JP5593208B2 - Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method - Google Patents
Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5593208B2 JP5593208B2 JP2010265016A JP2010265016A JP5593208B2 JP 5593208 B2 JP5593208 B2 JP 5593208B2 JP 2010265016 A JP2010265016 A JP 2010265016A JP 2010265016 A JP2010265016 A JP 2010265016A JP 5593208 B2 JP5593208 B2 JP 5593208B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- sensor
- elements
- flaw detector
- flaw detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、超音波振動素子を2次元配列した超音波センサを用いる超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detection method using an ultrasonic sensor having an array of ultrasonic transducer elements two-dimensionally.
金属など固体の非破壊検査方法として、超音波探傷法が一般に用いられている。この超音波探傷法の一種に、フェーズドアレイ方式の超音波探傷法がある。フェーズドアレイ方式(電子走査方式や電子スキャン方式とも呼ばれる)は、例えば圧電素子などの、超音波を発振可能な複数の素子をアレイ状に配置したアレイセンサを用いる。探傷器により、各素子に電気信号を所定の時間だけ遅延させて与えることで、各素子から発生した超音波が被検体中で焦点を形成し、さらに、この各素子への電気信号を遅延させるパターン(遅延パターン)を高速で変化させることにより、被検査体中への超音波の送受信角度(屈折角)、焦点位置などを制御できるようにした超音波探傷法のことである。この方式が重要視されている理由は、被検体の内部で特に、環境や応力などの影響で欠陥が想定される近傍からの反射波をより強く受信できる角度や位置,焦点を選択することで、反射源である欠陥を検出しやすくできるからである。例えば、溶接部における検査では溶接線に沿う欠陥が予測されるので、この欠陥に対して屈折角30度以上の範囲と、板厚あるいはその数倍程度の伝搬距離で焦点を形成するように遅延パターンを作成し、好適な条件下で検査するフェーズドアレイ方式による斜角探傷法ことが有効である。 As a nondestructive inspection method for solids such as metals, an ultrasonic flaw detection method is generally used. One type of this ultrasonic flaw detection method is a phased array type ultrasonic flaw detection method. A phased array method (also called an electronic scanning method or an electronic scanning method) uses an array sensor in which a plurality of elements capable of oscillating ultrasonic waves, such as piezoelectric elements, are arranged in an array. The flaw detector applies an electrical signal to each element after being delayed by a predetermined time, so that the ultrasonic wave generated from each element forms a focal point in the subject, and further delays the electrical signal to each element. This is an ultrasonic flaw detection method in which a pattern (delay pattern) is changed at high speed so that an ultrasonic transmission / reception angle (refraction angle), a focal position, and the like can be controlled. The reason why this method is regarded as important is to select the angle, position, and focal point that can receive the reflected wave more strongly from the vicinity where the defect is assumed due to the influence of environment, stress, etc. inside the subject. This is because it is easy to detect a defect that is a reflection source. For example, since a defect along the weld line is predicted in the inspection of the welded portion, the defect is formed so as to form a focal point with a refraction angle of 30 degrees or more and a plate thickness or a propagation distance of several times that thickness. An oblique flaw detection method using a phased array method in which a pattern is created and inspected under suitable conditions is effective.
近年、素子を2次元配列したマトリクスアレイセンサを用い、3次元に超音波を送受信することを可能とした3次元フェーズドアレイ技術の研究開発が盛んに行われており、これまでの2次元フェーズドアレイ技術による断面検査から、体積検査を可能としている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, research and development of three-dimensional phased array technology that enables transmission and reception of ultrasonic waves in three dimensions using a matrix array sensor in which elements are arranged in two dimensions has been actively conducted. Volume inspection is possible from cross-sectional inspection by technology (see, for example, Patent Document 1).
そこで、本発明者らは、マトリクスアレイセンサを用いた3次元超音波技術を、機械的な回転検査が必要とされる配管溶接部に対する超音波検査や、厚板材の超音波検査へ適用することを検討している。 Therefore, the present inventors apply a three-dimensional ultrasonic technique using a matrix array sensor to an ultrasonic inspection of a pipe welded portion that requires a mechanical rotation inspection and an ultrasonic inspection of a thick plate material. Are considering.
上述した従来手法は、例えば薄い被検体に対し検査する場合には有効である。しかし、厚板材深部に位置する欠陥を3次元フェーズドアレイ技術による斜角探傷法で検査するには、超音波の収束性を向上するべくセンサ開口を大型化する必要がある。 The above-described conventional method is effective, for example, when examining a thin subject. However, in order to inspect defects located in the deep part of the thick plate material by the oblique flaw detection method using the three-dimensional phased array technique, it is necessary to increase the size of the sensor aperture in order to improve the convergence of the ultrasonic wave.
ここで、従来のマトリクスアレイセンサとしては、ほぼ一定の大きさをもつ素子を直交配列した矩形マトリクスセンサや、素子の配列を変えることにより対称性を高めた矩形マトリクスアレイセンサ(例えば、特許文献2参照)などが知られている。 Here, as a conventional matrix array sensor, a rectangular matrix sensor in which elements having substantially constant sizes are orthogonally arranged, or a rectangular matrix array sensor in which symmetry is improved by changing the arrangement of elements (for example, Patent Document 2) For example).
