基に、演算部２２は被検体１１の欠陥深さを演
算により求め、結果出力部２３において出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波探傷法を用い
て被検体における欠陥の深さを測定する欠陥深さ測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属等の構造物における欠陥について、
超音波を用いて検査する探傷方法として、２つの斜角探
触子を使用して超音波の伝搬信号に基づいて欠陥の有無
や深さを検出する方法がある。

【０００３】図５に従来における欠陥深さ測定装置の構
成を示す。同図に示すように、上記装置は、送信探触子
１及び受信探触子２からなる探触子部３と超音波探傷器
４によって構成されており、被検体５に対する欠陥の有
無や深さの検出を行なうものである。即ち、同図におい
て、被検体５における溶接部等の被検査部を跨ぎ、一定
の間隔Ｌで対向配置した送信探触子１と受信探触子２、
つまり一対の探触子部３を被検体５の表面に当てて走査
し、上記被検査部の探傷を行なっている。この探傷につ
いて、図６、図７を用いて詳しく説明する。

【０００４】図６（ａ）は、被検体５に欠陥がない時の
超音波の伝搬状態を示している。また、送信探触子１と
受信探触子２は、所定の間隔（探触子間隔）Ｌを隔てて
被検体５上に配置されている。この状態において、図６
（ａ）に示すように、超音波探傷器４から送られる信号
を基に送信探触子１から発信される超音波ビームの広が
りにより、被検体５の上面に沿って伝搬する超音波Ａ
と、上記被検体５の底面で反射する超音波Ｂが、受信探
触子２によって探傷信号として受信される。一方、同図
（ｂ）に示すように、被検体５に欠陥ａ（被検体５の上
面から発生した欠陥）がある時の超音波の伝搬状態にお
いては、上記した被検体５の上面に沿って伝搬する超音
波Ａとしては検出されず、代わりに上記欠陥ａの先端付
近で回折して伝搬する超音波Ｃと、被検体５の底面で反
射する超音波Ｂが、受信探触子２において探傷信号とし
て受信される。図７に、上記した２つの探傷信号を示
す。

【０００５】図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ図６
（ａ），（ｂ）に対応する探傷信号の代表例を示す。即
ち、被検体５に欠陥がない時には、図７（ａ）に示すよ
うに、超音波Ａに対応する探傷信号の表面伝搬信号Ｄと
超音波Ｂに対応する底面反射信号Ｅが受信探触子２によ
って受信される。一方、被検体５に欠陥ａが発生してい
る場合（図６（ｂ））には、図７（ｂ）に示すように、
超音波Ｃに対応する探傷信号の欠陥信号Ｆ及び底面反射
信号Ｅが受信される。即ち、上記欠陥ａの先端付近で回
折して伝搬する上記超音波Ｃは、超音波Ａより長い経路
を伝搬することになり、上記欠陥信号Ｆは、表面伝搬信
号Ｄと比べて伝搬時間に図７（ａ），（ｂ）に示す遅れ
ｔを生じることになる。

【０００６】この様に、被検体５における欠陥の有無
は、上記欠陥深さ測定装置において、上記超音波Ｃ、即
ち、欠陥信号Ｆの有無を検査することによって判明す
る。また、上記欠陥の深さは、欠陥信号Ｆが検出された
時間的位置、即ち超音波Ｃの回折による伝搬時間の遅れ
ｔと、上記探触子間隔Ｌ、そして被検体５の超音波伝搬
速度に基づいて演算処理によって求めている。この演算
処理によって求めた被検体５における欠陥深さを図８に
示す。同図に示すように、上記演算処理により探触子間
隔Ｌの中間点における真下の位置において、被検体５の
欠陥の先端位置であるＧ点が検出される。

【０００７】また、上記図５に示す欠陥深さ測定装置と
併用して走査装置（図示せず）によって探触子部３を自
動走査する方法がある。例えば被検体５の溶接線方向に
走査すると同時に探触子位置信号と探傷信号とを関連付
けて探傷データを記録するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した図５及び図６
に示す従来の欠陥深さ測定装置を用いた被検体５に対す
る欠陥の探傷方法は、対向した一対の探触子部３におけ
る送信探触子１から発せられる超音波ビームに広がりが
あると共に、受信探触子２も同様の受信領域に広がりを
持っている。従って、上記装置においては、欠陥の先端
部付近を回折して伝搬する超音波が検出できる領域であ
るならば、欠陥がどこに位置していても欠陥信号（上記
した例においては欠陥信号Ｆ）を検出でき、探傷できる
領域を広く取ることができる。そして、被検体５におけ
る溶接部の探傷等では、探触子部３の前後走査を省略
し、溶接線方向の走査だけに簡略化できる特徴がある。

