JPH02208554A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属材の探傷を行う超音波探傷装置に関する。

〔従来の技術〕

管の超音波探傷において、ラミネーションの検出及びク
ラッド剥離の検出には垂直探傷方法が有効な手段として
利用されている。従来の垂直探傷方法においては、以下
に述べる２つの方法が主に使用されている。

第１の方法はエコー高さ評価法である。これは垂直探傷
により得られる欠陥エコーの大きさを、予め定められた
標準反射源よりの反射エコーの大きさと比較し、この比
較結果より欠陥の大きさを推定する方法である。

第２の方法は肉厚測定法である。これは管の肉厚を連続
的に測定し、欠陥の存在による肉厚の検出異常値により
欠陥を検出する方法であり、管を螺旋状に探傷する場合
に前記検出異常値が発生した回数を測定すれば、管の軸
方向に伸びる欠陥の長さの推定が可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記ラミネーション及びクラッド剥離等の欠陥の品質評
価においては、欠陥の面積を評価対象とするのが妥当で
ある。ところが、第１の方法では欠陥の面積を求めるこ
とが可能であるが、この面積は前記標準反射源の面積に
対する相対値であるため軸方向１周方向の拡がりが判定
できず、また、この方法においては欠陥が探触子よりも
大きい場合は面積に対する評価ができないという問題が
あった。

一方、第２の方法では欠陥の長さの推定は可能であるが
、欠陥の面積の推定は不可能であるという問題があった
。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、多数
の振動子を並設してなる探触子と、被検査材とを前記振
動子の配列方向と直交する方向へ相対移動させつつ垂直
探傷を行って、該相対移動方向及びこれに直交する方向
における欠陥の分布を検出し、該欠陥の分布より欠陥の
面積を求めることにより、欠陥検出精度が高い超音波探
傷装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る超音波探傷方法においては、被検査材と探
触子とを相対移動させつつ、該探触子より被検査材に対
して超音波を垂直に入射し、その反射エコーによって欠
陥を検出する超音波探傷装置において、前記相対移動方
向に対して直交する方向に多数の振動子を並設してなる
探触子と、該探触子による検出結果に基づき前記相対移
動方向及びこれに直交する方向の欠陥の分布状態を求め
、この分布状態より欠陥の面積を求める手段とを具備す
ることを特徴とする。

〔作用〕

多数の振動子を並設してなる探触子は、該振動子の配列
の順に夫々の振動子が探傷を行うことにより振動子の配
列方向の探傷ができる。この探触子は、前記配列方向と
直交する方向に移動しつつ前記探傷を行うことにより、
欠陥の分布状態が検知できるため、該欠陥の分布状態よ
り欠陥の面積を求められる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係る超音波探傷装置のブロッ
ク図である。図中２０は鋼管であり、軸心周りに回転し
ながら軸方向へ移送される。鋼管２０の移送経路には多
数（ｎ個）の小型の振動子を前記軸方向へ並設してなる
探触子１が鋼管２０に対して接触した状態で設けられて
おり、探触子１は鋼管２０の回転及び移送により鋼管２
０を螺旋状に探傷するようになっている。そして探触子
１は鋼管２０の垂直探傷を行う状態に設定する。これに
より１回の探傷において探触子１の振動子の面積に相当
する範囲の探傷が有効となり、これを軸方向へ螺旋状に
連続させることにより、鋼管２０の全周全長の探傷を行
う。

このような探傷の順序及びタイミングはクロック制御器
１４により制御される。クロック制御器１４には、クロ
ック回路１３より一定周期で出力されるクロックパルス
信号が入力されている。クロック制御器１４は入力され
たクロックパルス信号を後述する如く分割制御し、この
分割制御された振動子の数ｎと同数の連続したパルス信
号り、−Ｄ、をパルス発振器１５へ出力する。

