JP6479478B2 - Ultrasonic flaw detection method - Google Patents
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Description
本発明は、材料組織に起因する超音波散乱ノイズが大きい被検査体に対して超音波を送出して、被検査体の内部に存在する欠陥を検出する超音波探傷方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detection method for detecting a defect existing inside an inspection object by transmitting an ultrasonic wave to the inspection object having a large ultrasonic scattering noise caused by a material structure.
金属材料である棒鋼や鋼片などの被検査体の内部に存在する欠陥を検出する方法、言い換えれば被検査体の品質を保証する方法として、超音波探傷法が用いられている。この超音波探傷法を用いた被検査体の欠陥検査は、超音波（例えば、パルス波）を被検査体の内部に照射し、被検査体の表面及び欠陥等で反射した反射超音波を検出する検査手法である。 An ultrasonic flaw detection method is used as a method for detecting a defect existing in an object to be inspected, such as a steel bar or a steel piece, which is a metal material, in other words, a method for guaranteeing the quality of the object to be inspected. Inspecting an object to be inspected using this ultrasonic flaw detection method, an ultrasonic wave (for example, a pulse wave) is applied to the inside of the object to be inspected, and a reflected ultrasonic wave reflected from the surface of the object to be inspected or a defect is detected. This is an inspection method.
このような検査手法に用いられる超音波探傷法には、種々の形態があり、例えば垂直パルスエコー法が挙げられる。垂直パルスエコー法（垂直探傷法）は、探触子からの超音波を水や油を介して被検査体に送出し、被検査体の内部に存在する欠陥で反射した超音波（欠陥エコー）を当該探触子で受波して、被検査体の内部に存在する欠陥を検出する手法である。 There are various forms of ultrasonic flaw detection methods used in such inspection methods, and examples include the vertical pulse echo method. In the vertical pulse echo method (vertical flaw detection method), ultrasonic waves (defect echo) reflected from a defect existing inside the inspection object are sent out to the inspection object via water or oil. Is detected by the probe and a defect existing inside the inspection object is detected.
しかし、超音波の波長（数百μｍ〜数ｍｍ）に比べて無視できない結晶粒を有する被検査体に対して、垂直パルスエコー法を用いて被検査体の内部に存在する欠陥を検出する場合、結晶粒に起因する反射超音波による散乱ノイズが発生し、被検査体の内部に存在する欠陥の検出精度を低下させてしまう。
このような散乱ノイズを抑制するには、一般に低周波超音波や収束超音波を利用することが有効とされているが、低周波超音波を用いた場合、被検査体の内部に存在する微小な欠陥を検出しにくく（検出感度が低下）、収束超音波を用いた場合、実用的な探触子の口径の面から被検体の内深部の検出や評価が困難である。
However, when a defect existing inside the inspection object is detected using the vertical pulse echo method for an inspection object having crystal grains that cannot be ignored compared to the wavelength of ultrasonic waves (several hundred μm to several mm). Scattering noise due to reflected ultrasonic waves due to crystal grains occurs, and the detection accuracy of defects existing inside the object to be inspected is lowered.
In order to suppress such scattering noise, it is generally effective to use low-frequency ultrasonic waves or convergent ultrasonic waves. However, when low-frequency ultrasonic waves are used, the minute waves that exist inside the object to be inspected are used. When a focused ultrasonic wave is used, it is difficult to detect and evaluate the inner depth of the subject from the practical probe aperture surface.
このような課題に対し、特許文献１に開示されているような技術が適用可能である。
特許文献１には、散乱ノイズの抑制手段として超音波探触子を走査して、走査方向上の異なる位置で反射超音波を受波すると共に、前記反射超音波を受波位置に対応した遅延時間により遅延合成して被検査体の内部に存在する欠陥を検出する手段が開示されている。この特許文献１は、被検査体の面上の異なる位置で、上述した探触子から超音波ビームを送出し、被検査体の内部から反射超音波を受波し、受波位置に応じて反射超音波の受信信号を遅延させて合成処理する開口合成技術を用いたものである。
For such a problem, a technique as disclosed in Patent Document 1 can be applied.
In Patent Document 1, an ultrasonic probe is scanned as a means for suppressing scattered noise, and reflected ultrasonic waves are received at different positions in the scanning direction, and the reflected ultrasonic waves are delayed corresponding to the receiving positions. Means for detecting a defect existing inside an object to be inspected by delay synthesis with time is disclosed. This patent document 1 sends out an ultrasonic beam from the above-mentioned probe at different positions on the surface of an object to be inspected, receives reflected ultrasonic waves from the inside of the object to be inspected, and depends on the receiving position. An aperture synthesis technique is used in which the received signal of the reflected ultrasonic wave is delayed and synthesized.
この特許文献１の開口合成技術により、散乱減衰の大きい被検査体の内部の結晶粒からのランダムな反射に起因する散乱ノイズを、複数方向の反射超音波を合成することによって低減（抑制）させることができる。一方で、開口合成技術においては、欠陥信号は、複数方向での反射超音波の合成時に、受波位置と欠陥深さにあわせた遅延時間を用いて合成されることとなる。そのため、欠陥信号は低減することなく、欠陥信号のＳ／Ｎ比が向上することになる。 By the aperture synthesis technique of this Patent Document 1, the scattering noise caused by random reflection from the crystal grains inside the object to be inspected with large scattering attenuation is reduced (suppressed) by synthesizing reflected ultrasonic waves in a plurality of directions. be able to. On the other hand, in the aperture synthesis technique, the defect signal is synthesized using a delay time according to the receiving position and the defect depth when the reflected ultrasonic waves are synthesized in a plurality of directions. Therefore, the S / N ratio of the defect signal is improved without reducing the defect signal.
しかしながら、特許文献１に開示された超音波探傷法を用いても、簡便且つ正確に被検査体の内部に存在する欠陥を検出することが困難である。その理由を、以下の（１）〜（３）に示す。
（１）特許文献１の技術は、受波位置に応じて反射超音波の受信信号を遅延させて合成処理する開口合成技術であるため、被検査体の３次元検査部位に対して、超音波の送出及び受波を複数回行って測定する必要があり、検査時間の増加をもたらす。
However, even if the ultrasonic flaw detection method disclosed in Patent Document 1 is used, it is difficult to detect defects existing inside the object to be inspected easily and accurately. The reason is shown in the following (1) to (3).
(1) Since the technique disclosed in Patent Document 1 is an aperture synthesis technique in which a received signal of reflected ultrasound is delayed and synthesized according to the receiving position, ultrasound is applied to a three-dimensional examination site of an object to be inspected. It is necessary to perform transmission and reception of a plurality of times for measurement, resulting in an increase in inspection time.
（２）特許文献１の技術では、探触子を複数個並べて構成されたアレイ探触子を採用しているので機械的走査は不要となるが、アレイ探触子やその制御系は高価であるため、採用コストが高くなる虞がある。
（３）特許文献１の技術では、被検査体の形状（例えば、断面形状が多角形などの複雑な形状）によっては、開口合成計算におけるパラメータ（各検査領域に対する遅延時間等）を計算したり、パラメータを変更したりする必要が生じることとなり、そのパラメータの調整に時間や手間がかかってしまう虞がある。
(2) The technique of Patent Document 1 employs an array probe configured by arranging a plurality of probes, so mechanical scanning is unnecessary, but the array probe and its control system are expensive. Therefore, there is a possibility that the employment cost will increase.
(3) With the technique of Patent Document 1, depending on the shape of the object to be inspected (for example, a complicated shape such as a polygonal cross-sectional shape), parameters (such as delay time for each inspection region) in aperture synthesis calculation are calculated. Therefore, it becomes necessary to change the parameter, and there is a possibility that it takes time and effort to adjust the parameter.
まとめると、特許文献１の超音波探傷方法は、開口合成技術を用いて散乱ノイズの影響を抑制するものであるが、散乱ノイズの影響を抑制するには、探傷条件を変えての多くの測定を行う必要があり、検査に費やす時間の増大や検査装置のコストが非常にかかるといった問題がある。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、簡便に超音波散乱ノイズの影響を抑制しつつ、正確に被検査体の内部に存在する欠陥を検出する超音波探傷方法を提供することを目的とする。
In summary, the ultrasonic flaw detection method disclosed in Patent Document 1 uses the aperture synthesis technique to suppress the influence of scattering noise, but in order to suppress the influence of scattering noise, many measurements are performed by changing flaw detection conditions. There is a problem that the time required for the inspection is increased and the cost of the inspection apparatus is very high.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection method for accurately detecting a defect existing inside an object to be inspected while easily suppressing the influence of ultrasonic scattering noise. .
