JP2722087B2 - Ultrasonic flaw detector - Google Patents

Ultrasonic flaw detector

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JP2722087B2
JP2722087B2 JP63287711A JP28771188A JP2722087B2 JP 2722087 B2 JP2722087 B2 JP 2722087B2 JP 63287711 A JP63287711 A JP 63287711A JP 28771188 A JP28771188 A JP 28771188A JP 2722087 B2 JP2722087 B2 JP 2722087B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波探傷装置に係り、特に、複雑な表面
形状の自動超音波探傷に好適な超音波探傷装置に関する
ものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic flaw detector, and more particularly to an ultrasonic flaw detector suitable for automatic ultrasonic flaw detection having a complicated surface shape.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

精密な探傷を目的とする超音波探傷の一方法として、
水中に被検体を沈め、その水中で超音波探触子により被
検体の表面を走査して探傷する水浸自動探傷法がある。
As one method of ultrasonic flaw detection aimed at precise flaw detection,
There is a water immersion automatic flaw detection method in which a subject is immersed in water, and the surface of the subject is scanned for flaws by an ultrasonic probe in the water.

水浸自動探傷法では、傷の大きさを正確に知るため
に、超音波探触子と被検体との距離を一定に保ち、しか
も超音波ビームの中心軸の方向を被検体の表面の法線方
向に一致させておく必要がある。
In the automatic water immersion flaw detection method, the distance between the ultrasonic probe and the subject is kept constant, and the direction of the center axis of the ultrasonic beam is measured on the surface of the subject in order to accurately know the size of the flaw. Must match the line direction.

なお、この種の装置として関連するものには、日本機
械学会誌Vol.90,No826 p5〜9や特開昭61−240158号等
に示されたものが挙げられる。
Related devices of this type include those shown in the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 90, No. 826, pp. 5-9, and JP-A-61-240158.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術のうち、前者は、表面が平面の被検体の
探傷は可能であるが、第3図に示すような表面が曲面の
被検体に対しては、超音波ビームの中心軸の方向を被検
体の表面の法線方向に一致させることが困難なため、探
傷が不可能であつた。
Of the above-mentioned prior arts, the former is capable of detecting a test object having a flat surface, but for a test object having a curved surface as shown in FIG. 3, the direction of the center axis of the ultrasonic beam is changed. Flaw detection was impossible because it was difficult to match the normal direction of the surface of the subject.

一方、後者は、法線方向の制御のために少なくとも2
個以上の超音波受信子を必要とし、コストアツプは避け
られなかつた。
On the other hand, the latter has at least two for normal direction control.
Since more than one ultrasonic receiver is required, cost increase is unavoidable.

また、第8図に示すように、被検体表面に傷等があつ
た場合、超音波ビームの乱反射により、反射波を受信で
きず、距離一定制御や法線方向制御が不可能であつた。
In addition, as shown in FIG. 8, when the surface of the subject has a flaw or the like, the reflected wave cannot be received due to the irregular reflection of the ultrasonic beam, so that the constant distance control and the normal direction control cannot be performed.

本発明の目的は、安価な装置構成で、曲面を有する被
検体を探傷が可能であり、超音波ビームが乱反射した場
合でも被検体の探傷が可能な超音波探傷装置を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus capable of detecting a test object having a curved surface with an inexpensive apparatus configuration and detecting a test object even when an ultrasonic beam is irregularly reflected.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、上記目的を達成するために、表面が必ずし
も平面でない被検体に超音波を送信し反射波を受信する
超音波探触子と、超音波探触子と被検体との距離を検出
する距離検出手段と、距離検出手段からの信号により超
音波探触子と被検体との距離を一定に保つ距離一定制御
手段と、超音波探触子から送信する超音波ビームの中心
軸の方向を被検体の表面の各位置における法線の方向に
一致させる法線方向制御手段と、前記距離一定制御およ
び法線方向制御状態で各位置からの反射波による当該位
置を探傷する探傷手段とを有する超音波探傷装置におい
て、前記被検体の表面に存在する傷等の影響により超音
波ビームが乱反射し反射波を受信できないときに、当該
傷等の位置を挟む前後少なくとも2点で実行した距離一
定制御および法線方向制御の結果により前記傷等の位置
における距離と法線方向とを補間演算し、当該傷等の位
置における距離一定制御および法線方向制御を行う手段
を備えたことを特徴とする。
The present invention provides an ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves to an object whose surface is not necessarily planar and receives a reflected wave, and detects a distance between the ultrasonic probe and the object to achieve the above object. Distance detecting means, distance constant control means for keeping the distance between the ultrasonic probe and the subject constant by a signal from the distance detecting means, and the direction of the center axis of the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic probe Normal direction control means for matching the direction of the normal line at each position on the surface of the subject, and flaw detection means for detecting the position by reflected waves from each position in the constant distance control and normal direction control state When the ultrasonic beam is irregularly reflected due to the influence of a flaw or the like existing on the surface of the subject and the reflected wave cannot be received, the distance is constant at least at two points before and after the position of the flaw and the like. Control and normal directions The distance and the normal direction at the position of such a flaw interpolation calculation by the results of the control, characterized by comprising means for performing distance constant control and the normal direction control in a position such as the flaw.

