JP2011209100A - Phased array ultrasonic flaw detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フェーズドアレイ超音波探傷方法に係り、特に探傷及びデータ処理時間を短縮しながら、高精度を保つことができる探傷方法に関する。 The present invention relates to a phased array ultrasonic flaw detection method, and more particularly to a flaw detection method capable of maintaining high accuracy while reducing flaw detection and data processing time.
フェーズドアレイ超音波探傷とは、図12に示すように並列配置した複数の超音波素子31からなるセンサ1(以下、アレイセンサと称する)を用い、各超音波素子31から焦点36の位置に同時に超音波が到達するよう発信開始時間差を調整して超音波を送信し、焦点位置の音圧を高めて探傷する超音波探傷方法である。この手法によれば、焦点位置を走査することで、広範囲を一括探傷することが可能である。
Phased array ultrasonic flaw detection uses a sensor 1 (hereinafter referred to as an array sensor) composed of a plurality of
この探傷方法は図13に示すように、アレイセンサ1の設置に際し、想定した設置位置、設置角(点線)が、実際の設置の際に実線のように誤差が生じた場合にも必要検査範囲を探傷するため、実際の探傷においては、図14に示すように必要検査範囲よりも広い範囲を走査して探傷している。つまり、センサ1から検査対象2に超音波を照射するに際し、本来はAの範囲を走査すべきところ、設置位置の誤差を見込んで、より広いBの範囲を走査している。このため、データの取得点数が多くなり処理時間が増加するという問題がある。
In this flaw detection method, as shown in FIG. 13, when the array sensor 1 is installed, the assumed installation position and installation angle (dotted line) are also required when the error occurs as shown by the solid line during actual installation. In actual flaw detection, as shown in FIG. 14, a range wider than the necessary inspection range is scanned for flaw detection. In other words, when the sensor 1 irradiates the
また、図15に示すようにアレイセンサ1の設置位置が、点線から実線の位置にずれた場合には、本来範囲Aに焦点を合わすべきところ、焦点がCにずれるため、探傷精度が低下するという問題がある。 Further, as shown in FIG. 15, when the installation position of the array sensor 1 is shifted from the dotted line to the solid line, the focus should be focused on the range A, but the focus is shifted to C, so that the flaw detection accuracy is lowered. There is a problem.
これらの問題のうち、焦点のずれに対応するため、非特許文献1のように、1回目の探傷で測定部位の形状を測定し、その形状に合わせて焦点距離を調整するという技術が知られている。 Among these problems, a technique is known in which the shape of the measurement site is measured by the first flaw detection and the focal length is adjusted in accordance with the shape, as in Non-Patent Document 1, in order to cope with the focus shift. ing.
また、特許文献1のように、探傷結果において反射強度が強い距離に焦点を合わせ再探傷するという焦点距離の調整に関する特許が知られている。 Further, as in Patent Document 1, there is known a patent relating to adjustment of a focal length in which a flaw detection result is focused on a distance having a high reflection intensity and re-detected.
以上の特許文献あるいは、非特許文献では、図14、図15で説明した焦点距離調整の目的で、探傷を2回に分けて実行することが知られている。 In the above-mentioned patent documents or non-patent documents, it is known that flaw detection is performed in two steps for the purpose of adjusting the focal length described with reference to FIGS.
然るに、これら特許文献あるいは、非特許文献では、必要範囲よりも広範囲を探傷することによる焦点数の増加で生じるデータ処理時間の増加の問題については、検討されていない。広範囲を探傷する場合、図12で述べたように特定焦点に向けて探傷を実行し、次に特定焦点位置を走査することになるが、この場合の焦点数が多いほど、探傷に要する時間、及びその後のデータ処理時間が増大するという問題について検討されていない。 However, in these patent documents or non-patent documents, the problem of an increase in data processing time caused by an increase in the number of focal points due to flaw detection over a wider range than the necessary range is not studied. When flaw detection is performed over a wide area, as described in FIG. 12, flaw detection is performed toward a specific focal point, and then a specific focal point position is scanned. As the number of focal points in this case increases, the time required for flaw detection, And the problem that the data processing time after that increases is not examined.
本発明は、フェーズドアレイ超音波探傷における探傷及びデータ処理時間短縮のため、焦点数を低減しながら、高精度を保つことができるフェーズドアレイ超音波探傷方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a phased array ultrasonic flaw detection method capable of maintaining high accuracy while reducing the number of focal points in order to reduce flaw detection and data processing time in phased array ultrasonic flaw detection.
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象にアレイセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、検査対象の脆弱性に関する情報と形状測定ステップで取得した形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、アレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。 In the phased array ultrasonic flaw detection method of the present invention using an array sensor, a shape measuring step for detecting the shape of the inspection target by transmitting and receiving ultrasonic waves to the inspection target using the array sensor, and information and shape regarding the vulnerability of the inspection target From the shape information acquired in the measurement step, the array sensor is directed toward the ultrasonic flaw detection area determination step that determines the ultrasonic flaw detection area and the ultrasonic flaw detection area in the inspection target that is determined in the ultrasonic flaw detection area determination step. And having an ultrasonic flaw detection step for performing phased array ultrasonic flaw detection.
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象内の応力とするのがよい。 Moreover, it is good for the information regarding the vulnerability of a test object to be the stress in a test object.