これらのマトリクスアレイセンサでセンサ開口の大型化を行うには、いずれもセンサ開口の2乗に比例して超音波振動素子数が増加する。しかし、探傷器で制御可能な総素子数には技術的な限界があり、また、制御可能な超音波振動素子数を増やせたとしても装置が大型で高価なものとなる。 In order to increase the size of the sensor aperture with these matrix array sensors, the number of ultrasonic vibration elements increases in proportion to the square of the sensor aperture. However, there is a technical limit to the total number of elements that can be controlled by the flaw detector, and even if the number of controllable ultrasonic vibration elements can be increased, the apparatus becomes large and expensive.
そこで、総素子数を制御可能な数に抑えつつ、センサ開口の大型化を行おうとすると、各素子の間の距離(ピッチ)が大きくなる。各素子の間の距離(ピッチ)が大きくなると、本来の探傷に用いる超音波(メインローブ)の他に、妨害波となる超音波(グレーティングローブ)が発生する。グレーティングローブが発生することにより、ノイズが増加し、SN比が低下するという問題が発生する。 Therefore, if it is attempted to increase the size of the sensor aperture while suppressing the total number of elements to a controllable number, the distance (pitch) between the elements increases. When the distance (pitch) between elements increases, in addition to the ultrasonic wave (main lobe) used for original flaw detection, ultrasonic waves (grating lobes) that become interference waves are generated. The occurrence of grating lobes causes a problem that noise increases and the SN ratio decreases.
本発明の目的は、制御可能な総素子数を抑えつつ、センサ開口の大型化を行うことで深部の検査を行えるとともに、SN比の向上した超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することにある。 An object of the present invention, while suppressing the total number of controllable elements, with allows inspection of deep by performing enlargement of the sensor aperture, to provide an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detection method with an improved SN ratio There is.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、超音波を発振するセンサとして、超音波を発振する超音波振動素子を規則的に2次元状に配列した超音波センサを用い、当該超音波センサから検査対象の内部に超音波を送信し、前記超音波センサにより前記検査対象からのエコーを受信し、前記エコーから検査対象の欠陥の有無または欠陥の寸法を評価する超音波探傷装置であって、前記超音波振動素子の数は、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多く、前記超音波センサを構成する複数の超音波振動素子の内、超音波の送受信に使用する素子を選択する素子使用範囲選択手段と、該素子使用範囲選択手段にて、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多い数の超音波振動素子を選択した場合に、複数の素子を同電位となるように短絡する素子短絡パターン選択部とを備える構成としたものである。
(2)上記目的を達成するために、本発明は、超音波を発振するセンサとして、超音波を発振する超音波振動素子を規則的に2次元状に配列した超音波センサを用い、当該超音波センサから検査対象の内部に超音波を送信し、前記超音波センサにより前記検査対象からのエコーを受信し、前記エコーから検査対象の欠陥の有無または欠陥の寸法を評価する超音波探傷方法であって、前記超音波振動素子の数は、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多く、前記超音波センサを構成する複数の超音波振動素子の内、超音波の送受信に使用する素子を素子使用範囲選択手段で選択し、該素子使用範囲選択手段にて、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多い数の超音波振動素子を選択した場合に、素子短絡パターン選択部で複数の素子を同電位となるように短絡する。
(1) To achieve the above Symbol object, the present invention is, as a sensor which oscillates an ultrasonic wave, using an ultrasonic sensor having an array of ultrasonic transducer elements which oscillates ultrasonic waves to regularly two-dimensionally, the An ultrasonic flaw detector that transmits ultrasonic waves from the ultrasonic sensor to the inside of the inspection target, receives echoes from the inspection target by the ultrasonic sensors, and evaluates the presence / absence of the defect to be inspected or the size of the defect from the echo a is the number of the ultrasonic transducer elements, said more than the number that can be controlled by the ultrasonic inspection device, among pre-Symbol for the plural ultrasonic transducer elements forming an ultrasonic sensor, used to send and receive ultrasonic When an element use range selection means for selecting an element to be selected and a number of ultrasonic vibration elements larger than the number controllable by the ultrasonic flaw detector are selected by the element use range selection means, a plurality of elements are selected. At the same potential The element short-circuit pattern selection unit that performs short-circuiting is provided.
(2) In order to achieve the above object, the present invention uses an ultrasonic sensor in which ultrasonic vibration elements that oscillate ultrasonic waves are regularly arranged in a two-dimensional manner as a sensor that oscillates ultrasonic waves. An ultrasonic flaw detection method in which ultrasonic waves are transmitted from an ultrasonic sensor to the inside of an inspection object, echoes from the inspection object are received by the ultrasonic sensors, and the presence or absence of the defect or the size of the defect is evaluated from the echo The number of the ultrasonic vibration elements is larger than the number that can be controlled by the ultrasonic flaw detector, and the element used for transmitting and receiving ultrasonic waves among the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the ultrasonic sensor. Is selected by the element use range selection means, and when the number of ultrasonic vibration elements larger than the number controllable by the ultrasonic flaw detector is selected by the element use range selection means, the element short-circuit pattern selection unit The number of elements short-circuited to the same potential.
