JPS5963561A - 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、パイプ等の主として軸横方向に存在する欠陥
を斜角探傷にょシ検知する超音波自動探傷装置に関し、
特に複数の探触子をマトリクス状に配列した静止型の探
触子アレイの切換え走査により欠陥を検知するようにし
た超音波自動探傷装置に関する。

従来、金属パイプ等の軸横方向に走る欠陥を検出する超
音波探傷法としては１例えば第１図に示す斜角探傷が行
なわれている。

第１図において、ｌＦｉ斜角探触子であジ、被検有体と
しての管体２を斜角探傷するため垂直方向に対し入射角
ｉ％もって斜設され、超音波伝搬媒体として水３に浸漬
した状態で管体２の軸周方向に走る傷等の欠陥４を検出
する。

この斜角探傷の原理は、水の縦波音速ＣＷ′＝。

１５００ｍ／ｓ、鋼の横波音速Ｃ８″；３２３０ｍ／ｓ
とすると、入射角ｉと屈折角θとの間には次式の関係が
成立てる。

従って、屈折角θは。

Ｗ となり、斜角探触子ｌの入射角ｉにより管体２を伝搬す
る超音波ビームの屈折方向を一義的に定めることができ
る。

第２図は第１図の斜角探傷を利用した従来装置の概略を
示した説明図であり、軸方向に搬送される管体２に対し
回転駆動される回転体５を設置し。

回転体５に斜角探触子１ａｌｌｂ、Ｉｃ、ｌｄを設け、
斜角探触子１ａ、ｌｄ及び１ｂ、１ｃけ相互に逆方向の
同じ屈折角θ１．θ、をもつように配置される。更に中
央に垂直探触子６を設けて・Ｕ厚。

水３の管表面に対する接触状況、水３の気泡などを検知
できるようにしている。

この従来装置の作用は、回転体５を足速回転した状態で
管体２そ軸方向に搬送することにより。

斜角探触子１ａ〜】ｄの回転で管体２の全周についての
横周方向に走る割れや喝などの欠陥が自動的に検知され
る。ｆた探傷速度を高めるために。

斜角探触子１ａ−１ｄ及び垂直探触子６でなる１チヤン
ネルぶんの探触子群を回転体４に１８０”又は９０°間
隔で設けるようにもしている。

しかじな力ｌら、このような従来の超音波自動探傷装置
にあっては、探触子を回転するための回転駆動設備が必
要であシ、この駆動設備は探傷装置に比べて大型になる
と共にコスト旧にも高価であり、更に管体のサイズによ
って回転部！１１ｅｔｔの大きさも決まるためサイズ変
更に対し、ては設備の改修を必快とし、汎用性が低いと
いう問題点があった。

本発明は、このよう々問題点に鑑入てなされたもので、
探触子群を静止したままの状態で被検査体の軸横方向の
欠陥を全周にわたって超音波探傷することで、探触子の
回転駆動膜Ｏｉｉ！を不要にしてコストの大幅な低減と
管体のサイズ変更に対しても答易に対処できる汎用性の
向上を図ることを目的とする。

この目的を達成するため１本発明においては。

複数の探触子をマ）　ＩＪクス配列した環状の探触子プ
レイを水中に固定設置し、探触子アレイにおける所定行
列数の探触子を１グループとして軸周方向に順次切換走
査し、探触子群を選択する毎に斜角探触子と等価な超音
波ビームｌｒｑ性が得られるように各探触子に供給てる
送信パルス信号及び各探触子よりの受信信号に遅延を施
し、受信遅延した受信信号の合成出力に基づいて欠陥を
自動的に検知するようにしたものである。

眼下、本発明を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明で用いる探１独子アレイの一実施例を示
した説明図である。

第３図において探触子アレイ１ｏは複数の探触子をマト
リクス配列した環状体でなり、この実施例では横方向に
ｎ＝３個の探触子を配列するとともに軸周方向にＭ個の
探触子を配列したマ）　ＩＪクス構造を備えている。こ
のように探触子をマトリクス配列した環状の探触子アレ
イ１０は水３の中に固定設置され、探触子アレイ１ｏの
内部を図示のように被検査体としての管体２を軸方向に
一足速度で搬送するようにしている。

