JP3713007B2 - Ultrasonic inspection equipment - Google Patents

Description

【０００７】
ここで、
Ｌｔｔ：送信入射点から反射源位置までの伝搬距離３５
Ｌｔｒ：反射源位置から受信入射点までの伝搬距離３６
Ｖｔ：試験体５の縦波音速３０
ｄ：試験体表面下から反射源Ｄまでの深さ２４
Ｓ：探触子の入射点から送受探触子入射点間の中心位置までの水平距離３２
Ｘ：両探触子入射点の間の中心位置と反射源Ｄの位置との偏っている水平距離３３
伝搬時間Ｔｆの値は、Ｘがゼロのときに最小となり、（１）式は以下の計算式で表される。
【０００８】
【数２】

【０００９】
したがって反射源７までの深さｄは下式で表される。
【００１０】
【数３】

【００１１】
図１３はＴＯＦＤ法における一般的な受信波形と伝搬時間の関係を示す図である。
図１３において、欠陥からの反射波の伝搬時間Ｔｆと表面波（ラテラル波）の伝搬時間Ｔｓとの差をＴｄとするとＴｆ＝Ｔｓ＋Ｔｄであり、一方Ｔｓ＝２Ｓ／Ｖｔであるから、（３）式は表面波との伝搬時間差Ｔｄを基準に以下の計算式で表される。
【００１２】
【数４】

【００１３】
このように一般的なＴＯＦＤ法においては、試験体５の音速Ｖｔと探触子間距離２Ｓを既知として、表面波との伝搬時間差Ｔｄを測定することにより、比較的容易に欠陥深さ（高さ）の値を得ることが可能となる。
【００１４】
【非特許文献１】
Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＢＳ７７０６（１９９３）
【非特許文献２】
三原毅著「ＴＯＦＤ法の原理と規格」、超音波ＴＥＣＨＮＯ／２０００．５ ＶＯＬ．１２ ＮＯ．５ 日本工業出版、平成１２年５月１５日、ｐ．４−７
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では（１）から（４）式の展開に示すように、超音波が固定された点で試験体内に入射すること、および超音波ビームの伝搬時間は、探触子内の超音波発生源、受信源である振動子間で測定しているにもかかわらず、入射点間とすることを前提にして計算している。本来、送受信探触子間の超音波ビームの伝搬経路は、表面波の入射点と試験体内部の反射源への超音波ビームの入射点とは異なっている、すなわち、入射点が一定ではなく、また、伝搬時間も探触子内の超音波発生源、受信源である振動子を起点として考えるべきものである。
超音波ビームは、試験体内部の反射源位置により伝搬経路が変わり、このとき試験体表面において、送信された超音波ビームは変化した位置から試験体の中に入射および試験体から受信探触子に入射する。
また、伝搬時間は、探触子内の超音波発生源、受信源である振動子間で測定しているにもかかわらず、欠陥からの反射波の伝搬時間Ｔｆと表面波（ラテラル波）の伝搬時間Ｔｓとの差Ｔｄを用いることにより、入射点間の伝搬時間の差だけが残り、探触子内の伝搬時間があたかも相殺されたかのように見えるが、実際は、入射点位置が表面波と試験体内部の反射源への超音波とで異なるから上記差Ｔｄを用いても探触子内の伝搬時間が完全には相殺されない。
このことにより、従来の計算式では探触子内の伝搬時間を正確に用いていないことと、入射点の位置の変動が反射源の位置（深さ）の変動につながることなどにより、得られる結果に誤差が生まれることになる。
【００１６】
一方、欠陥検出段階での一般的な表示方法として、欠陥または溶接部に沿ってビーム方向に対して垂直に一対の探触子を走査する方法であるＤ走査表示がある。
図１４は、従来のＴＯＦＤ法による超音波検査装置における表示機能の説明図である。
図１４に、この走査方法で集められたデータを式（４）で計算し画像化したものを示す。
図１４において、１６は表示画面上に表示された画像を示し、送受信探触子を紙面に垂直に走査した結果として、その走査方向１７に沿って試験体表面波の軌跡５１、反射源上端回折波軌跡５２、反射源下端回折波軌跡５３、試験体底面波の軌跡５４が表される。
【００１７】
このようにして得られた波の伝搬時間を縦軸に取って表示する従来の画像化手法では、縦軸が伝搬時間であるため、試験体の厚さと欠陥の深さの関係を比例的に一致させることができないことから、欠陥の深さを評価する上で視認性を欠いていた。
【００１８】
本発明は、従来のような誤差を解消し、高精度の超音波検査装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、視認性にすぐれた超音波検査装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波検査装置は、
第１の振動子を有し上記第１の振動子から発生する超音波を試験体に入射する送信用探触子と、
第２の振動子を有し試験体からの超音波を上記第２の振動子を用いて採取する受信用探触子と、
上記送信用探触子と上記受信用探触子とに接続され送信用探触子を電気的に駆動および受信用探触子からの電気信号を検出する手段を備え、送受信探触子間での試験体内部に存在する反射源を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、反射源の位置と大きさとの内少なくとも１つを把握する超音波探傷器と
を用いたＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法による超音波検査装置において、
上記送信用探触子の第１の振動子から出た超音波が試験体に入射され試験体内部の反射源で反射した後、上記受信用探触子の第２の振動子に到るまでの伝搬時間と、上記試験体表面から反射源までの深さとの関係を予め算出する算出手段と、
上記算出手段により予め算出された上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係に基づいて、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子の各々の振動子間の伝搬時間から、上記反射源の深さを求めて出力する演算計測手段と
を具備したことを特徴とする。
【００２１】
また、上記算出手段は、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係を予め計算し、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係を計測テーブルとして予め記憶部に記憶しておき、上記計測テーブルを用いることにより、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記反射源の深さを得ることを特徴とする。
【００２２】
上記超音波探傷器は、所定の表示ドットを有する表示器を装備し、
上記計測テーブルは、超音波探傷器に装備されている表示器の表示ドットのピッチを１データ基準として構成し、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応する上記反射源の深さに比例するように上記表示ドットの位置を決定して記憶部に記憶し、上記超音波探傷器は、さらに、上記反射源の深さが実際の試験体内の深さに比例したスケールで上記表示器に表示する表示手段を具備したことを特徴とする。
【００２３】
本発明の超音波検査装置は、
超音波を発生する第１の振動子を有する送信用探触子と、
超音波を受信する第２の振動子を有する受信用探触子と、
第１の振動子から発生した超音波が試験体に入射する試験体の表面位置と試験体内部の反射源の位置との関係を算出し、第１の振動子から発生した超音波が第２の振動子に伝搬するまでの伝搬時間を計測し、算出された試験体の表面位置と反射源の位置との関係と計測された伝搬時間とに基づいて、試験体内部の反射源の位置を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、上記検出手段は、第１の振動子から発生した超音波が第２の振動子に伝搬する伝搬経路における、第１の振動子から試験体表面までの超音波の伝搬時間と、試験体表面から試験体内部の反射源までの超音波の伝搬時間と、反射源から受信用探触子までの超音波の伝搬時間と、受信用探触子から第２の振動子までの超音波の伝搬時間との合計を上記伝搬時間として計測し、伝搬時間と上記反射源の試験体表面からの深さとの関係を予め求めておき、上記計測された伝搬時間から上記反射源の試験体表面からの深さを求めて出力する出力手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の超音波検査装置は、超音波を用いて試験体内部の反射源を検査する超音波検査装置において、
超音波を発生する第１の振動子と、
上記第１の振動子により発生された超音波を、内部に反射源を有する試験体内に送信する送信用探触子と、
上記試験体内部に有する反射源で反射された上記送信用探触子により送信された超音波を受信する受信用探触子と、
上記受信用探触子により受信された超音波を受信し所定の信号に変換する第２の振動子と、
第１と第２の振動子と送信用探触子と受信用探触子と上記試験体の第１の表面位置と上記試験体の第２の表面位置と上記反射源との位置関係情報に基づき、第１の振動子と送信用探触子との所定の接触点から送信用探触子と第１の表面位置との所定の接触点までの間の所定の方向に対する第１の距離と、上記試験体表面と上記反射源との第２の距離との相関関係情報を算出する第１の算出部と、
上記第１の算出部により算出された相関関係情報に基づいて、上記第２の距離に対する、上記第１の振動子により発生される超音波が順に上記送信用探触子と上記第１の表面位置と上記反射源と上記反射源により反射され伝搬される上記第２の表面位置と上記受信用探触子とを経由して上記第２の振動子に伝搬するまでの理論超音波伝搬時間を算出する第２の算出部と、
上記第１の振動子により発生される超音波が順に上記送信用探触子と上記第１の表面位置と上記反射源と上記反射源により反射され伝搬される上記第２の表面位置と上記受信用探触子とを経由して上記第２の振動子に伝搬するまでの実測超音波伝搬時間を測定する測定部と、
上記第２の算出部により算出された理論超音波伝搬時間と上記測定部により測定された実測超音波伝搬時間とが一致する上記第２の距離を上記反射源の試験体表面からの深さと判断する判断部と
を備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明の超音波検査装置は、
超音波を発生する第１の振動子を有する送信用探触子と、
超音波を受信する第２の振動子を有する受信用探触子と、
スネルの法則と第１の振動子から発生した超音波が第２の振動子に伝搬するまでの伝搬時間とに基づいて、試験体内部の反射源の位置を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における反射源位置の演算機能を説明する原理図である。
本実施の形態１においては、反射源（欠陥）の深さｄを求める方法として、図１に示したように探触子の屈折角、二つの探触子の入射点間距離、超音波伝搬時間から深さを演算する方式を採用している。
図１において、１は送信用探触子、２は送信振動子、３は受信用探触子、４は受信振動子、５は試験体、７は試験体内の反射源（欠陥）、２１は探触子の振動子中央とケース先端までの水平距離（Ｌｏ）、２２は探触子の振動子中央とアタッチメント表面までの高さ（ｈ）、２３は反射源７と探触子先端間の水平距離（Ｌｘ）、２４は反射源７の深さ（ｄ）、２５は探触子の振動子中央から反射源までの水平距離（Ｌ）、２６は反射源７が（Ｘｔ、Ｙｔ）にある場合の入射点位置と振動子中央との水平距離（ｐ）、２７は反射源が（Ｘｔ、Ｙｔ）にある場合の入射角度（αｐ）、２８は反射源が（Ｘｔ、Ｙｔ）にある場合の屈折角度（θｐ）、２９はアタッチメントの縦波音速（Ｖａ）、３０は試験体の縦波音速（Ｖｔ）である。また、３４は送信振動子中央から送信入射点までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌａｔ）、３５は送信入射点から反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌｔｔ）、３６は反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）から受信入射点までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌｔｒ）、３７は受信入射点から受信振動子中央までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌａｒ）、３８は送信振動子から反射源を経由し受信振動子までの超音波伝搬時間（Ｔｚ）である。
図１において、送信用探触子１と受信用探触子３とは、反射源７の位置を中心に対称に配置されている。
【００２８】
図１に示した関係から、入射角αｐと屈折角θｐは次式で表される。
【００２９】
【数５】

