JP4591850B2 - Ultrasonic inspection method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、構造物内に存在する内部欠陥を検査する超音波検査方法と装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic inspection method and apparatus for inspecting an internal defect present in a structure.
原子力圧力容器や配管等の構造物の健全性評価は、(1)非破壊検査による材料内の欠陥検出、(2)非破壊検査による欠陥サイズの測定(サイジング)、(3)破壊力学による構造健全性評価、の順に通常行われる。このうち、欠陥サイズの測定手段として、TOFD法(Time Of Flight Diffraction Technique)が知られている。 The soundness evaluation of structures such as nuclear pressure vessels and pipes includes (1) detection of defects in materials by nondestructive inspection, (2) measurement of defect size by nondestructive inspection (sizing), and (3) structure by fracture mechanics. Usually performed in the order of soundness evaluation. Among these, the TOFD method (Time Of Flight Diffraction Technique) is known as a defect size measuring means.
TOFD法は、回折波を利用する検査法であり、送信探触子と受信探触子を向かい合わせて欠陥(例えばきず)を中心位置に配置し、送信子から縦波を励起し、探傷面に沿って伝播するラテラル波、欠陥からの回折波および底面エコーを検出し、その到着時間差と音速の情報から欠陥の深さ(高さ)と大きさ(長さ)を測定する手段である。TOFD法は、例えば特許文献1に開示されている。
The TOFD method is an inspection method using a diffracted wave. A defect (for example, a flaw) is placed at the center position with the transmitting probe and the receiving probe facing each other, and a longitudinal wave is excited from the transmitting element. Is a means for detecting a lateral wave, a diffracted wave from a defect, and a bottom surface echo, and measuring the depth (height) and size (length) of the defect from the arrival time difference and sound speed information. The TOFD method is disclosed in
TOFD法は、欠陥の深さ(高さ)と大きさ(長さ)を正確に測定できる特徴があるが、微弱な回折波を受信する必要があるため減衰の大きい材料や厚い材料には一般的には適用できない問題点がある。
例えば,ステンレス鋼配管を対象としてTOFD法を適用する場合には,肉厚10mm程度以下の配管に制限され、肉厚が40mm以上に達する構造物、例えば原子力発電設備の圧力容器や再循環系配管等では、結晶粒界などで散乱する散乱ノイズの影響でS/N比が低くなりすぎ、正確な測定ができなかった。
The TOFD method has a feature that can accurately measure the depth (height) and size (length) of a defect, but it is necessary to receive weak diffracted waves. There is a problem that cannot be applied.
For example, when the TOFD method is applied to stainless steel pipes, the structure is limited to pipes with a wall thickness of about 10 mm or less, such as structures reaching a wall thickness of 40 mm or more, such as pressure vessels and recirculation pipes for nuclear power generation facilities. Etc., the S / N ratio was too low due to the influence of scattering noise scattered at the crystal grain boundaries and the like, and accurate measurement could not be performed.
そこで、この問題を解決するために、ウェーブレット変換を用いた手段が既に提案されている(例えば特許文献2、3)。
In order to solve this problem, means using wavelet transform has already been proposed (for example,
特許文献2の「超音波信号処理装置」は、入力した超音波検査信号に対して多次元空間における方向成分を計量化するために、図11に示すように、方向多次元型基底61を用いてウェーブレット変換を行なう変換手段62と、この変換手段により生成したウェーブレット変換係数から特徴抽出を行ない、特徴点を計算する特徴抽出手段63と、この特徴抽出手段により生成した特徴点を用い、等位相面の分布の違いを基にエコーの識別を行なう識別手段66と、を具備したものである。
The “ultrasonic signal processing device” of
特許文献3の「超音波エコー信号処理装置」は、被検査対象物から得られる超音波エコー信号に応じて前記被検査対象物の不良箇所を検査する際に用いられる超音波エコー信号処理装置であって、図12に示すように、前記超音波エコー信号を回転型ウェーブレット変換して変換係数を生成する波形変換部72と、等位相面の方向に応じて前記変換係数から前記不具合箇所に対応するエコーに係る変換係数を有意成分として選択する有意成分選択部73と、前記有意成分を予め規定された重み係数に基づいて合成してフィルタリング信号として出力する係数合成部74とを有するものである。
The “ultrasonic echo signal processing apparatus” of
ウェーブレット変換とは、受信波形にマザーウェーブレットをコンボリューションするものである。この変換には、「離散ウェーブレット変換」と「連続ウェーブレット変換」がある。
「離散ウェーブレット変換」は、マザーウェーブレットの係数a,bを離散的にとったものであり、処理時間は短いが、分解能が低下する欠点がある。そのため、高精度の時間計測を必要とする超音波検査には適用ができなかった。
The wavelet transform is a convolution of a mother wavelet with a received waveform. This transformation includes “discrete wavelet transformation” and “continuous wavelet transformation”.