パルス発振器１５は、クロック制御器１４より入力され
るパルス信号り、〜Ｄ、、の周期毎に、ｎ個の振動子を
有する探触子１の第１振動子より第ｎ振動子までの各振
動子を励振させるパルス信号を探触子１の各振動子へ順
次ば力する。

探触子１では、パルス発振器１５より入力されたパルス
信号により前述の如く各振動子順次が励振され、前記周
期毎に超音波を鋼管２０へ入射させる。

このように鋼管２０へ入射させられた超音波は表面、底
面及び疵等の反射源からの反射エコーとして前記探触子
ｌにより検出される。この検出信号は増幅器２へ入力さ
れる。

増幅器２へ入力された反射エコー信号は増幅され、ゲー
ト回路３へ出力される。ゲート回路３では、第４図に示
す如（、表面からの反射エコー信号Ｓと底面からの反射
エコー信号Ｂとに基づいて設定されるゲート信号により
、疵等の反射源からの反射エコー信号Ｆを選択し、かつ
その大きさを判定レベルＧと比較し、この比較結果によ
り反射エコー信号が判定レベルＧよりも大きいと判定さ
れた場合、前記反射エコー信号を欠陥エコー信号と見な
し、欠陥判定部４の第１欠陥判定器４１〜第ｎ欠陥判定
器４ｎの全てのものにハイレベル信号を出力する。

また、クロック制御器１４は前記パルス発振器１５へ出
力した分割制御されたパルス信号り、〜Ｄｎの周期と同
一の周期にて第１振動子〜第ｎ振動子に対応して欠陥判
定部４に設けた第１欠陥判定器４１〜第ｎ欠陥判定器４
ｎへ順次ハイレベル信号を出力する。

欠陥判定部４の第１欠陥判定器４１〜第ｎ欠陥判定器４
ｎではゲート回路３より入力される信号及びクロック制
御器１４より入力される信号が共にハイレベルになった
場合、夫々が欠陥計数器５及び周方向欠陥判別器６ヘハ
イレベル信号を出力する。

このハイレベル信号は後述するりセント信号Ｃが欠陥判
定部４に入力されるまで欠陥判定部４に保持され、該リ
セット信号Ｃが入力されると、欠陥判定部４の出力信号
はリセットされるようになっている。

次に前述の如き欠陥判定部４における欠陥判定方法を第
２図に示すタイミングチャートにより説明する。同図（
ａ）はクロック回路１３から出力される一定周期のクロ
ックパルス信号を示しており、クロック制御器１４はこ
のクロック回路出力に基づき、同図（ｂ）に示す如く、
後述するリセット判定器１１へ出力するパルス信号Ａと
、前述した欠陥判定部４及び後述する欠陥計数器５並び
に周方向欠陥判定器６へ出力するリセット信号Ｃと、パ
ルス発振器１５及び欠陥判定部４へ出力する振動子の数
ｎと同数の連続したパルス信号Ｄ　（Ｄ、−Ｄ、、）と
をこの順に分割制御して出力する。クロック制御器１４
より欠陥判定部４ヘパルス信号り、〜Ｄ、が一定周期で
出力されると、これに対応して同図ｔｅｌ〜（１１４１
に示す如く第１欠陥判定器４１〜第ｎ欠陥判定器４ｎに
はそれぞれ１つのパルス信号り、、Ｄ、・・・Ｄ、ｌが
順次一定周期で入力される。

また、欠陥が存在する場合は同図（ｆ）に示す如くゲー
ト回路３より、前記パルス信号り、−Ｄ、ｌに同期した
欠陥エコー信号Ｅ１〜Ｅｎが第１欠陥判定器４１〜第ｎ
欠陥判定器４ｎの全てに入力される。

第１欠陥判定器４１〜第ｎ欠陥判定器４ｎにおいて、パ
ルス信号及び欠陥エコー信号であるＤ＋、Ｅ＋、Ｄ、、
Ｅ、・・・Ｄ、、Ｅ、の信号の同期が夫々においてとれ
れば同図（ｇ１〜（１）に示す如く第１欠陥判定器４１
〜第ｎ欠陥判定器４ｎの出力を夫々ハイレベルとする。

