JPH0731164B2 - ボールの超音波探傷検査方法 - Google Patents
ボールの超音波探傷検査方法Info
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- JPH0731164B2 JPH0731164B2 JP1223939A JP22393989A JPH0731164B2 JP H0731164 B2 JPH0731164 B2 JP H0731164B2 JP 1223939 A JP1223939 A JP 1223939A JP 22393989 A JP22393989 A JP 22393989A JP H0731164 B2 JPH0731164 B2 JP H0731164B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボールの超音波探傷検査方法に関し、更に詳し
くは、探触子の探傷周波数と探触子先端部の曲率半径及
び振動子径とを特定することにより探傷精度を高めたボ
ールの超音波探傷検査方法に関する。
くは、探触子の探傷周波数と探触子先端部の曲率半径及
び振動子径とを特定することにより探傷精度を高めたボ
ールの超音波探傷検査方法に関する。
鋼材，鋼板，鍛造品等の欠陥検出検査法として、水浸式
の超音波探傷検査法が行われている。これらの探傷は被
検査体が比較的大型であり、また検出すべき欠陥も数mm
以上と大きいため、超音波を送受する探触子としては、
単純な平面振動子で振動子径の大きい水浸用探触子が用
いられている。また厳しい条件下で使用される製品に対
しては、数100μｍの欠陥を検出して信頼性を高めてい
た。この場合、振動子に凹型の樹脂レンズを付属した
り、振動子自身を凹型に加工した焦点型の探触子が用い
られている。
の超音波探傷検査法が行われている。これらの探傷は被
検査体が比較的大型であり、また検出すべき欠陥も数mm
以上と大きいため、超音波を送受する探触子としては、
単純な平面振動子で振動子径の大きい水浸用探触子が用
いられている。また厳しい条件下で使用される製品に対
しては、数100μｍの欠陥を検出して信頼性を高めてい
た。この場合、振動子に凹型の樹脂レンズを付属した
り、振動子自身を凹型に加工した焦点型の探触子が用い
られている。
また、近年高信頼性が要求される軸受部材にセラミック
ス材料を用いることが研究されているが、セラミック材
料は脆性であることから、その欠陥検出のためにより高
分解能な検査方法が更に望まれていた。このため最近で
は、セラミックス等の欠陥検出のために用いられる超音
波探傷検査では、従来0.5〜10MHz程度であった探傷周波
数を15〜100MHzという高周波にしたり、コンピューター
を併用して画像処理を行う等欠陥検出の感度や精度を向
上させる試みがなされている。
ス材料を用いることが研究されているが、セラミック材
料は脆性であることから、その欠陥検出のためにより高
分解能な検査方法が更に望まれていた。このため最近で
は、セラミックス等の欠陥検出のために用いられる超音
波探傷検査では、従来0.5〜10MHz程度であった探傷周波
数を15〜100MHzという高周波にしたり、コンピューター
を併用して画像処理を行う等欠陥検出の感度や精度を向
上させる試みがなされている。
しかし、これらの従来技術は平板や円柱、角柱、円筒と
いった単純な形状の比較的大型の製品に適用され、検出
する欠陥の大きさも精々0.5mm以上で、かつ表面から数m
m以上の深さにある欠陥に限られていた。
いった単純な形状の比較的大型の製品に適用され、検出
する欠陥の大きさも精々0.5mm以上で、かつ表面から数m
m以上の深さにある欠陥に限られていた。
上記の従来技術で曲率半径が数10mm以下の製品で表面及
び表面近傍の欠陥を探傷すると、発信された超音波が製
品の表面で散乱、反射すると共に製品内に伝播された超
音波は複雑に屈折してしまい到底検査できるものでなか
った。
び表面近傍の欠陥を探傷すると、発信された超音波が製
品の表面で散乱、反射すると共に製品内に伝播された超
音波は複雑に屈折してしまい到底検査できるものでなか
