JP2014232044A - Ultrasonic flaw detection device, method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic flaw detection technology capable of maintaining flaw detection sensitivity throughout the thickness direction of a structural plate material.SOLUTION: An ultrasonic flaw detector 10 comprises: a parameter setting unit 21 for setting a focal depth d and a flaw detection angle θ of an ultrasonic beam 13; a position determination unit 22 for determining a transmission position 15 and a reception position 16 of the ultrasonic beam 13 on the surface of an object 30 to be inspected; an element selection unit 23 for selecting the number of ultrasonic transducers 11 corresponding to the transmission position 15 and the reception position 16 as necessary depending on the focal depth d; a direction setting unit 24 for setting the timing of operation for the ultrasonic transducers 11 so that the ultrasonic beam 13 is, in a transmission group 17 and a reception group 18, outputted/inputted from a direction constituting the flaw detection angle θ; and a display unit 29 for displaying information for determining, on the basis of the intensity of an output signal 14 of the ultrasonic transducers 11, whether or not a defect is present at the focal depth d.

Description

本発明は、検査対象に存在する欠陥の位置及び大きさ等の情報を非破壊により得る超音波探傷技術に関する。   The present invention relates to an ultrasonic flaw detection technique for obtaining information such as the position and size of a defect existing in an inspection object by nondestructive.

一般に、溶接された構造物は品質確保のために、溶接部周辺の非破壊検査が定期的に行われる。
溶接構造物の内部欠陥を検出する試験として、超音波探傷(UT:Ultrasonic Testing)や放射線透過試験(RT:Radiographic Testing)が用いられている。
超音波探傷は、放射線透過試験と比較して、遮蔽などの大掛かりな付帯装置が不要であるために、製造現場や発電プラントにおいて広く利用されている。
しかし、一般的な超音波探傷は、100mmを越えるステンレス鋼などを検査対象にする場合、超音波の伝播減衰により探傷感度が急激に低下する課題があった。
Generally, in order to ensure the quality of welded structures, nondestructive inspection around the welded portion is periodically performed.
As a test for detecting an internal defect of a welded structure, an ultrasonic flaw detection (UT: Ultrasonic Testing) or a radiation transmission test (RT) is used.
Ultrasonic flaw detection is widely used in manufacturing sites and power plants because it does not require a large incidental device such as shielding as compared with a radiation transmission test.
However, in general ultrasonic flaw detection, when stainless steel exceeding 100 mm is to be inspected, there has been a problem that the flaw detection sensitivity rapidly decreases due to attenuation of ultrasonic propagation.

そこで、複数の超音波振動子を配列させフェーズドアレイプローブを用い、探傷角度や焦点位置を制御することにより、厚板構造材における深部の探傷感度を向上させるダイナミック・デプス・フォーカシング(DDF:Dynamic Depth Focusing)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, dynamic depth focusing (DDF: Dynamic Depth) improves the sensitivity of deep flaw detection in thick plate structures by arranging multiple ultrasonic transducers and using a phased array probe to control the flaw detection angle and focus position. Focusing) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2001−324484号公報JP 2001-324484 A

しかし、前記したダイナミック・デプス・フォーカシングによる超音波探傷であっても、厚板構造材の深部の浅部に対する相対的な感度低下が避けられない課題がある。
さらに、厚板構造材の全厚さ方向にわたり一定の探傷感度を維持するためには、フェーズドアレイプローブに配列させる超音波振動子の数を増加させ、さらにこれら超音波振動子の発振をスキャンさせるのに必要なチャンネルの数も増加させる必要があった。
However, even with the ultrasonic flaw detection by the above-described dynamic depth focusing, there is an unavoidable problem that the sensitivity of the thick plate structure material relative to the deep portion is shallow.
Furthermore, in order to maintain a constant flaw detection sensitivity over the entire thickness direction of the thick plate structure material, the number of ultrasonic transducers arranged on the phased array probe is increased, and the oscillation of these ultrasonic transducers is further scanned. It was also necessary to increase the number of channels required for this.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、厚板構造材の全厚さ方向にわたり探傷感度を維持することができる超音波探傷技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection technique capable of maintaining flaw detection sensitivity over the entire thickness direction of a thick plate structure material.

超音波探傷装置において、超音波ビームの焦点深度及び探傷角度に関するパラメータを設定するパラメータ設定部と、検査対象の表面における前記超音波ビームの送信位置及びこの送信位置に対し前記焦点深度を挟んで位置する受信位置を前記パラメータに基づいて決定する位置決定部と、検査対象の表面に前記超音波ビームが出入力されるように配置されたアレイプローブを構成し前記送信位置及び前記受信位置に対応する超音波振動子を前記焦点深度に依存した数だけ選択する素子選択部と、前記選択された数の超音波振動子からなる送信群及び受信群において前記超音波ビームが前記探傷角度をなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子の発振タイミングを設定する方向設定部と、前記受信群を構成する超音波振動子の出力信号の強度に基づいて前記焦点深度における欠陥の有無を判別する情報を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。   In the ultrasonic flaw detector, a parameter setting unit for setting parameters relating to the focal depth and flaw detection angle of the ultrasonic beam, the transmission position of the ultrasonic beam on the surface to be inspected, and a position sandwiching the focal depth with respect to the transmission position A position determination unit that determines a reception position to be performed based on the parameters, and an array probe arranged so that the ultrasonic beam is input and output to a surface to be inspected, and corresponds to the transmission position and the reception position An element selection unit that selects the number of ultrasonic transducers depending on the depth of focus, and the direction in which the ultrasonic beam forms the flaw detection angle in the transmission group and the reception group including the selected number of ultrasonic transducers. A direction setting unit for setting the oscillation timing of these ultrasonic transducers to be input / output, and an output signal of the ultrasonic transducers constituting the reception group Characterized in that it comprises a display unit for displaying information to determine the presence or absence of a defect in the depth of focus based on the intensity of.

