KR20220004184A - 초음파 탐상 방법, 초음파 탐상 장치, 강재의 제조 설비 열, 강재의 제조 방법, 및 강재의 품질 보증 방법 - Google Patents

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요시노리 오타니
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Abstract

본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 검사재와 초음파 탐촉자의 위치 관계를 변화시키면서 초음파 탐촉자에 있어서 복수의 결함 신호를 수신하는 수신 스텝과, 검사재와 초음파 탐촉자의 각 위치 관계에 있어서, 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비를 수신 음압비로서 산출하고, 산출된 수신 음압비에 기초하여, 검사재의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 결정하는 결정 스텝과, 결정한 합성 폭에 따라서 복수의 결함 신호를 사용하여 개구 합성 처리를 실행함으로써 검사재의 내부를 검사하는 검사 스텝을 포함한다.

Description

초음파 탐상 방법, 초음파 탐상 장치, 강재의 제조 설비 열, 강재의 제조 방법, 및 강재의 품질 보증 방법
본 발명은, 초음파 탐상 방법, 초음파 탐상 장치, 강재의 제조 설비 열, 강재의 제조 방법, 및 강재의 품질 보증 방법에 관한 것이다.
환봉체의 내부 결함은, 그 환봉체를 소재로 하는 기계 부품을 제조할 때에 균열의 기점이 되는 경우가 있고, 제조 후에는 기계 부품의 강도나 수명을 저하시킨다. 이 때문에, 환봉체의 내부를 초음파 탐상하여, 환봉체의 내부 결함을 평가하는 것이 종래부터 실시되고 있다. 종래의 환봉체의 초음파 탐상 장치에서는, 수직용 및 사각 (斜角) 용의 단일의 초음파 탐촉자를 환봉체의 둘레 방향 및 축 방향을 따라 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 환봉체의 전체면 탐상을 실시하고 있다. 그러나, 초음파 탐촉자로 비집속 프로브를 사용한 경우, 초음파 탐촉자로부터 먼 쪽이 될수록 초음파 신호가 확산되기 때문에, 환봉체의 내부에서 반사된 초음파 신호 (이하, 이 신호를 결함 신호라고 부른다) 의 강도가 작아진다. 한편, 초음파 탐촉자로 집속 프로브를 사용한 경우에는, 초점 부근에서의 결함 신호의 강도는 커지지만, 초점으로부터 멀어지면 초음파 신호가 확산되기 때문에 결함 신호의 강도는 작아진다. 이와 같은 배경으로부터, 특허문헌 1 에는, 초음파 탐촉자를 주사하면서 결함 신호를 수신하고, 수신한 복수의 결함 신호에 대하여 그 수신 위치에 따른 지연 시간을 설정하여 개구 합성 처리를 실시함으로써, 소직경의 초음파 탐촉자를 사용하여 결함의 검출능 및 분해능을 향상시키는 방법이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2005-233874호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭이 일정하기 때문에, 초점 위치로부터 떨어진 위치에서는 초점 위치에 비하여 결함 신호의 S/N 비가 낮아진다. 또한, 종래, 합성 폭은 실험적 또는 경험적으로 결정되어 왔지만, 최적의 합성 폭은 초음파 탐촉자의 형상이나 치수, 탐상 피치나 탐상 깊이 등의 탐상 조건, 검사재의 형상이나 치수에 따라 변화한다. 이 때문에, 합성 폭을 하나하나 실험적 또는 경험적으로 결정하는 것은 매우 부하가 크다. 또한, 본 발명의 발명자들이 상세하게 검토한 결과, 상기의 문제는 환봉체뿐만 아니라 후판과 같은 직사각형체여도 동일하게 존재하는 것이 밝혀졌다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 실험적 또는 경험적인 결정 방법에 의하지 않고 이론적으로 결정한 합성 폭을 사용한 개구 합성 처리에 의해, 검사재의 각 깊이에서 높은 검출능 및 분해능의 초음파 탐상을 실행 가능한 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 강재를 양호한 수율로 제조 가능한 강재의 제조 설비 열 및 강재의 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 고품질의 강재를 제공 가능한 강재의 품질 보증 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 초음파 탐촉자로부터 검사재에 초음파 신호를 송신하고, 상기 검사재의 내부에서 반사된 초음파 신호를 결함 신호로서 초음파 탐촉자에 있어서 수신함으로써, 상기 검사재의 내부를 검사하는 초음파 탐상 방법으로서, 상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 위치 관계를 변화시키면서 초음파 탐촉자에 있어서 복수의 결함 신호를 수신하는 수신 스텝과, 상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 각 위치 관계에 있어서, 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비를 수신 음압비로서 산출하고, 산출된 수신 음압비에 기초하여, 검사재의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 결정하는 결정 스텝과, 결정한 합성 폭에 따라서 복수의 결함 신호를 사용하여 개구 합성 처리를 실행함으로써 상기 검사재의 내부를 검사하는 검사 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 결정 스텝은, 상기 수신 음압비의 변화율로부터 개구 합성 처리에 의한 결함 신호의 S/N 비의 변화율을 산출하고, 결함 신호의 S/N 비의 변화율이 소정치 이상이 되는 합성 폭을 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭으로 결정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 결정 스텝은, 상기 초음파 탐촉자가 원형의 초음파 탐촉자인 경우, 이하에 나타내는 수식 (1) 및 수식 (2) 를 이용하여 초음파 신호의 지향각 (ψ) 을 사용하여 수신 음압비 (R) 를 산출하고, 상기 초음파 탐촉자가 직사각형의 초음파 탐촉자인 경우에는, 이하에 나타내는 수식 (1) 및 수식 (3) 을 이용하여 초음파 신호의 지향각 (ψ) 을 사용하여 수신 음압비 (R) 를 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다. 단, 수식 (2) 및 수식 (3) 에 있어서의 파라미터 m 은, 지향각 (ψ) 에 의해 결정되는 계수이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 검사 스텝은, 이하에 나타내는 수식 (4), (5) 를 사용하여, 개구 합성 처리에 의해 얻어진 결함 신호 A 를 N 점의 수신 음압비 (Rn) (n = 0 ∼ N) 를 가산 평균한 개구 합성 후 수신 음압비 S 로 제산함으로써, 결함 신호 A 의 강도를 보정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure pct00004
Figure pct00005
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 결정 스텝은, 상기 초음파 탐촉자와 내부 결함의 깊이 위치의 위치 관계로부터 검사재에 있어서의 임의의 초음파 신호의 입사 범위를 설정하고, 설정한 초음파 신호의 입사 범위 내에 있어서 스넬의 법칙에 기초하여 초음파 신호의 전파 경로를 산출하고, 좌표 계산에 의해 초음파 신호의 전파 경로가 내부 결함을 통과하는지 여부를 판정하는 계산을 반복하여 실시함으로써 내부 결함의 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로를 산출하고, 산출된 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로에 기초하여 개구 합성 처리에 필요한 복수의 결함 신호의 지연 시간을 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 결정 스텝은, 상기 초음파 탐촉자와 내부 결함의 깊이 위치의 위치 관계로부터 검사재에 있어서의 임의의 초음파 신호의 입사 범위를 설정하고, 설정한 초음파 신호의 입사 범위 내에 있어서 초음파 신호의 입사점에 있어서의 검사재의 법선과, 초음파 탐촉자와 초음파 신호의 입사점을 연결하는 선분이 이루는 각도 및 상정 결함 위치와 초음파 신호의 입사점을 연결하는 선분이 이루는 각도가 스넬의 법칙을 만족하는지 여부를 판정하는 계산을 반복하여 실시함으로써 내부 결함의 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로를 산출하고, 산출된 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로에 기초하여 개구 합성 처리에 필요한 복수의 결함 신호의 지연 시간을 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 초음파 탐촉자로부터 검사재에 초음파 신호를 송신하고, 상기 검사재의 내부에서 반사된 초음파 신호를 결함 신호로서 초음파 탐촉자에 있어서 수신함으로써, 상기 검사재의 내부를 검사하는 초음파 탐상 장치로서, 상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 위치 관계를 변화시키면서 초음파 탐촉자에 있어서 복수의 결함 신호를 수신하는 수신 수단과, 상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 각 위치 관계에 있어서, 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비를 수신 음압비로서 산출하고, 산출된 수신 음압비에 기초하여, 검사재의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 결정하는 결정 수단과, 결정한 합성 폭에 따라서 복수의 결함 신호를 사용하여 개구 합성 처리를 실행함으로써 상기 검사재의 내부를 검사하는 검사 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 강재의 제조 설비 열은, 강재를 제조하는 제조 장치와, 상기 제조 장치에 의해 제조된 상기 강재의 내부를 검사하는, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 강재의 제조 방법은, 강재를 제조하는 제조 스텝과, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법으로, 상기 제조 스텝에 있어서 제조된 강재의 내부를 탐상하는 탐상 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 강재의 품질 보증 방법은, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법으로, 강재의 내부를 탐상하는 탐상 스텝과, 상기 탐상 스텝에서 얻어진 탐상 결과로부터 상기 강재의 품질 보증을 실시하는 품질 보증 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치에 의하면, 실험적 또는 경험적인 결정 방법에 의하지 않고 이론적으로 결정한 합성 폭을 사용한 개구 합성 처리에 의해, 검사재의 각 깊이에서 높은 검출능 및 분해능의 초음파 탐상을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 강재의 제조 설비 열 및 강재의 제조 방법에 의하면, 강재를 양호한 수율로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 강재의 품질 보증 방법에 의하면, 고품질의 강재를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 개구 합성 처리 조건의 결정의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 일 양태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 다른 양태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 지연 시간 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6 은, 합성 폭의 차이에 수반하는 결함 깊이와 결함 신호의 S/N 비의 관계의 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 최적 합성 폭 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 최적 합성 폭 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
도 9 는, 수신 음압비와 회전 각도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 도 9 에 나타내는 수신 음압비의 분포에 기초하여 계산한 합성 폭과 S/N 비 향상 계수 (E) 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 본 발명에 의한 신호 처리를 하지 않고 초음파 탐상을 실시한 결과를 나타내는 도면이다.
