JP5662873B2 - Ultrasonic flaw detection method - Google Patents
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Description
本発明は、超音波探傷方法に係り、特に、遠隔走査機構とアレイ探触子を用いて、金属材料の溶接部などの超音波探傷を行うに好適な超音波探傷方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detection how, in particular, using a remote scanning mechanism and the array probe, relates to suitable ultrasonic flaw detection methods from performing ultrasonic flaw detection, such as weld metal material.
構造物の健全性を評価するために、構造物(例えば、金属材料の溶接部)の表面や内部の非破壊検査手法として、超音波探傷法が広く用いられている。被検体となる構造物へ直接アクセスすることが困難な場合、スキャナ,マニピュレータ,ビークルなどの遠隔走査機構が用いられ、この遠隔走査機構により、超音波探触子の位置を走査する自動探傷(AUT:Automated Ultrasonic Testing)が行われる。 In order to evaluate the soundness of a structure, an ultrasonic flaw detection method is widely used as a nondestructive inspection method for the surface and the inside of a structure (for example, a welded portion of a metal material). When it is difficult to directly access the structure to be examined, a remote scanning mechanism such as a scanner, manipulator or vehicle is used, and this remote scanning mechanism automatically scans the position of the ultrasonic probe (AUT: Automated Ultrasonic Testing).
ここで、超音波探触子と通常被検体との間には、超音波の伝達性を高めるために、中間媒質を経由させて、構造物を検査する。中間媒質として、液体(例えば、グリセリン,マシン油,水など)が広く使われている。なお、特別な場合には、中間媒質として、気体や、粘性の高いゲル状の物質が用いられる場合もある。特に、被検体の表面に曲率やうねりなどの形状変化がある場合は、水などの中間媒質を介した「水浸法」とよばれる探傷法が適用される。なお、水浸法において、超音波探触子と被検体の距離は数ミリから数十ミリ程度で用いられることが多い。 Here, between the ultrasonic probe and the normal subject, the structure is inspected via an intermediate medium in order to improve the transmission of ultrasonic waves. As an intermediate medium, a liquid (for example, glycerin, machine oil, water, etc.) is widely used. In special cases, a gas or a highly viscous gel substance may be used as the intermediate medium. In particular, when there is a change in shape such as curvature or swell on the surface of the subject, a flaw detection method called “water immersion method” through an intermediate medium such as water is applied. In the water immersion method, the distance between the ultrasonic probe and the subject is often several millimeters to several tens of millimeters.
ここで、超音波探傷法の一種に、いわゆるフェーズドアレイ方式の超音波探傷法がある。ここで、このフェーズドアレイ方式とは、電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれ、例えば圧電素子からなる複数の超音波送受信素子をアレイ状に配置した探触子、いわゆるアレイ探触子を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレイ探触子の各素子に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波が重ね合わされ、合成波を形成することで、被検査体への超音波の送信角度と受信角度、送信位置と受信位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う位置、つまり焦点位置などの条件が電気的な制御により高速で変化させることができるようにした超音波探傷法のことである。なお、ここでは、素子毎に与える所定の遅延の組合せをディレイパターンと呼ぶこととする。 Here, as a kind of ultrasonic flaw detection method, there is a so-called phased array type ultrasonic flaw detection method. Here, the phased array system, also called a scan type or electronic scanning method, for example, a plurality of ultrasonic sound Namioku receiving element probe arranged in an array composed of a piezoelectric element, a so-called array probe Using the electrical signal that triggers the generation of ultrasonic waves to each element of the array probe with a predetermined time delay, the ultrasonic waves generated from each element are superimposed to form a composite wave, Conditions such as the transmission angle and reception angle of ultrasonic waves to the inspected object, the transmission position and reception position, or the position where the combined wave interferes and strengthens energy, that is, the focal position, are changed at high speed by electrical control. It is an ultrasonic flaw detection method that made it possible. Here, a predetermined combination of delays given to each element is referred to as a delay pattern.
このようにアレイ探触子を用いて探傷条件を電気的に走査する理由は、広い検査範囲にわたって超音波の送受信角度位置や焦点を自由に変化させられるからであり、そうすることにより、被検査体の反射源(欠陥等)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、反射源である欠陥が見付け易くできるからである。代表的なディレイパターンの組み合わせとして、送信角度及び受信角度を変化させるセクタスキャン方式と、送信位置及び受信位置を平行移動させるリニアスキャン方式がある。いずれの方式においても、異なる角度(あるいは位置)で得られた信号から、被検体の断面画像として可視化できるという特徴があり、反射源の位置や性状を識別しやすいという特徴がある。 The reason for electrically scanning the flaw detection conditions using the array probe in this way is that the ultrasonic transmission / reception angular position and focus can be freely changed over a wide inspection range. This is because by selecting an angle, a position, and a focal point at which a reflected wave from a body reflection source (such as a defect) can be received more strongly, a defect that is a reflection source can be easily found. As a typical combination of delay patterns, there are a sector scan method in which the transmission angle and the reception angle are changed, and a linear scan method in which the transmission position and the reception position are translated. Each method has a feature that it can be visualized as a cross-sectional image of a subject from signals obtained at different angles (or positions), and it is easy to identify the position and properties of a reflection source.
フェーズドアレイ法により、水浸法などの中間媒質を介して、超音波探傷法を実施する場合も、通常の超音波探触子を用いる場合と同様に、媒体中での超音波の多重反射波が探傷信号に影響しないように、所定の距離(例えば、水浸法の場合、数十mm程度)だけ、被検体とアレイ探触子を離して探傷を行う。このため、アレイ探触子の位置と、媒体を伝搬した後に被検体に超音波が入射する点(超音波入射点)との間には、空間的な隔たりが生じる。従って、より正確で信頼性の高い探傷結果を得る場合には、アレイ探触子と被検体の位置関係のうち、特に、被検体における超音波入射位置(角度、被検体との距離)を制御することが必要である。 When performing an ultrasonic flaw detection method through an intermediate medium such as a water immersion method by the phased array method, multiple reflected waves of ultrasonic waves in the medium are used as in the case of using an ordinary ultrasonic probe. In order to prevent the flaw detection signal from affecting the flaw detection signal, flaw detection is performed by separating the subject and the array probe by a predetermined distance (for example, about several tens of mm in the case of the water immersion method). For this reason, a spatial separation occurs between the position of the array probe and the point (ultrasonic incident point) where the ultrasonic wave enters the subject after propagating through the medium. Therefore, in order to obtain more accurate and reliable flaw detection results, among the positional relationship between the array probe and the subject, particularly the ultrasonic incident position (angle, distance to the subject) in the subject is controlled. It is necessary to.
そのため、例えば、被検体の曲面形状の形状データとして予め入力して記憶し、記憶されたデータに基づいて、超音波探触子の位置及び方向を被検体の表面の入射点において、一定の角度でかつ一定の距離に保持する超音波探傷方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, for example, it is input and stored in advance as shape data of the curved surface shape of the subject, and based on the stored data, the position and direction of the ultrasonic probe at a certain angle at the incident point on the surface of the subject In addition, there is known an ultrasonic flaw detection method that maintains a constant distance (see, for example, Patent Document 1).
また、被検体と超音波探触子の距離及び角度を保持するために、予め距離測定用プローブで被検体形状を測定するものが知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, in order to maintain the distance and angle between the subject and the ultrasonic probe, there is known a method for measuring the shape of the subject with a distance measurement probe in advance (see, for example, Patent Document 2).
