JP5730644B2 - Ultrasonic measurement method and apparatus for surface crack depth - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を用いた表面亀裂深さの超音波計測方法と装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic measurement method and apparatus for surface crack depth using ultrasonic waves.
ボイラの伝熱管などの部材表面に、熱応力や熱疲労により微小な表面亀裂が発生することがある。これらの表面亀裂の深さは、部材の残存寿命等を判断するために、特に重要である。そこで、超音波を用いた表面亀裂深さの計測手段が、例えば特許文献１，２に提案されている。 Small surface cracks may occur on the surface of a member such as a heat transfer tube of a boiler due to thermal stress or thermal fatigue. The depth of these surface cracks is particularly important for judging the remaining life of the member. Accordingly, for example, Patent Documents 1 and 2 propose a means for measuring the surface crack depth using ultrasonic waves.
超音波を用いた表面亀裂深さの計測手段として、従来、端部エコー法とＴＯＦＤ法が知られている。 Conventionally, an end echo method and a TOFD method are known as means for measuring the surface crack depth using ultrasonic waves.
図１は従来の端部エコー法の説明図である。
端部エコー法では、（Ａ）に示すように、表面亀裂１の深さを測定するには、亀裂１を通る位置で亀裂１の直交方向の走査線２に沿って探触子３を走査して行う。
（Ｂ）（Ｃ）に示すように、探触子３の位置Ａにおいては、超音波ビーム４ａは亀裂１に入射しないので、探傷波形としては、探触子３が励起されたときの振動波形である送信パルス５のみが現れる。なお、送信パルス５には、探触子３と試験片６の界面での反射波などのノイズが重なっている。
（Ｂ）（Ｄ）に示すように、探触子３の位置Ｂにおいては、超音波ビーム４ｂは、亀裂下端１ａを捉え、下端１ａで散乱波が生じて端部エコー（下端エコー７）を受信できる。
一方、（Ｂ）（Ｅ）に示すように、探触子３の位置Ｃにおいては、超音波ビーム４ｃにより、亀裂１の上端１ｂの開口部からの散乱波（上端エコー８）が発生する。一般には、この上端エコー８は送信パルス５に隠れて観察しにくい場合が多い。送信パルス５の発生を極力抑えることで、下端エコー７と上端エコー８を特定できれば、この２つの端部エコー７，８の伝搬時間差Δｔから次式（１）により亀裂１の深さｄを求めることができる。
ｄ＝Δｔ・ｖ・ｃｏｓθ／２・・・（１）
ここで、ｖは超音波の音速、θは探触子の屈折角である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional end echo method.
In the end echo method, as shown in (A), in order to measure the depth of the surface crack 1, the probe 3 is scanned along the scanning line 2 in the orthogonal direction of the crack 1 at a position passing through the crack 1. And do it.
(B) As shown in (C), since the ultrasonic beam 4a does not enter the crack 1 at the position A of the probe 3, the flaw detection waveform is a vibration waveform when the probe 3 is excited. Only the transmission pulse 5 that appears is shown. Note that noise such as a reflected wave at the interface between the probe 3 and the test piece 6 overlaps the transmission pulse 5.
(B) As shown in (D), at the position B of the probe 3, the ultrasonic beam 4b catches the crack lower end 1a, and a scattered wave is generated at the lower end 1a to generate an end echo (lower end echo 7). Can receive.
On the other hand, as shown in (B) and (E), at the position C of the probe 3, a scattered wave (upper end echo 8) is generated from the opening of the upper end 1b of the crack 1 by the ultrasonic beam 4c. In general, the upper end echo 8 is often hidden behind the transmission pulse 5 and difficult to observe. If the lower end echo 7 and the upper end echo 8 can be specified by suppressing the generation of the transmission pulse 5 as much as possible, the depth d of the crack 1 is obtained from the propagation time difference Δt between the two end echoes 7 and 8 by the following equation (1). be able to.
d = Δt · v · cos θ / 2 (1)
Here, v is the speed of sound of the ultrasonic wave, and θ is the refraction angle of the probe.
なお、上端エコー８がパルス波５に隠れて観察できない場合には、試験片表面にあたる上端位置の時間軸上の位置を予め求めておくこともできる。しかし、亀裂１の深さが小さい場合には、図１中の探触子位置Ｂ，Ｃの間隔がきわめて接近して、下端エコー７も送信パルス５に重なり識別できなくなると共に、Δｔも小さくなり、両者の時間差を測定することが困難になる。
具体的に言えば、屈折角４５度の横波斜角探触子（横波音速；３２３０ｍ／ｓｅｃ．）で０．２ｍｍの深さｄの亀裂を測定する場合では、Δｔは０．１７５μｓｅｃ．となり、一般に用いられる５ＭＨｚの波長０．２μｓｅｃより小さくなり、２つの波形（下端エコー７と上端エコー８）の分離が困難になることがわかる。
そのため、この計測手段は、測定精度に優れているが、反面微小な表面亀裂の深さ測定は困難である欠点があった。
When the upper end echo 8 is hidden behind the pulse wave 5 and cannot be observed, the position of the upper end position corresponding to the surface of the test piece on the time axis can be obtained in advance. However, when the depth of the crack 1 is small, the distance between the probe positions B and C in FIG. 1 becomes very close, and the lower end echo 7 cannot be identified by overlapping the transmission pulse 5, and Δt is also reduced. It becomes difficult to measure the time difference between the two.
