CN107271549B - 超声波探伤系统的控制装置以及超声波探伤系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使在检查对象的平面部分中设置了传感器的情况下也能够识别GL的超声波探伤系统的控制装置以及超声波探伤系统。发送传感器(1T)是将长方体的元件一维排列而构成的，发送中心频率的波长为λ的超声波。接收传感器(1R)是将长方体的元件一维排列而构成的，接收超声波的反射波。发送传感器(1T)和接收传感器(1R)被配置成夹着检查对象(301)。接收传感器(1R)接收在最小扫描角Φmin以上、最大扫描角Φmax以下的ML扫描时生成的GL中产生的伪信号。

Description

超声波探伤系统的控制装置以及超声波探伤系统

本申请是申请号为201410636366.8，申请日为2014年11月6日，发明名称为“超声波探伤传感器以及超声波探伤方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及使用了发送用传感器和接收用传感器的超声波探伤传感器以及超声波探伤方法。

背景技术

最初，说明一般的相控阵列超声波探伤方法(以下将超声波探伤记载为UT(Ultrasonic Testing))的原理。如图8所示，构成UT传感器的长方体的超声波元件(以下记述为元件)成为平行排列。通过调整元件之间的超声波发出开始时间差(以下记述为延迟时间)而使超声波同时到达焦点，提高焦点的声压来进行探伤。通过调整延迟时间来变更焦点位置，扫描超声波。

由该结构构成的阵列传感器的元件间距的制约因子如下所述。在使主瓣(mainlobe，以下记述为ML)收敛于焦点时，如图9所示，除了ML以外，还产生超声波的相位对齐的栅瓣(grating lobe，以下记述为GL)。通过数学式(1)记述GL相对ML的发生角Δφ(例如，参照非专利文献1的p.3的第16行)。

2d·sinΔφ＝n·λ 数学式(1)

此处，

d：元件间距[mm]

n：整数

λ：超声波波长[mm]。

在GL的入射方向上有反射源的情况下，发生误识别为ML的反射波的伪信号。因此，传感器的元件间距d被限定于不发生用数学式(2)记述的GL的范围。

n·λ÷2d＝sinθ>1

d<λ÷2(n＝1) 数学式(2)

另一方面，作为利用传感器面积扩大的相控阵列UT的灵敏度提高方法，已知使超声波元件间距成为λ/2以上的传感器(例如参照专利文献1)。另外，已知组合了相对检查对象的设置角不同的多个阵列传感器的超声波探测器(例如参照专利文献2)。

【专利文献1】日本特开2009-293980号公报

【专利文献2】日本特开2013-42974号公报

【非专利文献1】http：//www.mlit.go.jp/chosahokoku/h16giken/h15/pdf/0502.pdf

发明内容

在专利文献1所示那样的传感器中，发生GL。此处，在GL发生方向上有反射源的情况下，发生伪信号，所以需要与在ML中发生了的信号进行识别。

相对于此，在专利文献2所示那样的探测器中，通过组合相对检查对象的设置角不同的多个阵列传感器，能够识别GL。

如图10所示，在用该结构的探测器的左侧的阵列传感器对反射源进行了探伤的情况下，由于入射ML，所以检测强的回波。在用中央的传感器探伤了的情况下，通过GL检测弱的回波。在用右侧的传感器探伤了的情况下，未检测到反射波。能够利用这些阵列传感器的每一个的反射回波举动的差异，来识别GL所致的反射。

但是，在想要将专利文献2记载那样的传感器应用于外形为平面的检查对象的情况下，存在无法使传感器直接接触这样的问题。

本发明的目的在于提供一种即使在检查对象的平面部分中设置了传感器的情况下也能够识别GL的UT传感器以及UT方法。

为了达成上述目的，本发明具备：发送传感器，将长方体的元件一维排列而构成，发送中心频率的波长为λ的超声波；以及接收传感器，将长方体的元件一维排列而构成，接收所述超声波的反射波，所述发送传感器和所述接收传感器被配置成夹着检查对象，所述接收传感器接收通过最小扫描角Φmin以上且最大扫描角Φmax以下的ML扫描时生成的GL产生的伪信号。

根据本发明，即使在检查对象的平面部分中设置了传感器的情况下也能够识别GL。上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明将变得明确。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的GL识别方法的概念图。