った。
近年開発されつつある軸受用のセラミックボールやエン
ジン，ガスタービン用のセラミックス部品ではこのよう
な小さい曲率を持つ部品が多くあり、特にこれらの部品
の微小な欠陥を検出する検査方法の確立が望まれてい
る。
ジン，ガスタービン用のセラミックス部品ではこのよう
な小さい曲率を持つ部品が多くあり、特にこれらの部品
の微小な欠陥を検出する検査方法の確立が望まれてい
る。
発明者らは、超音波探傷検査法において、種々の探触子
により曲率半径が比較的小さい、特に半径数10mm以下の
ボール状部品について実験検討した結果、本発明に至っ
た。
により曲率半径が比較的小さい、特に半径数10mm以下の
ボール状部品について実験検討した結果、本発明に至っ
た。
本発明によれば、ボールの超音波探傷検査において、探
触子の探傷周波数ｆ（MHz）と探触子先端部の曲率半径
ｒ（mm）が下記（１）式の関係（単位はmm・MHz1/2）を
有し、且つ該探触子先端部の曲率半径ｒ（mm）と振動子
径Ｄ（mm）が、0.35≦D/r≦0.50である探触子を用いる
ことを特徴とするボールの超音波探傷検査方法が提供さ
れる。
触子の探傷周波数ｆ（MHz）と探触子先端部の曲率半径
ｒ（mm）が下記（１）式の関係（単位はmm・MHz1/2）を
有し、且つ該探触子先端部の曲率半径ｒ（mm）と振動子
径Ｄ（mm）が、0.35≦D/r≦0.50である探触子を用いる
ことを特徴とするボールの超音波探傷検査方法が提供さ
れる。
本発明の方法は、被検査体の曲面に合せた探触子、例え
ば被検査体が球面であれば被検査体に対面する探触子先
端部即ち音響レンズまたは振動子が球面である探触子、
被検査体が円筒面であれば探触子先端部である音響レン
ズまたは振動子が円筒面である探触子を用いて超音波探
傷検査を行うことにより、超音波が散乱することなく探
傷面に入射し、曲率半径が数10mm以下の曲面を有する被
検査体内の欠陥を検出することができるものである。
ば被検査体が球面であれば被検査体に対面する探触子先
端部即ち音響レンズまたは振動子が球面である探触子、
被検査体が円筒面であれば探触子先端部である音響レン
ズまたは振動子が円筒面である探触子を用いて超音波探
傷検査を行うことにより、超音波が散乱することなく探
傷面に入射し、曲率半径が数10mm以下の曲面を有する被
検査体内の欠陥を検出することができるものである。
本発明で用いる探触子について第１図に基づき説明す
る。第１図は本発明で用いる探触子及び曲面部を有する
被検査体と探触子との関係を示す概念的な説明図であ
る。なお、探触子先端部とは上記したように振動子また
は音響レンズという。
る。第１図は本発明で用いる探触子及び曲面部を有する
被検査体と探触子との関係を示す概念的な説明図であ
る。なお、探触子先端部とは上記したように振動子また
は音響レンズという。
第１図（ａ）において、被検査体であるボール２に対面
する探触子１の探触子先端部を被検査体の曲面と同種の
曲面、例えば球面として、該先端部の曲面の曲率半径ｒ
を、探触子の中心軸と該曲率中心軸とを一致させて検査
する場合にはボール２が有する曲率半径Ｒの0.5〜2.0倍
とし、探触子の中心軸と該曲率中心軸とを偏心させて検
査する場合は1.0〜3.0倍、好ましくは1.5〜2.5倍となる
ように形成する。
する探触子１の探触子先端部を被検査体の曲面と同種の
曲面、例えば球面として、該先端部の曲面の曲率半径ｒ
を、探触子の中心軸と該曲率中心軸とを一致させて検査
する場合にはボール２が有する曲率半径Ｒの0.5〜2.0倍
とし、探触子の中心軸と該曲率中心軸とを偏心させて検
査する場合は1.0〜3.0倍、好ましくは1.5〜2.5倍となる
ように形成する。
また、本発明の超音波探傷検査方法において、被検査体
が有する曲面部の曲率中心軸と探触子の中心軸を偏心さ
せて検査する場合、超音波の屈折角が90度となるように
調整して検査する。
が有する曲面部の曲率中心軸と探触子の中心軸を偏心さ
せて検査する場合、超音波の屈折角が90度となるように
調整して検査する。
超音波の屈折角が90度となるようにする偏心量は、例え
