JP3456953B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents
超音波探傷装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波探傷装置に係
わり、特に厚板部材の溶接部に存在する欠陥の位置及び
種類を特定することの可能な超音波探傷装置に関する。
わり、特に厚板部材の溶接部に存在する欠陥の位置及び
種類を特定することの可能な超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から鋼溶接部内に欠陥が存在するか
の非破壊検査には、放射線透過試験が適用されてきた。
しかし、放射線透過試験では板厚方向の情報は得られな
いために溶接部の強度を評価することは困難であるばか
りでなく、板厚が５０ｍｍを越えると透過能力の制約か
ら検査が困難となっていた。
の非破壊検査には、放射線透過試験が適用されてきた。
しかし、放射線透過試験では板厚方向の情報は得られな
いために溶接部の強度を評価することは困難であるばか
りでなく、板厚が５０ｍｍを越えると透過能力の制約か
ら検査が困難となっていた。
【０００３】溶接部の非破壊検査を超音波で行うことも
検討されており、１つの超音波探触子で鋼板表面を走査
し、探触子の位置情報と探触子から送信され欠陥で反射
されたエコー情報をその探触子で受信して、欠陥情報を
得ることも既に提案されている。また、本州四国連絡橋
の弦材角継手部の溶接部検査、あるいはガスパイプの溶
接部検査のために超音波探傷が適用された。さらに、超
音波の送信及び受信を別個の探触子で行うタンデム探傷
装置も提案されている。
検討されており、１つの超音波探触子で鋼板表面を走査
し、探触子の位置情報と探触子から送信され欠陥で反射
されたエコー情報をその探触子で受信して、欠陥情報を
得ることも既に提案されている。また、本州四国連絡橋
の弦材角継手部の溶接部検査、あるいはガスパイプの溶
接部検査のために超音波探傷が適用された。さらに、超
音波の送信及び受信を別個の探触子で行うタンデム探傷
装置も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
が指向性を有するため超音波の入射方向と反射方向とは
必ずしも一致しないこと、欠陥エコーを雑音となる散乱
波から分離することが困難であることから欠陥の種類を
判別することは極めて困難であるだけでなく、本州四国
連絡橋あるいはガスパイプの溶接部の検査のために提案
された超音波探傷装置で検査可能な板厚は高々２０ｍｍ
にすぎず、欠陥検出は板厚の３乗に比例して困難となる
ので上記超音波探傷装置を５０ｍｍを越える鋼板の検査
に適用することは困難である。
が指向性を有するため超音波の入射方向と反射方向とは
必ずしも一致しないこと、欠陥エコーを雑音となる散乱
波から分離することが困難であることから欠陥の種類を
判別することは極めて困難であるだけでなく、本州四国
連絡橋あるいはガスパイプの溶接部の検査のために提案
された超音波探傷装置で検査可能な板厚は高々２０ｍｍ
にすぎず、欠陥検出は板厚の３乗に比例して困難となる
ので上記超音波探傷装置を５０ｍｍを越える鋼板の検査
に適用することは困難である。
【０００５】また、タンデム探傷装置にあっては走査や
その後の処理が煩雑であり、やはり５０ｍｍを越える鋼
板の検査に適用することは困難である。本発明は上記課
題に鑑みなされたものであって、厚板部材の溶接部に存
在する欠陥の位置及び種類を特定することの可能な超音
波探傷装置を提供することを目的とする。
その後の処理が煩雑であり、やはり５０ｍｍを越える鋼
板の検査に適用することは困難である。本発明は上記課
題に鑑みなされたものであって、厚板部材の溶接部に存
在する欠陥の位置及び種類を特定することの可能な超音
波探傷装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る超音波
探傷装置は、鋼板上面に配置され複数の超音波探触子を
この鋼板の溶接部に対して直角方向に配列した超音波探
触子アレイと、超音波探触子アレイのなかの１つの超音
波探触子から超音波を溶接部に向けて送信し溶接部内の
欠陥で反射された超音波である反射信号を超音波探触子
アレイを構成する全超音波探触子で送信時から予め定め
られた時間受信して記憶する処理を送信超音波探触子を
順次切り替えて超音波探触子アレイを構成する超音波探
触子の個数に対応する回数繰り返す撮像手段と、撮像手
段による撮像が完了したときに超音波探触子アレイを溶
接部に沿って走査する走査手段と、走査手段による走査
が完了したときに撮像手段に記憶された反射信号の溶接
線方向の平均値を演算し反射信号と平均値との偏差信号
を演算する雑音除去手段と、雑音除去手段で演算された
偏差信号に基づいて画像を生成する画像生成手段を具備
する。
探傷装置は、鋼板上面に配置され複数の超音波探触子を
