JP2019109107A - 超音波探傷方法、超音波探傷装置、鋼材の製造設備列、鋼材の製造方法、及び鋼材の品質保証方法 - Google Patents
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[構成]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態である超音波探傷装置の構成について説明する。
図2を参照して、決定ステップにおいて開口合成処理条件、即ち、合成幅と遅延時間を決定する際の信号処理装置19の動作について説明する。加えて、決定ステップにおいて、遅延時間の決定に用いる送信された超音波信号の検査体中での伝搬経路を算出する方法の例、及び、合成幅の決定に用いる基準位置における欠陥信号の受信音圧に対する欠陥信号の受信音圧の比である受信音圧比を算出する方法の例についても説明する。
次に、図3,図4を参照して、ステップS2の伝搬経路算出処理について詳しく説明する。
次に、図5を参照して、ステップS3の遅延時間算出処理について詳しく説明する。
次に、図6〜図9を参照して、図2に示すステップS4の受信音圧比算出処理及びステップS5の最適合成幅算出処理について詳しく説明する。
本発明に係る超音波探傷方法の優れた結果を実施例で説明する。本実施例では、人工欠陥を設けた丸棒体サンプルを超音波探傷し、本発明に係る超音波探傷方法による開口合成処理を行った。超音波探触子は、直径6.4mm、周波数5MHzの丸型超音波探触子を用い、丸棒体サンプルとして直径φ169mmの丸棒体内部にφ0.2mmの人工欠陥が加工されたものを用いた。超音波探触子と丸棒体サンプルは、局部水浸探傷法により音響結合を行い、水距離は50mm、測定角度ピッチは0.6°とした。また、超音波探触子の近距離音場限界距離は34.5mmであり、水距離50mmよりも短く、本手法の適用条件を満たしていた。
次に、図13〜図18を参照して、本発明の第2の実施形態である超音波探傷装置の構成及びその動作について説明する。
まず、図13を参照して、本発明の第2の実施形態である超音波探傷装置の構成について説明する。
次に、図14〜図18を参照して、開口合成処理条件の決定を実行する際の信号処理装置19の動作について説明する。なお、開口合成処理条件の決定の全体の流れは、図2に示した本発明の第1の実施形態である開口合成処理条件の決定の流れと同じである。但し、検査材が丸棒体RBから鋼板SPに変わることによって、伝搬経路算出処理、遅延時間算出処理、受信音圧比算出処理、及び最適合成幅算出処理の内容の一部が第1の実施形態における内容とは異なっている。そこで、以下では、これら各処理の異なる点についてのみ説明する。
図14は、本発明の第2の実施形態である伝搬経路算出処理の一態様を説明するための模式図である。以下、鋼板SPの長手方向に移動する超音波探触子11の位置をP,P’、想定欠陥位置をPF、超音波探触子11の位置Pと想定欠陥位置PFとを結ぶ線分と鋼板SPの表面との交点をO、水浸探傷法における媒質である水中での音速をVw、鋼板SP中での音速をVsと表記する。
図16は、本発明の第2の実施形態である遅延時間算出処理を説明するための模式図である。図16に示すように、超音波探触子11と想定欠陥位置PFに位置する内部欠陥との位置関係が変化すると、超音波探触子11によって受信される欠陥信号の強度及び受信時間は変化する。具体的には、第3欠陥信号RW3及び第4欠陥信号RW4はそれぞれ、超音波探触子11が位置P4及び位置P5にあるときに受信された欠陥からの超音波の反射信号である。ここで、水浸探傷法における媒質である水中の音速をVw、丸棒体RB中の音速をVsと表すと、第3欠陥信号RW3の伝搬時間T3は上述した数式(8)(T1をT3に置き換え)、第4欠陥信号RW4の伝搬時間T4は上述した数式(9)(T2をT4に置き換え)、伝搬時間T3と伝搬時間T4との差である遅延時間ΔT1は上述した数式(10)(ΔTをΔT1に置き換え)を用いて算出することができる。
図17は、合成幅とS/N比向上係数Eとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。具体的には、図17は、周波数5MHz、直径12.6mmの丸型超音波探触子を0.05mmピッチで鋼板SPの幅方向に移動させながら板厚150mmの鋼板SPの超音波探傷を行い、深さ25,50,75,100,125mm(depth25,50,75,100,125)の位置にある内部欠陥に対し開口合成処理を行った時の合成幅とS/N比向上係数Eとの関係をシミュレーションした結果を示す。図17に示すように、各深さ位置でS/N比向上係数Eを最大とする合成幅は異なり、全深さ位置で合成幅を0.8,2.6mmで一定とした場合には、全深さ位置でそれぞれ最適な合成幅を設定した場合と比べてS/N比が最大4dB減少する。但し、合成幅0.8,2.6mmはそれぞれ深さ25,125mmの位置で開口合成処理を行う場合の合成幅の最適値である。
11 超音波探触子
12 プローブヘッド
13 架台
14 回転駆動装置
15 パルサ
16 レシーバ
17 A/Dコンバータ
18 記録装置
19 信号処理装置
20 表示装置
RB 丸棒体
Claims (10)
- 超音波探触子から検査材に超音波信号を送信し、前記検査材の内部で反射された超音波信号を欠陥信号として超音波探触子において受信することによって、前記検査材の内部を検査する超音波探傷方法であって、
前記検査材と前記超音波探触子との位置関係を変化させながら超音波探触子において複数の欠陥信号を受信する受信ステップと、
前記検査材と前記超音波探触子との各位置関係において、基準位置における欠陥信号の受信音圧に対する欠陥信号の受信音圧の比を受信音圧比として算出し、算出された受信音圧比に基づいて、検査材の各深さ位置での開口合成処理における合成幅を決定する決定ステップと、
決定した合成幅に従って複数の欠陥信号を用いて開口合成処理を実行することによって前記検査材の内部を検査する検査ステップと、
