JP2011163773A - Method for inspecting bolt screw part during use - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inspect the thickness reduced quantity/area of a bolt screw part, the screw part of which is covered, when used. <P>SOLUTION: In an inspection method for bringing a phased array type probe 3 into close contact with the edge face 2 of a bolt 1 in the use state and applying ultrasonic beams while continuously changing an angle of refraction in the diametric direction passing through the center of the bolt during one rotation while receiving the ultrasonic echo reflected from the screw part of the bolt, the thickness reducing region of the bolt is specified from a side view, the axial length from the edge face 2 of the bolt to the thickness reduced part 5 of the bolt is calculated, the maximum amplitude value of a thickness reducing echo is read, the largest maximum amplitude value is calculated from the maximum amplitude values at each ultrasonic propagation direction, the angle half the largest maximum amplitude value is further calculated as the angle of refraction, the radius of the thickness reduced part 5 is calculated using the angle of refraction and the axial distance from the edge face 2 of the bolt of the thickness reducing region and the depth of the thickness reducing region is calculated from the difference between the radius of the thickness reducing region and the preliminarily calculated diameter of the bolt. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンクリートやグラウト材等によりネジ部が覆われているボルトネジ部の腐食又は減肉を使用状態において解体することなく検査する方法に関する。更に詳述すると、本発明は、ボルトネジ部の腐食又は減肉の進行状況を定量的に推定できる方法に関する。   The present invention relates to a method for inspecting corrosion or thinning of a bolt screw portion, which has a screw portion covered with concrete, grout material or the like, without disassembling in a use state. More specifically, the present invention relates to a method capable of quantitatively estimating the progress of corrosion or thinning of a bolt screw part.

コンクリート中に埋設されている埋め込み基礎ボルトにおいては腐食などに因る減肉を生ずることが確認されている。機器の耐震性を維持する観点から、減肉が生じた基礎ボルトを確実に検出しなければならない。基礎ボルトの検査としては、目視検査及び打診検査が行われている。目視検査には基礎に埋め込まれた部分を確認できない問題がある。打診検査では、周囲の環境及び個人差による影響を受けるため、客観的な基準を設けることが困難である。このように、基礎ボルトにおける減肉を検出する手法はまだ確立されていない。   It has been confirmed that the embedded foundation bolts embedded in concrete cause thinning due to corrosion. From the viewpoint of maintaining the seismic resistance of the equipment, it is necessary to reliably detect foundation bolts with reduced thickness. As inspection of the foundation bolt, visual inspection and percussion inspection are performed. The visual inspection has a problem that the portion embedded in the foundation cannot be confirmed. In the percussion examination, it is difficult to set an objective standard because it is influenced by the surrounding environment and individual differences. Thus, the method of detecting the thinning in the foundation bolt has not been established yet.

種々の非破壊検査法の内、コンクリート建造物や機器の土台に隠れるボルトの減肉の検出に適用できる検査手法として好適なものとしては、体積検査法である超音波探傷法が挙げられる。超音波探傷法におけるパルスエコー法は、検査対象物の表面で探触子を走査し欠陥からのエコーを受信する方法である。この方法を利用して、目に見えないボルトの減肉を検出できると考えられる。しかしながら、従来の超音波探傷法では、ひとつの探触子は一つの方向の超音波しか高感度に送受信できない。ボルトにおける欠陥の傾き等を予め把握しない限り、その欠陥をうまく検出できる超音波の伝搬方向を決定することが困難である。そのため、従来の超音波探傷法ではボルトにおける欠陥を検出できないことがある。また、従来の超音波探傷法では、探傷波形を利用して欠陥の有無を判断する。その時、ネジ部からのエコーやモード変換によるエコーと欠陥のエコーが重なるため、ボルトにおける欠陥有無の判断は困難である。それに対して、フェーズドアレイ超音波探傷法は、複数個の振動子から構成されるアレイ探触子に対して各振動子で送受信タイミングを電気的に制御することにより一つの探触子で複数の方向に伝搬する超音波を利用することが可能な技術である。また、この方法では探傷波形の代わりに探傷結果を断面画像で表示することができる。これらのことから、フェーズドアレイ超音波探傷法を利用することにより、ボルトにおける欠陥を高精度に測定できると考えられる。   Among various non-destructive inspection methods, an ultrasonic inspection method that is a volume inspection method is preferable as an inspection method that can be applied to the detection of the thinning of a bolt hidden in the foundation of a concrete building or equipment. The pulse echo method in the ultrasonic flaw detection method is a method of scanning a probe on the surface of an inspection object and receiving an echo from a defect. It is considered that invisible bolt thinning can be detected using this method. However, in the conventional ultrasonic flaw detection method, one probe can transmit and receive only one direction of ultrasonic waves with high sensitivity. Unless the inclination of the defect in the bolt is grasped in advance, it is difficult to determine the propagation direction of the ultrasonic wave that can detect the defect well. Therefore, the conventional ultrasonic flaw detection method sometimes cannot detect a defect in the bolt. In the conventional ultrasonic flaw detection method, the presence or absence of a defect is determined using a flaw detection waveform. At that time, since the echo from the screw part or the echo by the mode conversion overlaps with the defect echo, it is difficult to determine the presence or absence of the defect in the bolt. In contrast, the phased array ultrasonic flaw detection method uses a single probe to control a plurality of transducers by electrically controlling transmission / reception timing for each transducer composed of a plurality of transducers. This is a technology that can utilize ultrasonic waves propagating in the direction. Further, in this method, the flaw detection result can be displayed as a cross-sectional image instead of the flaw detection waveform. From these facts, it is considered that the defect in the bolt can be measured with high accuracy by using the phased array ultrasonic flaw detection method.

例えば、使用状態のボルトの端面にフェーズドアレイ式探触子を密着させ、探触子をセクタスキャンして連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビームを入射し、ボルトのネジ部から反射する超音波エコーを受信し、超音波エコーからボルトネジ部の直径方向の断面画像を表示させ、この断面画像から、ボルトネジ部からの超音波エコーがボルトの長さ方向に規則正しく表示されているときに健全部位と判断し、ボルトネジ部からの超音波エコーの欠落があるときに欠陥部位と判断する使用中のボルトネジ部の検査手法が提案されている(特許文献1)。   For example, a phased array type probe is brought into close contact with the end face of a bolt in use, an ultrasonic beam is incident in the diameter direction passing through the bolt center while continuously changing the refraction angle by sector scanning the probe, The ultrasonic echo reflected from the screw part of the bolt is received, and a cross-sectional image in the diameter direction of the bolt screw part is displayed from the ultrasonic echo. From this cross-sectional image, the ultrasonic echo from the bolt screw part is regularly arranged in the bolt length direction. There has been proposed a method for inspecting a bolt screw part in use that is judged to be a healthy part when it is displayed and is judged to be a defective part when there is a missing ultrasonic echo from the bolt screw part (Patent Document 1).

特開2007−132908号公報JP 2007-132908 A

しかしながら、特許文献1記載のボルトねじ部の検査方法では、ボルトネジ部からの超音波エコーがボルトの長さ方向に規則正しく表示されているか否かで健全か欠陥かを判断できるに過ぎず、減肉の量や深さ、減肉の面積などの定量的な検査、即ち減肉などの進行状況を推定することはできないものである。   However, in the bolt screw portion inspection method described in Patent Document 1, it is only possible to determine whether the ultrasonic echo from the bolt screw portion is regularly displayed in the length direction of the bolt, whether it is sound or defective. It is impossible to estimate the progress of the thinning and the like, that is, the quantitative inspection of the amount and the depth, the area of the thinning, and the like.

つまり、減肉深さを定量的に評価できないため、安全に使用できるか否かの正確な判断ができない問題がある。実際に、基礎ボルトのような構造物等を支持するボルトには安全率が見込まれている。例えば、原子炉発電所のタンクやポンプなどの埋め込み基礎ボルトに対しては、横断面積の1/2までの減肉に耐えられるように安全許容度が見込まれている。つまり、全周に均一に減肉が発生しているのであれば、直径の30%減肉までは安全に使用できる。また、局部的な減肉あるいは腐食であっても、断面積で1/2減肉までは安全上問題ない。このため、ただ単に減肉の有無を検出できても、断面積が1/2以下になっているか否かを判断することができなければ、基礎等を破壊してまで基礎ボルトを交換する必要があるか否かの判断をすることは難しく、実用的検査手法とはいえない。   That is, there is a problem that it is not possible to accurately determine whether or not the thinning depth can be safely used because the depth of thinning cannot be quantitatively evaluated. In fact, a safety factor is expected for a bolt that supports a structure such as a foundation bolt. For example, safety tolerances are expected for embedded foundation bolts such as tanks and pumps in nuclear power plants so that they can withstand thinning to half the cross-sectional area. That is, if the thinning is uniformly generated on the entire circumference, it can be safely used up to 30% of the diameter. Moreover, even if the thickness is locally reduced or corroded, there is no safety problem until the thickness is reduced to 1/2. For this reason, even if the presence or absence of thinning can be simply detected, if it is not possible to determine whether the cross-sectional area is ½ or less, it is necessary to replace the foundation bolt until the foundation is destroyed. It is difficult to determine whether or not there is a problem, and it is not a practical inspection method.

さらに、ネジ部に減肉や亀裂があってもネジ部からの超音波エコーがあまり消失しない事態が起こってしまい、ネジ部の局部的減肉や亀裂を見過ごしてしまい検出できなこともある。また、ボルト破断などの原因究明の上でネジ部における減肉及び亀裂の識別が望まれる場合にもそれに応えることができない。   Furthermore, even if the screw portion is thinned or cracked, there is a situation in which the ultrasonic echo from the screw portion does not disappear so much that the local thinning or crack of the screw portion is overlooked and may not be detected. In addition, it is impossible to respond to the case where it is desired to reduce the thickness of the screw portion and identify the crack after investigating the cause of the bolt breakage or the like.

さらに、減肉の深さが判明するだけでも基礎ボルトの安全性についての有効な判断をもとめることができるが、減肉面積が求まれば更に安全性について正確な判断が可能となる。望まれている。   Furthermore, an effective judgment about the safety of the foundation bolt can be obtained only by determining the depth of the thinning, but if the thinning area is obtained, a more accurate judgment can be made on the safety. It is desired.

本発明は、ボルトネジ部の腐食又は減肉の進行状況を定量的に推定できる検査方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an inspection method capable of quantitatively estimating the progress of corrosion or thinning of a bolt screw part.