도 12 는, 본 발명에 의한 신호 처리를 실시하여 초음파 탐상을 실시한 결과를 나타내는 도면이다.
도 13 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 14 는, 본 발명의 제 2 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 일 양태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 15 는, 본 발명의 제 2 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 다른 양태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 16 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 지연 시간 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 17 은, 합성 폭과 S/N 비 향상 계수 (E) 의 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 18 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 최적 합성 폭 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성 및 그 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
〔제 1 실시형태〕
[구성]
먼저, 도 1 을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태인 초음파 탐상 장치 (1) 는, 수침 탐상법을 이용한 초음파 탐상 방법에 의해, 주조된 강편을 압연하여 제조된 환봉체 (RB) 를 초음파 탐상하는 장치이다. 이 초음파 탐상 장치 (1) 는, 복수의 초음파 탐촉자 (11), 프로브 헤드 (12), 가대 (架臺) (13), 회전 구동 장치 (14), 펄서 (15), 리시버 (16), A/D 컨버터 (17), 기록 장치 (18), 신호 처리 장치 (19), 및 표시 장치 (20) 를 주된 구성 요소로서 구비하고 있다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 검사재와 초음파 탐촉자의 위치 관계를 변화시키면서 초음파 탐촉자에 있어서 결함 신호를 수신하는 수신 수단을 구비한다. 상기 도 1 에 나타난 초음파 탐상 장치 (1) 에 있어서는, 리시버 (16), A/D 컨버터 (17), 및 기록 장치 (18) 가 수신 수단에 해당한다. 또한, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 검사재와 초음파 탐촉자의 각 위치 관계에 있어서, 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비를 수신 음압비로서 산출하고, 산출된 수신 음압비에 기초하여, 검사재의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 결정하는 결정 수단을 구비한다. 추가로 더하여, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 결정한 합성 폭에 따라서 복수의 결함 신호를 사용하여 개구 합성 처리를 실행함으로써 검사재의 내부를 검사하는 검사 수단을 구비한다. 상기 도 1 에 나타난 초음파 탐상 장치 (1) 에 있어서는, 신호 처리 장치 (19) 가 결정 수단 및 검사 수단에 해당한다.
초음파 탐촉자 (11) 는, 수침 탐상법에 있어서의 매질인 물을 개재하여 환봉체 (RB) 로부터 소정 거리 떨어진 위치에 배치되어 있고, 초음파 탐상 중에는 펄서 (15) 로부터 출력되는 펄스 신호에 의해 여진됨으로써 초음파 신호를 환봉체 (RB) 에 송신한다. 그리고, 환봉체 (RB) 의 내부를 전파하여 반사된 초음파 신호 (이하, 결함 신호라고 표기) 는 초음파 탐촉자 (11) 를 통하여 리시버 (16) 에 의해 수신된다.
프로브 헤드 (12) 는, 복수의 초음파 탐촉자 (11) 를 구비하고, 환봉체 (RB) 의 상부에 배치된 가대 (13) 상을 이동함으로써 환봉체 (RB) 의 축 방향으로 주사된다. 환봉체 (RB) 를 회전 구동 장치 (14) 에 의해 화살표로 나타내는 원주 방향으로 회전시키면서 프로브 헤드 (12) 를 주사하고, 결함 신호를 리시버 (16) 로 수신함으로써, 환봉체 (RB) 의 전체 체적을 초음파 탐상할 수 있다. 회전 구동 장치 (14) 의 회전 속도 및 프로브 헤드 (12) 의 주사 속도는, 환봉체 (RB) 의 전체 체적이 부족함 없이 초음파 탐상되도록 설정되어 있다.
리시버 (16) 에 의해 수신된 아날로그 형태의 결함 신호는, 펄서 (15) 로부터 출력되는 펄스 신호에 동기하면서 A/D 컨버터 (17) 에 의해 디지털 데이터로 변환되어, 기록 장치 (18) 에 보존된다. 이로써, 환봉체 (RB) 의 전체 체적의 결함 신호가 기록 장치 (18) 에 보존된다. 보존된 결함 신호는, 신호 처리 장치 (19) 에 의해 신호 처리되고, 신호 처리 결과는 표시 장치 (20) 에 표시된다. 신호 처리는, 초음파 탐상 중에 보존되는 결함 신호에 대하여 수시로 실시되는 경우나 모든 결함 신호가 보존된 후에 실시되는 경우가 있다.
신호 처리 장치 (19) 는, 신호 처리의 하나로서 개구 합성 처리 조건의 결정을 실행한다. 개구 합성 처리 조건의 결정에서는, 신호 처리 장치 (19) 는, 초음파 탐촉자 (11) 의 지향각으로부터 결함 신호의 수신 음압비를 계산하고, 계산한 수신 음압비에 기초하여 초음파 탐상 범위마다 최적의 합성 폭을 결정한다. 그리고, 신호 처리 장치 (19) 는, 신호 처리의 하나로서 개구 합성 처리를 실행한다. 결정한 합성 폭에 따라서 복수의 결함 신호를 사용한 개구 합성 처리를 실시함으로써, 환봉체 (RB) 의 내부를 검사하고, 환봉체 (RB) 의 내부 결함을 검출함으로써 환봉체 (RB) 의 내부를 탐상한다.
다음으로, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, (I) 수신 스텝, (II) 결정 스텝, 및 (III) 검사 스텝의 3 개의 스텝을 포함한다. 또한, 각 스텝은, (I) 수신 스텝 다음에 (II) 결정 스텝, (II) 결정 스텝 다음에 (III) 검사 스텝의 순서로 실행된다.
수신 스텝에서는, 검사재와 초음파 탐촉자의 위치 관계를 변화시키면서 초음파 탐촉자에 있어서 복수의 결함 신호를 수신한다. 수신 스텝에는, 공지된 초음파 탐촉자에 의한 결함 신호의 수신 방법을 사용할 수 있다. 일례로는, 상기 서술한 리시버 (16), A/D 컨버터 (17), 및 기록 장치 (18) 의 동작에 의해 실현시킬 수 있다.
결정 스텝에서는, 검사재와 초음파 탐촉자의 각 위치 관계에 있어서, 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비를 수신 음압비로서 산출하고, 산출된 수신 음압비에 기초하여, 검사재의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 결정한다. 검사재의 각 깊이 위치에서의 합성 폭의 산출은, 본 발명에 있어서 가장 중요한 기술이다. 이 때문에, 합성 폭의 산출 방법은, 나중에 상세하게 설명한다.
