JPS601552A - 超音波探傷装置 - 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】 この発明は、被検材内に超音波パルスを入射し。

被検材内の欠陥等の廿響的に不連続な面から反射してく
る超音波パルス（以下９反射エコーと称す）を検出する
ことによって非破壊的に探傷を行う超音波探傷装置に関
する。更に詳しく述べると、前記反射エコーが得られる
と予測される時間領域に混入し、探傷信号に時間的なゲ
ートをかけることによって除去することが困難なノイズ
の影響を軽減するノイズ抑圧回路を具備した超音波探傷
装置を提供するものである。

従来の超音波探傷装置においては探傷に必要な反射エコ
ーとそれ以外のノイズ信号９例えば探傷領域外に存在す
る反射源によって反射された反射超音波パルスの継続振
動や多重反射、あるいは探傷装置の設置される場所によ
っては他の電力機器のスイッチングに起因する電磁ノイ
ズ、とを識別するための方法として、探傷信号の振幅に
ある適当な閾値を設定し前記閾値を越えた信号のみを取
り出して信号処理ヶ行う方法が用いられている。

第１図はこの方法によるノイズ抑圧回路の例を示したブ
ロックダイアグラムであ９９図において（１）はゲート
回路、（２Ｉは検波回路、　＋３１ｒｒｉクランプ回路
。

（４）は振幅閾値設定回路、（５）は信号処理回路であ
る。

動作を簡単に説明すると、探傷信号はゲート回路＋１１
によって時間的にゲートをかけられ、所望の探傷領域に
応じた時間領域の信号だけが選択的に取り出されて検波
回路（２）に入力される。検波回路（２１は入力された
信号に半波整流、全波整流、あるいは包絡線検波のいず
れかを施し、後述の信号処理回路（５１で信号処理を行
い易い波形に変換する回路である。検波回路（２）の出
力はクランプ回路＋３１に入力され、そこで振幅閾値設
定回路（４）によって予め設定されていた閾値と比軟さ
れて、前記閾１直を越えた信号だけが信号処理回路（５
１に入力される。即ち、クランプ回路（３〕の出力は、
設定閾値を越えた入力信号についてはそのままかあるい
は増幅して出力し、設定閾値より小さい信号については
出力を出さない回路である。信号処理回路（５）は、ク
ランプ回路１３＋の出力を探傷データに変換する回路で
あり、探傷信号をＣＲＴに表示するための回路や。

探１易データとして必要な反射エコーの振幅（以下では
反射エコー筒さと称す）と超音波パルスを送波してから
反射エコーが得られるのに要した時間（以下では反射エ
コー深さと称す）を計測する回路であるＯ振幅閾値設定
回路（４）で設定される閾値は、欠陥の形状と大きさの
分かつているテストピースを用いて予め探傷信号中の反
射エコーレベルトノイスレベルとを調べておいて、その
結果から反射エコーレベルよシは小さくかつノイズレベ
ルよりは犬きく設定されるのが一般的であるので。

クランプ回路（３１の出力からは所望の反射エコーだけ
が出力される。

しかし、従来のノイズ抑圧回路は設定された振幅閾値よ
り大きなノイズが混入した時には、そのノイズも反射エ
コーと誤って出力する欠点がある。

このようなノイズとしては１例えば探触子と被検材の音
響的結合を行っているカップリング材（通常水や油等の
流体）中に気泡等が入り、この気泡によって反射された
超音波ノくルヌが多重反射したりあるいは、他の反射超
音彼ノ＜ルスと干渉したりして探傷領域中にその出力が
現われたもの、又は電気的なスイッチングによって生じ
る電磁波が探傷ケーブルに飛び込み、その出力がたまた
ま探傷領域中に現われたもの、などがある。このような
ノイズは、探傷を行う条件あるいは探傷を行う環境によ
って探傷結果に与える影響が異なってくるが、一般的に
、探傷データを計算機等で処理し。

欠陥の有無を判定するいわゆる自動探傷装置では非常に
重大な問題である。即ち、この種のノイズは超音波の送
波繰シ返し周期と非同期に発生するので、熟練した検査
員がＣＲＴモニタ等を見なから探傷を行ういわゆる手探
傷の場合には、たとえこのようなノイズが探傷信号中に
混入しても信号の現われ方を見るだけで容易にノイズと
反射エコーの区別がつくのに対し、自動探傷装置の場合
はそのような判断ＰＡ構を設けるのが峻しいからである
。

