JPS5965252A - 超音波自動探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明（は、複数の探触子を環状に配列した探触子アレ
イを水中に固定設置し、探触子アレイの切換え走査によ
り被検査体の欠陥を検知する静止型の超音波自動探傷装
置に関する。

本願発明者等は、探触子を機械的に回転させることなく
スチールパイプ等の全周にわたる超音波自動探傷を可能
にするため、複数の探触子を環状に配列した探触子プレ
イを水中に固定設置し、所定数の探触子を１グループと
して一定方向に順次切換え走査し、切換え走査により選
択した探触子群に対する送信パルスに焦点探触子と等価
な超音波ビーム特性を得るだめの送信遅延を施し、併せ
て各探触子よシの受信信号についても伝搬距離の相違に
よる受信タイミングのずれを無くすように送信時と同じ
遅延を施し、その合成受信信号から欠陥を検知する装置
を提案している。

しかしながら、上記の装置゛における探触子アレイの切
換え走査においては、例えば第１図に示すように探触子
アレイ１０における７１６１〜／１６８の探触子の選択
により屈折角θをもつビームＢ１で探傷を行なった後に
、左回シに探触子１ケぶんシフトして／１６２〜／１６
９の探触子群の選択で同じく屈折角θのビームＢ、で探
傷を行なうようになるが、ビームＢ、とＢ２の間にビー
ムが照射されない未探傷領域Ａを生ずるようになる。

ぞこで、探触子アレイ１０における探触子の取付はピン
チを狭めることも考えられるが、ピンチを狭めると探触
子の数が大幅に増加して切換走査回路が相当複雑化し、
探触子プレイもコスト的に高価となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、探触子プレイ
の集積度を高めることなく筒部な制御処理により未探傷
領域の発生を防止することを目的とする。

この目的を実現するため、本発明によれは探触子アレイ
を切換え走査する毎に、送受信遅延量を多段階に切換え
ることで屈折角の異る超音波ビームを１１ｉ次送出して
ビームを首振りさせるようにしたものである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２図は、本発明で用いる探触子アレイを示した説明図
であシ、第３図に１１０方向の断面図を示す。

第２．３図において、１０は探触子アレイであり、複数
の探触子を環状に配列してゼＲ成され、この探触子アレ
イ１０は水１１の中に固定設置され、探触子アレイ１０
の内部に図示のように被検査体としての管体１２が軸方
向に搬送される。

探触子アレイ１０による超音波ビームの切換走査は、例
えば探触子アレイ１０の所定位置を基準位置とした８個
の探触子で１グループを形成し、ｌグループを形成する
探触子群に対する送信パルス信号の遅延供給により、焦
点探触子と等価な卸音波ビーム特性を作り出し、探触子
アレイの切換走査は１グル一プ単位で時計回り方向、又
は、反時計回多方向に１探触子分だけ順次シフトした切
換走査を行なう。

第４，５及び６図は、本発明の探触子プレイによる超音
波ビームの首振り作用を示した説明図である。

まず第４図に示す探触子アレイ１０の超音波ビーム特性
は、管体１２の中心Ｏを通るＸ軸上に焦点Ｆ１が位置す
るような遅延制御により得られた超音波ビーム特性を示
している。

すなわち、１グループを形成する探触子アレイ１００８
個の探触子群に対する超音波パルス信号の供給を焦点遅
延部１４及び偏角遅延部１６Ａを介して行なうことによ
り破線で示すように管体１２の中心０よりの偏心量ｄ１
となるＸ軸の焦点Ｆ、に超音波ビームを集束させる特性
を作り出すことができる。

ここで第４図に示す焦点ビーム特性における管体１２に
対する入射角１１と屈折角θ１との間には水の縦波音速
ＣＷ中１５００ｍ／ｓ　を鋼の横波音速Ｃｓ−；　３２
３０　ｍ　／　ｓとすると、の関係が成立する。

一方、５ｉｎｉｌは １ ｓｉｎｉ、＝　　　　　　　　　　・・・（２）で与え
られることから、この第（２）式を前記第（１）式に代
入して、 ｄ。

ＪＦ２．１６−　　　　　　　・・・（３）の関係が得
られる。

すなわち、超音波ビームの焦点Ｆ１を変移量ｄ１となる
Ｘ軸上に設定したとすると、管体１２の外径２ｒから前
記第（２）式によシ入射角１１が決まり、更に前記＠（
３）式より管体１２に対する屈折角θ！も一義的に定オ
リ、このような焦点探触子と等価な超音波ビーム特性の
設定は、焦点遅延部１４及び偏角遅延部１６における各
探触子毎の遅延量を調整することにより実現することが
できる。

