JP4431926B2

JP4431926B2 - Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method

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Publication number: JP4431926B2
Application number: JP2000394045A
Authority: JP
Inventors: 裕久山田; 智紀増田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002195988A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の溶接箇所における欠陥を超音波を用いて非破壊で検査するための超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼材の溶接箇所に生じうる欠陥を非破壊で検査する装置として、超音波探傷装置が知られている。かかる超音波探傷装置は、探触子を用いて、被検査体内の欠陥の検査を行うものである。被検査体には溶接部の溶接線と平行にガイドレールが取り付けられ、探触子はこのガイドレールに平行な方向及び直交する方向に沿って移動することができる。この探触子は、超音波を被検査体中に入射させ、被検査体内の反射源で反射された超音波（反射エコー）を受信するものである。超音波は、被検査体中を伝播しているときに、欠陥や溶接部の余盛等の不均一な部分があると、それを反射源として反射される。このため、探触子が受信する反射エコーには、欠陥で反射された欠陥エコーだけでなく、溶接部の余盛で反射された形状エコー等が含まれる。
【０００３】
超音波探傷装置は、探触子で受信した反射エコーに基づいて、そのエコー高さと反射源の位置とを特定する。このとき、反射源の位置は、溶接線上の所定位置を原点とする座標系において定められる。具体的には、まず、探触子に対する反射源の位置を求めた後、ガイドレール上の所定の位置に対する探触子の位置、ガイドレールと溶接線との間隔、溶接部の余盛の幅等に基づいて、当該座標系における反射源の位置を演算する。超音波探傷装置は、各反射源と溶接部との位置関係を調べることにより、各反射源が欠陥である否かを識別する。そして、各欠陥の位置にそのエコー高さをプロットした探傷画像を作成し、表示装置の画面上に表示する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、ガイドレールはマグネットにより被検査体に取り付けられるので、ガイドレールの取り付け精度があまりよくない。また、溶接部の余盛も常に一定の幅を有しているわけではなく、ある程度のばらつきがある。さらに、被検査体によっては被検査体内部の音速が一様でないことがあり、その場合には、探傷屈折角度が探傷中に変わってしまうことがある。上述したように、従来の超音波探傷装置では、溶接線上の所定位置を原点とする座標系において反射源の位置を特定しているので、ガイドレールの取り付け誤差、余盛の幅のばらつき、屈折角度のずれ等があると、当該座標系における反射源の位置も正確に求めることはできない。このため、例えば、欠陥エコーを形状エコーと判断したり、逆に、形状エコーを欠陥エコーと判断したりして、欠陥の識別を高精度で行うことができないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、欠陥か否かの識別を高精度で行うことができる超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る超音波探傷装置は、被検査体中に超音波を入射し、前記被検査体内の反射源で反射して戻る反射エコーを受信する探触子と、前記被検査体の溶接線に沿っての各位置において前記溶接線に直交する方向に所定のピッチで前記探触子を走査する走査手段と、前記走査手段による走査時に前記探触子で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置とを求める第一処理手段と、前記第一処理手段で得られた結果を用いて、前記溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定する第二処理手段と、前記溶接線に垂直な各断面毎に前記第二処理手段で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、前記第一処理手段で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する欠陥識別手段と、前記欠陥識別手段で得られた結果を出力する出力手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る超音波探傷方法は、被検査体の溶接線に沿っての各位置において前記溶接線に直交する方向に所定のピッチで探触子を走査しながら、前記探触子から前記被検査体中に超音波を入射し、前記被検査体内の反射源で反射して戻る反射エコーを前記探触子で受信する第一工程と、前記探触子で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置とを求める第二工程と、前記第二工程で得られた結果を用いて、前記溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定する第三工程と、前記溶接線に垂直な各断面毎に前記第三工程で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、前記第二工程で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する第四工程と、前記第四工程で得られた結果を出力する第五工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である超音波探傷装置の概略構成ブロック図、図２はその超音波探傷装置における走査装置の概略平面図、図３はその超音波探傷装置における探触子の走査の仕方を説明するための図、図４はその探触子で受信するデータの収録範囲を説明するための図である。
【００１１】
かかる超音波探傷装置は、図１、図２及び図３に示すように、二つの探触子１０，１０と、各探触子毎に設けられた走査装置２０と、ＡＤ変換部３０，３０と、記憶部４０と、制御部５０と、表示装置６０とを備えるものである。
【００１２】
この超音波探傷装置は、被検査体２の溶接部４における欠陥を検出するためのものである。特に、本実施形態では、被検査体２として、二つの平板状の鋼材の間にＶ形開先を設け、それらを突合せ溶接したものを用いることにする。このとき、開先部には表面から溶着金属が盛り上がった余盛が形成される。例えば、図３に示すように、鋼材の上側には幅広の余盛ができ、その下側には幅狭の余盛ができる。
【００１３】
尚、以下では、溶接部４の溶接線と平行な方向をＸ方向、被検査体２の表面に平行な方向であってＸ方向と直交する方向をＹ方向、そして、Ｘ方向とＹ方向とに直交する被検査体４の深さ方向をＺ方向とする。ここで、溶接線とは、溶接部を一つの線として表すときの仮想線のことである。
【００１４】
探触子１０は、超音波を被検査体２中に入射し、被検査体２内の反射源で反射して戻る超音波（反射エコー）を受信するものである。この探触子１０としては、公知のものを使用することができるので、ここでは探触子１０の構造についての詳細な説明を省略する。
【００１５】
走査装置２０は、探触子１０を被検査体２上で走査するものであり、図２に示すように、ガイドレール２１と、腕部２２とを有する。走査装置２０は、ガイドレール２１が溶接部４の溶接線と平行になるように被検査体２上に設置される。ここで、ガイドレール２１と溶接部４の溶接線との間隔は予め所定の間隔に設定される。
【００１６】
また、腕部２２はガイドレール２１に直交する方向（Ｙ方向）に伸びており、ガイドレール２１に沿って移動することができる。この腕部２２には、探触子１０が取り付けられており、腕部２２上を移動することできる。したがって、探触子１０は、腕部２２の移動を制御することによりＸ方向に沿って移動し、また、探触子１０自体の移動を制御することによりＹ方向に沿って移動する。かかる腕部２２及び探触子１０の移動は、制御部５０により制御される。このため、制御部５０は、ガイドレール２１上の所定の基準位置に対する腕部２２（探触子１０）のＸ方向位置、及びその基準位置に対する探触子１０のＹ方向位置を容易に算出することができる。
【００１７】
本実施形態では、図３に示すように、走査装置２０、したがって探触子１０を幅広の余盛が形成された側に配置することにする。ここで、探触子１０が配置された側と同じ被検査体２の側を「表側」と言い、探触子１０が配置された側と反対の被検査体２の側を「裏側」と言うことにする。また、裏側の余盛のことを「裏波」とも称する。
【００１８】
二つの探触子１０，１０は、図３に示すように、溶接部４の両側に配置される。一般に、溶接部４の余盛の形状は波うっており、凹凸が激しい。このため、溶接部４の欠陥を調べるのに、余盛の表面に略垂直に進行する超音波を用いたのでは、超音波はうまく溶接部４内に入っていかない。これに対し、被検査体２の母材の方は略一定の形状をしている。このため、母材の表面に対して斜めに進行する超音波を用いて、溶接部４の欠陥を調べることにしている。いわゆる斜角探傷である。
【００１９】
各探触子１０は、いわゆる縦方形走査により移動される。すなわち、探触子１０は、図３において太い矢印で示すように、Ｘ方向に沿って所定の走査間隔だけ移動し、そのＸ方向位置においてＹ方向に沿って所定のピッチで移動する。そして、探触子１０は、Ｙ方向に沿って所定のピッチだけ移動する度に探傷動作を行う。
【００２０】
探傷動作が開始すると、まず、探触子１０は超音波を発生する。探触子１０から発生した超音波は、探触子１０と被検査体４との境界面で屈折して被検査体４内に入る。ここで、境界面での探傷屈折角は、境界面への入射角、被検査体４内を伝播する超音波の音速により、スネルの法則から求められる。被検査体４内に入った超音波は、溶接部４に向かって伝播する。そして、探触子１０は、その超音波が反射源で反射して戻ってきた反射エコーを受信する。