图2A是在不进行GL的识别的超声波探伤中必要的接收传感器的最短长度的说明图。

图2B是本发明的第一实施方式的超声波探伤传感器的结构图。

图3是本发明的第一实施方式的超声波探伤方法的流程图。

图4是具备本发明的第一实施方式的超声波探伤传感器的超声波探伤系统的流程图。

图5是本发明的第二实施方式的GL识别方法的概念图。

图6A是在不进行GL的识别的超声波探伤中必要的发送传感器的最短长度的说明图。

图6B是本发明的第二实施方式的超声波探伤传感器的结构图。

图7是本发明的第二实施方式的超声波探伤方法的流程图。

图8是相控阵列超声波探伤方法的原理的说明图。

图9是GL的发生机构的说明图。

图10是使用了组合了相对检查对象的设置角不同的多个阵列传感器的传感器的GL的识别方法的说明图。

(附图标记说明)

1：超声波探伤传感器；2：检查对象；5：超声波元件；8：超声波探伤装置；9：控制PC；21：CPU(控制部)；22：硬盘驱动器(HDD)；23：随机访问存储器(RAM)；24：只读存储器(ROM)；25：I/O端口；26：键盘；27：记录介质；28：监视器；29：A/D转换器；30：D/A转换器；100：超声波探伤系统；101：试验体形状、试验体音速、超声波探伤位置、构成元件数、元件间距的向控制PC的输入步骤；102：试验体上的传感器位置测定步骤；103：GL发生角的计算步骤；104：GL发生方向的反射源有无的评价步骤；105：GL接收位置的评价步骤；201：试验体形状、试验体音速、超声波探伤位置、构成元件数、元件间距的向控制PC的输入步骤；202：试验体上的传感器位置测定步骤；203：GL发生角的计算步骤；204：GL发生方向的反射源有无的评价步骤；205：GL入射方向的利用ML的探伤步骤；1：超声波探伤传感器；1T：发送传感器；1R：接收传感器；301：检查对象(试验体)。

具体实施方式

(第一实施方式)

使用图1～图4以及数学式(1)、数学式(3)～(4)，说明本发明的第一实施方式的超声波探伤传感器以及超声波探伤方法。

最初，使用图1，说明第一实施方式中的GL识别方法的概要。UT传感器1具备发送传感器1T和接收传感器1R。发送传感器1T和接收传感器1R是以夹着检查对象301的方式配置的。发送传感器1T是将长方体的元件(压电元件)一维排列而构成的，并发送超声波。接收传感器1R也是将长方体的元件一维排列而构成的，并接收在检查对象内301产生的超声波的反射波。

在本实施方式的UT中，

(i)通过超声波探伤，测定检查对象上的传感器的位置。

图1所示的箭头AR1表示从发送传感器1T发送了的入射波在检查对象301的角反射了的反射波。另外，箭头AR2表示从接收传感器1R发送了的入射波在检查对象301的角反射了的反射波。这样，通过测定发送传感器1T或者接收传感器1R与检查对象301的角等超声波反射率高的特征回波源的距离和角度，测定发送传感器1T以及接收传感器1R相对检查对象301的位置。进而，通过在发送传感器1T与接收传感器1R之间发送接收超声波，也可以通过测量传感器之间的相对位置，来提高位置测定精度。

(ii)根据元件间距，使用数学式(1)，计算GL发生角，

(iii)评价(判断)GL入射方向上的反射源的有无，

(iv)在GL入射方向上有反射源的情况下，测定(评价)反射波的接收位置。接收传感器1R上的ML的接收位置和GL的接收位置不同，所以根据接收位置的测定结果，识别ML和GL。

接下来，使用图2，示出本发明的第一实施方式的UT方法的实施中所需的传感器结构。图2A是用于说明在不进行GL的识别的UT中必要的接收传感器的最短长度Lmin1的图。Lmin1通过数学式(3)记述。

Lmin1＝W{tan(Φmax)-tan(Φmin)}+L0(3)

此处，

W：检查对象宽度(试验体宽度)

Φmax：超声波扫描角的最大值

Φmin：超声波扫描角的最小值

L0：缺陷检测所需的传感器的长度

在图2A中，关于粗线所示的检查范围ΔW，通过扫描角为Φmin以上并且Φmax以下的ML实施扫描。缺陷检测所需的发送传感器1T的长度L0是为了检测规定的大小的缺陷而所需的发送传感器1T的长度的最小值，是规定值。

图2B是本发明的第一实施方式的UT传感器1的结构图。如图2B的记载那样，在本实施方式中，接收角度扩大GL的发生角Δφ，所以超声波探伤所需的接收传感器1R的最短长度Lmin2通过数学式(4)记述。

Lmin2＝W{tan(Φmax+Δφ)-tan(Φmin-Δφ)}+L0(4)

这样，在本实施方式中，根据反射波的接收位置，识别ML和GL，所以使用比不进行ML和GL的识别的以往的UT方法的传感器更长的接收传感器1R。由此，能够用接收传感器1R，接收通过检查范围ΔW反射的在ML扫描时产生的GL。

