特許 6248536 超音波欠陥判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6248536

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】超音波欠陥判定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/44 20060101AFI20171211BHJP

   G01N 29/36 20060101ALI20171211BHJP

   G01N 29/09 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/44

   G01N29/36

   G01N29/09

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-220155(P2013-220155)

(22)【出願日】2013年10月23日

(65)【公開番号】特開2015-81849(P2015-81849A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年8月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107700

【弁理士】

【氏名又は名称】守田 賢一

(72)【発明者】

【氏名】森 大輔

(72)【発明者】

【氏名】宇野 聡

(72)【発明者】

【氏名】前田 和明

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３０９８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１２９５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２１３２４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検物に向けて互いに反対方向からパルス超音波を発振波として照射し、両方向で得られた受信波の波形が互いに異なる場合に、前記発振波の波形を記憶し、前記被検物から反射して戻った受信波が前記発振波の長さよりも長い時に、前記発振波の波形を、前記受信波の波形の前半部分を消失させるようにこれに加算ないし減算し、消失させるための前記発振波の加算ないし減算に応じて前記被検物中で発振波照射方向の前側に位置する欠陥の種類を判定するとともに、消失せずに残された前記受信波の波形の後半部分によって前記被検物中で発振波照射方向の後側に位置する欠陥の種類を判定する超音波欠陥判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は超音波欠陥判定方法に関し、特に、鉄鋼材料等の被検物中に介在物や空孔等の欠陥が近接して存在する場合にもこれらの欠陥を正確に判定することが可能な超音波欠陥判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

このような超音波欠陥判定方法において、例えば特許文献１には、パルス超音波が反射して戻った受信波の位相が反転していない場合には一般的に、上記受信波の正のピークの最大値Ｐが、負のピークの最大値（絶対値）Ｎよりも大きくなり、反対に受信波の位相が反転する場合には一般的に、上記受信波の負のピークの最大値Ｎが、正のピークの最大値Ｐよりも大きくなるから、これらを探知して受信波の位相が反転しているか否かによって欠陥の有無を検出できることが示されている。また、特許文献２には特許文献１の知見よりダンピング係数（＝Ｐ／（Ｐ＋Ｎ））を定義して、当該ダンピング係数を利用して欠陥判定を行う方法が提案されている。

【0003】

一方、反射波の位相反転の有無は、反射源すなわち欠陥の音響インピーダンスが相対的に大きいか否かによって決定される。すなわち、例えば音響インピーダンスＺ１の鉄鋼材料中に音響インピーダンスＺ２の空孔がある場合にはＺ１＞Ｚ２であるから反射波は反転し、上記ダンピング係数（以下MURAI値という）は０．５よりも小さくなる。これに対し、鉄鋼材料中に音響インピーダンスＺ３の介在物がある場合にはＺ１＜Ｚ３であるから反射波は反転せず、MURAI値は０．５よりも大きくなる。そこで、MURAI値を算出することによって被検物中の欠陥の種類を判定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６２−１７４６５３

【特許文献2】特許第２８９６３８５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、被検物中の欠陥が互いに近接して存在すると上記従来の方法では欠陥の判定が正確に行えない場合がある。これを図１で説明する。図１では鉄鋼材料１中に二つの介在物２Ａ，２Ｂが使用超音波（入射波）Ｓｔの往復一波長分程度の距離ｄ１で互いに近接して存在している。この場合、各介在物２Ａ，２Ｂからの反射波Ｓｒ1，Ｓｒ2は反転しないからMURAI値は０．５よりも大きくなるはずであるが、オシロスコープで得られる受信波Ｓｃは前側の介在物２Ａからの反射波Ｓｒ1（図２（１））と後側の介在物からの反射波Ｓｒ2（図２（２））が重なって図２（３）に示すようなものとなり、この受信波ＳｃのMURAI値は０．５よりも小さくなる。したがって従来の判定方法では鉄鋼材料中に一つの空孔があることになってしまう。

【0006】

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、被検物中の欠陥が近接して存在していても確実に欠陥の種類を判定することができる超音波欠陥判定方法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】

【0007】

上記目的を達成するために、本第１発明では、被検物（１）に向けて互いに反対方向からパルス超音波を発振波（Ｓｔ）として照射し、両方向で得られた受信波（Ｓｃ）の波形が互いに異なる場合に、発振波（Ｓｔ）の波形を記憶し、被検物（１）から反射して戻った受信波（Ｓｃ）が上記発振波（Ｓｔ）の長さよりも長い時に、前記発振波（Ｓｔ）の波形を、前記受信波（Ｓｃ）の波形の前半部分を消失させるようにこれに加算ないし減算し、消失させるための前記発振波（Ｓｔ）の加算ないし減算に応じて前記被検物（１）中で発振波照射方向の前側に位置する欠陥（２Ａ）の種類を判定するとともに、消失せずに残された前記受信波の波形（Ｓｄ）の後半部分によって前記被検物（１）中で発振波照射方向の後側に位置する欠陥（２Ｂ）の種類を判定する。なお、「消失」とは完全に消失する必要はなく、実質的に消失したと同程度に波形が小さくなる状態を含む。

