JP2012524250A - 超音波試験システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は少なくとも1つのトランスミッタユニットおよび少なくとも1つのレシーバユニットを有する、試験対象物を試験するための超音波試験システムであって、トランスミッタユニットがスパークギャップを発生し、該スパークギャップが試験対象物の表面上および/または試験対象物の内部に超音波振動を発生させ、レシーバユニットが試験対象物の表面の振動を光学的に測定する構成の超音波試験システムに関する。また本発明は、超音波試験システム用のトランスミッタ手段およびレシーバシステム、および超音波試験システムを作動させる方法に関する。
【選択図】図1
Description
材料:炭素鋼および低合金高強度鋼
板厚:5mm〜80mm、より詳しくは、更に100mmまたは150mmまで
板幅:1,000mm〜3,600mm
板長:5,000mm〜36,000mm
板温度:約5℃〜110℃
板曲がり:約15mm/1m〜50mm/1m
試験速度:最大1m/s
表面特性:製造条件下で、多くの種々の表面欠陥、例えば粗い領域、僅かに波打った凹凸、オイルまたはグリースのスポット、錆等の領域が生じることがあり、これらの表面欠陥は、圧電試験法を用いた超音波試験中に約95%までの確率で誤差表示を生じさせる。
2つの異なる励振機構すなわち熱弾性励振とパルス伝達による励振とは区別される。熱弾性超音波励振は、局部的吸収、加熱および熱膨張により完全に説明できる。熱弾性超音波励振は、レーザパルス強度が小さいときに超音波源を決定する。強度が増大されると、接着層が剥離し、材料が蒸発しかつプラズマが形成される。これは最大の実用有意性をもつ励振機構であり、この場合には、スチールの場合の表面の影響はマイクロメートル範囲内の層に制限された状態に留まる。レーザパルスにより発生される超音波振動は、複素空間仮構造(complex spatial and temporal structure, komplexe raeumliche wie zeitliche Struktur(英、独訳))に特徴を有する。衝撃伝達による励振中、高バンド幅の長手方向パルスが主として発生され、該パルスは表面に向かって垂直方向に拡散し、ワーク内でパルスエコーシーケンスとして既知の態様で反射される。
一般に数オングストロームからナノメートルの範囲内にある超音波歪みを検出するのに、異なる形式の多数の干渉計が適している。しかしながら、レーザ照射と不可避的に関連しているスペックル効果は、工業表面の選択を大幅に制限する。遅延時間干渉計およびファブリ・ペロー干渉計は、これまで、高速移動表面に利用されている。遅延時間干渉計は非常に大型であり、したがって、実際に使用するには困難である。
・試験または壁厚測定が非接触態様で行えること
・カップリング媒体が全く不要であること
・高速移動材料を試験できること
・熱間材料を試験できること
・材料自体の表面上に音が生じかつ表面の振動が検出されるので、慣用の圧電超音波トランスデューサが使用されるときに生じるカップリング問題を回避できること
・トランスミッション反復速度は低く、例えば100Hzより低いこと
・システムの感度は、圧電超音波トランスデューサに比べて低いこと
・単一チャネル試験システムの価格は非常に高いこと
にある。
音経路: 最大2*100 mm
音速度: 5920 m/s
検出すべき信号窓(signal window): 33.8 μs
これにより、個々の信号窓が一時的矯正態様で互いに取付けられるときに、約30kHzの最大可能信号反復速度が得られる。
Services 社)で作動する。
SNR=信号対雑音比
S=干渉計の感度(<1)
U=超音波表面歪み(トランスミッタに基づく)
Pdet=検出器での光度(集光レンズのサイズ、照明レーザの強度、およびレシーバレンズと表面との間の距離に基づく)
η=検出器での量子効率(>50%)
λ=光の波長
B=検出バンド幅
K=定数
この形式の干渉計では、約70dBのSNRを達成できる。差分検出器の使用により、増幅雑音を除去できる。また、位相雑音は、信号の光路長と基準ビームとが同じであるときに除去できる。
多くの受け場所で干渉計レシーバシステムを作動できるようにするには、適当な光学スイッチが必要になる。
他の方法は、透明ミラーを用いて作動する。ミラーは、光信号を反射するか、非反射ディスクとして光信号を導くことができる。
非破壊試験を早期製造段階に一体化する要望により、エネルギおよび材料に関してかなりの経済的節約が達成されかつ製品の改善が行える。スチール製品の製造におけるその論理的結論までこの傾向を追及することは、製造工程中にできる限り製品の品質を試験することを意味する。
・製造中、例えばパイプ製造中の多くの測定トラックの壁厚測定
・例えばビレットまたは鍛造部品製造中の試験が困難な重量板、より詳しくは熱間高速移動材料の超音波誤差チェックおよび壁厚測定
・多くの試験におけるカップリング条件の改善、およびその結果としての例えば重量板試験における擬似誤差表示の低減
この開発は、全ての製鉄業者および非鉄金属製造業者により使用できる。上記目的は、特許請求の範囲の請求項9の主題による第2教示にしたがって達成される。実施態様項の記載および以下の説明により、有利な実施形態が再現される。
トランスミッタユニットは、イグニッションコイルを所定時点で起動させるイグニッションコイルおよび電子制御システムを有するのが好ましい。トランスミッタユニットの実施形態は、電子システムの経費が少なくなるように、低電圧側に接続するのが有利である。
同様に、トランスミッタユニットには、イグニッションキャパシタと、該イグニッションキャパシタを所定時点で充放電させる電子制御システムとを設けることもできる。この場合には高電圧を迅速にスイッチングしなければならず、より高い費用が必要になるが、この構成によりスイッチング精度が一層高められる。
かくして、トランスミッタ装置およびレシーバシステムの両者は、時間的に連続する異なる位相で付勢される。平面の付勢の時間的連続により、隣接して位置する測定領域が捕捉される。
