KR20230035669A - Ultrasonic testing device and ultrasonic testing method - Google Patents
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Abstract
결함부의 검출 성능, 예를 들어 표시 화상의 해상도가 우수한 초음파 검사 장치를 제공한다. 이 때문에, 초음파 검사 장치(Z)는, 피검사체로의 초음파빔의 주사 및 계측을 행하는 주사 계측 장치(1)와, 주사 계측 장치(1)의 구동을 제어하는 제어 장치(2)를 구비하고, 주사 계측 장치(1)는 초음파빔을 방출하는 송신 프로브(110)와, 초음파빔을 수신하는 편심 배치 수신 프로브(120)를 구비하고, 송신 프로브(110)의 송신음축과 편심 배치 수신 프로브(120)의 수신음축의 편심 거리가 제로보다도 커지도록 편심 배치 수신 프로브(120)가 배치되고, 제어 장치(2)는 편심 배치 수신 프로브(120)가 수신한 초음파빔의 신호 위상 정보를 추출하는 위상 추출부(231)와, 추출한 위상 정보의, 주사 위치에 관한 위상 변화량을 산출하는 위상 변화량 산출부(232)를 구비한다.Provided is an ultrasonic inspection apparatus that is excellent in detecting performance of defects, for example, in resolution of a displayed image. For this reason, the ultrasonic inspection device Z is provided with a scanning measuring device 1 that scans and measures an ultrasonic beam on an object to be inspected, and a control device 2 that controls driving of the scanning measuring device 1. , The scanning measuring device 1 includes a transmission probe 110 that emits an ultrasonic beam and an eccentrically placed receiving probe 120 that receives the ultrasonic beam, and the transmission sound axis of the transmission probe 110 and the eccentrically placed receiving probe ( The eccentrically placed receiving probe 120 is arranged so that the eccentric distance of the receiving sound axis of the receiving sound axis of 120 is greater than zero, and the control device 2 extracts the signal phase information of the ultrasonic beam received by the eccentrically placed receiving probe 120. Phase extraction A unit 231 and a phase change amount calculation unit 232 that calculates the amount of phase change related to the scanning position of the extracted phase information are provided.
Description
본 개시는, 초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method.
초음파빔을 사용한 피검사체의 결함부의 검사 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 피검사체의 내부에 공기 등의 음향 임피던스가 작은 결함부(공동 등)가 있는 경우, 피검사체의 내부에서 음향 임피던스의 갭이 생기므로, 초음파빔의 투과량이 작아진다. 따라서, 초음파빔의 투과량을 계측함으로써, 피검사체 내부의 결함부를 검출할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] A method for inspecting a defective part of an object to be inspected using an ultrasonic beam is known. For example, when there is a defect (cavity, etc.) with a small acoustic impedance such as air inside the inspected object, an acoustic impedance gap is created inside the inspected object, so that the transmission amount of the ultrasonic beam is reduced. Therefore, by measuring the transmittance of the ultrasonic beam, it is possible to detect a defect inside the inspected object.
초음파 검사 장치에 대하여 특허문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 초음파 검사 장치에서는, 연속되는 소정 개수의 마이너스의 구형파로 이루어지는 구형파 버스트 신호를 피검체에 공기를 통해 대향 배치된 송신 초음파 탐촉자에 인가한다. 피검체에 공기를 통해 대향 배치되어 수신 초음파 탐촉자로 피검체를 전반한 초음파를 투과파 신호로 변환한다. 이 투과파 신호의 신호 레벨에 기초하여 피검체의 결함 유무를 판정한다. 또한, 송신 초음파 탐촉자 및 수신 초음파 탐촉자는, 진동자 및 당해 진동자의 초음파 송수신측에 설치된 전방면판의 음향 임피던스를, 피검체에 맞닿아서 사용하는 접촉형 초음파 탐촉자에 비교하여 낮게 설정하고 있다.The technology described in
특허문헌 1에 기재된 초음파 검사 장치에서는, 피검사체 중의 미소한 결함부를 관측할 때, 관측된 결함부 화상의 해상도가 저하된다는 과제가 있다. 즉, 결함부에 대응하는 화상의 윤곽이 희미해진다는 과제가 있다. 이것은, 초음파빔의 일부가 결함부에 차단된 경우에서도, 수신 신호에 변화가 발생하기 때문이다. 이 과제는, 특히 검출하고자 하는 결함부의 사이즈가, 초음파빔의 크기(빔 직경)와 동일 정도이거나, 혹은, 보다 작은 크기의 경우에 특히 현저해진다.In the ultrasonic inspection apparatus described in
본 개시가 해결하고자 하는 과제는, 결함부의 검출 성능, 예를 들어 표시 화상의 해상도가 우수한 초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법의 제공이다.The problem to be solved by the present disclosure is to provide an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method that are excellent in detecting performance of defective parts, for example, in resolution of a displayed image.
본 개시에 관한 초음파 검사 장치는, 유체를 통해 피검사체에 초음파빔을 입사함으로써 상기 피검사체의 검사를 행하는 초음파 검사 장치이며, 상기 피검사체로의 상기 초음파빔의 주사 및 계측을 행하는 주사 계측 장치와, 상기 주사 계측 장치의 구동을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 주사 계측 장치는, 상기 초음파빔을 방출하는 송신 프로브와 편심 배치 수신 프로브를 구비하고, 상기 송신 프로브의 송신음축과 상기 편심 배치 수신 프로브의 수신음축의 편심 거리가 제로보다도 커지도록 상기 편심 배치 수신 프로브가 배치되고,An ultrasonic inspection device according to the present disclosure is an ultrasonic inspection device that inspects an object to be inspected by incident an ultrasonic beam on the object to be inspected through a fluid, and includes a scanning measuring device that scans and measures the ultrasonic beam onto the object to be inspected. , a control device for controlling driving of the scanning measuring device, wherein the scanning measuring device includes a transmitting probe emitting the ultrasonic beam and an eccentrically positioned receiving probe, and a transmission sound axis of the transmitting probe and the eccentrically positioned receiving probe. The eccentrically placed receiving probe is arranged so that the eccentric distance of the receiving sound axis of the probe is larger than zero;
상기 제어 장치는, 상기 편심 배치 수신 프로브가 수신한 상기 초음파빔의 신호 위상 정보를 추출하는 위상 추출부와, 추출한 상기 위상 정보의, 주사 위치마다의 변화량을 산출하는 위상 변화량 산출부를 구비한 초음파 검사 장치에 관한 것이다. 그 밖의 해결 수단은 발명을 실시하기 위한 형태에 있어서 후기한다.The control device includes a phase extraction unit for extracting signal phase information of the ultrasound beam received by the eccentrically placed receiving probe, and a phase change amount calculation unit for calculating a change amount of the extracted phase information for each scanning position. It's about the device. Other solutions are described later in the form for implementing the invention.
본 개시에 의하면, 결함부의 검출 성능, 예를 들어 표시 화상의 해상도가 우수한 초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법을 제공할 수 있다.According to the present disclosure, it is possible to provide an ultrasonic inspection device and an ultrasonic inspection method that are excellent in the detection performance of a defect part, for example, the resolution of a displayed image.
도 1은 제1 실시 형태의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2a는 송신음축, 수신음축 및 편심 거리를 설명하는 도면이며, 송신음축 및 수신음축이 연직 방향으로 연장되는 경우이다.
도 2b는 송신음축, 수신음축 및 편심 거리를 설명하는 도면이며, 송신음축 및 수신음축이 경사지게 연장되는 경우이다.
도 3은 송신 프로브의 구조를 도시하는 단면 모식도이다.
도 4a는 편심 배치 수신 프로브로부터의 수신 파형이며, 피검사체(E)의 건전부(N)에서의 수신 파형을 도시하는 도면이다.
도 4b는 편심 배치 수신 프로브로부터의 수신 파형이며, 피검사체(E)의 결함부(D)에서의 수신 파형을 도시하는 도면이다.
도 5는 신호 강도 데이터의 플롯예를 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 실시 형태에 있어서의 초음파빔의 전반 경로이며, 건전부에 초음파빔이 입사된 경우를 도시하는 도면이다.
도 6b는 본 실시 형태에 있어서의 초음파빔의 전반 경로이며, 결함부에 초음파빔이 입사된 경우를 도시하는 도면이다.
도 7a는 종래의 초음파 검사 방법에서의 초음파빔의 전반 경로를 도시하는 도면이며, 건전부로의 입사 시를 도시하는 도면이다.
도 7b는 종래의 초음파 검사 방법에서의 초음파빔의 전반 경로를 도시하는 도면이며, 결함부에의 입사 시를 도시하는 도면이다.
도 8은 종래의 초음파 검사 방법에서의 신호 강도 데이터의 플롯을 도시하는 도면이다.
도 9a는 피검사체 내에서의 결함부와 초음파빔의 상호 작용을 도시하는 도면이며, 직달하는 초음파빔을 수신하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 9b는 피검사체 내에서의 결함부와 초음파빔의 상호 작용을 도시하는 도면이며, 산란파를 수신하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 10은 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 11은 x축 방향의 각 주사 위치에서의 편심 배치 수신 프로브의 수신 신호의 변화를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 12a는 초음파빔이 결함부에 입사되지 않는 주사 위치를 도시하는 도면이다.
도 12b는 초음파빔이 결함부에 입사되지만 송신음축이 결함부에 들어가지 않는 주사 위치를 도시하는 도면이다.
도 12c는 초음파빔이 결함부에 입사되고, 또한, 송신음축이 결함부에 들어가는 주사 위치를 도시하는 도면이다.
도 13은 제어 장치의 하드웨어 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 제1 실시 형태의 초음파 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 제2 실시 형태에서의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 16은 제2 실시 형태에서의 초음파 검사 장치의 기능 블록도이다.
도 17은 제3 실시 형태의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 18은 제4 실시 형태의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 19는 제5 실시 형태에서의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 20은 제5 실시 형태에서의 초음파 검사 장치의 기능 블록도이다.
도 21은 제6 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치에 있어서의 송신 프로브와, 편심 배치 수신 프로브의 관계를 도시하는 도면이다.
도 22는 송신 프로브에 있어서의 빔 입사 면적 및 편심 배치 수신 프로브에 있어서의 빔 입사 면적의 관계를 설명하는 도면이다.
도 23은 제7 실시 형태에 관한 편심 배치 수신 프로브의 예를 나타내는 도면이다.
도 24는 제8 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치의 주사 계측 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 25는 제8 실시 형태에 의한 효과가 발생하는 이유를 설명하는 도면이다.
도 26은 제9 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 27은 제9 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치의 기능 블록도이다.
도 28은 제10 실시 형태에 있어서의 편심 배치 수신 프로브의 배치를 도시하는 도면이다.
도 29는 제11 실시 형태에 있어서의 편심 배치 수신 프로브의 배치를 도시하는 도면이며, 단위 프로브를 경사지게 배치한 도면이다.
도 30은 제11 실시 형태에 있어서의 편심 배치 수신 프로브의 배치를 도시하는 도면이며, 단위 프로브를 연직 방향으로 배치한 도면이다.
도 31은 제12 실시 형태의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 32는 제13 실시 형태의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 33은 제14 실시 형태의 초음파 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a first embodiment.
Figure 2a is a diagram explaining the transmission sound axis, the reception sound axis and the eccentric distance, in the case where the transmission sound axis and the reception sound axis extend in the vertical direction.
Figure 2b is a diagram explaining the transmission sound axis, the reception sound axis and the eccentric distance, in the case where the transmission sound axis and the reception sound axis extend obliquely.
3 is a cross-sectional schematic diagram showing the structure of a transmission probe.
FIG. 4A is a received waveform from an eccentrically placed receiving probe, and is a diagram showing a received waveform at a sound portion N of an object E to be inspected.
FIG. 4B is a received waveform from an eccentrically placed receiving probe, and is a diagram showing a received waveform at a defective portion D of an object E to be inspected.
5 is a diagram showing an example of a plot of signal strength data.
Fig. 6A is a diagram showing a propagation path of an ultrasonic beam in the present embodiment, when the ultrasonic beam is incident on a sound field.
Fig. 6B is a propagation path of an ultrasonic beam in the present embodiment, and is a diagram showing the case where the ultrasonic beam is incident on a defect part.
7A is a diagram showing a propagation path of an ultrasonic beam in a conventional ultrasonic inspection method, and is a diagram showing the incidence of an ultrasonic beam into a sound part.
FIG. 7B is a diagram showing a propagation path of an ultrasonic beam in a conventional ultrasonic inspection method, and is a diagram showing the incidence of an ultrasonic beam on a defect part.
8 is a diagram showing a plot of signal intensity data in a conventional ultrasonic inspection method.
FIG. 9A is a diagram illustrating an interaction between a defective part and an ultrasonic beam in an object to be inspected, and is a diagram illustrating receiving a direct ultrasonic beam.
9B is a diagram illustrating an interaction between a defect in an object to be inspected and an ultrasonic beam, and is a diagram illustrating reception of scattered waves.
10 is a functional block diagram of a control device.
Fig. 11 is a diagram schematically showing a change in a received signal of an eccentrically arranged receiving probe at each scan position in the x-axis direction.
12A is a diagram showing a scanning position where an ultrasonic beam is not incident on a defect part.
FIG. 12B is a diagram showing a scanning position where an ultrasonic beam is incident on a defective portion but a transmission sound axis does not enter the defective portion.
Fig. 12C is a diagram showing scanning positions at which an ultrasonic beam is incident on a defective portion and a transmission sound axis enters the defective portion.
13 is a diagram showing the hardware configuration of the control device.
14 is a flowchart showing the ultrasonic inspection method according to the first embodiment.
Fig. 15 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus in the second embodiment.
Fig. 16 is a functional block diagram of an ultrasonic inspection apparatus in the second embodiment.
Fig. 17 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a third embodiment.
Fig. 18 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a fourth embodiment.
Fig. 19 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus in a fifth embodiment.
20 is a functional block diagram of an ultrasonic inspection apparatus in a fifth embodiment.
Fig. 21 is a diagram showing the relationship between a transmission probe and an eccentrically disposed receiving probe in the ultrasonic inspection apparatus according to the sixth embodiment.
Fig. 22 is a diagram explaining the relationship between the beam incident area of a transmission probe and the beam incident area of an eccentrically placed receiving probe.
23 is a diagram showing an example of an eccentrically arranged receiving probe according to a seventh embodiment.
Fig. 24 is a diagram showing the configuration of a scanning measurement device of an ultrasonic inspection apparatus according to an eighth embodiment.
Fig. 25 is a diagram explaining the reason why the effect according to the eighth embodiment occurs.
Fig. 26 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a ninth embodiment.
Fig. 27 is a functional block diagram of an ultrasonic inspection apparatus according to a ninth embodiment.
28 is a diagram showing the arrangement of eccentrically arranged receiving probes in the tenth embodiment.
Fig. 29 is a diagram showing the arrangement of eccentrically arranged receiving probes in the eleventh embodiment, in which the unit probes are arranged at an angle.
30 is a diagram showing the arrangement of eccentrically arranged receiving probes in the eleventh embodiment, and is a view in which the unit probes are arranged in the vertical direction.
Fig. 31 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a twelfth embodiment.
Fig. 32 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a thirteenth embodiment.
33 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a fourteenth embodiment.
이하, 도면을 참조하면서 본 개시를 실시하기 위한 형태(실시 형태라고 칭함)를 설명한다. 단, 본 개시는 이하의 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 다른 실시 형태끼리를 조합하거나, 본 개시의 효과를 현저하게 손상시키지 않는 범위에서 임의로 변형시키거나 할 수 있다. 또한, 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 명칭을 붙이는 것으로 한다. 도시의 내용은, 어디까지나 모식적인 것이며, 도시의 사정상, 본 개시의 효과를 현저하게 손상시키지 않는 범위에서 실제의 구성으로부터 변경하는 경우가 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form (referred to as an embodiment) for implementing this disclosure is described, referring drawings. However, the present disclosure is not limited to the following embodiments, and, for example, combinations of different embodiments or modifications can be made arbitrarily within a range not significantly impairing the effect of the present disclosure. In addition, the same code|symbol shall be attached|subjected about the same member, and overlapping description is abbreviate|omitted. In addition, the thing which has the same function shall attach the same name. The contents of the illustration are exemplary only, and for the sake of illustration, there are cases where they are changed from the actual configuration within a range that does not significantly impair the effect of the present disclosure.
(제1 실시 형태)(First Embodiment)
도 1은, 제1 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에서는, 주사 계측 장치(1)는 단면 모식도로 도시하고 있다. 도 1에는, 지면 좌우 방향으로서의 x축, 지면 직교 방향으로서의 y축, 지면 상하 방향으로서의 z축을 포함하는 직교 3축의 좌표계가 나타내어진다.1 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a first embodiment. In FIG. 1, the
초음파 검사 장치(Z)는, 유체(F)를 통해 피검사체(E)에 초음파빔(U)(도 3)을 입사함으로써 피검사체(E)의 검사를 행하는 것이다. 유체(F)는 예를 들어 물 등의 액체(W)(도 17), 공기 등의 기체(G)이며, 피검사체(E)는 유체(F) 중에 존재한다. 제1 실시 형태에서는, 유체(F)로서 공기(기체(G)의 일례)가 사용된다. 따라서, 주사 계측 장치(1)의 하우징(101)의 내부는 공기로 채워진 공동으로 되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 초음파 검사 장치(Z)는, 주사 계측 장치(1)와, 제어 장치(2)와, 표시 장치(3)를 구비한다. 표시 장치(3)는 제어 장치(2)에 접속된다.The ultrasonic inspection device Z is configured to inspect the object E to be inspected by incident an ultrasonic beam U ( FIG. 3 ) on the object E to be inspected through the fluid F. The fluid F is, for example, a liquid W such as water (FIG. 17) or a gas G such as air, and the inspected object E exists in the fluid F. In the first embodiment, air (an example of gas G) is used as the fluid F. Accordingly, the inside of the
주사 계측 장치(1)는 피검사체(E)로의 초음파빔(U)의 주사 및 계측을 행하는 것이며, 하우징(101)에 고정된 시료대(102)를 구비하고, 시료대(102)에는 피검사체(E)가 적재된다. 피검사체(E)는, 임의의 재료로 구성되어 있다. 피검사체(E)는 예를 들어 고체 재료이며, 보다 구체적으로는 예를 들어 금속, 유리, 수지 재료, 혹은 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱, Carbon-Fiber Reinforced Plastics) 등의 복합 재료 등이다. 또한, 도 1의 예에 있어서, 피검사체(E)는 내부에 결함부(D)를 갖고 있다. 결함부(D)는, 공동 등이다. 결함부(D)의 예는, 공동, 본래 있어야 할 재료와 다른 이물재 등이다. 피검사체(E)에 있어서, 결함부(D) 이외의 부분을 건전부(N)라고 칭한다.The
결함부(D)와 건전부(N)는, 구성하는 재료가 다르므로, 양자간에서는 음향 임피던스가 다르며, 초음파빔(U)의 전반 특성이 변화된다. 초음파 검사 장치(Z)는, 이 변화를 관측하여, 결함부(D)를 검출한다.Since the defective portion D and the intact portion N are made of different materials, the acoustic impedance is different between them, and the propagation characteristics of the ultrasonic beam U change. The ultrasonic inspection apparatus Z observes this change and detects the defective part D.
