JP3730429B2 - Ultrasonic flaw detection result display method and ultrasonic flaw detection apparatus - Google Patents

Ultrasonic flaw detection result display method and ultrasonic flaw detection apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探傷結果の表示技術に関わり、特に、超音波ホログラフィ法による表示方法及び超音波探傷装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波探傷結果の表示には、従来からAスコープ法(Aスキャン図形)、Bスコープ法(Bスキャン図形)及びCスコープ法(Cスキャン図形)が用いられている。Bスコープ法は、Aスコープ図形を輝度変調して線で表し、検査対象上における位置と音波伝播時間を直角座標(X、Z軸)に表示し、探傷結果を被検査体の断面図として表現することができる。Cスコープ法は、探傷結果を被検査体の上から見た平面図(X、Y軸)の形式で表現する。BスコープやCスコープによる探傷結果の表示は、本来3次元形状である被検査体の探傷結果をある平面に射影した2次元でしか表示できない。
【0003】
探傷結果の3次元的な表示を実現するためには、受信された超音波の強度だけでなく、超音波の位相情報に注目した探傷方法及び表示方法を行う必要があり、光学ホログラフィの原理を応用した、超音波ホログラフィ法が知られている。
【0004】
光ホログラフィ法の原理は、レーザ光のような位相の揃った光を物体に入射し、物体から散乱される光の位相情報を、入射光と散乱光の干渉模様としてフィルムに記録し、その後、そのフィルムに光を当てることで、再び散乱光の位相情報を再現する。一般に、物体からの散乱光と入射波の干渉模様(物体の3次元幾何情報である)をフィルムに記録したものをホログラム、物体からの反射波と干渉させる光(この例では入射波)を参照波と呼び、ホログラムに光を当てて干渉情報を再現することをホログラムの再生、ホログラム再生のためにホログラムに当てた光を再生参照波と呼ばれる。
【0005】
初期の超音波ホログラフィ法は、光学ホログラフィと同様、受信波と参照波を干渉させてホログラムを作成していた。この方法を用いて探傷結果を表示することで、3次元的な映像を得ることができる。しかし、参照波と干渉させるのに、数μ秒から数10μ秒のパルス幅を持った超音波(sin波)を使用するため、sin波を送信するための発振器や電力増幅器が必要となり装置が大型化する。また、時間的に広がった送信波を用いるために、通常の鋭いパルス波を用いる場合に比べて、受信波の時間分解能が低下し異なる反射位置からの波を弁別しにくくなり、探傷結果の測定精度が低下する。
【0006】
初期の超音波ホログラフィ法の問題点を解決する方法として、ディジタル方式超音波ホログラフィ探傷方法(特開昭54−8584号)がある。ディジタル方式超音波ホログラフィ探傷方法は、送信波にスパイク状のパルスエコーを用い、参照波との干渉の代わりに、受信波とクロックパルスとのコインシデンスによってホログラムを作成する。このため、装置の小型化や、受信波の時間分解能を高めて探傷結果の測定精度の向上が可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波探傷結果の表示技術では、上述した2次元、3次元の表現形式とは別に、超音波のモード変換によって生じる探傷結果の誤認の問題がある。被検査体に送信された超音波は、例えば、水中から縦波の超音波を鋼中に入射すると、鋼中では縦波のみならずモード変換した横波の超音波も伝播する。このモード変換を利用すれば、縦波では到達できない位置を横波で検査することが可能になる。ところが、被検査体内部の反射源(傷など)の個数が1つであっても、送信に使用した超音波モードによるエコーと、モード変換により生じたエコーの両方が探触子で受信され、あたかも複数個の反射源が存在するかのようにインジケーション(図形)が現われる。
【0008】
この問題点は、上述したディジタル方式超音波ホログラフィ探傷方法によっても解決できない。つまり、反射源から複数個のエコーが受信される場合、それらのエコーのうち、探傷に用いたモード(例えば、縦波)によるエコーとモード変換により生じたモード(例えば、横波)によるエコーを識別できない。そのため、探傷結果に基づいた反射源の位置及び個数を正しく表示することができず、超音波探傷結果の診断に誤りを生じやすく、検査員は高度の熟練を要求されることになる。
【0009】
本発明の目的は、上記した従来の超音波ホログラフィ法の問題点を克服し、複数のモードによる超音波の探傷結果から実際に存在する反射源(傷)を識別し、実際に即した正しい探傷図形を2次元または3次元で表示する、信頼性の高い超音波探傷結果の映像表示方法及び超音波探傷装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信し、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源図形を表示する超音波探傷結果の表示方法において、探触子を走査しながら送受信を繰り返して送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、1ライン走査の探傷データからBスコープ図形データを作成し、前記Bスコープ図形を再生領域とすると共に、前記探傷データに対し波数kの参照波を数値的に干渉させてホログラムを作成し、前記再生領域に指定モードの超音波の音速を用いてホログラム再生を行い、再生像を画面表示することを特徴とする。なお、画面表示は2次元または3次元による。また、前記探傷データに前記エコーの信号強度を含んでもよい。
【0011】
これによれば、各エコーの実際の音速と、指定モードの超音波によるホログラム再生の音速が一致する場合にのみ、ホログラム参照波の位相が揃ってホログラム再生像が結像され、音速が不一致の場合は再生像が得られないため、本来反射源のない位置にあらわれる反射源のインジケーションが自動的に消去され、実際に存在する反射源の映像が正しい位置に表示される。
【0012】
なお、前記所定モードの超音波は通常は縦波で、入射縦波のモード変換による横波も用いられる。一方、前記指定モードの超音波音速は縦波および/または横波の値を設定し、あるいは、前記指定モードの超音波の音速は縦波、横波の他に、縦波と横波の平均値を設定し、複数の指定モードによる再生像は重畳表示される。この場合、同一の反射源からの再生像は一致または近接する。
【0013】
また、前記再生領域は、前記Bスコープ図形データの各点を超音波の屈折角θだけ回転させて求める。これにより、超音波の広がりの影響が低減される。
【0014】
また、前記参照波にcos関数を用い、その位相を前記波数kと前記エコーの伝播距離から決定し、かつ、前記超音波の伝播速度の逆数として定まる前記波数kを整数倍して可変設定することを特徴とする。これによれば、参照波に振動波のcos関数を用いるので、反射波データとの数値的な干渉効果が得やすい。また、波数kをn倍して可変し、再生像を適切な解像度に調整することができる。
【0015】
上記した本発明の方法を実現する装置は、被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信する超音波探触子と、前記探触子を被検査体上の所定の走査経路に従って走査する探触子移動機構と、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源の図形データを作成する探傷図形表示処理機構と、作成された図形データを画面表示する表示装置を備える超音波探傷装置であって、前記探傷図形表示処理機構は、前記探触子移動機構で走査される前記探触子から送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、1ライン走査の探傷データからBスコープ図形データを作成し、前記Bスコープ図形を再生領域とし、指定モードの超音波の音速を用いて超音波ホログラフィ法によるホログラム像の再生を行い、再生像を2次元または3次元で画面表示することを特徴とする。
【0016】
前記表示装置は、前記指定モードの超音波の被検査体中の音速を任意に選択するための入力画面を具備し、表示する再生像を任意に、かつ1から複数、選択できるようにしている。また、前記探傷図形表示処理機構は、前記参照波の波数kを整数(n)倍して可変設定する手段を設け、再生像の解像度を任意に調整可能としている。
【0017】
また、前記指定モードの超音波音速が複数指定される場合に、前記表示装置は、各音速による再生像が一致あるいは近接した場合に、一致した再生像同士を、一致しない再生像とは異なる色を用いて表示する。あるいは、各音速による再生像が、一致あるいは近接した場合にのみ、その再生像を表示することを特徴とする。これにより、本来反射源のない位置にあらわれる反射源のインジケーションと、実際に反射源のある位置にあらわれる反射源のインジケーションが明確に区別され、反射源の映像を位置精度よく表示させることができる。
【0018】
図1を参照して、本発明による超音波探傷結果の映像表示方法の概略の手順を説明する。(a)は探傷模式図で、探触子101から被検査体102に超音波を斜角入射し、反射源3から受信された縦波104及び横波105のエコー信号を探触子101で受信する。(b)は探傷結果のAスコープ図形で横軸に時間t、縦軸に信号強度である振幅Aをとり、超音波の送信パルス106、被検査体102の表面エコー107、底面エコー110及び反射源103からの縦波エコー108、横波エコー109を示している。なお、反射源103で縦波からモード変換した横波エコーがある受信される場合は、エコー108とエコー109の間に位置する。
【0019】
(c)はBスコープ図形で横軸Xに探触子101の走査位置、縦軸Zに探触子101から反射源103までの超音波伝播距離を、X軸の1ライン分について2次元で示している。縦波エコー及び横波エコーによる反射源は、それぞれインジケーション115、116として示される。(d)はホログラム再生領域の計算結果で、Bスコープによるインジケーション115、116は各々の1点毎に超音波の屈折角θだけ回転され、再生領域117、118となる。
【0020】
(e)はホログラムの作成を示し、各点のエコー信号のデータに参照波(cos関数)を数値的に干渉させ、一致或は不一致を記録することで、ホログラムを作成する。すなわち、エコー信号の受信時間に比例する量である片道伝播距離(Zij)を基に、処理開始位置121から処理終了位置122で定められる探傷領域の間の各送受信位置(xi,yj)において、数値的に参照波と干渉させたホログラムH(xi,yj)を、1ライン(1次元)について集積するとホログラム127、128が得られる。
【0021】
(f)は再生像の作成と表示で、ホログラムHから再生領域に指定モードの音速毎に像再生する。例えば、指定モードが縦波の再生像129と横波の再生像130が表示される。一方、反射源103で縦波から横波にモード変換した反射波によるエコーの再生像131は指定モードの選択外となって消去される。
【0022】
このように、超音波のモード変換等による実際のエコーの音速と一致しない虚像は消去され、実際の探傷に作用した縦波及び/又は横波のエコーによる再生像が正しい位置に再現でき、同一反射源であれば同一または近似位置に表示されるので、反射源の数や位置の誤認が防止できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の複数の実施例について図面を用いて詳細に説明する。以下では、Bスコープ図形データを対象に、本発明の超音波ホログラフィ法により補正された図形表示の実施例を説明する。Bスコープ図形は、検査対象上における位置と片道音波伝播距離を直角座標に表示するものである。
【0024】
〔実施例1〕
図2は、実施例1による超音波探傷システムの機能ブロック図を示す。本システムは、探触子101、探触子移動機構110及び超音波探傷器120を有する探傷機構と、超音波ホログラフィ法による図形表示を行う探傷図形表示処理機構200に大別される。探傷図形表示処理機構200は画像表示装置201、画像表示データ演算装置202、記憶媒体203、制御装置204、ピーク検出処理演算部205、データ記憶部206、探傷データメモリ207、A/D変換器208及び受信器209から構成される。
【0025】
超音波探触子101は、探触子移動機構110により被検査対102のXY平面上を走査径路に沿って走査される。超音波探傷器120は、被検査体102の材質あるいは映像化したい反射源103の大きさに対して、適切な周波数のパルス信号を発信して探触子101を励振し、超音波を発生させる。例えば、被検査体102がステンレス鋼、映像化したい反射源103が数mm程度であった場合、発信信号として5MHzの周波数を用いる。
【0026】
探触子移動機構110として、例えばステッピングモータを使用する。制御装置204は、入力装置208からデータ記憶部206に入力された探傷条件、例えば探傷開始位置、探傷終了位置、探触子移動ピッチ、走査径路等のデータに従って、探触子移動機構110を制御する。また、探触子101を移動させながら、探触子位置をデータ記憶部206に記憶する。
【0027】
探触子101からの超音波は被検査体102に入射され、内部を伝播して反射(或は透過)したエコー信号が、再び探触子101で受信され、電気信号に変換される。探触子101で受信された信号は、受信器209を経てA/D変換器208でデジタル信号に変換され、送受信時間及び波高値等が探傷データメモリ207に記憶される。
【0028】
A/D変換器208は、超音波の周波数及び被検査体内の伝播音速に対して、サンプリング周波数及びサンプリング点数を適切に選択する。例えば、5MHzの超音波を使用し、ステンレス鋼に縦波超音波を入射して検査する場合、サンプリング周波数を25Mから100MHz、サンプリング点数を1024から4096とする。デジタル化された超音波信号は、探傷データメモリ207に一旦、格納され、ピーク検出処理演算部205が所定の時間領域(被検査体102の表面と底面の間の時間差領域)で、しきい値以上の受信波形のピークを検出し、波形毎に受信時間を求めて、画像表示データ演算装置202に送る。
【0029】
