JPH09101290A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波探触子のトランスデューサの特性に影響
を受けることなく、正確に内部欠陥を判別する。 【解決手段】試料16にインパルス超音波を発射し、試料
16からの反射波を受信する超音波トランスデューサ12
と、上記反射波信号の低周波成分を除去するハイパスフ
ィルタ20と、上記反射波信号のハイパスフィルタ20の通
過の有無を選択切換えするスイッチ19，21と、このスイ
ッチ19，21を介して得られた反射波信号の正負夫々のピ
ーク値を検出するピーク検波部22，24と、検出された正
負夫々のピーク値を比較する比較部25と、この比較部25
の比較結果に基づいて上記試料16の欠陥の有無を検出
し、得られた結果を表示部30に表示させるコンピュータ
29とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探触子から
試料に発射した超音波の反射波を受信することで該試料
内の欠陥の有無を非破壊検査する超音波探傷装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、試料の内部接着部における剥
離の有無やボイドの有無を非破壊で検査する装置として
超音波探傷装置が一般に知られている。従来の超音波探
傷装置では、電気的なインパルス波を超音波探触子に入
力し、超音波探触子から液槽内（一般には水槽内）に沈
められた試料に超音波を照射し、試料からの反射波を受
信して電気信号に変換し、この信号を表示装置に表示し
て欠陥の有無を調べるように構成されている。

【０００３】このような超音波探傷装置における探傷結
果の表示法としては、Ａモード表示やＣモード表示が知
られている。すなわち、Ａモード表示は、オシロスコー
プ等において反射信号の振幅を縦軸に、時間を横軸にと
って表示する表示方法である。またＣモード表示は、超
音波探触子を試料に対して平行（ＸＹ面）に２次元走査
して反射信号の正のピーク値、あるいは負のピーク値を
ＣＲＴ等の表示画面に階調表示する表示方法である。

【０００４】試料に剥離や欠陥があると、その部分から
の超音波の反射はほぼ１００％となり、他の部分からの
反射に比べてその強度が大きくなる。したがって、反射
強度の大小によって欠陥を検出できる。

【０００５】また、特開昭６２−１７４６５３号公報に
は、上記のような反射強度の大小によってではなく、反
射波の正のピークと負のピークの大小関係で試料内部の
剥離や欠陥を判別する方法が記載されている。

【０００６】超音波は、音響インピーダンスが小さい物
質から大きい物質に入射する場合に対して、音響インピ
ーダンスが大きい物質から小さい物質に入射する場合に
は反射波の位相が１８０°変化する。一般に、剥離やボ
イド等では当該位置に空気や液体が入っており、空気、
液体の音響インピーダンスは固体の音響インピーダンス
より小さい。このため、剥離や欠陥がある部分の反射波
は、剥離や欠陥がない部分の反射波に対して位相が１８
０°変化することとなる。

【０００７】該欠陥がない部分からの反射信号の波形が
例えば図５（ａ）に示すようなものであるとすると、欠
陥のある部分からの反射信号の波形は図５（ｂ）に示す
ようになる。この場合では、欠陥がない場合の正のピー
ク値＋Ｖａと負のピーク値−Ｖａの大小関係は ＋Ｖａ＜−Ｖａ …(1) となる。一方、欠陥がある部分では上述した如く波形の
位相が１８０°変化するので、正のピーク値＋Ｖｂと負
のピーク値−Ｖｂの大小関係は ＋Ｖｂ＞−Ｖｂ …(2) となる。よって、原理的には反射信号の正負のピーク値
を比較することにより試料内の欠陥の有無の判別を行な
うことができるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記反
射強度の大小によって欠陥を検出する方法では、物質の
音響インピーダンスの大小によって反射率が異なるの
で、反射強度がどの程度大きいときに欠陥と判別するの
かが不明である。

【０００９】また、上記反射波の正のピークと負のピー
クの大小関係によって欠陥を検出する方法では、送信波
である単発パルスのパルス幅や超音波探触子のトランス
デューサの共振の鋭さ等によって異なった結果になる。
例えば、共振周波数３０［ＭＨｚ］のあるトランスデュ
ーサで剥離判別を行なったとき、欠陥のない部分で上記
式（１）が成立ち、欠陥のある部分で上記式（２）が成
立ったとしても、同一周波数のトランスデューサで共振
の鋭さが異なれば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、
欠陥のある部分で上記式（１）が成立ち、欠陥のない部
分で上記式（２）が成立つようになる場合もある。