かかる目的を達成するため、本発明は、使用状態のボルトの端面にフェーズドアレイ式探触子を密着させて1回転させる間に、ボルト中心を通る直径方向に連続的に屈折角を変化させながら超音波ビームを入射すると共にボルトのネジ部から反射する超音波エコーを受信するセクタスキャンを行ってネジ部エコーからボルトネジ部のセクトリアルビー及びサイドビューを作成し、その画像中のネジ部エコーの消失を利用して減肉部を検出する使用中のボルトネジ部の検査方法において、サイドビューからネジ部の指示が消失した箇所を減肉部として特定し、その指示消失部位の最大幅部分の位置をボルトの端面から減肉部までの軸方向の減肉部の位置と見なして減肉部のボルト端面からの軸方向距離lを求め、サイドビューに現れる減肉エコーの指示から各超音波伝搬方向毎の減肉エコーの最大振幅値を読みとり、それら各超音波伝搬方向毎の最大振幅値の中からもっとも大きな最大振幅値を求め、さらにもっとも大きな最大振幅値の半分の角度を屈折角θとして求め、この屈折角θと減肉部のボルト端面からの軸方向距離lとを用いて減肉部の半径rをr=l・tanθから求め、次いで減肉部の半径rと予め求められているボルトの直径Rとの差分から減肉部の深さdを求めるようにしている。   In order to achieve such an object, the present invention changes the refraction angle continuously in the diameter direction passing through the center of the bolt while the phased array probe is brought into close contact with the end face of the bolt in use and rotated once. A sector scan is performed to receive the ultrasonic echo that is incident on the ultrasonic beam and reflected from the screw part of the bolt to create a sectoral bee and a side view of the bolt screw part from the screw part echo. In the inspection method of the bolt screw part in use that detects the thinned part using disappearance, the part where the indication of the screw part disappeared from the side view is identified as the thinned part, and the position of the maximum width part of the indication disappearing part Is considered as the position of the thinned portion in the axial direction from the end surface of the bolt to the thinned portion, and the axial distance l from the bolt end surface of the thinned portion is obtained, and the thinning eco that appears in the side view The maximum amplitude value of the thinning echo for each ultrasonic wave propagation direction is read from the direction of the ultrasonic wave, the largest maximum amplitude value is obtained from the maximum amplitude values for each ultrasonic wave propagation direction, and half of the largest maximum amplitude value is obtained. Is obtained as the refraction angle θ, and the radius r of the thinned portion is obtained from r = l · tan θ using the refraction angle θ and the axial distance l from the bolt end surface of the thinned portion, and then the thinned portion The depth d of the thinned portion is obtained from the difference between the radius r and the diameter R of the bolt that has been obtained in advance.

ここで、フェーズドアレイ式探触子には周波数5MHzの探触子を用いることが好ましい。また、ネジ部エコーの消失部の最大幅位置に対する減肉エコーの出現位置の遅れとの関係で減肉深さを定性的に判断することも可能である。   Here, it is preferable to use a probe having a frequency of 5 MHz for the phased array probe. It is also possible to qualitatively determine the depth of thinning in relation to the delay in the appearance position of the thinning echo with respect to the maximum width position of the disappearance portion of the screw portion echo.

本発明のボルト減肉検査方法では、露出していないボルトのネジ部の減肉の軸方向位置、周方向位置を検出できるだけでなく、減肉の最大深さを推定することができるので、減肉の量、深さ、減肉の面積など、進行状況を定量的に推定することができる。このため、検査対象となっているボルトを今後安全に使用できるか否かの正確な判断ができる。本発明者等の実験によると、ネジ部エコーの最大消失幅に対応する深さから3.6%以内の誤差で減肉位置を推定することが明らかとなった。この推定精度は、超音波探傷法においてはかなり正確なものである。   According to the bolt thinning inspection method of the present invention, not only the axial position and the circumferential position of the thinning of the screw portion of the bolt that is not exposed can be detected, but also the maximum depth of the thinning can be estimated. Progress can be estimated quantitatively, such as the amount of meat, the depth, and the area of thinning. For this reason, it is possible to accurately determine whether or not the bolt to be inspected can be used safely in the future. According to experiments by the present inventors, it has been clarified that the thinning position is estimated with an error within 3.6% from the depth corresponding to the maximum disappearance width of the screw portion echo. This estimation accuracy is quite accurate in the ultrasonic flaw detection method.

また、周波数5MHzの探触子を用いる場合、減肉がネジ部にあるときには、ネジ部のエコーの一部が消失する現象が必ず観察でき、すべての減肉を検出できる。また、周波数5MHz の場合、ネジ部に亀裂があってもネジ部エコーが消失せず亀裂からの欠陥エコーと重なって出現することから、減肉及び亀裂によるネジ部エコーの差異を利用して、ネジ部における減肉及び亀裂の識別が可能となる。   Further, when a probe having a frequency of 5 MHz is used, when the thinning is in the screw portion, a phenomenon that a part of the echo of the screw portion disappears can be observed without fail, and all the thinning can be detected. In addition, in the case of a frequency of 5 MHz, even if there is a crack in the screw part, the screw part echo does not disappear and appears overlapping with the defect echo from the crack, so using the difference in the screw part echo due to thinning and cracking, It is possible to identify thinning and cracks in the threaded portion.

また、ネジ部エコーの消失部の最大幅位置に対する減肉エコーの出現位置の遅れとの関係が減肉深さと相関を有することから、減肉エコーの出現位置を画像上で判断するだけで、定性的に減肉深さの大きさを判断することが可能である。   In addition, since the relationship between the delay in the appearance position of the thinning echo with respect to the maximum width position of the disappearance part of the screw part echo has a correlation with the thinning depth, only by judging the appearance position of the thinning echo on the image, It is possible to judge the thickness of the thinning depth qualitatively.

さらに、本発明のボルト減肉検査方法によると、局部減肉のみならず全周減肉においてもその最大深さを測定することが可能である。   Furthermore, according to the bolt thinning inspection method of the present invention, it is possible to measure the maximum depth not only in the local thinning but also in the entire circumferential thinning.

本発明のボルト減肉検査方法の原理図で、超音波伝搬解析により、探触子により励起された縦波が減肉で2回モード変換されてから減肉のエコーとして受信されることを示したものである。In the principle diagram of the bolt thinning inspection method of the present invention, it is shown by ultrasonic wave propagation analysis that longitudinal waves excited by the probe are received as thinning echoes after being mode-converted twice by thinning. It is a thing. 本発明のボルト減肉検査方法の一実施形態を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows one Embodiment of the bolt thinning inspection method of this invention. 本発明のボルト減肉検査方法による探傷結果の一例を示す図で、(A)はセクトリアルビュー、(B)はサイドビューを示す。It is a figure which shows an example of the flaw detection result by the bolt thinning test | inspection method of this invention, (A) shows a tactical view, (B) shows a side view. 測定治具の一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of a measurement jig. 本発明のボルト減肉検査方法によるボルトの減肉深さの推定結果とレーサー計測された減肉深さとの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the estimation result of the thinning depth of the bolt by the bolt thinning inspection method of the present invention, and the thinning depth measured by the racer. ネジ部エコーの消失を利用してサイドビューから軸方向の減肉位置を読みとるときの(A)サイドビューと、(B)マージしたサイドビューとをそれぞれ示す。The (A) side view and (B) the merged side view when the axial thinning position is read from the side view using the disappearance of the screw part echoes are respectively shown. セクトリアルビューにおいて超音波伝搬方向αを設定する方法を説明する図で、(A)はセクトリアルビュー、(B)はサイドビューを示す。It is a figure explaining the method to set the ultrasonic propagation direction (alpha) in a sectial view, (A) shows a sectial view and (B) shows a side view. 超音波伝搬方向αに対応するサイドビューにおいて減肉エコーの最大振幅値を読みとる工程を説明する図で、(A)はセクトリアルビュー、(B)はサイドビューを示す。It is a figure explaining the process of reading the maximum amplitude value of a thinning echo in the side view corresponding to the ultrasonic propagation direction (alpha), (A) shows a sectional view and (B) shows a side view. 超音波伝搬方向αに対応するサイドビューにおいて減肉エコーの最大振幅値を読みとる工程を説明する図で、(A)はセクトリアルビュー、(B)はサイドビューを示す。It is a figure explaining the process of reading the maximum amplitude value of a thinning echo in the side view corresponding to the ultrasonic propagation direction (alpha), (A) shows a sectional view and (B) shows a side view. 減肉面積の推定方法を説明する図で、(A)は180°未満の角度の扇形の減肉の場合、(B)〜(D)は180゜以上の角度の扇形の減肉の場合で、(C)は減肉により残ったボルトの断面を、(D)はそれが近似した半円形の断面を示す。It is a figure explaining the estimation method of a thinning area, (A) is the case of fan-shaped thinning of an angle of less than 180 °, (B) ~ (D) is the case of fan-shaped thinning of an angle of 180 ° or more (C) shows the cross section of the bolt remaining after thinning, and (D) shows the semicircular cross section that it approximated. (a)〜(h)に本発明のボルト減肉検査方法の確認実験で用いた8種類のボルト試験体を示す。(A)-(h) shows eight types of bolt test bodies used in the confirmation experiment of the bolt thinning inspection method of the present invention. (a)〜(c)に本発明のボルト減肉検査方法の確認実験で用いた3種類の埋め込みボルト試験体を示す。(A)-(c) shows the three types of embedded bolt test bodies used in the confirmation experiment of the bolt thinning inspection method of the present invention. 試験体No.1における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. The measurement result in 1 is shown, (a) is a result using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) is a result using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体RB−1における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。The measurement result in test body RB-1 is shown, (a) is a result using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) is a result using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体RB−2における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。The measurement result in test body RB-2 is shown, (a) is a result using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) is a result using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体No.4−2における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. The measurement result in 4-2 is shown, (a) is a result using a probe having a frequency of 5 MHz, and (b) is a result using a probe having a frequency of 2 MHz. 試験体No.5−1における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. The measurement result in 5-1, is shown, (a) is the result using the probe of frequency 5MHz, (b) is the result of using the probe of frequency 2MHz. 試験体No.5−2における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. The measurement result in 5-2 is shown, (a) is a result using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) is a result using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体No.8における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. 8A and 8B show the measurement results in FIG. 8, where (a) shows the results using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) shows the results using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体No.8−2における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. The measurement results in 8-2 are shown. (A) is a result using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) is a result using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体No.10における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. 10A and 10B show the measurement results in FIG. 10, where (a) shows the results using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) shows the results using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体No.4−1における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. 4A and 4B show measurement results, where (a) shows a result using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) shows a result using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体No.5における測定結果を示すもので、(a)は周波数5MHzの探触子、(b)は周波数2MHzの探触子を用いた結果である。Specimen No. Fig. 5 shows the measurement results in Fig. 5, where (a) shows the results using a probe with a frequency of 5 MHz, and (b) shows the results using a probe with a frequency of 2 MHz. 試験体No.8の減肉を対象にした解析モデルを示す説明図である。Specimen No. It is explanatory drawing which shows the analysis model which made 8 thinning object. 解析で予測された試験体No.8のAスコープである。Specimen No. predicted by analysis 8 A scopes. ボルトにおける超音波の伝搬の状態を説明する図である。It is a figure explaining the state of propagation of the ultrasonic wave in a bolt. 減肉エコーの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of a thinning echo.