〔作用〕[Action]

距離検出手段は、送信波と被検体表面からの反射波と
の時間差により探触子と被検体表面との距離を演算し、
制御手段に出力する。制御手段は、まず、入力手段から
の信号により、探触子を走査初期位置に移動させる。次
に、その初期位置において、探触子と被検体表面との距
離を一定にする距離一定制御を実行する。この距離を一
定に保ちつつ、1個の探触子を用いて法線方向制御を行
い、超音波ビームの中心軸と被検体表面の法線方向とを
一致させる。その後は、距離一定制御および法線方向制
御を行いながら被検体表面を走査し、超音波探傷を実行
する。
The distance detecting means calculates the distance between the probe and the subject surface based on the time difference between the transmitted wave and the reflected wave from the subject surface,
Output to control means. The control means first moves the probe to the scanning initial position in accordance with a signal from the input means. Next, at the initial position, constant distance control is performed to keep the distance between the probe and the surface of the subject constant. The normal direction control is performed using one probe while keeping this distance constant, and the center axis of the ultrasonic beam is made to coincide with the normal direction of the surface of the subject. Thereafter, the surface of the subject is scanned while performing constant distance control and normal direction control, and ultrasonic flaw detection is performed.

その途中において、表面の傷等により超音波ビームが
乱反射し、反射波を受信できない場合は、そこから微少
距離移動し、移動した位置で距離一定制御および法線方
向制御を行い、次に、反対側に同じ距離だけ移動し、そ
の位置で距離一定制御および法線方向制御を行う。そし
て、それぞれの位置での探触子と被検体表面との距離お
よび超音波ビームの中心軸を向ける方向すなわち被検体
表面の法線方向により、被検体表面からの反射波を受信
できなかつた位置の探触子と被検体表面との距離および
超音波ビームの中心軸を向けるべき方向すなわち被検体
表面の法線方向を補間演算する。そこで、受信できなか
つた位置に戻り、前記演算結果に基づき走査条件を設定
する乱反射補償制御を行い、走査軸を駆動し、超音波探
傷を再開する。
On the way, if the ultrasonic beam is irregularly reflected due to a scratch on the surface and cannot receive the reflected wave, it moves a minute distance from there, performs constant distance control and normal direction control at the moved position, and then performs the opposite operation. Side, the same distance, and at that position, constant distance control and normal direction control are performed. Then, the position where the reflected wave from the subject surface cannot be received due to the distance between the probe and the subject surface at each position and the direction in which the center axis of the ultrasonic beam is directed, that is, the normal direction of the subject surface. The distance between the probe and the surface of the subject and the direction in which the center axis of the ultrasonic beam should be directed, that is, the normal direction of the surface of the subject, are interpolated. Therefore, returning to the position where the signal cannot be received, the diffuse reflection compensation control for setting the scanning condition based on the calculation result is performed, the scanning axis is driven, and the ultrasonic inspection is restarted.

これら一連の動作を繰り返すと、曲面を有する被検体
の探傷が可能であり、超音波ビームが乱反射する位置で
も被検体の探傷が可能となる。
By repeating these series of operations, flaw detection of the object having a curved surface is possible, and flaw detection of the object is possible even at a position where the ultrasonic beam is irregularly reflected.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明による超音波探傷装置の一実施例の構
成を示すブロツク図である。図において、1は超音波探
触子、2は探触子ホルダ、3はθ軸用モータ、4はZ
軸、5はZ軸用モータ、6は図示しない駆動系によりX
軸およびY軸方向に駆動される部材、7は入力手段、8
は記録手段、9は距離検出手段、10は演算制御手段、11
〜14は位置決め手段、15は被検体である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention. In the figure, 1 is an ultrasonic probe, 2 is a probe holder, 3 is a motor for θ axis, 4 is Z
Axis 5, motor for Z axis, 6 for X
A member driven in the axial and Y-axis directions;
Denotes recording means, 9 denotes distance detecting means, 10 denotes arithmetic control means, 11
14 to 14 are positioning means, and 15 is a subject.

モータ3を回転させると、探触子1はθ軸の回りに回
転する。モータ5を回転させると、探触子1はZ軸すな
わち上下方向に移動する。位置決め手段11〜14は、演算
制御手段10からの位置指令信号と各モータに内蔵された
位置検出器たとえばポテンシヨメータの信号とにより、
各軸方向の位置を決める。
When the motor 3 is rotated, the probe 1 rotates around the θ axis. When the motor 5 is rotated, the probe 1 moves in the Z axis, that is, in the vertical direction. The positioning means 11 to 14 are provided by a position command signal from the arithmetic and control means 10 and a signal from a position detector such as a potentiometer incorporated in each motor.
Determine the position in each axis direction.