本発明によれば、制御可能な総素子数を抑えつつ、センサ開口の大型化を行うことで深部の検査を行えるとともに、SN比を向上し得るものとなる。
According to the present invention, it is possible to perform a deep inspection by increasing the size of the sensor opening while suppressing the total number of controllable elements, and to improve the SN ratio.
以下、図1〜図4を用いて、本発明の第1の実施形態による超音波センサの構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による超音波センサの構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による超音波センサの構成を示す平面図である。
Hereinafter, the configuration and operation of the ultrasonic sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of the ultrasonic sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the ultrasonic sensor according to the first embodiment of the present invention.
本実施形態の超音波センサ1は、アレイ状に配置された複数の超音波振動素子1Aから構成されている。複数の素子の総数は、探傷器で制御可能な総素子数(例えば、256個)以内となっている。本例では、複数の超音波振動素子1Aは千鳥状に配置されている。
The
ここで、アレイセンサを構成する要素としては、代表的に、圧電素子,整合層,バッキング,接合部分,ケース,配線などが挙げられる。このうち、各素子の重心位置Rは、図1に示した本実施形態の超音波センサ1では、(n1a1+n2a2)を満たすように素子配列されている。n1,n2は整数であり、a1,a2はベクトルである。
Here, typical elements constituting the array sensor include a piezoelectric element, a matching layer, a backing, a joint portion, a case, wiring, and the like. Among these elements, the elements are arranged so that the center of gravity R of each element satisfies (n1a1 + n2a2) in the
ここで、個々の超音波振動素子1Aは、図示のように長方形状をしている。そして、ある素子の重心位置から、その素子に対して長辺方向(X方向)に隣接する他の素子の重心位置までのベクトルを、a1とする。また、ある素子の重心位置から、その素子に対して短辺方向(Y方向)に隣接する他の素子の重心位置までのベクトルを、a2とする。そして、ある素子の重心位置を基準とした場合、他の素子の重心位置Rは、(n1a1+n2a2)を満たす。なお、ベクトルa1>ベクトルa2である。
Here, each
また、複数の超音波振動素子1Aは千鳥状に配置されているため、ベクトルa1とベクトルa2のなす角度は90度以外であるとともに、(2a2−a1)・a1=0を満たしている。なお、ここで、「・」は内積を示している。
Further, since the plurality of
また、本実施形態では、厚板材深部に位置する欠陥を検査できるようにするため、センサ開口を大型化している。具体例を挙げると、X方向の長さX1は30mmとして、Y方向の長さY1を75mmとしている。そして、アレイ状に配列された素子の数は、X方向には10個とし、Y方向に25個として、総数は250個としている。この場合、X方向のピッチpx1は3mmであり、Y方向のピッチpy1は3mmとなっている。例えば、超音波として2MHzの信号を用いる場合、各ピッチpx1,py1は、超音波の波長λに対して、(λ/2)以上となっている。 Moreover, in this embodiment, in order to be able to test | inspect the defect located in the thick plate material deep part, the sensor opening is enlarged. As a specific example, the length X1 in the X direction is 30 mm, and the length Y1 in the Y direction is 75 mm. The number of elements arranged in an array is 10 in the X direction, 25 in the Y direction, and the total number is 250. In this case, the pitch px1 in the X direction is 3 mm, and the pitch py1 in the Y direction is 3 mm. For example, when a 2 MHz signal is used as the ultrasonic wave, the pitches px1 and py1 are (λ / 2) or more with respect to the wavelength λ of the ultrasonic wave.
次に、図2を用いて、本実施形態による超音波センサにおける超音波の送受信方向について説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態による超音波センサにおける超音波の送受信方向の説明図である。なお、図2(A)は斜視図であり、図2(B)は上面図である。
Next, the transmission / reception direction of the ultrasonic wave in the ultrasonic sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram of ultrasonic transmission / reception directions in the ultrasonic sensor according to the first embodiment of the present invention. 2A is a perspective view, and FIG. 2B is a top view.
他の素子の重心位置Rが(n1a1+n2a2)を満たすように素子配列されているセンサを用いて超音波の送受信を行う場合、超音波の送受信方向を屈折角θm、方位角φmとして表すものとする。 When transmitting and receiving ultrasonic waves using a sensor in which elements are arranged so that the center-of-gravity position R of other elements satisfies (n1a1 + n2a2), the transmission / reception direction of the ultrasonic waves is expressed as a refraction angle θm and an azimuth angle φm. .
ここで、グレーティングローブの発生方向は、次のようになる。まず、アレイセンサを構成するベクトルa1,a2を、それぞれ、式(1)により、
Here, the generation direction of the grating lobe is as follows. First, the vectors a1 and a2 constituting the array sensor are respectively expressed by Equation (1).