【００２１】
探傷屈折角は一定であるので、探触子１０が溶接部４に近いところに位置しているときには、溶接部４の浅い位置を探傷でき、探触子１０が溶接部４から遠いところに位置しているときには、溶接部４の深い位置を探傷できる。特に、溶接部４の表側の表面を探傷する場合には、探触子１０を溶接部４から遠く離れたところに位置しておき、被検査体２の裏側の表面で一回反射した超音波を用いることになる。このように、探触子１０をあるＸ方向位置においてＹ方向に沿って所定のピッチで走査して、探傷することにより、当該Ｘ方向位置における溶接部４の深さ方向に渡って欠陥を検査することができる。本実施形態では、二つの探触子１０，１０を用いて、かかる探傷動作を各探触子１０毎に行う。
【００２２】
図５（ａ）は探触子１０があるＸ方向位置及びＹ方向位置に位置するときに得られた波形データの一例を示す図である。図５（ａ）において縦軸はエコー高さを、横軸はビーム路程を表す。ビーム路程とは、超音波が入射点から反射源まで被検査体２中を通過した距離のことである。被検査体２内を伝播する超音波の音速は略一定であるので、ビーム路程はその距離だけ伝播するのに要した時間を表しているとも言える。
【００２３】
ところで、探触子１０が受信する反射エコーには、欠陥エコー、形状エコーや遅れエコーが含まれる。欠陥エコーとは、超音波がきず等の欠陥で反射して探触子１０に戻ってきたエコーのことである。形状エコーとは、超音波が溶接部４の余盛で反射して探触子１０に戻ってきたエコーのことである。これは溶接部４の形状に起因するために「形状」エコーと言われている。特に、探触子１０から発せられた超音波は、被検査体２の裏側表面で反射せずに、裏側の幅狭の余盛に直接入射したときに、そこで反射して大きなエコーとして探触子１０に戻ってくる。以下では、この裏側の余盛からの形状エコーのことを、「裏波エコー」とも称することにする。通常、形状エコーのエコー高さは、欠陥エコーのエコー高さよりも高いが、欠陥の程度によっては、欠陥エコーのエコー高さのほうが高い場合もある。
【００２４】
次に、遅れエコーについて説明する。図６は遅れエコーを説明するための図である。いま、図６（ａ）に示すように、超音波が探触子１０から裏側の余盛に直接入射する場合を考える。このとき、図６（ｂ）に示すように、裏側の余盛から大きな形状エコーＥ10だけでなく、典型的には、その形状エコーＥ10の他に少し遅れて、二つぐらいのエコーＥ11，Ｅ12が探触子１０に戻ってくる。これらのエコーＥ11，Ｅ12が「遅れエコー」である。この遅れエコーＥ11，Ｅ12は次のようにして発生したものである。探触子１０が発生する超音波としては横波を用いている。それが裏側の余盛に入射したときにそのまま反対方向に反射して探触子１０に戻る横波が、形状エコーＥ10である。また、超音波が裏側の余盛に入射したときには、いろいろな方向に反射する縦波や横波が発生する。ここで発生した縦波のうちには、例えば、表側の余盛に向かって伝播し、そこで反射して縦波として裏側の余盛に戻った後、裏側の余盛で反射して横波となって探触子１０に戻るものがある。このルートで戻ってきたのが遅れエコーＥ11である。また、裏側の余盛で発生した横波のうちには、例えば、表側の余盛に向かって伝播し、そこで反射して裏側の余盛に戻った後、裏側の余盛で反射して探触子１０に戻るものがある。このルートで戻ってきたのが遅れエコーＥ12である。
【００２５】
このように、反射エコーには、欠陥エコー、形状エコー、遅れエコー等が含まれており、溶接部４の検査に際しては、反射エコーの中から欠陥エコーを正確に識別する必要がある。
【００２６】
ＡＤ変換部３０は、探触子１０が受信した反射エコーの探傷波形データをＡＤ変換して、デジタルの波形データにするものである。例えば、エコー高さは１バイトのデータであり、０から２５５までの値をとる。このデジタルの波形データは、記憶部４０に記憶される。
【００２７】
ところで、探触子１０で受信された探傷波形データには、溶接部４から遠く離れたところで反射された反射エコーについてのデータも含まれている。探傷波形データはすべて記憶部４０に保存しておくことが望ましいが、これではデータ量がとても多くなってしまう。このため、本実施形態では、図４に示すように、溶接部４を含む所定のデータ収録範囲Ｒ_１内から戻ってきた反射エコーについてのデータのみを記憶部４０に記憶することにする。反射エコーがかかるデータ収録範囲Ｒ_１内から戻ってきたものか否かは、探触子１０の位置とビーム路程により判断することができる。
【００２８】
制御部５０は、探触子１０の走査を制御したり、探触子１０で得られたデータを処理するものである。この制御部５０は、図１に示すように、ピーク検出手段（第一処理手段）５１と、探傷画像データ作成手段５２と、裏波エコー検出手段（第二処理手段）５３と、欠陥識別手段５４と、探傷画像作成手段５５とを有する。
【００２９】
ピーク検出手段５１は、探触子１０で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置（エコー位置）とを求めるものである。探傷画像データ作成手段５２は、ピーク検出手段５１で得られた各エコー位置及びエコー高さを用いて、探傷画像データを作成するものである。裏波エコー検出手段５３は、探傷画像データを用いて、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークのエコー位置に基づいて当該ＹＺ平面における裏波エコーの位置を特定するものである。また、欠陥識別手段５４は、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面毎に、裏波エコー検出手段５３で特定した裏波エコーの位置を原点とするＸＹＺ基準座標系を設定し、ピーク検出手段５１で求めた各エコー位置をＸＹＺ基準座標系における位置座標で表し、且つ、ＸＹＺ基準座標系で表されたエコー位置が所定の欠陥識別範囲内に含まれているときに当該エコーを欠陥エコーであると識別するものである。探傷画像作成手段５５は、欠陥識別手段５４で識別された各欠陥エコーや形状エコー、遅れエコー等について、そのエコー位置にエコー高さをプロットした探傷画像を作成するものである。
【００３０】
表示装置６０は、裏波エコー検出手段５３や欠陥識別手段５４で得られた結果を表示したり、探傷画像作成手段５５で作成された探傷画像を表示したりするものである。
【００３１】
次に、本実施形態の超音波探傷装置において探触子１０で得られたデータの処理手順を説明する。図７は本実施形態の超音波探傷装置において波形データの処理手順を説明するためのフローチャートである。また、図８は裏波エコー位置の検出方法を説明するための図、図９は欠陥識別範囲を説明するための図、図１０は探傷画像の作成方法を説明するための図である。
【００３２】
制御部５０は、探触子１０の走査及び探傷動作が終了し、記憶部４０に波形データが格納された後、図７のフローに従った処理を実行する。最初に、制御部５０のピーク検出手段５１は、波形データに基づいて各ピークのエコー高さとエコー位置を求める（Ｓ１）。具体的には、ピーク検出手段５１は、まず、図５（ａ）に示すような波形データから各ピークを見い出し、各ピークについてエコー高さとビーム路程とを抽出する。例えば、ピークＰ0 については、そのエコー高さがＥ0 、ビーム路程がＷ0 である。また、ピークＰ1 については、そのエコー高さがＥ1 、ビーム路程がＷ1 である。次に、ピーク検出手段５１は、各ピークに対して、その抽出したビーム路程と探傷屈折角とを用いて、エコー位置を算出する。ここで算出するエコー位置は、ガイドレール２１上の基準位置を原点とするＸＹＺ座標系で表したものであり、上述のＸＹＺ基準座標系で表したものではない。例えば、探傷屈折角がθである場合、図５（ｂ）に示すように、ピークＰ0について、超音波の入射点から反射源までのＹ方向距離はＹ＝Ｗ0 × sinθで、そのＺ方向距離はＺ＝Ｗ0 × cosθで与えられる。そして、探触子１０のＸＹＺ座標系における位置は既知であるので、これにより、ピークＰ0 についてのエコー位置を求めることができる。その後、こうして得られたエコー位置に当該エコー高さを対応させ、記憶部４０に記憶する。ピーク検出手段５１は、図５（ａ）に示すような波形データのすべてのピークに対して同様の処理を行う。
【００３３】
次に、探傷画像データ作成手段５２は、探傷画像データを作成する（Ｓ２）。まず、探傷画像データ作成手段５２は、図１０に示すようにデータ収録範囲Ｒ_１を所定サイズのセルに分割する。ここで、セルは、一辺の長さが１ｍｍの立方体とするのが基本であるが、任意に設定可能である。次に、探傷画像データ作成手段５２は、ピーク検出手段５１により記憶部４０に保存された各ピークについて、ＸＹＺ座標系における座標で表されたエコー位置に対応するセルに当該エコー高さをセットすることにより探傷画像データを作成する。このとき、異なる探傷点における波形データのピークが同じセルにセットする必要が生じた場合には、エコー高さの高い方のデータをセットするものとする。こうして作成された探傷画像データは、記憶部４０に保存される。
【００３４】
