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JPS6310523Y2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6310523Y2
JPS6310523Y2 JP6276481U JP6276481U JPS6310523Y2 JP S6310523 Y2 JPS6310523 Y2 JP S6310523Y2 JP 6276481 U JP6276481 U JP 6276481U JP 6276481 U JP6276481 U JP 6276481U JP S6310523 Y2 JPS6310523 Y2 JP S6310523Y2
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JP
Japan
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probe
signal transmission
transmission device
flaw detector
flaw detection
Prior art date
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Application number
JP6276481U
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Japanese (ja)
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JPS57175058U (en
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Publication date
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波探触子を被検材の外周に沿つて
回転させながら探傷する、いわゆる、探触子回転
型超音波探傷機において、固定部と回転部の間の
信号送受装置の構成に関する考案である。
[Detailed description of the invention] This invention is a so-called rotating probe type ultrasonic flaw detector that detects flaws while rotating an ultrasonic probe along the outer periphery of a material to be tested. This is an idea regarding the configuration of a signal transmitting/receiving device.

パイプ、あるいは丸棒のような円形断面を有す
る長尺の圧延製品の超音波探傷を行なうために、
探触子を被検材の外周に沿つて高速回転させなが
ら被検材を軸方向に搬送し、被検材外周にスパイ
ラル状の探触子走査を行なわせ、全面全長を探傷
する、いわゆる探触子回転型探傷機が、製鉄圧延
工場で多用されている。この探傷器は、多チヤン
ネルの探触子を装着した回転探触子ホルダを、高
速で被検材外周を回転させるので、探傷速度が早
く、極めて高能率で検査できることから、鋼管製
造工場、丸棒製造工場などで重要な非破壊検査機
器として用いられている。
In order to perform ultrasonic flaw detection on long rolled products with circular cross sections such as pipes or round bars,
This is a so-called detection method in which the probe is rotated at high speed along the outer circumference of the test material while the test material is conveyed in the axial direction, and the probe is scanned in a spiral around the outer circumference of the test material to detect flaws over the entire entire length of the test material. Rotating probe type flaw detectors are widely used in steel rolling mills. This flaw detector rotates a rotary probe holder equipped with a multi-channel probe around the outer circumference of the material to be tested at high speed, allowing for fast flaw detection and extremely high-efficiency inspection. It is used as an important non-destructive testing device in bar manufacturing factories.

このように高能率探傷に適した探傷機である
が、回転部の探触子ホルダに装着された探触子
と、固定部との間で探傷信号を送受する信号伝達
装置を介在させる必要があり、この信号伝達装置
の機能、性能によつて、探触子回転型探傷機の綜
合性能が左右されると言つても過言ではない。
Although this flaw detector is suitable for high-efficiency flaw detection, it is necessary to interpose a signal transmission device to send and receive flaw detection signals between the probe attached to the probe holder on the rotating part and the fixed part. It is no exaggeration to say that the overall performance of a rotating probe type flaw detector is influenced by the function and performance of this signal transmission device.

従来の探触子回転型探傷機で初期の探傷機から
現在に到るまで、最も広く用いられてきた信号伝
達装置はスリツプリング・ブラシによるものであ
るが、回転部と固定部の間の信号伝達の問題を考
える際には、このスリツプリング・ブラシによる
装置が最も初歩的、且つ基本的なものであり、本
考案を理解するためにもスリツプリング・ブラシ
信号伝達装置について略述しておくことが必要と
考える。
In conventional rotary probe flaw detectors, the most widely used signal transmission device from the early days of the flaw detector to the present day is the slip-ring brush. When considering the problem of transmission, this slip-ring brush signal transmission device is the most elementary and basic one, so in order to understand the present invention, we will briefly explain the slip-ring brush signal transmission device. I think it is necessary.