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る超音波探傷方法は、被検査体に対して超音波を送出し、前記被検査体の内部に存在する欠陥で反射した反射超音波を受波することにより、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出する超音波探傷方法において、前記被検査体の内部での伝播方向に対する波長が互いに異なる複数の超音波を送出して当該被検査体の内部を探傷し、当該探傷で得られた反射超音波の受波波形を基に、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention takes the following technical means.
In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, an ultrasonic wave is transmitted to an object to be inspected, and a reflected ultrasonic wave reflected by a defect existing inside the object to be inspected is received. In the ultrasonic flaw detection method for detecting a defect existing inside, a plurality of ultrasonic waves having different wavelengths with respect to the propagation direction inside the object to be inspected are sent to detect the inside of the object to be inspected. Based on the received waveform of the obtained reflected ultrasonic wave, a defect existing in the inspection object is detected.
好ましくは、前記超音波は、所定の時間に亘って一定の周波数を有する音波が連続して送出されるバースト波とされ、前記周波数を変化させた複数のバースト波を被検査体の内部に送出して当該被検査体の内部を探傷するとよい。
好ましくは、前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、前記周波数の異なる前記バースト波ごとに得られた反射超音波の受信波形の極大値あるいは極小値を比較して、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出するとよい。
Preferably, the ultrasonic wave is a burst wave in which a sound wave having a constant frequency is continuously transmitted over a predetermined time, and a plurality of burst waves whose frequencies are changed are transmitted into the inspected object. Then, the inside of the object to be inspected may be flawed.
Preferably, when the burst wave is transmitted to the object to be inspected and a defect existing in the object to be inspected is detected, the reflected ultrasonic wave obtained for each of the burst waves having different frequencies is received. It is preferable to detect a defect present in the inspection object by comparing the maximum value or the minimum value of the waveform.
好ましくは、前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、前記反射超音波の受波波形の極大値及び極小値が出現したときの時刻と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶し、記憶した時刻の変動値、記憶した極大値の変動値、記憶した極小値の変動値の少なくとも１つ以上が所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、前記３つの変動値の全てが所定値以下であるとき前記被検査体の内部に欠陥が存在するとして判定するとよい。 Preferably, when the burst wave is transmitted to the object to be inspected and a defect existing in the object to be inspected is detected, the maximum value and the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave appear. Time and the maximum value and the minimum value are stored, and at least one of the stored time fluctuation value, the stored maximum value fluctuation value, and the stored minimum value fluctuation value is not less than a predetermined value. In some cases, it is determined as scattering noise, and when all of the three fluctuation values are equal to or less than a predetermined value, it is determined that a defect exists in the inspection object.
好ましくは、前記バースト波の持続時間は、前記被検査体の結晶粒径と音速との比から算出される時間よりも長いとよい。
好ましくは、前記超音波は、所定の時間に亘って一定の周波数を有する音波が連続して送出され且つ前記被検査体の内部の所定位置に収束するバースト波とされ、収束位置を変化させた複数のバースト波を被検査体の内部に送出して当該被検査体の内部を探傷するとよい。
Preferably, the duration of the burst wave is longer than the time calculated from the ratio between the crystal grain size of the test object and the speed of sound.
Preferably, the ultrasonic wave is a burst wave in which a sound wave having a constant frequency is continuously transmitted over a predetermined time and converges to a predetermined position inside the object to be inspected, and the convergence position is changed. A plurality of burst waves may be sent to the inside of the inspection object to detect the inside of the inspection object.
好ましくは、前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、前記収束位置の異なる前記バースト波ごとに得られた反射超音波の受信波形の極大値あるいは極小値を比較して、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出するとよい。
好ましくは、前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、前記反射超音波の受波波形の極大値及び極小値が出現したときの時刻と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶し、記憶した前記時刻の変動値、記憶した前記極大値の変動値、記憶した前記極小値の変動値の少なくとも１つ以上が所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、前記３つの変動値の全てが所定値以下であるとき前記被検査体の内部に欠陥が存在するとして判定するとよい。
また、本発明にかかる超音波探傷方法の最も好ましい形態は、被検査体に対して超音波を送出し、前記被検査体の内部に存在する欠陥で反射した反射超音波を受波することにより、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出する超音波探傷方法において、前記被検査体の内部での伝播方向に対する波長が互いに異なる複数の超音波を送出して当該被検査体の内部を探傷し、当該探傷で得られた反射超音波の受波波形を基に、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出するものとし、前記超音波は、所定の時間に亘って一定の周波数を有する音波が連続して送出されるバースト波とされ、前記周波数を変化させた複数のバースト波を被検査体の内部に送出して当該被検査体の内部を探傷するものとし、前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、前記周波数の異なる前記バースト波ごとに得られた反射超音波の受信波形の極大値あるいは極小値を比較して、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出するものとし、前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、前記反射超音波の受波波形の極大値及び極小値が出現したときの時刻と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶し、記憶した時刻の変動値、記憶した極大値の変動値、記憶した極小値の変動値の少なくとも１つ以上が所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、前記３つの変動値の全てが所定値以下であるとき前記被検査体の内部に欠陥が存在するとして判定することを特徴とする。
Preferably, when the burst wave is transmitted to the object to be inspected and a defect existing in the object to be inspected is detected, the reflected ultrasonic wave obtained for each of the burst waves having different convergence positions is detected. It is preferable to detect a defect present in the inspection object by comparing the maximum value or the minimum value of the received waveform.
Preferably, when the burst wave is transmitted to the object to be inspected and a defect existing in the object to be inspected is detected, the maximum value and the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave appear. Time and the maximum value and the minimum value are stored, and at least one of the stored variation value of the time, the stored variation value of the maximum value, and the stored variation value of the minimum value is predetermined. When the value is equal to or greater than the value, it is determined as scattering noise, and when all of the three fluctuation values are equal to or less than the predetermined value, it is determined that a defect exists in the inspection object.
Moreover, the most preferable form of the ultrasonic flaw detection method according to the present invention is to send ultrasonic waves to the object to be inspected and receive the reflected ultrasonic waves reflected by the defects existing inside the object to be inspected. In the ultrasonic flaw detection method for detecting a defect existing inside the object to be inspected, a plurality of ultrasonic waves having different wavelengths with respect to the propagation direction inside the object to be inspected are sent to pass through the inside of the object to be inspected. Detect flaws and detect defects existing inside the object to be inspected based on the received waveform of reflected ultrasonic waves obtained by the flaw detection, and the ultrasonic waves have a constant frequency over a predetermined time. A plurality of burst waves with different frequencies are sent to the inside of the object to be inspected to detect the inside of the object to be inspected. Send the burst wave to the body In detecting a defect existing inside the object to be inspected, the maximum value or the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained for each burst wave having a different frequency is compared, and the object to be inspected is compared. A defect existing inside the body is detected, and the burst wave is transmitted to the object to be inspected, and when detecting the defect existing inside the object to be inspected, the reflected ultrasonic wave is received. Stores the time when the local maximum value and local minimum value of the waveform appear, the size of the local maximum value and local minimum value, the stored fluctuation value of the time, the stored fluctuation value of the local maximum value, the stored fluctuation value of the local minimum value When at least one of the above values is equal to or greater than a predetermined value, it is determined as scattering noise, and when all of the three fluctuation values are equal to or less than a predetermined value, it is determined that a defect exists in the inspection object. To do.
本発明に係る超音波探傷方法によれば、簡便に超音波散乱ノイズの影響を抑制しつつ、正確に被検査体の内部に存在する欠陥を検出することができる。 According to the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, it is possible to accurately detect a defect existing inside an object to be inspected while easily suppressing the influence of ultrasonic scattering noise.
以下、本発明に係る超音波探傷方法について、図を基に説明する。
本発明の超音波探傷方法は、以下に示すような超音波探傷装置で実現される。
本発明の超音波探傷方法は、被検査体Ｗに対して超音波Ｍを送出し、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥で反射した反射超音波を受波することにより、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出する超音波探傷方法において、被検査体Ｗの内部での伝播方向に対する波長が互いに異なる複数の超音波Ｍを送出して被検査体Ｗの内部を探傷し、この探傷で得られた反射超音波の受波波形を基に、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥を検出するものである。
Hereinafter, an ultrasonic flaw detection method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The ultrasonic flaw detection method of the present invention is realized by an ultrasonic flaw detection apparatus as shown below.
