(57)【要約】【課題】  超音波周波数を下げた場合にも、送信繰り返し周期Ｔを大きくすることなく、高速に探傷することが可能な薄板超音波探傷装置を提供する。【解決手段】  超音波を送受信する振動子１１を有する板波探触子４を用いて、端面を有する薄板９の欠陥を探傷する薄板超音波探傷装置において、所定の繰り返し周期で複数の同期信号を生成する同期信号生成器２と、上記薄板９が有する端面で以前に反射された反射超音波信号に基づく電気信号のピーク電圧が、上記振動子１１により送信された次回の超音波が上記薄板９に入射するまでの期間に位置するように、上記所定の繰り返し周期を演算する同期信号周期演算器１とを備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する振動子を有する板波探触子を用いて、端面を有する薄板の欠陥を探傷する薄板超音波探傷装置において、
所定の繰り返し周期で複数の同期信号を生成する同期信号生成器と、
上記同期信号生成器により生成された複数の同期信号に基づいて複数の送信パルス信号を生成し、生成された複数の送信パルス信号の各送信パルス信号を該当する上記複数の同期信号の各同期信号と同期させて上記板波探触子に送信して上記振動子から超音波を送信させる送信器と、
上記振動子により送信された超音波が薄板に入射する時刻から所定の期間遅延した時刻を起点として、上記薄板が有する端面で反射された反射超音波信号が上記振動子に到達するまでの時刻より所定の期間手前の時刻を終点とする時間ゲート信号を生成するゲート信号生成器と、
上記板波探触子を介して上記薄板で反射する反射超音波信号に基づく電気信号を入力し、入力された電気信号における上記ゲート信号生成器により生成された時間ゲート信号の区間に位置するピーク電圧が、所定の判定レベル以上である場合に、欠陥と判定する判定器と、
上記薄板が有する端面で以前に反射された反射超音波信号に基づく電気信号のピーク電圧が、上記振動子により送信される次回の超音波が上記振動子により送信されてから上記薄板に入射するまでの期間に位置するように、上記所定の繰り返し周期を演算する同期信号周期演算器と
を備えたことを特徴とする薄板超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板厚に応じた入射角で超音波を薄板に入射することによって薄板内に板波を発生させ、薄板内の音響インピーダンスの不連続部位により生じる反射波を受信して薄板内のきずを検出する薄板探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱延鋼板、冷延鋼板、リードフレーム等の比較的厚みの薄い板状の金属材料（薄板）の表面又は内部に生じた欠陥をオンラインで非破壊検査するために、板波探触子の一例としてのタイヤ型探触子を用いて被検査材に板波超音波を伝搬させ、その反射波を受信して欠陥の有無を検知する板波超音波探傷が行われている。
【０００３】
言い換えれば、板波超音波探傷法として、板厚に応じた入射角で超音波を薄板に入射することによって薄板内に板波を発生させ、薄板内の音響インピーダンスの不連続部位により生じる反射波を受信して薄板内のきずを検出する薄板探傷方法は古くから用いられている。しかし、近年対象試験体の組成の多様化に伴い、従来用いていた超音波の中心周波数では試験体内の超音波減衰が大きく、きずからの反射信号が十分得られない場合が生じている。これに対して超音波の中心周波数を低くすることにより、超音波減衰が低減して、きずからの反射信号が増加することが知られているが、一方では超音波の減衰が少ないことにより、薄板の両端面間を往復する端面多重エコーが次の送信繰り返し時まで十分に減衰せず、欠陥信号と誤判定される場合がある。これを避けるためには端面多重エコーが十分減衰する時間待ってから次の送信を行う必要があるため、探傷速度の低下を招く。
【０００４】
図３は、従来の薄板超音波探傷装置の一実施例であり、２は同期信号生成器、３は送信器、４は板波探触子、５は受信増幅器、６はゲート信号生成器、７はピーク検出器、８は判定器、９は薄板、１０ａ、１０ｂは薄板の端面、１１は振動子、１２は接触媒質である。
