DE102020212600A1

DE102020212600A1 - Ultraschall-Inspektionseinrichtung und Ultraschall-Inspektionsverfahren

Info

Publication number: DE102020212600A1
Application number: DE102020212600.3A
Authority: DE
Inventors: Yuuka Ito; Eiji Yamaguchi; Nayuta Horie; Mizuki Okubo
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US20210109067A1; US11635411B2; CN112649515A; JP7413969B2; JP2021063803A; FR3101951A1

Abstract

Eine Ultraschall-Inspektionseinrichtung beinhaltet: eine Erfassungseinheit, die ein Signal erfasst, das eine Grundwelle und eine erste Oberwelle einer Ultraschallwelle angibt, die dadurch erhalten werden, dass die Ultraschallwelle über ein Inspektionsobjekt durch ein Medium gescannt wird, an jeder Scanposition; eine Recheneinheit, die einen Wert berechnet, welcher durch Dividieren einer ersten Oberwellen-Amplitude durch ein Quadrat einer Grundwellen-Amplitude erhalten wird, an jeder Scanposition; und eine Ausgabeeinheit, die Information zu einem Defekt des Inspektionsobjekts ausgibt, basierend auf dem Wert, welcher durch Dividieren der ersten Oberwelle-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. JP 2019-187887 A , eingereicht beim Japanischen Patentamt am 11. Oktober 2019, deren gesamter Inhalt hierin unter Bezugnahme inkorporiert wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Inspektionseinrichtung und ein Ultraschall-Inspektionsverfahren.
HINTERGRUND
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. JP 2005-106636 A offenbart eine Einrichtung zum Detektieren eines Defekts eines Metallbauteils durch ein nichtlineares Immersions-Ultraschallverfahren. Diese Einrichtung sendet eine Ultraschallwelle (eine Sinus-Stoßwelle) auf ein Metallbauteil, das in Wasser angeordnet ist, und empfängt die Ultraschallwelle, die hindurch penetriert ist. Diese Einrichtung detektiert einen Effekt in ein Metallbauteil, basierend auf einem Wert von A₂/A₁, der ermittelt wird durch Dividieren der zweiten Ableitungs-Amplitude A₂ durch die Grundwellen-Amplitude (Einfallswellen-Amplitude) A₁ der penetriert habenden Ultraschallwelle.
ZUSAMMENFASSUNG
Das nicht-lineare Immersions-Ultraschallverfahren detektiert die Defekte des Metallbauteils unter Verwendung der Ultraschallwellen, die sich durch Wasser ausbreiten, was ein Medium ist, so dass die Nicht-Linearität von Wasser einen Effekt auf die Grundwellenamplitude A₁ und die erste Oberwellen-Amplitude A₂ der Ultraschallwellen ergeben. Der Effekt, dass die Nicht-Linearität vom Wasser nicht immer dasselbe für jede der Grundwellenamplitude A₁ und der ersten Oberwellenamplitude A₂. Daher kann in Defekten von Inspektionsobjekten, welche die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. JP 2005-106636 A beschriebene Einrichtung detektiert, basierend auf dem Wert von A₂/A₁, fehlerhafte Detektionen aufgrund der Nicht-Linearität von Wasser enthalten sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Ultraschall-Inspektionseinrichtung bereit, die in der Lage ist, die Inspektionsgenauigkeit von Defekten von Inspektionsobjekten zu verbessern.
Die Ultraschall-Inspektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: eine Erfassungseinheit, die ein Signal erfasst, dass eine Grundwelle angibt und eine erste Oberwelle einer Ultraschallwelle, wobei die Grundwelle und die erste Oberwelle dadurch erhalten werden, dass die Ultraschallwelle über ein Inspektionsobjekt durch ein Medium gescannt wird, an jeder Scanposition; eine Recheneinheit, die einen Wert berechnet, der erhalten wird durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude durch ein Quadrat der Grundwellenamplitude an jeder Scanposition; und eine Ausgabeeinheit, die Information zu einem Defekt des Inspektionsobjekts ausgibt, basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude durch das Quadrat der Grundwellenamplitude erhalten wird.
In dieser Ultraschall-Inspektionseinrichtung wird das Signal, das die Grundwelle und die erste Oberwelle der Ultraschallwelle angibt, die durch Scannen des Inspektionsobjektes erhalten wird, durch die Erfassungseinheit an jeder Scanposition erfasst. Dann wird der durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhaltene Wert durch die Recheneinheit an jeder Scanposition berechnet. Die Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwellen wird als eine lineare Funktion der Grundwellen-Amplitude beschrieben, in welcher sich eine Nicht-Linearität des Mediums widerspiegelt. Dann wird die erste Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle als eine Quadratfunktion der Grundwellen-Amplitude beschrieben, in welcher die Nicht-Linearität des Mediums widergespiegelt wird. Das heißt, dass in der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle und den Quadratwert der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle Effekte, welche die Nicht-Linearität des Mediums auf die Amplituden gibt, vom selben Grad sind. In einem Zustand, bei dem der Effekt aufgrund der Nicht-Linearität des Mediums durch Verwenden des Verhältnisses der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle zum Quadratwert der UltraschallGrundwellen-Amplitude reduziert ist, kann diese Ultraschall-Inspektionseinrichtung die Beziehung zwischen der ersten Oberwellen-Amplitude und der Grundwellen-Amplitude beschreiben. Daher kann diese Ultraschall-Inspektionseinrichtung eine Detektionsgenauigkeit für einen Defekt des Inspektionsobjekts verbessern, im Vergleich mit der in dem Fall des Detektierens eines Defekts des Inspektionsobjekts, basierend auf einem Wert eines Verhältnisses (A₂/A₁) zwischen der ersten Oberwellen-Amplitude von Ultraschallwellen und der Grundwellen-Amplitude von Ultraschallwellen.
In einer Ausführungsform kann die Ausgabeeinheit ein Bild als Information zu einem Defekt des Inspektionsobjekts ausgeben. In diesem Fall kann die Ultraschall-Inspektionseinrichtung die Position des Defekts des Inspektionsobjekts visualisieren.