この鋼板の溶接部に対して直角方向に配列した超音波探
触子アレイと、超音波探触子アレイのなかの１つの超音
波探触子から超音波を溶接部に向けて送信し溶接部内の
欠陥で反射された超音波である反射信号を超音波探触子
アレイを構成する全超音波探触子で送信時から予め定め
られた時間受信して記憶する処理を送信超音波探触子を
順次切り替えて超音波探触子アレイを構成する超音波探
触子の個数に対応する回数繰り返す撮像手段と、撮像手
段による撮像が完了したときに超音波探触子アレイを溶
接部に沿って走査する走査手段と、走査手段による走査
が完了したときに撮像手段に記憶された反射信号の溶接
線方向の平均値を演算し反射信号と平均値との偏差信号
を演算する雑音除去手段と、雑音除去手段で演算された
偏差信号に基づいて画像を生成する画像生成手段を具備
する。
【０００７】本発明にあっては、超音波探触子アレイを
溶接部に沿って走査するとともに、１つの超音波探触子
から溶接部に向けて超音波を送信し、溶接部内の欠陥で
反射された超音波を複数の超音波探触子で受信し、反射
信号から雑音を除去して欠陥信号だけを抽出し、溶接部
の像として合成する。
溶接部に沿って走査するとともに、１つの超音波探触子
から溶接部に向けて超音波を送信し、溶接部内の欠陥で
反射された超音波を複数の超音波探触子で受信し、反射
信号から雑音を除去して欠陥信号だけを抽出し、溶接部
の像として合成する。
【０００８】
【０００９】第２の発明に係る超音波探傷装置は、画像
生成手段が、溶接部から反射された反射信号又は反射信
号に基づいて演算された偏差信号に基づいて画像を生成
するものである。
生成手段が、溶接部から反射された反射信号又は反射信
号に基づいて演算された偏差信号に基づいて画像を生成
するものである。
【００１０】第３の発明に係る超音波探傷装置は、画像
生成手段が、送信超音波探触子から直接溶接部内の欠陥
に至りこの欠陥から直接受信超音波探触子に戻る経路を
伝搬した第１の反射信号、送信超音波探触子から一度鋼
板の底面で反射されて溶接部内の欠陥に至りこの欠陥か
ら直接受信超音波探触子に戻る経路を伝搬した第２の反
射信号、送信超音波探触子から直接溶接部内の欠陥に至
りこの欠陥から一度鋼板の底面で反射されて受信超音波
探触子に戻る経路を伝搬した第３の反射信号、送信超音
波探触子から一度鋼板の底面で反射されて溶接部内の欠
陥に至りこの欠陥から一度鋼板の底面で反射されて受信
超音波探触子に戻る経路を伝搬した第４の反射信号の少
なくとも１つの反射信号又は該少なくとも１つの反射信
号に基づき演算された偏差信号に基づき画像を生成する
ものである。
生成手段が、送信超音波探触子から直接溶接部内の欠陥
に至りこの欠陥から直接受信超音波探触子に戻る経路を
伝搬した第１の反射信号、送信超音波探触子から一度鋼
板の底面で反射されて溶接部内の欠陥に至りこの欠陥か
ら直接受信超音波探触子に戻る経路を伝搬した第２の反
射信号、送信超音波探触子から直接溶接部内の欠陥に至
りこの欠陥から一度鋼板の底面で反射されて受信超音波
探触子に戻る経路を伝搬した第３の反射信号、送信超音
波探触子から一度鋼板の底面で反射されて溶接部内の欠
陥に至りこの欠陥から一度鋼板の底面で反射されて受信
超音波探触子に戻る経路を伝搬した第４の反射信号の少
なくとも１つの反射信号又は該少なくとも１つの反射信
号に基づき演算された偏差信号に基づき画像を生成する
ものである。
【００１１】第２及び第３の発明にあっては、溶接部か
ら反射された反射信号だけに基づいて画像が生成され
る。
ら反射された反射信号だけに基づいて画像が生成され
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る超音波探傷装
置の構成図であって、２枚の鋼板１０１及び１０２を接
続する溶接部１０３の欠陥を検査することを目的とす
る。なお、本明細書においては溶接線方向をＸ軸、溶接
線と直角方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸と呼ぶ。
置の構成図であって、２枚の鋼板１０１及び１０２を接
続する溶接部１０３の欠陥を検査することを目的とす
る。なお、本明細書においては溶接線方向をＸ軸、溶接
線と直角方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸と呼ぶ。
【００１３】複数の超音波探触子をＹ軸方向に並べたマ
ルチアレイ探触子１０は分配器１１を介して超音波探傷
器１２と接続され、超音波探傷器１２はコンピュータ１
３によって制御される。そして、マルチアレイ探触子１
０は鋼板上にカップリング剤（例えば水）を介してＹ軸
方向に配置され、図示しない走査装置によって溶接部に
沿ってＸ軸方向に走査される。
ルチアレイ探触子１０は分配器１１を介して超音波探傷
器１２と接続され、超音波探傷器１２はコンピュータ１
３によって制御される。そして、マルチアレイ探触子１
０は鋼板上にカップリング剤（例えば水）を介してＹ軸