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図1に本発明の本発明のボルト減肉検査方法の原理図を示す。このボルト減肉検査方法は、使用状態のボルト1の端面2にフェーズドアレイ式探触子3を密着させて、連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビームを入射してボルト1のネジ部4から反射する超音波エコーを受信するセクタスキャンを行うことにより、ネジ部4に減肉部5が存在する場合にはセクトリアルビューあるいはサイドビューにネジ部エコー8の消失が起こることを利用して減肉部5の存在を確認するものである。本発明者等は、セクタスキャンの結果、ネジ部4からのエコーの周方向消失幅が最大となる軸方向位置が最も減肉している位置に対応することを知見した。同時に、本発明者等は、このボルト減肉検査方法において、ネジ部エコー8の消失から遅れて減肉エコー7が現れること、即ち減肉のエコー位置7が実際の減肉位置より遠い位置に観察されることを知見した。しかも、本発明者等は、実際の減肉位置を示すネジ部エコー8の消失部6から遠い位置に観察される減肉エコー7が減肉の深さに応じて受信信号の振幅値が変化していること、即ち振幅値に応じて表示色を変化させるように画像処理する場合には減肉の規模が表示色の変化として画像表示できることを知見した。そして、この現象については、本発明者等の超音波伝搬解析により、探触子により励起された縦波が減肉で2回モード変換されてから減肉のエコーとして受信されることにあることを明らかにした。   FIG. 1 shows the principle of the bolt thinning inspection method of the present invention. In this bolt thinning inspection method, a phased array probe 3 is brought into close contact with the end face 2 of the bolt 1 in use, and an ultrasonic beam is incident in a diameter direction passing through the bolt center while continuously changing the refraction angle. Then, by performing a sector scan to receive the ultrasonic echo reflected from the screw part 4 of the bolt 1, when the thinned part 5 exists in the screw part 4, the screw part echo 8 is displayed in the sectional view or the side view. The existence of the thinned portion 5 is confirmed by utilizing the disappearance. As a result of the sector scan, the present inventors have found that the axial position where the circumferential disappearance width of the echo from the screw portion 4 is maximum corresponds to the position where the thickness is thinned most. At the same time, in the bolt thinning inspection method, the present inventors show that the thinning echo 7 appears after the disappearance of the screw portion echo 8, that is, the thinning echo position 7 is far from the actual thinning position. We found that it was observed. Moreover, the present inventors have found that the amplitude value of the received signal varies depending on the thickness of the thinning echo 7 observed at a position far from the disappearance portion 6 of the screw portion echo 8 indicating the actual thinning position. In other words, when the image processing is performed so that the display color is changed in accordance with the amplitude value, it has been found that the scale of the thinning can be displayed as a change in the display color. And this phenomenon is that the longitudinal wave excited by the probe is subjected to mode conversion twice by thinning and is received as a thinning echo by ultrasonic propagation analysis by the present inventors. Was revealed.

本発明の使用中のボルトネジ部の検査方法は、かかる知見に基づくものであって、使用状態のボルト1の端面2にフェーズドアレイ式探触子3を密着させて1回転させる間に、ボルト中心を通る直径方向に連続的に屈折角を変化させながら好ましくは周波数5MHzの探触子から超音波ビームを入射すると共にボルトのネジ部から反射する超音波エコーを受信するセクタスキャンを行って、超音波エコーから作成されるネジ部4のセクトリアルビュー及びサイドビューに現れるネジ部エコー8の消失部6を利用して減肉部5の位置を特定し、かつモード変換による減肉エコーに着目し、その最大振幅の半値が得られる伝搬方向を利用して幾何学的関係から減肉部5の最大深さdを推定するものである。   The method of inspecting a bolt screw portion in use according to the present invention is based on such knowledge, and the phase of the phased array probe 3 is brought into close contact with the end surface 2 of the bolt 1 in use and is rotated once. A sector scan is performed in which an ultrasonic beam is incident from a probe with a frequency of preferably 5 MHz and an ultrasonic echo reflected from the screw part of the bolt is received while continuously changing the refraction angle in the diameter direction passing through The position of the thinned portion 5 is specified by using the disappeared portion 6 of the screw portion echo 8 that appears in the sectional view and side view of the screw portion 4 created from the sound wave echo, and attention is paid to the thinned echo by the mode conversion. The maximum depth d of the thinned portion 5 is estimated from the geometric relationship using the propagation direction in which the half value of the maximum amplitude is obtained.

つまり、サイドビューからネジ部4の指示が消失した箇所(消失部)6の最大幅部分(ネジ部エコー8の周方向消失幅が最大となる部分)の位置を減肉部5の位置として特定し、その指示消失部6の最大幅部分の位置を減肉の位置としてボルト端面2から減肉部5までの軸方向の距離lを求める一方、サイドビューに現れる減肉エコーの指示から各超音波伝搬方向毎の減肉エコーの最大振幅値を読みとり、それら各超音波伝搬方向毎の最大振幅値の中から更にもっとも大きな最大振幅値を求めると共にこのもっとも大きな最大振幅値の半分の角度を屈折角θとして求め、この屈折角θを減肉部5の最深部までのボルトの軸に対する角度と仮定して、屈折角θと減肉部位のボルト端面からの軸方向距離lとを用いて減肉部位のボルトの半径rをr=l・tanθから求め、減肉部位の半径rと予め求められているボルトの直径Rとの差分から減肉部5の最大の深さdを求めるものである。   That is, the position of the maximum width portion of the portion (disappearance portion) 6 where the indication of the screw portion 4 disappears from the side view (the portion where the circumferential disappearance width of the screw portion echo 8 is maximum) is specified as the position of the thinning portion 5. The axial distance l from the bolt end surface 2 to the thinned portion 5 is obtained with the position of the maximum width portion of the indication disappearance portion 6 as the thinning position. Read the maximum amplitude value of the thinning echo for each sound wave propagation direction, find the largest maximum amplitude value from the maximum amplitude values for each ultrasonic wave propagation direction, and refract half the angle of this largest maximum amplitude value. The angle θ is obtained, and the refraction angle θ is assumed to be an angle with respect to the bolt axis up to the deepest portion of the thinned portion 5, and is reduced using the refraction angle θ and the axial distance l from the bolt end surface of the thinned portion. The radius r of the bolt of the meat part is r Determined from l · tan .theta, and requests the maximum depth d of the reduced thickness portion 5 from the difference between the diameter R of the previously sought-bolt with radius r of thinning sites.

具体的には、図1に示すように、使用状態のボルト1の端面2にフェーズドアレイ式探触子3を密着させて、セクタスキャンを行いながら1回転させることにより、ボルトのネジ部の全周のデータを収集し、少なくともセクトリアルビューとサイドビュー、場合によってはマージしたサイドビューを構築し、減肉の有無とその軸方向位置と軸方向の減肉長さ、減肉深さ並びに必要に応じて周方向の減肉範囲を求める。   Specifically, as shown in FIG. 1, the phased array probe 3 is brought into close contact with the end face 2 of the bolt 1 in use, and is rotated once while performing sector scanning, so that the entire screw portion of the bolt is Collect circumference data, construct at least sectial and side views, and in some cases merge side views, whether or not there is thinning, its axial position and axial thinning length, thinning depth and necessary The thickness reduction range in the circumferential direction is determined according to

ここで、セクトリアルビュー(以下、SSと呼ぶ)は、ある探触子位置における異なる超音波伝搬方向に対応する探傷波形から構成された画像、即ちある探触子位置における各屈折角のAスコープ(受信エコ−強度と超音波の伝搬距離を直角座標にとって表示する方法)を輝度変調したものである。例えば、図3(A)は−30°から30°までの超音波伝搬方向に対応する探傷波形から構成された、ある位置のセクトリアルビューである。したがって、例えば探触子を0°から360°まで1°間隔で回転させるとすれば、一回転で360枚のセクトリアルビューが得られる。また、サイドビュー(以下、BSと呼ぶ)は、一定の超音波伝搬方向に対応する、異なる探触子位置における探傷波形から構成された探傷画像、即ちスキャン方向における各Aスコープを輝度変調したものである。例えば、図3(B)に例示するサイドビューは、超音波伝搬方向9°の場合における探触子位置が0°から360°までの探傷波形から構成されたものである。さらに、マージしたサイドビュー(以下、MBSと呼ぶ)は、異なる超音波伝搬方向に対応したサイドビューが重なったもの、即ち複数の屈折角成分のBスコープを重ねたものである。   Here, the sectional view (hereinafter referred to as SS) is an image composed of flaw detection waveforms corresponding to different ultrasonic wave propagation directions at a certain probe position, that is, an A scope of each refraction angle at a certain probe position. This is a luminance-modulated (reception echo-intensity and ultrasonic wave propagation distance display method with rectangular coordinates). For example, FIG. 3A is a categorical view at a certain position composed of a flaw detection waveform corresponding to an ultrasonic wave propagation direction from −30 ° to 30 °. Therefore, for example, if the probe is rotated at an interval of 1 ° from 0 ° to 360 °, 360 categorical views can be obtained in one rotation. The side view (hereinafter referred to as BS) is a flaw detection image composed of flaw detection waveforms at different probe positions corresponding to a certain ultrasonic wave propagation direction, that is, a luminance modulation of each A scope in the scan direction. It is. For example, the side view illustrated in FIG. 3B includes a flaw detection waveform in which the probe position is 0 ° to 360 ° in the case of the ultrasonic propagation direction 9 °. Furthermore, the merged side view (hereinafter referred to as “MBS”) is obtained by overlapping side views corresponding to different ultrasonic propagation directions, that is, by superposing B scopes having a plurality of refraction angle components.

以下、本発明にかかる使用中のボルトネジ部の減肉検査方法を図2に示すフロー図に基づいてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the thinning inspection method for the bolt screw portion in use according to the present invention will be described in more detail based on the flowchart shown in FIG.

まず、フェーズドアレイ式探触子3は、例えば図4に示すような回転治具を使って、図1に示すように使用状態のボルト1の端面2(この例では上面)に密着させる。回転治具は、検査対象となるボルト1のネジ4を利用してネジ締め付けにより固定されるベースディスク17と、そのディスク17周りに回転可能に支持される外歯付き回転ディスク12と、該外歯付き回転ディスク12の上面に固定されてフェーズドアレイ探触子3を昇降自在に支持する門型の探触子取付用フレーム13と、回転ディスク12の周面の外歯に噛み合い回転ディスク12を任意角度に回転可能とする回転ハンドル14と回転角度を検出するエンコーダ15とで主に構成されている。そして、フェースドアレイ探触子3は押付バネ16により、ボルト1の端面2に弾力的に押し付けられ、回転ハンドル14で回転ディスク12を回すことにより、ボルト1の中心軸周りに回転させられるように取り付けられる。この際に、探触子3を構成する複数の振動子は、ボルト1の中心を通る直線上に位置決めされる。尚、探触子位置をロータリーエンコーダ15によりコンピュータに入力される。また、フェースドアレイ探触子3は図示していないフェーズドアレイ用探傷器に接続される。   First, the phased array probe 3 is brought into close contact with the end surface 2 (upper surface in this example) of the bolt 1 in use as shown in FIG. 1 using, for example, a rotating jig as shown in FIG. The rotating jig includes a base disk 17 fixed by screw tightening using the screw 4 of the bolt 1 to be inspected, a rotating disk 12 with external teeth that are rotatably supported around the disk 17, A portal-type probe mounting frame 13 fixed to the upper surface of the toothed rotating disk 12 and supporting the phased array probe 3 so as to be movable up and down, and meshing with the outer teeth on the peripheral surface of the rotating disk 12, the rotating disk 12 A rotary handle 14 that can rotate at an arbitrary angle and an encoder 15 that detects the rotation angle are mainly configured. The faced array probe 3 is elastically pressed against the end surface 2 of the bolt 1 by the pressing spring 16 and is rotated about the central axis of the bolt 1 by rotating the rotating disk 12 with the rotary handle 14. Attached to. At this time, the plurality of transducers constituting the probe 3 are positioned on a straight line passing through the center of the bolt 1. The probe position is input to the computer by the rotary encoder 15. The faced array probe 3 is connected to a phased array flaw detector (not shown).