결정 스텝에서는, 더하여, 개구 합성 처리에 사용하는 지연 시간의 산출도 실시한다. 또한, 합성 폭과 지연 시간은, 결정 스텝에 의해 결함 깊이마다 산출되는 것이, 검출능의 향상의 점에서 바람직하다. 또한, 지연 시간의 산출은, 개구 합성 처리로서 공지된 방법을 사용할 수 있다. 본 명세서에 있어서는, 송신된 초음파 신호의 검사체 중에서의 전파 경로를 산출하고, 이 산출된 전파 경로에 기초하여 지연 시간의 결정을 실시하는 예를, 나중에 설명한다.
검사 스텝에서는, 수신 스텝에 있어서 수신된 탐상 신호에 대하여, 결정 스텝에 의해 결정된 지연 시간과 합성 폭에 따라서 개구 합성 처리를 실행하고, 개구 합성 처리의 결과에 기초하여 검사재의 내부를 검사한다. 검사 스텝에서 실시되는 개구 합성 처리는, 공지된 방법을 사용할 수 있다. 본 명세서에서는, 결정 스텝에 의해 결정된 합성 폭에 포함되는 복수 파형에 대하여, 동일하게 결정 스텝에 의해 결정된 지연 시간을 곱하여 모두 더하는 처리를 실시하는 예를, 나중에 설명한다.
얻어진 개구 합성 처리의 결과에 기초하여, 검사재 내부를 검사하고, 검사재 내부의 상태를 아는 것에 의해 탐상할 수 있다. 탐상할 수 있는 검사재 내부 상태의 일례로는, 결함으로부터의 반사 신호의 강도나 수신 시간 등으로부터, 결함의 유무, 결함 위치, 결함 사이즈 등을 들 수 있다. 얻어진 개구 합성 처리의 결과의 출력 방법은, 결과의 이용 목적 등에 의해 적절히 결정하면 되는데, 위치 (폭 방향, 압연 방향, 깊이, 두께 등) 에 대한 파형 또는 화상의 형식으로 출력되는 것이 시인성도 높기 때문에 바람직하다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법에 의해, 결함 신호에 대한 노이즈의 비 (S/N 비) 가 개선되기 때문에, 검출능을 향상시킬 수 있다.
[개구 합성 처리 조건의 결정]
도 2 를 참조하여, 결정 스텝에 있어서 개구 합성 처리 조건, 즉, 합성 폭과 지연 시간을 결정할 때의 신호 처리 장치 (19) 의 동작에 대하여 설명한다. 더하여, 결정 스텝에 있어서, 지연 시간의 결정에 사용하는, 초음파 신호의 전파 경로를 산출하는 방법의 예에 대하여 설명한다. 여기서, 전파 경로란, 검사체 중에 있어서의 초음파 신호의 전파 경로이다. 필요에 따라, 검사체 중과 매질 중에 있어서의 초음파 신호의 전파 경로로 해도 된다. 또한, 이하에서는, 합성 폭의 결정에 사용하는 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비인 수신 음압비를 산출하는 방법의 예에 대해서도 설명한다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 개구 합성 처리 조건의 결정의 흐름을 나타내는 플로 차트이다. 개구 합성 처리 조건의 결정은, 초음파 탐상 전에 실시되는 경우뿐만 아니라, 초음파 신호에 의한 환봉체 (RB) 의 두께 계측과 같이 초음파 탐상 중에 얻어진 값에 기초하여 초음파 탐상 개시 후에 실시되는 경우도 있다.
개구 합성 처리 조건의 결정은, 탐상 조건 입력 스텝 (S1), 전파 경로 산출 스텝 (S2), 지연 시간 산출 스텝 (S3), 수신 음압비 계산 스텝 (S4), 및 최적 합성 폭 산출 스텝 (S5) 의 순서로 실행된다. 검사체를 환봉체 (RB) 로 하여, 각 스텝에 대하여 상세하게 설명한다.
스텝 S1 의 처리에서는, 신호 처리 장치 (19) 가, 환봉체 (RB) 의 치수, 초음파 탐촉자 (11) 의 치수 및 형상, 측정 피치, 환봉체 (RB) 와의 위치 관계, 초음파 탐상 범위 등의 초음파 탐상 조건을 취득한다. 또한, 초음파 탐상 조건은, 초음파 탐상 전에 취득되는 경우뿐만 아니라, 초음파 탐상 중 혹은 초음파 탐상 후에 취득되는 경우도 있다. 이로써, 스텝 S1 의 처리는 완료되고, 개구 합성 처리 조건의 결정은 스텝 S2 의 처리로 진행된다.
스텝 S2 의 처리에서는, 신호 처리 장치 (19) 가, 스텝 S1 의 처리에 있어서 취득한 초음파 탐상 조건을 사용하여, 스넬의 법칙에 따라서 초음파 탐촉자 (11) 로부터 환봉체 (RB) 에 입사하여 상정 결함 위치를 통과하는 초음파 신호의 전파 경로를 산출한다 (전파 경로 산출 처리). 이 전파 경로 산출 처리의 상세한 것에 대해서는 후술한다. 이로써, 스텝 S2 의 처리는 완료되고, 개구 합성 처리 조건의 결정은 스텝 S3 의 처리로 진행된다.
스텝 S3 의 처리에서는, 신호 처리 장치 (19) 가, 기준이 되는 결함 신호에 대한 다른 복수의 결함 신호의 각 수신 위치에서의 지연 시간을 산출한다 (지연 시간 산출 처리). 이 지연 시간 산출 처리의 상세한 것에 대해서는 후술한다. 이로써, 스텝 S3 의 처리는 완료되고, 개구 합성 처리 조건의 결정은 스텝 S4 의 처리로 진행된다.
스텝 S4 의 처리에서는, 신호 처리 장치 (19) 가, 환봉체 (RB) 와 초음파 탐촉자 (11) 의 각 위치 관계에서의 결함 신호의 수신 음압비를 산출한다 (수신 음압비 산출 처리). 이 수신 음압비 산출 처리의 상세한 것에 대해서는 후술한다. 이로써, 스텝 S4 의 처리는 완료되고, 개구 합성 처리 조건의 결정은 스텝 S5 의 처리로 진행된다.
스텝 S5 의 처리에서는, 신호 처리 장치 (19) 가, 스텝 S4 의 처리에 있어서 산출된 수신 음압비에 기초하여, 환봉체 (RB) 의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 최적의 합성 폭을 결정한다. 이로써, 스텝 S5 의 처리는 완료되고, 일련의 개구 합성 처리 조건의 결정은 종료된다.
＜전파 경로 산출 처리＞
다음으로, 도 3, 도 4 를 참조하여, 스텝 S2 의 전파 경로 산출 처리에 대하여 상세하게 설명한다.
개구 합성 처리에 의해 높은 S/N 비의 결함 신호를 얻기 위해서는, 합성하는 각 결함 신호의 지연 시간을 정확하게 산출하는 것이 바람직하다. 특히 환봉체 (RB) 와 같은 곡면 형상을 갖는 강재를 초음파 탐상하는 경우에는, 곡면 상에서의 굴절 현상에 의해 초음파 신호의 전파 경로가 크게 변화하기 때문에, 합성하는 각 결함 신호의 지연 시간을 정확하게 산출하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시형태에서는, 초음파 탐촉자 (11) 및 상정 결함 위치의 좌표에 기초하여, 스넬의 법칙을 만족하면서 초음파 탐촉자 (11) 로부터 환봉체 (RB) 에 입사하여 상정 결함 위치를 통과하는 초음파 신호의 전파 경로를 산출한다.
이하, 도 3 및 도 4 를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 일 양태 및 다른 양태에 대하여 설명한다.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 일 양태를 설명하기 위한 모식도이다. 이하, 초음파 탐촉자 (11) 의 위치를 P, 상정 결함 위치를 PF, 환봉체 (RB) 의 중심 위치를 O, 수침 탐상법에 있어서의 매질인 수중에서의 음속을 Vw, 환봉체 (RB) 중에서의 음속을 Vs 라고 표기한다. 또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 상정 결함 위치 (PF) 는 선분 (OR) 을 반경으로 하는 원주 상에 있는 것으로 한다.
