JP2002257799A - Flaw detection method and flaw detection device for solid shaft member - Google Patents

Flaw detection method and flaw detection device for solid shaft member

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Publication number
JP2002257799A
JP2002257799A JP2001053978A JP2001053978A JP2002257799A JP 2002257799 A JP2002257799 A JP 2002257799A JP 2001053978 A JP2001053978 A JP 2001053978A JP 2001053978 A JP2001053978 A JP 2001053978A JP 2002257799 A JP2002257799 A JP 2002257799A
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JP
Japan
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ultrasonic
flaw detection
flaw
shaft member
solid shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001053978A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Yamano
正樹 山野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26Scanned objects
    • G01N2291/269Various geometry objects
    • G01N2291/2696Wheels, Gears, Bearings

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic flaw detection method capable of easily and precisely detecting only the echo of a flaw present in a solid shaft member. SOLUTION: This ultrasonic flaw detection method for solid shaft member comprises the step of bringing an array probe formed of a plurality of ultrasonic oscillators provided on a plane into contact with the end surface of the solid shaft member, the step of imparting a transmit-receive delay to the oscillator group formed of two or more of a prescribed number of ultrasonic oscillators among the ultrasonic oscillators constituting the array probe so that the ultrasonic beams can be transmitted and received in a preset target position to perform a flaw detection, the step of scanning the ultrasonic beams in the vicinity of the target position in the axial direction and/or circumferential direction of the solid shaft member by changing the time of the transmit-receive delay within a prescribed range, the step of subjecting a flaw detection signal in each position obtained in the scanning to moving average processing, and the step of performing a flaw judgment on the basis of the flaw detection signal after the moving average processing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、中実軸部材に存在
するきずを超音波探傷する方法及び装置に関し、特に、
鉄道中実車軸などの軸部材を自動探傷し、外周面に発生
する割れきず及び内在きずを精度良く検出するのに好適
な中実軸部材の超音波探傷方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for ultrasonically detecting flaws present on a solid shaft member.
The present invention relates to an ultrasonic flaw detection method and apparatus for a solid shaft member suitable for automatically detecting a shaft member such as a railroad solid axle and accurately detecting cracks and internal defects generated on an outer peripheral surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、JR在来線、0系及び100
系新幹線並びに民間鉄道の車両には、中実車軸が使用さ
れている(200系以降の新幹線では、質量軽減のため
車軸中心部を直径60mm程度でくり抜いた中ぐり車軸
が採用されている)。斯かる車軸は、鉄道車両の安全性
を支える重要な走行装置の一部品であるが、フェイルセ
ーフ構造とはなっていないため、走行中に折損するよう
なことになれば重大な事故に結びつく恐れがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, JR conventional lines, series 0 and 100
Solid axles are used for trains of the system Shinkansen and private railways. (Shinkansen trains of the 200 series and after use a boring axle with a central part of the axle hollowed out with a diameter of about 60 mm to reduce mass). Such an axle is an important part of the traveling equipment that supports the safety of railway vehicles, but it does not have a fail-safe structure, so if it breaks during traveling, it may lead to a serious accident. There is.

【0003】そこで、所定の走行距離毎に必ず超音波探
傷が行われ、安全性を確保している。中実車軸の超音波
検査方法としては、例えば「超音波試験技術−理論と実
際−」(クラウトクレーマー著 日本能率協会)(19
80年2月25日発行)の第326頁〜332頁に記載
されているように、車軸端面又は軸周面に配置した超音
波探触子から車軸内部に超音波を入射し、きずによって
反射した超音波を前記探触子で受信する方法が採用され
ている。
[0003] Therefore, ultrasonic flaw detection is always performed at a predetermined traveling distance to ensure safety. As an ultrasonic inspection method for a solid axle, for example, "Ultrasonic Testing Technology-Theory and Practice-" (Kraut Kramer, Japan Management Association) (19)
As described on pages 326 to 332 of February 25, 1980), ultrasonic waves enter the interior of the axle from an ultrasonic probe disposed on the axle end surface or the shaft peripheral surface and are reflected by the flaw. A method is employed in which the probe receives the generated ultrasonic waves.

【0004】ここで、軸周面上には車輪、駆動ギア、ブ
レーキディスク等が圧入又は焼きばめで取り付けられて
いる。また、車輪間の軸表面は著しく腐食している場合
が多いため、車軸端面から探傷する方法が有効である。
つまり、焼きばめられた車輪等を車軸から取り外すこと
なく探傷可能であると共に、腐食した軸表面を研磨する
手間が掛からず効率的に探傷することができるためであ
る。
Here, wheels, drive gears, brake discs and the like are mounted on the shaft peripheral surface by press fitting or shrink fitting. Further, since the shaft surface between the wheels is often significantly corroded, a method of detecting flaws from the axle end face is effective.
That is, flaw detection can be performed without removing the shrink-fitted wheels or the like from the axle, and the flaw detection can be performed efficiently without the need for polishing the corroded shaft surface.

【0005】車軸端面からの探傷は、通常、図8に示す
ような複数(4個)の超音波探触子100からなる探触
子群を、車軸端面の中心に存在するセンターポンチ孔に
センターポンチ200を挿入することにより、車軸端面
に接触させた後、前記探触子群をセンターポンチ200
周りに所定の速度で回転させながら行われている。各探
触子100は、所定の屈折角度(図9に示す例では、1
5度、13度、10度及び4度の4種類)を有してお
り、各探触子100が円周方向に回転することで、4つ
の狙い位置(図9(b)にA〜Dで示す)における全周
検査(円周走査)を実現している。
[0005] In the flaw detection from the axle end face, a probe group composed of a plurality of (four) ultrasonic probes 100 as shown in FIG. 8 is usually inserted into a center punch hole located at the center of the axle end face. After inserting the punch 200 into contact with the end surface of the axle, the probe group is moved to the center punch 200.
It is performed while rotating at a predetermined speed around. Each probe 100 has a predetermined refraction angle (1 in the example shown in FIG. 9).
5 degrees, 13 degrees, 10 degrees, and 4 degrees), and each probe 100 rotates in the circumferential direction so that four target positions (A to D in FIG. 9B) are obtained. (Indicated by) is realized.

【0006】ここで、上記従来技術における探傷阻害要
因となるのは、車軸と車輪のはめあい部、又は車軸とギ
ア部のはめあい部で生じるいわゆる圧入エコーの存在で
ある。図11は、きずエコーの前に観察される、車軸と
車輪のはめあい部からの圧入エコーの事例を示す。圧入
エコーは、2種類の金属材料(図11の例では車軸と車
輪)の表面粗さに起因して生じる、はめあい部の微小な
凹凸(空隙)からの反射エコーが重畳したものと推定さ
れておリ、きずエコーと異なり比較的幅広い(持続時間
の長い)信号であり、大部分はきずエコー強度に比べて
低い強度の信号となっている。
[0006] Here, the factor that hinders flaw detection in the prior art is the presence of a so-called press-in echo generated at a fitting portion between the axle and the wheel or a fitting portion between the axle and the gear portion. FIG. 11 shows an example of a press-fit echo from the axle-wheel fit, which is observed before the flaw echo. It is presumed that the press-fit echo is caused by superposition of reflected echoes from minute irregularities (voids) of the fitting portion, which are caused by surface roughness of two kinds of metal materials (the axle and the wheel in the example of FIG. 11). Unlike the flaw echo, it is a relatively wide signal (having a long duration), and most of the signals have a lower intensity than the flaw echo intensity.

【0007】しかしながら、重畳の仕方如何によって
は、局部的にきずエコーと比肩し得る強度のものが発生
する場合があり、単純な固定しきい値によるきず判定で
は、圧入エコーをきずと誤検出する可能性が高い。
However, depending on the method of superimposition, there may be a case where the intensity is locally comparable to the flaw echo. In the flaw judgment using a simple fixed threshold value, the press-fit echo is erroneously detected as a flaw. Probability is high.