また、アレイ探触子を用いた超音波探傷において、被検体の表面形状を、アレイ探触子を用いて測定し、表面形状データからアレイ探触子に与える遅延時間を計算し、複雑形状部でも所定の位置に集束する探傷方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。 Also, in ultrasonic flaw detection using an array probe, the surface shape of the subject is measured using the array probe, the delay time given to the array probe is calculated from the surface shape data, and the complex shape portion However, a flaw detection method for focusing at a predetermined position is known (for example, see Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1や特許文献2記載のものでは、被検体と超音波探触子の位置関係(角度及び距離)を一定に保つための事前設定に関する記載はあるが、実際の探傷でどのような位置関係となっていたかを特定することができない。
However, in
また、特許文献3記載のものでは、被検体の表面形状を考慮した探傷条件の設定に関する記載はあるが、自動探傷(AUT)において、アレイ探触子と被検体の位置関係(角度と距離)を特定することができない。 In addition, in Patent Document 3, there is a description regarding setting of flaw detection conditions in consideration of the surface shape of the subject, but in automatic flaw detection (AUT), the positional relationship between the array probe and the subject (angle and distance). Cannot be specified.
本発明の目的は、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法により、水などの中間媒質を介して超音波を伝搬させ、遠隔走査機構により超音波探触子を走査させる超音波探傷方法において、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能な超音波探傷方法を提供することにある。 An object of the present invention is an ultrasonic flaw detection method in which ultrasonic waves are propagated through an intermediate medium such as water by a phased array method using an array probe, and the ultrasonic probe is scanned by a remote scanning mechanism . the positional relationship of the array probe and the object to pinpoint, small deviation of the positional relationship of the array probe and the object, to provide a more capable accurate ultrasonic flaw ultrasonic test how is there.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、前記ティーチングは、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示して、前記被検体の表面プロファイルを得るようにし、前記ティーチングによって得られた前記被検体の表面プロファイルを元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷を実施し、前記被検体の探傷は、前記被検体の内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示し、これと同時にまたは切り替えて、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示するようにしたものである。 (1) In order to achieve the above object, the present invention propagates the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe to the subject via the medium and uses the remote scanning mechanism to perform the ultrasonic probe. An ultrasonic flaw detection method for scanning a probe, wherein an ultrasonic transmitter / receiver is used to scan a probe position for enabling scanning to keep the ultrasonic probe at a predetermined distance and angle with respect to the subject. conduct teaching, the teaching, the reflected wave on the front surface or these object received as the first received signal, the flaw detection image by the first reception signal, the first using a sound velocity of the medium The ultrasonic probe for the subject is controlled by a drive control device based on the surface profile of the subject obtained by teaching. Predetermined Distance and to keep the angle, by using the ultrasonic transmitting and receiving apparatus to implement the testing of the subject, testing of the subject, the reflected wave from the inner portion of the subject as a second reception signal receiving, the flaw detection image by the second reception signal, said display as a second acoustic image using a subject of sound, at the same time or by switching the front surface or these reflected waves of the subject The first received signal is received, and the flaw detection image based on the first received signal is displayed as the first acoustic image using the sound speed of the medium.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記駆動制御装置は、前記超音波探触子の回転角度θxに対する反射エコー群の最大振幅MAX_A(θx)において、最大振幅MAX_A(θx)が最大値となる角度θxmに対して、超音波が被検体上の入射点での入射角θAを加えた値をセンサ角度θxAとし、当該センサ角度θxAのときの距離RAに基づいて、センサと被検体表面の所定の距離R0となるように、距離(RA−R0)だけ移動することにより、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにしたものである。 ( 2 ) In the above ( 1 ), preferably, the drive control device is configured such that the maximum amplitude MAX_A (θx) is a maximum value in the maximum amplitude MAX_A (θx) of the reflected echo group with respect to the rotation angle θx of the ultrasonic probe. A value obtained by adding the incident angle θA at the incident point on the subject to the angle θxm to be a sensor angle θxA, and based on the distance RA at the sensor angle θxA, the sensor and the subject surface The ultrasonic probe with respect to the subject is kept at a predetermined distance and angle by moving by a distance (RA-R0) so as to be a predetermined distance R0.
本発明によれば、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
According to the present invention, it is possible to accurately specify the positional relationship between the array probe and the subject and perform more accurate ultrasonic flaw detection with little deviation in the positional relationship between the array probe and the subject.
以下、図1〜図13を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容について説明する。ここでは、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法のうち、セクタスキャン方式を用いた例について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成図である。
Hereinafter, the contents of an ultrasonic flaw detection method using the ultrasonic flaw detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, an example using the sector scan method among the phased array method using the array probe will be described.
First, the configuration of the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention.
被検体101は、複雑形状部を有する溶接部の一例を示しており、鋼板101Aに、所定角度を持って管101Bを貫通させたものである。管101Bと鋼板101Aが近接する箇所の、管101Bの周囲が溶接されて溶接部101Cを形成している。
The
被検体101は、容器CH内に配置されており、容器内には水が収納されている。すなわち、被検体101は、水中に配置されている。従って、超音波送受信手段であるアレイ探触子100からの超音波を被検体101に伝搬させる媒体として水が用いられ、水浸法による超音波探傷によって、溶接部101Cの傷の有無の検査や、傷の寸法測定を実施する。
The
ここで、管101Bの周方向の角度によって溶接部101Cの形状が3次元的に変化し、凹面と凸面の組み合わされた鞍型形状をしている特徴があり、正確に超音波を目的の位置に入射させることが難しい形状を有している。
Here, the shape of the welded
ここで、本例の適用先は、例えば、原子力発電所の炉内構造物の溶接部101C(例えば、制御棒駆動機構スタブチューブ、炉内計装管台ハウジング、シュラウドサポート、シュラウド等)の欠陥検出及び寸法測定に関する非破壊検査である。なお、本例に記載の方法及び手順は、炉内構造物に特徴的な曲面の他、配管や平板形状の検査対象にも同様に適用することが可能である。
Here, the application destination of this example is, for example, a defect in a welded
アレイ探触子100は、被検体101の探傷面の上方に液体(例えば、水)を介して設置され、超音波送受信装置104から供給される駆動信号により、超音波送受信面100Aから超音波を発生し、これを被検体101に向けて伝搬させ、被検体101の表面または内部より現れる反射波を検出し、受信信号を超音波送受信装置104に入力する。
The
溶接部101Cにき裂などの反射源103が存在する場合には、き裂103からの反射波がアレイ探触子100で受信される。
When the
アレイ探触子100は、超音波送受信装置104に接続され、音響画像表示手段105において探傷結果情報として表示される。アレイ探触子100は、遠隔走査機構102に取り付けられ、所定の位置へ移動して、探傷を行う。
The
音響画像表示手段105は、表示部105Aと、表示部105Bとを備えている。表示部105Aの表示画像については、図5を用いて後述するが、被検体表面101Dからの反射画像が得られ、溶接部101Cの表面プロファイルの情報が得られる。表示部105Bの表示画像については、図8を用いて後述する。
The acoustic image display means 105 includes a
駆動制御装置110は、超音波送受信装置104によって検出された溶接部101Cの表面プロファイルの情報に基づいて、遠隔走査機構102を制御して、アレイ探触子100が、溶接部101Cの表面に対して、所定の距離で所定の角度となるようにする。
The
次に、図2を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構102の動作について説明する。
図2は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構の動作説明図である。
Next, the operation of the
FIG. 2 is an explanatory view of the operation of the remote scanning mechanism used in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
アレイ探触子100を3次元に走査するためには、例えば、自動ロボットやマニピュレータ等に用いられる6軸以上の制御軸を有する遠隔走査機構102を用いる。
In order to scan the
遠隔走査機構102は、例えば、アレイ探触子104を中心に、X軸,Y軸,Z軸の各軸方向を回転軸として回転する、θx,θy,θzの3つの回転軸を備えたヘッド部102Aと、配管101Bに着座し、ヘッド部102Aの全体を移動させる、上下(H軸),径方向(R軸),回転軸(φ軸)の3つの軸Z,R,φとから構成される。遠隔走査機構102により、アレイ探触子100を移動することができる。
The
次に、図3を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置104の構成について説明する。
図3は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
Next, the configuration of the ultrasonic transmission /
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic transmission / reception apparatus used in the ultrasonic flaw detection apparatus according to the embodiment of the present invention.