ば、第１図（ｄ）に示すように探触子１の中心軸の偏心
量Ｘとし、超音波探傷検査装置を設置する液体例えば水
中における超音波横波音速をVL（m/sec）、被検査体２
中の、例えばボール中の超音波縦波音速をVB（m/sec）
とすると、偏心量Ｘは下記（２）式により算出できる。
ば、第１図（ｄ）に示すように探触子１の中心軸の偏心
量Ｘとし、超音波探傷検査装置を設置する液体例えば水
中における超音波横波音速をVL（m/sec）、被検査体２
中の、例えばボール中の超音波縦波音速をVB（m/sec）
とすると、偏心量Ｘは下記（２）式により算出できる。
Ｘ＝Ｒ・VL／VB …（２） 更に本発明で用いる探触子は、第１図（ｂ）または
（ｃ）に示すように、探触子１はダンパー３内を経て超
音波送受機に接続するコネクター７からのリード線４に
結合した振動子５を有し、被検査体に対面する探触子先
端部は、振動子５に密接した音響レンズ６または振動子
５自体となる。本発明では、音響レンズ６または振動子
５を、被検査体のボール２の曲面に合せ曲面の種類及び
曲率半径を設定し、相当する曲面に形成して探触子に用
いることができる。
（ｃ）に示すように、探触子１はダンパー３内を経て超
音波送受機に接続するコネクター７からのリード線４に
結合した振動子５を有し、被検査体に対面する探触子先
端部は、振動子５に密接した音響レンズ６または振動子
５自体となる。本発明では、音響レンズ６または振動子
５を、被検査体のボール２の曲面に合せ曲面の種類及び
曲率半径を設定し、相当する曲面に形成して探触子に用
いることができる。
更に、本発明の超音波探傷検査方法においては、探傷周
波数ｆ（MHz）と探触子先端部の曲率半径ｒ（mm）と振
動子Ｄ（mm）とを下記（１）式の関係（単位はmm・MHz
1/2）となるようにし、且つ該探触子先端部の曲率半径
ｒ（mm）と振動子径Ｄ（mm）が、0.35≦D/r≦0.50であ
る探触子を用いて検査することにより、数10mm以下の曲
率半径の曲面部を有するもの、特にボール状体の表面及
び内部微小欠陥を精度よく検出することができる。
波数ｆ（MHz）と探触子先端部の曲率半径ｒ（mm）と振
動子Ｄ（mm）とを下記（１）式の関係（単位はmm・MHz
1/2）となるようにし、且つ該探触子先端部の曲率半径
ｒ（mm）と振動子径Ｄ（mm）が、0.35≦D/r≦0.50であ
る探触子を用いて検査することにより、数10mm以下の曲
率半径の曲面部を有するもの、特にボール状体の表面及
び内部微小欠陥を精度よく検出することができる。
上記（１）式の関係及び探触子先端部の曲率半径と振動
子径との関係は、本発明者らが探触子、探傷周波数等に
ついて種々実験検討した結果、見出されたものである。
即ち第３図において、 の曲線の間であって、且つ0.35≦D/r≦0.50の範囲内で
ある探触子を用いて超音波探傷検査することにより微小
欠陥を精度よく検出することができる。
子径との関係は、本発明者らが探触子、探傷周波数等に
ついて種々実験検討した結果、見出されたものである。
即ち第３図において、 の曲線の間であって、且つ0.35≦D/r≦0.50の範囲内で
ある探触子を用いて超音波探傷検査することにより微小
欠陥を精度よく検出することができる。
本発明の方法は、上記のような構成の超音波による探傷
検査方法であって、曲面部特に数10mm以下の半径を有す
るセラミックボール等の構造部材部品の表面及び内部の
微小な欠陥を精度よく検出することができる。
検査方法であって、曲面部特に数10mm以下の半径を有す
るセラミックボール等の構造部材部品の表面及び内部の
微小な欠陥を精度よく検出することができる。
以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳し
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のでない。
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のでない。
実施例１ 第２図は本発明の超音波探傷検査方法の一実施例を示す
説明図である。
説明図である。