方向に配置され、図示しない走査装置によって溶接部に
沿ってＸ軸方向に走査される。
【００１４】マルチアレイ探触子１０は、超音波の送信
特性及び受信特性が同一である複数の探触子をＹ軸方向
に複数個密接に配列した構成を有する。探触子の個数は
特に規定されないが、少なくとも５個以上、例えば１０
個配列することが望ましい。さらに、板厚が厚くなるほ
ど個数を増加することが必要となる。実施例において
は、マルチアレイ探触子１０は１０個の探触子Ｓ（ｉ）
（１≦ｉ≦Ｉ）を配列して構成されており、各探触子Ｓ
（ｉ）はＺ軸に対して７０°の角度でＹ軸に沿って超音
波を送信するとともに、Ｙ軸に沿って反射されてくる超
音波を受信する。なお、鋼板の音響異方性が問題となる
場合には７０°より小さい角度、例えば６５°〜６０°
としてもよい。
特性及び受信特性が同一である複数の探触子をＹ軸方向
に複数個密接に配列した構成を有する。探触子の個数は
特に規定されないが、少なくとも５個以上、例えば１０
個配列することが望ましい。さらに、板厚が厚くなるほ
ど個数を増加することが必要となる。実施例において
は、マルチアレイ探触子１０は１０個の探触子Ｓ（ｉ）
（１≦ｉ≦Ｉ）を配列して構成されており、各探触子Ｓ
（ｉ）はＺ軸に対して７０°の角度でＹ軸に沿って超音
波を送信するとともに、Ｙ軸に沿って反射されてくる超
音波を受信する。なお、鋼板の音響異方性が問題となる
場合には７０°より小さい角度、例えば６５°〜６０°
としてもよい。
【００１５】図２はコンピュータ１３に組み込まれる超
音波探傷ルーチンのフローチャートであって、ステップ
２１でマルチアレイ探触子１０の１つの探触子Ｓ（ｉ）
から超音波を送信し、全ての探触子Ｓ（ｉ）で欠陥で反
射された超音波である反射エコーを受信して欠陥を撮像
する撮像ルーチンを実行する。ステップ２２で受信波の
中から散乱波である雑音成分を除去する雑音除去ルーチ
ンを実行し、ステップ２３で欠陥像を可視画像として合
成する画像合成ルーチンを実行する。
音波探傷ルーチンのフローチャートであって、ステップ
２１でマルチアレイ探触子１０の１つの探触子Ｓ（ｉ）
から超音波を送信し、全ての探触子Ｓ（ｉ）で欠陥で反
射された超音波である反射エコーを受信して欠陥を撮像
する撮像ルーチンを実行する。ステップ２２で受信波の
中から散乱波である雑音成分を除去する雑音除去ルーチ
ンを実行し、ステップ２３で欠陥像を可視画像として合
成する画像合成ルーチンを実行する。
【００１６】図３は撮像ルーチンの詳細フローチャート
であって、ステップ２１ａでＸ軸方向の位置を示すイン
デックスｋを初期値 "１" に設定する。次にステップ２
１ｂで超音波パルスを送信するセンサを示すインデック
スｉを初期値 "１" に設定する。ステップ２１ｃで探触
子Ｓ（ｉ）から超音波インパルスを送信する。図４は超
音波パルスの波形図及びスペクトル図であって、波形図
（イ）の横軸は時間（μ秒）、縦軸は振幅を表し、スペ
クトル図の横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はパワー（ｄ
Ｂ）を表す。
であって、ステップ２１ａでＸ軸方向の位置を示すイン
デックスｋを初期値 "１" に設定する。次にステップ２
１ｂで超音波パルスを送信するセンサを示すインデック
スｉを初期値 "１" に設定する。ステップ２１ｃで探触
子Ｓ（ｉ）から超音波インパルスを送信する。図４は超
音波パルスの波形図及びスペクトル図であって、波形図
（イ）の横軸は時間（μ秒）、縦軸は振幅を表し、スペ
クトル図の横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はパワー（ｄ
Ｂ）を表す。
【００１７】ステップ２１ｄで受信ゲートを開として、
ステップ２１ｅで探触子Ｓ（ｉ）から送信された超音波
パルスを予め定められた期間（例えば１００μ秒）探触
子Ｓ（ｊ）（１≦ｊ≦Ｉ）で反射エコーを受信し、受信
信号をＥijk （ｔ）として記憶する。そしてステップ２
１ｆで受信ゲートを閉とする。即ち、Ｉチャンネル分の
波形はいったん超音波探傷器１２に並列的に記憶された
後、コンピュータ１３の記憶装置に記憶される。
ステップ２１ｅで探触子Ｓ（ｉ）から送信された超音波
パルスを予め定められた期間（例えば１００μ秒）探触
子Ｓ（ｊ）（１≦ｊ≦Ｉ）で反射エコーを受信し、受信
信号をＥijk （ｔ）として記憶する。そしてステップ２
１ｆで受信ゲートを閉とする。即ち、Ｉチャンネル分の
波形はいったん超音波探傷器１２に並列的に記憶された
後、コンピュータ１３の記憶装置に記憶される。
【００１８】ステップ２１ｇで超音波パルス送信探触子
を示すインデックスｉが探触子の数Ｉ以上であるかを判
定し、否定判定された場合、即ちインデックスｉがＩ未
満である場合はステップ２１ｈでインデックスｉをイン
クリメントしてステップ２１ｃに戻り、次の探触子Ｓ
（ｉ＋１）から超音波インパルスを送信して同一の処理
を繰り返す。なお、探触子Ｓ（ｉ）が超音波インパルス