第1図に信号伝達装置としてスリツプリング・
ブラシを用いた探触子回転型探傷機の構造概要を
示す。1は被検材鋼管でガイド2に案内されて探
触子回転型探傷機を貫通して矢示の方向に搬送さ
れる。探触子回転型探傷機のロータ3は、ロータ
両端部において軸受4a、4bによつて軸受さ
れ、ロータ軸端に嵌着されたタイミングプーリー
5と、これに噛み合うタイミングベルト6を介し
て駆動モータ7に係合し、高速回転する。ロータ
3の他の端部においてロータ3の端面のフエース
プレート8に探触子ホルダ9が装着され、探触子
ホルダ9には要所に複数の探触子10a,10b
……が装着される。この探触子からの同軸ケーブ
ル11a,11b……はフエースプレート8の同
心円上に配置されたコネクタ12a,12b……
にて接続される。一方、ロータ3内に穿孔して布
設された同軸ケーブル13a,13b……によつ
てフエースプレート8のコネクタ12a,12b
……とロータ3円筒部外周に配設されたスリツプ
リング14a1,14a2,14b1,14b2,14
c1,14c2……とが接続される。ここでスリツプ
リング14a2は同軸ケーブルのシールドに、14
a1は中心導体に接続され、すなわち探触子10a
はスリツプリング14a1,14a2に、同様に接触
子10bはスリツプリング14b1,14b2に、以
下同様に探触子10cはスリツプリング14c1
14c2……と接続される。
Figure 1 shows a slip ring as a signal transmission device.
An overview of the structure of a rotating probe type flaw detector using a brush is shown below. 1 is a steel pipe to be inspected and is guided by a guide 2 and transported in the direction of the arrow through a rotating probe type flaw detector. The rotor 3 of the probe rotation type flaw detector is supported by bearings 4a and 4b at both ends of the rotor, and is driven by a drive motor via a timing pulley 5 fitted to the end of the rotor shaft and a timing belt 6 meshing with the timing pulley 5. 7 and rotates at high speed. A probe holder 9 is attached to the face plate 8 on the end surface of the rotor 3 at the other end of the rotor 3, and the probe holder 9 has a plurality of probes 10a, 10b at key points.
...is installed. Coaxial cables 11a, 11b, . . . from this probe are connected to connectors 12a, 12b, .
Connected at On the other hand, the connectors 12a, 12b of the face plate 8 are connected to the connectors 12a, 12b of the face plate 8 by the coaxial cables 13a, 13b, .
... and slip rings 14a 1 , 14a 2 , 14b 1 , 14b 2 , 14 arranged on the outer periphery of the cylindrical portion of the rotor 3
c 1 , 14c 2 . . . are connected. Here, the slip ring 14a 2 is attached to the shield of the coaxial cable.
a 1 is connected to the center conductor, i.e. the probe 10a
Similarly, the contact 10b is attached to the slip rings 14b 1 , 14b 2 , and the probe 10c is attached to the slip rings 14c 1 , 14a2 .
14c 2 ... is connected.

第2図はブラシ部の構造で、ブラシ15はブラ
シホルダ16に遊嵌して保持され、コイルバネ1
7でスリツプリングに圧着される。キヤツプ18
によつてコイルバネ17を圧縮する。キヤツプ1
8の中心に設けた穴を通してブラシ15からのリ
ード線19を引出す構造である。
FIG. 2 shows the structure of the brush part, in which the brush 15 is loosely fitted and held in the brush holder 16, and the coil spring 1
It is crimped onto the slip ring at step 7. cap 18
The coil spring 17 is compressed by. cap 1
The lead wire 19 from the brush 15 is drawn out through a hole provided in the center of the brush 8.

以上説明した従来のスリツプリング・ブラシに
よる信号伝達装置では本質的にスリツプリングと
ブラシの摺動接触による伝達であるために接触ノ
イズ、摩耗が不可避であること、また、ブラシ材
質によつて最大周速に制限があり、使用条件によ
つて材質選定が必要なこと、隣接チヤンネル同志
が静電容量による静電結合してチヤンネル間のク
ロス・トークがあること、およびスリツプリング
の汚れによつてブラシの接触状態が不安定になる
ためスリツプリング、ブラシの高度な保守管理を
要することなどの問題があつた。
In the conventional signal transmission device using a slip ring and brush as explained above, since the transmission is essentially by sliding contact between the slip ring and the brush, contact noise and wear are unavoidable, and the maximum circumference depends on the brush material. There are limitations on speed, material selection is required depending on usage conditions, cross talk between channels due to electrostatic coupling between adjacent channels due to capacitance, and dirt on the slip ring may cause brush damage. There were problems such as the need for sophisticated maintenance of the slip rings and brushes due to unstable contact conditions.

上記したような従来のスリツプリング・ブラシ
による信号伝達装置の問題を解決する方法として
非接触で信号を伝達する電磁結合信号伝達装置、
あるいは静電結合信号伝達装置があり、実用され
ている。
An electromagnetic coupling signal transmission device that transmits signals in a non-contact manner as a method of solving the problems of the conventional signal transmission device using a slip ring brush as described above.
Alternatively, there are capacitively coupled signal transmission devices, which are in practical use.

しかしながら、これら非接触信号伝達装置も、
その信号伝達特性上、あるいは構造上の制約から
一長一短があり、総べての場合に共通して使用で
きるものとは言い難い。
However, these contactless signal transmission devices also
It has advantages and disadvantages due to its signal transmission characteristics and structural limitations, and it is difficult to say that it can be used in common in all cases.

本考案は探触子回転型超音波探傷機の信号伝達
装置としては探傷上の条件、機構構造上の条件か
ら、電磁結合伝達装置と静電結合伝達装置を組合
せた構成を提案するものであり、本考案によれ
ば、鋼管の超音波探傷管肉厚測定において、従来
以上に、より探傷の目的に適合する探触子回転型
超音波探傷機を提供することができる。
This invention proposes a configuration that combines an electromagnetic coupling transmission device and an electrostatic coupling transmission device as a signal transmission device for a rotating probe type ultrasonic flaw detector, taking into account the flaw detection conditions and mechanical structure conditions. According to the present invention, it is possible to provide a rotating probe type ultrasonic flaw detector that is more suitable for the purpose of flaw detection than conventional methods in measuring the wall thickness of an ultrasonic flaw detection tube for steel pipes.

以下、初めに電磁結合伝達装置、次に静電結合
伝達装置の実施例と、それぞれの問題点を説明す
る。
Hereinafter, embodiments of an electromagnetic coupling transmission device and then a capacitive coupling transmission device will be described, and the problems of each embodiment will be described.

