JPH10206402A - 超音波探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面がざらざらした試料を超音波でＡスコー
プ波形として観察するとき、欠陥エコー波と表面エコー
波を確実に識別できるようにする。 【解決手段】 鋳物材料のごとき試料11に対して超音波
プローブ12を移動させながら送信波21を繰り返して与
え、試料で反射されて生じた複数のエコー波を超音波プ
ローブで検出して超音波探傷を行う方法であり、超音波
プローブで検出された複数のエコー波の各々のピーク値
をＡ／Ｄ変換器14でディジタル値のピークデータに変換
し、送信波ごとにピークデータとその路程データの組を
エコーデータ16a としてメモリ16に記憶し、識別プログ
ラム17を用いて、送信波ごとに得られた路程データのバ
ラツキの程度をバラツキ基準範囲と比較して欠陥エコー
と表面エコーを識別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波探傷方法に関
し、特に、鋳物材料のように表面に微細な凹凸がある試
料の表面近傍の欠陥の検出に適した超音波探傷方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷装置を利用して試料の内部欠
陥を検出する従来の仕方を図５に示す。図５では、例え
ば鋳物のような試料５１を水中５２に配置し、試料５１
の表面に対して超音波プローブ５３をセットして超音波
を照射する。試料５１の表面の近傍に欠陥５４があると
し、当該欠陥を検出することがこの測定の目的であると
する。試料５１の表面５１ａは微細な凹凸が形成されて
いる。図５で、超音波探傷装置の全体構成の図示は省略
されている。超音波プローブ５３は、観察者の手動操作
によって、試料５１の表面５１ａに沿って矢印５５の方
向へ移動する。このようにして超音波探傷装置を利用し
て試料５１を検査すると、Ａスコープ波形として図６に
示されるような測定結果が得られた。

【０００３】図６に示す測定結果は、表面がざらざらし
た鋳物材のごとき試料５１の超音波探傷測定の典型的な
ものである。図６において縦軸は電圧値（Ｖ）を表し、
横軸は経過時間（ｔ）を表している。また波形６１は送
信波を示す。この測定で特徴的なことは、表面５１ａに
微細な凹凸が存在するため、表面５１ａにおける多数の
凹凸に起因するエコー波（ピーク波形）Ｓ₁ 〜Ｓ₆ ，Ｆ
₁ が観察されることである。そのため、本来検出したい
欠陥５４によるエコー波Ｆ₁ が微細凹凸に起因する多数
のエコー波Ｓ₁ 〜Ｓ₆ の中に埋没した状態で観察される
ことになる。観察者は、欠陥によるエコー波Ｆ₁ の波形
を見出すために超音波プローブ５３を手動にて移動させ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】超音波探傷装置によっ
て、鋳物材のように表面（鋳膚面）がざらざらとした試
料５１の表面近傍の欠陥５４を検出する場合には、前述
の通り、欠陥５４に対応するエコー波Ｆ₁ が微細凹凸に
よるエコー波中に埋没し、当該エコー波Ｆ₁ だけを取り
出すことが非常に難しい。従来の測定方法では、単純に
スレッシュホールドレベルを設定して欠陥エコーと表面
凹凸による表面エコーを識別しようとしていたが、両エ
コーのピークレベルが近似しているので、識別すること
が非常に困難であった。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すること
にあり、表面に微細凹凸が形成された試料の表面近傍の
欠陥を超音波で検出しＡスコープ波形として観察すると
きに、欠陥エコー波と微細凹凸によって生じた表面エコ
ー波を容易にかつ確実に識別できる超音波探傷方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
超音波探傷方法は、上記目的を達成するため、表面に微
細凹凸が存在する鋳物材料のごとき試料に対して超音波
プローブを移動させながら送信波を繰り返して与え、試
料で反射されて生じた複数のエコー波を超音波プローブ
で検出して超音波探傷を行う方法であり、超音波プロー
ブで検出された複数のエコー波の各々のピーク値をＡ／
Ｄ変換でディジタル値のピークデータに変換し、送信波
ごとにピークデータとその路程データを組にして記憶
し、送信波ごとに得られた路程データのバラツキの程度
を、予め設定されたバラツキ基準範囲と比較して、欠陥
エコーと表面エコーを識別する方法である。