第2図は距離検出手段9の構成の一例を示すブロツク
図である。距離検出手段9は、超音波探触子1に超音波
信号を送る送信器16と、被検体15から反射してくる超音
波信号を受ける受信器17と、計時回路18とからなる。計
時回路18は、送信器16からの送信信号と被検体15の表面
からの超音波反射信号との時間間隔を測定し、演算制御
手段10に出力する。この時間間隔をtとし、水中の音速
をVとすると、探触子1と被検体15の表面との距離m
は、 m=Vt/2 …(1) で求められる。また、受信器17の信号は法線方向制御の
ために、演算制御手段10に出力される。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the distance detecting means 9. The distance detecting means 9 includes a transmitter 16 for transmitting an ultrasonic signal to the ultrasonic probe 1, a receiver 17 for receiving an ultrasonic signal reflected from the subject 15, and a timing circuit 18. The timing circuit 18 measures a time interval between a transmission signal from the transmitter 16 and an ultrasonic reflection signal from the surface of the subject 15 and outputs the time interval to the arithmetic and control unit 10. Assuming that this time interval is t and the velocity of sound in water is V, the distance m between the probe 1 and the surface of the subject 15 is m.
Is obtained by the following equation: m = Vt / 2 (1) The signal of the receiver 17 is output to the arithmetic and control unit 10 for normal direction control.

次に、第3図に示す被検体15を例として、制御手段10
の制御内容を説明する。なお、距離一定制御と法線方向
制御は第3図のa,b,…,e,f,…の位置で行うものであ
る。
Next, taking the subject 15 shown in FIG.
Will be described. The constant distance control and the normal direction control are performed at positions a, b,..., E, f,.

第3図の被検体15は、表面の法線方向が走査開始点
(AまたはB)と1回の走査終了点(A′またはB′)
で変化しない部材である。この被検体15を、図に示す走
査順序で、A点からB′点まで走査する場合について説
明する。
In the subject 15 shown in FIG. 3, the surface normal direction has the scanning start point (A or B) and one scanning end point (A 'or B').
Is a member that does not change. The case where the subject 15 is scanned from the point A to the point B 'in the scanning order shown in the drawing will be described.

第4図は演算制御手段10の制御内容を示すフローチヤ
ート、第5図は距離一定制御および法線方向制御が完了
した状態を示す図、第6図は法線方向制御のフローチヤ
ート、第7図は乱反射補償制御時の探触子の探索位置を
示す図、第8図は超音波ビームの乱反射を示す図、第9
図は乱反射補償制御時の探触子の探索動作を示す図、第
10図は乱反射補償制御のフローチヤートである。
FIG. 4 is a flowchart showing the control contents of the arithmetic control means 10, FIG. 5 is a diagram showing a state in which the constant distance control and the normal direction control are completed, FIG. 6 is a flowchart of the normal direction control, FIG. FIG. 8 is a diagram showing a search position of a probe at the time of diffuse reflection compensation control, FIG. 8 is a diagram showing diffuse reflection of an ultrasonic beam, and FIG.
The figure shows the search operation of the probe during diffuse reflection compensation control.
FIG. 10 is a flowchart of the diffuse reflection compensation control.

第4図のステツプ19では、第5図に破線で示すよう
に、走査開始点Aの真上に探触子1を位置決めする。
In step 19 of FIG. 4, the probe 1 is positioned just above the scanning start point A, as shown by the broken line in FIG.

第5図の例では、被検体15の点Aの法線方向と探触子
1の超音波ビームの方向が大きくずれているが、実際は
点Aの法線方向と探触子1の超音波ビームの方向がほぼ
合うように探触子1を位置決めするものであり、必ず被
検体15の表面からの反射波を受信することが可能な位置
に被検体15の形状データからオフラインテイーチングに
より教示し、探触子1を位置決めするものである。
In the example of FIG. 5, although the normal direction of the point A of the subject 15 and the direction of the ultrasonic beam of the probe 1 are largely displaced, in actuality, the normal direction of the point A and the ultrasonic wave of the probe 1 The probe 1 is positioned so that the direction of the beam is almost matched, and is taught by offline teaching from the shape data of the subject 15 to a position where the reflected wave from the surface of the subject 15 can be received without fail. , For positioning the probe 1.

ステツプ20では、この位置で被検体15の表面からの反
射波の波高値を検出できるかどうかを判定する。第8図
に示すように被検体15の表面に傷があり超音波ビームが
乱反射するようなことがない限り、被検体15の表面から
の反射波を受信可能である。
In step 20, it is determined whether the peak value of the reflected wave from the surface of the subject 15 can be detected at this position. As shown in FIG. 8, the reflected wave from the surface of the subject 15 can be received as long as the surface of the subject 15 is not damaged and the ultrasonic beam is not irregularly reflected.