주사 계측 장치(1)는 초음파빔(U)을 방출하는 송신 프로브(110)와, 편심 배치 수신 프로브(120)를 갖는다. 송신 프로브(110)는 송신 프로브 주사부(103)를 통해 하우징(101)에 설치되고, 초음파빔(U)을 방출한다. 편심 배치 수신 프로브(120)는 피검사체(E)에 관하여 송신 프로브(110)의 반대측에 설치되어 초음파빔(U)을 수신하는 수신 프로브(121)이다. 편심 배치 수신 프로브(120)는 송신 프로브(110)의 송신음축(AX1)과는 다른 위치에 수신음축(AX2)을 갖는다. 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)의 거리가 편심 거리 L이다. 편심 배치 수신 프로브(120)는 수신 프로브 주사부(104)를 통해 하우징(101)에 설치된다.The
또한, 본 명세서에 있어서는, 초음파빔(U)을 수신하는 수신 프로브(121) 중, 편심 거리 L이 제로보다 큰 위치에 배치된 것을 편심 배치 수신 프로브(120)라고 정의하고, 편심 거리 L이 제로의 위치에 배치된 것을 동축 배치 수신 프로브(140)(도 2a 등)라고 정의한다. 바꾸어 말하면, 수신 프로브(121)는 편심 배치 수신 프로브(120)와 동축 배치 수신 프로브(140)를 포괄하는 용어이며, 편심 거리 L에 구애되지 않고, 초음파를 수신하는 프로브를 나타내는 명칭이다.In addition, in the present specification, among the receiving probes 121 that receive the ultrasonic beam U, those disposed at positions having an eccentric distance L greater than zero are defined as eccentrically disposed receiving probes 120, and the eccentric distance L is zero. What is disposed at the position of is defined as a coaxial arrangement receiving probe 140 (Fig. 2a, etc.). In other words, the receiving probe 121 is a term encompassing the eccentrically
여기서, 「송신 프로브(110)의 반대측」이란, 피검사체(E)에 의해 구획되는 2개의 공간 중, 송신 프로브(110)가 위치하는 공간과 반대측(z축 방향에 있어서 반대측)의 공간이라고 하는 의미이며, x, y 좌표가 동일한 반대측(즉, xy 평면에 관하여 면 대칭의 위치)이라고 하는 의미가 아니다. 도 1에 도시한 바와 같이, 송신음축(AX1)과, 수신음축(AX2)이, 편심 거리 L만큼 어긋나도록, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)가 설치된다. 또한, 송신음축(AX1), 수신음축(AX2), 편심 거리 L의 구체적 내용에 대해서는 후기한다.Here, "opposite side of the
수신 프로브 주사부(104)가 이동함으로써, 편심 배치 수신 프로브(120)는 시료대(102)를 x축 및 y축 방향으로 주사한다. 송신 프로브(110)와 편심 배치 수신 프로브(120)는, 피검사체(E)를 사이에 두고 x축 방향 또는 y축 방향에 대하여 편심 거리 L을 유지하면서 주사한다(굵은 양쪽 화살표).As the receiving
또한, 주사 계측 장치(1)에서는, 모두 상세는 후기하지만, 편심 거리 L은 이하와 같이 설정되어 있다. 즉, 편심 거리 L이, 초음파빔(U)의, 피검사체(E)의 결함부(D)에서의 산란에 의해 발생하는 산란파(U1)를 수신 가능한 거리로 설정되어 있다. 또는, 피검사체(E)의 결함부(D)로의 입사 시의 편심 배치 수신 프로브(120)에서의 수신 신호 강도가 피검사체(E)의 건전부(N)로의 입사 시의 수신 신호 강도보다도 커지도록, 편심 거리 L이 설정되어 있다. 또는, 편심 거리 L이, 피검사체(E)의 건전부(N)로의 조사 시에 노이즈 이외의 수신 신호가 검출되지 않는 거리로 설정되어 있다.In addition, in the
주사 계측 장치(1)는 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)의 편심 거리 L이 제로보다도 커지도록, 송신 프로브(110) 또는 편심 배치 수신 프로브(120) 중 적어도 한쪽의 위치를 조정하는 편심 거리 조정부(105)를 구비한다. 편심 거리 조정부(105)(편심 거리 조정 기구)는 하우징(101)에 설치되어 있는 수신 프로브 주사부(104)에 구비된다. 그리고, 편심 거리 조정부(105)에는 편심 배치 수신 프로브(120)가 구비된다. 편심 거리 조정부(105)에 의해, 수신 프로브 주사부(104)의 위치로부터 독립적으로 편심 배치 수신 프로브(120)를 이동할 수 있고, 수신음축(AX2)과 송신음축(AX1)의 어긋남이 편심 거리 L이 되도록 설정할 수 있다. 또한, 편심 거리 조정부(105)는 송신 프로브 주사부(103)측에 마련해도 된다. 즉, 수신음축(AX2)과 송신음축(AX1)의 어긋남이 편심 거리 L이 되도록 설정할 수 있으면 되는 것이므로, 편심 거리 조정부(105)를 수신 프로브(121)측에 마련해도, 송신 프로브(110)측에 마련해도 된다.The
주사 계측 장치(1)에는, 제어 장치(2)가 접속되어 있다. 제어 장치(2)는 주사 계측 장치(1)의 구동을 제어하는 것이며, 송신 프로브 주사부(103) 및 수신 프로브 주사부(104)에 지시함으로써, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)의 이동(주사)을 제어한다. 송신 프로브 주사부(103) 및 수신 프로브 주사부(104)가 x축 및 y축 방향에 동기하여 이동함으로써, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)는 피검사체(E)를 x축 및 y축 방향으로 주사한다. 또한, 제어 장치(2)는 송신 프로브(110)로부터 초음파빔(U)을 방출하고, 편심 배치 수신 프로브(120)로부터 취득한 신호에 기초하여 파형 해석을 행한다.A
또한, 본 실시 형태에서는, 피검사체(E)가 시료대(102)를 통해 하우징(101)에 고정된 상태, 즉, 피검사체(E)는 하우징(101)에 대하여 고정된 상태에서, 송신 프로브(110)와 편심 배치 수신 프로브(120)를 주사하는 예가 나타내어진다. 이것과는 반대로, 송신 프로브(110)와 편심 배치 수신 프로브(120)가 하우징(101)에 대하여 고정되고, 피검사체(E)가 이동함으로써, 주사가 행해지는 구성으로 해도 된다.Further, in the present embodiment, the transmission probe is in a state where the test subject E is fixed to the
송신 프로브(110)와 피검사체(E) 사이 및 편심 배치 수신 프로브(120)와 피검사체(E) 사이에는, 도시의 예에서는 기체(G)(유체(F)의 일례. 액체(W)(도 17)여도 됨)가 개재된다. 이 때문에, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)를 피검사체(E)에 비접촉으로 검사할 수 있으므로, xy 면내 방향의 상대 위치를 스무스 또한 고속으로 바꾸는 것이 가능하다. 즉, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)와 피검사체(E) 사이에 유체(F)를 개재시킴으로써, 원활한 주사가 가능해진다.Between the
송신 프로브(110)는 수렴형의 송신 프로브(110)이다. 한편, 편심 배치 수신 프로브(120)는 수렴성이 송신 프로브(110)보다도 완만한 프로브를 사용한다. 본 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)에는 탐촉자면이 평면인 비수렴형의 프로브가 사용된다. 이러한, 비수렴형의 편심 배치 수신 프로브(120)를 사용함으로써 폭넓은 범위에 대하여 결함부(D)의 정보를 수집할 수 있다.The
본 실시 형태에서는, 송신 프로브(110)에 대하여, 도 1의 x축 방향으로 편심 거리 L만큼 편심 배치 수신 프로브(120)가 어긋나게 배치되어 있지만, 도 1의 y축 방향으로 어긋난 상태에서 편심 배치 수신 프로브(120)가 배치되어도 된다. 또는, x축 방향으로 L1, y축 방향으로 L2(즉, 송신 프로브(110)의 xy 평면에서의 위치를 원점으로 하면, (L1, L2)의 위치)에 편심 배치 수신 프로브(120)가 배치되어도 된다.In the present embodiment, although the eccentric
도 2a는, 송신음축(AX1), 수신음축(AX2) 및 편심 거리 L을 설명하는 도면이며, 송신음축(AX1) 및 수신음축(AX2)이 연직 방향으로 연장되는 경우이다. 도 2b는, 송신음축(AX1), 수신음축(AX2) 및 편심 거리 L을 설명하는 도면이며, 송신음축(AX1) 및 수신음축(AX2)이 경사지게 연장되는 경우이다.Fig. 2A is a diagram explaining the transmission sound axis AX1, the reception sound axis AX2, and the eccentric distance L, in the case where the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2 extend in the vertical direction. Fig. 2B is a diagram explaining the transmission sound axis AX1, the reception sound axis AX2, and the eccentric distance L, in the case where the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2 extend obliquely.
음축이란, 초음파빔(U)의 중심축이라고 정의된다. 여기서, 송신음축(AX1)은, 송신 프로브(110)가 방출하는 초음파빔(U)의 전반 경로의 음축이라고 정의된다. 바꾸어 말하면, 송신음축(AX1)은, 송신 프로브(110)가 방출하는 초음파빔(U)의 전반 경로의 중심축이다. 송신음축(AX1)은, 도 2b에 도시한 바와 같이, 피검사체(E)의 계면에 의한 굴절을 포함하는 것으로 한다. 즉, 도 2b에 도시한 바와 같이, 송신 프로브(110)로부터 방출된 초음파빔(U)이, 피검사체(E)의 계면에서 굴절되는 경우에는, 그 초음파빔(U)의 전반 경로의 중심(음축)이 송신음축(AX1)이 된다.The negative axis is defined as the central axis of the ultrasonic beam U. Here, the transmission sound axis AX1 is defined as the sound axis of the propagation path of the ultrasonic beam U emitted by the
또한, 수신음축(AX2)은, 편심 배치 수신 프로브(120)가 초음파빔(U)을 방출한다고 상정한 경우의 가상 초음파빔의 전반 경로의 음축이라고 정의된다. 바꾸어 말하면, 수신음축(AX2)은, 편심 배치 수신 프로브(120)가 초음파빔(U)을 방출한다고 상정한 경우의 가상 초음파빔의 중심축이다.In addition, the receiving sound axis AX2 is defined as the negative axis of the propagation path of the virtual ultrasonic beam when it is assumed that the eccentrically placed receiving
구체예로서, 탐촉자면이 평면상인 비수렴형의 수신 프로브의 경우를 설명한다. 이 경우, 수신음축(AX2)의 방향은 탐촉자면의 법선 방향이며, 탐촉자면의 중심점을 지나는 축이 수신음축(AX2)이 된다. 탐촉자면이 직사각형인 경우는, 그 중심점은 직사각형의 대각선 교점이라고 정의한다.As a specific example, a case of a non-converging type receiving probe having a flat transducer surface will be described. In this case, the direction of the reception sound axis AX2 is the normal direction of the probe surface, and the axis passing through the center point of the probe surface becomes the reception sound axis AX2. When the probe surface is rectangular, the center point is defined as the intersection of diagonal lines of the rectangle.
수신음축(AX2)의 방향이 탐촉자면의 법선 방향인 이유는, 그 수신 프로브(121)로부터 방사되는 가상적인 초음파빔(U)이 탐촉자면의 법선 방향으로 출사되기 때문이다. 초음파빔(U)을 수신하는 경우도, 탐촉자면의 법선 방향에서 입사하는 초음파빔(U)을 감도 좋게 수신할 수 있다.The reason why the direction of the receiving sound axis AX2 is the normal direction of the transducer surface is that the virtual ultrasonic beam U emitted from the receiving probe 121 is emitted in the normal direction of the transducer surface. Even in the case of receiving the ultrasonic beam U, the ultrasonic beam U incident in the direction normal to the transducer surface can be received with high sensitivity.
편심 거리 L이란, 송신음축(AX1)과, 수신음축(AX2)의 어긋남의 거리로 정의된다. 따라서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 송신 프로브(110)로부터 방출된 초음파빔(U)이 굴절되는 경우, 편심 거리 L은, 굴절되어 있는 송신음축(AX1)과, 수신음축(AX2)의 어긋남의 거리로 정의된다. 본 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)는, 이렇게 정의되는 편심 거리 L이, 제로보다 큰 거리가 되도록, 편심 거리 조정부(105)(도 1)에 의해 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)가 조정된다. 이에 의해, 송신 프로브(110)로부터 방출되고, 결함부(D)(도 1)의 주위를 투과한 초음파빔(U)(도 3)을 저감시키고, 수신 프로브(121)에서의 결함부(D)에서 유래하는 신호 변화를 검출하기 쉽게 할 수 있다.The eccentric distance L is defined as the distance between the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2. Therefore, as shown in FIG. 2B, when the ultrasonic beam U emitted from the
단, 본 실시 형태에서는, 바람직한 예로서, 상기한 바와 같이 편심 배치 수신 프로브(120)는 결함부(D)에서의 초음파빔(U)의 산란에 의해 발생한 산란파(U1)(도 6b)를 수신한다. 결함부(D)의 존재에 의해 산란파(U1)가 생성되므로, 산란파(U1)의 검출에 의해, 결함부(D)의 검출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이하의 예에서는, 설명의 간략화를 위해, 산란파(U1)를 수신 가능한 위치에 설치된 편심 배치 수신 프로브(120)를 예로 들어, 본 실시 형태를 설명한다.However, in the present embodiment, as a preferred example, as described above, the eccentrically
도 2a는, 송신 프로브(110)를 피검사체(E)의 표면에 있어서의 법선 방향으로 배치한 경우를 도시하고 있다. 도 2a 및 도 2b에 있어서, 송신음축(AX1)을 실선의 화살표로 나타내고 있다. 또한, 수신음축(AX2)을 일점쇄선의 화살표로 나타내고 있다. 또한, 도 2a 및 도 2b에 있어서, 파선으로 나타내는 수신 프로브(121)의 위치가 편심 거리 L이 제로의 위치이며, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)이 일치하는 수신 프로브(121)는 동축 배치 수신 프로브(140)이다. 또한, 실선으로 나타내는 수신 프로브(121)는 제로보다 큰 편심 거리 L의 위치에 배치되어 있는 편심 배치 수신 프로브(120)이다. 송신음축(AX1)이 수평면(도 1의 xy 평면)에 대하여 수직이 되도록 송신 프로브(110)가 설치되는 경우, 초음파빔(U)의 전반 경로는 굴절되지 않는다. 즉, 송신음축(AX1)은 굴절되지 않는다.FIG. 2A shows a case in which the
도 2b는, 송신 프로브(110)를 피검사체(E)의 표면에 있어서의 법선 방향으로부터 각도 α만큼 기울여서 배치한 경우를 도시하는 도면이다. 도 2b에서도 도 2a와 마찬가지로, 송신음축(AX1)을 실선의 화살표로 나타내고, 수신음축(AX2)을 일점쇄선의 화살표로 나타내고 있다. 도 2b에 도시하는 예의 경우, 상기한 바와 같이, 피검사체(E)와 유체(F)의 계면에서, 초음파빔(U)의 전반 경로가 굴절각 β로 굴절된다. 그 때문에, 송신음축(AX1)은, 도 2b의 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 절곡된다(굴절됨). 이 경우, 파선으로 나타낸 동축 배치 수신 프로브(140)의 위치는, 송신음축(AX1) 상에 위치하므로 편심 거리 L이 제로의 위치이다. 그리고, 상기한 바와 같이, 초음파빔(U)이 굴절되는 경우라도, 편심 배치 수신 프로브(120)는 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)의 거리가 L이 되도록 배치된다. 또한, 도 1에 도시하는 예에서는, 송신 프로브(110)를 피검사체(E)의 표면에 있어서의 법선 방향으로 설치하고 있으므로, 편심 거리 L은, 도 2a에 도시한 바와 같은 것이 된다.FIG. 2B is a diagram showing a case where the
편심 거리 L은, 피검사체(E)의 건전부(N)에서의 수신 신호보다도, 결함부(D)에서의 신호 강도의 쪽이 커지는 위치에 설정한다. 이 점에 대해서는 후기한다.The eccentricity distance L is set at a position where the signal intensity in the defective portion D is greater than that of the received signal in the intact portion N of the subject E. I will comment on this point.
