JP4462277B2 - Ultrasonic flaw detection method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、複数の振動子を有するアレイ探触子により被検材に超音波を送受信して探傷を行う方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for performing flaw detection by transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a test material using an array probe having a plurality of transducers.
従来の超音波探傷方法は、超音波探傷機に複数の超音波探触子のうちから選択された1つの探触子を接続して被検材の検査(探傷)を行うものである。従ってこの超音波探触子は使用目的に適合する周波数、寸法、型式(垂直、斜角等)のものが選択されて接続される。例えば、5Z20Nと表示された探触子は、周波数が5MHz、振動子は円形で直径が20mmの寸法の垂直探触子である。
このように1つの超音波探触子が選択されると、この探触子の周波数や寸法(この例では、円形振動子の直径Dとする)が決定(固定)されるため、この探触子により被検材内に生成される音場も決まったものとなる。
In the conventional ultrasonic flaw detection method, a single probe selected from a plurality of ultrasonic probes is connected to an ultrasonic flaw detector to inspect a test material (flaw detection). Therefore, the ultrasonic probe having a frequency, size, and type (vertical, oblique, etc.) suitable for the purpose of use is selected and connected. For example, a probe displayed as 5Z20N is a vertical probe having a frequency of 5 MHz, a transducer having a circular shape and a diameter of 20 mm.
When one ultrasonic probe is selected in this way, the frequency and size of the probe (in this example, the diameter D of the circular transducer) is determined (fixed). The sound field generated in the test material by the child is also determined.
円形振動子により被検材内に生成される音場は、振動子を接触させた被検材表面から次の(1)式により決まる近距離音場限界距離x0 までの範囲の近距離音場と、x0 より遠距離の範囲の遠距離音場とに分けられる。
x0=D2/4λ=D2f/4C …(1)
ここでDは円形振動子の直径、λは伝搬中の超音波の波長であり、fを周波数、Cを伝搬速度とすると、λ=C/fである。
The sound field generated in the test material by the circular vibrator is a near field sound in a range from the surface of the test material in contact with the vibrator to the near field limit distance x 0 determined by the following equation (1). and the field is divided into a far field of the range from x 0 long-distance.
x 0 = D 2 / 4λ = D 2 f / 4C (1)
Here, D is the diameter of the circular vibrator, λ is the wavelength of the ultrasonic wave being propagated, λ = C / f where f is the frequency and C is the propagation velocity.
図7は円形振動子による超音波ビーム形状の説明図であり、円形振動子で発生した振動が被検材の表面からその内部に伝搬する超音波ビームは、図7に示すように、近距離音場においては、振動子の直径とほぼ等しく一定の太さになっている。
またx0 よりの遠方の遠距離音場では、図7に示すように、振動子の中心を頂点とした円すい形状で、次の(2)式により決まる指向角ψ0 により、距離が遠くなるに従い次第に太いビームになっていく。
ψ0 =70λ/D=70C/Df …(2)
ここでD,λは、(1)式と同様に、それぞれ振動子の直径、波長である。
このように超音波ビームの形状は、振動子寸法と超音波の波長により種々変化する。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the shape of the ultrasonic beam by the circular vibrator. The ultrasonic beam propagating from the surface of the test material to the inside of the test object is a short distance as shown in FIG. In the sound field, the thickness is almost equal to the diameter of the vibrator.
Further, in the far field far away from x 0 , as shown in FIG. 7, the distance is longer due to the conical shape having the center of the transducer as the apex and the directivity angle ψ 0 determined by the following equation (2). It becomes a thick beam gradually.
ψ 0 = 70λ / D = 70C / Df (2)
Here, D and λ are the diameter and wavelength of the vibrator, respectively, similarly to the equation (1).
As described above, the shape of the ultrasonic beam varies depending on the size of the transducer and the wavelength of the ultrasonic wave.
いま、通常の市販されている垂直探触子を用いて、被検材内の近距離音場のきず、例えば表面近くにある小さなきずを検出しようとすると、一般にAスコープ表示器において、きずからの反射エコーの高さ(振幅値)は、このきずの面積と振動子の有効面積(超音波ビームの有効面積の意)との比に比例して表示されるため、小さな寸法(直径)の振動子を用いた方が、高感度で微細なきずまで検出することができる。 Now, when a normal commercially available vertical probe is used to detect a flaw in a near field in a test material, for example, a small flaw near the surface, the A scope display generally uses a flaw. The height (amplitude value) of the reflected echo is displayed in proportion to the ratio of the area of the flaw and the effective area of the transducer (meaning the effective area of the ultrasonic beam), Using the vibrator can detect even fine flaws with high sensitivity.
しかし小さな寸法の振動子を用いると、被検材内の近距離音場にあるきずは高感度で検出できるが、遠距離音場にあるきずを検出するには、その指向角の広がりから、振動子のみかけ上の有効面積が大きくなり、きず面積との比の関係から検出感度が低下してしまう。
この被検材内の遠距離音場にあるきずを検出しやすくするためには、指向角を小さくするために振動子の寸法(直径)を大きくする必要がある。しかし大きな寸法の振動子を用いると、遠距離音場のきずは検出しやすいが、逆に、表面近くにある小さなきずは、振動子面積が大きいので、きず面積の比との関係から感度が低下し検出が困難となる。
However, if a small-sized vibrator is used, flaws in the near field within the specimen can be detected with high sensitivity, but in order to detect flaws in the far field, from the spread of the directivity angle, The apparent effective area of the vibrator is increased, and the detection sensitivity is reduced due to the relationship with the flaw area.
In order to make it easier to detect a flaw in the far-field sound field in the test material, it is necessary to increase the size (diameter) of the vibrator in order to reduce the directivity angle. However, if a large-sized vibrator is used, it is easy to detect a flaw in the far field, but conversely, a small flaw near the surface has a large vibrator area, so the sensitivity is high due to the ratio of the flaw area. Decreases and makes detection difficult.
このように従来の超音波探傷方法では、単一の超音波探触子によって、被検材内の近距離音場から遠距離音場までの広範囲を良好な感度で、またはほぼ均一な感度で探傷することはできなかった。
従って検出感度を低下させずに探傷をするには、まず直径の小さな探触子を用いて被検材の近距離音場(被検材の表面に近い部分)についての探傷を行い、次に探触子を直径の大きなもに交換し、同一被検材に対して、その遠距離音場(被検材の内部の深い部分)についての探傷を行う必要があり、探傷作業量が単一の探触子の場合の2倍に増加するという問題があった。
As described above, in the conventional ultrasonic flaw detection method, a single ultrasonic probe can be used to achieve a wide range from the near field to the far field in the test material with good sensitivity or almost uniform sensitivity. The flaw could not be detected.
Therefore, in order to perform a flaw detection without reducing the detection sensitivity, first a flaw detection is performed on the near-field sound field (portion close to the surface of the test material) using a probe having a small diameter, and then It is necessary to replace the probe with one with a larger diameter, and to perform the flaw detection on the far-field sound field (the deep part inside the test material) for the same test material. There was a problem that it increased twice as much as the case of the probe.
また、きず寸法を推定する場合、きずが振動子寸法より小さい場合、Aスコープ上のきずエコー高さFと底面エコー高さBとの比F/Bにより推定する方法が一般に用いられている。
このため、超音波探触子と被検材との接触状態が少し変化すると、振動子の見かけ上の有効面積が変り、底面エコーの高さBや、前記F/Bの値が変化するので、きず寸法の推定精度にバラツキが生じる等の問題もあった。
When estimating the flaw size, when the flaw is smaller than the transducer size, a method is generally used in which the flaw is estimated by the ratio F / B of the flaw echo height F on the A scope and the bottom echo height B.
For this reason, if the contact state between the ultrasonic probe and the test material changes slightly, the apparent effective area of the transducer changes, and the height B of the bottom echo and the value of F / B change accordingly. There are also problems such as variations in flaw size estimation accuracy.
この超音波探傷技術と類似するものに超音波診断技術があり、この超音波診断においても、被検体の浅い部位から深い部位まで広範囲にわたり、鮮明な超音波画像を得るために、焦点深度が深く、かつ細い超音波ビームを形成する探触子が要望されていた。この要望に応えた公知文献として特開平8−289889号公報(以下単に特許公報という)がある。 Ultrasonic diagnostic technology is similar to this ultrasonic flaw detection technology, and even in this ultrasonic diagnosis, in order to obtain a clear ultrasonic image over a wide range from a shallow part to a deep part of the subject, the depth of focus is deep. There has been a demand for a probe that forms a thin ultrasonic beam. There is JP-A-8-289889 (hereinafter simply referred to as a patent gazette) as a known document that meets this demand.
図8は上記特許公報の第1実施例による超音波診断装置の構成図である。
図8においては、アニュラアレイ型超音波振動子(トランスデューサ)104を、所定の点に焦点を結ぶ集束音場を発生する圧電素子101と、共焦点を有する同心円状の圧電素子102,103とで構成し、その音響放射面に音響レンズ120を接合する。圧電素子101の電極106を遅延線107、分離回路108を介して励振回路109に接続し、圧電素子102の電極110を遅延線111を介して励振回路109に接続し、圧電素子103の電極112を励振回路109に直接接続する。励振回路109を観測装置113に接続し、分離回路108をアンプ114を介して観測装置113に接続する。各圧電素子の合成音場が、上記所定の焦点とは異なる点に焦点を結ぶよう、圧電素子101,102を103に対して遅延駆動する。
この第1実施例では、圧電素子103は直接(即ち時間遅延なく)、圧電素子102は遅延線111で40ns遅延させ、圧電素子101は遅延線107で80ns遅延させてそれぞれ励振して、周波数15MHzの超音波を発生させ、各圧電素子の合成音場では幾何学焦点距離30mmと異なる電子的焦点距離21mmを得たとしている。
FIG. 8 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the above patent publication.
In FIG. 8, an annular array type ultrasonic transducer (transducer) 104 is composed of a
In this first embodiment, the
しかしながら上記特許公報の超音波探触子とその送受信方法による音場特性は、その図3、図8に示されるように、電子的焦点距離における超音波ビームは細く絞られているが、その前後の位置においてはかなり太いビームとなっている。
超音波探傷においては、所定の探傷範囲内では、超音波ビーム径がほぼ一定で且つ良好な感度で探傷できることが望ましいので、上記特許公報の音場特性は、超音波探傷に用いるには、満足できるものではなかった。
However, the sound field characteristics of the ultrasonic probe and the transmission / reception method of the above-mentioned patent publication are shown in FIGS. 3 and 8, and the ultrasonic beam at the electronic focal length is narrowed down. The position is a rather thick beam.
In ultrasonic flaw detection, it is desirable that flaw detection can be performed with a substantially constant ultrasonic beam diameter and good sensitivity within a predetermined flaw detection range. Therefore, the sound field characteristics of the above-mentioned patent publication are satisfactory for use in ultrasonic flaw detection. It wasn't possible.