본 양태에서는, 먼저, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 설정하고, 선분 (PX) 과 선분 (OX) 이 이루는 각도로부터 초음파 신호의 입사각 (θw) 을 구한다. 다음으로, 스넬의 법칙에 의하면, 초음파 신호의 굴절각 (θs) 은 이하에 나타내는 수식 (6) 을 만족한다. 따라서, 수식 (6) 에 초음파 신호의 입사각 (θw) 을 대입함으로써 초음파 신호의 굴절각 (θs) 을 구할 수 있다. 또한, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 통과하여 굴절각 (θs) 으로 굴절하는 직선과 선분 (OR) 을 반경으로 하는 원의 교점 (C) 도 구할 수 있다. 따라서, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 변화시키면서 교점 (C) 과 상정 결함 위치 (PF) 가 일치하는 초음파의 입사점 (X) 을 탐색함으로써, 입사점 (X) 에 입사하여 상정 결함 위치 (PF) 를 통과하는 초음파 신호의 전파 경로를 산출할 수 있다.
Figure pct00006
도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 다른 양태를 설명하기 위한 모식도이다. 본 양태에서는, 먼저, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 설정하고, 선분 (PX) 과 선분 (OX) 이 이루는 각도로부터 초음파 신호의 입사각 (θw) 을 구한다. 그리고, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 변화시키면서 선분 (OX) 과 선분 (PFX) 이 이루는 각도 (θ) 가 이하의 수식 (7) 에 나타내는 스넬의 법칙을 만족하는 각도 (θ) 를 탐색함으로써, 입사점 (X) 에 입사하여 상정 결함 위치 (PF) 를 통과하는 초음파 신호의 전파 경로를 산출할 수 있다.
Figure pct00007
또한, 상기 서술한 전파 경로 산출 처리에서는, 환봉체 (RB) 의 회전에 수반하는 상정 결함 위치 (PF) 의 이동만을 고려하고 있지만, 초음파 탐촉자 (11) 가 축 방향으로 주사되는 경우에는, 초음파 탐촉자 (11) 의 축 방향의 이동량을 고려하여 초음파 신호의 전파 경로를 산출하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 서술한 전파 경로 산출 처리는 기본적으로 환봉체 (RB) 의 치수나 탐상 조건에 기초하여 초음파 탐상을 개시하기 전에 실시하지만, 환봉체 (RB) 의 표면 형상이나 주속의 불균일에 의해 초음파 신호의 전파 경로가 사전 계산 결과와 크게 상이할 가능성이 있는 경우에는, 초음파 탐상 중에 얻어지는 정보에 기초하여 리얼타임으로 초음파 신호의 전파 경로를 산출하는 것이 바람직하다.
＜지연 시간 산출 처리＞
다음으로, 도 5 를 참조하여, 스텝 S3 의 지연 시간 산출 처리에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 지연 시간 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 환봉체 (RB) 의 회전에 수반하여 백색 동그라미 표시로 나타내는 내부 결함의 위치가 이동하기 때문에, 초음파 탐촉자 (11) 에 의해 수신되는 결함 신호의 강도 및 수신 시간은 변화한다. 구체적으로는, 도 5 에 나타내는 제 1 결함 신호 (RW1) 및 제 2 결함 신호 (RW2) 는 각각, 초음파 탐촉자 (11) 에 의해 수신된 제 1 결함 위치 (P1) 및 제 2 결함 위치 (P2) 에 있어서의 결함으로부터의 초음파 신호의 반사 신호이다. 여기서, 수침 탐상법에 있어서의 매질인 수중의 음속을 Vw, 환봉체 (RB) 중의 음속을 Vs 라고 나타내면, 제 1 결함 신호 (RW1) 의 전파 시간 (T1) 은 이하에 나타내는 수식 (8), 제 2 결함 신호 (RW2) 의 전파 시간 (T2) 은 이하에 나타내는 수식 (9), 전파 시간 (T1) 과 전파 시간 (T2) 의 차인 지연 시간 (ΔT) 은 이하에 나타내는 수식 (10) 으로 나타낸다.
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
여기서, 기준이 되는 결함 신호에 대한 다른 복수의 결함 신호의 각 수신 위치에서의 지연 시간을 계산하여 복수의 결함 신호를 합성함으로써 랜덤의 노이즈는 서로 지워지기 때문에, 결함 신호의 S/N 비는 개선된다. 또한, 제 2 결함 신호 (RW2) 를 기준으로 했을 경우, 제 1 결함 신호 (RW1) 는 수식 (10) 으로 나타내는 지연 시간 (ΔT) 만큼 지연되어 모두 더해진다. 이로써, 랜덤의 노이즈는 서로 지워지고, 위상이 정렬된 결함 신호는 서로 강하게 하기 때문에, 개구 합성 처리 전과 비교하여 결함 신호의 S/N 비는 높아진다. 또한, 초음파 탐촉자 (11) 의 위치나 환봉체 (RB) 의 깊이 위치마다 각각 지연 시간을 계산하여 개구 합성 처리를 실시함으로써, 환봉체 (RB) 내의 어느 깊이에 결함이 있는 경우에도 높은 S/N 비로 결함 신호를 검출할 수 있다.
＜수신 음압비 산출 처리 및 최적 합성 폭 산출 처리＞
다음으로, 도 6 ∼ 도 9 를 참조하여, 도 2 에 나타내는 스텝 S4 의 수신 음압비 산출 처리 및 스텝 S5 의 최적 합성 폭 산출 처리에 대하여 상세하게 설명한다.
결함 신호의 강도는, 초음파 탐촉자 (11) 와 내부 결함의 위치 관계에 따라 변화한다. 구체적으로는, 원거리 음장에 있어서는, 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축 상에 결함이 존재하는 경우에 가장 결함 신호의 강도가 강해지고, 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축과 내부 결함을 통과하는 초음파의 전파 경로가 이루는 각이 커짐에 따라서 결함 신호의 강도는 작아져 간다. 개구 합성 처리에 의해 높은 S/N 비의 결함 신호를 얻기 위해서는, 결함 신호가 충분한 강도를 갖는 범위 내에서 복수의 결함 신호를 모두 더할 필요가 있고, 강도가 작은 결함 신호를 모두 더한 경우에는 S/N 비의 향상 효과는 작아진다. 또한, 초음파 탐촉자 (11) 로부터 출력된 초음파 신호는, 확산하면서 전파해 가기 때문에, 원거리가 될수록 그 음압 분포는 확대되어 형성된다. 이 때, 음압 분포 내에 결함이 존재하는 경우, 충분한 강도의 결함 신호를 얻을 수 있다. 요컨대, 초음파 신호의 음압 분포와 음압 분포 내에서의 결함의 이동 위치에 따라 충분한 강도를 가지는 합성 폭 (모두 더하는 결함 신호수) 은 변화한다. 따라서, 개구 합성 처리에 의해 높은 S/N 비의 결함 신호를 얻기 위해서는, 내부 결함의 위치 및 탐상 조건에 기초하여 합성 폭을 적절히 설정할 필요가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 결함 신호의 수신 음압비에 기초하여 내부 결함의 깊이 위치마다 적절한 합성 폭을 산출한다.
도 6 은, 합성 폭의 차이에 수반하는 결함 깊이와 결함 신호의 S/N 비의 관계의 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 6 은, 직경 φ169 ㎜ 의 환봉 강의 내부 깊이 5 ㎜, 21 ㎜, 42 ㎜, 63 ㎜ 의 위치에 가공된 직경 φ0.2 ㎜ 의 4 개의 인공 결함을 탐상하고, 합성 폭 2.4°, 합성 폭 8.4°, 합성 폭 22.8°, 및 본 발명에 의해 개구 합성 처리를 실시한 실험 결과를 나타낸다. 본 실험에서는, 초음파 탐촉자 (11) 로서, 직경 6.4 ㎜, 주파수 5 ㎒ 의 환형 초음파 탐촉자를 사용하였다. 또한, 합성 폭 2.4°, 합성 폭 8.4°, 합성 폭 22.8°의 플롯은, 내부 깊이가 상이한 4 개의 인공 결함 신호에 대하여, 각각 일정한 합성 폭 (2.4°, 8.4°, 22.8°) 으로 개구 합성 처리를 실시한 결과를 나타낸다. 단, 합성 폭 2.4°, 8.4°, 22.8°는 각각, 본 발명에 의해 결정된 내부 깊이 5 ㎜, 21 ㎜, 42 ㎜ 에서의 최적의 합성 폭이다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 깊이 5 ㎜ 의 결함 신호에 대해서는, 합성 폭 2.4°일 때에 S/N 비가 가장 커지고, 깊이 21 ㎜ 의 결함 신호에 대해서는, 합성 폭 8.4°일 때에 S/N 비가 가장 커지고, 깊이 42 ㎜ 의 결함 신호에 대해서는, 합성 폭 22.8°일 때에 S/N 비가 가장 커진다. 따라서, 각 결함 깊이에서 S/N 비를 최대로 하는 합성 폭이 상이하고, 결함 깊이마다 적절한 합성 폭을 설정함으로써, 모든 결함 깊이에서 최대의 S/N 비가 얻어지는 것을 알 수 있다. 실제, 본 발명에서는, 모두 결함 깊이에서 합성 폭을 일정하게 설정했을 경우와 비교하여, 깊이 위치에 따라서는 10 dB 이상의 S/N 비의 향상을 확인할 수 있어, 본 발명의 유효성이 나타났다.