Specifically, when a crack having a depth d of 0.2 mm is measured with a transverse wave oblique angle probe having a refraction angle of 45 degrees (transverse wave sound speed; 3230 m / sec.), Δt is 0.175 μsec. Thus, it becomes smaller than the generally used 5 MHz wavelength of 0.2 μsec, and it becomes difficult to separate the two waveforms (lower end echo 7 and upper end echo 8).
Therefore, this measuring means is excellent in measurement accuracy, but has a drawback that it is difficult to measure the depth of minute surface cracks.
図２は、端部エコー法において２つの接近した波が干渉して分離が困難になる例を示している。この図において、（Ａ）は亀裂１の上端エコー８を示す波形を模擬している。（Ｂ）は下端エコー７を示す波形を模擬しており、（Ａ）よりは０．１７５μｓｅｃ遅れてエコーが生じている。（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）を合成した波形である。
（Ｃ）から、（Ａ）と（Ｂ）の２つの波形（下端エコー７と上端エコー８）を分離することが実質的に不可能であり、この計測手段で微小な表面亀裂の深さを測定することは実質的に不可能であるといえる。
FIG. 2 shows an example in which separation is difficult due to interference between two approaching waves in the end echo method. In this figure, (A) simulates a waveform indicating the upper end echo 8 of the crack 1. (B) simulates a waveform indicating the lower end echo 7, and an echo is generated with a delay of 0.175 μsec from (A). (C) is a waveform obtained by combining (A) and (B).
From (C), it is practically impossible to separate the two waveforms (A bottom echo 7 and top end echo 8) of (A) and (B). It can be said that it is practically impossible to measure.
図３は従来のＴＯＦＤ法の説明図である。
この計測手段は、図に示すように、２つの斜角探触子（ＡとＢ）を亀裂１を挟んで対向して配置し、片方（ここでは斜角探触子Ａ）を送信用に、片方（ここでは斜角探触子Ｂ）を受信用に用いて超音波４ｄを送受信する。以下、斜角探触子を単に「探触子」と呼ぶ。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the conventional TOFD method.
As shown in the figure, this measuring means arranges two oblique angle probes (A and B) facing each other with the crack 1 in between, and one (here, the oblique angle probe A) is used for transmission. The ultrasonic wave 4d is transmitted / received using one side (here, the oblique probe B) for reception. Hereinafter, the oblique angle probe is simply referred to as “probe”.
図３において、探触子Ａから送信された超音波４ｄの一部４ｅは表面を伝播し探触子Ｂに至る。また、一部の超音波は亀裂１の下端１ａで回折波４ｆを生じて、これが探触子Ｂに至る。このときの表面を伝播する超音波４ｅ（ラテラル波）と下端１ａで回折した超音波４ｆ（回折波）の伝播距離が異なり、受信した２つの波形に時間差Δｔを生じる。
一方、２つの波の時間差Δｔは亀裂深さｄに依存するので、幾何学的に次式（２）で求められる。なおこの式は、亀裂１が探触子Ａ，Ｂ間の中央にある場合である。
Δｔ＝［２・｛ｄ２＋（Ｌ／２）２｝１／２−Ｌ］／ｖ・・・（２）
ここで、Ｌは探触子の入射点間距離、ｄは亀裂の深さ、ｖは音速である。
In FIG. 3, a part 4 e of the ultrasonic wave 4 d transmitted from the probe A propagates on the surface and reaches the probe B. Some ultrasonic waves generate a diffracted wave 4 f at the lower end 1 a of the crack 1, and this reaches the probe B. The propagation distance of the ultrasonic wave 4e (lateral wave) propagating on the surface at this time and the ultrasonic wave 4f (diffracted wave) diffracted by the lower end 1a are different, and a time difference Δt is generated between the two received waveforms.
On the other hand, since the time difference Δt between the two waves depends on the crack depth d, it is obtained geometrically by the following equation (2). This equation is for the case where the crack 1 is in the center between the probes A and B.
Δt = [2 · {d 2 + (L / 2) 2 } 1/2 −L] / v (2)
Here, L is the distance between the incident points of the probe, d is the depth of the crack, and v is the speed of sound.
この計測手段は、基本的には端部エコー法に似ているが、亀裂１の面で反射するエコーが受信側の探触子Ｂに入射しにくく、端部の回折波４ｆによるエコーを識別しやすいという特徴がある。
しかし、この手段においても微小亀裂の寸法を測定する上で限界がある。具体的には、仮に探触子の入射点間距離Ｌを３ｍｍとし、音速を５９００ｍ／ｓｅｃ（鋼中の縦波音速）とすると、０．２ｍｍ深さの亀裂の深さを測定しようとすると、上式より、ラテラル波４ｅと亀裂下端の回折波４ｆとの伝搬時間差は、わずか０．００４５μｓｅｃであり、端部エコー法で検討したときの０．１７５μｓｅｃの伝搬時間差よりはるかに小さくなり、２つの波を分離することが不可能で、測定できなくなる。
This measuring means is basically similar to the end echo method, but the echo reflected by the surface of the crack 1 is not easily incident on the probe B on the receiving side, and the echo by the diffracted wave 4f at the end is identified. It is easy to do.
However, this means also has a limit in measuring the size of microcracks. Specifically, assuming that the distance L between the incident points of the probe is 3 mm and the sound velocity is 5900 m / sec (longitudinal wave sound velocity in steel), an attempt is made to measure the crack depth of 0.2 mm depth. From the above equation, the propagation time difference between the lateral wave 4e and the diffracted wave 4f at the lower end of the crack is only 0.0045 μsec, which is much smaller than the propagation time difference of 0.175 μsec when examined by the end echo method. It's impossible to separate the two waves, making it impossible to measure.