【００３０】
ここで、
Ｐ：試験体表面における探触子の振動子中心直下点と入射点Ｐｘ間の距離
ｈ：試験体表面から探触子の振動子中心までの高さ
ｄ：試験体表面から反射源までの深さ
またＬ＝Ｌｏ＋Ｌｘであり、
Ｌｏ：探触子の振動子中心から探触子端面までの距離
Ｌｘ：探触子端面から反射源位置までの水平距離
一方、スネルの法則から下式（７）が成立する。
【００３１】
【数６】

【００３２】
ここで
Ｖａ：探触子アタッチメント内の縦波音速
Ｖｔ：試験体内の縦波音速
式（５）および（６）を式（７）に代入すると下式（８）が得られる。
【００３３】
【数７】

【００３４】
一方、アタッチメント内ビーム伝搬時間距離Ｌａを下式（９）にて求める。
【００３５】
【数８】

【００３６】
また、入射点から反射源までのビーム伝搬距離Ｌｔを下式（１０）にて求める。
【００３７】
【数９】

【００３８】
式（１０）において、Ｌは、振動子中央から反射源までの距離、ｄは、反射源の深さである。
次に、送信振動子中央から反射源を経由して受信振動子までの超音波伝搬時間Ｔａは下式（１１）で求められる。
【００３９】
【数１０】

【００４０】
式（９）および式（１０）を式（１１）に代入すると、下式（１２）が得られる。
【００４１】
【数１１】

【００４２】
ここで（８）式と（１２）式とはＰ及びｄの二元四次の連立方程式となるため、一般の数値計算にて解を求めることはできない。そこでＰを変化させたときのｄの値を（８）式から求め、またそのときの伝搬時間を（１２）式から予め求めておくものとする。
Ｐが変化したとしても屈折角θｐは９０度までが限度であり、そのときｓｉｎθｐ＝１となること、および式（５）、（７）とからＰの最大値Ｐｍには下式（１３）が成り立つ。
【００４３】
【数１２】