【０００９】しかし、図５〜図７に示す上述した従来の
探傷方法では、欠陥の有無の検知については上記超音波
Ｃ、即ち欠陥信号Ｆの有無により検知することができる
が、欠陥深さについては、欠陥先端部がどこに位置する
かが既知でない限り、正確に知ることができない。即
ち、図７（ａ），（ｂ）に示す伝搬時間の遅れｔに基づ
く計算処理で求められる欠陥深さの推定値と上記先端部
の位置の関係の結果は、図８に示すように楕円状に存在
するものとして得られる。つまり、一つの伝搬時間の遅
れｔからは欠陥深さを正確に決定することができない。
このため、通常は、欠陥が接触子の中央にあるものとし
て演算処理を行ない、同図に示すＧ点を欠陥深さとして
いる。従って、例えば図６（ｂ）に示すように、欠陥が
被検体５の上面から発生している場合には、接触子部３
と欠陥との位置関係によって上記演算処理したＧ点の値
は、欠陥深さを過大評価することになる恐れがある。

【００１０】また、上記した探傷方法を用いて、被検体
５底面から発生した欠陥（図示せず）の先端部付近で回
折して伝搬する超音波を検出して上記演算処理を行なう
と、欠陥深さを過少評価につながる等の問題があり、例
えば機器の強度評価を行なう場合等に不都合が生じるこ
とにもなる。

【００１１】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、被検体における欠陥深さ及び先端位置を正確に測定
でき、機器の強度評価等を行なう場合に有効な情報を得
ることができる欠陥深さ測定装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、パルス信号
を発生する手段と、この手段により発生したパルス信号
を基に被検体内に超音波を発信する送信探触子と、この
送信探触子に対向して所定の距離をおいて配置され、上
記送信探触子から発信されて上記被検体内を伝搬する超
音波を探傷信号として受信する第１の受信探触子と、上
記送信探触子から上記第１の受信探触子とは異なる距離
をおいて配置され、上記送信探触子から発信されて上記
被検体内を伝搬する超音波を探傷信号として受信する第
２の受信探触子と、上記第１の受信探触子及び第２の受
信探触子の各々において受信された探傷信号の伝搬時間
を測定する伝搬時間測定手段と、この伝搬時間測定手段
により、上記被検体に欠陥が存在する場合と存在しない
場合の両方について測定された伝搬時間を基に、上記第
１の受信探触子において発生する伝搬時間の遅れと第２
の受信探触子において発生する伝搬時間の遅れに基づ
き、上記欠陥の深さ及び欠陥位置を検出する検出手段と
を具備したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】欠陥を有する被検体上に取り付けられた送信探
触子に対向して第１受信探触子及び第２受信探触子が配
置されている。この状態において、パルス信号を発生す
る手段から送られたパルス信号が上記送信探触子に入力
される。次に、上記第１受信探触子と第２受信探触子は
共に、上記送信探触子から送出される超音波を探傷信号
として受信する。次に、上記第１受信探触子と第２受信
探触子の各々で受信された探傷信号について、伝搬時間
測定手段によって伝搬時間が測定されて演算手段に出力
される。この演算手段は、上記探傷信号の伝搬時間と、
先に求めておいた上記被検体に欠陥がない時の上記第１
受信探触子と第２受信探触子各々における探傷信号の伝
搬時間を基に、上記第１受信探触子において発生する伝
搬時間の遅れ及び第２受信探触子において発生する伝搬
時間の遅れを求める。次に、演算手段は、上記した２つ
の伝搬時間の遅れ各々に基づいて演算を行ない、上記欠
陥の深さ及び欠陥位置の検出を行なう。

【００１４】上記のように、２つの伝搬時間の遅れ、即
ち、それぞれ第１受信探触子と第２受信探触子において
発生する伝搬時間の遅れの各々に基づいて演算を行な
い、被検体における欠陥の深さ及び欠陥位置を求めるた
め、従来に比べ、より正確な検出処理を行なうことがで
きる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１はこの発明の一実施例に係る欠陥深さ測
定装置の構成図である。図１に示すように、上記欠陥深
さ測定装置は、被検体１１上に配置される送信探触子１
２、第１受信探触子１３、第２受信探触子１４からなる
探触子部１５と、探傷器部１６とが、信号線１７ａ〜１
７ｃにより接続されて構成される。また、第１受信探触
子１３と第２受信探触子１４は、送信探触子１２に対向
して、それぞれ距離Ｌ₁ ，Ｌ₂ を隔てて配置されてい
る。