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、部材表面に開口した亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、その表面亀裂深さを正確に計測することができる表面亀裂深さの超音波計測方法と装置を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to perform ultrasonic measurement of the surface crack depth that can accurately measure the surface crack depth even if the depth of the crack opened on the member surface is less than 1 mm. It is to provide a method and apparatus.
本発明によれば、超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法であって、
（Ａ）前記被検査物の表面に接触媒体を塗布し、かつ表面亀裂の内部に前記接触媒体を充填し、
（Ｂ）前記表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、
（Ｃ）前記接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信し、
（Ｄ）前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、
（Ｅ）前記表面エコーと媒体内エコーから前記表面亀裂の深さを計算する、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測方法が提供される。
According to the present invention, there is provided an ultrasonic measurement method of a surface crack depth for measuring a depth of a surface crack opened on a surface of an inspection object using ultrasonic waves,
(A) Applying a contact medium to the surface of the object to be inspected, and filling the contact medium in a surface crack,
(B) Scan the oblique probe along a scanning line set in the width direction of the surface crack,
(C) Sending ultrasonic waves to the inside of the inspection object and the surface crack through the contact medium, and receiving the reflected waves;
(D) classifying the reflected wave into a surface echo reflected on the surface of the object to be inspected and an echo in the medium from the lower end of the surface crack in the contact medium;
(E) An ultrasonic measurement method of a surface crack depth is provided, wherein the depth of the surface crack is calculated from the surface echo and the echo in the medium.
また本発明によれば、超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測装置であって、
前記被検査物の表面に塗布された接触媒体を介して該被検査物の内部に超音波を発信するときの、被検査物の表面の垂線に対し、接触媒体内への入射角が１０〜３０度であり、かつ接触媒体内への入射幅が、前記表面亀裂の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定されている斜角探触子と、
斜角探触子を制御して超音波を発信させ、かつその反射波を受信する制御装置と、
前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、これらから表面亀裂の深さを求める解析装置とを備える、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測装置が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided an ultrasonic measurement device for a surface crack depth for measuring the depth of a surface crack opened on the surface of an inspection object using ultrasonic waves,
Wherein when transmitting the internal ultrasonic obtaining step was through a contact medium that is applied to the surface of the object to be inspected, with respect to the normal of the surface of the object to be inspected, 10 to the incident angle to the tangent catalyst body An oblique probe that is 30 degrees and has an incident width into the contact medium set larger than the width of the surface crack and smaller than the maximum value of the measurement depth;
A control device for controlling the oblique probe to emit ultrasonic waves and receiving the reflected waves;
An analysis device is provided that classifies the reflected wave into a surface echo reflected from the surface of the object to be inspected and an echo in the medium from the lower end of the surface crack in the contact medium, and obtains the depth of the surface crack from these. An ultrasonic measurement apparatus for the surface crack depth is provided.
上記本発明の方法と装置によれば、斜角探触子と制御装置により、表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信することができる。
また、解析装置により、前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、表面エコーと媒体内エコーから表面亀裂の深さを計算することができる。
According to the method and apparatus of the present invention, the oblique probe and the control device scan the oblique probe along the scanning line set in the width direction of the surface crack, and the object is detected via the contact medium. Ultrasonic waves can be transmitted inside the inspection object and the surface crack, and the reflected waves can be received.
Further, the analysis apparatus classifies the reflected wave into a surface echo reflected on the surface of the object to be inspected and an echo in the medium from the lower end of the surface crack in the contact medium, and the surface echo and the echo in the medium are used to determine the surface. The depth of the crack can be calculated.
上述した接触媒体内での媒体内エコーは、被検査物内での表面亀裂の下端からの部材内エコー（従来の下端エコー）よりも信号レベルが大きく、かつ表面エコーと媒体内エコーを分離してその時間差を容易に計測できるので、この時間差から表面亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、正確に計算することができることが後述する実施例により確認された。
The above-mentioned echo in the medium in the contact medium has a signal level larger than the echo in the member from the lower end of the surface crack in the inspection object (conventional lower end echo), and separates the surface echo and the echo in the medium. Since the time difference can be easily measured, it was confirmed by an example described later that even a microcrack having a surface crack depth of less than 1 mm can be accurately calculated from the time difference.
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図４は、本発明による表面亀裂深さの超音波計測装置の全体構成図である。
この図において、本発明の超音波計測装置は、斜角探触子１０、制御装置１２、及び解析装置１４を備える。なおこの図において、１は表面亀裂、６は被検査物である。
FIG. 4 is an overall configuration diagram of an ultrasonic measurement apparatus for surface crack depth according to the present invention.
In this figure, the ultrasonic measurement apparatus of the present invention includes an oblique probe 10, a control device 12, and an analysis device 14. In this figure, 1 is a surface crack and 6 is an object to be inspected.
被検査物６は、例えば、ボイラの伝熱管であり、その表面に開口した表面亀裂１を有する。被検査物６の表面は、平面であることが好ましいが曲面であってもよい。
本発明において表面亀裂１の深さは、３ｍｍ未満であることが好ましく、後述する実施例では、０．１〜０．７５ｍｍである。
また、表面亀裂１の表面における開口形状は例えば細長い線状であり、表面における表面亀裂１の幅は、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度である。
The inspection object 6 is, for example, a heat transfer tube of a boiler, and has a surface crack 1 opened on the surface thereof. The surface of the inspection object 6 is preferably a flat surface, but may be a curved surface.