ステツプ21では、距離検出手段9からの信号に基づ
き、探触子1と被検体15の表面との距離mが所定値mo
なるように、Z軸モータ5を駆動する。このときの状態
が、第5図のIである。なお、所定値moは探触子1の特
性の違い等に応じて入力手段7から設定される。
In step 21, based on a signal from the distance detecting means 9, so that the distance m between the surface of the probe 1 and the specimen 15 reaches the predetermined value m o, drives the Z axis motor 5. The state at this time is I in FIG. The predetermined value m o is set from the input unit 7 according to the difference or the like of the characteristics of the probe 1.

ステツプ22では、θ軸のみ変化させると、超音波ビー
ムがA点から外れてしまう。したがつて、超音波ビーム
をA点に当て、しかも探触子1と被検体15の表面との距
離を一定に制御しながら、法線方向を探索する必要があ
る。そのためには、第5図の探触子1の回転中心Hが点
Aを中心とした円周上を移動するように制御すれば良
い。
In step 22, if only the θ axis is changed, the ultrasonic beam deviates from point A. Therefore, it is necessary to search the normal direction while irradiating the ultrasonic beam to the point A and controlling the distance between the probe 1 and the surface of the subject 15 to be constant. For this purpose, control may be performed so that the rotation center H of the probe 1 shown in FIG. 5 moves on a circle around the point A.

第5図において、Hの位置を(Y,Z)、点Aの位置を
(YA,ZA)、Hから点Aまでの距離をlo、探触子1の回
転角をθとすると、 YA=Y+locosθ …(2) ZA=Z+losinθ …(3) となり、書き直すと、 Y=YA−locosθ …(4) Z=ZA−losinθ …(5) となる。ここで、YA,ZAは、距離一定制御が完了したI
の状態で、式(2)および(3)から演算し、位置決め
手段12,13に与える。法線方向制御時は、θを変化させ
ると同時にY,Z軸の位置指令値を式(4)および(5)
から演算し、位置決め手段12,13に与える。
In FIG. 5, assuming that the position of H is (Y, Z), the position of point A is (Y A , Z A ), the distance from H to point A is l o , and the rotation angle of probe 1 is θ. , Y A = Y + l ocos θ (2) Z A = Z + l osin θ (3) When rewritten, Y = Y A− l ocos θ (4) Z = Z A− l osin θ (5) Becomes Here, Y A and Z A are I when the constant distance control is completed.
In the condition (1), the calculation is performed from the equations (2) and (3), and is given to the positioning means 12 and 13. At the time of the normal direction control, the position command value of the Y and Z axes is simultaneously calculated by the equations (4) and (5) while changing θ.
And gives it to the positioning means 12 and 13.

次に、法線方向の探索動作を第6図により説明する。 Next, the search operation in the normal direction will be described with reference to FIG.

ステツプ27では、フラグを0にする。 In step 27, the flag is set to "0".

ステツプ28では、第5図のIの状態からθが増加する
正方向にΔθだけ回転させる。このとき、Y,Z軸も、
(4)および(5)式に基づいて、微少位置移動する。
In step 28, the lens is rotated by Δθ in the positive direction in which θ increases from the state of I in FIG. At this time, the Y and Z axes are also
Based on the equations (4) and (5), the robot moves by a very small position.

ステツプ29では、表面反射波の波高値(受信器17の電
圧レベル)を測定し、前回の波高値と比較する。反射波
の波高値は、法線方向に超音波信号を入射させたとき最
も高くなり、法線方向から外れるほど低くなる。
In step 29, the peak value of the surface reflected wave (voltage level of the receiver 17) is measured and compared with the previous peak value. The peak value of the reflected wave becomes highest when the ultrasonic signal is incident in the normal direction, and becomes lower as the reflected wave deviates from the normal direction.

ステツプ29で比較した結果、前回の波高値よりも今回
の波高値の方が高い場合すなわち法線方向が近付いたな
ら、ステツプ30では、フラグを1にして、再び探触子1
をΔθだけ同方向に回転させる。このステツプを繰り返
し、前回の波高値より今回の波高値が小さくなつた場合
すなわち法線方向を通り過ぎたなら、ステツプ31でフラ
グが1かどうかを判定する。
As a result of the comparison in step 29, if the current peak value is higher than the previous peak value, that is, if the normal direction approaches, in step 30, the flag is set to 1 and the probe 1
Are rotated in the same direction by Δθ. This step is repeated, and if the current peak value is smaller than the previous peak value, that is, if the current peak value has passed the normal direction, it is determined in step 31 whether the flag is 1 or not.

もし1ならば、法線方向の探索が完了しているので、
ステツプ32に移り、Δθだけ負方向に回転させる。ステ
ツプ32に移つた状態では、探触子1は法線方向をΔθだ
け通り過ぎているから、その分を補正するためである。
If 1, the search in the normal direction has been completed, so
The operation then proceeds to step 32, in which the motor is rotated in the negative direction by Δθ. In the state where the process has proceeded to step 32, the probe 1 has passed the normal direction by Δθ, so that the probe 1 is to be corrected by that amount.