In the ultrasonic flaw detection method of the present invention, the ultrasonic wave M is transmitted to the inspection object W, and the reflected ultrasonic wave reflected by the defect existing inside the inspection object W is received, thereby the inspection object W. In the ultrasonic flaw detection method for detecting the defect K existing in the inside of the inspection object W, a plurality of ultrasonic waves M having different wavelengths with respect to the propagation direction inside the inspection object W are sent to detect the inside of the inspection object W, Based on the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained by this flaw detection, a defect existing in the inspection object W is detected.
この技術に関し、以下、２つの実施形態を述べる。
［第１実施形態］
図１は、超音波探傷装置１の構成を模式的に示した概略図である。
本実施形態の超音波探傷装置１は、被検査体Ｗに垂直に超音波Ｍを送出する垂直探傷法を用いた装置であって、被検査体Ｗに対して送出される超音波Ｍ（バースト波）の周波数が変更可能とされている。
Regarding this technology, two embodiments will be described below.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the ultrasonic flaw detector 1.
The ultrasonic flaw detection apparatus 1 according to the present embodiment is an apparatus that uses a vertical flaw detection method that transmits an ultrasonic wave M perpendicularly to an object to be inspected W. The frequency of the wave) can be changed.
具体的には、超音波探傷装置１は、周波数の異なるバースト波Ｍを接触媒質７（例えば、水、ポリスチレンなど）を介して、被検査体Ｗに送出して被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋで反射して戻った反射超音波（欠陥エコー）を受波し、当該探傷で得られた反射超音波の受波波形を基に、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出する装置である。
図１に示すように、超音波探傷装置１は、被検査体Ｗの表面上に当接するように配置されると共に、被検査体Ｗに対してバースト波Ｍ（超音波）を送出する探触子２と、探触子２にて受波した反射超音波を基に、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出する超音波探傷器３と、を有するものであり、被検査体Ｗに対して送出されるバースト波Ｍの周波数が変更可能とされているものである。
Specifically, the ultrasonic flaw detector 1 sends a burst wave M having a different frequency to the inspected object W via the contact medium 7 (for example, water, polystyrene, etc.) and exists inside the inspected object W. The reflected ultrasonic wave (defect echo) reflected and returned by the defect K is received, and the defect K existing inside the inspection object W is detected based on the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained by the flaw detection. It is a device to detect.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic flaw detector 1 is disposed so as to abut on the surface of the inspection object W and also transmits a burst wave M (ultrasonic wave) to the inspection object W. A probe 2 and an ultrasonic flaw detector 3 for detecting a defect K existing inside the inspection object W based on the reflected ultrasonic wave received by the probe 2. The frequency of the burst wave M transmitted to W can be changed.
探触子２は、被検査体Ｗの内部に対して略垂直にバースト波Ｍを送出する送波部と、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋで反射して戻った反射超音波を受波する受波部とを有する。これら送波部及び受波部は、例えば圧電素子によって構成されている。
送波部は、所定のパルス電圧が連続的に加えられると所定周波数のバースト波Ｍを送出する機能を有し、受波部は、反射超音波を受波すると共に、その反射超音波を受波すると受波した反射超音波に対応したパルス電圧を発生する機能を有する。
The probe 2 includes a transmission unit that transmits a burst wave M substantially perpendicularly to the inside of the inspection object W, and a reflected ultrasonic wave that is reflected and returned by the defect K existing inside the inspection object W. And a wave receiving section for receiving waves. These wave transmission part and wave reception part are comprised, for example by the piezoelectric element.
The transmitting unit has a function of transmitting a burst wave M having a predetermined frequency when a predetermined pulse voltage is continuously applied. The receiving unit receives the reflected ultrasonic wave and receives the reflected ultrasonic wave. When waved, it has a function of generating a pulse voltage corresponding to the reflected ultrasonic wave received.
なお、送波部から送出されるバースト波Ｍは、所定の時間に亘って一定の周波数を有する音波（正弦波、パルス波など）が連続して送出されるものである。
特に、本実施形態の送波部へは、複数の周波数のバースト波Ｍを送出することができる。すなわち、超音波探傷装置１に用いられるバースト波Ｍは、被検査体Ｗに対して切り替え可能となっている。
Note that the burst wave M transmitted from the transmission unit is a sound wave (sine wave, pulse wave, etc.) having a constant frequency continuously transmitted over a predetermined time.
In particular, a burst wave M having a plurality of frequencies can be transmitted to the transmission unit of the present embodiment. That is, the burst wave M used in the ultrasonic flaw detector 1 can be switched with respect to the object W to be inspected.
図１に示すように、探触子２は接触媒質７を介して被検査体Ｗの表面に当接し、被検査体Ｗの表面（上面）に対して垂直軸方向にバースト波Ｍが送波部から送出され、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋで反射して戻った反射超音波を受波部で受波する。受波部で受波した反射超音波は、超音波探傷器３に送られる。
超音波探傷器３は、送波部において送出されるバースト波Ｍを励起させるための信号（励起波形）を生成する信号発生部４と、その生成された信号を増幅する増幅部５を有している。この増幅部５は、受波部にて受波した反射超音波の信号を増幅する機能も有している。さらに、超音波探傷器３は、増幅部５にて増幅された反射超音波の信号強度を基に、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出する信号採取処理部６を備えている。
As shown in FIG. 1, the probe 2 abuts on the surface of the inspection object W via the contact medium 7, and the burst wave M is transmitted in the vertical axis direction with respect to the surface (upper surface) of the inspection object W. The reflected ultrasonic wave transmitted from the unit and reflected by the defect K existing inside the inspection object W is received by the wave receiving unit. The reflected ultrasonic wave received by the wave receiving unit is sent to the ultrasonic flaw detector 3.
The ultrasonic flaw detector 3 includes a signal generation unit 4 that generates a signal (excitation waveform) for exciting the burst wave M transmitted from the transmission unit, and an amplification unit 5 that amplifies the generated signal. ing. The amplifying unit 5 also has a function of amplifying a reflected ultrasonic signal received by the receiving unit. Furthermore, the ultrasonic flaw detector 3 includes a signal collection processing unit 6 that detects a defect K existing inside the inspection object W based on the signal intensity of the reflected ultrasonic wave amplified by the amplification unit 5. .
詳しくは、超音波探傷器３の増幅部５は、探触子２内の送波部（２Ａ）及び受波部（２Ｂ）に接続されており、探触子２の送波部として働く圧電素子（２Ａ）に選択的にパルス電圧（増幅された信号）を出力する。また、増幅部５は、圧電素子（２Ｂ）が反射超音波を受波して受波部として働いたときの受信信号を受け取り、これを増幅した上で、後述する信号採取処理部６に反射超音波信号として出力するものである。 Specifically, the amplifying unit 5 of the ultrasonic flaw detector 3 is connected to the wave transmitting unit (2A) and the wave receiving unit (2B) in the probe 2, and serves as a piezoelectric wave transmitting unit of the probe 2. A pulse voltage (amplified signal) is selectively output to the element (2A). The amplifying unit 5 receives a received signal when the piezoelectric element (2B) receives the reflected ultrasonic wave and functions as a receiving unit, amplifies the received signal, and then reflects the signal to the signal sampling processing unit 6 described later. It is output as an ultrasonic signal.
信号採取処理部６は、周波数の異なるバースト波Ｍごとに得られた反射超音波の受信波形を採取し、周波数の異なるバースト波Ｍごとに得られた反射超音波の受信波形（例えば、超音波受信時刻に対する超音波波形であるＡスコープ受信波形）の極大値あるいは極小値を比較して、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出する。
詳しくは、信号採取処理部６は、反射超音波の受波波形の極大値及び極小値が出現したときの時刻（反射超音波（欠陥エコー）の到達時間）と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶し、記憶した時刻の変動値及び、記憶した極大値の大きさの変動値いずれか一方が、所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、所定値以下であるとき被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋとして判定する構成となっている。
The signal collection processing unit 6 collects a reflected ultrasonic wave reception waveform obtained for each burst wave M having a different frequency, and receives a reflected ultrasonic wave reception waveform (for example, an ultrasonic wave) obtained for each burst wave M having a different frequency. The maximum value or the minimum value of the A-scope received waveform, which is an ultrasonic waveform with respect to the reception time, is compared, and the defect K existing inside the inspection object W is detected.
