JP5233211B2 - Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method - Google Patents
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Description
本発明は、超音波探傷装置、超音波探傷装置の感度補正方法および超音波探傷方法に関するものであり、特に好適には、鋼材などといった被測定材(被探傷材)の表面や内部の状態を、超音波を用いることにより被測定材を破壊することなく測定する超音波探傷装置と、超音波探傷装置の感度補正方法および超音波探傷方法に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detector, a sensitivity correction method for an ultrasonic flaw detector, and an ultrasonic flaw detection method, and particularly preferably, the surface and internal state of a material to be measured (a flaw detection material) such as a steel material. The present invention relates to an ultrasonic flaw detector that uses ultrasonic waves to measure a material to be measured without destroying it, a sensitivity correction method for the ultrasonic flaw detector, and an ultrasonic flaw detector method.
鋼材などの被測定材の状態、たとえば表面きずや内部きずなどを測定する装置および方法としては、超音波探傷装置および超音波探傷方法が広く用いられている。一般的な超音波探傷装置は、単一または複数の探触子を備え、探触子の超音波振動子が発する超音波を被測定材の内部に伝搬させ、その反響波(エコー)を検出することにより、被測定材の表面や内部に存する異常な不連続部、すなわち「きず(表面きずおよび/または内部きず)」を測定する。 As a device and a method for measuring a state of a material to be measured such as a steel material, for example, a surface flaw or an internal flaw, an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detection method are widely used. A typical ultrasonic flaw detector has a single or multiple probes, and propagates the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer of the probe into the material to be measured and detects the echoes (echoes). Thus, an abnormal discontinuity existing on the surface or inside of the material to be measured, that is, “a flaw (surface flaw and / or internal flaw)” is measured.
超音波探傷装置および超音波探傷方法を用いて被測定材に存する「きず」を測定し、当該測定された「きず」が「欠陥」であるか否かを判定するためには、測定感度を最適な値に設定するとともに、精度の高い測定を行う必要がある。このため、被測定材の健全部の底面エコーを用いて測定感度を調整する方法(底面エコー方式の感度調整方法)や、感度標準試験片または対比試験片を用いて測定感度を調整する方法(試験片方式の感度調整方法)などが行われる。 In order to measure “scratches” in a material to be measured using an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detection method, and to determine whether the measured “flaws” are “defects”, the measurement sensitivity is set to It is necessary to set the optimum value and perform highly accurate measurement. For this reason, a method of adjusting measurement sensitivity using the bottom echo of the sound part of the material to be measured (sensitivity adjustment method of the bottom echo method) or a method of adjusting measurement sensitivity using a sensitivity standard test piece or a contrast test piece ( Test piece type sensitivity adjustment method) is performed.
ところで、たとえば長尺物の被測定材を測定する場合には、探触子を被測定材の長手方向に相対的に走査させてエコーを得る方法が用いられることがある。この際に、被測定材が変形等していると(たとえば、長手方向軸線が直線ではないと)、探触子を走査させるときに、探触子と被測定材の位置関係が、被測定材の位置によって変化することがある。そうすると、エコーを得る際に、超音波ビームの入射角、ビーム路程、測定対象部位の角度が被測定材の位置によって変化し、得られるエコーも被測定材の位置によって不均一となるおそれがある。得られるエコーが不均一となると、測定精度が低下するおそれがある。 By the way, for example, when measuring a long material to be measured, a method of obtaining an echo by scanning the probe relatively in the longitudinal direction of the material to be measured may be used. At this time, if the material to be measured is deformed (for example, if the longitudinal axis is not a straight line), when the probe is scanned, the positional relationship between the probe and the material to be measured is measured. It may change depending on the position of the material. Then, when an echo is obtained, the incident angle of the ultrasonic beam, the beam path, and the angle of the measurement target part may vary depending on the position of the measured material, and the obtained echo may be nonuniform depending on the position of the measured material. . If the obtained echo is non-uniform, the measurement accuracy may be reduced.
被測定材の表面状態や内部状態をより精度良く測定するために、種々の感度調整方法や感度補正方法、およびそれらを用いた超音波探傷装置や超音波探傷方法が提案されている。たとえば、次のような構成が提案されている。 In order to measure the surface state and internal state of a material to be measured with higher accuracy, various sensitivity adjustment methods and sensitivity correction methods, and an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detection method using them have been proposed. For example, the following configuration has been proposed.
特許文献1には、セクタ走査方式の超音波探傷装置および超音波探傷方法において、超音波ビームの受信信号を補正することにより、エコー高さを一定にする(すなわち感度を一定にする)構成が開示されている。具体的には、受信信号の感度は、(1)探触子の指向性の相違に起因する超音波ビームの偏向角の相違、(2)探触子と被検査材とを音響結合する媒体と被検査体との屈折率の相違、(3)被検査材と前記媒体の内部における超音波ビームの減衰、(4)超音波ビームの集束点におけるビーム幅の相違、の影響を受けるとしている。そこで、それぞれに起因する感度変化の補正値を所定の数式により算出して記憶し、記憶した補正値に基づいて感度を補正するものである。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 has a configuration in which the echo height is made constant (that is, sensitivity is made constant) by correcting the received signal of the ultrasonic beam in the sector scanning type ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method. It is disclosed. Specifically, the sensitivity of the received signal is (1) the difference in the deflection angle of the ultrasonic beam due to the difference in the directivity of the probe, and (2) the medium that acoustically couples the probe and the material to be inspected. And (3) attenuation of the ultrasonic beam inside the inspection object and the medium, and (4) difference in beam width at the focal point of the ultrasonic beam. . Therefore, the correction value of the sensitivity change caused by each is calculated and stored by a predetermined mathematical formula, and the sensitivity is corrected based on the stored correction value.
また、特許文献2には、リニア走査方式の超音波診断装置において、振幅変化したエコーに所定の信号を加算することにより、エコーの変化を相殺して一定振幅のエコー(補正エコー信号)を得る構成が開示されている。具体的には、超音波診断装置は、深さ方向(超音波ビームの進行方向と思われる)感度補正器と、方位方向(超音波ビームの進行方向に直角な方向と思われる)感度補正器とを備える。さらにこの方位方向感度補正器は、複数の可変抵抗と切換スイッチとを備える。そして、被測定材に反射して方位方向に振幅変化したエコーに、前記各抵抗からの信号を前記切換スイッチを介して加算する。これにより、エコーの変化を相殺して一定振幅のエコーを得るものである。 Further, in Patent Document 2, in a linear scanning ultrasonic diagnostic apparatus, a predetermined signal is added to an echo whose amplitude has changed, thereby canceling the change in the echo and obtaining an echo having a constant amplitude (corrected echo signal). A configuration is disclosed. Specifically, the ultrasonic diagnostic apparatus includes a sensitivity corrector in the depth direction (presumed to be the traveling direction of the ultrasonic beam) and a sensitivity corrector in the azimuth direction (possibly perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic beam). With. The azimuth direction sensitivity corrector further includes a plurality of variable resistors and a changeover switch. Then, the signal from each of the resistors is added to the echo reflected from the material to be measured and changed in amplitude in the azimuth direction via the changeover switch. As a result, the echo change is canceled and an echo having a constant amplitude is obtained.
このように、配列形探触子を用いる超音波探傷装置は、あらかじめ設定された単数または複数の焦点位置に対して超音波ビームを伝搬させてエコーを得る。そしてこのような超音波探傷装置または超音波探傷方法における従来の感度補正は、エコーを得る際に、超音波ビームの入射角、ビーム路程、測定対象部位の角度による感度の変化を補正するために行われる。 Thus, an ultrasonic flaw detector using an array probe obtains an echo by propagating an ultrasonic beam to one or more preset focal positions. The conventional sensitivity correction in such an ultrasonic flaw detection apparatus or ultrasonic flaw detection method is to correct changes in sensitivity due to the incident angle of the ultrasonic beam, the beam path length, and the angle of the measurement target part when obtaining an echo. Done.