【0008】この問題を解決する手段として、例えば、
特開平10−206396号公報に記載された発明が知
られている。前記公報記載の発明は、多数の健全な車軸
を探傷することにより、きずのない車軸の探傷波形を採
取し、この探傷波形に基づいて、図11に示したような
自在形状のしきい値を予め定めておく。そして、斯かる
自在形状のしきい値を越えるエコーが検出された場合
に、きずありと判定するものである。
As means for solving this problem, for example,
The invention described in JP-A-10-206396 is known. According to the invention described in the above-mentioned publication, a flaw detection waveform of a flawless axle is sampled by flaw detection of a large number of healthy axles, and based on the flaw detection waveform, a threshold value of a free shape as shown in FIG. It is determined in advance. When an echo exceeding the threshold value of the free shape is detected, it is determined that there is a flaw.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平10−206396号公報に記載された従来技術に
おいては、多数の健全な車軸を探傷することによって自
在形状のしきい値を設定するため、極めて多くの工数を
要するものである。つまり、被検査車軸と同一材質、同
一形状の健全車軸を予め多数探傷する必要があると共
に、車軸の材質、形状が変更になった場合は無論のこ
と、使用する超音波探触子(少なくとも測定周波数、振
動子径及び振動子材質)が変更になった場合には、それ
まで蓄積してきた健全車軸の探傷データを破棄して、再
度採取し直す必要が生じる。
However, in the prior art described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-206396, the threshold value of the free shape is set by detecting flaws on a large number of healthy axles. It requires a lot of man-hours. That is, it is necessary to detect a large number of healthy axles having the same material and the same shape as the axle to be inspected in advance, and when the material and shape of the axle are changed, it is needless to say that the ultrasonic probe to be used (at least When the frequency, the vibrator diameter, and the vibrator material) are changed, it is necessary to discard the flaw detection data of the healthy axle accumulated so far and collect it again.

【0010】このため、仮に、きず検出能がより優れた
超音波探触子が安価に入手可能となったとしても、或い
は、各種の研究成果によって従来以上のきず検出能を有
する探傷条件(周波数、振動子径など)が導出された場
合であっても、それらの探触子や探傷条件を容易に採用
できないという問題がある。
For this reason, even if an ultrasonic probe having better flaw detection capability becomes available at a low cost, or flaw detection conditions (frequency , Transducer diameter, etc.), there is a problem that those probes and flaw detection conditions cannot be easily adopted.

【0011】本発明は、斯かる車軸探傷における従来技
術の問題点、すなわち、圧入エコーによるきずの誤検出
を防ぐために、多数の健全車軸を探傷し、極めて多くの
工数を掛けて自在形状のしきい値を設定する必要がある
という問題点を解決するべくなされたもので、中実軸部
材に存在するきずのエコーのみを容易に且つ高精度に検
出し得る超音波探傷方法及び探傷装置を提供することを
課題とする。
The present invention has a problem of the prior art in such axle flaw detection, that is, in order to prevent erroneous detection of flaws due to press-fitting echoes, flaw detection is performed on a large number of sound axles, and a large number of man-hours are required to form a free-form. An ultrasonic flaw detection method and a flaw detection apparatus capable of easily and accurately detecting only a flaw echo existing in a solid shaft member, which is provided to solve a problem that a threshold value needs to be set. The task is to

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、圧入エコー
が、はめあい部材(例えば、車軸と車輪)の表面粗さに
起因して生じるはめあい部の微小な凹凸(空隙)からの
反射エコーが重畳したものであるとの推定を利用したも
のである。
According to the present invention, a press-fitting echo is superimposed on a reflection echo from minute unevenness (gap) of a fitting portion caused by surface roughness of a fitting member (for example, an axle and a wheel). This is based on the presumption that it has been done.

【0013】すなわち、圧入エコーは、微小な凹凸から
の反射エコーが重畳したものであるので、超音波の照射
位置がわずかに変化すると、個々の凹凸からの反射エコ
ーが変化し、重畳によって形成された圧入エコーもまた
変化することになる。
That is, since the press-in echo is a superposition of reflection echoes from minute irregularities, if the irradiation position of the ultrasonic wave slightly changes, the reflection echoes from the individual irregularities change and are formed by superposition. The indentation echo will also change.

【0014】一方、きずは、深さ方向、中実軸部材(車
軸)の周方向及び/又は軸方向にある程度の拡がりを有
しているため、超音波の照射位置を僅かに変化させて
も、きずエコーは余り変化しないという特徴を有する。
On the other hand, since the flaw has a certain extent in the depth direction, the circumferential direction of the solid shaft member (axle) and / or the axial direction, even if the irradiation position of the ultrasonic wave is slightly changed. The flaw echo does not change much.

【0015】図10は、超音波探傷を行った車軸のある
地点の受信信号と、その近傍の地点3点の受信信号とを
重ね合わせて表示した例である。図10に示すように、
きずエコーは4つとも略同じ波形となるが、圧入エコー
はそれぞれ異なる波形となる。従って、これら4つの信
号波形を加算して平均値をとれば、圧入エコーときずエ
コーとの強度差が顕著になり、誤検出を防止することが
できる。
FIG. 10 shows an example in which the received signal at a certain point on the axle where ultrasonic testing was performed and the received signals at three points in the vicinity are superimposed and displayed. As shown in FIG.
Although the four flaw echoes have substantially the same waveform, the press-fit echoes have different waveforms. Therefore, if an average value is obtained by adding these four signal waveforms, the intensity difference between the press-fitted echo and the echo becomes remarkable, and erroneous detection can be prevented.

【0016】本発明は、このような知見に基づき完成さ
れたものであり、以下の手段によって、圧入エコーのみ
を抑制し、きずエコーを高いSN比で検出することを可
能にした。
The present invention has been completed on the basis of such findings, and it has been made possible to suppress only a press-in echo and detect a flaw echo with a high SN ratio by the following means.

【0017】すなわち、本発明は、中実軸部材の超音波
探傷方法であって、複数の超音波振動子から構成される
アレイ探触子を前記中実軸部材の端面に接触させるステ
ップと、前記アレイ探触子を構成する超音波振動子のう
ち、2以上の所定数の超音波振動子からなる振動子群
に、予め設定された狙い位置に超音波ビームを送受信で
きるように送受信遅延を与えて探傷するステップと、前
記送受信遅延の時間を所定範囲で変更することにより、
超音波ビームを前記狙い位置の近傍で、前記中実軸部材
の軸方向又は/及び周方向に走査するステップと、前記
走査の際に得られる各位置での探傷信号に移動平均処理
を施すステップと、前記移動平均処理後の探傷信号に基
づいてきず判定を行うステップとを備えることを特徴と
する中実軸部材の超音波探傷方法を提供するものであ
る。
That is, the present invention relates to an ultrasonic flaw detection method for a solid shaft member, wherein an array probe constituted by a plurality of ultrasonic transducers is brought into contact with an end face of the solid shaft member. Among the ultrasonic transducers constituting the array probe, a transmission / reception delay is set so that an ultrasonic beam can be transmitted / received to a preset target position to a transducer group including two or more predetermined number of ultrasonic transducers. Giving and flaw detection, by changing the transmission and reception delay time in a predetermined range,
Scanning the ultrasonic beam in the axial direction and / or the circumferential direction of the solid shaft member in the vicinity of the target position, and performing a moving average process on a flaw detection signal at each position obtained in the scanning And a step of making a determination based on the flaw detection signal after the moving averaging process.