第3図は電磁結合を用いた探触子回転型探傷機
の一実施例である。第3図は第1図のスリツプリ
ング、ブラシの部分が電磁結合信号伝達装置に置
換されたものであるので、第1図と同一の内容に
ついては説明を省略する。
Fig. 3 shows an embodiment of a rotating probe type flaw detector using electromagnetic coupling. In Fig. 3, the slip ring and brush parts in Fig. 1 are replaced with an electromagnetic coupling signal transmission device, so the explanation of the same contents as in Fig. 1 will be omitted.

ロータ3の円筒部外周にグラスフアイバー・エ
ポキシ基板の電磁結合用コイルの円板20をチヤ
ンネル数に見合う数だけ配設する。円板20には
第4図に示すように円環状の形状をなし、円板2
0の外縁に沿つて1本の導線21が1ターン・コ
イルとして刻設され、1ターン・コイルの両端は
22a,22bに示すように円環の内縁に引き出
す。円板20上の導線21、および両端引出し2
2a,22bは銅箔付のグラスフアイバー・エポ
キシ基板から上記パターンをエツチングによつて
作製する。1ターン・コイルの導体21を包むよ
うにフエライトコア23を配置する。フエライト
コア23は1部にスリツト24を加工し、スリツ
ト24で円板20を挾むようにして挿入される。
フエライトコア23は数ターンのコイル25を捲
いてある。さらに図示しないが、各円板間に電磁
シールド板を挿入することにより隣接チヤンネル
間のクロストークを防除するように構成する。
On the outer periphery of the cylindrical portion of the rotor 3, disks 20 of electromagnetic coupling coils made of glass fiber epoxy substrates are arranged in a number corresponding to the number of channels. The disk 20 has an annular shape as shown in FIG.
A single conductive wire 21 is carved as a one-turn coil along the outer edge of the ring, and both ends of the one-turn coil are drawn out to the inner edge of the ring as shown at 22a and 22b. Conductive wire 21 on disk 20 and both end drawers 2
2a and 22b are fabricated by etching the above pattern from a glass fiber epoxy substrate with copper foil attached. A ferrite core 23 is arranged so as to surround a conductor 21 of a one-turn coil. A slit 24 is formed in one part of the ferrite core 23, and the disc 20 is inserted between the slits 24.
The ferrite core 23 is wound with a coil 25 having several turns. Furthermore, although not shown, an electromagnetic shielding plate is inserted between each disc to prevent crosstalk between adjacent channels.

以上の構成でコイル25に探傷器26のパル
サ・レシーバを接続すれば、送信の際にパルサか
らの励信パルスによりフエライトを介して1ター
ン・コイルにパルスが誘起され、このパルスによ
つて探触子10を駆動する。受信の場合は探触子
からの受信信号により送信とは逆に1ターン・コ
イルからフエライトを介してコイル25に受信信
号を伝達し探傷器26のレシーバに伝える。
If the pulser/receiver of the flaw detector 26 is connected to the coil 25 with the above configuration, a pulse is induced in the one-turn coil via the ferrite by the excitation pulse from the pulser during transmission, and this pulse is used for detection. Drive the feeler 10. In the case of reception, the reception signal is transmitted from the one-turn coil to the coil 25 via the ferrite, and then to the receiver of the flaw detector 26, contrary to the transmission.

上述した電磁結合方式の信号伝達装置は非接触
で回転部と固定部間に有効に探傷信号を送受する
ことができ、スリツプリングおよびブラシによる
信号伝達において問題であつたノイズ、摩耗、最
大周速制限がなく、スリツプリング汚れにおける
保守管理の問題を解決する優れた伝達装置であつ
て後述するような問題点が支障とならない用途に
おいては効果的に実用されている。
The above-mentioned electromagnetic coupling type signal transmission device can effectively transmit and receive flaw detection signals between rotating parts and fixed parts without contact, and eliminates the problems of noise, wear, and maximum circumferential speed that were problems in signal transmission using slip rings and brushes. It is an excellent transmission device that has no limitations and solves the maintenance problem caused by dirty slip rings, and is effectively put into practical use in applications where the problems described below do not pose a problem.

この電磁結合方式の信号伝達装置は1ターン・
コイルの結合であるため結合度が低く、結合損失
が大きく、設計上の条件にもよるが、例えば円板
径400mm程度の寸法で2MHz、あるいは5MHzで、
探触子を探傷器に直接接続して送受信した場合に
比較して約20dB程度の減衰があること、この減
衰を補償するために探触子側に共振コイルを持た
せる必要があることなどから探傷波形が直接接続
に比べてブロードになること、および、2MHz、
5MHzでは以上の諸問題はあるにしても実用可能
であるが、さらに高い周波数、例えば10MHzでは
減衰が大きく40dB以上になるために、高い周波
数領域では実用できないという問題がある。
This electromagnetic coupling type signal transmission device has one turn.
Because it is a coil coupling, the degree of coupling is low and the coupling loss is large.It depends on the design conditions, but for example, at 2MHz or 5MHz with a disk diameter of about 400mm,
This is because there is approximately 20 dB attenuation compared to when transmitting and receiving by connecting the probe directly to the flaw detector, and it is necessary to have a resonant coil on the probe side to compensate for this attenuation. The flaw detection waveform is broader than that of direct connection, and 2MHz,
At 5MHz, it is practical even though there are the above problems, but at even higher frequencies, for example 10MHz, the attenuation is large, reaching 40dB or more, so there is a problem that it is not practical in the high frequency range.