ところで、精度のよい超音波探傷を行うには、探触子と被測定材の位置関係を、常に正しい位置関係に維持することが好ましい。しかしながら、前記いずれの構成も、得られたエコーを補正するものであり、探触子と被測定材との位置関係を補正しながら超音波探傷を行うことは考慮されていない。 By the way, in order to carry out ultrasonic flaw detection with high accuracy, it is preferable to always maintain the positional relationship between the probe and the material to be measured in the correct positional relationship. However, any of the above-described configurations corrects the obtained echo and does not consider performing ultrasonic flaw detection while correcting the positional relationship between the probe and the material to be measured.
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、被測定材の表面きずおよび/または内部きずを探触子を用いて測定する際に、測定対象範囲の測定感度が略一定となるような超音波探傷装置または超音波探傷方法を提供すること、たとえば探触子を走査する際において、被測定材と探触子との位置関係が略均一に維持して測定する超音波探傷装置または超音波探傷方法を提供することである。 In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is that the measurement sensitivity of the measurement target range becomes substantially constant when the surface flaw and / or the internal flaw of the material to be measured is measured using a probe. An ultrasonic flaw detector or an ultrasonic flaw detection method, for example, when scanning a probe, an ultrasonic flaw detector capable of measuring while maintaining a substantially uniform positional relationship between a material to be measured and the probe or It is to provide an ultrasonic flaw detection method.
前記課題を解決するため、本発明は、被測定材に超音波を照射し超音波エコーを受信できる超音波振動子を有する配列形探触子と、該配列形探触子と前記被測定材との相対位置および/または相対角度を変えることができる駆動手段と、前記配列形探触子の位置補正を行うための超音波の送受信で得られた複数の前記超音波エコーの波形と、該超音波エコーの波形の受信時における前記配列形探触子と前記被測定材との位置関係とを記憶できる第一記憶手段と、前記配列形探触子と前記被測定材とが相対移動する方向をX軸方向として、所定のX軸方向位置において受信した前記超音波エコーの波形を記憶できる第二記憶手段と、該第二記憶手段が記憶する波形と前記第一記憶手段が記憶する波形とを比較して、第一記憶手段に記憶される複数の波形から第二記憶手段に記憶される波形に同一または最も近似する波形を選択するマッチング手段と、を備え、前記駆動手段は、前記マッチング手段が選択した波形に対応する前記配列形探触子と前記被測定材の位置関係に基づいて、前記配列形探触子を複数の超音波振動子から得られる表面エコー高さおよび水平距離が略均一となる測定位置に移動させ、該測定位置において探傷を行うことができることを要旨とするものである。 To solve the above problems, the present invention includes a sequence type probe having an ultrasonic transducer capable of receiving ultrasonic echoes irradiated with ultrasonic waves to be measured material, the array type probe and the measured material a plurality of pre-Symbol ultrasonic echo waveform obtained by transmission and reception of ultrasonic waves for performing a driving means capable of changing the relative position and / or relative angle position correction of the sequence type probe and, First storage means capable of storing the positional relationship between the array probe and the material to be measured at the time of reception of the waveform of the ultrasonic echo, and the relative movement between the array probe and the material to be measured The second storage means that can store the waveform of the ultrasonic echo received at a predetermined X-axis direction position, the waveform stored in the second storage means, and the first storage means The waveform stored in the first storage means is compared with the waveform. It includes a matching means for selecting from a waveform second storage means for same or most similar to the waveform stored in the waveform, wherein the drive means, the sequence type probe corresponding to the waveform the matching means has selected on the basis of the positional relationship of the measured material and is moved to a measurement position where the surface echo height and horizontal distance obtained becomes substantially uniform the sequence type probe from a plurality of ultrasonic transducers, surveying position The main point is that flaw detection can be performed in
前記「正しい測定位置」とは、複数の超音波振動子から得られる表面エコー高さおよび水距離が略均一となる位置である。物理的にはたとえば、被測定材の断面形状が略円形である場合には、被測定材と配列された複数の超音波振動子が同心の関係にある位置をいう。また、被測定材の断面形状が方形の場合には、被測定材の超音波が照射される面と配列された複数の超音波振動子とが平行となる位置をいう。 The “correct measurement position” is a position where the surface echo height and water distance obtained from a plurality of ultrasonic transducers are substantially uniform. Physically, for example, when the cross-sectional shape of the material to be measured is substantially circular, it refers to a position where the material to be measured and a plurality of ultrasonic transducers arranged concentrically. In addition, when the cross-sectional shape of the material to be measured is a square, it refers to a position where the surface of the material to be measured that is irradiated with ultrasonic waves and the plurality of arranged ultrasonic transducers are parallel.
ここで、前記第一記憶手段と前記第二記憶手段は、超音波振動子から被測定材までの位置および表面エコー高さの情報を含む波形を記憶することができるとともに、前記マッチング手段は、第一記憶手段に記憶される波形の超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの一方と、第二記憶手段に記憶される波形の超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの同じ一方とを比較し、前記第一記憶手段に記憶される複数の前記一方から、前記第二記憶手段に記憶される前記同じ一方に近似する前記一方を複数選択し、該選択された複数の前記一方に対応する他方と、前記第二記憶手段に記憶される同じ他方とを比較し、最も近似するものを、波形が同一または最も近似するものとするものであることが好ましい。 Here, the first storage unit and the second storage unit can store a waveform including information on the position from the ultrasonic transducer to the measured material and the surface echo height, and the matching unit includes: One of the distance or surface echo height between the ultrasonic transducer having the waveform stored in the first storage means and the measured material, and the ultrasonic transducer having the waveform stored in the second storage means and the measured material Compare the same one with the same distance or surface echo height, and select a plurality of the ones approximated to the same one stored in the second storage unit from the plurality of ones stored in the first storage unit The other corresponding to the selected plurality of ones is compared with the same other stored in the second storage means, and the closest one is the same or the most approximate waveform It is preferable.
また、前記探触子は複数の超音波振動子を備え、前記駆動手段は前記探触子と前記被測定材の相対移動の方向に対してヨー方向に前記探触子を回転させることができることが好ましい。 Further, the probe includes a plurality of ultrasonic transducers, and the driving unit can rotate the probe in a yaw direction with respect to a direction of relative movement between the probe and the material to be measured. Is preferred.
また、本発明は、前記いずれかの超音波探傷装置を用いる超音波探傷方法であって、前記第一記憶手段に前記探触子と前記被測定材の位置に応じた超音波エコーの波形を記憶するステップと、前記被測定材に超音波を照射するステップと、超音波エコーを受信するステップと、受信した前記超音波エコーの波形を前記第二記憶手段に記憶するステップと、前記第一記憶手段に記憶される前記探触子の位置に応じた波形から、前記第二記憶手段に記憶された波形に同一または最も近似する波形を選択するステップと、前記選択した前記探触子の位置に応じた波形から、前記探触子の位置を補正するステップと、前記補正後の位置において超音波探傷を行うステップと、を有することを要旨とするものである。 Further, the present invention is an ultrasonic flaw detection method using any one of the ultrasonic flaw detection apparatuses, wherein an ultrasonic echo waveform corresponding to the position of the probe and the material to be measured is stored in the first storage means. A step of storing, a step of irradiating the material to be measured with ultrasonic waves, a step of receiving ultrasonic echoes, a step of storing a waveform of the received ultrasonic echoes in the second storage means, and the first A step of selecting a waveform that is the same or most approximate to the waveform stored in the second storage means from waveforms corresponding to the position of the probe stored in the storage means; and the position of the selected probe And a step of correcting the position of the probe from a waveform according to the above and a step of performing ultrasonic flaw detection at the corrected position.
