JP3564283B2 - 超音波検査方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、試料と超音波プローブとを相対移動させながらを超音波を照射し、試料からの反射波を受信して試料の内部を検査する超音波検査方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図６に示すように、モータ１により回転する試料台２と、その試料台２にセットされた試料３に超音波を照射するとともに、試料３からの反射波（反射エコー）を受信する超音波プローブ４と、受信した反射波に基づいて試料の内部の状態を表わすＡスコープ信号を出力する信号出力回路５と、そのＡスコープ信号波形を表示するモニタ６とを備える超音波検査装置が知られている。試料３はたとえば円筒のように中心軸に対して回転対称な形状のものであり、図６では２つの円筒３ａと３ｂを互いの端面同士をレーザ溶接して接合したものである。なお、図６に示すように、水が満たされた水槽７内に試料３を設置して検査が行われるので、水槽７と試料台２との間にはシール８が設けられている。
【０００３】
このような超音波検査装置を用いて図７（ａ）に示すような円筒３ａと３ｂの接合面ＰＬの溶接状態を検査する場合、試料３と超音波プローブ４と相対回転させ、所定回転角度ごとに超音波検査信号を試料３に照射し、接合面からの反射エコーを受信する。通常は、モータ１の回転によって出力されるエンコーダからの所定周波数のパルス信号の立上がりに同期して超音波プローブ４を駆動し、１回転当り１０００個程度のデータをサンプリングする。接合面からの反射エコーの信号強度は接合面の正常領域と剥離領域に応じて変動する。図７（ｂ）は試料３を１回転させたときの反射エコーの信号強度を示す図であり、横軸が回転角度、縦軸が反射エコー強度である。図７（ｂ）からわかるように、正常領域では強度が小さいが、剥離領域では強度が大きい。
【０００４】
従来は、反射エコーの強度に対するしきい値を設定しておき、図８や図９に示すようにしきい値を越えている回転角度範囲内の検査ポイントの数を算出し、この算出ポイント数を総検査ポイント数で除すことにより欠陥率を算出して評価している。しきい値は、予め欠陥率が既知である試料を使用して計測し、計測結果から算出した欠陥率が既知の欠陥率となるように決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図８は試料の材質が減衰の大きなものの場合、図９は減衰が小さいものの場合の検査結果である。図８のように減衰が大きな材質の場合、欠陥からのエコー強度も小さくなり、しきい値が正常なエコー強度に近づくことになる。そのため、試料表面の仕上精度によっては、その粗さに起因したノイズがエコー信号に重畳し、しきい値を越える場合がある。そのため、従来の欠陥率による評価方法では検査の精度が十分でないことがある。
【０００６】
本発明の目的は、減衰の大きな材質でも精度よく試料の良否を評価することのできる超音波検査方法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１および図４に対応付けて説明する。
（１）請求項１の発明による超音波検査方法は、試料ＴＰと超音波プローブ１３とを相対移動させる間に超音波を複数回照射して反射波を複数個取込み、複数個の反射波の中から予め定めたしきい値を越える反射波を検出し、検出された反射波の信号強度としきい値との差の総和、検出された反射波の信号強度の総和、および検出された反射波の信号強度を示すデータで囲まれる面積のいずれか１つを被評価量として算出し、算出した被評価量に基づいて試料ＴＰを評価することにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明による超音波検査装置は、試料ＴＰに対して相対移動しながら超音波を照射するとともに、試料ＴＰからの反射波を受信する超音波プローブ１３と、試料ＴＰと超音波プローブ１３とを相対移動する間に超音波を複数回照射して反射波を複数個取込むサンプリング手段１６（ステップＳ２２）と、複数個の反射波の中から予め定めたしきい値を越える反射波を検出する比較手段１６（ステップＳ２４）と、検出された反射波の信号強度としきい値との差の総和、検出された反射波の信号強度の総和、および検出された反射波の信号強度を示すデータで囲まれる面積のいずれか１つを被評価量として算出する算出手段１６（ステップＳ２９）と、算出した被評価量に基づいて試料ＴＰを評価する評価手段１６（ステップＳ３０）とを具備することにより、上述の目的を達成する。