【0008】

本第１発明によれば、受信波の前半部分を消失させるために発振波の波形を加算ないし減算のいずれとしたかによって被検物中で前側に位置する欠陥の種類を判定することができるとともに、残された波形の後半部分によって被検物中で後側に位置する欠陥の種類を判定することができる。この場合、互いに反対方向からの照射で得られた受信波の波形が同一である場合には被検物中の欠陥は一つであるとして上記判定を行わず、上記受信波の波形が互いに異なる場合にのみ被検物中の欠陥が互いに近接して二つ存在するとして上記判定を実施する。したがって、欠陥の種類をさらに確実に判定することができる。

【0011】

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【発明の効果】

【0012】

以上のように、本発明の超音波欠陥判定方法によれば、被検物中の欠陥が近接して存在していても確実に欠陥の種類を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態における鉄鋼材料内に存在する欠陥を示す概念図である。

【図2】反射波、合成波の各波形を示す図である。

【図3】受信波、発振波の各波形および減算波形を示す図である。

【図4】本発明の第２実施形態における鉄鋼材料内に存在する欠陥を示す概念図である。

【図5】受信波の波形および減算波形を示す図である。

【図6】本発明の第３実施形態における鉄鋼材料内に存在する欠陥を示す概念図である。

【図7】受信波の波形および減算波形を示す図である。

【図8】受信波の波形および加算波形を示す図である。

【図9】本発明の第４実施形態における鉄鋼材料内に存在する欠陥を示す概念図である。

【図10】鉄鋼材料の後方から発振波を照射した場合の受信波の波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

【0015】

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態を、図１に示す場合について説明する。既に従来技術の場合で説明したように図１に示す鉄鋼材料１中には二つの介在物２Ａ，２Ｂが入射波Ｓｔの往復一波長分程度の距離ｄ１で互いに近接して存在している。本実施形態では、最初に発振波（入射波）Ｓｔの波形（図１）を記憶しておく。そして、得られた受信波Ｓｃ（図２（３））の波数が発振波Ｓｔの波数である２．５波より長い場合には、受信波Ｓｃは二つの欠陥２Ａ，２Ｂからの反射波Ｓｒ1,Ｓｒ2（図２（１），（２））が合成された波形（合成波）であると判定して、以下の処理を行う。なお、この受信波ＳｃのMURAI値（＝Ｐ／（Ｐ＋Ｎ））は前述したように０．５よりも小さいから、従来の方法では鉄鋼材料中に一つの空孔があるという判定になるものである。

【0016】

本実施形態の処理においては、発振波Ｓｔ（図３（２））の方が受信波Ｓｃ（図３（１））よりも通常は強度が大きいから、波形先頭の半波長範囲（図３（１），（２）のＸ，Ｙ範囲）のピーク値が同じになるように発振波Ｓｔに一定の係数を乗じる。そして、係数を乗じた発振波Ｓｔを、先頭を一致させて受信波Ｓｃから減算するとその波形Ｓｄは、図３（３）に示すようにその前半部分（Ｚ範囲）が消失したものとなる。このように発振波Ｓｔの波形を減算することで受信波Ｓｃの前半部分の波形が消失する場合は、受信波Ｓｃの波形の前半部分が反転していないことを示しているから、鉄鋼材料１中の前側の欠陥は介在物２Ａであると判定できる。そして、波形Ｓｄの残る後半部分についてはMURAI値（＝Ｐ／（Ｐ＋Ｎ））を計算すると０．５より大きくなるから、鉄鋼材料１中の後側の欠陥は介在物２Ｂであると判定できる。

【0017】

（第２実施形態）
本実施形態では図４に示すように、鉄鋼材料１中の超音波入射方向の前側に欠陥として介在物２があるとともに後側に空孔３があり、これら欠陥が入射波Ｓｔの往復０．５波長分程度の距離ｄ２で互いに近接して存在している。発振波（入射波）Ｓｔに対して介在物２からの反射波Ｓｒ3は位相の反転は無く、空孔３からの反射波Ｓｒ4は位相が反転する。この結果受信波Ｓｃは図５（１）に示すような合成波となる。なお、この合成波ＳｃのMURAI値は約０．５であるから、従来の方法では欠陥の種類の判定は困難である。