ここで前記第一記憶手段に探触子と被測定材の位置に応じた超音波エコーの波形を記憶するステップは、正しい測定位置を検出し、検出された該正しい測定位置を含む所定の範囲内の複数箇所において、前記被測定材に超音波を照射して超音波エコーを受信し、受信した超音波エコーの波形を前記第一記憶手段に累積的に記憶するステップであることが好ましい。 Here, the step of storing the waveform of the ultrasonic echo according to the position of the probe and the material to be measured in the first storage means is to detect a correct measurement position and to detect a predetermined range including the detected correct measurement position It is preferable that it is a step of receiving ultrasonic echoes by irradiating the measurement object with ultrasonic waves at a plurality of locations, and accumulating the received ultrasonic echo waveforms in the first storage means.
また、前記第一記憶手段に記憶された複数の波形から、前記第二記憶手段に記憶された波形に同一または最も近似する波形を選択するステップは、前記第一記憶手段に記憶される波形の超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの一方と、第二記憶手段に記憶される波形の超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの同じ一方とを比較し、前記第一記憶手段に記憶される複数の前記一方から、前記第二記憶手段に記憶される前記同じ一方に近似する前記一方を複数選択し、該選択された複数の前記一方に対応する他方と、前記第二記憶手段に記憶される同じ他方とを比較し、最も近似するものを、波形が同一または最も近似するものであるとすることが好ましい。 The step of selecting a waveform that is the same or most approximate to the waveform stored in the second storage means from the plurality of waveforms stored in the first storage means is the step of selecting the waveform stored in the first storage means. One of the distance between the ultrasonic transducer and the material to be measured or the surface echo height and the same one of the distance between the ultrasonic transducer and the material to be measured of the waveform stored in the second storage means or the surface echo height The plurality of ones stored in the first storage unit are selected from the plurality of the ones that approximate the same one stored in the second storage unit, and the selected one of the plurality of ones is selected. It is preferable that the corresponding other and the same other stored in the second storage means are compared, and the most approximated one is that the waveform is the same or the closest approximated.
本発明によれば、マッチング手段が選択した波形データに対応する探触子の位置から正しい測定位置に前記探触子を移動させることができる。したがって、常に正しい測定位置で超音波探傷を実施することができるから、精度の高い超音波探傷を行うことができる。 According to the present invention, the probe can be moved from the position of the probe corresponding to the waveform data selected by the matching means to the correct measurement position. Therefore, since ultrasonic flaw detection can always be performed at the correct measurement position, high-accuracy ultrasonic flaw detection can be performed.
ここで、第一記憶手段に記憶される波形の超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの一方をまず比較して、近似するものを複数選択し、次いで、選択したものから、超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの他方が近似するものを選択する構成とすれば、計算量を少なくすることができる。このため、探触子の位置の計算に要する時間を短くしつつ、高精度の超音波探傷を行うことができる。 Here, one of the distance between the ultrasonic transducer having the waveform stored in the first storage means and the material to be measured or the surface echo height is first compared, and a plurality of approximations are selected, and then the selected one is selected. Therefore, if the configuration in which the other of the distance between the ultrasonic transducer and the measured material or the surface echo height is approximated is selected, the amount of calculation can be reduced. For this reason, highly accurate ultrasonic flaw detection can be performed while shortening the time required for calculating the position of the probe.
また、前記探触子は複数の超音波振動子を備え、前記駆動手段は前記探触子と前記被測定材の相対移動の方向に対してヨー方向に探触子を回転させることができれば、探触子に設けられる複数の超音波振動子と、被測定材との位置関係を均一にすることができる。したがって、精度の高い探傷を行うことができる。 Further, the probe includes a plurality of ultrasonic transducers, and the driving means can rotate the probe in the yaw direction with respect to the direction of relative movement of the probe and the material to be measured. The positional relationship between the plurality of ultrasonic transducers provided in the probe and the material to be measured can be made uniform. Therefore, highly accurate flaw detection can be performed.
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1の構成を、模式的に示した外観斜視図である。図2は、本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1の構成を、模式的に示したブロック図である。
FIG. 1 is an external perspective view schematically showing the configuration of an
図1に示すように、本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1は、配列形探触子111と、X軸走査スライダ112と、Y軸走査スライダ113と、Z軸走査スライダ114と、θx回転治具115と、θy回転治具116と、θz回転治具117と、水槽118とを備える。
As shown in FIG. 1, an
配列形探触子111は、それぞれ独立して動作可能な所定の数の超音波振動子(図略)を備える。各超音波振動子は超音波の送受信が可能な素子であり、たとえば水晶やセラミックスなどの、公知の各種超音波振動子が適用できる。複数の超音波振動子の具体的な配列の形態については後述する。
The array-
X軸走査スライダ112、Y軸走査スライダ113、Z軸走査スライダ114は、配列形探触子111を、それぞれ、X軸方向、Y軸方法、Z軸方向に移動させることができる。また、θx回転治具115、θy回転治具116、θz回転治具117は、配列形探触子111を、それぞれ、θx方向、θy方向、θz方向に回転させることができる。このように、配列形探触子111は、X軸方向に移動して走査しつつ、Y軸方向とZ軸方向に移動することができるとともに、θx方向、θy方向、θz方向に回転することができる。