도 3은, 송신 프로브(110)의 구조를 도시하는 단면 모식도이다. 도 3에서는, 간략화를 위해, 방출되는 초음파빔(U)의 외곽만을 도시하고 있지만, 실제로는, 탐촉자면(114)의 전역에 걸쳐, 탐촉자면(114)의 법선 벡터 방향으로 다수의 초음파빔(U)이 방출된다.FIG. 3 is a cross-sectional schematic diagram showing the structure of the
송신 프로브(110)는 초음파빔(U)을 수렴하도록 구성된다. 이에 의해, 피검사체(E) 중의 미소한 결함부(D)를 고정밀도로 검출할 수 있다. 미소한 결함부(D)를 검출할 수 있는 이유는 후기한다. 송신 프로브(110)는 송신 프로브 하우징(115)을 구비하고, 송신 프로브 하우징(115)의 내부에, 백킹(112)과, 진동자(111)와, 정합층(113)을 구비한다. 진동자(111)에는 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 전극은 리드선(118)에 의해, 커넥터(116)에 접속되어 있다. 또한, 커넥터(116)는 리드선(117)에 의해 전원 장치(도시 생략) 및 제어 장치(2)에 접속된다.The transmitting
본 명세서에 있어서, 송신 프로브(110) 또는 수신 프로브(121)의 탐촉자면(114)이란, 정합층(113)을 구비하는 경우는 정합층(113)의 표면이라고 정의하고, 정합층(113)을 구비하지 않는 경우는 진동자(111)의 표면이라고 정의한다. 즉, 탐촉자면(114)은 송신 프로브(110)의 경우는, 초음파빔(U)을 방출하는 면이며, 수신 프로브(121)의 경우는, 초음파빔(U)을 수신하는 면이다.In this specification, the
도 4a는, 편심 배치 수신 프로브(120)로부터의 수신 파형이며, 피검사체(E)의 건전부(N)에서의 수신 파형을 도시하는 도면이다. 도 4b는, 편심 배치 수신 프로브(120)로부터의 수신 파형이며, 피검사체(E)의 결함부(D)에서의 수신 파형을 도시하는 도면이다. 도 4b는, 피검사체(E) 내에 마련된 폭 2mm 폭의 공동(결함부(D))의 xy 좌표 위치에 송신 프로브(110)를 배치했을 때의 수신 신호를 나타낸다. 또한, 도 4a 및 도 4b에 있어서, 시간은 버스트파가 송신 프로브(110)에 인가되고 나서의 경과 시간을 나타내고, 피검사체(E)로서 두께 2mm의 스테인리스판을 사용하였다. 송신 프로브(110)에는 주파수 800KHz의 버스트파를 인가하였다. 보다 구체적으로는, 10파의 사인파로 구성되는 버스트파를 일정 주기로 피검사체(E)에 인가하였다.FIG. 4A is a received waveform from the eccentrically placed receiving
도 4a에서는, 유의미한 신호는 관측되어 있지 않지만, 도 4b에서는, 버스트파가 송신 프로브(110)에 인가되고 나서 90마이크로초 후에 유의미한 신호가 관측되어 있다. 이 유의미한 신호가 관측될 때까지의 90마이크로초의 지연은, 초음파빔(U)의 방출로부터 편심 배치 수신 프로브(120)로의 산란파(U1)의 도달까지 시간이 걸리기 때문이다. 구체적으로는, 공중의 음속이 340(m/s)인 것에 반해, 피검사체(E)를 구성하는 스테인리스 중에서는 6000(m/s) 정도이므로, 90마이크로초의 지연이 발생한다.In FIG. 4A, no significant signal is observed, but in FIG. 4B, a significant signal is observed 90 microseconds after the burst wave is applied to the
도 5는, 신호 강도 데이터의 플롯예를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 폭 2mm의 결함부(D)에 대하여 송신 프로브(110)와 편심 배치 수신 프로브(120)를 x축 방향으로 주사하고, x축 위치에서의 수신 신호(도 4b에 도시하는 수신 신호)로부터 추출한 신호 강도 데이터(주사 위치마다의 신호 진폭)를 플롯하고 있다. 본 실시 형태에서는, 신호 강도 데이터의 추출은, 도 4b에 도시하는 수신 신호의 Peak To Peak값, 즉, 적절한 시간 영역에서의 최댓값과 최솟값의 차의 추출에 의해 행하였다. 신호 강도 데이터의 추출 방법의 다른 예로서, 도 4b에 도시하는 수신 신호가, 단시간 푸리에 변환 등의 신호 처리에 의해 주파수 성분으로 변환되고, 적절한 주파수 성분의 강도가 추출되어도 된다. 나아가, 신호 강도 데이터로서, 적절한 참조파를 기준으로 하여, 상관 함수가 계산되어도 된다. 이와 같이 하여 신호 강도 데이터가, 송신 프로브(110)의 각 주사 위치에 대응하여 취득된다.5 is a diagram showing an example of a plot of signal strength data. In this example, the transmitting
도 5에 도시한 신호 강도 데이터의 플롯에 있어서, 2mm 폭의 공동(결함부(D))은 도 5의 부호 D1에 대응한다. 피검사체(E)의 건전부(N)(부호 D1 이외의 부분)에서는 노이즈 레벨의 신호인 것에 반해, 내부에 결함부(D)가 있는 위치(부호 D1)에서는, 수신 신호가 유의미하게 크게 되어 있는 것을 알 수 있다.In the plot of signal strength data shown in FIG. 5, a 2 mm wide cavity (defective portion D) corresponds to the symbol D1 in FIG. While the sound level N of the inspected object E (the part other than the code D1) is a signal of the noise level, at the position where the defective part D is inside (the code D1), the received signal becomes significantly larger. it can be seen that there is
그래서, 편심 거리 조정부(105)는 결함부(D)로의 입사 시의 편심 배치 수신 프로브(120)에서의 수신 신호 강도가 건전부(N)로의 입사 시의 수신 신호 강도보다도 커지도록, 편심 거리 L을 조정하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 수신 신호 강도에 기초하여, 결함부(D)를 검출할 수 있다. 이러한 편심 거리 L은, 예를 들어, 산란파(U1)(도 6b)를 수신 가능한 위치에 배치한 편심 배치 수신 프로브(120)의 수신음축(AX2)과 송신 프로브(110)의 송신음축(AX1)과의 거리이다. 편심 거리 조정부(105)는, 예를 들어 모두 도시하지 않지만, 액추에이터, 모터 등에 의해 구성된다.Therefore, the eccentric
또한, 편심 거리 조정부(105)는 편심 거리 L을, 건전부(N)로의 조사 시에 노이즈 이외의 수신 신호가 검출되지 않는 거리로 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 편심 거리 조정부(105)는 피검사체(E)의 건전부(N)에서는 유의미한 수신 신호가 나오지 않도록 편심 거리 L을 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, SN비를 증대시키고, 노이즈 이외의 수신 신호가 검출된 장소를 결함부(D)를 판단할 수 있어, 결함부(D)를 검출할 수 있다.In addition, the eccentricity
편심 거리 L은, 예를 들어, 피검사체(E)와 동일한 재료로 구성되고, 또한, 내부에 결함부(D)를 갖는 표준 시료를 사용하여 결정할 수 있다. 그리고, 표준 시료의 결함부(D)로의 초음파빔(U)을 조사하고, 초음파빔(U) 또는 산란파(U1)를 수신 가능한 위치에 기초하여, 편심 거리 L을 결정할 수 있다.The eccentricity distance L can be determined using, for example, a standard sample made of the same material as the inspected object E and having a defective portion D therein. In addition, the eccentricity distance L may be determined based on a position where an ultrasonic beam U may be irradiated onto the defective portion D of the standard sample and the ultrasonic beam U or the scattered wave U1 may be received.
송신 프로브(110)를 x축 방향만의 1차원에서 주사한 경우는, 표시 장치(3)에는 도 5에 도시하는 신호 강도 데이터의 그래프가 표시된다. 송신 프로브(110)의 주사 방향이 x축 방향 및 y축 방향의 2차원인 경우에 대해서는, 신호 강도 데이터를 플롯함으로써, 결함부(D)의 위치가 2차원 화상으로서 나타내어지고, 그것이 표시 장치(3)에 표시된다.When the
도 6a는, 본 실시 형태에 있어서의 초음파빔(U)의 전반 경로이며, 건전부(N)에 초음파빔(U)이 입사된 경우를 도시하는 도면이다. 도 6b는, 본 실시 형태에 있어서의 초음파빔(U)의 전반 경로이며, 결함부(D)에 초음파빔(U)이 입사된 경우를 도시하는 도면이다.FIG. 6A is a diagram showing the propagation path of the ultrasonic beam U in the present embodiment, when the ultrasonic beam U is incident on the sound portion N. Fig. 6B is a diagram showing the propagation path of the ultrasonic beam U in the present embodiment, and showing the case where the ultrasonic beam U is incident on the defect portion D.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 송신 프로브(110)로부터 방출된 초음파빔(U)은 피검사체(E)에 입사한다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 건전부(N)에 초음파빔(U)이 입사된 경우, 초음파빔(U)은 송신음축(AX1)을 향하여 수렴하도록 통과한다. 그 때문에, 편심 거리 L을 유지하여 배치되어 있는 편심 배치 수신 프로브(120)에서는 수신 신호가 관측되지 않는다. 이에 반해, 도 6b에 도시한 바와 같이, 결함부(D)에 초음파빔(U)이 입사된 경우, 결함부(D)에서 초음파빔(U)이 산란되고, 그 산란파(U1)가 편심 설치된 편심 배치 수신 프로브(120)로 수신된다. 그 때문에, 유의미한 수신 신호가 관측된다.As shown in FIGS. 6A and 6B , the ultrasonic beam U emitted from the
이와 같이, 피검사체(E)에 있어서의 결함부(D)에 의해 산란된 산란파(U1)가 편심 배치 수신 프로브(120)로 관측된다. 그 때문에, 건전부(N)에서의 수신 신호보다도 결함부(D)에서의 수신 신호의 쪽이 커진다. 즉, 신호가 큰 위치에 결함부(D)가 있다고 판정된다. 따라서, 편심 거리 조정부(105)는 편심 거리 L을, 조사된 초음파빔(U)의, 피검사체(E)의 결함부(D)에서의 산란에 의해 발생하는 산란파(U1)를 수신 가능한 거리로 조정하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 결함부(D)에 특유한 산란파(U1)를 검출할 수 있어, 결함부(D)의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.In this way, the scattered wave U1 scattered by the defective portion D in the inspected object E is observed by the eccentrically arranged receiving
편심 거리 L은, 송신 프로브(110)로부터 방출된 초음파빔(U)을 수신하지 않고, 산란파(U1)만을 선택적으로 수신할 수 있는 길이가 되는 것이 바람직하다. 이에 의해, SN비를 증대시켜서, 결함부(D)의 검출 성능, 특히 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 「검출 감도가 높다」란, 종래법보다도 작은 결함부(D)를 검출 가능하다는 것이다. 즉, 검출 가능한 결함부(D)의 사이즈의 하한이 종래법보다도 작은 것이다.The eccentric distance L is preferably such that only the scattered wave U1 can be selectively received without receiving the ultrasonic beam U emitted from the
여기서, 비교예로서, 종래의 초음파 검사의 방법을 설명한다.Here, as a comparative example, a conventional ultrasonic inspection method will be described.
도 7a는, 종래의 초음파 검사 방법에서의 초음파빔(U)의 전반 경로를 도시하는 도면이며, 건전부(N)로의 입사 시를 도시하는 도면이다. 도 7b는, 종래의 초음파 검사 방법에서의 초음파빔(U)의 전반 경로를 도시하는 도면이며, 결함부(D)로의 입사 시를 도시하는 도면이다. 종래의 초음파 검사 방법에서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)이 일치하도록, 송신 프로브(110) 및 수신 프로브(121)로서의 동축 배치 수신 프로브(140)가 배치된다.Fig. 7A is a diagram showing a propagation path of an ultrasonic beam U in a conventional ultrasonic inspection method, and is a diagram showing the incidence of an ultrasonic beam U into a sound portion N. FIG. 7B is a diagram showing a propagation path of an ultrasonic beam U in a conventional ultrasonic inspection method, and is a diagram showing the incidence of an ultrasonic beam U on a defect D. FIG. In a conventional ultrasonic inspection method, as described in
도 7a에 도시한 바와 같이, 피검사체(E)의 건전부(N)에 초음파빔(U)이 입사된 경우, 초음파빔(U)이 피검사체(E)를 통과하여 동축 배치 수신 프로브(140)에 도달한다. 따라서, 수신 신호가 커진다. 한편, 도 7b에 도시한 바와 같이, 결함부(D)에 초음파빔(U)이 입사된 경우, 결함부(D)에 의해 초음파빔(U)의 투과가 저지되기 때문에 수신 신호가 감소한다. 이렇게 수신 신호의 감소에 의해 결함부(D)를 검출한다. 이것은, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같다.As shown in FIG. 7A, when the ultrasonic beam U is incident on the healthy part N of the object E to be inspected, the ultrasonic beam U passes through the object E to be inspected, and the coaxial arrangement receiving probe 140 ) is reached. Therefore, the received signal becomes large. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the ultrasonic beam U is incident on the defective portion D, transmission of the ultrasonic beam U is blocked by the defective portion D, so that the received signal decreases. In this way, the defective part D is detected by the reduction of the received signal. This is as disclosed in
여기서, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 결함부(D)에 있어서 초음파빔(U)의 투과가 저지됨으로써 수신 신호가 감소하고, 결함부(D)를 검출하는 방법을, 여기에서는 「저지법」이라고 칭하기로 한다. 한편, 본 실시 형태와 같이, 결함부(D)에서의 산란파(U1)를 검출하는 검사 방법을 「산란법」이라고 칭하기로 한다.Here, as shown in FIGS. 7A and 7B, transmission of the ultrasonic beam U in the defective portion D is prevented so that the received signal is reduced and a method of detecting the defective portion D is described as " It will be referred to as "the Law of Deterrence". On the other hand, as in the present embodiment, the inspection method for detecting the scattered wave U1 in the defect portion D will be referred to as a "scattering method".
도 8은, 종래의 초음파 검사 방법에서의 신호 강도 데이터의 플롯을 도시하는 도면이다. 이 도면은, 발명자들이, 도 7a 및 도 7b에 도시하는 저지법에 의한 초음파 검사 방법, 즉, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)을 일치시킨 배치로, 상기의 도 5에서 사용된 피검사체(E)와 같은 결함부(D)를 갖는 피검사체(E)를 검사한 신호 강도 그래프이다. 도 8에 있어서, 부호 D1의 부분이 결함부(D)에 상당하는 부분이다.8 is a diagram showing a plot of signal strength data in a conventional ultrasonic inspection method. This figure shows the inventors' ultrasonic inspection method according to the method shown in FIGS. 7A and 7B, that is, an arrangement in which the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2 are aligned, and the test subject used in FIG. 5 above. It is a signal intensity graph obtained by examining an object E having a defect D same as that of a corpse E. In Fig. 8, the part indicated by the symbol D1 corresponds to the defective part D.
도 8에서는, 결함부(D)의 중심 위치(위치가 0mm)에서 신호의 감소가 확인되지만, 그 감소량은 작다. 이것은, 초음파빔(U)의 크기보다도 작은 결함부(D)에서는, 그 주위를 투과하는 초음파빔(U)이 많은 것에 기인한다고 생각된다. 이 때문에, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)을 일치시킨 저지법에서는, 결함부(D)에서 유래하는 신호 변화를 검출하기 어려워, 검출 감도가 낮다.In Fig. 8, a decrease in the signal is confirmed at the center position of the defective portion D (position is 0 mm), but the amount of decrease is small. This is considered to be due to the fact that, in the defect portion D that is smaller than the size of the ultrasonic beam U, the ultrasonic beam U transmitted through its periphery is large. For this reason, in the blocking method in which the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2 are matched, it is difficult to detect a signal change originating from the defective portion D, and the detection sensitivity is low.
이에 반해, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)을 어긋나게 함으로써, 편심 배치 수신 프로브(120)가 수신하는 신호 강도 중, 초음파빔(U)의 크기보다도 작은 결함부(D)의 주위를 투과하는 초음파빔(U)의 신호를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 결함부(D)에 기인하는 신호 강도를 감소량을 상대적으로 크게 하고, 결함부(D)의 검출 성능, 특히 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 그 중에서도, 상기의 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 적합한 산란법에 의한 구성에 의하면, 저지법에 의한 도 8의 결과와 비교하면, 결함부(D)의 위치를 명확하게 검출할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 비교예인 도 8에 도시하는 수신 결과와, 도 5에 도시하는 본 실시 형태에 의한 방법의 수신 결과를 비교하면, 도 5에 도시하는 본 실시 형태에 의한 방법의 쪽이, 높은 SN비가 얻어진다.On the other hand, by shifting the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2, transmission around the defective part D smaller than the size of the ultrasonic beam U is transmitted among the signal strengths received by the eccentric
이와 같이, 본 실시 형태의 산란법이 높은 SN비를 얻을 수 있는 이유에 대해서, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한다.In this way, the reason why the scattering method of the present embodiment can obtain a high SN ratio will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.
도 9a는, 피검사체(E) 내에서의 결함부(D)와 초음파빔(U)의 상호 작용을 도시하는 도면이며, 직달하는 초음파빔(U)(이하, 「직달파(U3)」라고 말함)을 수신하는 모습을 도시하는 도면이다. 직달파(U3)에 대해서는 후기한다. 도 9b는, 피검사체(E) 내에서의 결함부(D)와 초음파빔(U)의 상호 작용을 도시하는 도면이며, 산란파(U1)를 수신하는 모습을 도시하는 도면이다. 여기에서는, 결함부(D)의 크기가 초음파빔(U)의 폭(이하, 빔 폭 BW라고 칭함)보다도 작은 경우를 고찰한다. 여기에서의 빔 폭 BW란, 결함부(D)에 도달했을 때의 초음파빔(U)의 폭이다.Fig. 9A is a diagram showing the interaction of the ultrasonic beam U with the defect portion D in the inspected object E, and the direct ultrasonic beam U (hereinafter referred to as "direct wave U3"). It is a drawing showing how to receive a speech). The direct wave (U3) will be described later. FIG. 9B is a diagram showing the interaction between the defect portion D and the ultrasonic beam U in the object E to be inspected, and is a diagram showing how the scattered wave U1 is received. Here, the case where the size of the defective portion D is smaller than the width of the ultrasonic beam U (hereinafter referred to as the beam width BW) will be considered. The beam width BW here is the width of the ultrasonic beam U when it reaches the defective portion D.
또한, 도 9a 및 도 9b는, 결함부(D) 근방의 미소 영역에서의 초음파빔(U)의 형상을 모식적으로 도시하고 있으므로 초음파빔(U)을 평행하게 나타내져 있지만, 실제로는 수렴시킨 초음파빔(U)이다. 또한, 도 9a 및 도 9b에서의 수신 프로브(121)의 위치는, 이해하기 쉽게 설명하기 위해 개념적인 위치를 기입한 것이며, 수신 프로브(121)의 위치와 형상은 정확하게 스케일되어 있지 않다. 즉, 결함부(D)와 초음파빔(U)의 형상의 확대 스케일에서 생각하면, 도 9a 및 도 9b에 도시하는 위치보다도, 도면 상하 방향으로 이격된 위치에 수신 프로브(121)는 위치한다. 여기서, 수신 프로브(121)는 도 9a에서는 동축 배치 수신 프로브(140)이며, 도 9b에서는 편심 배치 수신 프로브(120)를 의미한다.9A and 9B schematically show the shape of the ultrasonic beam U in a small area near the defect portion D, so the ultrasonic beam U is shown in parallel, but actually converged. It is an ultrasonic beam (U). In addition, the position of the receiving probe 121 in FIGS. 9A and 9B is a conceptual position written for easy understanding, and the position and shape of the receiving probe 121 are not accurately scaled. That is, considering the magnified scale of the shape of the defect part D and the ultrasonic beam U, the receiving probe 121 is located at a position spaced apart in the vertical direction in the drawing from the positions shown in Figs. 9A and 9B. Here, the receiving probe 121 is the coaxially disposed receiving probe 140 in FIG. 9A and the eccentrically
초음파빔(U)은, 수렴시켜서 입사시켜도 결함부(D) 근방에서는 어느 유한한 폭을 갖는다. 이것을, 결함부(D)의 위치에서의 빔 폭 BW로 한다. 덧붙여서 말하면, 도 9a 및 도 9b에서는, 결함부(D)의 위치에서의 빔 폭 BW가 결함부(D)의 크기보다도 넓은 경우를 도시하고 있다.The ultrasonic beam U has a certain finite width in the vicinity of the defect portion D even when it is incident upon convergence. Let this be the beam width BW at the position of the defect part D. Incidentally, in FIGS. 9A and 9B , the case where the beam width BW at the position of the defective portion D is wider than the size of the defective portion D is shown.