探傷条件や画像表示処理に用いるパラメータは、入力装置208によってデータ記憶部206に設定される。パラメータには、後述する画像表示処理の特徴的処理に必須な音速データ2061や、再生像の解像度を調整するための波数kの倍数n2062を含む。また、データ記憶部206には、制御装置204から送られてくる探触子位置(x,y)や超音波の送信時間T0 が記憶され、画像表示データ演算装置202で使用される。
【0030】
画像表示データ演算装置202は、収集した探傷データを基に画像データの演算処理を行ない、1ライン走査の探傷に対する画像データをBスコープで表示する。そして、探触子101が探傷領域内の走査を継続している間中、収集した探傷データの演算処理と探傷結果表示を繰り返す。1ラインまたは全探傷領域の走査が終了した後、走査径路における探傷結果から本発明の超音波ホログラフィ法による画像データを作成し、2次元または3次元図形による探傷結果の表示を行う。
【0031】
図3は、超音波探傷システムのハード構成を示す外観図である。探傷図形表示処理機構200は、計算機10、ディスプレイ装置11、計算機本体とバスで接続されたインターフェース装置13から構成される。インターフェース装置13は、A/D変換器208でデジタル変換された超音波信号を演算装置202の演算部に受け渡す。また、探触子移動機構110を制御装置204により制御し、かつ探触子101の位置データを収録しデータ記憶部206に受け渡す。
【0032】
探傷図形表示処理機構200に対する入力装置210として、キーボードやポインティングデバイスを用いる。図4にパラメータ入力画面の一例を示す。この画面により、被検査体や媒質の材質と音速が設定される。例えば、被検査体がSUS304の場合、その縦波音速VL=6000m/s、横波音速VT=3000m/sである。また、媒質が水の場合、その縦波音速VL=1500m/sである。
【0033】
図5に、本実施例の超音波探傷システムのオンライン処理の概略フローを示す。まず、初期パラメータを読み込む(S10)。探傷図形表示処理機構200は、入力装置208からの初期パラメータを取り込み、データ記憶部206に記憶する。また、画像表示データ演算装置202が処理に用いる、音速を含むパラメータをデータ記憶部206から読み込む。そして、探触子101が探傷開始位置にセットされて、探傷が開始され(S20)、これと共に画像表示データ演算装置202のオンライン処理が実行される。
【0034】
図7は、超音波探傷の初期設定に関するデータであり、探傷に用いる超音波の周波数f、被検査体102の縦波及び横波音速V、超音波の屈折角θ、A/D変換器208のサンプリング周波数fsample、X軸Y軸それぞれの探触子走査ピッチδx,δy、XY平面の探傷開始位置x0,y0、終了位置xe,ye等を含む。
【0035】
画像表示データ演算装置202は、制御装置204が発行する探触子位置、本例では送受信位置と超音波送信パルスの送信時間、ピーク検出処理を経た超音波受信データの受信時間からなる探傷データを収集し(S30)、サンプリング点、さらに1ラインの画像データの演算処理(1)を行う(S40)。ここでは、Bスコープ図形データの作成が行なわれ、画像データメモリ203に蓄積されるとともに、画面表示装置201にBスコープ表示を行う(S50)。この処理は、制御装置204から探傷終了が通知されるまで(S60)、つまり探触子101が探傷終了位置に到達するまで繰り返される。
【0036】
図8は、探傷結果に関するデータであり、探触子位置信号Xi,Yi、送信時間T0、受信波形のうちピーク検出処理演算部205で検出されたピーク波形の受信時間Tij,m 及び受信信号強度Iij,m を含む。
【0037】
図9に、ピーク検出処理演算部の検出波形を示す。ピーク検出処理演算部205は、信号強度がしきい値以上で、表面エコーから底面エコーの時間領域にあるピーク波形を検出する。図示例では、反射源103からの縦波と横波それぞれによる受信信号を検出している。縦波ピークの受信時間はTij1 ,横波ピークの受信時間はTij2 である。
【0038】
画像表示データ演算装置202は探傷が終了すると、画像データメモリ203からBスコープ図形データを取り出し、超音波ホログラフィ法による演算処理(2)を行い(S70)、ホログラフ再生像による反射源図形の2次元または3次元表示を行う(S80)。
【0039】
図6に、画像データの演算処理の詳細フローを示す。まず、S40の画像データ演算(1)として、被検査体の伝播速度を読み込む(S401)。本実施例では、縦波速度VLと横波速度VTの2つである。次に、ピーク検出された探傷データから、Bスコープ図形データを作成して図形データメモリ203に記憶する(S402)。
【0040】
図10に、Bスコープ図形データの一例を示す。A/D変換において何番目(i,j)のデータ点数か、ピーク検出において何番目(m)のエコーかを示すインデックス(i,j,m)と、信号の送受信位置(xi,yi)、送信時間(T0)及びピーク検出されたエコーの受信時間(Tij,m)を含む。なお、本例の探触子101は媒質(水)を介さず、被検査体102に直接、当接している。
【0041】
図12を参照しながら、Bスコープ図形作成の方法を説明する。探触子移動機構110からの探触子101の位置信号(Xij,Yij)と、X,Y軸の移動ピッチ(δx,δy)から超音波送受信位置(xi,yj)を数1で計算し、送信時間T0と受信時間Tij,1,Tij,2及びA/D変換器208のサンプリング周波数(fsample)から、送受信位置(xi,yj)における探触子101から反射源103までの片道伝播時間△tij,1,△tij,2を数2で計算する。
【0042】
【数1】

Figure 0003730429
【0043】
【数2】
Figure 0003730429
【0044】
次に、片道伝播時間△tij,m と検査体102中の伝播速度Vから、m番目のエコーに対する送受信位置(xi,yj)の表面から反射源103までの片道伝播距離Zij,m を数3で計算し、Bスコープ図形の1点のデータを求める。なお、m番目のエコーとは、ピーク検出処理演算部205によって選択される時間領域内に存在するエコーの順番である。受信されるエコーの数は、反射源の数や超音波の屈折角によって変わる。
【0045】
【数3】
Figure 0003730429
【0046】
ここで、探傷に使用する音速Vは縦波音速VL及び横波音速VTとする。この点データを走査経路の1ライン(yj を一定として、xi のi=始点〜終点まで走査)について集積すると、反射源103に対し縦波音速VLを用いた演算結果である図形115と、横波音速VTによる図形116が表示される。
【0047】
次に、画像データ演算(2)の処理(S70)を、ホログラム再生領域の計算(S701)、ホログラム作成(S702)、ホログラム再生演算(S703)、音速毎の画像表示データの作成(S704)の順で説明する。本実施例では、まず縦波音速VL、ついで横波速度VTで演算処理する。
【0048】
図13に、ホログラム再生領域作成の説明図を示す。数3によって得たBスコープ図形データは、XZ座標における点の集合(図形115,116)として表現される。この1点1点に対して、その点をX軸に射影した点を中心として、超音波の屈折角θに等しい角度で回転変換を行う。
【0049】
超音波の屈折角θにより、Bスコープ図形115,116の各点を回転させ、XZ断面におけるホログラム再生領域117,1118を数4により求める。さらに、走査軸Yの値yj を変え、各yに対してXZ断面におけるホログラム再生領域を作成する。ホログラム再生領域のデータは、図形データメモリ203に一時記憶される。
【0050】
【数4】
Figure 0003730429
【0051】
これによれば、Bスコープ図形全体を同時に回転するのではなく、各点は各々と送受信位置(xi,yj)を結ぶ線からθだけ回転されるので、回転後の図形117及び118はそれぞれ回転前の図形115、116よりも、その占める領域が小さくなり、実際の反射源に対する図形(インジケーション)の誤差が、この回転処理によって小さくできる。
【0052】
図14に、ホログラム作成の説明図を示す。本実施例はパルス波を用いた超音波ホログラフィ法を採用している。従来の方法は、送信波にパルス波を用い、受信されるパルス波の受信時間と、参照波に相当するクロックパルスとの一致或は不一致を記録することで、ホログラムを作成している。これに対し、本実施例では、参照波に相当するものとしてクロックパルスを用いず、例えばcos関数のような振動関数を用い、受信パルス波の受信時間をcos関数の引数とすることで、参照波と受信波を干渉させる効果を数値的に与え、ホログラムを作成する。
【0053】
本実施例によるホログラムHは、数5の演算によって作成される。すなわち、受信時間に比例する量である片道伝播距離(Zij)を基に、処理開始位置121から処理終了位置122で定められる探傷領域の間の各送受信位置(xi,yj)において、数値的に参照波と干渉させたホログラムH(xi,yj)を数5により作成する。
【0054】
【数5】
Figure 0003730429
【0055】
数5において、数値的な干渉に用いる参照波(cos関数)の波数kとして、k=n×2πf/Vを用いる。ただし、Vは鋼中を伝播するモードの超音波音速、fは探傷に使用する超音波の周波数、nは自然数である。n=1の場合、送信される超音波の周波数と計算上の参照波の周波数が同じになり、k=2π/λとなる。nの値を大きくすることで、より高い周波数を持つ参照波との干渉を数値的に計算することができる。
【0056】
ここで、数5の導出過程を数6〜数9により説明する。被検査体102に数6に示す角振動数ω(=2π/f)の超音波を送信すると、反射源103により数7に示すエコーが受信される。ここで、rは受信間での伝播距離である。この受信エコーの位相情報を取り出すために、角振動数ω(=2π/f)を持つ参照波(cos波)を数値的に与えると、干渉波の強度分布は数9により計算できる。数9で、位相情報を持つ干渉項(cos関数部)が数5の関数部に相当し、この干渉項を計算してホログラムとする。
【0057】
【数6】
Figure 0003730429
【0058】
【数7】
Figure 0003730429
【0059】
【数8】
Figure 0003730429
【0060】
【数9】
Figure 0003730429
【0061】
数5で、参照波数kを変えるnの値を大きくすると、より高い周波数を持つ参照波との干渉を数値的に計算することができ、送信超音波の波長λよりも高い空間分解能を持つホログラムH(xi,yj)を作成することができる。分解能調整のためのnは、ユーザが入力装置210からデータ記憶部206の波数倍数設定部2602に入力し、画像表示データ演算装置202が参照する。
【0062】
図15に、ホログラム再生における波数kの影響をイメージで示す。2つのピンホールによるホログラムとその再生像で、(a)は波数kが小さい場合、(b)は波数kが大きい場合である。波数kが大きい場合は空間分解能が高く、ピンホールの存在に合致したシャープな再生像が得られている。
【0063】
数5から求まるホログラムH(xi,yj)は、送受信位置xi,yjにおける1点、1点の値である。この各点の値を集積して、1次元ホログラム127,128が再生される。
【0064】
ホログラムの再生方法は2通りあり、第1の方法は簡易な再生方法である。すなわち、1ライン走査の探傷の度に、1次元ホログラム127及び128を、XZ断面におけるホログラム再生領域117,118上で像再生する。像再生はホログラム上の全点から、再生領域上の1点に対して、ホログラムの重みを付けた平面波を加算(積分)する。この操作を再生領域の全点に対して行う。再生領域の中で、反射源に近い部分では、ホログラムからの平面波の位相が揃い、積分値が大きくなり再生像が結像する。
【0065】
この再生像を2次元表示すると、図1(f)の画面が得られる。さらに、XZ断面での再生像をY軸方向に重ね合わせて、3次元的な再生像Gを作成すれば、3次元の表示も可能である。この方法によれば、像再生に必要な計算時間及びメモリを大幅に削減できるので、探傷結果表示の簡易な方法として採用される。
【0066】
第2の再生方法は、より高精度な再生方法である。XZ断面におけるホログラム再生領域(面)117,118及びホログラム127、128を、探傷が終了するまでデータ記憶部206に記憶し、探傷終了後に再生領域を2次元的に再構成し、XY平面上の探傷領域に割り付けられた2次元ホログラムを再生する。
【0067】
第2の方法によるホログラム再生の計算式を数10に示す。第1の再生方法の場合と同様、ホログラム上の全点から、再生領域上の1点に対して、ホログラムHで重み付けた球面波(eの関数)を加算(積分)する。この操作を再生領域の全点に対して行う。ただし、積分領域は2次元である。再生領域の中で、反射源に近い部分では、ホログラムからの平面波の位相が揃い、積分値が大きくなり再生像Gが結像する。
【0068】
【数10】
Figure 0003730429
【0069】
数10の演算を計算機上で行うため、離散化して数値積分、或は式を変形して高速フーリエ変換などの計算手法を用いる。また、ホログラム再生計算に用いる再生参照波の波数kの値として、ホログラム作成に用いる参照波に対して使用した波数kと同様の値を使用する。k=n×2πf/Vとして、nの値を大きくすることで、より高い周波数を持つ参照波との干渉によるホログラムを数値的に再生計算できる。この方法は、第1の再生方法と異なり、2次元的に再生処理を行うことになるため、必要となる時間及びメモリは大きくなるが、より精度の高い再生像を得ることができる。
【0070】
縦波音速VL を用いたホログラム再生の演算結果は、反射源103に対し横波で入射して横波で反射、或いは縦波で入射し横波で反射した横波エコーによる再生像130、131は消去され、反射源103に対し縦波で入射し縦波で反射した図形115の再生像129のみが結像される。
【0071】
一方、横波音速VT を用いたホログラム再生の結果は、縦波エコーによる図形115や反射時の横波変換による再生像は消去され、反射源103に対し横波で入射し、横波で反射した図形116に対する再生像130のみが得られる。これは、ホログラム作成処理と再生処理で使用される伝播音速が異なると、実際の反射源が存在する位置付近で再生波の位相が揃わず、互いに打ち消し合う結果となるためである。
【0072】
本実施例では、再生像のデータを表示データとして、一旦、画像データメモリ203に記憶し(S704)、縦波及び横波の各再生像を重ね合わせて2次元または3次元による画像の表示を行う(S80)。図11に、記憶される再生像データの形式を示す。
【0073】