The
なお、本実施形態においては、X軸方向を、超音波探傷において、配列形探触子111と被測定材(図略)とが相対移動する方向とし、Y軸およびZ軸は、このX軸に直交する軸とする。また、θx方向は、X軸に平行な軸を中心とする回転方向(すなわちロール方向)、θy方向は、Y軸に平行な軸を中心とする回転方向(すなわちピッチ方向)、θzはZ軸に平行な軸を中心とする回転方向(すなわちヨー方向)とする。
In the present embodiment, the X-axis direction is the direction in which the
図2に示すように、本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1は、さらに、制御手段127と、X軸走査スライダ駆動手段121と、Y軸走査スライダ駆動手段122と、Z軸走査スライダ駆動手段123と、θx回転治具駆動手段124と、θy回転治具駆動手段125と、θz回転治具駆動手段126と、第一記憶手段128と、第二記憶手段129と、マッチング手段130と、判定手段131と、出力手段132とを備える。
As shown in FIG. 2, the
制御手段127は、X軸走査スライダ駆動手段121、Y軸走査スライダ駆動手段122、Z軸走査スライダ駆動手段123、θx回転治具駆動手段124、θy回転治具駆動手段125、θz回転治具駆動手段126を制御する。さらに制御手段127は、後述する信号処理部140を通じて配列形探触子111を駆動するとともに、配列形探触子111が得た超音波エコーを、信号処理部140を通じて受信することができる。そして受信した超音波エコーを、第一記憶手段128と第二記憶手段129に記憶させることができる。
The
X軸走査スライダ駆動手段121、Y軸走査スライダ駆動手段122、Z軸走査スライダ駆動手段123は、制御手段127が生成する制御信号に基づいて、それぞれ、X軸走査スライダ112、Y軸走査スライダ113、Z軸走査スライダ114を駆動することができる。これにより配列形探触子111は、各方向に移動することができる。
The X-axis scanning
また、θx回転治具駆動手段124、θy回転治具駆動手段125、θz回転治具駆動手段126は、制御手段127が生成する制御信号に基づいて、それぞれ、θx回転治具115、θy回転治具116、θz回転治具117を駆動することができる。これにより配列形探触子111は、各方向に回転することができる。
Further, the θx rotating jig driving means 124, the θy rotating jig driving means 125, and the θz rotating jig driving means 126 are based on the control signals generated by the control means 127, respectively, and the
本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1は、全没水浸法により超音波探傷を実施するものである。すなわち配列形探触子は、被測定材21とともに水槽118に貯留される液体(すなわち接触媒質)に没した状態にある。したがって、各超音波振動子1111と被測定材21との間には液体(接触触媒)の層が存在し、この液体(接触触媒)によって、超音波振動子1111と被測定材21とが音響結合する。なお、接触触媒としては、水の他に、マシン油、グリセリンなその油が適用できる。
An ultrasonic
そして図2に示すように、各超音波振動子1111は、水槽118の内部において、被測定材21の表面に対向するように、略直列的に配列される。配列形探触子111は、このように被測定材21に対向するように配列されていればよいが、特に被測定材21の表面形状に沿うように配列されることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
たとえば図2に示すように、被測定材21が断面略円形の円柱状の部材であり、配列形探触子111と被測定材21とを被測定材21の軸線方向(すなわちX軸方向)に相対的に移動させて探傷する構成においては、配列形探触子111は、図2に示すような略円弧状または環状に形成されることが好ましい。そして各超音波振動子1111は、配列形探触子111の形状に沿って直列的に配列される。各超音波振動子1111は、その曲率の中心または環の中心が、被測定材21の中心に一致するようにセッティングされる。
For example, as shown in FIG. 2, the material to be measured 21 is a cylindrical member having a substantially circular cross section, and the arrayed
具体的には、配列形探触子111は、128個の超音波振動子1111を備える。そして、これらの超音波振動子1111が、0.5mmピッチで曲率半径が62.5mmとなるように、直列的かつ円弧状に配列される。このような配列形探触子111で探傷の対象とする被測定材は21は、φ25〜65mmの丸棒が適用できる。
Specifically, the
第一記憶手段128は、配列形探触子111の所定の複数の位置における超音波エコーを累積的に記憶することができる。さらに、超音波エコーの波形の受信時における配列形探触子111と被測定材21との位置関係とを記憶することができる。
The
第二記憶手段129は、配列形探触子111の所定の位置における超音波エコーを記憶することができる。マッチング手段130は、第一記憶手段128に記憶される複数の位置における各超音波エコーと、第二記憶手段129に記憶される超音波エコーとを比較する。そして第一記憶手段128に記憶される複数の超音波エコーのうちから、第二記憶手段129に記憶される超音波エコーに最も近いものまたは同一のものを選択することができる。
The
なお、発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1は、いわゆる「ダイナミックフォーカス方式(またはボリュームフォーカス方式と称することがある)」により被測定材21の状態を測定し、被測定材21に存在する異常な不連続部を検出することができる。「ダイナミックフォーカス方式」による超音波探傷方法の詳細については公知であることから(たとえば特開2003−28846号公報参照)、以下簡単に説明し、詳細な説明は省略する。なお、この「異常な不連続部」を、本発明においては「きず(表面きずおよび/または内部きず)」と称する。「きず」には、切り欠き、亀裂、気孔、介在物などが含まれる。
The
「ダイナミックフォーカス方式」による超音波探傷方法は、配列形探触子111に設けられる複数の超音波振動子1111を励起させて超音波を被測定材21に向けて照射し、その超音波エコーを記憶して、計算によって任意の位置における超音波の位相合成を行う。これにより、任意の位置に焦点を合わせた超音波ビームが算出される。すなわち、一回の超音波の送受信で、測定対象領域の任意の位置にフォーカスを設定した複数の超音波ビームを算出できる。このように、一回の超音波の送受信で、測定対象の広範囲にわたって、配列形探触子111の超音波振動子1111の配列方向の走査を行うことができる。
In the ultrasonic flaw detection method based on the “dynamic focus method”, a plurality of
本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1は、前記のように「ダイナミックフォーカス方式」による探傷方法を実施できる。そして、このための信号処理部140と、任意焦点波形合成部141とを備える。
The ultrasonic
信号処理部140は、超音波パルス送受信タイミング設定手段142と、超音波パルス発生手段143と、超音波エコー受信手段144と、A/D変換手段145と、波形記憶手段146とを備える。
The
超音波パルス送受信タイミング設定手段142は、配列形探触子111に設けられる各超音波振動子1111を励振するタイミングを設定できるとともに、各超音波振動子1111による超音波エコーの受信タイミングを設定できる。超音波パルス発生手段143は超音波パルス送受信タイミング設定手段142が設定するタイミングで超音波パルスを生成する。そして、配列形探触子111に設けられる各超音波振動子1111を、それぞれ独立して励振することができる。励振された超音波振動子1111は、外部(すなわち被測定材21)に向けて超音波を照射する。
The ultrasonic pulse transmission / reception
また、配列形探触子111に設けられる各超音波振動子1111は、超音波パルス送受信タイミング設定手段142が設定したタイミングで超音波エコーを受信することができる。超音波エコー受信手段144は、各超音波振動子1111が受信した超音波エコーを増幅することができる。A/D変換手段145は、各超音波振動子1111が受信し各超音波エコー受信手段144が増幅した超音波エコーの値を、アナログ値からディジタル値に変換することができる。波形記憶手段146は、A/D変換手段145がディジタル値に変換した超音波エコーの値を記憶することができる。
Further, each
信号処理部140は、少なくとも超音波ビームを送信してから被測定材21の底面に反射した超音波エコーを受信するまでの間、所定の短いサイクルで前記動作を繰り返すことができる。信号処理部140の波形記憶手段146には、少なくとも表面エコー高さの受信から底面エコーの受信までの間の超音波エコーを経時的に蓄積して記憶できる。
The
信号処理部140の波形記憶手段146に記憶された超音波エコーは、任意焦点波形合成部141に送られる。任意焦点波形合成部141は、波形記憶手段146に記憶された超音波エコーに基づいて、測定対象領域(すなわち被測定材21の断面内)の任意の位置における超音波の位相合成を行うことができる。すなわち、被測定材21の断面内の任意の位置に焦点を合わせた超音波ビームとそのエコー高さを算出することができる。
The ultrasonic echo stored in the
本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法は次のとおりである。 The ultrasonic flaw detection method according to the embodiment of the present invention is as follows.