また、検査対象には応力検知手段が取り付けられ、超音波探傷領域決定ステップの実行前に、応力検知手段から検査対象の各部応力が入手するのがよい。 Moreover, a stress detection means is attached to the inspection object, and it is preferable to obtain the stress of each part of the inspection object from the stress detection means before the execution of the ultrasonic flaw detection region determination step.
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象の損傷事例のデータとするのがよい。 Further, the information related to the vulnerability of the inspection target is preferably data of damage examples of the inspection target.
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータとするのがよい。 Further, the information on the vulnerability of the inspection target may be data of the analysis result of the strength of the inspection target and the stress in service.
また、形状測定ステップの探傷は、広範囲を粗い走査間隔で行う粗探傷であり、超音波探傷領域決定ステップの探傷は超音波探傷領域を緻密な走査間隔で探傷する精密探傷とするのがよい。 Further, the flaw detection in the shape measurement step is a rough flaw detection in which a wide range is performed at a rough scanning interval, and the flaw detection in the ultrasonic flaw detection region determination step is preferably a precise flaw detection in which the ultrasonic flaw detection region is flawed at a fine scanning interval.
また、アレイセンサを構成する超音波素子間の超音波発信開始時間差を決定するために、探傷開始前に計算した超音波の送信角と伝播距離に応じた超音波発信開始時間差をデータベースとして保有し、超音波探傷領域決定ステップで決定した超音波探傷領域に対する超音波の送信角と伝播距離に対応させて決定するのがよい。 Also, in order to determine the ultrasonic transmission start time difference between the ultrasonic elements constituting the array sensor, the ultrasonic transmission start time difference corresponding to the ultrasonic transmission angle and propagation distance calculated before the start of flaw detection is stored as a database. It is preferable to make the determination in accordance with the transmission angle and propagation distance of the ultrasonic wave with respect to the ultrasonic flaw detection region determined in the ultrasonic flaw detection region determination step.
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象の応力を測定する応力測定ステップ、検査対象にセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、応力測定ステップでの応力測定結果と、形状測定ステップで得られた形状測定結果に基づいて計算した検査対象の強度を比較して、応力が強度を超えた範囲を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、アレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。 In the phased array ultrasonic flaw detection method of the present invention using an array sensor, a stress measurement step for measuring the stress of the inspection object, a shape measurement step for detecting the shape of the inspection object by transmitting and receiving ultrasonic waves using the sensor for the inspection object, and Compare the stress measurement result in the stress measurement step with the strength of the inspection object calculated based on the shape measurement result obtained in the shape measurement step, and determine the range where the stress exceeds the strength as the ultrasonic flaw detection position There is an ultrasonic flaw detection step for performing phased array ultrasonic flaw detection using an array sensor toward the ultrasonic flaw detection region in the inspection object determined in the ultrasonic flaw detection region determination step and the ultrasonic flaw detection region determination step.
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象の損傷事例あるいは応力解析結果のデータベースを保有し、検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、データベースの損傷事例あるいは応力解析結果と、形状測定ステップによる形状測定結果とから、損傷事例がある部位あるいは応力が強度を越える部位を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けてアレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。 In the phased array ultrasonic flaw detection method of the present invention using an array sensor, a database of damage cases or stress analysis results of an inspection object is held, and the shape of the inspection object is detected by transmitting and receiving ultrasonic waves to the inspection object using the sensor. Ultrasonic flaw detection area that determines the part where there is a damage example or the part where the stress exceeds the strength from the shape measurement step to be performed, the damage example or stress analysis result of the database, and the shape measurement result by the shape measurement step And an ultrasonic flaw detection step of performing phased array ultrasonic flaw detection using an array sensor toward the ultrasonic flaw detection region within the inspection object determined in the ultrasonic flaw detection region determination step.
本発明によれば、形状測定で精密探傷範囲を必要範囲に限定できるので、焦点数が低減されてデータ処理時間が短縮できる。 According to the present invention, since the precision flaw detection range can be limited to a necessary range by shape measurement, the number of focal points is reduced and the data processing time can be shortened.