法線方向がΔθを負の方向に回転させたときの制御の
流れを説明する。負の場合は、ステツプ29で比較する
と、前回の波高値より今回の波高値が低い結果となり、
制御はステツプ31に移る。
The control flow when the normal direction rotates Δθ in the negative direction will be described. In the case of a negative value, when compared in step 29, the result is that the current peak value is lower than the previous peak value,
Control passes to step 31.

ステツプ31では、フラグが1かどうか判定するが、ス
テツプ30を通つていないので、フラグは0である。
At step 31, it is determined whether the flag is "1". However, since the flag has not passed through step 30, the flag is "0".

そこで、ステツプ33に移り、ステツプ33と34とを繰り
返した後、ステツプ32と同様のステツプ35を通り、第4
図のステツプ22の法線方向制御が完了する。
Then, the process proceeds to step 33, and steps 33 and 34 are repeated.
The normal direction control in step 22 in the figure is completed.

次に、制御は第4図のステツプ24に移り、点Aから点
A′方向へ移動する。ここで、ステツプ25に移り、探傷
が完了したかどうかを判定するが、最初は当然完了して
いないので、ステツプ26に戻り、決められた距離移動す
る。たとえば第5図のIの状態からY方向にΔY移動し
たIIIの状態に位置決めする。
Next, the control moves to step 24 in FIG. 4, and moves from the point A to the point A '. Here, the process proceeds to step 25 to determine whether or not the flaw detection has been completed. However, since the flaw detection has not been completed at first, the process returns to step 26 to move by a predetermined distance. For example, the positioning is performed in the state III, which is moved by ΔY in the Y direction from the state I in FIG.

ステツプ20に戻り、この位置で、被検体15の表面から
の反射波の波高値を検出できるかどうかを判定する。こ
こでは、第5図のIIIの状態であり、探触子1と被検体1
5の表面との距離および超音波ビームの中心軸と被検体1
5の表面の法線方向とがずれているが、この位置までの
移動距離が微少なため、極端なずれではなく、被検体15
の表面からの反射波の波高値を検出可能であり、ステツ
プ21に移る。
Returning to step 20, it is determined whether the peak value of the reflected wave from the surface of the subject 15 can be detected at this position. In this case, the probe 1 and the subject 1 are in the state of III in FIG.
The distance to the surface of 5 and the center axis of the ultrasonic beam and the subject 1
Although the normal direction of the surface of 5 is shifted, the movement distance to this position is very small.
The peak value of the reflected wave from the surface can be detected, and the process proceeds to step 21.

ところが、被検体15の表面に傷等があると、第8図に
示すように、探触子1と被検体15の表面との距離および
超音波ビームの中心軸と被検体15の表面の法線方向とが
一致していても、被検体15の表面からの反射波を受信で
きない。したがつて、このような位置では、距離一定制
御および法線方向制御が不可能となる。これを解決する
ために、ステツプ23の乱反射補償制御を実行する。
However, if there is a flaw or the like on the surface of the subject 15, as shown in FIG. 8, the distance between the probe 1 and the surface of the subject 15, the center axis of the ultrasonic beam, and the method Even if the line directions match, the reflected wave from the surface of the subject 15 cannot be received. Therefore, at such a position, the constant distance control and the normal direction control become impossible. In order to solve this, the irregular reflection compensation control in step 23 is executed.

第9図および第10図により、乱反射補償制御を説明す
る。
The irregular reflection compensation control will be described with reference to FIG. 9 and FIG.

ステツプ36では、正方向移動カウンタと負方向移動カ
ウンタとをクリアする。
In step 36, the positive direction movement counter and the negative direction movement counter are cleared.

ステツプ37では、たとえば第9図のIVの破線の位置か
らY軸正方向に微少距離移動する。
In step 37, for example, the robot moves a small distance in the positive Y-axis direction from the position indicated by the broken line IV in FIG.

ステツプ38では、ステツプ37に合わせて、正方向移動
カウンタを1だけ増加させる。
In step 38, the forward movement counter is incremented by one in accordance with step 37.

ステツプ39では、被検体15の表面からの表面反射波の
波高値を検出できるかどうかを判定し、検出できなけれ
ば、ステツプ37に戻り、これを繰り返す。
In step 39, it is determined whether or not the peak value of the surface reflected wave from the surface of the subject 15 can be detected. If not, the process returns to step 37 and repeats this.

検出できれば、ステツプ40で、距離一定制御および法
線方向制御を実行する。この位置が第9図のVの位置で
ある。そのX,Y,Z軸の位置と探触子1の回転角θのデー
タを保管し、ステツプ41で、最初の位置すなわち制御開
始位置IVに戻る。
If it can be detected, at step 40, constant distance control and normal direction control are executed. This position is the position V in FIG. The data of the positions of the X, Y, and Z axes and the rotation angle θ of the probe 1 are stored, and in step 41, the process returns to the initial position, that is, the control start position IV.