【０００５】
図４は従来の薄板超音波探傷装置の生成する、同期信号、エコー信号、時間ゲート信号の一例であり、１６は同期信号、１７はエコー信号、１８は時間ゲート信号、１３は送信信号、１４ａは一回目の端面エコー信号、１４ｂ〜１４ｄは薄板の端面１０ａ，１０ｂ間を板波超音波が複数回往復することによって生じる端面多重エコー信号、１５はきずエコー信号である。
【０００６】
次に動作について説明する。同期信号生成器２が一定の繰り返し周期で出力する同期信号１６により、送信器３が電気パルス信号を振動子１１に供給する。振動子１１は送信器３の出力する電気パルス信号を超音波信号に変換し、接触媒質１２中に縦波として発射する。発射された縦波超音波信号は接触媒質１２中を伝播した後、薄板９へ入射することにより、板波超音波信号に変換され、薄板中を薄板の片方の端面１０ａ方向に伝播する。そして、薄板の片方の端面１０ａで反射され、再度薄板中を板波探触子４の方向に伝播し、薄板９と接触媒質１２の界面で板波超音波の一部が縦波超音波に変換され、接触媒質１２を伝播した後に、振動子１１に戻ってきて受信される。受信された縦波超音波信号は、振動子１１により再び電気信号に変換され、受信増幅器５で増幅された後に、端面エコー信号１４ａが得られる。また薄板の片方の端面１０ａで反射され、再度薄板中を板波探触子４の方向に伝播した板波超音波の一部は、薄板９と接触媒質１２の界面で縦波に変換されずに、そのまま薄板のもう片方の端面１０ｂまで伝播し、端面１０ｂで反射されて薄板の片方の端面１０ａ方向に伝播する。そして、薄板の片方の端面１０ａで再び反射して板波探触子４の方向に伝播し、薄板９と接触媒質１２の界面で板波超音波の一部が縦波超音波に変換され、接触媒質１２を伝播した後に、振動子１１に戻ってきて受信され、エコー信号に重畳されて端面多重エコー信号１４ｂが得られる。さらに上記の薄板の両端面１０ａ、１０ｂ間を板波超音波が往復し、それぞれ振動子に戻ってきた時点で、エコー信号に重畳されて端面多重エコー信号１４ｃ、１４ｄが得られる。端面多重エコーは、薄板の両端面１０ａ、１０ｂ間の板波超音波の往復伝播時間の間隔で、薄板中の板波超音波の減衰、薄板の両端面１０ａ、１０ｂでの反射効率等により、多重反射を繰り返す毎に振幅が小さくなりながら、繰り返して生じる。
【０００７】
ここで薄板９中の板波超音波の伝播経路上にきずが有ると、板波超音波信号はきずでも反射され、薄板の片方の端面１０ａで反射された板波超音波信号に重畳し、かつ薄板の片方の端面１０ａで反射された板波超音波信号より短い伝播時間で振動子１１に戻ってきて受信され、エコー信号に重畳されてきずエコー信号１５が得られる。一方、ゲート信号生成器６は、同期信号を起点として、超音波が薄板に入射する時刻より一定時間遅延した時刻を起点として、薄板の片方の端面１０ａでのエコー信号が生じる時刻より一定時間手前の時刻を終点とする時間ゲート信号１８を生成し、ピーク検出器７が時間ゲート信号内のエコー信号のピーク電圧を検出する。そして、判定器８が、前記ピーク電圧が規定のレベル以上であるかどうかを判定し、規定のレベル以上の場合にきずと判定する。
【０００８】
板波探触子の一例としてのタイヤ型探触子について、この種のタイヤ探触子に装着された超音波振動子の取付角度を変更可能にして、被検査材（薄板）に対する超音波の入射角を変化させる先行技術が記載されている（例えば、実用新案文献１、実用新案文献２参照）。
【特許文献１】実公昭４５−１０４７１号公報