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明において採用し得る超音波探傷システムの構成図である。本実施形態における超音波探傷システムは、アレイセンサ1、フェーズドアレイ超音波探傷装(以下、超音波探傷装置と称す)8、データ処理兼超音波探傷条件決定用のパソコン9、応力測定装置10より構成される。なお、応力測定装置10としては、ひずみゲージ、X線回折装置、光弾性応力測定装置、赤外線応力測定装置、中性子回折装置等を用いることができる。
FIG. 2 is a configuration diagram of an ultrasonic flaw detection system that can be employed in the present invention. The ultrasonic flaw detection system according to the present embodiment includes an array sensor 1, a phased array ultrasonic flaw detector (hereinafter referred to as an ultrasonic flaw detector) 8, a
このうち、アレイセンサ1は、図3に示すように、直方体の超音波素子31を2方向に配列し、保護ケース34に収納したものである。アレイセンサ1を構成する個々の超音波素子31は、検査対象に対面する底面に設けられた電極32と、各超音波素子31の上面に設けられた電極32Bに電圧を印加する信号線(図示せず)と、電極32B上に設けられ、発振した超音波のエネルギーを吸収するダンパー33を備えている。ダンパー33は、超音波発振時の残振を減らすので、S/N比を向上することができる。
Among these, as shown in FIG. 3, the array sensor 1 includes rectangular parallelepiped
また、超音波素子31の材料としては、PZT(圧電セラミック:(Pb(Zr、Ti)O3))、LiNbO3、PVDF(高分子圧電素子:Polyvinylidene Fluoride)等の圧電素子を使用できる。また、電極32と電極32Bとしては、Au、Ag、Cu等の導電性の高い金属を、信号線としては銅線を、ダンパー34としてはHf、W、Ta等の重金属を樹脂に混合したものを用いることが好ましい。また、保護ケース34は、樹脂、金属のうち1つ以上の材質からなるものを成型して用いることが好ましい。
Moreover, as a material of the
図4は、アレイセンサ1を用いて超音波探傷を行う方法を示す図である。この図に示すように、超音波探傷を行う際には、アレイセンサ1内に平行配置した複数の超音波素子31から焦点36に同時に超音波が届くように、各超音波素子31における超音波発振開始時間を調整する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of performing ultrasonic flaw detection using the array sensor 1. As shown in this figure, when ultrasonic flaw detection is performed, the ultrasonic waves in each
ここで、超音波素子31と焦点36との最大距離をmax(L)[m]、図中左からi番目の超音波素子31と焦点36との距離をLi[m]、超音波の伝搬速度(音速)をV[m/s]、i番目の超音波素子31のX座標をxi[m]、i番目の超音波素子31のY座標をyi[m]、焦点36のX座標をxf[m]、焦点36のY座標をyf[m]とする。
Here, the maximum distance between the
このとき、i番目の超音波素子31と焦点36との距離Li[m]、及び各超音波素子31の超音波発振開始時間差dt[s](以下、超音波発振開始時間差を遅延時間と記す)は、次式(1)、(2)で表される。
At this time, the distance Li [m] between the i-th
具体的には、この図は、超音波素子31の総数が24個、V=5780[m/s]、xi=(0.5i−0.25)×10−3[mm]、yi=0[m]、xf=0[m]、yf=3×10−2[m]のときの遅延時間dt[s]を示している。
Specifically, in this figure, the total number of
この図に示すように、焦点から遠い超音波素子を早く発振させると、各素子から焦点への超音波到達時間が揃うので信号強度を強くすることができる。 As shown in this figure, when an ultrasonic element far from the focal point is oscillated early, the arrival time of the ultrasonic wave from each element to the focal point is aligned, so that the signal intensity can be increased.
図6は、図2に示した超音波探傷装置8と、パソコン9の具体的な装置構成を示している。本発明では、この超音波探傷システムを用いて、図1に示すフェーズドアレイ超音波探傷方法のフローチャートに従い、超音波探傷を実行する。
FIG. 6 shows a specific device configuration of the
まず、フローチャートの概略について説明する。このステップは、応力測定ステップS101、形状測定ステップS102、超音波探傷領域決定ステップS103、超音波探傷ステップS104の4ステップに大別される。このうち、応力測定ステップS101と形状測定ステップS102は、超音波探傷領域決定ステップS103において、探傷領域を決定するために使用される。従って、探傷領域を決定するために必要な応力あるいは形状のデータが、事前に準備されて保持されている場合には、このステップを省略することができる。また、応力と形状は、探傷領域を決定するときに使用するが、実行順序は任意であってもよいので、応力測定ステップS101と形状測定ステップS102の順番を入れ替えることができる。 First, an outline of the flowchart will be described. This step is roughly divided into four steps: a stress measurement step S101, a shape measurement step S102, an ultrasonic flaw detection region determination step S103, and an ultrasonic flaw detection step S104. Among these, the stress measurement step S101 and the shape measurement step S102 are used to determine the flaw detection area in the ultrasonic flaw detection area determination step S103. Therefore, this step can be omitted when stress or shape data necessary for determining the flaw detection area is prepared and held in advance. Moreover, although stress and a shape are used when determining a flaw detection area | region, since the execution order may be arbitrary, the order of stress measurement step S101 and shape measurement step S102 can be switched.
以下、図6の装置を使用して、図1のフローチャートの全てのステップを順次実行する時の手順について説明する。 Hereinafter, a procedure for sequentially executing all the steps of the flowchart of FIG. 1 using the apparatus of FIG. 6 will be described.
最初に、応力測定ステップS101について説明する。 First, the stress measurement step S101 will be described.