本発明により、厚板構造材の全厚さ方向にわたり探傷感度を維持することができる超音波探傷技術が提供される。   The present invention provides an ultrasonic flaw detection technique capable of maintaining flaw detection sensitivity over the entire thickness direction of a thick plate structure material.

本発明に係る超音波探傷装置の第1実施形態を示すブロック図。1 is a block diagram showing a first embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention. 第1実施形態に係る超音波探傷装置のアレイプローブに入力するタイミング信号の説明図。Explanatory drawing of the timing signal input into the array probe of the ultrasonic flaw detector which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る超音波探傷装置のアレイプローブに入力するタイミング信号の説明図。Explanatory drawing of the timing signal input into the array probe of the ultrasonic flaw detector which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る超音波探傷装置のアレイプローブ及びこれに入力するタイミング信号の説明図。Explanatory drawing of the array probe of the ultrasonic flaw detector which concerns on 3rd Embodiment, and the timing signal input into this. 第1実施形態に係る超音波探傷装置の動作を説明するフローチャート。The flowchart explaining operation | movement of the ultrasonic flaw detector which concerns on 1st Embodiment. 第4実施形態に係る超音波探傷装置の校正方法の説明図。Explanatory drawing of the calibration method of the ultrasonic flaw detector which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る超音波探傷装置の校正方法に適用される距離振幅特性曲線図。The distance amplitude characteristic curve figure applied to the calibration method of the ultrasonic flaw detector which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る超音波探傷装置の動作を説明するフローチャート。The flowchart explaining operation | movement of the ultrasonic flaw detector which concerns on 4th Embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、第1実施形態の超音波探傷装置10は、複数の超音波振動子11が配列してなるアレイプローブ12と、これら超音波振動子11が入出力する電圧信号を処理する信号処理部20とから構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic flaw detector 10 according to the first embodiment processes an array probe 12 in which a plurality of ultrasonic transducers 11 are arrayed and voltage signals input and output by these ultrasonic transducers 11. And a signal processing unit 20 that performs processing.

この信号処理部20は、超音波ビーム13a(13a1,13a2,13a3)の焦点深度d(d1,d2,d3)及び探傷角度θ(θ1,θ2,θ3)に関するパラメータを設定するパラメータ設定部21と、検査対象30の表面における超音波ビーム13aの送信位置15(151,152,153)及びこの送信位置15に対し焦点深度dを挟んで位置する受信位置16(161,162,163)を前記パラメータに基づいて決定する位置決定部22と、検査対象30の表面に超音波ビーム13a,13bが出入力されるように配置されたアレイプローブ12を構成し送信位置15及び受信位置16に対応する超音波振動子11を焦点深度dに依存した数だけ選択する素子選択部23と、このように選択された数の超音波振動子11からなる送信群17(171,172,173)及び受信群18(181,182,183)において超音波ビーム13a,13bが探傷角度θをなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子11の操作タイミングを設定する方向設定部24と、受信群18を構成する超音波振動子11の出力信号14の強度に基づいて焦点深度dにおける欠陥の有無を判別する情報を表示する表示部29と、を備えている。 The signal processing unit 20 is a parameter for setting parameters related to the focal depth d (d1, d2, d3) and the flaw detection angle θ (θ1, θ2, θ3) of the ultrasonic beam 13 a (13 a1 , 13 a2 , 13 a3 ). The setting unit 21, the transmission position 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ) of the ultrasonic beam 13 a on the surface of the inspection object 30, and the reception position 16 (16 1 , 16 2 , 16 3 ) based on the above parameters, and an array probe 12 arranged so that the ultrasonic beams 13 a , 13 b are input / output on the surface of the inspection object 30. The element selection unit 23 configured to select the ultrasonic transducers 11 corresponding to the transmission position 15 and the reception position 16 by the number depending on the focal depth d, and the transmission composed of the ultrasonic transducers 11 of the number thus selected. Group 1 (17 1, 17 2, 17 3) and the receiving unit 18 (18 1, 18 2, 18 3) ultrasonic beams 13 a, 13 b These ultrasound to enter out direction forming an inspection angle θ vibration in A direction setting unit 24 that sets the operation timing of the child 11 and a display unit that displays information for determining the presence or absence of a defect at the focal depth d based on the intensity of the output signal 14 of the ultrasonic transducer 11 constituting the reception group 18. 29.

アレイプローブ12を構成する超音波振動子11は、パルス状の電圧信号を入力すると、当接する検査対象30の表面からその内部に超音波を伝播させるものである。
そしてアレイプローブ12は、送信群17として選択された複数の超音波振動子11に対し、時間的に制御された電圧信号を入力することにより、検査対象30内の任意の位置に焦点を結ぶ超音波ビーム13aを照射することができる。
The ultrasonic transducer 11 constituting the array probe 12 is configured to propagate ultrasonic waves from the surface of the inspection object 30 to be contacted to the inside thereof when a pulsed voltage signal is input.
The array probe 12 inputs a temporally controlled voltage signal to the plurality of ultrasonic transducers 11 selected as the transmission group 17, thereby focusing on an arbitrary position in the inspection object 30. The sound beam 13 a can be irradiated.

照射された超音波ビーム13aは、この焦点に欠陥がなければそのまま直進するが、この焦点に欠陥が存在すれば、反射した超音波ビーム13bが、アレイプローブ12に入射する。
なお、アレイプローブとして超音波振動子11を一次元に配列したものを例示しているが、二次元に配列したマトリックスアレイプローブを用いることもできる。
また、アレイプローブは、図示されるように送信群17及び受信群18が一体化したものに限定されることはなく、これらが分割して別体で構成される場合もある。
さらに、アレイプローブは、図示において検査対象30の表面に直接接触させているが、ゲルを介在して接触させる方法や水を介在して接触させる方法(水浸法)にも適用可能である。
The irradiated ultrasonic beam 13 a goes straight if there is no defect at this focal point, but if there is a defect at this focal point, the reflected ultrasonic beam 13 b enters the array probe 12.
Note that although the ultrasonic transducers 11 are arranged one-dimensionally as an array probe, a matrix array probe arranged two-dimensionally can also be used.
Further, the array probe is not limited to one in which the transmission group 17 and the reception group 18 are integrated as shown in the figure, and they may be divided and configured separately.
Furthermore, although the array probe is in direct contact with the surface of the inspection object 30 in the drawing, it can also be applied to a method of contacting via a gel or a method of contacting via water (water immersion method).