次に、裏波エコー検出手段５３は、探傷画像データを用いて、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上における裏波エコーの位置を求める（Ｓ３）。この裏波エコー位置を求める処理は次にようにして行われる。裏波の存在するおおよその位置というのは予め分かっている。裏波エコー検出手段５３は、図８（ａ）に示すように、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上において、その裏波の存在するおおよその位置Ｐを含むようにして裏波エコー検出範囲Ｒ_２を設定する。例えば、裏波の存在するおおよその位置Ｐとしては、探触子１０と反対側にある母材における開先の下部をとればよい。実際には余盛が拡がっているため、裏波の位置は多少変動するが、これはあまり厳密に考える必要はない。裏波エコー検出範囲Ｒ_２をある程度大きく設定することで対応できるからである。また、裏波エコー検出範囲Ｒ_２は、例えば、その裏波の存在するおおよその位置Ｐを中心とし一辺の長さ６ｍｍの正方形の範囲に設定される。この裏波エコー検出範囲Ｒ_２は任意に設定することができる。裏波エコー検出手段５３は、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上において、裏波エコー検出範囲Ｒ_２内でエコー高さが最大となる位置（最大エコー位置）を求める。通常、裏波エコーのエコー高さは欠陥エコーのエコー高さよりも大きいので、こうして求められた最大エコー位置は裏波エコー位置であると考えられる。
【００３５】
ところで、裏波エコー検出範囲Ｒ_２内に大きな欠陥があったりすると、その欠陥エコーのエコー高さが裏波エコーのエコー高さよりも大きいことがある。この場合、単純に最大エコー位置を裏波エコー位置とすると、欠陥エコー位置を裏波エコー位置としてしまう。通常、裏波エコー位置はＸ方向から見たときに一定の範囲内に収まっており、この範囲に含まれないエコー位置は裏波エコー位置と考えることはできない。本実施形態では、最大裏波エコースキップ距離ｒを設定し、ＹＺ平面上において所定の位置を中心として最大裏波エコースキップ距離ｒを半径とする円の内部を、裏波エコー位置が存在する範囲としている。この最大裏波エコースキップ距離ｒは任意に設定可能である。
【００３６】
裏波エコー検出手段５３は、今回、Ｘ方向位置Ｘ_ｎでのＹＺ平面において、最大エコー位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ′，Ｚ_ｎ′）を求めたときに、その求めた最大エコー位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ′，Ｚ_ｎ′）と、当該Ｘ方向位置Ｘ_ｎでのＹＺ平面に隣り合うＸ方向位置Ｘ_ｎ−１でのＹＺ平面において前回の走査で特定した裏波エコー位置（Ｘ_ｎ−１，Ｙ_ｎ−１，Ｚ_ｎ−１）をＸ方向位置Ｘ_ｎでのＹＺ平面上に投影した位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ−１，Ｚ_ｎ−１）との間の距離Ｄ_ｎを算出する。すなわち、Ｄ_ｎ＝｛（Ｙ_ｎ−１−Ｙ_ｎ′）^２＋（Ｚ_ｎ−１−Ｚ_ｎ′）^２｝^１／２である。この距離Ｄ_ｎが最大裏波エコースキップ距離ｒ以下であるときに、当該最大エコー位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ′，Ｚ_ｎ′）を、Ｘ方向位置Ｘ_ｎでのＹＺ平面における裏波エコー位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ，Ｚ_ｎ）であると判断する。一方、距離Ｄ_ｎが最大裏波エコースキップ距離ｒよりも大きいときには、当該最大エコー位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ′，Ｚ_ｎ′）を欠陥エコー位置であると判断し、Ｘ方向位置Ｘ_ｎでのＹＺ平面における裏波エコー位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ，Ｚ_ｎ）としては、前回の走査で特定した裏波エコー位置（Ｘ_ｎ−１，Ｙ_ｎ−１，Ｚ_ｎ−１）をＸ方向位置Ｘ_ｎでのＹＺ平面上に投影した位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ−１，Ｚ_ｎ−１）を採用する。こうして得られた各ＹＺ平面における裏波エコー位置を繋ぐことにより、裏波線が得られる。尚、チャンネル毎に、すなわち左右の探触子１０毎に、裏波エコー位置は異なる。
【００３７】
次に、欠陥識別手段５４は、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面において、裏波エコー位置を原点とするＸＹＺ基準座標系をとり、ピーク検出手段５１で求めた各エコーについてのエコー位置をＸＹＺ基準座標系における位置座標で表す（Ｓ４）。その後、欠陥識別手段５４は、ピーク検出手段５１で求めた各エコーについて、それが欠陥エコーであるか否かを識別する（Ｓ５）。これは次のようにして行われる。本実施形態では、図９に示すように、予め欠陥の識別範囲Ｒ_３を設定している。この欠陥識別範囲Ｒ_３は、欠陥が存在すると考えられる範囲であり、開先の形状に応じて定められる。例えば、Ｖ形開先の場合には、図９に示すように、開先の両端を一定距離だけ広げた範囲を欠陥識別領域Ｒ_３としている。このように欠陥識別範囲Ｒ_３に、開先を含むようにしてある程度余裕を持たせているのは、開先の位置を厳密に特定できないことによる。欠陥識別手段５４は、ＸＹＺ基準座標系で表された各エコー位置が、欠陥識別範囲Ｒ_３に含まれるか否かを判断する。各エコー位置が欠陥識別範囲Ｒ_３に含まれるときには、当該エコーを欠陥エコーと判断する。一方、当該エコーが欠陥識別範囲Ｒ_３に含まれないときには、当該エコーを欠陥エコーでないと判断する。
【００３８】
尚、ＸＹＺ基準座標系において、Ｚ方向位置が原点から上側に一定の高さ位置との間にあって且つＹ方向位置が原点から当該探触子１０と反対側にある範囲、すなわち図９における範囲Ｒ_０（斜線を施した範囲）に含まれるエコーについては、それがたとえ欠陥識別領域Ｒ_３に含まれるときであっても、欠陥エコーであると判断しない。かかる範囲Ｒ_０は裏波が存在すると考えられる範囲だからである。したがって、欠陥識別領域Ｒ_３とは、厳密に言うと、図９における網掛けを施した範囲から、その網掛けを施した範囲と上記範囲Ｒ_０との共通する部分を除いた範囲である。
【００３９】
また、裏波の近傍における欠陥の判断はあまり厳密に行う必要はない。当該裏波の近傍における欠陥は、当該探触子１０と反対側の探触子１０による探傷により、正確に判断することができるからである。
【００４０】
次に、探傷画像作成手段５５は、記憶部４０に保存されている探傷画像データや欠陥識別結果をもとに探傷画像を作成する（Ｓ６）。ここで、探傷画像データとしては、ＸＹＺ基準座標系における座標で表されたエコー位置に対応するセルに当該エコー高さをセットすることにより得られたものを用いる。具体的には、例えば、探傷画像データをもとにエコー高さに応じて色分けすることによりプロットする。これを各ピークエコーに対して行う。こうして、探傷画像が作成される。尚、探傷画像作成手段５５は、エコー高さが所定の値（しきい値）以上のピークエコーについてだけ、プロットするようにしてもよい。これにより、ノイズが原因と考えられるエコーを取り除くことができる。このしきい値は任意に設定可能である。
【００４１】
また、探傷画像として、図１０に示すような立体図を用いたのでは、オペレータは欠陥の評価をしにくいこともある。このため、各エコー高さをＸＹ面、ＹＺ面、ＺＸ面にそれぞれ投影して作成した三つの画像を作成することもできる。さらに、探傷画像作成手段５５は欠陥識別結果にもとづいて、欠陥のみをプロットするようにすることも可能である。
【００４２】
こうして作成された探傷画像は、表示装置６０に表示される（Ｓ７）。オペレータは、表示装置６０に表示された探傷画像を見ながら、欠陥の有無や、欠陥が発生している場合にはその欠陥が許容できるものであるか等を調べる。そして、オペレータは、最終的に当該被検査体２の合否を判定する。これで、図７の処理フローが終了する。
【００４３】
ところで、本発明者は、複数の試験体を作製し、それらの試験体について本実施形態の超音波探傷装置と従来の超音波探傷装置とを用いて欠陥を検出する実験を行った。図１１（ａ）は従来の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図、図１１（ｂ）は本実施形態の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図である。尚、図１１（ａ），（ｂ）において点線は開先を示している。
【００４４】
図１１（ａ），（ｂ）において、縦軸は深さ（Ｚ方向位置）、横軸は軸位置（Ｙ方向位置）を表す。但し、図１１（ａ）と同１１（ｂ）とでは、座標系の原点の位置が異なる。従来の超音波探傷装置を用いた場合には、ガイドレール２１上の所定の基準位置から推定した溶接線の位置をＹ方向位置の原点とし、ガイドレール２１上の基準位置をＺ方向位置の原点とするＹＺ座標系をとっている。したがって、従来の超音波探傷装置では、溶接線の位置を想定し、検出したエコー位置を、溶接線に対する相対位置としてプロットすることにより探傷画像を作成している。一方、本実施形態の超音波探傷装置を用いた場合には、上述したように、波形データから裏波エコー位置を求め、その裏波エコー位置を原点とするＹＺ基準座標系をとっている。
【００４５】
また、この実験では、各試験体として、一つの大きな欠陥を持つものを製作した。すなわち、ここで使用する試験体では、欠陥エコーのエコー高さが裏波エコーのエコー高さよりも大きい。また、各試験体における欠陥の位置はそれぞれ異なる。
【００４６】
本発明者等は次のようにして実験を行った。まず、各試験体について溶接部の探傷を行い、エコー位置を検出する。このエコー位置の情報から欠陥候補の領域が分かる。次に、この拡がりをもった欠陥候補の領域内における複数のエコーのうち、最大エコー高さを有するものを特定する。実際には、欠陥を領域としてそのまま特定するのが望ましいのであるが、ここでは、処理を簡略に行うため、最大エコー高さを有するエコーの位置（最大エコー位置）を、その試験体に含まれる欠陥候補の代表位置として特定する。そして、その最大エコー位置を、所定のＹＺ座標系においてプロットする。したがって、各試験体については一つの点がプロットされる。これをすべての試験体について行うことにより、図１１に示すようなグラフが得られる。尚、図１１では、説明を簡単にするため、一回反射したときの反射エコーを無視し、直射エコーのみを示している。
【００４７】