接下来，使用图3以及图4，说明第一实施方式的GL识别步骤。图3是本发明的第一实施方式的UT方法的流程图。图4是具备本发明的第一实施方式的UT传感器1的UT系统100的流程图。UT系统100由控制PC9、UT装置8、UT传感器1构成。

图3所示的步骤101是向控制PC9的试验体形状、试验体音速、超声波探伤位置、构成元件数、元件间距的输入步骤。关于这些输入参数，使用控制PC9的键盘26、记录介质27中的一个以上的装置而输入，经由控制PC9的I/O端口25传递给CPU21。然后，输入参数记录于随机访问存储器23(RAM)、硬盘驱动器22(HDD)中的一个以上的存储媒体。作为记录介质27，使用DVD、蓝光等。另外，作为HDD22，使用磁存储媒体、SSD等。

步骤102是检查对象301上的传感器位置测定步骤。通过UT来测定检查对象301的角等反射源位置与发送用传感器1T、接收用传感器1R的距离、角度，测定检查对象301上的传感器位置以及传感器之间的相对位置。

步骤103是GL发生角的计算步骤。由CPU21执行在只读存储器24(ROM)、RAM23、HDD22中的一个以上的存储媒体中储存了的数学式(1)的计算程序，计算GL发生角Δφ。计算结果存储于RAM23、HDD22中的一个以上的存储媒体，并且经由I/O端口25显示于监视器28。

步骤104是GL发生方向的反射源的有无的评价步骤。根据在步骤101中输入了的检查对象形状、和在步骤102中测定了的检查对象上的传感器位置的测定结果，由CPU21评价GL发生方向的反射源的有无，在有反射源的情况下，计算接收位置。计算结果存储于RAM23、HDD22中的一个以上的存储媒体，并且经由I/O端口25显示于监视器28。

步骤105是接收传感器1R上的反射波的接收位置的测定步骤。由CPU21根据接收强度最强的接收传感器1R的元件位置，测定接收位置。接收位置的测定结果储存于RAM23、HDD22中的一个以上的存储媒体，并且经由I/O端口25显示于监视器28。

进而，通过比较在步骤104中计算了的GL的接收位置和测定了的反射波的位置，评价是否为在GL中产生了的伪信号。

如以上说明，根据本实施方式，即使在检查对象的平面部分中设置了传感器的情况下也能够识别GL。因此，能够实现相控阵列UT的高灵敏度化和高S/N化。

(第二实施方式)

使用图5～图7以及数学式(1)、数学式(5)，说明本发明的第二实施方式中的UT传感器以及UT方法。另外，在图5～图7中，对与图1～图4相同的部分，附加同一符号。

最初，使用图5，说明第二实施方式中的GL识别方法的概要。

在本实施方式的超声波探伤中，也与第一实施方式同样地，

(i)通过超声波探伤，测定检查对象上的传感器的位置，

(ii)使用数学式(1)，计算GL发生角，

(iii)评价GL入射方向上的反射源的有无。

与第一实施方式的不同点在于，

(iv)在有反射源的情况下，向GL发生方向入射ML，通过比较GL入射时和ML入射时的反射强度，识别GL。

图6示出本实施方式中的传感器结构。图6A是在不进行GL的识别的以往的UT中必要的发送传感器的最短长度L1的说明图。L1通过数学式(5)记述。

L1＝h1-W1·tan(Φmax)+L0 (5)

此处，

h1：检查位置和最小扫描角发出中心位置的距离

W1：从发送传感器设置位置至检查对象位置的距离

为了成为不发生GL的UT传感器，需要在L1全长下使元件间距成为λ/2以下。

另一方面，关于图6B的本实施方式的发送传感器1T的长度Lt，成为Lt≥L1，并且仅在从最小扫描角发出中心位置起±L0/2的范围内，使元件间距d成为λ/2以下。由此，成为从最小扫描角的超声波发出位置不发生GL的传感器结构。

另外，使最大扫描角成为超声波反射效率高的最大值55°，使GL的入射角成为55°以上、即反射效率低的入射角。在该情况下，在发送传感器两端进行了探伤的情况下，不发生GL，所以不需要其识别。另外，在从最小扫描角发出中心位置起±L0/2以外的长度范围内，能够通过本实施例中的超声波探伤方法来识别GL，所以能够使元件间距d成为λ/2以上。