まず、本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1による超音波探傷方法の概略について説明する。
First, the outline of the ultrasonic flaw detection method by the
高精度の超音波探傷を実施するには、超音波振動子1111と被測定材21との相対移動の方向の各位置(すなわちX軸方向の各位置)において、超音波振動子と被測定材との位置や角度の関係を高精度に維持する必要がある。複数の超音波振動子1111を有する配列形探触子111を用いる場合には、さらに各超音波振動子1111と被測定材21との相対的な位置や角度の関係を互いに均一に維持する必要がある。
In order to perform high-accuracy ultrasonic flaw detection, the ultrasonic transducer and the material to be measured at each position in the relative movement direction between the
図3は、Y軸方向に配列形探触子111と被測定材との位置関係をずらした場合における、水距離および表面エコー高さの変化の傾向を示した図である。また、図4は、θy方向に配列形探触子111をずらした場合における、水距離および表面エコー高さの変化の傾向を示した図である。なお、「水距離」とは、各超音波振動子1111と被測定材21との間の距離をいう。
FIG. 3 is a diagram showing the tendency of changes in the water distance and the surface echo height when the positional relationship between the array-
図3(a)は、配列形探触子111と被測定材21の位置関係を模式的に示した断面図である。配列形探触子111には、複数の(ここでは128個とする。図中の番号は、超音波振動子の番号である)超音波振動子1111が直列的に配列される。図3(a)に示すように、「正しい測定位置」においては、配列形探触子111と被測定材21とが同心の位置関係にある。そして図3(b)、(c)に示すように、「正しい測定位置」においては、各超音波振動子1111から得られる表面エコー高さおよび水距離は、略均一となる。換言すると、「正しい測定位置」とは、各超音波振動子1111から得られる表面エコー高さおよび水距離は、略均一となる位置である。
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing the positional relationship between the array-
これに対して、図3(d)、(e)に示すように、配列形探触子111がY軸方向のプラスの向きに移動すると、移動した位置に応じて各超音波振動子1111と被測定材21の水距離が不均一となる。また、水距離や被測定材21との角度も変化するから、表面エコー高さも不均一になる。また、Y軸方向のマイナスの向きに移動した場合であっても、図3(f)、(g)に示すように、移動した位置に応じて各超音波振動子が得る表面エコー高さと各超音波振動子と被測定材21の水距離が不均一になる。
On the other hand, as shown in FIGS. 3D and 3E, when the array-
図4(a)は、配列形探触子111と被測定材21の位置関係を模式的に示した断面図である。図4(a)に示すように、「正しい測定位置」においては、配列形探触子と被測定材とが同心の位置関係にある。そして図4(b)、(c)に示すように、「正しい測定位置」においては、各超音波振動子から得られる表面エコー高さおよび水距離は、略均一となる。
FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing the positional relationship between the array-
これに対して、図4(d)、(e)に示すように、配列形探触子がθy方向のプラスの向きに移動すると、移動した位置に応じて各超音波振動子と被測定材の水距離が変化する。また、水距離が変化するから、表面エコー高さも変化する。また、θy方向のマイナスの向きに移動した場合であっても、図4(f)、(g)に示すように、移動した位置に応じて、各超音波振動子1111が得る表面エコー高さと各超音波振動子111と被測定材21の水距離が変化する。
On the other hand, as shown in FIGS. 4D and 4E, when the array probe moves in the positive direction of the θy direction, each ultrasonic transducer and the material to be measured are moved according to the moved position. The water distance changes. Further, since the water distance changes, the surface echo height also changes. Further, even when the head moves in the negative direction of the θy direction, as shown in FIGS. 4F and 4G, the surface echo height obtained by each
これらのように、配列形探触子111が「正しい測定位置」からずれると、ずれた位置に応じて、各超音波振動子1111が得る表面エコー高さと各超音波振動子1111と被測定材21の水距離が変化する。そしてその結果、表面エコー高さおよび水距離が各超音波振動子1111間で均一ではなくなることがある。
As described above, when the array-
そこで、まずあらかじめ、超音波振動子が「正しい測定位置」にある場合における表面エコー高さおよび水距離と、超音波振動子と被測定材の位置関係を「正しい測定位置」から様々に変えた場合における表面エコー高さおよび水距離を取得しておく。 Therefore, in advance, the surface echo height and water distance and the positional relationship between the ultrasonic transducer and the material to be measured when the ultrasonic transducer is at the “correct measurement position” were changed in various ways from the “correct measurement position”. The surface echo height and water distance in the case are acquired.
この「正しい測定位置」とは、各超音波振動子と被測定材との相対的な位置や角度の関係を互いに均一にある位置をいう。詳細は後述する。また、「水距離」とは、前記のとおり各超音波振動子と被測定材との間の距離をいい、Aスコープ波形において、表面エコーが現れる時間から算出することができる。また、ここで取得した表面エコー高さおよび水距離を、「補正用データ」と称する。 The “correct measurement position” refers to a position where the relative positions and angles of the respective ultrasonic transducers and the material to be measured are uniform. Details will be described later. The “water distance” refers to the distance between each ultrasonic transducer and the material to be measured as described above, and can be calculated from the time when the surface echo appears in the A scope waveform. The surface echo height and water distance acquired here are referred to as “correction data”.
そして実際の探傷においては、この取得した補正用データに基づいて、配列形探触子を「正しい測定位置」に位置させ、しかる後に実際の探傷を行う。すなわち、実際の探傷を行う前に、配列形探触子111の位置補正のための超音波の送受信を行う。そしてこの超音波の送受信において得られた表面エコー高さおよび水距離と、「補正用データ」の各表面エコー高さおよび水距離とを比較してゆく。
In actual flaw detection, the array-type probe is positioned at the “correct measurement position” based on the acquired correction data, and then actual flaw detection is performed. That is, before actual flaw detection is performed, ultrasonic waves for position correction of the array-
そして、「補正用データ」に含まれるもののうちから、超音波の送受信において得られたものと同一のもの、または最も近似するものを選択する。この選択された表面エコー高さと水距離を得たときの超音波振動子と被測定材の位置関係が、実際の超音波振動子と被測定材の位置関係となる。そこで、この位置関係に基づき、超音波振動子を「正しい測定位置」に移動させる。そしてそののちに実際の探傷を行う。 Then, from among the data included in the “correction data”, the same one as that obtained in the transmission / reception of the ultrasonic wave, or the closest one is selected. The positional relationship between the ultrasonic transducer and the measured material when the selected surface echo height and water distance are obtained becomes the actual positional relationship between the ultrasonic transducer and the measured material. Therefore, based on this positional relationship, the ultrasonic transducer is moved to the “correct measurement position”. After that, the actual flaw detection is performed.
このような方法によれば、常に「正しい測定位置」で超音波探傷を実施することができる。したがって、探傷の精度の向上を図ることができる。特に配列形探触子を用いる超音波探傷でも、θzの回転方向を調整することによって、各素子と被測定材との位置関係を均一に維持できるようになるから、探傷の精度の向上を図ることができる。 According to such a method, ultrasonic flaw detection can always be performed at the “correct measurement position”. Therefore, the accuracy of flaw detection can be improved. In particular, even in ultrasonic flaw detection using an array-type probe, the positional relationship between each element and the material to be measured can be maintained uniformly by adjusting the rotation direction of θz, thereby improving flaw detection accuracy. be able to.
次に、図5、図6を参照して、詳細に説明する。図5は、補正用データを得る段階における処理を示したフローチャートである。図6は、実際の超音波探傷を行う段階における処理を示したフローチャートである。 Next, a detailed description will be given with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing processing in the stage of obtaining correction data. FIG. 6 is a flowchart showing processing in a stage where actual ultrasonic flaw detection is performed.
図5に示すように、ステップS1−1において、補正用データ取得用の被測定材22が本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置1にセッティングされ、配列形探触子111のX軸方向位置が決定される。補正用データ取得用の被測定材22は、実際の被測定材21と同じ外径を有し、その表面に「きず」のないものである。
As shown in FIG. 5, in step S <b> 1-1, the measurement target material 22 for correction data acquisition is set in the
そして、ステップS1−2において、配列形探触子111のすべての超音波振動子1111から超音波を被測定材22の表面に向けて照射し、ステップS1−3において、超音波エコーを受信する。そして、これによりステップS1−4において、Aスコープ波形を得る。得られたAスコープ波形から、各超音波振動子1111と補正用データ取得用の被測定材22の表面までの距離(すなわち水距離)と、表面エコー高さが分かる。
In step S1-2, ultrasonic waves are emitted from all the
そして、得られたAスコープ波形(すなわち水距離と表面エコー高さ)から、配列形探触子111が「正しい測定位置」にあるか否かを判断する。「正しい測定位置」とは、各超音波振動子1111の表面エコー高さおよび水距離が互いに略等しく、かつ表面エコー高さがピークにある位置をいう。このようなAスコープ波形を得られた位置は、各超音波振動子1111と補正用データ取得用の被測定材22までの距離が互いに等しく、かつ各超音波振動子1111がY−Z平面に平行となる(換言すると補正用データ取得用の被測定材22の軸線方向(X軸方向)に対して直角方向に超音波を照射できる角度となる)。すなわち、補正用データ取得用の被測定材22と配列形探触子111とが同心となる位置である。
Then, from the obtained A scope waveform (that is, water distance and surface echo height), it is determined whether or not the array-
得られた表面エコー高さおよび水距離が「正しい測定位置」にある場合のものではないときには(ステップS1−5において「No」)、ステップS1−6において、配列形探触子111の位置を調整し、ステップS1−2に戻る。このように、ステップS1−2からステップS1−6の動作を繰り返すことにより、配列形探触子111を「正しい測定位置」に位置させることができる。
When the obtained surface echo height and water distance are not those at the “correct measurement position” (“No” in step S1-5), the position of the array-
「正しい測定位置」が得られた場合(ステップS1−5において「Yes」の場合)には、次に、当該「正しい測定位置」を中心として、ある所定の範囲内において、配列形探触子111を「正しい測定位置」からずらした場合におけるAスコープ波形を取得し、第一記憶手段に蓄積的に記憶していく。たとえば、Y軸方向位置とZ軸方向位置を「正しい測定位置」から各±5mmの範囲内、θx回転方向位置、θy回転方向位置、θz回転方向位置を各±5degの範囲内の各位置におけるAスコープ波形を取得し、第一記憶手段に蓄積的に記憶していく。 If the “correct measurement position” is obtained (in the case of “Yes” in step S1-5), then the array-type probe is centered on the “correct measurement position” within a predetermined range. The A scope waveform when 111 is shifted from the “correct measurement position” is acquired and stored in the first storage means in an accumulative manner. For example, the Y-axis direction position and the Z-axis direction position are within a range of ± 5 mm from the “correct measurement position”, and the θx rotation direction position, the θy rotation direction position, and the θz rotation direction position are at each position within a range of ± 5 deg. The A scope waveform is acquired and stored in the first storage means.