【００４４】
（１３）式を解いて
【００４５】
【数１３】

【００４６】
したがってＰの値を０〜Ｐｍまで変化させた伝搬時間Ｔａおよび反射源までの深さｄを求めておけば、実際に計測した伝搬時間から反射源の深さを知ることができる。
【００４７】
図２は、超音波検査装置の外観図である。
図２において、９は、超音波探傷器、１５は、表示画面、１００は、超音波検査装置である。送信用探触子１、受信用探触子３は、図１と同様である。
送信用探触子１と受信用探触子３とは、それぞれケーブルで超音波探傷器９に接続されている。超音波探傷器９は、表示画面１５を備えている。超音波検査装置１００は、送信用探触子１と受信用探触子３と超音波探傷器９とを備えている。
【００４８】
図３は、この実施の形態１を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置の構成図である。
図３において６は送信用探触子から試験体への超音波入射点（試験体の表面位置、第１の表面位置の一例である）、８は試験体から受信用探触子への超音波入射点（第２の表面位置の一例である）、１０は送信用探触子を駆動する送信回路（電気的に駆動する手段の一例である）、１１は受信用探触子からの信号を検出する受信回路（電気信号を検出する手段の一例である）、１２は送受信間の伝搬時間を測定する伝搬時間測定回路（測定部の一例である）、１３は伝搬時間から反射源の位置を求める演算回路（算出手段の一例である）、１４は演算結果から反射源の位置を決定する確定回路（演算計測手段、判断部の一例である）、１６は表示画面上の表示画像、１９は、計測テーブル記憶回路、２０は、表示手段（出力手段の一例でもある）、１３３は、算出部（第１の算出部の一例である）、１３４は、算出部（第２の算出部の一例である）、１８１は、計測テーブルである。送信用探触子１、送信振動子２（第１の振動子の一例である）、受信用探触子３、受信振動子４（第２の振動子の一例である）、試験体５、試験体内の反射源７、反射源７の深さ２４（第２の距離の一例である）、送信振動子中央から送信入射点までの超音波ビーム伝搬距離３４、送信入射点から反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）までの超音波ビーム伝搬距離３５、反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）から受信入射点までの超音波ビーム伝搬距離３６は、図１と同様である。超音波探傷器９、超音波による検査結果を図示する表示画面１５（表示器の一例である）は、図２と同様である。入射点間隔３１、探触子の入射点から探触子間の中心までの距離３２は、図１２と同様である。反射源７は、例えば、試験体内の欠陥、傷、空洞、溶接不良部、異物等であるがこれに限るものではない。超音波の反射源と成り得るものであれば構わない。
演算回路１３は、算出部１３３、算出部１３４、計測テーブル記憶回路１９、計測テーブル１８１を有している。
送信回路１０と受信回路１１と伝搬時間測定回路１２と演算回路１３と確定回路１４とを有する回路群は、検出手段の一例である。表示手段２０は、表示画面１５を有する。
超音波探傷器９は、送信回路１０と受信回路１１と伝搬時間測定回路１２と演算回路１３と確定回路１４と表示手段２０とを有している。
送信用探触子１は、振動子２を有している。
受信用探触子３は、振動子４を有している。
【００４９】
図３において、送信回路１０で送信振動子２を駆動した時刻と受信振動子４からの信号を受信回路１１で受信した時刻との時間差を１２の伝搬時間測定回路１２で測定する。その実測伝搬時間Ｔａ（実測超音波伝搬時間の一例である）を入力とし、反射源位置演算回路１３においては、与えられた、入射点位置と振動子との距離Ｐ（第１の距離の一例である）の値から（８）式および（１２）式を使って反射源深さｄ、仮想伝搬時間Ｔｋ（理論超音波伝搬時間の一例である）を導き出す。この演算は式（１４）で決められる範囲においてＰを変化させながら繰返し行われ、ＴｋがＴａと一致したところで確定信号ｇとともに、その時の反射源深さｄを出力する。反射源位置確定回路１４においては確定信号ｇに基ずいて反射源深さｄを確定し、表示画面１５に画像１６を出力する。
【００５０】
すなわち、超音波を用いて試験体内部の反射源を検査する超音波検査装置１００において、
振動子２は、超音波を発生する。
送信用探触子１は、上記振動子２により発生された超音波を、内部に反射源７を有する試験体５内に送信する。
受信用探触子３は、上記試験体５内部に有する反射源７で反射された上記送信用探触子１により送信された超音波を受信する。
振動子４は、上記受信用探触子３により受信された超音波を受信し電気信号（所定の信号の一例である）に変換する。
算出部１３３は、振動子２，４と送信用探触子１と受信用探触子３と上記試験体５の超音波入射点６と上記試験体５の超音波入射点８と上記反射源７との位置関係情報である、例えば、定数Ｌ，ｈに基づき、振動子２と送信用探触子１との所定の接触点から送信用探触子１と試験体５の表面位置との所定の接触点である超音波入射点６までの間の所定の方向（ここでは、水平方向）に対する距離Ｐと、上記試験体５表面と上記反射源７との距離である深さｄとの相関関係情報を式（８）より算出する。
算出部１３４は、上記算出部１３３により算出された相関関係情報に基づいて、上記深さｄに対する、上記振動子２により発生される超音波が順に上記送信用探触子１と上記超音波入射点６と上記反射源７と上記反射源７により反射され伝搬される上記超音波入射点８と上記受信用探触子３とを経由して上記振動子４に伝搬するまでの仮想伝搬時間Ｔｋを式（１２）より算出する。
測定回路１２は、上記振動子２により発生される超音波が順に上記送信用探触子１と上記超音波入射点６と上記反射源７と上記反射源７により反射され伝搬される上記超音波入射点８と上記受信用探触子３とを経由して上記振動子４に伝搬するまでの実測超音波伝搬時間Ｔａを測定する。
確定回路１４は、上記算出部１３４により算出された仮想伝搬時間Ｔｋと上記測定回路１２により測定された実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致する上記深さｄを上記反射源７の試験体５表面からの深さと判断する。
【００５１】
図４は図３における反射源位置演算回路１３および反射源位置確定回路１４の機能を説明するための動作ブロック図である。
図４における、
ステップ（１）において、演算回路１３は、定数Ｖａ、Ｖｔ、ｈ、Ｌを入力し、セットする。
ステップ（２）において、演算回路１３は、距離Ｐに初期値０を入力設定する。
ステップ（３）において、演算回路１３における算出部１３３は、ステップ（２）で入力されたＰとステップ（１）で入力された定数Ｖａ、Ｖｔ、ｈ、Ｌとを式（８）に入力して深さｄを算出する。
ステップ（４）において、演算回路１３における算出部１３４は、ステップ（２）で入力された距離Ｐの値とステップ（３）で算出された深さｄと定数Ｖａ、Ｖｔ、ｈ、Ｌとを式（１２）に入力し、理論超音波伝搬時間Ｔｋ（式（１２）ではＴａと表示されている）を算出する。
ステップ（５）において、演算回路１３は、測定回路１２から実際に測定した実測超音波伝搬時間Ｔａを入力する。演算回路１３は、ステップ（４）で算出された理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致するかどうかを判断する。一致する場合には、ステップ（７）へ、一致しない場合にはステップ（６）へ進む。
ステップ（６）において、演算回路１３は、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致しない場合、距離Ｐの値に所定の値（例えば数値１）を加算し、ステップ（３）へ進む。
ステップ（７）において、確定回路１４は、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致する場合、ステップ（３）で算出された深さｄを入力する。そして、入力されたｄを反射源の深さと確定する。すなわち、確定回路１４は、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致する値ｄを上記反射源７の試験体５表面からの深さと判断する。確定回路１４は、確定したｄの値を表示手段２０が有する表示画面１５に出力する。
ステップ（５）で、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致するまで、図４における処理を繰り返す。
Ｐの値は通常０からスタートし、許容精度から決まる一定のピッチで変化していく。また、図中（４）項のＴａとＴｋとの比較も、その差が一定の範囲内であれば一致していると見なして以後の演算を停止し確定信号ｇを出力するようにしても構わない。
【００５２】
以上のように、超音波検査装置１００は、超音波を発生する振動子２を有する送信用探触子１と、超音波を受信する振動子４を有する受信用探触子３と、振動子２から発生した超音波が試験体５に入射する超音波入射点６と試験体５内部の反射源７の位置の一例である深さｄとの関係を算出し、振動子２から発生した超音波が振動子４に伝搬するまでの伝搬時間を計測し、算出された超音波入射点６の位置と反射源７の深さｄとの関係と計測された伝搬時間Ｔａとに基づいて、試験体５内部の反射源７の位置を検出する検出手段とを備えている。
また、上記検出手段は、振動子２から発生した超音波が振動子４に伝搬する伝搬経路における、振動子２から試験体表面までの超音波の伝搬時間と、試験体５表面から試験体５内部の反射源７までの超音波の伝搬時間と、反射源７から受信用探触子３までの超音波の伝搬時間と、受信用探触子３から振動子４までの超音波の伝搬時間との合計を上記伝搬時間Ｔａとして計測し、伝搬時間Ｔａと上記反射源７の試験体５表面からの深さｄとの関係を予め求めておき、上記計測された伝搬時間Ｔａから上記反射源７の試験体表面からの深さｄを求めて出力する出力手段の一例である表示画面１５を備えている。
【００５３】
以上のように、実施の形態１におけるＴＯＦＤ法による超音波検査装置１００は、送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され試験体内部の反射源７で反射した後、受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、試験体表面から反射源７までの深さｄとの関係を幾何学的に演算する手段を有し、送受信探触子間の伝搬時間から反射源の深さｄを精密に求めて出力するようにしたものである。
【００５４】
以上のように、実施の形態１における超音波検査装置１００は、超音波を発生する振動子２を有する送信用探触子１と、超音波を受信する振動子４を有する受信用探触子３と、スネルの法則と振動子２から発生した超音波が振動子４に伝搬するまでの伝搬時間とに基づいて、試験体５内部の反射源７の位置を検出する検出手段とを備えている。
【００５５】
以上のように、実施の形態１における超音波検査装置１００は、振動子２を有し上記振動子２から発生する超音波を試験体５に入射する送信用探触子１と、
振動子４を有し試験体５からの超音波を上記振動子４を用いて採取する受信用探触子３と、
上記送信用探触子１と上記受信用探触子３とに接続され送信用探触子１を電気的に駆動および受信用探触子３からの電気信号を検出する手段を備え、送受信探触子間での試験体５内部に存在する反射源７を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、反射源７の位置と大きさとの内少なくとも１つを把握する超音波探傷器９と
を用いたＴＯＦＤ法による超音波検査装置１００において、
上記送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され試験体５内部の反射源７で反射した後、上記受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、上記試験体５表面から反射源７までの深さとの関係を予め算出する演算回路１３と、
上記演算回路１３により予め算出された上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源７の深さとの関係に基づいて、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子の各々の振動子間の伝搬時間から、上記反射源７の深さを求めて出力する確定回路１４とを具備したことを特徴とする。
【００５６】
実施の形態２．
図５は、この実施の形態２を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置における反射源位置演算回路１３の構成図である。
図５において、１８は与えられた定数に従って入射点距離Ｐの変化による反射源深さｄ、伝搬時間Ｔｋの関係を一覧表にする計測テーブル作成回路である。作成したテーブルを記憶し、保持する計測テーブル記憶回路（記憶部の一例である）１９、計測テーブル１８１は、図３と同様である。演算回路１３は、計測テーブル作成回路１８、計測テーブル記憶回路１９を有している。計測テーブル作成回路１８は、計測テーブル１８１を有している。その他の構成は、図３と同様である。
【００５７】
この実施の形態２によれば図５に示した構成において、検査する装置の状態および試験体５に関して決まっている定数Ｖａ，Ｖｔ，ｈ，Ｌを入力し、各入射点距離Ｐ毎の伝搬時間Ｔｋと反射源深さｄを予め求めておけば、実測伝搬時間Ｔａに一番近いＴｋに該当する反射源深さｄを即座に計測テーブル１８１から得ることができることとなる。
演算回路１３は、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源７の深さとの関係を予め計算する。
計測テーブル作成回路１８は、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さｄとの関係を計測テーブル１８１として作成する。
計測テーブル記憶回路１９は、計測テーブル１８１を予めに記憶する。
演算回路１３は、上記計測テーブル１８１を用いることにより、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記反射源の深さを得る。
【００５８】
以上のように、実施の形態２におけるＴＯＦＤ法による超音波検査装置は、計測手段として幾何学的に求めた実施の形態１に係る送受信探触子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係を予め計算した上で計測テーブルとして記憶しておき、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記反射源の深さが対応して直ぐ得られるようにしたものである。
【００５９】
実施の形態３．
図６は、この実施の形態３を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置における計測テーブルの一例を示す図である。
図６において、計測テーブル１８１は、表示位置、反射源深さ、入射点位置、試験体内伝搬距離、伝搬時間を項目に有している。表示位置は、表示画面１５の表示ドット数で表される。反射源深さは、ｄ（単位はｍｍ）で表される。入射点位置は、Ｐ（単位はｍｍ）で表される。試験体内伝搬距離は、Ｌｔ（単位はｍｍ）で表される。伝搬時間は、Ｔｋ（単位はμｓ）で表される。
計測テーブル１８１は、図５の計測テーブル記憶回路１９に保持されるものである。このテーブルにおいては、表示画面１５の表示ドットのピッチ毎に反射源深さｄを割り当て、それに対応した伝搬時間Ｔｋを演算してまとめたものとする。
【００６０】
図７は、実施の形態３における表示機能の説明図である。
図７において、送信用探触子１、受信用探触子３、試験体５、試験体内部に存在する反射源７（欠陥：Ｄ）は、図３と同様である。ＴＯＦＤ法において超音波が伝搬する波である、試験体表面を伝わる表面伝搬波（Ｗｓ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である試験体表面伝搬時間４５（Ｔｓ）、欠陥上端部からの回折波（Ｗｕ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である反射源上端回折伝搬時間４６（Ｔｕ）、欠陥下端部からの回折波（Ｗｌ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である反射源下端回折伝搬時間４７（Ｔｌ）、試験体底面から反射する底面反射波（Ｗｂ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である試験体底面反射伝搬時間４８（Ｔｂ）は、図１４と同様である。
図７において、１６は表示画面上に表示された画像を示し、送受信探触子を紙面に垂直に走査した結果として、送受信探触子の走査方向１７に沿って試験体表面波の軌跡である試験体表面伝搬波表示５１、反射源上端回折波の軌跡である反射源上端回折波表示５２、反射源下端回折波の軌跡である反射源下端回折波表示５３、試験体底面波の軌跡である試験体底面反射波表示５４が表される。
【００６１】
上記超音波探傷器９は、所定の表示ドットを有する表示器の一例である表示画面１５を装備している。
上記計測テーブル１８１は、超音波探傷器９に装備されている表示画面１５の表示ドットのピッチを１データ基準として構成し、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応する上記反射源７の深さに比例するように上記表示ドットの位置を決定して計測テーブル記憶回路１９に記憶する。
上記超音波探傷器９における表示手段２０は、さらに、上記反射源７の深さが実際の試験体５内の深さに比例したスケールで上記表示画面１５に表示する。
【００６２】
この実施の形態３によれば、実測伝搬時間Ｔａに最も近い伝搬時間Ｔｋをテーブルから取り出すことによって、反射源深さｄを得るとともに表示画面１５に対する表示位置を即座に決めることができる。
【００６３】
その結果、検査個所に沿って探触子を走査させるＤ走査における欠陥検出段階での表示手法として図７に示すように、縦軸を試験体の厚さとし、欠陥（反射源）の深さと表示位置の関係が一致するようにすることが可能となる超音波検査装置を実現するものである。
【００６４】
以上のように、実施の形態３におけるＴＯＦＤ法による超音波検査装置は、実施の形態２に係る計測テーブル１８１が、超音波探傷器９に装備されている表示器の表示ドットのピッチ単位で構成され、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応して上記表示ドットを決定することにより、上記反射源の深さが実際の深さに比例したスケールで表示される画像表示手段を具備したものである。
【００６５】
実施の形態４．
実施の形態４では、上記各実施の形態における超音波検査装置１００の使用例、応用例を示す。超音波検査装置１００は、水平部材の反射源の位置を検出することはもちろんであるがその他にも使用できる。
図８は、管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
図８において、超音波検査装置１００、超音波探傷器９、送信用探触子１、受信用探触子３、探触子の走査方向１７は、上記各実施の形態と同様である。