【0018】斯かる発明によれば、送受信遅延の時間を
所定範囲で変更し、超音波ビームを前記狙い位置の近傍
で、前記中実軸部材の軸方向又は/及び周方向に走査す
ることにより、圧入エコーは大きく変化する一方、狙い
位置にきずが存在した場合に得られるきずエコーは、微
小走査によってあまり変化しない。従って、走査の際に
得られる各位置での探傷信号に移動平均処理を施すこと
により、圧入エコーを抑制し、きずエコーのみを高精度
に検出することが可能である。また、予め多数の健全な
中実軸部材の探傷データを蓄積したり、複雑な自在形状
のしきい値を設定する必要もなく、比較的容易に探傷す
ることが可能である。なお、前記「近傍」とは、被探傷
部材である中実軸部材を超音波ビームで走査することに
より探傷した際のきずエコーの信号レベルがあまり変化
しない範囲乃至これ以下の範囲を示しており、より具体
的には、前記狙い位置における超音波ビームのビーム寸
法と発生し得るきず寸法を加算した程度の範囲乃至これ
以下の範囲を示す。典型的には、狙い位置から(狙い位
置を中心に前後左右それぞれ)50mm程度以内の範囲
を示す。
According to this invention, the transmission / reception delay time is changed within a predetermined range, and the ultrasonic beam is scanned in the axial direction and / or the circumferential direction of the solid shaft member near the target position. On the other hand, while the press-in echo changes greatly, the flaw echo obtained when the flaw exists at the target position does not change much due to the minute scanning. Therefore, by applying the moving average processing to the flaw detection signal at each position obtained at the time of scanning, it is possible to suppress the press-in echo and detect only the flaw echo with high accuracy. Further, it is not necessary to accumulate flaw detection data of a large number of sound solid shaft members in advance, or to set a threshold value of a complicated free shape, so that flaw detection can be performed relatively easily. Note that the “near” indicates a range where the signal level of a flaw echo when a flaw is detected by scanning a solid shaft member, which is a flaw-detected member, with an ultrasonic beam does not change much or less. More specifically, a range from the sum of the beam size of the ultrasonic beam at the target position and the size of a flaw that can be generated to a range below this range is shown. Typically, a range of about 50 mm or less from the target position (front, rear, left and right around the target position) is shown.

【0019】好ましくは、前記アレイ探触子は、複数の
扇形超音波振動子から構成される円環状アレイ探触子と
される。
Preferably, the array probe is an annular array probe composed of a plurality of fan-shaped ultrasonic transducers.

【0020】或いは、前記アレイ探触子は、複数の矩形
または正方形超音波振動子から構成される2次元配列ア
レイ探触子とされる。
Alternatively, the array probe is a two-dimensional array probe constituted by a plurality of rectangular or square ultrasonic transducers.

【0021】また、本発明は、中実軸部材の超音波探傷
装置であって、複数の超音波振動子から構成されるアレ
イ探触子と、前記超音波振動子に送受信遅延を与える送
受信遅延素子と、予め設定された狙い位置に応じた送受
信遅延時間を前記送受信遅延素子に与えると共に、前記
送受信遅延時間を所定範囲で変更することにより、前記
中実軸部材の狙い位置近傍での軸方向又は/及び周方向
走査を実現する狙い位置制御器と、前記アレイ探触子を
構成する複数の超音波振動子のうち、超音波の送受信に
寄与する2以上の所定数の超音波振動子からなる振動子
群を選択、切り替えすることにより、前記中実軸部材の
前記狙い位置での周方向走査を実現する周方向走査器
と、前記選択された各振動子群を構成する各超音波振動
子で得られた受信信号を所定の受信遅延を施した後に加
算する加算器と、前記狙い位置及び前記狙い位置近傍の
それぞれの位置に対応する前記加算された受信信号に移
動平均処理を施す移動平均処理器と、前記移動平均処理
を施された受信信号の強度に基づき前記中実軸部材のき
ずを評価するきず評価器とを備えることを特徴とする中
実軸部材の探傷装置を提供する。
Further, the present invention relates to an ultrasonic flaw detector for a solid shaft member, comprising: an array probe comprising a plurality of ultrasonic transducers; An element and a transmission / reception delay time corresponding to a preset target position are given to the transmission / reception delay element, and the transmission / reception delay time is changed within a predetermined range to thereby allow the solid shaft member to move in the axial direction near the target position. And / or a target position controller for realizing circumferential scanning, and a plurality of predetermined number of ultrasonic transducers that contribute to transmission and reception of ultrasonic waves among a plurality of ultrasonic transducers constituting the array probe. A circumferential scanner that realizes circumferential scanning of the solid shaft member at the target position by selecting and switching a group of transducers, and ultrasonic vibrations that constitute each of the selected transducer groups. Received signal obtained by child An adder that adds a predetermined reception delay after performing a predetermined reception delay, a moving average processor that performs a moving average process on the added reception signal corresponding to each of the target position and each position near the target position, and A flaw evaluator that evaluates flaws in the solid shaft member based on the intensity of a received signal that has been subjected to averaging processing.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明に
係る超音波探傷装置の一実施形態を示す概略構成図であ
る。図1に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装
置1は、アレイ探触子10と、送信用遅延素子群20
と、受信用遅延素子群30と、狙い位置制御器40と、
円周走査制御器50と、加算器60と、きず評価器70
と、パルサー群80と、レシーバー群90と、移動平均
処理器110とを備えている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention. As shown in FIG. 1, an ultrasonic flaw detector 1 according to the present embodiment includes an array probe 10 and a transmission delay element group 20.
A delay element group 30 for reception, a target position controller 40,
Circumferential scanning controller 50, adder 60, flaw evaluator 70
, A pulsar group 80, a receiver group 90, and a moving average processor 110.

【0023】本実施形態のアレイ探触子10は、内径3
0mm、外径90mmの円環状に複数の扇形超音波振動
子100(本実施形態では#1〜#32の32個)が並
設されて構成されている。送信用遅延素子群20は、パ
ルサー群80を介して接続された各超音波振動子100
に送信遅延を与え、受信用遅延素子群30は、各超音波
振動子100に接続されたレシーバー群90へ入力され
た受信信号に受信遅延を与えるものである。狙い位置制
御器40は、予め設定された狙い位置に応じた送受信遅
延時間をそれぞれ送信用遅延素子群20及び受信用遅延
素子群30に与える。また、狙い位置制御器40は、前
記送受信遅延時間を所定範囲で変更することにより、前
記狙い位置近傍での軸方向又は/及び周方向走査を実現
するように構成されている。円周走査制御器50は、ア
レイ探触子10を構成する複数の超音波振動子100の
うち、超音波の送受信に寄与する2以上の所定数の超音
波振動子100からなる振動子群を選択、切り替えする
ことにより、中実軸部材の前記狙い位置での円周方向走
査を実現するものである。加算器60は、前記選択され
た各振動子群を構成する各超音波振動子100で得られ
た受信信号を所定の受信遅延を施した後に加算する。移
動平均処理器110は、波形メモリー111及び加算器
112を備え、前記狙い位置及び狙い位置近傍のそれぞ
れの位置に対応する前記加算された受信信号に移動平均
処理を施すように構成されている。きず評価器70は、
前記移動平均処理を施された受信信号の強度に基づき中
実軸部材のきずを評価するものである。
The array probe 10 of this embodiment has an inner diameter of 3
A plurality of fan-shaped ultrasonic transducers 100 (32 in this embodiment, # 1 to # 32) are arranged side by side in an annular shape having a diameter of 0 mm and an outer diameter of 90 mm. The transmission delay element group 20 includes the respective ultrasonic transducers 100 connected via the pulser group 80.
, And the reception delay element group 30 is for giving a reception delay to a reception signal input to the receiver group 90 connected to each ultrasonic transducer 100. The aim position controller 40 gives a transmission / reception delay time corresponding to a preset aim position to the transmission delay element group 20 and the reception delay element group 30, respectively. Further, the aim position controller 40 is configured to change the transmission / reception delay time within a predetermined range so as to realize axial or / and circumferential scanning near the aim position. Circumferential scanning controller 50, among a plurality of ultrasonic transducers 100 constituting array probe 10, a transducer group including two or more predetermined number of ultrasonic transducers 100 that contribute to transmission and reception of ultrasonic waves. By selecting and switching, circumferential scanning at the target position of the solid shaft member is realized. The adder 60 adds a reception signal obtained by each of the ultrasonic transducers 100 constituting each of the selected transducer groups after a predetermined reception delay. The moving average processor 110 includes a waveform memory 111 and an adder 112, and is configured to perform a moving average process on the added received signal corresponding to each of the target position and the position near the target position. The flaw evaluator 70
The flaw of the solid shaft member is evaluated based on the intensity of the received signal subjected to the moving average processing.