【００１０】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、超音波探触子のト
ランスデューサの特性に影響を受けることなく正確に内
部欠陥を判別することが可能な超音波探傷装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
超音波探触子から試料にインパルス超音波を発射し、該
試料からその反射波を受信し、受信した反射波を電気的
な反射波信号に変換して表示手段により表示させ、その
表示画像から該試料内の欠陥を検査する超音波探傷装置
において、上記反射波信号の低周波成分を除去するハイ
パスフィルタと、上記反射波信号のハイパスフィルタの
通過の有無を選択切換えする切換手段と、この切換手段
を介して得られた反射波信号の正負それぞれの最大値を
検出する最大値検出手段と、この最大値検出手段で検出
された正負それぞれの最大値を比較する比較手段と、こ
の比較手段の比較結果に基づいて上記試料の欠陥の有無
を検出する欠陥検出手段と、この欠陥検出手段で得られ
た結果を上記表示手段に表示させる表示制御手段とを具
備するようにしている。

【００１２】この結果、反射波信号の波形がハイパスフ
ィルタを通過することで変化するので、超音波探触子の
トランスデューサの特性に応じて適宜このハイパスフィ
ルタを通過した反射波信号を選択切換えすることで、上
記トランスデューサの特性に影響を受けることなく、常
に正確に内部欠陥を判別することができるようになる。

【００１３】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、上記ハイパスフィルタは、周波数特性
の異なる複数のハイパスフィルタからなり、上記切換手
段は上記反射波信号を上記複数のハイパスフィルタのい
ずれか１つまたはハイパスフィルタの短絡を選択切換え
するようにしている。

【００１４】この結果、上記請求項１の作用に加えて、
使用するトランスデューサの特性に最も適合した周波数
特性のハイパスフィルタを選択することで、より正確に
内部欠陥を判別することができるようになる。

【００１５】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、上記表示制御手段は、反射波信号の強
度と上記欠陥検出手段で得られた結果とを重畳して上記
試料の２次元走査による階調画像として上記表示手段に
表示させるようにしている。この結果、上記請求項１の
作用に加えて、表示画面で確実に欠陥部分を識別するこ
とができるようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】 （第１の実施の形態）以下図面を参照して本発明の第１
の実施の形態について説明する。図１はその機能構成を
例示するものであり、１１が電気的なインパルス信号を
発生送信する送信部である。この送信部１１より発生さ
れたインパルス信号は、超音波トランスデューサ１２に
より超音波に変換された後、音響レンズ１３によって微
小スポットに収束される。

【００１７】この音響レンズ１３から送波される超音波
の焦点位置近傍に、カプラ液体１４が満たされた液槽１
５中に浸された試料１６が配置されるようになる。しか
るに、この試料１６で反射された超音波は、再度カプラ
液体１４、液槽１５を通って超音波トランスデューサ１
２で受信され、電気信号に変換された後に前置増幅器
（Ａｍｐ．）１７へ出力される。

【００１８】この前置増幅器１７で適宜増幅率をもって
増幅された反射波の電気信号（以下「反射波信号」と称
する）は、ゲート部１８で必要な部分のみが抽出された
後に、第１のスイッチ１９で２分され、その一方がハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）２０を介して第２のスイッチ２
１へ、他方が直接第２のスイッチ２１へと送られる。

【００１９】このハイパスフィルタ２０は、予め定めら
れた周波数特性により、第１のスイッチ１９からの反射
波信号中の低周波成分を除去して出力するもので、上記
第１のスイッチ１９から直接あるいはハイパスフィルタ
２０を介して送られてきた反射波信号はこの第２のスイ
ッチ２１を通った後に２分され、その一方が直接ピーク
検波部２２へ、他方が極性を反転増幅する反転増幅器
（図では「−１」と示す）２３を介してからピーク検波
部２４へそれぞれ送られる。

【００２０】ピーク検波部２２は、送られてきた反射波
信号の正のピーク値をサンプルホールドするもので、そ
の保持内容は比較部（Ｃｍｐ．）２５及びＡ／Ｄ変換部
２６へ出力される。