を含むことを特徴とする超音波探傷方法。 - 前記決定ステップは、前記受信音圧比の変化率から開口合成処理による欠陥信号のS/N比の変化率を算出し、欠陥信号のS/N比の変化率が所定値以上になる合成幅を開口合成処理における合成幅に決定するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の超音波探傷方法。
- 前記決定ステップは、前記超音波探触子が円形の超音波探触子である場合、以下に示す数式(1)及び数式(2)を利用して超音波信号の指向角ψを用いて受信音圧比Rを算出し、前記超音波探触子が矩形の超音波探触子である場合には、以下に示す数式(1)及び数式(3)を利用して超音波信号の指向角ψを用いて受信音圧比Rを算出するステップを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波探傷方法。但し、数式(2)及び数式(3)におけるパラメータmは、指向角ψによって決定される係数である。
- 前記検査ステップは、以下に示す数式(4),(5)を用いて、開口合成処理により得られた欠陥信号AをN点の受信音圧比Rn(n=0〜N)を加算平均した開口合成後受信音圧比Sで除算することにより、欠陥信号Aの強度を補正するステップを含むことを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか1項に記載の超音波探傷方法。
- 前記決定ステップは、前記超音波探触子と内部欠陥の深さ位置との位置関係から検査材における任意の超音波信号の入射範囲を設定し、設定した超音波信号の入射範囲内においてスネルの法則に基づいて超音波信号の伝搬経路を算出し、座標計算によって超音波信号の伝搬経路が内部欠陥を通過するか否かを判定する計算を繰り返し行うことにより内部欠陥の各深さ位置に対する超音波信号の伝搬経路を算出し、算出された各深さ位置に対する超音波信号の伝搬経路に基づいて開口合成処理に必要な複数の欠陥信号の遅延時間を算出するステップを含むことを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか1項に記載の超音波探傷方法。
- 前記決定ステップは、前記超音波探触子と内部欠陥の深さ位置との位置関係から検査材における任意の超音波信号の入射範囲を設定し、設定した超音波信号の入射範囲内において超音波信号の入射点における検査材の法線と、超音波探触子と超音波信号の入射点とを結ぶ線分とがなす角度及び想定欠陥位置と超音波信号の入射点とを結ぶ線分とのなす角度がスネルの法則を満たすか否かを判定する計算を繰り返し行うことにより内部欠陥の各深さ位置に対する超音波信号の伝搬経路を算出し、算出された各深さ位置に対する超音波信号の伝搬経路に基づいて開口合成処理に必要な複数の欠陥信号の遅延時間を算出するステップを含むことを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか1項に記載の超音波探傷方法。
- 超音波探触子から検査材に超音波信号を送信し、前記検査材の内部で反射された超音波信号を欠陥信号として超音波探触子において受信することによって、前記検査材の内部を検査する超音波探傷装置であって、
前記検査材と前記超音波探触子との位置関係を変化させながら超音波探触子において複数の欠陥信号を受信する受信手段と、
前記検査材と前記超音波探触子との各位置関係において、基準位置における欠陥信号の受信音圧に対する欠陥信号の受信音圧の比を受信音圧比として算出し、算出された受信音圧比に基づいて、検査材の各深さ位置での開口合成処理における合成幅を決定する決定手段と、
決定した合成幅に従って複数の欠陥信号を用いて開口合成処理を実行することによって前記検査材の内部を検査する検査手段と、
を備えることを特徴とする超音波探傷装置。 - 鋼材を製造する製造装置と、
前記製造装置によって製造された前記鋼材の内部を検査する、請求項7に記載の超音波探傷装置と、
を備えることを特徴とする鋼材の製造設備列。 - 鋼材を製造する製造ステップと、
請求項1〜6のうち、いずれか1項に記載の超音波探傷方法で、前記製造ステップにおいて製造された鋼材の内部を探傷する探傷ステップと、
を含むことを特徴とする鋼材の製造方法。 - 請求項1〜6のうち、いずれか1項に記載の超音波探傷方法で、鋼材の内部を探傷する探傷ステップと、
前記探傷ステップで得られた探傷結果から前記鋼材の品質保証を行う品質保証ステップと、
を含むことを特徴とする鋼材の品質保証方法。
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JP2017241477A JP6733650B2 (ja) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | 超音波探傷方法、超音波探傷装置、鋼材の製造設備列、及び鋼材の製造方法 |
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CN113091664A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-09 | 佛山市恒溢彩印有限公司 | 一种宽度检测方法、系统、终端及存储介质 |
JP7435322B2 (ja) | 2020-07-03 | 2024-02-21 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波探傷装置、超音波探傷方法、および、プログラム |
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2017
- 2017-12-18 JP JP2017241477A patent/JP6733650B2/ja active Active
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