まず、ステップS101aにおいて、図6の装置を用いて、パソコン9のキーボード26から応力測定開始信号を入力する。応力測定開始信号は、パソコン9のI/Oポート25を介してCPU21に伝達される。
First, in step S101a, a stress measurement start signal is input from the
ステップS101bにおいて、CPU21は応力測定開始信号を認識し、この応力測定開始信号を、パソコン9のI/Oポート25を介して応力測定装置10に伝達し、応力測定装置10を動作させて検査対象2の応力分布を測定する。
In step S101b, the
ステップS101cにおいて、測定結果はパソコン9のI/Oポート25を介してCPU21に伝達され、ハードディスクドライブ(HDD)22、あるいはランダムアクセスメモリ(RAM)23のいずれか1つ以上の記憶装置に記憶される。
In step S101c, the measurement result is transmitted to the
ステップS102においては、超音波探傷装置8を利用した形状測定を実施する。
In step S102, shape measurement using the
ステップS102aでは、アレイセンサ1からの超音波信号を受信し、記憶する。このステップは、パソコン9のキーボード26から形状測定開始信号の入力により開始される。この形状測定開始信号は、CPU21、パソコン9のI/Oポート25を介して、超音波探傷装置8に伝達される。超音波探傷装置8においては、D/Aコンバータ30を介して、アレイセンサ1に電圧を印加して超音波を図11に示したように走査する。この結果、検査対象内で生じる反射波をアレイセンサ1で受信して、A/Dコンバータ29、超音波探傷装置8のI/Oポート、パソコン9のI/Oポート25を介してCPU21に伝達し、HDD22、RAM23のうち1つ以上の記憶装置に記憶させる。ステップS102aでは、上記した超音波信号の受信、記憶までを実行する。
In step S102a, an ultrasonic signal from the array sensor 1 is received and stored. This step is started by inputting a shape measurement start signal from the
ステップS102bでは、こうして取得した反射波の発生方向と発生距離から、CPU21で反射源の位置を図形として再構成する。
In step S102b, the
又、ステップS102cでは、その結果としての形状を、パソコン9のI/Oポート25を介してモニタ28に表示する。
In step S102c, the resulting shape is displayed on the
なお、形状測定における超音波発信条件は、後述の本発明の効果において述べる。また、応力測定ステップと形状測定ステップは実施順序を交換してもよい。 The ultrasonic wave transmission conditions in the shape measurement will be described in the effect of the present invention described later. Further, the execution order of the stress measurement step and the shape measurement step may be exchanged.
ステップS103においては、超音波探傷領域を決定する。 In step S103, an ultrasonic flaw detection area is determined.
まず、ステップS103aにおいて、ステップS102で取得した検査対象の形状から、リードオンリーメモリ(ROM)24に格納した強度解析プログラムを用いてCPU21で検査対象の強度を解析し、破損しない応力値を求める。
First, in step S103a, the
次にステップS103bにおいては、この強度計算結果と、ステップS101で測定した応力値をCPU21で比較し、応力測定値が破損強度の計算値を超えている領域を超音波探傷領域と決定する。
Next, in step S103b, the strength calculation result and the stress value measured in step S101 are compared by the
最後に、ステップS104では、以上の結果に基づいて決定された位置に対して、超音波探傷を実行する。 Finally, in step S104, ultrasonic flaw detection is performed on the position determined based on the above result.
まず、ステップS104aにおいて、ステップS103で決定した超音波探傷領域への超音波の入射角と伝播距離から、CPU21で各素子31の遅延時間を計算する。
First, in step S104a, the
ステップS104bでは、パソコン9のI/Oポート25、超音波探傷装置8のI/Oポート25、D/Aコンバータ30を介して、アレイセンサ1に電圧を印加して、各素子に対して各遅延時間に基づいて、超音波を送信せしめる。また、検査対象内で生じる反射波をアレイセンサ1で受信して、A/Dコンバータ29、超音波探傷装置8のI/Oポート25、パソコン9のI/Oポート25を介してCPU21に伝達し、HDD22、RAM23のうち1つ以上の記憶装置に記憶させる。
In step S104b, a voltage is applied to the array sensor 1 via the I /
最後にステップS104cにおいて、CPU21で反射波の発生方向と発生角から反射源の検査対象内における位置を評価し、パソコン9のI/Oポート25を介してモニタ28に表示する。
Finally, in step S104c, the
以上、図1のフローチャートに示す手順について説明したが、ここで形状測定ステップS102と、超音波探傷ステップS104において、超音波探傷を実行している。このうち、形状測定ステップS102での探傷は、広範囲の被検査対象の形状測定を主目的とした粗探傷とするのに対し、超音波探傷ステップS104での探傷は検査必要部の精密探傷である。 Although the procedure shown in the flowchart of FIG. 1 has been described above, ultrasonic flaw detection is performed here in the shape measurement step S102 and the ultrasonic flaw detection step S104. Of these, the flaw detection in the shape measurement step S102 is a rough flaw detection whose main purpose is to measure the shape of a wide range of objects to be inspected, whereas the flaw detection in the ultrasonic flaw detection step S104 is a precise flaw detection of a portion requiring inspection. .
図8の左側に形状測定ステップS102での探傷の様子で、検査必要部100の位置が不明なので、検査必要部100を含む広い範囲の形状を粗探傷で測定する。図8の右側に示す超音波探傷ステップS104の探傷では、検査必要部100の位置が特定されている超音波探傷領域を精密探傷する。ちなみに、従来手法では検査必要部100の位置が特定されていない状態で、つまり左側の粗探傷範囲を精密探傷していた。
In the state of flaw detection in the shape measurement step S102 on the left side of FIG. 8, since the position of the inspection required
また、本発明のステップS103において超音波探傷領域を決定するが、これは、検査対象2内の強度的な脆弱部位を特定したものである。強度的な脆弱部位を特定するための手法として図1の実施例では、強度計算結果と、ステップS101で測定した応力値を比較し、応力測定値が破損強度の計算値を超えている領域を強度的な脆弱部位と決定したものである。
Further, the ultrasonic flaw detection region is determined in step S103 of the present invention, which specifies a strong fragile region in the
本発明においては、以上のようにして探傷領域を決定して探傷を実行するが、本発明の焦点数低減効果を、図7の必要焦点数の走査角依存性を用いて説明する。 In the present invention, the flaw detection area is determined as described above, and the flaw detection is executed. The focus number reduction effect of the present invention will be described using the dependency of the required focus number on the scanning angle in FIG.