【００１６】また、探傷器部１６は、パルス発生回路１
８、同期回路部１９、受信回路２０ａ，２０ｂ、伝搬時
間測定回路２１、演算部２２、結果出力部２３によって
構成される。また、探傷器部１６内の同期回路部１９か
ら出力される同期信号を基に、パルス発生回路１８から
パルス信号が、信号線１７ａを介して探触子部１５にお
ける送信探触子１２に送られる。この送信探触子１２か
ら上記パルス信号を基に発信された超音波が、被検体１
１内部を伝搬する。即ち、同図に示すように、送信探触
子１２から第１受信探触子１３に対しては、被検体１１
の上面に沿って伝わる超音波Ｈ、そして上記被検体１１
の底面に当たって反射する超音波Ｊが伝搬する。また同
様に、送信探触子１２から第２受信探触子１４に対して
は、被検体１１の上面に沿って伝わる超音波Ｋ、そして
上記被検体１１の底面に当たって反射する超音波Ｍが伝
搬する。

【００１７】また、上記超音波Ｈ，Ｊ、そして超音波
Ｋ，Ｍは、それぞれ第１受信探触子１３及び第２受信探
触子１４によって探傷信号として受信される。第１受信
探触子１３と第２受信探触子１４の各々によって受信さ
れた上記探傷信号は、それぞれ信号線１７ｂ，１７ｃを
介して受信回路２０ａ，２０ｂに送られる。受信回路２
０ａ，２０ｂは、受信した探傷信号を伝搬時間測定回路
２１に出力する。

【００１８】また、受信回路２０ａ，２０ｂ、そして伝
搬時間測定回路２１は、同期回路部１９に接続されてい
る。即ち、同期回路部１９からパルス発生回路１８に出
力された同期信号は、同時に受信回路２０ａ，２０ｂ及
び伝搬時間測定回路２１にも出力されてパルス信号の発
生、つまり被検体１１内部を伝搬する上記各超音波の出
力開始を伝達する。即ち、伝搬時間測定回路２１は、上
記各超音波において同一である出力開始の時間と、受信
回路２０ａ，２０ｂにおける上記探傷信号が受信された
時間から、被検体１１内を伝搬する上記各超音波、即ち
第１受信探触子１３と第２受信探触子１４各々における
探傷信号の伝搬時間を求める。この伝搬時間は、被検体
１１内に欠陥があった場合には当然変化するものであ
る。

【００１９】また、伝搬時間測定回路２１によって求め
られた上記探傷信号の伝搬時間は、演算部２２に出力さ
れる。この演算部２２には、送信探触子１２と第１受信
探触子１３間の距離Ｌ₁ と、上記送信探触子１２と第２
受信探触子１４間の距離Ｌ₂、そして被検体１１内を伝
わる超音波の伝搬速度が予め記憶されている。また、演
算部２２は、入力された上記探傷信号の伝搬時間を記憶
する。即ち、演算部２２は、被検体１１に欠陥がない場
合における上記探傷信号の伝搬時間と、欠陥が存在する
際の上記探傷信号の伝搬時間とを比較することにより、
第１受信探触子１３と第２受信探触子１４においてそれ
ぞれ発生する遅れ（差）を得る。即ち、演算部２２は、
上記した２つの遅れと、探触子間隔であるＬ₁ ，Ｌ₂ 、
そして被検体１１内を伝わる超音波の伝搬速度から、２
本の欠陥深さ推定線を求める。この２本の欠陥深さ推定
線は、上記した２つの伝搬時間の遅れ各々に基づいて求
められたものであり、結果出力部２３によって出力され
る。

【００２０】なお、パルス発生回路１８及び同期回路部
１９は、パルス信号を発生する手段として、また伝搬時
間測定回路２１は、伝搬時間測定手段として、演算部２
２は、被検体１１における欠陥の深さ及び欠陥位置の検
出手段として作用する。

【００２１】次に上記実施例の動作について説明する。
図１において、欠陥のない被検体１１上に送信探触子１
２に対向して第１受信探触子１３と第２受信探触子１４
が配置されている状態にある。この状態において、探傷
器部１６内の同期回路部１９から同期信号が発信されて
パルス発生回路１８に送られる。パルス発生回路１８
は、送られてきた上記同期信号を基にパルス信号を信号
線１７ａを介して送信探触子１２に出力する。次に、被
検体１１内部の超音波の伝搬について図２を用いて説明
する。

