JP2005195487A - 超音波探傷装置及び超音波探傷方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 前記超音波送受信部30は、探触子5が前記被探傷材7内部に一定周期Tの超音波パルスを送信するように構成する。欠陥候補検出部40は、前記超音波送受信部30より出力される前記エコー信号により、予め設定したゲートパラメータ値に基づき欠陥候補を検出する。欠陥候補検出部40がある時刻tで欠陥候補を検出したとき、欠陥検証部50は、その時刻tのエコー信号波形F(t)と、次の超音波発信周期の時刻t+Tのエコー信号波形F(t+T)と、を含む少なくとも2つのエコー信号波形のピーク形状を比較する。比較の結果同一ピークであると判断すれば、前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定する。
【選択図】 図1
Description
B点での波形(図12)においては、波形は20.7μsでピーク(ピークレベル=49)を示す。なお、図12では、25.6μsにもう1つピークが現れるが、これは前述の電気ノイズによるものである。
C点での波形(図13)においては、波形は21.1μsでピーク(ピークレベル=31)を示す。
第1の発明の超音波探傷装置は、以下のように構成した。
被探傷材内部に超音波パルスを送信するとともにその反射波を受信する超音波送受信部を備え、この超音波送受信部から出力されるエコー信号に基づいて前記被探傷材内部の欠陥を検出する。前記超音波送受信部は前記被探傷材内部に一定周期Tの超音波パルスを送信するように構成する。この超音波送受信部より出力される前記エコー信号により、予め設定したゲートパラメータ値に基づき欠陥候補を検出する欠陥候補検出部と、ある時刻tで欠陥候補を検出したとき、時刻tのエコー信号波形F(t)と、次の超音波発信周期の時刻(t+T)のエコー信号波形F(t+T)と、を含む少なくとも2つのエコー信号波形のピーク形状を比較し、その比較の結果同一ピークであると判断すれば前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定する欠陥検証部と、を有する。
また、探触子は単一で済むために(超音波受信部が単一で済むために)、探触子をコンパクト化するのが容易である。また、加算平均等の処理も行わないので、探触子を高速走査させて複数の信号を取得させても欠陥ピークにナマリを生ずる心配がない。従って、欠陥位置・欠陥レベルの精度良い検出が可能になっている。
第1の発明においては、以下のように構成することが好ましい。
探触子を前記被探傷材の表面に沿って移動させる探触子走査機構と、前記探触子の現在位置を検出して、当該探触子が検査開始位置に到達すると検査開始信号を検査ピッチごとに出力する探触子位置検出部と、を更に備える。前記超音波送受信部の超音波パルスの周期Tは、前記探触子の検査ピッチをp[ミリメートル]、走査速度v[ミリメートル毎秒]としたときに、p/v≫Tとなるように定められる。また、前記欠陥候補検出部は、前記探触子位置検出部からの前記検査開始信号を受け取ると欠陥候補の検出を開始するように構成する。更に、前記検査開始信号を出力したときの探触子の位置と、前記時刻tのエコー信号波形F(t)に基づく欠陥情報に基づいて欠陥の位置及びサイズを出力する、欠陥位置レベル出力部を備える。
また、欠陥位置レベル出力部は、欠陥候補が欠陥であると判定されたときは、検査開始信号を出力したときの探触子の位置と、最初のエコー波形F(t)に基づく欠陥情報に基づいて欠陥の位置及びサイズを出力する。従って、検出された欠陥の位置・大きさが被探傷材の欠陥の実際の位置・レベルに対してズレにくく、欠陥の検出精度に優れる。
第1又は第2の発明においては、以下のように構成することが好ましい。
前記欠陥検証部は、・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)、・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+T+tx1、及びその高さをF(t+T+tx1)、としたときに、最大ピークを示す時刻の差(=|tx0−tx1|)、又は、最大ピーク高さの差(=|F(t+tx0)−F(t+T+tx1)|)を取得することでピーク形状の比較を行い、この差が所定しきい値以下の場合に同一ピークであると判断して前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定する。
第1又は第2の発明においては、以下のように構成することが好ましい。
前記欠陥検証部は、時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)としたとき、時刻(t+T)のエコー波形の時刻t+T+tx0付近に明確なピークが存在する場合には、前記時刻tで検出した欠陥候補が欠陥であると判定する。
第5の発明の超音波探傷方法は、以下のように構成した。
被探傷材内部に超音波パルスを送信するとともにその反射波を超音波送受信部で受信し、この超音波送受信部から出力されるエコー信号に基づいて前記被探傷材内部の欠陥を検出する。前記超音波送受信部は前記被探傷材内部に一定周期Tの超音波パルスを送信するように構成する。この超音波送受信部より出力される前記エコー信号により、予め設定したゲートパラメータ値に基づき欠陥候補を検出する。ある時刻tで欠陥候補を検出したとき、時刻tのエコー信号波形F(t)と、次の超音波発信周期の時刻(t+T)のエコー信号波形F(t+T)と、を含む少なくとも2つのエコー信号波形のピーク形状を比較し、その比較の結果同一ピークであると判断すれば前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定する。