この出力はクロック制御器１４から出力されるリセット
信号Ｃ入力があった場合、リセットされ、再び同様の欠
陥判定が繰り返されるようになっている。

欠陥計数器５は鋼管２０の軸方向の欠陥検出数の計数を
行うものであり−、該欠陥計数器５では単色子１の第１
振動子〜第ｎ振動子による一巡の探傷に伴う欠陥判定部
４の欠陥判定が第１欠陥判定器４１〜第ｎ欠陥判定器４
ｎまで一巡し、前記クロック制御器１４よりリセット信
号Ｃが入力されるまでの間、欠陥判定部４より入力され
るハイレベル信号の数を計数する。そして、この計数値
を積算器７及びＤ／＾変換器９へ出力している。この計
数値は探触子１の第１振動子〜第ｎ振動子による探傷が
一巡するまでの間における欠陥の軸方向に存在する欠陥
数を示しており、Ｄ／へ変換器９は入力された計数値を
アナログ信号に変換して欠陥の軸方向の長さ情報として
出力する。

周方向欠陥判別器６では欠陥判定部４より入力されるハ
イレベル信号の有無を判別し、前記クロック制御部１４
からのリセット信号Ｃが入力されるまでに１つ以上のハ
イレベル信号が入力されていると判別すれば、欠陥が周
方向に連続しているものと判断し、パルス積算器８及び
後述するリセット判定器１１ヘハイレベル信号を出力す
る。このハイレベル信号は前記リセット信号Ｃが入力さ
れるまで保持される。

前記パルス積算器８では周方向欠陥判別器６より入力さ
れるハイレベル信号を積算し、後述する積算リセット信
号が入力されるまでの間、積算結果をＤ／Ａ変換器１２
へ出力し、積算リセット信号が入力されると積算値をリ
セットする。この積算値は周方向へ連続する欠陥検出数
、即ち欠陥の周方向への広がりを示している。Ｄ／Ａ変
換器１２へ入力された積算結果は、アナログ信号に変換
され、欠陥の周方向の長さ情報として出力される。

また、前記積算器７では欠陥計数器５より入力される軸
方向の欠陥数を周方向に渡って積算することにより欠陥
数の総和を得られるようになっている。この欠陥数の総
和は欠陥全体の大きさの情報である。積算動作は後述す
る積算リセット信号が入力されるまで継続され、積算リ
セット信号がこの間積算結果をＤ／Ａ変換器１０へ出力
し、積算リセット信号が入力されると積算値をリセット
する。

Ｄ／Ａ変換器１０に入力された積算結果はアナログ信号
に変換されて、欠陥の面積情報として出力される。

前記リセット判定器１１は、欠陥計数器５の出力を積算
する積算器７及び周方向欠陥判別器６の出力パルスを積
算するパルス積算器８の積算値をリセットするための積
算リセット信号を、積算器７及びパルス積算器８へ出力
させるか否かを判定するものである。すなわち、リセッ
ト判定器１１には、前述したクロック発生回路１３で分
割制御されたパルス信号Ａ（第２図（ｂ）参照）が一定
周期で人力されており、このパルス信号Ａが入力された
ときに、周方向欠陥判別器６より欠陥が存在する場合に
入力されるパルス信号が入力されていないとき、即ち欠
陥を検出していなければ、前記積算リセ７）信号を積算
器７及びパルス積算器８へ出力するように動作する。

斯かる超音波探傷装置においては、探触子ｌの振動子の
列の方向の長さが鋼管２０の軸方向に対する検出幅であ
り、この検出幅で周方向へ探傷を進めて行く。この探傷
において鋼管２０に欠陥が存在する場合、欠陥の面積は
検出した欠陥エコーの総数として得られ、欠陥の軸方向
及び周方向への長さは欠陥エコーの軸方向及び周方向へ
の検出繰り返し数として得られる。