The “discrete wavelet transform” is a discrete wavelet coefficient a and b, which has a short processing time but has a drawback of reduced resolution. Therefore, it could not be applied to ultrasonic inspection that requires highly accurate time measurement.
これに対して、「連続ウェーブレット変換」は、係数a,bを連続的にとったものであり、信号の特定周波数成分を抽出するのに適している。
しかし、連続ウェーブレット変換を計算するには,まず,スケーリング係数aを決定し,bを連続的に変えながら,それぞれのbについて、受信波形とマザーウェーブレットのコンボリューションを行って行く必要があり、計算量が膨大となる。そのため、高精度で時間計測ができるが、処理時間が長く、リアルタイムでの計測ができない問題点があった。
On the other hand, “continuous wavelet transform” is obtained by continuously taking coefficients a and b, and is suitable for extracting a specific frequency component of a signal.
However, in order to calculate the continuous wavelet transform, first, it is necessary to determine the scaling coefficient a and to perform convolution of the received waveform and the mother wavelet for each b while continuously changing b. The amount becomes enormous. Therefore, although time measurement can be performed with high accuracy, there is a problem that processing time is long and measurement in real time cannot be performed.
しかし、原子力圧力容器や配管等の構造物を検査する現場で、超音波検査を適用するには、ほぼリアルタイムで連続ウェーブレット変換を行ない、ほぼリアルタイムで構造物内に存在する内部欠陥を検査できることが要望されていた。 However, in the field of inspecting structures such as nuclear pressure vessels and piping, in order to apply ultrasonic inspection, it is possible to perform continuous wavelet transform in almost real time and inspect internal defects in the structure in almost real time. It was requested.
本発明は、かかる要望を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、肉厚が厚く、ノイズ等の影響でS/N比が低い場合でも、ほぼリアルタイムで構造物内に存在する内部欠陥を検査することができる超音波検査方法と装置を提供することにある。 The present invention has been developed to solve such a demand. That is, an object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection method and apparatus capable of inspecting an internal defect existing in a structure almost in real time even when the wall thickness is large and the S / N ratio is low due to the influence of noise or the like. Is to provide.
本発明によれば、超音波を構造物内に伝播させ、内部欠陥からの回折波と反射波を含む受信波形を受信して欠陥を検査する超音波検査方法であって、
前記受信波形を高速フーリエ変換し受信波形FFTを得る受信波形FFTステップと、
マザーウェーブレットを高速フーリエ変換しウェーブレットFFTを得るウェーブレットFFTステップと、
前記受信波形FFTとウェーブレットFFTを掛け算して積算FFTを得るFFT積算ステップと、
前記積算FFTを逆高速フーリエ変換してウェーブレット係数を求める係数解析ステップと、を有する、ことを特徴とする超音波検査方法が提供される。
According to the present invention, an ultrasonic inspection method for inspecting a defect by propagating an ultrasonic wave into a structure, receiving a received waveform including a diffracted wave and a reflected wave from an internal defect,
A received waveform FFT step of obtaining a received waveform FFT by performing a fast Fourier transform on the received waveform;
A wavelet FFT step for obtaining a wavelet FFT by performing a fast Fourier transform on the mother wavelet;
An FFT integration step of multiplying the received waveform FFT and the wavelet FFT to obtain an integrated FFT;
There is provided an ultrasonic inspection method comprising: a coefficient analysis step of obtaining wavelet coefficients by performing inverse fast Fourier transform on the integrated FFT .
また、マザーウェーブレットのスケーリング係数aを変化させながら所定周波数範囲のウェーブレット係数を求めてウェーブレット係数の等高線図を表示する等高線表示ステップを有し、該等高線図から検査に用いる最適な周波数(スケーリング係数a)を決定する。 Further, the method has a contour display step for obtaining a wavelet coefficient in a predetermined frequency range while changing the scaling coefficient a of the mother wavelet and displaying a contour map of the wavelet coefficient, and from the contour map, an optimum frequency (scaling coefficient a ).
また、構造物内に存在する内部欠陥に対して構造物表面から超音波パルスを送信する超音波送信ステップと、前記内部欠陥で超音波パルスが回折された前記受信波形を構造物表面で受信する超音波受信ステップと、を有する。 In addition, an ultrasonic transmission step of transmitting an ultrasonic pulse from the surface of the structure to an internal defect existing in the structure, and the received waveform obtained by diffracting the ultrasonic pulse by the internal defect is received by the surface of the structure. An ultrasonic receiving step.