【0018】

これに対して本実施形態では、第１実施形態と同様の手順で、波形先頭の半波長範囲のピーク値が受信波Ｓｃと同じになるように発振波Ｓｔに一定の係数を乗じ、係数を乗じた発振波Ｓｔの波形を受信波Ｓｃの波形から減算すると、図５（２）に示すように減算された波形Ｓｄはその前半部分（Ｚ範囲）が消失する。このように発振波Ｓｔの波形を減算することで受信波Ｓｃの前半部分が消失する場合は、受信波Ｓｃの波形の前半部分が反転していないことを示しているから、鉄鋼材料１中の前側の欠陥は介在物２であると判定できる。そして、波形Ｓｄの残る後半部分についてMURAI値（＝Ｐ／（Ｐ＋Ｎ））を計算すると０．５より小さくなるから、鉄鋼材料１中の後側の欠陥は空孔３であると判定できる。

【0019】

（第３実施形態）
本実施形態では図６に示すように、鉄鋼材料１中の超音波入射方向の前側に欠陥として空孔３があるとともに後側に介在物２があり、これら欠陥が入射波の往復１．５波長分程度の距離ｄ３で互いに近接して存在している。発振波（入射波）Ｓｔに対して空孔３からの反射波Ｓｒ5は位相の反転があり、介在物２からの反射波Ｓｒ6は位相の反転がない。この結果受信波Ｓｃは図７（１）、図８（１）に示すような合成波となる。

【0020】

そこで、最初に第１実施形態と同様の手順で、波形先頭の半波長範囲のピーク値が同じになるように発振波Ｓｔに一定の係数を乗じ、係数を乗じた発振波Ｓｔの波形を受信波Ｓｃの波形から減算すると、図７（２）に示すように減算された波形Ｓｄはむしろ強められて消失しない。そこでこの場合は、係数を乗じた発振波Ｓｔの波形を受信波Ｓｃの波形に加算すると、加算された波形Ｓａはその前半部分（Ｚ範囲）が消失する（図８（２））。このように発振波Ｓｔの波形を加算することで受信波Ｓｃの前半部分が消失する場合は、受信波Ｓｃの波形の前半部分が反転していることを示しているから、鉄鋼材料１中の前側の欠陥は空孔３であると判定できる。そして、波形Ｓｄの残る後半部分についてMURAI値（＝Ｐ／（Ｐ＋Ｎ））を計算すると０．５より大きくなるから、鉄鋼材料１中の後側の欠陥は介在物２であると判定できる。

【0021】

（第４実施形態）
図９に示すように、鉄鋼材料１中に入射波の往復０．５波長分程度の厚みＨの一つの介在物２が存在する場合には、発振波（入射波）Ｓｔに対して介在物２の前面での反射波Ｓｒ7は位相の反転は無く、介在物２の後面からの反射波Ｓｒ8は位相が反転する。この結果受信波Ｓｃは介在物２の前面と後面での反射波Ｓｒ7,Ｓｒ8が合成されて、前側の介在物２と後側の空孔３の二つの欠陥からの反射波Ｓｒ3，Ｓｒ4が合成された図５（１）に示す合成波と同様の波形となり、一つの介在物２の存在を、互いに近接した介在物２と空孔３が存在するものと誤判定するおそれがある。

【0022】

そこで、このようなことを避けるためには、鉄鋼材料１の前方と後方の互いに反対の二方向からパルス超音波を照射するようにすると良い。このようにすると、図９に示す欠陥構造では前方からと後方からの発振波Ｓｔに対して得られる受信波Ｓｃの波形は、いずれも介在物２の前面での反射波Ｓｒ7と介在物２の後面からの反射波Ｓｒ8が合成された同一の合成波形になる（図５（１）参照）。

【0023】

これに対して、図４に示す欠陥構造では、前方からの発振波Ｓｔに対しては受信波Ｓｃの波形は前側介在物２からの反射波Ｓｒ3と後側空孔３からの反射波Ｓｒ4の合成波形（図５（１））になるのに対して、後方からの発振波Ｓｔに対しては受信波Ｓｃの波形は前側空孔３からの反射波Ｓｒ4と後側介在物２からの反射波Ｓｒ3の合成波形（図１０）になって、互いに反転し異なるものになる。したがって、互いに反対方向からパルス超音波を照射して同一波形の受信波Ｓｃが得られた場合には鉄鋼材料１中に単一の欠陥があるものと判定する。一方、反転した異なる波形の受信波Ｓｃが得られた場合には、上記各実施形態で説明した処理を行って超音波照射方向の前側と後側に位置する欠陥の判定を行う。このように、被検物たる鉄鋼材料１に対し互いに反対方向から発振波Ｓｔを照射することによって、欠陥の種類をさらに確実に判定することができる。

【符号の説明】

【0024】

１…鉄鋼材料（被検物）、２，２Ａ，２Ｂ…介在物（欠陥）、３…空孔（欠陥）、Ｓｃ…受信波、Ｓｄ…減算波形、Ｓｔ…発振波。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】