第４図は、＃３Ｊ３図の探触子アレイ１０による管体２
の斜角探傷を示したもので、横方向に配列し′ｔｃＮａ
ｌ−隘８の各探触子に対１−る送信パルス信号の供給を
遅延制御子１１することにより左方向となる屈折角θ、
の斜角探触子と等価な超時波ビーム特注、中央の垂直探
触子と等価な超音波ビーム％注及び右方向となる屈折角
同じくθ１の斜角探触子と等価ガ超音波ビーム特性のそ
れぞれを遅延切換えにより実現することが出来る。

第５図は４３図にボ丁探触子アレイ１０の軸周方向に対
する超音波ビームの切換走査をホした説明図であり１部
分的に取り出して示す探触子アレイ１０の軸周方向のｎ
　＝　８　個と横方向のｍ＝８個の行列でなる探触子群
を１グループとし、このｎ＝８１　ｍ＝８でなる探触子
群に対する送信パルスの遅延制御により、例えば管体２
の２１点に集束する超音波ビーム特性を作り出し、Ｐ□
点の超音波探傷が終了したら軸周方向に探触子１個分ず
、らして同じ＜　ｎ　＝　８　、　ｍ　＝　８でなる探
触子群に対する送信メルフ４６号の遅延制御にょシ破線
で示ｆＰ。

点に集束する超祈彼ビーム特性ゝそ作り出して２２点の
超咥波）梁ｌｓをイｊない、以下、同様ｎ　＝　８．　
ｍ＝８のマトリメスでなる探ｌｊ虫子１９−ｆ、２Ｌグ
ル−プとして軸周方向に探触子１個分順次ンフト１−る
切換走査を行ない管体２の全周にわたって斜角探触子を
回転したと等価な超音波ビーム足前を行なう。

次に第４，５図にボＴ超音波ビーム・ｉ字曲を得るため
の遅延１Ｉｉ１１１Ｉｌｌの原理を第６，７図及び８図
を参照して説明する。

第６図に、ｎ＝８１固の探触子群に利する遅延制御によ
り焦点Ｆに集束する超音波ビーム時性を得るための遅延
手段を小したもので、焦点遅延部１２にｉ’ｊ７Ｖ＆Ｉ
ｌ〜−８の各探触子に対応して遅延菓子ＤＩ〜Ｄ８が設
けられ、遅延素子Ｄ　Ｉ−Ｄ　ａの遅延量は遅延素子の
長手方向の大ささて示すように３両側の遅延素子Ｄ１〜
Ｄ８が最も少なく、中央の遅延素子り、、Ｄ、に回う従
って遅延量がｊＩ八へ増加されてお、す、ごのような遅
延素子り、〜Ｄ８の遅延量の設定に工りｌ’！ｈｌ−Ｎ
ｎ８の探触子エフの超音波ビームの合成ビームは単一の
焦点探触子と同じ焦点Ｆに集束する超音波ビーム特性と
するこ、とが出来る。従って、本発明の探触子プレイに
ついては１例えば第４図にホす垂直探触子と等価な超音
波ビーム特性を例にとると、第６図における焦点Ｆまで
の距１１７ＩＬが探触子アレイと管体２の表面までの距
離に一致するように焦点遅延部１２の各遅延素子Ｄ　ｒ
　”　Ｄ　ｓの遅延量を設定丁れば良い。

第７図は、探触子アレイ１ｏ工りの超音波ビームを垂直
方向に対し所定角度偏角するための遅延制御をボした説
明図であり、偏角４延部１４には一１〜ｌＶ＆１８の各
探触子に対応して遅延素子ＤＩｏ〜Ｄ、。が設けられ、
遅延素子Ｄ１０〜Ｄ８ｏの遅延量は遅延素子の長手方向
の大きさで示すように、遅延素子Ｄｔｏ−Ｄｓ。に向う
に従って順次遅延量が増加されている。このような遅延
素子り、、％Ｄ、。の遅延量の設定により、　ｌ１ｉｌ
ｌ角遅延部１４に同一タイミングで送信パルス信号を入
力した時の探触子アレイ１０よシの超音波ビームの合成
ビームは、偏角遅延部１４の遅延量に応じて垂直方向に
対し偏角ｉをもった方向に最大エネルギー成分が仏滅ス
るようになる。従って第４図に示す屈折角θ３．θ、の
斜角超音波ビーム特性を得るためには、前記第（２）式
の屈折角θが得られるように第７図における１補角遅延
部１４の遅延素子り、ｏ％Ｄ、、の遅延量を設冗丁れば
良い。