また上記特許公報における各圧電素子の励振方法は、各圧電素子間に時間差を設けて順次励振するので、最初にある圧電素子の励振により複数波の超音波が発生され、この最初の超音波の発生期間中に次の圧電素子の励振により再び複数波の超音波が発生されるという過程を繰り返す。従って全部の圧電素子を同時に励振する場合に比例して、全体として発生される超音波の波数が増加するので、距離分解能が悪化することになる。
超音波探傷においては、きずの位置や大きさの情報は重要であるので、上記距離分解能の悪化は好ましくないものであった。
Further, the excitation method of each piezoelectric element in the above-mentioned patent gazette sequentially excites a time difference between each piezoelectric element, so that multiple ultrasonic waves are generated by the excitation of the first piezoelectric element, and the first ultrasonic wave During the generation period, a process in which a plurality of ultrasonic waves are generated again by excitation of the next piezoelectric element is repeated. Therefore, in proportion to the case where all the piezoelectric elements are excited simultaneously, the wave number of the ultrasonic wave generated as a whole increases, and the distance resolution deteriorates.
In ultrasonic flaw detection, information on the position and size of flaws is important, and the above-described deterioration in distance resolution is not preferable.
このように超音波探傷においては、単一の超音波探触子を用いて、被検材内の近距離音場から遠距離音場までの広範囲を高感度で、またはほぼ均一な良好な感度で探傷できると共に、距離分解能も悪化しない超音波探傷方法及び装置が要望されていた。 In this way, in ultrasonic flaw detection, a single ultrasonic probe is used, and a wide range from the near field to the far field in the test material is highly sensitive or has good sensitivity that is almost uniform. Therefore, there has been a demand for an ultrasonic flaw detection method and apparatus that can perform flaw detection with the same method and that does not deteriorate the distance resolution.
本発明に係る超音波探傷方法は、複数の振動子を有するアレイ探触子により超音波を送受信する振動子面積を複数N段階に変更可能とし、超音波の送受信周期毎に1段階ずつ順次N段階に振動子面積を変更して被検材に超音波を送受信して所定探傷範囲の受信信号を取得し、複数Nの超音波送受信周期において取得した各送受信周期毎の受信信号をそれぞれ量子化して複数Nの時系列データとして記憶し、この記憶した複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを当時系列位置における受信結果データとして抽出するものである。 In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, the transducer area for transmitting and receiving ultrasonic waves can be changed to a plurality of N stages by an array probe having a plurality of vibrators. The transducer area is changed in stages, and ultrasonic waves are transmitted to and received from the specimen to acquire received signals within a predetermined flaw detection range, and the received signals for each transmission and reception period acquired in a plurality of N ultrasonic transmission and reception periods are respectively quantized. A plurality of N time series data is stored, the stored N time series data is compared for each time series position, and data having the maximum amplitude value is extracted as reception result data at that time series position. It is.
本発明に係る超音波探傷方法は、複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを順次抽出して得た所定探傷範囲内の受信結果データを表示又は記録する際に、各抽出位置における受信結果データの感度を変更せずにそのままの感度で表示又は記録するか、または各抽出位置における受信結果データの感度を所定探傷範囲においてほぼ均一な感度となるように変更して表示又は記録するものである。 In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, a plurality of N time-series data are compared for each time-series position, and reception result data within a predetermined flaw detection range obtained by sequentially extracting data having the maximum amplitude value of the time-series data is obtained. When displaying or recording, the sensitivity of the reception result data at each extraction position is displayed or recorded without changing the sensitivity, or the sensitivity of the reception result data at each extraction position is almost uniform within a predetermined flaw detection range. It is changed to be displayed or recorded.
本発明に係る超音波探傷方法は、複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを順次抽出して得た所定探傷範囲の受信結果データより検出したきずの評価として、検出したきずのエコー高さと、このきずに相当する受信結果データが抽出された時系列データにおける底面エコーの高さとの比に基づききず寸法を評価するか、または検出したきずのエコー高さと、きずに相当する受信結果データが抽出された時系列データを記憶した送受信周期の当きず検出位置における超音波ビームの有効面積とに基づききず寸法を評価するものである。 In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, a plurality of N time-series data are compared for each time-series position, and data having the maximum amplitude value is sequentially extracted and detected from reception result data in a predetermined flaw detection range. As the evaluation of the flaw, the flaw size is evaluated based on the ratio of the echo height of the detected flaw and the height of the bottom echo in the time series data from which the reception result data corresponding to this flaw is extracted, or the flaw detected The flaw size is evaluated on the basis of the echo height of the ultrasonic beam and the effective area of the ultrasonic beam at the detection position where the transmission / reception cycle stores the time-series data from which the reception result data corresponding to the flaw is stored.
本発明に係る超音波探傷装置は、中心部振動子と、この中心部振動子を取り囲む位置に配置された単数又は複数の周辺部振動子とを有するアレイ探触子と、アレイ探触子の中心部振動子と、この中心部振動子に単数又は複数の周辺部振動子を付加することにより、超音波の送受信周期毎に1段階ずつ順次複数N段階に振動子面積を変更させ、被検材に超音波の送受信を行う超音波送受信手段と、複数Nの超音波送受信周期において超音波送受信手段が各送受信周期毎に取得した所定探傷範囲の受信信号をそれぞれ量子化して複数Nの時系列データとして記憶し、この記憶した複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを当時系列位置における受信結果データとして抽出する受信結果データ抽出手段とを備えたものである。 An ultrasonic flaw detector according to the present invention includes an array probe having a central vibrator, and one or a plurality of peripheral vibrators arranged at positions surrounding the central vibrator, and an array probe. By adding one or more peripheral vibrators to the central vibrator and the central vibrator, the vibrator area can be changed to multiple N stages one by one for each ultrasonic transmission / reception cycle. Ultrasonic transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves to the material, and a plurality of N time series by quantizing the reception signals in a predetermined flaw detection range acquired by the ultrasonic transmission / reception means for each transmission / reception period in a plurality of N ultrasonic transmission / reception periods A reception result data extracting unit that stores the N time-series data stored as data, compares the time-series data stored for each time-series position, and extracts data having the maximum amplitude value as reception result data at the time-series position. It is those with a door.
本発明に係る超音波探傷装置は、受信結果データ抽出手段が複数Nの時系列データより各時系列位置毎に抽出した受信結果データを入力し、この各時系列位置毎の受信結果データを、その受信感度の振幅値のまま出力するか、または所定探傷範囲においてほぼ均一な感度となるように振幅値を変更して出力する感度変更選択手段と、受信結果データ抽出手段が複数Nの時系列データより各時系列位置毎に抽出した受信結果データを検査し、この受信結果データより検出したきずの評価として、検出したきずのエコー高さと、このきずに相当する受信結果データが抽出された時系列データにおける底面エコーの高さとの比に基づききず寸法を評価するか、または検出したきずのエコー高さと、きずに相当する受信結果データが抽出された時系列データを記憶した送受信周期の当きず検出位置における超音波ビームの有効面積とに基づききず寸法を評価するきず寸法評価手段とを付加したものである。 In the ultrasonic flaw detector according to the present invention, the reception result data extraction unit inputs reception result data extracted for each time series position from a plurality of N time series data, and the reception result data for each time series position is Sensitivity change selection means for outputting the reception sensitivity amplitude value as it is or changing the amplitude value so that the sensitivity is substantially uniform within a predetermined flaw detection range, and a plurality of N time series of reception result data extraction means. When the reception result data extracted for each time-series position is inspected from the data, and the evaluation of the flaw detected from this reception result data, the echo height of the detected flaw and the reception result data corresponding to this flaw are extracted Evaluate the flaw size based on the ratio of bottom echo height in the series data, or the time series in which the echo height of the detected flaw and the reception result data corresponding to the flaw were extracted Is obtained by adding a flaw size evaluation means for evaluating the flaw size on the basis of the effective area of the ultrasonic beam at those flaws detected position of the transmitting and receiving period for storing a over data.
本発明においては、複数の振動子を有するアレイ探触子により超音波を送受信する振動子面積を複数N段階に変更可能とし、超音波の送受信周期毎に1段階ずつ順次N段階に振動子面積を変更して被検材に超音波を送受信して所定探傷範囲の受信信号を取得し、複数Nの超音波送受信周期において取得した各送受信周期毎の受信信号をそれぞれ量子化して複数Nの時系列データとして記憶し、この記憶した複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを当時系列位置における受信結果データとして抽出するようにしたので、各きず毎に、当きずの検出位置において最高感度で検出したきずデータを自動的に取得することができる。 In the present invention, the transducer area for transmitting and receiving ultrasonic waves can be changed to a plurality of N stages by an array probe having a plurality of transducers, and the transducer area is sequentially divided into N stages for each ultrasonic transmission / reception cycle. Is changed to obtain a reception signal in a predetermined flaw detection range by transmitting / receiving ultrasonic waves to / from the test material, and quantizing the reception signals for each transmission / reception period acquired in a plurality of N ultrasonic transmission / reception periods, Since the stored time series data of the plurality N is compared for each time series position, and the data having the maximum amplitude value is extracted as the reception result data at the time series position. For each flaw, it is possible to automatically acquire flaw data detected at the highest sensitivity at the detection position of the win.
また本発明においては、複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを順次抽出して得た所定探傷範囲内の受信結果データを表示又は記録する際に、各抽出位置における受信結果データの感度を変更せずにそのままの感度で表示又は記録するか、または各抽出位置における受信結果データの感度を所定探傷範囲においてほぼ均一な感度となるように変更して表示又は記録するようにしたので、各きず検出位置毎の最高感度によるきずの表示も、全探傷範囲にわたるほぼ均一な感度によるきずの表示も可能となる。 In the present invention, a plurality of N time-series data are compared for each time-series position, and reception result data within a predetermined flaw detection range obtained by sequentially extracting data having the maximum amplitude value among them is displayed or recorded. In this case, the sensitivity of the reception result data at each extraction position is displayed or recorded as it is without changing the sensitivity, or the sensitivity of the reception result data at each extraction position is substantially uniform in a predetermined flaw detection range. Since it is changed and displayed or recorded, it is possible to display flaws with the highest sensitivity at each flaw detection position and display flaws with almost uniform sensitivity over the entire flaw detection range.
また本発明によれば、複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを順次抽出して得た所定探傷範囲の受信結果データより検出したきずの評価として、検出したきずのエコー高さと、このきずに相当する受信結果データが抽出された時系列データにおける底面エコーの高さとの比に基づききず寸法を評価するか、または検出したきずのエコー高さと、きずに相当する受信結果データが抽出された時系列データを記憶した送受信周期の当きず検出位置における超音波ビームの有効面積とに基づききず寸法を評価するようにしたので、底面エコー高さが十分に得られる場合にも、また得られない場合にも、較正データの併用等により、きず寸法を精度良く評価することができる。 Further, according to the present invention, a plurality of N time-series data are compared for each time-series position, and the flaws detected from the reception result data in the predetermined flaw detection range obtained by sequentially extracting the data having the maximum amplitude value among them. Evaluation is based on the ratio of the echo height of the detected flaw and the height of the bottom echo in the time series data from which the reception result data corresponding to this flaw is extracted, or the echo height of the detected flaw Since the size of the flaw is evaluated based on the effective area of the ultrasonic beam at the position where the detection result of the transmission / reception cycle where the reception result data corresponding to the flaw is extracted is stored, the bottom echo height Whether or not is sufficiently obtained, the flaw dimensions can be evaluated with high accuracy by using calibration data together.