【０００７】欠陥エコーと表面エコーの各々の出現の仕
方に関する規則性を見てみると、超音波プローブが移動
しながら送信波を繰り返し出力する場合、表面エコーの
ときにはこれらの送信波の各々に対して表面エコーの発
生する路程時間がばらつき、確定的な同じ時刻での波形
の出現が少ないという特性があり、これに対して、欠陥
エコーのときには超音波プローブが移動しても当該移動
に関係なく送信波の発生に対して常にほぼ同じ時刻に出
現するという特性がある。Ａスコープにおけるエコー波
の出現では、画面における同一時間軸の上で欠陥エコー
と表面の微細凹凸による表面エコーが発生するので、両
者を識別することは困難であるが、欠陥エコーと表面エ
コーの各出現性に関する前述の特性の差異を考慮する
と、両者を識別することが可能である。そこで、本発明
では、送信波を出射するたびに得られるＡスコープ波形
をＡ／Ｄ変換しエコー波のピーク値をディジタル値とし
てメモリに保存し、メモリに保存された送信波ごとのＡ
スコープに関するディジタルデータを、欠陥エコーと表
面エコーに関して出現時刻の観点、すなわち路程データ
のバラツキの程度から識別できるようにコンピュータ処
理する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。

【０００９】本発明に係る超音波探傷方法が実施される
装置の基本構成は、従来の装置と同じである。すなわ
ち、図５に示されたように、水中に配置された試料に対
して超音波プローブが水面にセットされ、当該超音波プ
ローブを観察者が手で動かすようにする。試料は、表面
に微細凹凸が形成され、ざらざらとした鋳物材料である
とする。また本超音波探傷方法では試料の表面近傍に存
在する１つの欠陥を検出するものと仮定する。超音波プ
ローブは試料の表面に沿って移動される。

【００１０】図１は、本発明に係る装置構成の要部を模
式的に示したものである。１１は水中に配置される試料
である。当該試料１１に対して超音波を出射する超音波
プローブ１２が用意される。超音波プローブ１２は超音
波探傷器１３に接続される。超音波探傷器１３は、超音
波プローブ１２に対して送信用超音波（送信波）を発生
させるための送信パルスを生成し供給すると共に、超音
波プローブ１２から、出射された送信波に対応するエコ
ーに関する信号（「エコー信号」という）を与えられ
る。エコー信号は、表面の微細凹凸による表面エコー信
号と内部欠陥による欠陥エコー信号を含む。エコー信号
は、超音波探傷器１３からＡ／Ｄ変換器１４に送られ、
ここでエコー信号はその波形ピークの値がアナログ値か
らディジタル値に変換される。ディジタル値になったエ
コー信号は、さらにコンピュータ（パーソナルコンピュ
ータ等）１５に送られ、コンピュータ１５のメモリ１６
にエコーデータとして格納される。コンピュータ１５の
メモリ１６には、一定の周期で繰り返し生成される送信
波の各々に対応して得られるエコーデータ１６ａが、送
信波ごとに格納されている。さらにコンピュータ１５の
メモリ１６には、メモリに格納される送信波ごとのエコ
ーデータ１６ａを利用して表面エコーと欠陥エコーを識
別するための処理を行うプログラム（「識別プログラ
ム」という）１７が格納されている。

【００１１】図２は送信波とエコー波との関係を示すＡ
スコープの波形図であり、横軸は時間（ｔ）、縦軸は電
圧値（Ｖ）である。送信波２１は送信パルスに基づいて
超音波プローブ１２から試料１１に対して出射される超
音波である。エコー波は、試料１１の表面および内部で
反射して超音波プローブ１２に戻ってくる超音波であ
る。本実施形態では、試料１１は表面に微細凹凸が形成
された鋳物材料であり、表面近傍の内部に１つの欠陥が
あるものと仮定しているので、エコー波には、実際上、
表面の多数の微細凹凸によって生じたエコー波（Ｓ₁ 〜
Ｓ₅ ）と、試料内部の欠陥によって生じたエコー波（Ｆ
₁ ）が含まれる。従って、超音波を利用して表面がざら
ざらした試料１１について表面近傍の１つの欠陥を検出
するとき、１つの送信パルスに対応して生成される送信
波２１に対して、複数の表面エコー波Ｓ₁ 〜Ｓ₅ と、１
つの欠陥エコー波Ｆ₁ が得られる。超音波プローブ１２
は観察者によってその位置を変化させられながら、試料
１１に対して繰り返し送信波２１を与える。各送信波に
ついて得られたエコー波Ｓ₁ 〜Ｓ₅ ，Ｆ₁ の波形データ
は、一定条件の下で、前述の通り、Ａ／Ｄ変換器１４で
ディジタル値に変換され、送信波ごとにエコーデータ１
６ａとしてメモリ１６に格納される。

【００１２】なお上記では、説明の便宜上、微細凹凸に
よるエコー波（Ｓ₁ 〜Ｓ₅ ）、欠陥によるエコー波（Ｆ
₁ ）と区別して述べたが、超音波プローブ１２でエコー
波を検出する段階では両者を区別することはできない。
メモリ１６に格納されたエコーデータ１６ａに対して前
述した識別プログラム１７を実行することによって、微
細凹凸によるエコー波Ｓ₁ ，…であるか、または欠陥に
よるエコー波Ｆ₁ であるかが判明し、識別されるのであ
る。