도 9a는, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)을 일치시킨 저지법의 경우를 도시하는 도면이다. 결함부(D)가 빔 폭 BW보다도 작은 경우, 일부의 초음파빔(U)은 저지되므로 수신 신호는 감소하지만, 제로는 되지 않는다. 예를 들어, 결함부(D)의 단면적이 빔 폭 BW에서 규정되는 빔 단면적의 20%인 경우, 수신 신호는 대략 20%의 감소에 그치므로, 결함부(D)의 검출이 곤란하다. 즉, 도 9a에 나타내는 바와 같은 경우, 결함부(D)가 존재하는 개소에서는, 수신 신호가 20% 감소하는데 그친다(도 8 참조).Fig. 9A is a diagram showing a case of a blocking method in which the transmitted sound axis AX1 and the received sound axis AX2 are matched. When the defect portion D is smaller than the beam width BW, part of the ultrasonic beam U is blocked, so the received signal decreases, but does not become zero. For example, when the cross-sectional area of the defective portion D is 20% of the cross-sectional area of the beam defined by the beam width BW, the received signal is only reduced by approximately 20%, making it difficult to detect the defective portion D. That is, in the case shown in Fig. 9A, the received signal only decreases by 20% at the location where the defective part D exists (see Fig. 8).
도 9b는, 본 실시 형태의 적합한 방법의 경우, 즉 산란법의 경우를 도시하는 도면이다. 산란법에서는, 결함부(D)에 초음파빔(U)이 닿지 않는 경우, 초음파빔(U)은 편심 배치 수신 프로브(120)에 입사되지 않으므로, 수신 신호는 제로이다. 그리고, 도 9b에 도시한 바와 같이, 초음파빔(U)의 일부가 결함부(D)에 닿았을 경우에서도, 산란파(U1)가 편심 배치 수신 프로브(120)로 관측되므로, 저지법과 비교하여 결함부(D)의 검출이 용이하다. 즉, 결함부(D)가 존재하지 않으면 수신 신호는 제로가 되고, 미소하더라도 결함부(D)가 존재하면 수신 신호는 비제로가 된다. 그 때문에, SN비를 높게 하는 것이 가능해진다(도 5 참조).9B is a diagram showing a case of a suitable method of the present embodiment, that is, a case of the scattering method. In the scattering method, when the ultrasonic beam U does not reach the defective portion D, the ultrasonic beam U is not incident on the eccentrically arranged receiving
이와 같이, 본 실시 형태에 의한 방법(산란법)에 의하면, 빔 폭 BW보다도 작은 결함부(D)를, 고감도로 검출할 수 있다. 여기서, 「고감도로 검출할 수 있다」란, 종래법보다 작은 결함부(D)를 검출 가능하다는 것이다. 즉, 검출 가능한 결함부(D)의 사이즈의 하한이 종래법보다도 작다.In this way, according to the method (scattering method) according to the present embodiment, a defect portion D smaller than the beam width BW can be detected with high sensitivity. Here, "can be detected with high sensitivity" means that a smaller defect portion D can be detected than in the conventional method. That is, the lower limit of the size of the detectable defect portion D is smaller than that of the conventional method.
또한, 도 9a에서 도시한 바와 같이, 저지법에서는, 건전부(N)에 대응하는 수신 신호량을 기준으로 하여, 거기로부터의 감소량으로 결함부(D)가 판정된다. 따라서, 건전부(N)에서의 수신 신호가 일정값으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 유체(F) 중에서도 특히 기체(G) 중을 전반하는 초음파에서는, 액체(W)(도 17) 중을 전반하는 초음파와 비교하여, 수신 프로브(121)에 도달하는 강도가 매우 작다. 그 때문에, 수신 신호는 높은 증폭률(게인)로 증폭하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 게인을 일정하게 유지하기 위해서는 고정밀도의 신호 증폭 회로가 바람직하다. 한편, 본 실시 형태에 의한 산란법에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 건전부(N)에서는 신호가, 거의 제로이며, 결함부(D)에서 신호가 관측되므로, 신호 증폭 회로의 게인 안정성에의 요구를 작게 할 수 있다. 단, 상기의 도 5에서는, 오프셋값만큼 신호 강도의 값이 레벨 업되어 있다.Further, as shown in Fig. 9A, in the blocking method, the defective portion D is determined based on the received signal amount corresponding to the sound portion N, and the amount of decrease therefrom. Therefore, it is desirable that the received signal in the sound section N be a constant value. However, the intensity of ultrasonic waves propagating through the liquid F, especially gas G, reaching the receiving probe 121 is very small compared to ultrasonic waves propagating through the liquid W (FIG. 17). Therefore, it is desirable to amplify the received signal with a high amplification factor (gain). For this reason, in order to keep the gain constant, a highly accurate signal amplifier circuit is desirable. On the other hand, in the scattering method according to the present embodiment, as shown in Fig. 5, since the signal is almost zero in the sound portion N and the signal is observed in the defective portion D, the gain stability of the signal amplifying circuit is affected. needs can be reduced. However, in the above FIG. 5, the signal intensity value is leveled up by the offset value.
또한, 본 실시 형태에서는, 포지티브 화상이 얻어진다. 즉, 산란법에서는 건전부(N)에는 신호가 발생하지 않거나 발생해도 작고, 결함부(D)에서는 신호가 새롭게 발생하거나 신호가 커진다. 즉, 결함부(D)의 포지티브 화상이 얻어진다. 이에 반해, 저지법에서는, 건전부(N)에서 신호가 크고, 결함부(D)에서 신호가 감소한다. 즉, 결함부(D)의 네가티브 화상이 얻어진다.Also, in this embodiment, a positive image is obtained. That is, in the scattering method, no signal is generated in the healthy part (N) or small even if it is generated, and a new signal is generated or the signal is increased in the defective part (D). That is, a positive image of the defective portion D is obtained. On the other hand, in the blocking method, the signal is large in the sound part (N) and the signal is decreased in the defective part (D). That is, a negative image of the defective portion D is obtained.
도 10은, 제어 장치(2)의 기능 블록도이다. 제어 장치(2)는 송신 계통(210)과, 수신 계통(220)과, 데이터 처리부(201)와, 스캔 컨트롤러(204)와, 구동부(202)와, 위치 계측부(203)를 구비한다.10 is a functional block diagram of the
송신 계통(210)은 송신 프로브(110)로의 인가 전압을 생성하는 계통이다. 송신 계통(210)은 파형 발생기(211) 및 신호 앰프(212)를 구비한다. 파형 발생기(211)에서 버스트파 신호가 발생한다. 그리고, 발생한 버스트파 신호는 신호 앰프(212)로 증폭된다. 신호 앰프(212)로부터 출력된 전압은 송신 프로브(110)에 인가된다.The
수신 계통(220)은 편심 배치 수신 프로브(120)로부터 출력되는 수신 신호를 검출하는 계통이다. 편심 배치 수신 프로브(120)로부터 출력된 신호는, 신호 앰프(222)에 입력되어 증폭된다. 증폭된 신호는, 파형 해석부(221)에 입력된다. 파형 해석부(221)는 수신 신호로부터 신호 강도 데이터(도 5)를 생성한다. 생성된 신호 강도 데이터는 데이터 처리부(201)에 보내진다.The receiving
수신 계통(220)은 위상 추출부(231)를 구비한다. 위상 추출부(231)에는, 신호 앰프(222)의 출력 신호가 입력된다. 위상 추출부(231)는 편심 배치 수신 프로브(120)가 수신한 초음파빔(U)(산란파(U1))의 신호의 위상 정보를 추출한다. 추출된 위상 정보는 데이터 처리부(201)의 위상 변화량 산출부(232)에 보내진다.The receiving
신호의 위상이란, 초음파빔(U)이 송신 프로브(110)로부터 방출되고 나서, 수신 신호의 특정한 위치에 이르기까지의 지연 시간이다. 수신 신호의 특정한 위치란, 수신 신호 중에서 지연 시간을 산출하기 쉬운 특징적인 수신 신호의 위치를 나타낸다. 예를 들어, 10개의 파의 버스트파를 사용한 경우, 3개째의 파의 위치이다.The phase of the signal is a delay time from when the ultrasonic beam U is emitted from the
또한, 신호의 위상으로서는, 신호의 기본 주기 내에서의 지연 시간을 사용해도 된다. 신호의 기본 주기란, 기본 주파수 f0의 역수이다. 예를 들어, 기본 주파수 f0=800kHz의 버스트파를 사용한 경우, 기본 주기는 1.25μs가 된다. 위상 추출부(231)는 수신 신호의 특정 위치, 예를 들어 제로 크로스점이 기본 주기 중의 어디에 있을지를 산출한다. 본 실시 형태에서는, 위상 추출부(231)는 지연 시간을 신호의 기본 주기 T0으로 나눈 잉여를 산출함으로써, 기본 주기 내에서의 위상을 산출한다.Further, as the phase of the signal, a delay time within the basic period of the signal may be used. The fundamental period of a signal is the reciprocal of the fundamental frequency f0. For example, when a burst wave with a fundamental frequency f0 = 800 kHz is used, the basic period is 1.25 μs. The
데이터 처리부(201)는 위상 변화량 산출부(232)를 구비한다. 위상 변화량 산출부(232)는 위상 정보를 입력 신호로서 수취하고, 스캔 컨트롤러(204)로부터 주사 위치의 정보도 수취한다. 이들 2개의 정보를 사용하여, 위상 변화량 산출부(232)는 위상 추출부(231)에서 추출한 위상 정보의, 주사 위치에 관한 위상 변화량(주사 위치마다의 위상 변화량)을 산출한다. 이 변화량은, 신호의 위상 정보의, 주사 위치에 관한 공간 미분량에 상당한다.The
「주사 위치에 관한 위상 변화량」에는, 변화량(공간 미분량) 외에, 그 제곱값, 절댓값 등, 변화량(공간 미분량)의 크기 변화를 나타내는 신호량(변화량)도 포함된다. xy 2차원 평면에서 주사하여, 이 2차원 주사 위치(x, y)에 관하여 변화량을 산출하면, 결함부(D)의 윤곽을 파악하기 쉬운 화상이 얻어진다.In addition to the change amount (spatial differential amount), the "phase change amount related to the scanning position" includes a signal amount (change amount) representing a change in magnitude of the change amount (spatial differential amount), such as its square value or absolute value. By scanning on the xy two-dimensional plane and calculating the amount of change with respect to this two-dimensional scanning position (x, y), an image in which the outline of the defective portion D can be easily grasped is obtained.
위상 변화량 산출부(232)에 있어서의 위상 정보의 변화량의 산출 방법은, 예를 들어, CPU(중앙 연산 장치) 또는 마이크로컴퓨터(마이크로컨트롤러)에 의한 연산 처리, FPGA(Field-Programmable Gate Array) 등에서의 디지털 신호 처리, 아날로그 회로에 의한 신호 처리 등을 포함한다.The method for calculating the amount of change in phase information in the phase change
이와 같이, 위상 추출부(231) 및 위상 변화량 산출부(232)에 의해, x축 방향 및 y축 방향의 각 주사 위치에 있어서, 신호의 위상 변화의 추출, 및 그 주사 위치에 관한 위상 변화량이 산출된다. 주사 위치의 차이에 의한 신호 변화를 이하에 설명한다.In this way, at each scan position in the x-axis direction and the y-axis direction, by the
도 11은, x축 방향의 각 주사 위치에서의 편심 배치 수신 프로브(120)의 수신 신호의 변화를 모식적으로 도시한 도면이다. 세로 방향의 파선은, 결함부(D)의 존재 위치이며, 결함부(D)의 폭은 WD이다. 참고로 하여, 투과법에 기초하는 동축 배치 수신 프로브(140)를 설치한 경우의 신호 진폭을 그래프(G1)로 나타낸다. 그래프(G2)는, 편심 배치 수신 프로브(120)로 수신한 신호의 신호 진폭을 나타내고, 파형 해석부(221)의 출력 신호이다. 그래프(G1, G2) 중 어느 것에 있어서도, 결함부(D)의 근방에서 신호 진폭은 커지고 있어, 결함부(D)를 검출할 수 있는 것을 알 수 있다.Fig. 11 is a diagram schematically showing changes in the received signal of the eccentrically placed receiving
그러나, 그래프(G1, G2) 중 어느 것에 있어서도, 결함부(D)의 사이즈(폭)인 WD보다도 신호의 폭이 확장되어 있다. 이 이유는, 초음파빔(U)의 빔 사이즈가 크기 때문이다. 즉, 초음파빔(U)의 일부가 결함부(D)에 조사된 경우도 산란파(U1)가 발생하므로, 결함부(D)의 근방에서 산란파(U1)의 신호 진폭은 점점 커진다. 이 때문에, 실제의 결함부(D)의 사이즈보다도 신호 진폭이 확장되어 버린다. 이것은, 표시 장치(3)에 표시한 경우, 결함부(D)의 사이즈가 실제보다도 외관상 커져, 해상도가 저하된 상태에 대응한다. 따라서, 그래프(G1, G2)에만 기초하면, 표시 장치(3)에 표시되고, 결함부(D)의 윤곽을 나타내는 화상의 해상도가 저하될 수 있다.However, in any of the graphs G1 and G2, the width of the signal is wider than WD, which is the size (width) of the defective portion D. The reason for this is that the beam size of the ultrasonic beam U is large. That is, since a scattered wave U1 is generated even when a part of the ultrasonic beam U is irradiated to the defective portion D, the signal amplitude of the scattered wave U1 gradually increases in the vicinity of the defective portion D. For this reason, the signal amplitude is larger than the actual size of the defective portion D. This corresponds to a state in which, when displayed on the
그래프(G3)는, 산란파(U1)의 신호 위상을 플롯한 것이며, 위상 추출부(231)(도 10)의 출력 신호이다. 산란파(U1)(도 6b)의 위상 신호는, 결함부(D)(도 6b)의 위치에서 급준하게 변화하는 것을 알 수 있다. 이 이유는 도 12a 내지 도 12c를 참조하여 후기한다. 그래프(G4)는, 산란파(U1)의 위상 신호의 x축 방향의 주사 위치에 관한 위상 변화량을 플롯한 것이며, 위상 변화량 산출부(232)(도 10)의 출력 신호이다. 그래프(G4)는, 산란파(U1)의 위상 신호를 x축 방향의 주사 위치에 관하여 공간 미분한 신호에 대응한다. 또한, 그래프(G5)는, 그래프(G4)의 값을 제곱한 것을 플롯한 것이다. 그래프(G4, G5)에 기초하면, 결함부(D)의 윤곽에 대응한 신호, 즉, 결함부(D)의 윤곽을 나타내는 고해상도의 화상이 얻어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 그래프(G2)와 그래프(G3 내지 G5)의 비교에 의해, 산란파(U1)의 신호 위상 주사 위치에 관한 위상 변화량을 산출함으로써, 결함부(D)를 해상도 좋게 검출할 수 있는 것을 알 수 있다.A graph G3 is a plot of the signal phase of the scattered wave U1, and is an output signal of the phase extractor 231 (FIG. 10). It can be seen that the phase signal of the scattered wave U1 (Fig. 6B) changes rapidly at the position of the defect portion D (Fig. 6B). The reason for this will be described later with reference to FIGS. 12A to 12C. A graph G4 plots the amount of phase change with respect to the scanning position in the x-axis direction of the phase signal of the scattered wave U1, and is an output signal of the amount of phase change calculator 232 (FIG. 10). A graph G4 corresponds to a signal obtained by spatially differentiating the phase signal of the scattered wave U1 with respect to the scanning position in the x-axis direction. In addition, the graph G5 is a plot obtained by squaring the values of the graph G4. Based on the graphs G4 and G5, it can be seen that a signal corresponding to the outline of the defective portion D, that is, a high-resolution image representing the outline of the defective portion D is obtained. Therefore, it can be seen that the defective part D can be detected with high resolution by calculating the amount of phase change with respect to the signal phase scanning position of the scattered wave U1 by comparing the graph G2 with the graphs G3 to G5. there is.
도 12a는, 초음파빔(U)이 결함부(D)에 입사하지 않는 주사 위치를 도시하는 도면이다. 도 12b는, 초음파빔(U)이 결함부(D)에 입사하지만 송신음축(AX1)이 결함부(D)에 들어가지 않는 주사 위치를 도시하는 도면이다. 도 12c는, 초음파빔(U)이 결함부(D)에 입사하고, 또한, 송신음축(AX1)이 결함부(D)에 들어가는 주사 위치를 도시하는 도면이다. 산란파(U1)의 위상이 결함부(D)의 위치에서 급준하게 변화하는 이유는, 본 발명자의 검토에 의하면 이하의 이유라고 추측된다.FIG. 12A is a diagram showing a scanning position at which the ultrasonic beam U is not incident on the defective portion D. Fig. 12B is a diagram showing a scanning position where the ultrasonic beam U is incident on the defective portion D but the transmission sound axis AX1 does not enter the defective portion D. Fig. 12C is a diagram showing scanning positions where the ultrasonic beam U is incident on the defective portion D and the transmission sound axis AX1 enters the defective portion D. The reason why the phase of the scattered wave U1 changes rapidly at the position of the defective portion D is estimated according to the present inventor's examination for the following reasons.