このような問題を解決する１つの方法としてカウントダ
ウン法とよばれるノイズ抑圧法を採用している例もある
。カウントダウン法とは被薇材を連続的に探傷する場合
に用いられる手法で、送置ビームが有限の幅を有してお
シ、被検材中の欠陥も有限な大きさなので被検材を連続
的にしかも細かく探傷した場合１反射エコー高さが連続
的に変化する性質を利用したものである。第２図はカウ
ントダウン法の原理を示した図であり、第２図（ＣＪは
超音波探触子Ｐの移動方向とその時超音波探触子Ｐから
送波される超音波ビーム（破線）を模式的に示した図で
、第２図（ＣＪ　ｆ−１：その時の反射エコー高さＥと
たまたま探傷領域に混入してきたノイズＮを示した図で
ある。第２図（ａＪは、５回の送受波シーケンスで得ら
れた反射エコーＥ高さくノイズ混入の場合にはノイズを
も含む）の平均値を５回の送受波シーケンス毎に出力し
たものである。

第２図の（ａＪ　（１）Ｊから明らかなように、仮に単
発的なノイズが混入しても５回の反射エコー高さの平均
値としてのノイズレベルは実際の４に抑えられる。それ
に対し欠陥Ｆの反射エコーは、超音波探触子Ｐの移動速
度、超音波ビーム送波繰シ返し周波数、欠陥Ｆの大きさ
によって異なるが、第２図（ｂＪのように少なくとも２
〜３回の連続的な反射エコー高さが得られるのが普通な
ので、５回の平均値出力もかなシ大きく得ることができ
る。カウシトダウン法とは、このような性質を利用した
もので、−回毎の送受波シーケンスで得られる反射エコ
ー高さを次々に記憶回路に記憶して、ある適当な回数の
データが得られた時点で、記憶されたそれらのデータの
平均値を出力するものである。

第２図では、平均する送受波シーケンスの回数を５回と
して説明したが、平均する回数が多ければ多い程散発的
なノイズは除去される。しかし、あまシ平均回数を多く
すると反射エコーの平均値も低下するので、超音波探触
子の移動速度、超音波送波繰返し周波数、検出すべき最
小欠陥の大きさを考慮して設定されるべきものである。

以上のように、カウントダウン法はノイズ抑圧にかなり
の効果があるが次のような欠点もある。

（１）第２図（ａＪと（ｂＪに示すように、平均された
反射エコー旨さが得られる位置が実除の欠陥の位置と異
なるため、欠陥の位置が不明瞭になる。

（２）　欠陥が微小であれば平均された反射エコー高さ
が相対的に小さくなるので検出され離い。

（３）　上記（ｌｌｖ　１２＋の欠点は、超音波探触子
が高速で移動する程顕著になる。

この発明は、このような欠点を改善するためになされた
もので１反射エコーとノイズとの波形の違いを検出して
ノイズを判別し、ノイズと判断されり探傷信号について
はその探傷データを出力しないことでノイズ抑圧を行う
ものである。したがってこの発明によるノイズ判定は送
受波シーケンス１回毎に行われるので、前記カウントダ
ウン法のように連続的に探傷を行う必要がなく、又、高
速度で超音波探触子を移動させなから探傷を行う場合で
も欠陥の検出感度が低下しない第１」点がある。

以下、第３図、第４図、第５図を用いてこの発明による
超音波探傷装置のノイズ抑圧回路の動作を詳述する。第
３図はこの発明によるノイズ抑圧回路のブロックダイア
グラムの例であシ、第４図は第３図の回路動作を説明す
るため９反射エコーＥが入力された場合〔第４図（ａＪ
〜（１）〕ノイズＮが入力された場合〔第４図（イ〕〜
に）〕について第３図の主要な部分における波形を模式
的に示した図である。又、第５図は、この発明における
ノイズ抑圧回路の主要構成部分であるところの信号幅検
出部について、その−構成例を示したものである。