したがってパラメータ設定部21において、焦点深度d(d1,d2,d3)及び探傷角度θ(θ1,θ2,θ3)が設定されると、幾何学的に超音波ビーム13a(13a1,13a2,13a3)の送信位置15(151,152,153)が決定される。
なお、送信位置15を決定するためのパラメータは、焦点深度d及び探傷角度θに限定されるものではない。
Therefore the parameter setting unit 21, the focal depth d (d1, d2, d3) and testing the angle θ (θ1, θ2, θ3) when is set, geometrically ultrasonic beam 13 a (13 a1, 13 a2 , The transmission position 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ) of 13 a3 ) is determined.
Note that the parameters for determining the transmission position 15 are not limited to the focal depth d and the flaw detection angle θ.

位置決定部22は、送信位置決定部22a及び受信位置決定部22bから構成される。
送信位置決定部22aは、焦点深度d(d1,d2,d3)及び探傷角度θ(θ1,θ2,θ3)に基づいて送信位置15(151,152,153)を決定する。
受信位置決定部22bは、この決定した送信位置15(151,152,153)に対し焦点深度dを挟んだ位置を受信位置16(161,162,163)として決定する。
これら受信位置16(161,162,163)は、対応する焦点深度d(d1,d2,d3)に欠陥が存在した場合、反射した超音波ビーム13bが入射する位置となる。
The position determination unit 22 includes a transmission position determination unit 22a and a reception position determination unit 22b.
The transmission position determination unit 22a determines the transmission position 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ) based on the depth of focus d (d1, d2, d3) and the flaw detection angle θ (θ1, θ2, θ3).
The reception position determination unit 22b determines a position sandwiching the focal depth d with respect to the determined transmission position 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ) as the reception position 16 (16 1 , 16 2 , 16 3 ).
These reception positions 16 (16 1 , 16 2 , 16 3 ) are positions where the reflected ultrasonic beam 13 b is incident when a defect exists in the corresponding focal depth d (d 1, d 2, d 3 ).

なお、探傷角度θは、入射角度と反射角度とが同じ値に設定された場合を例示しているが、これら入射角度と反射角度が異なる値となるように送信位置15と受信位置16が設定される場合もある。
欠陥の向きによっては、このように入射角度と反射角度を異なる値に設定するほうが、欠陥の検出感度が向上する場合がある。
また、この場合、検出感度が最大になるように、入射角度と反射角度のうちいずれか一方を固定し他方がスキャンするように、位置決定部22を動作させる場合もある。
The flaw detection angle θ is exemplified when the incident angle and the reflection angle are set to the same value. However, the transmission position 15 and the reception position 16 are set so that the incident angle and the reflection angle are different from each other. Sometimes it is done.
Depending on the direction of the defect, the detection sensitivity of the defect may be improved by setting the incident angle and the reflection angle to different values.
In this case, the position determination unit 22 may be operated so that one of the incident angle and the reflection angle is fixed and the other is scanned so that the detection sensitivity is maximized.

ここで、焦点深度dが深くなるほど、送信位置15から受信位置16に超音波ビーム13が到達するまでの路程が長くなり超音波の距離減衰により、欠陥の検出感度が相対的に低下してしまう。
そこで、焦点深度dが深くなるに従い、対応する送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の数を増やし、送信位置15における超音波ビーム13aのエネルギーを増強する。
Here, the deeper the focal depth d, the longer the path from the transmission position 15 to the reception position 16 until the ultrasonic beam 13 arrives, and the detection sensitivity of the defect relatively decreases due to the attenuation of the ultrasonic distance. .
Therefore, as the focal depth d increases, the number of ultrasonic transducers 11 constituting the corresponding transmission group 17 and reception group 18 is increased, and the energy of the ultrasonic beam 13 a at the transmission position 15 is increased.

素子選択部23は、送信素子選択部23a及び受信素子選択部23bから構成される。
送信素子選択部23aは、送信群17(171,172,173)を構成する超音波振動子11の数を、パラメータ設定部21で設定された焦点深度d(d1,d2,d3)に依存して選択する。
受信素子選択部23bは、受信群18(181,182,183)を構成する超音波振動子11の数を、パラメータ設定部21で設定された焦点深度d(d1,d2,d3)に依存して選択する。
The element selection unit 23 includes a transmission element selection unit 23a and a reception element selection unit 23b.
The transmission element selection unit 23a determines the number of ultrasonic transducers 11 constituting the transmission group 17 (17 1 , 17 2 , 17 3 ) by the depth of focus d (d1, d2, d3) set by the parameter setting unit 21. Select depending on.
The receiving element selecting unit 23b determines the number of ultrasonic transducers 11 constituting the receiving group 18 (18 1 , 18 2 , 18 3 ) by the depth of focus d (d1, d2, d3) set by the parameter setting unit 21. Select depending on.

送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の数の選択方法は、後記する第4実施形態及び第5実施形態に例示される場合の他に、様々な方法が採用される。
いずれの方法においても、焦点深度dから臨む送信群17及び受信群18の開口19の大きさが、焦点深度dに対応して一定値となるように超音波振動子11の数を選択する。
これにより、検査対象30の深さ方向における欠陥の検出感度を均一化することができる。
As a method for selecting the number of the ultrasonic transducers 11 constituting the transmission group 17 and the reception group 18, various methods are employed in addition to the cases exemplified in the fourth embodiment and the fifth embodiment described later.
In any method, the number of the ultrasonic transducers 11 is selected so that the sizes of the openings 19 of the transmission group 17 and the reception group 18 facing from the focal depth d become a constant value corresponding to the focal depth d.
Thereby, the detection sensitivity of the defect in the depth direction of the inspection object 30 can be made uniform.