図１１に示す実験結果によれば、本実施形態の超音波探傷装置を用いた場合の方が、従来の超音波探傷装置を用いた場合に比べて、最大エコー位置の分布のばらつきが小さく、ほとんど溶接部４内に収まっていることが分かる。具体的には、最大エコー位置についての深さ方向の分布は、図１１（ａ）でも図１１（ｂ）でもそれ程変わらない。しかし、最大エコー位置についての軸方向の分布は、図１１（ａ）では−８ｍｍから＋３ｍｍの広い範囲に渡っているのに対し、図１１（ｂ）では０ｍｍから８ｍｍの狭い範囲に渡っている。このように、従来の超音波探傷装置を用いた場合には、最大エコー位置の分布がＹ方向に関して大きくばらついている。
【００４８】
超音波探傷装置は、かかる結果に基づいて各試験体のきず識別を実行するのであるが、図１１（ａ）の場合は、最大エコー位置が大きくばらついているために、試験体の合否判定がとても困難である。例えば、超音波探傷装置は、図１１中に示したような裏波の想定位置をもとに、裏波にも一定の幅があることから、その想定した裏波の位置を中心として、例えば上下左右に３ｍｍの範囲を裏波の存在する範囲と考える。このとき、この裏波の存在する範囲内にあるエコーを裏波エコーであると判断し、その裏波の存在する範囲外であって溶接部４内に存在するエコーだけを欠陥エコーであると判断することにすると、かなりの数の試験体は欠陥のない良品としてしまう。このように、従来の超音波探傷装置を用いた場合には、欠陥を精度よく識別することができない。
【００４９】
これに対して、図１１（ｂ）の場合は、想定裏波位置よりも当該探触子１０の側に存在するエコーを欠陥エコーであると判断することにより、ほとんどすべての試験体を欠陥品であると判定できる。したがって、本実施形態の超音波探傷装置では、従来のものに比べて、欠陥を高精度で識別することができる。
【００５０】
尚、欠陥を識別する際に、欠陥の絶対位置についての情報はあまり重要ではない。欠陥の絶対位置を知ることができても、その前提となる欠陥の有無を正確に判断できなければ、欠陥判定の精度を高めることができないからである。
【００５１】
本実施形態の超音波探傷装置では、裏波エコー検出手段が、ピーク検出手段で得られた結果を用いて、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応するエコー位置に基づいて当該断面における裏波エコー位置を特定した後、欠陥識別手段が、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面毎に裏波エコー位置を原点とする基準座標系を設定し、ピーク検出手段で求めた各エコー位置を基準座標系における位置座標で表し、且つ、基準座標系を用いて表されたエコー位置が所定の範囲内に含まれているときに当該エコーを欠陥エコーであると識別する。これにより、ガイドレールの取り付け誤差、余盛の幅のばらつき、屈折角度のずれ等があっても、欠陥か否かの識別を高精度で行うことができる。
【００５２】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【００５３】
上記の実施形態では、探触子をＶ形開先における幅広の余盛の側に配置し、裏波エコー検出手段が幅狭の余盛における形状エコーの位置を検出する場合について説明したが、逆に、探触子を幅狭の余盛の側に配置し、幅広の余盛における形状エコーの位置を検出するようにしてもよい。一般に、裏波エコー検出手段は、開先の形状にかかわらず、溶接部の余盛における形状エコーの位置を検出すればよい。したがって、Ｖ形開先を有する被検査体だけでなく、例えばＸ形開先、Ｉ形開先を有する被検査体に対しても、本実施形態の超音波探傷装置を用いて欠陥を検出することができる。
【００５４】
また、上記の実施形態では、平板状の被検査体を用いた場合について説明したが、例えば、円筒状の被検査体に対しても本実施形態の超音波探傷装置を用いて欠陥を検出することができる。
【００５５】
また、上記の実施形態では、直交座標系において探触子の位置やエコー位置等を特定する場合について説明したが、例えば円筒座標系において探触子の位置やエコー位置等を特定するようにしてもよい。
【００５６】
更に、本発明の超音波探傷装置は、余盛における形状エコーの位置を検出することにより、余盛の有無や余盛の形状等に基づいて溶接の良否を判定する場合にも適用することができる。例えば、上記の実施形態において、裏波エコー検出手段で裏波線を求め、その裏波線の各Ｘ方向位置においてエコー高さを調べることにより、余盛の有無を知ることができる。溶接部の強度を確保するために、余盛がしっかりと形成されていることが要求される場合には、かかる余盛の有無を調べることによって溶接の良否を判定することができる。また、裏波線の形状を調べ、例えば、裏波線が蛇行したりしているときには、溶接が不良であると判断することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波探傷装置によれば、第二処理手段が、第一処理手段で得られた結果を用いて、溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定し、欠陥識別手段が、溶接線に垂直な各断面毎に第二処理手段で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、第一処理手段で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する。これにより、走査手段の取り付け誤差、余盛の幅のばらつき、屈折角度のずれ等があっても、欠陥か否かの識別を高精度で行うことができる。
【００５８】
また、本発明の超音波探傷装置では、第二処理手段が溶接部からの形状エコーの位置を特定することにより、余盛の有無や裏波線の形状を調べ、これに基づいて溶接の良否を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である超音波探傷装置の概略構成ブロック図である。
【図２】その超音波探傷装置における走査装置の概略平面図である。
【図３】その超音波探傷装置における探触子の走査の仕方を説明するための図である。
【図４】その探触子で受信するデータの収録範囲を説明するための図である。
【図５】（ａ）は波形データの一例を示す図、（ｂ）は波形データからエコー位置を求める処理を説明するための図である。
【図６】遅れエコーを説明するための図である。
【図７】本実施形態の超音波探傷装置において波形データの処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】裏波エコー位置の検出方法を説明するための図である。
【図９】欠陥の識別範囲を説明するための図である。
【図１０】探傷画像の作成方法を説明するための図である。
【図１１】（ａ）は従来の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図、（ｂ）は本実施形態の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図である。
【符号の説明】
２被検査体
４溶接部
１０探触子
２０走査装置
２１ガイドレール
２２腕部
３０ＡＤ変換部
４０記憶部
５０制御部
５１ピーク検出手段
５２探傷画像データ作成手段
５３裏波エコー検出手段
５４欠陥識別手段
５５探傷画像作成手段
６０表示装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method for nondestructively inspecting defects in a welded portion of a steel material using ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic flaw detector has been known as a device for nondestructively inspecting a defect that may occur in a welded portion of steel material. Such an ultrasonic flaw detector uses a probe to inspect a defect in a body to be inspected. A guide rail is attached to the object to be inspected in parallel with the weld line of the welded portion, and the probe can move along a direction parallel to and perpendicular to the guide rail. The probe receives ultrasonic waves (reflected echo) reflected by a reflection source in the inspection object by causing ultrasonic waves to enter the inspection object. When the ultrasonic wave is propagating through the object to be inspected, if there is a non-uniform portion such as a defect or an extra portion of a welded portion, it is reflected as a reflection source. For this reason, the reflection echo received by the probe includes not only the defect echo reflected by the defect, but also the shape echo reflected by the extra welding at the weld.
