JPS6033048A - 帯板材探傷用探触子走査方式 - 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】 〔産業上利用できる分野〕 本発明は、薄鋼板などの帯板状材料の全面を超音波自動
探傷する装置における探触子走査方式に関する。

〔従来技術〕

帯板材を超音波探傷する場合、被検材の肉厚により探傷
方法が異なる。比較的厚手の場合、例えば４　ｔｅｎ　
を以上の場合は一探反射法、一方、薄手の場合、例えば
４　ｔａｎ　を以下の場合は一探反射透過法によって探
傷されることが多い。ただ、両探傷法は、共に探触子の
走査方式は共通である。そこで、本明細書では、−探反
射透過法によシ探傷する場合を例として説明する。

先づ、−探反射透過法について第１図および第２図を参
照して説明する。

第１図は一探反射透過法の原理を示す説明図である。同
図において、板状の被検材１を反射板２と共に水槽３の
中に水浸する。ここでは、超音波の媒質として水を使用
しているが、超音波を伝播する他の液体を用いることも
できる。

上記被検材１と反射板２とは、略平行に水槽３内に保持
される。そして、被検材１と対峙して探触子４が水槽３
に垂直に浸漬される。

この状態で探触子４から超音波パルスＴを発射すると、
被検材１の液面反射Ｓ０１、被検材１内部の表裏面間で
の繰返し反射による遅れエコーＳＯＩ、反射板２の表面
反射８１％再び被検材１内部の表裏面間繰返し反射によ
る遅れエコーｆ３ｏ１など、被検材１および反射板２の
各界面における反射波を生ずる。

これらの反射波のＡスコープ波形を第２図に示す。ここ
で、被検材１の超音波探傷音場内に欠陥があれば、この
欠陥により超音波伝播が遮蔽される結果、反射板２から
の表面反射Ｓ１のエコーレベルが低下する。−探反射透
過法は、これを利用して、第２図に示すようにゲートＦ
Ｃで抽出したＳ１エコーのレベルが、予め設定したレベ
ルＬ以下に低下した場合に、欠陥検出信号を発信する構
成となっている。

上述の散切は、−次元を探傷する際の原理であるが、帯
板状の被検材を全面探傷する場合は、探触子を板幅方向
に走査する必要がある。

従来、この種の探触子走査方式としては２例えば第３図
および第４図に示す方式がある。

これらの図において、被検材１は、水槽３を貫通して、
一定速度で連続的に矢印の方向に搬送される。水槽３の
被検材１貫通部分は、水槽３内の水の漏洩を防ぐため、
入側および出側の両方に、ゴム板３ａ、３ａ’および３
ｂ、　３ｂ’　Ｋよシ水シールを行なっている。また、
水槽３は、水の漏出等による水位低下を防ぐため、水補
給を行なうための給水管（図示せず）と、水位を保つた
めのオーバーフロー管５を備えている。複数の探触子４
ｍ、４ｂ、・・・４ｎは、被検材１の板幅方向に１個づ
つ等間隔にて一列に探触子保持板６に取付けられている
。この探触子保持板６は、その両端をスライドガイド７
ａおよび７ｂにて板幅方向に摺動自在に保持されると共
に、一端を、板幅方向に往復揺動する往復揺動機構８に
連結されている。

このように構成される装置で、探触子保持板６を、探触
子４ａ、４ｂ、・・・４ｎの配置間隔に等しい全振梗で
往拶揺動させるど、探触子４ａ、４ｂ、・・・４ｎ　の
走査軌跡として、例えば第５図に示すように１複数の正
弦波軌跡が得られる。従来は、このような正弦波軌跡に
よシ探傷を行なっていた。