とする。 And
そして、超音波の波長をλ、超音波を集束させる方向を屈折角θm、方位角φmと置くと、以下の式(2)、式(3)、
When the wavelength of the ultrasonic wave is λ and the direction of focusing the ultrasonic wave is a refraction angle θm and an azimuth angle φm, the following equations (2), (3),
を満たす、式(4)の位置に、
Satisfying the expression (4),
グレーティングローブが発生する。 Grating lobes are generated.
式(4)より、素子配列を決定するベクトルa1,a2と超音波を伝搬させる方向により、グレーティングローブ発生場所が決まるため、ノイズとなるグレーティングローブの発生位置をずらしたい場合は、ベクトルa1,a2のなす角度を変えた、図1に示すようなセンサを用いればよいものとなる。 From Expression (4), the generation location of the grating lobe is determined by the vectors a1 and a2 for determining the element arrangement and the direction in which the ultrasonic wave is propagated. Therefore, when the generation position of the grating lobe as noise is desired to be shifted, the vectors a1 and a2 It is sufficient to use a sensor as shown in FIG.
次に、図3を用いて、アレイセンサにおけるグレーティングローブについて説明する。
図3は、アレイセンサにおけるグレーティングローブの説明図である。
Next, the grating lobe in the array sensor will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of grating lobes in the array sensor.
図3(A)は、素子間隔(ピッチ)pが(λ/2)より狭い場合である。この場合には、メインローブのみであり、グレーティングローブは発生しない。 FIG. 3A shows a case where the element spacing (pitch) p is narrower than (λ / 2). In this case, there are only main lobes and no grating lobes are generated.
それに対して、図3(B)に示すように、素子間隔(ピッチ)pが(λ/2)より広い場合には、メインビームに加えて、ノイズとなるグレーティングローブが発生する。なお、ここでは、集音する方向、すなわち検査したい方向(図示の例では、45度)に対して、グレーティングローブは、集音方向以外に強く伝搬する音である。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the element interval (pitch) p is wider than (λ / 2), a grating lobe that becomes noise is generated in addition to the main beam. Here, the grating lobe is a sound that strongly propagates in a direction other than the sound collecting direction with respect to the sound collecting direction, that is, the direction to be inspected (45 degrees in the illustrated example).
次に、図4を用いて、本実施形態による超音波センサにおけるグレーティングローブの発生方向について説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態による超音波センサにおけるグレーティングローブの発生方向の説明図である。
Next, the generation direction of the grating lobe in the ultrasonic sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the generation direction of the grating lobe in the ultrasonic sensor according to the first embodiment of the present invention.
図4(A)に示すように、超音波センサ1から、屈折角θm、方位角φmの方向に超音波を集束させ、メインビームMを発生させるものとする。このとき、メインビームMの発生方向とは異なる方向に、グレーティングローブGLが発生する。
As shown in FIG. 4A, it is assumed that the ultrasonic wave is focused from the
図4(B)は、複数の素子を直交配列(ベクトルa1とベクトルa2のなす角度を90度)した場合の、メインビームMとグレーティングローブGLのなす角度をα1とする。 In FIG. 4B, an angle formed by the main beam M and the grating lobe GL is α1 when a plurality of elements are arranged orthogonally (the angle formed by the vector a1 and the vector a2 is 90 degrees).
また、図4(C)は、図1に示した複数の素子を千鳥配列(ベクトルa1とベクトルa2のなす角度を90度以外)した場合の、メインビームMとグレーティングローブGLのなす角度をα2とする。 4C shows the angle formed by the main beam M and the grating lobe GL when the plurality of elements shown in FIG. 1 are arranged in a staggered arrangement (the angle formed by the vector a1 and the vector a2 is other than 90 degrees). And
なお、図4(B)及び図4(C)のいずれも、素子間隔は(λ/2)よりも大きいものとしている。 Note that in both FIGS. 4B and 4C, the element spacing is larger than (λ / 2).
本実施形態の場合、グレーティングローブの発生する位置は、式(4)で求められ、このときの角度α2は、図4(B)における角度α1よりも広くなる。そのため、探傷への影響を少なくすることができる。 In the case of the present embodiment, the position where the grating lobe is generated is obtained by Expression (4), and the angle α2 at this time is wider than the angle α1 in FIG. Therefore, the influence on flaw detection can be reduced.
以上説明したように、本実施形態によれば、アレイセンサを大開口化するとともに、その際、探傷範囲上には関係がないところにノイズが出現するようにして、ノイズの影響を低減できるようになり、深部の検査をSN比よく実施できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the influence of the noise by increasing the size of the array sensor and causing noise to appear where there is no relation on the flaw detection range. Therefore, the deep inspection can be performed with a good SN ratio.
次に、図5及び図6を用いて、本発明の第2の実施形態による超音波センサの構成及び動作について説明する。
図5は、本発明の第2の実施形態による超音波センサの構成を示す平面図である。図6は、本発明の第2の実施形態による超音波センサによる送受信配置を示す平面図である。
Next, the configuration and operation of the ultrasonic sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of an ultrasonic sensor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view showing a transmission / reception arrangement by the ultrasonic sensor according to the second embodiment of the present invention.