第5の発明においては、以下のように構成することが好ましい。
探触子を前記被探傷材の表面に沿って移動させるとともに前記探触子の現在位置を検出して、当該探触子が検査開始位置に到達すると検査開始信号を出力し、この検査開始信号に基づいて欠陥候補の検出を開始するようにする。前記超音波送受信部の超音波パルスの周期Tは、前記探触子の検査ピッチをp[ミリメートル]、走査速度v[ミリメートル毎秒]としたときに、p/v≫Tとなるように定められる。欠陥候補が欠陥であると判定したときは、前記検査開始信号を出力したときの探触子の位置と、前記時刻tのエコー信号波形F(t)に基づく欠陥情報に基づいて欠陥の位置及びサイズを出力する。
第5又は第6の発明においては、以下のように構成することが好ましい。
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)、・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+T+tx1、及びその高さをF(t+T+tx1)、としたときに、最大ピークを示す時刻の差(=|tx0−tx1|)、又は、最大ピーク高さの差(=|F(t+tx0)−F(t+T+tx1)|)を取得することでピーク形状の比較を行い、この差が所定しきい値以下の場合に同一ピークであると判断して前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定する。
第5又は第6の発明においては、時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)としたとき、時刻(t+T)のエコー波形の時刻t+T+tx0付近に明確なピークが存在する場合には、前記時刻tで検出した欠陥候補が欠陥であると判定することが好ましい。
次に、発明の第1実施形態を図1〜図4を用いて説明する。
図1は本発明の第1実施形態に係る自動超音波探傷装置を説明する模式図、図2は本実施形態の動作を示すタイミングチャート図である。図3はエコー信号波形F(t)からの欠陥候補の検出の様子を示す説明図、図4は2つの信号波形F(t),F(t+T)を比較する手法を説明する説明図である。図5は欠陥検証部による検証の方法の要部を示すフローチャート図である。
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+tx0とし、その高さをF(t+tx0)とする。この2つのパラメータは、前記欠陥候補検出部40で取得したパラメータを用いることができる。
・また、時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+T+tx1とし、その高さをF(t+T+tx1)とする。この2つのパラメータは、F(t+T)の波形をF(t)の波形と同様に解析することによって得られる。
1つ目のパラメータΔxは、2つの波形が最大ピークを示す時刻の差を意味し、Δx=|tx0−tx1|となる。
2つめのパラメータΔyは、2つの波形の最大ピーク高さの差を意味し、Δy=|F(t+tx0)−F(t+T+tx1)|となる。
また、探触子5は単一で済むために(厳密に言えば超音波受信部が単一で済むために)、探触子5やその走査機構8をコンパクト化するのが容易である。また、加算平均フィルタ処理やFIRフィルタ処理を行わないために、探触子5を高速走査させて複数の信号を取得させても、欠陥ピークにナマリを生ずる心配がない。従って、精度良い欠陥位置・欠陥レベルの検出が可能になっている。
また、欠陥位置レベル出力部60は、欠陥候補が欠陥と判定されたときには、探触子位置検出器20が検査開始信号aを出力した時点での探触子5の位置xに基づいて欠陥位置のX座標Xkを出力している(Xk=x)。また、欠陥候補が欠陥と判定されたときに、検査開始信号aが出力されてから最初のエコー波形(即ち、F(t+T)ではなくF(t))に基づいて欠陥位置のZ座標Zkや欠陥レベルを演算して出力している。従って、検出した欠陥の位置やレベルが実際の欠陥の位置・レベルに対してズレにくく、欠陥の検出精度に優れる。
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)、
・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを示す時刻をt+T+tx1、及びその高さをF(t+T+tx1)、
としたときに、最大ピークを示す時刻の差(Δx=|tx0−tx1|)、又は、最大ピーク高さの差(Δy=|F(t+tx0)−F(t+T+tx1)|)を取得することでピーク形状の比較を行い、この差が所定しきい値以下の場合に同一ピークであると判断して前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定する構成としている。
図5に示す第2実施形態では、欠陥検証部50の欠陥判定手法が前記第1実施形態と異なっている。図6は2つの信号波形F(t),F(t+T)を比較する手法を説明する説明図である。図7は欠陥検証部による検証の方法の要部を示すフローチャート図である。
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+tx0とし、その高さをF(t+tx0)とする。
・また、時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+T+tx1とし、その高さをF(t+T+tx1)とする。
ここまでは前記第1実施形態と同じである。