送受信装置104は、計算機104Aと、時間制御部104Bと、パルサー104Cと、レシーバ104Dと、データ収録部104Eと、記憶部104Fとを備えている。パルサー104Cは、駆動信号を図1に示したアレイ探触子100に供給し、アレイ探触子100から入力される受信信号をレシーバ104Dが処理する。
The transmission /
ここで、計算機104Aは、時間制御部104Bと、パルサー104Cと、レシーバ104Dと、データ収録部104Eとを制御して、必要な動作が得られるようにする。
Here, the
時間制御部104Bは、パルサー104Cから出力される駆動信号のタイミングを制御すると共に、レシーバ104Dによる受信信号の入力タイミングを制御する。これにより、レシーバ104Cからの受信信号を、送信信号に同期して、データ収録部104Eに逐次保存する。
The
データ収録部104Eは、レシーバ104Dから供給される受信信号を処理し、音響画像表示手段105に供給する働きをするが、ここで、音響画像表示手段105の動作については、後で詳述する。
The
記憶部104Fには、例えば、セクタスキャンする際の遅延時間のディレイパターン等が記憶されている。
The
次に、図4を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子100の構成について説明する。
図4は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。図4(A)は底面図であり、図4(B)は正面図である。
Next, the configuration of the
FIG. 4 is an explanatory diagram of the configuration of the array probe used in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention. FIG. 4A is a bottom view and FIG. 4B is a front view.
図4は、アレイ探触子100の最も基本的な構成を模式的に示したものである。アレイ探触子100は、一列に配列された複数の超音波送受信素子1202で構成されている。超音波送受信素子1202は、圧電セラミックや圧電ポリマー、圧電コンポジット材等の圧電変換素子で構成される。超音波送受信素子1202は、超音波送受信素子の保護及び多重反射による音響整合を整えるための前面板1203を備えており、超音波送受信面としてアレイ探触子の外部の媒体(水など)に接している。超音波送受信面の中心位置1201は、表示や評価の際に、必要に応じてアレイ探触子の送受信点として、代表点として扱われる。アレイ探触子100は、ケーブルにより、図1に示した送受信装置104に接続されている。
FIG. 4 schematically shows the most basic configuration of the
次に、図5及び図6を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
図5及び図6は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。図5は、媒体の音速を用いた探傷画面である。図6は、被検体の音速を用いた探傷画面である。
Next, the flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
5 and 6 are explanatory diagrams of a flaw detection method using an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flaw detection screen using the sound speed of the medium. FIG. 6 is a flaw detection screen using the sound speed of the subject.
最初に、図5により、被検体とアレイ探触子の間の媒体(水浸法では水)の音速を用いた探傷画面について説明する。 First, the flaw detection screen using the sound speed of the medium (water in the water immersion method) between the subject and the array probe will be described with reference to FIG.
アレイ探触子100から、水などの媒体中に超音波1301を発信する。
An
アレイ探触子100から、被検体101に対して、媒体に対する伝搬角度(入射角)が変化するように、ディレイパターンを設定し、入射角θiを変化させながら超音波を送信する。例えば、入射角の変化の範囲として、−60°から+60°まで1°ピッチ(全121角度)と設定する。
A delay pattern is set so that the propagation angle (incident angle) with respect to the medium changes from the
アレイ探触子100から送信された超音波1301は、被検体表面101Dで反射され、再びアレイ探触子100で受信される。受信される信号は、入射角θiごとに1つの波形として、図3のデータ収録部104Eに記録される。被検体表面101Dの反射波のうち、片道伝搬時間T1の点1302Bの振幅値をA(T1;θi)とすると、振幅値の強度に比例した濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θ1と伝搬路程(時間T1と媒体の音速の積)で扇状に表示することで、図1の表示部105Aには、図5に示すように、探傷画像106A及び被検体表面101Dからの反射画像106Eを得ることができる。
The
さらに、被検体表面101Dの反射波のうち、波形の立ち上がり点1302Aによる画像106Cから、被検体表面101Dの形状(表面プロファイル)を特定することができる。この表面プロファイルの特定を、被検体のティーチングと称する。
Further, the shape (surface profile) of the
また、被検体表面形状の画像106Cから、センサ直下の方向の距離106Dから、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
Further, the distance between the array probe and the subject can be specified from the
次に、図6により、被検体の音速を用いた探傷画面について説明する。 Next, the flaw detection screen using the sound speed of the subject will be described with reference to FIG.
アレイ探触子100から、水などの媒体中に超音波1401を発信する。
An
アレイ探触子100から、被検体100に対して、被検体中の伝搬角度(屈折角)を変化させるように、ディレイパターンを設置し、屈折角θjを変化させた超音波を送信する。なお、被検体にθjで伝搬する場合の、アレイ探触子から媒体への入射角θj’は、Snellの法則により、sinθj’=sinθj×(V’/V)で与えられる。なお、V’は水などの媒体の音速、Vは被検体の音速である。
A delay pattern is installed from the
アレイ探触子100から送信された超音波1401は、被検体表面101Dで被検体内部へ屈折され、被検体中に伝搬し、被検体に欠陥などの反射源103が存在する場合には、反射源103で反射された信号が、被検体表面101Dで屈折し、再びアレイ探触子100で受信される。
The
受信される信号は、屈折角θjごとに1つの波形として、図3のデータ収録部104Eに記録される。被検体内部の反射源103の反射波のうち、片道伝搬時間T2の点1402の振幅値をA(T2;θj)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θjと伝搬路程(時間T1と被検体の音速の積)で扇状に表示することで、図1の表示部105Bには、図6に示すように、被検体の断面図に相当する探傷画像106Bを得ることができる。
The received signal is recorded in the
アレイ探触子100を遠隔走査機構102で、位置を制御しながら自動超音波探傷(AUT)を実施する場合、図2に示すように、例えば、6軸以上のロボットを用いて、図5にて説明した被検体のティーチングによって求められた被検体の表面プロファイルを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する。なお、アレイ探触子と被検体の間には、前記媒体として水が存在し、アレイ探触子と被検体の距離は、例えば、30mm程度に設定される。また、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定にするための具体的手法については、図10を用いて後述する。
When performing an automatic ultrasonic flaw detection (AUT) while controlling the position of the
なお、図6に示した被検体の音速による探傷と、図5に示した前記媒体(水など)の音速による探傷は、例えば、被検体音速のディレイパターンと、前記媒体の音速によるディレイパターンを同時に、または、切り替えて、設定することで、実現することができる。 The flaw detection based on the sound speed of the subject shown in FIG. 6 and the flaw detection based on the sound speed of the medium (water or the like) shown in FIG. 5 include, for example, a delay pattern based on the sound speed of the subject and a delay pattern based on the sound speed of the medium. It can be realized by setting at the same time or switching.
以上説明したように、本実施形態では、従来の超音波検査で実施されていた被検体音速を用いた超音波探傷に、さらに、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体(水など)の音速による探傷を、同時に(または、切り替えて)実施することで、アレイ探触子と被検体の距離を特定し、アレイ探触子直下の被検体形状を特定することにより、探傷時における、アレイ探触子と被検体の正確な位置関係を特定することが可能になる。このように、相互の位置関係が特定されることで、反射源の位置をより正確に評価することが可能となり、反射源位置の測定精度や、反射源位置の寸法測定精度の高い、信頼性の高い検査をすることができる。 As described above, in the present embodiment, in addition to ultrasonic flaw detection using the sound velocity of a subject that has been performed in conventional ultrasonic inspection, a medium (such as water) that exists between the array probe and the subject. ) At the same time (or by switching), the distance between the array probe and the subject is specified, and the shape of the object directly under the array probe is specified, so that It becomes possible to specify the exact positional relationship between the array probe and the subject. In this way, the mutual positional relationship is specified, so that the position of the reflection source can be more accurately evaluated. The reliability of the measurement accuracy of the reflection source position and the dimensional measurement accuracy of the reflection source position is high. High inspection can be done.