また本発明によれば、構造物から受信した受信波形から構造物内に存在する内部欠陥を検査する超音波検査装置であって、
所定の周波数について、
前記受信波形を高速フーリエ変換し受信波形FFTを得る受信波形FFT装置と、
マザーウェーブレットを高速フーリエ変換しウェーブレットFFTを得るウェーブレットFFT装置と、
前記受信波形FFTとウェーブレットFFTを掛け算して積算FFTを得るFFT積算装置と、
前記積算FFTを高速逆フーリエ変換してウェーブレット係数を求める係数解析装置と、を備える、ことを特徴とする超音波検査装置が提供される。
Moreover, according to the present invention, there is provided an ultrasonic inspection apparatus for inspecting an internal defect existing in a structure from a received waveform received from the structure,
For a given frequency,
A received waveform FFT apparatus that obtains a received waveform FFT by performing a fast Fourier transform on the received waveform;
A wavelet FFT device that obtains a wavelet FFT by performing a fast Fourier transform on the mother wavelet;
An FFT integrator for multiplying the received waveform FFT by a wavelet FFT to obtain an integrated FFT;
There is provided an ultrasonic inspection apparatus comprising: a coefficient analysis apparatus that obtains a wavelet coefficient by performing a fast inverse Fourier transform on the integrated FFT.
本発明の好ましい実施形態によれば、マザーウェーブレットのスケーリング係数aを変化させながら所定周波数範囲のウェーブレット係数を求めてウェーブレット係数の等高線図を表示する等高線表示装置を有し、
該等高線図から検査に用いる最適な周波数(スケーリング係数a)を決定する。
According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a contour display device that displays a contour map of a wavelet coefficient by obtaining a wavelet coefficient in a predetermined frequency range while changing the scaling coefficient a of the mother wavelet.
An optimum frequency (scaling coefficient a) used for inspection is determined from the contour map.
また、構造物内に存在する内部欠陥に対して構造物表面から超音波パルスを送信する超音波送信装置と、
前記内部欠陥で超音波パルスが回折された前記受信波形を構造物表面で受信する超音波受信装置と、を有する。
Also, an ultrasonic transmission device that transmits ultrasonic pulses from the surface of the structure to internal defects present in the structure;
An ultrasonic receiving device that receives the received waveform obtained by diffracting the ultrasonic pulse due to the internal defect on the surface of the structure.
上記本発明の方法と装置によれば、2回のFFT(高速フーリエ変換)、1回の掛け算、1回のIFFT(逆高速フーリエ変換)のみですべての計算が終了するので、従来の連続ウェーブレット変換と比較して格段に計算時間が短縮される。
従って、肉厚が厚く、ノイズ等の影響でS/N比が低い場合でも、ほぼリアルタイムで構造物内に存在する内部欠陥を検査することができる。
According to the method and apparatus of the present invention, all calculations are completed with only two FFTs (Fast Fourier Transform), one multiplication, and one IFFT (Inverse Fast Fourier Transform). Compared with conversion, the calculation time is significantly reduced.
Therefore, even when the wall thickness is large and the S / N ratio is low due to the influence of noise or the like, it is possible to inspect internal defects present in the structure almost in real time.
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明による超音波検査装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明の超音波検査装置は、超音波送信装置12、超音波受信装置14、及び超音波解析装置16を備える。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus according to the present invention. As shown in this figure, the ultrasonic inspection apparatus of the present invention includes an
超音波送信装置12は、超音波発信器12aと送信探触子12bからなり、構造物1の内部に存在する内部欠陥2に対して構造物表面から超音波パルス3を送信する。
超音波受信装置14は、超音波受信器14aと受信探触子14bからなり、内部欠陥2で超音波パルスが回折された回折波3b、探傷面に沿って伝播するラテラル波3a、および底面エコー3cを含む受信波形4を構造物表面で受信する。
超音波解析装置16は、解析用コンピュータ16aと画像表示装置16bからなり、超音波送信装置12に超音波パルス3の送信を指令し、超音波受信装置14から受信波形4を受信し、ウェーブレット変換などの信号処理を施して、欠陥の検出とサイジングをする機能を有する。
The
The
The
上述した超音波検査装置をTOFD法に適用する場合を以下に説明する。なお本発明は、TOFD法に限定されず、その他の手段にも適用することができる。
TOFD法に適用する場合、送信探触子12bと受信探触子14bを間隔Lを隔てて構造物1の表面に密着させて位置決めし、欠陥2(例えばきず)をその中心位置に配置する。中心位置に配置する手段は、例えば受信波形4から超音波パルス3の送信から後述する回折波3bの受信までの時間が最短になるようにする。
次いで、送信探触子12bから超音波パルス3を励起し、超音波受信装置14で受信した受信波形4から欠陥2の深さを測定する。
また、送信探触子12bと受信探触子14bを図1の奥行き方向にスキャンし、前記解析を行うことにより、欠陥2の大きさ(長さ)も測定できる。
A case where the above-described ultrasonic inspection apparatus is applied to the TOFD method will be described below. The present invention is not limited to the TOFD method, and can be applied to other means.