【０００８】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波検査装置を示している。この超音波検査装置は、試料ＴＰがセットされる試料台１１と、この試料台１１を回転駆動するモータ１２と、超音波信号を試料ＴＰに向けて照射するとともに試料ＴＰからの反射波を受信する超音波プローブ１３と、超音波プローブ１３で受信した反射波信号（以後、エコー信号と呼ぶ）を増幅して検波する増幅検波回路１４と、この増幅検波回路１４から出力されるエコー信号のうち予め定められたゲート期間内におけるピーク値を検出するピーク検出回路１５と、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器などの周辺機器で構成される制御回路１６と、エコー信号をＡスコープ表示したり、検出結果を表示するモニタ１７と、モータ１２の回転角度位置を検出するエンコーダ２０と、モータ１２を駆動するためのドライバ２１とで構成されている。
【００１０】
図２を参照して本発明による超音波検査装置の処理手順を説明する。ステップＳ１でモータ１２を駆動し、ステップＳ２で試料ＴＰが１回転したと判定されるとステップＳ３に進む。これは回転が安定してから計測を始めるための手順であり、エンコーダ２０からのパルス信号のカウント値に基づいて行われる。ステップＳ３では、エンコーダ２０から出力されるパルス信号の立ち上がりに同期させて超音波プローブ１３から超音波信号を試料に向けて発射し、試料ＴＰからのエコー信号を受信する。受信したエコー信号は増幅検波回路１４で増幅検波されてピーク検出回路１５に送られる。
【００１１】
図３は超音波検査信号とエコー信号の一例である。波形Ｗ１が超音波検査信号、Ｗ２が試料ＴＰの表面から反射する表面エコー信号、Ｗ３が試料ＴＰの表面から所定深さにある反射エコー信号、すなわちこの実施の形態では接合面の欠陥や剥離からの反射エコー信号である。ピーク検出回路１５は試料ＴＰの表面から所定深さのエコー信号にゲートをかけてそのピーク値を検出して制御回路１６に送る。ステップＳ４では、エンコーダ２０からのパルス信号に応じた回転角度位置に対応づけて、ピーク検出回路１５で検出されたピーク値をＡ／Ｄ変換してメモリに格納する。
【００１２】
ステップＳ５において、エンコーダ２０からのパルス信号のカウント値に基づいて試料ＴＰが１回転したかを判定し、１回転していなければステップＳ３、ステップＳ４を繰り返して、たとえば１０００個のデータをサンプリングする。ステップＳ５で１回転したことが判定されると、ステップＳ６に進み、取込んだピーク値データの強度レベルを、検出した試料の回転角度位置に対応付けてモニタ１７に表示するとともに、モータ１２を停止する。ステップＳ７で試料が合格品か不良品かを評価して図２の処理を終了する。
【００１３】
図４は図２のステップＳ７における試料の評価手順を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、変数ｉとｊを初期化する。ステップＳ２２において、制御回路１６のメモリからサンプリングデータＲｉを読み込み、ステップＳ２３で変数ｉに１を加算する。ここで、サンプリングデータＲｉは各サンプリング点におけるエコー信号強度である。ステップＳ２４において、データＲｉが予め定めたしきい値Ｒｒを越えていないと判定されると、ステップＳ２２に戻って次のデータを読み込み、ステップＳ２３で変数ｉに１を加算する。
【００１４】
ステップＳ２４において、データＲｉが予め定めたしきい値Ｒｒを越えていると判定されると、ステップＳ２５において、データＲｉからしきい値Ｒｒを減算して、差データΔＲｊとして記憶する。ステップＳ２６で変数ｊに１を加算してステップＳ２７に進み、ここで変数ｉが１回転分のサンプリング総数Ｎを越えていないと判定される場合には、ステップＳ２に戻り、以上の処理を繰り返す。ステップＳ２７で変数ｉがサンプリング総数Ｎを越えていると判定されると、ステップＳ２８において変数ｊを変数ｎに代入する。ステップＳ２９において、変数ｊ＝０〜ｎまでの差データΔＲｊの総和を算出して総和データＴＲとして記憶する。ステップＳ３０で総和データＴＲが評価基準値ＴＲｒを越えていると判定されるとステップＳ３１で試料ＴＰを不良品とし、ステップＳ３０で総和データＴＲが評価基準値ＴＲｒを越えていないと判定されると、ステップＳ３２で試料ＴＰを合格品として図４の処理を終了する。
【００１５】
図４の評価手順を図５を参照して説明する。図５は横軸がサンプリング回転角度、縦軸がエコー信号の強度を示す。サンプリングデータＲ１〜サンプリングデータＲ７はエンコーダ２０から出力されるパルス信号の立上がりに同期してサンプリングされる。データＲ１〜Ｒ７のうちしきい値を越えるデータＲ３〜７のそれぞれについて、しきい値Ｒｒとの差ΔＲを算出し、差ΔＲの総和ＴＲを算出する。そして、この総和ＴＲが評価基準値ＴＲｒを越えている場合に不良品と判定する。
【００１６】