図８においては、厚さｔを有する管を軸方向につなげるために周方向に溶接した場合に、溶接箇所に反射源７となる欠陥が存在するかを調べるため超音波検査装置１００を用いている例である。
送信用探触子１と受信用探触子３との中間位置に溶接箇所が来るように送信用探触子１と受信用探触子３とを配置する。配置後、上記各実施の形態で説明したように反射源の位置を検査する。１ヶ所の検査が済んだら探触子の走査方向１７に送信用探触子１と受信用探触子３とを移動し同様に反射源の位置を検査する。これを繰り返すことにより、管回り全体について反射源の存在と存在する場合に反射源の位置とを検査することができる。
【００６６】
また、超音波検査装置１００は、試験体（ここでは管）内部の欠陥を検査する以外にも試験体の厚さ（ここでは管の厚さｔ）を測定することもできる。超音波検査装置１００は、これに限るものではないが、例えば、厚さｔが５ｍｍ〜１００ｍｍの厚さを検出することができる。
【００６７】
図９は、管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
図９において、超音波検査装置１００、超音波探傷器９、送信用探触子１、受信用探触子３は、上記各実施の形態と同様である。
図９においては、管を周方向につなげるために半径方向に溶接した場合に、溶接箇所に反射源７となる欠陥が存在するかを調べるため超音波検査装置１００を用いている例である。
送信用探触子１と受信用探触子３との中間位置に溶接箇所が来るように送信用探触子１と受信用探触子３とを配置する。配置後、上記各実施の形態で説明したように反射源の位置を検査する。ここでは、送信用探触子１と受信用探触子３とが水平上に配置されていないが送信用探触子１と管の円との接線方向の角度γ１と受信用探触子３と管の円との接線方向の角度γ２とを考慮することで反射源の位置を検査することができる。
【００６８】
図１０は、海底障害物を超音波検査する例を示す図である。
図１０において、超音波検査装置１００、超音波探傷器９、送信用探触子１、受信用探触子３は、上記各実施の形態と同様である。
図１０においては、海面（水面）に送信用探触子１と受信用探触子３とを配置する。配置後、上記各実施の形態で説明したように反射源の位置を検査する。海底障害物も反射源となるため海底障害物の位置を検査することも可能である。
【００６９】
以上のように、上記各実施の形態における超音波検査装置１００は、超音波が伝搬するものと超音波の反射源と成り得るものとにより構成される試験体であれば反射源の位置、そして試験体の厚さ（深さ、所定方向の距離）を検出することができる。
【００７０】
以上のように、上記実施の形態における超音波検査装置１００は、超音波を試験体に入射する送信用探触子１および試験体５からの超音波を採取する受信用探触子３と、上記探触子に接続され送信用探触子１を電気的に駆動および受信用探触子３からの電気信号を検出する手段とを備え、送受信探触子間での試験体５内部に存在する反射源７である欠陥を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、欠陥の位置や大きさを定量的に把握する超音波探傷器９から構成されるＴＯＦＤ法による超音波検査装置において、上記送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され試験体５内部の反射源７で反射した後、上記受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、上記試験体５表面から反射源７までの深さとの関係をスネルの法則に従って幾何学的に算出する手段を具備し、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子の各々の振動子間の伝搬時間から、上記反射源７の深さを精密に求めて出力する演算計測手段を具備したことを特徴とする。
【００７１】
また、上記演算計測手段は、幾何学的に求めた上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源７の深さとの関係を予め計算して計測テーブル１８１として記憶しておき、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応して上記反射源７の深さが直接得られるようにしたことを特徴とする。
【００７２】
また、上記計測テーブル１８１は、超音波探傷器９に装備されている表示器の表示ドットのピッチを１データ基準として構成され、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応する上記表示ドットの位置を決定することにより、上記反射源７の深さが実際の試験体内の深さに比例したスケールで表示される表示手段２０を具備したことを特徴とする。
【００７３】
以上のように、上記実施の形態は、上記送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され、試験体内部の反射源（欠陥）７で反射した後、上記受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と試験体表面から上記反射源７までの深さとの関係を計算する手段を具備し、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から、上記反射源の深さを正確に求めて出力する演算計測手段を備えることにより、高精度のＴＯＦＤ法による超音波検査装置を提供するものである。
【００７４】
以上のように、上記実施の形態は、送受探触子間の試験体内部に存在する反射源である欠陥を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、欠陥の位置や大きさを定量的に把握する超音波検査装置において、探触子の位置によって超音波の入射角や屈折角が変化した場合でも送信用探触子から出た超音波が試験体に入射され試験体内部の反射源で反射した後、受信用探触子に到るまでの伝搬時間と、試験体表面から反射源までの深さとの関係を正確に求めて出力するＴＯＦＤ法による超音波検査装置を提供する。その手段は、送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され、試験体内部の反射源７で反射した後、受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、試験体表面から反射源までの深さとの関係を幾何学的に演算する手段を有し、送受信探触子間の伝搬時間から反射源の深さを精密に求めて出力する。
【００７５】
以上の説明において、各実施の形態の説明において「〜部」として説明したもの、測定回路１２、演算回路１３、確定回路１４は、一部或いはすべてコンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。
これらのプログラムは、例えば、Ｃ言語により作成することができる。或いは、ＨＴＭＬやＳＧＭＬやＸＭＬを用いても構わない。或いは、ＪＡＶＡ（登録商標）を用いて画面表示を行っても構わない。
また、各実施の形態の説明において「〜部」、測定回路１２、演算回路１３、確定回路１４として説明したものは、ＲＯＭに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェア或いは、ハードウェア或いは、ソフトウェアとハードウェアとファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。
また、上記各実施の形態を実施させるプログラムは、また、磁気ディスク装置、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｋ）、光ディスク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のその他の記録媒体による記録装置を用いても構わない。
また、表示画面１５は、ＣＲＴ表示装置、ＬＣＤ表示装置、その他の表示装置、プリンタ装置８７等の出力装置を用いても構わない。
また、図２において、超音波探傷器９は、表示画面１５上のタッチパネルによる入力手段と入力ボタンとポインタのスクロール等を行なう矢印キー等を有しているが、マウス、キーボード等の入力装置を備えていても構わない。
【００７６】
【発明の効果】
この発明によれば、送信用探触子内の振動子から出た超音波ビームが試験体内の反射源を経て受信用探触子内の振動子に到るまでの経路を幾何学的に求めた式から厳密に計算するようにしたことにより、反射源の深さや大きさを少ない誤差で正確に把握することができるようになる。
【００７７】
また、この発明によれば、予め超音波伝搬時間と反射源深さの関係を計算して表にまとめておく計測テーブルは、超音波探傷器に装備されている表示器の表示ドットのピッチ単位で構成され、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記表示ドットを決定することにより、上記反射源の深さが実際の深さに比例したスケールで表示されるため、試験体の内部状態を視認性良く正確に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における反射源位置の演算機能を説明する原理図である。
【図２】 超音波検査装置の外観図である。
【図３】 この実施の形態１を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置の構成図である。
【図４】 反射源位置演算回路の動作説明図である。
【図５】 実施の形態２における反射源位置演算回路の構成図である。
【図６】 実施の形態３における反射源位置演算回路における計測テーブルの一例である。
【図７】 実施の形態３における表示機能の説明図である。
【図８】 管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
【図９】 管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
【図１０】 海底障害物を超音波検査する例を示す図である。
【図１１】 ＴＯＦＤ法による超音波ビームの伝搬経路を示す図である。
【図１２】 従来のＴＯＦＤ法における超音波ビームの伝搬時間と反射源位置の関係を説明する図である。
【図１３】 ＴＯＦＤ法における受信波形と伝搬時間の関係を示す図である。
【図１４】 従来のＴＯＦＤ法による超音波検査装置における表示機能の説明図である。
【符号の説明】
１ 送信用探触子、２ 振動子、３ 受信用探触子、４ 振動子、５ 試験体、６ 超音波入射点、７ 反射源、８ 超音波入射点、９ 超音波探傷器、１０送信回路、１１ 受信回路、１２ 測定回路、１３ 演算回路、１４ 確定回路、１５ 表示画面、１６ 表示画像、１７ 探触子の走査方向、１８ 計測テーブル作成回路、１９ 計測テーブル記憶回路、２０ 表示手段、２１ 距離（Ｌｏ）、２２ 高さ（ｈ）、２３ 距離（Ｌｘ）、２４ 反射源の深さ（ｄ）、２５ 距離（Ｌ）、２６ 距離（Ｐ）、２７ 入射角度（αｐ）、２８ 屈折角度（θｐ）、２９ 縦波音速（Ｖａ）、３０ 縦波音速（Ｖｔ）、３１ 水平距離（２Ｓ）、３２ 水平距離（Ｓ）、３３ 水平距離（Ｘ）、３４ 伝搬距離（Ｌａｔ）、３５ 伝搬距離（Ｌｔｔ）、３６ 伝搬距離（Ｌｔｒ）、３７ 伝搬距離（Ｌａｒ）、３８ 伝搬時間（Ｔａ）、４１ 試験体表面伝搬波（Ｗｓ）、４２ 反射源上端回折波（Ｗｕ）、４３ 反射源下端回折波（Ｗｌ）、４４ 試験体底面反射波（Ｗｂ）、４５ 試験体表面伝搬時間（Ｔｓ）、４６ 反射源上端回折伝搬時間（Ｔｕ）、４７ 反射源下端回折伝搬時間（Ｔｌ）、４８ 試験体底面反射伝搬時間（Ｔｂ）、５１ 試験体表面伝搬波表示、５２ 反射源上端回折波表示、５３ 反射源下端回折波表示、５４ 試験体底面反射波表示、１００ 超音波検査装置、１３３，１３４ 算出部、１８１計測テーブル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used as a non-destructive inspection method for an object, and quantitatively determines the depth and size of a defect from the propagation time of an ultrasonic wave that propagates between the transmitting and receiving probes via a defect existing inside the specimen. The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus based on a TOFD method (Time of Flight Diffraction, hereinafter referred to as TOFD method) having a grasping function.
[0002]
[Prior art]
“Guidelines for calibration and setting of ultrasonic TOFD method relating to flaw detection, position and dimension evaluation” regarding the detection, position and dimension measurement of defects in the test specimen is in the British Standard (BS7706) (see Non-Patent Document 1).
[0003]
In the TOFD method, ultrasonic waves are incident on the inside of a structure, and the depth and size are quantified from the propagation time of the diffracted wave generated at the upper and lower ends of the internal reflection source (defect). (For example, refer nonpatent literature 2).
[0004]
FIG. 11 is a diagram illustrating a propagation path of an ultrasonic beam in the TOFD method.
In FIG. 11, 1 is a transmitting probe, 3 is a receiving probe, 5 is a test body, and 7 is a reflection source (defect: D) existing inside the test body. In the TOFD method, ultrasonic waves propagate through the surface of the test body 41 (Ws), the diffracted wave (Wu) from the upper end of the reflection source (defect) 42, and the lower end of the reflection source (defect) 43. There are a diffracted wave (Wl) from the part and a bottom surface reflected wave (Wb) of 44 reflected from the bottom surface of the specimen, and the specimen surface propagation time 45 which is the ultrasonic wave propagation time between the transmitting and receiving probes corresponding to each wave. (Ts), reflection source upper end diffraction propagation time 46 (Tu), reflection source lower end diffraction propagation time 47 (Tl), and specimen bottom surface reflection propagation time 48 (Tb) are different. The position and size are grasped.
[0005]
FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the propagation time of the ultrasonic beam and the position of the reflection source in the conventional TOFD method.
In FIG. 12, 2 is a transmission transducer, 4 is a reception transducer, 6 is an ultrasonic incident point from the transmission probe 1 to the test body 5, and 8 is a supersonic wave from the test body 5 to the reception probe 3. Indicates the sound wave incident point. Now, the transmitting probe 1 and the receiving probe 3 are arranged at positions where the reflection source 7 is sandwiched, and the incident point interval 31 which is the horizontal distance between the transmitting and receiving probe incident points is a distance of 2S. Assume that they are separated. Ultrasonic energy is transmitted to the test body 5 at a fixed point (incidence point 6) under the transmitting probe 1, and the ultrasonic energy is reflected at the tip of the reflection source 7 to fix the receiving probe 3. If the propagation time when received from the point (incident point 8) is Tf, the following calculation formula is established.
[0006]
[Expression 1]