In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit einen Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhalten wird, an jeder Scanposition berechnen, und kann die Ausgabeeinheit die Information zu dem Defekt des Inspektionsobjektes ausgeben, basierend auf einem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhalten wird, und einem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird. Die Grundwellen-Amplitude und die erste Oberwellen-Amplitude ändern sich abhängig von der Reflektanz der Ultraschallwellen an der Oberfläche zwischen dem Medium und dem Inspektionsobjekt und der Reflektanz der Ultraschallwellen am Defekt des Inspektionsobjekts. Weiter sind in der Grundwellen-Amplitude und der ersten Oberwellen-Amplitude Effekte, welche die Reflektanz auf die Amplituden ausübt, vom selben Grad. In einem Zustand, bei dem die Effekte aufgrund der Reflektanz reduziert sind, durch Verwenden des Verhältnisses zwischen der Ultraschallgrundwellen-Amplitude und der ersten Ultraschalloberwellen-Amplitude, kann diese Ultraschall-Inspektionseinrichtung die Beziehung zwischen der Ultraschallgrundwellen-Amplitude und der ersten Ultraschalloberwellen-Amplitude beschreiben. Daher kann diese Ultraschall-Inspektionseinrichtung das Verhältnis zwischen der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle und der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle verwenden, um die Effekte zu reduzieren, welche die Reflektanz der Ultraschallwelle auf die Amplituden gibt.
Ein Ultraschall-Inspektionsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: Erfassen eines Signals, das eine Grundwelle und eine erste Oberwelle einer Ultraschallwelle angibt; wobei die Grundwelle und die erste Oberwelle dadurch erhalten werden, dass die Ultraschallwelle über ein Inspektionsobjekt durch ein Medium gescannt wird, an jeder Scanposition; Berechnen eines Werts, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch ein Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, an jeder Scanposition; und Ausgeben von Information zu einem Defekt des Inspektionsobjekts, basierend auf dem durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhaltenen Wert.
In diesem Ultraschall-Inspektionsverfahren werden Signale, welche die Grundwelle und die erste Oberwelle von Ultraschallwellen angeben, die durch Scannen des Inspektionsobjekts erhalten werden, an jeder Scanposition erfasst. Dann wird ein Wert berechnet, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird. Mit anderen Worten, in dem Zustand, bei dem der Effekt aufgrund der Nicht-Linearität des Mediums reduziert ist, durch Verwenden des Verhältnisses der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle zum Quadratwert der Ultraschallgrundwellen-Amplitude kann dieses Ultraschall-Inspektionsverfahren die Beziehung zwischen der ersten Oberwellen-Amplitude und der Grundwellen-Amplitude beschreiben. Daher kann diese Ultraschall-Inspektionsverfahren die Detektionsgenauigkeit für einen Defekt des Inspektionsobjekts verbessern.
Eine Ultraschall-Inspektionseinrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, ein Signal zu erfassen, dass eine Grundwelle und eine erste Oberwelle einer Ultraschallwelle angibt, wobei die Grundwelle und die erste Oberwelle dadurch erhalten werden, dass die Ultraschallwelle über ein Inspektionsobjekt durch ein Medium gescannt wird, an jeder Scanposition; und eine Ausgabeeinheit, die konfiguriert ist, ein mit dem Inspektionsobjekt in Beziehung stehendes Bild auszugeben. Das Bild weist Pixelwerte entsprechend jeder Scan-Position auf, und die Pixelwerte sind Werte, die durch Anwenden einer vorbestimmten Pixelwertumwandlungsregel in Werte erhalten werden, die durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude an der entsprechenden Scanposition durch ein Quadrat der Grundwellenamplitude an jeder Scanposition erhalten werden. In dieser Ultraschallinspektionseinrichtung wird das Signal, welches die Grundwelle und die erste Oberwelle der Ultraschallwelle angibt, die durch Scannen des Inspektionsobjekts erhalten werden, durch die Erfassungseinheit an jeder Scan-Position erfasst. Dann wird das mit dem Inspektionsobjekt in Beziehung stehende Bild durch die Ausgabeeinheit ausgegeben. Das Bild weist Pixelwerte entsprechend jeder Scan-Position auf, und die Pixelwerte sind Werte, die durch Anwenden einer vorbestimmten Pixelwertumwandlungsregel in Werte erhalten werden, die durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude an der entsprechenden Scanposition durch ein Quadrat der Grundwellenamplitude an jeder Scanposition erhalten werden. Daher kann in einem Zustand, in dem die Effekte aufgrund der Reflektanz unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Ultraschallgrundwellenamplitude und der zweiten Oberwellen-Ultraschallamplitude diese Ultraschallinspektionseinrichtung die Beziehung zwischen der Ultraschallgrundwellenamplitude und der zweiten Oberwellen-Ultraschallamplitude visualisieren.
Gemäß der Ultraschall-Inspektionseinrichtung der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Detektionsgenauigkeit für den Defekt des Inspektionsobjekts zu verbessern.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Ultraschall-Inspektionseinrichtungssystems zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen der Ultraschall-Inspektionseinrichtung von 1 zeigt;
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Ausbreitungspfad einer Ultraschallwelle, die ein Inspektionsobjekt 7 scannt, illustriert;
4A und 4B sind Beispiele von Informationen zu einem Defekt eines Inspektionsobjekts;
5 ist ein Flussdiagramm, das Prozesse eines Ultraschall-Inspektionsverfahrens zeigt; und
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Vielzahl von Ausbreitungspfaden von Ultraschallwellen, die das Inspektionsobjekt 7 scannen, illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unten unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass in der nachfolgenden Beschreibung die gleichen oder entsprechenden Elemente durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden und keine redundante Beschreibung wiederholt wird. Die Abmessungsverhältnisse in den Zeichnungen entsprechen nicht immer jenen in der Beschreibung. Die Begriffe „oberer“, „unterer“, „linker“, und „rechter“ basieren auf den in den Figuren gezeigten Zuständen und dienen der Bequemlichkeit.
Konfiguration von Ultraschall-Inspektionssystem
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Ultraschall-Inspektionseinrichtungssystems zeigt. Die X-Richtung und die Y-Richtung in der Figur sind Horizontalrichtungen und die Z-Richtung repräsentiert eine vertikale Richtung. Die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung sind Achsenrichtungen orthogonal zueinander in einem rechteckigen Koordinatensystem in einem dreidimensionalen Raum. Das Ultraschall-Inspektionssystem 100 beinhaltet eine Steuervorrichtung 1, einen Impulsgenerator 2, einen Dividierer 3, eine Antriebseinheit 4, eine Ultraschallsonde 5, einen Wassertank 6, ein Inspektionsobjekt 7, einen Hochfrequenzfilter 8, einen Impulsempfänger 9 und eine Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10. Das Ultraschall-Inspektionssystem 100 scannt das Inspektionsobjekt 7 mit Ultraschallwellen und gibt Information zu Defekten des Inspektionsobjekts 7 aus.