実施形態1
実施形態1では、超音波探触子の振動子面積を複数(この実施形態では3とするが、一般的にはN)の段階に変更できるようにすると共に、被検材の所定探傷範囲(例えば垂直探傷の場合、被検材の表面から底面までの全範囲)を前記複数Nと同数の範囲に分割し、予め前記N段階の各振動子面積にそれぞれ対応させて前記複数Nに分割したうちの1つの探傷範囲を割り当てておき、超音波の送受信周期毎に1段階ずつ順次前記N段階に振動子面積を変更して被検材に超音波を送受信すると共に、前記各振動子面積に対応させて割り当てた各探傷範囲の探傷を行うものである。
In the first embodiment, the transducer area of the ultrasonic probe can be changed to a plurality of stages (3 in this embodiment, but generally N), and a predetermined flaw detection range of the test material ( For example, in the case of vertical flaw detection, the entire range from the surface to the bottom surface of the test material is divided into the same number of ranges as the plurality N, and is divided into the plurality N in advance corresponding to each of the N-stage transducer areas. One of the flaw detection ranges is allocated, and the transducer area is changed to the N stages sequentially for each ultrasonic transmission / reception cycle to transmit / receive ultrasonic waves to / from the test material. The flaw detection is performed for each flaw detection range assigned in correspondence.
なお、本実施形態1では、3段階の振動子面積と、これに対応させて全探傷範囲を3つに分割した各探傷範囲との組み合せ例を後述するが、これは3段階の各振動面積によってそれぞれ探傷を行った場合に、各振動子面積によって最も高感度で探傷ができるように、各振動子面積と各探傷範囲との対応組み合せがなされるものである。
また、各振動子面積と各探傷範囲との対応組み合せを予め決めておくことが不要な方法は、実施形態2において説明する。
In the first embodiment, a combination example of a three-stage vibrator area and each flaw detection range obtained by dividing the whole flaw detection range into three corresponding to this will be described later. When each flaw detection is performed by the above, a corresponding combination of each transducer area and each flaw detection range is made so that flaw detection can be performed with the highest sensitivity according to each transducer area.
Further, a method that does not require a predetermined combination of each transducer area and each flaw detection range will be described in the second embodiment.
図1は本発明の実施形態1に係る超音波探傷装置の構成図であり、図2は図1の装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
最初に、実施形態1,2で共用するアレイ型超音波探触子について説明する。
図3は本発明の実施形態1,2に係るアレイ型超音波探触子の構成図である。
図3はアニュラアレイ型超音波探触子の場合の例を示したものであり、同図の(a)の1,2,3は同心円状に配置された#1,#2,#3振動子であり、4,5は振動子間のスペーサである。例えば#1振動子1は直径7mmの円形、#2振動子2は内径7.1mm、外径10.0mmのリング状、#3振動子3は内径10.1mm、外径14.0mmのリング状である。またスペーサ4,5は、例えば非導電性ゴムや樹脂等の円環状であり、各振動子間に設けられる。
なお、図3の(a)の構成により、#1振動子1は中心部振動子、#2,#3振動子2,3は、中心部振動子を取り囲む位置に配置された周辺部振動子ともいう。
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic flaw detector according to
First, an array type ultrasonic probe shared by the first and second embodiments will be described.
FIG. 3 is a configuration diagram of the array-type ultrasonic probe according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 shows an example of an annular array type ultrasonic probe. In FIG. 3, 1, 2 and 3 in (a) are # 1, # 2, and # 3 vibrations arranged concentrically. 4 and 5 are spacers between the vibrators. For example, # 1
3A, the # 1
図3の(b)の6,7,8は、#1,#2,#3の振動子の一方の面に設けられた個別電極で、それぞれ#1振動子電極、#2振動子電極、#3振動子電極という。9は#1,#2,#3振動子の他方の面に共通に設けられた共通電極である。この共通電極9は、#1,#2,#3振動子1,2,3と樹脂等のスペーサ4,5とを一体的に接合した後に、音響放射面に金属材のスパッタリング等により形成する。また各電極6〜9には、それぞれ接続線が設けられる。
このように図3のアレイ型超音波探触子10は、単一探触子の構造であるが、各振動子による超音波の送受信も、複数の振動子による超音波の送受信も可能である。
即ち各電極への接続線を介して、いま共通電極9と#1振動子電極6間のみにパルス電圧を印加すれば、#1振動子1による超音波の送信が行われ、共通電極9と#2振動子電極7間のみにパルス電圧を印加すれば#2振動子2による送信が行われる。
また#1振動子電極6と#2振動子電極7とを接続線を介して外部で結合し、この結合点と共通電極9間にパルス電圧を印加すれば、#1振動子1と#2振動子2による超音波の送信が行われる。また各振動子は、超音波の送信と同様に受信も可能である。
3, 7 and 8 in FIG. 3B are individual electrodes provided on one surface of the # 1, # 2 and # 3 vibrators, respectively, # 1 vibrator electrode, # 2 vibrator electrode, It is called # 3 vibrator electrode.
As described above, the array-type
That is, if a pulse voltage is applied only between the
If # 1 vibrator electrode 6 and # 2
次に#1,#2,#3振動子1,2,3を用いて、超音波を送受信する振動子面積を3段階に変更する例を説明する。
(1)いま#1振動子1のみを使用する場合は、この例では直径が7mmの円形面積として、振動子面積A1は約38.5mm2となる。
(2)次に#1振動子1及び#2振動子2を使用する場合は、近似的に直径10mmの円形となるので、振動子面積A2は約78.5mm2となり、A1 の約2倍となる。
(3)次に#1振動子1、#2振動子2及び#3振動子3を使用する場合は、近似的に直径14mmの円形となるので、振動子面積A3 は約153.9mm2 となり、A2 の約2倍となる。
Next, an example will be described in which the transducer area for transmitting and receiving ultrasonic waves is changed in three
(1) If only the # 1
(2) Next, when the # 1
(3) Next, when # 1
本実施形態1,2では上記のように、最初は中心部振動子のみ、次は中心部振動子とこれに隣接する周辺部振動子が1個、次は中心部振動子とこれに隣接する周辺部振動子が2個、…と超音波を送受信する振動子の数を順次増加させることにより、振動子面積を38.5mm2、78.5mm2、153.9mm2 と3段階に変更できるようにしている。
なお実施形態1における上記各振動子面積と全探傷範囲を3つに分割したうちの1つの探傷範囲との組み合せ例は後述する。
In the first and second embodiments, as described above, only the central vibrator is first, the next is the central vibrator and one peripheral vibrator adjacent thereto, and the next is the central vibrator and the next. two peripheral portion vibrator, ... and by increasing the number of transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves sequentially, can change the transducer area 38.5mm 2, 78.5mm 2, 153.9mm 2 and in three steps I am doing so.
An example of a combination of each transducer area and one flaw detection range of the first embodiment divided into three will be described later.
図1の超音波探傷装置において、10は図3で説明したアレイ型超音波探触子であり、共通電極9は接地され、#1,#2,#3振動子電極6,7,8からの各接続線は、それぞれ振動子選択回路20に接続される。
20は振動子選択回路であり、内部に超音波の送受信を行う振動子を選択するための機械式または半導体式のスイッチS1 及びS2 を含む。即ちスイッチS1 が閉となると、#1,#2振動子1,2による送受信が可能となり、スイッチS1 とS2 が共に閉となると、#1,#2,#3振動子1,2,3による送受信が可能となる。なおスイッチS1,S2の開閉制御信号はタイミング制御回路80から供給される。
21は受信保護回路であり、送信時に受信回路40を保護するための回路である。例えば双方向性ダイオード等により送信時に正,負双方向の過大電圧が受信回路40に印加されるのを保護する。
In the ultrasonic flaw detector of FIG. 1,
A
30は送信回路であり、タイミング制御回路80から同期信号(繰返周波数がf、即ち繰返周期がT=1/f)が供給される毎に、振動子を励振する送信パルスを出力する。この送信パルスは例えば、高電圧電源から抵抗を介してコンデンサに電荷をチャージしておき、前記同期信号により半導体スイッチ(SCR等)を介してコンデンサの電荷を瞬時に放電させることにより発生する。
40は受信回路であり、振動子からの受信信号が受信保護回路21を介して入力されるので、所要周波数帯域の受信信号を増幅し、検波し、ビデオ信号(エコー信号を含む)として出力する。
41は受信ゲート回路であり、タイミング制御回路80から受信ゲート信号として#1受信ゲート信号、#2受信ゲート信号または#3受信ゲート信号のうちのいずれか1つの受信ゲート信号が供給されるので、受信回路40の出力信号のうちから前記供給される受信ゲート信号の発生期間中の信号のみを取り出して出力する。
41 is a reception gate circuit, and any one of the # 1 reception gate signal, # 2 reception gate signal, and # 3 reception gate signal is supplied as a reception gate signal from the
50はA/D変換器、51は#1メモリ、52は#2メモリ、53は書込・読出制御回路、S3,S4は半導体等のスイッチである。なお#1と#2の2つのメモリを設けるのは、A/D変換器50の出力データをスイッチS3 を介して一方のメモリ(図示では#1メモリ51)に書込んでいる期間に、並列的に他方のメモリ(図示では#2メモリ52)から既に格納されているデータをスイッチS4 を介して読出せるようにするためである。60は探傷結果評価手段であり、例えば市販のパソコン等により構成される。61はD/A変換器、62はCRTや液晶等の表示装置、70はプリント装置(記録計も含む)である。
50 is an A / D converter, 51 is a # 1 memory, 52 is a # 2 memory, 53 is a write / read control circuit, and S 3 and S 4 are switches such as semiconductors. Note # 1 and # of providing two of the two memories, the duration is writing the output data of the A /
80はタイミング制御回路であり、本装置全体のタイミングを制御するため各種信号を発生し、他の機器に供給する。例えば、振動子選択回路20内のスイッチS1,S2に#2,#3周期信号を、送信回路30に同期信号を、受信ゲート回路41に#1,#2,#3受信ゲート信号を、A/D変換器50にサンプリングクロック信号を、また書込・読出制御回路53にタイミング制御信号をそれぞれ供給する。
なお、タイミング制御回路80が発生し出力する各種タイミング制御信号は、アレイ型超音波探触子10に含まれる振動子の数、被検材の厚さ、材質等のパラメータデータにより変更される。従ってタイミング制御回路80には、例えば上記パラメータデータを設定できるデップスイッチを設けておくとか、またはパラメータデータ入力用のレジスタを設けておき、パソコン等の探傷結果評価手段60を介してパラメータデータを入力する等の手法により、パラメータデータを容易に変更できるようにしておことが望ましい。
A
The various timing control signals generated and output by the
なお、本実施形態1,2では、被検材は軟鋼とし、その厚さ(表面から底面までの長さ)を55mmとする。そして底面エコーも十分に検出できるように、受信信号の取得範囲は表面から深さ60mmに相当する時間範囲とする。
次に本実施形態1においては、この表面から60mmまでの受信範囲(全探傷範囲ともいう)を表面〜20mm、20mm〜40mm、40mm〜60mmの3つの探傷範囲に分割し、前記アレイ型超音波探触子の3段階の面積と上記分割した各探傷範囲とを次のように組み合せて探傷を行う。なお上記3つの各探傷範囲の境界部では、隣接する探傷範囲が多少重複するように設定し、探傷落ちがないようにすることが望ましい。そして上記各組み合せ毎に送受信の1周期を要するので、次の3つの送受信周期を用いる。
(1)#1送受信周期において、振動子面積を38.5mm2 として送受信し、被検材の表面から内部20mmまでの範囲の受信信号を探傷に用いる。
(2)#2送受信周期において、振動子面積を78.5mm2 として送受信し、被検材の内部20mmから40mmまでの範囲の受信信号を探傷に用いる。
(3)#3送受信周期において、振動子面積を153.9mm2 として送受信し、被検材の内部40mmから60mmまでの範囲の受信信号を探傷に用いる。
In the first and second embodiments, the test material is mild steel and the thickness (length from the surface to the bottom surface) is 55 mm. In addition, the acquisition range of the received signal is a time range corresponding to a depth of 60 mm from the surface so that the bottom echo can be sufficiently detected.