具体的には、次のような処理により実現できる。まず、Y軸方向位置、Z軸方向位置、θx方向位置、θy方向位置を所定の位置だけずらしたのち(ステップS1−7、S1−8、S1−9、S1−10)、当該位置に固定し、θz方向位置を所定のピッチで移動させつつ(ステップS1−11)、超音波の照射(ステップS1−12)、超音波エコーの受信(ステップS1−13)、Aスコープ波形を取得(ステップS1−14)、取得したAスコープ波形の第一記憶手段への記憶(ステップS1−15)、を行う。 Specifically, it can be realized by the following processing. First, the Y-axis direction position, the Z-axis direction position, the θx-direction position, and the θy-direction position are shifted by predetermined positions (steps S1-7, S1-8, S1-9, S1-10), and then fixed at the positions. Then, while moving the position in the θz direction at a predetermined pitch (step S1-11), ultrasonic irradiation (step S1-12), reception of ultrasonic echo (step S1-13), and acquisition of an A scope waveform (step S1-11) S1-14) and storing the acquired A scope waveform in the first storage means (step S1-15).
そして、当該Y軸方向位置、Z軸方向位置、θx方向位置、θy方向位置において、すべてのθz方向位置のAスコープ波形の記憶が完了したら(S1−16において「Yes」の場合)、θy方向に所定位置だけずらし(ステップS1−10)、再びθz方向位置を所定のピッチで移動させつつ(ステップS1−11)、超音波の照射(ステップS1−12)、超音波エコーの受信(ステップS1−13)、Aスコープ波形を取得(ステップS1−14)、取得したAスコープ波形の第一記憶手段への記憶(ステップS1−15)、を行う。 When the storage of the A scope waveform at all the positions in the θz direction at the Y-axis direction position, the Z-axis direction position, the θx-direction position, and the θy-direction position is completed (in the case of “Yes” in S1-16), the θy direction Is shifted by a predetermined position (step S1-10), and the position in the θz direction is moved again at a predetermined pitch (step S1-11), while irradiation with ultrasonic waves (step S1-12) and reception of ultrasonic echoes (step S1). -13), acquiring the A scope waveform (step S1-14), and storing the acquired A scope waveform in the first storage means (step S1-15).
そして、当該Y軸方向位置、Z軸方向位置、θx方向位置において、すべてのθyについて完了したら(ステップS1−17において「Yes」)、今度は、θxを所定の位置だけ変更して(ステップS1−9)、ステップS1−10からステップ1−17を繰り返す。当該Y軸方向位置、Z軸方向位置において、すべてのθx方向位置について完了したら(S1−18において「Yes」)、Z軸方向位置を所定のピッチだけ移動させ(ステップS−8)、ステップS1−9からステップ1−18を繰り返す。当該Y軸方向位置において、すべてのZ軸方向位置について、ステップS1−9からステップ1−18が完了したら(ステップS1−19において「Yes」)、Y軸を所定のピッチだけ移動させ(ステップS1−7)、当該Y軸位置においてステップS1−8からステップS1−19の処理を繰り返す。 Then, when all the θy is completed in the Y-axis direction position, the Z-axis direction position, and the θx-direction position (“Yes” in step S1-17), θx is changed by a predetermined position (step S1). −9), Steps S1-10 to Steps 1-17 are repeated. When all the positions in the θx direction at the Y-axis direction position and the Z-axis direction position are completed (“Yes” in S1-18), the Z-axis direction position is moved by a predetermined pitch (step S-8), and step S1 Repeat steps 1-18 from -9. When Steps S1-9 to Steps 1-18 are completed for all the Z-axis direction positions (“Yes” in Step S1-19), the Y-axis is moved by a predetermined pitch (Step S1). -7), Steps S1-8 to S1-19 are repeated at the Y-axis position.
そして、すべてのY軸方向位置について、ステップS1−8からステップS1−19の処理が完了したら(ステップS1−20において「Yes」)、Y軸方向位置、Z軸方向位置、θx方向位置、θy方向位置、θz方向位置をそれぞれ所定の範囲内で変化させた場合におけるAスコープ波形がすべて取得され、第一記憶手段128に記憶されることになる。これにより、補正用データの取得が完了する。
When the processing from step S1-8 to step S1-19 is completed for all the Y-axis direction positions (“Yes” in step S1-20), the Y-axis direction position, the Z-axis direction position, the θx-direction position, θy All the A scope waveforms when the direction position and the θz direction position are changed within a predetermined range are acquired and stored in the
これにより、「正しい測定位置」における表面エコー高さおよび水距離と、当該「正しい測定位置」から所定の範囲内において、被測定材21,22との距離および角度がずれた位置における表面エコー高さおよび水距離との関係が明確となる。逆に言うと、配列形探触子111が「正しい測定位置」からY軸位置、Z軸位置、θx方向、θy方向、θz方向にどれだけずれていると、どのような表面エコー高さおよび水距離が得られるかが、第一記憶手段に記憶された表面エコー高さおよび水距離から分かることになる。
As a result, the surface echo height and water distance at the “correct measurement position” and the surface echo height at positions where the distance and angle from the measured materials 21 and 22 are shifted within a predetermined range from the “correct measurement position”. The relationship between the distance and the water distance becomes clear. Conversely, if the
以上の処理により補正用データが得られ、第一記憶手段128に記憶される。次いで、実際の探傷の処理について、図6を参照して説明する。
The correction data is obtained by the above processing and stored in the
ステップS2−1において、配列形探触子111を所定のX軸方向位置に位置させる。なお、この場合においては、配列形探触子111を厳密に「正しい測定位置」に位置させる必要はない。そしてステップS2−2において、当該位置において超音波の照射を行い、ステップS2−3において超音波エコーを受信する。次いでステップS2−4において、受信した超音波エコーからAスコープ波形を算出し、ステップS2−5において、算出したAスコープ波形を第二記憶手段129に記憶する。
In step S2-1, the array-
次いで、ステップS2−6において、データマッチングを行う。具体的には次のとおりである。第一記憶手段128に記憶される複数の位置における表面エコー高さおよび水距離を読み出し、第二記憶手段129に保存された表面エコー高さおよび水距離と、比較を行う。すなわち第一記憶手段に記憶される補正用データ(すなわち、正しい測定位置および当該位置から所定の範囲内で取得した表面エコー高さおよび水距離)を読み出し、これらの表面エコー高さおよび水距離と、第二記憶手段129に記憶される表面エコー高さおよび水距離とを比較してゆく。そして、第一記憶手段128に記憶される表面エコー高さおよび水距離のうち、第二記憶手段129に記憶される表面エコー高さおよび水距離のデータに最も近いデータまたは同一のデータを選択する。
Next, in step S2-6, data matching is performed. Specifically, it is as follows. The surface echo heights and water distances at a plurality of positions stored in the
たとえば、第一記憶手段128に記憶される複数の表面エコー高さおよび水距離のうち、まず表面エコー高さについて、第二記憶手段129に記憶される表面エコー高さと略同じ値のものを所定の数(たとえば10個程度)選択する。そして、選択した表面エコー高さに対応する水距離と、第二記憶手段129に記憶される水距離とを比較し、選択した表面エコー高さに対応する水距離のうち、第二記憶手段129に記憶される水距離に最も近い値のものを選択する。
For example, among the plurality of surface echo heights and water distances stored in the
具体的な方法としては、パターンマッチング法など公知の各種方法が適用できる。 As a specific method, various known methods such as a pattern matching method can be applied.