試験体の厚さは、試験体内の音速が知られると、下方の曲線の最大値の間隔から計算できる。
4 トランスミッタ装置
8 イグニッションコイル
10 電極
12 スパークギャップ
18 平面
20 レーザ装置
30 測定領域
40 干渉計
44 評価ユニット
46 コンピュータ
50 スクリーン
この開発は、全ての製鉄業者および非鉄金属製造業者により使用できる。上記目的は、特許請求の範囲の主題による第2教示にしたがって達成される。実施態様項の記載および以下の説明により、有利な実施形態が再現される。
Claims (17)
- 少なくとも1つのトランスミッタユニットおよび少なくとも1つのレシーバユニットを有する、試験対象物を試験するための超音波試験システムにおいて、
トランスミッタユニットはスパークギャップを発生し、該スパークギャップは試験対象物の表面上および/または試験対象物の内部に超音波振動を発生させ、
レシーバユニットは試験対象物の表面の振動を光学的に測定することを特徴とする超音波試験システム。 - 多数のトランスミッタ装置、より詳しくは100より多いトランスミッタ装置が設けられていることを特徴とする請求項1記載の超音波試験システム。
- 前記トランスミッタユニットは、イグニッションコイルと、所定時点でイグニッションコイルを起動する制御電子装置とを有していることを特徴とする請求項1または2記載の超音波試験システム。
- 照明レーザが設けられ、該照明レーザの光が測定領域内の表面を照明し、前記レシーバユニットが、測定領域からレシーバユニットに入射する光を受けることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の超音波試験システム。
- 多数のレシーバユニット、より詳しくは100より多いレシーバユニットを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の超音波試験システム。
- 照明レーザおよび測定領域を有し、測定領域は、レシーバユニットが測定領域からレシーバユニットに入射する光を受けるように、それぞれのレシーバユニットに関連しており、光ガイドシステムが、レーザの光を、光ガイドの第1位置において第1測定領域に放射しかつ光ガイドシステムの第2位置において第2測定領域に放射することを特徴とする請求項5記載の超音波試験システム。
- 照明レーザおよび測定領域を有し、測定領域は、レシーバユニットが測定領域からレシーバユニットに入射する光を受けるように、それぞれのレシーバユニットに関連しており、光ガイドシステムが、レーザの光を分割し、分割した光を一測定領域および他の測定領域に放射することを特徴とする請求項5または6記載の超音波試験システム。
- 前記レシーバユニットが干渉計を有し、または光ガイドシステムが、レシーバユニットに入射する光を干渉計に伝達することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の超音波試験システム。
- 少なくとも1つのトランスミッタユニットを備えた、試験対象物を試験する超音波試験システムのトランスミッタ装置において、
トランスミッタユニットが、スパークギャップを発生させる手段を有し、スパークギャップが、試験対象物の表面上および/または試験対象物の内部に超音波振動を発生させることを特徴とするトランスミッタ装置。 - 前記トランスミッタユニットは、イグニッションコイルと、所定時点でイグニッションコイルを起動する制御電子装置とを有していることを特徴とする請求項9記載のトランスミッタ装置。
- 前記トランスミッタユニットは、イグニッションキャパシタと、所定時点でイグニッションキャパシタを帯電および放電させる制御電子装置とを有していることを特徴とする請求項9記載のトランスミッタ装置。
- 試験対象物の表面上の少なくとも2つの測定領域を照明するレーザと、
試験対象物の表面の振動を光学的に測定する少なくとも2つのレシーバユニットとを有する、試験対象物を試験する超音波試験システムのレシーバシステムにおいて、
受光ガイドシステムが設けられており、該受光ガイドシステムは、異なる位置において、異なる測定領域からの光を干渉計上にそれぞれ案内し、
干渉計が設けられており、
干渉計および受光ガイドシステムが、それぞれ1つの位置にレシーバユニットを形成していることを特徴とするレシーバシステム。 - 少なくとも2つの光ガイドが設けられており、各光ガイドが測定領域の1つを捕捉し、
光学スイッチが設けられており、該光学スイッチが、各光ガイドからの光を干渉計上に案内できることを特徴とする請求項12記載のレシーバシステム。 - 光ガイドシステムが、異なる位置のレーザの光を異なる測定領域に放射することを特徴とする請求項12または13記載のレシーバシステム。
- 少なくとも2つの光ガイドが設けられており、各光ガイドが測定領域の1つに関連しており、
光学スイッチが設けられており、該光学スイッチがレーザからの光を光ガイドのそれぞれ1つに案内できることを特徴とする請求項14記載のレシーバシステム。 - 請求項9〜11のいずれか1項記載のトランスミッタ装置が設けられており、
請求項12〜15のいずれか1項記載のレシーバシステムが設けられていることを特徴とする請求項1記載の超音波試験システム。 - 超音波が、並列で作動する少なくとも2つのトランスミッタユニットを備えたトランスミッタ装置を用いて、試験体内のスパークギャップにより発生され、
超音波信号が、少なくとも2つの光学レシーバユニットを備えたレシーバシステムにより測定され、
それぞれのトランスミッタユニットとレシーバユニットとが互いに関連しており、
相互に関連するトランスミッタユニットおよびレシーバユニットが、相互の一時的調和下で付勢され、
測定位置のグリッドが、試験体上でのトランスミッタ装置およびレシーバユニットの一連の付勢により測量されることを特徴とする超音波試験システムの作動方法。
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