JPS62222161A

JPS62222161A - 板波探傷装置

Info

Publication number: JPS62222161A
Application number: JP61064884A
Authority: JP
Inventors: Kagerou Sanemori; 実森　彰郎; Satoru Inoue; 悟井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1987-09-30
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPH0754318B2

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】〔浬業上の利用分野〕この発明は、板波（薄い板状の弾性体中を伝搬する波）
を用いて薄板の欠陥を非破壊的に検量する板波探傷装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は、従来の板波探傷装置を示すブロック図である
。図において、（１）は被検材、（５）は可変角探触子
、（２）、［３）、（４）シュ可変角探触子（５）を構
成する圧電素子、可動シュー、固定ン・ニー、（６）は
可変角探触子（５）の圧電素子（２）を電気的に駆動す
るためのパルサ、（７）は圧電素子（２ンが検出し、電
気に変換した信号を増幅する増幅器、（８）は増幅器（
７）の出力信号を検波する検波器、（９）は検波器（８
）で検波された信号を表示する表示器、Ｆは被検材１内
の欠陥。

θｉは板波Ｗの入射角、θｔは屈折角である。

次に動作について説明する。可変角探触子（５）は、固
定シュー（４）、可動シュー（３）と圧電素子（２）と
から成り、圧電素子（２）は可動ンユー（３）に接着さ
れていて、固定シュー（４）と音響的に結合（例えば接
触面に油を浸入）されたま一回転できるようになってい
る。

バルブ（６）は、一定周期毎にパルスを発生し、圧電素
子（２）に、高電圧パルスを与え、圧電素子（２）の有
する固有周波数で振動させる。この振動は、超音波とし
て可動シェー（３）を通り固定シュー（４）に伝わって
行く。固定シュー（４）と、被検材（１）とは、水ある
いは油の膜で音響的に結合されているので、固定シュー
（４）から、被検材（１）へ超音波が入って行く。この
時、一般に被検材（１）は、固定シュー（４）と材質が
異るので、その境界で、超音波は屈折される。図のよう
に入射角をθｉ、屈折角をθｔとし、固定シュー（４）
中の音速をＣ＋、ｉ横材（１）中の音速をＣ１とすると
、矢の関係がある。

一般に板の中を伝わる弾性波には、いろいろなモード〔
例えば縦波、横波１表面波、板波（対称Ｓモートカ、板
波（斜対称Ａモード少第７図参照ンがあり、各々の伝播
速度および位相速度（Ｃｐ）（ｐｈａｓｅ　ｖ６１ｏｃ
ｉｔ丼ｉ続した正弦波の波動が進む速度、縦波、横波１
丁周波数によって位相速度が変化しないが、板波シ；変
化する。）は板の材質、板の厚さ、超音波の周波数など
によって異る。そして、上記の方法であるモードの板波
（４）を発生させるには式（１）の値が、そのモードの
板波（５）の位相速度（Ｃｐ）に等しいこと、即ちＣ！廁ｏｔ　　ｐ　　　　　　　　　　　・・・（２）とな
るようにしなげればならない。

そこで可変角探触子（５）の可動シェー（３）の入射角
（θｉ）を調節することにより、（２）式を実現する。

そうすると、被検材（１）中に、所定のモードの板波（
４）が発生して伝播する。被検材（１）中に、欠陥（ト
）があると、板波（４）は一部反射され、可変角探触子
（５）の方向へ戻って来る。この波は発生の場合と逆の
動作により、可動シュー（３）が調節されている入射角
（θ１）ＶＣ対応したモードの板波（５）が検出される
、検出された１ε号は、増幅器（７）で増巾、検波器（
８）で検波された後、表示器（９）で表示される。賢示
器（９）には、パルサ（６）より圧電素子（２）を駆動
する時刻と同期した信号が、時間掃引トリガ信号として
与えられ、第６図のように表示される。図において、（
ｔｌは駆動信号の増巾器（７）側へのもれこ入信号、（
ｆ）は欠陥（Ｆ′）による反射信号であるうσ）は、圧
電素子（２）を駆動してから、欠陥（Ｆ）により反射信
号（ｆｌが戻って来て、圧電素子（２）により検出され
るまでの時間、Ａは欠陥（Ｆｌで反射された信号の大き
さを示している。この表示より、所定のモードの板波（
４）を反射する欠陥（杓の有無１位置即ち時間（Ｔ）、
犬ぎさく〜を知ることができる。欠陥（Ｆ）の有無は１
反射信号（ｆ）の有無により、欠陥（Ｆ）の位置ハ、使
用したモードの板波（イ）の伝搬速度が予め知れている
ので。