を送信してから次の探触子Ｓ（ｉ＋１）が超音波インパ
ルスを送信するまでの間隔は、前述の反射エコーの受信
時間より十分長い時間（例えば１ミリ秒）に設定する。
を示すインデックスｉが探触子の数Ｉ以上であるかを判
定し、否定判定された場合、即ちインデックスｉがＩ未
満である場合はステップ２１ｈでインデックスｉをイン
クリメントしてステップ２１ｃに戻り、次の探触子Ｓ
（ｉ＋１）から超音波インパルスを送信して同一の処理
を繰り返す。なお、探触子Ｓ（ｉ）が超音波インパルス
を送信してから次の探触子Ｓ（ｉ＋１）が超音波インパ
ルスを送信するまでの間隔は、前述の反射エコーの受信
時間より十分長い時間（例えば１ミリ秒）に設定する。
【００１９】ステップ２１ｇで肯定判定された場合、即
ちインデックスｉがＩに到達してＸ軸方向の１つの位置
でＩ×Ｉ＝Ｉ2 個の受信信号Ｅkij （ｔ）を記憶し終え
た場合は、ステップ２１ｉで図示しない走査装置によっ
てマルチアレイ探触子１０をＸ軸方向に位置ｋからｋ＋
１に移動させる。そしてステップ２１ｊでＸ軸方向の位
置を示すインデックスｋが最大値Ｋ以上であるかを判定
する。そして、否定判定された場合、即ちインデックス
ｋが最大値Ｋ未満である場合はステップ２１ｋでインデ
ックスｋをインクリメントしてステップ２１ｂに戻る。
逆に、否定判定された場合、即ちインデックスｋが最大
値Ｋ以上である場合はこのルーチンを終了する。
ちインデックスｉがＩに到達してＸ軸方向の１つの位置
でＩ×Ｉ＝Ｉ2 個の受信信号Ｅkij （ｔ）を記憶し終え
た場合は、ステップ２１ｉで図示しない走査装置によっ
てマルチアレイ探触子１０をＸ軸方向に位置ｋからｋ＋
１に移動させる。そしてステップ２１ｊでＸ軸方向の位
置を示すインデックスｋが最大値Ｋ以上であるかを判定
する。そして、否定判定された場合、即ちインデックス
ｋが最大値Ｋ未満である場合はステップ２１ｋでインデ
ックスｋをインクリメントしてステップ２１ｂに戻る。
逆に、否定判定された場合、即ちインデックスｋが最大
値Ｋ以上である場合はこのルーチンを終了する。
【００２０】図５は本発明に係る撮像方法の説明図であ
って、位置ｋにおいて探触子Ｓ（１）から送信された超
音波パルスを探触子Ｓ（１）〜Ｓ（４）で受信した場合
を示し、左欄は超音波の伝搬経路を、右欄は受信信号Ｅ
k1j （ｔ）（ｊ＝１〜４）を示す。即ち、（イ）は送信
探触子及び受信探触子がＳ（１）である場合を、（ロ）
は送信探触子がＳ（１）で受信探触子がＳ（２）である
場合を、（ハ）は送信探触子がＳ（１）で受信探触子が
Ｓ（３）である場合を、そして（ニ）は送信探触子がＳ
（１）で受信探触子がＳ（４）である場合を示す。
って、位置ｋにおいて探触子Ｓ（１）から送信された超
音波パルスを探触子Ｓ（１）〜Ｓ（４）で受信した場合
を示し、左欄は超音波の伝搬経路を、右欄は受信信号Ｅ
k1j （ｔ）（ｊ＝１〜４）を示す。即ち、（イ）は送信
探触子及び受信探触子がＳ（１）である場合を、（ロ）
は送信探触子がＳ（１）で受信探触子がＳ（２）である
場合を、（ハ）は送信探触子がＳ（１）で受信探触子が
Ｓ（３）である場合を、そして（ニ）は送信探触子がＳ
（１）で受信探触子がＳ（４）である場合を示す。
【００２１】図６は超音波探傷ルーチンのステップ２２
で実行される雑音除去ルーチンの詳細フローチャートで
ある。雑音除去は本発明に係る超音波探傷装置において
必須ではないが、溶接部分に欠陥が存在することはまれ
であるけれども欠陥を確実に発見するために、本ルーチ
ンを適用することが望ましい。まずステップ２２ａで撮
像ルーチンで収集された受信信号Ｅkij （ｔ）の各探触
子Ｓ（ｉ）ごとのＸ軸方向の平均値Ｅavij（ｔ）を算出
する。
で実行される雑音除去ルーチンの詳細フローチャートで
ある。雑音除去は本発明に係る超音波探傷装置において
必須ではないが、溶接部分に欠陥が存在することはまれ
であるけれども欠陥を確実に発見するために、本ルーチ
ンを適用することが望ましい。まずステップ２２ａで撮
像ルーチンで収集された受信信号Ｅkij （ｔ）の各探触
子Ｓ（ｉ）ごとのＸ軸方向の平均値Ｅavij（ｔ）を算出
する。
【００２２】次にステップ２２ｂで受信信号Ｅ
kij （ｔ）と平均値Ｅavij（ｔ）の差である偏差信号Ｅ
dkij（ｔ）を次式により演算してこのルーチンを終了す
る。 Ｅdkij（ｔ）＝Ｅkij （ｔ）− Ｅavij（ｔ） 図７は雑音除去効果の説明図であって、（イ）は受信信
号Ｅkij （ｔ）を、（ロ）は平均値Ｅavij（ｔ）を、
（ハ）は偏差信号Ｅdkij（ｔ）を示す。
kij （ｔ）と平均値Ｅavij（ｔ）の差である偏差信号Ｅ
dkij（ｔ）を次式により演算してこのルーチンを終了す
る。 Ｅdkij（ｔ）＝Ｅkij （ｔ）− Ｅavij（ｔ） 図７は雑音除去効果の説明図であって、（イ）は受信信
号Ｅkij （ｔ）を、（ロ）は平均値Ｅavij（ｔ）を、
（ハ）は偏差信号Ｅdkij（ｔ）を示す。
【００２３】即ち、雑音を除去することにより偏差信号