Die Steuervorrichtung 1 ist mit einem Universal-Computer konfiguriert, der eine Arithmetik-Vorrichtung wie eine CPU (Zentraleinheit), eine Speichervorrichtung wie etwa ein ROM (Nur-Lesespeicher), ein RAM (Wahlfrei-Zugriffsspeicher) und ein HDD (Festplattenlaufwerk) aufweist und eine Kommunikationsvorrichtung konfiguriert. Die Steuervorrichtung 1 ist mit dem Impulsgenerator 2, der Antriebseinheit 4 und der Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 verbunden.
Der Impulsgenerator 2 erzeugt eine Spannung und veranlasst die Ultraschallsonde 5, eine Ultraschallwelle zu erzeugen. Der Impulsgenerator 2 ändert die Wellenform der Spannung anhand einer Anweisung aus der Steuervorrichtung 1. Der Impulsgenerator 2 ist mit der Ultraschallsonde 5 und dem Hochfrequenzfilter 8 über dem Dividierer 3 verbunden. Der Impulsgenerator 2 veranlasst die Ultraschallsonde 5, eine Ultraschallwelle entsprechend einer Spannung zu erzeugen. Als ein Beispiel veranlasst der Impulsgenerator 2 die Ultraschallsonde 5, eine Sinus-Stoßwelle zu erzeugen. Eine Sinus-Stoßwelle ist eine Ultraschallwelle einer Sinus-Welle, die momentan erzeugt wird. Die Amplitude oder Frequenz der Sinus-Stoßwelle wird durch die Wellenform einer Spannung, die der Impulsgenerator 2 erzeugt, bestimmt.
Die Antriebseinheit 4 ist über dem Wassertank 6 angeordnet und beinhaltet eine Vielzahl von beweglichen Schäften, welche die Ultraschallsonde 5 bewegen. Die Vielzahl von beweglichen Schäften sind beispielsweise mit Kugelgewinden-Mechanismen in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung konfiguriert. Der Kugelgewinde-Mechanismus wird durch einen Servomotor angetrieben. Die Antriebseinheit 4 bewegt die Ultraschallsonde 5 anhand einer Anweisung aus der Steuervorrichtung 1. Die Antriebseinheit 4 koppelt die Positionsinformation der Ultraschallsonde 5 zur Steuervorrichtung 1 zurück.
Die Ultraschallsonde 5 empfängt eine Spannung aus dem Impulsgenerator 2 und erzeugt eine Ultraschallwelle. Die Ultraschallsonde 5 beinhaltet eine Sondenoberfläche mit einem piezo-elektrischen Element im Inneren. Die Ultraschallsonde 5, die eine Spannung empfängt, erzeugt eine Ultraschallwelle aus der Sondenoberfläche anhand der Spannung. Wenn die Sondenoberfläche eine Ultraschallwelle empfängt, erzeugt die Ultraschallsonde 5 ein elektrisches Signal, welches die empfangene Ultraschallwelle angibt. Das elektrische Signal ist ein Analogsignal aufgrund einer Änderung beim Spannungswert.
Der Wassertank 6 speichert im Inneren Wasser 6a. Das Inspektionsobjekt 7 wird im Wasser 6a durch einen Probentisch 6b innerhalb des Wassertanks 6 gehaltert. Das Wasser 6a fungiert als ein Medium, welches die Ultraschallwellen, welche die Ultraschallsonde 5 erzeugt, zum Inspektionsobjekt 7 propagiert. Als ein Beispiel ist das Inspektionsobjekt 7 ein Kompositmaterial, das mit einer Aluminiumschicht 71 und einer CFRP (Kohlenstofffaser verstärkte Plastik) Schicht 72 konfiguriert ist. Das Inspektionsobjekt 7 reflektiert die sich ausbreitende Ultraschallwelle. Der Probentisch 6b unterstützt das Inspektionsobjekt 7, so dass sich die zum Inspektionsobjekt 7 propagierten Ultraschallwellen nicht zum Wassertank 6 ausbreiten.
Die Ultraschallsonde 5 bestrahlt das Inspektionsobjekt 7 mit Ultraschallwellen. Weiter empfängt die Ultraschallsonde 5 die Ultraschallwellen, die das Inspektionsobjekt 7 reflektiert hat. In dem Fall, bei dem die Ultraschallwelle, welche die Ultraschallsonde 5 abstrahlt, als U definiert ist, beinhaltet die vom Inspektionsobjekt 7 reflektierte Ultraschwelle eine Grundwelle mit derselben Frequenz wie die Ultraschallwelle U und ein n-te Harmonische mit einer Frequenz vom n-fachen der Frequenz der Ultraschallwelle U (n ist eine natürliche Zahl). Es wird Scannen genannt, dass die Ultraschallsonde 5 das Inspektionsobjekt 7 mit den Ultraschallwellen U bestrahlt und die vom Inspektionsobjekt 7 reflektierten Ultraschallwellen empfängt. Die durch Scannen des Inspektionsobjekt 7 erhaltenen Ultraschallwellen beinhalten zumindest eine Grundwelle und eine erste Oberwelle.
Die Ultraschallsonde 5 scannt das Inspektionsobjekt 7 mit einer Ultraschallwelle an einer vorbestimmten Position. Dann bewegt die Antriebseinheit 4 die Ultraschallsonde 5. Die Ultraschallsonde 5 scannt das Inspektionsobjekt 7 wieder mit einer Ultraschallwelle an der Position, zu der sie bewegt worden ist. Die Antriebseinheit 4 bewegt die Ultraschallsonde 5 längs einem vorbestimmten Pfad. Der Pfad, den die Steuervorrichtung 1 steuert, wird durch die Steuervorrichtung 1 voreingestellt, um umfänglich das Inspektionsobjekt 7 mit einer Ultraschallwelle auf der XY-Ebene zu scannen.
Die Ultraschallsonde 5 ist mit der Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 über den Hochfrequenzfilter 8 und den Impulsempfänger 9 verbunden. Die Ultraschallsonde 5 sendet eine Ultraschallwelle, die durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 erhalten wird, an die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 als ein elektrisches Signal.