When applied to the TOFD method, the
Next, the
Further, the size (length) of the
図2は、超音波受信装置14で受信した受信波形の一例を示す図である。
この図に示すように、受信波形4は、探傷面に沿って伝播するラテラル波3a、欠陥2からの回折波3b、および底面エコー3cを含んでいる。従ってこれらを検出し、その到着時間差と音速の情報から欠陥2の深さと大きさを測定することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a received waveform received by the
As shown in this figure, the received
図3は、本発明による超音波検査手段を示す模式図である。
この図において、解析用コンピュータ16aは、受信波形FFT装置21、ウェーブレットFFT装置22、FFT積算装置23、及び係数解析装置24を有する。
受信波形FFT装置21は、受信波形4をフーリエ変換し受信波形FFT5aを得る機能を有する。
ウェーブレットFFT装置22は、所定のスケーリング係数a(所定の周波数)のマザーウェーブレット6をフーリエ変換しウェーブレットFFT5bを得る機能を有する。もしくは、数1の式(1)にスケーリング係数aを代入したウェーブレットFFT5bを直接算出してもよい。
FIG. 3 is a schematic view showing an ultrasonic inspection means according to the present invention.
In this figure, the
The reception
The
FFT積算装置23は、受信波形FFT5aとウェーブレットFFT5bを掛け算して積算FFT5cを得る機能を有する。
係数解析装置24は、積算FFT5cを逆フーリエ変換して受信波形4のウェーブレット係数8を求める機能を有する。
これらの装置21、22、23、24は、解析用コンピュータ16a内の記憶装置(HD、RAM、外部メモリ、等)にソフトウェアプログラムとして格納されるのが好ましい。
The
The
These
画像表示装置16bは、図3において、所定範囲のスケーリング係数に対するウェーブレット変換結果7からウェーブレット係数の等高線図9を表示する機能を有する。
In FIG. 3, the
次に本発明の方法を説明する。本発明の超音波検査方法は、上述した図1の装置を用い、超音波送信ステップS1と超音波受信ステップS2で、受信波形4を受信する。
超音波送信ステップS1では、構造物1内に存在する内部欠陥2に対して構造物表面から超音波パルス3を送信する。
超音波受信ステップS2では、内部欠陥2で超音波パルスが回折された回折波3b、探傷面に沿って伝播するラテラル波3a、および底面エコー3cを含む受信波形4を困物表面で受信する。
Next, the method of the present invention will be described. The ultrasonic inspection method of the present invention receives the received
In the ultrasonic transmission step S1, an
In the ultrasonic wave reception step S2, the
本発明の超音波検査方法は、更に図3に示すように、受信波形FFTステップS4、ウェーブレットFFTステップS5、FFT積算ステップS6、及び係数解析ステップS7を有する。
ステップS3では、スケーリング係数aを所定範囲で連続的に変化させる。
受信波形FFTステップS4では、受信波形4をフーリエ変換して受信波形FFT5aを得る。
ウェーブレットFFTステップS5では、マザーウェーブレット6をフーリエ変換してウェーブレットFFT5bを得る。もしくは、スケーリング係数aを数1の式(1)に代入してウェーブレットFFT5bを得る。
受信波形FFTステップS4とウェーブレットFFT5bは、同時でも、逆の順でもよい。
FFT積算ステップS6では、受信波形FFT5aとウェーブレットFFT5bを掛け算して積算FFT5cを得る。
係数解析ステップS7では、積算FFT5cを逆フーリエ変換して受信波形4のウェーブレット変換結果7を求める。
The ultrasonic inspection method of the present invention further includes a received waveform FFT step S4, a wavelet FFT step S5, an FFT integration step S6, and a coefficient analysis step S7, as shown in FIG.
In step S3, the scaling coefficient a is continuously changed within a predetermined range.