まず、従来法の焦点数Dは、
(必要検査部位を探傷するための走査角E+センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度F)÷(探傷のための走査角間隔G)
として求められる。
First, the focal number D of the conventional method is
(Scanning angle E for flaw detection of required inspection site + Scanning angle likelihood F for sensor installation position error tolerance) ÷ (Scanning angle interval G for flaw detection)
As required.
これに対し、本実施例における焦点数Dは、
(必要検査部位を探傷するための走査角E+センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度F)÷(形状測定のための走査角間隔H)+(必要走査角I)÷(探傷のための走査角間隔G)
として求められる。
On the other hand, the focal number D in this embodiment is
(Scanning angle E for flaw detection of required inspection site + Scanning angle likelihood F for allowing sensor installation position error) ÷ (Scanning angle interval H for shape measurement) + (Necessary scanning angle I) ÷ (Flaw detection Scanning angle interval G)
As required.
一般的な探傷のための走査角間隔Gは0.5°、形状測定のための走査角間隔Hは5°である。また、一般的な探傷に用いられている必要検査部位を探傷するための走査角Eは5〜50°、センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Fは±5〜10°である。この走査角間隔における従来法と本発明の焦点数は図7に示すとおりとなる。図7aはセンサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Fが±5°の場合、図7bはセンサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Fが±10°の場合の、必要検査部位を探傷するための焦点数の走査角依存性を表す。図中の実線は本発明、破線は従来法の焦点数であり、全範囲において本実施例の焦点数は、従来の探傷手法と比べて少なくなる。超音波探傷データの処理時間は焦点数に比例するため、焦点数の減少に伴ってデータ処理時間が短縮される。 A scanning angle interval G for general flaw detection is 0.5 °, and a scanning angle interval H for shape measurement is 5 °. Further, the scanning angle E for detecting a necessary inspection site used for general flaw detection is 5 to 50 °, and the likelihood F of the scanning angle for allowing the sensor installation position error is ± 5 to 10 °. . The number of focal points of the conventional method and the present invention at this scanning angle interval is as shown in FIG. FIG. 7A shows the case where the likelihood F of the scanning angle for allowing the sensor installation position error is ± 5 °, and FIG. 7B shows the case where the likelihood F of the scanning angle for allowing the sensor installation position error is ± 10 °. It represents the scan angle dependence of the number of focal points for flaw detection at the inspection site. In the figure, the solid line indicates the number of focal points of the present invention, and the broken line indicates the number of focal points of the conventional method. Since the processing time of ultrasonic flaw detection data is proportional to the number of focal points, the data processing time is shortened as the number of focal points decreases.
本発明は以上説明したように構成されているので、センサ設置位置の誤差を許容するための精密超音波探傷範囲の尤度が、必要がなくなるため、焦点数が削減されてデータ処理が高速化される。 Since the present invention is configured as described above, the likelihood of the precision ultrasonic flaw detection range for allowing an error in the sensor installation position is no longer necessary, so the number of focal points is reduced and data processing is accelerated. Is done.
次に、本発明の第2の実施の形態を、図面を用いて説明する。ここで使用する超音波探傷システムの構成図は、図2に代えて図9のように構成し、超音波探傷システムの具体的な装置構成は、図6に代えて図10のように構成し、さらにフェーズドアレイ超音波探傷実施手順のフローチャートは図1に代えて図11のように構成する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration diagram of the ultrasonic flaw detection system used here is configured as shown in FIG. 9 instead of FIG. 2, and the specific device configuration of the ultrasonic flaw detection system is configured as shown in FIG. 10 instead of FIG. Furthermore, the flowchart of the phased array ultrasonic flaw detection execution procedure is configured as shown in FIG. 11 instead of FIG.
まず、図9と図10に示す超音波探傷システムとその具体的な装置構成の図2、図6と異なる点は、応力測定装置10の代わりに、検査対象2の損傷事例のデータベース、あるいは検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータベースのうち1つ以上のデータベース(以下、DBと称す)7を設けた点である。 First, the ultrasonic flaw detection system shown in FIG. 9 and FIG. 10 and its specific apparatus configuration are different from those in FIG. 2 and FIG. One or more databases (hereinafter referred to as DB) 7 among the databases of the analysis results of the strength of the object and the stress in service are provided.
この結果、図11のフローチャートには、応力測定のステップS101が存在せず、ステップS201の形状測定ステップから開始される。このフローチャートの概略について説明する。このステップは、形状測定ステップS201、超音波探傷領域決定ステップS202、超音波探傷ステップS203の3ステップに大別される。 As a result, the stress measurement step S101 does not exist in the flowchart of FIG. 11, and the process starts from the shape measurement step of step S201. An outline of this flowchart will be described. This step is roughly divided into three steps: a shape measurement step S201, an ultrasonic flaw detection region determination step S202, and an ultrasonic flaw detection step S203.
図10の具体的な装置構成、および図11のフローチャートを用いて、焦点数を低減するフェーズドアレイ超音波探傷方法を説明する。この場合には、形状測定ステップS201から開始される。 A phased array ultrasonic flaw detection method for reducing the number of focal points will be described using the specific apparatus configuration of FIG. 10 and the flowchart of FIG. In this case, it starts from the shape measurement step S201.