【特許文献２】実公平２−１３９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の薄板超音波探傷装置は以上のように構成されるので、図４に示すように、端面多重エコー１４ｄの超音波減衰量が大きく、その次の同期信号を起点として生成された時間ゲート信号区間内で、きずエコー信号に対して十分に小さい場合には問題ないが、図５に示すように、板波超音波の減衰が小さく、端面多重エコー１４ｄがその次の同期信号を起点として生成された時間ゲート信号区間内で、きずエコーに比して同等またはより大きい電圧で生じる場合に、判定器８によってきずと誤判定されるという問題が有った。また端面多重エコーを避けるためには、端面多重エコーが十分に減衰してから、次の超音波送受信を行うよう、同期信号の周期Ｔを大きくする必要があるが、板波超音波の伝播方向と垂直方向に薄板を走行させて、薄板の全面の探傷を行うような場合には、同期信号の周期期間で走行する薄板の距離が板波超音波のビーム幅以上となると、板波超音波が伝播しない部分が薄板上に生じ、きずを見逃すという事象が発生するために、薄板の走行速度を落とす必要があり、検査速度が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、超音波周波数を下げた場合にも、送信繰り返し周期Ｔを大きくすることなく、高速に探傷することが可能な薄板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】
【００１１】
本発明に係る薄板超音波探傷装置は、超音波を送受信する振動子を有する板波探触子を用いて、端面を有する薄板の欠陥を探傷する薄板超音波探傷装置において、
所定の繰り返し周期で複数の同期信号を生成する同期信号生成器と、
上記同期信号生成器により生成された複数の同期信号に基づいて複数の送信パルス信号を生成し、生成された複数の送信パルス信号の各送信パルス信号を該当する上記複数の同期信号の各同期信号と同期させて上記板波探触子に送信して上記振動子から超音波を送信させる送信器と、
上記振動子により送信された超音波が薄板に入射する時刻から所定の期間遅延した時刻を起点として、上記薄板が有する端面で反射された反射超音波信号が上記振動子に到達するまでの時刻より所定の期間手前の時刻を終点とする時間ゲート信号を生成するゲート信号生成器と、
上記板波探触子を介して上記薄板で反射する反射超音波信号に基づく電気信号を入力し、入力された電気信号における上記ゲート信号生成器により生成された時間ゲート信号の区間に位置するピーク電圧が、所定の判定レベル以上である場合に、欠陥と判定する判定器と、
上記薄板が有する端面で以前に反射された反射超音波信号に基づく電気信号のピーク電圧が、上記振動子により送信される次回の超音波が上記振動子により送信されてから上記薄板に入射するまでの期間に位置するように、上記所定の繰り返し周期を演算する同期信号周期演算器と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、この発明によれば、後述する（１）式により同期信号周期を決定することにより、端面多重エコーは板波超音波が薄板に入射した時刻から薄板の端面での反射による最初のエコー信号が生じる時刻の間には発生せず、従って同期信号を起点として、超音波が薄板に入射する時刻より一定時間遅延した時刻を起点とし、最初に端面で反射された端面エコー信号が生じる時刻より一定時間手前の時刻を終点とする時間ゲート信号区間内にも端面多重エコー信号が発生しないように構成することができる。
【００１３】
よって、薄板内の超音波減衰が小さい場合にも同期信号周期を低下させること無く、薄板内の超音波減衰が大きい場合と同等の検査速度で探傷が可能な薄板超音波探傷装置を得られる効果が有る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
本実施の形態１における薄板超音波探傷装置は、例えば、熱延鋼板、冷延鋼板、リードフレーム等の比較的厚みの薄い板状の金属材料（薄板）の表面又は内部に生じた欠陥をオンラインで非破壊検査するために、板波探触子の一例としてのタイヤ型探触子を用いて被検査材に板波超音波を伝搬させ、その反射波を受信して欠陥の有無を検知する板波超音波探傷をおこなう。
【００１５】
以下図１に示すこの発明の一実施例について説明する。
【００１６】
図１において、１は同期信号周期演算器である。なお２〜１２は図３と同様である。薄板超音波探傷装置は、同期信号周期演算器１、同期信号生成器２、送信器３、受信増幅器５、ゲート信号生成器６、ピーク検出器７、判定器８を備えている。薄板超音波探傷装置は、板波探触子４に接続される。