【００２２】図２（ａ）は、被検体１１に欠陥が存在し
ない場合の超音波の伝搬について示したものであり、同
図（ｂ）は、先端部Ｐを有する欠陥Ｎが存在する場合に
ついて説明する図である。

【００２３】送信探触子１２からは、上記したように、
パルス発生回路１８からのパルス信号が入力されると同
時に、図２（ａ）に示すように、送信探触子１２から発
信された超音波Ｈ，Ｊが、それぞれ被検体１１の上面に
沿って、そしてこの被検体１１の底面において反射して
伝搬する。次に、上記超音波Ｈ，Ｊは、第１受信探触子
１３によってそれぞれ図３（ａ）に示す探傷信号の表面
伝搬信号Ｓ及び底面反射信号Ｔとして受信される。また
送信探触子１２からは、上記超音波Ｈ，Ｊが発信される
と同時に超音波Ｋ，Ｍが発信され、それぞれ被検体１１
の上面に沿って、そしてこの被検体１１の底面において
反射して伝搬し、第２受信探触子１４により、図３
（ｂ）に示す探傷信号の表面伝搬信号Ｕ及び底面反射信
号Ｖとして受信される。

【００２４】また、同期回路部１９は、上記同期信号を
パルス発生回路１８に送出すると同時に、受信回路２０
ａ，２０ｂ、伝搬時間測定回路２１にも出力する。これ
により、受信回路２０ａ，２０ｂと伝搬時間測定回路２
１は、上記超音波Ｈ，Ｊ，Ｋ，Ｍ、即ち図３（ａ），
（ｂ）に示す探傷信号の発生を検知する。

【００２５】次に、第１受信探触子１３によって受信さ
れた表面伝搬信号Ｓと底面反射信号Ｔは、図１に示す信
号線１７ｂを介して受信回路２０ａに送られる。また、
第２受信探触子１４によって受信された表面伝搬信号Ｕ
と底面反射信号Ｖは信号線１７ｃを介して受信回路２０
ｂに送出される。次に、この受信回路２０ａ，２０ｂそ
れぞれにおいて受信された上記各信号は、伝搬時間測定
回路２１に送出され、信号発生から受信までの伝搬時間
が測定される。次に、この伝搬時間は演算部２２内に記
憶される。

【００２６】次に、図２（ｂ）に示すように、被検体１
１に欠陥Ｎが存在する場合について説明する。また、上
記欠陥Ｎはこの場合、被検体１１の上面から亀裂が発生
したことにより生じたものである。

【００２７】上記欠陥Ｎが存在する場合についても、上
記した過程と同様にして図２（ｂ）に示す第１受信探触
子１３及び第２受信探触子１４においては、送信探触子
１２から発信され、被検体１１の底面で反射して伝搬す
る超音波Ｊ，Ｍがそれぞれ受信される。しかし、同図
（ａ）に示す被検体１１の上面に沿って伝搬する超音波
Ｈ，Ｋはそれぞれ第１受信探触子１３、第２受信探触子
１４において受信されない。つまり、上記欠陥Ｎが、被
検体１１の上面において発生しているため、送信探触子
１２から発信され、欠陥Ｎにおける先端部Ｐで回折して
伝搬する超音波Ｑ，Ｒが、それぞれ第１受信探触子１
３、第２受信探触子１４によって受信される。この時の
第１受信探触子１３、第２受信探触子１４における探傷
信号を図３（ｃ），（ｄ）に示す。即ち、第１受信探触
子１３においては、超音波Ｑに対応した同図（ｃ）に示
す欠陥信号Ｗと超音波Ｊに対応した底面反射信号Ｔが受
信される。また、第２受信探触子１４においては、超音
波Ｒに対応した同図（ｄ）に示す欠陥信号Ｘと超音波Ｍ
に対応した底面反射信号Ｖが受信される。

【００２８】第１受信探触子１３と、第２受信探触子１
４の各々で受信された上記各信号は、それぞれ受信回路
２０ａ，２０ｂを通じて伝搬時間測定回路２１に送出さ
れる。この伝搬時間測定回路２１は、上記各信号の伝搬
時間を測定し、その値を演算部２２に出力する。