次に、図7〜図14を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の具体例について説明する。
最初に、図7を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成について説明する。
図7は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成図である。
Next, a specific example of an ultrasonic flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the overall configuration of an ultrasonic flaw detection system using the ultrasonic flaw detection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is an overall configuration diagram of an ultrasonic flaw detection system using an ultrasonic flaw detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
ここでは、適用対象の一例として、原子力発電プラントの炉内構造物の溶接部の検査に適用する場合の、超音波探傷システムの全体構成を示している。 Here, as an example of the application target, an overall configuration of an ultrasonic flaw detection system in the case of applying to inspection of a welded portion of a reactor internal structure of a nuclear power plant is shown.
検査対象となる被検体は、原子炉圧力容器2001内の構造物であるシュラウド2002の各種溶接継手、制御棒駆動機構スタブチューブ等の貫通配管溶接部101B、などである。オペレーションフロア2003には、遠隔走査機構102である多軸マニピュレータの制御装置2005、超音波探傷装置2006、各種ケーブル2007、などの装備を炉内に昇降するための作業台車2004を設置する構成となる。多軸マニピュレータ102の先に、アレイ探触子100が設置され、被検体の検査領域をカバーするように、多軸マニピュレータ102により探触子が走査され、自動探傷を実施する。
The objects to be inspected are various welded joints of the
超音波探傷装置2006は、図1に示した送受信装置104及び音響画像表示手段105から構成される。マニピュレータ制御装置2005は、図1に示した駆動制御装置110から構成される。
The
次に、図8を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容について説明する。
図8は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
Next, the contents of the ultrasonic flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a flowchart showing the contents of an ultrasonic flaw detection method by the ultrasonic flaw detection apparatus according to one embodiment of the present invention.
ここでは、図7に示した原子炉の炉内構造物溶接部の検査の場合について説明する。 Here, the case of the inspection of the in-core structure weld of the nuclear reactor shown in FIG. 7 will be described.
最初に、ステップS1801において、検査者は、欠陥指示の検出を目的として、水中カメラによる目視検査を実施する。 First, in step S1801, the inspector performs visual inspection using an underwater camera for the purpose of detecting a defect instruction.
その後、ステップS1802において、検査者は、必要に応じて、欠陥の開口長さを測定するために、渦電流探傷を実施する。 Thereafter, in step S1802, the inspector performs an eddy current flaw detection as necessary to measure the opening length of the defect.
さらに、ステップS1803において、検査者は、本実施形態の超音波探傷装置を用いて、検出された欠陥に対して、欠陥の深さ測定(深さサイジング)を目的として、超音波検査(UT)を実施する。 Further, in step S1803, the inspector uses the ultrasonic flaw detector of the present embodiment to perform ultrasonic inspection (UT) for the purpose of depth measurement (depth sizing) of the detected defect. To implement.
その後、ステップS1804において、検査者は、欠陥の進展評価を実施し、ステップS1805において、必要に応じて補修、取替を行う。 Thereafter, in step S1804, the inspector performs defect progress evaluation, and in step S1805, repairs and replacement are performed as necessary.
本実施形態による超音波探傷方法は、ステップS1803の深さサイジングにて適用される。 The ultrasonic flaw detection method according to this embodiment is applied by the depth sizing in step S1803.
次に、図9を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容について説明する。
図9は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
Next, the contents of the ultrasonic flaw detection method for depth sizing by the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a flowchart showing the contents of an ultrasonic flaw detection method for depth sizing by the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
最初に、探傷前のキャリブレーション(ステップS1901)を実施し、感度や時間軸などを調整する。次に、装置を炉内にインストールし(ステップS1902)、装置位置(各軸の原点など)を初期化する(ステップS1903)。 First, calibration before flaw detection (step S1901) is performed to adjust sensitivity, time axis, and the like. Next, the apparatus is installed in the furnace (step S1902), and the apparatus position (such as the origin of each axis) is initialized (step S1903).
次に、想定する欠陥の位置を対象に、アレイ探触子の位置をティーチング(設定値の初期値の教示)を行う(ステップS1904)。 Next, teaching of the position of the array probe (teaching of the initial value of the set value) is performed for the assumed position of the defect (step S1904).
次に、ティーチングデータの確認のための確認走査を実施し(ステップS1905)、機器等と検査装置(遠隔駆動装置、探触子、ケーブルなど)の干渉がないかの確認と、探触子と被検体の位置関係が妥当であるかの確認を行い、機器との干渉性確認と探触子と被検体の位置関係が問題ない状態になるまで、ティーチング(ステップS1904)と確認走査(ステップS1905)を繰り返す。 Next, a confirmation scan for confirming the teaching data is performed (step S1905), whether there is any interference between the equipment and the inspection device (remote drive device, probe, cable, etc.) positional relationship between the subject confirms whether it is appropriate, until the positional relationship between coherence confirmed probe and the object of the device is in a state no problem, teaching (step S1904) and confirms the scan (step S1905) is repeated.
問題がないことが確認された後、探触子を探傷開始位置へ移動し(ステップS1906)、開始位置でのセンサ設置状態を確認した後(ステップS1907)、探傷を開始する(ステップS1908)。 After confirming that there is no problem, the probe is moved to the flaw detection start position (step S1906). After the sensor installation state at the start position is confirmed (step S1907), flaw detection is started (step S1908).
探傷中には、試験データの異常がないかの確認(ステップS1909)と、探触子と被検体の位置関係の確認(ステップS1910)と、最終的には、探傷範囲をカバーしたかどうかを確認し(ステップS1911)、いずれも問題がなければ、探傷を終了する(ステップS1912)。 During the flaw detection, it is confirmed whether there is any abnormality in the test data (step S1909), the positional relationship between the probe and the subject (step S1910), and finally whether the flaw detection range is covered. Confirmation (step S1911), if there is no problem, the flaw detection is terminated (step S1912).
探傷終了後、装置を炉内からアンインストールし(ステップS1913)、探傷終了後のキャリブレーションを実施する(ステップS1914)。 After completion of the flaw detection, the apparatus is uninstalled from the furnace (step S1913), and calibration after the flaw detection is completed (step S1914).
ここで、例えば、探傷中のステップ(ステップS1908〜ステップS1912)において、アレイ探触子と被検体の位置関係の確認(ステップS1910)を実施する際に、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体(水など)の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度(被検体の傾斜)を確認する。 Here, for example, in the steps during the flaw detection (steps S1908 to S1912), when the positional relationship between the array probe and the subject is confirmed (step S1910), the normal flaw detection using the subject sound velocity is performed. At the same time, the distance and angle (inclination of the subject) between the array probe and the subject are confirmed using the speed of sound of the medium (such as water) between the array probe and the subject.
このとき、被検体音速による音響画像と、媒体(水など)音速による音響画像を同時に(あるいは、切り替えて)表示することで、探傷しながら位置関係を確認し、また、被検体音速による音響画像を収録することで、位置関係を記録することができる。 At this time, an acoustic image based on the sound velocity of the subject and an acoustic image based on the sound velocity of the medium (water, etc.) are displayed simultaneously (or switched), so that the positional relationship is confirmed while flaw detection is performed. By recording, the positional relationship can be recorded.
アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、例えば、探傷後に、アレイ探触子と被検体の距離や角度を特定することができ、想定した値とずれがある場合に、補正して評価することができ、信頼性の高い超音波探傷を提供することができる。 By recording the positional relationship between the array probe and the subject, for example, after flaw detection, the distance and angle between the array probe and the subject can be specified, and when there is a deviation from the assumed value, It can be corrected and evaluated, and a highly reliable ultrasonic flaw detection can be provided.