【００１７】
また、図２は、図１の実施例によって得られる、同期信号、エコー信号、時間ゲート信号の一例で１３〜１８は図４と同様である。
【００１８】
次に動作について説明する。まず薄板９の両端面１０ａ、１０ｂ間の距離をＷ、薄板９内の板波の群速度をＣ、薄板９の片方の端面１０ｂから板波探触子４の超音波入射点までの距離をＷｃ、接触媒質１２内の往復伝播時間をＴｒ、任意の整数ｎ、接触媒質１２内の往復伝播時間以下の任意の時間ｔ0とし、同期信号周期演算器１により、同期信号周期Ｔを
【００１９】
【数１】
2005172535.tif 000003
【００２０】
により決定する。同期信号周期演算器１の決定したの同期信号周期で同期信号生成器２が生成する同期信号１６により、送信器３が電気パルス信号を振動子１１に供給する。振動子１１は送信器３の出力する電気パルス信号を超音波信号に変換し、接触媒質１２中に縦波として発射する。発射された縦波超音波信号は接触媒質１２中を伝播した後、薄板９へ入射することにより、板波超音波信号に変換され、薄板中を薄板の片方の端面１０ａ方向に伝播する。そして、板波超音波信号は、薄板の片方の端面１０ａで反射され、再度薄板中を板波探触子４の方向に伝播する。そして、薄板９と接触媒質１２の界面で板波超音波の一部が縦波超音波に変換され、接触媒質１２を伝播した後に、振動子１１に戻ってきて受信される。受信された縦波超音波信号は、振動子１１により再び電気信号に変換され、受信増幅器５で増幅された後に、端面エコー信号１４ａが得られる。また薄板の片方の端面１０ａで反射され、再度薄板中を板波探触子４の方向に伝播した板波超音波の一部は、薄板９と接触媒質１２の界面で縦波に変換されずに、そのまま薄板のもう片方の端面１０ｂまで伝播する。そして、端面１０ｂで反射されて薄板の片方の端面１０ａ方向に伝播し、薄板の片方の端面１０ａで再び反射して板波探触子４の方向に伝播し、薄板９と接触媒質１２の界面で板波超音波の一部が縦波超音波に変換され、接触媒質１２を伝播した後に、振動子１１に戻ってきて受信され、エコー信号に重畳されて端面多重エコー信号１４ｂが得られる。さらに上記の薄板の両端面１０ａ、１０ｂ間を板波超音波が往復し、それぞれ振動子に戻ってきた時点で、エコー信号に重畳されて端面多重エコー信号１４ｃ、１４ｄが得られる。端面多重エコーは、薄板の両端面１０ａ、１０ｂ間の板波超音波の往復伝播時間の間隔で、薄板中の板波超音波の減衰、薄板の両端面１０ａ、１０ｂでの反射効率等により、多重反射を繰り返す毎に振幅が小さくなりながら、繰り返して生じるが、（１）式により同期信号周期Ｔを決定しているために、例えば図２においては端面多重エコー信号１４ｃは次の同期信号周期における接触媒質１２内の往復伝播時間内、即ち薄板に超音波が入射する以前の時刻に発生し、端面多重エコー信号１４ｄは次の同期信号周期における薄板の片方の端面１０ａのエコー信号が生じる時刻以後に発生する。
【００２１】
言い換えれば、振動子１１から送信された超音波が薄板９に入射するまでの期間に、以前に超音波として薄板９に入射され端面１０ａ或いは端面１０ｂで反射され減衰しきれずに残留しているエコー信号を位置するように周期Ｔを設定すれば、測定したい薄板９に超音波が入射する位置から薄板の片方の端面１０ａまでに相当する期間に、以前に反射して減衰しきれていないエコー信号が現れることがなくなる。よって、減衰しきれていないエコー信号をきずとして（きずの位置として、）誤判断することがないようにすることができる。
【００２２】
ここで薄板９中の板波超音波の伝播経路上にきずが有ると、板波超音波信号はきずでも反射され、薄板の片方の端面１０ａで反射された板波超音波信号に重畳し、かつ薄板の片方の端面１０ａで反射された板波超音波信号より短い伝播時間で振動子１１に戻ってきて受信され、エコー信号に重畳されてきずエコー信号１５が得られる。一方、ゲート信号生成器６は、同期信号を起点として、超音波が薄板に入射する時刻より一定時間遅延した時刻を起点とし、薄板の片方の端面１０ａでのエコー信号が生じる時刻より一定時間手前の時間を終点とする時間ゲート信号１８を生成し、ピーク検出器７が時間ゲート信号内のエコー信号のピーク電圧を検出する。そして、判定器８が、前記ピーク電圧が規定のレベル以上であるかどうかを判定し、規定のレベル以上の場合にきずと判定する。