Next, in the first embodiment, the reception range (also referred to as the entire flaw detection range) from the surface to 60 mm is divided into three flaw detection ranges of the surface to 20 mm, 20 mm to 40 mm, and 40 mm to 60 mm, and the array type ultrasonic wave The flaw detection is performed by combining the three-step area of the probe and the divided flaw detection ranges as follows. It should be noted that at the boundary between the three flaw detection ranges, it is desirable that adjacent flaw detection ranges are set so as to overlap somewhat so that flaw detection is not lost. Since each transmission / reception requires one transmission / reception cycle, the following three transmission / reception cycles are used.
(1) In the # 1 transmission / reception cycle, transmission / reception is performed with the transducer area of 38.5 mm 2 , and a reception signal in the range from the surface of the test material to the inside 20 mm is used for flaw detection.
(2) In the # 2 transmission / reception cycle, transmission / reception is performed with the transducer area of 78.5 mm 2 , and a received signal in the range from 20 mm to 40 mm inside the test material is used for flaw detection.
(3) In the # 3 transmission / reception cycle, transmission / reception is performed with the transducer area set to 153.9 mm 2 , and a reception signal in the range of 40 mm to 60 mm inside the test material is used for flaw detection.
図2のタイムチャートを参照し、図1の動作を説明する。なお図2の横軸はすべて時間である。
図1のタイミング制御回路80は、所定の繰返周波数f(例えば10KHz)、即ち繰返周期T(=1/fなので、f=10KHzとすると、T=100μs)毎に同期信号(図2の(a)を参照)を発生し、送信回路30に供給する。
またタイミング制御回路80は、#1送受信周期において、この例では被検材表面から20mmまでの範囲の受信信号を抽出するための#1受信ゲート信号を、#2送受信周期において、この例では被検材内部20mmから40mmまでの範囲の受信信号を抽出するための#2受信ゲート信号を、また#3送受信周期において、この例では被検材内部40mmから60mmまでの範囲の受信信号を抽出するための#3受信ゲート信号をそれぞれ発生する。
そして1つの送受信サイクルは、上記3周期により形成されるので、タイミング制御回路80は、3進カウンタにより同期信号を計数し、常に現在何番目の周期であるかを承知している。
The operation of FIG. 1 will be described with reference to the time chart of FIG. All the horizontal axes in FIG. 2 are time.
The
In addition, in this example, the
Since one transmission / reception cycle is formed by the above three periods, the
(1)#1送受信周期
#1送受信周期においては、#1振動子1のみを用いて(市販探触子の5Z7と同等の探触子面積として)、例えば被検材の表面から深さ20mmまでの範囲についての探傷を行うものとする。
この#1送受信周期では、振動子選択回路20内のスイッチS1,S2は共に開となるようにタイミング制御回路80に制御されるので、同期信号に基づき送信回路30から出力される送信パルスは#1振動子1のみに印加される(図2の(b)を参照)。
この#1振動子1の励振により被検材内に伝搬し、内部のきず等から反射された超音波は、再び#1振動子1、受信保護回路21、受信回路40を介して受信ゲート回路41に供給される。
(1) # 1 transmission / reception cycle In the # 1 transmission / reception cycle, using only the # 1 transducer 1 (as a probe area equivalent to 5Z7 of a commercially available probe), for example, a depth of 20 mm from the surface of the test material Flaw detection shall be conducted for the range up to.
In this # 1 transmission / reception cycle, the switches S 1 and S 2 in the
The ultrasonic wave propagating into the test material by the excitation of the # 1
この#1送受信周期では、タイミング制御回路80は、#1振動子送信パルスの終了直後から時間幅t1 の#1受信ゲート信号のみを受信ゲート回路41に供給する(図2の(e)を参照)。
ここで上記時間幅t1 は、被検材の表面から深さ20mmの範囲の受信信号を抽出するため、次のように求める。
いま、被検材は軟鋼であり、垂直探触子による縦波探傷を行うとすると、この場合の縦波音速vは約5900m/sであり、往復40mmの距離を縦波が伝搬するのに要する時間t1 は、t1 =40mm/5900m/s≒6.78μsとして求められる。
In the # 1 transmission / reception cycle, the
Here, the time width t 1 is obtained as follows in order to extract a received signal having a depth of 20 mm from the surface of the test material.
Now, if the test material is mild steel, and longitudinal wave flaw detection is performed by a vertical probe, the longitudinal wave sound velocity v in this case is about 5900 m / s, and the longitudinal wave propagates through a distance of 40 mm in both directions. The required time t 1 is obtained as t 1 = 40 mm / 5900 m / s≈6.78 μs.
受信ゲート回路41は、前記供給される#1受信ゲート信号に基づき、入力ビデオ信号より被検材の表面から深さ20mmまでの受信ビデオ信号を抽出してA/D変換器50に供給する。A/D変換器50では、この入力ビデオ信号を、所望の距離分解能を満足するように選定されてタイミング制御回路80から供給さるサンプリングクロック信号毎に、所望の振幅分解能によりエコー波形を表示できるような十分なビット数のデジタルデータに順次変換して出力する。
A/D変換器50の出力する時系列デジタルデータは、書込・読出制御回路53の制御によって、半導体等のスイッチS3 を介して、現在読出動作を行っていないほうのメモリ(図1では#1メモリ51)に供給される。
Based on the supplied # 1 reception gate signal, the
The time-series digital data output from the A /
#1メモリ51、#2メモリ52は、垂直探傷の場合、それぞれ被検材の表面から底面までの全受信信号を量子化した時系列データ(各サンプリング位置毎の振幅データ)並びに各探傷範囲境界の境界識別データ等を十分に格納できるメモリ容量を備えている。
そして書込・読出制御回路53は、図1の例では、#i送受信サイクルの#1送受信周期において、#1メモリ51内の被検材の表面から深さ20mmまでの各単位深さ毎に設定された各アドレスに、A/D変換器50からスイッチS3 を介して供給される時系列デジタルデータを順次書込む。
またこの#1送受信周期に、書込・読出制御回路53は、探傷結果評価手段60からの読出制御信号に基づき、#2メモリ52から前回の#(i−1)送受信サイクルに格納した被検材の表面から底面までの全探傷範囲の時系列デジタルデータを順次読出し、スイッチS4 を介して探傷結果評価手段60に供給する。
なお、探傷結果評価手段60の動作は、#1〜#3送受信周期の全部に関係するので、#3送受信周期の説明の後に、記述する。
In the case of vertical flaw detection, the # 1
In the example of FIG. 1, the write / read control circuit 53 is provided for each unit depth from the surface of the test material in the # 1
Also, in this # 1 transmission / reception cycle, the write / read control circuit 53, based on the read control signal from the flaw detection result evaluation means 60, stores the test stored from the # 2
The operation of the flaw detection result evaluation means 60 relates to all of the # 1 to # 3 transmission / reception cycles, and will be described after the description of the # 3 transmission / reception cycles.
(2)#2送受信周期
#2送受信周期においては、#1振動子1及び#2振動子2を用いて(市販探触子の5Z10と同等の探触子面積として)超音波の送受信を行い、例えば被検材の深さ20mm〜40mmの範囲についての探傷を行うものとする。
この#2送受信周期では、振動子選択回路20内のスイッチS1 はタイミング制御回路80から供給される#2周期信号によって閉となっているので、送信回路30から出力される送信パルスは#1振動子1と#2振動子2の両方に印加される(図2の(b),(c)を参照)。
この#1振動1及び#2振動子2の励振により被検材内を伝搬し、内部のきず等から反射された超音波は、再び#1振動子1及び#2振動子2を介し、受信保護回路21、受信回路40を通って受信ゲート回路41に供給される。
(2) # 2 transmission / reception cycle In the # 2 transmission / reception cycle, ultrasonic transmission / reception is performed using the # 1
In the # 2 transceiver period, the switch S 1 in the
The ultrasonic waves that have propagated through the specimen by the excitation of the # 1
この#2送受信周期では、タイミング制御回路80は、送信パルスの終了直後から前記時間t1 の経過後に、時間幅t2 の#2受信ゲート信号のみを受信ゲート回路41に供給する(図2の(f)を参照する)。
ここで上記時間t1 は、前記#1受信ゲート信号の時間t1 と同じで約6.78μsであり、時間幅t2 は次のように求める。
前記と同様に、縦波音速vは約5900m/sで、往復80mmの距離を縦波が伝搬するのに要する時間tは、t=80mm/5900m/s≒13.56μsであり、t2 =t−t1 ≒(13.56−6.78)μs≒6.78μsとして求められる。
なお、実際の装置設計時には、#2受信ゲート信号が発生してから#1受信ゲート信号を終了させ、両ゲート信号間に信号の切れ目が生じないようにすることが好ましい。
In the # 2 transceiver period, the
Here, the time t 1 is the same as the time t 1 of the # 1 reception gate signal and is about 6.78 μs, and the time width t 2 is obtained as follows.
Similar to the above, the longitudinal wave sound velocity v is about 5900 m / s, and the time t required for the longitudinal wave to propagate through a distance of 80 mm in the round trip is t = 80 mm / 5900 m / s≈13.56 μs, and t 2 = t−t 1 ≈ (13.56-6.78) μs≈6.78 μs.
In actual device design, it is preferable to terminate the # 1 reception gate signal after the generation of the # 2 reception gate signal so that no signal break occurs between the two gate signals.