第３図において、（１）はゲート回路、（２）は検波回
路、（３）はクランプ回路、（４）は振幅閾値設定回路
。

（６）は信号処理回路である。これらの回路の基本動作
は第１図に示したものと同じであるが、第３図のクラン
プ回路（３）と振幅閾値設定回路（４）の動作目的は第
１図のそれらと異なる。即ち、第１図におけるクランプ
回路（３）と振幅閾値設定回路（４）は、振幅閾値設定
回路（４）で設定された閾値より小さい信号をマスクす
ることが目的であったのに対し、第３図のそれらは、入
力信号が設定閾値をクロスした点を検出することが目的
である。第３図の（６１はクランプ回路（３１の出力、
即ち入力信号と設定閾値のクロスオーバ一点から入力信
号の設定閾値を越えている時間幅を検出し、デイジメル
的にあるいはアナログ的にその値を出力するところの信
号幅検出回路であり、（７）は信号幅検出回路（６）の
出力と信号幅閾値設定回路（８）によって予め設定され
ていた信号幅の閾値とを比較１−９信号幅検出回路（６
）の出力の方が大きいときに出力制御回路ｔ９ｔに制御
信号を出力するところの比較回路である。出力制御回路
（９）は、信号処理回路（５１によって信号処理のなさ
れた探傷データを一時的に記憶し、比較回路（７）から
の制御信号によって後段の処理系統（図示せず）に出力
したり（匍］御信号無し）、出力しなかったシ（制御信
号有り）することを目的とする。

次に動作について第４図を用いて説明する。第４図（ａ
Ｊ〜（７）は反射エコーＥが入力された場合の模式図で
、第４図（イ〕〜に）はノイズＮが入力された場合の模
式図であるが、第４図（ａ）、第４図（イフに示すよう
に、カップリング材中の気泡等による多重反射や干渉に
よるノイズあるいｌ″ｉ電気的なスイッチングノイズ等
は、欠陥による反射エコーに比較してその振動継続時間
が長いのが普通である。したがってそれらの検波出力（
例えは包絡線検波の場合）は第４図（ｂ〕、第４図（口
〕のようになり、振幅閾値Ｑ（横方向の破線で表示）を
越える信号幅も反射エコーの場合と比較してノイズの方
が広くなるので、第４図（Ｃ〕、第４図Ｈのように振幅
閾値以上の信号幅だけに着目してノイズと反射エコーを
識別することができるのである。実際には第３図のフラ
ンツ°回路（３２によって第４図（Ｃ）、第４図ヒ３の
パルスに相当する出力が出され、信号幅検出回路（６１
によってその幅が計測されるのであるが、振幅閾値を越
える信号幅を検出し、計測することができるのであれば
フラング回路１３＋の出力はいかなる形状でも可能であ
るし、又信号幅検出回路の計測方法もいかなる方法であ
ってもかまわない。

反射エコーとノイズとを識別するための信号幅閾値ＲＩ
ｌ′ｉ、前もってテストピース等を用いて反射エコーの
信号幅を測定することＶこよって得ることができる。そ
して、その値を信号幅閾値設定回路（８）を通して比較
回路（７）に入力することで信号幅による信号のふるい
分けを行い、信号幅がその閾値よシ大きい場合について
比較回路（力は第４図に）のように制御イ＝号を出力し
、出力制御回路（９）に一時的に記憶されている探傷デ
ータの出力を阻止する。

したがって出力制御回路（９］の出力には、常に信号幅
閾値より信号幅の狭い探傷信号の探傷データしか出力さ
れないことにな見ンイズが混入した探傷データは出力さ
れない。

第５図は、信号幅検出部の構成例を示したもので９図に
おいてＯｒｊはアナログコンパレータ、ａυ。

０９は外部からの閾値データｓｄを電圧値に変換すると
ころのＤ　／　Ａコンバータ、　Ｑ３は探傷信号を探傷
データに変換するところのＡ／Ｄコンバータ。

（１３１はアナログコンパレータα呻の出力パルスを積
分し、出力パルスのパルス幅に比例した電圧を出力する
ための積分回路で、ｏｐアンプ（１３ａ）、抵抗（１３
ｂ）、　コンデンサ（１３ｃ）とを有しているＯＩは積
分回路０の出力電圧とＤ／Ａコンパ−、Ｊ（ＬＳの出力
電圧とを比較するとξろのアナログコンパレータ。