【0024】以下、図2に示すフローチャートを適宜参
照しつつ、前記構成を有する超音波探傷装置1における
処理フローについて説明する。
Hereinafter, a processing flow in the ultrasonic flaw detector 1 having the above configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

【0025】超音波探傷装置1の使用に際しては、まず
アレイ探触子10を被探傷車軸の端面に接触させる(図
2のS1及びS2)。
When using the ultrasonic flaw detector 1, the array probe 10 is first brought into contact with the end face of the axle to be flawed (S1 and S2 in FIG. 2).

【0026】次に、1つの振動子群(グループ)を構成
する振動子100の数を設定する(図2のS3)。ここ
では、例えば、図6に示すように、32個の振動子10
0(#1〜#32)のうち、11個の振動子100が1
グループとされ、斯かる1つのグループを構成する振動
子100を用いて1回の探傷が行われる。これにより、
各振動子100の面積は小さくても、つまり、周方向の
走査ピッチが細かくても、1回の探傷に使用する振動子
群の面積は大きくできることになる。
Next, the number of transducers 100 constituting one transducer group is set (S3 in FIG. 2). Here, for example, as shown in FIG.
Out of 0 (# 1 to # 32), 11 vibrators 100 are 1
One flaw detection is performed using the vibrators 100 that are grouped and constitute one such group. This allows
Even if the area of each transducer 100 is small, that is, even if the scanning pitch in the circumferential direction is small, the area of the transducer group used for one flaw detection can be increased.

【0027】次に、狙い位置制御器40により、探傷す
るべき軸方向の位置を決定し(例えば、端面から軸方向
に距離Aの位置)、1グループを構成する振動子100
のそれぞれに、前記決定した軸方向位置と各振動子10
0のグループ内での配置位置とに対応する送受信遅延時
間を設定する(図2のS4)。
Next, the target position controller 40 determines an axial position to be flaw-detected (for example, a position at a distance A in the axial direction from the end face), and the vibrators 100 forming one group
In each of the above-described determined axial positions and the respective vibrators 10.
A transmission / reception delay time corresponding to the arrangement position in the group 0 is set (S4 in FIG. 2).

【0028】次に、円周走査制御器50により、送受信
に最初に寄与する振動子群(第1グループ)を選択し
(図2のS5)、斯かる第1グループを構成する各振動
子100に前記設定した送受信遅延を与えて、所定位置
(軸方向距離A、周方向角度X)の探傷を行う。この
際、後述する移動平均処理がなされる(図2のS6)。
なお、本実施形態では、図7に示すように、#1〜#1
1の振動子を第1グループとし、これにより最初の探傷
が行われることになる。
Next, a group of transducers (first group) that first contributes to transmission and reception is selected by the circumferential scanning controller 50 (S5 in FIG. 2), and each transducer 100 constituting the first group is selected. The transmission / reception delay set as above is given to perform flaw detection at a predetermined position (axial distance A, circumferential angle X). At this time, a moving average process described later is performed (S6 in FIG. 2).
Note that, in the present embodiment, as shown in FIG.
The first vibrator is set as a first group, whereby the first flaw detection is performed.

【0029】ここで、図2のS6における超音波ビーム
の送信の際には、前記選択した振動子群を構成する各振
動子100に対して、送信用遅延素子群20によって所
定の遅延時間が与えられ、その後、パルサー群80によ
り送信電圧が印加されることにより、車軸内部に超音波
ビームが送信される。このように、選択した振動子群を
構成する各振動子100に与える遅延時間設定を調整す
ることにより、任意の位置に超音波ビームを集束させる
ことが可能である。
Here, when transmitting the ultrasonic beam in S6 in FIG. 2, a predetermined delay time is set by the transmission delay element group 20 with respect to each of the transducers 100 constituting the selected transducer group. Then, a transmission voltage is applied by the pulsar group 80 to transmit an ultrasonic beam inside the axle. As described above, by adjusting the setting of the delay time given to each transducer 100 constituting the selected transducer group, it is possible to focus the ultrasonic beam at an arbitrary position.

【0030】一方、図2のS6におけるきずエコー等の
受信の際には、前記選択した振動子群を構成する各振動
子100に受信された信号が、レシーバー群90に入力
された後、受信用遅延素子群30(例えば、各受信用遅
延素子としてアナログ遅延線を使用することができる)
において送信側と同様の遅延時間がそれぞれ与えられ、
加算器60において加算され、増幅器で増幅された後
に、移動平均処理器110内部の波形メモリー111に
記憶される。
On the other hand, at the time of receiving a flaw echo or the like in S6 of FIG. 2, the signals received by the transducers 100 constituting the selected transducer group are input to the receiver group 90 and then received. Delay element group 30 (for example, an analog delay line can be used as each reception delay element)
, The same delay time as the transmitting side is given,
After being added by the adder 60 and amplified by the amplifier, it is stored in the waveform memory 111 inside the moving average processor 110.

【0031】以下、図2のS6における移動平均処理に
ついて詳細に説明する。S6の移動平均処理では、ま
ず、前述した所定位置(軸方向距離A、周方向角度X)
での探傷が行われ(図2のS61)、その結果が波形メ
モリー111に保存される(図2のS62)。次に、狙
い位置制御器40によって送受信遅延の時間を所定範囲
で変更することにより(図2のS63)、超音波ビーム
を前記狙い位置の近傍において車軸の軸方向又は/及び
周方向に走査し、探傷位置を変更する(図2のS6
4)。変更された探傷位置での探傷結果は、波形メモリ
ー111に保存される(図2のS65)。以上の処理
(S63〜S65)は、予め決められた近傍での走査が
完了するまで(図2のS66)繰り返される。
Hereinafter, the moving average processing in S6 of FIG. 2 will be described in detail. In the moving average processing of S6, first, the above-described predetermined position (axial distance A, circumferential angle X)
(S61 in FIG. 2), and the result is stored in the waveform memory 111 (S62 in FIG. 2). Next, the ultrasonic beam is scanned in the axial direction and / or the circumferential direction of the axle near the target position by changing the transmission / reception delay time within a predetermined range by the target position controller 40 (S63 in FIG. 2). Change the flaw detection position (S6 in FIG. 2)
4). The test result at the changed test position is stored in the waveform memory 111 (S65 in FIG. 2). The above processing (S63 to S65) is repeated until scanning in a predetermined vicinity is completed (S66 in FIG. 2).