受信ゲート回路41は、前記供給される#2受信ゲート信号に基づき、入力ビデオ信号により被検材の深さ20mm〜40mmの範囲の受信ビデオ信号を抽出してA/D変換器50に供給する。A/D変換器50は、入力ビデオ信号を、#1送受信周期のときと同様に、タイミング制御回路80から供給されるサンプリングクロック信号毎に、その振幅値を所定ビット数のデジタルデータに変換して順次出力する。
A/D変換器50から出力される時系列デジタルデータは、書込・読出制御回路53の制御により、スイッチS3 を介して、#1送受信周期においてデータ書込の行われた#1メモリ51内の被検材の深さ20mmから40mmまでの各単位深さ毎に設定された各アドレスに、順次書込まれる。
なおこの際に、#1送受信周期の探傷範囲のデータ群と、#2送受信周期の探傷範囲のデータ群との境界を示す境界識別データをメモリ内に設けておくと両データ群の感度差を補正する際に便利である。
また書込・読出制御回路53は、探傷結果評価手段60からの読出制御信号に基づき、#2メモリ52より前回の#(i−1)送受信サイクルに格納した被検材の表面から底面までの全探傷範囲の時系列デジタルデータのうちから、必要とするエコーデータ等を読出し、スイッチS4 を介して探傷結果評価手段60に供給する。
Based on the supplied # 2 reception gate signal, the
Series digital data when output from the A /
At this time, if boundary identification data indicating the boundary between the data group in the flaw detection range in # 1 transmission / reception cycle and the data group in the flaw detection range in # 2 transmission / reception cycle is provided in the memory, the difference in sensitivity between the two data groups is determined. This is convenient when correcting.
Further, the writing / reading control circuit 53, based on the reading control signal from the flaw detection result evaluation means 60, reads from the surface to the bottom surface of the test material stored in the previous # (i-1) transmission / reception cycle from the # 2
#3送受信周期
#3送受信周期においては、#1振動子1、#2振動子2及び#3振動子3の全振動子を用いて(市販探触子の5Z14と同等の振動子面積として)超音波の送受信を行い、例えば被検材の深さ40mm〜60mmの範囲についての探傷を行うものとする。
この#3送受信周期では、振動子選択回路20内のスイッチS1,S2はタイミング制御回路80から供給される#3周期信号によって、共に閉となっているので、送信回路30から出力される送信パルスは、#1振動子1、#2振動子2及び#3振動子3の全振動子に印加される(図2の(b),(c),(d)を参照)。
この#1振動子1、#2振動子2及び#3振動子3の励振により被検材内を伝搬し、内部のきずや底面等から反射された超音波は、再び#1〜#3振動子1〜3を介し、受信保護回路21、受信回路40を通って受信ゲート回路41に供給される。
# 3 transmission / reception cycle In the # 3 transmission / reception cycle, all transducers of # 1,
In this # 3 transmission / reception cycle, the switches S 1 and S 2 in the
The ultrasonic waves that have propagated through the specimen by the excitation of the # 1
この#3送受信周期では、タイミング制御回路80は、送信パルスの終了直後から前記時間t1 及びt2 の経過後に時間幅t3 の受信ゲート信号のみを受信ゲート回路41に供給する(図2の(g)を参照)。
ここで上記時間t1,t2は、前記#1,#2受信ゲート信号の時間t1,t2と同じで、それぞれ6,78μsであり、時間幅t3 は次のように求める。
前記と同様に、縦波音速vは約5900m/sで、往復120mmの距離を縦波が伝搬するのに要する時間tは、t=120mm/5900ms≒20.34μsであり、t3 =t−(t1+t2)≒(20.34−13.56)μs≒6.78μsとして求められる。
なお、実際の装置設計時には、#3送受信ゲート信号が発生してから#2送受信信号を終了させ、両ゲート信号間に信号の切れ目が生じないようにすることが好ましい。
In this # 3 transmission / reception cycle, the
Wherein said time t 1, t 2, the # 1, the same as the time t 1, t 2 of # 2 receive the gate signal, respectively are 6,78Myuesu, time width t 3 is obtained as follows.
Similarly to the above, the longitudinal wave sound velocity v is about 5900 m / s, and the time t required for the longitudinal wave to propagate through a distance of 120 mm in the round trip is t = 120 mm / 5900 ms≈20.34 μs, and t 3 = t− (T 1 + t 2 ) ≈ (20.34-13.56) μs≈6.78 μs.
In actual device design, it is preferable to terminate the # 2 transmission / reception signal after the generation of the # 3 transmission / reception gate signal so that no signal break occurs between the two gate signals.
受信ゲート回路41は、前記供給される#3受信ゲート信号に基づき、入力ビデオ信号より被検材の深さ40mm〜60mmの範囲の受信ビデオ信号を抽出してA/D変換器50に供給する。A/D変換器50は、入力ビデオ信号を、#1,#2送受信周期のときと同様に、タイミング制御回路80から供給されるサンプリングクロック信号毎に、その振幅値を所定ビット数のデジタルデータに変換して順次出力する。
A/D変換器50から出力される時系列デジタルデータは、書込・読出制御回路53の制御により、スイッチS3 を介して#1,#2送受信周期においてデータ書込みの行われた#1メモリ51内の被検材の深さ40mmから60mmまでの各単位深さ毎に設定された各アドレスに、順次書込まれる。
なおこの際に#2送受信周期の探傷範囲のデータ群と、#3送受信周期の探傷範囲のデータ群との境界を示す境界識別データをメモリ内に設けておく。
Based on the supplied # 3 reception gate signal, the
Series digital data when output from the A /
At this time, boundary identification data indicating the boundary between the data group in the flaw detection range in the # 2 transmission / reception cycle and the data group in the flaw detection range in the # 3 transmission / reception cycle is provided in the memory.
このようにして#3送受信周期の終了時点では、被検材の表面から底面までの全探傷範囲からの受信信号を量子化した全データは、#1メモリ51内の表面から単位深さ(A/D変換器50のサンプリングクロックの周期に超音波が往復できる距離)毎に設定された各アドレスに格納されている。そしてこの#3送受信周期の終了により#i送信サイクルは終了する。
なお書込・読出制御回路53は、この#3送受信周期においても、探傷結果評価手段60からの読出制御信号に基づき、#2メモリ52より前回の#(i−1)送受信サイクルに記憶した被検材の表面から底面までの全探傷範囲の時系列デジタルデータのうちから、必要とするエコーデータ等を読出し、スイッチS4 を介して探傷結果評価手段60に供給する。
In this way, at the end of the # 3 transmission / reception cycle, all data obtained by quantizing the received signals from the entire flaw detection range from the surface to the bottom surface of the test material is unit depth (A /
In this # 3 transmission / reception cycle, the write / read control circuit 53 also stores the data stored in the previous # (i-1) transmission / reception cycle from the # 2
図4は本発明の実施形態1,2に係るアレイ型超音波探触子のビームの説明図であり、図の(a),(b),(c)はそれぞれ#1,#2,#3送受信周期において振動子寸法を直径7mm、10mm、14mmの円形振動子とした場合を示し、各振動子の発生する超音波周波数は5MHzとして示したものである。
なお、図のx0 は近距離音場限界距離、ψ0 は指向角であり、図の(a),(b),(c)では、x0 は約10.4mm、21.2mm、41.5mmとなり、ψ0 は約11.8°、8.28°、5.9°となる。また図のt1,t2,t3 は、#1,#2,#3受信ゲート時間であり、(a),(b),(c)の各振動子面積により高感度で探傷ができる各探傷範囲(振動子〜20mm、20mm〜40mm、40mm〜60mm)からの受信信号をそれぞれ抽出するのに使用される。
FIG. 4 is an explanatory diagram of beams of the array-type ultrasonic probe according to the first and second embodiments of the present invention, and (a), (b), and (c) of FIG. 4 are # 1, # 2, and #, respectively. The case where the transducer size is a circular transducer having a diameter of 7 mm, 10 mm, and 14 mm in three transmission / reception cycles is shown, and the ultrasonic frequency generated by each transducer is shown as 5 MHz.
Incidentally, x 0 figure near field limit distance, [psi 0 is directivity angle, in FIG. (A), (b), in (c), x 0 is approximately 10.4 mm, 21.2 mm, 41 0.5 mm, and ψ 0 is about 11.8 °, 8.28 °, and 5.9 °. Also, t 1 , t 2 , and t 3 in the figure are # 1, # 2, and # 3 reception gate times, and flaw detection can be performed with high sensitivity by the respective transducer areas (a), (b), and (c). It is used to extract received signals from each flaw detection range (vibrator˜20 mm, 20 mm˜40 mm, 40 mm˜60 mm).
本発明の実施形態1では、3つの送受信周期を用いて、図4のように振動子面積を3段階に変化させると共に、予め全探傷範囲を3分割して各振動子面積毎にそのうちの1つの探傷範囲を割り当てているが、従来の探傷方法では、単一の超音波探触子(即ち同一の振動子面積)を用いて全探傷範囲の探傷を行っている。
ここでは、市販の探触子5Z10を用いて全探傷範囲の探傷を行う従来の探傷方法と、本発明の探傷方法とにおける音場寸法と感度とを比較する。
いま試験用鋼材として、厚さ100mmの鋼板に直径2mmの平底穴を表面から17mm、30mm、55mmに加工する。この鋼板を従来型の探触子5Z10で探傷した一例を示すと、前記3つの加工穴の検出感度は、表面からの深さが17mmで+1dB、30mmで0dB、55mmで−7dBとなった。この深さ55mmにおける感度低下は、図4の(b)に示すように深さ40mm以上でビームが太くなり振動子の有効面積が増加することに起因する。またこの範囲内における感度差は8dBである。
In the first embodiment of the present invention, the transducer area is changed in three stages as shown in FIG. 4 using three transmission / reception cycles, and the entire flaw detection range is divided into three in advance, one of each transducer area. Although one flaw detection range is assigned, the conventional flaw detection method performs flaw detection over the entire flaw detection range using a single ultrasonic probe (that is, the same transducer area).
Here, the sound field size and sensitivity in the conventional flaw detection method in which flaw detection is performed using the commercially available probe 5Z10 and the flaw detection method of the present invention are compared.
Now, as a test steel material, a flat bottom hole with a diameter of 2 mm is processed into a steel plate with a thickness of 100 mm to 17 mm, 30 mm and 55 mm from the surface. As an example of flaw detection of this steel plate with a conventional probe 5Z10, the detection sensitivity of the three processed holes was +1 dB when the depth from the surface was 17 mm, 0 dB when 30 mm, and -7 dB when 55 mm. The decrease in sensitivity at a depth of 55 mm is caused by the fact that the beam becomes thick and the effective area of the vibrator increases at a depth of 40 mm or more as shown in FIG. The sensitivity difference within this range is 8 dB.
本実施形態1では、表面から深さ17mmの円形平面きずは、図4の(a)の直径7mmの振動子により探傷する。図4の(a)において、振動子からの距離17mmの位置では、音場は既に遠距離音場となっているが、超音波ビームの有効寸法はほぼ振動子の直径に等しい。そしてこの場合のきずからの反射エコーの高さは、きずの面積と振動子の面積との比に比例する。従来の探傷法では、図4の(b)の直径10mmの振動子による探傷であり、(b)の振動子面積(78.5mm2 )は(a)の振動子面積(38.5mm2 )の2倍である。
従って深さ17mmの円形平面きずを、直径7mmの振動子により検出した場合のきずエコーの高さは、直径10mmの振動子により検出した場合のきずエコーの高さのほぼ2倍(+6dB)となり、本実施形態1の方が高感度であるので、微細なきずまで検出することができる。
また振動子から距離17mmの位置は、図4の(b)では音圧変動の多い近距離音場であるが、図4の(a)では、音圧変動の少い遠距離音場となっているので、安定した探傷が可能である。
In the first embodiment, a circular plane flaw having a depth of 17 mm from the surface is inspected by a vibrator having a diameter of 7 mm in FIG. In FIG. 4A, the sound field is already a far-field sound field at a distance of 17 mm from the vibrator, but the effective dimension of the ultrasonic beam is substantially equal to the diameter of the vibrator. In this case, the height of the reflected echo from the flaw is proportional to the ratio between the flaw area and the vibrator area. In the conventional flaw detection method, flaw detection is performed with a vibrator having a diameter of 10 mm shown in FIG. 4B, and the vibrator area (78.5 mm 2 ) in FIG. 4B is the vibrator area (38.5 mm 2 ) in FIG. Twice as much.