Ｅdkij（ｔ）は、雑音である散乱波が除去されて欠陥情
報だけを含むものとなる。超音波探傷ルーチンのステッ
プ２３で実行される画像合成処理としては、周知のＢス
コープ法、Ａスコープ法、あるいは開口合成法を適用す
ることが可能である。
Ｅdkij（ｔ）は、雑音である散乱波が除去されて欠陥情
報だけを含むものとなる。超音波探傷ルーチンのステッ
プ２３で実行される画像合成処理としては、周知のＢス
コープ法、Ａスコープ法、あるいは開口合成法を適用す
ることが可能である。
【００２４】図８はＢスコープ像であって、左欄は従来
の超音波探傷装置で得られた受信信号に基づいて合成し
たＢスコープ像を、右欄は本発明に係る超音波探傷装置
で得られた受信信号に基づいて合成したＢスコープ画像
を示す。そして欠陥が（イ）スラグ巻込である場合、
（ロ）クラックである場合、さらに（ハ）融合不良であ
る場合について示す。
の超音波探傷装置で得られた受信信号に基づいて合成し
たＢスコープ像を、右欄は本発明に係る超音波探傷装置
で得られた受信信号に基づいて合成したＢスコープ画像
を示す。そして欠陥が（イ）スラグ巻込である場合、
（ロ）クラックである場合、さらに（ハ）融合不良であ
る場合について示す。
【００２５】図８から判明するように、１つの探触子で
超音波の送信受信を行う従来の装置にあっては欠陥の有
無を知ることはできるものの、欠陥の大きさ、あるいは
形状を識別することは殆ど不可能である。これに対し
て、複数の探触子で反射エコーを受信することが可能な
本発明に係る超音波探傷装置にあっては欠陥の大きさ、
あるいは形状を識別することが可能となる。
超音波の送信受信を行う従来の装置にあっては欠陥の有
無を知ることはできるものの、欠陥の大きさ、あるいは
形状を識別することは殆ど不可能である。これに対し
て、複数の探触子で反射エコーを受信することが可能な
本発明に係る超音波探傷装置にあっては欠陥の大きさ、
あるいは形状を識別することが可能となる。
【００２６】図９はＡスコープ像であって、本発明に係
る超音波探傷装置で融合不良欠陥を探傷した場合のＡス
コープ像を示す。（イ）は雑音を除去しない場合を、
（ロ）は雑音を除去した場合である。なお、左欄はＡス
コープ像、右欄は合成前の受信信号であって、送信探触
子はＳ（２）、受信探触子はＳ（１）〜Ｓ（４）であ
る。
る超音波探傷装置で融合不良欠陥を探傷した場合のＡス
コープ像を示す。（イ）は雑音を除去しない場合を、
（ロ）は雑音を除去した場合である。なお、左欄はＡス
コープ像、右欄は合成前の受信信号であって、送信探触
子はＳ（２）、受信探触子はＳ（１）〜Ｓ（４）であ
る。
【００２７】即ち、Ａスコープ像は探触子Ｓ（２）から
送信された超音波パルスを探触子Ｓ（１）〜Ｓ（１０）
で受信した受信信号を超音波パルスの送信方向に展開し
たものであって雑音を除去すると欠陥エコーを明確に識
別することが可能となる。上述のＢスコープ法あるいは
Ａスコープ法のほかに、開口合成法によっても像を生成
することが可能である。
送信された超音波パルスを探触子Ｓ（１）〜Ｓ（１０）
で受信した受信信号を超音波パルスの送信方向に展開し
たものであって雑音を除去すると欠陥エコーを明確に識
別することが可能となる。上述のＢスコープ法あるいは
Ａスコープ法のほかに、開口合成法によっても像を生成
することが可能である。
【００２８】しかし、周知の開口合成法を使用するとゴ
ースト像も生成されるおそれがあり、欠陥の識別が困難
になるという課題が生じる。そこで本発明においては、
欠陥は溶接部内にだけ存在することを考慮して、溶接部
で生じた反射エコーだけに基づいて像を合成している。
図１０は溶接部の拡大断面図であって、溶接部１０３を
Ｙ軸方向及びＺ軸方向に一定間隔（例えば０．５ｍｍ）
に格子状に分割する。
ースト像も生成されるおそれがあり、欠陥の識別が困難
になるという課題が生じる。そこで本発明においては、
欠陥は溶接部内にだけ存在することを考慮して、溶接部
で生じた反射エコーだけに基づいて像を合成している。
図１０は溶接部の拡大断面図であって、溶接部１０３を
Ｙ軸方向及びＺ軸方向に一定間隔（例えば０．５ｍｍ）
に格子状に分割する。
【００２９】そして任意の格子点Ｐの座標を以下のよう
に示す。 Ｐ（ｙkm，ｚkn） また、位置ｋにある送信探触子Ｓ（ｉ）の座標を、 （ｙtr，ｚtr） さらに、位置ｋにある受信探触子Ｓ（ｊ）の座標を、 （ｙrv，ｚrv） とする。
に示す。 Ｐ（ｙkm，ｚkn） また、位置ｋにある送信探触子Ｓ（ｉ）の座標を、 （ｙtr，ｚtr） さらに、位置ｋにある受信探触子Ｓ（ｊ）の座標を、 （ｙrv，ｚrv） とする。
【００３０】図１１は超音波の伝搬経路の説明図であっ
て、以下の４経路を想定する。 経路１（ｈ＝１）：送信探触子から直接格子点Ｐに到達
し、格子点Ｐから直接受信探触子に戻る経路 経路２（ｈ＝２）：送信探触子から底面で一度反射して
格子点Ｐに到達し、格子点Ｐから直接受信探触子に戻る
経路 経路３（ｈ＝３）：送信探触子から直接格子点Ｐに到達