最初のステップS201aは、図10のキーボード26から測定開始信号を入力し、パソコン9のI/Oポート25を介してCPU21に伝達し、CPU21がこれを認識して形状測定を開始するところから始まる。形状測定開始信号入力に伴い、CPU21、パソコンのI/Oポート25、超音波探傷装置8のI/Oポート25、D/Aコンバータ30を介して、アレイセンサ1に電圧を印加して超音波を送信する。この結果、検査対象2内で生じる反射波をアレイセンサ1で受信して、A/Dコンバータ29、超音波探傷装置8のI/Oポート25、パソコン9のI/Oポート25を介してCPU21に伝達し、HDD22、RAM23のうち1つ以上の記憶装置に記憶させる。
The first step S201a starts when a measurement start signal is input from the
ステップS201bでは、こうして取得した反射波の発生方向と発生距離から、CPU21で反射源の位置を図形として再構成する。
In step S201b, the
ステップS201cでは、この形状測定結果を、DVD、ブルーレイディスク等の記録メディア27から入力した検査対象形状のデジタル情報(CAD情報)と照合することにより、形状測定精度を向上する。
In step S201c, the shape measurement accuracy is improved by comparing the shape measurement result with digital information (CAD information) of the shape to be inspected input from the
超音波探傷に用いられる超音波の波長は0.2〜2mm程度であるため、この波長以上の形状測定精度は得られない。そこで、CPU21で超音波探傷機を利用して得られた形状情報と、CAD情報の合致点の乖離が最小となるように検査対象の形状の輪郭を修正することにより、形状測定精度を向上する。
Since the wavelength of the ultrasonic wave used for ultrasonic flaw detection is about 0.2 to 2 mm, the shape measurement accuracy beyond this wavelength cannot be obtained. Therefore, the shape measurement accuracy is improved by correcting the contour of the shape to be inspected so that the difference between the shape information obtained by using the ultrasonic flaw detector in the
ステップS201dにおいて、この形状照合結果をHDD22、RAM23のうち1つ以上の記憶装置に記憶させるとともに、パソコン9のI/Oポート25を介してモニタ28に表示する。このCAD情報を利用した形状測定精度向上手法は、図1の実施例で用いてもよい。
In step S201d, the result of shape matching is stored in one or more storage devices of the
次に、ステップS202では、超音波探傷領域を決定する。 Next, in step S202, an ultrasonic flaw detection area is determined.
ここでは、まずステップS202aにおいて、ステップS201で測定した検査対象形状と、DB7に格納した検査対象における損傷発生箇所あるいは応力が強度を越える箇所をCPU21で照合し、損傷発生箇所あるいは応力が強度を越える箇所を超音波探傷領域として決定する。
Here, first, in step S202a, the
そして、ステップS202bでは、精密探傷箇所はステップ201で測定した検査対象形状とともにパソコンのI/Oポートを介してモニタに表示する。
In step S202b, the precise flaw detection location is displayed on the monitor through the I / O port of the personal computer together with the shape to be inspected measured in
最後にステップS203では、超音波探傷を実行する。 Finally, in step S203, ultrasonic flaw detection is executed.
最初のステップS203aにおいては、精密探傷の遅延時間は、探傷開始前にCPU21で計算してHDD22に記憶しておいた超音波の送信角と伝播距離に応じた遅延時間をデータベースとし、ステップS202で決定した超音波探傷領域における超音波の送信角と伝播距離に対応させてCPU21で決定する。
In the first step S203a, the delay time for precision flaw detection is calculated using the delay time corresponding to the transmission angle and propagation distance of the ultrasonic wave calculated by the
なお、遅延時間はステップS202の後に、第1の実施の形態と同様に超音波の送信角と伝播距離に基づいて計算してもよい。また、第1の実施形態において、第2の実施形態と同様に事前に計算した遅延時間をデータベースとして超音波探傷の遅延時間を決定してもよい。 The delay time may be calculated after step S202 based on the transmission angle and propagation distance of the ultrasonic wave as in the first embodiment. Further, in the first embodiment, the delay time of ultrasonic flaw detection may be determined using a delay time calculated in advance as a database in the same manner as in the second embodiment.
ステップS203bでは、そうして決定した遅延時間に基づいてパソコン9のI/Oポート25、超音波探傷装置8のI/Oポート25、D/Aコンバータ30を介し、アレイセンサ1に電圧を印加して超音波を送信する。ついで、検査対象2内で生じる反射波をアレイセンサ1で受信して、A/Dコンバータ29、超音波探傷装置8のI/Oポート25、パソコン9のI/Oポート25を介してCPU21に伝達し、HDD22、RAM23のうち1つ以上の記憶装置に記憶させる。
In step S203b, a voltage is applied to the array sensor 1 via the I /
また、ステップS203cでは、CPU21で反射波の発生方向と発生角にもとづいて検査対象内における反射源の位置を特定し、パソコン9のI/Oポート25を介してモニタ28に表示する。
In step S203c, the
以上、図11のフローチャートに示す手順について説明したが、ここで形状測定ステップS201と、超音波探傷ステップS203において、超音波探傷を実行している。このうち、形状測定ステップS201での探傷は、検査対象の形状を測定する粗探傷とし、超音波探傷ステップS203での探傷は、探傷領域を限定した精密探傷とする。 Although the procedure shown in the flowchart of FIG. 11 has been described above, ultrasonic flaw detection is performed in the shape measurement step S201 and the ultrasonic flaw detection step S203. Among these, the flaw detection in the shape measurement step S201 is a rough flaw detection for measuring the shape of the inspection object, and the flaw detection in the ultrasonic flaw detection step S203 is a precision flaw detection with a limited flaw detection area.