Specifically, the signal collection processing unit 6 determines the time (the arrival time of the reflected ultrasonic wave (defect echo)) when the maximum value and the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave appear, and the maximum value and the minimum value. The magnitude is stored, and when one of the stored fluctuation value of the time and the stored fluctuation value of the maximum value is equal to or larger than a predetermined value, it is determined as scattering noise, and when it is equal to or smaller than the predetermined value The defect is determined as a defect K existing inside W.
次に、上記した超音波探傷装置１を用いて、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを探傷する方法、すなわち本発明の超音波探傷方法について、説明する。
本実施形態で用いる被検査体Ｗは、結晶粒径が数百μｍの金属材料であり、その内部に欠陥Ｋを模した超音波反射体Ｋ（模擬欠陥）を有している。
被検査体Ｗの内部に存在する超音波反射体Ｋを検出するに際しては、超音波探傷装置１は、信号発生部４で超音波励振波形を生成し、その超音波励振波形の信号を増幅部５にて増幅した後、探触子２の送出部（中心周波数１０ＭＨｚの２分割探触子）に印加し、接触媒質７（遅延材）を介して被検査体Ｗの内部にバースト波Ｍを送出する。
Next, a method for flaw detection of the defect K existing inside the inspection object W using the ultrasonic flaw detection apparatus 1 described above, that is, the ultrasonic flaw detection method of the present invention will be described.
The object to be inspected W used in the present embodiment is a metal material having a crystal grain size of several hundred μm, and has an ultrasonic reflector K (simulated defect) imitating the defect K therein.
When detecting the ultrasonic reflector K existing inside the inspected object W, the ultrasonic flaw detector 1 generates an ultrasonic excitation waveform by the signal generator 4 and amplifies the signal of the ultrasonic excitation waveform. After being amplified at 5, it is applied to the sending section of the probe 2 (two-divided probe having a center frequency of 10 MHz), and a burst wave M is generated inside the inspection object W via the contact medium 7 (delay material). Send it out.
このとき、本発明の超音波探傷方法は、バースト波Ｍの周波数を切り替えながら、被検査体Ｗの内部存在する超音波反射体Ｋを検出する。バースト波Ｍの周波数は、ｆ１＝９．６ＭＨｚ，ｆ２＝１０ＭＨｚ，ｆ３＝１０．２ＭＨｚの３種類とする。
なお、バースト波Ｍの持続時間Ｔは、被検査体Ｗの結晶粒径Ｌと音速Ｃとの比（結晶粒径Ｌ／音速Ｃ）から算出される時間よりも長いものとするとよい。なお、音速Ｃとはバースト波Ｍが被検査体Ｗ内を伝播するときの速度のことである。このようにすることで、被検査体Ｗの結晶粒に起因する散乱ノイズを可及的に小さくでき、被検査体Ｗの内部の欠陥Ｋを確実に検出できるようになる。
At this time, the ultrasonic flaw detection method of the present invention detects the ultrasonic reflector K existing inside the object W to be inspected while switching the frequency of the burst wave M. There are three types of frequencies of the burst wave M: f1 = 9.6 MHz, f2 = 10 MHz, and f3 = 10.2 MHz.
The duration T of the burst wave M is preferably longer than the time calculated from the ratio (crystal grain size L / sound speed C) between the crystal grain size L and the sound speed C of the object W. Note that the sound speed C is the speed at which the burst wave M propagates through the inspection subject W. By doing in this way, the scattering noise resulting from the crystal grain of the to-be-inspected object W can be made as small as possible, and the defect K inside the to-be-inspected object W can be detected reliably.
図２Ａ〜図２Ｃには、バースト波Ｍの周波数を変更した上で、被検査体Ｗの内部に存在する超音波反射体Ｋを検出した結果（観測波形）が示されている。詳しくは、図２Ａには周波数ｆ１＝９．６ＭＨｚのバースト波Ｍの観測波形が示され、図２Ｂには周波数ｆ２＝１０ＭＨｚのバースト波Ｍの観測波形が示されている。また、図２Ｃには、周波数ｆ３＝１０．２ＭＨｚのバースト波Ｍの観測波形が示されている。 2A to 2C show the results (observation waveforms) of detecting the ultrasonic reflector K existing inside the object W to be inspected after changing the frequency of the burst wave M. FIG. Specifically, FIG. 2A shows an observation waveform of a burst wave M having a frequency f1 = 9.6 MHz, and FIG. 2B shows an observation waveform of a burst wave M having a frequency f2 = 10 MHz. FIG. 2C shows an observed waveform of the burst wave M having a frequency f3 = 10.2 MHz.
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、３種類の周波数のバースト波Ｍの観測波形（Ｂ１〜Ｂ３）ともに、被検査体Ｗの表面エコー（Ｓ１）が検出されると共に、超音波反射体Ｋからのエコー（Ｐ６）が検出されている。被検査体Ｗの表面エコー（Ｓ１）から超音波反射体Ｋからのエコー（Ｐ６）に亘る時間に受波された反射超音波の受信波形は、主にバースト波Ｍの散乱ノイズである。 As shown in FIGS. 2A to 2C, the surface echo (S1) of the inspected object W is detected from the observation waveforms (B1 to B3) of the burst wave M having three kinds of frequencies, and the ultrasonic reflector K is used. Echo (P6) is detected. The received waveform of the reflected ultrasonic wave received in the time span from the surface echo (S1) of the inspected object W to the echo (P6) from the ultrasonic reflector K is mainly scattered noise of the burst wave M.
詳しくは、図２Ａに示すように、周波数ｆ１＝９．６ＭＨｚの観測波形において、６箇所の極大値（Ｐ１〜Ｐ６、超音波反射体Ｋのからのエコーも含む）が観測されていることが確認できる。従来の超音波探傷方法では、信号レベルが比較的大きい超音波反射体Ｋのからのエコー、Ｐ６の極大値を「欠陥あり」として認識すると共に、Ｐ１〜Ｐ５の極大値についても「欠陥あり」として認識してしまう。つまり、被検査体Ｗの内部のＰ１〜Ｐ５の位置には欠陥Ｋが存在しないのに、「欠陥あり」と誤検出してしまう。 Specifically, as shown in FIG. 2A, six local maximum values (including P1 to P6 and echoes from the ultrasonic reflector K) are observed in the observed waveform at the frequency f1 = 9.6 MHz. I can confirm. In the conventional ultrasonic flaw detection method, the echo from the ultrasonic reflector K having a relatively high signal level and the maximum value of P6 are recognized as “defective”, and the maximum values of P1 to P5 are also “defective”. It will be recognized as. That is, although there is no defect K at the positions P1 to P5 inside the inspection object W, it is erroneously detected as “defective”.
ここで、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、本発明の超音波探傷方法は、周波数ｆ２＝１０ＭＨｚ及び、周波数ｆ３＝１０．２ＭＨｚの超音波探傷も行っている。つまり、本発明の超音波探傷方法は、バースト波Ｍの周波数を複数回変更して、被検査体Ｗの内部の探傷を行っている。
図２Ｂに示すように、周波数ｆ２＝１０ＭＨｚの観測波形において、周波数ｆ１＝９．６ＭＨｚの観測波形の極大値（Ｐ１〜Ｐ６）に該当する箇所を見てみると、Ｐ６とＰ３は極大値として認識することが可能であるが、他のＰ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５は極大値として認識することができない。
Here, as shown in FIGS. 2B and 2C, the ultrasonic flaw detection method of the present invention also performs ultrasonic flaw detection with the frequency f2 = 10 MHz and the frequency f3 = 10.2 MHz. That is, the ultrasonic flaw detection method of the present invention performs flaw detection inside the inspection object W by changing the frequency of the burst wave M a plurality of times.
As shown in FIG. 2B, in the observation waveform with the frequency f2 = 10 MHz, when looking at the locations corresponding to the maximum values (P1 to P6) of the observation waveform with the frequency f1 = 9.6 MHz, P6 and P3 are the maximum values. Although it is possible to recognize, other P1, P2, P4 and P5 cannot be recognized as local maximum values.