도 7 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 최적 합성 폭 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 전파 경로 산출 처리에 의해 산출된 초음파 신호의 전파 경로로부터 초음파 신호의 지향각 (ψ) 을 산출하고, 상정 결함 위치가 회전했을 때의 결함 신호의 수신 음압비의 변화를 계산하고, 결함 신호의 수신 음압비의 분포로부터 합성 폭을 산출한다. 여기서, 환봉체 (RB) 의 직경을 R, 환봉체 (RB) 의 회전 속도를 V1, 환봉체 (RB) 중의 초음파의 전파 속도를 Vs, 초음파 탐촉자 (11) 의 PRF 를 f, 초음파 탐촉자 (11) 의 주파수를 F, 초음파 탐촉자 (11) 의 길이를 D (환형인 경우에는 반경, 직사각형인 경우에는 변 길이), 초음파 탐촉자 (11) 와 환봉체 (RB) 표면 사이의 거리를 W, 수침 탐상법에 있어서의 매질인 수중의 음속을 Vw, 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축 상에 존재하는 상정 결함 위치를 PF, 상정 결함 위치 (PF) 의 환봉체 (RB) 표면으로부터의 깊이를 d, 상정 결함 위치 (PF) 로부터 각도 (θ) 만큼 회전 이동한 회전 후의 상정 결함 위치를 PF', 초음파 탐촉자 (11) 의 위치 (P) 와 상정 결함 위치 (PF') 에 대하여 전파 경로 산출 처리를 실시했을 경우의 초음파 신호의 전파 경로와 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축이 이루는 각 (지향각) 을 ψ 라고 한다.
수신 음압의 계산은 기본적으로는 원거리 음장을 가정하여 실시하기 때문에, 상정 결함 위치 (PF) 가 이하에 나타내는 수식 (11) 을 만족하는 것이 조건이 된다. 여기서, 근거리 음장 한계 거리 (x0) 는 이하에 나타내는 수식 (12) 로 나타낸다. 단, 상정 결함 위치 (PF) 가 수식 (11) 을 만족하지 않는 경우에는, 근거리 음장의 음압 계산을 적용함으로써 합성 폭을 산출할 수 있다.
Figure pct00011
Figure pct00012
초음파 탐촉자 (11) 가 환형인 경우, 상정 결함 위치 (PF) 로부터의 결함 신호의 수신 음압에 대한 회전 후 상정 결함 위치 (PF') 로부터의 결함 신호의 수신 음압의 비 (수신 음압비) (R) 는 지향각 (ψ) 을 사용하여 이하에 나타내는 수식 (13) ∼ (15) 에 의해 나타낼 수 있다. 단, 수식 (14) 에 나타내는 J1 은 베셀 함수를 나타내고, 수식 (14), (15) 에 나타내는 m 은, 지향각 (ψ) 에 의해 결정되는 계수이다.
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
한편, 초음파 탐촉자 (11) 가 직사각형 형상인 경우에는, 수신 음압비 (R) 는 지향각 (ψ) 을 이용하여, 수식 (13), (15) 및 이하에 나타내는 수식 (16) 에 의해 나타낼 수 있다. 또한, 초음파 탐촉자 (11) 이 원형 형상이나 직사각형 형상이 아닌 복잡한 형상을 갖는 경우에는, 실험이나 유한 요소법 등을 사용한 물리 해석의 결과를 사용하여 수신 음압비 (R) 를 결정해도 된다. 또한, 검출 대상으로 하는 결함이 강한 지향성을 갖는 경우에는, 수식 (13) 에 결함의 반사 지향성 함수를 곱한 것을 수신 음압비 (R) 로 하는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 상기 순서에 의해 계산한 수신 음압비 (R) 를 사용하여 합성 폭을 산출한다.
Figure pct00016
구체적으로는, 초음파 탐촉자 (11) 에 의해, 상정 결함 위치 (PF) 가 각도 피치 (Δθ) 회전할 때마다 결함 신호가 수신된다. 각도 피치 (Δθ) 는 이하에 나타내는 수식 (17) 에 의해 나타낸다.
Figure pct00017
상정 결함 위치 (PF) 가 -n1Δθ 로부터 n2Δθ 까지 회전한 범위 내에서 취득한 결함 신호에 대하여 지연 시간을 곱하여 가산 평균을 하는 개구 합성 처리를 실시했을 경우의 개구 합성 후 수신 음압비 (S) 는, 이하에 나타내는 수식 (18) 에 의해 나타낸다. 여기서, 수식 (18) 에 있어서, R (nΔθ) 는 상정 결함 위치 (PF) 로부터 nΔθ 회전한 위치에서의 수신 음압비를 나타낸다. 상정 결함 위치 (PF) 는, 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축 상으로 한정되는 것이 아니고, 탐상 조건에 맞추어 설정할 수 있다.
Figure pct00018
가산 횟수 N (= n1 ＋ n2 ＋ 1) 의 가산 평균에 의해 노이즈가 1/N1/2 이 되는 것으로 가정하면, 상정 결함 위치 (PF) 에서의 S/N 비에 대한 개구 합성 처리 후의 S/N 비 향상 계수 (E) 는 이하에 나타내는 수식 (19) 로 나타낸다.
Figure pct00019
그래서, 수식 (19) 에 의해 S/N 비 향상 계수 (E) 가 최대가 되는 합성 폭 (N) 을 설정하고, 개구 합성 처리를 실시함으로써, 결함 신호의 S/N 비를 최대화할 수 있다. 또한, 이하에 나타내는 수식 (20) 을 만족하는 가산 횟수 N 을 결정하고, 개구 합성 처리를 실시함으로써 충분히 결함 신호의 S/N 비를 향상시킬 수 있다.
Figure pct00020
또한, 초음파 탐상에 있어서 결함 신호를 평가하는 경우, S/N 비뿐만 아니라 결함 신호의 강도가 중요해진다. 개구 합성 처리의 전후로, 결함 신호의 강도가 크게 변동하면 정확한 내부 결함의 평가를 할 수 없다. 그래서, 개구 합성 처리에 의해 저감된 강도를 처리 전의 강도로 복원하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 개구 합성 처리 후의 출력 값 A 에 대하여, 수식 (18) 에서 나타내는 개구 합성 후 수신 음압비 (S) 를 사용하여 이하에 나타내는 수식 (21) 에 의해 보정된 보정 출력 값 B 를 출력함으로써, 개구 합성 처리 전과 개구 합성 처리 후의 결함 신호의 강도를 일치시킬 수 있다. 개구 합성 처리 전과 개구 합성 처리 후의 결함 신호의 강도를 일치시킴으로써, 결함 직경이나 결함 길이에 대하여 정량적인 평가가 가능해진다.
Figure pct00021
이상의 처리를 정리하면, 최적 합성 폭 산출 처리는 도 8 에 나타내는 플로 차트와 같이 된다. 도 8 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 최적 합성 폭 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로 차트이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 최적 합성 폭 산출 처리에서는, 먼저, 신호 처리 장치 (19) 가, 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 가설정한다 (스텝 S51). 다음으로, 신호 처리 장치 (19) 가, 가설정한 합성 폭과 수식 (18) 을 사용하여 결함 신호의 수신 음압비를 가산 평균함으로써 개구 합성 후 수신 음압비 (수신 음압비 변화율) (S) 를 산출한다 (스텝 S52). 다음으로, 신호 처리 장치 (19) 가, 수식 (19) 을 사용하여 개구 합성 후 수신 음압비 (S) 와 노이즈의 변화율의 비를 취함으로써 개구 합성 처리에 의한 S/N 비 향상 계수 (E) (S/N 비 변화율) 를 계산한다 (스텝 S53). 그리고, 신호 처리 장치 (19) 가, S/N 비 향상 계수 (E) 가 수식 (20) 에 나타내는 조건 등의 소정 조건을 만족하는지 여부를 판단하고 (스텝 S54), S/N 비 향상 계수 (E) 가 소정 조건을 만족하는 경우, 신호 처리 장치 (19) 는, 스텝 S51 의 처리에 있어서 가설정한 합성 폭을 최적의 합성 폭으로 결정한다 (스텝 S55). 한편, S/N 비 향상 계수 (E) 가 소정 조건을 만족하지 않는 경우에는, 신호 처리 장치 (19) 는, 최적 합성 폭 산출 처리를 스텝 S51 의 처리로 되돌린다.