第3実施形態の超音波探傷装置は、前記の第1実施形態の欠陥検証部50について、3つ以上のエコー信号波形のピーク形状を比較するように変更したものである。図8は欠陥検証部による検証の方法の要部を示すフローチャート図である。
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+tx0とし、その高さをF(t+tx0)とする。
・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+T+tx1とし、その高さをF(t+T+tx1)とする。
・時刻(t+2T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+2T)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+2T+tx2とし、その高さをF(t+2T+tx2)とする。
(・・・)
・時刻(t+nT)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+nT)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+nT+txnとし、その高さをF(t+nT+txn)とする。
Δx1=|tx0−tx1|
Δx2=|tx0−tx2|
(・・・)
Δxn=|tx0−txn|
として得られる。
Δy1=|F(t+tx0)−F(t+T+tx1)|
Δy2=|F(t+tx0)−F(t+2T+tx2)|
(・・・)
Δyn=|F(t+tx0)−F(t+nT+txn)|
として得られる。
第4実施形態の超音波探傷装置は、前記の第2実施形態の欠陥検証部50について、3つ以上のエコー信号波形のピーク形状を比較するように変更したものである。図9は第4実施形態の欠陥検証部による検証の方法の要部を示すフローチャート図である。
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+tx0とし、その高さをF(t+tx0)とする。
・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+T+tx1とし、その高さをF(t+T+tx1)とする。
・時刻(t+2T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+2T)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+2T+tx2とし、その高さをF(t+2T+tx2)とする。
(・・・)
・時刻(t+nT)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+nT)の所定ゲート範囲内(G1〜G2)において、最大ピークを表す時刻をt+nT+txnとし、その高さをF(t+nT+txn)とする。
・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)において、時刻tのエコー波形F(t)で最大ピークが現れた時刻tx0付近でピークが現れているか否かを探索する。具体的には、時刻しきい値Xthreを予め定めておき、時刻t+T+tx0−Xthre/2から時刻t+T+tx0+Xthre/2の時間範囲において、しきい値レベルL’thre以上を有するデータが存在すれば、エコー波形F(t+T)で時刻tx0付近に明確なピークが現れていると判定する。
・時刻(t+2T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+2T)において、前記時刻tx0付近でピークが現れているか否かを探索する。具体的には、時刻t+2T+tx0−Xthre/2から時刻t+2T+tx0+Xthre/2の時間範囲において、しきい値レベルL’thre以上を有するデータが存在すれば、エコー波形F(t+2T)で時刻tx0付近に明確なピークが現れていると判定する。
(・・・)
・時刻(t+nT)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+nT)において、前記時刻tx0付近でピークが現れているか否かを探索する。具体的には、時刻t+nT+tx0−Xthre/2から時刻t+nT+tx0+Xthre/2の時間範囲において、しきい値レベルL’thre以上を有するデータが存在すれば、エコー波形F(t+nT)で時刻tx0付近に明確なピークが現れていると判定する。
以上に本発明の4つの実施形態を示したが、本発明は以上の実施形態の構成に限定されず、例えば以下のように変更して実施することができる。例えば、走査方向に垂直な方向に探触子を複数並べて探触子アレイを構成しても良い。この場合でも、走査方向において探触子は単一であるから、探触子及び走査機構のコンパクト化が容易である。また、垂直探触子を用いずに、他の形式の探触子に代替することも可能である。
10 探触子走査部
20 探触子位置検出器
30 超音波信号送受信部
40 欠陥候補検出部
50 欠陥検証部
60 欠陥位置レベル出力部
Claims (8)
- 被探傷材内部に超音波パルスを送信するとともにその反射波を受信する超音波送受信部を備え、この超音波送受信部から出力されるエコー信号に基づいて前記被探傷材内部の欠陥を検出する超音波探傷装置において、
前記超音波送受信部は前記被探傷材内部に一定周期Tの超音波パルスを送信するように構成するとともに、
この超音波送受信部より出力される前記エコー信号により、予め設定したゲートパラメータ値に基づき欠陥候補を検出する欠陥候補検出部と、