【００２１】また、上記ピーク検波部２４は、反転増幅
器２３から送られてきた反射波信号の正のピーク値、実
際には反転増幅器２３で極性が反転されているので元の
反射波信号の負のピーク値をサンプルホールドし、その
保持内容を上記比較部２５へ出力する。

【００２２】上記Ａ／Ｄ変換部２６は、パルス制御部２
７から送られてくるサンプリングパルスに基づいて上記
ピーク検波部２２からの信号を所定量子化ビット数でデ
ジタル化し、画像メモリ２８へ送出する。

【００２３】上記比較部２５は、上記ピーク検波部２２
から送られてくる反射波信号の正のピーク値とピーク検
波部２４から送られてくる同負のピーク値とを比較し、
正のピーク値の方が大きい場合にオンとなる比較結果を
上記画像メモリ２８へ出力する。

【００２４】画像メモリ２８では、Ａ／Ｄ変換部２６か
ら送られてくる反射波信号の正のピーク値のデジタル信
号を比較部２５からの正のピーク値と負のピーク値との
比較結果と共に記憶するもので、その記憶内容は適宜コ
ンピュータ２９の画像処理によって書換えられ、例えば
ＣＲＴ及びその駆動装置で構成される表示部３０に読出
されて表示出力される。

【００２５】コンピュータ２９は、この装置全体の制御
動作を司るものであり、上記第１のスイッチ１９及び第
２のスイッチ２１を連動して切換え動作させる他に、上
記パルス制御部２７に対して各種パルスを発生させるた
めの信号の送受を行ない、また画像メモリ２８に記憶さ
れる超音波画像や欠陥の判別結果を表示部３０で表示さ
せる。

【００２６】パルス制御部２７は、コンピュータ２９の
制御の下に上記送信部１１、Ｘ−Ｙ走査部３１、ゲート
部１８、コンピュータ２９、及びＡ／Ｄ変換部２６に対
してそれぞれ必要なパルスを送出する。

【００２７】Ｘ−Ｙ走査部３１は、パルス制御部２７か
らのパルス信号に従って上記試料１６を移動させ、試料
１６の位置を音響レンズ１３に対して相対的にＸＹ走査
するものである。

【００２８】次に上記実施の形態の動作について説明す
る。パルス制御部２７から送信部１１に送信トリガとし
てのパルス信号が送出されると、送信部１１ではこれに
応じて単発のインパルス信号が発生される。このインパ
ルス信号が超音波トランスデューサ１２で超音波に変換
され、音響レンズ１３によりカプラ液体１４中で収束さ
れて試料１６に照射される。

【００２９】試料１６に照射された超音波は、その表
面、裏面及び内部の音響的性質の異なる部分でそれぞれ
反射し、カプラ液体１４を介して再び音響レンズ１３か
ら超音波トランスデューサ１２で受信され、ここで電気
的な反射波信号に変換されて前置増幅器１７で増幅され
る。

【００３０】この前置増幅器１７で増幅された反射波信
号は、図２（ａ）に示すように、送信漏れ、レンズ内反
射、試料表面反射、試料内部反射、試料裏面反射等の成
分を含んでいる。

【００３１】ゲート部１８では、パルス制御部２７から
送られてくる、上記送信トリガから一定時間遅延した図
２（ｂ）に示すようなタイミングのゲート信号に応じ
て、欠陥判別したい試料内部反射の信号成分のみを抽出
する。

【００３２】図２（ｃ）はこのゲート部１８を通過した
後に、コンピュータ２９の制御に基づく第１のスイッチ
１９、及び第２のスイッチ２１の切換状態によってハイ
パスフィルタ２０の通過／不通過を選択される、試料内
部反射の信号成分を含んだ反射波信号を示すものであ
る。

【００３３】ハイパスフィルタ２０の通過／不通過の選
択は、反射波信号の波形を予め試料１６の表面反射等で
観察しておき、上記図５（ａ）で示したように負のピー
ク値の方が正のピーク値よりも大きければハイパスフィ
ルタ２０を不通過とし、反対に上記図６（ａ）で示した
ように正のピーク値の方が負のピーク値よりも大きけれ
ばハイパスフィルタ２０を通過とするよう、コンピュー
タ２９が判断するものである。