2次元画像の重畳表示では、図1(f)のように、一致あるいは近接した再生像129、130を同色とし、他の再生像と識別して画像表示装置201に出力する。或いは、再生像が一致した場合のみ画像表示装置201に出力する。これにより、実際の反射源に対する映像を正確に表示することができ、傷の数や位置を誤認することがなくなる。
【0074】
図16に、再生像として表示させたい画像を選択するメニュー画面の例を示す。表示画像をユーザに選択させる入力画面で、縦波音速として処理した場合に得られる画像データの表示、横波音速として処理した場合に得られる画像データの表示、縦波から横波にモード変換した音速で処理した場合に得られる画像データの表示などを選択でき、複数入力の場合は重畳表示となる。
【0075】
最後に、ホログラム再生像の計算結果を3次元的な映像として表示する方法を説明する。図17に3次元的表示のフローチャートを示す。予め、スレッシュホールドレベルHmin を設定し、数10で求めた再生像に対して、スレッシュホールドレベルHmin を越えたか判定し(S7031)、越えた座標を再生像として採用する(S7032)。
【0076】
図18に、再生像H(xyz)のスレッシュホールドレベルHmin を3次元的に示す。Hmin を越えた斜線部の再生像が表示される。これにより、参照波にcos波を用いたときの干渉効果をHmin で2値化しているので、反射源103の位置に、再生像129(130)を正しく表示することができる。
【0077】
再生像の3次元表示は、例えば再生像データをVRML形式で記述し、VRMLブラウザで表示する。図19にVRML形式によるデータの一例、図20にVRMLブラウザで表示した画面の一例を示す。XYZ座標上で、被検査体102内の反射源103が3次元表示される。なお、入力装置210からの指示ポインタ2201で表示図形をドラッグし、ユーザの望む方向に表示画面を回転して、任意の方向からの射影像を得ることもできる。
【0078】
以上、実施例1によれば、縦波音速と横波音速をそれぞれ用いてホログラムを作成、再生するので、再生演算に用いた音速と異なる伝播速度によるインジケーションに対しては、ホログラム再生参照波の位相がそろわず、ホログラム再生像が結像しない。このため、本来の反射源と異なる位置に現れる反射源のインジケーション(虚像)が消去され、実際の反射源のある位置に対応して、反射源の映像(実像)を表示できる。また、縦波及び横波で計算した各々の再生像を重ね合わせて表示することで、その重なりの程度から実在する反射源を高信頼に確認することができる。さらに、Bスコープデータを屈折角で回転補正してホログラム再生領域を求めているので、超音波の広がりの影響を低減し、位置精度よく反射源の映像を表示できる。
【0079】
上述で、被検査体表面と反射源の間の超音波の片道伝播時間△tijを計算する数2は、超音波送信時間T0から被検査体表面までの伝播時間Tsを考慮している。この伝播時間Tsは探触子と被検査体間に介在する水などの媒質を伝播する時間である。従って、探触子を直接、被検査体に接触する場合は、Ts=0となる。
【0080】
次に、実施例1による他の適用例を説明する。この適用例は被検体中に複数個の反射源があるケースで、各反射源からの複数のエコーが受信される。この場合、複数のエコーからホログラムを作成、再生し、複数個の反射源をそれぞれ正しい位置に再生して表示する。
【0081】
図21は、本適用例による超音波ホログラフィ法を示す説明図で、図1の(a)〜(f)に相応する。図21(a)のように、被検査体102に複数の反射源403、404がある場合、(b)のように反射源Aからのエコー405と反射源Bからのエコー406によるAスコープ表示データが得られる。上述のように、個々の反射源からは縦波と横波によるエコーが生じ、実際には3個以上のエコーとなることも多いので、受信エコーの数と反射源の数は1対1に対応しない。以下では説明を簡単にするために、1つの反射源から1つの音速のみによるエコーが得られるものとする。
【0082】
送受信位置(xi,yj)における反射源A、Bからのエコーを1ラインについて集積し、(c)のXZ断面についてのBスコープ図形が作成される。Bスコープによるインジケーション407、408は、(d)のように屈折角θだけ回転してホログラム再生領域409、410を求める。
【0083】
次に、数5を用いて、処理開始位置121から処理終了位置122で定められる探傷領域に、(e)のようにホログラム413及び414を作成する。ここでは、超音波信号の受信時間を、例えばcos関数のような振動関数の引数とすることで、参照波と受信波の干渉項を数値的に計算し、ホログラムを作成する。数値的な干渉に用いる参照波の波数kの値として、k=n×2πf/Vを用いる。用いるVの値は所定モード、例えば縦波音速である。このように、本実施例のホログラム作成は、探傷により得られた複数のエコーが、複数の反射源によるか、単一の反射源によるかを考慮することなくホログラムを作成する。
【0084】
次に、数10によりホログラムの再生像を作成する。再生計算に用いる再生参照波の波数kの値は、ホログラム作成に用いる参照波に対して使用したものと同様の値である。所定モード、例えば縦波音速によるホログラム再生の結果、2つの再生像が得られれば、それらは異なる反射源A,Bに対応している。つまり、縦波音速によらないホログラムは像再生の過程で消去される。さらに、横波音速を用いて、上記処理を繰り返せば同様の結果が得られるので、複数の反射源の位置を縦波と横波の両方から求め、信頼性の高い探傷を行うことが可能になる。
【0085】
〔実施例2〕
次に、本発明の実施例2を説明する。実施例1との相違は、縦波から横波へのモード変換によるエコーが受信されるケースを考慮し、超音波ホログラフィ法に用いる音速Vとして、縦波音速、横波音速の外に、縦波と横波の平均音速を用いる点にある。
【0086】
図22に、実施例2の適用ケースをイメージで示す。被検査体の内部に反射源301を有しており、送受信位置の探触子101から縦波往復径路302によるエコーと、縦波から横波へモード変換した径路303によるエコーと、横波往復径路304によるエコーが受信されるケースである。図23に、パラメータ入力画面を示す。ここでは、SUS304を被検査体とし、使用する音速として縦波音速、横波音速及び平均音速を用いる。平均音速は調和平均値Vave で数11による。
【0087】
【数11】
Figure 0003730429
【0088】
図24に、Aスコープ図形を示す。図9の場合に比べ、1番目の縦波エコーと3番目の横波エコーの間に、縦波からモード変換した横波による2番目のエコーが表われている。図25はBスコープ図形で、1番目、2番目及び3番目のエコーを、それぞれ1ライン分集積した3つの図形305、306、307が得られる。
【0089】
図26に、ホログラム再生領域を示す。ここでは、Bスコープ図形の図形305〜307の各点を屈折角θだけ回転させ、再生領域308〜310を求める。同図では、図形306に対する再生領域309のみを示している。
【0090】
図27はホログラム作成方法を示す。送受信位置(xi,yj)における片道伝播距離Zijから数5により演算し、処理開始位置から処理終了位置で定められる探傷領域に、ホログラム3101、3102及び3103を作成する。このとき、数値的な干渉に用いる参照波の波数k=n×2πf/Vを用いる。この音速Vとして、縦波音速、横波音速、及び平均音速の3種を用いる。数10によるホログラムの像再生も、縦波音速、横波音速、及び平均音速の3種を用いる。その計算結果を映像として表示する方法は、実施例1の場合と同様である。
【0091】
実施例2によれば、被検体中の縦波、横波、及び縦波と横波の平均音速の3種を用いてホログラムを作成し、再生するので、被検査体内部で縦波と横波のモード変換が生じている場合でも、本来反射源のない位置に現れる虚像のインジケーションを自動的に消去できる。
【0092】
また、被検査体に複数の反射源が存在し、かつ、被検体への超音波入射時のモード変換(例えば、縦波から横波)、反射源からの反射時のモード変換(縦波から横波、横波から縦波)が発生する場合にも、本実施例のように縦波、横波、及び縦波と横波の平均音速の3種を用いてホログラムを作成し、再生すれば、1つの反射源に対する各波音速の演算結果が同一ないしは近似位置を示すので、実際の反射源を正確に表示でき、信頼性の高い探傷が可能になる。
【0093】
【発明の効果】
本発明によれば、Bスコープ表示データからホログラムを作成し再生する場合に、演算に用いる超音波音速を縦波または横波のモードに特定し、音速の一致する伝播経路のホログラムのみが像再生されるので、超音波のモード変換によって実在とは異なる位置に表われる虚像を消去でき、被検査体内部の傷の数と位置が正確に表示できる。
【0094】
また、演算に用いる超音波音速を縦波及び横波、さらには縦波と横波の平均音速として、各音速に対応した像再生が行われる場合、それらを重畳表示することで1つの反射源に対する複数の演算結果を反映することができ、より高信頼な探傷結果の図形表示を実現できる。
【0095】
また、Bスコープ表示データから再生領域を求めるに際し、超音波の屈折角に応じて各点を回転するので、超音波の広がりの影響を低減でき、反射源のより正確な位置と形状を再現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波ホログラフィ法の処理イメージを示す説明図。
【図2】本発明の一実施例による超音波探傷システムの構成を示すブロック図。
【図3】一実施例による超音波探傷システムのハード構成図。
【図4】実施例1における音速データの入力画面図。
【図5】一実施例による超音波探傷システムの概略の処理手順を示すフロー図。
【図6】本発明の超音波ホログラフィ法による処理の一実施例を示すフロー図。
【図7】初期パラメータの一例を示したデータフォーマット図。
【図8】探傷データの一例を示したデータフォーマット図。
【図9】探傷結果として得られるAスコープ図形の説明図。
【図10】Bスコープ図形データの一例を示したデータフォーマット図。
【図11】ホログラム作成の一例を示したデータフォーマット図。
【図12】探傷結果として得られるBスコープ図形の説明図。
【図13】ホログラムの再生領域を示す説明図。
【図14】ホログラムの作成を示す説明図。
【図15】参照波の波数の影響をイメージで示す概念図。
【図16】実施例1のホログラフィ演算に使用する音速選択のメニュー画面図。
【図17】ホログラム再生計算の結果から3次元画像データを作成する処理のフロー図。
【図18】スレッシュホールドレベルの説明図。
【図19】VRML形式による3次元映像データの一例を示した説明図。
【図20】VRMLブラウザによる3次元映像の模式図。
【図21】実施例1の他の適用例での処理イメージを示す説明図。
【図22】本発明の実施例2による適用例の説明図。
【図23】実施例2における音速データの入力画面図。
【図24】実施例2の探傷結果として得られるAスコープ図形の説明図。
【図25】実施例2のBスコープ図形の説明図。
【図26】実施例2のホログラム再生領域の説明図。
【図27】実施例2のホログラム作成の説明図。
【符号の説明】
10…計算機、11…ディスプレイ装置、12…インターフェース装置、101…超音波探触子、102…被検査体、103…反射源、104…反射径路、105…反射径路、106…送信パルス、107…表面からのエコー、108…反射源からのエコー(縦波)、109…反射源からのエコー(横波)、110…底面からのエコー、111…表面からのエコー、112…底面からのエコー、113…探傷開始位置、114…探傷終了位置、115…図形(縦波)、116…図形(横波)、117……回転後データ(縦波)、118……回転後データ(横波)、121…処理開始位置、122…処理終了位置、123…片道伝播距離、124…再生領域、125…片道伝播距離、126…再生領域、127…ホログラム、128…ホログラム、129…再生像(縦波による縦波再生像)、130…再生像(横波による横波再生像)、131…再生像(縦波による横波再生像)、200…探傷図形表示処理機構、201…画像表示装置、202…画像表示データ演算装置、203…画像データメモリ、204…制御装置、205…ピーク検出処理演算部、206…データ記憶部、2061…音速データ記憶部、207…探傷データメモリ、208…A/D変換器、209…受信器、110…探触子移動機構、120…超音波探傷器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display technique for ultrasonic flaw detection results, and more particularly, to a display method using an ultrasonic holography method and an ultrasonic flaw detection apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the A scope method (A scan graphic), the B scope method (B scan graphic), and the C scope method (C scan graphic) are used for displaying ultrasonic flaw detection results. In the B-scope method, the A-scope figure is intensity-modulated and represented as a line, the position on the object to be inspected and the sound wave propagation time are displayed in rectangular coordinates (X and Z axes), and the flaw detection result is expressed as a cross-sectional view of the object can do. In the C scope method, the flaw detection result is expressed in the form of a plan view (X, Y axes) viewed from above the object to be inspected. The flaw detection results displayed by the B scope and the C scope can be displayed only in two dimensions by projecting the flaw detection results of the inspected object, which is originally a three dimensional shape, onto a certain plane.