図5に示すように、本実施形態の超音波センサ1’は、アレイ状に配置された複数の超音波振動素子1Aから構成されている。複数の素子の総数は、探傷器で制御可能な総素子数(例えば、256個)以内となっている。本例では、各素子の重心位置Rは、(n1a1+n2a2)を満たすように素子配列されている。n1,n2は整数であり、a1,a2はベクトルである。
As shown in FIG. 5, the
ここで、個々の超音波振動素子1Aは、図示のように長方形状をしている。そして、ある素子の重心位置から、その素子に対して長辺方向(X方向)に隣接する他の素子の重心位置までのベクトルと、a1とする。また、ある素子の重心位置から、その素子に対して短辺方向(Y方向)に隣接する他の素子の重心位置までのベクトルと、a2とする。そして、ある素子の重心位置を基準とした場合、他の素子の重心位置Rは、(n1a1+n2a2)を満たす。なお、ベクトルa1>ベクトルa2である。
Here, each
また、本実施形態では、厚板材深部に位置する欠陥を検査できるようにするため、センサ開口を大型化している。そして、X方向のピッチpx1及びY方向のピッチpy1は、超音波の波長λに対して、(λ/2)以上となっている。 Moreover, in this embodiment, in order to be able to test | inspect the defect located in the thick plate material deep part, the sensor opening is enlarged. Then, the pitch px1 in the X direction and the pitch py1 in the Y direction are (λ / 2) or more with respect to the wavelength λ of the ultrasonic wave.
本実施形態の場合も、グレーティングローブの発生する位置は、式(4)で求められ、このときの角度α2は、図4(B)における角度α1よりも広くなる。そのため、探傷への影響を少なくすることができる。 Also in this embodiment, the position where the grating lobe is generated is obtained by Expression (4), and the angle α2 at this time is wider than the angle α1 in FIG. Therefore, the influence on flaw detection can be reduced.
また、図6に示すように、センサ配列のベクトルa1,a2と、超音波の送受信方向により、グレーティングローブの発生位置が推定できるので、2つのセンサを用意し、一方を送信用センサ1’(T)として使用し、他方を受信用センサ1’(R)として使用することで、ノイズの発生を抑えることが可能となる。このとき、それぞれのセンサに同じ配列のセンサを用いても良いし、別のセンサを用いても良い。また、図1に示した配列のセンサを用いてもよいものである。
Also, as shown in FIG. 6, since the grating lobe generation position can be estimated from the sensor array vectors a1 and a2 and the ultrasonic wave transmission / reception direction, two sensors are prepared, one of which is the
以上説明したように、本実施形態によれば、アレイセンサを大開口化するとともに、その際、探傷範囲上には関係がないところにノイズが出現するようにして、ノイズの影響を低減できるようになり、深部の検査をSN比よく実施できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the influence of the noise by increasing the size of the array sensor and causing noise to appear where there is no relation on the flaw detection range. Therefore, the deep inspection can be performed with a good SN ratio.
次に、図7〜図10を用いて、本発明の第3の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。
図7は、本発明の第3の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。図8は、本発明の第3の実施形態による超音波探傷装置の動作を示すフローチャートである。図9及び図10は、本発明の第3の実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波センサの説明図である。
Next, the configuration and operation of an ultrasonic flaw detector according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic flaw detector according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic flaw detector according to the third embodiment of the present invention. 9 and 10 are explanatory diagrams of an ultrasonic sensor used in an ultrasonic flaw detector according to the third embodiment of the present invention.
図7に示すように、本実施形態の超音波探傷装置は、探傷器100と、アレイセンサ1”と、表示器10とから構成される。探傷器100は、計算機110と、メモリ120と、データ収録部130と、遅延時間制御部140と、素子使用範囲選択部150と、パルサー・レシーバ160と、チャンネルボックス170とからなる。チャンネルボックス170は、素子短絡パターン選択部172と、スイッチ回路174とからなる。
As shown in FIG. 7, the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment includes a
ここで、図9を用いて、アレイセンサ1”について説明する。アレイセンサ1”は、複数の超音波振動素子1Aがマトリック状に配列されたものである。ここでは、例えば、m行n列のマトリクスアレイセンサとし、各素子の間隔は(λ/2)以下と十分に狭く、グレーティングローブを発生しないものである。但し、素子の総数は、探傷器が制御可能な数以上としている。探傷器が制御可能な数を例えば256個としたとき、アレイセンサ1”は25行30列で、総数750個とする。
Here, the
そして、図9は、開口面積を大きくして、深部の測定を行う場合であり、図10は、開口面積は狭くして、広い送受信を可能とする場合である。図9の場合は、アレイセンサ1”を構成するすべての素子のうち、図7に示した素子使用範囲選択部150を用いて、選択探傷範囲に適切なセンサ開口となるように素子を選択し(具体的には、1行目からm行目まで、及び、1列目からn列目までの全範囲としてセンサ開口が大きくなるように選択し)、また、図7に示したチャンネルボックス170を用いて、このうちの複数の素子(ここでは、行方向に3個)ごとに分けて同電位とすることにより一つに束ね、探傷器の制御可能な素子数以下にするものである。図中、黒の太線で示す素子を使用するものとする。