上述のフェーズドアレイ式探触子3の使用状態のボルト1の端面2への装着の前段階として、ボルトの半径Rを予め測定しておくことが好ましい(S1)。勿論、ボルトの半径Rは、実測せずに設計値を用いても良いし、さらには、減肉部5の深さを演算する際に求めて入力手段からコンピュータに入力するようにしても良い。   It is preferable to measure the radius R of the bolt in advance (S1) as a stage before the mounting of the phased array probe 3 to the end face 2 of the bolt 1 in use. Of course, the design value may be used for the radius R of the bolt without actually measuring it, and it may be obtained when calculating the depth of the thinned portion 5 and input to the computer from the input means. .

次いで、ネジ部エコー8の消失部6を利用してサイドビューから軸方向の減肉位置即ちボルト端面2から減肉部5までの軸方向長さlを読みとる(S2:図3(B),図6(A)参照)。このとき、サイドビューに現れるネジ部エコー8の消失部6の指示部位の最大幅部分の位置を減肉部5の位置と見なして、ボルト端面2から減肉部5までの軸方向長さlを読みとる。   Next, the axial thinning position from the side view, that is, the axial length 1 from the bolt end surface 2 to the thinning portion 5 is read from the side view using the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 (S2: FIG. 3B). (See FIG. 6A). At this time, the position of the maximum width portion of the indicated portion of the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 appearing in the side view is regarded as the position of the thinning portion 5, and the axial length l from the bolt end surface 2 to the thinning portion 5. Is read.

ここで、ネジ部エコー8の消失部6を観察する手法としては、例えばセクタリアルビューを観察する手法か、あるいはサイドビューを観察する手法のいずれかの手法を採ることが好ましい。   Here, as a method of observing the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8, it is preferable to employ, for example, either a method of observing a sector real view or a method of observing a side view.

セクタリアルビューを観察する手法によれば、セクタリアルビューにおいて、超音波伝搬方向カーソルを最小値(例えば−30°)から最大値(例えば30°)まで移動させながら、サイドビューにネジ部エコー8の消失部6及び減肉エコー7が現れるか否かを観察する。続いて、減肉エコー7が最も明瞭に観察されるように、超音波伝搬方向カーソル9を前後移動させる。   According to the method of observing the sector real view, in the sector real view, while moving the ultrasonic wave propagation direction cursor from the minimum value (for example, −30 °) to the maximum value (for example, 30 °), the screw portion echo 8 is displayed on the side view. It is observed whether or not the disappearing part 6 and the thinning echo 7 appear. Subsequently, the ultrasonic wave propagation direction cursor 9 is moved back and forth so that the thinning echo 7 is observed most clearly.

サイドビューを観察する手法によれば、サイドビューにおいて、探触子位置カーソル10を0°から360°まで移動しながら、セクタリアルビューに減肉エコー7及びネジ部エコー8の消失部6が出現するかどうかを観察する。減肉エコー7及びネジ部エコー8の消失部6が観察されたら、セクタリアルビューにおいて超音波伝搬方向カーソル9を減肉エコー7を通るように移動して、サイドビューにネジ部エコー8の消失部6及び減肉エコー7が現れるようにする。続いて、減肉エコー7が最も明瞭に観察されるように、セクタリアルビューにおいて超音波伝搬方向カーソル9を前後移動させる。セクトリアルビューで超音波伝搬方向カーソル9をセクタースキャンで設定された屈折角の刻み幅に合わせて、1刻み例えば1°ずつ減らすように移動させれば、同超音波伝搬方向θに対応するサイドビューが自動的に現れる。   According to the method of observing the side view, the disappearance portion 6 of the thinning echo 7 and the screw portion echo 8 appears in the sector real view while moving the probe position cursor 10 from 0 ° to 360 °. Observe whether or not. When the disappearing portion 6 of the thinning echo 7 and the screw portion echo 8 is observed, the ultrasonic wave propagation direction cursor 9 is moved so as to pass through the thinning echo 7 in the sector real view, and the screw portion echo 8 disappears in the side view. The part 6 and the thinning echo 7 are made to appear. Subsequently, the ultrasonic wave propagation direction cursor 9 is moved back and forth in the sector real view so that the thinning echo 7 is observed most clearly. If the ultrasonic propagation direction cursor 9 is moved in the sectoral view so as to be decreased by one step, for example, by 1 °, in accordance with the step size of the refraction angle set in the sector scan, the side corresponding to the ultrasonic propagation direction θ is set. The view appears automatically.

尚、図6(B)に示すマージしたサイドビューを用いる場合には、上述のように超音波伝搬方向カーソル9を移動させる必要がない。何故ならば、異なる超音波伝搬方向に対応するサイドニューが重なったものがマージしたサイドビューとなるためである。即ち、マージしたサイドビューにおいて、いきなりネジ部エコー8の消失部6が現れる。しかも、マージしたサイドビューを用いた観察は、サイドビューでネジ部エコー8の消失部6が不明瞭な場合においても、ネジ部エコー8の消失部6が明確に観察される可能性がある。その時には、マージしたサイドビューの観察が必要となる。しかしながら、サイドビュー及びマージしたサイドビューの何れにおいても、ネジ部エコー8の消失部6が明瞭であれば、サイドビューのみの観察で十分である。したがって、サイドビューでネジ部エコー8の消失部6を明瞭に観察できる場合においては、マージしたサイドビューでの観察は不要である。仮に、サイドビューとマージしたサイドビューとからそれぞれ得られるネジ部エコー8の消失部6の最大幅に対応する軸方向位置の値が異なるときには、両者の平均値を減肉の軸方向位置とする。   Note that when the merged side view shown in FIG. 6B is used, it is not necessary to move the ultrasonic wave propagation direction cursor 9 as described above. This is because the side views corresponding to different ultrasonic propagation directions overlap to form a merged side view. That is, the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 suddenly appears in the merged side view. Moreover, the observation using the merged side view may clearly observe the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 even when the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 is unclear in the side view. At that time, it is necessary to observe the merged side view. However, in both the side view and the merged side view, if the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 is clear, it is sufficient to observe only the side view. Therefore, when the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 can be clearly observed in the side view, the observation in the merged side view is not necessary. If the value of the axial position corresponding to the maximum width of the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 obtained from the side view and the merged side view is different, the average value of the two is used as the axial direction position of thinning. .

次いで、減肉エコー7の消失位置における超音波伝搬方向αを決定する(S3:図3(A),図7参照)。超音波伝搬方向αは、正確さは特に問題とはならず、セクタリアルビューにおいて減肉エコー7が観察されなくなる超音波伝搬方向より大きな角度にすれば足りる。例えば、図7に示すように、サイドビューの探触子位置カーソル10を左から右へ移動させること、即ち探触子回転角を変化させることにより、セクトリアルビューに減肉エコー7が出現すると、セクトリアルビューで超音波伝搬方向カーソル9を振って、サイドビューに現れる減肉エコー7を観察する。そして、セクトリアルビューだけに減肉エコー7が出現し、サイドビューには減肉エコーが出現しない状況から超音波伝搬方向9を1°ずつ減らしてサイドビューにも減肉エコーが出現する超音波伝搬方向カーソル9の位置を超音波伝搬方向αとして決定する。 Next, the ultrasonic wave propagation direction α 0 at the disappearance position of the thinning echo 7 is determined (S3: see FIGS. 3A and 7). As for the ultrasonic wave propagation direction α 0 , accuracy is not particularly a problem, and it is sufficient that the angle is larger than the ultrasonic wave propagation direction in which the thinning echo 7 is not observed in the sector real view. For example, as shown in FIG. 7, when the thinning echo 7 appears in the sectional view by moving the probe position cursor 10 in the side view from left to right, that is, by changing the probe rotation angle. The ultrasonic wave propagation direction cursor 9 is shaken in the sectional view to observe the thinning echo 7 appearing in the side view. Then, from the situation where the thinning echo 7 appears only in the cereal view and the thinning echo does not appear in the side view, the ultrasonic wave propagation direction 9 is decreased by 1 ° and the thinning echo appears in the side view. the position of the propagation direction cursor 9 is determined as the ultrasonic propagation direction alpha 0.

そこで、セクトリアルビューにおいて超音波伝搬方向をα(=α)に設定する(ステップ4)。 Therefore, the ultrasonic wave propagation direction is set to α (= α 0 ) in the sectional view (step 4).

次いで、図8に示すように、超音波伝搬方向αに対応するサイドビューにおいて減肉エコー7の最大振幅値MaxAmp(α)を読みとる(ステップ5)。最大振幅値の読みとりは、例えば図8(B)に示すように、サイドビューに現れた減肉エコー7をカーソルの枠11で囲むと、同エコーに対応する最大振幅値がフェーズドアレイ装置に搭載されたソフトウェア(例えばZetec社製TomoScan 3に搭載されたTomoView )によって自動的に算出され、その値が表示される。そこで、その値を読みとり、現在の超音波伝搬方向αに対応する減肉エコー7の最大振幅値として入力手段を介してコンピュータに入力し、メモリに記憶させる。   Next, as shown in FIG. 8, the maximum amplitude value MaxAmp (α) of the thinning echo 7 is read in the side view corresponding to the ultrasonic wave propagation direction α (step 5). For example, as shown in FIG. 8B, when reading the thinning echo 7 appearing in the side view with a cursor frame 11, the maximum amplitude value corresponding to the echo is loaded in the phased array device. Automatically calculated by the software (for example, TomoView installed in TomoScan 3 manufactured by Zetec), and the value is displayed. Therefore, the value is read and input to the computer via the input means as the maximum amplitude value of the thinning echo 7 corresponding to the current ultrasonic wave propagation direction α, and stored in the memory.

そして、(α−Δα)が0より小さいか否かを判断し(ステップ6)、0より小さくなければ(ステップ7)、再びステップ4の前に戻り、ステップ4〜ステップ6を繰り返す。このとき、超音波伝搬方向カーソル9を例えば1°ずつ減らすように移動させて、各角度即ち超音波伝搬方向に対応する最大の振幅値を読みとり(図8〜図9参照)、各々コンピュータのメモリに取り込む。   Then, it is determined whether or not (α−Δα) is smaller than 0 (step 6). If it is not smaller than 0 (step 7), the process returns to step 4 again, and steps 4 to 6 are repeated. At this time, the ultrasonic wave propagation direction cursor 9 is moved so as to decrease, for example, by 1 °, and the maximum amplitude value corresponding to each angle, that is, the ultrasonic wave propagation direction is read (see FIGS. 8 to 9). Into.

