JPS5837506B2

JPS5837506B2 - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPS5837506B2
Application number: JP54164137A
Authority: JP
Inventors: 和則古賀; 栄杉山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1983-08-16
Also published as: JPS5687855A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は，、超音波探傷装置に係り、特に被検体に存在
する欠陥位置及び大きさを高精度で検知、記録及び表示
するのに好適な超音波探傷装置に関する。

超音波探傷において、欠陥位置の標定精度または欠陥の
大きさの評価精度は、超音波ビームの方位分解能及び距
離分解能に大きく依存する。

方位分解能は、超音波ビームを絞れば、向上する。

このため、従来から、１枚の凹面の振動子を用いた探触
子、多数の振動子を配列したマルチ探触子等各種の探触
子がある。

特にマルチ探触子は、理論上は、被検体の所定の位置に
超音波ビームを絞ることが可能であるため、医療関係に
おける生体の断層像の観察装置として広く利用されてい
る。

マルチ探触子を用いて超音波ビームを絞る従来例につい
て、以下、第１図及び第２図により説明する。

第１図について、点下に超音波ビームを絞る場合、マル
チ探触子１を構或する振動子１１〜１７を円弧状に並べ
、送信パルスＰでもって、各振動子に同時に加振すれば
よい。

他の方法は、第２図に示す如く、振動子１１〜１７を被
検体３の表面に一直線に配列し、超音波ビームが点Ｆに
絞られるように、各振動子への加速時間を遅延素子２１
〜２７によって設定するものである。

なお、振動子耘よび遅延素子の数は、探傷条件によって
決１るが、ここでは、簡単のため７個とした。

このようなマルチ探触子による方法は、医療用として発
達してきた。

医療関係では生体の表面は滑らかで一定、媒体は水であ
ると考えてよいため、被検体表面の形状を特に考慮する
必要がな，かった。

しかし、鋼材の溶接部は表面に凹凸のある場合が多いた
め、実探傷では、表面形状を正確に把握するかどうかに
よって、得られる結果は大きく異なる。

従って、遅延素子の遅延時間を初期値に固定すると言う
従来の方法は、表面形状の影響を受けて所定位置に超音
板ビームを絞えなく、表面に凹凸のある鋼材溶接部への
適用が難ししい。

１た、マルチ探触子を用いた医療用装置は、生体の断層
像をＣＲＴに直接表示し、画面として記録するので、鋼
材の探傷で一般に必要とされている欠陥（反射体）の位
置及び超音波エコー振幅の自動記録は実施していない。

本発明の目的は、被検体表面の形状を正確に把握すると
同時に、欠陥位置を高精度で検知、記録及び表示できる
超音波探傷装置を提供するにある３本発明は、被検体表
面の凹凸を検出し、この結果に従って、マルチ探触子の
各振動子への送信及び各振動子からの受信時間を自動的
に制御し、超音波ビームを所定位置に絞ることによって
方位分解能を向上させ、欠陥位置を正確に標定するもの
である。

第３図を用いて、送信（捷たは受信）時間の制御につい
て説明する。

同図で、前述の図と同一のものは、同一の番号及び記号
を付した。

被検体３の表面に凹凸がある場合、マルチ探触子１にむ
けるｉ番目の振動子にパルスを印加する時間は、図中の
左端の振動子に印加する時間よりも、（１）式に示す時
間τｉだけ早目になるよう、遅延素子の時間を変える。

該時間τｉを、以下便宜上、遅延時間と称する。

ここで、ｇｉはｉ番目の振動子と被検体表面との間隙、
（ｘｉｙｙｉ）は点下を原点とした場合の振動子の位
置、（ｘ１，ｙｉ）は左端の振動子の位置、。

。は間隙における媒質の音速、ｃ８ぱ被検体にむける音
速である。

（１）式の導出の根拠は、各振動子からの超音波の波面
が１点Ｆで一致する・ようにしたものである。

１点Ｆからの超音波エコーを受信する時も、発信の時と
同様に、ｉ番目の振動子は左端の振動子よりも（１式の
時間だけ早目にすればよい。

（１）式は、ｇｉのみが変数で、他は既知の定数である
ため、簡単に計算できる。

本発明による実施例について、以下に説明する。

第４図は、概略構威を示す。

クロックパルス発信器４は、パルス発信器５、遅延時間
制御回路１０及び表面形状検出回路９に一定周期のパル
スＰ。

を与える。

パルス発信器５は、クロックパルスＰｏに同期して、マ
ルチ探触子１を振動させるためのパルスＰを発信する。

該パルスＰは、上記１）式の時間τｉが設定されている
遅延回路２を介して、振動子１１〜１７に印加される。

該印加パルスＰ，〜Ｐ７により、超音波ビームが被検体
に入射される。

被検体に督ける欠陥（反射体）からの超音波エコーは振
動子１１〜１７で受信され、各各の振動子の後段に接続
されたプリアンプ６１〜６７及び遅延素子７１〜７７を
介し、表面形状検出回路９及び加算器８に入力される。