FIG. 9 shows a case where the opening area is increased and the deep portion is measured, and FIG. 10 shows a case where the opening area is reduced and wide transmission / reception is possible. In the case of FIG. 9, among all the elements constituting the
このとき、3個の素子を同電位とすると、これらの3素子は実質的に単一の素子として挙動し、その場合、隣接する素子間隔は3倍となるため、(λ/2)よりも大きくなり、グレーティングローブが発生することになる。その際、図7に示したチャンネルボックス170による同電位の素子の選択の方法を、例えば、m行目は、3列目、4列目、5列目の素子を同電位とし、6列目、7列目、8列目の素子を同電位としたとき、m−1行目は、2列目、3列目、4列目の素子を同電位とし、5列目、6列目、7列目の素子を同電位とするように、直交配列しないようにする。すなわち、図5にて説明したように、同一電位の素子の重心位置から、その素子に対して長辺方向(X方向)に隣接する他の同一電位の素子の重心位置までのベクトルを、a1とする。また、ある素子の重心位置から、その素子に対して短辺方向(Y方向)に隣接する他の素子の重心位置までのベクトルを、a2とする。そして、ある素子の重心位置を基準とした場合、他の素子の重心位置Rは、(n1a1+n2a2)を満たす。なお、ベクトルa1>ベクトルa2である。また、ベクトルa1とベクトルa2のなす角度を90度以外としている。これにより、図4にて説明したように、センサ開口を大きくして深部の測定を可能とした場合にも、グレーティングローブの影響を低減して、SN比を向上できる。
At this time, assuming that the three elements have the same potential, these three elements behave substantially as a single element. In this case, the interval between adjacent elements is tripled, so that (λ / 2) than As a result, the grating lobe is generated. At that time, the selection method of the elements having the same potential by the
また、広い送受信を可能とするには、図10に示すように、アレイセンサ1”を構成するすべての素子のうち、図7に示した素子使用範囲選択部150を用いて、選択探傷範囲に適切なセンサ開口となるように素子を選択し(具体的には、5行目から10行目まで、及び、3列目から8列目までの範囲として、センサ開口が小さく、かつ、探傷器の制御可能な素子数以下になるように選択し)、また、図7に示したチャンネルボックス170は用いものである。図中、黒で示す素子を使用するものとする。
Further, in order to enable wide transmission / reception, as shown in FIG. 10, among all the elements constituting the
次に、図8を用いて、複数個の焦点Fに対して、本実施形態による探傷を実施する場合の、図7に示した超音波探傷装置の動作について説明する。 Next, the operation of the ultrasonic flaw detector shown in FIG. 7 when flaw detection according to the present embodiment is performed on a plurality of focal points F will be described with reference to FIG.
設定を開始すると、アレイセンサに関する初期設定として、計算機110は、メモリ120から、アレイセンサ1”を構成する素子情報や材質情報などを入力する(ステップS01)。
When the setting is started, as an initial setting for the array sensor, the
次に、計算機110は、本センサによる検査範囲を設定する(ステップS02)。
Next, the
そして、計算機110は、その検査範囲に好適な使用する素子範囲を決定し、素子使用範囲選択部150に対して、使用する素子範囲を設定し、(ステップS03)、また、計算機110は、素子短絡パターン選択部172に対して、短絡させる素子パターンを設定する(ステップS04)。また、使用する素子範囲が決定すれば、一般的には、センサ全体の中心をセンサ中心とするので、これに倣い、計算機110は、センサ中心を設定する。(ステップS05)
次に、計算機110は、アレイセンサの各素子に対する遅延時間のパターンを計算し(ステップS06)、遅延時間制御部140に遅延時間を設定する。
Then, the
Next, the
次に、遅延時間制御部140は、設定された遅延時間を用いて、かつ、素子使用範囲選択部150にて選択された素子に対して、また、素子短絡パターン選択部172で選択されたパターンに応じて、スイッチ回路174により短絡すべき素子を短絡させた上で、パルサー160からアレイセンサ1”を用いて複数の焦点Fに対して、超音波を送信する。また、被検体からの反射波をアレイセンサ1”,レシーバ160で受信する(ステップS07)。
そして、複数の焦点Fに対するデータ(反射データ)は、データ収録部130に収録される(ステップS08)。
Next, the delay
Data (reflection data) for a plurality of focal points F is recorded in the data recording unit 130 (step S08).
さらに、すべての点でのデータ収録を終了したかどうかの判別(ステップS09)を行い、終了していない(NO)場合には、焦点F(i)から次の焦点F(i+1)へ移行し、再び超音波の送・受信行い、反射データを収録することを全測定領域での反射データの収録が終了するまで順次繰り返す。 Further, it is determined whether or not the data recording at all points has been completed (step S09). If the recording has not been completed (NO), the focus F (i) is shifted to the next focus F (i + 1). Then, transmission / reception of ultrasonic waves is performed again, and the recording of reflection data is sequentially repeated until the recording of reflection data in all measurement areas is completed.
全終了した(YES)場合は終了する(ステップS10)。 When all the processes are completed (YES), the process ends (step S10).