[0003]
The ultrasonic flaw detector identifies the echo height and the position of the reflection source based on the reflected echo received by the probe. At this time, the position of the reflection source is determined in a coordinate system having a predetermined position on the weld line as an origin. Specifically, after obtaining the position of the reflection source with respect to the probe, the position of the probe with respect to a predetermined position on the guide rail, the distance between the guide rail and the weld line, and the width of the weld overlay Based on the above, the position of the reflection source in the coordinate system is calculated. The ultrasonic flaw detector identifies whether or not each reflection source is defective by examining the positional relationship between each reflection source and the weld. Then, a flaw detection image in which the echo height is plotted at each defect position is created and displayed on the screen of the display device.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the guide rail is usually attached to the object to be inspected by a magnet, the accuracy of attaching the guide rail is not so good. Further, the surplus of the welded portion does not always have a constant width, and has some variation. Furthermore, the sound velocity inside the object to be inspected may not be uniform depending on the object to be inspected, and in this case, the flaw detection refraction angle may change during the flaw detection. As described above, in the conventional ultrasonic flaw detector, the position of the reflection source is specified in the coordinate system with the predetermined position on the weld line as the origin, so that the guide rail mounting error, the extra width variation, the refraction If there is an angle shift or the like, the position of the reflection source in the coordinate system cannot be obtained accurately. For this reason, for example, there is a problem that the defect cannot be identified with high accuracy by determining the defect echo as a shape echo, or conversely, determining the shape echo as a defect echo.
[0005]
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method capable of identifying with high accuracy whether a defect is present.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
aboveIn order to achieve the object, an ultrasonic flaw detector according to the present invention includes a probe that receives a reflected echo that is incident on an ultrasonic wave and is reflected by a reflection source in the body to be inspected. Scanning means for scanning the probe at a predetermined pitch in a direction orthogonal to the welding line at each position along the weld line of the inspection object, and received by the probe during scanning by the scanning means First processing means for determining the echo height of each peak and the position of the reflection source corresponding to each peak based on the reflected echo, and using the result obtained by the first processing means, A second processing means for obtaining a peak having a maximum echo height in each cross section and identifying a position of a shape echo from a weld in the cross section based on a position of a reflection source corresponding to the obtained peak; For each cross section perpendicular to the line A coordinate system having the origin of the position of the shape echo specified by the two processing means is set, the position of each reflection source obtained by the first processing means is represented by position coordinates in the coordinate system, and the coordinate system is used. A defect identifying means for identifying the reflection source as a defect when the position of the reflection source expressed in the above is included in a predetermined range; and an output means for outputting a result obtained by the defect identifying means; It is characterized by comprising.
[0009]
The ultrasonic flaw detection method according to the present invention for achieving the above object scans a probe at a predetermined pitch in a direction perpendicular to the weld line at each position along the weld line of the object to be inspected. However, a first step in which ultrasonic waves are incident from the probe into the object to be inspected and reflected echoes reflected by a reflection source in the object to be inspected and returned by the probe, and the probe Based on the reflected echo received at the child, a second step for determining the echo height of each peak and the position of the reflection source corresponding to each peak, and using the result obtained in the second step, the weld line A third step of obtaining a peak having a maximum echo height in each cross section perpendicular to the cross section, and identifying the position of the shape echo from the weld in the cross section based on the position of the reflection source corresponding to the obtained peak; The third step for each cross section perpendicular to the weld line A coordinate system having the origin of the position of the identified shape echo is set, the position of each reflection source obtained in the second step is represented by the position coordinate in the coordinate system, and the reflection expressed using the coordinate system A fourth step of identifying the reflection source as a defect when the position of the source is within a predetermined range, and a fifth step of outputting a result obtained in the fourth step. It is characterized by this.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram of an ultrasonic flaw detector as an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of a scanning device in the ultrasonic flaw detector, and FIG. 3 is a diagram of a probe in the ultrasonic flaw detector. FIG. 4 is a diagram for explaining a scanning method, and FIG. 4 is a diagram for explaining a recording range of data received by the probe.
[0011]
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the ultrasonic flaw detection apparatus includes two probes 10, 10, a scanning device 20 provided for each probe, and AD conversion units 30, 30. A storage unit 40, a control unit 50, and a display device 60.
[0012]
This ultrasonic flaw detector is for detecting defects in the welded portion 4 of the inspection object 2. In particular, in the present embodiment, as the object to be inspected 2, a V-shaped groove provided between two flat steel materials and butt welded to them is used. At this time, a surplus where the weld metal is raised from the surface is formed in the groove portion. For example, as shown in FIG. 3, a broad extravagant is formed on the upper side of the steel material, and a narrow extravagant is formed on the lower side thereof.
[0013]
In the following, the direction parallel to the weld line of the welded portion 4 is the X direction, the direction parallel to the surface of the object 2 to be inspected and perpendicular to the X direction is the Y direction, and the X direction and the Y direction are The depth direction of the inspection object 4 orthogonal to the Z direction is taken as the Z direction. Here, the weld line is a virtual line when the weld is represented as one line.
[0014]
The probe 10 receives ultrasonic waves (reflected echoes) that are incident on the inspection object 2 and reflected by a reflection source in the inspection object 2 and returned. As this probe 10, since a well-known thing can be used, detailed description about the structure of the probe 10 is abbreviate | omitted here.
[0015]
The scanning device 20 scans the probe 10 on the object 2 to be inspected, and includes a guide rail 21 and an arm portion 22 as shown in FIG. The scanning device 20 is installed on the inspection object 2 so that the guide rail 21 is parallel to the weld line of the welded portion 4. Here, the interval between the guide rail 21 and the weld line of the welded portion 4 is set to a predetermined interval in advance.
[0016]
The arm portion 22 extends in a direction (Y direction) perpendicular to the guide rail 21 and can move along the guide rail 21. The probe 10 is attached to the arm portion 22 and can move on the arm portion 22. Therefore, the probe 10 moves along the X direction by controlling the movement of the arm portion 22, and moves along the Y direction by controlling the movement of the probe 10 itself. The movement of the arm portion 22 and the probe 10 is controlled by the control unit 50. Therefore, the control unit 50 easily calculates the X-direction position of the arm portion 22 (probe 10) with respect to a predetermined reference position on the guide rail 21 and the Y-direction position of the probe 10 with respect to the reference position. be able to.
[0017]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the scanning device 20, and thus the probe 10, is arranged on the side where the wide surplus is formed. Here, the same side of the inspection object 2 as the side on which the probe 10 is arranged is referred to as “front side”, and the side of the inspection object 2 opposite to the side on which the probe 10 is arranged is referred to as “back side”. I will say. In addition, the backside surplus is also referred to as “back wave”.
[0018]
The two probes 10 and 10 are arrange | positioned at the both sides of the welding part 4, as shown in FIG. Generally, the shape of the surplus of the welded portion 4 is wavy, and the unevenness is severe. For this reason, in order to investigate the defect of the welding part 4, if the ultrasonic wave which progresses substantially perpendicularly to the surplus surface is used, the ultrasonic wave does not enter the welding part 4 well. On the other hand, the base material of the object to be inspected 2 has a substantially constant shape. For this reason, the defect of the welding part 4 is investigated using the ultrasonic wave which advances diagonally with respect to the surface of the base material. This is so-called oblique flaw detection.
[0019]
Each probe 10 is moved by so-called vertical scanning. That is, the probe 10 moves by a predetermined scanning interval along the X direction as indicated by a thick arrow in FIG. 3, and moves at a predetermined pitch along the Y direction at the X direction position. The probe 10 performs a flaw detection operation each time it moves by a predetermined pitch along the Y direction.
[0020]
When the flaw detection operation starts, first, the probe 10 generates an ultrasonic wave. The ultrasonic waves generated from the probe 10 are refracted at the boundary surface between the probe 10 and the inspection object 4 and enter the inspection object 4. Here, the flaw detection refraction angle at the boundary surface is obtained from Snell's law based on the incident angle to the boundary surface and the sound velocity of the ultrasonic wave propagating through the inspection object 4. The ultrasonic waves that enter the device under test 4 propagate toward the weld 4. Then, the probe 10 receives the reflected echo returned from the ultrasonic wave reflected by the reflection source.
[0021]
Since the flaw detection refraction angle is constant, when the probe 10 is located near the welded portion 4, the shallow position of the welded portion 4 can be detected, and the probe 10 is located far from the welded portion 4. When doing so, it is possible to detect a deep position of the welded portion 4. In particular, when flaw detection is performed on the surface on the front side of the welded portion 4, the probe 10 is positioned far from the welded portion 4, and the ultrasonic wave reflected once on the surface on the back side of the inspection object 2. Will be used. In this way, the probe 10 is scanned at a predetermined pitch along the Y direction at a certain position in the X direction to detect flaws, thereby inspecting the defect over the depth direction of the welded portion 4 at the X direction position. can do. In the present embodiment, the flaw detection operation is performed for each probe 10 using the two probes 10 and 10.