該表面形状検出回路９は、マルチ探触子の各振動子の直
下の間隔ｇｉを検知し、この情報を遅延時間制御回路１
０及び欠陥位置標定回路３１に送出する。

該遅延時間制御回路１０は、クロックパルスＰＣの奇数
番目のパルスに同期して、上記遅延回路２及び７の遅延
時間τｉを零とし、表面形状を検出するための条件を作
る。

クロックパルスＰ。の偶数番目のパルスに対しては、（
０氏の時間τｉを設宅し、超音波ビームを被検体におけ
る所定の位置Ｆ（Ｘ，Ｙ）に絞るようにする。

欠陥位置標定回路３１は、振動子と被検体表面との間隙
ｇｉ、加算器８を介して入力された欠陥からの超音波エ
コーＲｏの伝播時間ｔ。

及び振幅ｐ。を受け、探触子位置Ｘｐとから欠陥位置（
Ｘｏ，Ｙｏ）を算出する。

同時に、欠陥位置（Ｘ．，Ｙｏ）と振幅ｐ。

を一対にした基本データを編集する。

実探傷においては、マルチ探触子１を別途定められる検
査範囲の上を走査するので、基本データは多数、得られ
る。

表示装置３３及び記録装置３４は、各々、多数の基本デ
ータを表示及び記録する。

次に、回路の具体例を用いて、本発明の動作を説明する
。

第５図はク口ツクパルスＰ。と各振動子の送受信信号
（こ＼では、簡単のため３つの振動子）Ｒ１，Ｒ２，Ｒ
３及び各振動子の受信信号を合戒した超音波エコーＲｏ
の時間図である。

クロックパルスＰＣの奇数番目では、遅延時間τｉを零
に設定して、被検体表面からのエコーを把え、該表面と
各振動子の間隙ｇｉを検出し、次の偶数番目では、遅延
時間τｉを間隙ｇｉで決定される値に選ぶ。

第６図及び第７図は、間隙ｇｉを検出する表面形状検出
回路９の一部の回路及びその動作詳明図である。

第６図は、振動子１つに対する回路を示し、９１ぱ波形
整形回路、９２は単安定マルチバイブレータ、９３はＮ
ＡＮＤゲート、９４はＡＮＤゲート、９５はカウンタ、
９６はパルス発信器、１０及び３１は前述の遅延時間制
御回路及び欠陥位置標定回路である。