Der Hochfrequenzfilter 8 beinhaltet beispielsweise eine elektrische Schaltung mit einem variablen Widerstand und einem variablen Kondensator. Der Hochfrequenzfilter 8 reduziert Niederfrequenz-Komponenten niedriger als eine vorbestimmte Frequenz aus dem aus der Ultraschallsonde 5 gesendeten elektrischen Signal. Das aus der Ultraschallsonde 5 gesendete elektrische Signal beinhaltet Komponenten, die eine Ultraschallwelle angegeben, die durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 erhalten wird, wie auch Komponenten aufgrund einer Fluktuation der Stromversorgungsspannung und einer Störung, wie etwa einer abgestrahlten Funkwelle. Ein elektrisches Signal, das eine Ultraschallwelle angibt, die durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 erhalten wird, enthält einen großen Betrag an Hochfrequenz-Komponenten und passiert daher den Hochfrequenzfilter 8. Andererseits beinhalten Fluktuationen bei der Stromversorgungsspannung und Störungen, wie etwa abgestrahlte Funkwellen, eine große Menge an Niederfrequenz-Komponenten und werden daher durch den Hochfrequenzfilter 8 reduziert.
Der Impulsempfänger 9 empfängt ein elektrisches Signal, das eine durch Scannen des Inspektionsobjekt 7 erhaltene Ultraschallwelle angibt, über den Hochfrequenzfilter 8. Der Impulsempfänger 9 beinhaltet beispielsweise eine elektrische Schaltung mit einem Operationsverstärker und einem A/D (Analog-Digital-Wandler). Der Impulsempfänger 9 wandelt eine Änderung beim Spannungswert des empfangenen elektrischen Signals in einen Digitalwert um. Das Digitalsignal ist eine Rechteckwelle des Spannungswerts. Der Impulsempfänger 9 sendet ein Digitalsignal, das eine Grundwelle und eine erste Oberwelle angibt, an die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10.
Die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 gibt Information zu einem Defekt des Inspektionsobjekts 7, basierend auf durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 erhaltenen Ultraschallwellen, aus.
Konfiguration von Ultraschall-Inspektionseinrichtung
2 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen der Ultraschall-Inspektionseinrichtung von 1 zeigt. Die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 beinhaltet eine Erfassungseinheit 11, eine Recheneinheit 12, und eine Ausgabeeinheit 13. Die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 ist mit einem Universal-Computer mit einer Arithmetikvorrichtung wie etwa einer CPU (Zentraleinheit), einer Speichervorrichtung wie etwa einem ROM (Nur-Lesespeicher), einem RAM (Wahlfrei-Zugriffsspeicher) und einer HDD (Festplattenlaufwerk), und einer Kommunikationsvorrichtung konfiguriert.
Die Erfassungseinheit 11 erfasst die Grundwelle und die erste Oberwelle der Ultraschallwelle, welche durch das Inspektionsobjekt 7 scannende Ultraschallsonde 5 erhalten wird, basierend auf dem aus dem Impulsempfänger 9 gesendeten Digitalsignal. Zusätzlich erfasst die Erfassungseinheit 11 die Positionsinformation der Ultraschallsonde 5, welche die Antriebseinheit 4 rückgekoppelt hat, aus der Steuervorrichtung 1. Die Erfassungseinheit 11 kollatiert die erfasste Grundwelle und die erste Oberwelle der Ultraschallwelle mit der Positionsinformation rückgekoppelt aus der Antriebseinheit 4, um die Ultraschall-Grundwelle und die erste Oberschwingungswelle zu assoziieren, welche durch die durch das Inspektionsobjekt 7 scannende Ultraschallsonde 5 erhalten wird, mit der Positionsinformation zu der Zeit, zu der die Ultraschallsonde 5 das Inspektionsobjekt 7 gescannt hat. Das heißt, dass die Erfassungseinheit 11 Signale erfasst, welche die Grundwelle und die erste Oberwelle an jeder Scanposition auf dem Pfad der Ultraschallsonde 5 angeben.
Die Recheneinheit 12 berechnet einen Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, aus dem die Grundwelle und die erste Oberwelle angebenden Signal, welches durch die Erfassungseinheit 11 erfasst wird. Das Prinzip zum Ausgeben von Information zum Defekt des Inspektionsobjekt 7 ist unten beschrieben.
3 ist ein schematisches Diagramm, welches den Ausbreitungspfad von Ultraschallwellen illustriert, die das Inspektionsobjekt 7 scannen. Die aus der Ultraschallsonde 5 gesendeten Ultraschallwellen (siehe 1) penetrieren aus dem Wasser 6a zur Aluminiumschicht 71. Die Ultraschallwelle, welche das Wasser 6a zur Aluminiumschicht 71 penetriert hat, reflektiert an der Adhäsivschnittstelle 7a. Die Ultraschallwellen, die an der Adhäsivschnittstelle 7a reflektiert haben, penetrieren aus der Aluminiumschicht 71 zum Wasser 6a. Die Ultraschallwelle, die sich durch Wasser 6a ausgebreitet hat, wird durch die Ultraschallsonde 5 empfangen. Hier wird die Ultraschalllängswellen-Schallgeschwindigkeit C eines linearen Kontinuums gemäß Hooke's Gesetz allgemein durch Formel (1) repräsentiert, unter Verwendung der Materialdichte ρ des Längselastizitäts-Modulus E und des Poisson's Verhältnisses ν. $C = \sqrt{\frac{E (1 - ν)}{ρ (1 + ν) (1 - 2 ν)}}$
Jedoch gibt die Beziehung zwischen Druck und Zug, die durch Atomkraft bestimmt ist, Nicht-Linearität an. In dem Fall der Berücksichtigung bis hin zum quadratischen Term des Zugs (strain) ε, wird der Druck (stress) σ durch die Formel (2) repräsentiert, unter Verwendung einer elastischen Konstante zweiter Ordnung C_1W des Ausbreitungspfads, der beeinträchtigt ist durch die Nicht-Linearität von Wasser und die elastische Konstante dritter Ordnung C_2W des Ausbreitungspfads, der durch die Nicht-Linearität von Wasser beeinträchtigt ist. $σ = C_{1 W} ε + C_{2 W} ε^{2}$
Die Verschiebung u der ein-dimensionalen Wellengleichung des elastischen Körpers gemäß Formel (2) wird durch Formel (3) gegeben. $u = A_{1 W} exp {i (k x - ω t)} ε + \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} A_{1 W}^{2} k^{2} x exp {21 (k x - ω t)}$
k repräsentiert die Wellenzahl, x repräsentiert die Ausbreitungsdistanz, ω repräsentiert die Winkelfrequenz, t repräsentiert die Zeit und i repräsentiert die Imaginäreinheit. A_1W repräsentiert die Grundwellen-Amplitude mit derselben Frequenz wie derjenigen der Ultraschallwelle U, welche die Ultraschallsonde 5 gesendet hat, wobei die Grundwellen-Amplitude durch die Nicht-Linearität des Wassers 6a beeinträchtigt wird.