[실시예]
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법의 우수한 결과를 실시예에서 설명한다. 본 실시예에서는, 인공 결함을 형성한 환봉체 샘플을 초음파 탐상하고, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법에 의한 개구 합성 처리를 실시하였다. 초음파 탐촉자는, 직경 6.4 ㎜, 주파수 5 ㎒ 의 환형 초음파 탐촉자를 이용하고, 환봉체 샘플로서 직경 φ169 ㎜ 의 환봉체 내부에 φ0.2 ㎜ 의 인공 결함이 가공된 것을 사용하였다. 초음파 탐촉자와 환봉체 샘플은, 국부 수침 탐상법에 의해 음향 결합을 실시하고, 물 거리는 50 ㎜, 측정 각도 피치는 0.6°로 하였다. 또한, 초음파 탐촉자의 근거리 음장 한계 거리는 34.5 ㎜ 로서, 물 거리 50 ㎜ 보다 짧아, 본 수법의 적용 조건을 만족하고 있었다.
도 9 는, 표면 깊이 21 ㎜, φ0.2 ㎜ 의 인공 결함으로부터의 결함 신호의 수신 음압비와 회전 각도의 관계를 나타내는 도면이다. 수신 음압비의 실측치와 계산치는 대체로 일치하고 있어, 본 발명 수법에 있어서의 수신 음압비의 계산의 유효성이 나타났다. 도 10 은, 도 9 에 나타내는 수신 음압비의 분포에 기초하여 계산한 합성 폭과 S/N 비 향상 계수 (E) 의 관계를 나타내는 도면이다. 단, 도 10 에 있어서의 계산치 (곡선 (L1)) 는, 도 9 에 나타내는 수신 음압비의 계산치를 사용하여 회전 각도 0°를 중심으로 하여 정부 (正負) 대칭의 합성 폭으로 개구 합성 처리를 실시한 결과 얻어진 값이다.
도 10 에 나타내는 계산치의 곡선 (L1) 에 있어서, S/N 비 향상 계수 (E) 는 합성 폭 8.4°에서 최대치 9.2 dB 를 취하기 때문에, 합성 폭 (N) 은 S/N 비 향상 계수 (E) ≥ 6.4 dB 를 만족하는 2.4°≤ N ≤ 21.6°를 만족하는 N 을 설정하였다. 또한, 실측치의 곡선 (L2) 은 계산치의 곡선 (L1) 의 경향과 대략 일치하고 있고, 합성 폭 8.4°에서 S/N 비 향상 계수 (E) 가 최대가 되어 있어, 본 발명에 의한 합성 폭의 결정 방법의 유효성이 나타났다.
도 11(a), (b) 는, 표면 깊이 21 ㎜, φ0.2 ㎜ 의 인공 결함에 대하여, 본 발명에 의한 신호 처리를 하지 않고 초음파 탐상을 실시한 결과를 나타내는 도면이다. 도 12(a), (b) 는, 표면 깊이 21 ㎜, φ0.2 ㎜ 의 인공 결함에 대하여, 본 발명에 의한 신호 처리를 실시하여 초음파 탐상을 실시한 결과를 나타내는 도면이다. 본 실험에서는, S/N 비가 최대가 되는 합성 폭을 계산하고, 합성 폭은 8.4°로 하였다. 도 12(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의한 신호 처리에 의하면, S/N 비가 6 dB 향상되어, φ0.2 ㎜ 의 결함을 S/N 비 21 dB 에서 검출할 수 있었다.
〔제 2 실시형태〕
다음으로, 도 13 ∼ 도 18 을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성 및 그 동작에 대하여 설명한다.
[구성]
먼저, 도 13 을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 13 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 13 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태인 초음파 탐상 장치 (1) 는, (1) 주조된 강편을 압연하여 제조된 강판 (SP) 이 검사재인 점, 및 (2) 강판 (SP) 이 반송 라인 (21) 에 의해 강판 (SP) 의 길이 방향을 따라 초음파 탐촉자 (11) 의 하방을 통과하도록 반송되는 점이, 도 1 에 나타낸 본 발명의 제 1 실시형태인 초음파 탐상 장치 (1) 의 구성과 상이하다. 그 밖의 점은, 도 1 에 나타낸 본 발명의 제 1 실시형태인 초음파 탐상 장치 (1) 의 구성과 동일하기 때문에, 이하에서는 그 설명을 생략한다.
[개구 합성 처리 조건의 결정]
다음으로, 도 14 ∼ 도 18 을 참조하여, 개구 합성 처리 조건의 결정을 실행할 때의 신호 처리 장치 (19) 의 동작에 대하여 설명한다. 또한, 개구 합성 처리 조건의 결정의 전체의 흐름은, 도 2 에 나타낸 본 발명의 제 1 실시형태인 개구 합성 처리 조건의 결정의 흐름과 동일하다. 단, 검사재가 환봉체 (RB) 로부터 강판 (SP) 으로 바뀌는 것에 의해, 전파 경로 산출 처리, 지연 시간 산출 처리, 수신 음압비 산출 처리, 및 최적 합성 폭 산출 처리의 내용의 일부가 제 1 실시형태에 있어서의 내용과는 상이하다. 그래서, 이하에서는, 이들 각 처리의 상이한 점에 대해서만 설명한다.
＜전파 경로 산출 처리＞
도 14 는, 본 발명의 제 2 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 일 양태를 설명하기 위한 모식도이다. 이하, 강판 (SP) 의 길이 방향으로 이동하는 초음파 탐촉자 (11) 의 위치를 P, P', 상정 결함 위치를 PF, 초음파 탐촉자 (11) 의 위치 (P) 와 상정 결함 위치 (PF) 를 연결하는 선분과 강판 (SP) 의 표면의 교점을 O, 수침 탐상법에 있어서의 매질인 수중에서의 음속을 Vw, 강판 (SP) 중에서의 음속을 Vs 라고 표기한다.
본 실시형태에서는, 먼저, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 설정하고, 선분 (P'X) 과 선분 (XY) 이 이루는 각도로부터 초음파 신호의 입사각 (θw) 을 구한다. 또한, 선분 (XY) 은, 입사점 (X) 을 통과하는 강판 (SP) 의 법선을 나타낸다. 다음으로, 스넬의 법칙에 의하면, 초음파 신호의 굴절각 (θs) 은 상기 서술한 수식 (6) 을 만족한다. 따라서, 수식 (6) 에 초음파 신호의 입사각 (θw) 을 대입함으로써 초음파 신호의 굴절각 (θs) 을 구할 수 있다. 또한, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 통과하여 굴절각 (θs) 으로 굴절하는 직선과 선분 (OP) 의 교점 (C) 도 구할 수 있다. 따라서, 초음파의 입사점 (X) 을 변화시키면서 교점 (C) 과 상정 결함 위치 (PF) 가 일치하는 초음파 신호의 입사점 (X) 을 탐색함으로써, 입사점 (X) 에 입사하여 상정 결함 위치 (PF) 를 통과하는 초음파 신호의 전파 경로를 산출할 수 있다.
도 15 는, 본 발명의 제 2 실시형태인 전파 경로 산출 처리의 다른 양태를 설명하기 위한 모식도이다. 본 실시형태에서는, 먼저, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 설정하고, 선분 (P'X) 과 선분 (XY) 이 이루는 각도로부터 초음파 신호의 입사각 (θw) 을 구한다. 그리고, 초음파 신호의 입사점 (X) 을 변화시키면서 선분 (XY) 과 선분 (PFX) 이 이루는 각도 (θ) 가 상기 서술한 수식 (7) 에 나타내는 스넬의 법칙을 만족하는 각도 (θ) 를 탐색함으로써, 입사점 (X) 에 입사하여 상정 결함 위치 (PF) 를 통과하는 초음파 신호의 전파 경로를 산출할 수 있다.