초음파빔(U)이 결함부(D)에 입사하지 않는 주사 위치(x1)에서의 주사 시(도 12a), 산란파(U1)는 발생하지 않으므로, 상기 도 11의 그래프(G1, G2)에 도시한 신호 진폭은 변화하지 않는다. 그러나, 초음파빔(U)이 결함부(D)에 입사하지만 송신음축(AX1)이 결함부(D)에 들어가지 않는 주사 위치(x2)에서의 주사 시(도 12b), 결함부(D)에 초음파빔(U)의 일부가 입사한 것만이라도 산란파(U1)는 발생한다. 이 때문에, 상기 도 11의 그래프(G1, G2)에 도시한 바와 같이, 신호 진폭에 변화가 보여진다. 단, 상기 도 11의 그래프(G3 내지 G5)에 도시한 바와 같이 위상은 변화하지 않는다. 이것은, 편심 배치 수신 프로브(120)가 산란파(U1)와 다양한 방향으로부터의 초음파빔(U)을 포함하는 수신 성분을 수신하고, 이들이 혼합되는 결과, 위상의 변화를 확인하기 어려워지기 때문이라고 생각된다.When scanning at the scanning position x1 where the ultrasonic beam U is not incident on the defective portion D (FIG. 12A), no scattered wave U1 is generated, as shown in the graphs G1 and G2 of FIG. 11. One signal amplitude does not change. However, when scanning at a scanning position x2 where the ultrasonic beam U is incident on the defective portion D but the transmission sound axis AX1 does not enter the defective portion D (FIG. 12B), the defective portion D A scattered wave U1 is generated even when a part of the ultrasonic beam U is incident. For this reason, as shown in the graphs G1 and G2 of Fig. 11 above, a change in signal amplitude is observed. However, as shown in the graphs G3 to G5 of FIG. 11, the phase does not change. This is considered to be because the eccentrically placed receiving
도 12c에 도시한 바와 같이, 초음파빔(U)이 결함부(D)에 입사하고, 또한, 송신음축(AX1)이 결함부(D)에 들어가는 주사 위치(x3)에서는, 상기 도 11의 그래프(G3 내지 G5)에 도시한 바와 같이 위상이 현저하게 변화한다. 이것은, 초음파빔(U)의 송신음축(AX1)이 결함부(D)에 입사함으로써, 결함부(D)에서의 산란에 적합한 상태에서 초음파빔(U)이 결함부(D)에 입사했기 때문이라고 생각된다. 이에 의해, 편심 배치 수신 프로브(120)가 산란파(U1)를 대부분에 포함하는 수신 성분을 수신하고, 위상의 변화가 현저하게 발생하기 때문이라고 생각된다.As shown in FIG. 12C, at the scanning position x3 where the ultrasonic beam U enters the defective portion D and the transmission sound axis AX1 enters the defective portion D, the graph of FIG. 11 As shown in (G3 to G5), the phase changes remarkably. This is because the transmission sound axis AX1 of the ultrasonic beam U enters the defective portion D, so that the ultrasonic beam U enters the defective portion D in a state suitable for scattering in the defective portion D. It is thought that It is considered that this is because the eccentrically placed receiving
이와 같이, 초음파빔(U)의 송신음축(AX1)이 결함부(D)에 조사되었을 때, 즉, 편심 배치 수신 프로브(120)에서의 수신 성분의 대부분이 산란파(U1)인 경우에는, 산란파(U1)의 위상 변화를 명확하게 파악할 수 있다. 따라서, 산란파(U1)의 위상 변화에 기초함으로써, 결함부(D)의 위치를 파악할 수 있다.In this way, when the transmission sound axis AX1 of the ultrasonic beam U is irradiated to the defective portion D, that is, when most of the received components in the eccentrically arranged receiving
도 10으로 되돌아가, 데이터 처리부(201)는 피검사체(E)의 결함부(D)에 관한 정보를 화상화하거나, 결함부(D)의 존재의 유무를 검출하거나 하는 등의, 취득한 정보를 원하는 형태로 처리한다. 또한, 데이터 처리부(201)에서 생성된 화상 및 정보는 표시 장치(3)에 표시된다.Returning to FIG. 10 , the
스캔 컨트롤러(204)는, 도 1에 도시하는 송신 프로브 주사부(103) 및 수신 프로브(104)를 구동 제어한다. 송신 프로브 주사부(103) 및 수신 프로브(104)의 구동 제어는, 구동부(202)를 통하여 행해진다. 또한, 스캔 컨트롤러(204)는 위치 계측부(203)를 통해, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)의 위치 정보(x축 방향 및 y축 방향의 각 주사 위치. xy 좌표)를 계측한다.The
데이터 처리부(201)는 스캔 컨트롤러(204)로부터 수취하는 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)의 위치 정보를 기초로 하여, 각각의 위치에서의 신호 강도 데이터를 플롯하여 영상화하고, 표시 장치(3)에 표시한다. 상기한 바와 같이 결함부(D)에서 취득한 신호 강도 데이터는, 건전부(N)의 신호 강도 데이터보다도 크다. 따라서, 송신 프로브(110)의 주사 위치에 대하여 신호 강도 데이터를 플롯하면, 어디에 결함부(D)가 있을지를 나타내는 화상을 취득할 수 있다. 표시 장치(3)는, 이 화상을 표시한다.The
데이터 처리부(201)는 위상 변화량 산출부(232)로부터의 출력 신호도, 송신 프로브(110)의 주사 위치에 대하여 플롯함으로써 화상을 생성하고, 그것을 표시 장치(3)에 표시한다. 후술하는 바와 같이 위상 변화량 산출부(232)로부터의 출력 신호는 결함부(D)의 윤곽 화상에 대응한 화상을 부여한다.The
신호 강도 데이터가 생성되는 화상과, 위상 변화량 산출부(232)가 출력하는 화상과의 2개의 화상은, 중첩하여 1개의 화상으로 하여 표시해도 된다. 중첩한 화상은, 제1 화상 상에, 제2 화상을 중첩하여 표시된 화상이다. 이때, 2매의 화상의 주사 위치가 대응하도록 제1 화상과 제2 화상이 중첩된다. 예를 들어, 신호 강도 데이터의 화상을 계조 부여 흑백 화상으로 표시하고, 위상 변화량 산출부(232)가 출력하는 화상을 황색 등 다른 색으로 중첩 표시하면 된다.The two images of the image from which the signal strength data is generated and the image output from the phase change
도 13은, 제어 장치(2)의 하드웨어 구성을 도시하는 도면이다. 제어 장치(2)는 RAM(Random Access Memory) 등의 메모리(251), CPU(Central Processing Unit)(252), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive) 등의 기억 장치(253), NIC(Network Interface Card) 등의 통신 장치(254), I/F(Interface)(255) 등을 구비하여 구성되어 있다.13 is a diagram showing the hardware configuration of the
제어 장치(2)는 기억 장치(253)에 저장되어 있는 소정의 제어 프로그램이 메모리(251)에 로드되고, CPU(252)에 의해 실행된다. 이에 의해, 도 3의 데이터 처리부(201), 위치 계측부(203), 스캔 컨트롤러(204), 위상 추출부(231), 위상 변화량 산출부(232) 등이 구현화된다.In the
도 14는, 제1 실시 형태의 초음파 검사 방법을 나타내는 흐름도이다. 제1 실시 형태의 초음파 검사 방법은 상기의 초음파 검사 장치(Z)에 의해 실행할 수 있고, 적절히, 도 1 및 도 10을 참조하여 설명한다. 제1 실시 형태의 초음파 검사 방법은, 기체(G)(도 1)를 통해 피검사체(E)(도 1)에 초음파빔(U)을 입사함으로써 피검사체(E)의 검사를 행하는 것이다. 또한, 이 초음파 검사 방법을 유체(F)로서 기체(G)를 사용한 실시 형태에 대하여 설명하지만, 이 초음파 검사 방법은, 유체(F)로서 액체(W)(도 17)를 사용한 실시 형태에 대해서도 유효한 것은 물론이다.14 is a flowchart showing the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. The ultrasonic inspection method of the first embodiment can be executed by the ultrasonic inspection apparatus Z described above, and will be described appropriately with reference to FIGS. 1 and 10 . In the ultrasonic inspection method of the first embodiment, the inspection subject E is inspected by incident ultrasonic beam U on the inspection subject E (FIG. 1) through the base G (FIG. 1). In addition, this ultrasonic inspection method is described for an embodiment in which gas G is used as the fluid F, but this ultrasonic inspection method also applies to an embodiment in which a liquid W ( FIG. 17 ) is used as the fluid F. Valid, of course.
먼저, 제어 장치(2)(도 10)의 지령에 의해, 송신 프로브(110)(도 1)로부터 초음파빔(U)(도 6b)을 방출하는 방출 스텝 S101이 행해진다. 계속해서, 편심 배치 수신 프로브(120)(도 1)에 있어서 초음파빔(U)(이 예에서는 산란파(U1))을 수신하는 수신 스텝 S102가 행해진다.First, emission step S101 of emitting the ultrasonic beam U (FIG. 6B) from the transmission probe 110 (FIG. 1) is performed by a command of the control device 2 (FIG. 10). Subsequently, reception step S102 of receiving the ultrasonic beam U (scattered wave U1 in this example) in the eccentrically placed receiving probe 120 (FIG. 1) is performed.
그 후, 편심 배치 수신 프로브(120)가 수신한 초음파빔(U)(이 예에서는 산란파(U1))의 신호(예를 들어 파형 신호)를 기초로, 신호의 위상 정보를 추출하는 위상 추출 스텝 S103이 행해진다. 위상 추출 스텝 S103은, 위상 추출부(231)(도 10)에 의해 행해지고, 위상 추출부(231)는, 예를 들어 상기 도 4b에 도시하는 수신 신호로부터 신호의 위상 정보를 추출(생성)한다.Thereafter, a phase extraction step of extracting phase information of a signal based on a signal (eg, a waveform signal) of the ultrasonic beam U (scattered wave U1 in this example) received by the eccentrically placed receiving
위상 추출부(231)의 출력 신호는 위상 변화량 산출부(232)(도 10)에 입력되고, 추출한 위상 정보의, 주사 위치에 관한 위상 변화량을 산출하는 위상 변화량 산출 스텝 S104가 행해진다. 위상 변화량 산출 스텝 S104에 있어서는, 스캔 컨트롤러(204)(도 10)로부터 보내지는, 주사 위치 정보(좌표 위치)를 참조하여, 주사 위치의 단위 길이 변화당의, 위상 변화량을 산출한다. 위상 변화량 산출 스텝 S104는, 위상 변화량 산출부(232)에 의해 행해진다.The output signal of the
송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)의 주사 위치 정보는, 위치 계측부(203)(도 10)로부터 스캔 컨트롤러(204)(도 10)에 송신된다. 데이터 처리부(201)(도 10)는 스캔 컨트롤러(204)로부터 취득한 송신 프로브(110)의 주사 위치 정보에 대하여, 각각의 주사 위치에서의 위상 변화량을 플롯한다. 이와 같이 하여, 예를 들어 상기 도 11에 도시한 그래프(G3 내지 G5)가 얻어져, 위상 변화량이 화상화된다.Scanning position information of the
또한, 상기 도 11은 주사 위치 정보가 1차원(1 방향)인 경우이며, 주사 위치 정보가 x, y의 2차원인 경우에 대해서는, 위상 변화량을 플롯함으로써 결함부(D)의 윤곽 정보가 2차원 화상으로 하여 나타내어지고, 그것이 표시 장치(3)에 표시된다.In addition, in FIG. 11, the scanning position information is one-dimensional (one direction), and for the case where the scanning position information is two-dimensional (x, y), by plotting the amount of phase change, the contour information of the defective part D is 2 It is represented as a dimensional image, and it is displayed on the
위상 변화량 산출 스텝 S104에 이어서, 형상 표시 스텝 S105가 행해진다. 형상 표시 스텝 S105는, 위상 변화량 산출 스텝 S104에서 생성된, 위상 정보의 주사 위치에 관한 위상 변화량이, 미리 설정되어 있는 역치 이상인지 여부를 판정함으로써, 피검사체(E)의 결함부(D)의 형상을 예를 들어 표시 장치(3)에 표시한다. 표시 장치(3)에는, 예를 들어, 역치를 초과한 주사 위치를 묘화한 화상이 표시된다. 이렇게 하면, 결함부(D)의 윤곽을 명확하게 나타낼 수 있다는 효과가 얻어지므로, 보다 바람직하다. 형상 표시 스텝 S105는 데이터 처리부(201)에 의해 행해진다.Following phase change amount calculation step S104, shape display step S105 is performed. The shape display step S105 determines whether or not the amount of phase change with respect to the scanning position of the phase information generated in the amount of phase change calculation step S104 is equal to or greater than a preset threshold, thereby determining the defect portion D of the subject E. The shape is displayed on the
데이터 처리부(201)는 주사가 완료되었는지 여부를 판정한다(스텝 S111). 주사가 완료된 경우("예"), 제어 장치(2)는 처리를 종료한다. 주사가 완료되지 않은 경우("아니오"), 데이터 처리부(201)는 구동부(202)(도 10)에 지령을 출력함으로써, 다음 주사 위치까지 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)를 이동시키고(스텝 S112), 방출 스텝 S101로 처리를 복귀시킨다.The
이상의 초음파 검사 장치(Z) 및 초음파 검사 방법에 의하면, 결함부의 검출 성능, 예를 들어 표시 화상의 해상도를 향상시킬 수 있어, 결함부(D)의 위치를 파악하기 쉽게 할 수 있다.According to the above ultrasonic inspection apparatus Z and ultrasonic inspection method, the detection performance of a defect part, for example, the resolution of a display image can be improved, and the position of the defect part D can be grasped easily.
또한, 유체(F)는 상기와 같이 기체(G)(도 1)여도 되고, 후기와 같이 액체(W)(도 17)여도 된다. 단, 유체(F)로서 공기 등의 기체(G)를 사용한 경우, 이하의 이유에 의해, 더욱 바람직한 효과를 부여한다.Further, the fluid F may be a gas G (FIG. 1) as described above, or may be a liquid W (FIG. 17) as described later. However, when a gas G such as air is used as the fluid F, more favorable effects are provided for the following reasons.
액체(W) 중과 비교하여, 기체(G) 중에서는 초음파의 감쇠량이 크다. 초음파의 기체(G) 중에서의 감쇠량은 주파수에 제곱에 비례하는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 기체(G) 중에서 초음파를 전반시키기 위해서는 1MHz 정도가 상한이 된다. 액체(W) 중인 경우는, 5MHz 내지 수십MHz의 초음파로도 전반하므로, 기체(G) 중에서 사용 가능한 주파수는, 액체(W) 중의 그것보다 작게 된다.Compared to that in the liquid (W), the attenuation of ultrasonic waves is greater in the gas (G). It is known that the amount of attenuation of ultrasonic waves in gas (G) is proportional to the square of the frequency. For this reason, in order to propagate ultrasonic waves in the base G, about 1 MHz becomes an upper limit. In the case of the liquid W, since ultrasonic waves of 5 MHz to several tens of MHz propagate, the usable frequency in the gas G is smaller than that in the liquid W.
일반적으로, 초음파의 주파수가 낮아지면, 초음파빔(U)의 수렴이 곤란해진다. 그 때문에, 기체(G) 중을 전반시키는 1MHz의 초음파빔은, 액체(W) 중의 초음파빔(U)과 비교하여 결속 가능한 빔 직경이 커진다. 이 때문에, 동축 배치 수신 프로브(140)(도 2a)로 검출하는 진폭 화상은, 유체(F)로서 기체(G)를 사용한 경우, 해상도가 낮아지는 경우가 있다.In general, when the frequency of the ultrasonic wave is lowered, convergence of the ultrasonic beam U becomes difficult. Therefore, the 1 MHz ultrasonic beam that propagates in the gas G has a larger beam diameter that can be bound compared to that of the ultrasonic beam U in the liquid W. For this reason, the amplitude image detected by the coaxial arrangement receiving probe 140 (FIG. 2A) may have a low resolution when the gas G is used as the fluid F.
그러나, 본 개시에 의하면, 유체(F)로서 기체(G)를 사용한 경우라도, 편심 배치 수신 프로브(120)로 검출한 산란파(U1)의, 주사 위치에 관한 위상 변화량(공간 미분량)은 결함부(D)의 윤곽 상에 가까운 화상이 얻어진다. 이 때문에, 유체(F)로서 액체(W)를 사용하는 경우에는 물론, 기체(G)를 사용한 경우라도 높은 해상도가 얻어진다. 이와 같이, 본 개시의 효과는, 유체(F)로서 기체(G)를 사용한 경우에, 더 높은 것이 된다.However, according to the present disclosure, even when the gas G is used as the fluid F, the amount of phase change (spatial differential amount) of the scattered wave U1 detected by the eccentrically placed receiving
(제2 실시 형태)(Second Embodiment)
도 15는, 제2 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 제2 실시 형태에서는, 주사 계측 장치(1)는 편심 배치 수신 프로브(120) 외에, 동축 배치 수신 프로브(140)를 구비한다. 여기서, 동축 배치 수신 프로브(140)는 편심 거리 L이 제로가 되는 위치에 배치한 수신 프로브(121)이다. 즉, 동축 배치 수신 프로브(140)의 수신음축(AX2)은, 송신 프로브(110)의 송신음축(AX1)과 동일하다.15 is a diagram schematically showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to the second embodiment. In the second embodiment, the
도 16은, 제2 실시 형태에 관한 제어 장치(2)의 구성을 도시하는 도면이다. 편심 배치 수신 프로브(120)의 출력 신호는, 수신 계통(220a)에 입력되고, 그 중의 위상 추출부(231)에서 위상 정보가 추출된다. 위상 정보는, 데이터 처리부(201)에 입력되고, 그 중의 위상 변화량 산출부(232)에서 신호의 위상 주사 위치에 관한 위상 변화량이 산출된다. 이 위상 변화량은, 상기한 바와 같이 결함부(D)의 윤곽에 대응한다. 위상 변화량 산출부(232)에서는, 윤곽 화상 데이터가 생성된다.16 is a diagram showing the configuration of the
동축 배치 수신 프로브(140)의 출력 신호는, 수신 계통(220b)에 입력되고, 신호 앰프(223)로 증폭 후, 파형 해석부(221)에서 신호의 진폭 정보가 추출된다. 동축 배치 수신 프로브(140)의 수신음축(AX2)은, 송신 프로브(110)의 송신음축(AX1)에 일치하도록 설치되어 있으므로, 결함부(D)에 있어서 초음파빔(U)의 투과량이 차단되므로, 동축 배치 수신 프로브(140)의 수신 신호의 진폭은, 결함부(D)에 있어서 감소한다. 이것은, 종래 기술인 「저지 모드」에서의 결함 검출 방법이다. 동축 배치 수신 프로브(140)가 접속된 수신 계통(220b)의 파형 해석부(221)의 출력 신호는, 데이터 처리부(201)에 입력되고, 그 중의 진폭 화상 생성부(224)에서 진폭 화상 데이터를 생성한다.The output signal of the coaxial arrangement receiving probe 140 is input to the receiving
이상의 수순으로, 편심 배치 수신 프로브(120)의 신호로부터 윤곽 화상 데이터가 생성되고, 동축 배치 수신 프로브(140)의 신호로부터 진폭 화상 데이터가 생성된다. 이들 2개의 화상 데이터는, 데이터 처리부(201)의 화상 합성부(225)에 입력된다. 화상 합성부(225)는 진폭 화상 데이터(제1 화상)와, 윤곽 화상 데이터(제2 화상)를 합성(중첩)하는 것이다. 진폭 화상 데이터는, 상기한 바와 같이, 동축 배치 수신 프로브(140)로 수신한 직달파(U3)(도 9a)의 진폭에 기초하여 진폭 화상 생성부(224)가 생성한, 피검사체(E)의 내부의 결함부(D)의 위치를 나타내는 것이다. 윤곽 화상 데이터는, 주사 위치에 관한 위상 변화량에 기초하여 위상 변화량 산출부(232)가 생성한, 피검사체(E)의 내부의 결함부(D)의 윤곽을 나타내는 것이다. 합성한 화상은 표시 장치(3)에 입력되어 표시된다.In the above procedure, contour image data is generated from the signal of the eccentrically placed receiving
초음파빔(U)의 수렴 사이즈보다도 작은 결함부(D)를 관측하는 경우, 진폭 화상 데이터는 윤곽이 희미해진 화상이 되지만, 윤곽 화상 데이터는 결함부(D)의 실 사이즈에 보다 가까운 샤프한 형상을 부여한다. 이 때문에, 제2 실시 형태에 따르면, 결함부(D)를 보다 고해상도로 화상화할 수 있다는 효과가 있다.When observing a defect portion D smaller than the convergence size of the ultrasonic beam U, the amplitude image data becomes an image with a blurred outline, but the outline image data gives a sharp shape closer to the actual size of the defect portion D. do. For this reason, according to the second embodiment, there is an effect that the defective portion D can be imaged with higher resolution.