すなわち、焦点遅延部１４は８個の探触子毎に遅延素子
を備えており、その遅延量は遅延素子の長手方向の大き
さで示すように、両側から中央に向うに従って遅延量が
順次増加しており、この遅延量の設定によシ探触子アレ
イ１ｏの探触子群よりの超音波ビームを管体１２の中心
Ｏ付近に集束させる超音波ビーム特性を作り吊す。

一方、偏角遅延部１６Ａも各探触子毎に遅延素子を備え
、遅延素子の長手方向の大きさで示すように左側から右
側に向かうにつれて段階的に遅延量を増加させており、
この遅延量の設定により、焦点遅延部１４の遅延で管体
１２の中心０付近に集束させている超音波ビームを偏心
量ｄＩとなるＸ軸上の焦点Ｆ８に集束させる偏角特性を
作り出す。

第５図、第６図も第４図と同様に焦点遅延部１４及び偏
角遅延部１６Ｂ、１６Ｃを有し、焦点遅延部１４は第４
図と同じ遅延量の設定を行なっているが、偏角遅延部１
６Ｂ、１６Ｃについては偏角遅延部１６Ａに対し、相互
に異なる遅延量を設定している。

すなわち、絶５図の偏角遅延部１６Ｂは、第４図の偏角
遅延部１６Ａに対し、左側から右側に向かって段階的に
増加する遅延素子の遅延増加量が少なくなるように設定
されており、そのため探触子群による超音波ビームの焦
点Ｆ２は、管体１２の中心Ｏより偏心ｆｔ　ｄ　ｔの位
置にあり、この偏心量ｄ、は第４図の偏心量ｄ、より小
さくなるように偏角遅延部１６Ｂの遅延量を定めている
。

従ってｄｚ＜ｄ＋であることから前記第（２）　（３）
式より明らかなように入射角ｉ、及び屈折角θ、も第４
図に比べて小さくなる。

更に、第６図は偏角遅延部１６Ｃにおける遅延素子の左
側から右側への段階的な増加量を第５図の偏角遅延部１
６Ｂよシ更に少なくしたもので、探触子アレイ１０の超
音波ビームの焦点Ｆ３の偏心量ｄ３は第５図の偏心量ｄ
、より小さくなり、同様に入射角・ｉ３及び屈折角θ８
も偏心量ｄ８に応じて最小となる。

すなわち、本発明においては探触子アレイ１゜における
８個の探触子群を１グループとして選択した時に焦点遅
延部１４に対し、偏角遅延部１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃ
を順次切換え接続して超音波パルス信号を供給すること
によシ、屈折角がθ。

、θ２．θ３と順次変化する超音波ビームＢ１．Ｂ、。

Ｂｓを送出する超音波ビームの首振りを行なうものであ
る。

尚、第４〜６図の首振り制御は超音波ビームの送信を例
に取るものであったが、超音波ビームＢ１〜Ｂ、による
欠陥よりの反射エコーの受信信号にについても、同様な
遅延制御によシ各探触子毎に伝搬時間の異なる受信信号
を同一タイミングの受信信号となるように偏角及び焦点
遅延を行なうようになる。

第７図は本発明の一実施例を示したブロック図ある。

まず構成を説明すると、１８は制御信号発生器テアリ、
マイクロコンピュータ４４のプログラム制御に基づいて
４８音波ビームを首振りさせるだめの切換信号、探触子
アレイ１０を切換走査するための切換定食信号及び受信
タイミングの制御信号などを出力する。

１４は焦点遅延部であシ、第４〜第６図に示した焦点遅
延部１４と同じ遅延量を各探触子毎に設定しており、制
御信号発生器１８よりの送信制御信号がパルス信号であ
ることから送信制御パルスに同期したカウンタによるク
ロツクパルスの計ａ出力でアナログ遅延素子を用いた場
合と同様な信最遅延を行なう。