[0003]
In order to realize the three-dimensional display of the flaw detection result, it is necessary to perform a flaw detection method and a display method that pay attention to not only the intensity of the received ultrasonic wave but also the phase information of the ultrasonic wave. An applied ultrasonic holography method is known.
[0004]
The principle of the optical holography method is that light with a uniform phase such as laser light is incident on an object, phase information of light scattered from the object is recorded on the film as an interference pattern of incident light and scattered light, and then By irradiating the film with light, the phase information of the scattered light is reproduced again. In general, refer to the recording of interference pattern of scattered light from an object and incident wave (three-dimensional geometric information of the object) on a hologram, light that interferes with the reflected wave from the object (incident wave in this example) Calling a wave, reproducing the interference information by applying light to the hologram is called reproduction of the hologram, and light applied to the hologram for reproducing the hologram is called a reproduction reference wave.
[0005]
In the early ultrasonic holography method, similarly to optical holography, a received wave and a reference wave are made to interfere with each other to create a hologram. By displaying the flaw detection result using this method, a three-dimensional image can be obtained. However, since an ultrasonic wave (sin wave) having a pulse width of several μs to several tens of μs is used to cause interference with the reference wave, an oscillator and a power amplifier for transmitting the sin wave are necessary, and the apparatus is Increase in size. In addition, since the transmission wave spread in time is used, the time resolution of the received wave is reduced compared to the case of using a normal sharp pulse wave, making it difficult to distinguish waves from different reflection positions, and measuring flaw detection results. Accuracy is reduced.
[0006]
As a method for solving the problems of the initial ultrasonic holography method, there is a digital ultrasonic holography flaw detection method (Japanese Patent Laid-Open No. 54-8584). In the digital ultrasonic holography flaw detection method, a spike-like pulse echo is used for a transmission wave, and a hologram is created by coincidence of a reception wave and a clock pulse instead of interference with a reference wave. For this reason, it is possible to reduce the size of the apparatus and improve the measurement accuracy of the flaw detection result by increasing the time resolution of the received wave.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technique for displaying ultrasonic flaw detection results, there is a problem of false recognition of flaw detection results caused by ultrasonic mode conversion, in addition to the two-dimensional and three-dimensional representation formats described above. For example, when a longitudinal wave ultrasonic wave is incident on steel from the water, the ultrasonic wave transmitted to the object to be inspected propagates not only the longitudinal wave but also the transverse wave ultrasonic wave that has undergone mode conversion in the steel. If this mode conversion is used, a position that cannot be reached by a longitudinal wave can be inspected by a transverse wave. However, even if the number of reflection sources (scratches, etc.) inside the object to be inspected is one, both the echo by the ultrasonic mode used for transmission and the echo generated by the mode conversion are received by the probe, Indications (figures) appear as if there are multiple reflection sources.
[0008]
This problem cannot be solved even by the digital ultrasonic holography flaw detection method described above. In other words, when multiple echoes are received from the reflection source, the echo in the mode (for example, longitudinal wave) used for flaw detection and the echo in the mode (for example, transverse wave) generated by mode conversion are identified from among those echoes. Can not. Therefore, the position and the number of the reflection sources based on the flaw detection result cannot be correctly displayed, and an error is easily caused in the diagnosis of the ultrasonic flaw detection result, and the inspector is required to have a high degree of skill.
[0009]
The object of the present invention is to overcome the problems of the conventional ultrasonic holography method described above, identify the actual reflection source (flaw) from the ultrasonic flaw detection results in a plurality of modes, and perform the correct flaw detection in accordance with the actual flaw detection. An object of the present invention is to provide a highly reliable image display method for ultrasonic flaw detection results and an ultrasonic flaw detection apparatus that display figures in two dimensions or three dimensions.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above object transmits ultrasonic waves of a predetermined mode to an object to be inspected, receives echoes reflected from a reflection source due to internal scratches, etc., and determines the position of the reflection source from the reception time of the echoes. In the method for displaying the ultrasonic flaw detection result by displaying the reflection source figure, the flaw detection data including the reception time of the echo is collected for each transmission / reception position by repeating transmission / reception while scanning the probe, and flaw detection by one line scanning B-scope graphic data is created from the data, the B-scope graphic is used as a reproduction area, a hologram is created by numerically interfering with the flaw detection data with a reference wave having a wavenumber k, and a designated mode is set in the reproduction area. Hologram reproduction is performed using the speed of sound of ultrasonic waves, and a reproduction image is displayed on the screen. The screen display is two-dimensional or three-dimensional. The flaw detection data may include the signal strength of the echo.