또한, 제2 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)로 수신한 신호로부터 얻은, 위상 변화량 산출부(232)로부터의 정보(윤곽 화상 데이터)와, 동축 배치 수신 프로브(140)로 수신한 신호로부터 얻은, 진폭 화상 생성부(224)로부터의 정보(진폭 화상 데이터)를 합성하고, 표시 장치(3)에 중첩 표시를 행하였다. 그러나, 본 개시에 있어서, 이들 2개의 정보, 즉, 위상 변화량 및 진폭의 각 정보의 활용 방법은, 2개의 화상의 합성에 한정되는 것은 아니다.Further, in the second embodiment, the information (contour image data) from the phase
이들 2개의 정보를 활용하는 방법의, 다른 실시 형태를 이하에 설명한다. 이하의 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)로 수신한 신호로부터 얻은 위상 변화량과, 동축 배치 수신 프로브(140)로 수신한 신호로부터 얻은 진폭을 적절하게 조합함으로써, 해상도가 높은 결함부(D)의 화상을 생성하고, 표시할 수 있다.Another embodiment of the method of utilizing these two pieces of information will be described below. In the following embodiment, by appropriately combining the amount of phase change obtained from the signal received by the eccentrically placed receiving
이들 2개의 신호 조합 방법의 제1 예로서는, 위상 변화량 산출부(232)의 출력 신호가 미리 정한 역치를 초과한 주사 위치에 있어서, 동축 배치 수신 프로브(140)로부터의 파형 해석부(221)의 출력 신호, 즉, 진폭 신호의 변화량이 미리 정한 역치를 초과한 경우에, 그 주사 위치에 결함부(D)가 있다고 판정할 수 있다. 이와 같이 하여 판정된 결함부(D)의 정보가, 주사 위치 정보와 함께 결함부(D)의 화상으로서 표시 장치(3)에 표시한다. 이에 의해, 위상 변화의 공간적 변화량인 위상 변화량의 산출에 있어서, 의도하지 않는 노이즈 혼입 등에 의해, 신호 변화가 발생한 경우에서도, 결함부(D)의 오검지의 발생을 억제할 수 있다.As a first example of the method of combining these two signals, the output of the
제2 예에 있어서는, 위상 변화량 산출부(232)의 출력 신호를 결함부(D)의 윤곽 정보로 하고, 동축 배치 수신 프로브(140)의 수신 신호의 진폭값을 사용하여, 그 윤곽선으로 구획되는 화상 중, 어느 영역이 결함부(D)의 위치에 대응하는 것인지를 판정할 수 있다. 그 판정에 기초하여, 결함 화상이 표시 장치(3)에 표시된다. 이에 의해, 결함부(D)를 해상도 좋게 표시할 수 있다.In the second example, the output signal of the phase
(제3 실시 형태)(Third Embodiment)
도 17은, 제3 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 제3 실시 형태에서는, 유체(F)는 액체(W)이며, 도시의 예에서는 물이다. 초음파 검사 장치(Z)는, 유체(F)인 액체(W)를 통해 피검사체(E)에 초음파빔(U)을 입사함으로써 피검사체(E)의 검사를 행하는 것이다. 피검사체(E)는, 액체(W)의 액면 L0 아래에 배치되고, 액체(W)에 잠겨 있다. 초음파 검사 장치(Z)는, 주사 계측 장치(1)와, 제어 장치(2)와, 표시 장치(3)를 구비한다. 표시 장치(3)는 제어 장치(2)에 접속된다.17 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a third embodiment. In the third embodiment, the fluid F is a liquid W, and in the illustrated example, it is water. The ultrasonic inspection apparatus Z inspects the subject E by making the ultrasonic beam U incident on the subject E through the liquid W as the fluid F. The inspected object E is disposed below the liquid level L0 of the liquid W, and is immersed in the liquid W. The ultrasonic inspection device Z includes a
주사 계측 장치(1)는 피검사체(E)로의 초음파빔(U)의 주사 및 계측을 행하는 것이며, 하우징(101)에 고정된 시료대(102)를 구비하고, 시료대(102)에는 피검사체(E)가 적재된다. 피검사체(E)는, 임의의 재료로 구성되어 있다. 피검사체(E)는 예를 들어 고체 재료이며, 보다 구체에는 예를 들어 금속, 유리, 수지 재료 등이다. 또한, 피검사체(E)는 내부에 결함부(D)를 갖고 있다. 결함부(D)는, 공동 등이다. 결함부(D)의 예는, 공동이나, 본래 있어야 할 재료와 다른 이물재 등이다. 피검사체(E)에 있어서, 결함부(D) 이외의 부분을 건전부(N)라고 칭한다.The
결함부(D)와 건전부(N)는, 구성하는 재료가 다르므로, 양자간에서는 음향 임피던스가 다르며, 초음파빔의 전반 특성이 변화한다. 초음파 검사 장치(Z)에서는, 이 변화를 관측하고, 결함부(D)를 검출한다.Since the defective portion D and the intact portion N are made of different materials, the acoustic impedance is different between them, and the propagation characteristics of the ultrasonic beam change. In the ultrasonic inspection apparatus Z, this change is observed and the defective part D is detected.
주사 계측 장치(1)는 초음파빔(U)을 방출하는 송신 프로브(110)와, 편심 배치 수신 프로브(120)를 갖는다. 송신 프로브(110)는 송신 프로브 주사부(103)를 통해 하우징(101)에 설치되고, 초음파빔(U)을 방출한다. 편심 배치 수신 프로브(120)는 피검사체(E)에 관하여 송신 프로브(110)의 반대측에 설치되어 초음파빔(U)을 수신하는 수신 프로브(121)이다. 편심 배치 수신 프로브(120)는 송신 프로브(110)의 송신음축(AX1)과는 다른 위치에 수신음축(AX2)을 갖는다. 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)의 거리가 편심 거리 L이다. 편심 배치 수신 프로브(120)는 수신 프로브 주사부(104)를 통해 하우징(101)에 설치된다.The
또한, 유체(F)로서 물 등의 액체(W)를 사용하는 경우에 있어서도, 초음파를 수신하는 수신 프로브(121)(도 18) 중 편심 거리 L이 제로 이상의 위치에 배치된 것을 편심 배치 수신 프로브(120)라고 정의하고, 편심 거리 L이 제로의 위치에 배치된 것을 동축 배치 수신 프로브(140)(도 18)라고 정의한다. 바꾸어 말하면, 수신 프로브(121)는 편심 배치 수신 프로브(120)와 동축 배치 수신 프로브(140)를 포괄하는 용어이다.In addition, even in the case of using a liquid W such as water as the fluid F, among the receiving probes 121 (FIG. 18) that receive ultrasonic waves, the eccentric distance L disposed at a position of zero or more is an eccentrically arranged receiving probe. (120), and the one with the eccentric distance L at the zero position is defined as the coaxially placed receiving probe 140 (FIG. 18). In other words, the receiving probe 121 is a term encompassing the eccentrically
제3 실시 형태에서는, 송신 프로브(110)에 대하여, 도 17의 x축 방향에 편심 거리 L만큼 편심 배치 수신 프로브(120)가 어긋나게 배치되어 있지만, 도 17의 y축 방향으로 어긋난 상태에서 편심 배치 수신 프로브(120)가 배치되어도 된다. 혹은, x축 방향으로 L1, y축 방향으로 L2(즉, 송신 프로브(110)의 xy 평면에서의 위치를 원점으로 하면, (L1, L2)의 위치)에 편심 배치 수신 프로브(120)가 배치되어도 된다.In the third embodiment, although the eccentric
제3 실시 형태에서는, 바람직한 예로서, 편심 배치 수신 프로브(120)는 결함부(D)에서의 초음파빔(U)의 산란에 의해 발생한 산란파(U1)(도 6b)를 수신한다. 결함부(D)의 존재에 의해 산란파(U1)가 생성되므로, 산란파(U1)의 검출에 의해, 결함부(D)의 검출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이하의 예에서는, 설명의 간략화를 위해, 산란파(U1)를 수신 가능한 위치에 설치된 편심 배치 수신 프로브(120)를 예로 들어, 본 실시 형태를 설명한다.In the third embodiment, as a preferred example, the eccentrically placed receiving
편심 거리 L은, 피검사체(E)의 건전부(N)에서의 수신 신호보다도, 결함부(D)에서의 신호 강도의 쪽이 커지는 위치에 설정한다. 이 점에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.The eccentricity distance L is set at a position where the signal intensity in the defective portion D is greater than that of the received signal in the intact portion N of the subject E. About this point, it is the same as that of 1st Embodiment.
제3 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)에 구비되는 제어 장치(2)에 대해서, 상기의 도 10을 더 참조하면서 설명한다. 제3 실시 형태에 있어서도, 제어 장치(2)는 송신 계통(210)과, 수신 계통(220)과, 데이터 처리부(201)와, 스캔 컨트롤러(204)와, 구동부(202)와, 위치 계측부(203)를 구비한다. 제어 장치(2)의 구성 및 동작에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.The
수신 계통(220)은 위상 추출부(231)를 구비한다. 위상 추출부(231)에는, 신호 앰프(222)의 출력 신호가 입력된다. 위상 추출부(231)에서는, 수신 신호로부터 상기의 위상 정보를 생성한다. 생성된 위상 정보는 데이터 처리부(201)에 보내진다.The receiving
데이터 처리부(201)는 위상 변화량 산출부(232)를 구비한다. 위상 변화량 산출부(232)는 위상 정보를 입력 신호로서 수취하고, 스캔 컨트롤러(204)로부터 주사 위치의 정보도 수취한다. 이들 2개의 정보를 사용하여, 위상 변화량 산출부(232)는 주사 위치의 변화에 의한 위상 변화량을 산출한다.The
제1 실시 형태와 마찬가지로, 이 주사 위치의 변화에 의한 위상 변화량은, 결함부(D)의 윤곽 정보에 대응한다. 따라서, 이 위상 변화량을 주사 위치에 대응하여 화상화함으로써, 해상도가 높은 결함부의 영상을 얻을 수 있다.As in the first embodiment, the amount of phase change due to the change in the scanning position corresponds to the contour information of the defective portion D. Therefore, by imaging this amount of phase change corresponding to the scanning position, it is possible to obtain an image of the defect portion with high resolution.
(제4 실시 형태)(Fourth Embodiment)
도 18은, 제4 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 제4 실시 형태에서는, 주사 계측 장치(1)는 편심 배치 수신 프로브(120) 외에, 동축 배치 수신 프로브(140)를 구비한다. 여기서, 동축 배치 수신 프로브(140)란, 편심 거리 L이 제로가 되는 위치에 배치한 수신 프로브(121)이다. 즉, 동축 배치 수신 프로브(140)의 수신음축(AX2)은, 송신 프로브(110)의 송신음축(AX1)과 동일하다.18 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a fourth embodiment. In the fourth embodiment, the
또한, 제4 실시 형태에서는, 유체(F)는 액체(W)이며, 액체(W)는 예를 들어 물이다. 제4 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)는, 예를 들어 도 16에 도시한 제어 장치(2)에 의해 제어된다.In the fourth embodiment, the fluid F is a liquid W, and the liquid W is water, for example. The ultrasonic inspection apparatus Z of the fourth embodiment is controlled by the
제4 실시 형태에 있어서도, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지로, 동축 배치 수신 프로브(140)로 수신한 신호에 기초하는 진폭 화상 데이터(제1 화상)에, 편심 배치 수신 프로브(120)로 수신한 신호에 기초하는, 주사 위치의 변화에 관한 위상 변화량에 기초하는 윤곽 화상 데이터(제2 화상)가 합성된다. 합성은 화상 합성부(225)(도 16)에 의해 행해진다. 이에 의해, 결함부(D)를 고해상도로 검출할 수 있다.Also in the fourth embodiment, as in the second embodiment, the amplitude image data (first image) based on the signal received by the coaxially placed receiving probe 140 is the signal received by the eccentrically placed receiving
(제5 실시 형태)(Fifth Embodiment)
도 19는, 제5 실시 형태에서의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 제5 실시 형태에서는, 제3 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)(도 17)의 송신 프로브(110)를 대신하여 송수신 프로브(119)가 구비된다. 송수신 프로브(119)는 제4 실시 형태에 있어서의 동축 배치 수신 프로브(140)(도 18)의 기능과, 제3 실시 형태의 송신 프로브(110)(도 17)의 기능을 담당한다. 따라서, 송수신 프로브(119)는 초음파빔(U)을 방출함과 함께, 피검사체(E)(결함부(D)를 포함함)로부터의 반사파를 수신한다.Fig. 19 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z in the fifth embodiment. In the fifth embodiment, a transmission/
도 20은, 제5 실시 형태에서의 초음파 검사 장치(Z)의 기능 블록도이다. 송수신 프로브(119)는 제어 장치(2)의 송신 계통(210)으로부터 출력된 여기 펄스가 인가됨으로써 초음파빔(U)을 방출한다. 이 후, 송수신 프로브(119)의 접속처를 즉시 제어 장치(2)의 수신 계통(220b)으로 전환한다. 전환은, 전형적으로는 제어 장치(2) 내의 스위치(235)를 사용하여 행해진다. 제5 실시 형태에서는, 예를 들어 스위치(235)는 릴레이 소자 또는 반도체 아날로그 스위치이다.Fig. 20 is a functional block diagram of the ultrasonic inspection device Z in the fifth embodiment. The transmission/
결함부(D)에 있어서 반사된 초음파빔(U)(반사파)은 송수신 프로브(119)에 의해 검출된다. 송수신 프로브(119)에 있어서, 반사파의 음파는 전기 신호로 변환되고, 스위치(235)를 경유하여 수신 계통(220b)에 입력된다. 수신 계통(220b) 내의 파형 해석부(221)에 있어서 반사파 신호의 진폭 정보가 추출되고, 진폭 화상 생성부(224)가 송수신 프로브(119)로 수신한 직달파의 진폭에 기초하여 진폭 화상 데이터(제1 화상)를 생성한다.The ultrasonic beam U (reflected wave) reflected in the defect part D is detected by the transmission/
한편, 편심 배치 수신 프로브(120)로 검출된 신호는, 수신 계통(220a)에 입력되고, 위상 추출부(231)에 있어서 신호의 위상 정보가 추출된다. 이 위상 정보의 주사 위치에 관한 위상 변화량을 산출함으로써, 위상 변화량 산출부(232)가 윤곽 화상 데이터(제2 화상)를 생성한다. 화상 합성부(225)는 진폭 화상 데이터와 윤곽 화상 데이터를 합성하여 중첩하고, 표시 장치(3)에 출력한다. 이와 같이 하여, 표시 장치(3)에 있어서, 합성한 2개의 화상이 중첩 표시된다.On the other hand, the signal detected by the eccentrically placed receiving
상기한 바와 같이, 산란파 신호의 위상 주사 위치에 관한 위상 변화량에 기초함으로써, 결함부(D)의 형상을 보다 해상도 좋게 검출할 수 있다. 이 때문에, 결함부(D)를 보다 높은 해상도로 화상화할 수 있다. 또한, 송수신 프로브(119)가 송신 프로브(110)(도 17) 및 동축 배치 수신 프로브(140)(도 18)의 기능을 겸비하므로, 주사 계측 장치(1)의 구성을 단순화할 수 있다.As described above, the shape of the defect portion D can be detected with higher resolution based on the amount of phase change with respect to the phase scanning position of the scattered wave signal. For this reason, the defect part D can be imaged with higher resolution. In addition, since the transmission/
또한, 종래의 저지법의 초음파 검사 장치의 동축 배치 수신 프로브(140)의 위치를 편심 거리 L만큼 어긋나게 하는 것만으로, 제5 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치(Z)를 실현할 수 있다. 즉, 지금까지 사용하고 있었던 초음파 검사 장치를 이용할 수 있어, 설치 비용을 경감할 수 있다.In addition, the ultrasonic inspection apparatus Z according to the fifth embodiment can be realized only by shifting the position of the coaxially placed receiving probe 140 of the conventional ultrasonic inspection apparatus of the obstruction method by the eccentric distance L. That is, the ultrasonic inspection apparatus that has been used so far can be used, and the installation cost can be reduced.