また、図２Ｃに示すように、周波数ｆ３＝１０．２ＭＨｚの観測波形において、周波数ｆ１＝９．６ＭＨｚの観測波形の極大値（Ｐ１〜Ｐ６）に該当する箇所を見てみると、Ｐ６は極大値として認識することが可能であるが、他のＰ１〜Ｐ５は極大値として認識することができない。
まとめると、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、観測されたＰ６は、全て観測波形（ｆ１〜ｆ３）において極大値（ピーク）を示しており、被検査体Ｗの内部に欠陥Ｋ（超音波反射体）が存在していることがわかる。一方で、周波数ｆ１＝９．６ＭＨｚの観測波形において観測されたＰ１〜Ｐ５は、周波数ｆ２＝１０ＭＨｚの観測波形、又は周波数ｆ３＝１０．２ＭＨｚの観測波形では極大値として観測されていないことから、周波数ｆ１＝９．６ＭＨｚの観測波形において観測されたＰ１〜Ｐ５は、材料組織の散乱による干渉結果（散乱ノイズ）と推定することができる。
Further, as shown in FIG. 2C, in the observation waveform with the frequency f3 = 10.2 MHz, when the portion corresponding to the maximum value (P1 to P6) of the observation waveform with the frequency f1 = 9.6 MHz is seen, P6 is the maximum. Although it can be recognized as a value, other P1 to P5 cannot be recognized as local maximum values.
In summary, as shown in FIGS. 2A to 2C, all of the observed P6 has a maximum value (peak) in the observed waveforms (f1 to f3), and a defect K (ultrasonic wave) is present inside the object W to be inspected. It can be seen that there is a reflector. On the other hand, P1 to P5 observed in the observation waveform with the frequency f1 = 9.6 MHz are not observed as maximum values in the observation waveform with the frequency f2 = 10 MHz or the observation waveform with the frequency f3 = 10.2 MHz. P1 to P5 observed in the observation waveform with the frequency f1 = 9.6 MHz can be estimated as interference results (scattering noise) due to scattering of the material structure.
このように、観測波形の極大値（極小値でもよい）を被検査体Ｗの内部の欠陥Ｋとして認識するにあたっては、信号採取処理部６にて、反射超音波の受波波形の極大値が出現したときの時刻と、当該極大値の大きさ（信号レベル）とを記憶し、記憶した時刻の変動値及び、記憶した極大値の大きさの変動値いずれか一方が、所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、所定値以下であるとき被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋとして判定する。 Thus, in recognizing the local maximum value (or local minimum value) of the observed waveform as the defect K inside the object W, the signal collection processing unit 6 determines the local maximum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave. The time when it appears and the magnitude (signal level) of the local maximum are stored, and either the stored fluctuation value of the time or the stored fluctuation value of the maximum value is greater than or equal to a predetermined value. At this time, it is determined as scattering noise.
以上述べたように、本発明の超音波探傷方法は、超音波探傷する度にバースト波Ｍの周波数を切り替えて送出し、そして反射して戻った反射超音波の受波波形を受波し、受波された異なる周波数の反射超音波における受波波形の挙動を比較することにより、簡便に超音波散乱ノイズの影響を抑制しつつ、正確に被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出することができる。 As described above, in the ultrasonic flaw detection method of the present invention, the frequency of the burst wave M is switched every time ultrasonic flaw detection is performed, and the received waveform of the reflected ultrasonic wave reflected back is received. By comparing the behavior of the received waveform in the reflected ultrasonic waves of different frequencies received, the defect K existing inside the inspection object W is accurately detected while easily suppressing the influence of ultrasonic scattering noise. can do.
すなわち、本発明の超音波探傷方法は、検出された欠陥Ｋと散乱ノイズとを容易に弁別することができるので、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋの検出精度を高めることができる。
［第２実施形態］
図３〜図６を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。
That is, the ultrasonic flaw detection method of the present invention can easily discriminate between the detected defect K and scattered noise, so that the detection accuracy of the defect K existing inside the inspection object W can be improved.
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図３は、第２実施形態による超音波探傷装置１０の概略構成を示す図である。
第２実施形態による超音波探傷装置１０は、第１実施形態による超音波探傷装置１０とほぼ同様の構成を有し、第１実施形態の探触子２の代わりに探触子２０を備えている。本実施形態の超音波探傷装置１０において、探触子２０以外の構成は、第１実施形態による超音波探傷装置１０と同じであるので、説明については省略する。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic flaw detector 10 according to the second embodiment.
The ultrasonic flaw detector 10 according to the second embodiment has substantially the same configuration as the ultrasonic flaw detector 10 according to the first embodiment, and includes a probe 20 instead of the probe 2 of the first embodiment. Yes. In the ultrasonic flaw detector 10 according to the present embodiment, the configuration other than the probe 20 is the same as that of the ultrasonic flaw detector 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
以下、図３を参照しながら、探触子２０の構成について説明する。
探触子２０は、収束型（フォーカス型）の超音波探触子であり、被検査体Ｗの内部に対して略垂直に超音波Ｍを送出する送信振動子を有する送波部と、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋで反射して戻った反射超音波を受波する受信振動子を有する受波部とを有する。なお、送波部から送出される超音波Ｍは、所定の時間に亘って一定の周波数を有する音波（正弦波、パルス波など）が連続して送出され且つ被検査体Ｗの内部の所定位置に収束するバースト波Ｍとされる。
Hereinafter, the configuration of the probe 20 will be described with reference to FIG.
The probe 20 is a convergence type (focus type) ultrasonic probe, and includes a transmission unit having a transmission transducer for transmitting the ultrasonic wave M substantially perpendicularly to the inside of the object W to be inspected, And a wave receiving unit having a receiving vibrator for receiving the reflected ultrasonic wave reflected and returned by the defect K existing inside the inspection object W. Note that the ultrasonic wave M sent from the wave transmitting unit is continuously sent as a sound wave (sine wave, pulse wave, etc.) having a constant frequency over a predetermined time, and a predetermined position inside the inspection object W. The burst wave M converges to.
図３に示すように、送波部の送信振動子は、例えば、圧電素子によって構成されていて、超音波を発生する送信面２１が被検査体Ｗの表面に向かって凹面形状（球面形状）となるように略円弧を描いて湾曲している。送信面２１の凹面形状は、送信されたバースト波Ｍ（超音波）が所定距離だけ進行した位置で集束するような曲率となっている。
送波部の送信振動子は、所定の電圧の印加により、所定の周波数の球面波Ｍ（バースト波Ｍ）を発生する。発生した球面波Ｍは、前方に向かって送出される。
As shown in FIG. 3, the transmission vibrator of the wave transmitting unit is configured by, for example, a piezoelectric element, and the transmission surface 21 that generates ultrasonic waves has a concave shape (spherical shape) toward the surface of the inspection object W. It is curved by drawing a substantially arc. The concave shape of the transmission surface 21 has such a curvature that the transmitted burst wave M (ultrasonic wave) converges at a position where it has traveled a predetermined distance.
The transmission vibrator of the wave transmission unit generates a spherical wave M (burst wave M) having a predetermined frequency by applying a predetermined voltage. The generated spherical wave M is sent forward.
つまり、球面形状の送信振動子の送信面２１から送信されたバースト波Ｍは、送信面２１から所定距離だけ離れ、且つ送信面２１の円弧の形成方向に垂直な送信振動子の伝播方向に沿った略直線の集束線Ｌ上に集束する。言い換えれば、図３に示すように、送信振動子の送信面２１から送信されたバースト波Ｍは、被検査体Ｗの内部で焦点Ｆを結ぶように照射され、被検査体Ｗの内部に伝播する。 That is, the burst wave M transmitted from the transmission surface 21 of the spherical transmission transducer is separated from the transmission surface 21 by a predetermined distance and is along the propagation direction of the transmission transducer perpendicular to the arc formation direction of the transmission surface 21. Focusing on a substantially straight focusing line L. In other words, as shown in FIG. 3, the burst wave M transmitted from the transmission surface 21 of the transmission vibrator is irradiated so as to form a focal point F inside the inspected object W and propagates into the inspected object W. To do.