In the present invention, the depth of the surface crack 1 is preferably less than 3 mm, and in the examples described later, it is 0.1 to 0.75 mm.
Moreover, the opening shape in the surface of the surface crack 1 is elongate linear, for example, and the width | variety of the surface crack 1 in the surface is about 0.2-0.5 mm, for example.
斜角探触子１０は、内部に超音波４の発信部を有し、その下面に対し斜めに超音波４を入射するようになっている。
斜角探触子１０の下面は、被検査物６の表面が平面である場合には平面、曲面である場合にはこれと整合する曲面であり、その間に介在する接触媒体１１の厚さが一定になるようになっている。
The oblique angle probe 10 has a transmitting portion for the ultrasonic wave 4 inside, and the ultrasonic wave 4 is incident obliquely on the lower surface thereof.
The lower surface of the oblique probe 10 is a curved surface that matches a flat surface when the surface of the inspection object 6 is a flat surface and a curved surface that matches the curved surface when the surface of the inspection object 6 is a flat surface. It is supposed to be constant.
また斜角探触子１０は、被検査物６の表面の垂線に対し、被検査物６内への入射角が３０〜６０度であり、更に好ましくは４０〜５０度に設定されている。また、同様に接触媒体１１内への入射角が１０〜３０度であり、更に好ましくは４０〜５０度であり、更に好ましくは１５〜２０度に設定されている。
このように入射角を設定することにより、超音波４を被検査物６の内部には相対的に大きな入射角で、接触媒体１１の内部には相対的に小さな入射角で入射させることができ、後述する部材内エコー１５ｃと媒体内エコー１５ｂの区分を容易にすることができる。
Further, the oblique angle probe 10 has an incident angle into the inspection object 6 of 30 to 60 degrees, and more preferably set to 40 to 50 degrees with respect to the normal of the surface of the inspection object 6. Similarly, the incident angle into the contact medium 11 is 10 to 30 degrees, more preferably 40 to 50 degrees, and further preferably 15 to 20 degrees.
By setting the incident angle in this way, the ultrasonic wave 4 can be incident on the inside of the inspection object 6 with a relatively large incident angle and on the inside of the contact medium 11 with a relatively small incident angle. This makes it possible to easily distinguish between the member echo 15c and the medium echo 15b, which will be described later.
斜角探触子１０から発信される超音波４の接触媒体１１内への入射幅は、表面亀裂１の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定するのがよい。
この結果、斜角探触子１０の発信部の直径は、０．５〜３．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
このように超音波４の接触媒体１１内への入射幅を設定することにより、従来不感帯と考えられていた表面近傍からのエコーを後述する部材内エコー１５ｃと媒体内エコー１５ｂに区分することが可能となる。
The incident width of the ultrasonic wave 4 transmitted from the oblique probe 10 into the contact medium 11 is preferably set larger than the width of the surface crack 1 and smaller than the maximum value of the measurement depth.
As a result, the diameter of the transmitting portion of the oblique probe 10 is preferably in the range of 0.5 to 3.0 mm.
By setting the incident width of the ultrasonic wave 4 into the contact medium 11 in this way, it is possible to classify echoes from the vicinity of the surface, which are conventionally considered as dead zones, into in-member echoes 15c and in-medium echoes 15b described later. It becomes possible.
接触媒体１１は、斜角探触子１０と被検査物６の両方に密着し、その間で超音波４を効率よく伝播できる液体であるのがよい。また、接触媒体１１は、表面亀裂１の内部に容易に充填でき、気泡等を含まないことが好ましい。
このような接触媒体１１として、例えば表面活性剤を添加したグリセリン又は水を用いることができる。
The contact medium 11 is preferably a liquid that is in close contact with both the oblique probe 10 and the inspection object 6 and can efficiently transmit the ultrasonic wave 4 between them. Further, the contact medium 11 can be easily filled into the surface crack 1 and preferably does not contain bubbles or the like.
As such a contact medium 11, for example, glycerin or water to which a surfactant is added can be used.
制御装置１２は、斜角探触子１０を制御して超音波４を発信させ、かつその反射波１５を受信する。
反射波１５には、被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａ、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂ、及び被検査物６内での表面亀裂１の下端からの部材内エコー１５ｃ（図５参照）が含まれる。
制御装置１２は、走査中における斜角探触子１０の位置と同時に、表面エコー１５ａ、媒体内エコー１５ｂ、及び部材内エコー１５ｃを検出する。
The control device 12 controls the oblique probe 10 to transmit the ultrasonic wave 4 and receives the reflected wave 15.
The reflected wave 15 includes a surface echo 15 a reflected from the surface of the object 6 to be inspected, a medium echo 15 b from the lower end of the surface crack 1 in the contact medium 11, and a surface crack 1 in the object 6 to be inspected. An in-member echo 15c (see FIG. 5) from the lower end is included.
The control device 12 detects the surface echo 15a, the medium echo 15b, and the member echo 15c simultaneously with the position of the oblique probe 10 during scanning.
超音波４の発信レート及び反射波の受信レートは、高いほど良く、例えば２００〜４００ＭＨｚであるのがよい。
また、制御装置１２は、所定の走査線２（図１（Ａ）参照）に沿って一定の走査ピッチで斜角探触子１０を走査する。走査線２は、図１（Ａ）に示したように、表面亀裂１の幅方向に設定する。また走査ピッチは、表面における表面亀裂１を飛び越さないように、その幅より小さいことが好ましく、例えば０．１〜０．２ｍｍであるのがよい。
The higher the transmission rate of the ultrasonic wave 4 and the reception rate of the reflected wave, the better. For example, the transmission rate is preferably 200 to 400 MHz.