さらに、例えば、探傷前のステップである、ティーチング(ステップS1904)において、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体(水など)の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度(被検体の傾斜)を確認しながら、適正な教示データ(初期値)を設定することができる。 Further, for example, in teaching (step S1904), which is a step before the flaw detection, simultaneously with normal flaw detection using the object sound velocity, the sound velocity of the medium (water or the like) between the array probe and the object is used. As described above, appropriate teaching data (initial value) can be set while confirming the distance and angle (inclination of the subject) between the array probe and the subject.
一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録すること自体も重要である。例えば、ティーチング(ステップS1904)を行わないで、探傷する場合に、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録するようにすることもできる。この場合、被検体の表面の凹凸が少なく、ティーチング(ステップS1904)を行わないで、探傷できるような場合である。この場合、ティーチング(ステップS1904)を行わないで、探傷し、一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、探傷終了後に探傷データをチェックした結果、探傷データに不審な箇所があるとき、すでに記録しているアレイ探触子と被検体との位置関係を確認することで、アレイ探触子と被検体の距離や角度に異常がないかどうかを確認できる。角度距離に異常がない場合には、その不審な箇所のデータは、被検体内部の欠陥等によるデータと考えることができる。 On the other hand, it is also important to record the positional relationship between the array probe and the subject. For example, when performing flaw detection without performing teaching (step S1904), the positional relationship between the array probe and the subject can be recorded. In this case, there is little unevenness on the surface of the subject, and flaw detection can be performed without performing teaching (step S1904). In this case, flaw detection is performed without performing teaching (step S1904), and on the other hand, as a result of checking flaw detection data after completion of flaw detection by recording the positional relationship between the array probe and the subject, the flaw detection data is suspicious. When there is an uncertain location, it is possible to confirm whether there is no abnormality in the distance and angle between the array probe and the subject by confirming the positional relationship between the array probe and the subject already recorded. When there is no abnormality in the angular distance, the data of the suspicious part can be considered as data due to defects inside the subject.
次に、図10を用いて、本実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法について説明する。
図10は、本発明の一実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法の説明図である。
Next, a teaching data setting method in the ultrasonic flaw detection method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a teaching data setting method in the ultrasonic flaw detection method according to one embodiment of the present invention.
アレイ探触子100は、その真下方向に超音波2101を送信する。
The
被検体表面101Dから反射した波形は、図3のデータ収録部104Eに記録される。この波形データには、アレイ探触子100と被検体101との距離の情報と、アレイ探触子100と被検体101の角度の情報を含んでいる。
The waveform reflected from the
受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面101Dからの反射エコー群2105の最大振幅MAX_A(θx)を求めることができる。ここで、θxは遠隔走査機構の回転軸を表す。θxは説明のための例であり、他の回転軸θy,θzの他、駆動軸のいずれでも構わない。
As a received waveform, when the propagation time is taken on the horizontal axis and the absolute value of the amplitude is taken on the vertical axis, the maximum amplitude MAX_A (θx) of the reflected
回転軸θxを変化させると、θxに対して最大振幅MAX_A(θx)が変化する。このとき、最大振幅値が最大値となる場合(表示部105Cにおける表示において、センサ回転角度2102の場合)に、アレイ探触子と被検体が正対している(入射角0度)ことが確認できるため、被検体に対して最も効率よく超音波が入射する正対条件を与える回転軸の値θxを求めることができ、教示値として設定することができる。
When the rotation axis θx is changed, the maximum amplitude MAX_A (θx) changes with respect to θx. At this time, when the maximum amplitude value is the maximum value (in the case of the
さらに、必要に応じて、アレイ探触子を被検体表面の法線方向(正対関係)の位置が特定できるため、アレイ探触子と被検体の角度を調整することができる。 Furthermore, since the position of the array probe in the normal direction (facing relationship) on the surface of the subject can be specified as necessary, the angle between the array probe and the subject can be adjusted.
同様に、受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面からの反射エコー群2105の立ち上がりまでの片道伝搬時間に、媒体(水など)の音速を乗算することで、距離R(θx)が求められる。なお、エコーの立ち上がりは、時間ゲート信号2106と波形2105との交点として、自動的に求めることができる。なお、θxは遠隔走査機構の回転軸を表す。θxは説明のための例であり、他の回転軸θy、θzの他、駆動軸のいずれでも構わない。
Similarly, when the propagation time is taken on the horizontal axis and the absolute value of the amplitude is taken on the vertical axis as the received waveform, the speed of sound of the medium (water, etc.) is calculated during the one-way propagation time until the
回転軸θxを変化させると、θxに対して距離R(θx)が変化する。例えば、距離R0に設定したい場合、距離R(θx)が最も距離R0に近づく値(表示部105Dにおける表示において、センサ回転角度2103の場合)、あるいは、距離R0と距離R(θx)の差の絶対値が最小値となるθxを教示値として設定することができる。
When the rotation axis θx is changed, the distance R (θx) changes with respect to θx. For example, when it is desired to set the distance R0, the value of the distance R (θx) closest to the distance R0 (in the case of the
このようにティーチングの段階で精度のよい教示値を設定することで、探傷時の確認(ステップS1910)の設定値とのずれを予め低減することができ、より効率的に短時間で探傷を行うことが可能となる。 In this way, by setting a highly accurate teaching value at the teaching stage, it is possible to reduce in advance a deviation from the setting value of the confirmation at the time of flaw detection (step S1910), and the flaw detection is performed more efficiently in a short time. It becomes possible.
ここで、図11〜図14を用いて、センサと被検体の関係について説明する。 Here, the relationship between the sensor and the subject will be described with reference to FIGS.
図11〜図14は、超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。 FIGS. 11-14 is explanatory drawing of the relationship between the sensor and a test object in an ultrasonic flaw detection method.
以下、中間媒質を介して超音波を被検体である構造物に送信する場合、例として水浸法の場合における超音波と被検体の位置関係の変化について説明する。 Hereinafter, in the case where ultrasonic waves are transmitted to a structure that is a subject via an intermediate medium, a change in the positional relationship between the ultrasonic waves and the subject in the case of the water immersion method will be described as an example.
図11に示すように、被検体101の表面210は曲面を有し、超音波の入射点をA点からB点に変化するように探触子を走査する場合を考える。A点では、超音波入射点203Aの接線204Aに直交する法線に対して、角度θAだけ傾斜して探触子202Aが設置される。このように配置することで、超音波208Aは被検体上の入射点203Aに角度θAで入射し、被検体表面で角度θA’で屈折することにより、鋼材中を伝搬する斜角超音波209Aが得られる。
As shown in FIG. 11, consider a case where the surface 210 of the subject 101 has a curved surface and the probe is scanned so that the incident point of the ultrasonic wave is changed from point A to point B. At point A, the
図11は、探傷条件を考慮しない探触子走査の例を示している。超音波探触子を、単に位置202Aから、平行移動して位置202Bに走査すると、入射点203Bに対する接線204Bに直交する法線に対して、超音波208Bは、角度θBで入射し、被検体表面で角度θB’に屈折し、斜角超音209Bとして伝搬する。
FIG. 11 shows an example of probe scanning not considering the flaw detection conditions. When the ultrasonic probe is simply translated from the
このとき、A点における、被検体に対する屈折角θA’と、B点における被検体に対する屈折角θB’の向きが異なっている。超音波探傷時に、角度のずれがあったか否かを確認できず、ずれがなかったとして評価すると、実際の屈折角が異なるために、精度のよい評価ができない。このため、一般に、超音波検査では、被検体(または被検体内部の反射源)に対して、同じ角度(例えば、45°)を維持して検査することが求められており、屈折角の変化がないように探触子を移動する必要がある。 At this time, the refraction angle θA ′ with respect to the subject at point A and the refraction angle θB ′ with respect to the subject at point B are different. It is not possible to confirm whether or not there has been a deviation in angle during ultrasonic flaw detection, and if it is evaluated that there has been no deviation, an accurate evaluation cannot be performed because the actual refraction angle is different. For this reason, in general, in an ultrasonic examination, it is required to inspect an object (or a reflection source inside the object) while maintaining the same angle (for example, 45 °), and a change in refraction angle is required. It is necessary to move the probe so that there is no.