しかし、このような従来の探触子走査方式にあっては、
次のような入力がある。即ち、通常、帯板に内在する欠
陥の検出は、圧延工程で帯板長手方向に伸長した欠陥を
検出することが目的であるため、第６図に示すように、
検出すべき欠陥の最小長さ妃比べて、探触子走査正弦波
軌跡の波長をこれと略等しいか、これよシ短かくする必
要がある。このため、例えば、被検材の搬送速度を４０
ｍ／分、検出すべき欠陥の最小長さを５０鴫とすると、
探触子４ｍ、４ｂ＋・・・４ｎを１４Ｈｚ　で、探触子
配＃間隔に相遇する全振幅で振動させなければならない
。その結果、探触子配ヤ間陣を５０１１ＩＩ＋１とする
と、揺動する各機構部に、常時、最大１０Ｇ程度の加速
度が加わる。そのため、機構部にガタッキを生じやすく
、探傷に際し、機構および動作が不安定となる欠点があ
る。また、水槽中の媒質を激しく、攪拌、振騰するため
、気泡を巻込んで、超音波音場を乱し、探傷不能となシ
やすい欠点がある。。

更に、上述した従来の正弦波往復揺動走査では、第５図
に示すように、被検材１の長手方向欠陥が存在する位置
が、振幅の中央近傍位置であるか、中央を外れた位置で
あるかにより、走査線と交叉する長さが異なり、探傷密
度が均等でないという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記欠点に鑑みてなされたもので、その目的
は、複数の探触子を、円運動と相対直線運動の合成によ
り走査することにより、機構部姉加わる加速度を小さく
して、加速度によるガタッキを無くシ、機構上および動
作上安定した探傷を行なうことができ、また、水槽中の
媒質を攪拌、振騰せず、従って気泡の巻込みを無くして
、超音波音場を乱すことなく安定に探傷でき、さらに、
走査軌跡のピッチを一定にして、被検材全面を均等に走
査探傷し得る帯板材探傷用探触子走査方式を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

本発明は、帯板状材料から成る被検材の一部または全部
を、超音波を伝播する媒質中に浸漬保持し、該被検材上
を、探触子を走査して全面探傷する超音波探傷装置にお
ける探触子走査方式において、 ト）複数の探触子を、同一円周上に等ピッチで配置する
と共に、上記媒質中にて上記被検材と平行な面上に保持
する手段と、 （ｂ）　上記各探触子を、上記円・周に沿って円運動さ
せる回転手段と、 （ｃ）上記被検材と上記探触子を保持する手段とを相対
的に直線運動させる手段、と を備えて、被検材の全面に等ピッチの走査軌跡群を画か
せる構成としたことを特徴とする。

このような構成によれば、複数個の探触子は、各々同一
円周上を円運動すると共に、被検材と平行に相対直線運
動するため、これらの運動の合成として、被検材面上に
サイクロイド曲線軌跡群を画く。各曲線は、どの位置忙
おいても等ピッチとなシ、シかも、このピッチは、探触
子の個数、円運動の回転数、相対運動の速度等によって
適宜設定できるので、被検材を一様彦密度でかつ高密度
で探傷することができる。

また１、各探触子は、一定速度で円運動するだけである
ので、遠心加速度を生ずるが、従来の揺動のように過大
な加速度を生ずることはない。

しかも、一方向に回転するので、媒質の撹拌、振騰が少
なく、気泡の巻込みも無く、超音波音場を乱さずに探傷
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第７図は本発明探触子走査方式の一実施例を示す平面図
、第８図はその断面図である。

これらの図に示す実施例は、媒質として水を満たした水
槽３に、該水槽３の側壁部を貫通して帯状の被検材１の
一部を浸漬し、該浸漬された被検材１の上方から、複数
の探触子４ａ、４ｂ。

・・・４ｎによシ超音波を発射して、探傷を行なう形式
の探傷装置に適用される。

探傷装置を構成する水槽３には、上記従来の場合と同様
に、被検材貫通部分の水シール用ゴム板３ａ、３ａ’お
よび３ｂ、３ｂ’と、給水管（図示せス）と、オーバー
フロー管５とを備えている。

また、水槽３内の被検材１の下方には、被検材１と略平
行に反射板２が浸漬しである。この反射板２は、後述す
るように、探触子が円周上に配設されると共に、該円周
上を運動することを考慮した形状に形成されている。本
実施例では、円環状に形成されている。