[0022]
FIG. 5A is a diagram illustrating an example of waveform data obtained when the probe 10 is located at a certain position in the X direction and the Y direction. In FIG. 5A, the vertical axis represents the echo height, and the horizontal axis represents the beam path length. The beam path is the distance that the ultrasonic wave has passed through the inspection object 2 from the incident point to the reflection source. Since the speed of sound of the ultrasonic wave propagating through the inspection object 2 is substantially constant, it can be said that the beam path length represents the time required to propagate the distance.
[0023]
Incidentally, the reflected echo received by the probe 10 includes a defect echo, a shape echo, and a delayed echo. The defect echo is an echo that is reflected by a defect such as a flaw and returned to the probe 10. The shape echo is an echo that is reflected by the extra portion of the weld 4 and returned to the probe 10. This is called a “shape” echo because of the shape of the weld 4. In particular, the ultrasonic wave emitted from the probe 10 is not reflected on the back side surface of the object 2 to be inspected, but is reflected directly on the backside of the narrow side and reflected as a large echo. Come back to child 10. Hereinafter, the shape echoes from the backside surplus are also referred to as “backwave echoes”. Usually, the echo height of the shape echo is higher than the echo height of the defect echo, but the echo height of the defect echo may be higher depending on the degree of the defect.
[0024]
Next, delayed echo will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining delayed echoes. Now, as shown in FIG. 6A, a case is considered in which ultrasonic waves are directly incident on the backside of the probe 10. At this time, as shown in FIG. 6B, not only the large shape echo E10 from the backside surplus, but typically a little later than the shape echo E10, about two echoes E11, E12. Returns to the probe 10. These echoes E11 and E12 are “delayed echoes”. The delayed echoes E11 and E12 are generated as follows. As an ultrasonic wave generated by the probe 10, a transverse wave is used. A shape wave E10 is a transverse wave that is reflected in the opposite direction and returns to the probe 10 when it enters the backside surplus. Further, when ultrasonic waves are incident on the backside, longitudinal waves and transverse waves that are reflected in various directions are generated. Among the longitudinal waves generated here, for example, it propagates toward the surplus on the front side, reflects there and returns to the surplus on the back side as a longitudinal wave, then reflects on the backside surplus and becomes a transverse wave. Some return to the probe 10. Returning on this route is the delayed echo E11. In addition, for example, the transverse wave generated in the backside extravagant propagates toward the front side extravagant, reflects there and returns to the backside extraneous, and then reflects on the backside extraneous and reflects. Some return to child 10. Returning on this route is the delayed echo E12.
[0025]
As described above, the reflection echo includes a defect echo, a shape echo, a delay echo, and the like, and it is necessary to accurately identify the defect echo from the reflection echo when inspecting the welded portion 4.
[0026]
The AD conversion unit 30 performs AD conversion on the flaw detection waveform data of the reflected echo received by the probe 10 to obtain digital waveform data. For example, the echo height is 1-byte data and takes a value from 0 to 255. This digital waveform data is stored in the storage unit 40.
[0027]
By the way, the flaw detection waveform data received by the probe 10 includes data on the reflected echo reflected far away from the welded portion 4. Although it is desirable to save all the flaw detection waveform data in the storage unit 40, this greatly increases the amount of data. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a predetermined data recording range R including the welded portion 4.₁Only the data about the reflected echo returned from the inside is stored in the storage unit 40. Data recording range R subject to reflection echo₁Whether it has returned from the inside can be determined by the position of the probe 10 and the beam path.
[0028]
The control unit 50 controls scanning of the probe 10 and processes data obtained by the probe 10. As shown in FIG. 1, the control unit 50 includes a peak detection means (first processing means) 51, a flaw detection image data creation means 52, a back wave echo detection means (second processing means) 53, and a defect identification means. 54 and flaw detection image creation means 55.
[0029]
The peak detection means 51 obtains the echo height of each peak and the position of the reflection source (echo position) corresponding to each peak based on the reflected echo received by the probe 10. The flaw detection image data creation means 52 creates flaw detection image data using each echo position and echo height obtained by the peak detection means 51. The back-wave echo detection means 53 uses the flaw detection image data to obtain a peak having the maximum echo height on the YZ plane at each X-direction position, and on the YZ plane based on the obtained echo position of the peak. The position of the back wave echo is specified. Further, the defect identifying means 54 sets an XYZ reference coordinate system with the position of the back wave echo specified by the back wave echo detecting means 53 as the origin for each YZ plane at each X direction position. Each obtained echo position is represented by a position coordinate in the XYZ reference coordinate system, and when the echo position represented by the XYZ reference coordinate system is included in a predetermined defect identification range, the echo is a defect echo. To identify. The flaw detection image creation means 55 creates a flaw detection image in which the echo height is plotted at the echo position of each defect echo, shape echo, delay echo, etc. identified by the defect identification means 54.
[0030]
The display device 60 displays results obtained by the back-wave echo detection means 53 and the defect identification means 54, or displays a flaw detection image created by the flaw detection image creation means 55.
[0031]
Next, a processing procedure for data obtained by the probe 10 in the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart for explaining a processing procedure of waveform data in the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining a method for detecting a back-wave echo position, FIG. 9 is a diagram for explaining a defect identification range, and FIG. 10 is a diagram for explaining a flaw detection image creation method.
[0032]
After the scanning and flaw detection operation of the probe 10 is completed and the waveform data is stored in the storage unit 40, the control unit 50 executes processing according to the flow of FIG. First, the peak detection means 51 of the control unit 50 obtains the echo height and echo position of each peak based on the waveform data (S1). Specifically, the peak detection means 51 first finds each peak from the waveform data as shown in FIG. 5A, and extracts the echo height and beam path length for each peak. For example, for the peak P0, the echo height is E0 and the beam path length is W0. For the peak P1, the echo height is E1 and the beam path length is W1. Next, the peak detection means 51 calculates an echo position for each peak using the extracted beam path and the flaw detection refraction angle. The echo position calculated here is expressed in the XYZ coordinate system with the reference position on the guide rail 21 as the origin, and is not expressed in the above-described XYZ reference coordinate system. For example, when the flaw detection refraction angle is θ, as shown in FIG. 5B, the Y direction distance from the incident point of the ultrasonic wave to the reflection source is Y = W 0 × sin θ, as shown in FIG. Is given by Z = W0 × cos θ. Since the position of the probe 10 in the XYZ coordinate system is known, the echo position for the peak P0 can be obtained. Thereafter, the echo height is made to correspond to the echo position thus obtained and stored in the storage unit 40. The peak detecting means 51 performs the same processing for all the peaks of the waveform data as shown in FIG.
[0033]
Next, the flaw detection image data creation means 52 creates flaw detection image data (S2). First, the flaw detection image data creation means 52, as shown in FIG.₁Is divided into cells of a predetermined size. Here, the cell is basically a cube having a side length of 1 mm, but can be arbitrarily set. Next, the flaw detection image data creation means 52 sets the echo height for each peak stored in the storage unit 40 by the peak detection means 51 in the cell corresponding to the echo position represented by the coordinates in the XYZ coordinate system. Thus, flaw detection image data is created. At this time, if the waveform data peaks at different flaw detection points need to be set in the same cell, the data having the higher echo height is set. The flaw detection image data created in this way is stored in the storage unit 40.
[0034]
Next, the back-wave echo detection means 53 obtains the position of the back-wave echo on the YZ plane at each X-direction position using the flaw detection image data (S3). The processing for obtaining the back echo position is performed as follows. The approximate position where the back wave exists is known in advance. As shown in FIG. 8A, the back wave echo detection means 53 includes a back wave echo detection range R so as to include an approximate position P where the back wave exists on the YZ plane at each X direction position.₂Set. For example, as the approximate position P where the back wave exists, the lower portion of the groove in the base material on the side opposite to the probe 10 may be taken. Actually, since the surplus is expanding, the position of the back wave varies somewhat, but this does not need to be considered very strictly. Back wave echo detection range R₂This is because it is possible to cope with the problem by setting a certain large value. Also, the back wave echo detection range R₂Is set to a square range having a side length of 6 mm with the approximate position P where the back wave exists as the center. This back echo detection range R₂Can be set arbitrarily. The back-wave echo detection means 53 has a back-wave echo detection range R on the YZ plane at each X-direction position.₂The position where the echo height becomes maximum (maximum echo position) is obtained. Usually, since the echo height of the back echo is larger than the echo height of the defect echo, the maximum echo position thus obtained is considered to be the back echo position.