[0011]
According to this, only when the actual sound speed of each echo coincides with the sound speed of hologram reproduction by the ultrasonic wave of the designated mode, the hologram reproduction image is formed with the phase of the hologram reference wave aligned, and the sound speed does not match. In this case, since a reproduced image cannot be obtained, the indication of the reflection source that originally appears at the position where there is no reflection source is automatically deleted, and the image of the reflection source that actually exists is displayed at the correct position.
[0012]
The ultrasonic waves in the predetermined mode are usually longitudinal waves, and transverse waves obtained by mode conversion of incident longitudinal waves are also used. On the other hand, the ultrasonic velocity of the designated mode is set to a longitudinal wave and / or a transverse wave value, or the ultrasonic velocity of the designated mode is set to an average value of the longitudinal wave and the transverse wave in addition to the longitudinal wave and the transverse wave. In addition, reproduced images in a plurality of designated modes are displayed in a superimposed manner. In this case, the reproduced images from the same reflection source are coincident or close to each other.
[0013]
The reproduction area is obtained by rotating each point of the B scope graphic data by the refraction angle θ of the ultrasonic wave. Thereby, the influence of the spread of ultrasonic waves is reduced.
[0014]
Further, a cos function is used for the reference wave, its phase is determined from the wave number k and the propagation distance of the echo, and the wave number k determined as the reciprocal of the propagation speed of the ultrasonic wave is variably set by an integral multiple. It is characterized by that. According to this, since the cos function of the vibration wave is used as the reference wave, it is easy to obtain a numerical interference effect with the reflected wave data. Also, the wave number k can be varied by multiplying by n, and the reproduced image can be adjusted to an appropriate resolution.
[0015]
An apparatus for realizing the above-described method of the present invention includes an ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves in a predetermined mode to an object to be inspected and receives echoes reflected from a reflection source due to internal flaws, and the like. A probe moving mechanism that scans the child according to a predetermined scanning path on the object to be inspected, and a flaw detection graphic display processing mechanism that creates the graphic data of the reflection source by determining the position of the reflection source from the reception time of the echo, An ultrasonic flaw detection apparatus comprising a display device for displaying the created graphic data on the screen, wherein the flaw detection graphic display processing mechanism is configured to transmit the echo for each transmission / reception position from the probe scanned by the probe moving mechanism. Flaw detection data including the reception time of the image, B-scope graphic data is created from the flaw detection data of one-line scanning, the B-scope graphic is used as a reproduction area, and an ultrasonic holography method using the sound velocity of ultrasonic waves in a designated mode Performs reproduction of the hologram image caused, characterized by the screen display of the reproduced image in two or three dimensions.
[0016]
The display device includes an input screen for arbitrarily selecting the sound velocity of the ultrasonic wave in the inspection mode in the designated mode, and can arbitrarily select one or a plurality of reproduced images to be displayed. . Further, the flaw detection graphic display processing mechanism is provided with means for variably setting the wave number k of the reference wave by an integer (n) so that the resolution of the reproduced image can be arbitrarily adjusted.
[0017]
In addition, when a plurality of ultrasonic sound velocities in the designated mode are designated, when the reproduced images at the respective sound velocities are coincident or close to each other, the display device displays the matched reproduced images in colors different from the reproduced images that do not coincide with each other. Use to display. Alternatively, the reproduced image is displayed only when the reproduced images at the respective sound velocities match or approach each other. As a result, the indication of the reflection source that originally appears at the position where there is no reflection source and the indication of the reflection source that actually appears at the position where the reflection source exists can be clearly distinguished, and the image of the reflection source can be displayed with high positional accuracy. it can.
[0018]
With reference to FIG. 1, an outline procedure of an image display method for ultrasonic flaw detection results according to the present invention will be described. (A) is a schematic diagram of flaw detection, in which an ultrasonic wave is obliquely incident from the probe 101 to the inspection object 102 and the echo signals of the longitudinal wave 104 and the transverse wave 105 received from the reflection source 3 are received by the probe 101. To do. (B) is an A scope figure of the flaw detection result. The horizontal axis is time t, the vertical axis is amplitude A which is signal intensity, the ultrasonic transmission pulse 106, the surface echo 107 of the object 102, the bottom echo 110 and the reflection. A longitudinal wave echo 108 and a transverse wave echo 109 from the source 103 are shown. When there is a transverse wave echo that has been mode-converted from a longitudinal wave by the reflection source 103, it is located between the echo 108 and the echo 109.
[0019]
(C) is a B scope figure, the horizontal axis X is the scanning position of the probe 101, the vertical axis Z is the ultrasonic propagation distance from the probe 101 to the reflection source 103, and the X axis is two-dimensional for one line. Show. Sources of longitudinal and transverse echoes are shown as indications 115 and 116, respectively. (D) is a calculation result of the hologram reproduction area, and the indications 115 and 116 by the B scope are rotated by the ultrasonic refraction angle θ for each point to become reproduction areas 117 and 118.
[0020]
(E) shows the creation of a hologram. A reference wave (cos function) is numerically interfered with the echo signal data at each point, and a coincidence or non-coincidence is recorded to produce a hologram. That is, the one-way propagation distance (Z ij ), Each transmission / reception position (x) between the flaw detection areas determined from the processing start position 121 to the processing end position 122 i , Y j ), The hologram H (x i , y j ) Are integrated for one line (one dimension), holograms 127 and 128 are obtained.
[0021]
(F) is the creation and display of a reconstructed image, and the image is reconstructed from the hologram H to the reconstructed area at every sound speed in the designated mode. For example, a reproduction image 129 with a longitudinal mode and a reproduction image 130 with a transverse wave are displayed. On the other hand, the echo reproduction image 131 by the reflected wave mode-converted from the longitudinal wave to the transverse wave by the reflection source 103 is not selected as the designated mode and is erased.
[0022]
In this way, the virtual image that does not match the sound velocity of the actual echo due to ultrasonic mode conversion or the like is erased, and the reproduced image by the longitudinal wave and / or the transverse wave echo that has actually acted on the flaw detection can be reproduced at the correct position, with the same reflection. Since the sources are displayed at the same or approximate positions, misidentification of the number and position of the reflection sources can be prevented.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A plurality of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Below, the example of the figure display correct | amended by the ultrasonic holography method of this invention for B scope figure data is demonstrated. The B-scope graphic displays the position on the inspection object and the one-way sound wave propagation distance in rectangular coordinates.
[0024]
[Example 1]
FIG. 2 is a functional block diagram of the ultrasonic flaw detection system according to the first embodiment. This system is roughly divided into a flaw detection mechanism having a probe 101, a probe moving mechanism 110, and an ultrasonic flaw detector 120, and a flaw detection graphic display processing mechanism 200 that performs graphic display by an ultrasonic holography method. The flaw detection graphic display processing mechanism 200 includes an image display device 201, an image display data calculation device 202, a storage medium 203, a control device 204, a peak detection processing calculation unit 205, a data storage unit 206, a flaw detection data memory 207, and an A / D converter 208. And a receiver 209.
[0025]
The ultrasonic probe 101 is scanned along the scanning path on the XY plane of the pair to be inspected 102 by the probe moving mechanism 110. The ultrasonic flaw detector 120 generates a ultrasonic wave by transmitting a pulse signal having an appropriate frequency to the material of the inspection object 102 or the size of the reflection source 103 to be imaged to excite the probe 101. . For example, when the inspected object 102 is stainless steel and the reflection source 103 to be imaged is about several millimeters, a frequency of 5 MHz is used as a transmission signal.
[0026]
For example, a stepping motor is used as the probe moving mechanism 110. The control device 204 controls the probe moving mechanism 110 in accordance with the flaw detection conditions input from the input device 208 to the data storage unit 206, for example, flaw detection start position, flaw detection end position, probe movement pitch, scanning path, and the like. To do. Further, the probe position is stored in the data storage unit 206 while moving the probe 101.
[0027]
The ultrasonic wave from the probe 101 is incident on the object 102 to be inspected, and the echo signal propagated and reflected (or transmitted) through the inside is received again by the probe 101 and converted into an electric signal. The signal received by the probe 101 is converted into a digital signal by the A / D converter 208 via the receiver 209, and the transmission / reception time, peak value, etc. are stored in the flaw detection data memory 207.
[0028]
The A / D converter 208 appropriately selects the sampling frequency and the number of sampling points with respect to the frequency of the ultrasonic wave and the propagation speed of sound in the subject. For example, when an ultrasonic wave of 5 MHz is used and a longitudinal wave ultrasonic wave is incident on stainless steel for inspection, the sampling frequency is set to 25 M to 100 MHz, and the number of sampling points is set to 1024 to 4096. The digitized ultrasonic signal is temporarily stored in the flaw detection data memory 207, and the peak detection processing calculation unit 205 has a threshold value in a predetermined time region (a time difference region between the surface and the bottom surface of the inspection object 102). The peak of the received waveform is detected, the reception time is obtained for each waveform, and is sent to the image display data arithmetic unit 202.
[0029]
Parameters used for flaw detection conditions and image display processing are set in the data storage unit 206 by the input device 208. The parameters include sound speed data 2061 essential for characteristic processing of image display processing described later, and a multiple n2062 of wave number k for adjusting the resolution of the reproduced image. The data storage unit 206 also includes a probe position (x, y) sent from the control device 204 and an ultrasonic transmission time T. 0 Is stored and used in the image display data arithmetic unit 202.
[0030]
The image display data calculation device 202 performs image data calculation processing based on the collected flaw detection data, and displays the image data for one-line scanning flaw detection on the B scope. Then, while the probe 101 continues scanning in the flaw detection area, the calculation processing of the collected flaw detection data and the flaw detection result display are repeated. After the scanning of one line or the entire flaw detection area is completed, image data by the ultrasonic holography method of the present invention is created from the flaw detection result in the scanning path, and the flaw detection result is displayed by a two-dimensional or three-dimensional figure.
[0031]
FIG. 3 is an external view showing a hardware configuration of the ultrasonic flaw detection system. The flaw detection graphic display processing mechanism 200 includes a computer 10, a display device 11, and an interface device 13 connected to the computer main body by a bus. The interface device 13 passes the ultrasonic signal digitally converted by the A / D converter 208 to the calculation unit of the calculation device 202. Further, the probe moving mechanism 110 is controlled by the control device 204, and the position data of the probe 101 is recorded and transferred to the data storage unit 206.
[0032]
As an input device 210 for the flaw detection graphic display processing mechanism 200, a keyboard or a pointing device is used. FIG. 4 shows an example of the parameter input screen. On this screen, the material and sound speed of the object to be inspected and the medium are set. For example, if the object to be inspected is SUS304, its longitudinal wave velocity V L = 6000m / s, shear wave velocity V T = 3000 m / s. When the medium is water, the longitudinal wave velocity V L = 1500 m / s.
[0033]
FIG. 5 shows a schematic flow of online processing of the ultrasonic flaw detection system of the present embodiment. First, initial parameters are read (S10). The flaw detection graphic display processing mechanism 200 takes in the initial parameters from the input device 208 and stores them in the data storage unit 206. Also, parameters including sound speed used by the image display data calculation device 202 for processing are read from the data storage unit 206. Then, the probe 101 is set at the flaw detection start position, flaw detection is started (S20), and on-line processing of the image display data calculation device 202 is executed along with this.