波形整形回路９１は、振動子の受信々号の最初のエコー
、すなわち、被検体表面からのエコーをキャッチし信号
Ｐ９１をＮＡＮＤゲート９３に送る。

一方、単安定マルチバイブレータ９２は、クロツクパル
スＰｏの奇数番毎に信号Ｐ９２を作る。

さらに、パルス発信器９６は、間隙検出の分解能で決定
される周期のパルスをＡＮＤゲート９４に送る。

該周期は、例えば分解能を０．１ｍｍとすれば、約１５
０ｎｓｅｃである。

ＡＮＤゲート９４からは、間隙ｇ１に比例したパルス数
の信号Ｐ９４が出力される。

カウンタ９５ぱ、該パルス数を計数し、遅延時間制御回
路１０及び欠陥位置標定回路３１に間隙の情報として与
える。

遅延時間制御回路１０は、間隙ｇｉと既知の諸定数を用
いて（１）式を計算し、時間τｊを求める。

具体的には、マイクロコンピュータに実行させても良い
。

第８図は、遅延回路２及び７にち−ける１つの遅延素子
の例である。

同図では、発信側の５番目の素子を選んで動作を説明す
る。

遅延素子２５はタップ切換え型で、この切換えは、電子
スイッチ２５１〜２５７により行なわれる。

遅延時間制御回路１０は時間τ，に対応する電子スイッ
チに閉路信号を送る。

これにより、送信パルスＰは、時間τ５、遅延されて、
加算器２Ｑ５を通り、振動子１５に印加される。

第９図は、欠陥位置標定回路３１の１つの具体例を示す
。

第１０図は、該欠陥位置標定回路３１の１つの機能であ
る超音波エコーの振幅検出に関する時間図である。

第９図に釦いて、超音波エコ−Ｒｏは、クロツクパルス
Ｐ。

の偶数回毎に閉路される電子スイッチ３１２を介して、
ピーク検出器３１３に送られる。

該ピーク検出器３１３は、所定の閾値Ｈを越えたエコー
のピーク値を検出する。

そして、該ピーク値は、Ａ／Ｄ変換器３１４でデイジタ
ル値に変換され、データメモリ３１５に格納六れる。

第９図の各回路の出力信号Ｐ３、１、Ｒｏ′，Ｒｏ″、
及びＲ。

句時間関係は第１０図の如くである。

第９図のフリツプフロツプ３１１、パルス発信器３１６
、ＡＮＤゲート３１７及びカウンタ３２４〜３２６は、
閾値Ｈ以上のエコーＲｏ″の伝播時間を求めるための回
路である。

偶数番目のクロツクパルスＰＣが入力されると、カウン
タ３２４〜３２６は、パルスＰ３１６をーせいに計数し
始める。

なア・、カウンタの設置台数は、超音波エコーにむける
パルスを何個１でデータメモリ３１５に記憶させるかに
よって決めるが、ここでは簡単のため３個とした。

カウンタのホールド回路３１８は、２個のフリツプフロ
ツプ３１９及び３２０と３個のＡＮＤゲート３２１〜３
２３により構或する。

ＡＮＤゲート３２２はカウンタ３２４を、ＡＮＤゲート
３２１はカウンタ３２５を、ＡＮＤゲート３２３はカウ
ンタ３２６をホールドするが、ホールドの開始時間は、
エコーＲｏ′の立上り時間である。

このようにして、エコーＲｏ′の伝播時間ｔ。

に比例した値がデータメモリ３１５に記憶される。

計算回路３２７は、エコーの伝播時間ｔ。

、マルチ探触子の中心位置（探触子位置）ＸＰ、該中心
位置にむける被検体表面との間隙゛ｇＰ、及び集点Ｆ（
Ｘ，Ｙ）とから、欠陥位置（ＸＯ，ＹＯ）を（２）バ４
武に従って求める。

表示装置３３は、欠陥位置（Ｘｏ，Ｙｏ）及びエコー振
幅ｐ。

を、例えばＢ−スコープ、Ｃ−スコープとしてＣＲＴの
上に表わす。

記録装置３４も、表示装置にむける形式で、探傷結果を
記録する。

探触子をＸ軸上に移動させたり、或いは、集点Ｆを連続
的に変えるような走査によって得られた欠陥位置を集合
したものは、超音波ビームを絞っているため、欠陥の大
きさとほぼ等しくなる。

以上説明した如く、本発明によれば、マルチ探触子と被
検体表面の間隙を探触子の走査中に検出し、超音波の送
受信の遅延時間を制御するので、所定の位置に超音波ビ
ームを絞ることが可能となり、欠陥位置を正確に標定で
きる。

この結果、欠陥の大きさが高精度で検知され、プラント
構造物、機器の材料力学的強度計算、材料の品質管理等
が改善されると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はマルチ探触子による超音波ビームの
絞り方の説明図、第３図乃至第５図は本発明の原理及び
回路構成の一実施例及び波形の時間図、第６図及び第７
図は本発明の構成回路である表面形状検出回路の一実施
例と動作説明図、第８図は遅延回路の一実施例、第９図
及び第１０図は欠陥位置標定回路の一実施例及び動作説
明図である。１・・・マルチ探触子、２・・・遅延回路、３・・・被
検体、４・・・クロツクパルス発振器、５・・・パルス
発振器、６・・プリアンプ、７・・・遅延回路、８・・
・加算器、９・・・表面形状検出回路、１０・・遅延時
間制御回路、１１〜１７・・・振動子、３１・・・欠陥
位置標定回路、３３・・・表示装置、３４・・・記録装
置。

Claims

【特許請求の範囲】

１被検体に探触子を介して超音波を入射し、当該被検
体に存在する欠陥からの超音波エコーを把え、該欠陥の
大きさを検知する超音波探傷装置に耘いて、多数の振動
子からなるマルチ探触子により該探触子と被検体表面の
間隙を検出する手段、該間隙に応じて上記振動子にパル
スを送信する時間及び上記振動子から超音波エコーを受
信する時間を制御し、超音波ビームを所定位置に絞る手
段、超音波エコーの伝播時間及び探触子位置とから欠陥
位置を標定する手段、該欠陥位置と超音波エコーの振幅
を表示及び記録する手段を備えたことに特徴のある超音
波探傷装置。