上述したように、減衰の大きな試料では、しきい値のレベルが正常レベルに近くなり、しきい値を越えるノイズが不良品データに紛れ込むおそれがあり、従来の欠陥率法では精度のよい評価が難しいという問題があった。これに対して本実施の形態では、しきい値を越えた全サンプリングデータに対して、その強度としきい値との差の総和を算出し、その総和が評価基準値を越えている場合に試料が不良品であると判定するようにしたので、減衰の大きな材質の試料でノイズがしきい値を越える場合があっても、精度よく試料の良否を評価することができる。すなわち、ノイズに起因してサンプリングデータがしきい値を越える場合、しきい値との差は小さいので総和はそれほど大きくならず、このような場合に総和が評価基準値を越えることはない。
【００１７】
以上では、しきい値を越えた全サンプリングデータに対して、その強度としきい値との差の総和を算出し、その総和が評価基準値を越えている場合に試料が不良品であると判定するようにした。これに代り、しきい値を越えた全サンプリングデータの強度そのものの総和を算出し、その総和が評価基準値を越えている場合に試料が不良品であると判定してもよい。また、図５において、しきい値を越えるサンプリングデータで囲まれる面積を求め、この面積で試料を評価してもよい。つまり、サンプリングデータがただ単にしきい値を越えたか否かではなく、どの程度しきい値を越えているかを１回転分集計し、それを被評価量として評価基準値と比較する方法ならばどのようなものでもよい。
【００１８】
さらに、試料を１回転させてその間に試料から得られる複数個の反射エコー信号により試料を評価するようにしたが、２回転以上回転させる間に試料の表面エコー信号を取込むようにしてもよい。さらにまた、超音波プローブを固定し、試料を回転するようにしたが、試料を固定し、超音波プローブを回転させてもよい。また、試料の形状は円筒、円柱に限ることなく、歯車などを検査する場合にも本発明を適用できる他、直線状の検査部分を有する試料に対しても本発明を適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、しきい値を越えた全サンプリングデータに対して、その強度としきい値との差の総和、検出された反射波の信号強度の総和、および検出された反射波の信号強度を示すデータで囲まれる面積のいずれか１つを被評価量として算出し、その被評価量に基づいてたとえば被評価量が評価基準値を越えている場合に試料が不良品であると判定するようにしたので、減衰の大きな材質の試料で正常レベルとしきい値が接近してノイズがしきい値を越えるような場合でも、精度よく試料を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波検査装置の一実施の形態のブロック図
【図２】超音波検査装置の処理手順例を示すフローチャート
【図３】超音波検査信号、表面エコー信号、欠陥信号を示す図
【図４】評価処理手順例を示すフローチャート
【図５】評価処理を説明する図
【図６】超音波検査装置の一例を示す図
【図７】（ａ）２つの円筒を接合してなる試料の斜視図、（ｂ）は接合面からのエコー信号の波形
【図８】減衰が大きい材質の試料における接合面からのエコー信号の波形図
【図９】減衰が小さい材質の試料における接合面からのエコー信号の波形図
【符号の説明】
１１ 試料台
１２ モータ
１３ 超音波プローブ
１５ ピーク検出回路
１６ 制御回路
１７ モニタ
ＴＰ 試料

Claims (2)

1. 試料と超音波プローブとを相対移動させる間に超音波を複数回照射して反射波を複数個取込み、
   前記複数個の反射波の中から予め定めたしきい値を越える反射波を検出し、
   検出された反射波の信号強度と前記しきい値との差の総和、検出された反射波の信号強度の総和、および検出された反射波の信号強度を示すデータで囲まれる面積のいずれか１つを被評価量として算出し、
   算出した被評価量に基づいて前記試料を評価することを特徴とする超音波検査方法。
2. 試料に対して相対移動しながら超音波を照射するとともに、前記試料からの反射波を受信する超音波プローブと、
   前記試料と超音波プローブとを相対移動する間に前記超音波を複数回照射して前記反射波を複数個取込むサンプリング手段と、
   前記複数個の反射波の中から予め定めたしきい値を越える反射波を検出する比較手段と、
   検出された反射波の信号強度と前記しきい値との差の総和、検出された反射波の信号強度の総和、および検出された反射波の信号強度を示すデータで囲まれる面積のいずれか１つを被評価量として算出する算出手段と、
   算出した被評価量に基づいて前記試料を評価する評価手段とを具備することを特徴とする超音波検査装置。

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