【0032】ここで、前記狙い位置近傍の走査(図2の
S64)は、例えば、まず、狙い位置を基準とし、車軸
の軸方向の前後(送信超音波ビームの軸方向成分の進行
方向を「前」、その反対方向を「後」とする)それぞれ
2点(狙い位置を含めて計5点)に向けて超音波ビーム
の送受信を行う。さらに、前記5点の各点を基準に円周
方向の左右(送信超音波ビームの軸方向成分の進行方向
右側を「右」、左側を「左」とする)それぞれ2点に向
けても超音波ビームの送受信を行う。従って、前記狙い
位置を中心に計25点(5×5)の位置に向けて超音波
ビームの送受信(合計25回)を行うことになる。この
際、隣り合う超音波ビーム送受信位置の間隔は、例え
ば、軸方向、円周方向共に10mmとすることができ
る。なお、斯かる狙い位置近傍の走査は、1グループを
構成する各振動子100に与える遅延時間を微調整する
ことによって行うことが可能である。
Here, in the scanning near the target position (S64 in FIG. 2), for example, first, before and after the axial direction of the axle (the traveling direction of the axial component of the transmitted ultrasonic beam is referred to as “the target position”). The transmission and reception of the ultrasonic beam are performed at two points (a total of five points including the target position) in each of the "front" and "opposite" directions. Furthermore, the left and right sides in the circumferential direction of the axial component of the transmitted ultrasonic beam are defined as “right” and the left side as “left” with respect to each of the five points. Sends and receives a sound beam. Therefore, transmission / reception of the ultrasonic beam (total 25 times) is performed toward a total of 25 (5 × 5) positions around the target position. At this time, the interval between adjacent ultrasonic beam transmitting / receiving positions can be set to, for example, 10 mm in both the axial direction and the circumferential direction. It should be noted that such scanning in the vicinity of the target position can be performed by finely adjusting the delay time given to each transducer 100 constituting one group.

【0033】図4に、前記25回の超音波ビーム送受信
における受信信号の概略的な波形例を示す(図4は、得
られる25個の波形うち4個を例示する)。図4に示す
ように、受信信号波形におけるきずエコーは、前記25
個の受信信号波形の全てにおいて、略同じ波形となるの
に対し、圧入エコーは、前記25個の受信信号波形にお
いて、それぞれ異なった波形となる。従って、前記25
個の受信信号を加算し(図1の加算器112で加算す
る)、その平均を算出した場合(図2のS67)、きず
エコーは強め合う一方、圧入エコーは打ち消し合うた
め、きずエコーの信号強度と圧入エコーの信号強度の差
が顕著になり、誤検出を防止することができる。
FIG. 4 shows a schematic waveform example of a received signal in the above-mentioned 25 times of transmission / reception of the ultrasonic beam (FIG. 4 exemplifies four of the obtained 25 waveforms). As shown in FIG. 4, the flaw echo in the received signal waveform is 25%.
While all the received signal waveforms have substantially the same waveform, the press-in echo has a different waveform in each of the 25 received signal waveforms. Therefore, the above 25
When the received signals are added (added by the adder 112 in FIG. 1) and the average is calculated (S67 in FIG. 2), the flaw echoes are strengthened while the press-in echoes cancel each other out. The difference between the intensity and the signal intensity of the press-fit echo becomes remarkable, and erroneous detection can be prevented.

【0034】なお、必ずしも、狙い位置を中心として、
その軸方向前後及び周方向左右の近傍位置に向けて超音
波ビームを送受信する必要はなく、軸方向にずらした近
傍位置のみ、或いは、周方向にずらした近傍位置のみで
もよい。また、軸方向についても、必ずしも前後の近傍
位置に向けて超音波を送受信する必要はなく、前方向の
みでも、或いは、後ろ方向のみでもよい。同様にして、
周方向についても、左方向のみでも、或いは、右方向の
みでもよい。
Note that the target position is not necessarily
It is not necessary to transmit and receive the ultrasonic beam to the vicinity positions in the front-back direction and the left-right direction in the circumferential direction. Only the vicinity position shifted in the axial direction or only the close position in the circumferential direction may be used. Also, in the axial direction, it is not always necessary to transmit and receive the ultrasonic waves toward the front and rear neighboring positions, and it may be only in the forward direction or only in the backward direction. Similarly,
As for the circumferential direction, only the left direction or the right direction may be used.

【0035】また、1つの狙い位置で探傷を行うにあた
り、超音波ビームの送受信を行う位置の数(以下、「母
数」という)は、その狙い位置におけるきずエコー以外
の妨害エコー(圧入エコー等)の信号強度等を考慮して
設定すればよい。例えば、妨害エコーの信号強度が大き
く、きずエコーの信号強度との差が小さい場合には、母
数を多く設定することで、平均値を算出した際に、妨害
エコーときずエコーとの差を顕著にすることができる。
逆に、妨害エコーの信号強度がそれほど大きくない場合
は、母数が少なくても、きずエコーと妨害エコーとの差
が顕著であるため、誤検出する恐れは少ない。従って、
受信信号の平均処理を行った際に、きずエコーと圧入エ
コー等の妨害エコーの強度差が、誤検出を妨げる程度に
十分顕著となるように母数を設定すればよい。
In performing a flaw detection at one target position, the number of positions for transmitting and receiving the ultrasonic beam (hereinafter referred to as "parameter") is determined by the number of disturbing echoes other than the flaw echo at the target position (for example, press-fit echo). ) May be set in consideration of signal strength and the like. For example, if the signal strength of the disturbing echo is large and the difference from the signal strength of the flaw echo is small, by setting a large number of parameters, when calculating the average value, the difference between the disturbing echo and the echo is calculated. Can be noticeable.
Conversely, when the signal strength of the disturbing echo is not so large, even if the parameter is small, the difference between the flaw echo and the disturbing echo is significant, so that there is little possibility of erroneous detection. Therefore,
The parameter may be set such that the intensity difference between the flaw echo and the disturbing echo such as the press-fitting echo when the received signal is averaged is sufficiently significant to prevent erroneous detection.

【0036】また、1本の車軸について、軸方向の複数
部分を探傷する場合、各部分毎に母数を変更して設定す
ることも、或いは、同数に設定することも可能である。
母数を変更する場合には、前述したのと同様に、妨害エ
コーが大きい又は大きいと予想される部分(例えば、車
輪の圧入部分)の探傷時には母数を多くし、逆に妨害エ
コーが小さい又は小さいと予想される部分の探傷時には
母数を少なくすればよい。
When detecting a plurality of portions in the axial direction of a single axle, the parameter can be changed for each portion or set to the same number.
When the parameter is changed, the parameter is increased at the time of flaw detection of a portion where the interference echo is large or expected to be large (for example, a press-fit portion of a wheel), and conversely, the interference echo is small. Alternatively, at the time of flaw detection of a portion expected to be small, the parameter may be reduced.

【0037】以上の説明のようにして、図2のS6にお
ける移動平均処理が施される。つまり、送信用遅延素子
群20及び受信用遅延素子群30に与える遅延時間を、
図2のS4で設定したものから若干変更することによ
り、超音波ビームの照射位置を狙い位置の近傍で前後、
左右に走査する。各走査位置での探傷波形は、波形メモ
リー111にそれぞれ保存され、所定の走査が完了した
時点で、蓄積された探傷波形に対して移動平均処理が施
される。
As described above, the moving average processing in S6 of FIG. 2 is performed. That is, the delay time given to the transmission delay element group 20 and the reception delay element group 30 is
By slightly changing the position set in step S4 of FIG.
Scan left and right. The flaw detection waveforms at each scanning position are stored in the waveform memory 111, respectively, and when a predetermined scan is completed, a moving average process is performed on the accumulated flaw detection waveforms.

【0038】次に、図2のS7においては、前記移動平
均処理後の波形が、きず評価器70で予め決められたし
きい値と比較され、きずの有無が評価される。
Next, in S7 of FIG. 2, the waveform after the moving average processing is compared with a threshold value determined in advance by a flaw evaluator 70, and the presence or absence of flaws is evaluated.