[0007]
here,
Ltt: Propagation distance 35 from the transmission incident point to the reflection source position
Ltr: Propagation distance 36 from the reflection source position to the reception incident point
Vt: Longitudinal wave sound velocity 30 of the specimen 5
d: Depth 24 from below the specimen surface to the reflection source D
S: horizontal distance 32 from the incident point of the probe to the center position between the transmitting and receiving probe incident points
X: Horizontal distance 33 between the center position between both probe incident points and the position of the reflection source D
The value of the propagation time Tf is minimum when X is zero, and equation (1) is expressed by the following calculation formula.
[0008]
[Expression 2]

[0009]
Therefore, the depth d to the reflection source 7 is expressed by the following equation.
[0010]
[Equation 3]

[0011]
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a general received waveform and propagation time in the TOFD method.
In FIG. 13, if the difference between the propagation time Tf of the reflected wave from the defect and the propagation time Ts of the surface wave (lateral wave) is Td, Tf = Ts + Td, while Ts = 2S / Vt, (3) The expression is expressed by the following calculation expression based on the propagation time difference Td with the surface wave.
[0012]
[Expression 4]

[0013]
As described above, in the general TOFD method, the sound velocity Vt of the specimen 5 and the distance 2S between the probes are known, and the defect depth (high) is relatively easily measured by measuring the propagation time difference Td with the surface wave. Value) can be obtained.
[0014]
[Non-Patent Document 1]
British Standard BS7706 (1993)
[Non-Patent Document 2]
Akira Mihara, “TOFD Method Principles and Standards”, Ultrasonic TECHNO / 2000.5 VOL. 12 NO. 5 Nihon Kogyo Publishing, May 15, 2000, p. 4-7
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method, as shown in the development of the equations (1) to (4), the ultrasonic wave is incident on the test body at a fixed point, and the propagation time of the ultrasonic beam is determined by the ultrasonic wave in the probe. The calculation is made on the assumption that the distance is between the incident points even though the measurement is performed between the generation source and the reception source. Originally, the propagation path of the ultrasonic beam between the transmitting and receiving probes is different from the incident point of the surface wave and the incident point of the ultrasonic beam to the reflection source inside the specimen, that is, the incident point is not constant. Also, the propagation time should be considered starting from the transducer that is the ultrasonic wave generation source and reception source in the probe.
The propagation path of the ultrasonic beam changes depending on the position of the reflection source inside the test body. At this time, the transmitted ultrasonic beam enters the test body from the changed position on the surface of the test body and receives the probe from the test body. Is incident on.
Although the propagation time is measured between the ultrasonic wave generation source and the reception source transducer in the probe, the propagation time Tf of the reflected wave from the defect and the surface wave (lateral wave) By using the difference Td from the propagation time Ts, only the difference in propagation time remains between the incident points, and it seems as if the propagation time in the probe has been canceled. The propagation time in the probe is not completely canceled even if the difference Td is used because it differs depending on the ultrasonic wave to the reflection source inside the specimen.
This is obtained by the fact that the propagation time in the probe is not accurately used in the conventional calculation formula and that the change in the position of the incident point leads to the change in the position (depth) of the reflection source. There will be errors in the results.
[0016]
On the other hand, as a general display method in the defect detection stage, there is D scan display which is a method of scanning a pair of probes perpendicular to the beam direction along the defect or weld.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a display function in a conventional ultrasonic inspection apparatus using the TOFD method.
FIG. 14 shows an image obtained by calculating the data collected by this scanning method using Equation (4).
In FIG. 14, reference numeral 16 denotes an image displayed on the display screen. As a result of scanning the transmission / reception probe perpendicular to the paper surface, the trajectory 51 of the specimen surface wave along the scanning direction 17, the diffraction pattern at the upper end of the reflection source A wave trajectory 52, a reflection source lower end diffracted wave trajectory 53, and a specimen bottom wave trajectory 54 are represented.
[0017]
In the conventional imaging technique in which the propagation time of the wave obtained in this way is displayed on the vertical axis, the vertical axis is the propagation time, so the relationship between the thickness of the specimen and the depth of the defect is proportional. Since they could not be matched, visibility was lacking in evaluating the depth of defects.
[0018]
It is an object of the present invention to provide a high-accuracy ultrasonic inspection apparatus that eliminates conventional errors.
[0019]
Another object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus with excellent visibility.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic inspection apparatus of the present invention
A transmission probe that has a first transducer and makes an ultrasonic wave generated from the first transducer incident on a test body;
A receiving probe that has a second transducer and collects ultrasonic waves from a specimen using the second transducer;
A means for electrically driving the transmission probe connected to the transmission probe and the reception probe and detecting an electric signal from the reception probe is provided between the transmission / reception probes. An ultrasonic flaw detector for grasping at least one of the position and size of the reflection source from the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the reflection source existing inside the test body
In the ultrasonic inspection apparatus by TOFD (Time of Flight Diffraction) method using
The ultrasonic wave emitted from the first transducer of the transmitting probe is incident on the test body and reflected by the reflection source inside the test body, and then reaches the second transducer of the receiving probe. Calculating means for calculating in advance the relationship between the propagation time of the test object and the depth from the surface of the specimen to the reflection source;
Each transducer of the transmission / reception probe detected by an ultrasonic flaw detector based on the relationship between the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe and the depth of the reflection source calculated in advance by the calculation means Calculation and measurement means for obtaining and outputting the depth of the reflection source from the propagation time between
It is characterized by comprising.
[0021]
Further, the calculation means calculates in advance the relationship between the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe and the depth of the reflection source, and determines the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe and the reflection source. The relationship with the depth is stored in advance in the storage unit as a measurement table, and by using the measurement table, the depth of the reflection source is obtained from the propagation time between the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector. It is characterized by that.
[0022]
The ultrasonic flaw detector is equipped with a display having a predetermined display dot,
The measurement table is configured with the display dot pitch of the display equipped in the ultrasonic flaw detector as one data reference, and the reflection corresponding to the propagation time between the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector. The position of the display dot is determined so as to be proportional to the depth of the source and stored in the storage unit. The ultrasonic flaw detector further has a depth of the reflection source proportional to the actual depth in the test body. A display means for displaying on the display unit with a scale is provided.
[0023]
The ultrasonic inspection apparatus of the present invention
A transmission probe having a first transducer for generating ultrasonic waves;
A receiving probe having a second transducer for receiving ultrasonic waves;
The relationship between the surface position of the test body where the ultrasonic wave generated from the first vibrator is incident on the test body and the position of the reflection source inside the test body is calculated, and the ultrasonic wave generated from the first vibrator is the second. The propagation time until it propagates to the transducer is measured, and the position of the reflection source inside the specimen is determined based on the calculated relationship between the surface position of the specimen and the position of the reflection source and the measured propagation time. Detection means to detect
It is provided with.
[0024]
Further, the detection means includes a propagation time of the ultrasonic wave from the first vibrator to the surface of the test body in a propagation path through which the ultrasonic wave generated from the first vibrator propagates to the second vibrator, and the test body. The propagation time of the ultrasonic wave from the surface to the reflection source inside the specimen, the propagation time of the ultrasonic wave from the reflection source to the receiving probe, and the ultrasonic wave from the receiving probe to the second transducer The total of the propagation time is measured as the propagation time, the relationship between the propagation time and the depth of the reflection source from the specimen surface is obtained in advance, and from the measured propagation time from the specimen surface of the reflection source. An output means for obtaining and outputting the depth is provided.
[0025]
The ultrasonic inspection apparatus of the present invention is an ultrasonic inspection apparatus that inspects a reflection source inside a specimen using ultrasonic waves.
A first vibrator that generates ultrasonic waves;
A transmission probe for transmitting the ultrasonic wave generated by the first vibrator into a test body having a reflection source therein;
A receiving probe for receiving an ultrasonic wave transmitted by the transmitting probe reflected by a reflection source included in the test body;
A second transducer for receiving the ultrasonic wave received by the receiving probe and converting it into a predetermined signal;
In the positional relationship information between the first and second transducers, the transmitting probe, the receiving probe, the first surface position of the test body, the second surface position of the test body, and the reflection source. A first distance in a predetermined direction between a predetermined contact point between the first transducer and the transmission probe and a predetermined contact point between the transmission probe and the first surface position; A first calculation unit for calculating correlation information between a second distance between the surface of the specimen and the reflection source;
Based on the correlation information calculated by the first calculation unit, ultrasonic waves generated by the first transducer with respect to the second distance are sequentially transmitted to the transmission probe and the first surface. The theoretical ultrasonic wave propagation time until it propagates to the second transducer via the position, the reflection source, the second surface position reflected and propagated by the reflection source, and the receiving probe. A second calculation unit for calculating;
The ultrasonic waves generated by the first transducer are sequentially reflected by the transmitting probe, the first surface position, the reflection source, the reflection source, the second surface position, and the reception. A measurement unit for measuring an actual ultrasonic wave propagation time until it propagates to the second transducer via the probe
The second distance at which the theoretical ultrasonic wave propagation time calculated by the second calculating unit and the actual ultrasonic wave propagation time measured by the measuring unit coincide with each other is determined as the depth of the reflection source from the specimen surface. Judgment part to
It is provided with.
[0026]
The ultrasonic inspection apparatus of the present invention
A transmission probe having a first transducer for generating ultrasonic waves;
A receiving probe having a second transducer for receiving ultrasonic waves;
Detecting means for detecting the position of the reflection source in the specimen based on Snell's law and the propagation time until the ultrasonic wave generated from the first vibrator propagates to the second vibrator;
It is provided with.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a principle diagram illustrating a function of calculating a reflection source position in the first embodiment.
In the first embodiment, as a method for obtaining the depth d of the reflection source (defect), as shown in FIG. 1, the refraction angle of the probe, the distance between the incident points of the two probes, and the ultrasonic wave propagation A method of calculating depth from time is adopted.
In FIG. 1, 1 is a transmission probe, 2 is a transmission transducer, 3 is a reception probe, 4 is a reception transducer, 5 is a test body, 7 is a reflection source (defect) in the test body, 21 is Horizontal distance (Lo) between the transducer center of the probe and the case tip, 22 is the height (h) from the transducer center to the attachment surface, and 23 is between the reflection source 7 and the probe tip. The horizontal distance (Lx), 24 is the depth (d) of the reflection source 7, 25 is the horizontal distance (L) from the center of the transducer of the probe to the reflection source, and 26 is the reflection source 7 at (Xt, Yt). The horizontal distance (p) between the incident point position and the center of the vibrator in a certain case, 27 is the incident angle (αp) when the reflection source is at (Xt, Yt), and 28 is the reflection source at (Xt, Yt). In this case, the refraction angle (θp), 29 is the longitudinal wave sound velocity (Va) of the attachment, and 30 is the longitudinal wave sound velocity (Vt) of the specimen. 34 is an ultrasonic beam propagation distance (Lat) from the center of the transmission transducer to the transmission incident point, 35 is an ultrasonic beam propagation distance (Ltt) from the transmission incident point to the reflection source position (Xt, Yt), and 36 is The ultrasonic beam propagation distance (Ltr) from the reflection source position (Xt, Yt) to the reception incident point, 37 is the ultrasonic beam propagation distance (Lar) from the reception incident point to the center of the reception transducer, and 38 is from the transmission transducer. It is the ultrasonic wave propagation time (Tz) from the reflection source to the receiving transducer.
In FIG. 1, the transmission probe 1 and the reception probe 3 are arranged symmetrically with respect to the position of the reflection source 7.
[0028]
From the relationship shown in FIG. 1, the incident angle αp and the refraction angle θp are expressed by the following equations.
[0029]
[Equation 5]

[0030]
here,
P: Distance between the point directly below the transducer center of the probe on the surface of the specimen and the incident point Px
h: Height from the specimen surface to the center of the transducer of the probe
d: Depth from the specimen surface to the reflection source
L = Lo + Lx,
Lo: Distance from the transducer center to the probe end face
Lx: Horizontal distance from the probe end face to the reflection source position
On the other hand, the following equation (7) is established from Snell's law.
[0031]
[Formula 6]

[0032]
here
Va: Longitudinal wave velocity in the probe attachment
Vt: Longitudinal wave speed of sound in the test body
Substituting equations (5) and (6) into equation (7) yields the following equation (8).
[0033]
[Expression 7]

[0034]
On the other hand, the beam propagation time distance La in the attachment is obtained by the following equation (9).
[0035]
[Equation 8]

[0036]
Further, the beam propagation distance Lt from the incident point to the reflection source is obtained by the following equation (10).
[0037]
[Equation 9]