(제6 실시 형태)(Sixth Embodiment)
도 21은, 제6 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치(Z)에 있어서의 송신 프로브(110)와, 편심 배치 수신 프로브(120)의 관계를 도시하는 도면이다. 제6 실시 형태에서는, 송신 프로브(110)와, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성의 관계에 대하여 설명한다.Fig. 21 is a diagram showing the relationship between the transmitting
제6 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성을 송신 프로브(110)의 수렴성보다도 완만하게 하고 있다. 피검사체(E)의 내부에 있어서의 결함부(D)의 깊이, 결함부(D)의 형상, 기울기 등에 의해 산란파(U1)의 전반 경로는 다소 변화한다. 그래서, 산란파(U1)의 경로가 변화해도 편심 배치 수신 프로브(120)가 산란파(U1)를 검출할 수 있도록, 제2 실시 형태에서는 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성을 완만하게 할 수 있다.In the sixth embodiment, the convergence of the eccentrically placed receiving
수렴성의 대소 관계는, 피검사체(E)의 표면에 있어서의 빔 입사 면적 T1, T2의 대소 관계로 정의된다. 빔 입사 면적 T1, T2에 대하여 설명한다.The magnitude relation of the convergence is defined as the magnitude relation of the beam incident areas T1 and T2 on the surface of the inspected object E. The beam incident areas T1 and T2 will be described.
도 22는, 송신 프로브(110)에 있어서의 빔 입사 면적 T1 및 편심 배치 수신 프로브(120)에 있어서의 빔 입사 면적 T2의 관계를 설명하는 도면이다. 송신 프로브(110)의 빔 입사 면적 T1은, 송신 프로브(110)로부터 방출된 초음파빔(U)의 피검사체(E) 표면에서의 교차 면적이다. 또한, 편심 배치 수신 프로브(120)의 빔 입사 면적 T2는, 편심 배치 수신 프로브(120)로부터 초음파빔(U)이 방출된 경우를 상정한 가상적인 초음파빔(U2)과 피검사체(E) 표면에서의 교차 면적이다.FIG. 22 is a diagram explaining the relationship between the beam incident area T1 of the transmitting
또한, 도 22에 있어서, 초음파빔(U)의 경로는, 피검사체(E)가 없는 경우에 있어서의 경로를 도시한 것이다. 피검사체(E)가 있는 경우는, 피검사체(E) 표면에서 초음파빔(U)이 굴절되므로, 초음파빔(U)은 파선으로 나타낸 경로와는 다른 경로를 전반한다. 여기서, 도 22에 도시한 바와 같이, 편심 배치 수신 프로브(120)의 피검사체(E)에서의 빔 입사 면적 T2는, 송신 프로브(110)의 피검사체(E)에서의 빔 입사 면적 T1보다도 크다. 이렇게 함으로써, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성을, 송신 프로브(110)의 수렴성보다도 완만하게 할 수 있다.22, the path of the ultrasonic beam U is shown in the case where the subject E is not inspected. When there is an object E to be inspected, since the ultrasonic beam U is refracted on the surface of the object E, the ultrasonic beam U propagates along a path different from the path indicated by the broken line. Here, as shown in FIG. 22, the beam incident area T2 of the eccentrically arranged receiving
또한, 편심 배치 수신 프로브(120)의 초점 거리 R2는, 송신 프로브(110)의 초점 거리 R1보다도 길다. 이와 같이 해도, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성을, 송신 프로브(110)의 수렴성보다도 완만하게 할 수 있다. 이때, 피검사체(E)로 부터 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)까지의 거리는 예를 들어 모두 동일하지만, 동일하지 않아도 된다.Also, the focal length R2 of the eccentrically placed receiving
이와 같이, 제6 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성을 송신 프로브(110)의 수렴성보다도 완만하게 하고 있다. 즉, 편심 배치 수신 프로브(120)의 초점 거리 R2는, 송신 프로브(110)의 초점 거리 R1보다도 길게 설정되어 있다. 이 결과, 편심 배치 수신 프로브(120)의 빔 입사 면적 T2가 넓어지므로, 넓은 범위의 산란파(U1)를 검출할 수 있다. 이에 의해, 산란파(U1)의 전반 경로가 다소 변화해도, 편심 배치 수신 프로브(120)로 산란파(U1)를 검출 가능해진다. 그 결과, 넓은 범위의 결함부(D)를 검출할 수 있다.In this way, in the sixth embodiment, the convergence of the eccentrically arranged receiving
또한, 편심 배치 수신 프로브(120)의 초점은, 송신 프로브(110)의 초점보다도, 송신 프로브(110)의 측(도시의 예에서는 상방)에 존재한다. 이렇게 초점을 어긋나게 함으로써, 편심 배치 수신 프로브(120)로 산란파(U1)를 수신하기 쉽게 할 수 있어, 산란파(U1)를 검출하기 쉽게 할 수 있다.In addition, the focal point of the eccentrically placed receiving
또한, 편심 배치 수신 프로브(120)로서, 제1 실시 형태에서 사용한 비수렴형의 프로브가 사용되어도 된다. 비수렴형의 프로브에서는 초점 거리 R2가 무한대이므로, 송신 프로브(110)의 초점 거리 R1보다도 길어진다. 즉, 비수렴형의 편심 배치 수신 프로브(120)라도, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성은 송신 프로브(110)의 수렴성보다도 완만해진다.In addition, as the eccentric
(제7 실시 형태)(Seventh Embodiment)
도 23은, 제7 실시 형태에 관한 편심 배치 수신 프로브(120)의 예를 나타내는 도면이다. 초음파 검사 장치(Z)를, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)를 z축의 마이너스측에서 본 평면도이다. 즉, 도 23은, 편심 배치 수신 프로브(120)측에서 본 도면이다. 제3 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)의 진동자(111)(도 3)의, 송신음축(AX1)에 대한 수신음축(AX2)의 편심 방향의 길이 b가, 피검사체(E)의 표면을 따른 방향 또한 편심 방향에 직교하는 방향의 길이 a보다도 길다. 길이 a, b는 특성 길이이며, 각각, 직사각형 진동자에 대해서는, 직사각형의 변의 길이를 의미하고, 타원형의 진동자에 대해서는, 타원의 장축 또는 단축을 의미한다.Fig. 23 is a diagram showing an example of an eccentrically arranged receiving
이렇게 편심 배치 수신 프로브(120)의 종횡비를 설정하면, 결함부(D)의 깊이 등이 변화하여 산란파(U1)의 도달 위치가 변화해도, 산란파(U1)를 편심 배치 수신 프로브(120)로 검출할 수 있다.When the aspect ratio of the eccentrically placed receiving
산란파(U1)는, 송신음축(AX1)을 중심으로 하여 방사 방향으로 산란된다. 따라서, 도 23의 위치에 편심 배치 수신 프로브(120)가 배치되어 있는 경우, 편심 배치 수신 프로브(120)의 길이 방향(「길이 b」의 연장 방향)으로 산란파(U1)가 산란된다. 환언하면, 「길이 b」의 연장 방향은, 산란파(U1)가 방사되는 방향이다. 따라서, 「길이 b」의 값을 크게 함으로써, 다양한 깊이 등의 결함부(D)에서 산란된 산란파(U1)를 검출할 수 있다. 즉, 결함부(D)의 깊이 등이 변화하여 산란파(U1)의 도달 위치가 변화해도, 산란파(U1)를 편심 배치 수신 프로브(120)로 검출할 수 있다.The scattered wave U1 is scattered in a radial direction with the transmission sound axis AX1 as the center. Therefore, when the eccentrically placed receiving
길이 a, b에 제한은 없고, 길이 b가 길이 a보다도 긴, 즉 1<b/a이면 되지만, 상한으로 한 b/a(길이 b를 길이 a로 나눈 값)가 예를 들어 100 이하, 바람직하게는 50 이하이다.There are no restrictions on the lengths a and b, and the length b is longer than the length a, that is, as long as 1 < b/a, but the upper limit b/a (length b divided by length a) is, for example, 100 or less, preferably 100 or less. at least 50 or less.
또한, 도 23에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)로서 직육면체(직사각 형상)의 편심 배치 수신 프로브(120)를 도시했지만, 타원 형상으로 하여, 장축비 및 단축비를 마찬가지로 설정해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.In addition, although FIG. 23 shows the eccentrically placed receiving
(제8 실시 형태)(Eighth Embodiment)
도 24는, 제8 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치(Z)의 주사 계측 장치(1)의 구성을 도시하는 도면이다. 제8 실시 형태에서는, 주사 계측 장치(1)는 편심 배치 수신 프로브(120)의 기울기를 조정하는 설치 각도 조정부(106)를 구비한다. 이에 의해, 수신 신호의 강도를 증대할 수 있고, 신호의 SN비(Signal to Noise비, 신호 잡음비)를 크게 할 수 있다. 설치 각도 조정부(106)는, 예를 들어 모두 도시하지 않지만, 액추에이터, 모터 등에 의해 구성된다.24 is a diagram showing the configuration of the
여기서, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)이 이루는 각도 θ를 수신 프로브 설치 각도라고 정의한다. 도 24의 경우, 송신 프로브(110)는 연직 방향으로 설치되어 있으므로 송신음축(AX1)은 연직 방향이므로, 수신 프로브 설치 각도인 각도 θ는, 송신음축(AX1)(즉 연직 방향)과 편심 배치 수신 프로브(120)의 탐촉자면의 법선이 이루는 각도이다. 그리고, 설치 각도 조정부(106)에 의해, 각도 θ를 송신음축(AX1)이 존재하는 측으로 기울이고, 각도 θ를 제로보다 큰 값으로 설정한다. 즉, 편심 배치 수신 프로브(120)가 경사 배치된다. 구체적으로는, 편심 배치 수신 프로브(120)는 0°<θ<90°를 충족하도록 경사 배치되고, 각도 θ는 예를 들어 10°이지만 이것에 한정되지 않는다.Here, the angle θ formed by the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2 is defined as a receiving probe installation angle. In the case of FIG. 24, since the
또한, 편심 배치 수신 프로브(120)를 경사 배치하는 경우의 편심 거리 L은 이하와 같이 정의된다. 수신음축(AX2)과, 편심 배치 수신 프로브(120)의 탐촉자면과의 교점 C2를 정의한다. 또한, 송신음축(AX1)과, 송신 프로브(110)의 탐촉자면과의 교점 C1을 정의한다. 교점 C1의 위치를 xy 평면에 투영한 좌표 위치(x4, y4)와, 교점 C2의 위치를 xy 평면에 투영한 좌표 위치(x5, y5)와의 거리를 편심 거리 L이라고 정의한다.In addition, the eccentric distance L in the case of arranging the eccentrically placed receiving
이렇게 편심 배치 수신 프로브(120)를 경사 배치하여, 본 발명자가 실제로 결함부(D)의 검출을 행한 결과, 수신 신호의 신호 강도가 θ=0인 경우와 비교하여 3배로 증가하였다.As a result of actually detecting the defect D by arranging the
도 25는, 제8 실시 형태에 의한 효과가 발생하는 이유를 설명하는 도면이다. 산란파(U1)는 송신음축(AX1)으로부터 벗어난 방향으로 전반한다. 따라서, 도 25에 도시한 바와 같이, 산란파(U1)는 피검사체(E)의 외측에 도달했을 때, 피검사체(E) 표면의 법선 벡터와는 비제로의 각도 α2로써 피검사체(E)와 외부와의 계면에 입사한다. 그리고, 피검사체(E)의 표면으로부터 나오는 산란파(U1)의 각도는 피검사체(E) 표면의 법선 방향에 대하여 비제로의 출사각인 각도 β2를 갖는다. 산란파(U1)는, 편심 배치 수신 프로브(120)의 탐촉자면의 법선 벡터를 산란파(U1)의 진행 방향과 일치시켰을 때, 가장 효율적으로 수신할 수 있다. 즉, 편심 배치 수신 프로브(120)를 경사 배치함으로써 수신 신호 강도를 증대할 수 있다.25 is a diagram explaining the reason why the effect according to the eighth embodiment occurs. The scattered wave U1 propagates in a direction away from the transmission sound axis AX1. Therefore, as shown in FIG. 25, when the scattered wave U1 reaches the outside of the object E, the normal vector of the surface of the object E is at an angle α2 of non-zero angle with the object E. enters the interface with the outside. And, the angle of the scattered wave U1 emitted from the surface of the object E to be inspected has an angle β2 which is a non-zero emission angle with respect to the normal direction of the surface of the object E to be inspected. The scattered wave U1 can be received most efficiently when the normal vector of the transducer surface of the eccentrically arranged receiving
또한, 피검사체(E)로부터 출사하는 초음파빔(U)의 각도 β2와, 송신음축(AX1)과 수신음축(AX2)이 이루는 각도 θ가 일치하면, 가장 수신 효과가 높아진다. 그러나, 각도 β2와 각도 θ가 완전히 일치하지 않는 경우라도, 수신 신호 증대의 효과가 얻어지므로, 도 25에 도시하고 있는 바와 같이, 각도 β2와 각도 θ가 완전히 일치하지 않아도 된다.Further, when the angle β2 of the ultrasonic beam U emitted from the object E to be inspected coincides with the angle θ formed by the transmission sound axis AX1 and the reception sound axis AX2, the reception effect is the highest. However, since the effect of increasing the received signal is obtained even when the angle β2 and the angle θ do not completely coincide, as shown in FIG. 25, the angle β2 and the angle θ do not have to completely coincide.
또한, 주사 계측 장치(1)(도 24)에서는, 설치 각도 조정부(106)가 마련되어 있고, 설치 각도 조정부(106)에 의해 편심 배치 수신 프로브(120)가 설치되어 있다. 설치 각도 조정부(106)에 의해, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수신 프로브 설치 각도를 조정하는 것이 가능하다. 피검사체(E)의 재료, 두께 등에 의해 산란파(U1)의 경로는 다소 변화하므로, 편심 배치 수신 프로브(120)의 설치 각도의 최적값도 변화한다. 따라서, 설치 각도 조정부(106)에서 수신 프로브 설치 각도를 조정 가능하게 함으로써, 피검사체(E)의 재료, 두께 등에 따라서 편심 배치 수신 프로브(120)의 설치 각도를 적절하게 조정할 수 있다.In addition, in the scanning measuring device 1 ( FIG. 24 ), an installation
또한, 제8 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)가 수평면으로 대하여 기운 상태로 배치되어 있지만, 송신 프로브(110)도 기운 상태로 배치되어도 된다. 혹은, 송신 프로브(110)가 수평면에 대하여 기운 상태로 배치되고, 편심 배치 수신 프로브(120)의 탐촉자면이 수평면(xy 평면)에 대하여 병행하게 되도록 배치되어도 된다. 어느 경우도, 상기 도 2b에 도시한 바와 같이, 송신음축(AX1)과, 수신음축(AX2)은, 어긋나게 한 상태로 배치된다.Further, in the eighth embodiment, the eccentrically placed receiving
또한, 본 실시 형태에서 기재한 경사 배치의 효과를 얻기 위해서는 0°<θ<90°의 범위에서 각도 θ(경사각)가 설정된다. 한편, 본 개시의 다른 실시 형태에 있어서는, θ=0°여도 되는 것은 물론이다.In addition, in order to obtain the effect of the inclined arrangement described in this embodiment, the angle θ (inclination angle) is set in the range of 0°<θ<90°. On the other hand, in another embodiment of the present disclosure, it goes without saying that θ=0° may be sufficient.