【0039】以上のようにして、所定位置(軸方向距離
A、周方向角度X)での探傷が完了する。
As described above, flaw detection at a predetermined position (axial distance A, circumferential angle X) is completed.

【0040】次に、当該軸方向距離Aにおける探傷が全
周分完了したか否かを判定する(図2のS8)。ここで
は、まだ全周分完了していないので、次に図7に示す#
2〜#12の振動子を第2グループとし(S5)、斯か
る第2グループを構成する各振動子に、前記設定した送
受信遅延を与え、周方向に約11度(=360÷32)
ずれた位置(軸方向距離A、周方向角度X+11度)の
探傷を行い(図2のS6)、きずの有無を判定する(図
2のS7)。
Next, it is determined whether the flaw detection at the axial distance A has been completed for the entire circumference (S8 in FIG. 2). In this case, since it has not yet been completed for the entire circumference, # shown in FIG.
The transducers # 2 to # 12 are set as a second group (S5), and the set transmission / reception delay is given to each transducer constituting the second group, and about 11 degrees (= 360/32) in the circumferential direction.
Flaw detection is performed at the shifted position (axial direction distance A, circumferential angle X + 11 degrees) (S6 in FIG. 2), and the presence or absence of a flaw is determined (S7 in FIG. 2).

【0041】同様にして、当該軸方向距離Aにおける探
傷が全周分完了したか否かを判定し(図2のS8)、ま
だ完了していないので、図7に示す#3〜#13の振動
子を第3グループとして、斯かる第3グループを構成す
る各振動子に、前記設定した送受信遅延を与え、周方向
に更に約11度ずれた位置(軸方向距離A、周方向角度
X+22度)の探傷を行い(図2のS6)、きずの有無
を判定する(図2のS7)。同様にして、順次全周分
(すなわち32回)を繰り返す(図2のS5〜S8)。
これにより、軸方向距離Aについての全周の探傷が完了
する。
Similarly, it is determined whether or not the flaw detection at the axial distance A has been completed for the entire circumference (S8 in FIG. 2). Since the flaw detection has not been completed yet, it is determined in steps # 3 to # 13 shown in FIG. Assuming that the vibrator is a third group, the set transmission / reception delay is given to each of the vibrators constituting the third group, and a position further shifted by about 11 degrees in the circumferential direction (axial distance A, circumferential angle X + 22 degrees) 2) (S6 in FIG. 2), and the presence or absence of a flaw is determined (S7 in FIG. 2). In the same manner, the entire circumference (that is, 32 times) is sequentially repeated (S5 to S8 in FIG. 2).
Thereby, the flaw detection of the entire circumference for the axial distance A is completed.

【0042】以上のようにして、超音波ビーム形成に寄
与する選択する振動子群(11個の振動子からなるグル
ープ)を所定間隔で順次切り替え走査することにより、
超音波ビームを円周方向へ回転走査することが可能とな
り、アレイ探触子10を固定したままで車軸全周の探傷
が可能になる。
As described above, the selected transducer group (group of 11 transducers) that contributes to the formation of the ultrasonic beam is sequentially switched at predetermined intervals and scanned.
The ultrasonic beam can be rotated and scanned in the circumferential direction, and flaw detection can be performed on the entire axle while the array probe 10 is fixed.

【0043】次に、探傷するべき狙い位置(軸方向位
置)の全てにおいて探傷が完了したか否かを判定する
(図2のS9)。探傷するべき軸方向位置が複数ある場
合、まだ完了していないので、次に探傷するべき軸方向
の位置を決定し(例えば、端面からの軸方向距離B)、
1グループを構成する振動子100のそれぞれに、前記
決定した軸方向位置と各振動子100のグループ内での
配置位置とに対応する送受信遅延時間を設定し直す(図
2のS4)。以降、軸方向距離Bの位置について全周分
の探傷が完了するまで、前述したのと同様の動作が繰り
返され(図2のS5〜S8)、さらに、探傷するべき軸
方向位置での全ての探傷が完了するまで繰り返された後
(図2のS4〜S9)、完了すれば、測定結果を出力し
て(図2のS10)、動作は終了する。
Next, it is determined whether or not flaw detection has been completed at all target positions (axial positions) to be flaw-detected (S9 in FIG. 2). If there are a plurality of axial positions to be inspected, the position in the axial direction to be inspected next is determined (for example, an axial distance B from the end face) since the inspection is not yet completed, and
The transmission / reception delay time corresponding to the determined axial position and the arrangement position of each transducer 100 within the group is reset for each of the transducers 100 constituting one group (S4 in FIG. 2). Thereafter, the same operation as described above is repeated (S5 to S8 in FIG. 2) until the flaw detection for the entire circumference at the position of the axial distance B is completed. After the inspection is repeated until the inspection is completed (S4 to S9 in FIG. 2), when the inspection is completed, the measurement result is output (S10 in FIG. 2), and the operation ends.

【0044】なお、本実施形態では、探傷するべき軸方
向位置が変わっても、1グループを構成する振動子10
0の数を同数としたが、軸方向の距離に応じて1グルー
プを構成する振動子100の数を変更しても良い。すな
わち、図2に示すフローチャートにおいて、S9の判定
で「NO」の場合、S4ではなく、S3に戻すような処
理を行うことも可能である。斯かる場合、軸方向の距離
が大きくなる程、1つのグループを構成する振動子10
0の数を多くして、超音波ビームの送受信に寄与する領
域の面積が大きくなるようにすれば、ビームを集束させ
易くなる点で好ましい。
In this embodiment, even if the axial position to be inspected changes, the vibrators 10 forming one group
Although the number of 0s is the same, the number of vibrators 100 forming one group may be changed according to the distance in the axial direction. That is, in the flowchart shown in FIG. 2, if the determination in S9 is "NO", it is also possible to perform processing to return to S3 instead of S4. In such a case, as the axial distance increases, the vibrators 10 forming one group
It is preferable to increase the number of zeros to increase the area of the region contributing to the transmission and reception of the ultrasonic beam, since the beam can be easily focused.

【0045】また、同じ構造の車軸を複数本探傷するな
ど、1グループを構成する振動子100の数をその都度
変更する必要がない場合には、図2に示すフローチャー
トにおけるS1の前に予め振動子数を設定しておき、S
2の次にS3の処理を行わずにS4を行うような処理フ
ローとすれば、設定の手間が軽減し、使い勝手の良い探
傷装置とすることができる。
When it is not necessary to change the number of vibrators 100 constituting one group each time, for example, when a plurality of axles having the same structure are detected, the vibration is pre-vibrated before S1 in the flowchart shown in FIG. Set the number of children, S
If the processing flow is such that S4 is performed after S2 without performing the processing of S2, the trouble of setting can be reduced, and a flaw-detecting device that is easy to use can be provided.

【0046】なお、アレイ探触子10を構成する超音波
振動子100の全数及び1グループの振動子数は、被探
傷材に求められるきず検出の精度等に応じて適宜定める
ことが可能である。例えば、振動子100の全数を多く
すれば、周方向の走査ピッチを細かくできるので、きず
検出精度は向上すると考えられる。しかしながら、振動
子100の全数に応じて、必要となるパルサー、レシー
バー、遅延素子の数も増えるため、装置構成が複雑とな
り、コストも掛かることになる。従って、予め実験を行
い、十分な検出精度が得られ且つ過剰にならない程度の
数とすることが肝要である。特に、鉄道車軸のきずを検
出する場合であって、本実施形態のような複数の扇形状
の振動子100で円環状のアレイ探触子10を構成する
場合、振動子100の全数は、25〜50程度であれ
ば、十分な検出精度での探傷を期待することができる。
The total number of ultrasonic transducers 100 constituting the array probe 10 and the number of transducers in one group can be determined as appropriate in accordance with the flaw detection accuracy required for the material to be detected. . For example, if the total number of the vibrators 100 is increased, the scanning pitch in the circumferential direction can be made fine, so that it is considered that the flaw detection accuracy is improved. However, the number of required pulsers, receivers, and delay elements increases according to the total number of transducers 100, so that the device configuration becomes complicated and costs increase. Therefore, it is important to conduct an experiment in advance and set the number so that sufficient detection accuracy is obtained and the detection accuracy is not excessive. Particularly, in the case of detecting a flaw in a railway axle, when the annular array probe 10 is configured by the plurality of fan-shaped transducers 100 as in the present embodiment, the total number of transducers 100 is 25. If it is about 50, flaw detection with sufficient detection accuracy can be expected.