２０は切換スイッチであり、探触子アレイ１゜における
８個の探触子群が１グループとして選択される毎に順次
切換端子２０ａ　、２０ｂ　、ｚｏｃの切換接続を行安
う。１６Ａ、１６Ｂ、ｊ６Ｃは偏角遅延部であり、記４
〜６図に示す偏角遅延部と同じ遅１ｔＴ＃ｆｉ４を設定
しており、切換スイッチ２゜を介して入力される信号が
パルス信号であることから焦点遅延部１４と同様にカウ
ンタの計数により所定の偏角蒼延量を作り出すようにし
ている。

又、偏角ｉ）′（延部１６Ａ〜１６Ｃの偏角遅延（、Ｑ
は第４〜６図に示したように相互に異なった値を設定し
てキ・・す、偏角遅延部１６Ａによる超音波ビームの屈
折角はθ１、偏角遅延部１６Ｂによる屈折角はθ７、更
に偏角遅延部１６Ｃによる屈折角はθ、となるように偏
角遅延量を設定している０２２は送信部であシ、偏角遅
延部１６Ａ〜１６Ｃより順次出力される送信制御信号に
よシ超音波発振器を駆動し、所宇の遅延を施した送信パ
ルス信号を各探触子毎に出力する。２４はアナログスイ
ッチであり、探触子アレイ１ｏの基準位置をスターｉ位
置とした８個の探触子群を１グループとして一定周期毎
に探触子１個分ずつＰ’Ｊ’＋定回転方向に切換走査す
る。

又、アナログスイッチ２４で選択接続した探触子アレイ
１０の探触子群は受信側の偏角遅延部２６Ａ、２６Ｔ３
，２６ＣＫ対しても共うｍ接続される。

この偏角ηぺ延部２６Ａ〜２６Ｃには受信側の偏角遅延
部１６Ａ〜１６Ｃと同じ偏角遅延５：が設定されており
、探触子アレイ１ｏよシの受信信号がアナログ４８号で
あることがら第４〜第６図の偏角遅延部に示したと同じ
アナログ遅延素子を用いている。

２８は切換スイッチでルシ、受信側の切換スイッチ２０
に同期して切換端子２８ａ〜２８ｃを順次切換接続する
。

３０はプリアンプ、３２は焦点遅延部であり、送信側の
焦点遅延部１４と同じ遅延量が設定され、同じくアナロ
グ信号を遅延させることから第４〜６図の焦点遅延部に
示したと同様にアナログ遅延素子が使用される。　　　
− ３４は焦点遅延部３２より並列入力される各探触子毎の
受信信号を加算合成する加算器、３６は加算器３４の合
成信号について超音波の伝搬距離に対する信号レベルの
変化を補正する距離振幅補正を行ない且つ受信信号の処
理手段としてマイクロコンピュータ４４を使用している
ことがら合成愛他信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器を有する。主増＠器３６のデジタル受信信号はバ
ッファ３８．・を介して混合−レベル比較器４ｏに入力
づれている。混合−レベル比較器４ｏは主増幅器３６よ
りのデジタル受信信号が基準レベルを上回った時に欠陥
受信信号として判別し、基準レベルを下回わる信号につ
いてはノイズ成分として除去するとともに送信パルス信
号による超音波ビームの直接の回シ込みによる受信成分
を制御信号発生器１８より送信制御信号に基づいて除去
するようにしている。

又、混合−レベル比較器４２はバッファ４２゜４４及び
４６を介して距離信号ａ、探傷モード信号す及び欠陥位
置信号Ｃが入力されている。

ここで距離信号ａは探触子アレイ１ｏに対して送シ込ま
れる鷺・体により、駆動はれるパルスジェネレータより
のパルス信号を用いており、管体の基準位置に対する長
手方向の位置を検知するようにしている。

又、探傷モード信号すは首振りの遅延にょるθ。

、θ２．θ３の何れか全識別する信号を入力し、欠陥位
置などの受信処理を指令する／こめに用いる。

更に欠陥位（９（ａ郵Ｃはアナログスイッチ２４の切換
制御信号に基づき、探触子アレイ１ｏの切換十査位置、
すなわち、何番目の探触子で欠陥信号が受信されたかを
識別するため探触子アレイ１゜の基準位置に対する角度
信号として与えられる。