上記の問題点は探触子回転型探傷機で鋼管の超
音波探傷を行なう場合、通常の鋼管の超音波探傷
では管軸方向の内外面欠陥、周方向の内外面欠陥
の探傷には斜角探傷2MHz、あるいは5MHzが常用
されるので、これらの探傷には電磁結合方式の信
号伝達装置を使用して全く問題ないが、特にシー
ムレス管や特殊な仕様の鋼管探傷では、上記した
管軸方向、管周方向の斜角欠陥探傷に併せて、管
肉厚の超音波測定が要求される場合がある。超音
波による管肉厚測定は、超音波を肉厚方向に垂直
入射させ、管の内外面で生ずる多重反射エコー間
の超音波伝播時間を計測することにより肉厚測定
を行なう。このために多重エコー間のエコー分離
が問題となり、このため少くとも10MHz以上の高
い周波数の領域を使用することと、信号伝達系で
波形がブロードになるのを避けることが絶対的な
必要条件となつてくる。この理由から上述した電
磁結合方式の信号伝達装置は超音波による管肉厚
測定には使用できないことが判る。
The above problem is that when performing ultrasonic flaw detection of steel pipes using a rotating probe type flaw detector, in normal ultrasonic flaw detection of steel pipes, flaws on the inner and outer surfaces in the axial direction of the pipe, and flaws on the inner and outer surfaces in the circumferential direction are detected using oblique angles. Since 2MHz or 5MHz is commonly used for flaw detection, there is no problem in using an electromagnetic coupling signal transmission device for flaw detection. In addition to oblique defect detection in the pipe circumferential direction, ultrasonic measurement of pipe wall thickness may be required. Pipe wall thickness measurement using ultrasonic waves is performed by making ultrasonic waves perpendicularly incident in the wall thickness direction and measuring the ultrasonic propagation time between multiple reflected echoes generated on the inner and outer surfaces of the pipe. For this reason, echo separation between multiple echoes becomes a problem, so it is absolutely necessary to use a high frequency region of at least 10MHz or more and to avoid broad waveforms in the signal transmission system. I'm getting old. For this reason, it can be seen that the above-mentioned electromagnetic coupling type signal transmission device cannot be used for measuring pipe wall thickness using ultrasonic waves.

一方、上述のように電磁結合方式による信号伝
達装置では使用できない管肉厚測定の領域で使用
可能な信号伝達装置として静電結合による信号伝
達方式がある。以下にこの方式による信号伝達装
置について説明する。
On the other hand, as described above, there is a signal transmission method using capacitive coupling as a signal transmission device that can be used in the area of pipe wall thickness measurement where the signal transmission device using electromagnetic coupling cannot be used. A signal transmission device using this method will be explained below.

第5図は超音波探傷器26の端子26aと26
bと探触子10間と直接接続するかわりに両者間
の伝送路として静電容量を介在させて伝送特性を
調べるために静電容量と探傷感度との関係を実験
したときの接続図である。すなわち被検材鋼管1
を水浸で探触子10により垂直探傷する。探触子
10の同軸ケーブル28と外部接続用同軸ケーブ
ル29との間に静電容量27a,27bを接続す
る。27aは同軸ケーブルの中心導体用、27b
はシールド用である。外部接続用同軸ケーブル2
9は、探傷器26の送受信部の端子26a,26
bに接続される。
FIG. 5 shows terminals 26a and 26 of the ultrasonic flaw detector 26.
Fig. 2 is a connection diagram when conducting an experiment on the relationship between capacitance and flaw detection sensitivity in order to investigate the transmission characteristics by interposing capacitance as a transmission path between the probe 10 and the probe 10 instead of directly connecting them. . In other words, the test material steel pipe 1
Vertical flaw detection is performed using the probe 10 while immersed in water. Capacitors 27a and 27b are connected between the coaxial cable 28 of the probe 10 and the external connection coaxial cable 29. 27a is for the center conductor of the coaxial cable, 27b
is for shielding. Coaxial cable for external connection 2
9 are terminals 26a and 26 of the transmitter/receiver part of the flaw detector 26.
connected to b.

上記の接続で5MHz,10MHzの各場合の直接接
続に対する静電容量を接続したときの減衰値を
種々の静電容量値毎に測定したデータを第6図に
示す。
Figure 6 shows data obtained by measuring attenuation values for various capacitance values when connecting capacitances for direct connection in the above connection at 5 MHz and 10 MHz.