【0047】また、振動子100の全数が同一の場合、
1グループを構成する振動子数が多いほど、超音波の送
受信に寄与する振動子群の面積(有効面積)は大きくな
る。振動子100と探傷位置との軸方向距離に応じて、
適切な振動子数、すなわち適切な有効面積は異なること
が予想されるため、予め実験等により適切な振動子数を
算出しておくことが肝要である。
When the total number of the vibrators 100 is the same,
As the number of transducers forming one group increases, the area (effective area) of the transducer group that contributes to transmission and reception of ultrasonic waves increases. According to the axial distance between the transducer 100 and the flaw detection position,
Since an appropriate number of oscillators, that is, an appropriate effective area is expected to be different, it is important to calculate an appropriate number of oscillators in advance by experiments or the like.

【0048】以上に説明したように、本実施形態に係る
超音波探傷装置1は、選択する振動子群を順次電子的に
切り替えることで円周方向への回転走査を実現する装置
構成であるため、従来必要であった探触子ヘッド部の回
転機構が不要となり、装置全体が簡素化されると共に、
可動部の入念なメンテナンスが不必要である。また、車
軸端面から十分な精度でのきず検出能を確保できるた
め、軸上探傷が不要となる。さらに、唯一のアレイ探触
子によって所定深さのきずを検出できるため、形状や寸
法においてバリエーションの豊富な車軸においても、車
軸に応じた探触子群を準備する必要がないという効果を
有する。
As described above, the ultrasonic flaw detector 1 according to the present embodiment has a device configuration that realizes rotational scanning in the circumferential direction by sequentially and electronically switching the transducer group to be selected. This eliminates the need for the conventional rotating mechanism of the probe head, which simplifies the entire device,
No careful maintenance of the moving parts is required. In addition, since flaw detection capability with sufficient accuracy can be secured from the axle end face, on-axis flaw detection becomes unnecessary. Further, since a flaw having a predetermined depth can be detected by only one array probe, there is an effect that it is not necessary to prepare a probe group corresponding to the axle even in an axle having various shapes and dimensions.

【0049】なお、本実施形態のアレイ探触子10は、
円環状に振動子10が併設されたものとしており、配置
・構成の簡易性や制御の容易性の観点からは好ましい
が、本発明はこれに限るものではなく、例えば、図5に
示すように、格子状に微小な矩形又は正方形振動子10
1を併設したアレイ探触子としても良い。つまり、所定
の遅延時間を与えることで予め決められた狙い位置に超
音波ビームを送信し、受信することができるアレイ探触
子であって、選択する振動子群を順次切り替えることに
より探傷位置の周方向走査が可能な探触子であれば、任
意の形状・配置のものを使用することが可能である。
The array probe 10 of the present embodiment is
The vibrator 10 is provided in a ring shape, which is preferable from the viewpoint of simplicity of arrangement / configuration and ease of control. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. A small rectangular or square vibrator 10 in a lattice shape
1 may be used as an array probe. That is, an array probe that can transmit and receive an ultrasonic beam to a predetermined target position by giving a predetermined delay time, and that sequentially switches a group of transducers to be selected, thereby changing the flaw detection position. Any probe that can scan in the circumferential direction can be used in any shape and arrangement.

【0050】[0050]

【実施例】以下、実施例を説明することにより、本発明
の効果をより一層明らかにする。図3に、アレイ探触子
を用いてノッチ状の人工きずを形成した地点を狙い位置
として探傷した結果得られた探傷波形の実施例及び比較
例を示す。図3(a)は、比較例として移動平均処理を
施さなかった場合の探傷波形例を、図3(b)は、50
回の移動平均処理を施した探傷波形例を示す。なお、図
3(a)及び図3(b)は、共に前述した実施形態と同
様のアレイ探触子を使用し、図3(b)については、所
定の狙い位置を中心として、円周方向に10mmピッチ
で9回、軸方向に10mmピッチで5回探傷位置を移動
させ、合計45回分の探傷波形を移動平均処理した結果
を示す。
EXAMPLES The effects of the present invention will be further clarified by describing examples. FIG. 3 shows examples and comparative examples of flaw detection waveforms obtained as a result of flaw detection using a point where a notch-shaped artificial flaw is formed using an array probe as a target position. FIG. 3A shows an example of a flaw detection waveform in a case where the moving average processing is not performed as a comparative example, and FIG.
5 shows an example of a flaw detection waveform that has been subjected to moving average processing twice. 3 (a) and 3 (b) use the same array probe as the above-described embodiment, and in FIG. 3 (b), a predetermined target position is set as a center and a circumferential direction is set. 9 shows the result of moving the flaw detection position nine times at a pitch of 10 mm and five times at a pitch of 10 mm in the axial direction, and performing a moving average process on the flaw detection waveforms for a total of 45 times.

【0051】図3(a)に示す比較例、つまり移動平均
処理を施さなかった場合には、きずエコーと重なるよう
にして圧入エコーが観察されるのに対し、図3(b)に
示す実施例では、50回の探傷波形に移動平均処理を施
すことにより、圧入エコーが抑制され、きずエコーのみ
を高いSN比で得ることができた。このため、従来のよ
うに自在形状のしきい値を使用せずに固定したしきい値
であっても、十分高精度にきずエコーを検出することが
可能である。
In the comparative example shown in FIG. 3A, that is, when the moving average processing is not performed, the press-in echo is observed so as to overlap with the flaw echo, whereas the embodiment shown in FIG. In the example, by applying the moving average processing to the flaw detection waveforms of 50 times, the press-in echo was suppressed, and only the flaw echo could be obtained with a high SN ratio. For this reason, even if the threshold value is fixed without using a free-form threshold value as in the related art, it is possible to detect a flaw echo with sufficiently high accuracy.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る中
実軸部材の探傷方法及び探傷装置によれば、中実軸部材
の端面に接触させたアレイ探触子を用いて、予め定めら
れた狙い位置の近傍で超音波ビームを走査し、各走査位
置での探傷信号に移動平均処理を施すことにより、圧入
エコーを抑制し、きずエコーのみを高精度に検出するこ
とができる。このため、予め多数の健全な中実軸部材の
探傷データを蓄積したり、複雑な自在形状のしきい値を
設定する必要もなく、比較的容易に探傷することが可能
であるという優れた効果を奏するものである。
As described above, according to the flaw detection method and apparatus for a solid shaft member according to the present invention, a predetermined method is performed by using an array probe that is in contact with the end surface of the solid shaft member. By scanning the ultrasonic beam in the vicinity of the set target position and performing a moving average process on the flaw detection signal at each scanning position, it is possible to suppress the press-in echo and detect only the flaw echo with high accuracy. Therefore, there is no need to accumulate flaw detection data for a large number of sound solid shaft members in advance, or to set a threshold value for a complicated free shape, so that flaw detection can be performed relatively easily. Is played.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、本発明に係る超音波探傷装置の一実
施形態を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.

【図2】 図2は、本発明に係る超音波探傷装置におけ
る処理フローを示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing flow in the ultrasonic flaw detector according to the present invention.