この、選択された水距離に対応する配列形探触子111の各位置が、配列形探触子111の当該X軸方向位置におけるY軸方向位置、Z軸方向位置、θx方向位置、θy方向位置、θz方向位置であると判断される。これにより、配列形探触子111が「正しい測定位置」から各方向にどれだけずれているかが分かる。
The positions of the array-
すなわち、第一記憶手段128には、「正しい測定位置」を中心として所定の範囲内の各位置における表面エコー高さおよび水距離が記憶されている。このため、ある位置において配列形探触子111が得た表面エコー高さおよび水距離が、第一記憶手段128に記憶される表面エコー高さおよび水距離のいずれかに等しい場合には、前記ある位置は、当該等しい表面エコー高さおよび水距離に対応する位置に略等しい位置であると考えられる。
That is, the first storage means 128 stores the surface echo height and the water distance at each position within a predetermined range with the “correct measurement position” as the center. Therefore, when the surface echo height and water distance obtained by the array-
したがって、第二記憶手段129に記憶される表面エコー高さおよび水距離を、第一記憶手段128に記憶される表面エコー高さおよび水距離と比較しマッチングさせることにより、ステップS2−1〜ステップS2−5の処理を行った際における配列形探触子の位置(厳密には、「正しい測定位置」から各方向にどれだけずれているか)が分かる。
Therefore, by comparing the surface echo height and water distance stored in the
なお、逆にまず水距離について、第二記憶手段129に記憶される水距離と略同じ値のものを所定の数選択し、選択した水距離に対応する表面エコー高さと、第二記憶手段129に記憶される表面エコー高さとを比較し、選択した水距離に対応する表面エコー高さのうち、第二記憶手段129に記憶される表面エコー高さに最も近い値のものを選択する方法であってもよい。
Conversely, a predetermined number of water distances that are substantially the same as the water distance stored in the
そして、ステップS2−7において、配列形探触子111の位置を補正する。すなわち、選択された表面エコー高さおよび水距離を取得した位置からY軸位置、Z軸位置、θx回転方向位置、θy回転方向位置、θz回転方向位置だけそれぞれマイナスの向きに移動させる。これにより、配列形探触子111は「正しい測定位置」に位置する。
In step S2-7, the position of the
そして、ステップS2−8において、移動させた位置で「ダイナミックフォーカス方式」の探傷を行う。具体的には次のとおりである。超音波パルス送受信タイミング設定手段142がパルス発信タイミング信号を生成し、超音波パルス発生手段143に送信する。超音波パルス発生手段143は、この信号を受け、配列形探触子111に設けられる超音波振動子1111に同時にスパイクパルスを送る。これにより各超音波振動子1111は同時に励振され、超音波が発せられる。各超音波振動子1111から発せられる超音波の包絡線は、配列形探触子111における超音波振動子1111の配列形状に略等しくなる。すなわち、超音波探触子111が円弧状または環状に形成される場合には、各超音波の包絡線は同心円状の円弧状または環状となる。配列形探触子111が略直線に形成される場合には、包絡線は略直線となり、超音波は疑似的な平面波となる。
In step S2-8, the “dynamic focus method” flaw detection is performed at the moved position. Specifically, it is as follows. The ultrasonic pulse transmission / reception
発せられた超音波は、液体の層を伝搬し、液体の層と被測定材21との境界(すなわち被測定材21の表面)で一部が反射する。そして被測定材21の内部に伝搬した超音波は、被測定材21の内部に存在するきずなどの音響反射面に遭遇すると、一部がそこで反射する。さらに被測定材21の反対側表面(すなわち被測定材21の底面)に達した超音波はそこで一部が反射する。 The emitted ultrasonic wave propagates through the liquid layer, and a part thereof is reflected at the boundary between the liquid layer and the measured material 21 (that is, the surface of the measured material 21). Then, when the ultrasonic wave propagated inside the material to be measured 21 encounters an acoustic reflection surface such as a flaw existing inside the material to be measured 21, a part of the ultrasonic wave is reflected there. Further, a part of the ultrasonic wave that has reached the opposite surface of the measured material 21 (that is, the bottom surface of the measured material 21) is reflected there.
そして、各超音波振動子1111は表面エコー高さ、音響反射面におけるエコー、底面エコーを受信する。超音波エコー受信手段144は受信した超音波エコーを増幅し、A/D変換手段145は、増幅された超音波エコーをアナログ値からディジタル値に変換する。波形記憶手段146はディジタル値に変換された超音波エコーを、被測定材21の深さ方向位置と超音波振動子1111の配列方向位置とともに記憶する。または、被測定材21の深さ方向と超音波振動子1111の配列方向に応じた所定のアドレスに記憶する。
Each
任意焦点波形合成部141は、波形記憶手段146に記憶される超音波エコーを、被測定材21の深さ方向と超音波振動子1111の配列方向について読み出しながら、ダイナミックフォーカス方式(ダイナミックフォーカス方式による走査方法の詳細は、前記特開2003−28846号公報参照のこと)による探傷が行われる。
The arbitrary focus waveform synthesizing unit 141 reads the ultrasonic echo stored in the
判定手段131は、走査結果に基づいて、超音波エコーが欠陥であるか否かを判定する。すなわち、エコー高さが所定の閾値以上であれば、当該きずは欠陥であると判定する。出力手段132は、判定手段131による判定結果を出力する。
The
そして、すべてのX軸方向位置について(すなわちすべての探傷範囲について)前記処理が終了した場合には(ステップS2−9において「Yes」)、処理を終了する。終了していない場合には(ステップS2−9において「No」)、次のX軸方向位置に配列形探触子111を移動させ、ステップS2−2〜ステップS2−8の処理を行う。
When the process is completed for all X-axis direction positions (that is, for all flaw detection ranges) (“Yes” in step S2-9), the process ends. If not completed ("No" in step S2-9), the array-
このような構成によれば、いずれのX軸方向の位置においても、正しい測定位置で超音波探傷を実施することができる。したがって、探傷の精度の向上を図ることができる。特に配列形探触子111を用いる超音波探傷でも、θzの回転方向を調整することによって、各超音波振動子1111と被測定材21との位置関係を均一に維持できるようになるから、探傷の精度の向上を図ることができる。
According to such a configuration, ultrasonic flaw detection can be performed at the correct measurement position at any position in the X-axis direction. Therefore, the accuracy of flaw detection can be improved. In particular, even in the ultrasonic flaw detection using the
以上、本発明の各種実施形態および実施例について説明したが、本発明は、前記実施形態または実施例に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることはいうまでもない。 While various embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments or examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Needless to say.
たとえば、前記実施形態にかかる超音波探傷装置および超音波探傷方法は、全没水浸法により超音波探傷を実施するものを示したが、本発明は、全没水浸法により超音波探傷を実施するものに限定されるものではない。 For example, although the ultrasonic flaw detection apparatus and the ultrasonic flaw detection method according to the above-described embodiment are those that perform ultrasonic flaw detection by the total immersion method, the present invention performs ultrasonic flaw detection by the total immersion method. It is not limited to what is implemented.