Therefore, the height of the flaw echo when a circular plane flaw having a depth of 17 mm is detected by a vibrator having a diameter of 7 mm is almost twice (+6 dB) the height of the flaw echo when being detected by a vibrator having a diameter of 10 mm. Since the first embodiment has higher sensitivity, even fine flaws can be detected.
Further, the position at a distance of 17 mm from the vibrator is a short-distance sound field with a large variation in sound pressure in FIG. 4B, but a long-distance sound field with a small variation in sound pressure in FIG. 4A. Therefore, stable flaw detection is possible.
表面から深さ30mmの円形平面きずの探傷では、本実施形態1でも、従来の探傷法でも、同一の直径10mmの振動子を用いるので、共に遠距離音場における探傷であり、検出感度も同一と考えてよい。
For flaw detection with a circular
表面から深さ55mの円形平面きずについて、本実施形態1では、図4の(c)の直径14mmの振動子により探傷する。図4の(c)において、振動子から距離55mmの位置では、音場は既に遠距離音場となっているが、超音波ビームの有効寸法はほぼ振動子の直径に等しい。
従来の探傷方法では、図4の(b)の直径10mmの振動子による探傷であり、深さ55mmの位置ではビームの直径は約16mmに太くなっている。そしてこの位置における図4の(b)と(c)とでの超音波ビームの有効面積は、約201mm2と154mm2である。従って深さ55mmの円形平面きずを直径14mmの振動子により検出したきずエコーの高さは、直径10mmの振動子により検出した場合のほぼ1.3倍(+2.5dB)となり、本実施形態1の方が感度が良い。
In the first embodiment, flaw detection is performed on a circular plane flaw having a depth of 55 m from the surface by the vibrator having a diameter of 14 mm in FIG. In FIG. 4C, the sound field is already a far field at a distance of 55 mm from the transducer, but the effective dimension of the ultrasonic beam is approximately equal to the diameter of the transducer.
In the conventional flaw detection method, flaw detection is performed by a vibrator having a diameter of 10 mm shown in FIG. 4B, and the beam diameter is increased to about 16 mm at a depth of 55 mm. The effective area of the ultrasonic beam in FIGS. 4B and 4C at this position is about 201 mm 2 and 154 mm 2 . Accordingly, the height of the flaw echo detected by a circular plane flaw having a depth of 55 mm by a vibrator having a diameter of 14 mm is approximately 1.3 times (+2.5 dB) when detected by a vibrator having a diameter of 10 mm. The sensitivity is better.
このように本実施形態1では、全探傷範囲を複数に分割した各探傷範囲に対して、この各探傷範囲で最も高感度の探傷が可能となる振動子面積を組み合せるように設定するので、従来の全探傷範囲を1つの振動子面積で探傷する場合よりも高感度の探傷ができる。
また前記分割した各探傷範囲の大部分(この例では80%程度)は、遠距離音場ではあるが、超音波ビームの有効寸法が振動子の直径にほぼ近い範囲(ビームが太くならない範囲)に設定されるので、安定した探傷を行うことができる。
As described above, in the first embodiment, for each flaw detection range obtained by dividing the whole flaw detection range into a plurality, the setting is made so as to combine the vibrator areas that enable the most sensitive flaw detection in each flaw detection range. High-sensitivity flaw detection can be performed as compared with the conventional flaw detection method using a single transducer area.
Most of the divided flaw detection ranges (in this example, about 80%) are far-field sound fields, but the effective dimensions of the ultrasonic beam are close to the transducer diameter (the range in which the beam does not become thick). Therefore, stable flaw detection can be performed.
なお、被検材の表面から底面までの全範囲をまとめて表示又は記録する場合には、前記複数に分割した各探傷範囲間の検出感度差を少くして、全探傷範囲においてほぼ均一な検出感度により行ないたい場合がある。このような場合に、本実施形態1では、次の(1),(2)のいずれか一方、または両方によりこれを実現している。
(1)振動子面積の変更段数とこれに対応する各探傷範囲の組み合せを、これまでの各探傷範囲毎に最高感度とする組み合せから、全探傷範囲にわたりほぼ均一な検出感度が得られるような組み合せに変更する。
例えば、表面から20mmの探傷範囲においても直径10mmの振動子を用い(直径7mmの振動子の使用を中止し)、2段階の面積による探傷とする。即ち表面から深さ40mmまでは直径10mmの振動子により探傷し、深さ40mm〜60mmまでを直径14mmの振動子により探傷するようにすれば、表面から深さ55mmまでは2.5dB以内の感度差において探傷を行うことができる。
When the entire range from the surface to the bottom surface of the test material is displayed or recorded together, the detection sensitivity difference between the plurality of flaw detection ranges is reduced, and detection is almost uniform over the entire flaw detection range. You may want to do it depending on the sensitivity. In such a case, in the first embodiment, this is realized by one or both of the following (1) and (2).
(1) Almost uniform detection sensitivity can be obtained over the entire flaw detection range by combining the combination of the number of transducer area change stages and the flaw detection ranges corresponding to each of the flaw detection ranges with the highest sensitivity for each flaw detection range so far. Change to a combination.
For example, even in a flaw detection range of 20 mm from the surface, a transducer having a diameter of 10 mm is used (the use of a transducer having a diameter of 7 mm is stopped), and flaw detection is performed with a two-step area. That is, if a flaw is detected from a surface to a depth of 40 mm by a vibrator having a diameter of 10 mm and a flaw is detected from a depth of 40 mm to 60 mm by a vibrator having a diameter of 14 mm, the sensitivity from the surface to a depth of 55 mm is within 2.5 dB. Flaw detection can be performed on the difference.
(2)後述する探傷結果評価手段60により、同一寸法のきずは各探傷範囲毎に同一高さのエコーとなるように補正し、この補正後のデータを表示又は記録する。
これは較正用の試験材として、予め試験材の各探傷範囲毎に同一寸法のきず(平底穴等)を設けておく。そしてこの試験材による本装置の較正時に、各探傷範囲毎のきずエコー高さを測定し、これらのエコー高さが全探傷範囲にわたりほぼ同一の高さになるように各探傷装置毎の補正係数を求め、この補正係数を内部に記憶しておく。
そして実際の探傷時に、この較正時に記憶した補正係数を用いて、測定したきずエコー高さに対して各探傷範囲毎に補正を行う。
(2) The flaw detection result evaluation means 60, which will be described later, corrects flaws of the same size so that they become echoes of the same height for each flaw detection range, and displays or records the corrected data.
As a test material for calibration, a flaw (such as a flat bottom hole) having the same dimensions is previously provided for each flaw detection range of the test material. Then, when calibrating this device with this test material, the flaw echo height is measured for each flaw detection range, and the correction coefficient for each flaw detection device is such that these echo heights are almost the same height over the entire flaw detection range. And the correction coefficient is stored in the inside.
At the time of actual flaw detection, correction is performed for each flaw detection range with respect to the measured flaw echo height using the correction coefficient stored at the time of calibration.
次に#i送受信サイクルにおける、#(i−1)送受信サイクルの探傷結果の評価、表示、プリント動作について説明する。
#i送受信サイクルの開始時点において、この例では#2メモリ52内には、#(i−1)送受信サイクルにおける被検材の表面から底面までの探傷結果の時系列デジタルデータが格納されているので、#1送受信周期に入ると、探傷結果評価手段60は、書込・読出制御回路53を制御し、上記時系列デジタルデータを、#2メモリ52からスイッチS4 を介して読出し、一旦自己の内部メモリに記憶後、下記(1),(2)の処理を並列的に行う。
Next, evaluation, display, and print operation of the flaw detection result of # (i-1) transmission / reception cycle in #i transmission / reception cycle will be described.
At the start of the #i transmission / reception cycle, in this example, the # 2
(1)探傷結果評価手段60は、第1の処理として、前記記憶した時系列データをD/A変換器61を介してアナログ信号に変換し、表示装置62のAスコープ上にエコー波形として表示させる。
このエコー波形の表示法には、表示範囲を限定して各探傷範囲毎に表示する場合と、表面から底面までの全探傷範囲を一括表示する場合の2通りがある。前者の場合には、局部的な走査によりきず波形を拡大表示できるので、各探傷範囲毎の高感度のデータをそのまま表示する方法(ここでは方法Aという)でよいが、後者の場合には、全部の探傷範囲においてほぼ均一な検出感度となるようにデータを補正して表示する方法(ここでは方法Bという)が一般に用いられる。従って本実施形態では、上記表示範囲の選択により、表示感度は上記方法A又は方法Bが自動的に選択されるようにしている。
(1) As a first process, the flaw detection result evaluation means 60 converts the stored time-series data into an analog signal via the D /
There are two methods of displaying the echo waveform: a case where the display range is limited for display for each flaw detection range, and a case where the entire flaw detection range from the front surface to the bottom surface is displayed collectively. In the former case, since the flaw waveform can be enlarged and displayed by local scanning, a method of displaying high-sensitivity data for each flaw detection range as it is (here, referred to as method A) may be used, but in the latter case, A method of correcting and displaying data (herein referred to as method B) is generally used so that the detection sensitivity is substantially uniform over the entire flaw detection range. Therefore, in the present embodiment, the method A or the method B is automatically selected as the display sensitivity by selecting the display range.