その値と、時間（Ｔｌより求まるうまた、欠陥（Ｆ）の犬ササは、それが反射信号（ｆｌの
犬ぎさくＡ）と相関があるとの前提で推定できる。

ところで、板ｅｔ（ト）は、欠陥（Ｆ）の厚さ方向の位
置や、形状により反射特注が異り、それらの闇の関係は
モードによって違う。また、あるモードの板波（５）が
欠陥（Ｆ）に当ると、全エスルキが同一モードで反射す
るのではなく反射波はいろいろなモードに分散的に変換
されている。これらのことは、日本非破壊検査協会雑誌
「非破壊検査Ｊ　ＶＯＩ、　２２．　Ａ４−ｐＩ）２０
６〜２０８（井元：「板波探傷と２０５小委員会」）、
同誌ＰＰ２１４〜２２０　（足止：「板波探傷の展望」
）に詳しく述べられている。

上記のことを考慮すると特定のモードの板波（４）だゆ
では正確に、欠陥の有無の判定、欠陥（Ｆ）の犬ぎさく
Ａ）及び厚さ方向の位置の評価などを行なうことはでき
ない。

また、上記の説明では、被検材（１）での板波（ホ）の
位相速度（Ｃｐ）が知れた上で、式（２）を満足するよ
うに屈折角（θりを調節するように述べたが、実際には
、被検材（１）中での位相速度（Ｃｐ）は正確にわから
ないので１被検材（１）の端部からのエコーを観測しな
がら、その大ぎさが最大となるように屈折角（九）を調
節することＫなり、多くの手間な装する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の板波探傷装置は、μ上のように構成されているの
で、一つのモードでの欠陥からのエコーしか知ることが
できず、正確な評価ができな（・とい５問題があった。

また、この問題解決のために。

いくつかのモードで、遂仄データをとることも考えられ
るが、モード変更時の調節が、大変わずられしく、実用
性に欠けるという問題があった。又屈折角を調節する方
法においても、一つのモードから他のモードに変換され
る様子を観測することはできなかった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、いろいろなモードの板波を順次発生、検出
でさ、それら各モードでの欠陥の反射エコーの位置、強
さを測定する′と共に、それらを統合化して視覚的に知
ることができ、欠陥な正しく評価できる板波探傷装置を
得ることを目的とする。

Ｃ問題点な解決するだめの手段〕この発明に係る板波探傷装置は、板波の発生検出の条件
を＃Ａ矢変更して行さ、その条件な一部に。

検出した信号の時間的立直を、別の一軸に、つまり２欠
元座標系に、検出した信号の強さを輝度または色に対応
させて表示するようにしたもの、換言すれば超音波を薄
板の中に導入し、この薄板内にある欠陥からの反射波を
表示器に表示して上記欠陥の位置と大きさを計測する装
置において、計測条件設定装置とこの計測条件設定装置
よりの指令によりパルス信号を発生して上記計測条件設
定装置内の可変探触子に板波を発生させると共に時間掃
引信号発生回路にトリガなかけるバパルサと上記時間掃
引信号発生回路の出力と上記計測条件設定装置の他の出
力と上記可変角探触子の検出信号を入力とする増巾器と
この増巾器の出力を人力とする検波器の出力によって動
？’￥ｊる表示器によって構成されたものである。

〔作用〕この発明においては、角度・周波数Ｉ’制御装置とパル
サからの人力によって動作する可変角探触子を被検材の
我直に接触させ超音波を入射すれば板波を生じ、この板
波は被検材の中を移動する。もし被検材の甲に欠陥があ
ればこの板波の一部は反射され再び可変角探触子にもど
って来る。この板に送られる。−万表示器には角度・周
波数ＰＪＩＩ御装置主装置射角度（θｔ）の信号が、又
パルサより時間掃引信号発生回路を介して時間（１）の
信号が人力され、この６つの信号が表示器（ブラウン管
）の上に例えばスポットライトの輝度又は色とｔ−θを
座標（直交座標−として表示される。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示てブロック図である。