Die Grundwellen-Amplitude A₁ und die erste Oberwellen-Amplitude A₂ der Ultraschallwelle, die durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 durch den in 3 gezeigten Ausbreitungspfad erhalten werden, werden durch Formel (4) und Formel (5), basierend auf Formel (3) repräsentiert. $A_{1} = R T_{1} T_{2} A_{1 W}$
$A_{2} = R T_{1} T_{2} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} A_{1 W}^{2} k^{2} x + T_{2} α$
R repräsentiert die Reflektanz der Adhäsiv-Schnittstelle 7a, T1 repräsentiert die Transmittanz aus dem Wasser 6a zur Aluminiumschicht 71, T₂ repräsentiert die Transmittanz aus der Aluminiumschicht 71 zum Wasser 6a und α repräsentiert das Signal aufgrund von Klatschen (Clapping).
Der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhaltene Wert wird durch Formel (6) aufgrund von Formeln (4) und (5) repräsentiert. $\frac{A_{2}}{A_{1}} = \frac{1}{R T_{1} T_{2}} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} k^{2} x + \frac{T_{2} α}{R^{2} T_{1}^{2} T_{2}^{2} A_{1 w}^{2}}$
In Formel (6), die das Verhältnis der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle, die durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 erhalten wird, zum Wert des Quadrats der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle repräsentiert, wird der durch die Nicht-Linearität des Wassers 6a beeinträchtigte Ausdruck von A_1W aus dem ersten Term auf der rechten Seite gelöscht. Weiter ist der zweite Term auf der rechten Seite, der das Signal α aufgrund des Klatschens beinhaltet, ausreichend klein. Dadurch wird ein Wert, der den Effekt der Nicht-Linearität des Wassers 6a reduziert, in der Recheneinheit 12 berechnet. Die Recheneinheit 12 berechnet einen Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude an jeder Scanposition auf dem Pfad der Ultraschallsonde 5 erhalten wird.
Die Ausgabeeinheit 13 gibt Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 an jeder Scanposition des Pfads der Ultraschallsonde 5 aus, basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, der durch die Recheneinheit 12 berechnet wird. Der Defekt des Inspektionsobjekts 7 ist ein Abschnitt, wo die innerhalb des Inspektionsobjekts 7 erzeugte elastische Konstante sich diskontinuierlich ändert und ist beispielsweise ein feiner Riss, der in der Adhäsivschnittstelle 7a zwischen der Aluminiumschicht 71 und der CFRP-Schicht 72 erzeugt wird. Das Verhältnis der durch die Wasser-Nicht-Linearität beeinträchtigten elastischen Konstanten dritter Ordnung C_2W und der durch die Wasser-Nicht-Linearität beeinträchtigten elastischen Konstante zweiter Ordnung C_1W in dem ersten Term auf der rechten Seite der Formel (6) ändert sich entsprechend dem Defektzustand des Inspektionsobjekts 7. Daher beinhaltet das Verhältnis die Defektinformation. Der Zustand von Defekten ist beispielsweise die Breite und Fläche eines in der Adhäsivschnittstelle 7a erzeugten feinen Risses. Daher, beim durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude, gezeigt in 6, erhaltenen Wert ist Information zu dem Defekt des Inspektionsobjekts 7 enthalten, wobei der Effekt der Nicht-Linearität des Wassers 6a reduziert wird. Die Ausgabeeinheit 13 wendet eine vorbestimmte Pixelwertumwandlungsregel auf den Wert an, der durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude durch das Quadrat der Grundwellenamplitude an jeder Scanposition, gezeigt in 6, erhalten wird. Beispielsweise kann die Ausgabeeinheit 13 die Werte, der an jeder Scanposition erhalten werden, mit einem vorbestimmten Umwandlungskoeffizienten multiplizieren, um den Wert in Pixelwerte umzuwandeln und ein Bild erzeugen, das auf dem umgewandelten Pixelwert basiert. D.h., dass das Bild Pixelwerte entsprechend jeder Scan-Position aufweist. Als ein spezifisches Beispiel einer vorbestimmten Pixelwertumwandlungsregel wird eine Prozedur zum Erzeugen eines Graustufenbilds beschrieben. Zuerst assoziiert die Ausgabeeinheit 13 die Scanposition mit der im Bild enthaltenen Pixelposition. Als nächstes assoziiert die Ausgabeeinheit 13 die Abstufung des Bilds mit Defektinformation. Die Ausgabeeinheit 13 assoziiert die Defektinformation mit der Abstufung, so dass der Bereich der Defektinformation, die an jeder Scanposition ermittelt wird, innerhalb der Abstufung des Graustufenbilds ist und die Defektinformation proportional zur Abstufung ist. Beispielsweise assoziiert die Ausgabeeinheit 13 den Minimalwert der Defektinformation mit dem Ton (Schwarz) mit dem schwächsten Licht und assoziiert den Maximalwert der Defektinformation mit dem Ton (weiß) mit dem stärksten Licht. Wenn die Abstufung durch 8 Bit ausgedrückt wird, ist der Pixelwert 0 der Minimalwert der Defektinformation und entspricht A₂/A₁ ² des soliden Anteils. Der Pixelwert 255 ist der Maximalwert der Defektinformation und entspricht A₂/A₁ ² des Defektanteils. Gemäß dieser Umwandlungsregel wird ein Bild, das angibt, dass eine Position mit einer Farbe näher an weiß ein Defektanteil ist, ausgegeben. Die Ausgabeeinheit 13 kann elektrisch das der Scan-Position entsprechende Bildsignal teilen, um das Bildsignal in ein Bildsignal entsprechend einer feineren Scan-Position umzuwandeln. In diesem Fall kann die Genauigkeit des Grenzwerts zwischen dem soliden Anteil (schwarz) und dem Defektanteil (weiß) verbessert werden. Zusätzlich kann die Ausgabeeinheit 13 einen Schwellenwert basierend auf dem A₂/A₁ ² des soliden Anteils einstellen und automatisch den Anteil mit dem Defekt angeben. Beispielsweise kann die Ausgabeeinheit 13 A₂/A₁ ² an einem soliden Ort als einen Schwellenwert voreinstellen, und einen Pixelwert entsprechend A₂/A₁ ² größer als der Schwellenwert als einen defekten Ort angeben.