【００３４】以下、抽出した反射波信号中の試料内部反
射の信号成分の波形のみを図３で拡大して説明するもの
とする。上述した処理により、反射波信号は試料１６の
内部に欠陥がない場合、図３（ａ）に示す如く必ず負の
ピーク値の方が正のピーク値よりも大きくなる。このよ
うな信号が第２のスイッチ２１の後段で２分され、その
一方がピーク検波部２２に送られて、このピーク検波部
２２でその正のピーク値が図３（ｂ）で示すように保持
された後、比較部２５へ送出される他に、Ａ／Ｄ変換部
２６でその保持内容がデジタル信号に変換されて画像デ
ータとして画像メモリ２８に格納される。

【００３５】また、上記２分された他方は反転増幅器２
３で図３（ｃ）に示すように極性が反転された後に図３
（ｄ）に示すようにピーク検波部２４で保持されて、比
較部２５へ送出される。

【００３６】この場合、ピーク検波部２２の保持出力と
ピーク検波部２４の保持出力は上記図３（ｂ），（ｄ）
に示した通りであるので、比較部２５での比較結果とし
ての信号はオフとなる。

【００３７】また上記とは反対に、試料１６の内部に欠
陥がある場合には、反射波信号は図３（ｅ）に示す如く
必ず正のピーク値の方が負のピーク値よりも大きくな
る。この場合、ピーク検波部２２の保持する正のピーク
値は図３（ｆ）で示すように、ピーク検波部２４の保持
する負のピーク値は図３（ｇ）に示すようになり、その
ために比較部２５での比較結果としての信号がオンとな
る。この比較部２５の比較結果である信号のオン／オフ
が欠陥判別データとして上記画像データと共に画像メモ
リ２８に格納される。

【００３８】このようにして得られた画像データ及び欠
陥判別データは、試料１６の表面に対して平行なＸＹ平
面上の１点での情報として得られるもので、コンピュー
タ２９ではパルス制御部２７によりＸ−Ｙ走査部３１を
駆動制御して液槽１５内の試料１６を音響レンズ１３に
対して相対的に２次元走査させることで、上記動作を繰
返し実行させ、画像メモリ２８に欠陥判別データに対応
したＣモード画像データを記憶させる。

【００３９】このようにして画像メモリ２８に記憶させ
た超音波画像データと欠陥判別データは、コンピュータ
２９の制御に基づいて表示部３０の表示画面上で重ねて
表示され、欠陥データがオンである部分がその周辺とは
異なる色等で容易に判別できるように表示されるように
なる。

【００４０】以上の如く本実施の形態によれば、超音波
を試料１６に照射して得られる反射波信号の波形によっ
てハイパスフィルタ２０を通過させるか否かを選択し、
欠陥のない部分の反射波信号の波形で必ず負のピーク値
が大きくなるように変換させるので、超音波トランスデ
ューサ１２の特性によらず、常に正確な欠陥判別を行な
うことができる。

【００４１】（第２の実施の形態）図２は本発明の第２
の実施の形態に係る機能構成の一部を例示するものであ
り、全体としての構成は上記図１に示したものと同様で
あるので、同一部分には同一符号を持ってその図示及び
説明を省略する。

【００４２】しかるに、上記ハイパスフィルタ２０に代
えて、それぞれ周波数特性の異なる複数のハイパスフィ
ルタ４１ａ，４１ｂ，…を並列に配し、上記ゲート部１
８を通過した反射波信号がこれらハイパスフィルタ４１
ａ，４１ｂ，…のいずれ１つあるいはいずれをも通過し
ないで次段のピーク検波部２２及び反転増幅器２３へ供
されるような切換え選択を行なう第１のスイッチ４２及
び第２のスイッチ４３を配設する。これら第１のスイッ
チ４２及び第２のスイッチ４３は共に、上記図１の第１
のスイッチ１９及び第２のスイッチ２１と同様に、コン
ピュータ２９からの制御に基づいて連動して切換え動作
される。

【００４３】上記のような構成にあって、欠陥のない部
分に超音波を照射した場合に、ハイパスフィルタ４１
ａ，４１ｂ，…のうちでどのような周波数特性のものを
選択して反射波信号を通過させたら負のピーク値が確実
に大きくなるかは、そのときに使用している超音波トラ
ンスデューサ１２によって異なる。