そして、(α−Δα)が0より小さいか否かを判断して(ステップ6)、小さいと判断されたときには減肉エコーの最大振幅値MaxAmp(α)の中からもっとも大きな最大値Max(MaxAmp(α))を求めてから、その半値に対応する超音波伝搬方向θを求める(ステップ8)。上述のステップ4〜6を繰り返すと、異なる超音波伝搬方向に対応する減肉エコー最大振幅値がそれぞれ得られる。そこで、それら最大振幅値の中からもっとも大きな最大振幅値Max(MaxAmp(α))を求め、その半値に対応する超音波伝搬方向を求める。前述の半値に対応する超音波伝搬方向がセクタースキャンで設定された屈折角の刻み幅の間にある場合には、半値を挟んで刻み幅の大きな値の方の超音波伝搬方向と小さな値の方の超音波伝搬方向の値を利用して線形補間で半値に対応する伝搬方向を求める。具体的には、例えば、(yθ-y1)/(y2-y1)=(xθ-x1)/(x2-x1)から、半値が対応する超音波伝搬方向θを求める。尚、Δαはセクタースキャンで設定された屈折角の刻み幅である。ここで、超音波の反射特性から超音波ビームが角部に当たる超音波伝搬方向αで、減肉エコーの振幅が最大になる。図1に示すように、超音波ビームが最も深い減肉部に当る場合の超音波伝搬方向θがαより小さい。このことから、超音波伝搬方向αとしては、αより大きな角度を排除することができる。 Then, it is determined whether or not (α−Δα) is smaller than 0 (step 6). When it is determined that (α−Δα) is smaller, the largest maximum value Max (MaxAmp) among the maximum amplitude values MaxAmp (α) of the thinning echo is determined. (Α)) is obtained, and then the ultrasonic propagation direction θ corresponding to the half value is obtained (step 8). When steps 4 to 6 described above are repeated, maximum thinning echo amplitude values corresponding to different ultrasonic propagation directions are obtained. Therefore, the largest maximum amplitude value Max (MaxAmp (α)) is obtained from these maximum amplitude values, and the ultrasonic wave propagation direction corresponding to the half value is obtained. If the ultrasonic wave propagation direction corresponding to the half value is between the refraction angle increments set in the sector scan, the ultrasonic propagation direction with the smaller half value and the smaller ultrasonic propagation direction The propagation direction corresponding to the half value is obtained by linear interpolation using the value of the ultrasonic propagation direction. Specifically, for example, the ultrasonic propagation direction θ corresponding to the half value is obtained from (yθ−y1) / (y2−y1) = (xθ−x1) / (x2−x1). Note that Δα is the step size of the refraction angle set in the sector scan. Here, the amplitude of the thinning echo becomes maximum in the ultrasonic wave propagation direction α in which the ultrasonic beam hits the corner from the reflection characteristics of the ultrasonic wave. As shown in FIG. 1, the ultrasonic propagation direction θ when the ultrasonic beam hits the deepest thinned portion is smaller than α. From this, an angle larger than α can be excluded as the ultrasonic wave propagation direction α 0 .

そして、MaxAmp(α)の最大値Max(MaxAmp(α))の半値に対応する超音波伝搬方向θ即ち屈折角が求まると、この屈折角θと減肉部の最深部の軸方向長さlとを利用して、減肉部5の最大深さdを中央処理装置において数式1の演算により求める(ステップ9)。
[数1]
d=R−L・tan(θ)
ここで、ボルトの半径Rは予めステップ1で実測されているが、場合によっては設計値を利用しても良い。そして、このボルトの半径Rは、減肉深さを算出するときに、メモリから読み出される。
When the ultrasonic wave propagation direction θ corresponding to the half value of the maximum value Max (MaxAmp (α)) of MaxAmp (α), that is, the refraction angle, is obtained, the refraction angle θ and the axial length l of the deepest portion of the thinned portion. Are used to determine the maximum depth d of the thinned portion 5 by the calculation of Formula 1 in the central processing unit (step 9).
[Equation 1]
d = RL−tan (θ)
Here, the radius R of the bolt is measured in advance in step 1, but a design value may be used in some cases. Then, the radius R of the bolt is read from the memory when calculating the thinning depth.

ここで、減肉部5の最大深さdが求まると、さらに減肉形状並びに面積を推定することもできる。例えば、減肉面積を推定するには、図10に示すように、ネジ部エコー8の消失部6の最大幅を得たサイドビューまたはマージしたサイドビューから減肉5の周方向のスタート位置Φ1及びエンド位置Φ2をそれぞれ読み取る。そして、ネジ部エコー8の消失部6の最大幅位置から得られたスタート位置Φ1とエンド位置Φ2、並びに減肉部5の最大深さ部分のボルト中心からの長さr(ボルト半径から減肉最大深さdを減算したもの)で図10(A)若しくは(B)を作図する。そして、図10(A)に示すような180°未満の角度の扇形の減肉の場合には、数式2
[数2]
減肉面積=R・R・(Φ2-Φ1)/2-R・r・sin[(Φ2-Φ1)/2]
から、減肉面積を求める。
また、図10(B)に示すような180゜以上の角度の扇形の減肉の場合には、減肉によって残されたボルトの断面が図10(C)に示されるものと考えられ、さらにそれは図10(C)に近似していることから、数式3
[数3]
減肉面積=R・R・(Φ2-Φ1)/2-R・rl・sin[(Φ2-Φ1)/2]
ここで、r1=R・cos[(Φ2-Φ1)/2]
から求められる。
Here, if the maximum depth d of the thinned portion 5 is obtained, the thinned shape and the area can be further estimated. For example, in order to estimate the thinning area, as shown in FIG. 10, the start position Φ1 in the circumferential direction of the thinning 5 from the side view obtained by obtaining the maximum width of the disappearance portion 6 of the screw portion echo 8 or the merged side view. And the end position Φ2 are read. Then, the start position Φ1 and end position Φ2 obtained from the maximum width position of the disappearance portion 6 of the screw portion echo 8 and the length r from the bolt center of the maximum depth portion of the thinning portion 5 (thinning from the bolt radius). 10 (A) or 10 (B) is drawn using a value obtained by subtracting the maximum depth d). In the case of fan-shaped thinning with an angle of less than 180 ° as shown in FIG.
[Equation 2]
Thinning area = R ・ R ・ (Φ2-Φ1) / 2-R ・ r ・ sin [(Φ2-Φ1) / 2]
From this, the area of thinning is obtained.
Further, in the case of fan-shaped thinning at an angle of 180 ° or more as shown in FIG. 10 (B), it is considered that the cross section of the bolt left by the thinning is shown in FIG. 10 (C). Since it approximates to FIG.
[Equation 3]
Thinning area = R ・ R ・ (Φ2-Φ1) / 2-R ・ rl ・ sin [(Φ2-Φ1) / 2]
Where r1 = R ・ cos [(Φ2-Φ1) / 2]
It is requested from.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

まず、フェーズドアレイ超音波探傷法における基礎ボルトのネジ部の減肉の有無の判断とエコー消失現象による減肉位置の同定について実験を行った。本実験では図11 及び12に示すような2種類、計11 本の試験体を使用した。図11に示す試験体はボルトのみであるのに対して、図12に示すのはコンクリート中に埋め込まれるボルトを模擬する試験体である。以下、それぞれボルト試験体と埋め込みボルト試験体と呼ぶ。ボルトの材質は炭素鋼SS41-Bで、直径、長さ及びネジ部の長さはそれぞれ30mm、300mm及び120mmである。図11及び12に示すように、ボルト試験体No.1に欠陥を付与せず、ボルト試験体RB-1及びRB-2に深さ5mmのスリットを加工した。そのほかの試験体には局部減肉及び全周減肉を模擬した人工欠陥を付与した。また、図11及び12に示すように、欠陥個所はネジ部にあるものもあれば、ネジ部から離れたものもある。各試験体に付与した欠陥の詳細を表1に示す。表中の欠陥位置、欠陥長さ及び欠陥深さはそれぞれボルトの上端面から欠陥中心までの距離、ボルト軸方向における長さ及び軸方向に垂直な方向における最大深さを指す。   First, an experiment was conducted to determine whether or not there was any thinning of the threaded portion of the foundation bolt in the phased array ultrasonic flaw detection method and to identify the thinning position by the echo disappearance phenomenon. In this experiment, a total of 11 specimens were used, as shown in FIGS. The test body shown in FIG. 11 is only a bolt, whereas FIG. 12 shows a test body that simulates a bolt embedded in concrete. Hereinafter, they are called a bolt test body and an embedded bolt test body, respectively. The material of the bolt is carbon steel SS41-B, and the diameter, length, and length of the screw portion are 30 mm, 300 mm, and 120 mm, respectively. As shown in FIGS. A slit having a depth of 5 mm was processed in the bolt specimens RB-1 and RB-2 without giving any defects to 1. The other specimens were given artificial defects simulating local thinning and total thinning. Further, as shown in FIGS. 11 and 12, some of the defective portions are in the screw portion, and others are away from the screw portion. Table 1 shows the details of the defects given to each specimen. The defect position, defect length, and defect depth in the table indicate the distance from the upper end surface of the bolt to the defect center, the length in the bolt axial direction, and the maximum depth in the direction perpendicular to the axial direction.

(測定方法及び測定条件)
Zetec社製のTomoScan 3というフェーズドアレイ装置を測定に用いた。測定条件の設定、データ集録及び結果分析にはTomoView2.29というソフトウェアを利用した。32エレメントの周波数5MHz及び2MHzのフェーズドアレイ探触子をそれぞれ用いて、ボルト試験体及び埋め込みボルト試験体を測定した。振動子の幅及び間隔はそれぞれ0.5mm及び0.1mmである。振動子の長さは通常10mm程度であるが、ここでボルトの直径を考慮して20mmと決定した。超音波探傷試験は、フェーズドアレイ探触子3を図4に示す回転治具に取り付けてから検査対象となるボルトに装着し、回転ハンドル14を回すことにより、探触子3をボルトの中心軸周りに回転させることにより行った。探触子位置はロータリーエンコーダによりコンピュータに順次入力される。尚、ロータリーエンコーダの分解能は0.1°である。
(Measurement method and measurement conditions)
A phased array device called TomoScan 3 manufactured by Zetec was used for the measurement. Software called TomoView2.29 was used for setting measurement conditions, data acquisition and result analysis. Bolt specimens and embedded bolt specimens were measured using 32-element phased array probes with frequencies of 5 MHz and 2 MHz, respectively. The width and interval of the vibrators are 0.5 mm and 0.1 mm, respectively. The length of the vibrator is usually about 10 mm, but here it is determined to be 20 mm in consideration of the diameter of the bolt. In the ultrasonic flaw detection test, the phased array probe 3 is attached to the bolt to be inspected after being attached to the rotating jig shown in FIG. 4, and the probe 3 is attached to the central axis of the bolt by turning the rotary handle 14. This was done by rotating around. The probe position is sequentially input to the computer by a rotary encoder. The resolution of the rotary encoder is 0.1 °.