In the reception waveform FFT step S4, the
In the wavelet FFT step S5, the
The received waveform FFT step S4 and the
In the FFT integration step S6, the reception waveform FFT5a and the wavelet FFT5b are multiplied to obtain an integration FFT5c.
In the coefficient analysis step S7, the
更に、本発明の超音波検査方法は、等高線表示ステップS8、スケーリング係数の選択ステップS9及びウェーブレット係数の決定ステップ10を有する。
等高線表示ステップS8では、ステップS3との連動により、所定範囲のスケーリング係数aについて、スケーリング係数aを変化させながらウェーブレット係数8を求めてウェーブレット係数の等高線図9を表示する。
スケーリング係数の選択ステップS9では、等高線図9から、ラテラル波3a、回折波3b、および底面エコー3cにより強いウェーブレット係数8が得られるスケーリング係数aを最適値又は適値として選択する。
ウェーブレット係数の決定ステップ10では、選択したスケーリング係数aによるウェーブレット係数8を最適値又は適値として決定する。このウェーブレット係数8は、時間とウェーブレット係数との関係図であり、実質的にS/N比が大幅に改善された受信波形に相当する。従ってこの図におけるラテラル波3a、回折波3b、および底面エコー3cの到着時間差と音速の情報から欠陥2の深さと大きさを測定することができる。
Furthermore, the ultrasonic inspection method of the present invention includes a contour line display step S8, a scaling coefficient selection step S9, and a wavelet
In the contour line display step S8, the
In the scaling coefficient selection step S9, the scaling coefficient a from which the
In the wavelet
図4は、上述した本発明の方法の模式図であり、図5は、従来の方法を示す模式図である。
連続ウェーブレット変換は、数2の(2)式に示すように受信波形x(t)とマザーウェーブレットψ(t)のコンボリューションの形で表される。
FIG. 4 is a schematic diagram of the above-described method of the present invention, and FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional method.
The continuous wavelet transform is expressed in the form of a convolution of the received waveform x (t) and the mother wavelet ψ (t) as shown in Equation (2) of
図5の従来の方法は、ある周波数についての(あるスケーリング係数:aについての)時間領域でのコンボリューションの手順を示している。時間領域のコンボリューションを用いた従来の計算法では、マザーウェーブレットの位置56aを移動させながら、各位置56aでのウェーブレット係数57aを計算していく。そのため、受信波形54のポイント数の数だけコンボリューションの計算をする必要があり、受信波形全体についてのウェーブレット係数58を算出するのに時間を要する。
The conventional method of FIG. 5 shows a convolution procedure in the time domain for a certain frequency (for a certain scaling factor: a). In the conventional calculation method using time domain convolution, the
これに対して、図4に示す本発明で用いる方法は、ある周波数についての(あるスケーリング係数:aについての)周波数領域でのコンボリューションの手順を示している。周波数領域のコンボリューションを用いた計算法では、はじめに受信波形4とマザーウェーブレット6のFFT5a,5bをそれぞれ求める。次に、求めたFFT5a,5bを掛け算し、その結果5cを逆FFTするとウェーブレット係数8が求まる。
従って、本発明の方法では、2回のFFT、1回の掛け算、1回のIFFTのみですべての計算が終了するので、従来の方法と比較して格段に計算時間が短縮される。
On the other hand, the method used in the present invention shown in FIG. 4 shows a convolution procedure in the frequency domain for a certain frequency (for a certain scaling factor: a). In the calculation method using convolution in the frequency domain, first,
Therefore, in the method of the present invention, all calculations are completed with only two FFTs, one multiplication, and one IFFT, so that the calculation time is significantly reduced as compared with the conventional method.
上述した本発明は以下の特徴を有する。
(1)TOFD法に連続ウェーブレットを適用したため、S/N比が大幅に向上する。
(2)連続ウェーブレットを用いることで、ピーク到達時間差を一意的に定められる。
(3)周波数領域でコンボリューションをするタイプの連続ウェーブレットを使用したので、コンピュータを用いてリアルタイム解析が実現できる。
(4)ラテラル波と回折波の両波が共通に持っている周波数を抽出して解析に使用するので、TOFD法に使用する周波数が容易に決定でき、ピーク到達時間差を正確に定められる。
The present invention described above has the following features.
(1) Since the continuous wavelet is applied to the TOFD method, the S / N ratio is greatly improved.
(2) The peak arrival time difference can be uniquely determined by using the continuous wavelet.
(3) Since a continuous wavelet of the type that performs convolution in the frequency domain is used, real-time analysis can be realized using a computer.