第８図は、第６図による焦点遅延と第７図による偏角遅
延等組み合せた時の超音波ビーム特性を示した説明図で
あり、偏角遅延部１４及び焦点迷延部１２を介して探触
子アレイ１ｏの探触子に送信パルス信号を供給すると、
偏角遅延部１４の遅延量で定まる偏角ｉの方向に焦点遅
延部１２の遅延量による焦点ＦＫ超音波ビームが集束す
る超音波ビーム特性が得られ、この第８図の超丘波ビー
ム特性により第４図における左右の屈折角θ、となる斜
角探触子と等価な超音波ビーム特性を実現することが出
来る。

第９図は、第４〜５図にボテ探触子プレイ１０を用いた
本発明の一実施例をボしたブロック図である。

まず、構成を、ｙ、明すると、１６１ｄ制御信号発生器
であり、マイクロコンピュータ４４のプログラム制御に
エフ送信制御信号、探触子プレイ１０を切換操作するた
めの切換操作信号、更に受信信号の制御処理を行なうた
めの制御信号のそれぞれを出力てる。１８は送信遅延回
路であり、制御イｇ号発生ｉ５１６よりの送信制御パル
スを第６図の焦点遅延部１２における焦点遅延による垂
直探触子と等価なビーム特性を得るための送信パルス信
号及び第８図に示す偏角遅延と焦点遅延の組み合せによ
り斜角探触子と等価な超音波ビーム特性を得るための送
信パルスを順次切換え出力する。この送信遅延回路１８
としては第６〜８図に示すアナログ遅延素子を用いても
良いが、処理信号がパルス信号であることがらカウンタ
の計、奴により谷探触子ごとに冗まる所定のパルス遅延
を行なうようにしている。２０は送信部であり、送信遅
延回路１８より並列的に遅延出力される送信パルス信号
に基づいて超音波発掘器を作動し、その出力を′電力増
幅する。２２ｉ１アナログスイツチであり制御信号発生
器１６よシの切換操作信号に蟇づいて２６５図にホした
ｎ＝８．ｍ＝３の行列でなるｌグループの探触子群を送
信部２０に選択凄続し、同時にプリアンプ２４に対して
も選択液・祝する。勿論、アナログスイッチ２２の切換
操作はｎ＝８．ｍ＝８でなる行列の探触子群を１グルー
プとし、探触子アレイ１０の軸周方向に探触子１個分ず
つ＋１：ｉ次切換操作するようになる。アナログスイッ
チ２２よシの受信信号はプリアンプ２４で前置増幅され
。

受信び延回路２６に入力される。受信遅延回路２６には
第６〜８図に示した焦点遅延部１２及び偏角遅延部１４
が設けられており、送４ｇ遅延回路部１８の送信遅延に
同期して受信遅延回路２６における遅延特性が選択され
、垂直探触子と等価な超・音波ビーム特性を得るための
送信遅延時には第６図に示す焦点遅延部１２を介して受
信信号を遅延出力し、又斜角探触子と等価な超音波ビー
ム特性を得るための送信遅延時には第８図に示″′ｆ偏
角遅延部１４及び焦点遅延部１２を介して受信信号を遅
延出力する。２８は受信遅延回路２６よフ遅延出力され
るｎＸｍ個の各探触子よりの受信信号を加算合成する加
算器であり、この加：！を器２８の加算出力が垂直探触
子又は斜角探触子と等価な受信信号となる。３０は主増
幅器であシ、加算器２８よりの合成信号について距離の
一レベル低下を補償する距離振幅補正をほどこすととも
に、受信信号処理ヲマイクロコンピュータ４４で行なっ
ていることからデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変
換器を備えている。主増幅５３０よりの受信デジタル信
号はバッファ３２８介して混合−レベル比較器４０に与
えられており、混合−レベル比較器４゜は受信デジタル
信号の内の基準レベル以上となる受信信号を欠陥信号と
判別し、基準レベルを下まわる信号についてはノイズ成
分として除去する。