In addition, the control device 12 scans the oblique angle probe 10 at a constant scanning pitch along a predetermined scanning line 2 (see FIG. 1A). The scanning line 2 is set in the width direction of the surface crack 1 as shown in FIG. The scanning pitch is preferably smaller than the width so as not to jump over the surface crack 1 on the surface, and is preferably 0.1 to 0.2 mm, for example.
解析装置１４は、制御装置１２で受信した斜角探触子１０の位置、表面エコー１５ａ、媒体内エコー１５ｂ、及び部材内エコー１５ｃから、表面亀裂１の深さｄと表面亀裂１の位置を求める。 The analysis device 14 determines the depth d of the surface crack 1 and the position of the surface crack 1 from the position of the oblique probe 10 received by the control device 12, the surface echo 15a, the medium echo 15b, and the member echo 15c. Ask.
図５は、媒体内エコー（Ａ）と部材内エコー（Ｂ）の説明図である。
上述した表面エコー１５ａは、被検査物６の表面で反射されたエコーであり、上述した上端エコー８（図１（Ｂ）（Ｅ）参照）に相当する。
媒体内エコー１５ｂは、図５（Ａ）に示すように、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端１ａからのエコーである。
また部材内エコー１５ｃは、被検査物６内での表面亀裂１の下端１ａからの端部エコーであり、図５（Ｂ）に示すように、上述した下端エコー７（図１（Ｂ）（Ｄ）参照）に相当する。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the echo in the medium (A) and the echo in the member (B).
The surface echo 15a described above is an echo reflected from the surface of the inspection object 6, and corresponds to the above-described upper end echo 8 (see FIGS. 1B and 1E).
The in-medium echo 15b is an echo from the lower end 1a of the surface crack 1 in the contact medium 11, as shown in FIG.
The in-member echo 15c is an end echo from the lower end 1a of the surface crack 1 in the inspection object 6, and as shown in FIG. 5 (B), the lower end echo 7 (FIG. 1 (B) ( This corresponds to D)).
本発明の方法は、上述した装置を用い、超音波４を用いて被検査物６の表面に開口した表面亀裂１の深さｄを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法である。
本発明の方法は、（Ａ）〜（Ｅ）の各ステップ（工程）からなる。
（Ａ）では、被検査物６の表面に接触媒体１１を塗布し、かつ表面亀裂１の内部に接触媒体１１を充填する。
（Ｂ）では、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子１０を走査する。
（Ｃ）では、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信する。
（Ｄ）では、反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとに区分する。
（Ｅ）では、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算する。
The method of the present invention is an ultrasonic measurement method of the surface crack depth, in which the depth d of the surface crack 1 opened on the surface of the inspection object 6 is measured using the ultrasonic wave 4 by using the apparatus described above.
The method of the present invention comprises steps (processes) (A) to (E).
In (A), the contact medium 11 is applied to the surface of the inspection object 6, and the contact medium 11 is filled into the surface crack 1.
In (B), the oblique probe 10 is scanned along a scanning line set in the width direction of the surface crack 1.
In (C), the ultrasonic wave 4 is transmitted to the inside of the inspection object 6 and the surface crack 1 through the contact medium 11 and the reflected wave 15 is received.
In (D), the reflected wave 15 is divided into a surface echo 15 a reflected from the surface of the inspection object 6 and an in-medium echo 15 b from the lower end of the surface crack 1 in the contact medium 11.
In (E), the depth d of the surface crack 1 is calculated from the surface echo 15a and the medium echo 15b.
図４に示すように、前記（Ｅ）において、被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとの時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１を求め、これと予め較正された検量線（後述する）から表面亀裂の深さｄを求めることができる。 As shown in FIG. 4, in (E), the time difference ΔT = between the surface echo 15 a reflected on the surface of the inspection object 6 and the in-medium echo 15 b from the lower end of the surface crack 1 in the contact medium 11. T2-T1 is obtained, and the depth d of the surface crack can be obtained from this and a calibration curve (described later) calibrated in advance.
また、前記（Ｄ）において、被検査物６内での表面亀裂の下端からの部材内エコー１５ｃを検出し、前記（Ｅ）において、部材内エコー１５ｃの位置から表面亀裂１の位置を求めることができる。
すなわち、斜角探触子１０の被検査物６への入射角は接触媒体１１への入射角より大きいので、前記（Ｃ）において、部材内エコー１５ｃが先に検出され、その後媒体内エコー１５ｂが検出される。従って、部材内エコー１５ｃが検出された斜角探触子１０の位置から、媒体内エコー１５ｂが検出される斜角探触子１０の位置が正確に予測できるので、その間の走査ピッチを粗くし又は省略することができる。
Further, in (D), the in-member echo 15c from the lower end of the surface crack in the inspection object 6 is detected, and in (E), the position of the surface crack 1 is obtained from the position of the in-member echo 15c. Can do.
That is, since the incident angle of the oblique probe 10 to the inspection object 6 is larger than the incident angle to the contact medium 11, the in-member echo 15c is detected first in (C), and then the in-medium echo 15b. Is detected. Therefore, since the position of the oblique probe 10 where the in-medium echo 15b is detected can be accurately predicted from the position of the oblique probe 10 where the in-member echo 15c is detected, the scanning pitch between them is roughened. Or it can be omitted.