第6図のデータから10MHzにおいては第5図の
27a,27bの静電容量値はそれぞれ2000PF
以上であれば、静電容量値が多少変動しても探傷
感度の変動が極めて小さいことが判る。なお、こ
の実験によれば、探触子を直接結合した場合と比
較して2000PF以上では探傷エコーの波形変化は
全く認められなかつた。
From the data in Figure 6, at 10MHz, the capacitance values of 27a and 27b in Figure 5 are each 2000P F.
If the above is the case, it can be seen that even if the capacitance value varies somewhat, the variation in flaw detection sensitivity is extremely small. According to this experiment, no change in the waveform of the flaw detection echo was observed at 2000 P F or higher compared to when the probes were directly coupled.

一般に、平行平面電極間の静電容量C(F)と電極
面積A(m2)および電極間距離d(m)の関係は次
式で与えられる。
Generally, the relationship between the capacitance C(F) between parallel plane electrodes, the electrode area A (m 2 ), and the inter-electrode distance d (m) is given by the following equation.

C=8.854×10-12×A/d (1) 通常の探触子回転型探傷機のロータ径は適用被
検材の最大径によつて変るが、例えば3″外径76.2
mmを対象とするものは、ほぼ250mm程度となり、
第7図に示したようドーナツ状の電極を考える
と、電極円板の内径D1は、ほぼ250mm程度とな
る。電極の幅50mm、有効径DE300mmとすると、電
極面積471cm2であり、静電容量2000PFとして上式
(1)から電極間距離dを求めるとd=0.2×10-3m
=0.2mmが求められる。
C=8.854×10 -12 ×A/d (1) The rotor diameter of a normal probe rotating type flaw detector varies depending on the maximum diameter of the applicable test material, but for example, 3" outer diameter 76.2
The ones that target mm are approximately 250 mm,
Considering a doughnut-shaped electrode as shown in FIG. 7, the inner diameter D1 of the electrode disc is approximately 250 mm. If the electrode width is 50 mm and the effective diameter DE is 300 mm, the electrode area is 471 cm 2 and the capacitance is 2000 P F.
Calculating the distance d between the electrodes from (1), d=0.2×10 -3 m
=0.2mm is required.

上記計算で求められた電極の極板間距離0.2mm
を具体化して回転円環電極と、固定側電極の空隙
を0.2mmに保持することは、固定側電極を空間的
に固定することでは不可能であるが、固定側電極
を回転円環電極に空圧を用いて微小空隙を作り、
非接触状態で保持するように構成することはでき
る。以下、この方式による静電容量信号伝達装置
の実施例について説明する。
The distance between the electrode plates determined by the above calculation is 0.2 mm
It is impossible to maintain the gap between the rotating annular electrode and the stationary electrode at 0.2 mm by spatially fixing the stationary electrode, but it is impossible to maintain the gap between the rotating annular electrode and the fixed electrode at 0.2 mm by fixing the stationary electrode spatially. Create micro-gaps using air pressure,
It can be configured to be held in a non-contact state. An example of a capacitive signal transmission device using this method will be described below.

第8図は実施例の要旨を説明する図である。回
転円環電極31は、絶縁板30を介してロータ3
に取付けられ、第9図矢示の方向に回転する。回
転円環電極31に対向して固定部側電極32が配
設されるが、固定部側電極32は第9図に示すよ
うに固定部側電極32の円周上に等配した板バネ
33a,33b,33c,33d……によつて固
定板35に保持され、回転円環電極31にバネ圧
着される。また板バネ33a,33b,33c,
33d……の各配置位置の中間に空気孔ニツプル
34a,34b,34c,34d……を有し、空
気孔ニツプルには図示せずに可撓性のビニール
管、あるいはゴム管等によつて空圧を供給する。
FIG. 8 is a diagram explaining the gist of the embodiment. The rotating annular electrode 31 is connected to the rotor 3 via the insulating plate 30.
It is attached to and rotates in the direction of the arrow in Figure 9. A fixed part side electrode 32 is disposed opposite to the rotating annular electrode 31, and the fixed part side electrode 32 is made of plate springs 33a equally distributed on the circumference of the fixed part side electrode 32 as shown in FIG. , 33b, 33c, 33d, . In addition, leaf springs 33a, 33b, 33c,
There are air hole nipples 34a, 34b, 34c, 34d... in the middle of each arrangement position of 33d..., and the air hole nipples are emptied by flexible vinyl pipes, rubber pipes, etc. (not shown). supply pressure.

以上の構成による静電結合伝達装置において
は、固定側電極32は回転円環電極31にバネ圧
着されるが、空気孔ニツプル34a,34b,3
4c,34d……より供給される空圧が、固定側
電極32、回転円環電極31の接面間に開口して
噴出し、固定側電極32をスラスト空気軸受と同
様にフローテイング状態で保持する。なお、固定
側電極32、回転円環電極31の両対向面はいず
れも0.05mm程度の平面度に仕上げることが必要で
あり、同時に対向面のいずれか一方に薄い絶縁樹
脂加工、例えばテフロンのような弗素樹脂被膜処
理を施すことにより、万一部分的に接触を生じて
も、両電極の直接接触を妨げ、かつ耐摩耗潤滑膜
により両電極の接触による過大な摩擦の発生を防
ぐようにすることが望ましい。また、電極間の空
隙は供給する空圧を調節することにより調整する
ことができる。
In the capacitive coupling transmission device with the above configuration, the fixed side electrode 32 is spring-pressed to the rotating annular electrode 31, and the air hole nipples 34a, 34b, 3
Air pressure supplied from 4c, 34d... opens between the contact surfaces of the stationary side electrode 32 and the rotating annular electrode 31 and blows out, holding the stationary side electrode 32 in a floating state similar to a thrust air bearing. do. Note that both opposing surfaces of the stationary side electrode 32 and rotating annular electrode 31 must be finished to a flatness of approximately 0.05 mm, and at the same time, one of the opposing surfaces must be coated with a thin insulating resin, such as Teflon. By applying a fluororesin coating treatment, even if partial contact occurs, direct contact between the two electrodes is prevented, and a wear-resistant lubricant film prevents excessive friction from occurring due to contact between the two electrodes. is desirable. Further, the gap between the electrodes can be adjusted by adjusting the air pressure supplied.