(4) Since the frequency shared by both the lateral wave and the diffracted wave is extracted and used for analysis, the frequency used for the TOFD method can be easily determined, and the peak arrival time difference can be accurately determined.
以下、本発明の実施例を説明する。
図6は、開発した本発明による画像表示装置16b上の解析画面である。この図において、1が受信波形(縦軸:出力,横軸:時間)、2が受信波形を1MHz〜10MHzまでウェーブレット変換して等高線図で表した画像(縦軸:周波数,横軸:時間,紙面垂直方向:ウェーブレット係数)、3が2の等高線図の中から特定の周波数を抽出した信号(縦軸:ウェーブレット係数,横軸:時間)である。
Examples of the present invention will be described below.
FIG. 6 is an analysis screen on the developed
(試験片形状と探傷方法)
図1に示した本発明による超音波検査装置を製作し、構造物1に相当する試験片として厚さ46.2mmのオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304,45.3mmW×200mmL×46.2mmT)を準備し、試験片中央部に幅0.8mmの貫通スリットを内部欠陥2として準備した。
図1の超音波検査装置を用い、探傷面はスリット(内部欠陥2)の反対面とし、探触子12b,14bには中心周波数5MHz、振動子形状5×5mm、屈折角60°のTOFD用広帯域探触子(ジャパンプローブ製)1組を用いた。
検出した信号(受信波形4)はA/Dコンバータ(図示せず)を介して解析用コンピュータ16aに取り込み、独自に開発したソフトウェアを用いて、リアルタイムでウェーブレット変換処理などの上述した信号処理を行い、画像表示装置16bの画面上に図6に示したように受信波形4とあわせて表示した。
なおこの試験では連続ウェーブレット変換の有効性を示すために,S/N比を変えて3種類の信号を受信した。S/N比は1024回のアベレージングの有無と、アテニュエータ(40dB)の有無で擬似的に変えた。
(Specimen shape and flaw detection method)
The ultrasonic inspection apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 is manufactured, and a 46.2 mm thick austenitic stainless steel (SUS304, 45.3 mmW × 200 mmL × 46.2 mmT) is prepared as a test piece corresponding to the
Using the ultrasonic inspection apparatus of FIG. 1, the flaw detection surface is the opposite surface of the slit (internal defect 2), and the
The detected signal (received waveform 4) is taken into an
In this test, three types of signals were received with different S / N ratios in order to show the effectiveness of the continuous wavelet transform. The S / N ratio was changed in a pseudo manner depending on the presence or absence of 1024 averaging and the presence or absence of an attenuator (40 dB).
(探傷結果)
図7は、本発明の実施例による受信波形を示す図である。この図は、探傷面から欠陥先端までの高さが36.4mmのときの受信波形である。平均化しなかった場合(a)と40dB減衰させた場合(c)の波形では、S/N比が低く、欠陥先端の回折波3bの識別が難しいことがわかる。また、平均化した場合(b)でも、識別は難しかった。
(Flaw detection result)
FIG. 7 is a diagram showing a received waveform according to the embodiment of the present invention. This figure shows a received waveform when the height from the flaw detection surface to the defect tip is 36.4 mm. It can be seen that the waveforms of (a) when not averaged and (c) when attenuated by 40 dB have a low S / N ratio and it is difficult to identify the diffracted
図8は、本発明によるウェーブレット係数の等高線図である。この図は、図7の受信波形を本発明により連続ウェーブレット変換した結果を示している。この図において、横軸は受信波形と同じ時間、縦軸はスケーリング係数aに相当する周波数、図中の輝度は、ウェーブレット係数の強度を示している。ウェーブレット係数の強度は、この図で暗い部分は低く、明るい部分は高いことを意味する。
なおマザーウェーブレット6にはガボール関数を用いた。ウェーブレット変換は,1MHzから7MHzまで,200kHzステップで施した。
FIG. 8 is a contour diagram of wavelet coefficients according to the present invention. This figure shows the result of continuous wavelet transform of the received waveform of FIG. 7 according to the present invention. In this figure, the horizontal axis represents the same time as the received waveform, the vertical axis represents the frequency corresponding to the scaling coefficient a, and the luminance in the figure represents the strength of the wavelet coefficient. The intensity of the wavelet coefficient in this figure means that the dark part is low and the bright part is high.