次に本発明装置の探傷結果より欠陥の長さ及び面積を求
める方法について説明する。第３図は欠陥の長さ及び面
積の測定を説明するための模式図である。図において探
触子１は一辺の長さが７丁（ｍｍ）の正方形であるｎ個
の振動子２Ｌ２１・・・を鋼管の軸方向に並設してなり
、欠陥３０に対してＶ（鰭／パルス・振動子）の速度で
、白抜矢符で示す鋼管の周方向へ移動しているものとす
る。但し、Ｖはｎ個の振動子２１．２１・・・による探
傷が一巡するまでに探触子ｌが周方向に移動する距離を
示している。

このような場合において、ｎ子の振動子２１．２１・・
・による−巡の探傷毎にカウントされる欠陥計数器５の
カウント数のうち最も多いカウント数をｔ。

とすると、欠陥３０の軸方向長さ１１は下記（１１式の
如く示される。

１、　　　＝Ｊａ　　　−ｔ　　ｌ＋１　　　（ｍｍ）
　　　　　　−（１）また、周方向に連続した欠陥が存
在する場合にパルス積算器８で積算される積算値をｔ７
とすると、欠陥３０の周方向長さ１７は下記（２）式の
如く示される。

ｌ　、＝ｖ　　　・　　ｔ＋ｓ　　　　（璽量り　　　
・・・（２）更に、積算リセット信号が入力されるまで
の間に積算器７で積算される積算値をｔ３とすると、欠
陥３０の面積Ｓは下記（３）式の如く示される。

Ｓ＝／丁・ｖ　−ｔ　、　　・ｃｘ　　（ｗｍ”）　　
　　　　−（３１但し、α：補正係数 このようにして、本発明においては欠陥の長さ及び面積
が求められるのである。

なお、本実施例においては探触子１の各振動子により順
次探傷を行ったが、これに限らず、並設された振動子を
複数のブロックに分割し、各ブロック毎に増幅器２〜Ｄ
／Ａ変換器１２を設けると共に、各Ｄ／Ａ変換器９．１
０．１２からの出力を加算する回路を付設し、各プロ・
７りの先頭の振動子から順に同期して探傷するようにし
てもよい。また、各振動子の配列間隔を振動子による相
互干渉が発生しない距離としてこれらの振動子を配列し
、また、前記増幅器２及びゲート回路３を夫々振動子と
同数備え、各振動子が同時に探傷を行っても良い。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明に係る超音波探傷装置において
は、多数の振動子を並設してなる探触子と被検査材とを
振動子の配列方向と直交する方向へ相対移動させつつ垂
直探傷を行って、該相対移動方向及びこれに直交する方
向における欠陥の分布を検出し、該欠陥の分布より欠陥
の面積を求めることにより、高精度で欠陥の面積測定が
できるため被検査材の品質評価の信頼性が従来より向上
する等本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第１図は本
発明に係る超音波探傷装置のブロック図、第２図は欠陥
判定部の動作を示すタイミングチャド、第３図は面積測
定を説明するための模式図、第４図はゲート回路の説明
図である。 １・・・探触子　４・・・欠陥判定部　５・・・欠陥計
数器６・・・周方向欠陥判別器　１４・・・クロック制
御器時　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　
弁理士　　河　　野　　登　　夫拓 η

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査材と探触子とを相対移動させつつ、該探触子
   より被検査材に対して超音波を垂直に入射し、その反射
   エコーによって欠陥を検出する超音波探傷装置において
   、 前記相対移動方向に対して直交する方向に 多数の振動子を並設してなる探触子と、 該探触子による検出結果に基づき前記相対 移動方向及びこれに直交する方向の欠陥の分布状態を求
   め、この分布状態より欠陥の面積を求める手段とを具備
   することを特徴とする超音波探傷装置。