以上静電結合伝達装置の実施例を述べたのであ
るが、静電結合伝達装置は電磁結合伝達装置に比
べ伝達損失が少なく、特に高い周波数の伝達に適
し、エコー波形の歪が少ない特徴がある。しかし
ながら、電磁結合では第4図に示したように1枚
の電磁結合コイル円板20で1チヤンネルの伝送
ができるのに対して静電結合では第5図接続図に
示すように同軸ケーブル中心導体結合用容量27
aと同軸ケーブルシールド結合用容量27bの2
対の静電容量が必要である。これは実際の伝達装
置においては、第8図において示す回転円環電極
31と、これに対向する固定部側電極32のみで
なく、さらにもう1対の回転円環電極と固定部側
電極による計2対の容量結合によつて始めて1チ
ヤンネルの伝送ができることを意味する。すなわ
ち、静電結合伝達装置は電磁結合伝達装置に比べ
同一のチヤンネル数の伝送を行なう場合、ロータ
3に実装するドーナツ状の円板数を2倍にする、
すなわち伝送チヤンネル数の2倍数を準備する必
要があり、これによつてロータ3の軸方向実長が
倍加し、機構部が大型化する不具合を生ずる。特
に鋼管探傷においては鋼管自体に造管の方法によ
つて大小の差があるが多少の曲りがありロータ軸
長が長いと被検材鋼管1と探触子ホルダ9を同芯
に保持することが困難となる。この同芯保持の点
からも、また設備コストの点からもロータ軸長が
短いことが望まれている。
Examples of capacitively coupled transmitters have been described above, and capacitively coupled transmitters have less transmission loss than electromagnetic coupled transmitters, are particularly suitable for high frequency transmission, and are characterized by less distortion of echo waveforms. . However, in electromagnetic coupling, one channel of transmission is possible with one electromagnetic coupling coil disk 20 as shown in Fig. 4, whereas in electrostatic coupling, as shown in the connection diagram in Fig. 5, the central conductor of the coaxial cable Coupling capacitor 27
2 of a and coaxial cable shield coupling capacitor 27b
A pair of capacitances is required. In an actual transmission device, this is achieved by not only the rotating annular electrode 31 shown in FIG. This means that one channel of transmission can only be achieved by two pairs of capacitive coupling. That is, compared to an electromagnetic coupling transmission device, the capacitive coupling transmission device doubles the number of donut-shaped disks mounted on the rotor 3 when transmitting the same number of channels.
In other words, it is necessary to prepare twice the number of transmission channels, thereby doubling the actual length of the rotor 3 in the axial direction, resulting in a problem that the mechanical section becomes larger. Particularly in steel pipe flaw detection, the steel pipe itself varies in size depending on the method of pipe making, but if the steel pipe itself has some bends and the rotor shaft length is long, it is necessary to hold the test material steel pipe 1 and the probe holder 9 concentrically. becomes difficult. It is desired that the rotor shaft length be short, both from the viewpoint of maintaining concentricity and from the viewpoint of equipment cost.