又、混合−レベル比較器４０にはバッファ３４゜３６．
３８を介して距離信号ａ、探ｉ易モード信号す及び欠陥
位置信号Ｃのそれぞれが入力されている。ここで距離１
百号ａは例えば探約虫子アレイ１０内を通過する管体の
移動を検出するパルスジェネレータよりの信号が用いら
れ、′α体の長手方向における基準位置からの距離を混
合−レベル比較器４０に供給でる。又探傷モード信号す
は垂直探傷と斜角探傷を識別するための信号であり、こ
の探傷モード信号すに基づいて例えば垂直探傷時につい
ては超音波受信信号から管体の厚さ、管の表面に対する
水の接触状態、或は気泡の有無を倹知丁るための信号処
理を行なう。一方、斜角探傷モードについては超餘波受
信信号に基づいた欠陥検知処理を行なわせる。更に欠陥
位置・ＩＢ号ＣはｎＸｍでなる１グループの探触子群の
との疼触子で欠陥信号が受信されたかを判別するための
信号であり５アナログスイツチ２２で選択されている探
触子群の内の欠陥信号を受信した探触子のアドレス情報
に基づいた管体の基準位ｔｔに対する角度信号として与
えられる。

混合−レベル比・紋器４０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に入力されてお
り、入力インタフェース４２を介して入力した超音波受
信データ及び距離信号ａ、探傷モード信号す及び欠陥位
置信号Ｃなどに基づいて欠陥データの信号処理をプログ
ラム制御により実行し、出力インタフェース４６を介し
てプリンタ４８．ＣＲＴ５０に斜角探傷による欠陥デー
タを垂直探傷による補助データとともに打ち出し表示さ
せる。

次に第９図の実施例の作用を説明すると、マイクロコン
ピュータ４４による探１易市ＩＩ？卸ＩＪ第１０図のプ
ログラムスローに従って行なわれる。まず、制御信号発
生器１６によ！ｌ保触子アレイ１０の基Ｍ位置をスター
ト点としｆｃｎ　＝　８．　ｍ　＝　８でなるｎｘｍ個
の探触子群をアナログスイッチ２２により選択接続し、
送信遅延回路１８の焦点遅延制御により垂直探傷を行な
い伏いて送信遅延回路１８を焦点遅延・偏角遅延に切換
えて右及び左方間の斜角探傷をＩＩ、ｉｉ次行ない、こ
のように垂直及び斜角探傷が終了すると第５図に示した
ように探触子アレイ１０のｎ　Ｘ　ｍ　ｌ同でなる探触
子群を探触子１個分だけ所定方向にシフトして同様に垂
１亘及び斜角探傷を繰り返丁。

一方、順次行なわれる垂直及び斜角探傷で得られた探融
子了レイ１０工りの受信信号は、アナログスイッチ２２
を介してプリアンプ２４に並列入力され、前置増幅後に
送信遅延回路１８の遅延制御に同期した受信遅延により
各探触子よりの受信信号が同一タイミングで得られるよ
うに遅延し、加算器２８で合成した後に主増幅器３０で
距、離振幅補正をほどこしてデジタル（ｇ号に変換し、
バッファ３２を弁して混合−レベル比較器４０に入力す
る。この時混合−レベル比較５４０にはバッファ３４．
３６．３８を介して距離信号ａ、探傷モートイ８＠ｂ及
び欠陥位置（：Ｊ＠Ｃも入力しており。

これらの入力データとともに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に受信データを入力し
てプログラム制御に基づいた所冗の欠陥データ処理の処
理出力を出力インタフェース４６を介してプリンタ４８
及びＣＲＴ５０に出力し、欠陥が検出された場合には欠
陥の位置を示てデータとともに欠陥データの大きさを示
すデータを表示する。