[0034]
FIG. 7 shows data relating to the initial setting of ultrasonic flaw detection. The frequency f of the ultrasonic wave used for flaw detection, the longitudinal and transverse wave velocities V of the inspected object 102, the refraction angle θ of the ultrasonic wave, the A / D converter 208 Sampling frequency f sample , X-axis and Y-axis probe scanning pitches δx, δy, XY plane flaw detection start position x 0 , Y 0 , End position x e , Y e Etc.
[0035]
The image display data arithmetic unit 202 detects flaw detection data including the probe position issued by the control unit 204, in this example, the transmission / reception position, the transmission time of the ultrasonic transmission pulse, and the reception time of the ultrasonic reception data that has undergone the peak detection process. The data is collected (S30), and the calculation process (1) is performed on the sampling points and one line of image data (S40). Here, the B scope graphic data is created and stored in the image data memory 203, and the B scope is displayed on the screen display device 201 (S50). This processing is repeated until the end of flaw detection is notified from the control device 204 (S60), that is, until the probe 101 reaches the flaw detection end position.
[0036]
FIG. 8 shows data related to the flaw detection result, and includes probe position signals Xi and Yi, and transmission time T. 0 The reception time T of the peak waveform detected by the peak detection processing calculation unit 205 among the received waveforms. ij , m and received signal strength I ij , m.
[0037]
FIG. 9 shows a detection waveform of the peak detection processing calculation unit. The peak detection processing calculation unit 205 detects a peak waveform in the time domain from the surface echo to the bottom echo when the signal intensity is greater than or equal to the threshold value. In the example shown in the figure, received signals from the longitudinal wave and the transverse wave from the reflection source 103 are detected. The reception time of the longitudinal wave peak is T ij 1 、 Reception time of shear wave peak is T ij 2.
[0038]
When the flaw detection is completed, the image display data calculation device 202 takes out the B scope graphic data from the image data memory 203, performs the calculation process (2) by the ultrasonic holography method (S70), and performs the two-dimensional reflection source graphic by the holographic reproduction image. Alternatively, three-dimensional display is performed (S80).
[0039]
FIG. 6 shows a detailed flow of image data calculation processing. First, as the image data calculation (1) in S40, the propagation speed of the object to be inspected is read (S401). In this embodiment, the longitudinal wave velocity V L And shear wave velocity V T These are two. Next, B-scope graphic data is created from the flaw detection data with the peak detected and stored in the graphic data memory 203 (S402).
[0040]
FIG. 10 shows an example of B scope graphic data. An index (i, j, m) indicating the number of data points (i, j) in A / D conversion, and the number (m) of echoes in peak detection, a signal transmission / reception position (xi, yi), Transmission time (T 0 ) And the reception time of the peak detected echo (T ij m). The probe 101 of this example is in direct contact with the inspected object 102 without using a medium (water).
[0041]
A method of creating a B scope graphic will be described with reference to FIG. Position signal (X of the probe 101) from the probe moving mechanism 110 ij , Y ij ) And the X and Y axis movement pitches (δx, δy) i , Y j ) Is calculated by Equation 1 and the transmission time T 0 And reception time T ij , 1, T ij , 2 and A / D converter 208 sampling frequency (f sample ) To send / receive position (x i , Y j ) One-way propagation time Δt from the probe 101 to the reflection source 103 ij , 1, △ t ij , 2 is calculated by Equation 2.
[0042]
[Expression 1]
Figure 0003730429
[0043]
[Expression 2]
Figure 0003730429
[0044]
Next, one-way propagation time Δt ij , m and the propagation velocity V in the test object 102, the transmission / reception position (x i , Y j ) One-way propagation distance Z from the surface to the reflection source 103 ij , m is calculated by Equation 3 to obtain one point data of the B scope graphic. The m-th echo is the order of echoes existing in the time domain selected by the peak detection processing calculation unit 205. The number of echoes received depends on the number of reflection sources and the refraction angle of the ultrasonic wave.
[0045]
[Equation 3]
Figure 0003730429
[0046]
Here, the sound velocity V used for flaw detection is the longitudinal wave velocity V. L And shear wave velocity V T And This point data is converted into one line (y j X i For i = scanning from the start point to the end point), the longitudinal wave velocity V L Figure 115 which is the calculation result using, and shear wave velocity V T A graphic 116 is displayed.
[0047]
Next, the processing (S70) of the image data calculation (2) includes the calculation of the hologram reproduction area (S701), the hologram creation (S702), the hologram reproduction calculation (S703), and the creation of image display data for each sound speed (S704). It explains in order. In this embodiment, first, longitudinal wave velocity V L Next, the transverse wave velocity V T The arithmetic processing is performed with.
[0048]
FIG. 13 is an explanatory diagram for creating a hologram reproduction area. The B-scope graphic data obtained by Equation 3 is expressed as a set of points (graphics 115 and 116) in XZ coordinates. With respect to each point, rotation conversion is performed at an angle equal to the refraction angle θ of the ultrasonic wave with the point projected on the X axis as the center.
[0049]
Each point of the B-scope figures 115 and 116 is rotated by the refraction angle θ of the ultrasonic wave, and the hologram reproduction regions 117 and 1118 in the XZ cross section are obtained by Equation 4. Further, the value y of the scanning axis Y j And a hologram reproduction area in the XZ section is created for each y. The hologram reproduction area data is temporarily stored in the graphic data memory 203.
[0050]
[Expression 4]
Figure 0003730429
[0051]
According to this, instead of rotating the entire B scope graphic at the same time, each point is connected to the transmission / reception position (x i , Y j ) Are rotated by θ from the line connecting them), the rotated figures 117 and 118 are smaller in area occupied by the figures 115 and 116 before the rotation, respectively, and the figure (indication) error relative to the actual reflection source is reduced. However, it can be reduced by this rotation process.
[0052]
FIG. 14 is an explanatory diagram for creating a hologram. In this embodiment, an ultrasonic holography method using a pulse wave is employed. The conventional method uses a pulse wave as a transmission wave, and records a coincidence or mismatch between a reception time of a received pulse wave and a clock pulse corresponding to a reference wave, thereby creating a hologram. On the other hand, in this embodiment, a clock pulse is not used as an equivalent to the reference wave, but a vibration function such as a cos function is used, and the reception time of the received pulse wave is used as an argument of the cos function. A hologram is created by giving numerically the effect of causing the wave and the received wave to interfere.
[0053]
The hologram H according to the present embodiment is created by the calculation of Equation 5. That is, the one-way propagation distance (Z ij ), Each transmission / reception position (x) between the flaw detection areas determined from the processing start position 121 to the processing end position 122 i , Y j ), The hologram H (x i , y j ) Is created by Equation 5.
[0054]
[Equation 5]
Figure 0003730429
[0055]
In Equation 5, k = n × 2πf / V is used as the wave number k of the reference wave (cos function) used for numerical interference. However, V is the ultrasonic sound velocity of the mode which propagates in steel, f is the frequency of the ultrasonic wave used for a flaw detection, and n is a natural number. When n = 1, the frequency of the transmitted ultrasonic wave is the same as the calculated reference wave frequency, and k = 2π / λ. By increasing the value of n, it is possible to numerically calculate interference with a reference wave having a higher frequency.
[0056]
Here, the derivation process of Equation 5 will be described using Equation 6 to Equation 9. When an ultrasonic wave having an angular frequency ω (= 2π / f) shown in Equation 6 is transmitted to the inspection object 102, an echo shown in Equation 7 is received by the reflection source 103. Here, r is a propagation distance between receptions. If a reference wave (cos wave) having an angular frequency ω (= 2π / f) is numerically given in order to extract phase information of the received echo, the intensity distribution of the interference wave can be calculated by Equation 9. In Equation 9, the interference term (cos function part) having phase information corresponds to the function part of Equation 5, and this interference term is calculated to form a hologram.
[0057]
[Formula 6]
Figure 0003730429
[0058]
[Expression 7]
Figure 0003730429
[0059]
[Equation 8]
Figure 0003730429
[0060]
[Equation 9]
Figure 0003730429
[0061]
In Equation 5, when the value of n that changes the reference wave number k is increased, interference with a reference wave having a higher frequency can be calculated numerically, and a hologram having a spatial resolution higher than the wavelength λ of the transmitted ultrasonic wave H (x i , y j ) Can be created. N for resolution adjustment is input from the input device 210 to the wave number multiple setting unit 2602 of the data storage unit 206 by the user, and is referred to by the image display data calculation device 202.
[0062]
FIG. 15 shows an image of the influence of the wave number k in hologram reproduction. A hologram with two pinholes and a reproduced image thereof, (a) shows a case where the wave number k is small, and (b) shows a case where the wave number k is large. When the wave number k is large, the spatial resolution is high, and a sharp reproduced image that matches the presence of the pinhole is obtained.
[0063]
Hologram H (x i , y j ) Is the transmission / reception position x i , y j 1 point and 1 point value. By accumulating the values of these points, the one-dimensional holograms 127 and 128 are reproduced.
[0064]
There are two hologram reproduction methods, and the first method is a simple reproduction method. That is, the image of the one-dimensional holograms 127 and 128 is reproduced on the hologram reproduction regions 117 and 118 in the XZ section every time one line scanning flaw detection is performed. Image reproduction is performed by adding (integrating) a plane wave with a weight of the hologram from all points on the hologram to one point on the reproduction area. This operation is performed for all points in the reproduction area. In the reproduction region, in the portion close to the reflection source, the phases of the plane waves from the hologram are aligned, the integral value is increased, and a reproduction image is formed.
[0065]
When this reproduced image is displayed two-dimensionally, the screen shown in FIG. 1F is obtained. Furthermore, if a three-dimensional reproduction image G is created by superimposing the reproduction images in the XZ section in the Y-axis direction, three-dimensional display is possible. According to this method, the calculation time and memory required for image reproduction can be greatly reduced, so that it is adopted as a simple method for displaying flaw detection results.
[0066]
The second reproduction method is a more accurate reproduction method. The hologram reproduction areas (surfaces) 117 and 118 and the holograms 127 and 128 in the XZ section are stored in the data storage unit 206 until the flaw detection is completed, and the reproduction area is two-dimensionally reconstructed after the flaw detection is completed. A two-dimensional hologram assigned to the flaw detection area is reproduced.
[0067]
Formula 10 for reproducing the hologram by the second method is shown in equation (10). As in the case of the first reproduction method, a spherical wave (function of e) weighted by the hologram H is added (integrated) from all points on the hologram to one point on the reproduction region. This operation is performed for all points in the reproduction area. However, the integration region is two-dimensional. In the reproduction area, in the portion close to the reflection source, the phases of the plane waves from the hologram are aligned, the integral value is increased, and the reproduction image G is formed.