探傷条件を表2に示す。幅100ns (5MHzの場合)あるいは250ns(2MHz の場合)、電圧50Vのパルスを各振動子に印加して試験体に超音波を入射した。探触子で受信された超音波エコーをハイパスフィルターとローパスフィルターを掛けずにデジタイザーによってA/D 変換し、パソコンに保存した。デジタイザー周波数、感度(ゲイン)、繰り返し周波数はそれぞれ50MHz、35dB、2000Hzである。ピッチ0.5°でボルトの中心軸周りに探触子を一周回転させた。以下の要領で測定を行った。
Table 2 shows the flaw detection conditions. A pulse having a width of 100 ns (in the case of 5 MHz) or 250 ns (in the case of 2 MHz) and a voltage of 50 V was applied to each vibrator, and an ultrasonic wave was incident on the specimen. The ultrasonic echo received by the probe was A / D converted by a digitizer without applying a high-pass filter and a low-pass filter, and stored in a personal computer. The digitizer frequency, sensitivity (gain), and repetition frequency are 50 MHz, 35 dB, and 2000 Hz, respectively. The probe was rotated once around the central axis of the bolt at a pitch of 0.5 °. The measurement was performed as follows.

(1) 探傷感度を決定する。測定対象となる試験体の底面エコーを基準に探傷感度を決定した。探傷感度が低かった場合、ソフトウェア(TomoView)のアナリシスモードでソフトゲインによって調整する。
(2) 探触子3を図4に示す冶具の探触子取付用フレーム13に装着してその冶具を探傷する試験体・ボルトに固定する。探触子及びボルト上端面の中心が重なるように探触子位置を調整する。
(3) TomoView を介してTomoScan 3をセッティングする。まず探傷モードをフェーズドアレイのパルスエコーに設定する。続いて、表2に示す測定条件と上述したパラメータを入力する。データ解析の際にビーム路程を校正するために、底面エコーが観察されるようにビーム路程の範囲を設定する。
(4) 探触子の探傷開始位置をマークしてから測定を行い、データを収録する。
(5) TomoView のアナリシスモードで収録したデータを解析する。
(1) Determine the flaw detection sensitivity. The flaw detection sensitivity was determined with reference to the bottom echo of the specimen to be measured. If the flaw detection sensitivity is low, adjust the soft gain in the analysis mode of the software (TomoView).
(2) The probe 3 is mounted on a probe mounting frame 13 of a jig shown in FIG. 4, and the jig is fixed to a specimen or bolt to be flawed. The probe position is adjusted so that the centers of the probe and the upper end surface of the bolt overlap.
(3) Set TomoScan 3 via TomoView. First, the flaw detection mode is set to the pulse echo of the phased array. Subsequently, the measurement conditions shown in Table 2 and the parameters described above are input. In order to calibrate the beam path during data analysis, the range of the beam path is set so that the bottom echo is observed.
(4) Mark the probe's flaw detection start position, measure it, and record the data.
(5) Analyze the data recorded in the analysis mode of TomoView.

(測定結果)
各試験体における測定結果を図13〜23に示す。各図の上下はそれぞれ周波数5MHz及び2MHzの探触子に対応する。図中のBE、DE及びREはそれぞれ底面エコー、遅れエコー及び欠陥による多重反射のエコーを表す。BS及びMBSの縦軸はビーム路程を、横軸は探触子位置を表す。ほかの記号の意味は前述の通りである。括弧内の数字はそのスコープに適用されたソフトゲインである。探触子の開始位置は0°、一周回転した後の位置は360°とする。因みに、BS及びMBSにおける横軸目盛ラベルにあるmmはソフトウェアのバグで、「°」の間違いである。
(Measurement result)
The measurement result in each test body is shown in FIGS. The top and bottom of each figure correspond to probes with frequencies of 5 MHz and 2 MHz, respectively. In the figure, BE, DE, and RE represent a bottom echo, a delayed echo, and an echo of multiple reflections due to defects, respectively. The vertical axis of BS and MBS represents the beam path, and the horizontal axis represents the probe position. The meanings of the other symbols are as described above. The number in parentheses is the soft gain applied to that scope. The starting position of the probe is 0 °, and the position after one rotation is 360 °. Incidentally, mm on the horizontal scale label in BS and MBS is a software bug, and is an error of “°”.

図13に示すように、健全な埋め込みボルト試験体においてネジエコー、底面エコー及び遅れエコーが明瞭に観察される。但し、周波数5MHzの場合、ネジエコーが周波数2MHzよりくっきりと見える。これは周波数が高いほど波長が短いからである。一方、図14〜23に示すように、周波数5MHzの探触子を用いた場合、試験体にある全ての欠陥からのエコーが明瞭に観察される。ボルト試験体と埋め込みボルト試験体の結果を比較すると、埋め込みによる欠陥検出の影響がないことが判った。それに対して、周波数2MHzの探触子の場合、ボルト試験体における全ての欠陥を検出できたものの、埋め込みボルト試験体No.5の局部減肉2を検出できなかった。   As shown in FIG. 13, screw echoes, bottom surface echoes, and delayed echoes are clearly observed in a sound embedded bolt specimen. However, when the frequency is 5 MHz, the screw echo is clearly seen from the frequency of 2 MHz. This is because the higher the frequency, the shorter the wavelength. On the other hand, as shown in FIGS. 14 to 23, when a probe having a frequency of 5 MHz is used, echoes from all the defects in the specimen are clearly observed. Comparing the results of the bolt specimen and the embedded bolt specimen, it was found that there was no influence of defect detection by embedding. On the other hand, in the case of the probe having a frequency of 2 MHz, although all defects in the bolt test specimen could be detected, the local thinning 2 of the embedded bolt test specimen No. 5 could not be detected.

(1) 試験体No.1、No.4-1、No.4-2及びNo.8における底面エコーは縦軸300mmのところに出現するのに対して、ほかの試験体の底面エコーは300mm強のところに観察される。これは各試験体における音速の差異によるものと考えられる。この差異を校正するために各試験体の底面エコーの出現位置を300mmと見なした上で、測定結果を分析する。   (1) The bottom echoes of specimens No.1, No.4-1, No.4-2, and No.8 appear at the vertical axis of 300 mm, while the bottom echoes of other specimens are 300 mm. Observed in the strong place. This is considered to be due to the difference in sound speed among the test specimens. In order to calibrate this difference, the measurement result is analyzed after regarding the appearance position of the bottom echo of each specimen as 300 mm.

(2) 図14及び15に示すように、スリットによる欠陥エコーのみならずスリットでの多重反射によるエコーも検出された。   (2) As shown in FIGS. 14 and 15, not only a defect echo due to the slit but also an echo due to multiple reflection at the slit was detected.

(3) 減肉の場合には、減肉エコーが実際の減肉位置より遠いところに出現する。図17、18、19、20及び23に示すように、周波数5MHzの探触子を用いてネジ部にある減肉を測定する場合、ネジエコーの一部が消失する現象が観察される。この現象を利用して減肉の長さ及び位置を推定することができる。具体的には、BS或いはMBSの縦軸におけるネジエコーの消失長さを減肉長さ、横軸における最大の消失幅に対応するビーム路程を減肉位置とする。しかしながら、周波数2MHz の場合、波長が長いためネジエコー消失が明瞭に観察されていない。   (3) In the case of thinning, a thinning echo appears far from the actual thinning position. As shown in FIGS. 17, 18, 19, 20, and 23, when the thinning at the screw portion is measured using a probe having a frequency of 5 MHz, a phenomenon in which part of the screw echo disappears is observed. Using this phenomenon, the length and position of the thinning can be estimated. Specifically, the disappearance length of the screw echo on the vertical axis of BS or MBS is the thinning length, and the beam path length corresponding to the maximum disappearance width on the horizontal axis is the thinning position. However, when the frequency is 2 MHz, the loss of screw echo is not clearly observed due to the long wavelength.

(4) 図14 及び15 に示すように、スリットがネジ部にある場合、ネジエコーが消失せずスリットからのエコーがネジエコーと重なる。減肉及びスリットによるネジエコーの差異を利用して、ネジ部における減肉及び割れの識別が可能と考えられる。また、全周減肉からのエコーはBS或いはMBSにおいて0〜360°にわたり観察されるのに対して、局部減肉からのエコーは限られた範囲しか観察されない。   (4) As shown in FIGS. 14 and 15, when the slit is in the screw portion, the screw echo does not disappear and the echo from the slit overlaps with the screw echo. It is considered possible to identify the thinning and cracking in the screw portion by utilizing the difference between the screw echo due to the thinning and the slit. Also, echoes from all-around thinning are observed over 0 to 360 ° in BS or MBS, whereas echoes from local thinning are observed only in a limited range.

一例として、ボルト試験体No.5-1 の測定結果を分析する。上述のことを踏まえて、図17 から容易に同試験体のネジ部に一個の局部減肉があると判断できる。また、同図からネジエコーの消失長さ及び最大の消失幅に対応するビーム路程がそれぞれ22.0mm及び72.0mmと読み取れる。   As an example, the measurement result of bolt specimen No. 5-1 is analyzed. Based on the above, it can be easily determined from FIG. 17 that there is one local thinning in the threaded portion of the specimen. In addition, the beam path lengths corresponding to the disappearance length and the maximum disappearance width of the screw echo can be read as 22.0 mm and 72.0 mm, respectively.

底面エコーの出現位置310mm を300mm と校正すると、同局部減肉の位置及び長さはそれぞれ69.7mm 及び21.3mm と推定できる。同様に、図13 〜 23 から推定した各試験体における欠陥の性状を表3に示す。欠陥エコー位置及び欠陥位置は欠陥または減肉エコーのビーム路程及び測定結果から推定した欠陥位置を意味する。
When the appearance position 310 mm 2 of the bottom echo is calibrated as 300 mm, the position and length of the local thinning can be estimated as 69.7 mm and 21.3 mm, respectively. Similarly, the property of the defect in each test body estimated from FIGS. 13 to 23 is shown in Table 3. The defect echo position and the defect position mean the defect position estimated from the beam path of the defect or the thinning echo and the measurement result.

ネジエコーの消失を利用して推定した欠陥位置及び欠陥長さの値に下線が付いている。表中の×は推定できないことを表す。表3に示すように、ネジ部にある欠陥は割れか減肉の識別ができるものの、それ以外の欠陥(ネジ部にない欠陥)については、全周にわたるものか否かしか判断できない。試験体RB-1 及びRB-2 における欠陥をすべて検出でき、位置も正確に推定できた。それ以外の試験体については、表1及び3を比較すると、欠陥エコー位置は実際の欠陥位置に比べて値が大きくなることが判る。試験体No.4-1 及び4-2 において、実際の欠陥位置が同じであるにも関わらず、欠陥エコー位置がそれぞれ165mm 及び140mm と大きく異なる。これはそれぞれの欠陥深さが5mm 及び10mm と違うことによるものと考えられる。即ち、欠陥エコー位置は欠陥性状に大きく依存することが判った。また、ネジ部にある減肉については、周波数5MHz の測定結果から推定した減肉の位置及び長さの最大誤差はそれぞれ3.6%及び14.3%である。一方、上述の理由から周波数2MHz の場合には、殆どの減肉の位置及び長さを正確に推定することができない。   Defect positions and defect length values estimated using the disappearance of screw echoes are underlined. X in the table indicates that it cannot be estimated. As shown in Table 3, although the defect in the screw part can be identified as cracking or thinning, it can only be determined whether or not other defects (defects not in the screw part) are over the entire circumference. All defects in the specimens RB-1 and RB-2 could be detected, and the position could be estimated accurately. For other specimens, comparing Tables 1 and 3, it can be seen that the value of the defect echo position is larger than the actual defect position. In specimens 4-1 and 4-2, although the actual defect positions are the same, the defect echo positions are greatly different from 165 mm and 140 mm, respectively. This is considered to be due to the fact that the respective defect depths are different from 5 mm and 10 mm. That is, it was found that the defect echo position greatly depends on the defect properties. For the thinning at the threaded portion, the maximum errors of the thinning position and length estimated from the measurement result at the frequency of 5 MHz are 3.6% and 14.3%, respectively. On the other hand, for the reason described above, in the case of a frequency of 2 MHz, the position and length of most thinning cannot be accurately estimated.