方向設定部24は、送信方向設定部24a及び受信方向設定部24bから構成される。
送信方向設定部24aは、送信群17(171,172,173)から超音波ビーム13aが探傷角度θをなす方向に出力されるように超音波振動子11を発振させる電圧信号のタイミングを設定する。
受信方向設定部24bは、焦点深度d(d1,d2,d3)から探傷角度θをなす方向に反射する超音波ビーム13bが受信群18(181,182,183)に入力し、その超音波振動子11が出力する信号の受信タイミングを設定する。
The direction setting unit 24 includes a transmission direction setting unit 24a and a reception direction setting unit 24b.
The transmission direction setting unit 24a outputs a voltage signal that causes the ultrasonic transducer 11 to oscillate so that the ultrasonic beam 13a is output from the transmission group 17 (17 1 , 17 2 , 17 3 ) in a direction that forms the flaw detection angle θ. Set the timing.
Receiving direction setting unit 24b is input to the depth of focus d (d1, d2, d3) is reflected in a direction which forms an inspection angle θ from the ultrasonic beams 13 b are received group 18 (18 1, 18 2, 18 3), The reception timing of the signal output from the ultrasonic transducer 11 is set.

素子駆動部25は、図2に示すように、送信方向設定部24a(図1)の設定に従い、パルス状の電圧信号をタイミング信号41,42として、選択された送信群171,173に対し所定の周期で繰り返し出力する。
このような、タイミング信号41,42の送出は、素子駆動部25に設けられたスキャンチャンネル(図示略)により、指定された送信群17に対し周期的に行われる。
As shown in FIG. 2, the element driving unit 25 uses the pulse-shaped voltage signals as timing signals 41 and 42 in accordance with the setting of the transmission direction setting unit 24a (FIG. 1), and sends them to the selected transmission groups 17 1 and 17 3 . On the other hand, it repeatedly outputs at a predetermined cycle.
Such transmission of the timing signals 41 and 42 is periodically performed to the designated transmission group 17 by a scan channel (not shown) provided in the element driving unit 25.

信号受信部26は、受信素子選択部23bで選択された受信群18において、受信方向設定部24bで設定された受信タイミングで入力する超音波ビーム13bを受信し、出力信号14を出力する。
この出力信号14は、選択された受信群18を構成する超音波振動子11の各々の出力を受信タイミングに合わせて加算することにより得られる。
Signal receiver 26 in the receiving group 18 selected by the reception element selection unit 23b, receives the ultrasonic beam 13 b to enter the receiving timing set by the reception direction setting unit 24b, and outputs an output signal 14.
The output signal 14 is obtained by adding the outputs of the ultrasonic transducers 11 constituting the selected reception group 18 in accordance with the reception timing.

この出力信号14は、強度検知部27においてその信号強度が導かれる。
そして、この導かれた信号強度は、欠陥判別部28において、閾値に対して大きければ発信源の焦点深度dに欠陥が存在すると判別され、閾値に対して小さければ発信源の焦点深度dに欠陥が存在しないと判別される。
表示部29は、各焦点深度dに対応する出力信号14及び欠陥判別部28における欠陥の有無に関する情報を表示する。
The signal strength of the output signal 14 is guided by the strength detector 27.
If the derived signal strength is larger than the threshold value, the defect discriminating unit 28 determines that a defect exists at the focal depth d of the transmission source, and if it is smaller than the threshold value, the defect is detected at the focal depth d of the transmission source. Is determined not to exist.
The display unit 29 displays the output signal 14 corresponding to each depth of focus d and information regarding the presence or absence of defects in the defect determination unit 28.

第1実施形態における超音波探傷装置10によれば、探傷感度の深さ方向依存性を解消し、検査対象30の全域にわたり探傷を高感度で実施することが可能となる。   According to the ultrasonic flaw detection apparatus 10 in the first embodiment, it is possible to eliminate the dependency of the flaw detection sensitivity in the depth direction, and to perform flaw detection over the entire inspection object 30 with high sensitivity.

図5のフローチャートに基づいて第1実施形態に係る超音波探傷装置の動作を説明する(適宜、図1参照)。
想定する検査範囲の直上に、位置するようアレイプローブ12を検査対象30の表面に設置する(S11)。
そして、超音波ビーム13の焦点深度d及び探傷角度θに関するパラメータを設定する(S12,S13)。ここで焦点深度d及び探傷角度θは、超音波ビーム13の焦点が一定の幅を有することを鑑みて、離散的に設定される。
The operation of the ultrasonic flaw detector according to the first embodiment will be described based on the flowchart of FIG. 5 (see FIG. 1 as appropriate).
The array probe 12 is placed on the surface of the inspection object 30 so as to be positioned immediately above the assumed inspection range (S11).
Then, parameters regarding the focal depth d and the flaw detection angle θ of the ultrasonic beam 13 are set (S12, S13). Here, the depth of focus d and the flaw detection angle θ are set discretely in view of the fact that the focal point of the ultrasonic beam 13 has a certain width.