[0068]
[Expression 10]
Figure 0003730429
[0069]
In order to perform the calculation of Formula 10 on a computer, a calculation method such as discrete Fourierization and numerical integration, or transformation of a formula and Fast Fourier Transform is used. Further, as the value of the wave number k of the reproduction reference wave used for the hologram reproduction calculation, the same value as the wave number k used for the reference wave used for hologram creation is used. By setting k = n × 2πf / V and increasing the value of n, a hologram due to interference with a reference wave having a higher frequency can be numerically reproduced and calculated. This method differs from the first reproduction method in that the reproduction process is performed two-dimensionally. Therefore, the required time and memory are increased, but a reproduced image with higher accuracy can be obtained.
[0070]
Longitudinal wave velocity V L As a result of the calculation of the hologram reproduction using, the reproduction images 130 and 131 by the transverse wave echo incident on the reflection source 103 and reflected by the transverse wave or incident by the longitudinal wave and reflected by the transverse wave are erased and On the other hand, only the reconstructed image 129 of the figure 115 incident by the longitudinal wave and reflected by the longitudinal wave is formed.
[0071]
On the other hand, shear wave velocity V T As a result of the hologram reproduction using, the figure 115 by the longitudinal wave echo and the reproduction image by the transverse wave conversion at the time of reflection are erased, and only the reproduction image 130 for the figure 116 incident on the reflection source 103 by the transverse wave and reflected by the transverse wave is obtained. can get. This is because if the propagation sound speed used in the hologram creation process and the reproduction process is different, the phases of the reproduced waves are not aligned near the position where the actual reflection source exists, and cancel each other.
[0072]
In this embodiment, reproduced image data is temporarily stored in the image data memory 203 as display data (S704), and the two-dimensional or three-dimensional image is displayed by superimposing the longitudinal and transverse wave reproduced images. (S80). FIG. 11 shows the format of the stored reproduced image data.
[0073]
In the superimposed display of the two-dimensional image, as shown in FIG. 1 (f), the reproduced images 129 and 130 that are coincident or close to each other have the same color, are distinguished from other reproduced images, and are output to the image display device 201. Alternatively, it is output to the image display device 201 only when the reproduced images match. As a result, an image for the actual reflection source can be accurately displayed, and the number and position of flaws are not misidentified.
[0074]
FIG. 16 shows an example of a menu screen for selecting an image to be displayed as a reproduced image. In the input screen that allows the user to select a display image, display of image data obtained when processed as longitudinal wave sound speed, display of image data obtained when processed as shear wave sound speed, sound speed converted from longitudinal wave to shear wave mode It is possible to select display of image data obtained when processing is performed, and in the case of a plurality of inputs, the display is superimposed.
[0075]
Finally, a method for displaying the calculation result of the hologram reproduction image as a three-dimensional image will be described. FIG. 17 shows a flowchart of three-dimensional display. A threshold level Hmin is set in advance, and it is determined whether or not the threshold level Hmin is exceeded with respect to the reproduced image obtained by Equation 10 (S7031), and the coordinates exceeding are adopted as the reproduced image (S7032).
[0076]
FIG. 18 three-dimensionally shows the threshold level Hmin of the reproduced image H (xyz). A reproduced image of the shaded area exceeding Hmin is displayed. Thereby, since the interference effect when the cos wave is used as the reference wave is binarized with Hmin, the reproduced image 129 (130) can be correctly displayed at the position of the reflection source 103.
[0077]
In the three-dimensional display of the reproduced image, for example, the reproduced image data is described in the VRML format and displayed by the VRML browser. FIG. 19 shows an example of data in the VRML format, and FIG. 20 shows an example of a screen displayed on the VRML browser. On the XYZ coordinates, the reflection source 103 in the inspection object 102 is three-dimensionally displayed. It is also possible to obtain a projected image from an arbitrary direction by dragging the display figure with the instruction pointer 2201 from the input device 210 and rotating the display screen in the direction desired by the user.
[0078]
As described above, according to the first embodiment, since the hologram is created and reproduced using the longitudinal wave velocity and the transverse wave velocity, respectively, the indication of the hologram reproduction reference wave is used for the indication by the propagation velocity different from the sound velocity used for the reproduction calculation. The phases are not aligned and the hologram reproduction image is not formed. Therefore, the indication (virtual image) of the reflection source that appears at a position different from the original reflection source is erased, and the image (real image) of the reflection source can be displayed corresponding to the position where the actual reflection source is. Further, by displaying the reproduced images calculated by the longitudinal wave and the transverse wave in an overlapping manner, it is possible to confirm the existing reflection source with high reliability from the degree of the overlapping. Further, since the hologram reproduction area is obtained by correcting the rotation of the B scope data with the refraction angle, the influence of the spread of the ultrasonic wave can be reduced and the image of the reflection source can be displayed with high positional accuracy.
[0079]
As described above, the one-way propagation time Δt of the ultrasonic wave between the surface of the inspection object and the reflection source ij Equation 2 for calculating the ultrasonic transmission time T 0 Propagation time T from test object surface s Is considered. This propagation time T s Is the time for propagation through a medium such as water interposed between the probe and the object to be inspected. Therefore, when the probe is in direct contact with the object to be inspected, T s = 0.
[0080]
Next, another application example according to the first embodiment will be described. In this application example, there are a plurality of reflection sources in the subject, and a plurality of echoes from each reflection source are received. In this case, a hologram is created and reproduced from a plurality of echoes, and the plurality of reflection sources are reproduced and displayed at the correct positions.
[0081]
FIG. 21 is an explanatory diagram showing the ultrasonic holography method according to this application example, and corresponds to (a) to (f) of FIG. When there are a plurality of reflection sources 403 and 404 on the inspected object 102 as shown in FIG. 21A, A scope display by echoes 405 from the reflection source A and echoes 406 from the reflection source B as shown in FIG. Data is obtained. As described above, longitudinal and transverse echoes are generated from individual reflection sources, and in reality, there are many cases where there are three or more echoes. Therefore, the number of reception echoes and the number of reflection sources correspond one-to-one. do not do. In the following, for simplicity of explanation, it is assumed that an echo based on only one sound velocity is obtained from one reflection source.
[0082]
Send / receive position (x i , y j Echoes from the reflection sources A and B in (1) are accumulated for one line, and a B scope graphic for the XZ cross section in (c) is created. The indications 407 and 408 by the B scope are rotated by the refraction angle θ as shown in FIG.
[0083]
Next, using Equation 5, holograms 413 and 414 are created as shown in (e) in the flaw detection area determined from the processing start position 121 to the processing end position 122. Here, by using the reception time of the ultrasonic signal as an argument of a vibration function such as a cos function, the interference term between the reference wave and the reception wave is numerically calculated to create a hologram. As a value of the wave number k of the reference wave used for numerical interference, k = n × 2πf / V is used. The value of V used is a predetermined mode, for example, longitudinal wave sound velocity. As described above, the hologram creation of this embodiment creates a hologram without considering whether a plurality of echoes obtained by flaw detection are caused by a plurality of reflection sources or a single reflection source.
[0084]
Next, a reproduced image of the hologram is created by Equation 10. The value of the wave number k of the reproduction reference wave used for the reproduction calculation is the same value as that used for the reference wave used for creating the hologram. If two reproduced images are obtained as a result of hologram reproduction in a predetermined mode, for example, longitudinal wave sound velocity, they correspond to different reflection sources A and B. That is, the hologram that does not depend on the longitudinal wave sound velocity is erased in the process of image reproduction. Furthermore, since the same result can be obtained by repeating the above-described processing using the shear wave velocity, it is possible to obtain the position of a plurality of reflection sources from both the longitudinal wave and the transverse wave and perform highly reliable flaw detection.
[0085]
[Example 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The difference from the first embodiment is that, in consideration of the case where an echo is received by mode conversion from a longitudinal wave to a transverse wave, as the sound velocity V used in the ultrasonic holography method, in addition to the longitudinal wave sound velocity and the transverse wave sound velocity, The average sound speed of the shear wave is used.
[0086]
In FIG. 22, the application case of Example 2 is shown with an image. A reflection source 301 is provided inside the object to be inspected, and echoes from the probe 101 at the transmission / reception position by the longitudinal wave reciprocating path 302, echoes by the path 303 mode-converted from the longitudinal wave to the transverse wave, and a transverse wave reciprocating path 304. This is a case where an echo is received. FIG. 23 shows a parameter input screen. Here, SUS304 is used as an object to be inspected, and longitudinal wave velocity, transverse wave velocity, and average velocity are used as sound velocity to be used. Average sound speed is harmonic mean V ave In accordance with Equation 11.
[0087]
## EQU11 ##
Figure 0003730429
[0088]
FIG. 24 shows an A scope graphic. Compared to the case of FIG. 9, a second echo due to a transverse wave mode-converted from a longitudinal wave appears between the first longitudinal wave echo and the third transverse wave echo. FIG. 25 is a B scope graphic, and three graphics 305, 306, and 307 in which the first, second, and third echoes are accumulated for one line are obtained.
[0089]
FIG. 26 shows the hologram reproduction area. Here, the reproduction scopes 308 to 310 are obtained by rotating the points of the B scope graphics 305 to 307 by the refraction angle θ. In the figure, only the reproduction area 309 for the graphic 306 is shown.
[0090]
FIG. 27 shows a hologram creation method. Send / receive position (x i , y j ) One-way propagation distance Z ij The holograms 3101, 3102, and 3103 are created in the flaw detection area determined from the process start position to the process end position. At this time, the wave number k = n × 2πf / V of the reference wave used for numerical interference is used. As the sound velocity V, three types of longitudinal wave velocity, transverse wave velocity, and average sound velocity are used. The hologram image reproduction according to Equation 10 also uses three types of longitudinal wave velocity, transverse wave velocity, and average velocity. The method of displaying the calculation result as a video is the same as in the first embodiment.
[0091]
According to the second embodiment, the hologram is created and reproduced using the longitudinal wave, the transverse wave, and the average sound velocity of the longitudinal wave and the transverse wave in the subject. Even when conversion has occurred, the indication of a virtual image that originally appears at a position without a reflection source can be automatically erased.
[0092]
In addition, there are a plurality of reflection sources on the object to be inspected, and mode conversion at the time of incidence of ultrasonic waves on the subject (for example, longitudinal wave to transverse wave), mode conversion at the time of reflection from the reflection source (longitudinal wave to transverse wave) When a hologram is generated and reproduced using three kinds of longitudinal waves, a transverse wave, and an average sound velocity of the longitudinal wave and the transverse wave as in the present embodiment, even when a transverse wave and a longitudinal wave are generated, one reflection is obtained. Since the calculation result of each wave sound velocity with respect to the source indicates the same or approximate position, the actual reflection source can be accurately displayed, and highly reliable flaw detection is possible.
[0093]
【The invention's effect】
According to the present invention, when a hologram is created and reproduced from B-scope display data, the ultrasonic sound velocity used for the calculation is specified as the longitudinal wave mode or the transverse wave mode, and only the hologram of the propagation path having the same sound velocity is reproduced. Therefore, a virtual image appearing at a position different from the actual position can be erased by ultrasonic mode conversion, and the number and positions of scratches inside the object to be inspected can be accurately displayed.