原料中に樹脂製粒子を混入することにより、内部に直径
50、100、300、500μｍの空孔を含む直径10mmの窒化珪
素製のボール計４種類を用意した。第２図において、ま
ず水槽14中に設置した手動で被検査体のボールを自由に
回転できるようにしたボール保持具８に窒化珪素製のボ
ール２をセットした。つぎに探傷周波数50MHzで探触子
先端部の振動子面が曲率半径7.5mmで、振動子径3mmの凹
球面である探触子１を探触子保持具９にセットし、ボー
ル２と探触子の中心軸の偏心量を1.3mmとし、超音波の
屈折角が90°となるようにして、更に探触子の振動子と
ボール表面との距離を探触子の曲率半径と同一の7.5mm
になるように、探触子保持具９を調整した。また探触子
１は水槽外においた超音波送受信機10に高周波ケーブル
11を介して接続した。さらにボールより反射してくる超
音波エコーを観察するために、オシロスコープ12を超音
波送受信機10に高周波ケーブル13を介して接続した。こ
のようにした状態でオシロスコープ12にてエコーを観察
しながら窒化珪素製のボール２を手動にて回転させた。
ボール２の前面を観察した後、窒化珪素製のボール２を
交換することを繰り返し、全部の窒化珪素製のボールを
検査した。その結果、最小直径50μｍまでのすべての欠
陥を検出できた（実験No.1）。
50、100、300、500μｍの空孔を含む直径10mmの窒化珪
素製のボール計４種類を用意した。第２図において、ま
ず水槽14中に設置した手動で被検査体のボールを自由に
回転できるようにしたボール保持具８に窒化珪素製のボ
ール２をセットした。つぎに探傷周波数50MHzで探触子
先端部の振動子面が曲率半径7.5mmで、振動子径3mmの凹
球面である探触子１を探触子保持具９にセットし、ボー
ル２と探触子の中心軸の偏心量を1.3mmとし、超音波の
屈折角が90°となるようにして、更に探触子の振動子と
ボール表面との距離を探触子の曲率半径と同一の7.5mm
になるように、探触子保持具９を調整した。また探触子
１は水槽外においた超音波送受信機10に高周波ケーブル
11を介して接続した。さらにボールより反射してくる超
音波エコーを観察するために、オシロスコープ12を超音
波送受信機10に高周波ケーブル13を介して接続した。こ
のようにした状態でオシロスコープ12にてエコーを観察
しながら窒化珪素製のボール２を手動にて回転させた。
ボール２の前面を観察した後、窒化珪素製のボール２を
交換することを繰り返し、全部の窒化珪素製のボールを
検査した。その結果、最小直径50μｍまでのすべての欠
陥を検出できた（実験No.1）。
つぎに探触子を探傷周波数50MHzで振動子面が曲率半径1
0mmで、振動子径5mmの凹球面である探触子に交換して同
様の実験を行った。その結果、直径100μｍの欠陥まで
検出できた（実験No.2）。
0mmで、振動子径5mmの凹球面である探触子に交換して同
様の実験を行った。その結果、直径100μｍの欠陥まで
検出できた（実験No.2）。
次いで、探傷周波数50MHzで振動子面が曲率半径15mmで
振動子径6.4mmの凹球面の探触子（実験No.3）、探傷周
波数15MHzで振動子面が振動子径6.4mmで曲率半径がそれ
ぞれ15mm（実験No.4）、12mm（実験No.5）、10mm（実験
No.6）の凹球面の探触子、探傷周波数25MHzで振動子面
がそれぞれ曲率半径15mmで振動子径6.4mm（実験No.
7）、曲率半径10mmで振動子径5mm（実験No.8）の凹球面
の探触子及び探傷周波数35MHzで振動子面がそれぞれ曲
率半径7.5mmで振動子径3mm（実験No.9）、曲率半径10mm
で振動子5mm（実験No.10）の凹球面の探触子をそれぞれ
用いて同様にして実験した。
振動子径6.4mmの凹球面の探触子（実験No.3）、探傷周
波数15MHzで振動子面が振動子径6.4mmで曲率半径がそれ
ぞれ15mm（実験No.4）、12mm（実験No.5）、10mm（実験
No.6）の凹球面の探触子、探傷周波数25MHzで振動子面
がそれぞれ曲率半径15mmで振動子径6.4mm（実験No.