混合−レベル比較器４ｏの出力は、入力インタフェース
４２を介してマイクロコンピュータ４４に入力きれ、入
力データに基づいて欠陥及び欠陥位置゛を演算処理し、
出力インタフェース４６を介してプリンタ４８．ＣＲＴ
５０に打ち出し記録するようにしている。

次に第８図の動作フローを参照して第７図の実施例の作
用を説明する。

水中に固定設置された探触子アレイ１０に対し、被検を
体としての管体が送シ込まれてくると、マイクロコンピ
ュータ４４の制御により制御信号発生器１８がアナログ
スイッチ２４に切換走査信号を出力し、探触子アレイ１
０の基準位置をスタート位置とした８個の探触子群を送
信部２２および受信側の偏角遅延部２６Ａ〜２６Ｃに選
択接続する。

続いて制御信号発生器１８より屈折角θ１の超音波ビー
ムを送出させるだめの送信制御信号及び切換信号が出力
される。この切換信号により切換スイッチ２０及び２８
は図示のように切換接点２０ａ、２８ａに切換わり、続
いて送信制御信号により焦点遅延部１４で焦点遅延され
た送信制御信号が切換スイッチ２０を介して偏角遅延部
１６Ａに入力し、Ｆ、’ｈ定の偏角遅延を施した後に送
信部２２に供給され、各探触子群毎に設けている超音波
ビームを駆動し、アナログスイッチ２４を介して選択さ
れている探触子アレイｌＯの探触子群に送信パルス信号
を供給する。

このため探触子アレイ１０の探触子群からは第４図に示
す屈折角θ、の焦点探触子と等価な超音波ビームが管体
に入射され、超音波ビームの伝搬経路に存在する傷９割
れなどの欠陥による反射信号が同じ探触子群で受信され
、受信側の偏角遅延回路２６Ａに入力する。偏角遅延回
路２６Ａにおいて偏角遅延を施された受信信号は切換接
点２８ａに切換わっている切換スイッチ２８を介してプ
リアンプ３０で前置増幅され、焦点遅延部３２における
焦点遅延により各探触子毎に異なる受信タイミングのず
れを除去し、加算器３４で合成して主増幅部３６におけ
る距離振幅補正後にデジタル信号に変換され、ブツファ
３８ａを介して混合−レベル比較器４０に入力する。

同時にバンファ４２，４４．４６を介して距離信号ａ、
探傷モード（Ｕ号す及び欠陥位置信号Ｃも入力され、混
合−レベル比較器４０において基準レベルを上回る受信
信号を欠陥信号として比較判別し、欠陥位置を示す距離
信号ａ及び欠陥位置信号Ｃに基づいたデータとともに入
力インタフエーｘ４２’ｉ＝介してマイクロコンピュー
タ４４に入力する。

続いて屈折角θ、による欠陥検知か終了すると、切換ス
イッチ２０．２８は切換接点２０ｂ、２８ｂに切換わり
、同様な超音波の送受信により、屈折角θ！の超音波ビ
ームによる欠陥検知（第５図参照）を行なう。

更に切換スイッチ２０．２８は切換接点１０Ｃ。

２８Ｃに切換わり、同様な超音波の送受信により屈折角
θ３による欠陥検知を行なう。

このような屈折角θ、〜θ、の超音波ビームの切換えに
よるビーム首振りでマイクロコンピュータ４４に得られ
た受信信号は所定のプログラム演算により欠陥の有無が
判別され、欠陥を検出した時には欠陥の大きさ及び欠陥
位置を示すデータを出カイノンフェース４６を介してプ
リンタ４８゜ｃｎ、Ｔ５ｏに打ち出し記録する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の探触子を環状に配列した探触子プレイを水中に固
   定設置し、該探触子アレイの所定数の探触子を１グルー
   プとして軸周方向に順次切換え走査し、切換え走査毎に
   選択し７た探触子群の送受信遅延により焦点探触子と等
   価な超音波ビーム特性をもって探触子プレイ内を通過す
   る管状金属の欠陥を検知する超音波自動探傷装置におい
   て、前記探触子アレイの探触子群を切換え走査する毎に
   、該探触子群に対する送受信連ｉｔの多段切換えにより
   超音波ビームを首振シさせるビーム首振９手段を設けた
   ことを特徴とする超音波自動探傷装置。