ステツプ42では、前回と反対方向に微少距離移動す
る。この微少距離は、正方向の微少距離と同じ距離であ
る。
In step 42, the robot moves a minute distance in the direction opposite to the previous direction. This minute distance is the same as the minute distance in the positive direction.

ステツプ43では、ステツプ42に合わせて、負方向移動
カウンタを1だけ増加させる。
In step 43, the negative direction movement counter is incremented by one in accordance with step 42.

ステツプ44では、被検体15の表面からの表面反射波の
波高値を検出できるかどうかを判定し、検出できなけれ
ば、ステツプ42に戻る。
At step 44, it is determined whether or not the peak value of the surface reflected wave from the surface of the subject 15 can be detected, and if not detected, the process returns to step.

検出できれば、ステツプ45で、距離一定制御および法
線方向制御を実行する。この位置は第9図のVIの位置で
ある。そのX,Y,Z軸の位置と探触子1の回転角θのデー
タを保管する。
If it can be detected, at step 45, constant distance control and normal direction control are executed. This position is the position of VI in FIG. The data of the position of the X, Y, and Z axes and the rotation angle θ of the probe 1 are stored.

さて、第9図において、VIの実線が被検体15の表面の
法線方向と超音波ビームの中心軸とが一致し、しかも距
離が所定値になつている状態とすると、Lの位置(X,Y,
Z)と回転角とは、次のようにして計算できる。
In FIG. 9, if the solid line of VI indicates that the normal direction of the surface of the subject 15 matches the center axis of the ultrasonic beam and the distance is a predetermined value, the position of L (X , Y,
Z) and the rotation angle can be calculated as follows.

Jの位置を(XJ,YJ,ZJ)、Kの位置を(XK,YK
ZK)、探触子1の回転角をそれぞれθJ,θKとし、第3
図のように被検体1の表面が曲面であつても、乱反射補
償制御の移動距離が微少のためにその距離間はほぼ直線
とみることができるとすると、 X=(N・XJ+M・XK)/(M+N) …(6) Y=(N・YJ+M・YK)/(M+N) …(7) Z=(N・ZJ+M・ZK)/(M+N) …(8) θ=(N・θJ+M・θK)/(M+N) …(9) となる。ここで、Mは正方向移動カウンタ値、Nは負方
向移動カウンタ値である。
The position of J is (X J , Y J , Z J ), and the position of K is (X K , Y K ,
Z K ), and the rotation angles of the probe 1 are θ J and θ K , respectively.
As shown in the figure, even if the surface of the subject 1 is a curved surface, if the distance traveled by the diffuse reflection compensation control is very small, the distance between the two can be regarded as almost a straight line. X = (N · X J + M · X K) / (M + N ) ... (6) Y = (N · Y J + M · Y K) / (M + N) ... (7) Z = (N · Z J + M · Z K) / (M + N) ... (8 ) Θ = (N · θ J + M · θ K ) / (M + N) (9) Here, M is a positive direction movement counter value, and N is a negative direction movement counter value.

式(6)〜(9)を用いて、第9図のIVのX,Y,Z軸の
位置と探触子1の回転角θとを演算し、位置決め装置11
〜14に与える。なお、乱反射補償制御の移動距離は、入
力装置7から設定できる。また、1対(BとC,DとE,Fと
G)の情報があれば、どのような方向に探触子1を移動
させても、式(6)〜(9)の計算が可能である。
Using the equations (6) to (9), the position of the X, Y, and Z axes of IV in FIG.
Give to ~ 14. The moving distance of the diffuse reflection compensation control can be set from the input device 7. If there is a pair of information (B and C, D and E, F and G), the equations (6) to (9) can be calculated regardless of the direction in which the probe 1 is moved. It is.

乱反射補償制御後に、ステツプ24に移り、上記ステツ
プ20〜25を繰り返し、探触子1がB′点に達したら、探
傷を完了する。
After the diffuse reflection compensation control, the process proceeds to step 24, and the above steps 20 to 25 are repeated. When the probe 1 reaches the point B ', the flaw detection is completed.

なお、第8図に示すように被検体15の傷が大きく、被
検体15の表面からの反射波を全く受信できない場合は、
第4図ステツプ20の波高値検出により、手順がステツプ
23の乱反射補償制御に移る。ところが、被検体15の表面
に傷があつてもその傷が小さい時には、波高値が検出で
きる場合がある。この様な表面状態に対し法線方向制御
を行うと、探触子1の超音波ビームを正確な法線方向へ
位置決めできない可能性がある。
Note that, as shown in FIG. 8, when the subject 15 has a large scratch and cannot receive a reflected wave from the surface of the subject 15 at all,
FIG. 4 is a flowchart showing the procedure for detecting the peak value in step 20.
Move on to 23 diffuse reflection compensation control. However, even if the surface of the subject 15 has a flaw, when the flaw is small, the peak value may be detected in some cases. If the normal direction control is performed for such a surface state, there is a possibility that the ultrasonic beam of the probe 1 cannot be positioned in the correct normal direction.