水浸法で用いる中間媒質(水)と、被検体(例えば、鉄鋼)に関して、縦波超音波の伝搬速度を比較すると、水の音速V1=1500m/s、鋼材の音速V2=6000m/sと4倍音速が異なる。このため、Snellの法則から、水からの入射角θ1と、鋼材への屈折角θ2には、以下の式(1)の関係が成立する。
sinθ2 = sinθ1×(V2/V1) …(1)
すなわち、音速比(V2/V1)が大きいほど、屈折による角度変化が大きくなる。例えば、θ1=0°から微小角度Δθだけ入射角がずれたとすると、超音波探傷結果を評価する際に、そのずれ量を把握できない場合は、ずれが無いものとして処理するため、音速比V2/V1=4であるため、鋼材中の屈折角は、4Δθと大きなずれが生じる。
Comparing the propagation speed of longitudinal ultrasonic waves for the intermediate medium (water) used in the water immersion method and the subject (for example, steel), the sound velocity of water V1 = 1500 m / s and the sound velocity of steel V2 = 6000 m / s. Quad sound speed is different. For this reason, the relationship of the following formula | equation (1) is materialized by the incident angle (theta) 1 from water, and the refraction angle (theta) 2 to steel materials from Snell's law.
sin θ2 = sin θ1 × (V2 / V1) (1)
That is, the greater the sound speed ratio (V2 / V1), the greater the angular change due to refraction. For example, if the incident angle is deviated by a small angle Δθ from θ1 = 0 °, when evaluating the ultrasonic flaw detection result, if the deviation amount cannot be grasped, the sound speed ratio V2 / Since V1 = 4, the refraction angle in the steel material has a large deviation of 4Δθ.
さらに、探触子から超音波が発信する点と被検体上の超音波入射点の距離(水距離)についても、点207Aから点203Aの距離と、点207Bから点203Bの距離は異なっている。
Further, the distance from the
従って、A点とB点における超音波受信波形を比較すると、図12(A),(B)のように、被検体表面からの信号(301Aと301B)と被検体内部からの信号(302Aと302B)の受信時間が時間差Δtだけ異なる波形となる。超音波検査では、受信信号の時間によって、反射源の位置や性状を特定するため、反射源からの信号の受信時間が、探触子位置によって異なることがないように探触子位置を移動する必要がある。 Therefore, when the ultrasonic wave reception waveforms at the points A and B are compared, as shown in FIGS. 12A and 12B, the signals (301A and 301B) from the subject surface and the signals (302A and 302A) from the inside of the subject are obtained. 302B), the reception time is different by the time difference Δt. In ultrasonic inspection, the position and properties of the reflection source are specified according to the time of the received signal. Therefore, the probe position is moved so that the reception time of the signal from the reflection source does not vary depending on the probe position. There is a need.
受信信号の時間的なずれに関して、水中の伝搬距離をD1、鋼材中の伝搬距離をD2とすると、片道伝搬時間Tは、式(2)で表される。
T=(D1/V1)+(D2/V2) …(2)
ここで、超音波探傷器は、被検体の音速V2を用いて、伝搬時間を伝搬距離に換算して表示する場合が一般的であるので、式(2)の伝搬時間を、鋼材中の伝搬距離Wに変換すると、式(3)と表すことができる。
W=D1×(V2/V1)+D2 …(3)
したがって、水中の伝搬距離D1がΔDずれたとすると、音速比V2/V1=4であるため、超音波探傷実施時に、伝搬距離のずれを把握できない場合、超音波探傷器上に表示される片道伝搬路程Wは、4ΔDと大きなずれとして表示され、評価結果の誤差の要因となる。
With respect to the time lag of the received signal, if the propagation distance in water is D1 and the propagation distance in steel is D2, the one-way propagation time T is expressed by equation (2).
T = (D1 / V1) + (D2 / V2) (2)
Here, since the ultrasonic flaw detector generally uses the sound velocity V2 of the subject and displays the propagation time converted into the propagation distance, the propagation time of the equation (2) is expressed as the propagation in the steel material. When converted into the distance W, it can be expressed as equation (3).
W = D1 × (V2 / V1) + D2 (3)
Accordingly, if the propagation distance D1 in water is deviated by ΔD, the sound velocity ratio V2 / V1 = 4. Therefore, when the ultrasonic wave flaw detection cannot be performed, the one-way propagation displayed on the ultrasonic flaw detector The path W is displayed as a large deviation of 4ΔD, which causes an error in the evaluation result.
このように、水浸法などの媒質を介する超音波検査では、探触子位置の角度や被検体との距離を正しく設定し、また、探傷実施時の実際の位置関係を把握することが、正確な評価において必要となる。 In this way, in ultrasonic inspection through a medium such as the water immersion method, it is possible to correctly set the angle of the probe position and the distance to the subject, and to grasp the actual positional relationship at the time of flaw detection, Necessary for accurate evaluation.
次に、図13を用いて、探傷条件を考慮した探触子走査の例について説明する。超音波探触子を、位置202Aから、位置402Bに走査する際に、入射点203Bに対する接線204Bに直交する法線に対して、超音波406Bが、角度θBと等しい角度406Bで入射するように探触子の角度を設定されていれば、被検体表面で角度210Aと等しい角度410Bで屈折し、斜角超音409Bとして伝搬する。
Next, an example of probe scanning in consideration of flaw detection conditions will be described with reference to FIG. When scanning the ultrasonic probe from the
超音波探触子から送信される超音波の向きが408Bのように設定され、さらに、探触子から超音波が発信する点と被検体上の超音波入射点の距離(水距離)についても、207Aから203Aの距離と、407Bから403Bの距離が等しくなるように、探触子の位置が設定される必要がある。 The direction of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe is set as 408B, and the distance (water distance) between the point where the ultrasonic wave is transmitted from the probe and the ultrasonic incident point on the subject is also set. , 207A to 203A and 407B to 403B need to be set to have the same position.
このように設定されていれば、図14(A)、(B)に示すように、A点とB点の受信波形において、被検体表面からの反射波(301A及び501A)と、被検体内部からの反射波(302A及び502B)の受信時間が、ほぼ同じになるように表示され、より正確な探傷結果の評価が可能となる。 If set in this way, as shown in FIGS. 14A and 14B, in the received waveforms at points A and B, the reflected waves (301A and 501A) from the subject surface and the inside of the subject The reception times of the reflected waves (302A and 502B) from the display are displayed so as to be substantially the same, and the flaw detection result can be more accurately evaluated.