先に図8を用いて説明した粗探傷と精密探傷の関係は、図11のフローチャートの場合にも当てはまる。図8の左側が形状測定ステップS201での探傷の様子を示しており、図8の右側が超音波探傷ステップS203での探傷の様子を示していると考えればよい。 The relationship between the rough flaw detection and the precision flaw detection described above with reference to FIG. 8 also applies to the flowchart of FIG. It can be considered that the left side of FIG. 8 shows the state of flaw detection in the shape measurement step S201, and the right side of FIG. 8 shows the state of flaw detection in the ultrasonic flaw detection step S203.
また、本発明のステップS202において超音波探傷領域を決定するが、これも、検査対象2内の強度的な脆弱部位を特定したものである。強度的な脆弱部位を特定するための手法として図11の実施例では、過去の損傷事例・応力解析結果などのデータベースを用いて、強度的な脆弱部位を決定したものである。つまり、図10の実施例では、検査対象の脆弱性に関する情報として、過去の損傷事例・応力解析結果などに着目したものである。
Further, the ultrasonic flaw detection area is determined in step S202 of the present invention, and this also specifies a strong fragile region in the
本発明は以上説明したように構成されているので、センサ設置位置の誤差を許容するための超音波走査範囲の尤度が必要なくなるため、図7に示した様に焦点数が削減されてデータ処理が高速化される。また、フェーズドアレイ超音波探傷による形状測定結果をCAD情報と照合することにより形状測定精度を向上するため、探傷の信頼性が向上される。また、応力解析、遅延時間解析をおこなわないため、総検査時間がさらに短縮される。 Since the present invention is configured as described above, the likelihood of the ultrasonic scanning range for allowing an error in the sensor installation position is no longer necessary, so that the number of focal points is reduced as shown in FIG. Processing is speeded up. Further, since the shape measurement accuracy is improved by collating the shape measurement result by the phased array ultrasonic flaw detection with the CAD information, the reliability of the flaw detection is improved. In addition, since the stress analysis and the delay time analysis are not performed, the total inspection time is further shortened.
本発明におけるフェーズドアレイ超音波探傷方法は、広範囲を高速で探傷することが可能であるため、従来の検査対象のみならず、放射線や高温等のために検査時間が制約されるに検査対象にも適用することができる。 The phased array ultrasonic inspection method in the present invention can detect a wide range at high speed, so that not only conventional inspection objects but also inspection objects are limited in inspection time due to radiation, high temperature, etc. Can be applied.
1:フェーズドアレイ超音波探傷センサ(アレイセンサ)
2:検査対象
7:データベース(DB)
8:フェーズドアレイ超音波探傷装置(超音波探傷装置)
9:パソコン
10:応力分布測定装置
21:CPU
22:ハードディスクドライブ(HDD)
23:ランダムアクセスメモリ(RAM)
24:リードオンリーメモリ(ROM)
25:I/Oポート
26:キーボード
27:記録メディア
28:モニタ
29:A/Dコンバータ
30:D/Aコンバータ
31:超音波素子
32、32B:電極
33:ダンパー
34:保護ケース
36:焦点
100:検査必要部
S101:応力測定ステップ
S101a:応力測定開始信号入力ステップ
S101b:応力測定ステップ
S101c:応力測定結果記録ステップ
S102:形状測定ステップ
S102a:超音波送受信ステップ
S102b:形状評価ステップ
S102c:形状測定結果表示ステップ
S103:超音波探傷領域決定ステップ
S103a:検査対象強度解析ステップ
S103b:超音波探傷領域決定ステップ
S104:超音波探傷ステップ
S104a:遅延時間解析ステップ
S104b:超音波探傷ステップ
S104c:探傷結果処理・表示ステップ
S201:形状測定ステップ
S201a:超音波送受信ステップ
S201b:形状評価ステップ
S201c:形状測定結果−CAD情報照合ステップ
S201d:形状測定結果表示ステップ
S202:超音波探傷領域決定ステップ
S202a:損傷事例あるいは応力解析結果と検査対象形状の照合ステップ
S202b:超音波探傷領域表示ステップ
S203:超音波探傷ステップ
S203a:遅延時間決定ステップ
S203b:超音波探傷ステップ
S203c:探傷結果処理・表示ステップ
1: Phased array ultrasonic flaw detection sensor (array sensor)
2: Inspection target 7: Database (DB)
8: Phased array ultrasonic flaw detector (ultrasonic flaw detector)
9: PC 10: Stress distribution measuring device 21: CPU
22: Hard disk drive (HDD)
23: Random access memory (RAM)
24: Read-only memory (ROM)
25: I / O port 26: keyboard 27: recording medium 28: monitor 29: A / D converter 30: D / A converter 31:
Claims (9)
検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記検査対象の脆弱性に関する情報と前記形状測定ステップによる形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In a phased array ultrasonic flaw detection method using a sensor composed of a plurality of ultrasonic elements arranged in parallel,
From the shape measurement step for detecting the shape of the inspection target by transmitting and receiving ultrasonic waves to the inspection target, the information on the vulnerability of the inspection target and the shape information by the shape measurement step, an ultrasonic flaw detection region An ultrasonic flaw detection area determining step, and an ultrasonic flaw detection that performs phased array ultrasonic flaw detection using the sensor toward the ultrasonic flaw detection area in the inspection object determined in the ultrasonic flaw detection area determination step A phased array ultrasonic flaw detection method comprising steps.