図において、（１）は被検材、（５）は被検材（１）の
表面に設置した可変角探触子、αＯはこの可変角探触子
（５）の入射角０１を順次変更すると共に後述て検出の
条件Ｙｌｌ１次変更でる手段、即ち計測条件設定装置！
ｔＣＬ５である。（６）ハ角度・周波数制御装置αＯよ
りの指令により、可変角探触子（５）より板波ｈｖ発生
すべく駆動するパルサ、（７）は可変角探触子（５）が
検出した欠陥（Ｆ＋の反射信号（ｆｌ　Ｙ　＃！幅する
増幅器、（８）は増幅器（７）の出力信号を検波ｆる検
波器、αＤはパルサ（６）が可変角探触子（５）ｙ駆動
するタイミングに合せてのこぎり波を発生する時間掃引
信号発生回路、（９ａ）＆ｊ内角度周波数制御装置αＯ
よつ出力されろ入射角θｉに対応した電圧により第１軸
（横軸）の座標が決められ時間掃引信号発生回路α℃の
出力信号により第２軸（縦軸）の座標が決められ、その
点に、検波器（８）の出力信号で輝度変調表示すろ表示
器である、第２図は上記表示器（９３）のパターンσ）−例を示て
表示例図である。図において、柳軸ｌヱ可変角探触子（
５）から被検材（１）へ超音波が入る時の彷横材（１）
側での屈折角θｔ（第５図参照）で、０″から９１ｆの
範囲？もっている。

先ず、角度・周波数制御装置α（ｈＫより、可変角探触
子（５）が制御され、θｔ＝Ｑと設定されろ。次に、角
度・周波数制御装置αＯは、パルサ（６）に指令を出し
、それによりパルスが発生し、可変角探触子（５）より
、被検材（１）中に板波Ｗを発生させる。−万、バルブ
（６）からそのパルス発生と共に時間掃引信号発生回路
α刀に、トリガ信号が与えられ、時間掃引信号発生回路
αＤから時間に比例した電圧の信１号が発生され、表示
器（９ａ）に与えられ、表示器（９ａ）上で、輝点が縦
軸にそって図中のＡのように移動てろ。その輝点の輝度
は、発生された板波尚が被検材（１）中を伝搬し、欠陥
（ｎにより反射され、可変角探触子（５）で検出され、
増幅器（７）により増幅され、検波器（８）で検波され
た信号により変調がかけられる。従って、欠陥ｉＦｌか
らのエコーが大きげれば明る（、エコーが小さければ暗
（表示される。

この時間掃引が終ると、角度・周波数制御装置αｄはθ
ｔＹ１°に設定し、同様の動作７行なう。θ１＝１°で
の時間掃引が終ると、θｔて変更されまｋ、同じ動作が
（つかえされる。この動作は、順次θｔ＝９［］’にな
るまでくりカ・えされた後、θｔ＝Ｑの状態に戻り、上
記動作がくりかえされる。その結果、例えば被検材（１
）が板厚２．３鵡の鉄板（ｓｐａりで、上下に貫通した
穴状欠陥がある場合、第２図のｆｓｔ。

ｆｓ１＋　ｆｋｌのような像が得られる。これらは各々
Ｓ、モード、ＳＩモート°、Ａ１モードの板波故を欠陥
（８に当てたときの反射エコーのうち同じ欠陥ｆＦｌの
煉である。各モードは、各々、約２ｆ、ｓｆ、ｓｆで１
発生、検出条件が整うが、現実には図のＪ５に点ではな
く、その前後に広がる。

この表示結果より、各モードの板波Ｗが、同一欠陥（Ｆ
′ｌに対して、どのように反射されるかを知ることがで
きる。

第６図はこの発明に係る表示器（９ａ）の他の欠陥（Ｆ
＋を示す表示例図である。図においてｆＳ！ｌ　ｆｓ１
１ｆ／Ｊは第２図の場合と同保の板波（ロ）のモードに
よる像であるがこの図は、欠陥が上下用通していない例
の一つでｆｓ、の像がうてい。欠陥ＣＦ＋の厚さ方何の
位置によってｆｓ、が出にくかったり、ｆＡ、がでＶこ
（かったつ変化でることを示している。従って、欠陥に
対応させてこれらの像を得ておけば、Ｉｔ’Ｙ見ること
により、欠陥の類別が可能である。