図示はしないが、反射超音波は、同じ送信振動子で受信され、反射超音波の強度及び周波数に対応する電圧を発生する。
次に、上記した探触子２０を備えた超音波探傷装置１０を用いて、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを探傷する方法、すなわち本実施形態の超音波探傷方法について、説明する。
Although not shown, the reflected ultrasonic waves are received by the same transmission vibrator and generate a voltage corresponding to the intensity and frequency of the reflected ultrasonic waves.
Next, a method for flaw detection using the ultrasonic flaw detector 10 provided with the probe 20 described above for the defect K existing inside the inspection subject W, that is, the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment will be described. .
本実施形態の超音波探傷方法は、被検査体Ｗの内部の所定位置に収束するバースト波Ｍを当該被検査体Ｗに対して送出し、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥で反射した反射超音波を受波することにより、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥を検出する方法であって、被検査体Ｗの内部での伝播方向に対する波長が互いに異なる複数のバースト波Ｍ、すなわち収束位置を変化させた複数のバースト波Ｍを被検査体Ｗの内部に送出して、当該被検査体Ｗの内部を探傷し、当該探傷で得られた反射超音波の受波波形を基に、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥を検出する。 In the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment, a burst wave M that converges at a predetermined position inside the inspection object W is transmitted to the inspection object W, and reflected by a defect existing inside the inspection object W. A method of detecting a defect existing inside the inspection object W by receiving reflected ultrasonic waves, and a plurality of burst waves M having different wavelengths with respect to the propagation direction inside the inspection object W, that is, A plurality of burst waves M whose convergence positions are changed are sent to the inside of the inspected object W, the inside of the inspected object W is detected, and the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained by the flaw detection is used as a basis. Then, a defect present inside the inspection object W is detected.
すなわち、本実施形態の超音波探傷方法においては、複数の集束球面波Ｍが、被検査体Ｗの内部の集束点Ｌに向かうにつれて＜超音波波面の＞曲率が変化する特性を利用して、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥を検出している。具体的には、球面形状の送信面２１から被検査体Ｗに対して送信された集束球面波Ｍの＜超音波波面の＞曲率は、送信直後では小さく（緩い曲がりの円弧）、集束点Ｌ直前では大きい（急な曲がりの円弧）。それ故、送信された複数の集束球面波Ｍは、集束点Ｌに向かうにつれて、伝播方向（垂直方向）において、波面間の距離、すなわち集束球面波Ｍの波長が送信直後と集束点Ｌ直前とで異なってくる。 That is, in the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment, using the characteristic that the curvature of the <ultrasonic wavefront> changes as the plurality of focused spherical waves M move toward the focusing point L inside the object W to be inspected, A defect existing inside the inspection object W is detected. Specifically, the curvature of the <ultrasonic wavefront> of the focused spherical wave M transmitted from the spherical transmission surface 21 to the object W is small immediately after transmission (circular arc of loose curve), and the focal point L Immediately before, it is large (a sharply curved arc). Therefore, as the plurality of transmitted focused spherical waves M move toward the focusing point L, in the propagation direction (vertical direction), the distance between the wave fronts, that is, the wavelength of the focused spherical wave M is immediately after transmission and immediately before the focusing point L. Will be different.
このように、本実施形態の超音波探傷方法においては、送信された超音波の＜伝播方向（垂直方向）＞に対する波長の変化を利用して、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥を検出している。
送信された超音波の波長の変化を利用するに際しては、探触子２０のリフトオフを変えることとしている。すなわち、被検査体Ｗに対してバースト波Ｍ（球面波Ｍ）を送出し、当該被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出するに際しては、探触子２０のリフトオフを変えて、収束位置の異なるバースト波Ｍごとに得られた反射超音波の受信波形の極大値あるいは極小値を比較して、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥を検出するとよい（詳細は後述）。
As described above, in the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment, a defect existing inside the inspection object W is detected by using a change in wavelength with respect to the <propagation direction (vertical direction)> of the transmitted ultrasonic wave. doing.
When using the change in the wavelength of the transmitted ultrasonic wave, the lift-off of the probe 20 is changed. That is, when a burst wave M (spherical wave M) is transmitted to the inspection object W and the defect K existing inside the inspection object W is detected, the lift-off of the probe 20 is changed to converge. It is preferable to detect a defect existing in the inspection object W by comparing the maximum value or the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained for each burst wave M having different positions (details will be described later).
さらに、被検査体Ｗに対してバースト波Ｍを送出し、当該被検査体Ｗの内部に存在する欠陥を検出するに際しては、反射超音波の受波波形の極大値及び極小値が出現したときの時刻と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶し、記憶した時刻の変動値、記憶した極大値の変動値、記憶した極小値の変動値の少なくとも１つ以上が所定値以上であるとき散乱ノイズ（Ｆ）と判定し、３つの変動値の全てが所定値以下であるとき被検査体Ｗの内部に欠陥Ｋが存在するとして判定するとよい。 Further, when the burst wave M is transmitted to the inspection object W and the defect existing in the inspection object W is detected, the maximum value and the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave appear. And the maximum value and the minimum value are stored, and at least one of the stored time fluctuation value, the stored maximum value fluctuation value, and the stored minimum value fluctuation value is not less than a predetermined value. It is sometimes determined that the noise is scattered noise (F), and when all of the three fluctuation values are equal to or less than a predetermined value, it is determined that the defect K exists in the inspection object W.
このとき、本実施形態の超音波探傷方法においては、探触子２０を被検査体Ｗに対して、所定の距離を空けた状態（リフトオフした状態）、すなわち探触子２０を被検査体Ｗの上方に浮かせた状態で、被検査体Ｗの内部にバースト波Ｍを送出し、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出することとしている。
このように、探触子２０と被検査体Ｗとの距離を変化させる（探触子２０をリフトオフを可変とする）ことで、被検査体Ｗの内部における集束球面波Ｍの収束位置を変化させ、その焦点Ｆの位置の変化により、反射超音波の受波波形の信号強度の強弱を観察している。
At this time, in the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment, the probe 20 is in a state of being spaced a predetermined distance (lifted off) from the object W, that is, the probe 20 is inspected. The burst wave M is sent out to the inside of the inspection object W in a state where it is floated above the object W, and the defect K existing inside the inspection object W is detected.
In this way, by changing the distance between the probe 20 and the inspection object W (the probe 20 can be lift-off variable), the convergence position of the focused spherical wave M within the inspection object W is changed. The intensity of the received waveform of the reflected ultrasonic wave is observed by the change in the position of the focal point F.
本実施形態の超音波探傷方法において、被検査体Ｗ内に存在する欠陥Ｋ乃至はノイズ源となる結晶粒界面を考えてみる。
探触子２０があるリフトオフ値を有している際に、欠陥Ｋ乃至は結晶粒界面に未収束位置に対応する超音波（波長＝λ）が照射され、反射波において信号強度Ｐが観測されたとする。その後、リフトオフ値を増加させ（探触子２０を被検査体Ｗから離し）、欠陥Ｋ乃至は結晶粒界面に、収束位置に略対応する超音波を照射する。この収束位置においては、＜伝播方向（垂直方向）＞に対する超音波の波長は異なるものとなっており（波長＝λ’）、その状態での反射波の信号強度をＰ’とする。反射元が欠陥Ｋである場合は、信号強度Ｐと信号強度Ｐ’は略同じであるが、反射元が結晶粒界面である場合は、反射状況が異なることになるため信号強度Ｐと信号強度Ｐ’とには大きな差が生じる。
In the ultrasonic flaw detection method of this embodiment, consider a defect K or a crystal grain interface serving as a noise source present in the inspection object W.
When the probe 20 has a certain lift-off value, the ultrasonic wave (wavelength = λ) corresponding to the unconverged position is irradiated to the defect K or the crystal grain interface, and the signal intensity P is observed in the reflected wave. Suppose. Thereafter, the lift-off value is increased (the probe 20 is separated from the object W to be inspected), and ultrasonic waves substantially corresponding to the convergence position are irradiated onto the defect K or the crystal grain interface. At this convergence position, the wavelength of the ultrasonic wave with respect to <propagation direction (vertical direction)> is different (wavelength = λ ′), and the signal intensity of the reflected wave in this state is P ′. When the reflection source is the defect K, the signal intensity P and the signal intensity P ′ are substantially the same, but when the reflection source is the crystal grain interface, the reflection state is different, so the signal intensity P and the signal intensity are different. There is a large difference from P ′.