図６は、本発明の実施例における被検査物の模式図である。
この図に示すように、一定の厚さを有する被検査物６に深さの異なる６つの表面亀裂１を設けた試験片を製作し、上述した装置を用いて本発明の方法を実施した。
６つの表面亀裂１の幅は、０．３〜０．５ｍｍであり、深さは、０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．７５ｍｍとした。また表面亀裂１の幅方向間隔は、７．５ｍｍである。
試験片（被検査物６）の上面には、表面活性剤を添加したグリセリンを十分塗布し、表面亀裂１の内部にも気泡を含まないように充填した。
FIG. 6 is a schematic diagram of an object to be inspected in an example of the present invention.
As shown in this figure, a test piece provided with six surface cracks 1 having different depths on an inspection object 6 having a constant thickness was manufactured, and the method of the present invention was carried out using the apparatus described above.
The width of the six surface cracks 1 was 0.3 to 0.5 mm, and the depth was 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, and 0.75 mm. Moreover, the width direction space | interval of the surface crack 1 is 7.5 mm.
The upper surface of the test piece (inspected object 6) was sufficiently coated with glycerin to which a surfactant was added, and filled in the surface crack 1 so as not to contain bubbles.
斜角探触子１０には、発信レート及び反射波１５の受信レートが２００ＭＨｚ、発信部の直径が３ｍｍ、被検査物６内への入射角が４５度のものを用いた。この場合、接触媒体１１内への入射角は約２０度である。 As the oblique angle probe 10, one having a transmission rate and a reception rate of the reflected wave 15 of 200 MHz, a diameter of the transmission part of 3 mm, and an incident angle into the inspection object 6 of 45 degrees was used. In this case, the incident angle into the contact medium 11 is about 20 degrees.
制御装置１２（図４参照）により、表面亀裂１の幅方向に設定した走査線に沿って０．１ｍｍの走査ピッチで斜角探触子１０を走査した。この走査は、図６に示すように、深さ０．７５ｍｍの表面亀裂１から順に深さ０．１ｍｍの表面亀裂１まで連続的に行った。
また、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信した。
The oblique angle probe 10 was scanned at a scanning pitch of 0.1 mm along the scanning line set in the width direction of the surface crack 1 by the control device 12 (see FIG. 4). As shown in FIG. 6, this scanning was performed continuously from a surface crack 1 having a depth of 0.75 mm to a surface crack 1 having a depth of 0.1 mm.
Further, the ultrasonic wave 4 was transmitted to the inside of the inspection object 6 and the surface crack 1 through the contact medium 11 and the reflected wave 15 was received.
図７は、この実施例において受信した反射波を示す図である。この図は、反射波１５の振幅強度を色で表示したＢイメージ法による画像であるが、この例では、単に無彩色で示している。
図７（Ａ）において、横軸は斜角探触子１０の位置（０．０〜６０．０ｍｍ）であり、縦軸は超音波４の発信から受信までの伝播時間（２．３１〜１５．５６μｍ）である。
この図から、伝播時間が５μｍ以下の領域に、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂが存在し、伝播時間が１２〜１５．５６μｍの領域に部材内エコー１５ｃが存在することがわかる。
なおこの図では、表面エコー１５ａを「開口部エコー」、媒体内エコー１５ｂを「モード変換表面波による端部エコー」、部材内エコー１５ｃを単に「端部エコー」と表示している。
FIG. 7 is a diagram showing the reflected wave received in this embodiment. This figure is an image by the B image method in which the amplitude intensity of the reflected wave 15 is displayed in color, but in this example, it is simply shown in achromatic color.
In FIG. 7A, the horizontal axis is the position of the oblique probe 10 (0.0 to 60.0 mm), and the vertical axis is the propagation time from the transmission of the ultrasonic wave 4 to the reception (2.31 to 15). .56 μm).
From this figure, it can be seen that the surface echo 15a and the in-medium echo 15b exist in a region where the propagation time is 5 μm or less, and the in-member echo 15c exists in a region where the propagation time is 12 to 15.56 μm.
In this figure, the surface echo 15a is displayed as “opening echo”, the medium echo 15b is displayed as “end echo by mode converted surface wave”, and the member echo 15c is simply displayed as “end echo”.
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の伝播時間が５．５μｍ以下の領域を拡大した図である。この図から表面エコー１５ａ（開口部エコー）と媒体内エコー１５ｂ（モード変換表面波による端部エコー）を明確に区分できることがわかる。
図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の伝播時間が１２〜１６．０８５μｍの領域を拡大した図である。この図から部材内エコー１５ｃ（端部エコー）を明確に区分できることがわかる。
FIG. 7B is an enlarged view of the region where the propagation time of FIG. 7A is 5.5 μm or less. From this figure, it can be seen that the surface echo 15a (opening portion echo) and the in-medium echo 15b (end portion echo due to the mode converted surface wave) can be clearly distinguished.
FIG. 7C is an enlarged view of the region having a propagation time of 12 to 16.085 μm in FIG. From this figure, it can be seen that the in-member echo 15c (end echo) can be clearly distinguished.
図７において、斜角探触子１０の位置を０．０ｍｍから６０．０ｍｍまで一定の走査ピッチ（この例では０．１ｍｍ）で連続的に走査した場合、部材内エコー１５ｃが先に検出され、その後、同一の表面亀裂１に対する媒体内エコー１５ｂが検出されることがわかる。
各媒体内エコー１５ｂ及び部材内エコー１５ｃの走査方向間隔は、表面亀裂１の幅方向間隔（７．５ｍｍ）と同一である。
従って、部材内エコー１５ｃが検出された斜角探触子１０の位置から、媒体内エコー１５ｂが検出される斜角探触子１０の位置が正確に予測できるので、その間の走査ピッチを粗くし又は省略することができる。
In FIG. 7, when the position of the oblique probe 10 is continuously scanned from 0.0 mm to 60.0 mm at a constant scanning pitch (0.1 mm in this example), the in-member echo 15c is detected first. Thereafter, it can be seen that the echo 15b in the medium for the same surface crack 1 is detected.