再び、図10を用いて、被検体のティーチングによって求められた被検体の表面プロファイルを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する方法について説明する。この走査は、図1に示した駆動制御装置110が、送受信装置104からの被検体の表面プロファイルに基づいて、6軸以上の制御軸を有する遠隔走査機構102を用いて、アレイ探触子100を3次元に走査することで行われる。
Again, with reference to FIG. 10, with the subject surface profile obtained by te I Chingu of the subject, so that the angle and distance of the array probe and the object is constant, the probe position A scanning method will be described. This scanning is performed by the
図10にて説明したように、データ収録部104Eに記録された被検体表面101Dから反射した波形データは、アレイ探触子100と被検体101との距離の情報と、アレイ探触子100と被検体101の角度の情報を含んでいる。
As described with reference to FIG. 10, the waveform data reflected from the
表示部105Cに表示されるセンサ回転角度θxに対する反射エコー群の最大振幅MAX_A(θx)の関係において、最大振幅MAX_A(θx)が最大値となる角度を、θxmとする。センサ回転角度θxmのとき、アレイ探触子と被検体が正対している(入射角0度)。図13に示した例で、超音波が被検体上の入射点での入射角θAを、例えば、5度とする。一方、図10の表示部105Cの表示例において、センサ回転角度θxm+5度の角度を、センサ角度θxAとすると、センサ角度をθxAとすれば、入射角度を5度とすることができる。なお、入射角度を0度とする場合には、センサ角度をθxmとする。これで、入射角度を所定の角度とすることができる。
In the relationship of the maximum amplitude MAX_A (θx) of the reflected echo group with respect to the sensor rotation angle θx displayed on the display unit 105C, the angle at which the maximum amplitude MAX_A (θx) becomes the maximum value is defined as θxm. At the sensor rotation angle θxm, the array probe and the subject are facing each other (
次に、表示部105Dに示す表示例において、距離R0が所定の距離とする。そして、センサ角度がθxAのときの距離をRAとすると、距離を(RA−R0)だけ移動することで、センサと被検体表面の距離を所定の距離R0にすることができる。
Next, in the display example shown on the
なお、超音波探傷(ステップS1803)の実施前に、超音波探傷に用いる遠隔走査機構と1つ以上の駆動軸が共有化された駆動軸を持った遠隔駆動機構を用いて、渦電流探傷(ステップS1802)等の別プロセスを実施している場合は、ティーチングの初期値として、例えば、過電流探傷で用いた教示値を用いることで、超音波探傷に用いる教示値の精度を向上させることが可能となり、探傷時の確認(ステップS1910)の設定値とのずれを予め低減することができ、より効率的に短時間で探傷を行うことが可能となる。 Prior to the implementation of ultrasonic flaw detection (step S1803), an eddy current flaw detection (using a remote scanning mechanism used for ultrasonic flaw detection and a remote drive mechanism having a drive shaft sharing one or more drive shafts) When another process such as step S1802) is performed, the accuracy of the teaching value used for ultrasonic flaw detection can be improved by using, for example, the teaching value used for overcurrent flaw detection as the initial value for teaching. This makes it possible to reduce the deviation from the set value for the confirmation at the time of flaw detection (step S1910) in advance, so that flaw detection can be performed more efficiently in a short time.
以上のように、探傷中のステップと探傷前の教示のステップにおいて、媒体音速による探傷と、被検体音速による探傷を実施することで、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定することができることにより、より信頼性の高い超音波探傷を提供することができる。 As described above, it is possible to specify the positional relationship between the array probe and the subject by performing the flaw detection at the medium sound speed and the flaw detection at the object sound speed in the step during the flaw detection and the teaching step before the flaw detection. By being able to do so, a more reliable ultrasonic flaw detection can be provided.
次に、図15〜図17を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法として、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法のうち、リニアスキャン方式を用いた例について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の構成は、図1に示したものと同様である。また、本実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構102の構成は、図2にて説明したものと同様である。さらに、本実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置104の構成は、図3にて説明したものと同様である。
Next, as an ultrasonic flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment with reference to FIGS. 15 to 17, an example using a linear scan method in a phased array method using an array probe is used. explain. The configuration of the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. The configuration of the
最初に、図15を用いて、本例で用いるアレイ探触子の構成について説明する。
図15は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。図15(A)は底面図であり、図15(B)は正面図である。
First, the configuration of the array probe used in this example will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram of the configuration of the array probe used in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention. FIG. 15A is a bottom view, and FIG. 15B is a front view.
ここで、アレイ探触子の基本的な構成は図4に示したものと同様である。本例で用いるリニアスキャン方式アレイ探触子100’の特徴である、アクティブな素子列について説明する。図示のように、このアレイ探触子100’は、一列に配列されたN個の超音波粗送受信素子1202で構成されている。リニアスキャン方式では、例えば、送受信に用いる素子群(アクティブな素子)の数をn個とすると、j番目の素子から、(j+n―1)番目の素子がアクティブになる。リニアスキャン方式では、ディレイパターンを切る変えることにより、アクティブな素子の開始素子番号を、例えば、1から(N−n−1)番目まで変化させることで、アクティブな素子群の送受信位置1501を切り替えて探傷を行う。
Here, the basic configuration of the array probe is the same as that shown in FIG. An active element array, which is a feature of the linear scan array probe 100 'used in this example, will be described. As shown in the figure, the array probe 100 'is composed of N ultrasonic coarse transmitting / receiving
次に、図16及び図17を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
図16及び図17は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置によるリニアスキャン方式探傷方法の説明図である。図16は、媒体の音速を用いた探傷画面である。図17は、被検体の音速を用いた探傷画面である。
Next, the flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
16 and 17 are explanatory diagrams of a linear scan type flaw detection method using an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention. FIG. 16 is a flaw detection screen using the sound speed of the medium. FIG. 17 is a flaw detection screen using the sound speed of the subject.
最初に、図16により、被検体とアレイ探触子の間の媒体(水浸法では水)の音速を用いた探傷画面について説明する。 First, the flaw detection screen using the sound speed of the medium (water in the water immersion method) between the subject and the array probe will be described with reference to FIG.
アレイ探触子100’から、水などの媒体中に超音波1601を発信する。
アレイ探触子100’から、被検体100に対して、アクティブな素子群の送受信位置1501(図15)が変化するように、ディレイパターンを設定し、送受信位置Xiを変化させながら超音波を送信する。例えば、アクティブな素子群の数として、128素子(N=128)のうち、32素子(n=32)と設定する。
An
A delay pattern is set from the
アレイ探触子100’から送信された超音波1601は、被検体表面101Dで反射され、再びアレイ探触子100’で受信される。受信される信号は、図3のデータ収録部104Eに、送受信位置Xiごとに1つの波形として記録される。被検体表面101Dの反射波のうち、片道伝搬時間T1の点1602Bの振幅値をA(T1;Xi)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θ1と伝搬路程(時間T1と媒体の音速の積)で平行四辺形型に表示部105Eに表示することで、探傷画像1603及び被検体表面101Dからの反射画像を得ることができる。
The
さらに、被検体表面101Dの反射波のうち、波形の立ち上がり点1602Aによる画像から、被検体表面101Dの形状を特定することができる。
Furthermore, the shape of the
また、被検体表面形状の画像から、センサ直下の方向の距離から、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。 Further, the distance between the array probe and the subject can be specified from the image of the subject surface shape from the distance in the direction directly below the sensor.
なお、図16はアレイ探触子100’から水などの媒体に対する伝搬角度(入射角)は0°として説明したが、例えば、10°などの斜め成分でも同様に被検体表面101Dの形状をえることができる。
In FIG. 16, the propagation angle (incident angle) from the
次に、図17により、被検体の音速を用いた探傷画面について説明する。 Next, the flaw detection screen using the sound speed of the subject will be described with reference to FIG.
なお、被検体の音速による探傷と、前記媒体(水など)の音速による探傷は、例えば、被検体音速のディレイパターンと、前記媒体の音速によるディレイパターンを同時に、または、切り替えて、設定することで、実現することができる。 The flaw detection based on the sound speed of the subject and the flaw detection based on the sound speed of the medium (water, etc.) are set by, for example, switching the delay pattern based on the sound speed of the subject and the delay pattern based on the sound speed of the medium at the same time or switching. It can be realized.