For the
図9は、本発明による解析周波数の決定方法の説明図である。この図において、(A)はウェーブレット係数の等高線図、(B)はあるスケーリング係数aにおけるウェーブレット係数である。
ラテラル波3aと回折波3bの周波数成分はそれぞれ異なっており,図9(A)のようにラテラル波3aは低周波数の超音波成分、回折波3bは高周波数の超音波成分しか含んでいない。そこで、二つの波が共通して持っている周波数(スケーリング係数a)を選定し、これを解析に使用する。
例えば図9(A)の例では,ラテラル波3aと回折波3bはともに3MHz付近の周波数成分を持っているので,3MHzの周波数成分を抽出することにより、ラテラル波3aと回折波3bの両方を明瞭に示すウェーブレット係数(図9(B))を求めることができる。
この図9(B)から、ラテラル波3aと回折波3bの到達時間情報を求め、き裂高さの算出に使用することができる。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the analysis frequency determination method according to the present invention. In this figure, (A) is a contour map of wavelet coefficients, and (B) is a wavelet coefficient for a certain scaling coefficient a.
The frequency components of the
For example, in the example of FIG. 9A, both the
From FIG. 9B, arrival time information of the
同様に図8において、40dB減衰させた信号(C)のウェーブレット変換結果を見ると、欠陥先端の回折波3bの存在を明瞭に確認できる。なお、元の信号は振幅やS/N比がそれぞれ異なっているが、ウェーブレット変換結果ではほとんど差異は認められない。また、ラテラル波3aは主に低い周波数成分を、欠陥上端での回折波3bは主に高い周波数成分を、底面エコー3cは低周波数成分から高周波数成分まで含んでいることが判った。これらの情報はそれぞれの信号を識別するのに利用できると考えられる。
Similarly, in FIG. 8, when the wavelet transform result of the signal (C) attenuated by 40 dB is observed, the existence of the diffracted
次にラテラル波3aと欠陥先端の回折波3bの到達時間差を用いて欠陥2のサイジングを行った。先に述べたようにそれぞれの波の周波数帯域は異なるので,図8から双方が成分を持っている3MHzのウェーブレット係数を用いてサイジングをすることにした。
Next, the
図10は、本発明によるウェーブレット変換結果を示す図である。この図は、3MHzのウェーブレット係数を示している。ラテラル波と欠陥先端の回折波のピーク到達時間差を用いてサイジングを行ったが、検査面から欠陥先端までの距離の測定値は、実測値の36.4mmに対して、アベレージングを行っていない受信波形(A)では36.5mm、アベレージングを行ったもの(B)では36.5mm、更に40dB減衰させたもの(C)では36.6mmであった。
どの結果も実測値と良い精度で一致していることが判った。また、ピーク到達時間差が一意的に定まるので、検査員間での測定結果のばらつきを抑えたり、計測の自動化を容易に実現したりできる可能性がある。
FIG. 10 is a diagram showing a wavelet transform result according to the present invention. This figure shows a 3 MHz wavelet coefficient. Sizing was performed using the peak arrival time difference between the lateral wave and the diffracted wave at the tip of the defect, but the measured value of the distance from the inspection surface to the tip of the defect was not averaged against the actual measurement value of 36.4 mm. The received waveform (A) was 36.5 mm, the averaged (B) was 36.5 mm, and the further attenuated by 40 dB (C) was 36.6 mm.
All the results were found to agree with the measured values with good accuracy. In addition, since the peak arrival time difference is uniquely determined, there is a possibility that variation in measurement results among inspectors can be suppressed, and automation of measurement can be easily realized.
上述したように、本発明により、超音波の減衰が大きく受信信号のS/N比が悪い肉厚の材料でも、連続ウェーブレット変換を用いることでS/N比を改善し、例えばTOFD法によるサイジングが行えることが確認された。 As described above, according to the present invention, the S / N ratio is improved by using continuous wavelet transform even with a thick material having a large ultrasonic attenuation and a bad S / N ratio of the received signal. For example, sizing by the TOFD method It was confirmed that can be done.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 構造物、2 内部欠陥(きず)、
3 超音波パルス、3a ラテラル波、3b 回折波、3c 底面エコー、
4 受信波形、5a 受信波形FFT、
5b ウェーブレットFFT、5c 積算FFT、
6 マザーウェーブレット、7 ウェーブレット変換結果、
8 ウェーブレット係数、9 等高線図、
12 超音波送信装置、12a 超音波発信器、12b 送信探触子、
14 超音波受信装置、14a 超音波受信器、14b 受信探触子、
16 超音波解析装置、16a 解析用コンピュータ、
16b 画像表示装置(等高線表示装置)、
21 受信波形FFT装置、22 ウェーブレットFFT装置、
23 FFT積算装置、24 係数解析装置
1 structure, 2 internal defects
3 Ultrasonic pulse, 3a lateral wave, 3b diffracted wave, 3c bottom echo,
4 Receive waveform, 5a Receive waveform FFT,
5b Wavelet FFT, 5c Integration FFT,
6 Mother wavelet, 7 Wavelet transform result,
8 wavelet coefficients, 9 contour plots,
12 ultrasonic transmitter, 12a ultrasonic transmitter, 12b transmission probe,
14 ultrasonic receiver, 14a ultrasonic receiver, 14b receiving probe,
16 ultrasonic analyzer, 16a computer for analysis,
16b image display device (contour line display device),
21 reception waveform FFT device, 22 wavelet FFT device,