The interval in the scanning direction between each medium echo 15b and the member echo 15c is the same as the interval (7.5 mm) in the width direction of the surface crack 1.
Therefore, since the position of the oblique probe 10 where the in-medium echo 15b is detected can be accurately predicted from the position of the oblique probe 10 where the in-member echo 15c is detected, the scanning pitch between them is roughened. Or it can be omitted.
図８は、図７（Ｂ）に相当する領域の拡大図である。この図において、３本の破線は、表面亀裂１の深さｄが、０．２，０．３，０．７ｍｍの位置を示している。 FIG. 8 is an enlarged view of a region corresponding to FIG. In this figure, three broken lines indicate positions where the depth d of the surface crack 1 is 0.2, 0.3, and 0.7 mm.
図９は、図８に対応する反射波１５の波形を示す図である。この図は、反射波１５の振幅強度を色で表示したＢイメージ法による画像から求めることができる。この図において、（Ａ）はｄ＝０．２ｍｍ、（Ｂ）は０．３ｍｍ、（Ｃ）は０．７ｍｍの場合である。また各図において、横軸は超音波伝播時間、縦軸は振幅値である。
図９の各図において、Ｔ１は表面エコー１５ａの検出時間、Ｔ２は媒体内エコー１５ｂの検出時間である。従ってこれらの図から、時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１を求めることができる。
FIG. 9 is a diagram showing a waveform of the reflected wave 15 corresponding to FIG. This figure can be obtained from an image by the B image method in which the amplitude intensity of the reflected wave 15 is displayed in color. In this figure, (A) is the case where d = 0.2 mm, (B) is 0.3 mm, and (C) is 0.7 mm. In each figure, the horizontal axis represents the ultrasonic wave propagation time, and the vertical axis represents the amplitude value.
In each figure of FIG. 9, T1 is the detection time of the surface echo 15a, and T2 is the detection time of the echo 15b in the medium. Therefore, the time difference ΔT = T2−T1 can be obtained from these figures.
図１０は、本発明の実施例における表面亀裂の深さと伝播時間の関係図である。この図において、横軸は表面亀裂の深さｄ、縦軸は伝播時間である。また図中の丸（●）は表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１、四角（■）は媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２である。
この図から、表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１は、表面亀裂の深さｄに無関係にほぼ一定であることがわかる。また、媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２は、表面亀裂の深さｄに比例して大きくなることがわかる。
図１０において、検出時間Ｔ２の計測データ（■）に近似する直線を本発明では検量線として設定する。この検量線を用いることにより、時間差ΔＴから表面亀裂１の深さｄを求めることができる。
FIG. 10 is a relationship diagram between the depth of the surface crack and the propagation time in the example of the present invention. In this figure, the horizontal axis is the depth d of the surface crack, and the vertical axis is the propagation time. In the figure, the circle (●) represents the detection time T1 of the surface echo 15a, and the square (■) represents the detection time T2 of the in-medium echo 15b.
From this figure, it can be seen that the detection time T1 of the surface echo 15a is substantially constant regardless of the surface crack depth d. It can also be seen that the detection time T2 of the in-medium echo 15b increases in proportion to the depth d of the surface crack.
In FIG. 10, a straight line approximating the measurement data (■) of the detection time T2 is set as a calibration curve in the present invention. By using this calibration curve, the depth d of the surface crack 1 can be obtained from the time difference ΔT.
上述した実施例において、表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１と媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２との時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１は、表面亀裂１の深さｄに比例し、以下の関係式（３）から表面亀裂１の深さｄを求めることができる。
ｄ＝（ΔＴ×Ｖ）／２・・・（３）
ここでＶは、接触媒体１１内の音速である。
In the embodiment described above, the time difference ΔT = T2−T1 between the detection time T1 of the surface echo 15a and the detection time T2 of the in-medium echo 15b is proportional to the depth d of the surface crack 1, and the following relational expression (3) From this, the depth d of the surface crack 1 can be obtained.
d = (ΔT × V) / 2 (3)
Here, V is the speed of sound in the contact medium 11.
接触媒体１１内の音速Ｖは、グリセリンの場合約１８００ｍ／ｓｅｃである。
しかし、上述した実施例の結果から、関係式（３）から表面亀裂１の深さｄを求める場合、音速Ｖを約１０００ｍ／ｓｅｃに設定する必要がある。
この理由は、接触媒体１１内の音速Ｖが気泡等の存在により遅くなっている、或いは媒体内エコー１５ｂの経路がジグザクになっている、等によるものと考えられる。
The speed of sound V in the contact medium 11 is about 1800 m / sec in the case of glycerin.
However, when the depth d of the surface crack 1 is obtained from the relational expression (3) from the result of the above-described embodiment, the sound velocity V needs to be set to about 1000 m / sec.
The reason for this is considered to be that the sound velocity V in the contact medium 11 is slow due to the presence of bubbles or the like, or the path of the echo 15b in the medium is zigzag.