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象内の応力とされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In the phased array ultrasonic flaw detection method according to item 1,
The phased array ultrasonic flaw detection method characterized in that the information on the vulnerability of the inspection object is a stress in the inspection object.
前記検査対象には応力検知手段が取り付けられ、前記超音波探傷領域決定ステップの実行前に、前記応力検知手段から前記検査対象の各部応力が入手されることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In the phased array ultrasonic flaw detection method according to item 2,
A phased array ultrasonic flaw detection method, characterized in that a stress detection means is attached to the inspection object, and the stress of each part of the inspection object is obtained from the stress detection means before execution of the ultrasonic flaw detection region determination step. .
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象の損傷事例のデータとされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In the phased array ultrasonic flaw detection method according to item 1,
The phased array ultrasonic flaw detection method characterized in that the information related to the vulnerability of the inspection target is data of damage cases of the inspection target.
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータとされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In the phased array ultrasonic flaw detection method according to item 1,
The phased array ultrasonic flaw detection method characterized in that the information on the vulnerability of the inspection target is data of the analysis result of the strength of the inspection target and the stress in service.
前記形状測定ステップの探傷は前記検査対象の広範囲に向けた粗探傷であり、前記超音波探傷領域決定ステップの探傷は超音波探傷領域に向けた精密探傷とされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In the phased array ultrasonic flaw detection method according to item 1,
A phased array ultrasonic inspection is characterized in that the flaw detection in the shape measurement step is a rough flaw detection directed toward a wide range of the inspection object, and the flaw detection in the ultrasonic flaw detection region determination step is a precise flaw detection toward the ultrasonic flaw detection region. Sonic flaw detection method.
フェーズドアレイ型超音波センサを構成する超音波素子間の超音波発信開始時間差を決定するために、探傷開始前に計算した超音波の送信角と伝播距離に応じた超音波発信開始時間差をデータベースとして保有し、前記超音波探傷領域決定ステップで決定した超音波探傷領域に対する超音波の送信角と伝播距離に対応させて決定することを特徴とする超音波探傷方法。 In the phased array ultrasonic flaw detection method according to item 1,
To determine the ultrasonic transmission start time difference between the ultrasonic elements constituting the phased array ultrasonic sensor, the ultrasonic transmission start time difference according to the ultrasonic transmission angle and propagation distance calculated before the start of flaw detection is used as a database. An ultrasonic flaw detection method characterized in that the ultrasonic flaw detection method is determined in correspondence with the transmission angle and propagation distance of ultrasonic waves with respect to the ultrasonic flaw detection area determined in the ultrasonic flaw detection area determination step.
検査対象の応力を測定する応力測定ステップ、前記検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記応力測定ステップでの応力測定結果と、前記形状測定ステップによる形状測定結果に基づいて計算した検査対象の強度を比較して、応力が強度を超えた範囲を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In a phased array ultrasonic flaw detection method using a sensor composed of a plurality of ultrasonic elements arranged in parallel,
A stress measurement step for measuring the stress of the inspection object, a shape measurement step for detecting the shape of the inspection object by transmitting and receiving ultrasonic waves to the inspection object, and a stress measurement result in the stress measurement step; An ultrasonic flaw detection area determination step that compares the intensities of the inspection object calculated based on the shape measurement result in the shape measurement step and determines an ultrasonic flaw detection position as a range where the stress exceeds the intensity, and the ultrasonic flaw detection area determination A phased array ultrasonic flaw detection method, comprising: an ultrasonic flaw detection step of performing phased array ultrasonic flaw detection using the sensor toward an ultrasonic flaw detection region within the inspection target determined in step.
検査対象の損傷事例あるいは応力解析結果のデータベースを保有し、前記検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記データベースの損傷事例あるいは応力解析結果と、前記形状測定ステップによる形状測定結果とから、損傷事例がある部位あるいは応力が強度を越える部位を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。 In a phased array ultrasonic flaw detection method using a sensor composed of a plurality of ultrasonic elements arranged in parallel,
A database of a damage example or stress analysis result to be inspected, a shape measurement step for detecting the shape of the inspection target by transmitting and receiving ultrasonic waves to the inspection target using the sensor, and a damage example or stress analysis of the database From the result and the shape measurement result of the shape measurement step, an ultrasonic flaw detection region determination step for determining a portion where there is a damage example or a portion where the stress exceeds the strength as an ultrasonic flaw detection position, and the ultrasonic flaw detection region determination step A phased array ultrasonic flaw detection method comprising: an ultrasonic flaw detection step of performing phased array ultrasonic flaw detection using the sensor toward a predetermined ultrasonic flaw detection region within the inspection target.
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