【００２９】次に、演算部２２は上記値、即ち、欠陥Ｎ
が存在する時の上記各信号の伝搬時間と、先に求めた欠
陥Ｎが存在しない時の上記各信号の伝搬時間とを比較す
る。これにより、上記図３（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、第１受信探触子１３における伝搬時間の遅れｔ₁
が、そして、第２受信探触子１４における遅れｔ₂ が得
られる。つまり、伝搬時間の遅れｔ₁ は、上記超音波Ｑ
が超音波Ｈより長い経路を伝搬するために生じるもので
ある。また、遅れｔ₂ については、上記超音波Ｒが超音
波Ｋより長い経路を伝搬することにより発生するもので
ある。次に、演算部２２は、得られた第１受信探触子１
３と第２受信探触子１４各々における伝搬時間の遅れｔ
₁ ，ｔ₂ と、予め記憶されている探触子部１５における
探触子間隔Ｌ₁ ，Ｌ₂ 、そして被検体１１内部を伝搬す
る超音波の伝搬速度から、図４に示すように、上記ｔ
₁ ，ｔ₂ それぞれに基づく楕円状の欠陥深さ推定線Ｙ，
Ｚを求める。即ち、この２本の欠陥深さ推定線Ｙ，Ｚの
交点Ｇが、欠陥Ｎの先端部Ｐの推定位置として求めら
れ、結果出力部２３において出力される。

【００３０】上記のように、第１受信探触子１３及び第
２受信探触子１４の各々において受信される探傷信号に
ついて、欠陥Ｎが存在する場合と存在しない場合との比
較を行ない、得られた伝搬時間の遅れｔ₁ 及びｔ₂ を基
にして求めた２本の楕円状推定線の交点Ｇを上記欠陥Ｎ
の先端部Ｐの推定位置とすることにより、正確に欠陥深
さ及び先端位置を得ることができる。即ち、従来のよう
に、１つの伝搬時間遅れを基にした１本の推定線から被
検体における欠陥の先端部位置を求めるのではなく、第
１受信探触子１３と第２受信探触子１４それぞれにおい
て発生する伝搬時間遅れｔ₁ 及びｔ₂ の各々に基づく２
本の推定線から上記欠陥の先端部位置を求めるため、よ
り正確な検出が可能となる。またこれにより、装置機器
等の強度評価を行なう際に、有効な情報を得ることが可
能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
２つの伝搬時間の遅れ、即ち、第１受信探触子及び第２
受信探触子の各々において発生する探傷信号の伝搬時間
の遅れに基づいて演算を行ない、被検体の欠陥の深さ及
びこの欠陥の先端部位置を求めるので、１つの伝搬時間
の遅れに基づき検出処理していた従来の装置に比べ、よ
り正確に上記深さ及び先端部位置を測定することが可能
となる。これにより、例えば機器等の強度評価をする場
合等に有効な情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る欠陥深さ測定装置の
構成図。

【図２】同実施例における欠陥のない場合とある場合に
おける被検体内の超音波の伝搬状況を示す図。

【図３】同実施例における欠陥のない場合とある場合に
おける探傷信号例を示す信号波形図。

【図４】同実施例における被検体の欠陥深さ及び位置決
定を示す図。

【図５】従来の欠陥深さ測定装置の構成図。

【図６】従来における欠陥のない場合とある場合におけ
る被検体内の超音波の伝搬状況を示す図。

【図７】従来における欠陥のない場合とある場合におけ
る探傷信号例を示す信号波形図。

【図８】従来の欠陥深さ決定を示す図。

【符号の説明】

１１被検体１２送信探触子１３第１受信探触子１４第２受信探触子１５探触子部１６探傷器部１７ａ〜１７ｃ信号線１８パルス発生回路１９同期回路部２０ａ，２０ｂ受信回路２１伝搬時間測定回路２２演算部２３結果出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス信号を発生する手段と、この手段
により発生したパルス信号を基に被検体内に超音波を発
信する送信探触子と、この送信探触子に対向して所定の
距離をおいて配置され、上記送信探触子から発信されて
上記被検体内を伝搬する超音波を探傷信号として受信す
る第１の受信探触子と、上記送信探触子から上記第１の
受信探触子とは異なる距離をおいて配置され、上記送信
探触子から発信されて上記被検体内を伝搬する超音波を
探傷信号として受信する第２の受信探触子と、上記第１
の受信探触子及び第２の受信探触子の各々において受信
された探傷信号の伝搬時間を測定する伝搬時間測定手段
と、この伝搬時間測定手段により、上記被検体に欠陥が
存在する場合と存在しない場合の両方について測定され
た伝搬時間を基に、上記第１の受信探触子において発生
する伝搬時間の遅れと第２の受信探触子において発生す
る伝搬時間の遅れに基づき、上記欠陥の深さ及び欠陥位
置を検出する検出手段とを具備したことを特徴とする欠
陥深さ測定装置。