これら焦点深度d及び探傷角度θに基づいて、超音波ビーム13を送信する送信群17の送信位置15及び超音波ビーム13bを受信する受信群18の受信位置16を決定し(S14)、含まれる超音波振動子11の素子数を選択する(S15)。
このように選択された素子数の送信群17及び受信群18において超音波ビーム13a,13bが探傷角度θをなす方向から出入力するように超音波振動子11の操作タイミングを設定する(S16)。
Based on these focal depth d and flaw detection angle theta, it determines a reception position 16 of the receiver group 18 for receiving a transmission position 15 and the ultrasonic beam 13 b of the transmission group 17 for transmitting an ultrasonic beam 13 a (S14), The number of elements of the ultrasonic transducer 11 included is selected (S15).
The operation timing of the ultrasonic transducer 11 is set so that the ultrasonic beams 13 a and 13 b are input and output from the direction in which the flaw detection angle θ is formed in the transmission group 17 and the reception group 18 of the number of elements selected in this way ( S16).

n=1として、送信群171から超音波ビーム13a1を送信し(S17)、対応する焦点深度d1に対し反対位置にある受信群181において超音波ビーム13b1を受信する(S18)。
そして、受信した超音波ビーム13b1の波形強度を検知して(S19)、この波形強度が閾値に対して小さければ(S20 Yes)、対応する焦点深度d1に欠陥は存在しないと判別される(S21)。
With n = 1, the ultrasonic beam 13 a1 is transmitted from the transmission group 17 1 (S17), and the ultrasonic beam 13 b1 is received by the reception group 18 1 at the opposite position with respect to the corresponding focal depth d1 (S18).
Then, the waveform intensity of the received ultrasonic beam 13 b1 is detected (S19), and if this waveform intensity is smaller than the threshold value (S20 Yes), it is determined that there is no defect in the corresponding focal depth d1 (S20). S21).

そして、この波形強度が閾値に対して大きければ(S20 No)、対応する焦点深度d1に欠陥が存在すると判別される(S22)。
焦点深度d1における判別結果は表示された後に(S23)、その他の全ての焦点深度d2,d3…についても、同様に欠陥の有無が判別され表示される(S24)。
If the waveform intensity is greater than the threshold (No in S20), it is determined that a defect exists at the corresponding focal depth d1 (S22).
After the determination result at the focal depth d1 is displayed (S23), the presence or absence of defects is similarly determined and displayed for all other focal depths d2, d3... (S24).

(第2実施形態)
第2実施形態において、送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の操作タイミングは、隣接する複数の超音波振動子11を同期させることができる。
なお、第2実施形態において第1実施形態(図1)と共通の構成又は機能については、重複説明を省略する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the operation timing of the ultrasonic transducers 11 constituting the transmission group 17 and the reception group 18 can synchronize a plurality of adjacent ultrasonic transducers 11.
In the second embodiment, the description of the same configuration or function as that of the first embodiment (FIG. 1) is omitted.

つまり、図2に示すように第1実施形態では、アレイプローブ12に入力するタイミング信号41,42は、深い焦点深度d3を担当する送信群173及び受信群(図示略)である程、スキャン信号数が多くなる(タイミング信号41においてt1からt6に対し、タイミング信号42ではt1からt12)。
このために、素子駆動部25及び信号受信部26は、最大の開口を有する送信群及び受信群の超音波振動子11の数にあわせてスキャンチャンネルを具備させる必要がある。
しかし、スキャンチャンネルを多く設けることは、探傷装置のコスト上昇につながる。
In other words, enough in the first embodiment as shown in FIG. 2, the timing signal 41 to be input to the array probe 12 is a large focal transmission group 17 3 and a receiving unit in charge of depth d3 (not shown), scan The number of signals increases (t1 to t6 in the timing signal 41 and t1 to t12 in the timing signal 42).
For this reason, the element driving unit 25 and the signal receiving unit 26 need to have scan channels in accordance with the number of the ultrasonic transducers 11 in the transmission group and the reception group having the largest aperture.
However, providing many scan channels leads to an increase in the cost of the flaw detection apparatus.

そこで、図3に示すように第2実施形態では、開口の大きな送信群173については、隣接する複数(図示は二つ)の超音波振動子11の操作タイミングを同期させるように切り替えることにより、スキャンチャンネル使用数の削減を図っている(タイミング信号41においてt1からt6に対し、タイミング信号43においてもt1からt6)。 In the second embodiment, as shown in FIG. 3, for higher transmission group 17 third opening, by switching to (the illustrated two) adjacent plurality synchronizing operation timings of the ultrasonic transducer 11 of The number of scan channels used is reduced (t1 to t6 in the timing signal 41, and t1 to t6 in the timing signal 43).

(第3実施形態)
図4は、第3実施形態における超音波探傷装置に適用されるアレイプローブ12を示している。
第3実施形態におけるアレイプローブ12は、開口面積が異なる別個の超音波振動子11a,11bが配列し、それぞれにタイミング信号41,44が入力するを有している。
なお、第3実施形態において第1実施形態と共通の構成又は機能については、重複説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 4 shows the array probe 12 applied to the ultrasonic flaw detector according to the third embodiment.
The array probe 12 according to the third embodiment includes separate ultrasonic transducers 11a and 11b having different opening areas, and timing signals 41 and 44 are input to the ultrasonic transducers 11a and 11b, respectively.
In the third embodiment, the description of the configuration or function common to the first embodiment is omitted.

つまり、図3で示される第2実施形態の場合と同様に、最大の開口を有する送信群及び受信群のスキャンチャンネル使用数の削減するために、開口面積の大きな超音波振動子11aを用いて素子数を減らしている。   That is, as in the case of the second embodiment shown in FIG. 3, in order to reduce the number of scan channels used by the transmission group and the reception group having the largest aperture, the ultrasonic transducer 11a having a large aperture area is used. The number of elements is reduced.

(第4実施形態)
第4実施形態における超音波探傷装置は、図1に示される構成で実現される。
第4実施形態において、送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の数は、校正試験片31(図6)の深さ方向に形成された複数の人工欠陥32(321,322,323)に由来する出力信号14の強度Aが等しくなるように選択される。
(Fourth embodiment)
The ultrasonic flaw detector in the fourth embodiment is realized by the configuration shown in FIG.
In the fourth embodiment, the number of the ultrasonic transducers 11 constituting the transmission group 17 and the reception group 18 includes a plurality of artificial defects 32 (32 1 , 32) formed in the depth direction of the calibration test piece 31 (FIG. 6). 32 2 , 32 3 ) are selected so that the intensities A of the output signals 14 are equal.