アレイ探触子100’から、水などの媒体中に超音波1701を発信する。
An
アレイ探触子100’から、被検体100に対して、被検体中の伝搬角度(屈折角)を変化させるように、ディレイパターンを設置し、入射角θAで固定して超音波を送信し、送受信位置を変化させる。なお、被検体にθAで入射する場合の、媒体から被検体への屈折角θBは、Snellの法則により、sinθA=sinθB×(V’/V)で与えられる。なお、V’は水などの媒体の音速、Vは被検体の音速である。
A delay pattern is installed from the
アレイ探触子100’から送信された超音波1701は、被検体表面101Dで被検体内部へ屈折され、被検体中に伝搬し、被検体に欠陥などの反射源103が存在する場合には、反射源103で反射された信号が、被検体表面101Dで屈折し、再びアレイ探触子100で受信される。
The
受信される信号は、図3のデータ収録部104Eに、送受信位置Xjごとに1つの波形として記録される。被検体内部の反射源103の反射波のうち、片道伝搬時間T2の点1702Bの振幅値をA(T2;Xj)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、送受信点位置Xjと伝搬路程(時間T1と被検体の音速の積)で平行四辺形状に表示部105Eに表示することで、被検体の断面図に相当する探傷画像を得ることができる。
The received signal is recorded as one waveform for each transmission / reception position Xj in the
このように表示部105は、水などの媒体の音速による音響画像と、被検体音速による音響画像を表示することができ、媒体音速による音響画像により、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定することができ、被検体音速による音響画像により、被検体の超音波検査が可能となる。
As described above, the
遠隔走査機構102を用いて、アレイ探触子100の探触子位置を制御しながら自動超音波探傷(AUT)を実施する場合、図10に示すように、例えば、6軸以上のロボットを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する。なお、アレイ探触子と被検体の間には、前記媒体として水が存在し、アレイ探触子と被検体の距離は、例えば、30mm程度に設定される。
When automatic ultrasonic flaw detection (AUT) is performed using the
本例のように、従来の超音波検査で実施されていた被検体音速を用いた超音波探傷に、さらに、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体(水など)の音速による探傷を、同時に(または、切り替えて)実施することで、アレイ探触子と被検体の距離を特定し、アレイ探触子直下の被検体形状を特定することにより、探傷時における、アレイ探触子と被検体の正確な位置関係を特定することが可能になる。 As in this example, in addition to the ultrasonic flaw detection using the sound velocity of the subject performed in the conventional ultrasonic inspection, the flaw detection based on the sound velocity of the medium (such as water) existing between the array probe and the subject. Is performed simultaneously (or by switching), the distance between the array probe and the subject is specified, and the shape of the subject directly under the array probe is specified, thereby detecting the array probe at the time of flaw detection. And the exact positional relationship between the subject and the subject can be specified.
このように、相互の位置関係が特定されることで、反射源の位置をより正確に評価することが可能となり、反射源位置の測定精度や、反射源位置の寸法測定精度の高い、信頼性の高い検査を提供することができる。 In this way, the mutual positional relationship is specified, so that the position of the reflection source can be more accurately evaluated. The reliability of the measurement accuracy of the reflection source position and the dimensional measurement accuracy of the reflection source position is high. High inspection can be provided.
以上説明したように、本実施形態によれば、通常実施される被検体の音速による探傷に加えて、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体の音速による探傷を行うことで、被検体表面の形状の特定ができるとともに、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。 As described above, according to this embodiment, in addition to the flaw detection based on the sound velocity of the subject that is normally performed, the flaw detection is performed based on the sound velocity of the medium existing between the array probe and the subject. The shape of the specimen surface can be specified, and the distance between the array probe and the subject can be specified.
また、被検体表面からの信号の強度により、アレイ探触子と被検体を正対位置に設定することが可能である。 Further, it is possible to set the array probe and the subject at the directly facing position according to the intensity of the signal from the subject surface.
したがって、アレイ探触子と被検体の位置の設定値にかかわらず、実際の探傷時における両者の位置関係を特定することができ、位置関係にずれが生じた場合であっても、媒体の音速による探傷結果から、アレイ探触子と被検体の距離及び角度を特定することができるため、位置関係のずれを補正し、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。 Therefore, regardless of the set value of the position of the array probe and the subject, the positional relationship between the two at the time of actual flaw detection can be specified, and even if there is a deviation in the positional relationship, the sound speed of the medium Since the distance and angle between the array probe and the subject can be specified from the flaw detection result obtained by the above, it is possible to correct the positional relationship and provide a more accurate flaw detection result.
また、探傷の実施前に行うティーチングにおいて、媒体の音速と被検体の音速を用いることで、より正確に、アレイ探触子の位置に対する教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。 In addition, the teaching point for the position of the array probe can be provided more accurately by using the sound speed of the medium and the sound speed of the subject in teaching performed before the flaw detection is performed, and the positional deviation during flaw detection is reduced. It becomes possible to provide a more accurate flaw detection result.
また、探傷前に行うティーチングにおいて、探傷より以前に実施した自動走査のティーチング情報がある場合には、その情報を利用することで、より正確に、アレイ探触子の位置に対する教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。 In addition, if there is teaching information for automatic scanning performed prior to flaw detection in teaching performed prior to flaw detection, this information can be used to provide teaching points for the position of the array probe more accurately. In addition, it is possible to reduce positional deviation during flaw detection, and to provide more accurate flaw detection results.
また、被検体の音速による音響画像の表示により、欠陥の検査が可能となるとともに、前記媒体の音速による音響画像を表示することにより、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定でき、被検体音速による音響画像の反射源位置の測定位置精度や欠陥寸法測定の精度が向上する。
In addition, the defect image can be inspected by displaying the acoustic image based on the sound velocity of the subject, and the positional relationship between the array probe and the subject can be specified by displaying the acoustic image based on the sound velocity of the medium. The measurement position accuracy of the reflection source position of the acoustic image by the specimen sound speed and the accuracy of the defect dimension measurement are improved.
100,100’…アレイ探触子
101…被検体
102…遠隔走査機構
104…超音波送受信装置
105…超音波画像表示手段
110…駆動制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100 '...
Claims (2)
超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、
前記ティーチングは、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示して、前記被検体の表面プロファイルを得るようにし、
前記ティーチングによって得られた前記被検体の表面プロファイルを元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷を実施し、
前記被検体の探傷は、前記被検体の内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示し、これと同時にまたは切り替えて、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示することを特徴とする超音波探傷方法。 An ultrasonic flaw detection method for propagating ultrasonic waves transmitted from an ultrasonic probe to a subject through a medium and scanning the ultrasonic probe using a remote scanning mechanism,
Using an ultrasonic transmitter / receiver, teaching the probe position to enable scanning to keep the ultrasonic probe at a predetermined distance and angle with respect to the subject,
The teaching, the reflected wave on the front surface or these object received as the first received signal, displaying the inspection image by the first reception signal, as a first acoustic image using the acoustic velocity of the medium And so as to obtain the surface profile of the subject,
Based on the surface profile of the subject obtained by the teaching, the ultrasonic probe with respect to the subject is maintained at a predetermined distance and angle by a drive control device, and the ultrasonic transmitting / receiving device is used. Conducting a test of the subject,
The testing of the subject, the reflected waves from the inner part of the subject received as a second received signal, the flaw detection image by the second reception signal, a second acoustic using sound velocity of the subject and displayed as an image, and at the same time or by switching to receive a table surface or these reflected waves of the subject as the first reception signal, the flaw detection image by the first received signal, using a sound velocity of the medium And displaying as a first acoustic image.
前記駆動制御装置は、前記超音波探触子の回転角度θxに対する反射エコー群の最大振幅MAX_A(θx)において、最大振幅MAX_A(θx)が最大値となる角度θxmに対して、超音波が被検体上の入射点での入射角θAを加えた値をセンサ角度θxAとし、当該センサ角度θxAのときの距離RAに基づいて、センサと被検体表面の所定の距離R0となるように、距離(RA−R0)だけ移動することにより、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つことを特徴とする超音波探傷方法。 The ultrasonic flaw detection method according to claim 1,
The drive control device applies ultrasonic waves to an angle θxm at which the maximum amplitude MAX_A (θx) has a maximum value in the maximum amplitude MAX_A (θx) of the reflected echo group with respect to the rotation angle θx of the ultrasonic probe. A value obtained by adding the incident angle θA at the incident point on the specimen is defined as a sensor angle θxA. Based on the distance RA at the sensor angle θxA, the distance ( An ultrasonic flaw detection method characterized by maintaining the ultrasonic probe with respect to the subject at a predetermined distance and angle by moving only RA-R0).
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