前記方法Aが選択された場合には、データ振幅値の補正が不要なので、探傷結果評価手段60は、自己の内部に記憶した時系列デジタルデータをそのまま表示装置62の走査速度に同期してD/A変換器61に出力すればよい。
また前記方法Bが選択された場合には、データ振幅値の補正が必要なので、探傷結果評価手段60は、予め各探傷範囲毎に区別して(例えば境界データを設けて)自己の内部に記憶した時系列デジタルデータに対して、較正時に取得した各探傷範囲毎の補正係数をそれぞれ乗算し、この乗算結果のデータを表示装置62の走査速度に同期してD/A変換器61に出力する。
この(1)のエコー波形の表示処理は、表示装置62がビデオメモリを有する場合には、#1送受信周期に1回だけ行えばよいが、ビデオメモリを有しない場合には、表示を連続させるため、探傷結果評価手段60は、#1,#2,#3送受信周期のすべての走査時間について行う。
When the method A is selected, it is not necessary to correct the data amplitude value, so that the flaw detection result evaluation means 60 directly synchronizes the time-series digital data stored therein with the scanning speed of the
Further, when the method B is selected, the data amplitude value needs to be corrected. Therefore, the flaw detection result evaluation means 60 distinguishes each flaw detection range in advance (for example, provides boundary data) and stores it inside itself. The time series digital data is multiplied by the correction coefficient for each flaw detection range acquired at the time of calibration, and the data of the multiplication result is output to the D /
The echo waveform display process (1) may be performed only once in the # 1 transmission / reception cycle if the
(2)また探傷結果評価手段60は、例えば表示装置62の走査帰線期間等を利用した時分割処理により、上記(1)の処理と並列的に次の第2の処理を行う。
即ち探傷結果評価手段60は、第2の処理として、前記記憶した時系列デジタルデータに含まれるすべてのきずデータについてきず寸法(直径等)の推定を行い、きずの位置(深さ)と寸法のデータをプリント装置70(または記録計等)へ出力する。
一探触子法で、きずが平面きずで遠距離音場にある場合、きずからのエコー高さは、きずの面積と振動子の有効面積(超音波ビームの有効面積の意)との比に比例すると考えられるから、予めこの両者の関係を試験材等を用いて求めておけば、振動子の有効面積ときずエコーの高さからきず寸法を算出することができる。
(2) Further, the flaw detection result evaluation means 60 performs the following second process in parallel with the process (1) by, for example, a time division process using a scanning blanking period of the
That is, as a second process, the flaw detection result evaluation means 60 estimates the flaw size (diameter, etc.) for all flaw data included in the stored time-series digital data, and calculates the flaw position (depth) and size. Data is output to the printing device 70 (or a recorder, etc.).
In the single probe method, if the flaw is a flat flaw in the far field, the echo height from the flaw is the ratio of the flaw area to the effective area of the transducer (meaning the effective area of the ultrasonic beam). Therefore, if the relationship between the two is obtained in advance using a test material or the like, the flaw size can be calculated from the effective area of the vibrator and the height of the echo.
即ち予め試験材の前記探傷範囲毎に、複数の既知の穴径の平底穴等を加工して設けておく。そして装置の較正時に、前記振動子の面積を3段階(A1 ,A2 ,A3 )に変化させた3つの各探傷範囲(#1,#2,#3探傷範囲)毎に既知の穴径(φ1 ,φ2 ,…)に対するきずエコー高さ(F1 ,F2 ,…)をそれぞれ測定する。そして各探傷範囲毎に測定した穴径φ1,φ2,…に対応するエコー高さF1 ,F2 ,…をエコー高さの参照値として、探傷結果評価手段60内に記憶しておく。そして実際の探傷時に各探傷範囲毎に得たきずエコー高さについて、既知穴径に対する前記参照値を用いて、きずの直径を推定して求めることができる。
探傷結果評価手段60は、#1〜#3送受信周期内における(1)の処理と重複しない時間帯に、自己の内部に記憶した時系列デジタルデータを用いて、きず寸法の推定と推定したきずデータのプリント装置70への出力を行う。
That is, a plurality of flat bottom holes having a known hole diameter are processed and provided in advance for each flaw detection range of the test material. When the apparatus is calibrated, a known hole is provided for each of the three flaw detection ranges (# 1, # 2, # 3 flaw detection ranges) in which the area of the vibrator is changed in three stages (A 1 , A 2 , A 3 ). The flaw echo height (F 1 , F 2 ,...) With respect to the diameter (φ 1 , φ 2 ,...) Is measured. Then, the echo heights F 1 , F 2 ,... Corresponding to the hole diameters φ 1 , φ 2 ,... Measured for each flaw detection range are stored in the flaw detection result evaluation means 60 as echo height reference values. . The flaw echo height obtained for each flaw detection range during actual flaw detection can be obtained by estimating the flaw diameter using the reference value for the known hole diameter.
The flaw detection result evaluation means 60 uses the time-series digital data stored inside itself in a time zone that does not overlap with the processing of (1) within the # 1 to # 3 transmission / reception cycle, and estimates and estimates the flaw size. Data is output to the
実施形態2
実施形態2では、超音波探触子の振動子面積を複数(この実施形態では3とするが、一般的にはN)の段階に変更できるようにし、超音波の送受信周期毎に1段階ずつ順次前記N段階に振動子面積を変更して被検材に超音波を送受信して所定探傷範囲の受信信号を取得し、複数Nの超音波送受信周期において前記取得した各送受信周期毎の受信信号をそれぞれ量子化して複数Nの時系列データとして記憶する。そしてこの記憶した複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを該当時系列位置における受信結果データとして抽出する。
その結果、同一のきずに対する複数Nのエコーから最大感度で得られたエコーを自動的に抽出することができる。
In the second embodiment, the transducer area of the ultrasonic probe can be changed to a plurality of stages (3 in this embodiment, but generally N), and one stage for each ultrasonic transmission / reception cycle. The transducer area is sequentially changed to the N stages to transmit / receive ultrasonic waves to / from the test material to acquire reception signals in a predetermined flaw detection range, and the acquired reception signals for each transmission / reception period in a plurality of N ultrasonic transmission / reception periods. Are respectively quantized and stored as a plurality of N time-series data. The stored N time-series data are compared for each time-series position, and data having the maximum amplitude value is extracted as reception result data at the corresponding time-series position.
As a result, the echo obtained with the maximum sensitivity can be automatically extracted from a plurality of N echoes for the same flaw.
図5は本発明の実施形態2に係る超音波探傷装置の構成図であり、図6は図5の装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
最初に図5と図1との相違点及び図6と図2の相違点について説明する。
図5においては、受信ゲート回路41に対して、タイミング制御回路80Aは、被検材の表面から底面までの全探傷範囲の受信信号を取出することができる一種類の受信ゲート信号を供給するようにしている。
また#1メモリ51A、#2メモリ52Aには、それぞれ被検材の表面から底面までの全探傷範囲の時系列デジタルデータを送受信の3周期分記憶できる容量を備えるようにした。
なお探傷結果評価手段60の処理内容は、実施形態1の場合と異なるが、パソコン等の装置としてみた場合には、実施形態1と同一装置でよい。
以上が図5と図1と相違する点であり、その他の図5の機器は図1と同じものである。
また図6では、図5の#1,#2,#3受信ゲート信号(e),(f),(g)の代りに、共通の受信ゲート信号(e)(時間幅はt)をすべての送受信周期に用いるようにした点以外は、図2と同一タイミングである。
FIG. 5 is a block diagram of an ultrasonic flaw detector according to
First, differences between FIGS. 5 and 1 and differences between FIGS. 6 and 2 will be described.
In FIG. 5, the
The # 1
The processing contents of the flaw detection result evaluation means 60 are different from those in the first embodiment, but when viewed as an apparatus such as a personal computer, the same apparatus as in the first embodiment may be used.
The above is the difference between FIG. 5 and FIG. 1, and the other devices in FIG. 5 are the same as those in FIG.
In FIG. 6, instead of the # 1, # 2, and # 3 reception gate signals (e), (f), and (g) of FIG. 5, all the common reception gate signals (e) (time width is t) are used. The timing is the same as that shown in FIG.
実施形態2では、実施形態1と異なる動作を主に説明する。
超音波探触子の振動子面積を#1,#2,#3送受信周期毎に1段階ずつ順次増加させて(この例では、38.5mm2、78.5mm2、153.9mm2 として)、被検材に超音波を送受信する動作は実施形態1の場合と同じである(図6の(a)〜(d)を参照)。
そして各送受信周期毎に、被検材内から反射され振動子、受信保護回路21、受信回路40を介して受信ゲート回路41Aに入力された受信信号に対して、タイミング制御回路80Aは、時間幅tの共通の受信ゲート信号を供給する(図6の(e)を参照)。
ここで上記時間幅tは、被検材の表面から底面までの全探傷範囲をカバーするように、この例では表面から深さ60mmの距離を超音波縦波が往復するのに要する時間t=20.34μsとして決められる。
従って受信ゲート回路41Aは、各送受信周期毎に表面から60mmまでの全探傷範囲の受信信号を出力する。
In the second embodiment, operations different from those in the first embodiment will be mainly described.
The transducer area of the
For each reception period, the
Here, the time width t is a time t required for the longitudinal ultrasonic wave to reciprocate a distance of 60 mm in depth from the surface so as to cover the entire flaw detection range from the surface to the bottom surface of the test material. It is determined as 20.34 μs.
Therefore, the
A/D変換器50が、サンプリングクロック毎に受信ゲート回路41Aの出力するアナログ信号を量子化データに変換し、スイッチS3 を介して、現在読出動作を行っていない方のメモリ(図5では#1メモリ51A)に供給すると、書込・読出制御回路53は、#1,#2,#3送受信周期にそれぞれ対応して#1メモリ51A内に設けられた#1,#2,#3周期用メモリに対して、該当(例えば#1)送受信周期に受信して得られた時系列デジタルデータを該当(この場合#1)周期用メモリに格納する。
このようにして3つの送受信周期が終了した時点では、#1メモリ51A内には、振動子面積を3段階に変化させて、被検材の全探傷範囲を探傷した結果の3つの時系列デジタルデータが格納されている。なおこの格納データには、当然底面エコーデータも含まれている。
A /
When three transmission / reception cycles are completed in this way, in the # 1
本実施形態2においては、#i送受信サイクルの#1送受信周期が開始すると、探傷結果評価手段60は、下記(1),(2),(3)の処理を行う。
(1)探傷結果評価手段60は、第1の処理として、#2メモリ52A内の#1,#2,#3周期用メモリに、#(i−1)送受信サイクルの探傷結果データとして記憶されている3つの時系列デジタルデータを、スイッチS4 を介して読出し、各時系列位置毎に3つのデータを比較して、そのうちの最も振幅値の高いデータを代表データ(ここでは受信結果データという)として抽出し、この抽出したデータを自己の内部のメモリに記憶する。
なおこの際に、どの送受信周期(即ち振動子面積がいくつの場合)のデータを抽出したかを識別する2ビットの符号を受信結果データの先頭に付加しておくと、後で感度補正やきず寸法の測定をする場合に便利である。
In the second embodiment, when the # 1 transmission / reception cycle of the #i transmission / reception cycle starts, the flaw detection result evaluation means 60 performs the following processes (1), (2), and (3).
(1) As a first process, the flaw detection result evaluation means 60 is stored in the # 1, # 2, # 3 cycle memory in the # 2
At this time, if a 2-bit code for identifying which transmission / reception period (that is, how many transducer areas) data is extracted is added to the head of the reception result data, sensitivity correction and scratches are later made. This is convenient when measuring dimensions.
上記同一時系列位置にある3つのデータのうちで最も振幅値の高いデータを抽出することの物理的意味は、被検材内の同一のきずに対して、3回測定を行って得られた3つのエコーデータのうちから最大感度で得られたエコーデータを自動的に抽出するということである。
このようにして抽出される高感度エコーは、図4で説明したように、結果としては、振動子から深さ方向の距離の近距離、中距離、遠距離に応じて、振動子直径の小径、中径、大径の場合のエコーから順次抽出されることになるが、さらにどの直径の振動子では、どの距離まで探傷するかという境界(例えば近距離と中距離の境界)も感度比較により自動的に決まることになる。
従って本実施形態2では、実施形態1のように、予め振動子面積毎に対応する探傷範囲を設定する必要はない。
なおこの(1)の受信結果データの抽出処理が完了すると、探傷結果評価手段60は、実施形態1の場合と同様に、直ちに次の(2),(3)の処理を並列的に行う。
The physical meaning of extracting the data with the highest amplitude value among the three data at the same time series position was obtained by performing the measurement three times for the same flaw in the test material. That is, the echo data obtained with the maximum sensitivity is automatically extracted from the three echo data.