この状況は、バースト波Ｍの周波数を切り換えたことと同じであると見なせるので、第１実施形態の超音波探傷方法と同様な効果が得られる。
本実施形態の超音波探傷方法によれば、焦点Ｆの位置の変化による反射超音波の信号強度の挙動から、反射超音波の散乱ノイズか欠陥エコーかを弁別することができるので、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋの検出精度を高めることが可能となる。
Since this situation can be regarded as the same as switching the frequency of the burst wave M, the same effect as the ultrasonic flaw detection method of the first embodiment can be obtained.
According to the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment, it is possible to discriminate between scattered noise of a reflected ultrasonic wave and a defect echo from the behavior of the signal intensity of the reflected ultrasonic wave due to the change in the position of the focal point F. It becomes possible to improve the detection accuracy of the defect K existing inside W.
続いて、本実施形態の超音波探傷方法を用いて、被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出した際の実験結果について、説明する。
本実験例で用いる被検査体Ｗにおいては、ドリルにて被検査体Ｗの裏面から、φ１ｍｍの孔（ドリルホール）を穿孔して、欠陥Ｋを模した人工欠陥Ｋを設けた。
また、本実施形態の探触子２０においては、周波数５ＭＨｚ、焦点距離１５０ｍｍのフォーカス型の超音波探触子を用いた。
Next, an experimental result when the defect K existing inside the inspection object W is detected using the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment will be described.
In the inspected object W used in this experimental example, a hole (drill hole) with a diameter of 1 mm was drilled from the back surface of the inspected object W with a drill to provide an artificial defect K imitating the defect K.
In the probe 20 of the present embodiment, a focus type ultrasonic probe having a frequency of 5 MHz and a focal length of 150 mm is used.
図４は、被検査体Ｗから反射した反射超音波の受信信号の観測波形の一例を示している。（Ｓ）は被検査体Ｗの表面からの反射超音波（表面エコー）、（Ｂ）は被検査体Ｗの裏面からの反射超音波（裏面エコー）である。
図５Ａ〜図５Ｃには、探触子２０のリフトオフの量を変更した上で、被検査体Ｗの内部に存在する人工欠陥Ｋを検出した結果（観測波形）が示されている。なお、この図５Ａ〜図５Ｃは、図４を部分拡大したものとして見ることができる。
FIG. 4 shows an example of an observation waveform of the received signal of the reflected ultrasonic wave reflected from the inspected object W. (S) is a reflected ultrasonic wave (surface echo) from the surface of the inspection object W, and (B) is a reflected ultrasonic wave (back surface echo) from the back surface of the inspection object W.
FIGS. 5A to 5C show the results (observation waveforms) of detecting the artificial defect K existing inside the inspection subject W after changing the lift-off amount of the probe 20. 5A to 5C can be viewed as a partially enlarged view of FIG.
詳しくは、図５Ａには、探触子２０のリフトオフの量を２７ｍｍとしたときのバースト波Ｍの観測波形が示されている。図５Ｂには、探触子２０のリフトオフの量を２１ｍｍとしたときのバースト波Ｍの観測波形が示されている。図５Ｃには、探触子２０のリフトオフの量を２０ｍｍとしたときのバースト波Ｍの観測波形が示されている。
図５Ａに示すように、探触子２０のリフトオフの量を２７ｍｍの場合、被検査体Ｗの表面エコー（Ｓ）から裏面エコー（Ｂ）に亘る時間に受波された反射超音波の観測波形において、２箇所の極大値（欠陥Ｋのからのエコーも含む）が観測されていることが確認できる。また、図５Ｂに示すように、探触子２０のリフトオフの量を２１ｍｍの場合、被検査体Ｗの表面エコー（Ｓ）から裏面エコー（Ｂ）に亘る時間に受波された反射超音波の観測波形において、２箇所の極大値（人工欠陥Ｋのからのエコーも含む）が観測されていることが確認できる。さらに、図５Ｃに示すように、探触子２０のリフトオフの量を２０ｍｍの場合、被検査体Ｗの表面エコー（Ｓ）から裏面エコー（Ｂ）に亘る時間に受波された反射超音波の観測波形において、２箇所の極大値（欠陥Ｋのからのエコーも含む）が観測されていることが確認できる。
Specifically, FIG. 5A shows an observed waveform of the burst wave M when the lift-off amount of the probe 20 is 27 mm. FIG. 5B shows an observed waveform of the burst wave M when the lift-off amount of the probe 20 is 21 mm. FIG. 5C shows an observed waveform of the burst wave M when the lift-off amount of the probe 20 is 20 mm.
As shown in FIG. 5A, when the lift-off amount of the probe 20 is 27 mm, the observation waveform of the reflected ultrasonic wave received in the time span from the surface echo (S) to the back surface echo (B) of the object W to be inspected. 2, it can be confirmed that two local maximum values (including echoes from the defect K) are observed. Further, as shown in FIG. 5B, when the lift-off amount of the probe 20 is 21 mm, the reflected ultrasonic wave received in the time from the surface echo (S) to the back surface echo (B) of the object W to be inspected. In the observed waveform, it can be confirmed that two local maximum values (including echoes from the artificial defect K) are observed. Further, as shown in FIG. 5C, when the lift-off amount of the probe 20 is 20 mm, the reflected ultrasonic wave received in the time span from the surface echo (S) to the back surface echo (B) of the object W to be inspected. In the observed waveform, it can be confirmed that two maximum values (including echoes from the defect K) are observed.
図５Ａ〜図５Ｃの内容をまとめると、探触子２０のリフトオフの量を８ｍｍごとに変化させても、反射超音波（Ｄ）の振幅はほとんど同じであるが、反射超音波（Ｆ）の振幅は大きく変化することが確認できる。つまり、反射超音波（Ｆ）は、探触子２０のリフトオフの量によって振幅が大きく異なることから、材料組織（結晶粒界面）の散乱による干渉結果（散乱ノイズ）と推定することができる。また、反射超音波（Ｄ）は図５Ａ〜図５Ｃにおいて、振幅がほとんど同じであることから、人工欠陥Ｋによる反射超音波（欠陥エコー）と判定することができる。 5A to 5C are summarized, even if the lift-off amount of the probe 20 is changed every 8 mm, the amplitude of the reflected ultrasonic wave (D) is almost the same, but the reflected ultrasonic wave (F) It can be confirmed that the amplitude changes greatly. That is, since the amplitude of the reflected ultrasonic wave (F) varies greatly depending on the lift-off amount of the probe 20, it can be estimated as an interference result (scattering noise) due to scattering of the material structure (crystal grain interface). In addition, the reflected ultrasonic waves (D) have almost the same amplitude in FIGS. 5A to 5C, and therefore can be determined as reflected ultrasonic waves (defect echoes) due to the artificial defect K.
また、図６は、反射超音波（Ｆ）の挙動を拡大して示したものであり、探触子２０のリフトオフの量を変化（被検査体Ｗからの距離、２０〜３０ｍｍ）させた場合の波形を重ねて表示したものである。
図６を参照するに、図２Ａ〜図２Ｃにおける周波数変化と同じく、探触子２０のリフトオフの量の変化により反射超音波（Ｆ）の波形（ピーク値やその時刻（位相））が大きく変化することから、反射超音波（Ｆ）は結晶界面での反射波による干渉が主要因である散乱ノイズであることがわかる。すなわち、反射超音波（Ｆ）は、反射超音波（Ｄ）のような欠陥Ｋによる信号ではないことがわかる。
FIG. 6 is an enlarged view of the behavior of the reflected ultrasonic wave (F), and the amount of lift-off of the probe 20 is changed (distance from the object W to be inspected, 20 to 30 mm). These waveforms are superimposed and displayed.
Referring to FIG. 6, similarly to the frequency change in FIGS. 2A to 2C, the waveform (peak value and time (phase)) of the reflected ultrasonic wave (F) greatly changes due to the change in the lift-off amount of the probe 20. From this, it can be seen that the reflected ultrasonic wave (F) is scattering noise whose main factor is interference by reflected waves at the crystal interface. That is, it can be seen that the reflected ultrasonic wave (F) is not a signal due to the defect K like the reflected ultrasonic wave (D).