尚、上記の実施例ではアナログスイッチによる一回の探
触子群の選択で垂直探傷と左右の斜角探傷を順次行なう
ようにしているが、送信及び受信遅延における偏角遅延
量を順次切換えることにより、複数の屈折角の変化によ
る斜角探傷を探触子群の同一グループの選択時に繰り返
して斜角探傷の範囲を広めるようにしても良い。

以上説明してきたように本発明によれば、複数の探触子
をマトリクス配列した環状の探触子アレイを水中に固定
設置し、この探触子プレイにおける所定行列数の探触子
群を１グループとして軸周方向に順次切換走査し１選択
した探触子群を斜角探触子と等価な超音波ビーム特性か
得られるように送受信に遅延７ｉ−悔し、受信嗅延した
受信信号の合成出力に基づいて深１ｆ１１子プレイ内を
通過する被検査体の主として軸横方向に走る欠陥を自動
的に検知するようにしたため、探触子を回転するための
回転駆動設備が不要となってコストを大幅に１氏滅する
ことができ、被検査体のサイズ変更についてはサイズに
合せて準備した探触子プレイを交換するだけで済むため
汎用性が高く、また電気的な超音波ビームの回転走査で
あることから探傷速度を早めることが可能で、また探触
子プレイを固定設置しているため距離変動もなく精度の
高い探傷を行なうことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蜜１角探傷の原理をホした説明図、第２
図は従来装置の概略を示した説明図、第３図は本発明で
用いる探触子アレイの説明図、第４図は本発明の探触子
アレイのビーム特性の説明図。 第５図は本発明の探触子プレイにおける切換走査をホし
た説明図、第６．７及び８図は本発明の超音波ビーム特
性を得るための遅延側価の説明図。 第９図は本発明の一実施例をホしたブロック図、第１Ｏ
図は第９図の実施例における探傷制御を示した動作フロ
ー図である。 ２・・・管体　　　　　　３・・・水 １０・・・探触子アレイ　　　　１２・・・焦点遅延部
１４・・・偏角遅延部　　　　１６・・・制御信号発生
器１８・・・送信遅延回路　　　２０・・・送信部２２
・・・ア、ナログスイッチ　２４・・・プリアンプ２６
・・・受信遅延回路　　　２８・・・加算器３０・・・
主増幅器　　３２　、３４　、３６　、３８・・・バッ
ファ４０・・・混合−レベル比較器　４２・・・入力イ
ンタフェース４４・・・マイクロコンピュータ　４６・
・・出力インタフェース４８・・・プリンタ　　　　　
５０・・・ＣＲＴ特許出願人　　株式会社東京計器 代理人弁理士　竹　内　　　進 η？　ｔ　　ｉ’ｑ 第２ｊ′４ １ １）−５ Ｌ　　　　　　　　　　。 第３　ｔで ｎ −８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｌ水中に固冗設置され、複数の探触子をマトリクス状
   に配列した環状の探触子プレイと。 該探触子アレイの所定行列数の探触子を１グループとし
   て軸周方向に順次切換走査する走査手段と、 該走査手段で選択した探触子群に対する送信パルス信号
   を斜角探触子と等価な超音波ビーム特性が得られるよう
   に遅延する送信遅延手段と。 前記走査手段で選択した探触子群で受信した超音波受信
   信号の受信タイミングが一致するように遅延する受信遅
   延手段と。 該受信遅延手段の合成受信出力に基づいて前記探触子プ
   レイ内を通過する管状金属の欠陥を検出表示する処理手
   段とを備えたことを特徴とする超音波自動探傷装置。 （２）　　前記受信遅延手段は、前記走査手段が探触子
   群を選択する毎に、斜角探触子と等価な超音波ビーム特
   性と垂直探触子と等価な超音波ビーム特性が得られるよ
   うに各探触子に対する送信パルス信号の遅延量を切換え
   る切換手段を有する特許請求の範囲第１項記載の超音波
   自動探傷装置。