一方、鋼管の探触子回転型超音波探傷機による
探傷は、一般に基準試験鋼管の内面、外面に設け
た軸方向、周方向の人工欠陥を基準欠陥として探
傷器の検出感度ゲートなどの探傷条件を設定す
る。この場合第10図および第11図に示すよう
に基準欠陥に対して検出性のよい斜角探傷が行な
われる。第10図Aは軸方向の内面基準欠陥36
a1に対する探触子10からの斜角音場入射の状況
を、同様に第10図Bは軸方向の外面基準欠陥3
6bに対する探触子10からの斜角音場入射状況
を示す。また第11図は周方向内面基準欠陥37
a、周方向外面基準欠陥37bに対する探触子1
0からの斜角音場入射状況を示す。すなわち、こ
れらの斜角探傷では基準欠陥の深さが管肉厚の5
%程度、例えば肉厚6mmとすると0.3mm程度が規
格として要求され、この欠陥を基準とするとき周
波数5MHz波長0.6mmで充分な検出ができる。従つ
て、この斜角探傷に対しては電磁結合伝達装置を
使用するのが有利である。一方管肉厚測定では第
12図に示すように探触子から超音波を被検材に
対し垂直に入射させ、検出したエコー波形例えば
第13図の如きエコー波形において表面エコーS1
の立上りと、底面エコーB1の立上り間の時間差
または、底面エコーB1の立上りと底面エコーB2
の立上り間の時間差によつて肉厚を測定するもの
で、測定原理上からもエコー間の分離がよいこと
が必要であり、このエコー分離をよくするために
10MHz以上の周波数領域が使用される。従つてこ
の肉厚測定に対しては静電結合型伝達装置を使用
することが必須である。
On the other hand, flaw detection using a rotating probe type ultrasonic flaw detector for steel pipes generally uses artificial defects in the axial and circumferential directions provided on the inner and outer surfaces of the standard test steel pipe as the reference flaw, and sets flaw detection conditions such as the detection sensitivity gate of the flaw detector. Set. In this case, as shown in FIGS. 10 and 11, the reference defect is subjected to oblique flaw detection with good detectability. Fig. 10A shows the inner reference defect 36 in the axial direction.
Similarly, Fig. 10B shows the situation of oblique sound field incidence from the probe 10 to a 1 .
6b shows the oblique sound field incidence situation from the probe 10. In addition, FIG. 11 shows a reference defect 37 on the circumferential inner surface.
a, Probe 1 for circumferential outer surface reference defect 37b
This shows the oblique sound field incidence situation from 0. In other words, in these angle-angle flaw detection, the depth of the reference defect is 5 times the pipe wall thickness.
%, for example, if the wall thickness is 6 mm, the standard requires a defect of about 0.3 mm, and when this defect is used as a standard, a frequency of 5 MHz and a wavelength of 0.6 mm can be sufficient for detection. Therefore, it is advantageous to use an electromagnetic coupling transmission device for this angle flaw detection. On the other hand, in pipe wall thickness measurement, as shown in Fig. 12, ultrasonic waves are incident perpendicularly to the specimen from a probe, and the detected echo waveform, for example, the surface echo S 1 in the echo waveform shown in Fig. 13, is detected.
The time difference between the rise of and the rise of bottom echo B 1 , or the rise of bottom echo B 1 and the rise of bottom echo B 2
The wall thickness is measured by the time difference between the rising edges of
Frequency ranges above 10MHz are used. Therefore, it is essential to use a capacitively coupled transmission device for this wall thickness measurement.

特にシームレス鋼管の超音波探傷においては通
常のプロセス上、管の偏肉が生じ易く、偏肉も品
質の管理要素となる。従つて上述した管の軸方向
内外面、周方向内外面の超音波探傷に併せて、管
肉厚の超音波測定を行なう必要があり、探触子回
転型探傷機で実施した例があるが、これらの実施
例は信号伝達周波数の制約からすべてスリツプリ
ング・ブラシによるものであつた。すなわちこの
実施例では軸方向欠陥探傷に8チヤンネル、周方
向欠陥探傷に8チヤンネル、管肉厚測定に1チヤ
ンネル程度のものであり、いずれもスリツプリン
グ・ブラシにより信号伝達する構成であるが、既
述したスリツプリング・ブラシの本質的な不具合
は避けることができなかつた。
Particularly in ultrasonic flaw detection of seamless steel pipes, uneven thickness of the pipe is likely to occur due to the normal process, and uneven thickness is also a quality control factor. Therefore, in addition to the above-mentioned ultrasonic flaw detection of the inner and outer surfaces of the tube in the axial direction and the circumferential direction, it is necessary to perform ultrasonic measurement of the tube wall thickness, and there are examples of this being carried out using a rotating probe type flaw detector. All of these embodiments used slip-ring brushes due to signal transmission frequency constraints. In other words, this embodiment uses 8 channels for axial defect detection, 8 channels for circumferential defect detection, and 1 channel for pipe wall thickness measurement, all of which are configured to transmit signals using slip-ring brushes. The essential drawbacks of the slip-ring brush described above were unavoidable.

本考案では第14図に示すように信号伝達装置
として斜角探傷チヤンネルには電磁結合伝達装
置、管肉厚測定チヤンネルには静電結合伝達装置
を1台の探触子回転型探傷機に組合わせて組込む
ことにより従来の探触子回転型探傷機の性能、保
守性を著しく向上することができた。
In this invention, as shown in Fig. 14, as signal transmission devices, an electromagnetic coupling transmission device for the oblique flaw detection channel and an electrostatic coupling transmission device for the pipe wall thickness measurement channel are assembled into one probe rotating type flaw detector. By incorporating them together, we were able to significantly improve the performance and maintainability of the conventional rotating probe type flaw detector.

上述した本考案の一実施例を第14図に示す。
静電結合伝達装置そしてロータ3上に回転円環電
極31−1、および31−2を、それぞぞれ絶縁
板30−1,30−2を介して取付け、これら回
転円環電極31−1,31−2に対向させて、そ
れぞれ固定部側電極32−1,32−2を設けて
ある。さらにロータ3には電磁結合伝達装置とし
て所要チヤンネル数に見合う電磁結合用コイルの
円板20−1,20−2,20−3……が装着さ
れこれらは、フエライトコア23−1,23−
2,23−3……が円板上に刻設されたコイルを
包むように配置される。フエライトコア23−
1,23−2……には数ターンのコイル25−
1,25−2,25−3……を巻いてある。
An embodiment of the invention described above is shown in FIG.
Rotating annular electrodes 31-1 and 31-2 are attached to the capacitive coupling transmission device and the rotor 3 via insulating plates 30-1 and 30-2, respectively. Fixed part side electrodes 32-1 and 32-2 are provided opposite to electrode 31-2, respectively. Furthermore, disks 20-1, 20-2, 20-3, etc. of electromagnetic coupling coils corresponding to the required number of channels are attached to the rotor 3 as an electromagnetic coupling transmission device, and these are ferrite cores 23-1, 23-3.
2, 23-3... are arranged so as to wrap around the coil carved on the disk. Ferrite core 23-
1, 23-2... has several turns of coil 25-
1, 25-2, 25-3... are wound.