上記複数の探触子４ａ、４ｂ、・・・４ｎを水槽３中に
て上記被検材１上釦保持する手段として、水槽３の被検
材１上方に、該被検材１と平行に回転円環９が設けであ
る。探触子４　ｍ、　４　ｂ＊・・・４ｎは、この回転
円環９の同一円周上に等ピッチで取付けである。回転円
環９は、その下面を水槽３内の水に浸漬し、一方、上方
を、アーム１０を介して後述する回転軸１１に連結する
。この回転軸１１とアーム１０とにより、回転円環９が
被検材１と平行になるよう支持され、その結果、探触子
４ｍ、４ｂ、・・・４ｎが被検材１と平行な面上に保持
される。

なお、円環９の、水に浸漬される部分は、探触子４ｍ、
４ｂ、・・・４ｎを装着した状態にて水中で回転すると
き、水の攪拌を減するため、できるだけ突起部を持たな
い形状に設計されることが必要である。

上記各探触子４ａ、　４ｂ、・・・４ｎを各々が位置す
る円周に沿って円運動させる手段として、第９図に示す
駆動ヘッド１２が設けである。この駆動ヘッド１２には
、駆動ヘッドハウジング１６を上下方向に貫通して回転
軸１１が設けてあり、一方、ハウジング１６内には、回
転円環９への信号伝達装置１７が設けである。このハウ
ジング１６は、支持部材１ｇ＜より、図示しない探傷装
置筐体等に取付けられている。

上記信号伝達装置１７は、回転部に対して信号を送受す
る手段であって、電磁トランス方式、静電結合方式、ス
リップリング・ブラシ方式等の公知の手段から適宜選定
して構成される。本実施例では、この信号伝達装置１７
は、上記回転円環９に装着されたｎ個の探触子４ａ、４
ｂ、・・・４れとの信号送受を行なうため、ｎチャネル
分の信号を伝達することができるよう構成しである。

回転軸１１は、軸受１３　ａ、　１３　ｂによシ軸支さ
れ、その下端は上記アーム１０に連結され、一方、上端
にはプーリ１５が固着されて、ベルト１４を介して図示
しない駆動モータと連結される。また、この回転軸１１
は、上記信号伝達装置１７と各探触子４ａ、４ｂ、・・
・４ｎとの間のケーブルを通すため、中空軸となってい
る。

上記探触子４ａ、４ｂ、・・・４ｎを保持する手段たる
回転円環９は、被検材１に対して相対的に直線運動する
ように構成されている。その手段として、本実施例では
、例えば、図示しない巻取装置によシ、被検材１を巻取
って、長手方向に搬送する装置を備えている。もつとも
、巻取らずに、被検材１を単に送るだけでもよい。

次に、上記実施例の動作について第７図乃至第１１図を
参照して説明する。なお、第１０図は本発明走査方式眞
よる走査軌跡を示す説明図、第１１図は上記走査軌跡と
被検材長手方向欠陥との関係を示す説明図である。

本実施０例の走査方式により被検材を走査して探傷する
には、先づ、水槽３に媒質として水を供給して所定水位
とする。なお、媒質は、マシンオイル等の人以外のもの
を使用してもよい。

また、被検材１を水槽３の側壁部を貫通させて水槽３に
浸漬させておく。

ついで、各探触子４ａ、４ｂ、・・・４ｎに超音波発振
素子励振用の信号を信号伝達装置１７を介して供給する
。また、回転軸１１を、ベルト１４及びプーリ１５を介
して図示しない駆動モータによレ一定角速度で回転させ
ると、これによシ、アームｌＯを介して回転円環９が第
７図矢印方向に回転し、該円環９に装着された各探触子
４ａ、４ｂ、・・・４ｎが、各々が設けられている円周
に沿って定速円運動する。同時に、被検材１を、図示し
ない搬送手段によシ第７図矢印方向に、一定速度で連続
的に移動させる。

このよう処して、被検材１の全面には、該被検側１の定
速直線運動と上記各探触子４ａ、４ｂ、・・・４ｎの定
速円運動の合成による走査軌跡群が画かれ、この軌跡に
Ｙｐｉつて、各探触子４ａ、　４ｂ、・・・４ｎが探傷
を行なう。

第１０図に上記走査軌跡群を示す。同図に示すように、
各探触子４ｍ、４ｂ、・・・４ｎの走査軌跡は、サイク
ロイド曲線であり、探触子数に対応する複数のサイクロ
イド曲線が被検材１の全面に等ピッチで配列されている
。この結果、被検材１は、中央部、縁部のいかんによら
ず、全面が均等に走査探傷される。