＜지연 시간 산출 처리＞
도 16 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 지연 시간 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다. 도 16 에 나타내는 바와 같이, 초음파 탐촉자 (11) 와 상정 결함 위치 (PF) 에 위치하는 내부 결함의 위치 관계가 변화하면, 초음파 탐촉자 (11) 에 의해 수신되는 결함 신호의 강도 및 수신 시간은 변화한다. 구체적으로는, 제 3 결함 신호 (RW3) 및 제 4 결함 신호 (RW4) 는 각각, 초음파 탐촉자 (11) 가 위치 (P4) 및 위치 (P5) 에 있을 때에 수신된 결함으로부터의 초음파의 반사 신호이다. 여기서, 수침 탐상법에 있어서의 매질인 수중의 음속을 Vw, 환봉체 (RB) 중의 음속을 Vs 라고 나타내면, 제 3 결함 신호 (RW3) 의 전파 시간 (T3) 은 상기 서술한 수식 (8) (T1 을 T3 으로 치환), 제 4 결함 신호 (RW4) 의 전파 시간 (T4) 은 상기 서술한 수식 (9) (T2 를 T4 로 치환), 전파 시간 (T3) 과 전파 시간 (T4) 의 차인 지연 시간 (ΔT1) 은 상기 서술한 수식 (10) (ΔT 를 ΔT1 로 치환) 을 사용하여 산출할 수 있다.
여기서, 기준이 되는 결함 신호에 대한 복수의 결함 신호의 각 수신 위치에서의 지연 시간을 계산하여 복수의 결함 신호를 합성함으로써 랜덤의 노이즈는 서로 지우기 때문에, 결함 신호의 S/N 비는 개선된다. 또한, 제 4 결함 신호 (RW4) 를 기준으로 했을 경우, 제 3 결함 신호 (RW3) 는 지연 시간 (ΔT1) 만큼 지연되어 모두 더해진다. 이로써, 랜덤의 노이즈는 서로 지워지고, 위상이 정렬된 결함 신호는 서로 강하게 하기 때문에, 신호 처리 전과 비교하여 결함 신호의 S/N 비는 높아진다. 또한, 초음파 탐촉자 (11) 의 위치나 강판 (SP) 의 깊이 위치마다 각각 지연 시간을 계산하여 개구 합성 처리를 실시함으로써, 강판 (SP) 내의 어느 깊이 위치에 결함이 있는 경우에도 높은 S/N 비로 결함 신호를 검출할 수 있다.
＜수신 음압비 산출 처리 및 최적 합성 폭 산출 처리＞
도 17 은, 합성 폭과 S/N 비 향상 계수 (E) 의 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 17 은, 주파수 5 ㎒, 직경 12.6 ㎜ 의 환형 초음파 탐촉자를 0.05 ㎜ 피치로 강판 (SP) 의 폭 방향으로 이동시키면서 판 두께 150 ㎜ 의 강판 (SP) 의 초음파 탐상을 실시하고, 깊이 25, 50, 75, 100, 125 ㎜ (depth 25, 50, 75, 100, 125) 의 위치에 있는 내부 결함에 대하여 개구 합성 처리를 실시했을 때의 합성 폭과 S/N 비 향상 계수 (E) 의 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도 17 에 나타내는 바와 같이, 각 깊이 위치에서 S/N 비 향상 계수 (E) 를 최대로 하는 합성 폭은 상이하고, 전체 깊이 위치에서 합성 폭을 0.8, 2.6 ㎜ 로 일정하게 한 경우에는, 전체 깊이 위치에서 각각 최적의 합성 폭을 설정했을 경우와 비교하여 S/N 비가 최대 4 dB 감소한다. 단, 합성 폭 0.8, 2.6 ㎜ 는 각각 깊이 25, 125 ㎜ 의 위치에서 개구 합성 처리를 실시하는 경우의 합성 폭의 최적치이다.
도 18 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 최적 합성 폭 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다. 본 실시형태에서는, 전파 경로 산출 처리에 의해 산출된 초음파 신호의 전파 경로로부터 초음파 신호의 지향각 (ψ) 을 산출하고, 초음파 탐촉자 (11) 와 결함의 위치 관계가 변화했을 때의 결함 신호의 수신 음압비의 변화를 계산하고, 수신 음압비의 분포로부터 합성 폭을 산출한다. 여기서, 초음파 탐촉자 (11) 의 폭 방향의 이동 속도를 V1, 강판 (SP) 중의 음속을 Vs, 초음파 탐촉자 (11) 의 PRF 를 f, 초음파 탐촉자 (11) 의 주파수를 F, 초음파 탐촉자 (11) 의 길이를 D (환형인 경우에는 반경, 직사각형인 경우에는 변 길이), 초음파 탐촉자 (11) 와 강판 (SP) 표면 사이의 거리를 W, 수침 탐상법에 있어서의 매질인 수중에서의 음속을 Vw, 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축 상에 존재하는 상정 결함 위치를 PF, 상정 결함 위치 (PF) 의 강판 (SP) 표면으로부터의 깊이를 d, 초음파 탐촉자 (11) 의 초기 위치 (P) 로부터 x 만큼 이동했을 때의 초음파 탐촉자 (11) 의 위치를 P', 초음파 탐촉자 (11) 의 위치 (P') 와 상정 결함 위치 (PF) 에 대하여, 전파 경로 산출 처리를 실시했을 경우의 초음파 신호의 전파 경로와 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축이 이루는 각을 ψ (지향각) 라고 한다.
수신 음압의 계산은 기본적으로는 원거리 음장을 가정하여 실시하기 때문에, 상정 결함 위치 (PF) 가 상기 서술한 수식 (11) 을 만족하는 것이 조건이 된다. 여기서, 근거리 음장 한계 거리 (x0) 는 상기 서술한 수식 (12) 로 나타낸다. 단, 상정 결함 위치 (PF) 가 상기 서술한 수식 (11) 을 만족하지 않는 경우에는, 근거리 음장의 음압 계산을 적용함으로써 합성 폭을 산출할 수 있다.
초음파 탐촉자 (11) 가 환형인 경우, 위치 (P) 에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 위치 (P') 에 있어서의 결함 신호의 수신 음압의 비 (수신 음압비) (R) 는 지향각 (ψ) 을 사용하여 상기 서술한 수식 (13) ∼ (15) 에 의해 나타낼 수 있다. 한편, 초음파 탐촉자 (11) 가 직사각형 형상인 경우에는, 수신 음압비 (R) 는 지향각 (ψ) 을 이용하여, 상기 서술한 수식 (13), (15), (16) 에 의해 나타낼 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 순서에 의해 계산한 수신 음압비 (R) 를 사용하여 합성 폭을 산출한다. 구체적으로는, 초음파 탐촉자 (11) 에 의해, 초음파 탐촉자 (11) 가 위치 Δx 이동할 때마다 결함 신호가 수신된다. 이동 피치 Δx 는 이하에 나타내는 수식 (22) 에 의해 나타낸다.
Figure pct00022
초음파 탐촉자 (11) 의 위치가 -n1Δx 로부터 n2Δx 까지 이동하는 범위 내에서 취득한 결함 신호에 대하여 지연 시간을 곱하여 가산 평균을 하는 개구 합성 처리를 실시했을 경우의 개구 합성 후 수신 음압비 (S) 는, 이하에 나타내는 수식 (23) 에 의해 나타낸다. 여기서, 수식 (23) 에 있어서, R (nΔx) 는 초음파 탐촉자 (11) 가 위치 (P) 로부터 nΔx 이동한 위치에서의 수신 음압비를 나타낸다. 초음파 탐촉자 (11) 의 위치 (P) 는, 초음파 탐촉자 (11) 의 중심축 상으로 한정되는 것이 아니고, 탐상 조건에 맞추어 설정할 수 있다.
Figure pct00023
가산 횟수 N (= n1 ＋ n2 ＋ 1) 의 가산 평균에 의해 노이즈가 1/N1/2 이 된다고 가정하면, 초음파 탐촉자 (11) 의 위치 (P) 에서의 S/N 비에 대한 개구 합성 처리 후의 S/N 비 향상 계수 (E) 는 상기 서술한 수식 (19) 로 나타낸다.