【００２３】
以上のように、本実施の形態に係わる薄板超音波探傷装置は、一定の繰り返し周期で同期信号を出力する同期信号生成器と、同期信号に基き送信パルス信号を生成する送信器と、送信パルス信号を超音波信号に変換し、二辺の平行端面を有する薄板の平行端面の一辺にほぼ垂直に板波超音波を入射せしめると共に、薄板内のきずまたは薄板端面からの反射超音波信号を受信し、電気信号に変換する板波探触子と、板波探触子の受信した電気信号を増幅する受信増幅器と、同期信号を起点として、超音波が薄板に入射する時刻から一定時間遅延した時刻を起点として、一回目の端面でのエコーが板波探触子に到達するより一定時間手前の時刻を終点とする時間ゲート信号を生成するゲート信号生成器と、受信増幅器の出力する受信信号の時間ゲート信号区間のピーク電圧を検出するピーク検出器と、前記ピーク電圧が、判定レベル以上であることを持って、きずと判定する判定器を具備する薄板超音波探傷装置において、一辺の端面方向に板波超音波を入射した後に、当該端面にて反射し、薄板内を伝播した後に、もう一方の端面に超音波が到達し、さらに当該端面にて反射した板波超音波が薄板内を伝播することを繰り返した後に、板波超音波入射方向の端面で反射し、板波探触子で受信されることにより、薄板の二辺の平行端面間の超音波往復伝播時間毎に繰り返し生じる複数の端面多重エコーの内の一つが生じる時刻より一定時間前に、次の送信トリガ信号を生成するように、薄板の二辺の平行端面間の距離、板波超音波の群速度及び板波探触子から板端までの距離により同期信号の周期を演算する同期信号周期演算器を具備したことを特徴とする薄板超音波探傷装置である。
【００２４】
言いかえれば、本実施の形態に係わる薄板超音波探傷装置は、端面多重エコーが、次の同期信号により生成される送信信号が生じる時刻から、薄板の入射点までの、接触媒質内の超音波の往復伝播時間内に重畳するように同期信号の周期Ｔを決定するようにしたものである。
【００２５】
そして、薄板超音波探傷装置における端面多重エコーが、次の同期信号により生成される送信信号が生じる時刻から、薄板の入射点までの、接触媒質内の超音波の往復伝播時間内に重畳するように同期信号の周期Ｔを決定することにより、同期信号の周期を大幅に長くすること無しに、端面多重エコーをきずと誤判定することを防止し、信頼性の高い探傷結果を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施例による薄板超音波探傷装置を示すブロック図を示す図である。
【図２】この発明の実施例によって得られる同期信号、エコー信号、時間ゲート信号の一例を示す図である。
【図３】従来の薄板超音波探傷装置を示すブロック図である。
【図４】従来の薄板超音波探傷装置によって得られる同期信号、エコー信号、時間ゲート信号の一例を示す図である。
【図５】従来の薄板超音波探傷装置によって得られる同期信号、エコー信号、時間ゲート信号の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  同期信号周期演算器、２  同期信号生成器、３  送信器、４  板波探触子、５  受信増幅器、６  ゲート信号生成器、７  ピーク検出器、８  判定器、９  薄板、１０ａ，１０ｂ  端面、１１  振動子、１２  接触媒質、１６  同期信号、１７  エコー信号、１８  時間ゲート信号、１３  送信信号、１４ａ  端面エコー信号、１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  端面多重エコー信号、１５  きずエコー信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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