また、前記実施形態および実施例においては、被測定材が断面略円形の柱状体に適用する構成を示したが、被測定材の断面形状は略円形に限定されるものではない。たとえば楕円、その他の曲面、多角形など、任意の断面形状の被測定材に適用できる。そしてその場合には、配列形探触子を被測定材の表面に対向するような形状にすればよく、より好ましくは配列形探触子を被測定材の表面に沿うような形状にすればよい。 In the above-described embodiments and examples, the configuration in which the material to be measured is applied to a columnar body having a substantially circular cross section is shown, but the cross sectional shape of the material to be measured is not limited to a substantially circular shape. For example, the present invention can be applied to a material to be measured having an arbitrary cross-sectional shape such as an ellipse, other curved surface, or polygon. In that case, the array-type probe may be shaped to face the surface of the material to be measured, and more preferably, the array-type probe should be shaped to follow the surface of the material to be measured. Good.
また、前記実施形態においては、配列形探触子を有する超音波探傷装置と超音波探傷方法について説明したが、探触子は配列形探触子に限定されるものではなく、たとえば、単一の超音波振動子を有する探触子を備える超音波探傷装置であってもよい。この場合には、θzについて考慮する必要がない他、配列形探触子のように、各超音波振動子間の相互の関係についても考慮する必要もないが、その他の構成は、前記実施形態と同様の構成が適用できる。 In the above-described embodiment, the ultrasonic flaw detector and the ultrasonic flaw detection method having the array-type probe have been described. However, the probe is not limited to the array-type probe. It may be an ultrasonic flaw detector provided with a probe having the ultrasonic transducer. In this case, there is no need to consider θz, and it is not necessary to consider the mutual relationship between the ultrasonic transducers as in the array type probe. The same configuration can be applied.
1 超音波探傷装置
111 配列形探触子
1111 超音波振動子
112 X軸走査スライダ
113 Y軸走査スライダ
114 Z軸走査スライダ
115 θx回転治具
116 θy回転治具
117 θz回転治具
118 水槽
121 X軸走査スライダ駆動手段
122 Y軸走査スライダ駆動手段
123 Z軸走査スライダ駆動手段
124 θx回転治具駆動手段
125 θy回転治具駆動手段
126 θz回転治具駆動手段
127 制御手段
128 第一記憶手段
129 第二記憶手段
130 マッチング手段
131 判定手段
132 出力手段
140 信号処理部
141 任意焦点波形合成部
142 超音波パルス送受信タイミング設定手段
143 超音波パルス発生手段
144 超音波エコー受信手段
145 A/D変換手段
146 波形記憶手段
21 被測定材
22 補正用データ取得用の被測定材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該配列形探触子と前記被測定材との相対位置および/または相対角度を変えることができる駆動手段と、
前記配列形探触子の位置補正を行うための超音波の送受信で得られた複数の前記超音波エコーの波形と、該超音波エコーの波形の受信時における前記配列形探触子と前記被測定材との位置関係とを記憶できる第一記憶手段と、
前記配列形探触子と前記被測定材とが相対移動する方向をX軸方向として、所定のX軸方向位置において受信した前記超音波エコーの波形を記憶できる第二記憶手段と、
該第二記憶手段が記憶する波形と前記第一記憶手段が記憶する波形とを比較して、第一記憶手段に記憶される複数の波形から第二記憶手段に記憶される波形に同一または最も近似する波形を選択するマッチング手段と、
を備え、
前記駆動手段は、前記マッチング手段が選択した波形に対応する前記配列形探触子と前記被測定材の位置関係に基づいて、前記配列形探触子を複数の超音波振動子から得られる表面エコー高さおよび水平距離が略均一となる測定位置に移動させ、該測定位置において探傷を行うことができることを特徴とする超音波探傷装置。 An array-type probe having an ultrasonic transducer that can receive ultrasonic echoes by irradiating the material to be measured with ultrasonic waves;
Driving means capable of changing the relative position and / or relative angle between the between the sequence type probe measured material,
A plurality of pre-Symbol ultrasonic echo waveforms obtained by the ultrasonic transmission and reception for performing position correction of the array type probe, the said sequences form probe at the time of reception of ultrasonic echo waveform First storage means capable of storing the positional relationship with the material to be measured;
Second storage means capable of storing the waveform of the ultrasonic echo received at a predetermined position in the X-axis direction, with the direction in which the arrayed probe and the material to be measured move relative to each other as the X-axis direction ;
The waveform stored in the second storage means is compared with the waveform stored in the first storage means, and the waveform stored in the second storage means is the same or most equal from the plurality of waveforms stored in the first storage means. A matching means for selecting a waveform to be approximated;
With
It said drive means, wherein the surface of the said array-type probe matching means corresponding to the selected waveform based on the positional relationship of the measured material is obtained said sequences form probe from a plurality of ultrasonic transducers it is moved to the measurement positions echo height and horizontal distance is substantially uniform, the ultrasonic flaw detection apparatus characterized by capable of performing flaw in surveying position.
前記マッチング手段は、第一記憶手段に記憶される波形の超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの一方と、第二記憶手段に記憶される波形の超音波振動子と被測定材との距離または表面エコー高さの同じ一方とを比較し、
前記第一記憶手段に記憶される複数の前記一方から、前記第二記憶手段に記憶される前記同じ一方に近似する前記一方を複数選択し、
該選択された複数の前記一方に対応する他方と、前記第二記憶手段に記憶される同じ他方とを比較し、
最も近似するものを、波形が同一または最も近似するものとすることを特徴とする請求項1に記載の超音波探傷装置。 The first storage means and the second storage means can store a waveform including information on the position from the ultrasonic transducer to the measured material and the surface echo height,
The matching unit includes one of a distance between the ultrasonic transducer having a waveform stored in the first storage unit and the measured material, or a height of the surface echo, and an ultrasonic transducer having a waveform stored in the second storage unit. Compare the distance to the material to be measured or the same surface echo height,
From the plurality of ones stored in the first storage unit, select a plurality of the ones that approximate the same one stored in the second storage unit,
Comparing the other corresponding to the selected plurality of the one with the same other stored in the second storage means,
The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein the most approximated waveform is the same or most approximated.
前記第一記憶手段に前記探触子と前記被測定材の位置に応じた超音波エコーの波形を記憶するステップと、
前記被測定材に超音波を照射するステップと、
超音波エコーを受信するステップと、
受信した前記超音波エコーの波形を前記第二記憶手段に記憶するステップと、
前記第一記憶手段に記憶される前記探触子の位置に応じた波形から、前記第二記憶手段に記憶された波形に同一または最も近似する波形を選択するステップと、
前記選択した前記探触子の位置に応じた波形から、前記探触子の位置を補正するステップと、
前記補正後の位置において超音波探傷を行うステップと、
を有することを特徴とする超音波探傷方法。 An ultrasonic flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to any one of claims 1 to 3,
Storing a waveform of an ultrasonic echo in accordance with the position of the probe and the material to be measured in the first storage means;
Irradiating the material to be measured with ultrasonic waves;
Receiving an ultrasonic echo;
Storing the received waveform of the ultrasonic echo in the second storage means;
Selecting a waveform that is the same or most approximate to the waveform stored in the second storage means from the waveform corresponding to the position of the probe stored in the first storage means;
Correcting the position of the probe from a waveform corresponding to the position of the selected probe;
Performing ultrasonic flaw detection at the corrected position;
An ultrasonic flaw detection method comprising:
正しい測定位置を検出し、検出された該正しい測定位置を含む所定の範囲内の複数箇所において、前記被測定材に超音波を照射して超音波エコーを受信し、受信した超音波エコーの波形を前記第一記憶手段に累積的に記憶するステップであることをと特徴とする請求項4に記載の超音波探傷方法。 The step of storing the waveform of the ultrasonic echo according to the position of the probe and the material to be measured in the first storage means,
A correct measurement position is detected, and at a plurality of locations within a predetermined range including the detected correct measurement position, an ultrasonic wave is received by irradiating the measured material with ultrasonic waves, and a waveform of the received ultrasonic echo The ultrasonic flaw detection method according to claim 4, wherein the method is cumulatively stored in the first storage means.
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