因此，能够减少发送传感器1T的元件数。另外，与第一实施方式不同，即使使接收传感器1R成为用数学式(3)记述的以往的UT中的接收传感器1R的长度，也能够识别GL。

接下来，使用图7以及图4，说明第二实施方式的GL识别步骤。图7是本发明的第二实施方式的UT方法的流程图。

步骤201是与步骤101同样的、试验体形状、试验体音速、超声波探伤位置、构成元件数、元件间距的向控制PC9的输入步骤。

步骤202是与骤102同样的、检查对象301上的传感器位置的测定步骤。

步骤203是与步骤103同样的、GL发生角的计算步骤。

步骤204是与步骤104同样的、GL发生方向的反射源的有无的评价步骤。

步骤205是通过ML对GL发生方向进行探伤的步骤。ML与GL相比，强度更强，所以在ML入射时测定了强的反射的情况下，能够判断为由于GL的反射而产生了的噪声。在向计算了的GL发生方向入射了ML时测定到了强的反射的情况下，判断为伪信号。

如以上说明，根据本实施方式，即使在检查对象的平面部分中设置了传感器的情况下也能够识别GL。因此，能够实现相控阵列UT的高灵敏度化和高S/N化。

“另外，本发明不限于上述实施例，而包括各种变形例。上述实施例用于易于理解地说明本发明，并不一定限定为具有所说明的所有结构。另外，还能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，还能够对某个实施例的结构附加其他实施例的结构。另外，还能够针对各实施例的结构的一部分，实施其他结构的追加·删除·置换。”

另外，在第一实施方式中的UT中，也可以在步骤105之后实施步骤205。

另外，也可以将第一实施方式的接收传感器1R用于第二实施方式中的UT方法，也可以将第二实施方式的发送传感器1T用于第一实施方式中的UT方法。

Claims (5)

1.一种超声波探伤系统的控制装置，其中，

该超声波探伤系统具有：

超声波探伤传感器，具备发送传感器以及接收传感器；以及

超声波探伤装置，连接有该超声波探伤传感器，

该超声波探伤系统的控制装置的特征在于，具有：

发生角计算部，计算栅瓣的发生角Δφ；

第1评价部，根据检查对象的形状和相对检查对象的所述发送传感器以及所述接收传感器的位置，评价栅瓣发生方向的反射源的有无；

反射波接收位置测定部，通过所述接收传感器测定反射波的接收位置；以及

第2评价部，通过比较基于所计算的发生角Δφ的栅瓣的接收位置、和所测定的反射波的接收位置，评价是否为栅瓣的反射波。

2.根据权利要求1所述的超声波探伤系统的控制装置，其特征在于，具有：

主瓣发送部，使所述发送传感器向栅瓣的发生方向发送主瓣；以及

噪声判断部，在基于所计算的发生角Δφ的栅瓣的接收位置上测定出主瓣所致的反射波的情况下，判断为是栅瓣所致的噪声。

3.一种超声波探伤系统，具有：

超声波探伤传感器，具备发送传感器以及接收传感器；

超声波探伤装置，连接有该超声波探伤传感器，以及

控制装置，连接于该超声波探伤装置，

该超声波探伤系统的特征在于，

所述控制装置具有：

发生角计算部，计算栅瓣的发生角Δφ；

第1评价部，根据检查对象的形状和相对检查对象的所述发送传感器以及所述接收传感器的位置，评价栅瓣发生方向的反射源的有无；

反射波接收位置测定部，通过所述接收传感器测定反射波的接收位置；以及

第2评价部，通过比较基于所计算的发生角Δφ的栅瓣的接收位置、和所测定的反射波的接收位置，评价是否为栅瓣的反射波。

4.根据权利要求3所述的超声波探伤系统，其特征在于，

所述超声波探伤传感器针对表示检查对象的宽度的检查对象宽度W、在缺陷检测中所需的所述发送传感器的长度L0、所述发生角Δφ、所述接收传感器的长度Lr、最大扫描角Φmax、最小扫描角Φmin，满足

Lr≥W{tan(Φmax+Δφ)-tan(Φmin-Δφ)}+L0，

发送传感器的元件间距是λ/2以上，λ是超声波波长。

5.根据权利要求3所述的超声波探伤系统，其特征在于，

所述超声波探伤传感器针对

h1：检查位置与最小扫描角发出中心位置的距离

W1：从发送传感器设置位置至检查位置的最短距离

L0：在缺陷检测中所需的所述发送传感器的长度

Lt：所述发送传感器的长度

Φmax：最大扫描角

和发送传感器的最短长度L1，满足

Lt≥h1-W1.tan(Φmax)+L0，

使从最小扫描角发出中心位置起±L0/2的范围的元件间距成为λ/2以下，使除此以外的范围的元件间距成为λ/2以上，并且使最大扫描角成为55°，λ是超声波波长。