[0038]
In Expression (10), L is the distance from the center of the vibrator to the reflection source, and d is the depth of the reflection source.
Next, the ultrasonic wave propagation time Ta from the center of the transmission vibrator to the reception vibrator via the reflection source is obtained by the following expression (11).
[0039]
[Expression 10]

[0040]
Substituting Equation (9) and Equation (10) into Equation (11) yields Equation (12) below.
[0041]
[Expression 11]

[0042]
Here, since the equations (8) and (12) are binary and quaternary simultaneous equations of P and d, a solution cannot be obtained by general numerical calculation. Therefore, the value of d when P is changed is obtained from the equation (8), and the propagation time at that time is obtained in advance from the equation (12).
Even if P changes, the refraction angle θp is limited to 90 degrees, and at that time sin θp = 1, and from the equations (5) and (7), the maximum value Pm of P can be expressed by the following equation (13): Holds.
[0043]
[Expression 12]

[0044]
Solve equation (13)
[0045]
[Formula 13]

[0046]
Therefore, if the propagation time Ta when the value of P is changed from 0 to Pm and the depth d to the reflection source are obtained, the depth of the reflection source can be known from the actually measured propagation time.
[0047]
FIG. 2 is an external view of the ultrasonic inspection apparatus.
In FIG. 2, 9 is an ultrasonic flaw detector, 15 is a display screen, and 100 is an ultrasonic inspection apparatus. The transmission probe 1 and the reception probe 3 are the same as in FIG.
The transmission probe 1 and the reception probe 3 are connected to the ultrasonic flaw detector 9 by cables. The ultrasonic flaw detector 9 includes a display screen 15. The ultrasonic inspection apparatus 100 includes a transmission probe 1, a reception probe 3, and an ultrasonic flaw detector 9.
[0048]
FIG. 3 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method showing the first embodiment.
In FIG. 3, 6 is an ultrasonic incident point from the transmitting probe to the test body (an example of the surface position of the test body and the first surface position), and 8 is an ultrasonic wave from the test body to the receiving probe. A sound wave incident point (an example of the second surface position), 10 is a transmission circuit for driving the transmission probe (an example of means for electrically driving), and 11 is a signal from the reception probe. Is a receiving circuit (which is an example of a means for detecting an electrical signal), 12 is a propagation time measuring circuit (which is an example of a measuring unit) that measures a propagation time between transmission and reception, and 13 is a position of a reflection source from the propagation time. Is a calculation circuit (an example of calculation means), 14 is a decision circuit (an example of calculation measurement means and determination unit) that determines the position of the reflection source from the calculation result, 16 is a display image on the display screen, 19 Is a measurement table storage circuit, and 20 is a display means (an example of an output means). ), 133, calculation unit (which is the first example of a calculation unit), 134, calculation unit (which is an example of a second calculation unit), 181 is a measurement table. A transmission probe 1, a transmission transducer 2 (an example of a first transducer), a reception probe 3, a reception transducer 4 (an example of a second transducer), a test body 5, The reflection source 7 in the test body, the depth 24 of the reflection source 7 (an example of the second distance), the ultrasonic beam propagation distance 34 from the center of the transmission transducer to the transmission incident point, and the position of the reflection source from the transmission incident point ( The ultrasonic beam propagation distance 35 to Xt, Yt) and the ultrasonic beam propagation distance 36 from the reflection source position (Xt, Yt) to the reception incident point are the same as in FIG. The ultrasonic flaw detector 9 and the display screen 15 (which is an example of a display device) illustrating the inspection result by ultrasonic waves are the same as those in FIG. The incident point interval 31 and the distance 32 from the incident point of the probe to the center between the probes are the same as in FIG. The reflection source 7 is, for example, a defect, a scratch, a cavity, a poorly welded part, a foreign object, or the like in the test body, but is not limited thereto. Any material can be used as long as it can serve as an ultrasonic reflection source.
The arithmetic circuit 13 includes a calculation unit 133, a calculation unit 134, a measurement table storage circuit 19, and a measurement table 181.
A circuit group including the transmission circuit 10, the reception circuit 11, the propagation time measurement circuit 12, the arithmetic circuit 13, and the determination circuit 14 is an example of a detection unit. The display means 20 has a display screen 15.
The ultrasonic flaw detector 9 includes a transmission circuit 10, a reception circuit 11, a propagation time measurement circuit 12, an arithmetic circuit 13, a determination circuit 14, and a display unit 20.
The transmission probe 1 has a vibrator 2.
The receiving probe 3 has a vibrator 4.
[0049]
In FIG. 3, the time difference between the time when the transmitting vibrator 2 is driven by the transmitting circuit 10 and the time when the signal from the receiving vibrator 4 is received by the receiving circuit 11 is measured by 12 propagation time measuring circuits 12. The measured propagation time Ta (which is an example of the measured ultrasonic wave propagation time) is input, and the reflection source position calculation circuit 13 gives the given distance P between the incident point position and the transducer (an example of the first distance). The reflection source depth d and the virtual propagation time Tk (which is an example of a theoretical ultrasonic wave propagation time) are derived from the value of (which is) using the expressions (8) and (12). This calculation is repeated while changing P within the range determined by the equation (14), and when the Tk coincides with Ta, the decision signal g and the reflection source depth d at that time are output. The reflection source position determination circuit 14 determines the reflection source depth d based on the determination signal g and outputs an image 16 to the display screen 15.
[0050]
That is, in the ultrasonic inspection apparatus 100 that inspects the reflection source inside the specimen using ultrasonic waves,
The vibrator 2 generates ultrasonic waves.
The transmission probe 1 transmits the ultrasonic wave generated by the vibrator 2 into a test body 5 having a reflection source 7 inside.
The reception probe 3 receives the ultrasonic waves transmitted by the transmission probe 1 reflected by the reflection source 7 included in the test body 5.
The transducer 4 receives the ultrasonic wave received by the receiving probe 3 and converts it into an electrical signal (an example of a predetermined signal).
The calculation unit 133 includes the transducers 2, 4, the transmission probe 1, the reception probe 3, the ultrasonic incident point 6 of the test body 5, the ultrasonic incident point 8 of the test body 5, and the reflection source. 7, for example, based on constants L and h, from a predetermined contact point between the transducer 2 and the transmission probe 1, the surface position of the transmission probe 1 and the specimen 5 is measured. A distance P with respect to a predetermined direction (here, horizontal direction) between the ultrasonic incident point 6 which is a predetermined contact point and a depth d which is a distance between the surface of the test body 5 and the reflection source 7 Correlation information is calculated from equation (8).
Based on the correlation information calculated by the calculation unit 133, the calculation unit 134 sequentially generates ultrasonic waves generated by the transducer 2 with respect to the depth d and the transmission probe 1 and the ultrasonic wave incidence. Virtual propagation time Tk until propagation to the transducer 4 via the point 6, the reflection source 7, the ultrasonic wave incident point 8 reflected and propagated by the reflection source 7, and the reception probe 3. Is calculated from equation (12).
In the measurement circuit 12, the ultrasonic waves generated by the transducer 2 are reflected and propagated by the transmission probe 1, the ultrasonic incident point 6, the reflection source 7 and the reflection source 7 in order. The actually measured ultrasonic wave propagation time Ta until it propagates to the transducer 4 via the incident point 8 and the receiving probe 3 is measured.
The determination circuit 14 sets the depth d at which the virtual propagation time Tk calculated by the calculation unit 134 and the actually measured ultrasonic propagation time Ta measured by the measurement circuit 12 coincide with the surface of the specimen 5 of the reflection source 7. Judging from the depth.
[0051]
FIG. 4 is an operation block diagram for explaining the functions of the reflection source position calculation circuit 13 and the reflection source position determination circuit 14 in FIG.
In FIG.
In step (1), the arithmetic circuit 13 inputs and sets constants Va, Vt, h, and L.
In step (2), the arithmetic circuit 13 inputs and sets an initial value 0 for the distance P.
In step (3), the calculation unit 133 in the arithmetic circuit 13 inputs P input in step (2) and the constants Va, Vt, h, and L input in step (1) into the equation (8). To calculate the depth d.
In step (4), the calculation unit 134 in the arithmetic circuit 13 calculates the value of the distance P input in step (2), the depth d calculated in step (3), and the constants Va, Vt, h, and L. Input to Equation (12), and calculate the theoretical ultrasonic wave propagation time Tk (indicated by Ta in Equation (12)).
In step (5), the arithmetic circuit 13 inputs the actually measured ultrasonic propagation time Ta actually measured from the measurement circuit 12. The arithmetic circuit 13 determines whether or not the theoretical ultrasonic wave propagation time Tk calculated in step (4) matches the inputted actual ultrasonic wave propagation time Ta. If they match, the process proceeds to step (7), and if they do not match, the process proceeds to step (6).
In step (6), the arithmetic circuit 13 adds a predetermined value (for example, a numerical value 1) to the value of the distance P when the theoretical ultrasonic wave propagation time Tk and the inputted actual ultrasonic wave propagation time Ta do not coincide with each other. Go to (3).
In step (7), the determination circuit 14 inputs the depth d calculated in step (3) when the theoretical ultrasonic wave propagation time Tk and the input measured ultrasonic wave propagation time Ta coincide. Then, the input d is determined as the depth of the reflection source. That is, the determination circuit 14 determines that the value d at which the theoretical ultrasonic wave propagation time Tk and the input measured ultrasonic wave propagation time Ta coincide with each other is the depth of the reflection source 7 from the surface of the test body 5. The confirmation circuit 14 outputs the determined value d to the display screen 15 included in the display unit 20.
In step (5), the process in FIG. 4 is repeated until the theoretical ultrasonic wave propagation time Tk and the input measured ultrasonic wave propagation time Ta coincide.
The value of P usually starts from 0 and changes at a constant pitch determined from the allowable accuracy. Also, in the comparison of Ta and Tk in the item (4) in the figure, if the difference is within a certain range, it is considered that they match and the subsequent calculation is stopped and the confirmation signal g is output. I do not care.
[0052]
As described above, the ultrasonic inspection apparatus 100 includes the transmission probe 1 including the transducer 2 that generates ultrasonic waves, the reception probe 3 including the transducer 4 that receives ultrasonic waves, and the transducer. 2 calculates the relationship between the ultrasonic incident point 6 at which the ultrasonic wave generated from 2 enters the test body 5 and the depth d, which is an example of the position of the reflection source 7 inside the test body 5. The propagation time until the sound wave propagates to the vibrator 4 is measured, and the test is performed based on the relationship between the calculated position of the ultrasonic incident point 6 and the depth d of the reflection source 7 and the measured propagation time Ta. Detecting means for detecting the position of the reflection source 7 inside the body 5.
Further, the detection means includes the propagation time of the ultrasonic wave from the vibrator 2 to the surface of the test body in the propagation path through which the ultrasonic wave generated from the vibrator 2 propagates to the vibrator 4, and the surface of the test body 5 to the test body 5. The propagation time of ultrasonic waves to the internal reflection source 7, the propagation time of ultrasonic waves from the reflection source 7 to the receiving probe 3, and the propagation time of ultrasonic waves from the receiving probe 3 to the transducer 4 Is measured as the propagation time Ta, the relationship between the propagation time Ta and the depth d of the reflection source 7 from the surface of the test body 5 is obtained in advance, and the reflection source is calculated from the measured propagation time Ta. 7 is provided with a display screen 15 as an example of an output means for obtaining and outputting the depth d from the surface of the test body.
[0053]
As described above, in the ultrasonic inspection apparatus 100 using the TOFD method according to the first embodiment, the ultrasonic wave emitted from the transducer 2 of the transmission probe 1 is incident on the test body 5 and is reflected by the reflection source 7 inside the test body. A means for geometrically calculating a relationship between a propagation time until the transducer 4 of the receiving probe 3 reaches the transducer 4 after reflection and a depth d from the surface of the specimen to the reflection source 7; The depth d of the reflection source is precisely obtained from the propagation time between the transmitting and receiving probes and output.
[0054]
As described above, the ultrasonic inspection apparatus 100 according to Embodiment 1 includes the transmission probe 1 having the transducer 2 that generates ultrasonic waves and the reception probe having the transducer 4 that receives ultrasonic waves. 3 and detection means for detecting the position of the reflection source 7 inside the test body 5 based on Snell's law and the propagation time until the ultrasonic wave generated from the vibrator 2 propagates to the vibrator 4. Yes.
[0055]
As described above, the ultrasonic inspection apparatus 100 according to the first embodiment includes the transmission probe 1 that includes the vibrator 2 and that makes the ultrasonic wave generated from the vibrator 2 incident on the test body 5.
A receiving probe 3 having a transducer 4 and collecting ultrasonic waves from the test body 5 using the transducer 4;
A means for electrically driving the transmission probe 1 connected to the transmission probe 1 and the reception probe 3 and detecting an electrical signal from the reception probe 3; An ultrasonic flaw detector 9 for grasping at least one of the position and size of the reflection source 7 from the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the reflection source 7 existing inside the test body 5 between the tentacles;
In the ultrasonic inspection apparatus 100 by the TOFD method using
The ultrasonic wave emitted from the transducer 2 of the transmission probe 1 enters the test body 5 and is reflected by the reflection source 7 inside the test body 5, and then reaches the transducer 4 of the reception probe 3. An arithmetic circuit 13 for calculating in advance the relationship between the propagation time to the depth from the surface of the test body 5 to the reflection source 7,
Each of the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector 9 based on the relationship between the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe calculated in advance by the arithmetic circuit 13 and the depth of the reflection source 7. And a determination circuit 14 for obtaining and outputting the depth of the reflection source 7 from the propagation time between the transducers.
[0056]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram of the reflection source position calculation circuit 13 in the ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method according to the second embodiment.
In FIG. 5, reference numeral 18 denotes a measurement table creation circuit that lists the relationship between the reflection source depth d and the propagation time Tk according to the change in the incident point distance P according to a given constant. A measurement table storage circuit (an example of a storage unit) 19 and a measurement table 181 that store and hold the created table are the same as those in FIG. The arithmetic circuit 13 includes a measurement table creation circuit 18 and a measurement table storage circuit 19. The measurement table creation circuit 18 has a measurement table 181. Other configurations are the same as those in FIG.
[0057]
According to the second embodiment, in the configuration shown in FIG. 5, constants Va, Vt, h, and L determined for the state of the apparatus to be inspected and the test body 5 are input, and the propagation time for each incident point distance P If Tk and the reflection source depth d are obtained in advance, the reflection source depth d corresponding to Tk closest to the actually measured propagation time Ta can be obtained from the measurement table 181 immediately.
The arithmetic circuit 13 calculates in advance the relationship between the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe and the depth of the reflection source 7.
The measurement table creation circuit 18 creates a relationship between the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe and the depth d of the reflection source as a measurement table 181.
The measurement table storage circuit 19 stores the measurement table 181 in advance.
The arithmetic circuit 13 uses the measurement table 181 to obtain the depth of the reflection source from the propagation time between the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector 9.
[0058]
As described above, the ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method according to the second embodiment has the relationship between the propagation time between the transmission / reception probe according to the first embodiment and the depth of the reflection source obtained geometrically as a measuring means. The relationship is calculated in advance and stored as a measurement table so that the depth of the reflection source can be obtained immediately from the propagation time between the transmission and reception probes detected by an ultrasonic flaw detector. is there.