As described above with reference to FIG. 4, the high-sensitivity echo extracted in this manner results in a small diameter of the transducer depending on the short distance, medium distance, and long distance in the depth direction from the transducer. In the case of the medium diameter and large diameter, the echoes will be extracted sequentially, but with the diameter of the transducer, the boundary (for example, the boundary between the short distance and the medium distance) where the flaw is detected is compared by sensitivity comparison. It will be determined automatically.
Therefore, in the second embodiment, unlike the first embodiment, it is not necessary to set a flaw detection range corresponding to each transducer area in advance.
When the reception result data extraction process (1) is completed, the flaw detection result evaluation means 60 immediately performs the following processes (2) and (3) in parallel as in the first embodiment.
(2)次に探傷結果評価手段60は、前記最大感度データとして抽出した全探傷範囲にわたる時系列デジタルデータをD/A変換器61を介してアナログ信号に変換し、表示装置62のAスコープ上にエコー波形として表示させる。
このエコー波形の表示法は、実施形態1の場合と同様に、表示範囲を限定して(局部的な走査として)、きず波形を拡大表示するため、(1)の処理で抽出した最大感度のデータを、そのままの感度で表示する方法Aと、全探傷範囲を一括表示するため、各データの感度を全探傷範囲にあたりほぼ均一な検出感度となるようにそれぞれ補正して表示する方法Bのいずれかが選択されるので、この選択された方法による処理を行う。具体的な感度補正方法や表示装置62へのデータ出力タイミング等は、実施形態1の場合と同様であるので、重複する説明は省略する。
(2) Next, the flaw detection result evaluation means 60 converts the time series digital data over the entire flaw detection range extracted as the maximum sensitivity data into an analog signal via the D /
As in the case of the first embodiment, this echo waveform display method limits the display range (as a local scan) and enlarges and displays the flaw waveform, so that the maximum sensitivity extracted in the process of (1) can be obtained. Either method A for displaying data with the same sensitivity, or method B for displaying all the flaw detection ranges at once, so that the sensitivity of each data is corrected so that the detection sensitivity is almost uniform over the whole flaw detection range. Is selected, the processing by the selected method is performed. Since the specific sensitivity correction method, the data output timing to the
(3)また探傷結果評価手段60は、上記(2)の処理と並列的に次の第3の処理を行う。
即ち探傷結果評価手段60は、第3の処理として、前記抽出して記憶した時系列デジタルデータに含まれるすべてのきずデータについて、きず寸法(直径等)の推定を行い、きずの位置(深さ)及び寸法のデータをプリント装置70(または記録計等)へ出力する。
本実施形態2では、各送受信周期毎の底面エコー高さデータも記憶されるので、例えばきずエコーの高さ(F)と底面エコーの高さ(B)の比からきず直径を算出するF/B法を用いることができる(F/B法については、例えば日本非破壊検査協会、超音波探傷試験II、平成元年2月、p109を参照)。
また実施形態1の場合と同様に、予め試験材を用いて較正用データを取得しておき、きずエコーの高さと、このきずに相当する受信結果データが抽出された時系列データを記憶した送受信周期の該当きず検出位置における超音波ビームの有効面積とに基づききず寸法を評価することもできる。
(3) The flaw detection result evaluation means 60 performs the following third process in parallel with the process (2).
That is, as a third process, the flaw detection result evaluation means 60 estimates the flaw size (diameter, etc.) for all flaw data included in the time-series digital data extracted and stored, and the flaw position (depth). ) And dimensional data are output to the printing apparatus 70 (or recorder, etc.).
In the second embodiment, since the bottom surface echo height data for each transmission / reception cycle is also stored, for example, F / which calculates the scratch diameter from the ratio of the height (F) of the scratch echo and the height (B) of the bottom echo. The B method can be used (see, for example, the Japan Nondestructive Inspection Association, Ultrasonic Flaw Test II, February 1989, p109 for the F / B method).
As in the case of the first embodiment, the calibration data is acquired in advance using the test material, and the transmission / reception storing the height of the flaw echo and the time series data from which the reception result data corresponding to the flaw is extracted is stored. The size of the flaw can be evaluated based on the effective area of the ultrasonic beam at the flaw detection position corresponding to the period.
なお上記F/B法においても、実施形態1の場合と同様に試験材を用いて予め較正用データを取得しておくことは有効である。
即ち試験材には、予め被検材の表面から等間隔の深さの複数の位置毎に、複数の既知の穴径の平底穴等を加工して設けておく。そして本装置の較正時に、前記振動子の面積を3段階(A1,A2,A3 )に変化させ、前記複数の位置毎に既知の穴径(φ1,φ2,…)に対するきずエコー高さ(F1,F2,…)及び底面エコー高さ(B1,B2,…)を測定する。そしてこの各穴径に対応する各エコー高さの測定値を参照値として内部に記憶し、さらに前記文献等に記載のF/Bときず直径(d)との関係式から求めた理論的きず直径と実際の穴径との誤差を求めておく。
そして実際の探傷時に得られたきずエコー高さ、底面エコー高さに対して前記参照値、誤差を用いてきず直径を精度良く算出することができる。
In the F / B method, it is effective to acquire calibration data in advance using a test material as in the case of the first embodiment.
That is, the test material is previously provided with a plurality of flat bottom holes or the like having a known hole diameter at a plurality of positions at equal intervals from the surface of the test material. When the apparatus is calibrated, the area of the vibrator is changed in three stages (A 1 , A 2 , A 3 ), and a flaw with respect to a known hole diameter (φ 1 , φ 2 ,...) For each of the plurality of positions. The echo height (F 1 , F 2 ,...) And the bottom echo height (B 1 , B 2 ,...) Are measured. The measured values of the echo heights corresponding to the respective hole diameters are stored internally as reference values, and further theoretical flaws obtained from the relational expression with the F / B and the flaw diameter (d) described in the above-mentioned literature and the like. Find the error between the diameter and the actual hole diameter.
The diameter can be accurately calculated without using the reference value and error with respect to the flaw echo height and the bottom surface echo height obtained during actual flaw detection.
探傷結果処理手段60は、#1〜#3送受信周期内において、最初に(1)の処理を完了させ、その後、この(1)による処理済みのデータを用いて、(2)と(3)の処理を互に時間帯が重複しないように時分割で並列処理で行う。 The flaw detection result processing means 60 first completes the process (1) within the # 1 to # 3 transmission / reception cycle, and then uses the data processed according to (1) to (2) and (3) These processes are performed in parallel by time division so that the time zones do not overlap each other.
なお図3の超音波探触子では、中心部振動子である#1振動子を円形として、この中心部振動子を取り囲む位置に配置された周辺部振動子である#2,#3振動子を同心のリング状としたが、本発明はこの形状に限定されるものではない。例えば中心部振動子を、長円、四角形、六角形、八角形等として、周辺部振動子は中心部振動子を取り囲み、順次振動子面積を増加させる形状のものであればよい。 In the ultrasonic probe shown in FIG. 3, the # 1 transducer, which is the central transducer, is circular, and the # 2, # 3 transducers, which are peripheral transducers arranged at positions surrounding the central transducer. Is a concentric ring shape, but the present invention is not limited to this shape. For example, the central vibrator may be an ellipse, a quadrangle, a hexagon, an octagon, or the like, and the peripheral vibrator may have a shape that surrounds the central vibrator and sequentially increases the vibrator area.
1 #1振動子
2 #2振動子
3 #3振動子
4 スペーサ
5 スペーサ
6 #1振動子電極
7 #2振動子電極
8 #3振動子電極
9 共通電極
10 アレイ型超音波探触子
20 振動子選択回路
21 受信保護回路
30 送信回路
40 受信回路
41,41A 受信ゲート回路
50 A/D変換器
51,51A #1メモリ
52,52A #2メモリ
53 書込・読出制御回路
60 探傷結果評価手段
61 D/A変換器
62 表示装置
70 プリトン装置
1 # 1
Claims (5)
前記アレイ探触子の中心部振動子と、この中心部振動子に単数又は複数の周辺部振動子を付加することにより、超音波の送受信周期毎に1段階ずつ順次複数N段階に振動子面積を変更させ、被検材に超音波の送受信を行う超音波送受信手段と、
複数Nの超音波送受信周期において前記超音波送受信手段が各送受信周期毎に取得した所定探傷範囲の受信信号をそれぞれ量子化して複数Nの時系列データとして記憶し、この記憶した複数Nの時系列データを各時系列位置毎に比較し、そのうちの最大振幅値を有するデータを該当時系列位置における受信結果データとして抽出する受信結果データ抽出手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。 An array probe having a central transducer and one or more peripheral transducers arranged at positions surrounding the central transducer;
By adding one or more peripheral transducers to the central transducer of the array probe and one or more peripheral transducers to the central transducer, the transducer area is sequentially increased to N stages for each ultrasonic transmission / reception cycle. An ultrasonic transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a test material,
In a plurality of N ultrasonic transmission / reception cycles, the reception signals within a predetermined flaw detection range acquired by the ultrasonic transmission / reception means for each transmission / reception cycle are respectively quantized and stored as a plurality of N time-series data. An ultrasonic flaw detector comprising: reception result data extraction means for comparing data for each time series position and extracting data having the maximum amplitude value as reception result data at the corresponding time series position.
前記受信結果データ抽出手段が複数Nの時系列データより各時系列位置毎に抽出した受信結果データを検査し、この受信結果データより検出したきずの評価として、前記検出したきずのエコー高さと、このきずに相当する受信結果データが抽出された時系列データにおける底面エコーの高さとの比に基づききず寸法を評価するか、または前記検出したきずのエコー高さと、前記きずに相当する受信結果データが抽出された時系列データを記憶した送受信周期の該当きず検出位置における超音波ビームの有効面積とに基づききず寸法を評価するきず寸法評価手段とを付加したことを特徴とする請求項4記載の超音波探傷装置。 The reception result data extraction means inputs reception result data extracted for each time series position from a plurality of N time series data, and outputs the reception result data for each time series position as the amplitude value of the reception sensitivity. Or a sensitivity change selection means for changing and outputting an amplitude value so that the sensitivity is substantially uniform in the predetermined flaw detection range;
The reception result data extraction means inspects reception result data extracted for each time series position from a plurality of N time series data, and as an evaluation of the flaw detected from the reception result data, the echo height of the detected flaw, The size of the flaw is evaluated based on the ratio with the height of the bottom echo in the time-series data from which the reception result data corresponding to this flaw is extracted, or the echo height of the detected flaw and the reception result data corresponding to the flaw 5. A flaw size evaluation means for evaluating a flaw size based on an effective area of an ultrasonic beam at a corresponding flaw detection position in a transmission / reception cycle in which time-series data extracted is stored is added. Ultrasonic flaw detector.
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