【００４４】そこで、剥離、欠陥の判別を行なう前に、
使用する超音波トランスデューサ１２で得られる反射波
信号の波形または欠陥がないことが分かっている試料の
内部反射波形を予め観測しておく。このとき、コンピュ
ータ２９で第１のスイッチ４２及び第２のスイッチ４３
を切換え、ハイパスフィルタ４１ａ，４１ｂ，…のうち
のどれを通過させたときに反射波信号の負のピーク値が
正のピーク値よりも大きくなるかを確かめておき、実際
の欠陥判別時には反射波信号の負のピーク値が正のピー
ク値より確実に大きくなるものを選択するようにする。
他の動作については、上記第１の実施の形態と同様であ
り、その説明を省略する。

【００４５】この第２の実施の形態によれば、周波数特
性の異なる複数のハイパスフィルタ４１ａ，４１ｂ，…
を第１のスイッチ４２及び第２のスイッチ４３で選択で
きるようにしたので、使用する超音波トランスデューサ
の特性に最も合致したものを選択することにより、正確
な欠陥判別を行なうことができるようになる。

【００４６】なお、上記実施の形態では、表示部３０に
おいてＣモード表示による画像を得るものとして説明し
たが、反射波信号をオシロスコープ等でＡモード表示さ
せ、欠陥判別の出力がオンとなったときに別に設けられ
たＬＥＤ等を点滅表示させ、あるいはブザー音を鳴動さ
せることなども考えられる。

【００４７】さらに、上記実施の形態では試料の欠陥の
ない部分から得られる反射波信号の波形が正のピーク値
より負のピーク値が大きくなるように変形させる例のみ
を述べたが、同一の大小関係さえ得られるように設定す
るならば、その逆の大小関係となるようにしてもよい。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で種々変
形、応用が可能であることは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】以上に述べた如く本発明によれば、超音
波探触子のトランスデューサの特性に影響を受けること
なく、正確に内部欠陥を判別することが可能な超音波探
傷装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る機能構成を例
示するブロック図。

【図２】同実施の形態に係る動作を説明する図。

【図３】同実施の形態に係る動作を説明する図。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る部分的な構成
を例示するブロック図。

【図５】超音波トランスデューサにより受信される反射
波信号の波形を例示する図。

【図６】超音波トランスデューサにより受信される反射
波信号の波形を例示する図。

【符号の説明】

１１…送信部 １２…超音波トランスデューサ １３…音響レンズ １４…カプラ液体 １５…液槽 １６…試料 １７…前置増幅器 １８…ゲート部 １９，４２…第１のスイッチ ２０，４１ａ，４１ｂ…ハイパスフィルタ ２１，４３…第２のスイッチ ２２…ピーク検波部 ２３…反転増幅器 ２４…ピーク検波部 ２５…比較部 ２６…Ａ／Ｄ変換部 ２７…パルス制御部 ２８…画像メモリ ２９…コンピュータ ３０…表示部 ３１…Ｘ−Ｙ走査部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波探触子から試料にインパルス超音
   波を発射し、該試料からその反射波を受信し、受信した
   反射波を電気的な反射波信号に変換して表示手段により
   表示させ、その表示画像から該試料内の欠陥を検査する
   超音波探傷装置において、 上記反射波信号の低周波成分を除去するハイパスフィル
   タと、 上記反射波信号のハイパスフィルタの通過の有無を選択
   切換えする切換手段と、 この切換手段を介して得られた反射波信号の正負それぞ
   れの最大値を検出する最大値検出手段と、 この最大値検出手段で検出された正負それぞれの最大値
   を比較する比較手段と、 この比較手段の比較結果に基づいて上記試料の欠陥の有
   無を検出する欠陥検出手段と、 この欠陥検出手段で得られた結果を上記表示手段に表示
   させる表示制御手段とを具備したことを特徴とする超音
   波探傷装置。
2. 【請求項２】 上記ハイパスフィルタは、周波数特性の
   異なる複数のハイパスフィルタからなり、 上記切換手段は上記反射波信号を上記複数のハイパスフ
   ィルタのいずれか１つまたはハイパスフィルタの短絡を
   選択切換えすることを特徴とする請求項１記載の超音波
   探傷装置。
3. 【請求項３】 上記表示制御手段は、反射波信号の強度
   と上記欠陥検出手段で得られた結果とを重畳して上記試
   料の２次元走査による階調画像として上記表示手段に表
   示させることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装
   置。