7）、曲率半径10mmで振動子径5mm（実験No.8）の凹球面
の探触子及び探傷周波数35MHzで振動子面がそれぞれ曲
率半径7.5mmで振動子径3mm（実験No.9）、曲率半径10mm
で振動子5mm（実験No.10）の凹球面の探触子をそれぞれ
用いて同様にして実験した。
また、上記実験における全ての欠陥を検出できた実験N
o.4及び８において、実験No.4に対し振動子径を10mm
（実験No.11）に、実験No.8に対し振動子径を3mm（実験
No.12）とした以外は同一の探触子を用いて、同様にし
て実験した。この場合、D/rが変化したため、全ての欠
陥を検出することはできなかった。
o.4及び８において、実験No.4に対し振動子径を10mm
（実験No.11）に、実験No.8に対し振動子径を3mm（実験
No.12）とした以外は同一の探触子を用いて、同様にし
て実験した。この場合、D/rが変化したため、全ての欠
陥を検出することはできなかった。
上記実験で得られた結果を第１表に示した。
更に、ここで得られた結果に基づき探傷周波数ｆ（MH
z）と探触子の曲率半径ｒ（mm）との関係を第３図に示
した。
z）と探触子の曲率半径ｒ（mm）との関係を第３図に示
した。
〔発明の効果〕 本発明の超音波探傷検査方法は、被検査体の曲面と同種
の曲面を有し、探傷周波数ｆ（MHz）と探触子先端部の
曲率半径ｒ（mm）とを前記（１）式の関係となるように
し、且つ該探触子先端部の曲率半径ｒ（mm）と振動子径
Ｄ（mm）が一定である探触子を用いて検査することによ
り、数10mm以下の曲率半径の曲面部を有するもの、特に
ボール状体の表面及び内部の微小欠陥を精度よく検出す
ることができる。
の曲面を有し、探傷周波数ｆ（MHz）と探触子先端部の
曲率半径ｒ（mm）とを前記（１）式の関係となるように
し、且つ該探触子先端部の曲率半径ｒ（mm）と振動子径
Ｄ（mm）が一定である探触子を用いて検査することによ
り、数10mm以下の曲率半径の曲面部を有するもの、特に
ボール状体の表面及び内部の微小欠陥を精度よく検出す
ることができる。
第１図は本発明で用いる探触子及び曲面部を有する被検
査体と探触子との関係を示す説明図である。第２図は本
発明の超音波探傷検査方法の一実施例を示す説明図であ
る。第３図は探触子周波数と探触子の曲率半径との関係
を示したグラフである。 １…探触子、２…ボール ３…探触子ダンパー、４…リード線 ５…振動子、６…音響レンズ ７…コネクター、８…ボール保持具 ９…探触子保持具、10…超音波送受信機 11、13…高周波ケーブル 12…オシロスコープ、14…水槽
査体と探触子との関係を示す説明図である。第２図は本
発明の超音波探傷検査方法の一実施例を示す説明図であ
る。第３図は探触子周波数と探触子の曲率半径との関係
を示したグラフである。 １…探触子、２…ボール ３…探触子ダンパー、４…リード線 ５…振動子、６…音響レンズ ７…コネクター、８…ボール保持具 ９…探触子保持具、10…超音波送受信機 11、13…高周波ケーブル 12…オシロスコープ、14…水槽
Claims (1)
- 【請求項１】ボールの超音波探傷検査において、探触子
の探傷周波数ｆ（MHz）と探触子先端部の曲率半径ｒ（m
m）が下記（１）式の関係（単位はmm・MHz1/2）を有
し、且つ該探触子先端部の曲率半径ｒ（mm）と振動子径
Ｄ（mm）が、0.35≦D/r≦0.50である探触子を用いるこ
とを特徴とするボールの超音波探傷検査方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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