23 FFT integration device, 24 coefficient analysis device
Claims (6)
前記受信波形を高速フーリエ変換し受信波形FFTを得る受信波形FFTステップと、
マザーウェーブレットを高速フーリエ変換しウェーブレットFFTを得るウェーブレットFFTステップと、
前記受信波形FFTとウェーブレットFFTを掛け算して積算FFTを得るFFT積算ステップと、
前記積算FFTを逆高速フーリエ変換してウェーブレット係数を求める係数解析ステップと、を有する、ことを特徴とする超音波検査方法。 An ultrasonic inspection method for inspecting a defect by propagating ultrasonic waves into a structure, receiving a received waveform including a diffracted wave and a reflected wave from an internal defect,
A received waveform FFT step of obtaining a received waveform FFT by performing a fast Fourier transform on the received waveform;
A wavelet FFT step for obtaining a wavelet FFT by performing a fast Fourier transform on the mother wavelet;
An FFT integration step of multiplying the received waveform FFT and the wavelet FFT to obtain an integrated FFT;
A coefficient analysis step of obtaining a wavelet coefficient by performing inverse fast Fourier transform on the integrated FFT, and an ultrasonic inspection method.
該等高線図から検査に用いる最適な周波数(スケーリング係数a)を決定する、ことを特徴とする請求項1に記載の超音波検査方法。 A contour display step for obtaining a wavelet coefficient in a predetermined frequency range while changing the scaling coefficient a of the mother wavelet and displaying a contour map of the wavelet coefficient;
The ultrasonic inspection method according to claim 1 , wherein an optimum frequency (scaling coefficient a) used for inspection is determined from the contour map.
前記内部欠陥で超音波パルスが回折された前記受信波形を構造物表面で受信する超音波受信ステップと、を有する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査方法。 An ultrasonic transmission step of transmitting ultrasonic pulses from the surface of the structure to internal defects present in the structure;
Ultrasonic inspection method according to claim 1 or 2, wherein the internal defects with ultrasound pulses having an ultrasonic reception step of receiving by diffracted the received waveform structure surface, characterized in that.
所定の周波数について、
前記受信波形を高速フーリエ変換し受信波形FFTを得る受信波形FFT装置と、
マザーウェーブレットを高速フーリエ変換しウェーブレットFFTを得るウェーブレットFFT装置と、
前記受信波形FFTとウェーブレットFFTを掛け算して積算FFTを得るFFT積算装置と、
前記積算FFTを高速逆フーリエ変換してウェーブレット係数を求める係数解析装置と、を備える、ことを特徴とする超音波検査装置。 An ultrasonic inspection apparatus for inspecting internal defects existing in a structure from a received waveform received from the structure,
For a given frequency,
A received waveform FFT apparatus that obtains a received waveform FFT by performing a fast Fourier transform on the received waveform;
A wavelet FFT device that obtains a wavelet FFT by performing a fast Fourier transform on the mother wavelet;
An FFT integrator for multiplying the received waveform FFT by a wavelet FFT to obtain an integrated FFT;
An ultrasonic inspection apparatus comprising: a coefficient analysis device that obtains a wavelet coefficient by performing a fast inverse Fourier transform on the integrated FFT.
該等高線図から検査に用いる最適な周波数(スケーリング係数a)を決定する、ことを特徴とする請求項4に記載の超音波検査装置。 A contour display device that displays a contour map of a wavelet coefficient by obtaining a wavelet coefficient in a predetermined frequency range while changing the scaling coefficient a of the mother wavelet;
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 4 , wherein an optimum frequency (scaling coefficient a) used for inspection is determined from the contour map.
前記内部欠陥で超音波パルスが回折された前記受信波形を構造物表面で受信する超音波受信装置と、を有する、ことを特徴とする請求項4又は5に記載の超音波検査装置。 An ultrasonic transmission device for transmitting ultrasonic pulses from the surface of the structure to internal defects present in the structure;
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 4 , further comprising: an ultrasonic reception device that receives the reception waveform obtained by diffracting an ultrasonic pulse due to the internal defect on a structure surface.
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