上記サイクロイド曲線のピッチ、即ち、隣接するサイク
ロイド曲線間の長手方向距離は、被検材１に内在する長
手方向に伸長した欠陥の最小長さに対して、それと略同
−乃至はそれよシ短かくなるように設定する。第１１図
はこの条件を示すものである。このピッチは、探触子数
回転速度、被検材搬送速度によシ決まる。

例えば、検出すべき欠陥の最小長さを５０調とした場合
のピッチ設定条件の１例を示すと、次の通シである。

探触子数　１４個 回転速度　毎秒１回転 搬送速度　毎分４０ｍ 以上の説、明では、薄鋼板等の帯板状材料の探傷に、−
探反射透過法を用いる場合について説明したが、被検材
がある程度の板厚を有する場合は、本発明の走査方式の
構成のまま、−探反射法による探傷装置を構成すること
ができる。

この場合は、探傷装置の探傷ゲートの開閉タイミング設
定のみ変更すればよい。

また、以上に説明した実施例では、被検材が連続的に搬
送されるとしたが、例えば、被検材が、一定長の切板な
どのように比較的短かい場合は、水槽を長くして、被検
材全体を醇水槽中に浸漬し、駆動ヘッド側を、円環を回
転させながら、被検材長手方向に一定速度で走行させる
ことによシ、被検材と駆動ヘッドとを相対的に直線運動
させ、サイクロイド曲線群を画かせる構成とすることも
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、複数の探触子をその保持
部材と共に円運動させ、かつ、被検材を相対的に直線運
動させて、円運動の合成によりサイクロイド曲線群から
成る走査軌跡を形成する構成としたことによシ、探触子
の運動に、往復揺動の如き過大な加速度を生じさせず、
機構部にガタッキを生ずることがなく、機構上および動
作上において安定な探傷を行ない得る。

しかも、探触子の運動が連続的な円運動であるから、高
速回転しても、媒質の攪拌、振騰が少ないので、気泡の
巻込みが無く、超音波音場を乱されず、安定に探傷し得
る。効果がある。

また、本発明によれば、被検材のいずれの位置でも走査
軌跡のピッチが等しいので、全面を均等に探傷できる。

しかも、探触子を高速で回転させても気泡の影響を受け
・ないので、高密度の探傷が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一探反射透過法の原理を示す説明図、第２図は
上記探傷法における反射波スペクトルを示す説明図、第
３図および第４図は従来の探触子走査方式を示す平面図
および断面図、第５図は上記従来方式による走査軌跡を
示す説明図、第６図は上記従来方式における走査軌跡と
欠陥最小長さとの関係を示す説明図、第７図および第８
図は本発明探触子走査方式の一実施例を示す平面図およ
び断面図、第９図は上記実施例において探触子を円運動
させる駆動ヘッドを示す断面図、第１０図は上記実施例
による走査軌跡を示す説明図、第１１図は上記実施例に
おける走査軌跡と欠陥最小長さとの関係を示す説明図で
ある。 １・・・被検材　２・・・反射板 ３・・・水槽　４ｍ、４ｂ、・・・４ｎ・・・探触子９
・・・回転円環　１０・・・アーム １１・・・回転軸　１２・・・駆動ヘッド１Ｇ・・・駆
動ヘッドハウジング １７・・・信号伝達装置 出願人　株式会社　東　京　計　器 代理人弁理士三品岩男 第１図 第２図 −し」− Ｇ 第３図− 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 帯板状材料から成る被検材の一部または全部を、超音波
   を伝播する媒質中に浸漬保持し、該被検材上を、探触子
   を走査して全面探傷する超音波探傷装置における探触子
   走査方式において、（ａ）　複数の探触子を、同一円周
   上に等ピッチで配置すると共に、上記媒質中にて上記被
   検材と平行な面上に保持する手段と、 （ｂ）　上記各探触子を、上記円周に沿って円運動させ
   る回転手段と、 （ｃ）上記被検材と上記探触子を保持する手段とを相対
   的に直線運動させる手段と を備えて、被検材の全面に等ピッチの走査軌跡群を画か
   せる構成としたことを特徴とする帯板材探傷用探触子走
   査方式。