그래서, 수식 (19) 에 의해 S/N 비 향상 계수 (E) 가 최대가 되는 합성 폭 (N) 을 설정하고, 개구 합성 처리를 실시함으로써, 결함 신호의 S/N 비를 최대화할 수 있다. 또한, 상기 서술한 수식 (20) 을 만족하는 가산 횟수 N 을 결정하고, 개구 합성 처리를 실시함으로써 충분히 결함 신호의 S/N 비를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 개구 합성 처리에 의해 저감된 강도를 처리 전의 강도로 보정하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명을 강재의 제조 설비 열을 구성하는 검사 장치로서 적용하고, 본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치에 있어서 제조 장치에 의해 제조된 강재의 내부를 검사하여 탐상하도록 해도 된다. 또한, 본 발명을 강재의 제조 방법에 포함되는 검사 스텝으로서 적용하고, 제조 스텝에 있어서 제조된 강재의 내부를 검사하여 탐상하도록 해도 된다. 탐상 스텝에서는, 검사 스텝에 있어서의 개구 합성 처리의 결과에 기초하여 강재 내부의 결함을 탐상하고, 결함의 유무, 결함 위치, 결함 사이즈 등에 대한 결과를 얻는다.
또한, 본 발명을 강재의 품질 보증 방법에 적용하여, 강재의 내부를 검사하여 탐상함으로써 강재의 품질 보증을 실시하도록 해도 된다. 구체적으로는, 본 발명에서 강재의 내부를 탐상 스텝에서 탐상하고, 탐상 스텝에서 얻어진 탐상 결과로부터 강재의 품질 보증을 실시할 수 있다. 탐상 스텝에서는, 검사 스텝에 있어서의 개구 합성 처리의 결과에 기초하여 강재 내부의 결함을 탐상하고, 결함의 유무, 결함 위치, 결함 사이즈 등에 대한 결과를 얻는다. 다음으로 계속되는 품질 보증 스텝에서는, 탐상 스텝에 의해 얻어진, 결함 유무, 결함 위치, 결함 사이즈에 관련되는 결과에 기초하여, 제조된 강재가 미리 지정된 기준을 만족하고 있는지 여부를 판정하고, 강재의 품질을 보증한다. 이와 같이, 본 실시형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예, 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 실험적 또는 경험적인 결정 방법에 의하지 않고 이론적으로 결정한 합성 폭을 사용한 개구 합성 처리에 의해, 검사재의 각 깊이에서 높은 검출능 및 분해능의 초음파 탐상을 실행 가능한 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 강재를 양호한 수율로 제조 가능한 강재의 제조 설비 열 및 강재의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 고품질의 강재를 제공 가능한 강재의 품질 보증 방법을 제공할 수 있다.
1 ; 초음파 탐상 장치
11 ; 초음파 탐촉자
12 ; 프로브 헤드
13 ; 가대
14 ; 회전 구동 장치
15 ; 펄서
16 ; 리시버
17 ; A/D 컨버터
18 ; 기록 장치
19 ; 신호 처리 장치
20 ; 표시 장치
RB ; 환봉체

Claims (10)

  1. 초음파 탐촉자로부터 검사재에 초음파 신호를 송신하고, 상기 검사재의 내부에서 반사된 초음파 신호를 결함 신호로서 초음파 탐촉자에 있어서 수신함으로써, 상기 검사재의 내부를 검사하는 초음파 탐상 방법으로서,
    상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 위치 관계를 변화시키면서 초음파 탐촉자에 있어서 복수의 결함 신호를 수신하는 수신 스텝과,
    상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 각 위치 관계에 있어서, 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비를 수신 음압비로서 산출하고, 산출된 수신 음압비에 기초하여, 검사재의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 결정하는 결정 스텝과,
    결정한 합성 폭에 따라서 복수의 결함 신호를 사용하여 개구 합성 처리를 실행함으로써 상기 검사재의 내부를 검사하는 검사 스텝,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 스텝은, 상기 수신 음압비의 변화율로부터 개구 합성 처리에 의한 결함 신호의 S/N 비의 변화율을 산출하고, 결함 신호의 S/N 비의 변화율이 소정치 이상이 되는 합성 폭을 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭으로 결정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 결정 스텝은, 상기 초음파 탐촉자가 원형의 초음파 탐촉자인 경우, 이하에 나타내는 수식 (1) 및 수식 (2) 를 이용하여 초음파 신호의 지향각 ψ 을 사용하여 수신 음압비 R 를 산출하고, 상기 초음파 탐촉자가 직사각형의 초음파 탐촉자인 경우에는, 이하에 나타내는 수식 (1) 및 수식 (3) 을 이용하여 초음파 신호의 지향각 ψ 을 사용하여 수신 음압비 R 을 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
    단, 수식 (2) 및 수식 (3) 에 있어서의 파라미터 m 은, 지향각 ψ 에 의해 결정되는 계수이다.
    Figure pct00024

    Figure pct00025

    Figure pct00026
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검사 스텝은, 이하에 나타내는 수식 (4), (5) 를 사용하여, 개구 합성 처리에 의해 얻어진 결함 신호 A 를 N 점의 수신 음압비 Rn (n = 0 ∼ N) 를 가산 평균한 개구 합성 후 수신 음압비 S 로 제산함으로써, 결함 신호 A 의 강도를 보정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
    Figure pct00027

    Figure pct00028
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정 스텝은, 상기 초음파 탐촉자와 내부 결함의 깊이 위치의 위치 관계로부터 검사재에 있어서의 임의의 초음파 신호의 입사 범위를 설정하고, 설정한 초음파 신호의 입사 범위 내에 있어서 스넬의 법칙에 기초하여 초음파 신호의 전파 경로를 산출하고, 좌표 계산에 의해 초음파 신호의 전파 경로가 내부 결함을 통과하는지 여부를 판정하는 계산을 반복하여 실시함으로써 내부 결함의 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로를 산출하고, 산출된 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로에 기초하여 개구 합성 처리에 필요한 복수의 결함 신호의 지연 시간을 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정 스텝은, 상기 초음파 탐촉자와 내부 결함의 깊이 위치의 위치 관계로부터 검사재에 있어서의 임의의 초음파 신호의 입사 범위를 설정하고, 설정한 초음파 신호의 입사 범위 내에 있어서 초음파 신호의 입사점에 있어서의 검사재의 법선과, 초음파 탐촉자와 초음파 신호의 입사점을 연결하는 선분이 이루는 각도 및 상정 결함 위치와 초음파 신호의 입사점을 연결하는 선분이 이루는 각도가 스넬의 법칙을 만족하는지 여부를 판정하는 계산을 반복하여 실시함으로써 내부 결함의 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로를 산출하고, 산출된 각 깊이 위치에 대한 초음파 신호의 전파 경로에 기초하여 개구 합성 처리에 필요한 복수의 결함 신호의 지연 시간을 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  7. 초음파 탐촉자로부터 검사재에 초음파 신호를 송신하고, 상기 검사재의 내부에서 반사된 초음파 신호를 결함 신호로서 초음파 탐촉자에 있어서 수신함으로써, 상기 검사재의 내부를 검사하는 초음파 탐상 장치로서,
    상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 위치 관계를 변화시키면서 초음파 탐촉자에 있어서 복수의 결함 신호를 수신하는 수신 수단과,
    상기 검사재와 상기 초음파 탐촉자의 각 위치 관계에 있어서, 기준 위치에 있어서의 결함 신호의 수신 음압에 대한 결함 신호의 수신 음압의 비를 수신 음압비로서 산출하고, 산출된 수신 음압비에 기초하여, 검사재의 각 깊이 위치에서의 개구 합성 처리에 있어서의 합성 폭을 결정하는 결정 수단과,
    결정한 합성 폭에 따라서 복수의 결함 신호를 사용하여 개구 합성 처리를 실행함으로써 상기 검사재의 내부를 검사하는 검사 수단,
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  8. 강재를 제조하는 제조 장치와,
    상기 제조 장치에 의해 제조된 상기 강재의 내부를 검사하는, 제 7 항에 기재된 초음파 탐상 장치,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조 설비 열.
  9. 강재를 제조하는 제조 스텝과,
    제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 초음파 탐상 방법으로, 상기 제조 스텝에 있어서 제조된 강재의 내부를 탐상하는 탐상 스텝,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 초음파 탐상 방법으로, 강재의 내부를 탐상하는 탐상 스텝과,
    상기 탐상 스텝으로 얻어진 탐상 결과로부터 상기 강재의 품질 보증을 실시하는 품질 보증 스텝,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 강재의 품질 보증 방법.
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