【図3】 図3は、アレイ探触子を用いて所定の狙い位
置を探傷した結果得られた探傷波形の例であり、(a)
は比較例について、(b)は実施例についてそれぞれ示
す。
FIG. 3 is an example of a flaw detection waveform obtained as a result of flaw detection at a predetermined target position using an array probe, and FIG.
Shows a comparative example, and (b) shows an example.

【図4】 図4は、本発明に係る超音波探傷装置の超音
波ビーム送受信における受信信号の波形例を示す。
FIG. 4 shows a waveform example of a received signal in transmission and reception of an ultrasonic beam by the ultrasonic flaw detector according to the present invention.

【図5】 図5は、本発明の他の実施形態に係るアレイ
探触子を示す概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an array probe according to another embodiment of the present invention.

【図6】 図6は、本発明に係るアレイ探触子における
振動子群の選択例を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of selecting a transducer group in the array probe according to the present invention.

【図7】 図7は、本発明に係るアレイ探触子における
振動子群の切り替え例を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of switching of a transducer group in the array probe according to the present invention.

【図8】 図8は、従来の探触子を概略的に示す斜視図
である。
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a conventional probe.

【図9】 図9は、従来の車軸端面からの探傷方法を示
す説明図であり、(a)は車軸の軸方向位置について、
(b)は円周走査についての説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view showing a conventional flaw detection method from the end surface of the axle, and FIG. 9 (a) shows the axial position of the axle;
(B) is an explanatory view of circumferential scanning.

【図10】 図10は、超音波探傷を行った車軸のある
地点の受信信号と、その近傍の地点3点の受信信号とを
重ね合わせて表示した例である。
FIG. 10 is an example in which a received signal at a point on the axle where ultrasonic testing was performed and a received signal at three points in the vicinity thereof are superimposed and displayed.

【図11】 図11は、深さ3mmの人工きずエコーの
前に観察される、車軸と車輪のはめあい部からの圧入エ
コーの事例を示す。
FIG. 11 shows an example of a press-in echo from the axle-wheel fit, observed before a 3 mm deep artificial flaw echo.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・超音波探傷装置 10 ・・・アレイ探触子 20 ・・・送信用遅延素子群 30 ・・・受信用遅延素子群 40 ・・・狙い位置制御器 50 ・・・円周走査制御器 60 ・・・加算器 70 ・・・きず評価器 80 ・・・パルサー群 90 ・・・レシーバー群 100・・・超音波振動子 110・・・移動平均処理器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic flaw detector 10 ... Array probe 20 ... Delay element group for transmission 30 ... Delay element group for reception 40 ... Target position controller 50 ... Circumferential scanning control Device 60 Adder 70 Flaw Evaluator 80 Pulser Group 90 Receiver Group 100 Ultrasonic Transducer 110 Moving Average Processor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[The claims] 【請求項1】 中実軸部材の超音波探傷方法であって、 複数の超音波振動子から構成されるアレイ探触子を前記
中実軸部材の端面に接触させるステップと、 前記アレイ探触子を構成する超音波振動子のうち、2以
上の所定数の超音波振動子からなる振動子群に、予め設
定された狙い位置に超音波ビームを送受信できるように
送受信遅延を与えて探傷するステップと、 前記送受信遅延の時間を所定範囲で変更することによ
り、超音波ビームを前記狙い位置の近傍で、前記中実軸
部材の軸方向又は/及び周方向に走査するステップと、 前記走査の際に得られる各位置での探傷信号に移動平均
処理を施すステップと、 前記移動平均処理後の探傷信号に基づいてきず判定を行
うステップとを備えることを特徴とする中実軸部材の超
音波探傷方法。
1. An ultrasonic flaw detection method for a solid shaft member, the method comprising: contacting an array probe composed of a plurality of ultrasonic transducers with an end surface of the solid shaft member; A flaw detection is performed by giving a transmission / reception delay to a vibrator group including a predetermined number of two or more ultrasonic vibrators among the ultrasonic vibrators constituting the vibrator so that an ultrasonic beam can be transmitted / received to a preset target position. Scanning the ultrasonic beam in the axial direction and / or the circumferential direction of the solid shaft member in the vicinity of the target position by changing the transmission / reception delay time within a predetermined range; Performing a moving average process on the flaw detection signal at each position obtained at the time, and performing a determination based on the flaw detection signal after the moving average process, wherein the ultrasonic wave of the solid shaft member is provided. Flaw detection method.
【請求項2】 前記アレイ探触子は、複数の扇形超音波
振動子から構成される円環状アレイ探触子であることを
特徴とする請求項1に記載の中実軸部材の超音波探傷方
法。
2. The ultrasonic flaw detection of a solid shaft member according to claim 1, wherein the array probe is an annular array probe composed of a plurality of fan-shaped ultrasonic transducers. Method.
【請求項3】 中実軸部材の超音波探傷装置であって、 複数の超音波振動子から構成されるアレイ探触子と、 前記超音波振動子に送受信遅延を与える送受信遅延素子
と、 予め設定された狙い位置に応じた送受信遅延時間を前記
送受信遅延素子に与えると共に、前記送受信遅延時間を
所定範囲で変更することにより、前記中実軸部材の狙い
位置近傍での軸方向又は/及び周方向走査を実現する狙
い位置制御器と、 前記アレイ探触子を構成する複数の超音波振動子のう
ち、超音波の送受信に寄与する2以上の所定数の超音波
振動子からなる振動子群を選択、切り替えすることによ
り、前記中実軸部材の前記狙い位置での周方向走査を実
現する周方向走査器と、 前記選択された各振動子群を構成する各超音波振動子で
得られた受信信号を所定の受信遅延を施した後に加算す
る加算器と、 前記狙い位置及び前記狙い位置近傍のそれぞれの位置に
対応する前記加算された受信信号に移動平均処理を施す
移動平均処理器とを備えることを特徴とする中実軸部材
の探傷装置。
3. An ultrasonic flaw detector for a solid shaft member, comprising: an array probe composed of a plurality of ultrasonic transducers; a transmission / reception delay element for giving a transmission / reception delay to the ultrasonic transducer; A transmission / reception delay time corresponding to the set target position is given to the transmission / reception delay element, and the transmission / reception delay time is changed within a predetermined range, so that the axial direction and / or the circumference of the solid shaft member near the target position are changed. A target position controller that realizes directional scanning; and a transducer group including two or more predetermined number of ultrasound transducers that contribute to transmission and reception of ultrasound among a plurality of ultrasound transducers that constitute the array probe. By selecting and switching, a circumferential scanner that realizes circumferential scanning of the solid shaft member at the target position, and an ultrasonic transducer that constitutes each of the selected transducer groups are obtained. Received signal An adder that adds the delay after the delay, and a moving average processor that performs a moving average process on the added received signal corresponding to each of the target position and the position near the target position. Flaw detector for solid shaft members.
【請求項4】前記移動平均処理を施された受信信号の強
度に基づき前記中実軸部材のきずを評価するきず評価器
を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の中実軸
部材の探傷装置。
4. The solid shaft member according to claim 3, further comprising a flaw evaluator that evaluates a flaw of the solid shaft member based on the strength of the moving average-processed received signal. Flaw detection equipment.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006136622A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Airbus España, S.L. Method for the detection and preventive control of defects in parts that are made from composite materials
JP2007248420A (en) * 2006-03-20 2007-09-27 Jfe Steel Kk Method, apparatus, and system for ultrasonic flaw detection of shaft member
JP2008542737A (en) * 2005-06-01 2008-11-27 ジエスペエム Method for inspecting state of drive shaft of rotating device
JP2019049503A (en) * 2017-09-12 2019-03-28 株式会社Kjtd Ultrasonic flaw detection method of axle, and system thereof

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