[0094]
Further, when image reproduction corresponding to each sound speed is performed with the ultrasonic sound speed used for calculation as longitudinal and transverse waves, and further with the average sound speed of the longitudinal and transverse waves, a plurality of them can be displayed for one reflection source by superimposing them. The calculation result can be reflected, and a more reliable graphic display of the flaw detection result can be realized.
[0095]
Further, when the reproduction area is obtained from the B scope display data, each point is rotated according to the refraction angle of the ultrasonic wave, so that the influence of the spread of the ultrasonic wave can be reduced, and the more accurate position and shape of the reflection source can be reproduced. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a processing image of an ultrasonic holography method of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic flaw detection system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a hardware configuration diagram of an ultrasonic flaw detection system according to an embodiment.
FIG. 4 is a diagram of an input screen for sound speed data according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a schematic processing procedure of an ultrasonic flaw detection system according to one embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing by the ultrasonic holography method of the present invention.
FIG. 7 is a data format diagram showing an example of initial parameters.
FIG. 8 is a data format diagram showing an example of flaw detection data.
FIG. 9 is an explanatory diagram of an A scope figure obtained as a result of flaw detection.
FIG. 10 is a data format diagram showing an example of B-scope graphic data.
FIG. 11 is a data format diagram showing an example of hologram creation.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a B scope graphic obtained as a result of flaw detection.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a reproduction area of a hologram.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing creation of a hologram.
FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating the influence of the wave number of a reference wave as an image.
FIG. 16 is a menu screen diagram of sound speed selection used for the holographic calculation of the first embodiment.
FIG. 17 is a flowchart of processing for creating three-dimensional image data from the result of hologram reproduction calculation.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a threshold level.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of 3D video data in the VRML format.
FIG. 20 is a schematic diagram of 3D video by a VRML browser.
21 is an explanatory diagram showing a processing image in another application example of Embodiment 1. FIG.
FIG. 22 is an explanatory diagram of an application example according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a diagram of an input screen for sound velocity data in the second embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram of an A scope graphic obtained as a result of flaw detection according to the second embodiment.
FIG. 25 is an explanatory diagram of a B scope graphic according to the second embodiment.
FIG. 26 is an explanatory diagram of a hologram reproduction area according to the second embodiment.
FIG. 27 is an explanatory diagram of hologram creation according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Computer, 11 ... Display apparatus, 12 ... Interface apparatus, 101 ... Ultrasonic probe, 102 ... Inspected object, 103 ... Reflection source, 104 ... Reflection path, 105 ... Reflection path, 106 ... Transmission pulse, 107 ... Echo from the surface, 108 ... Echo from the reflection source (longitudinal wave), 109 ... Echo from the reflection source (transverse wave), 110 ... Echo from the bottom surface, 111 ... Echo from the surface, 112 ... Echo from the bottom surface, 113 ... flaw detection start position, 114 ... flaw detection end position, 115 ... figure (longitudinal wave), 116 ... figure (lateral wave), 117 ... data after rotation (longitudinal wave), 118 ... data after rotation (lateral wave), 121 ... processing Start position, 122 ... Processing end position, 123 ... One-way propagation distance, 124 ... Reproduction area, 125 ... One-way propagation distance, 126 ... Reproduction area, 127 ... Hologram, 128 ... Hologram 129... Reconstructed image (longitudinal wave reconstructed image by longitudinal wave) 130... Reconstructed image (reconstructed image by transverse wave by transverse wave) 131. Image display device 202... Image display data calculation device 203. Image data memory 204... Control device 205. Peak detection processing calculation unit 206 ... Data storage unit 2061 Sound speed data storage unit 207 Flaw detection data memory 208 ... A / D converter, 209 ... Receiver, 110 ... Probe moving mechanism, 120 ... Ultrasonic flaw detector.

Claims (10)

被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信し、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源図形を表示する超音波探傷結果の表示方法において、
探触子を走査しながら送受信を繰り返して送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、1ライン走査の探傷データからBスコープ図形データを作成し、前記Bスコープ図形データに基いて再生領域を求めると共に、前記被検査体中を伝播する指定モードの超音波の音速と探傷に使用する超音波の周波数fからk=n×2πf/V(nは自然数)として求められる波数kの参照波を前記探傷データに対し数値的に干渉させてホログラムを作成し、前記ホログラムの作成に用いたと同様の波数kを用いて前記指定モードの音速が前記探傷データの音速と一致する場合に前記再生領域にホログラム再生を行い、再生像を画面表示することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。
An ultrasonic wave that transmits ultrasonic waves in a predetermined mode to the object to be inspected, receives an echo reflected from a reflection source due to internal flaws, etc., obtains the position of the reflection source from the reception time of the echo, and displays a reflection source figure In the display method of the ultrasonic flaw detection result,
By repeating transmission and reception while scanning the probe, flaw detection data including the reception time of the echo is collected at each transmission and reception position, B scope graphic data is created from flaw detection data of one line scan, and based on the B scope graphic data. The wave number obtained as k = n × 2πf / V (n is a natural number) from the sound velocity V of the ultrasonic wave in the designated mode propagating through the inspected object and the frequency f of the ultrasonic wave used for flaw detection. When a hologram is created by numerically interfering the reference wave of k with the flaw detection data, and the speed of sound in the designated mode matches the speed of sound of the flaw detection data using the same wave number k used for the creation of the hologram And displaying the reproduced image on the screen by performing hologram reproduction in the reproduction area.
請求項1において、前記指定モードの超音波音速は縦波および横波の値を設定し、各音速による再生像を重畳表示することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。According to claim 1, ultrasonic sound speed of the specified mode set the value of the longitudinal wave and the transverse wave, the display method of the ultrasonic flaw detection result, characterized in that superimposed on the reproduced image obtained by each speed of sound. 請求項1において、前記指定モードの超音波の音速は縦波、横波の他に、縦波と横波の平均値を設定し、各音速による再生像を重畳表示することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。  2. The ultrasonic flaw detection according to claim 1, wherein the ultrasonic velocity of the ultrasonic wave in the designated mode is set to an average value of the longitudinal wave and the transverse wave in addition to the longitudinal wave and the transverse wave, and a reproduced image at each sound velocity is superimposed and displayed. How to display the results. 請求項1、2または3において、前記再生領域は、前記Bスコープ図形データの各点を超音波の屈折角θだけ回転させて求めることを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。  4. The ultrasonic flaw detection result display method according to claim 1, wherein the reproduction area is obtained by rotating each point of the B-scope graphic data by an ultrasonic refraction angle θ. 請求項1、2、3または4において、前記参照波にcos関数を用い、その位相を前記波数kと前記エコーの伝播距離から決定し、かつ、前記超音波の伝播速度の逆数として定まる前記波数kを整数倍して可変設定することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。  5. The wave number according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein a cos function is used for the reference wave, a phase thereof is determined from the wave number k and a propagation distance of the echo, and the wave number is determined as an inverse of the propagation speed of the ultrasonic wave. A method for displaying an ultrasonic flaw detection result, wherein k is an integer multiple and is variably set. 被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信する超音波探触子と、前記探触子を被検査体上の所定の走査経路に従って走査する探触子移動機構と、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源の図形データを作成する探傷図形表示処理機構と、作成された図形データを画面表示する表示装置を備える超音波探傷装置において、
前記探傷図形表示処理機構は、前記探触子移動機構で走査される前記探触子から送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、1ライン走査の探傷データからBスコープ図形データを作成し、前記Bスコープ図形データに基いて再生領域を求めると共に、前記被検査体中を伝播する指定モードの超音波の音速と探傷に使用する超音波の周波数fからk=n×2πf/V(nは自然数)として求められる波数kの参照波を前記探傷データに対し数値的に干渉させてホログラムを作成し、前記ホログラムの作成に用いたと同様の波数kを用いて前記指定モードの音速が前記探傷データの音速と一致する場合に前記再生領域にホログラム再生を行い、再生像を画面表示することを特徴とする超音波探傷装置。
An ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves in a predetermined mode to an object to be inspected and receives echoes reflected from a reflection source due to internal scratches, etc., and the probe according to a predetermined scanning path on the object to be inspected A probe moving mechanism for scanning; a flaw detection graphic display processing mechanism for determining the position of the reflection source from the reception time of the echo to generate graphic data of the reflection source; and a display device for displaying the generated graphic data on the screen. In the ultrasonic flaw detector provided,
The flaw detection graphic display processing mechanism collects flaw detection data including the reception time of the echo for each transmission / reception position from the probe scanned by the probe movement mechanism, and from the flaw detection data of one line scan, the B scope graphic The data is created, the reproduction area is obtained based on the B-scope graphic data, and k = n × from the sound velocity V of the ultrasonic wave in the designated mode propagating through the inspection object and the frequency f of the ultrasonic wave used for flaw detection. A reference wave having a wave number k obtained as 2πf / V (n is a natural number) is numerically interfered with the flaw detection data to create a hologram, and the designated mode is used using the same wave number k used for creating the hologram. An ultrasonic flaw detector which reproduces a hologram in the reproduction area and displays a reproduced image on the screen when the sound velocity of the sound coincides with the sound velocity of the flaw detection data.
請求項6において、前記表示装置は、前記指定モードの超音波の被検査体中の音速を任意に選択するための入力画面を具備していることを特徴とする超音波探傷装置。  The ultrasonic flaw detection apparatus according to claim 6, wherein the display device includes an input screen for arbitrarily selecting a speed of sound in the inspection target ultrasonic wave in the designated mode. 請求項6または7において、前記探傷図形表示処理機構は、前記参照波の前記波数kを整数倍して可変設定する手段を設けていることを特徴とする超音波探傷装置。According to claim 6 or 7, wherein the testing graphic display processing mechanism, ultrasonic flaw detection apparatus characterized by being provided with means for variably setting to an integer multiple of the wave number k of the reference wave. 請求項6、7または8において、前記指定モードの超音波音速が複数指定される場合に、前記表示装置は、各音速による再生像が一致あるいは近接した場合に、一致した再生像同士を、一致しない再生像とは異なる色を用いて表示することを特徴とする超音波探傷装置。  9. The display device according to claim 6, 7 or 8, wherein when a plurality of ultrasonic sound velocities in the specified mode are specified, the display device matches the reproduced images that coincide with each other when the reproduced images at the respective sound velocities match or approach each other. An ultrasonic flaw detector characterized by displaying using a color different from that of a reproduced image not to be reproduced. 請求項6、7または8において、前記指定モードの超音波音速が複数指定される場合に、前記表示装置は、各音速による再生像が、一致あるいは近接した場合にのみ、その再生像を表示することを特徴とする超音波探傷装置。  9. The display device according to claim 6, 7 or 8, wherein when a plurality of ultrasonic sound velocities in the designated mode are designated, the display device displays the reproduced images only when the reproduced images at the respective sound velocities match or are close to each other. An ultrasonic flaw detector characterized by that.
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