次に、その様な場合でも、探触子1の超音波ビームを
正確な法線方向へ位置決めできる実施例について説明す
る。
Next, an embodiment in which the ultrasonic beam of the probe 1 can be accurately positioned in the normal direction even in such a case will be described.

第11図は演算制御手段10の第2の制御内容を示すフロ
ーチヤートである。ステツプ50〜52以外で第4図と同符
号のものは第4図と同じものである。ステツプ50では被
検体15の表面からの反射波の波高値が規定値以上かどう
か判定する。被検体15は連続体であるから探触子1の超
音波ビームの方向と被検体15の表面の法線方向の差は小
さい。たとえば、第3図のgとhの位置では法線方向の
変化があまり無いことがわかる。このため、被検体15の
表面に傷がなければ波高値はある値以上となる。したが
つて、ステツプ50で波高値が規定値以上の時は被検体15
の表面に小さい傷がある場合なのでステツプ23の乱反射
補償制御に手順が移る。
FIG. 11 is a flowchart showing the second control content of the arithmetic control means 10. Components other than steps 50 to 52 and having the same reference numerals as those in FIG. 4 are the same as those in FIG. In step 50, it is determined whether or not the peak value of the reflected wave from the surface of the subject 15 is equal to or greater than a specified value. Since the subject 15 is a continuum, the difference between the direction of the ultrasonic beam of the probe 1 and the normal direction of the surface of the subject 15 is small. For example, it can be seen that there is not much change in the normal direction at the positions g and h in FIG. For this reason, if there is no scratch on the surface of the subject 15, the peak value becomes a certain value or more. Therefore, when the peak value is not less than the specified value in step 50, the
Since the surface has a small flaw, the procedure shifts to the diffuse reflection compensation control in step 23.

ステツプ51はステツプ22で法線方向制御を行つた結果
の探触子1の超音波ビームの方向と、前回の法線方向制
御の結果のそれとがほぼ同じかどうか判定する。被検体
15は連続体であるから先に説明した理由で、前回の超音
波ビームの方向と今回の超音波ビームの方向はほぼ合つ
ているはずである。このため、方向が大きく異なる場合
はステツプ50のチエツクで見逃した傷によるものであ
る。したがつて、その場合はステツプ23の乱反射補償制
御に手順が移る。
Step 51 determines whether or not the direction of the ultrasonic beam of the probe 1 as a result of performing the normal direction control in step 22 is substantially the same as the result of the previous normal direction control. Subject
Since 15 is a continuum, the direction of the previous ultrasonic beam and the direction of the current ultrasonic beam should almost coincide with each other for the reason described above. For this reason, if the directions are significantly different, this is due to a wound that was missed in the check in step 50. Therefore, in that case, the procedure shifts to the diffuse reflection compensation control in step 23.

ステツプ52は次回のステツプ51の為に今回の超音波ビ
ームの方向を記憶しておくものである。
Step 52 stores the direction of the current ultrasonic beam for the next step 51.

なお、説明図は省略するが乱反射補償制御においても
ステツプ39とステツプ44の後にステツプ50を、ステツプ
40とステツプ45の後にステツプ51,52を挿入することに
より、被検体15の表面の小さい傷にも対処することがで
きる。
Although illustration is omitted, in the diffuse reflection compensation control, step 50 is added after step 39 and step 44.
By inserting the steps 51 and 52 after the step 40 and the step 45, it is possible to cope with a small scratch on the surface of the subject 15.

記録装置8は、受信器17の各動作軸の位置信号を用い
て、被検体15の欠陥分布を記録する。
The recording device 8 records the defect distribution of the subject 15 using the position signal of each operation axis of the receiver 17.

本実施例の装置においては、曲面を有する被検体の探
傷の際に、超音波ビームの乱反射によつて被検体表面か
らの反射波を受信できないときにも、被検体の探傷が可
能であり、しかも法線方向制御の特別な探触子を必要と
しないので、安価な超音波探傷装置が得られる。
In the apparatus of the present embodiment, the flaw detection of an object having a curved surface can be performed even when a reflected wave from the surface of the object cannot be received due to irregular reflection of an ultrasonic beam. Moreover, since a special probe for controlling the normal direction is not required, an inexpensive ultrasonic flaw detector can be obtained.

また、超音波ビームが被検体の表面を一定間隔で走査
するから、欠陥の分布図を描くのが容易となる。
In addition, since the ultrasonic beam scans the surface of the object at regular intervals, it is easy to draw a defect distribution map.