その後は、一般的には、画素と画素値のマップを作成し、画像表示により視覚的に検査結果を、表示器10に表示する。
Thereafter, generally, a map of pixels and pixel values is created, and the inspection result is visually displayed on the
このような、送・受信に使用する素子、および短絡するパターンの組合せの設定を簡便に実施するためには、あらかじめ図7で示した装置のメモリ120に、使用する素子の組合せと短絡するパターンを保存しておき、測定開始時に読み込んで動作すればよい。深いところから浅いところまで検査する場合は、図9と図10に一例を示したように使用する素子の組み合わせに対応する短絡パターンを用いて、ステップS02から繰り返し収録することで深さを問わず検査可能になる。
In order to easily set the combination of the elements used for transmission / reception and the pattern to be short-circuited, a pattern for short-circuiting with the combination of elements to be used is stored in advance in the
なお、チャンネルボックス170は、探傷器内部にあってもよいし、元ある探傷器に外部から接続しても良いものである。
The
なお、図9に示した例において、4個の素子,例えば、m行目は、3列目、4列目、5列目、6列目の素子を同電位とし、7列目、8列目、9列目、10列目の素子を同電位としたとき、m−1行目は、5列目、6列目、7列目、8列目の素子を同電位とするように、直交配列しないようにすると、図1にて説明したのと同様に配置となる。 In the example shown in FIG. 9, four elements, for example, the m-th row, the third column, the fourth column, the fifth column, and the sixth column elements have the same potential, and the seventh column and the eighth column. When the elements in the 9th, 9th and 10th columns are set to the same potential, the m−1th row is set so that the elements in the 5th, 6th, 7th and 8th columns have the same potential. If the orthogonal arrangement is not used, the arrangement is the same as described with reference to FIG.
以上のように、本実施形態によれば、チャンネルボックスの使用素子のパターンと短絡させる素子パターンを切り替えれば良く、深いところも浅いところも一つのアレイセンサで検査が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is only necessary to switch the element pattern to be short-circuited with the element pattern used in the channel box, and it is possible to inspect deep and shallow areas with one array sensor.
また、アレイセンサを大開口化して、深い所の測定時にも、ノイズの影響を低減できるようになり、深部の検査をSN比よく実施できる。
In addition, the array sensor can be enlarged to reduce the influence of noise even when measuring in a deep place, so that deep inspection can be performed with a high S / N ratio.
1…アレイセンサ
10…表示器
100…探傷器
110…計算機
120…メモリ
130…データ収録部
140…遅延時間制御部
150…素子使用範囲選択部
160…パルサー・レシーバ
170…チャンネルボックス
172…素子短絡パターン選択部
174…スイッチ回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
当該超音波センサから検査対象の内部に超音波を送信し、前記超音波センサにより前記検査対象からのエコーを受信し、前記エコーから検査対象の欠陥の有無または欠陥の寸法を評価する超音波探傷装置であって、
前記超音波振動素子の数は、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多く、
前記超音波センサを構成する複数の超音波振動素子の内、超音波の送受信に使用する素子を選択する素子使用範囲選択手段と、
該素子使用範囲選択手段にて、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多い数の超音波振動素子を選択した場合に、複数の素子を同電位となるように短絡する素子短絡パターン選択部とを備えることを特徴とする超音波探傷装置。 As a sensor that oscillates ultrasonic waves, an ultrasonic sensor in which ultrasonic vibration elements that oscillate ultrasonic waves are regularly arranged in a two-dimensional shape is used.
Ultrasonic flaw detection that transmits ultrasonic waves from the ultrasonic sensor to the inside of the inspection target, receives echoes from the inspection target by the ultrasonic sensors, and evaluates the presence / absence of the defect or the size of the defect from the echo A device,
The number of the ultrasonic vibration elements is greater than the number controllable by the ultrasonic flaw detector ,
Among the plurality of ultrasonic transducer elements constituting the front Symbol ultrasonic sensor, an element used range selection means for selecting a device to be used for transmission and reception of ultrasonic waves,
Element short-circuit pattern selection for short-circuiting a plurality of elements to the same potential when the number of ultrasonic vibration elements larger than the number controllable by the ultrasonic flaw detector is selected by the element use range selection means And an ultrasonic flaw detector.