つまり、校正試験片31は、検査対象30と同じ材質・厚さを有しており、既知の焦点深度に大きさが同じである複数の人工欠陥32(321,322,323)が、ドリル等により設けられている。
そして、素子選択部23は、信号受信部26から出力される出力信号14が、全ての焦点深度dに対して、例えばフルスケールの80%となるように、素子数を選択する。
That is, the calibration test piece 31 has the same material and thickness as the inspection object 30, and has a plurality of artificial defects 32 (32 1 , 32 2 , 32 3 ) having the same size at a known depth of focus. , Provided by a drill or the like.
Then, the element selection unit 23 selects the number of elements so that the output signal 14 output from the signal reception unit 26 is, for example, 80% of full scale with respect to all the focal depths d.

図7に示すように、人工欠陥32(321,322,323)に超音波ビーム13の焦点を結ばせる送信群17及び受信群18の素子数が同じ場合は、図7の距離振幅特性曲線に示すように、焦点深度dに対する出力信号14の強度Aは減衰して観測される。
そこで、第4実施形態では、送信群17及び受信群18を構成する素子数を適宜変更することにより、図7の破線で示すように、観測強度Aの深度依存性を無くす。
このように第4実施形態における超音波探傷装置10によれば、探傷感度の深さ方向依存性がさらに解消し、検査対象30の全域にわたり探傷をより高感度で実施することが可能となる。
As shown in FIG. 7, when the number of elements of the transmission group 17 and the reception group 18 for focusing the ultrasonic beam 13 on the artificial defect 32 (32 1 , 32 2 , 32 3 ) is the same, the distance amplitude of FIG. As shown in the characteristic curve, the intensity A of the output signal 14 with respect to the focal depth d is observed after being attenuated.
Therefore, in the fourth embodiment, the depth dependency of the observation intensity A is eliminated as shown by the broken line in FIG. 7 by appropriately changing the number of elements constituting the transmission group 17 and the reception group 18.
As described above, according to the ultrasonic flaw detection apparatus 10 in the fourth embodiment, the depth direction dependency of the flaw detection sensitivity is further eliminated, and the flaw detection can be performed with higher sensitivity over the entire inspection object 30.

図8のフローチャートに基づいて、第4実施形態に係る超音波探傷装置の動作を説明する。
存在する人工欠陥32の欠陥の直上に、位置するようアレイプローブ12を校正試験片31の表面に設置する(S10)。
そして、超音波ビーム13の焦点深度d及び探傷角度θに関するパラメータを設定する(S12,S13)。ここで焦点深度d及び探傷角度θは、超音波ビーム13の焦点が一定の幅を有することを鑑みて、離散的に設定される。
The operation of the ultrasonic flaw detector according to the fourth embodiment will be described based on the flowchart of FIG.
The array probe 12 is placed on the surface of the calibration test piece 31 so as to be positioned immediately above the existing artificial defect 32 (S10).
Then, parameters regarding the focal depth d and the flaw detection angle θ of the ultrasonic beam 13 are set (S12, S13). Here, the depth of focus d and the flaw detection angle θ are set discretely in view of the fact that the focal point of the ultrasonic beam 13 has a certain width.

これら焦点深度d及び探傷角度θに基づいて、超音波ビーム13を送信する送信群17の送信位置15及び超音波ビーム13bを受信する受信群18の受信位置16を決定する(S14)。 Based on these focal depth d and flaw detection angle theta, it determines the receiving location 16 of the receiver group 18 for receiving a transmission position 15 and the ultrasonic beam 13 b of the transmission group 17 for transmitting an ultrasonic beam 13 a (S14).

次に送信群171及び受信群181に含まれる超音波振動子11の素子数を選択する(S15A)。さしあたって、任意に選択された素子数の送信群及び受信群において超音波ビーム13a,13bが探傷角度θをなす方向から出入力するように超音波振動子11の発振タイミングを設定する(S16A)。 Next, the number of elements of the ultrasonic transducers 11 included in the transmission group 17 1 and the reception group 18 1 is selected (S15A). For the time being, the oscillation timing of the ultrasonic transducer 11 is set so that the ultrasonic beams 13 a and 13 b are input and output from the direction of the flaw detection angle θ in the transmission group and the reception group of the arbitrarily selected number of elements ( S16A).

送信群171から超音波ビーム13a1を送信し(S17A)、対応する焦点深度d1に対し反対位置にある受信群181において超音波ビーム13b1を受信する(S18A)。
そして、受信した超音波ビーム13b1の波形強度を検知して(S19A)、この波形強度がダイナミックレンジに対して所定比率(例示は80%)を示さなければ(S31 No)、素子数を変更して再選択する(S15A)。
The ultrasonic beam 13 a1 is transmitted from the transmission group 17 1 (S17A), and the ultrasonic beam 13 b1 is received by the reception group 18 1 at the opposite position with respect to the corresponding focal depth d1 (S18A).
Then, the waveform intensity of the received ultrasonic beam 13 b1 is detected (S19A), and if the waveform intensity does not indicate a predetermined ratio (80% for illustration) with respect to the dynamic range (No in S31), the number of elements is changed. To reselect (S15A).

このようにして、波形強度がダイナミックレンジに対して所定比率(例示は80%)を示したところで(S31 Yes)、次の送信群172及び受信群182の素子数を選択するための校正に移行する(S32 No)。
そして、全ての送信群17及び受信群18の素子数が選択されたところで校正作業が終了する(S32 Yes)。
Thus, when the waveform intensity shows a predetermined ratio (80% for illustration) with respect to the dynamic range (Yes in S31), calibration for selecting the number of elements of the next transmission group 17 2 and reception group 18 2 is performed. (S32 No).
Then, when the number of elements of all the transmission groups 17 and reception groups 18 has been selected, the calibration operation ends (S32 Yes).