このように、観測波形の極大値（極小値でもよい）を被検査体Ｗの内部の欠陥Ｋとして認識するにあたっては、信号採取処理部６にて、収束位置の異なるバースト波Ｍごとに得られた反射超音波の受信波形の極大値あるいは極小値が出現したときの時刻と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶しておき、記憶した時刻の変動値、記憶した極大値の変動値、記憶した極小値の変動値を比較し、バースト波Ｍの収束位置の変化に対する反射超音波の信号の変化、すなわち少なくとも１つ以上が所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、３つの変動値の全てが所定値以下であるとき被検査体Ｗの内部に欠陥Ｋが存在するとして判定する。 In this way, when recognizing the maximum value (or the minimum value) of the observed waveform as the defect K inside the inspection object W, the signal collection processing unit 6 obtains each of the burst waves M having different convergence positions. The time when the maximum value or minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave appears, the size of the maximum value and the minimum value are stored, the stored time fluctuation value, the stored maximum value fluctuation value Then, the fluctuation values of the stored local minimum values are compared, and the change of the reflected ultrasonic signal with respect to the change of the convergence position of the burst wave M, that is, when at least one is a predetermined value or more, it is determined as scattering noise and three fluctuations are detected. When all of the values are equal to or less than the predetermined value, it is determined that the defect K exists inside the inspection object W.
以上述べたように、本実施形態の超音波探傷方法は、球面形状の送信面２１を有する探触子２０（収束型超音波探触子）を用い、且つ探触子２０のリフトオフの量を変化させ、その探触子２０から複数の球面波Ｍ（バースト波Ｍ）を送出し、送出した複数の球面波Ｍの伝播方向（垂直方向）において、互いの距離を検出し、その距離が異なったときにおける反射超音波の受波波形を基にすることにより、簡便に超音波散乱ノイズの影響を抑制しつつ、正確に欠陥Ｋと被検査体Ｗの組織ノイズを弁別することができる。 As described above, the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment uses the probe 20 (convergent ultrasonic probe) having the spherical transmission surface 21 and the amount of lift-off of the probe 20 is set. A plurality of spherical waves M (burst waves M) are transmitted from the probe 20, and the mutual distance is detected in the propagation direction (vertical direction) of the transmitted plurality of spherical waves M, and the distances are different. Therefore, the defect K and the tissue noise of the object W to be inspected can be accurately discriminated while easily suppressing the influence of the ultrasonic scattering noise.
すなわち本実施形態の超音波探傷方法によれば、第１実施形態と同様に、簡便に超音波散乱ノイズの影響を抑制しつつ、正確に被検査体Ｗの内部に存在する欠陥Ｋを検出することができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
That is, according to the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment, as in the first embodiment, the defect K existing inside the inspection subject W is accurately detected while simply suppressing the influence of ultrasonic scattering noise. be able to.
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive.
例えば、第１実施形態では、変更可能なバースト波Ｍの周波数を９．６ＭＨｚ，１０ＭＨｚ，１０．２ＭＨｚの３種類の場合例に挙げて説明しているが、変更可能なバースト波Ｍの周波数は、検出する欠陥Ｋによって適宜選択すればよく、また用いる周波数の数も２つ以上であるならば特に限定しない。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
For example, in the first embodiment, the frequency of the burst wave M that can be changed is described as an example of three types of 9.6 MHz, 10 MHz, and 10.2 MHz. The selection may be made appropriately according to the defect K to be detected, and there is no particular limitation as long as the number of frequencies used is two or more.
In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
１，１０ 超音波探傷装置
２，２０ 探触子
３ 超音波探傷器
４ 信号発生部
５ 増幅部
６ 信号採取処理部
７ 接触媒質（遅延材）
Ｍ 超音波（バースト波）
Ｋ 欠陥（超音波反射体）
Ｗ 被検査体
２１ 送信面
Ｆ 焦点
Ｌ 集束点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 Ultrasonic flaw detector 2,20 Probe 3 Ultrasonic flaw detector 4 Signal generation part 5 Amplification part 6 Signal sampling processing part 7 Contact medium (delay material)
M Ultrasound (burst wave)
K defect (ultrasonic reflector)
W Inspected object 21 Transmission surface F Focus L Focusing point
Claims (5)
前記被検査体の内部での伝播方向に対する波長が互いに異なる複数の超音波を送出して当該被検査体の内部を探傷し、
当該探傷で得られた反射超音波の受波波形を基に、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出するものとし、
前記超音波は、所定の時間に亘って一定の周波数を有する音波が連続して送出されるバースト波とされ、
前記周波数を変化させた複数のバースト波を被検査体の内部に送出して当該被検査体の内部を探傷するものとし、
前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、
前記周波数の異なる前記バースト波ごとに得られた反射超音波の受信波形の極大値あるいは極小値を比較して、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出するものとし、
前記被検査体に対して前記バースト波を送出し、当該被検査体の内部に存在する欠陥を検出するに際しては、
前記反射超音波の受波波形の極大値及び極小値が出現したときの時刻と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶し、
記憶した時刻の変動値、記憶した極大値の変動値、記憶した極小値の変動値の少なくとも１つ以上が所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、前記３つの変動値の全てが所定値以下であるとき前記被検査体の内部に欠陥が存在するとして判定する
ことを特徴とする超音波探傷方法。 Ultrasound for detecting a defect existing inside the inspection object by transmitting an ultrasonic wave to the inspection object and receiving a reflected ultrasonic wave reflected by the defect existing inside the inspection object In the flaw detection method,
Sending out a plurality of ultrasonic waves having different wavelengths with respect to the propagation direction inside the object to be inspected, and detecting the inside of the object to be inspected,
Based on the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained by the flaw detection, it shall detect a defect present inside the object to be inspected ,
The ultrasonic wave is a burst wave in which a sound wave having a constant frequency is continuously transmitted over a predetermined time,
A plurality of burst waves with the frequency changed are sent to the inside of the inspection object to detect the inside of the inspection object,
Sending the burst wave to the object to be inspected, and when detecting a defect present in the object to be inspected,
Comparing the maximum value or the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained for each of the burst waves having different frequencies, and detecting defects present inside the object to be inspected,
Sending the burst wave to the object to be inspected, and when detecting a defect present in the object to be inspected,
Storing the time when the maximum value and the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave appear, and the size of the maximum value and the minimum value;
When at least one of the stored fluctuation value of the time, the stored fluctuation value of the maximum value, or the stored fluctuation value of the minimum value is equal to or greater than a predetermined value, it is determined as scattering noise, and all of the three fluctuation values are predetermined values. An ultrasonic flaw detection method characterized in that it is determined that a defect exists in the inspection object when:
収束位置を変化させた複数のバースト波を被検査体の内部に送出して当該被検査体の内部を探傷することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。 The ultrasonic wave is a burst wave in which a sound wave having a constant frequency is continuously transmitted over a predetermined time and converges to a predetermined position inside the inspection object,
The ultrasonic flaw detection method according to claim 1, wherein a plurality of burst waves whose convergence positions are changed are sent to the inside of the inspection object to detect the inside of the inspection object.
前記収束位置の異なる前記バースト波ごとに得られた反射超音波の受信波形の極大値あるいは極小値を比較して、前記被検査体の内部に存在する欠陥を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波探傷方法。 Sending the burst wave to the object to be inspected, and when detecting a defect present in the object to be inspected,
The defect existing in the inspection object is detected by comparing the maximum value or the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained for each of the burst waves having different convergence positions. ultrasonic flaw detection method according to 3.
前記反射超音波の受波波形の極大値及び極小値が出現したときの時刻と、当該極大値及び極小値の大きさとを記憶し、
記憶した前記時刻の変動値、記憶した前記極大値の変動値、記憶した前記極小値の変動値の少なくとも１つ以上が所定値以上であるとき散乱ノイズと判定し、前記３つの変動値の全てが所定値以下であるとき前記被検査体の内部に欠陥が存在するとして判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波探傷方法。 Sending the burst wave to the object to be inspected, and when detecting a defect present in the object to be inspected,
Storing the time when the maximum value and the minimum value of the received waveform of the reflected ultrasonic wave appear, and the size of the maximum value and the minimum value;
When at least one of the stored fluctuation value of the time, stored fluctuation value of the maximum value, and stored fluctuation value of the minimum value is a predetermined value or more, it is determined as scattering noise, and all of the three fluctuation values are determined. The ultrasonic flaw detection method according to claim 4 , wherein it is determined that a defect exists inside the object to be inspected when the value is equal to or less than a predetermined value.
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