4A und 4B sind Beispiele von Information zu einem Defekt eines Inspektionsobjekts. 4A zeigt Information zu dem Defekt des Inspektionsobjekts, welche Information basierend auf dem Wert ausgegeben wird, der berechnet wird durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude, basierend auf einem Experiment. Die Information zu dem Defekt des Inspektionsobjekts 7 wird durch die Ausgabeeinheit 13 als ein Bild auf eine zwei-dimensionalen Ebene entsprechend der Scanposition des Pfads der Ultraschallsonde 5 ausgegeben.
4B zeigt Information zu dem Defekt des Inspektionsobjekts 7, welche Information basierend auf dem Wert ausgegeben wird, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude berechnet wird, basierend auf einem Experiment. Es wird bestätigt, dass die Information des Defekts des Inspektionsobjekts 7, der sich in einer zirkulären Form ausbreitet, in 4A im Vergleich zu 4B genau visualisiert ist.
Betrieb von Ultraschall-Inspektionseinrichtung
5 ist ein Flussdiagramm, das Prozesse des Ultraschall-Inspektionsverfahrens zeigt. Das in 5 gezeigte Flussdiagramm wird durch die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 ausgeführt.
Wie in 5 gezeigt, führt die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 zuerst einen Erfassungsprozess (Schritt S11) durch, um eine Position zu erfassen, wo die Ultraschallsonde 5 das Inspektionsobjekt 7 scannt und eine Grundwelle und eine erste Oberwelle von Ultraschallwellen, die durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 erhalten werden. Der Erfassungsprozess (Schritt S11) basiert auf dem aus dem Impulsempfänger 9 ausgegebenen Digitalsignal und dem Feedback aus der Antriebseinheit 4.
Nachfolgend führt die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 einen Rechenprozess (Schritt S12) des Berechnens des Werts durch, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, aus der erfassten Grundwelle der ersten Oberwelle, an jeder Position, wo die Ultraschallsonde 5 das Inspektionsobjekt 7 scannt. Im Rechenprozess (Schritt S12), wie oben beschrieben, in Bezug auf Formel (6), wird die Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 berechnet, bei welchem der Effekt der Nicht-Linearität des Wassers 6a reduziert wird.
Nachfolgend führt die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 einen Ausgabeprozess (Schritt 13) des Ausgebens von Information zu dem Defekt des Inspektionsobjekts 7, basierend auf dem durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhaltenen Werts durch. Die Information zu dem Defekt des Inspektionsobjekts 7, wie etwa Breite und Fläche des feinen Risses, den die Adhäsivschnittstelle 7a beinhaltet, wird durch Änderung beim Wert, der erhalten wird durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude, ausgegeben. Die Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 wird beispielsweise als ein Bild ausgegeben. Wenn der Ausgabeprozess (Schritt S13) endet, endet das in 5 gezeigte Flussdiagramm.
Zusammenfassung von Ausführungsformen
Gemäß der Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 und dem Ultraschall-Inspektionsverfahren werden die Signale, welche die Grundwelle und die erste Oberwelle der Ultraschallwelle angeben, erhalten durch die durch das Inspektionsobjekt 7 scannende Ultraschallsonde 5, durch die Erfassungseinheit 11 an jeder Scanposition auf dem Pfad der Ultraschallsonde 5 erfasst. Ein Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, wird durch den Recheneinheit 12 an jeder Scanposition auf dem Pfad der Ultraschallsonde 5 berechnet. Basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, wird Information zum Defekt der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 aus der Ausgabeeinheit 13 ausgegeben, in welchem der Effekt der Nicht-Linearität des Wassers 6a reduziert wird. Auf diese Weise kann die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 den Defekt des Inspektionsobjekts 7, bei welchem der Effekt der Nicht-Linearität des Wassers 6a reduziert ist, ausgeben. Daher kann die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 und das Ultraschall-Inspektionsverfahren die Detektionsgenauigkeit für den Defekt des Inspektionsobjekts 7 im Vergleich zu derjenigen in dem Fall des Detektierens des Defekts des Inspektionsobjekts 7, basierend auf dem Wert des Verhältnisses (A₂/A₁) der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle und der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle verbessern.
Die Ausgabeeinheit 13 kann ein Bild als Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 ausgeben. Die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 kann den Defekt im Inspektionsobjekt 7 visualisieren.
Modifikation
Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beispielhaften oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Weglassungen, Substitutionen und Änderungen können vorgenommen werden.
Die Ausgabeeinheit 13 muss die Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 nicht als ein Bild ausgeben. Die Ausgabeeinheit 13 kann eine Änderung bei einem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, beispielsweise in einem Graph ausgeben. Die Ausgabeeinheit 13 kann das Inspektionsergebnis, basierend auf der Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 ausgeben. Das Inspektionsergebnis kann beispielsweise ein Bestimmungsergebnis eines nicht-defekten Produktes oder eines defekten Produkts des Inspektionsobjekts 7 sein.
Die Recheneinheit 12 kann einen Wert berechnen, der erhalten wird durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude, der durch Scannen erhaltenen Ultraschallwelle, an jeder Scanposition des Pfads der Inspektionsobjekt 7, und die Ausgabeeinheit 13 kann die Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhalten wird, und dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen erhalten wird, ausgeben. Das Prinzip zum Ausgeben von Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 ist unten beschrieben.