αｅはＡ／ＤコンバータｔＩｚの出力を一時的に記憶す
るためのラッチ回路、Ｒｅはリセット用信号、Ｔはデー
タ設定タイミング、ａＳは制御信号である。

次に動作を１ｍ単に説明すると、検波された探傷信号は
信号処理回路であるところのＡ／Ｄコンバータｔ１ｚに
入力されるとともにアナログコンパレータ四に入力され
、Ｄ／Ａコンバータａｎで設定された振幅閾値とのクロ
スオーバ点が検出される。アナログコンパレータ０Ｉの
出力は第４図（Ｃ〕、第４図？Ｍのようにそのクロスオ
ーバ一点に対応したパルスであるので、積分回路（１３
１の出力には、そのパルスを積分回路の増幅率、ＦｉＱ
は入力パルスの振幅、△ｔはパルス幅）が出力される。

積分回路＋１３の出力はもう一つのアナログコンパレー
タＩに入力され。

そこで信号幅閾値を定めるところのＤ　／　Ａコンバー
タロ５１の出力と比較され、アナログコンパレータＩは
、積分回路（１３１の出力と信号幅閾値とのクロスオー
バ一点を検出し、クロスオーバ一点に対応したヌテツフ
ハルスを出力する。一方、Ａ／Ｄコンバータ（１′Ａの
出力はラッチ回路αｅのデータとして入力されラッチ信
号ＬＳによってラッチされるが、その時アナログコンバ
レー１ａ４Ｉの出力、即ち制御信号によってラッチ信号
が制御される。したがってラッチ回路住ｅの出力は、制
御信号が無い時にはＡ／Ｄコンバータ［１２の出力がそ
のまま探傷データとして出力され、制御信号が出された
時には前回ラッチ回路αｅにラッチされていたデータが
探傷データとして出力される。

第５図に示した構成例では、信号幅検出のために信号幅
に比例した電圧を発生させているが、アナログコンパレ
ータ（ＩＱの出力パルスを直接クロックでカウントする
ことも可能である。又、制御信号はラッチ回路Ｑ６１の
ラッチ信号を制御するために用いられているが、ラッチ
回路（Ｉｅの出力を制御するために用いることも可能で
ある。

なお１以上は超音波探傷装置におけるノイズ抑圧回路の
場合について説明したが、この発明はこれに限らず超音
波、電波、光のパルス信号を用いた計測器一般のノイズ
抑圧回路に使用してもよい。

以上のように、この発明によれば、送受波シーケンス１
１ｇ！１毎に反射エコーとノイズとの識別ができるので
、高速の探傷においても微小な欠陥の検出感度を低下さ
せることなく効果的にノイズの影響を軽減できるオリ点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のノイズ抑圧回路の例を示したブロック図
、第２図は連続的な探傷時に使用されるカウントダウン
法の動作を説明するだめの図、第３図はこの発明による
ノイズ抑圧回路を示すブロック図、第４図は反射エコー
が入力された場合とノイズが入力された場合についてそ
れぞれ第３図の主要な部分における波形を模式的に示し
た図。 第５図はこの発明によるノイズ抑圧回路の主要構成部分
であるところの信号幅検出部についてその−構成例を示
した図である。 （１）はゲート回路、（２：は検波回路、（３ンはクラ
ンプ回路、（４）は振幅閾値設定回路、（５）は信号処
理回路。 （６）は信号幅検出回路、（７）は比較回路、（８）は
信号幅閾値設定回路、（９）は出力制御回路、　０１は
アナログコンパレータ、ａυはＤ／Ａ　コ７バータ、　
ＵＺはＡ／Ｄコンバーメ、α３は積分回路、　ａ４Ｊは
アナログコンパレータ、α９はＤ／Ａコンバータ、ａＱ
はラッチ回路である。 なお図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して示
しである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検材内の欠陥を非破壊的に探傷する超音波探傷装置に
   おいて、被検材内の欠陥に対する探傷信号の振幅閾値を
   設定する回路と、前記探傷信号が前記振幅閾値をクロス
   する点を検出し、振幅閾値以上の信号幅を計測する信号
   幅計測回路と、前記信号幅の閾値を設定する回路と、前
   記信号幅計測回路の出力と前記信号幅閾値とを比較し、
   前記信号幅計測回路の出力が前記信号幅閾値より大きい
   時に制御信号を出力する比較回路と、前期比較回路の出
   力によって、前記探傷信号から得られた探傷データを外
   部に出力するかしないかを制御する出力制御回路とを具
   備したことを特徴とする超音波探傷装置。