[0059]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a measurement table in the ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method showing the third embodiment.
In FIG. 6, the measurement table 181 includes a display position, a reflection source depth, an incident point position, a propagation distance within the test body, and a propagation time. The display position is represented by the number of display dots on the display screen 15. The reflection source depth is represented by d (unit: mm). The incident point position is represented by P (unit: mm). The propagation distance within the test body is represented by Lt (unit: mm). The propagation time is represented by Tk (unit: μs).
The measurement table 181 is held in the measurement table storage circuit 19 of FIG. In this table, it is assumed that the reflection source depth d is assigned for each display dot pitch on the display screen 15 and the propagation time Tk corresponding to the depth is calculated and summarized.
[0060]
FIG. 7 is an explanatory diagram of a display function according to the third embodiment.
In FIG. 7, the transmitting probe 1, the receiving probe 3, the test body 5, and the reflection source 7 (defect: D) present inside the test body are the same as those in FIG. Specimen surface propagation time 45 (Ts) which is the ultrasonic wave propagation time between the transmitting and receiving probes corresponding to the surface propagation wave (Ws) which propagates the surface of the specimen, which is a wave propagating in the TOFD method, and the upper end of the defect The reflection source upper end diffraction propagation time 46 (Tu), which is the ultrasonic propagation time between the transmission and reception probes corresponding to the diffraction wave (Wu) from the part, and the transmission and reception probe corresponding to the diffraction wave (Wl) from the defect lower end part Reflector bottom diffraction propagation time 47 (Tl), which is the ultrasonic wave propagation time between the elements, and the bottom surface of the test object, which is the ultrasonic wave propagation time between the transmitting and receiving probes corresponding to the bottom reflected wave (Wb) reflected from the bottom surface of the test object The reflection propagation time 48 (Tb) is the same as in FIG.
In FIG. 7, reference numeral 16 denotes an image displayed on the display screen, which is a trajectory of the specimen surface wave along the scanning direction 17 of the transmission / reception probe as a result of scanning the transmission / reception probe perpendicular to the paper surface. Specimen surface propagation wave display 51, reflection source upper end diffracted wave display 52 that is the locus of the reflection source upper end diffracted wave, reflection source lower end diffracted wave display 53 that is the locus of the reflection source lower end diffracted wave, and trajectory of the test object bottom surface wave. A specimen bottom reflected wave display 54 is displayed.
[0061]
The ultrasonic flaw detector 9 is equipped with a display screen 15 which is an example of a display having predetermined display dots.
In the measurement table 181, the display dot pitch of the display screen 15 provided in the ultrasonic flaw detector 9 is configured as one data reference, and the propagation time between the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector 9 is determined. The position of the display dot is determined so as to be proportional to the depth of the corresponding reflection source 7 and stored in the measurement table storage circuit 19.
The display means 20 in the ultrasonic flaw detector 9 further displays on the display screen 15 on a scale in which the depth of the reflection source 7 is proportional to the actual depth in the test body 5.
[0062]
According to the third embodiment, by extracting the propagation time Tk closest to the actually measured propagation time Ta from the table, the reflection source depth d can be obtained and the display position on the display screen 15 can be determined immediately.
[0063]
As a result, as shown in FIG. 7 as a display method in the defect detection stage in the D scan in which the probe is scanned along the inspection site, the vertical axis is the thickness of the specimen, and the depth of the defect (reflection source) is displayed. An ultrasonic inspection apparatus capable of matching the positional relationship is realized.
[0064]
As described above, in the ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method according to the third embodiment, the measurement table 181 according to the second embodiment is configured in units of display dot pitch of the display equipped in the ultrasonic flaw detector 9. The depth of the reflection source is displayed on a scale proportional to the actual depth by determining the display dot corresponding to the propagation time between the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector 9. Image display means.
[0065]
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, usage examples and application examples of the ultrasonic inspection apparatus 100 in each of the above embodiments will be described. The ultrasonic inspection apparatus 100 can be used in addition to detecting the position of the reflection source of the horizontal member.
FIG. 8 is a diagram showing an example of ultrasonic inspection of the tube body.
In FIG. 8, the ultrasonic inspection apparatus 100, the ultrasonic flaw detector 9, the transmission probe 1, the reception probe 3, and the scanning direction 17 of the probe are the same as those in the above embodiments.
In FIG. 8, when a pipe having a thickness t is welded in the circumferential direction so as to be connected in the axial direction, an ultrasonic inspection apparatus 100 is used to check whether or not a defect that becomes the reflection source 7 exists in the welded portion. This is an example.
The transmitting probe 1 and the receiving probe 3 are arranged so that the welded portion comes to an intermediate position between the transmitting probe 1 and the receiving probe 3. After the arrangement, the position of the reflection source is inspected as described in the above embodiments. When the inspection is completed at one place, the transmitting probe 1 and the receiving probe 3 are moved in the scanning direction 17 of the probe, and the position of the reflection source is similarly checked. By repeating this, it is possible to inspect the presence of the reflection source and the position of the reflection source in the case of the entire circumference of the tube.
[0066]
The ultrasonic inspection apparatus 100 can also measure the thickness of the test specimen (here, the thickness t of the pipe) in addition to inspecting the defects inside the test specimen (here, the pipe). The ultrasonic inspection apparatus 100 is not limited to this, but can detect, for example, a thickness t of 5 mm to 100 mm.
[0067]
FIG. 9 is a diagram showing an example of ultrasonic inspection of the tube body.
In FIG. 9, the ultrasonic inspection apparatus 100, the ultrasonic flaw detector 9, the transmission probe 1, and the reception probe 3 are the same as those in the above embodiments.
FIG. 9 shows an example in which the ultrasonic inspection apparatus 100 is used to check whether or not a defect that becomes the reflection source 7 exists in the welded portion when the pipes are welded in the radial direction to connect the pipes in the circumferential direction.
The transmitting probe 1 and the receiving probe 3 are arranged so that the welded portion comes to an intermediate position between the transmitting probe 1 and the receiving probe 3. After the arrangement, the position of the reflection source is inspected as described in the above embodiments. Here, although the transmission probe 1 and the reception probe 3 are not arranged horizontally, the angle γ1 in the tangential direction between the transmission probe 1 and the circle of the tube and the reception probe 3 are set. The position of the reflection source can be inspected by taking into account the angle γ2 in the tangential direction with the circle of the tube.
[0068]
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of ultrasonic inspection of a seabed obstacle.
In FIG. 10, the ultrasonic inspection apparatus 100, the ultrasonic flaw detector 9, the transmission probe 1, and the reception probe 3 are the same as those in the above embodiments.
In FIG. 10, the transmitting probe 1 and the receiving probe 3 are arranged on the sea surface (water surface). After the arrangement, the position of the reflection source is inspected as described in the above embodiments. Submarine obstacles also serve as reflection sources, so it is possible to inspect the position of the submarine obstacle.
[0069]
As described above, the ultrasonic inspection apparatus 100 in each of the above-described embodiments can be the position of a reflection source as long as it is a test body constituted by an ultrasonic wave propagation object and an ultrasonic wave reflection source. The thickness (depth, distance in a predetermined direction) of the specimen can be detected.
[0070]
As described above, the ultrasonic inspection apparatus 100 in the above-described embodiment includes the transmission probe 1 that makes ultrasonic waves incident on the test body and the reception probe 3 that collects ultrasonic waves from the test body 5; Means for electrically driving the transmitting probe 1 and detecting an electric signal from the receiving probe 3 connected to the probe, and is present inside the specimen 5 between the transmitting and receiving probes. In the ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method, which includes an ultrasonic flaw detector 9 that quantitatively grasps the position and size of the defect from the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the defect, which is the reflection source 7. The ultrasonic wave emitted from the transducer 2 of the transmission probe 1 enters the test body 5 and is reflected by the reflection source 7 inside the test body 5, and then reaches the transducer 4 of the reception probe 3. The relationship between the propagation time up to and the depth from the surface of the test body 5 to the reflection source 7 is A means for geometrically calculating according to a law, and accurately obtaining the depth of the reflection source 7 from the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe detected by the ultrasonic flaw detector 9; It is characterized by comprising an operation measuring means for performing.
[0071]
In addition, the calculation measurement means calculates in advance a relationship between the propagation time between the transducers of the transmission / reception probe and the depth of the reflection source 7 which are geometrically determined, and stores them as a measurement table 181. The depth of the reflection source 7 can be directly obtained in accordance with the propagation time between the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector 9.
[0072]
Further, the measurement table 181 is configured with the display dot pitch of the display equipped in the ultrasonic flaw detector 9 as one data reference, and the propagation time between the transmission / reception probes detected by the ultrasonic flaw detector 9. By determining the position of the display dot corresponding to, the display means 20 is provided which displays the depth of the reflection source 7 on a scale proportional to the actual depth within the test body.
[0073]
As described above, in the above embodiment, after the ultrasonic wave emitted from the transducer 2 of the transmission probe 1 is incident on the test body 5 and reflected by the reflection source (defect) 7 inside the test body, Means for calculating the relationship between the propagation time of the reception probe 3 to the transducer 4 and the depth from the surface of the test body to the reflection source 7, and the transmission / reception detected by the ultrasonic flaw detector The present invention provides a high-accuracy ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method by providing arithmetic and measuring means for accurately obtaining and outputting the depth of the reflection source from the propagation time between the probes.
[0074]
As described above, in the above embodiment, the position and size of the defect are quantitatively determined from the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the defect which is a reflection source existing inside the specimen between the transmitting and receiving probes. In the ultrasonic inspection device grasped in the following, even if the incident angle or refraction angle of the ultrasonic wave changes depending on the position of the probe, the ultrasonic wave emitted from the transmitting probe is incident on the test body and the reflection source inside the test body An ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method that accurately obtains and outputs the relationship between the propagation time from reaching the receiving probe to the receiving probe and the depth from the surface of the test object to the reflection source is provided. The means is that after the ultrasonic wave emitted from the transducer 2 of the transmission probe 1 is incident on the test body 5 and reflected by the reflection source 7 inside the test body, it is applied to the transducer 4 of the reception probe 3. It has a means to geometrically calculate the relationship between the propagation time to reach and the depth from the specimen surface to the reflection source, and the depth of the reflection source is accurately determined from the propagation time between the transmitting and receiving probes. Output.
[0075]
In the above description, what has been described as “to part” in the description of each embodiment, the measurement circuit 12, the arithmetic circuit 13, and the determination circuit 14 can be partially or entirely configured by a computer-operable program. .
These programs can be created in C language, for example. Alternatively, HTML, SGML, or XML may be used. Alternatively, the screen display may be performed using JAVA (registered trademark).
In addition, what has been described as the “˜unit”, the measurement circuit 12, the arithmetic circuit 13, and the determination circuit 14 in the description of each embodiment may be realized by firmware stored in the ROM. Alternatively, it may be implemented by software, hardware, or a combination of software, hardware, and firmware.
In addition, the program that implements each of the above-described embodiments also includes other recordings such as a magnetic disk device, an FD (Flexible Disk), an optical disk, a CD (compact disk), an MD (mini disk), a DVD (Digital Versatile Disk), and the like. A recording apparatus using a medium may be used.
The display screen 15 may use an output device such as a CRT display device, an LCD display device, another display device, or a printer device 87.
In FIG. 2, the ultrasonic flaw detector 9 includes input means using a touch panel on the display screen 15, input buttons, arrow keys for scrolling the pointer, and the like. You may have.
[0076]
【The invention's effect】
According to the present invention, the path from the ultrasonic beam emitted from the transducer in the transmitting probe to the transducer in the receiving probe through the reflection source in the test body is geometrically determined. By calculating strictly from the above equation, the depth and size of the reflection source can be accurately grasped with a small error.
[0077]
Further, according to the present invention, the measurement table for calculating the relationship between the ultrasonic wave propagation time and the reflection source depth in advance and putting it into a table is a pitch unit of display dots of the display device equipped in the ultrasonic flaw detector. By configuring the display dot from the propagation time between the transmission and reception probes detected by an ultrasonic flaw detector, the depth of the reflection source is displayed on a scale proportional to the actual depth, The internal state of the test specimen can be accurately confirmed with good visibility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram illustrating a calculation function of a reflection source position in the first embodiment.
FIG. 2 is an external view of an ultrasonic inspection apparatus.
FIG. 3 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus based on the TOFD method showing the first embodiment.
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of a reflection source position calculation circuit.
5 is a configuration diagram of a reflection source position calculation circuit in Embodiment 2. FIG.
6 is an example of a measurement table in a reflection source position calculation circuit according to Embodiment 3. FIG.
7 is an explanatory diagram of a display function according to Embodiment 3. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing an example of ultrasonic inspection of a tube body.
FIG. 9 is a diagram showing an example of ultrasonic inspection of a tube body.
FIG. 10 is a diagram showing an example of ultrasonic inspection of a seabed obstacle.
FIG. 11 is a diagram showing a propagation path of an ultrasonic beam by a TOFD method.
FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the propagation time of an ultrasonic beam and the position of a reflection source in a conventional TOFD method.
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a received waveform and a propagation time in the TOFD method.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a display function in a conventional ultrasonic inspection apparatus using the TOFD method.
[Explanation of symbols]
1 Transmitting probe, 2 transducers, 3 receiving probe, 4 transducers, 5 specimen, 6 ultrasonic incident point, 7 reflection source, 8 ultrasonic incident point, 9 ultrasonic flaw detector, 10 transmission Circuit 11 reception circuit 12 measurement circuit 13 calculation circuit 14 determination circuit 15 display screen 16 display image 17 probe scanning direction 18 measurement table creation circuit 19 measurement table storage circuit 20 display means 21 Distance (Lo), 22 Height (h), 23 Distance (Lx), 24 Reflector depth (d), 25 Distance (L), 26 Distance (P), 27 Incident angle (αp), 28 Refraction Angle (θp), 29 Longitudinal sound velocity (Va), 30 Longitudinal wave sound velocity (Vt), 31 Horizontal distance (2S), 32 Horizontal distance (S), 33 Horizontal distance (X), 34 Propagation distance (Lat), 35 Propagation distance (Ltt), 36 Propagation distance (Ltr), 37 Propagation Distance (Lar), 38 Propagation time (Ta), 41 Specimen surface propagation wave (Ws), 42 Reflector upper edge diffracted wave (Wu), 43 Reflector lower edge diffracted wave (Wl), 44 Specimen bottom surface reflected wave (Wb) ), 45 Specimen surface propagation time (Ts), 46 Reflection source top diffraction propagation time (Tu), 47 Reflection source bottom diffraction propagation time (Tl), 48 Specimen bottom surface reflection propagation time (Tb), 51 Specimen surface propagation Wave display, 52 Reflection source upper end diffracted wave display, 53 Reflection source lower end diffracted wave display, 54 Specimen bottom surface reflected wave display, 100 Ultrasonic inspection apparatus, 133,134 calculation unit, 181 measurement table.