ある時刻tで欠陥候補を検出したとき、時刻tのエコー信号波形F(t)と、次の超音波発信周期の時刻(t+T)のエコー信号波形F(t+T)と、を含む少なくとも2つのエコー信号波形のピーク形状を比較し、その比較の結果同一ピークであると判断すれば前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定する欠陥検証部と、
を有することを特徴とする超音波探傷装置。 - 請求項1に記載の超音波探傷装置であって、
探触子を前記被探傷材の表面に沿って移動させる探触子走査機構と、
前記探触子の現在位置を検出して、当該探触子が検査開始位置に到達すると検査開始信号を検査ピッチごとに出力する探触子位置検出部と、を更に備えるとともに、
前記超音波送受信部の超音波パルスの周期Tは、前記探触子の検査ピッチをp[ミリメートル]、走査速度v[ミリメートル毎秒]としたときに、p/v≫Tとなるように定められ、
また、前記欠陥候補検出部は、前記探触子位置検出部からの前記検査開始信号を受け取ると欠陥候補の検出を開始するように構成し、
更に、前記検査開始信号を出力したときの探触子の位置と、前記時刻tのエコー信号波形F(t)に基づく欠陥情報に基づいて欠陥の位置及びサイズを出力する、欠陥位置レベル出力部を備える
ことを特徴とする超音波探傷装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の超音波探傷装置であって、
前記欠陥検証部は、
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)、
・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+T+tx1、及びその高さをF(t+T+tx1)、
としたときに、最大ピークを示す時刻の差(=|tx0−tx1|)、又は、最大ピーク高さの差(=|F(t+tx0)−F(t+T+tx1)|)を取得することでピーク形状の比較を行い、この差が所定しきい値以下の場合に同一ピークであると判断して前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定することを特徴とする超音波探傷装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の超音波探傷装置であって、
前記欠陥検証部は、
時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)としたとき、時刻(t+T)のエコー波形の時刻t+T+tx0付近に明確なピークが存在する場合には、前記時刻tで検出した欠陥候補が欠陥であると判定することを特徴とする超音波探傷装置。 - 被探傷材内部に超音波パルスを送信するとともにその反射波を超音波送受信部で受信し、この超音波送受信部から出力されるエコー信号に基づいて前記被探傷材内部の欠陥を検出する超音波探傷方法において、
前記超音波送受信部は前記被探傷材内部に一定周期Tの超音波パルスを送信するように構成するとともに、
この超音波送受信部より出力される前記エコー信号により、予め設定したゲートパラメータ値に基づき欠陥候補を検出し、
ある時刻tで欠陥候補を検出したとき、時刻tのエコー信号波形F(t)と、次の超音波発信周期の時刻(t+T)のエコー信号波形F(t+T)と、を含む少なくとも2つのエコー信号波形のピーク形状を比較し、その比較の結果同一ピークであると判断すれば前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定することを特徴とする超音波探傷方法。 - 請求項5に記載の超音波探傷方法であって、
探触子を前記被探傷材の表面に沿って移動させるとともに前記探触子の現在位置を検出して、当該探触子が検査開始位置に到達すると検査開始信号を検査ピッチごとに出力し、この検査開始信号に基づいて欠陥候補の検出を開始するようにし、
前記超音波送受信部の超音波パルスの周期Tは、前記探触子の検査ピッチをp[ミリメートル]、走査速度v[ミリメートル毎秒]としたときに、p/v≫Tとなるように定められ、
欠陥候補が欠陥であると判定したときは、前記検査開始信号を出力したときの探触子の位置と、前記時刻tのエコー信号波形F(t)に基づく欠陥情報に基づいて欠陥の位置及びサイズを出力することを特徴とする超音波探傷方法。 - 請求項5又は請求項6に記載の超音波探傷方法であって、
・時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)、
・時刻(t+T)の超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t+T)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+T+tx1、及びその高さをF(t+T+tx1)、
としたときに、最大ピークを示す時刻の差(=|tx0−tx1|)、又は、最大ピーク高さの差(=|F(t+tx0)−F(t+T+tx1)|)を取得することでピーク形状の比較を行い、この差が所定しきい値以下の場合に同一ピークであると判断して前記時刻tで検出した欠陥候補を欠陥であると判定することを特徴とする超音波探傷方法。 - 請求項5又は請求項6に記載の超音波探傷方法であって、
時刻tの超音波パルス信号に基づくエコー波形F(t)の所定ゲート範囲内において、最大ピークを示す時刻をt+tx0、及びその高さをF(t+tx0)としたとき、時刻(t+T)のエコー波形の時刻t+T+tx0付近に明確なピークが存在する場合には、前記時刻tで検出した欠陥候補が欠陥であると判定することを特徴とする超音波探傷方法。
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