次に、探傷試験の本作業に移る。
まず、存在の有無が確認される欠陥の直上に、中心が位置するようアレイプローブ12を検査対象30の表面に設置する(S33)。
n=1として、送信群171から超音波ビーム13a1を送信し(S17B)、対応する焦点深度d1に対し反対位置にある受信群181において超音波ビーム13b1を受信する(S18B)。
そして、受信した超音波ビーム13b1の波形強度を検知して(S19B)、この波形強度が閾値に対して小さければ(S20 Yes)、対応する焦点深度d1に欠陥は存在しないと判別される(S21)。
Next, the main work of the flaw detection test is started.
First, the array probe 12 is placed on the surface of the inspection object 30 so that the center is located immediately above the defect whose existence is confirmed (S33).
With n = 1, the ultrasonic beam 13 a1 is transmitted from the transmission group 17 1 (S17B), and the ultrasonic beam 13 b1 is received by the reception group 18 1 located at the opposite position to the corresponding focal depth d1 (S18B).
Then, the waveform intensity of the received ultrasonic beam 13 b1 is detected (S19B), and if this waveform intensity is smaller than the threshold value (S20 Yes), it is determined that there is no defect at the corresponding focal depth d1 (S20B). S21).

そして、この波形強度が閾値に対して大きければ(S20 No)、対応する焦点深度d1に欠陥が存在すると判別される(S22)。
焦点深度d1における判別結果は表示された後に(S23)、その他の全ての焦点深度d2,d3…についても、同様に欠陥の有無が判別され表示される(S24)。
If the waveform intensity is greater than the threshold (No in S20), it is determined that a defect exists at the corresponding focal depth d1 (S22).
After the determination result at the focal depth d1 is displayed (S23), the presence or absence of defects is similarly determined and displayed for all other focal depths d2, d3... (S24).

(第5実施形態)
第5実施形態における超音波探傷装置は、図1に示される構成で実現される。
送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の数は、距離振幅特性曲線(図7)に基づいて選択することができる。
つまり、予め距離振幅特性曲線が得られていれば、基準深度(例えば、d2)における強度A2に対する偏差ΔA1,ΔA3に比例させて、その他の焦点深度d1,d3に対応する送信群17及び受信群18の超音波振動子11の数を選択することができる。
(Fifth embodiment)
The ultrasonic flaw detector in the fifth embodiment is realized by the configuration shown in FIG.
The number of ultrasonic transducers 11 constituting the transmission group 17 and the reception group 18 can be selected based on the distance amplitude characteristic curve (FIG. 7).
That is, if a distance amplitude characteristic curve is obtained in advance, the transmission group 17 corresponding to the other focal depths d1 and d3 in proportion to the deviations ΔA 1 and ΔA 3 with respect to the intensity A2 at the reference depth (for example, d2) and The number of ultrasonic transducers 11 in the reception group 18 can be selected.

以上述べた少なくともひとつの実施形態の超音波探傷装置によれば、想定する焦点深度に応じて超音波ビームを出入力する開口の大きさを調整することにより、厚板構造材の全厚さ方向にわたり探傷感度を維持することが可能となる。   According to the ultrasonic flaw detection apparatus of at least one embodiment described above, by adjusting the size of the opening for inputting and outputting the ultrasonic beam according to the assumed depth of focus, the total thickness direction of the thick plate structure material It is possible to maintain the flaw detection sensitivity.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、超音波探傷装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、超音波探傷プログラムにより動作させることが可能である。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
The constituent elements of the ultrasonic flaw detection apparatus can be realized by a processor of a computer and can be operated by an ultrasonic flaw detection program.

10…超音波探傷装置、11(11a,11b)…超音波振動子、12…アレイプローブ、13(13a,13b)…超音波ビーム、14…出力信号、15…送信位置、16…受信位置、17…送信群、18…受信群、19…開口、20…信号処理部、21…パラメータ設定部、22…位置決定部、22a…送信位置決定部、22b…受信位置決定部、23…素子選択部、23a…送信素子選択部、23b…受信素子選択部、24…方向設定部、24a…送信方向設定部、24b…受信方向設定部、25…素子駆動部、26…信号受信部、27…強度検知部、28…欠陥判別部、29…表示部、30…検査対象、31…校正試験片、32…人工欠陥、41,42,43,44…タイミング信号。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ultrasonic flaw detector, 11 (11a, 11b) ... Ultrasonic transducer, 12 ... Array probe, 13 (13a, 13b) ... Ultrasonic beam, 14 ... Output signal, 15 ... Transmission position, 16 ... Reception position, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Transmission group, 18 ... Reception group, 19 ... Aperture, 20 ... Signal processing part, 21 ... Parameter setting part, 22 ... Position determination part, 22a ... Transmission position determination part, 22b ... Reception position determination part, 23 ... Element selection 23a, transmitting element selecting section, 23b, receiving element selecting section, 24 ... direction setting section, 24a ... transmission direction setting section, 24b ... receiving direction setting section, 25 ... element driving section, 26 ... signal receiving section, 27 ... Intensity detection unit, 28 ... defect determination unit, 29 ... display unit, 30 ... inspection object, 31 ... calibration test piece, 32 ... artificial defect, 41, 42, 43, 44 ... timing signal.