以上のことから、(1)ネジエコーが消失するか否かを踏まえて、ネジ部における減肉及び割れの識別が可能であること、 (2)ネジエコーの消失長さ及び最大消失幅に対応するビーム路程から、ネジ部にある減肉の長さ及び位置を推定することができること、(3)減肉のエコー位置は欠陥の性状に大きく依存すること及び(4) 周波数2MHzの探触子より、周波数5MHz のほうが基礎埋め込みボルト試験体の減肉検出に適することが明らかになった。また、上述のように、減肉がネジ部から離れた場合、測定結果から減肉位置などを推定できない問題が生ずるので、埋め込み基礎ボルトにはその全長にネジを切ることが好ましい。   From the above, (1) It is possible to identify thinning and cracking in the screw part based on whether or not the screw echo disappears. (2) Beam corresponding to the disappearance length and maximum disappearance width of the screw echo. From the path length, it is possible to estimate the length and position of the thinning in the screw part, (3) the echo position of the thinning largely depends on the nature of the defect, and (4) from the probe with a frequency of 2 MHz, It became clear that the frequency of 5 MHz is more suitable for thinning detection of the foundation embedded bolt specimen. Further, as described above, when the thinning is separated from the threaded portion, there is a problem that the thinning position cannot be estimated from the measurement result.

(数値解析)
試験体No.8 の局部減肉を対象に図24 に示す解析モデルを用いて、有限要素法による超音波伝搬解析を行った。簡単化のため、平面ひずみ問題と仮定し、ボルトのネジ部を無視した。ボルト長さ及び減肉深さをそれぞれ200mm及び5mmとした。図11及び12を参考に図24 に示すような減肉形状を決定した。ヤング率、ポアソン比及び質量密度はそれぞれ270MPa/m、0.285及び7,900kg/mである。要素サイズは0.05mmで、時間刻みは2nsである。
(Numerical analysis)
Using the analysis model shown in FIG. 24, ultrasonic propagation analysis by the finite element method was performed for the local thinning of specimen No. 8. For the sake of simplicity, it was assumed that it was a plane strain problem, and the screw part of the bolt was ignored. The bolt length and thickness reduction were 200 mm and 5 mm, respectively. With reference to FIGS. 11 and 12, the reduced thickness as shown in FIG. 24 was determined. Young's modulus, Poisson's ratio and mass density are 270 MPa / m, 0.285 and 7,900 kg / m, respectively. The element size is 0.05 mm and the time increment is 2 ns.

ボルトの上端面に中心周波数2MHz の力を与えて、ボルト内を屈折角10°で伝搬する縦波を励起させる。解析により予測されたAスコープを図25に示す。同図に示すように、底面エコー及び減肉エコーがそれぞれ200mm及び134mmのところに出現する。また、底面エコーの後に遅れエコーも観察される。これは図19に示す測定結果と良く一致する。欠陥エコーを突き止めるため、励起後の異なる時刻における超音波伝搬の様子を図26に示す。図中のL、RL、RS、MS及びML はそれぞれ縦波、縦波反射波、横波反射波、横波モード変換波及び縦波モード変換波を表す。同図に示すように、励起された縦波が減肉に当たると横波モード変換波が生じる。この横波はボルトの左側面に当たって、横波反射波が発生する。この横波が減肉でモード変換され、縦波モード変換波が生じる。この縦波はボルトの上端面に向かって伝搬し、減肉エコーとして受信される。つまり、減肉エコーは図27(図1)に示すような経路を経て受信されることが明らかになった。即ち、励起された縦波がまず減肉でモード変換され、そして反対側の側面で反射される。続いて、横波反射波が減肉で再びモード変換されることにより、生じた縦波モード変換が減肉エコーとして観察される。また、図25 に示すN及びMエコーは、それぞれ縦波反射波RL及び縦波Lがボルトの左側面及び減肉に当たることにより、発生された異なる縦波によるものである。試験体の場合、それらの縦波がネジ部で散乱されるためエコーとして観察されない。   A force having a center frequency of 2 MHz is applied to the upper end surface of the bolt to excite a longitudinal wave propagating through the bolt at a refraction angle of 10 °. FIG. 25 shows the A scope predicted by the analysis. As shown in the figure, the bottom echo and the thinning echo appear at 200 mm and 134 mm, respectively. A delayed echo is also observed after the bottom echo. This agrees well with the measurement results shown in FIG. FIG. 26 shows the state of ultrasonic propagation at different times after excitation in order to locate the defect echo. In the figure, L, RL, RS, MS, and ML represent a longitudinal wave, a longitudinal wave reflected wave, a transverse wave reflected wave, a transverse wave mode converted wave, and a longitudinal wave mode converted wave, respectively. As shown in the figure, when the excited longitudinal wave hits the thinning, a transverse mode converted wave is generated. This transverse wave hits the left side of the bolt, and a transverse reflected wave is generated. This transverse wave is mode-converted by thinning, and a longitudinal wave-mode converted wave is generated. This longitudinal wave propagates toward the upper end surface of the bolt and is received as a thinning echo. That is, it has been clarified that the thinning echo is received through a route as shown in FIG. 27 (FIG. 1). That is, the excited longitudinal wave is first subjected to mode conversion by thinning and then reflected by the opposite side surface. Subsequently, the transverse wave reflected wave is mode-converted again by thinning, so that the generated longitudinal wave mode conversion is observed as a thinning echo. Further, the N and M echoes shown in FIG. 25 are caused by different longitudinal waves generated by the longitudinal wave reflected wave RL and the longitudinal wave L hitting the left side surface and thinning of the bolt, respectively. In the case of the test body, those longitudinal waves are not observed as echoes because they are scattered by the screw portion.

(1) 周波数5MHzの探触子の場合、各試験体の底面エコー及び欠陥エコーが明瞭に観察され、埋め込みによる欠陥検出への影響がないことが判った。それに対して、周波数2MHz の場合、ボルト試験体における全ての欠陥を検出できたが、埋め込みボルト試験体にある局部減肉を一つ検出できなかった。
(2) 割れからの欠陥エコー位置は実際の欠陥位置と良く一致するものの、減肉からの減肉エコー位置は実際の欠陥位置より遠くに出現する。これは、探触子により励起された縦波の減肉でのモード変換によるものということを超音波伝搬シミュレーションにより明らかにした。
(3) 周波数5MHz の場合、ネジ部にある減肉によりネジエコーの一部が消失する現象が観察された。この現象を利用して減肉の位置及び長さをそれぞれ3.6%及び14.3%以内の誤差で推定できた。一方、周波数2MHz の場合、ネジ部に減肉があってもネジエコーがあまり消失しない。
(4) 周波数5MHz の場合、ネジ部にスリットがあってもネジ部エコーが消失せずスリットからの欠陥エコーと重なって出現する。このような減肉及びスリットによるネジエコーの差異を利用して、ネジ部における減肉及び割れの識別が可能と考えられる。また、全周減肉の場合、BS或いはMBSにおいて減肉エコーが0〜360°にわたり観察されるのに対して、局部減肉の場合、減肉エコーが限られた範囲しか観察されない。
(5) 減肉の位置が同じであるにも関わらず減肉深さによって減肉エコー位置が大きく変化することから、エコーの出現位置は減肉深さに大きく依存することが明らかになった。
(6) 周波数5MHzの探触子は周波数2MHzの探触子より、基礎ボルトにける減肉の検出に適することが明らかになった。
(1) In the case of a probe having a frequency of 5 MHz, the bottom surface echo and the defect echo of each specimen were clearly observed, and it was found that there was no influence on the defect detection by the embedding. On the other hand, when the frequency was 2 MHz, all the defects in the bolt specimen could be detected, but one local thinning in the embedded bolt specimen could not be detected.
(2) Although the defect echo position from the crack agrees well with the actual defect position, the thinning echo position from the thinning appears farther than the actual defect position. It was clarified by ultrasonic wave propagation simulation that this is due to mode conversion in the thinning of the longitudinal wave excited by the probe.
(3) In the case of a frequency of 5 MHz, a phenomenon was observed in which part of the screw echo disappeared due to thinning in the screw portion. Using this phenomenon, the position and length of thinning could be estimated with errors within 3.6% and 14.3%, respectively. On the other hand, when the frequency is 2 MHz, the screw echo does not disappear so much even if the screw portion is thin.
(4) In the case of a frequency of 5 MHz, even if there is a slit in the screw part, the screw part echo does not disappear but appears overlapping with the defect echo from the slit. It is considered that the thinning and cracks in the screw portion can be identified by utilizing the difference between the thinning and the screw echo due to the slit. Further, in the case of all-around thinning, a thinning echo is observed over 0 to 360 ° in BS or MBS, whereas in the case of local thinning, only a limited range of thinning echo is observed.
(5) Although the thinning echo position varies greatly depending on the thinning depth even though the thinning position is the same, it became clear that the echo appearance position greatly depends on the thinning depth. .
(6) It became clear that the probe with a frequency of 5 MHz is more suitable for detecting the thinning of the foundation bolt than the probe with a frequency of 2 MHz.

次に、人工的に減肉を形成した直径36mmのボルトを用いて本発明方法によって減肉深さを推定した。
まず、ボルトの半径Rを測定する。ここで、ボルトの直径Rはノギスによる測定で18mmであった。次に、ボルト1の端面2に治具を介してフェーズドアレイ式探触子3を密着させて回転可能に装着し、連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビームを入射してボルト1のネジ部4から反射する超音波エコーを受信するセクタスキャンを行い、セクトリアルビューとサイドビュー並びに必要に応じてマージされたサイドビューを構成する。
Next, the thinning depth was estimated by the method of the present invention using a 36 mm diameter bolt that was artificially formed with thinning.
First, the radius R of the bolt is measured. Here, the diameter R of the bolt was 18 mm as measured with a caliper. Next, a phased array probe 3 is closely attached to the end face 2 of the bolt 1 via a jig so as to be rotatable, and an ultrasonic beam is passed through the bolt center while continuously changing the refraction angle. The sector scan for receiving the ultrasonic echo reflected from the screw portion 4 of the bolt 1 is performed, and the sectoral view, the side view, and the merged side view are configured as necessary.