し、格子点Ｐから底面で一度反射して受信探触子に戻る
経路 経路４（ｈ＝４）：送信探触子から底面で一度反射して
格子点Ｐに到達し、格子点Ｐから底面で一度反射して受
信探触子に戻る経路 ここで送信探触子Ｓ（ｉ）から格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）
に直接到達する経路の距離ｄ1tr 及びｄ3tr は［数１］
で表される。
て、以下の４経路を想定する。 経路１（ｈ＝１）：送信探触子から直接格子点Ｐに到達
し、格子点Ｐから直接受信探触子に戻る経路 経路２（ｈ＝２）：送信探触子から底面で一度反射して
格子点Ｐに到達し、格子点Ｐから直接受信探触子に戻る
経路 経路３（ｈ＝３）：送信探触子から直接格子点Ｐに到達
し、格子点Ｐから底面で一度反射して受信探触子に戻る
経路 経路４（ｈ＝４）：送信探触子から底面で一度反射して
格子点Ｐに到達し、格子点Ｐから底面で一度反射して受
信探触子に戻る経路 ここで送信探触子Ｓ（ｉ）から格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）
に直接到達する経路の距離ｄ1tr 及びｄ3tr は［数１］
で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】送信探触子Ｓ（ｉ）から底面で一度反射し
て格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）に到達する経路の距離ｄ2tr
及びｄ4tr は［数２］で表される。
て格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）に到達する経路の距離ｄ2tr
及びｄ4tr は［数２］で表される。
【００３３】
【数２】
【００３４】格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）から受信探触子Ｓ
（ｊ）に直接到達する経路の距離ｄ 1rv 及びｄ2rv は
［数３］で表される。
（ｊ）に直接到達する経路の距離ｄ 1rv 及びｄ2rv は
［数３］で表される。
【００３５】
【数３】
【００３６】格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）から底面で一度反
射して受信探触子Ｓ（ｊ）に到達する経路の距離ｄ3rv
及びｄ4rv は［数４］で表される。
射して受信探触子Ｓ（ｊ）に到達する経路の距離ｄ3rv
及びｄ4rv は［数４］で表される。
【００３７】
【数４】
【００３８】従って、格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）で反射さ
れる偏差信号Ｅdkij（ｔ）の強度ｆ khij（ｙkm，ｚkn）
は［数５］で表される。
れる偏差信号Ｅdkij（ｔ）の強度ｆ khij（ｙkm，ｚkn）
は［数５］で表される。
【００３９】
【数５】
【００４０】即ち、受信信号から雑音除去された偏差信
号Ｅdkij（ｔ）において、 ｔ＝（ｄhtr ＋ ｄhrv ）／Ｃ Ｃは鋼板中の超音波の波速の振幅を抽出することによ
り、格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）で反射される強度ｆ
khij（ｙkm，ｚkn）を演算することができる。
号Ｅdkij（ｔ）において、 ｔ＝（ｄhtr ＋ ｄhrv ）／Ｃ Ｃは鋼板中の超音波の波速の振幅を抽出することによ
り、格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）で反射される強度ｆ
khij（ｙkm，ｚkn）を演算することができる。
【００４１】これを送信探触子を表すインデックスｉ、
受信探触子を表すインデックスｊ及び経路を示すインデ
ックスｈについて［数６］に基づいて加算してことによ
り格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）で反射される強度Ｆ
k （ｙkm，ｚkn）が演算される。
受信探触子を表すインデックスｊ及び経路を示すインデ
ックスｈについて［数６］に基づいて加算してことによ
り格子点Ｐ（ｙkm，ｚkn）で反射される強度Ｆ
k （ｙkm，ｚkn）が演算される。
【００４２】
【数６】
図１２は超音波探傷ルーチンのステップ２３で実行され
る画像合成ルーチンの詳細フローチャートであって、ス
テップ２３ａにおいてインデックスｈ、ｉ、ｊに対し
て、［数５］を使用して ｔ＝（ｄhtr ＋ ｄhrv ）／Ｃ における強度ｆkhij（ｙkm，ｚkn）を抽出する。
る画像合成ルーチンの詳細フローチャートであって、ス
テップ２３ａにおいてインデックスｈ、ｉ、ｊに対し
て、［数５］を使用して ｔ＝（ｄhtr ＋ ｄhrv ）／Ｃ における強度ｆkhij（ｙkm，ｚkn）を抽出する。
【００４３】ステップ２３ｂにおいて、