Claims (7)

超音波ビームの焦点深度及び探傷角度に関するパラメータを設定するパラメータ設定部と、
検査対象の表面における前記超音波ビームの送信位置及びこの送信位置に対し前記焦点深度を挟んで位置する受信位置を前記パラメータに基づいて決定する位置決定部と、
検査対象の表面に前記超音波ビームが出入力されるように配置されたアレイプローブを構成し前記送信位置及び前記受信位置に対応する超音波振動子を前記焦点深度に依存した数だけ選択する素子選択部と、
前記選択された数の超音波振動子からなる送信群及び受信群において前記超音波ビームが前記探傷角度をなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子の操作タイミングを設定する方向設定部と、
前記受信群を構成する超音波振動子の出力信号の強度に基づいて前記焦点深度における欠陥の有無を判別する情報を表示する表示部と、を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
A parameter setting unit for setting parameters regarding the focal depth and flaw detection angle of the ultrasonic beam;
A position determining unit that determines a transmission position of the ultrasonic beam on the surface to be inspected and a reception position that is located with respect to the transmission position with the depth of focus interposed therebetween, based on the parameters;
An element that constitutes an array probe arranged so that the ultrasonic beam is input to and output from the surface to be inspected, and selects an ultrasonic transducer corresponding to the transmission position and the reception position by the number depending on the depth of focus. A selection section;
A direction setting unit that sets operation timings of the ultrasonic transducers so that the ultrasonic beams are input and output from a direction that forms the flaw detection angle in the transmission group and the reception group including the selected number of ultrasonic transducers; ,
An ultrasonic flaw detector comprising: a display unit configured to display information for determining the presence / absence of a defect at the depth of focus based on an intensity of an output signal of an ultrasonic transducer constituting the reception group.
請求項1に記載の超音波探傷装置において、
前記送信群及び受信群を構成する超音波振動子の前記操作タイミングは、隣接する複数の超音波振動子を同期させることを特徴とする超音波探傷装置。
The ultrasonic flaw detector according to claim 1,
The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein the operation timing of the ultrasonic transducers constituting the transmission group and the reception group synchronizes a plurality of adjacent ultrasonic transducers.
請求項1又は請求項2に記載の超音波探傷装置において、
前記アレイプローブは、開口面積が異なる別個の前記超音波振動子の配列を有することを特徴とする超音波探傷装置。
The ultrasonic flaw detector according to claim 1 or 2,
The ultrasonic probe apparatus, wherein the array probe has a separate array of the ultrasonic transducers having different opening areas.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波探傷装置において、
前記送信群及び受信群を構成する超音波振動子の数は、校正試験片の深さ方向に形成された複数の人工欠陥に由来する前記出力信号の強度が等しくなるように選択されることを特徴とする超音波探傷装置。
In the ultrasonic flaw detector according to any one of claims 1 to 3,
The number of ultrasonic transducers constituting the transmission group and the reception group is selected so that the intensities of the output signals derived from a plurality of artificial defects formed in the depth direction of the calibration test piece are equal. A featured ultrasonic flaw detector.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波探傷装置において、
前記送信群及び受信群を構成する超音波振動子の数は、距離振幅特性曲線に基づいて選択されることを特徴とする超音波探傷装置。
In the ultrasonic flaw detector according to any one of claims 1 to 3,
The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein the number of ultrasonic transducers constituting the transmission group and the reception group is selected based on a distance amplitude characteristic curve.
超音波ビームの焦点深度及び探傷角度に関するパラメータを設定するステップと、
検査対象の表面における前記超音波ビームの送信位置及びこの送信位置に対し前記焦点深度を挟んで位置する受信位置を前記パラメータに基づいて決定するステップと、
検査対象の表面に前記超音波ビームが出入力されるように配置されたアレイプローブを構成し前記送信位置及び前記受信位置に対応する超音波振動子を前記焦点深度に依存した数だけ選択するステップと、
前記選択された数の超音波振動子からなる送信群及び受信群において前記超音波ビームが前記探傷角度をなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子の操作タイミングを設定するステップと、
前記受信群を構成する超音波振動子の出力信号の強度に基づいて前記焦点深度における欠陥の有無を判別する情報を表示するステップと、を含むことを特徴とする超音波探傷方法。
Setting parameters relating to the focal depth and flaw detection angle of the ultrasonic beam;
Determining a transmission position of the ultrasonic beam on the surface to be inspected and a reception position located across the depth of focus with respect to the transmission position based on the parameters;
A step of configuring an array probe arranged so that the ultrasonic beam is input / output on the surface to be inspected, and selecting ultrasonic transducers corresponding to the transmission position and the reception position by the number depending on the depth of focus. When,
Setting the operation timing of these ultrasonic transducers so that the ultrasonic beam enters and exits from the direction forming the flaw detection angle in the transmission group and the reception group including the selected number of ultrasonic transducers;
And displaying information for determining the presence / absence of a defect at the depth of focus based on the intensity of an output signal of an ultrasonic transducer constituting the reception group.
コンピュータに、
超音波ビームの焦点深度及び探傷角度に関するパラメータを設定するステップ、
検査対象の表面における前記超音波ビームの送信位置及びこの送信位置に対し前記焦点深度を挟んで位置する受信位置を前記パラメータに基づいて決定するステップ、
検査対象の表面に前記超音波ビームが出入力されるように配置されたアレイプローブを構成し前記送信位置及び前記受信位置に対応する超音波振動子を前記焦点深度に依存した数だけ選択するステップ、
前記選択された数の超音波振動子からなる送信群及び受信群において前記超音波ビームが前記探傷角度をなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子の操作タイミングを設定するステップ、
前記受信群を構成する超音波振動子の出力信号の強度に基づいて前記焦点深度における欠陥の有無を判別する情報を表示するステップ、を実行させることを特徴とする超音波探傷プログラム。
On the computer,
Setting parameters relating to the depth of focus and flaw detection angle of the ultrasonic beam;
Determining the transmission position of the ultrasonic beam on the surface to be inspected and the reception position located with the depth of focus sandwiched from the transmission position based on the parameters;
A step of configuring an array probe arranged so that the ultrasonic beam is input / output on the surface to be inspected, and selecting ultrasonic transducers corresponding to the transmission position and the reception position by the number depending on the depth of focus. ,
Setting the operation timing of these ultrasonic transducers so that the ultrasonic beam enters and exits from the direction forming the flaw detection angle in the transmission group and the reception group including the selected number of ultrasonic transducers,
An ultrasonic flaw detection program, comprising: displaying information for determining the presence or absence of a defect at the focal depth based on the intensity of an output signal of an ultrasonic transducer constituting the reception group.
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