[0035]
By the way, the back wave echo detection range R₂If there is a large defect inside, the echo height of the defect echo may be larger than the echo height of the back wave echo. In this case, if the maximum echo position is simply set as the back echo position, the defect echo position is set as the back echo position. Normally, the back-wave echo position is within a certain range when viewed from the X direction, and an echo position not included in this range cannot be considered as a back-wave echo position. In the present embodiment, the maximum back-wave echo skip distance r is set, and the range where the back-wave echo position exists is inside a circle whose radius is the maximum back-wave echo skip distance r around a predetermined position on the YZ plane. It is said. This maximum back-wave echo skip distance r can be arbitrarily set.
[0036]
The back-wave echo detection means 53 is now in the X direction position X_nIn the YZ plane at the maximum echo position (X_n, Y_n', Z_n′), The maximum echo position (X_n, Y_n', Z_n′) And the X-direction position X_nX-direction position X adjacent to the YZ plane at_n-1Back wave echo position (X_n-1, Y_n-1, Z_n-1) In the X direction position X_nProjected position on the YZ plane (X_n, Y_n-1, Z_n-1D)_nIs calculated. That is, D_n= {(Y_n-1-Y_n′)²+ (Z_n-1-Z_n′)²}^1/2It is. This distance D_nIs equal to or less than the maximum backwave echo skip distance r, the maximum echo position (X_n, Y_n', Z_n′) In the X direction position X_nOf back wave echo in the YZ plane (X_n, Y_n, Z_n). On the other hand, distance D_nIs greater than the maximum back-wave echo skip distance r, the maximum echo position (X_n, Y_n', Z_n′) Is determined as the defect echo position, and the X-direction position X_nOf back wave echo in the YZ plane (X_n, Y_n, Z_n) Is the back echo position (X_n-1, Y_n-1, Z_n-1) In the X direction position X_nProjected position on the YZ plane (X_n, Y_n-1, Z_n-1). A back wave line is obtained by connecting back wave echo positions in the YZ planes thus obtained. Note that the back-wave echo position is different for each channel, that is, for each of the left and right probes 10.
[0037]
Next, the defect identifying means 54 takes an XYZ reference coordinate system with the back wave echo position as the origin on the YZ plane at each X-direction position, and determines the echo position for each echo obtained by the peak detecting means 51 as an XYZ reference. This is expressed by position coordinates in the coordinate system (S4). Thereafter, the defect identifying means 54 identifies whether or not each echo obtained by the peak detecting means 51 is a defect echo (S5). This is done as follows. In this embodiment, as shown in FIG.₃Is set. This defect identification range R₃Is a range where defects are considered to exist, and is determined according to the shape of the groove. For example, in the case of a V-shaped groove, as shown in FIG.₃It is said. In this way, the defect identification range R₃In addition, the reason why a certain margin is provided so as to include the groove is that the position of the groove cannot be specified precisely. The defect identification means 54 is configured so that each echo position represented in the XYZ reference coordinate system has a defect identification range R₃It is judged whether it is included in. Each echo position is the defect identification range R₃Is included as a defect echo. On the other hand, the echo is the defect identification range R.₃If it is not included, it is determined that the echo is not a defective echo.
[0038]
In the XYZ reference coordinate system, a range in which the Z direction position is between a certain height position above the origin and the Y direction position is on the opposite side of the probe 10 from the origin, that is, a range R in FIG.₀For the echo included in (the hatched range), even if it is a defect identification region R₃Even if it is included in the case, it is not determined as a defect echo. Such range R₀This is because there is a range where back waves are considered to exist. Therefore, the defect identification region R₃Strictly speaking, from the shaded range in FIG. 9, the shaded range and the above range R₀This is a range excluding the common part.
[0039]
Moreover, it is not necessary to determine the defect in the vicinity of the back wave very strictly. This is because the defect in the vicinity of the back wave can be accurately determined by flaw detection by the probe 10 on the side opposite to the probe 10.
[0040]
Next, the flaw detection image creation means 55 creates a flaw detection image based on the flaw detection image data stored in the storage unit 40 and the defect identification result (S6). Here, as the flaw detection image data, data obtained by setting the echo height in a cell corresponding to an echo position represented by coordinates in the XYZ reference coordinate system is used. Specifically, for example, the plotting is performed by color-coding according to the echo height based on the flaw detection image data. This is performed for each peak echo. In this way, a flaw detection image is created. Note that the flaw detection image creation means 55 may plot only peak echoes whose echo height is equal to or greater than a predetermined value (threshold value). As a result, it is possible to remove an echo that may be caused by noise. This threshold value can be set arbitrarily.
[0041]
Further, if a three-dimensional view as shown in FIG. 10 is used as the flaw detection image, it may be difficult for the operator to evaluate the defect. For this reason, it is also possible to create three images created by projecting each echo height onto the XY plane, YZ plane, and ZX plane. Further, the flaw detection image creation means 55 can plot only the defect based on the defect identification result.
[0042]
The flaw detection image created in this way is displayed on the display device 60 (S7). The operator checks the presence or absence of a defect and, if a defect has occurred, checks whether the defect is acceptable while looking at the flaw detection image displayed on the display device 60. Then, the operator finally determines whether or not the inspection object 2 is acceptable. This completes the processing flow of FIG.
[0043]
By the way, the present inventor made a plurality of test bodies, and conducted an experiment for detecting defects using the ultrasonic flaw detection apparatus of the present embodiment and the conventional ultrasonic flaw detection apparatus. FIG. 11A is a diagram showing experimental results when using a conventional ultrasonic flaw detector, and FIG. 11B is a diagram showing experimental results when using the ultrasonic flaw detector of this embodiment. In FIGS. 11A and 11B, a dotted line indicates a groove.
[0044]
11A and 11B, the vertical axis represents the depth (Z direction position), and the horizontal axis represents the axial position (Y direction position). However, the position of the origin of the coordinate system differs between FIG. 11 (a) and 11 (b). When a conventional ultrasonic flaw detector is used, the position of the weld line estimated from a predetermined reference position on the guide rail 21 is the origin of the Y direction position, and the reference position on the guide rail 21 is the origin of the Z direction position. YZ coordinate system is taken. Therefore, in the conventional ultrasonic flaw detector, a flaw detection image is created by plotting the detected echo position as a relative position with respect to the weld line, assuming the position of the weld line. On the other hand, when the ultrasonic flaw detector of the present embodiment is used, as described above, the back wave echo position is obtained from the waveform data, and the YZ reference coordinate system having the back wave echo position as the origin is taken.
[0045]
In this experiment, each test specimen having one large defect was manufactured. That is, in the test body used here, the echo height of the defect echo is larger than the echo height of the back wave echo. Moreover, the position of the defect in each test body is different.
[0046]
The present inventors conducted experiments as follows. First, the welded part is inspected for each specimen, and the echo position is detected. The defect candidate area is known from the information on the echo position. Next, among the plurality of echoes in the area of the defect candidate having the spread, the echo having the maximum echo height is specified. Actually, it is desirable to specify the defect as an area as it is, but here, in order to simplify the process, the position of the echo having the maximum echo height (maximum echo position) is included in the specimen. It is specified as a representative position of a defect candidate. Then, the maximum echo position is plotted in a predetermined YZ coordinate system. Therefore, one point is plotted for each specimen. By performing this for all the specimens, a graph as shown in FIG. 11 is obtained. In FIG. 11, for the sake of simplicity, the reflected echo when it is reflected once is ignored, and only the direct echo is shown.
[0047]
According to the experimental results shown in FIG. 11, the variation in the distribution of the maximum echo position is smaller when the ultrasonic flaw detector of the present embodiment is used than when the conventional ultrasonic flaw detector is used, It can be seen that it is almost within the weld 4. Specifically, the distribution in the depth direction with respect to the maximum echo position does not change so much in FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b). However, the axial distribution of the maximum echo position extends over a wide range from −8 mm to +3 mm in FIG. 11A, whereas in FIG. 11B, it extends over a narrow range from 0 mm to 8 mm. . As described above, when the conventional ultrasonic flaw detector is used, the distribution of the maximum echo position greatly varies in the Y direction.
[0048]
The ultrasonic flaw detector performs flaw identification of each specimen based on the result, but in the case of FIG. 11A, since the maximum echo position varies greatly, the pass / fail judgment of the specimen is determined. It is very difficult. For example, the ultrasonic flaw detection apparatus has a certain width on the back wave based on the assumed position of the back wave as shown in FIG. A range of 3 mm in the vertical and horizontal directions is considered as a range where a back wave exists. At this time, it is determined that the echo in the range where the back wave exists is a back wave echo, and only the echo which is outside the range where the back wave exists and exists in the welded portion 4 is a defect echo. Judging from this, a considerable number of specimens are regarded as non-defective products. Thus, when a conventional ultrasonic flaw detector is used, defects cannot be identified with high accuracy.
[0049]
On the other hand, in the case of FIG. 11 (b), it is determined that an echo present on the side of the probe 10 with respect to the assumed back wave position is a defective echo, so that almost all the specimens are defective. Can be determined. Therefore, in the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment, defects can be identified with higher accuracy than in the conventional apparatus.