Ｆk （ｙkm，ｚkn） ← ０
として初期値を設定する。ステップ２３ｃにおいて、
Ｆk （ｙkm，ｚkn） ← Ｆk （ｙkm，ｚkn）＋ｆkhij
（ｙkm，ｚkn） を演算する。
（ｙkm，ｚkn） を演算する。
【００４４】ステップ２３ｄでインデックスｈ、ｉ、ｊ
の全てについて加算が完了したかを判定し、否定判定さ
れたときはステップ２３ｃの処理を繰り返す。逆に、肯
定判定されたときはステップ２３ｅで全てのｍ、ｎにつ
いて演算が完了したかを判定する。ステップ２３ｅで否
定判定されたときはステップ２３ｂに戻って上記の処理
を繰り返す。ステップ２３ｅで肯定判定されたときはス
テップ２３ｆではプリンタあるいはディスプレイにＸ軸
方向位置ｋの画像を出力してこのルーチンを終了する。
の全てについて加算が完了したかを判定し、否定判定さ
れたときはステップ２３ｃの処理を繰り返す。逆に、肯
定判定されたときはステップ２３ｅで全てのｍ、ｎにつ
いて演算が完了したかを判定する。ステップ２３ｅで否
定判定されたときはステップ２３ｂに戻って上記の処理
を繰り返す。ステップ２３ｅで肯定判定されたときはス
テップ２３ｆではプリンタあるいはディスプレイにＸ軸
方向位置ｋの画像を出力してこのルーチンを終了する。
【００４５】図１３は開口合成像図であって、上記の開
口合成法を適用している。即ち、（イ）は欠陥がスラグ
巻込である場合を、（ロ）は欠陥がクラックである場合
を、（ハ）は欠陥が融合不良である場合を示す。また、
（Ａ）欄は伝搬経路１だけを使用した合成像を、（Ｂ）
欄は伝搬経路１及び２を使用した合成像を、（Ｃ）欄は
伝搬経路１、２及び３を使用した合成像を、（Ｄ）欄は
伝搬経路１、２、３及び４を使用した合成像を示す。
口合成法を適用している。即ち、（イ）は欠陥がスラグ
巻込である場合を、（ロ）は欠陥がクラックである場合
を、（ハ）は欠陥が融合不良である場合を示す。また、
（Ａ）欄は伝搬経路１だけを使用した合成像を、（Ｂ）
欄は伝搬経路１及び２を使用した合成像を、（Ｃ）欄は
伝搬経路１、２及び３を使用した合成像を、（Ｄ）欄は
伝搬経路１、２、３及び４を使用した合成像を示す。
【００４６】この図からスラグ巻込は溶接部中央に、ク
ラックはＶ型開先の根元に、融合不良は開先面に沿って
発生していることが判明する。そして、いずれの場合も
伝搬経路に対応する強度を順次重ね合わせることにより
合成像の鮮明度が増加していることが判る。
ラックはＶ型開先の根元に、融合不良は開先面に沿って
発生していることが判明する。そして、いずれの場合も
伝搬経路に対応する強度を順次重ね合わせることにより
合成像の鮮明度が増加していることが判る。
【００４７】
【発明の効果】第１の発明に係る超音波探傷装置によれ
ば、欠陥で反射された超音波が複数の超音波探触子で受
信されるので超音波探触子を溶接部直角方向に走査する
必要がなくなるだけでなく、板厚が大である場合でも反
射信号を確実に受信すること、鋼板の溶接部に沿って探
傷すること、及び欠陥情報を抽出して像を合成すること
が可能となる。
ば、欠陥で反射された超音波が複数の超音波探触子で受
信されるので超音波探触子を溶接部直角方向に走査する
必要がなくなるだけでなく、板厚が大である場合でも反
射信号を確実に受信すること、鋼板の溶接部に沿って探
傷すること、及び欠陥情報を抽出して像を合成すること
が可能となる。
【００４８】第２及び第３の発明に係る超音波探傷装置
によれば、溶接部から反射される反射信号あるいは欠陥
信号により像を合成することが可能となる。
によれば、溶接部から反射される反射信号あるいは欠陥
信号により像を合成することが可能となる。
【図１】本発明に係る超音波探傷装置の構成図である。
【図２】超音波探傷ルーチンのフローチャートである。
【図３】撮像ルーチンの詳細フローチャートである。
【図４】超音波パルスの波形図及びスペクトル図であ
る。
る。
【図５】本発明に係る探傷方法の説明図である。
【図６】雑音除去ルーチンの詳細フローチャートであ
る。
る。
【図７】雑音除去効果の説明図である。
【図８】Ｂスコープ像である。
【図９】Ａスコープ像である。
【図１０】溶接部の拡大図である。
【図１１】超音波の伝搬経路の説明図である。
【図１２】画像合成ルーチンの詳細フローチャートであ
る。
る。
【図１３】開口合成像図である。
１０…超音波探触子アレイ
１１…分配器
１２…超音波探傷器
１３…コンピュータ
１０１、１０２…鋼板
１０３…溶接部
フロントページの続き
(72)発明者 城島 保茂
千葉県印旛郡白井町南山２−９−３
(72)発明者 岡 賢治
神奈川県川崎市川崎区塩浜２−17−19
株式会社検査技術研究所内
(56)参考文献 特開 昭56−67750（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−192654（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−85443（ＪＰ，Ａ)