上述の如き構成によつて多チヤンネルの斜角探
傷信号の伝達と1チヤンネルの管肉測定の信号伝
達が電磁結合型と静電容量結合型の長所をそれぞ
れ生かして1台の探触子回転型探傷機で実現でき
る。
With the configuration described above, multi-channel oblique flaw detection signal transmission and single-channel tube wall measurement signal transmission can be performed using a single rotary probe by taking advantage of the advantages of the electromagnetic coupling type and capacitive coupling type, respectively. This can be achieved with a flaw detector.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はスリツプリング・ブラシを用いた従来
の探触子回転型探傷機の構造概要図、第2図は前
図のブラシ部の構造図、第3図は第1図のスリツ
プリング・ブラシ部を電磁結合に置換した信号伝
達装置の構造概要図、第4図は第3図の電磁結合
の回路構成を示す図、第5図は静電容量結合によ
る回路構成を示す図、第6図は第5図の回路接続
したときの超音波伝送波形の接続静電容量に対す
る減衰値の測定データ、第7図は静電容量結合の
円板状の円環電極を示す図、第8図は第7図の円
環電極を用いた信号伝達装置を示す構成図、第9
図は第8図の回転円環電極と固定部側電極の構成
図、第10図AおよびBは軸方向の内、外面基準
欠陥に対する超音波の入射の状況を示す図、第1
1図は周方向内、外面基準欠陥に対する超音波の
入射状況を示す図、第12図は超音波を被検材に
対し垂直に入射させた状況を示す図、第13図は
前図において検出したエコー波形図、第14図は
本考案による信号伝達装置を示す構成図である。 10……探触子、28,29……同軸ケーブ
ル、31……回転円環電極、32……固定部側電
極、33a,33b,33c,33d……板バ
ネ、34a,34b,34c,34d……空気孔
ニツプル、20−1,20−2,20−3,20
−4……電磁結合用コイルの円板、31−1,3
1−1′,31−2,31−2′……回転円環電
極。
Figure 1 is a structural diagram of a conventional rotating probe flaw detector using a slip-ring brush, Figure 2 is a structural diagram of the brush section shown in the previous figure, and Figure 3 is the slip-ring brush shown in Figure 1. Fig. 4 is a diagram showing the circuit configuration of the electromagnetic coupling in Fig. 3, Fig. 5 is a diagram showing the circuit configuration using capacitive coupling, and Fig. 6 is the measured data of the attenuation value of the ultrasonic transmission waveform with respect to the connection capacitance when the circuit is connected as shown in Fig. 5, Fig. 7 is a diagram showing a disk-shaped annular electrode for capacitive coupling, and Fig. 8 is FIG. 9 is a configuration diagram showing a signal transmission device using the circular electrode shown in FIG.
The figure is a configuration diagram of the rotating annular electrode and fixed part side electrode in Figure 8, Figures 10A and B are diagrams showing the incidence of ultrasonic waves on the inner and outer reference defects in the axial direction, and Figure 1
Figure 1 shows the incident situation of ultrasonic waves on inner and outer reference defects in the circumferential direction, Figure 12 shows the situation where ultrasonic waves are incident perpendicularly to the test material, and Figure 13 shows the situation detected in the previous figure. FIG. 14 is a block diagram showing the signal transmission device according to the present invention. 10... Probe, 28, 29... Coaxial cable, 31... Rotating annular electrode, 32... Fixed part side electrode, 33a, 33b, 33c, 33d... Leaf spring, 34a, 34b, 34c, 34d ...Air hole nipple, 20-1, 20-2, 20-3, 20
-4...Disc of electromagnetic coupling coil, 31-1, 3
1-1', 31-2, 31-2'...Rotating annular electrodes.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 多チヤンネルの接触子回転型探傷機の回転部の
探触子と固定部の探傷器との間で信号を送受する
信号伝達装置において、多チヤンネルで構成され
る斜角探傷チヤンネルには電磁結合による信号伝
達部と、管肉測定チヤンネルには静電容量結合に
よる信号伝達部を組合せて装着した多チヤンネル
探触子回転型探触機の信号伝達装置。
In a signal transmission device that sends and receives signals between the rotary part probe of a multi-channel contact rotating type flaw detector and the fixed part flaw detector, the oblique flaw detection channel consisting of multiple channels uses electromagnetic coupling. A signal transmission device for a multi-channel probe rotary probe that is equipped with a combination of a signal transmission section and a signal transmission section using capacitance coupling in the pipe meat measurement channel.
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