第４［’ａ＋−ｚ、：σ）発明の他の実施例〉示すブロ
ック図である。図において、（１１，（５ａ）〜（至）
及び苗。

ｆＦｌ　、げ）は第１図の例と同−又は相当部分を示し
ているが、可変角探触子（５ａ）と検出用可変角探触子
（５ｂ〕とに分離し、発生は一つのモード乞選択し、検
出は順次屈折角（θｔ）乞変更（第５図錠照りして行く
ようにした。この様にすると欠陥（Ｆ′ｌの形状とモー
ド変換とに関する情報が得られ、欠陥（ｊの類別、評価
が更に正確になる。

また、上記実施例では、機械式の可変角探触子（５ａ）
、　（５ｈ）で板波発生、板波検出の条件を変更Ｙ　；
　Ｌ　５　ＶＣｇｌ　明シたが、微小超音波エレメント
を並べたアレイ型探触子を用いても良い。

このようにすると、条件の高速変更、一つの探触子によ
り発生、検出の条件を独立に変更できるなど優れた点が
あり、本発明の効果ｔより大きくできる。

また、座標系ン直交座標系で示したが、別の座標系にし
ても、何ら、本発明の効果のさまたげにならない。例え
ば、極座標系にして、角度方向乞、前述のθｔ、あるい
は、θ１ＩＫ−てることにより、可変角探触子（５）と
の物理的対応がつきゃて（なる。

さらに、上記では板波の発生、検出条件の変数としてＯ
ｔχ用い１こが、位相速度（Ｃｐ）Ｙ用いても良（、ま
た、アレイ型探触子（５）を用いろ場合には、エレメン
ト間の位相差（あるいは時間差）ン用いても良い。

また、上記実施例では、エコーの大きさ即ち反射波（ｆ
ｌで、表示の輝度ン変ｙ４てろ例ン示し１こが、エコー
の大きさに対応した色で表示させても艮い。

さらにまた、上記実施例では、座標軸の一つ７時間的に
掃引′ｆろように示したが、各モード毎に群速度（実際
の板波伝搬速度つと、時間とから距離ン求め、これによ
って掃引しても良い。

また、上記実施例では、板波の発生条件を角度１°毎に
変（ヒさせているが、何度でも良く、ま１こ、一定間隔
に限らず選択的に決定しても良いことは言うまでもない
。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、板波の発生検出ある
いは検出の条件を順次変更し、欠陥からのエコーを得、
検出の条件（Ｏｌ）と、エコー検出時間［ｔｌとで構成
される二次元座標系に、エコーの大きさを輝度あるいは
色で衣わてようにしたので、欠陥の類別もでき、正確な
探傷が可能なものが得られろ効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による板波探傷装置Ｉｔ？
示すブロック図、第２図を工この発明による表示例図、
第３図はこの発明による他の表示例図、第４図１はこの
発明の他の実施例を示すブロック図。第５図は、従来の板波探傷装置を示すブロック図、第６
図は、従来のものによる表示例図、第７図（ａｔ〜（ｅ
ｌは広義の板波の七−ドン示す説明図である。図において、（１）は被検材、（５）は可変探噛子、（
６）（ユパルサ、（７）は増幅器、（８）は検波器、（
９ａ）、　（９ｂ）は表示器、αＯは角度・周波数制御
装置、■は時間掃引信号発生回路、用工計測条件設定装
置である。なお各図中、同一符号は同−又は相当部分Ｚ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超音波を薄板の中に導入し、この薄板内にある欠
陥からの反射波を表示器に表示して上記欠陥の位置と大
きさを計測する装置において、計測条件設定装置とこの
計測条件設定装置よりの指令によりパルス信号を発生し
て上記計測条件設定装置内の可変探触子に板波を発生さ
せると共に時間掃引信号発生回路にトリガをかけるパル
サと上記時間掃引信号発生回路の出力と上記計測条件設
定装置の他の出力と上記可変角探触子の検出信号を入力
とする増巾器とこの増巾器の出力を入力とする検波器の
出力によつて動作する表示器によつて構成されたことを
特徴とする板波探傷装置。
（２）上記可変探触子は超音波の発生及び検出を併用し
ているか又は各々独立した構成であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の板波探傷装置。
（３）上記表示器は直交座標又は極座標によつて欠陥の
位置と大きさを表示できることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の板波探傷装置。
（４）上記可変探触子は機械式可変探触子又はアレイ型
探触子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の板波探傷装置。