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Vielzahl von Ausbreitungspfaden von Ultraschallwellen illustriert, die das Inspektionsobjekt 7 scannen. Die Ultraschallwellen-Ausbreitungspfade, die durch Scannen des Inspektionsobjekts 7 erhalten werden, beinhalten einen Pfad, wenn Ultraschallwellen auf der externen Schnittstelle 7b der Aluminiumschicht 71 und dem Wasser 6a reflektiert werden, einen Pfad, wenn Ultraschallwellen an dem Geräuschteil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 reflektiert werden und einen Pfad, wenn Ultraschallwellen an dem defekten Teil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 reflektiert werden. Die Reflektanz der externen Schnittstelle 7b zwischen der Aluminiumschicht 71 und dem Wasser 6a ist R_W und die Reflektanz des Geräuschteils der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjektes 7 ist R_G. Da keine der Schnittstellen Nicht-Linearität aufweisen, werden A₂/A₁ ² und A₂'/A₁ ^'2 durch Formeln (7) und (8) repräsentiert, falls das Signal aufgrund des Klatschens α = 0. $\frac{A_{2}}{A_{1}^{2}} = \frac{1}{R_{W} T_{1} T_{2}} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} k^{2} x$
$\frac{A_{2}^{'}}{A_{1}^{' 2}} = \frac{1}{R_{G} T_{1} T_{2}} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} k^{2} x$
A₁' repräsentiert die Grundwellen-Amplitude die an dem Geräuschteil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 reflektierten Ultraschallwelle. A2' repräsentiert die erste Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle, die am Geräuschteil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 reflektiert wird. Das Verhältnis zwischen Formel (7) und Formel (8) wird durch Formel (9) repräsentiert. $\frac{A_{2}^{'}}{A_{1}^{' 2}} / \frac{A_{2}}{A_{1}^{2}} = \frac{R_{W}}{R_{G}}$
Unter Verwendung von Formel (4) wird das Verhältnis der Amplitude der auf der externen Schnittstelle 7b zwischen der Aluminiumschicht 71 und dem Wasser 6a reflektierten Grundwelle zur Amplitude der vom Geräuschteil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 reflektierten Grundwelle durch Formel (10) repräsentiert. $\frac{A_{1}}{A_{1}^{'}} = \frac{R_{W}}{R_{G}}$
Hier, wenn Formel (9) mit Formel (10) transformiert wird, wird Formel (11) erhalten. $\frac{A_{2}^{'}}{A_{1}^{' 2}} / \frac{A_{2}}{A_{1}^{2}} = \frac{1 / R_{G}}{1 / R_{W}} = \frac{A_{1}}{A_{1}^{'}}$
Falls beide Seiten von Formel (11) umgestellt werden, wird Formel (12) erhalten. $\frac{A_{2}^{'}}{A_{1}^{'}} = \frac{A_{2}}{A_{1}}$
Die Reflektanz am defekten Teil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 ist R_F, die Grundwellen-Amplitude der an dem defekten Teil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 reflektierten Ultraschallwelle ist A₁'' und die erste Oberwellen-Amplitude der an dem defekten Teil der Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7 reflektierten Ultraschallwelle ist A₂''. Falls A₂''/A₁'' in derselben Weise wie die Transformation der oben erwähnten Formel gefunden wird, wird Formel (13) erhalten. $\begin{array}{l} \frac{A_{1}}{A_{1}^{''}} = \frac{R_{W}}{R_{F}} \\ \frac{A_{2}^{''}}{A_{1}^{'' 2}} / \frac{A_{2}}{A_{1}^{2}} = \frac{\frac{1}{R_{F} T_{1} T_{2}} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} k^{2} x + \frac{T_{2} α}{R_{F}^{2} T_{1}^{2} T_{2}^{2} A_{1 w}^{2}}}{\frac{1}{R_{W} T_{1} T_{2}} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} k^{2} x} = \frac{1 / R_{F}}{1 / R_{W}} + \frac{\frac{T_{2} α}{R_{F}^{2} T_{1}^{2} T_{2}^{2} A_{1 w}^{2}}}{\frac{1}{R_{W} T_{1} T_{2}} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} k^{2} x} \\ = \frac{R_{W}}{R_{F}} + \frac{A_{1}^{2}}{A_{2}} \frac{T_{2} α}{R_{F}^{2} T_{1}^{2} T_{2}^{2} A_{1 w}^{2}} = \frac{A_{1}}{A_{1}^{n}} + \frac{A_{1}^{2}}{A_{2}} \frac{T_{2} α}{R_{F}^{2} T_{1}^{2} T_{2}^{2} A_{1 w}^{2}} \end{array}$
Falls beide Seiten von Formel (13) umgestellt werden, um die Terme zusammenzufassen, die α enthalten, durch A(α), wird Formel (14) erhalten. $\frac{A_{2}^{''}}{A_{1}^{''}} = \frac{A_{2}}{A_{1}} + A (α)$
Das Verhältnis zwischen der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle und der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle, die durch Scannen der Ultraschallwelle erhalten werden, welche Formel (12) und Formel (14) repräsentieren, ist ein Konstantwert, außer hinsichtlich des Terms A(α), ob die Ultraschallwelle an einer externen Oberfläche 7b, der internen Adhäsivschnittstelle 7a oder dem defekten Teil des Inspektionsobjekts 7 reflektiert wird. Das heißt, dass bei der Grundwellen-Amplitude und der ersten Oberwellen-Amplitude der durch unterschiedliche Ausbreitungspfade reflektierten Ultraschallwelle der Effekt aufgrund der Reflektanz reduziert wird, indem das Verhältnis der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle und der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle genommen werden. In diesem Zustand, wo der Effekt reduziert ist, kann die Beziehung zwischen der Grundwellen-Amplitude von Ultraschallwelle und der ersten Oberwellen-Amplitude von Ultraschallwelle beschrieben werden.
An jeder Scanposition des Pfads der Ultraschallsonde 5 berechnet die Recheneinheit 12 den Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle durch die Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle erhalten wird, und den Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle erhalten wird.
Die Ausgabeeinheit 13 gibt Information zum Defekt des Inspektionsobjekts 7 aus, basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle durch die Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle erhalten wird, und dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude, welchen die Recheneinheit 12 berechnet hat, erhalten wird. Spezifisch vergleicht die Ausgabeeinheit 13 ein Bild, das basierend auf dem durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhaltenen Wert ausgegeben wird, und ein Bild, das basierend auf dem durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhaltenen Wert ausgegeben wird. Die Ausgabeeinheit 13 vergleicht die Bilder zum Ausgeben, dass der Defekt fehlerhaft detektiert wird, aufgrund eines Effekts, den die Reflektanz der Ultraschallwelle auf die Amplitude gibt, wenn der Prozentsatz, zu welchem die defekten Positionen koinzidieren, niedriger als ein gewisser Wert ist. Daher kann die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 den Effekt, den die Reflektanz von Ultraschallwellen auf die Amplitude gibt, reduzieren, basierend auf dem Verhältnis der ersten Ultraschalloberwellen-Amplitude zur Ultraschallgrundwellen-Amplitude und Verhältnis von erster Oberwellen-Amplitude von Ultraschallwelle zum quadrierten Wert von Ultraschallgrundwellen-Amplitude.