当該超音波センサから検査対象の内部に超音波を送信し、前記超音波センサにより前記検査対象からのエコーを受信し、前記エコーから検査対象の欠陥の有無または欠陥の寸法を評価する超音波探傷方法であって、Ultrasonic flaw detection that transmits ultrasonic waves from the ultrasonic sensor to the inside of the inspection target, receives echoes from the inspection target by the ultrasonic sensors, and evaluates the presence / absence of the defect or the size of the defect from the echo A method,
前記超音波振動素子の数は、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多く、The number of the ultrasonic vibration elements is greater than the number controllable by the ultrasonic flaw detector,
前記超音波センサを構成する複数の超音波振動素子の内、超音波の送受信に使用する素子を素子使用範囲選択手段で選択し、Among the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the ultrasonic sensor, an element used for transmission / reception of ultrasonic waves is selected by an element use range selection unit,
該素子使用範囲選択手段にて、前記超音波探傷装置によって制御可能な数よりも多い数の超音波振動素子を選択した場合に、素子短絡パターン選択部で複数の素子を同電位となるように短絡することを特徴とする超音波探傷方法。When the number of ultrasonic vibration elements larger than the number that can be controlled by the ultrasonic flaw detector is selected by the element use range selection means, the element short-circuit pattern selection unit sets a plurality of elements to the same potential. An ultrasonic flaw detection method characterized by short-circuiting.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010265016A JP5593208B2 (en) | 2010-11-29 | 2010-11-29 | Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010265016A JP5593208B2 (en) | 2010-11-29 | 2010-11-29 | Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012117825A JP2012117825A (en) | 2012-06-21 |
JP5593208B2 true JP5593208B2 (en) | 2014-09-17 |
Family
ID=46500846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010265016A Active JP5593208B2 (en) | 2010-11-29 | 2010-11-29 | Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5593208B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015040697A (en) | 2013-08-20 | 2015-03-02 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Ultrasonic flaw detection sensor and ultrasonic flaw detection method |
JP2015075360A (en) | 2013-10-07 | 2015-04-20 | 三菱重工業株式会社 | Probe, ultrasonic flaw detection device and ultrasonic flaw detection control method |
CN104889177B (en) * | 2014-03-05 | 2016-09-07 | 鞍钢股份有限公司 | Safety protection method for flaw detector system |
JP6299511B2 (en) | 2014-07-31 | 2018-03-28 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic device and probe and electronic equipment |
JP6536792B2 (en) | 2015-03-25 | 2019-07-03 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic sensor and method of manufacturing the same |
JP7050420B2 (en) * | 2017-02-23 | 2022-04-08 | 三菱重工業株式会社 | Piping inspection method using piping inspection sensor, piping inspection device, and piping inspection sensor |
KR102019845B1 (en) * | 2017-10-30 | 2019-09-09 | 현대오트론 주식회사 | Ultrasonic processing device and method |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6140561A (en) * | 1984-08-02 | 1986-02-26 | Toshiba Corp | Ultrasonic flaw detector |
US6384516B1 (en) * | 2000-01-21 | 2002-05-07 | Atl Ultrasound, Inc. | Hex packed two dimensional ultrasonic transducer arrays |
JP2004033666A (en) * | 2002-07-08 | 2004-02-05 | Hitachi Medical Corp | Ultrasonic probe and ultrasonographic apparatus |
US7443765B2 (en) * | 2003-03-06 | 2008-10-28 | General Electric Company | Reconfigurable linear sensor arrays for reduced channel count |
JP4166222B2 (en) * | 2004-02-23 | 2008-10-15 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Ultrasonic flaw detection method and apparatus |
JP2005351718A (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Omnidirectional flaw detection probe |
JP4740770B2 (en) * | 2006-03-02 | 2011-08-03 | 株式会社日立メディコ | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus |
-
2010
- 2010-11-29 JP JP2010265016A patent/JP5593208B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012117825A (en) | 2012-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5593208B2 (en) | Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method | |
JP5721770B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus | |
US9423380B2 (en) | Ultrasonic inspection method, ultrasonic test method and ultrasonic inspection apparatus | |
JP5871274B2 (en) | Ultrasonic flaw detection apparatus and method | |
JP4491800B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus | |
JP5402046B2 (en) | Ultrasonic measuring device and ultrasonic measuring method | |
US20110126625A1 (en) | Ultrasonic Measurement Method, Ultrasonic Measurement Apparatus, and Ultrasonic Sensor | |
CN108693254B (en) | Ultrasonic flaw detection device, ultrasonic flaw detection method, and method for manufacturing product | |
JP5183422B2 (en) | Three-dimensional ultrasonic imaging method and apparatus | |
JP2010276465A (en) | Ultrasonic flaw detector and method therefor | |
JP2005274557A (en) | Ultrasonic flaw detecting method and device | |
JP2009281805A (en) | Ultrasonic flaw detecting method and ultrasonic flaw detector | |
JP2011149888A (en) | Compound-type ultrasonic probe, and ultrasonic flaw detection method by tofd method using the probe | |
JP2006308566A (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus | |
CN113994204B (en) | Ultrasonic flaw detection method, ultrasonic flaw detection device, and steel manufacturing method | |
JP2010266416A (en) | Method of processing phased array aperture synthesis and method of evaluating application effect thereof | |
JP6871534B2 (en) | Comparison test piece and ultrasonic phased array flaw detection test method | |
JP6779727B2 (en) | Ultrasonic flaw detector, data processing device and ultrasonic flaw detector | |
JP2014077708A (en) | Inspection device and inspection method | |
JP2007263780A (en) | Ultrasonic inspection method and device | |
JP6463962B2 (en) | Ultrasonic flaw detection system and inspection method | |
JP5689227B2 (en) | Ultrasonic measurement method and apparatus | |
JP5854141B2 (en) | Ultrasonic measurement method and ultrasonic measurement apparatus | |
JP5588918B2 (en) | Ultrasonic inspection method | |
JP5235028B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20140204 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140407 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20140407 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Effective date: 20140729 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140804 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5593208 Country of ref document: JP |