[0050]
Note that information about the absolute position of the defect is not very important when identifying the defect. This is because, even if the absolute position of the defect can be known, the accuracy of the defect determination cannot be increased unless the presence or absence of the defect that is the prerequisite can be accurately determined.
[0051]
In the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment, the back-wave echo detector uses the result obtained by the peak detector to obtain a peak having the maximum echo height on the YZ plane at each X-direction position, After identifying the back echo position in the cross section based on the echo position corresponding to the obtained peak, the defect identifying means uses the back echo position as the origin for each YZ plane at each X direction position. When each echo position obtained by the peak detection means is represented by a position coordinate in the reference coordinate system, and the echo position represented using the reference coordinate system is included within a predetermined range, Is identified as a defect echo. As a result, even if there is a guide rail mounting error, a variation in the width of the surplus, a deviation in the refraction angle, etc., it is possible to identify whether it is a defect or not with high accuracy.
[0052]
In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary.
[0053]
In the above embodiment, the case where the probe is arranged on the wide extra side in the V-shaped groove and the back echo detection means detects the position of the shape echo in the narrow extra scale has been described. On the contrary, the probe may be arranged on the side of the narrower side and the position of the shape echo in the wider side may be detected. In general, the back-wave echo detection means may detect the position of the shape echo in the welded portion regardless of the shape of the groove. Therefore, not only the inspection object having the V-shaped groove but also the inspection object having, for example, the X-shaped groove and the I-shaped groove, the defect is detected using the ultrasonic flaw detection apparatus of the present embodiment. be able to.
[0054]
In the above-described embodiment, the case where a flat inspection object is used has been described. For example, a defect is detected even with a cylindrical inspection object using the ultrasonic flaw detection apparatus according to this embodiment. be able to.
[0055]
In the above embodiment, the case where the position of the probe and the echo position are specified in the orthogonal coordinate system has been described. For example, the position of the probe and the echo position are specified in the cylindrical coordinate system. Also good.
[0056]
Furthermore, the ultrasonic flaw detector according to the present invention can also be applied to the case where the quality of welding is determined based on the presence or absence of a surplus or the shape of a surplus by detecting the position of a shape echo in the surplus. it can. For example, in the above-described embodiment, it is possible to know whether or not there is a surplus by obtaining a back line by back wave echo detection means and examining the echo height at each position in the X direction of the back line. In order to ensure the strength of the welded portion, when it is required that the extra-strip is firmly formed, the quality of the weld can be determined by examining the presence / absence of the extra-score. Further, the shape of the back line is examined. For example, when the back line is meandering, it can be determined that the welding is defective.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the ultrasonic flaw detector of the present invention, the second processing means uses the result obtained by the first processing means, and the echo height is maximum in each cross section perpendicular to the weld line. The peak is obtained, the position of the shape echo from the weld in the cross section is specified based on the position of the reflection source corresponding to the obtained peak, and the defect identification means performs the second process for each cross section perpendicular to the weld line. A coordinate system having the origin of the position of the shape echo specified by the means is set, the position of each reflection source obtained by the first processing means is represented by the position coordinate in the coordinate system, and is expressed using the coordinate system. When the position of the reflected source is within a predetermined range, the reflected source is identified as a defect. As a result, even if there is an attachment error of the scanning means, a variation in the width of the surplus, a deviation in the refraction angle, etc., it is possible to identify whether it is a defect or not with high accuracy.
[0058]
Further, in the ultrasonic flaw detector of the present invention, the second processing means specifies the position of the shape echo from the welded portion, thereby checking the presence or absence of surplus and the shape of the back line, and based on this, the quality of the welding is determined. Can be determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a schematic configuration of an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a scanning device in the ultrasonic flaw detector.
FIG. 3 is a diagram for explaining how to scan a probe in the ultrasonic flaw detector.
FIG. 4 is a diagram for explaining a recording range of data received by the probe;
5A is a diagram showing an example of waveform data, and FIG. 5B is a diagram for explaining processing for obtaining an echo position from waveform data.
FIG. 6 is a diagram for explaining delayed echoes.
FIG. 7 is a flowchart for explaining a processing procedure of waveform data in the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of detecting a back-wave echo position.
FIG. 9 is a diagram for explaining a defect identification range;
FIG. 10 is a diagram for explaining a flaw detection image creation method;
FIG. 11A is a diagram showing experimental results when using a conventional ultrasonic flaw detector, and FIG. 11B is a diagram showing experimental results when using the ultrasonic flaw detector of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Inspected object
4 Welded parts
10 Probe
20 Scanning device
21 Guide rail
22 arms
30 AD converter
40 storage unit
50 Control unit
51 Peak detection means
52 Flaw detection image data creation means
53 Back wave echo detection means
54 Defect identification means
55 Flaw detection image creation means
60 Display device

Claims

A probe that receives ultrasonic waves that enter the object to be inspected, and that is reflected by a reflection source in the object to be inspected and returns;
Scanning means for scanning the probe at a predetermined pitch in a direction orthogonal to the weld line at each position along the weld line of the inspection object;
First processing means for determining the echo height of each peak and the position of the reflection source corresponding to each peak based on the reflected echo received by the probe during scanning by the scanning means;
Using the result obtained by the first processing means, a peak having the maximum echo height is obtained in each cross section perpendicular to the weld line, and the cross section is based on the position of the reflection source corresponding to the obtained peak. Second processing means for identifying the position of the shape echo from the weld in
For each cross section perpendicular to the weld line, a coordinate system is set with the position of the shape echo specified by the second processing means as the origin, and the position of each reflection source obtained by the first processing means is set in the coordinate system. A defect identifying means for identifying the reflection source as a defect when the position of the reflection source represented by position coordinates and included in the coordinate system is included in a predetermined range;
Output means for outputting the result obtained by the defect identifying means;
An ultrasonic flaw detector characterized by comprising:

When the second processing means obtains a peak having a maximum echo height in a cross section perpendicular to the weld line, the second processing means determines the position of the reflection source corresponding to the obtained peak and the cross section adjacent to the cross section in the previous cross section. The distance between the position of the shape echo specified by scanning and the position projected on the cross section is calculated, and when the calculated distance is less than or equal to a predetermined reference value, the position of the reflection source is the shape in the cross section. As the position of the echo, on the other hand, when the calculated distance is larger than the reference value, the position where the position of the shape echo specified in the previous scan is projected on the cross section is set as the position of the shape echo in the cross section. 2. The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein the ultrasonic flaw detector is specified.

The position of the second processing means for specifying the shape echo, according to claim 1 or 2, wherein the probe is an excess weld locations of the weld portion formed on the side opposite to the scanning Ultrasonic flaw detector.

Ultrasonic flaw detector according to claim 1, 2 or 3 wherein a pair of the probes are arranged on both sides of the weld line.

While scanning the probe at a predetermined pitch in a direction perpendicular to the weld line at each position along the weld line of the test object, ultrasonic waves are incident from the probe into the test object. A first step of receiving, with the probe, a reflected echo that is reflected by a reflection source within the inspected body;
A second step of determining the echo height of each peak and the position of the reflection source corresponding to each peak based on the reflected echo received by the probe;
Using the results obtained in the second step, find the peak with the highest echo height in each cross section perpendicular to the weld line, and in the cross section based on the position of the reflection source corresponding to the obtained peak A third step of identifying the position of the shape echo from the weld,
For each cross section perpendicular to the weld line, a coordinate system with the origin of the position of the shape echo specified in the third step is set, and the position of each reflection source obtained in the second step is a position coordinate in the coordinate system And a fourth step of identifying the reflection source as a defect when the position of the reflection source represented by the coordinate system is included within a predetermined range;
A fifth step of outputting the result obtained in the fourth step;
An ultrasonic flaw detection method comprising:

In the third step, when a peak having the maximum echo height in a cross section perpendicular to the weld line is obtained, the position of the reflection source corresponding to the obtained peak and the previous scan in the cross section adjacent to the cross section are obtained. The distance between the position of the shape echo specified in step 1 and the position projected on the cross section is calculated, and when the calculated distance is less than or equal to a predetermined reference value, the position of the reflection source in the cross section is calculated. On the other hand, when the calculated distance is larger than the reference value, the position where the position of the shape echo specified in the previous scan is projected on the cross section is specified as the position of the shape echo in the cross section. The ultrasonic flaw detection method according to claim 5, wherein:

The position of the shape echo for identifying in the third step, according to claim 5 or 6, wherein the probe is an excess weld locations of the weld portion formed on the side opposite to the scanning Ultrasonic flaw detection method.

The ultrasonic flaw detection method according to claim 5 , wherein the pair of probes are arranged on both sides of the weld line.