Claims (3)

In the ultrasonic inspection apparatus that inspects the reflection source inside the specimen using ultrasonic waves,
A first vibrator that generates ultrasonic waves;
A transmission probe for transmitting the ultrasonic wave generated by the first vibrator into a test body having a reflection source therein;
A receiving probe for receiving an ultrasonic wave transmitted by the transmitting probe reflected by a reflection source included in the test body;
A second transducer for receiving the ultrasonic wave received by the receiving probe and converting it into a predetermined signal;
The first and second transducers, the transmission probe, the reception probe , the first surface position that is the ultrasonic incident point from the transmission probe to the test body, and the test body Based on the positional relationship information between the second surface position , which is the ultrasonic incident point on the receiving probe, and the reflection source, from the transducer center point of the transmitting probe to the first surface position . A correlation information between a first distance in a direction parallel to the surface of the transmitting probe including the first surface position in between and a second distance between the surface of the specimen and the reflection source is calculated. 1 calculation unit;
Based on the correlation information calculated by the first calculation unit, ultrasonic waves generated by the first transducer with respect to the second distance are sequentially transmitted to the transmission probe and the first surface. The theoretical ultrasonic wave propagation time until it propagates to the second transducer via the position, the reflection source, the second surface position reflected and propagated by the reflection source, and the receiving probe. A second calculation unit for calculating;
The ultrasonic waves generated by the first transducer are sequentially reflected by the transmitting probe, the first surface position, the reflection source, the reflection source, the second surface position, and the reception. A measurement unit for measuring an actual ultrasonic wave propagation time until it propagates to the second transducer via the probe
The second distance at which the theoretical ultrasonic wave propagation time calculated by the second calculating unit and the actual ultrasonic wave propagation time measured by the measuring unit coincide with each other is determined as the depth of the reflection source from the specimen surface. An ultrasonic inspection apparatus comprising: a determination unit that performs the determination. The second calculation unit calculates in advance a relationship between a propagation time from the first vibrator to the second vibrator and the second distance, and from the first vibrator to the second The relationship between the propagation time to the transducer and the second distance is stored in advance in the storage unit as a measurement table, and the measurement table is used to calculate the relationship from the measured ultrasonic propagation time measured by the measurement unit. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein a second distance is obtained. The ultrasonic inspection apparatus is equipped with a display having predetermined display dots,
Said measuring table constitutes the pitch of the display dots of the display unit as one data reference, the display dot to be proportional to the second distance corresponding to the measured ultrasonic wave propagation time which the measuring portion is measured The position is determined and stored in the storage unit, and the ultrasonic inspection apparatus further includes display means for displaying the second distance on the display unit on a scale proportional to the actual depth in the test body. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 2.

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