Die Erfassungseinheit 11 kann die Ultraschallwelle, die das Inspektionsobjekt 7 penetriert und scannt, erfassen. Das Prinzip des Ausgebens von Information über den Defekt des Inspektionsobjekts 7 ist unten beschrieben.
Die Ultraschallwellen, welche das Inspektionsobjekt 7 scannen, penetrieren die externe Schnittstelle 7b zwischen der Aluminiumschicht 71 und dem Wasser 6a und die Adhäsivschnittstelle 7a des Inspektionsobjekts 7, und zwischen dem CFRP und dem Wasser 6a. In diesem Fall werden die Grundwellen-Amplitude und die erste Oberwellen-Amplitude, welche das Inspektionsobjekt 7 penetriert haben, durch Formeln (15) und (16) repräsentiert. $A_{1} = T_{5} T_{1} T_{3} A_{1 W}$
$A_{2} = T_{5} T_{1} T_{3} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} A_{1 W}^{2} k^{2} x + T_{5} α$
T₃ repräsentiert die Transmittanz aus der Aluminiumschicht 71 zur CFRP-Schicht 72. T₅ repräsentiert die Transmittanz aus der CFRP-Schicht 72 zum Wasser 6a. In dem Fall des Erfassens einer Ultraschallwelle, welche das Inspektionsobjekt 7 penetriert und scannt, wird der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhaltene Wert durch Formel (17), gemäß Formeln (15) und (16) repräsentiert. $\frac{A_{2}}{A_{1}^{2}} = \frac{1}{T_{5} T_{1} T_{3}} \frac{C_{2 W}}{8 C_{1 W}} k^{2} x + \frac{T_{5} α}{T_{5}^{2} T_{1}^{2} T_{3}^{2} A_{1 w}^{2}}$
In Formel (17), ähnlich zur Formel (6), gibt das Verhältnis zwischen der ersten Oberwellen-Amplitude der Ultraschallwelle und dem quadrierten Wert der Grundwellen-Amplitude der Ultraschallwelle an, dass der A_1W Term, der durch die Nicht-Linearität des Wassers 6a beeinträchtigt wird, aus dem ersten Term auf der rechten Seite verschwunden ist. Daher, auch in dem Fall, bei die Erfassungseinheit 11 eine Ultraschallwelle erfasst, welche das Inspektionsobjekt 7 penetriert und scannt, kann die Ultraschall-Inspektionseinrichtung 10 den Defekt der Inspektionsobjekt 7, in welchem die Einrichtung den Effekt der Nicht-Linearität des Wassers 6a reduziert, ähnlich zu dem Fall des Erfassens der auf dem Inspektionsobjekt 7 reflektierenden und dieses scannenden Ultraschallwellen ausgeben.
Bezugszeichenliste

100: Ultraschall-Inspektionssystem,
1: Steuervorrichtung, Impulsgenerator,
3: Dividierer,
4: Antriebseinheit,
5: Ultraschallsonde,
6,: Wassertank,
7: Inspektionsobjekt,
8: Hochfrequenzfilter,
9: Impulsempfänger,
10: Ultraschall-Inspektionseinrichtung,
11: Erfassungseinheit,
12: Recheneinheit,
13: Ausgabeeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019187887 A [0001]
JP 2005106636 A [0003, 0004]

Claims

Ultraschall-Inspektionseinrichtung, umfassend: eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, ein Signal zu erfassen, dass eine Grundwelle und eine erste Oberwelle einer Ultraschallwelle angibt, wobei die Grundwelle und die erste Oberwelle dadurch erhalten werden, dass die Ultraschallwelle über ein Inspektionsobjekt durch ein Medium gescannt wird, an jeder Scanposition; eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, einen Wert zu berechnen, der erhalten wird durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude durch ein Quadrat der Grundwellenamplitude an jeder Scanposition; und eine Ausgabeeinheit, die konfiguriert ist, Information zu einem Defekt des Inspektionsobjekts auszugeben, basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude durch das Quadrat der Grundwellenamplitude erhalten wird.
Ultraschall-Inspektionseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ausgabeeinheit ein Bild als Information zum Defekt des Inspektionsobjekts ausgibt.
Ultraschall-Inspektionseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Recheneinheit an jeder Scanposition einen Wert berechnet, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhalten wird, und die Ausgabeeinheit Information zum Defekt des Inspektionsobjekts ausgibt, basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhalten wird, und dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird.
Ultraschall-Inspektionseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Recheneinheit an jeder Scanposition einen Wert berechnet, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhalten wird, und die Ausgabeeinheit Information zum Defekt des Inspektionsobjekts ausgibt, basierend auf dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch die Grundwellen-Amplitude erhalten wird, und dem Wert, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird.
Ultraschall-Inspektionsverfahren, umfassend: Erfassen eines Signals, das eine Grundwelle und eine erste Oberwelle einer Ultraschallwelle angibt; wobei die Grundwelle und die erste Oberwelle dadurch erhalten werden, dass die Ultraschallwelle über ein Inspektionsobjekt durch ein Medium gescannt wird, an jeder Scanposition; Berechnen eines Werts, der durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch ein Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhalten wird, an jeder Scanposition; und Ausgeben von Information zu einem Defekt des Inspektionsobjekts, basierend auf dem durch Dividieren der ersten Oberwellen-Amplitude durch das Quadrat der Grundwellen-Amplitude erhaltenen Wert.
Ultraschall-Inspektionseinrichtung, umfassend: eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, ein Signal zu erfassen, dass eine Grundwelle und eine erste Oberwelle einer Ultraschallwelle angibt, wobei die Grundwelle und die erste Oberwelle dadurch erhalten werden, dass die Ultraschallwelle über ein Inspektionsobjekt durch ein Medium gescannt wird, an jeder Scanposition; eine Ausgabeeinheit, die konfiguriert ist, ein mit dem Inspektionsobjekt in Beziehung stehendes Bild auszugeben, wobei das Bild Pixelwerte entsprechend jeder Scan-Position aufweist, und die Pixelwerte Werte sind, die durch Anwenden einer vorbestimmten Pixelwertumwandlungsregel in Werte erhalten werden, die durch Dividieren der ersten Oberwellenamplitude an der entsprechenden Scanposition durch ein Quadrat der Grundwellenamplitude an jeder Scanposition erhalten werden.