〔発明の効果〕 本発明によれば、曲面を有する被検体の探傷が可能で
あり、超音波ビームの乱反射により被検体の表面からの
反射波を受信できないときにも被検体を探傷できる安価
な超音波探傷装置が得られる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, flaw detection of an object having a curved surface is possible, and inexpensive flaw detection of an object can be performed even when a reflected wave from the surface of the object cannot be received due to irregular reflection of an ultrasonic beam. An ultrasonic flaw detector is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による超音波探傷装置の一実施例の構成
を示すブロツク図、第2図は距離検出手段の構成の一例
を示すブロツク図、第3図は表面が曲面の被検体の一例
を示す斜視図、第4図は演算制御手段の制御内容を示す
フローチヤート図、第5図は距離一定制御および法線方
向制御が完了した状態を示す図、第6図は法線方向制御
のフローチヤート図、第7図は乱反射補償制御時の探触
子の探索位置を示す図、第8図は超音波ビームの乱反射
を示す図、第9図は乱反射補償制御時の探触子の探索位
置を示す図、第10図は乱反射補償制御のフローチヤート
図、第11図は演算制御手段の第2の制御内容を示すフロ
ーチヤート図である。 1…超音波探触子、2…探触子ホルダ、3…θ軸用モー
タ、4…Z軸、5…Z軸用モータ、6…X,Y軸方向移動
部材、7…入力手段、8…記録手段、9…距離検出手
段、10…演算制御手段、11〜14…位置決め手段、15…被
検体、16…送信器、17…受信器、18…計時回路。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an ultrasonic flaw detector according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a distance detecting means, and FIG. 3 is an example of an object having a curved surface. FIG. 4 is a flowchart showing the control contents of the arithmetic control means, FIG. 5 is a view showing a state in which the constant distance control and the normal direction control are completed, and FIG. 6 is a diagram showing the normal direction control. FIG. 7 is a diagram showing a search position of a probe during diffuse reflection compensation control, FIG. 8 is a diagram showing diffuse reflection of an ultrasonic beam, and FIG. 9 is a search for a probe during diffuse reflection compensation control. FIG. 10 is a flowchart showing the position, FIG. 10 is a flowchart showing diffuse reflection compensation control, and FIG. 11 is a flowchart showing the second control content of the arithmetic control means. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic probe, 2 ... Probe holder, 3 ... Motor for θ-axis, 4 ... Motor for Z-axis, 5 ... Motor for Z-axis, 6 ... Moving member in X and Y-axis directions, 7 ... Input means, 8 ... recording means, 9 ... distance detection means, 10 ... arithmetic control means, 11-14 ... positioning means, 15 ... subject, 16 ... transmitter, 17 ... receiver, 18 ... timekeeping circuit.

フロントページの続き (72)発明者 南山 英司 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 池田 利道 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭61−240158(JP,A) 特開 昭63−195566(JP,A) 特開 昭63−134951(JP,A)Continued on the front page (72) Inventor Eiji Minamiyama 650, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.Tsuchiura Plant (56) References JP-A-61-240158 (JP, A) JP-A-63-195566 (JP, A) JP-A-63-134951 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】表面が必ずしも平面でない被検体に超音波
を送信し反射波を受信する超音波探触子と、超音波探触
子と被検体との距離を検出する距離検出手段と被検体と
の距離を検出する距離検出手段と、距離検出手段からの
信号により超音波探触子と被検体との距離を一定に保つ
距離一定制御手段と、超音波探触子から送信する超音波
ビームの中心軸の方向を被検体の表面の各位置における
法線の方向に一致させる法線方向制御手段と、前記距離
一定制御および法線方向制御状態で各位置からの反射波
により当該位置を探傷する探傷手段とを有する超音波探
傷装置において、前記被検体の表面に存在する傷等の影
響により超音波ビームが乱反射し反射波を受信できない
ときに、当該傷等の位置を挟む前後少なくとも2点で実
行した距離一定制御および法線方向制御の結果により前
記傷等の位置における距離と法線方向とを補間演算し、
当該傷等の位置における距離一定制御および法線方向制
御を行う手段を備えたことを特徴とする超音波探傷装
置。
An ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic wave to a subject whose surface is not necessarily flat and receiving a reflected wave, a distance detecting means for detecting a distance between the ultrasonic probe and the subject, and a subject Distance detecting means for detecting the distance between the ultrasonic probe, a distance constant control means for keeping the distance between the ultrasonic probe and the subject constant by a signal from the distance detecting means, and an ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic probe Normal direction control means for matching the direction of the central axis of the object with the direction of the normal line at each position on the surface of the subject, and flaw detection of the position by reflected waves from each position in the constant distance control and normal direction control states An ultrasonic flaw detection device having a flaw detecting means for detecting flaws or the like present on the surface of the subject when the ultrasonic beam is irregularly reflected and cannot receive a reflected wave, at least two points before and after the position of the flaw or the like. Constant distance system executed in And the distance and the normal direction at the position of such a flaw interpolation calculation by the results in the normal direction control,
An ultrasonic flaw detector comprising means for performing constant distance control and normal direction control at the position of the flaw or the like.
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