上述した本発明の方法と装置によれば、斜角探触子１０と制御装置１２により、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線２に沿って斜角探触子１０を走査し、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波を発信し、その反射波１５を受信することができる。
また、解析装置１４により、前記反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端１ａからの媒体内エコー１５ｂとに区分し、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算することができる。
According to the above-described method and apparatus of the present invention, the oblique probe 10 and the control device 12 scan the oblique probe 10 along the scanning line 2 set in the width direction of the surface crack 1, An ultrasonic wave can be transmitted to the inside of the inspection object 6 and the surface crack 1 through the contact medium 11 and the reflected wave 15 can be received.
Further, the analysis device 14 divides the reflected wave 15 into a surface echo 15a reflected on the surface of the inspection object 6 and an in-medium echo 15b from the lower end 1a of the surface crack 1 in the contact medium 11, The depth d of the surface crack 1 can be calculated from the surface echo 15a and the medium echo 15b.
上述した接触媒体１１内での媒体内エコー１５ｂは、被検査物６内での表面亀裂１の下端１ａからの部材内エコー１５ｃ（従来の下端エコー７）よりも信号レベルが大きく、かつ表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂを分離してその時間差を容易に計測できるので、この時間差から表面亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、正確に計算することができること実施例により確認された。 The in-medium echo 15b in the contact medium 11 described above has a signal level larger than the in-member echo 15c (conventional lower end echo 7) from the lower end 1a of the surface crack 1 in the inspection object 6, and the surface echo. Since the time difference can be easily measured by separating the echo 15b from the medium 15a and the medium echo 15b, it is confirmed by the embodiment that even a micro crack having a surface crack depth of less than 1 mm can be accurately calculated from this time difference. It was done.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
１ 表面亀裂、１ａ 下端、１ｂ 上端、
２ 走査線、３ 探触子、
４ 超音波、４ａ，４ｂ，４ｃ 超音波ビーム、
４ｅ ラテラル波、４ｆ 回折波、
５ 送信パルス（パルス波）、６ 試験片（被検査物）、
７ 下端エコー（端部エコー）、８ 上端エコー（端部エコー）、
１０ 斜角探触子、１１ 接触媒体、
１２ 制御装置、１４ 解析装置、
１５ 反射波、１５ａ 表面エコー、
１５ｂ 媒体内エコー、１５ｃ 部材内エコー
1 surface crack, 1a lower end, 1b upper end,
2 scan lines, 3 probes,
4 Ultrasonic, 4a, 4b, 4c Ultrasonic beam,
4e Lateral wave, 4f Diffraction wave,
5 Transmission pulse (pulse wave), 6 specimen (inspection object),
7 Lower end echo (end echo), 8 Upper end echo (end echo),
10 Bevel probe, 11 Contact medium,
12 control device, 14 analysis device,
15 reflected wave, 15a surface echo,
15b Echo in medium, 15c Echo in member
Claims (4)
（Ａ）前記被検査物の表面に接触媒体を塗布し、かつ表面亀裂の内部に前記接触媒体を充填し、
（Ｂ）前記表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、
（Ｃ）前記接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信し、
（Ｄ）前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、
（Ｅ）前記表面エコーと媒体内エコーから前記表面亀裂の深さを計算する、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測方法。 An ultrasonic measurement method of a surface crack depth for measuring a depth of a surface crack opened on a surface of an inspection object using ultrasonic waves,
(A) Applying a contact medium to the surface of the object to be inspected, and filling the contact medium in a surface crack,
(B) Scan the oblique probe along a scanning line set in the width direction of the surface crack,
(C) Sending ultrasonic waves to the inside of the inspection object and the surface crack through the contact medium, and receiving the reflected waves;
(D) classifying the reflected wave into a surface echo reflected on the surface of the object to be inspected and an echo in the medium from the lower end of the surface crack in the contact medium;
(E) An ultrasonic measurement method of a surface crack depth, wherein the depth of the surface crack is calculated from the surface echo and the echo in the medium.
前記（Ｅ）において、前記部材内エコーの位置から表面亀裂の位置を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の表面亀裂深さの超音波計測方法。 In (D), the echo in the member from the lower end of the surface crack in the inspection object is detected,
2. The ultrasonic measurement method of a surface crack depth according to claim 1, wherein in (E), the position of the surface crack is obtained from the position of the echo within the member.
前記被検査物の表面に塗布された接触媒体を介して該被検査物の内部に超音波を発信するときの、被検査物の表面の垂線に対し、接触媒体内への入射角が１０〜３０度であり、かつ接触媒体内への入射幅が、前記表面亀裂の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定されている斜角探触子と、
斜角探触子を制御して超音波を発信させ、かつその反射波を受信する制御装置と、
前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、これらから表面亀裂の深さを求める解析装置とを備える、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測装置。 An ultrasonic measuring device for surface crack depth that measures the depth of a surface crack opened on the surface of an inspection object using ultrasonic waves,
Wherein when transmitting the internal ultrasonic obtaining step was through a contact medium that is applied to the surface of the object to be inspected, with respect to the normal of the surface of the object to be inspected, 10 to the incident angle to the tangent catalyst body An oblique probe that is 30 degrees and has an incident width into the contact medium set larger than the width of the surface crack and smaller than the maximum value of the measurement depth;
A control device for controlling the oblique probe to emit ultrasonic waves and receiving the reflected waves;
An analysis device is provided that classifies the reflected wave into a surface echo reflected from the surface of the object to be inspected and an echo in the medium from the lower end of the surface crack in the contact medium, and obtains the depth of the surface crack from these. The ultrasonic measuring device of the surface crack depth characterized by the above-mentioned.
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