【００１３】エコー波の処理をさらに詳しく説明する。
Ａ／Ｄ変換器１４で得られたディジタル値はエコー波の
極大値であり、波形のピーク値である。Ａ／Ｄ変換器１
４でディジタル値に変換したエコー波のエコーデータを
メモリ１６に格納するときには、図２に示すようにエコ
ー信号とノイズを識別するために設定されたスレッシュ
ホールド電圧Ｖ_THを用いて、このＶ_TH以上のＡスコープ
波形のピーク値がピークデータとして選択される。選択
されたピークデータは、当該エコー波のピーク位置に対
応する時刻で表された路程データに対応づけてメモリ１
６に格納される。従ってエコーデータは路程データとピ
ークデータの組からなる。エコー波Ｓ₁の路程データと
ピークデータはｔ₁₁とＶ₁₁として格納される。同様にし
て、エコー波Ｓ₂ の路程データとピークデータはｔ₁₂と
Ｖ₁₂として、エコー波Ｓ₃ の路程データとピークデータ
はｔ₁₃とＶ₁₃として、エコー波Ｆ₁ の路程データとピー
クデータはｔ₁₄とＶ₁₄として、それぞれ格納される。そ
の結果、最初の送信波２１（この場合には「ＰＲＦ１」
である）に対してエコー波Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，…の各々
のデータが（ｔ₁₁，Ｖ₁₁）、（ｔ₁₂，Ｖ₁₂）、（ｔ₁₃，
Ｖ₁₃）、（ｔ₁₄，Ｖ₁₄）、…がメモリ１６に格納され
る。この場合において、欠陥エコーであるエコー波Ｆ₁
も、表面エコー波と同様に１つのエコー波として扱わ
れ、その路程データとピークデータがメモリ１６に格納
される。最初の送信波ＰＲＦ１に続いて、超音波プロー
ブ１２が位置を変化した状態で次の送信波ＰＲＦ２が出
力される。そうすると、図２に示した例と同様にＡスコ
ープ波形が発生し、エコー波Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，…に対
応する路程データとピークデータが（ｔ₂₁，Ｖ₂₁）、
（ｔ₂₂，Ｖ₂₂）、（ｔ₂₃，Ｖ₂₃）、（ｔ₂₄，Ｖ₂₄）、…
としてメモリ１６に格納される。その後も、超音波プロ
ーブ１２を移動させながら送信波ＰＲＦ３，ＰＲＦ４，
…の各々に関する路程データとピークデータが（ｔ₃₁，
Ｖ₃₁）、（ｔ₃₂，Ｖ₃₂）、（ｔ₃₃，Ｖ₃₃）、（ｔ₃₄，Ｖ
₃₄）、…としてメモリ１６に格納される。以上のような
処理を送信波（ＰＲＦ）ごとに行うことによって、メモ
リ１６に路程データとピークデータがエコーデータとし
て送信波ごとに記憶され、蓄積される。これらのエコー
データをテーブルで示すと、図３のごとくなる。

【００１４】次に、メモリ１６に用意された識別プログ
ラム１７に基づいて、かつメモリ１６に蓄積されたエコ
ーデータ（路程データとピークデータ）１６ａを用い
て、欠陥エコーと表面エコーを識別し、欠陥エコーのみ
を検出する。識別プログラム１７による欠陥エコーと表
面エコーの識別処理では、予め定められた回数分の送信
波に対応するエコーデータを用いる。本実施形態の場合
には、図３のテーブルに示されるように５回分のエコー
データが使用される。識別プログラム１７による欠陥エ
コーと表面エコーの識別処理の一例は、次の通りであ
る。

【００１５】識別プログラム１７では、超音波プローブ
１２を試料１１に対して移動させかつその間繰り返し送
信波を出力するとき、送信波ごと得られる各エコー波の
路程データのバラツキの程度を判断するため、当該判断
を行うための基準範囲（「バラツキ基準範囲」という）
が予め設定されている。路程データのバラツキがバラツ
キ基準範囲に含まれるときには、当該エコー波は欠陥エ
コーであると判断される。