そして、ネジ部エコー8の消失部6の最大幅の位置を減肉部5のボルト端面2からの軸方向位置とみなし、軸方向長さlをサイドビューあるいはマージしたサイドビューから読みとる。図6に示すように、サイドビューからネジ部エコー8の消失部6の最大幅に対応する軸方向位置が99mmであることから、同減肉部5の最深部の軸方向位置を99mmとする。因みに、マージしたサイドビューからも同様な結果が得られた。そこで、画像から読みとった軸方向長さlの値(99mm)を入力手段を用いてコンピュータに入力する。   Then, the position of the maximum width of the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 is regarded as the axial position from the bolt end surface 2 of the thinned portion 5, and the axial length l is read from the side view or the merged side view. As shown in FIG. 6, since the axial position corresponding to the maximum width of the disappearing portion 6 of the screw portion echo 8 from the side view is 99 mm, the axial position of the deepest portion of the thinned portion 5 is set to 99 mm. . By the way, the same result was obtained from the merged side view. Therefore, the value (99 mm) of the axial length 1 read from the image is input to the computer using the input means.

次いで、サイドビューの探触子カーソル10を左から右へ移動する(図7(B)参照)。そして、セクトリアルビューに減肉エコー7が出現すると、セクトリアルビューで超音波伝搬方向カーソル9を振って(図7(A)参照)、サイドビューに現れる減肉エコーを観察する。本実験の場合には、図7に示すように超音波伝搬方向が13°のとき、サイドビューで減肉エコー7が観察されるが、それより小さな伝搬方向になると、サイドビューで減肉エコー7が観察されるようになった。そのため、減肉エコーの消失位置における超音波伝搬方向α0を13とした。   Next, the side view probe cursor 10 is moved from left to right (see FIG. 7B). When the thinning echo 7 appears in the sectional view, the ultrasonic propagation direction cursor 9 is shaken in the sectional view (see FIG. 7A), and the thinning echo appearing in the side view is observed. In the case of this experiment, when the ultrasonic wave propagation direction is 13 ° as shown in FIG. 7, the thinning echo 7 is observed in the side view, but when the propagation direction is smaller than that, the thinning echo is observed in the side view. 7 came to be observed. Therefore, the ultrasonic wave propagation direction α0 at the disappearance position of the thinning echo is set to 13.

そして、最初にα=α0であるので、セクトリアルビューにおいて超音波伝搬方向αを13°に設定する。   Since α = α0 at first, the ultrasonic wave propagation direction α is set to 13 ° in the sectional view.

そして、セクタースキャンで設定された屈折角の刻み幅でセクトリアルビュー上で超音波伝搬方向カーソル9を角度が小さくなる方向に振って減肉エコー7に対応する最大振幅値を順次読みとる。例えば、超音波伝搬方向カーソルを10°に合わせて、自動に同方向に対応するサイドビューが現れる(図10参照)。図10(B)に示すように、減肉エコー7を枠11で囲んで同エコー7に対応する最大振幅値がフェーズドアレイ装置に搭載されたソフトウェアによって自動的に算出され、その値46.5%が表示された。また、同様に伝搬方向が9°の場合、減肉エコー最大振幅値が70.3%と読み取った。   Then, the maximum amplitude value corresponding to the thinning echo 7 is sequentially read by swinging the ultrasonic wave propagation direction cursor 9 in the direction of decreasing the angle on the sectoral view with the step size of the refraction angle set by the sector scan. For example, when the ultrasonic propagation direction cursor is set to 10 °, a side view corresponding to the same direction automatically appears (see FIG. 10). As shown in FIG. 10B, the thinning echo 7 is surrounded by a frame 11, and the maximum amplitude value corresponding to the echo 7 is automatically calculated by software installed in the phased array device, and the value 46.5 is obtained. % Is displayed. Similarly, when the propagation direction was 9 °, the thinning echo maximum amplitude value was read as 70.3%.

上述の最大振幅値の読みとりを繰り返すと、表4に示すように異なる超音波伝搬方向に対応する減肉エコー最大振幅値が得られる。
When the reading of the maximum amplitude value described above is repeated, the thinning echo maximum amplitude values corresponding to different ultrasonic wave propagation directions are obtained as shown in Table 4.

表4により、伝搬方向が8°の場合、最大振幅が最大となり、その値が78.1%である。その半値39.05%が伝搬方向が6°と7°の間にある。伝搬方向が6°と7°の値を利用して線形補間で39.05%に対応する伝搬方向を求める。具体的には、数式4から半値の超音波伝搬方向が算出される。半値39.05%が対応する超音波伝搬方向θ=6.025°と算出された。
[数4]
(yθ-y1)/(y2-y1)=(xθ-x1)/(x2-x1)
According to Table 4, when the propagation direction is 8 °, the maximum amplitude is the maximum, and the value is 78.1%. The half value of 39.05% is between 6 ° and 7 ° in the propagation direction. The propagation direction corresponding to 39.05% is obtained by linear interpolation using the propagation directions of 6 ° and 7 °. Specifically, the half-value ultrasonic propagation direction is calculated from Equation 4. The half value of 39.05% was calculated as the corresponding ultrasonic propagation direction θ = 6.025 °.
[Equation 4]
(yθ-y1) / (y2-y1) = (xθ-x1) / (x2-x1)

そこで、この超音波伝搬方向θと、減肉部の軸方向長さlと、ボルト半径Rとから、最大減肉部の最大深さdをd=R-L・tan(θ)より算出する。   Therefore, the maximum depth d of the maximum thinned portion is calculated from d = R−L · tan (θ) from the ultrasonic wave propagation direction θ, the axial length l of the thinned portion, and the bolt radius R.

この結果、
d=R-L・tan(θ)
=18−99・tan(6.025)
=7.55mm
と得られた。
As a result,
d = RL ・ tan (θ)
= 18-99 ・ tan (6.025)
= 7.55mm
And obtained.

この手法を適用し、上述の試験体No.5-1、No.5-1、No.8-2、No.8の4本の他、軸方向長さ71mmの所に模擬減肉を有する直径30mmおよび軸方向長さ96mmの所に模擬減肉を有する36mmのボルト試験体の計8本のボルトについて減肉深さの推定を行った。同時に、それら8本のボルトの模擬減肉の深さをレーザー計測によって実測した。その結果を図5に示す。この結果から、本発明のボルト減肉検査方法によると、最大誤差1.84mm及び平均2乗誤差1.06mmで減肉深さを高精度に推定できることが証明された。この測定精度は、超音波探傷においては極めて高い精度であるといえる。   Applying this technique, in addition to the above four specimens No.5-1, No.5-1, No.8-2 and No.8, it has simulated thinning at an axial length of 71 mm. The thickness reduction was estimated for a total of 8 bolts of a 36 mm bolt specimen having a simulated thickness reduction at a diameter of 30 mm and an axial length of 96 mm. At the same time, the depth of simulated thinning of these eight bolts was measured by laser measurement. The result is shown in FIG. From this result, it was proved that the thinning depth can be estimated with high accuracy with a maximum error of 1.84 mm and an average square error of 1.06 mm according to the bolt thinning inspection method of the present invention. This measurement accuracy can be said to be extremely high in ultrasonic flaw detection.

1 基礎ボルト
2 ボルトの端面
3 フェーズドアレイ探触子
4 ネジ部
5 減肉部
6 ネジ部エコー消失部
7 減肉エコー
8 ネジ部エコー
9 超音波伝搬方向カーソル
10 探触子位置カーソル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Foundation bolt 2 Bolt end face 3 Phased array probe 4 Screw part 5 Thinning part 6 Screw part echo disappearance part 7 Thinning echo 8 Screw part echo 9 Ultrasonic propagation direction cursor 10 Probe position cursor

Claims (3)

使用状態のボルトの端面にフェーズドアレイ式探触子を密着させて1回転させる間に、前記ボルト中心を通る直径方向に連続的に屈折角を変化させながら超音波ビームを入射すると共に前記ボルトのネジ部から反射する超音波エコーを受信するセクタスキャンして前記超音波エコーから作成されるボルトネジ部のセクトリアルビー及びサイドビューから減肉部を検出する使用中のボルトネジ部の検査方法において、
前記サイドビューからネジ部の指示が消失した箇所を減肉部位として特定し、その指示消失部位の最大幅部分の位置を前記ボルトの端面から減肉部位までの軸方向の減肉部位の位置と見なして減肉部位のボルト端面からの軸方向距離lを求めるステップと、
前記サイドビューに現れる減肉エコーの指示から各超音波伝搬方向毎の減肉エコーの最大振幅値を読みとり、それら各超音波伝搬方向毎の最大振幅値の中からもっとも大きな最大振幅値を求めるステップと、もっとも大きな前記最大振幅値の半分の角度を屈折角θとして求めるステップと、
前記屈折角θと前記減肉部位のボルト端面からの軸方向距離lとを用いて減肉部位の半径rを数式1から求めるステップと、
前記減肉部位の半径rと予め求められている前記ボルトの直径Rとの差分から前記減肉部位の深さdを求めるステップとから成る使用中のボルトネジ部の検査方法。
r=l・tanθ (式1)
While the phased array probe is brought into close contact with the end face of the bolt in use and rotated once, an ultrasonic beam is incident while continuously changing the refraction angle in the diameter direction passing through the bolt center, and the bolt In the inspection method of the bolt screw part in use that detects the thinned part from the sectorial bee and side view of the bolt screw part that is created from the ultrasonic echo by sector scanning to receive the ultrasonic echo reflected from the screw part,
The location where the indication of the screw portion disappeared from the side view is specified as the thinning portion, and the position of the maximum width portion of the indication disappearance portion is the position of the axial thinning portion from the end surface of the bolt to the thinning portion. Taking the axial distance l from the bolt end face of the thinned portion as a
Reading the maximum amplitude value of the thinning echo for each ultrasonic wave propagation direction from the instruction of the thinning echo appearing in the side view, and obtaining the largest maximum amplitude value from among the maximum amplitude values for each ultrasonic wave propagation direction And obtaining a half angle of the largest maximum amplitude value as the refraction angle θ,
Using the refraction angle θ and the axial distance l from the bolt end surface of the thinning portion to determine the radius r of the thinning portion from Equation 1;
A method for inspecting a bolt screw portion in use, comprising: obtaining a depth d of the thinned portion from a difference between a radius r of the thinned portion and a diameter R of the bolt obtained in advance.
r = l · tan θ (Formula 1)
前記フェーズドアレイ式探触子には周波数5MHzの探触子を用いるものである請求項1記載の使用中のボルトネジ部の検査方法。   The method for inspecting a bolt screw portion in use according to claim 1, wherein a probe having a frequency of 5 MHz is used for the phased array type probe. 前記ネジ部エコーの消失部の最大幅位置に対する前記減肉エコーの出現位置の遅れとの関係で減肉深さを定性的に判断するものである請求項1または2記載の使用中のボルトネジ部の検査方法。   3. The bolt screw portion in use according to claim 1, wherein the thickness of the thinned portion is qualitatively determined in relation to a delay in the appearance position of the thinning echo with respect to the maximum width position of the disappearance portion of the screw portion echo. Inspection method.
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