特開2000−146927（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 29/00 - 29/28
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 鋼板上面に配置され、複数の超音波接触
子をこの鋼板の溶接部に対して直角方向に配置した超音
波アレイと、 前記超音波探触子アレイの中の１つの超音波探触子から
超音波を溶接部に向けて送信し、溶接部内の欠陥で反射
された超音波である反射信号を、前記超音波探触子アレ
イを構成する全超音波探触子で送信時から予め定められ
た時間受信して記憶する処理を、送信超音波探触子を順
次切り替えて前記超音波探触子アレイを構成する超音波
探触子の個数に対応する回数繰り返す撮像手段と、 前記撮像手段による撮像が完了したときに、前記超音波
探触子アレイを溶接部に沿って走査する走査手段と、 前記走査手段による走査が完了したときに、前記撮像手
段に記憶された反射信号の溶接線方向の平均値を演算
し、反射信号と平均値との偏差信号を演算する雑音除去
手段と、 前記雑音除去手段で演算された偏差信号に基づいて画像
を生成する画像生成手段を具備する超音波探傷装置。 - 【請求項２】 前記画像生成手段が、 溶接部から反射された反射信号、又は該反射信号に基づ
いて演算された偏差信号に基づいて画像を生成するもの
である請求項１に記載の超音波探傷装置。 - 【請求項３】 前記画像生成手段が、 送信超音波探触子から直接溶接部内の欠陥に至り、この
欠陥から直接受信超音波探触子に戻る経路を伝播した第
１の反射信号、 送信超音波探触子から一度鋼板の底面で反射されて溶接
部内の欠陥に至り、この欠陥から直接受信超音波探触子
に戻る経路を伝播した第２の反射信号、 送信超音波探触子から直接溶接部内の欠陥に至り、この
欠陥から一度鋼板の底面で反射されて受信超音波探触子
に戻る経路を伝播した第３の反射信号、 送信超音波探触子から一度鋼板の底面で反射されて溶接
部内の欠陥に至り、この欠陥から一度鋼板の底面で反射
されて受信超音波探触子に戻る経路を伝播した第４の反
射信号、の少なくとも１つの反射信号に基づき演算され
た偏差信号に基づいて画像を生成 するものである請求項
１に記載の超音波探傷装置 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000200111A JP3456953B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 超音波探傷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000200111A JP3456953B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 超音波探傷装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002014082A JP2002014082A (ja) | 2002-01-18 |
| JP3456953B2 true JP3456953B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=18698024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000200111A Expired - Fee Related JP3456953B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 超音波探傷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3456953B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110376207B (zh) * | 2019-07-16 | 2020-07-17 | 北京科技大学 | 一种超宽厚板表面缺陷在线检测系统图像采集方法 |
| EP3798629A1 (en) * | 2019-09-24 | 2021-03-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Processing system, processing method, and storage medium |
-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000200111A patent/JP3456953B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002014082A (ja) | 2002-01-18 |
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