【００１６】次に、最初のステップでは、例えばエコー
波Ｓ₁ （最初のピークを作るエコー）に関して、その路
程データｔ₁₁，ｔ₂₁，ｔ₃₁，ｔ₄₁，ｔ₅₁の値が上記バラ
ツキ基準範囲に含まれるか否かを判定する。これらの路
程データはバラツキ基準範囲に含まれないので、エコー
波Ｓ₁ は表面エコー波と判断される。次にエコー波
Ｓ₂ ，Ｓ₃ の各々の路程データもバラツキ基準範囲に含
まれず、同様にして表面エコー波と判断される。これに
対して、エコー波Ｆ₁ の路程データｔ₁₄，ｔ₂₄，ｔ₃₄，
ｔ₄₄，ｔ₅₄の値が上記バラツキ基準範囲に含まれるか否
かを判定する。この場合には、エコー波Ｆ₁ の路程デー
タはバラツキ基準範囲に含まれることになり、エコー波
Ｆ₁ は欠陥エコー波と判断される。こうして、欠陥エコ
ーの情報を得ることができる。

【００１７】各エコー波の送信波ごとの路程データのバ
ラツキの程度をバラツキ基準範囲と比較することによ
り、表面エコー波であるか、または欠陥エコー波である
かを判断できる理由は、試料表面からの反射エコーであ
れば、ランダム（不規則）に形成された微細凹凸による
反射であるから路程データのバラツキが大きくなり、こ
れに対して、欠陥による反射エコーは路程データのバラ
ツキが相対的に小さくなるということにある。従って、
バラツキ基準範囲を実験結果等に基づいて適切に決めれ
ば、表面エコー波であるか、欠陥エコー波であるかを識
別することが可能となる。

【００１８】図４は実際のＡスコープの波形例を示した
写真である。図４の（Ａ），（Ｂ）は異なる２つの送信
波３１ａ，３１ｂに関するＡスコープであり、時間軸は
一致させている。図４の（Ａ），（Ｂ）において、送信
波３１ａ，３１ｂに対して表面エコー３２と欠陥エコー
３３が発生している。図４の（Ａ），（Ｂ）の比較にお
いて、欠陥エコー３３はほぼ同じ時刻に発生している
が、表面エコー３２の発生状態はまったく異なってい
る。従って、前述のごとく適切にバラツキ基準範囲を設
定することによって、欠陥エコーと表面エコーを明確に
識別することが可能となる。

【００１９】上記の路程データのバラツキの程度は、実
際には超音波プローブ１２で使用される周波数、試料１
１の表面の粗さ、超音波プローブ１２の移動速度等によ
って異なる。従って、設定されるバラツキ基準範囲は、
観察を行う条件に応じて任意に決定される。一例として
は、例えば周波数が５ＭＨｚの超音波プローブの場合に
は、約５０ｎｓ（ナノ秒）のバラツキで路程データが安
定していれば、同一波形とみなし、欠陥エコーと判定す
る。

【００２０】上記において、メモリ１６に蓄積されるエ
コーデータ１６ａの量（何回分の送信波のエコーデータ
とするか等）は実験に基づき任意に設定される。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、鋳物材料のごとき表面に微細凹凸が存在する試
料における表面近傍の欠陥を検出する超音波探傷方法に
おいて、超音波プローブを移動させながら繰り返して送
信波を送り、送信波ごとのエコー波を検出し、各エコー
波のピーク値をディジタル変換し、ピークデータとその
路程データを送信波ごとに記憶し、当該路程データのバ
ラツキの程度に基づいて判定を行うようにしたため、欠
陥エコーと表面エコーを容易にかつ確実に識別すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波探傷方法が実施される装置
の要部を示す構成図である。

【図２】Ａスコープの一例を示す波形図である。

【図３】メモリに格納されたエコーデータの状態を示す
テーブルである。

【図４】実際のＡスコープの波形例を示す写真（コピ
ー）である。

【図５】従来の超音波探傷装置の超音波プローブと試料
の状態を示す図である。

【図６】従来の超音波探傷方法の問題を説明するための
波形図である。

【符号の説明】

１１ 試料 １２ 超音波プローブ １３ 超音波探傷器 １４ Ａ／Ｄ変換器 １５ コンピュータ １６ａ エコーデータ １７ 識別プログラム

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【手続補正書】

【提出日】平成９年４月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】 実際のＡスコープのオシロ波形を示す写真で
ある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に微細凹凸が存在する試料に対して
   超音波プローブを移動させながら送信波を繰り返して与
   え、前記試料で反射されて生じた複数のエコー波を前記
   超音波プローブで検出する超音波探傷方法において、前
   記超音波プローブで検出された前記複数のエコー波の各
   々のピーク値をＡ／Ｄ変換でディジタル値のピークデー
   タに変換し、前記送信波ごとに前記ピークデータとその
   路程データを組にして記憶し、前記送信波ごとに得られ
   た前記路程データのバラツキの程度を、予め設定された
   バラツキ基準範囲と比較し、欠陥エコーと表面エコーを
   識別するようにしたことを特徴とする超音波探傷方法。