(제9 실시 형태)(Ninth Embodiment)
도 26은, 제9 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 제9 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)는, 복수의 단위 프로브(120a)를 포함한다. 도시의 예에서는, 단위 프로브(120a)는 3개이다. 단위 프로브(120a)는 편심 거리 L(송신음축(AX1)으로부터의 거리)이 다른 위치에 각각 배치된다.26 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a ninth embodiment. In the ninth embodiment, the eccentric
결함부(D)의 깊이, 형상, 기울기 등에 의해, 산란파(U1)의 경로가 다소 변화한다. 예를 들어, 산란될 때의 산란각(송신음축(AX1)에 대한 산란파(U1)가 이루는 각도)은 통상적으로는 동일 정도이다. 이 때문에, 결함부(D)가 깊을수록 산란파(U1)는 송신음축(AX1)으로부터 가까운 장소에 도달하고, 결함부(D)가 얕을수록 산란파(U1)는 송신음축(AX1)으로부터 먼 장소에 도달한다. 그래서, 복수의 단위 프로브(120a)를 사용하여, 어느 위치의 단위 프로브(120a)로 수신했는지 라고 하는 정보를 사용함으로써, 결함부(D)에 관한 정보(결함부(D)의 깊이 등)를 얻을 수 있다.Depending on the depth, shape, inclination, etc. of the defect portion D, the path of the scattered wave U1 changes slightly. For example, the scattering angle (the angle formed by the scattered wave U1 with respect to the transmission sound axis AX1) during scattering is usually about the same. For this reason, the deeper the defect D is, the scattered wave U1 arrives at a place closer to the transmission sound axis AX1, and the shallower the defect D is, the scattered wave U1 arrives at a place farther from the transmission sound axis AX1. reach Therefore, by using the plurality of
복수의 단위 프로브(120a)로서는, 복수의 감음 소자(122a)(도 28 및 도 29)를 하나의 하우징에 수납한 어레이형 프로브(122)(도 28 및 도 29)가 사용되어도 된다. 이 경우, 도 26의 단위 프로브(120a)가 각각 감음 소자에 대응하고, 그것들이 하나의 하우징 중에 수납되어 있다. 감음 소자란, 초음파를 전기 신호로 변환하는 소자이다. 감음 소자로서는, 압전 소자 외에, 정전 용량 감음 소자(CMUT, Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer) 등이 사용되어도 된다.As the plurality of
도 27은, 제9 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치(Z)의 기능 블록도이다. 복수개의 단위 프로브(120a)는, 각각에 대응하는 수신 계통(220c, 220d, 220e)에 접속된다. 각각의 수신 계통(220c, 220d, 220e)의 구성은, 도 10에 도시하는 수신 계통(220)의 구성과 마찬가지이다. 즉, 수신 계통(220c, 220d, 220e)은, 모두 도 27에서는 도시하지 않지만 도 10에 도시한 바와 같이, 신호 앰프(222)와, 파형 해석부(221)와, 위상 추출부(231)를 구비한다. 각각의 단위 프로브(120a)로부터의 신호는, 신호 앰프(222)로 증폭되고, 파형 해석부(221) 및 위상 추출부(231)에 입력된다. 파형 해석부(221)는 수신 신호(산란파(U1))의 진폭을 출력하고, 위상 추출부(231)는 수신 신호(산란파(U1))의 위상 정보를 출력한다. 이러한, 수신 계통(220c, 220d, 220e) 각각으로부터의 출력은, 결함 정보 판정부(205)에 입력된다.27 is a functional block diagram of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a ninth embodiment. A plurality of
결함 정보 판정부(205)는 제어 장치(2)에 구비되고, 복수의 단위 프로브(120a) 중, 조사된 초음파빔(U)의, 피검사체(E)의 결함부(D)에서의 산란에 의해 발생하는 산란파(U1)를 수신한 단위 프로브(120a)의 수신 신호에 기초하여, 피검사체(E)에서의 결함부(D)에 관한 정보(결함부(D)의 깊이 등)를 판정한다. 구체적으로는, 결함 정보 판정부(205)는 수신 계통(220c, 220d, 220e) 각각에 있어서의 파형 해석부(221)로부터의 진폭 정보에 기초하여, 산란파(U1)를 관측하기 위해 최적의 수신 계통(220)을 판단한다. 제9 실시 형태에서는, 결함 정보 판정부(205)는 진폭이 최대의 수신 계통(220)을 선택한다. 그리고, 그 선택된 수신 계통(220)의 위상 추출부(231)로부터의 위상 정보를 데이터 처리부(201)에 출력한다.The defect
결함 정보 판정부(205)는 수신 계통(220c, 220d, 220e) 각각에 있어서의 파형 해석 결과를 기초로, 결함부(D)에 관한 정보를 판정한다. 수신 신호에 기초한다고 함은, 어느 단위 프로브(120a)에서, 어느 정도의 수신 신호(산란파(U1))가 검지되었는지이다. 이렇게 함으로써, 결함부(D)의 위치 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있다.The defect
결함 정보 판정부(205)의 출력은, 데이터 처리부(201)에 입력된다. 데이터 처리부(201)는 위상 변화량 산출부(232)를 구비한다. 위상 변화량 산출부(232)는 프로브를 주사하는 스캔 컨트롤러(204)로부터의 주사 위치 정보와 맞춤으로써, 주사 위치 변화에 관한, 수신 신호의 위상 변화량을 산출한다. 상기한 바와 같이, 이 주사 위치 변화에 관한 위상 변화량은, 결함부(D)의 윤곽 정보에 대응한 화상을 부여한다. 이 정보가 화상화되어 표시 장치(3)에 표시된다.The output of the defect
또한, 결함 정보 판정부(205)는 데이터 처리부(201)의 일부로서 마련해도 된다.In addition, the defect
(제10 실시 형태)(Tenth Embodiment)
도 28은, 제10 실시 형태에 있어서의 편심 배치 수신 프로브(120)의 배치를 도시하는 도면이다. 이 예에서는, 송신 프로브(110) 및 편심 배치 수신 프로브(120)를 도 1의 z축의 마이너스측, 즉, 편심 배치 수신 프로브(120)측에서 본 평면도이다. 제10 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120)는 xy 평면 방향으로 2차원적으로 배치된다. 즉, 편심 배치 수신 프로브(120)는 평면으로 보아 직사각 형상의 복수의 단위 프로브(120a)를 포함하고, 복수의 단위 프로브(120a)는 송신음축(AX1)을 중심으로 하여 방사상으로 배치되어 있다. 도시의 예에서는, 단위 프로브(120a)는 8개이다.Fig. 28 is a diagram showing the arrangement of the eccentrically placed receiving
산란파(U1)의 방향은, 결함부(D)의 형상, 경사 방향 등에 의해 다소 변화한다. 그 때문에, 도 28과 같이, 방사상으로 단위 프로브(120a)를 배치하고, 어느 방향에서 산란파(U1)를 검출했는지를 기록함으로써, 결함부(D)의 형상, 경사 방향 등의 정보를, 보다 정밀도 높게 얻을 수 있다.The direction of the scattered wave U1 changes somewhat depending on the shape of the defect D, the direction of inclination, and the like. Therefore, as shown in FIG. 28, by arranging the
(제11 실시 형태)(Eleventh Embodiment)
도 29는, 제11 실시 형태에 있어서의 편심 배치 수신 프로브(120)의 배치를 도시하는 도면이며, 단위 프로브(120a)를 경사지게 배치한 도면이다. 복수의 단위 프로브(120a)가 송신음축(AX1)에 대하여 대칭으로 배치되어 있다. 따라서, 편심 거리 L이 동일 위치에, 적어도 2개의 단위 프로브(120a)가 배치된다. 도시의 예에서는, 송신음축(AX1)을 포함하는 평면으로 보아 송신음축(AX1)의 양측에, 3개씩 단위 프로브(120a)가 대칭으로 배치된다. 그리고, 3개의 다른 편심 거리 L의 각각의 위치에, 2개씩 단위 프로브(120a)가 배치된다. 또한, 단위 프로브(120a)는, 상기의 제8 실시 형태(도 25)와 마찬가지로, 경사지게 배치된다.Fig. 29 is a diagram showing the arrangement of the eccentrically arranged receiving
도 30은, 제11 실시 형태에 있어서의 편심 배치 수신 프로브(120)의 배치를 도시하는 도면이며, 단위 프로브(120a)를 연직 방향으로 배치한 도면이다. 1조의 단위 프로브(120a)가 송신음축(AX1)에 대하여 대칭으로 배치되어 있다. 따라서, 편심 거리 L이 동일 위치에, 적어도 2개의 단위 프로브(120a)가 배치된다.30 is a diagram showing the arrangement of eccentrically arranged receiving
편심 거리 L이 동일 위치에 적어도 2개의 단위 프로브(120a)가 배치됨으로써, 복수의 방향으로 산란된 산란파(U1)를 검지할 수 있다. 또한, 송신음축(AX1)을 포함하는 평면으로 보아(도 29 및 도 30), 송신음축(AX1)의 양측에 적어도 2개의 단위 프로브(120a)를 배치함으로써, 넓은 범위의 산란파(U1)를 수신할 수 있다. 또한, 제어 장치(2)는 양측 각각의 단위 프로브(120a)에서 산란파(U1)를 검지했을 때, 실제로 결함부(D)를 검지하고, 어느 한쪽에서만 산란파(U1)를 검지한 경우에서는, 에러라고 판정할 수 있다. 이에 의해, 결함부(D)의 검지 정밀도를 향상시킬 수 있다.By disposing at least two
(제12 실시 형태)(Twelfth Embodiment)
도 31은, 제12 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 제12 실시 형태에서는, 동축 배치 수신 프로브(140)의 초점 거리 R3은, 편심 배치 수신 프로브(120)의 초점 거리 R2보다도 짧이다. 이에 의해, 동축 배치 수신 프로브(140)의 수렴성이, 편심 배치 수신 프로브(120)의 수렴성보다도 높아지고 있다.31 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a twelfth embodiment. In the twelfth embodiment, the focal length R3 of the coaxially placed receiving probe 140 is shorter than the focal length R2 of the eccentrically placed receiving
동축 배치 수신 프로브(140)의 초점 거리 R3을 편심 배치 수신 프로브(120)의 초점 거리 R2보다도 짧게 함으로써, 송신 프로브(110)로부터 방출되는 초음파빔(U) 중, 수신음축(AX2) 상의 초음파빔(U)을 동축 배치 수신 프로브(140)가 효율적으로 수신할 수 있다. 한편, 산란파(U1)는 복수의 전반 경로를 가지므로, 그것을 수신하는 편심 배치 수신 프로브(120)는 수렴성을 낮게 함으로써, 산란파(U1)를 충분히 수신할 수 있다. 이 때문에, 직달파(U3) 및 산란파(U1)의 각각의 특성에 맞춘 수렴성을 갖는 수신 프로브(121)를 사용함으로써 보다 효율적으로 결함을 검출할 수 있다.By making the focal length R3 of the coaxially placed receiving probe 140 shorter than the focal length R2 of the eccentrically placed receiving
(제13 실시 형태)(13th embodiment)
도 32는, 제13 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 제13 실시 형태에서는, 편심 배치 수신 프로브(120) 및 동축 배치 수신 프로브(140)의 양쪽 기능을 갖는 어레이형 프로브(122)가 사용된다. 어레이형 프로브(122)는 복수개의 감음 소자(122a)(단위 프로브(120a)(도 26)로서도 기능함)가 1차원 표적(도 32) 또는 2차원적(도 33)으로 배치된 수신 프로브(121)이다. 32 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a thirteenth embodiment. In the thirteenth embodiment, an
어레이형 프로브(122)는, 구성하는 1개의 감음 소자(122a)의 수신음축(AX2)을 송신음축(AX1)과 일치하도록 배치한다. 이 위치에 배치된 감음 소자(122a)가 동축 배치 수신 프로브(140)로서 기능한다. 나머지의 감음 소자(122a)는, 상기의 도 26에 도시한 예와 마찬가지로, 송신음축(AX1)을 중심으로 한 도 32에 있어서 지면 좌우 방향으로 연속적 또한 대칭으로 배치되고, 이러한 편심 배치 수신 프로브(120)로서 기능한다. 이 예에서는, 감음 소자(122a)는 1차원적으로 배치된다.In the
어레이형 프로브(122)를 사용하고, 감음 소자(122a)를 1차원적으로 배치함으로써, 감음 소자(122a)의 설치수가 적으므로 어레이형 프로브(122)의 설치 비용을 삭감할 수 있고, 또한, 복수의 감음 소자(122a)로 산란파(U1)를 수신할 수 있다. 또한, 결함부(D)가 작고, 초음파 전반이 완전히 저지된 경우에서도, 송신음축(AX1)과 일치하는 수신음축(AX2)을 갖는 감음 소자(122a)가 신호량의 감소를 검지할 수 있다. 이에 의해, 작은 결함부(D)로부터 큰 결함부(D)까지 효율적으로 검출할 수 있다.By using the
(제14 실시 형태)(14th embodiment)
도 33은, 제14 실시 형태의 초음파 검사 장치(Z)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 33은, 송신 프로브(110) 및 어레이형 프로브(122)를 도 1의 z축의 마이너스측, 즉, 어레이형 프로브(122)의 측에서 본 평면도이다. 상기의 도 32에서는, 어레이형 프로브(122)를 구성하는 감음 소자(122a)는 1방향으로만 1차원적으로 배치되어 있었다. 그러나, 도 33에 도시하는 어레이형 프로브(122)에서는, 감음 소자(122a)는 xy의 2방향으로 2차원적으로 배치되어 있다. 도시의 예에서는, 감음 소자(122a)는 xy의 각 방향으로 동일수씩(7개씩) 배치되고, 정사각형 형상으로 배치된다. 그러나, 감음 소자(122a)는 정사각 형상의 배치에 한정되지 않고, 예를 들어 직사각형, 원형, 타원형 등의 각 형상으로 배치되어도 된다.33 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus Z according to a fourteenth embodiment. FIG. 33 is a plan view of the
어레이형 프로브(122)를 사용하고, 감음 소자(122a)를 2차원적으로 배치함으로써, 대부분의 감음 소자(122a)에 의해 산란파(U1)를 수신할 수 있어 산란파(U1)의 검출 누설을 억제할 수 있다. 또한, 결함부(D)가 크고, 초음파 전반이 완전히 저지된 경우에서도, 송신음축(AX1)과 일치하는 수신음축(AX2)을 갖는 감음 소자(122a)가 신호량의 감소를 검지할 수 있다. 이에 의해, 작은 결함부(D)로부터 큰 결함부(D)까지 효율적으로 검출할 수 있다.By using the
이상의 각 실시 형태에서는, 결함부(D)는 공동인 예를 기재하고 있지만, 결함부(D)로서 피검사체(E)의 재질과는 다른 재질이 혼입되어 있는 이물이어도 된다. 이 경우도, 다른 재료가 접하는 계면에서 음향 임피던스의 차(Gap)가 있으므로, 산란파(U1)가 발생하므로, 상기 각 실시 형태의 구성이 유효하다. 본 실시 형태에 관한 초음파 검사 장치(Z)는, 초음파 결함 영상 장치를 전제로 하고 있지만, 비접촉 인라인 내부 결함 검사 장치에 적용되어도 된다.In each of the above embodiments, an example in which the defective portion D is a cavity is described, but the defective portion D may be a foreign material mixed with a material different from that of the inspected object E. Also in this case, since there is a difference (Gap) in acoustic impedance at the interface where different materials are in contact, scattered waves (U1) are generated, so the configuration of each of the above embodiments is effective. Although the ultrasonic inspection apparatus Z according to the present embodiment is premised on an ultrasonic defect imaging apparatus, it may be applied to a non-contact inline internal defect inspection apparatus.
본 개시는 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태는 본 개시를 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 갖는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가ㆍ삭제ㆍ치환을 하는 것이 가능하다.The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and includes various modified examples. For example, the embodiments described above have been described in detail to easily understand the present disclosure, and are not necessarily limited to those having all of the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to add/delete/replace a part of the structure of each embodiment with another structure.
또한, 상기한 각 구성, 기능, 블록도를 구성하는 각 부 등은, 그러한 일부 또는 모두를, 예를 들어 집적 회로로 설계하는 것 등에 의해 하드웨어로 실현해도 된다. 또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 상기한 각 구성, 기능 등은, CPU(252) 등의 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다. 각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, HDD에 저장하는 것 이외로, 메모리, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치, 또는, IC(Integrated Circuit) 카드, SD(Secure Digital) 카드, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체에 저장할 수 있다.In addition, some or all of the above-described configurations, functions, and units constituting the block diagram may be realized as hardware by, for example, designing an integrated circuit. Further, as shown in Fig. 13, each configuration, function, etc. described above may be realized with software by a processor such as
또한, 각 실시 형태에 있어서, 제어선 및 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선 및 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는, 대부분 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.Incidentally, in each embodiment, the control lines and information lines show what is considered necessary for explanation, and it cannot be said that all control lines and information lines are necessarily shown on the product. In practice, you may think that almost all components are connected to each other.
1: 주사 계측 장치
101: 하우징
102: 시료대
103: 송신 프로브 주사부
104: 수신 프로브 주사부
105: 편심 거리 조정부
106: 설치 각도 조정부
110: 송신 프로브
111: 진동자
112: 백킹
113: 정합층
114: 탐촉자면
115: 송신 프로브 하우징
116: 커넥터
117, 118: 리드선
119: 송수신 프로브
120: 편심 배치 수신 프로브
120a: 단위 프로브
121: 수신 프로브
122: 어레이형 프로브
122a: 감음 소자
140: 동축 배치 수신 프로브
2: 제어 장치
201: 데이터 처리부
202: 구동부
203: 위치 계측부
204: 스캔 컨트롤러
205: 결함 정보 판정부
210: 송신 계통
211: 파형 발생기
212: 신호 앰프
220, 220a, 220b: 수신 계통
221: 파형 해석부
222, 223: 신호 앰프
224: 진폭 화상 생성부
225: 화상 합성부
231: 위상 추출부
232: 위상 변화량 산출부
235: 스위치
251: 메모리
252: CPU
253: 기억 장치
254: 통신 장치
255: I/F
3: 표시 장치
AX1: 송신음축
AX2: 수신음축
D: 결함부
E: 피검사체
F: 유체
G: 기체
G1, G2, G3, G4, G5: 그래프
N: 건전부
S101: 방출 스텝
S102: 수신 스텝
S103: 위상 추출 스텝
S104: 위상 변화량 산출 스텝
S105: 형상 표시 스텝
S111, S112: 스텝
U: 초음파빔
U1: 산란파
U2: 초음파빔
U3: 직달파
Z: 초음파 검사 장치1: scan measuring device
101: housing
102: sample table
103: transmission probe injection unit
104: receiving probe injection unit
105: eccentric distance adjustment unit
106: installation angle adjustment unit
110: transmission probe
111: vibrator
112: backing
113: matching layer
114: probe surface
115: transmission probe housing
116: connector
117, 118: lead wire
119 Transmit/receive probe
120: eccentric arrangement receiving probe
120a: unit probe
121: receive probe
122: array type probe
122a: damping element
140: coaxial batch receiving probe
2: control unit
201: data processing unit
202: driving unit
203: position measuring unit
204: scan controller
205: defect information determining unit
210: transmission system
211: waveform generator
212: signal amplifier
220, 220a, 220b: receiving system
221: waveform analysis unit
222, 223: signal amplifier
224: amplitude image generation unit
225: image compositing unit
231: phase extraction unit
232: phase change calculation unit
235: switch
251: memory
252 CPU
253: storage
254: communication device
255: I/F
3: display device
AX1: transmission sound axis
AX2: receive sound
D: Defective part
E: test subject
F: Fluid
G: gas
G1, G2, G3, G4, G5: graph
N: wholesome
S101: release step
S102: Receiving step
S103: phase extraction step
S104: phase change calculation step
S105: Shape display step
S111, S112: step
U: ultrasonic beam
U1: scattered waves
U2: ultrasonic beam
U3: direct wave
Z: ultrasonic inspection device
Claims (19)
상기 피검사체로의 상기 초음파빔의 주사 및 계측을 행하는 주사 계측 장치와, 상기 주사 계측 장치의 구동을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 주사 계측 장치는,
상기 초음파빔을 방출하는 송신 프로브와, 초음파빔을 수신하는 편심 배치 수신 프로브를 구비하고,
상기 송신 프로브의 송신음축과 상기 편심 배치 수신 프로브의 수신음축의 편심 거리가 제로보다도 커지도록 상기 편심 배치 수신 프로브가 배치되고,
상기 제어 장치는,
상기 편심 배치 수신 프로브가 수신한 상기 초음파빔의 신호 위상 정보를 추출하는 위상 추출부와,
추출한 상기 위상 정보의, 주사 위치에 관한 위상 변화량을 산출하는 위상 변화량 산출부를 구비한
초음파 검사 장치.An ultrasonic inspection device that inspects an object to be inspected by incident an ultrasonic beam on the object to be inspected through a fluid,
A scanning measuring device for scanning and measuring the ultrasonic beam to the object to be inspected, and a control device for controlling driving of the scanning measuring device,
The scan measuring device,
A transmission probe for emitting the ultrasonic beam and an eccentrically disposed receiving probe for receiving the ultrasonic beam,
the eccentrically placed receiving probe is arranged such that an eccentric distance between a transmission sound axis of the transmission probe and a reception sound axis of the eccentrically placed receiving probe is greater than zero;
The control device,
a phase extractor extracting signal phase information of the ultrasonic beam received by the eccentrically placed receiving probe;
Equipped with a phase change calculation unit for calculating a phase change amount with respect to a scanning position of the extracted phase information
ultrasound examination device.
상기 편심 거리가, 상기 초음파빔의, 상기 피검사체의 결함부에서의 산란에 의해 발생하는 산란파를 수신 가능한 거리로 설정된 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1,
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1 , wherein the eccentric distance is set to a distance capable of receiving a scattered wave generated by scattering of the ultrasonic beam at a defective portion of the inspected object.
상기 피검사체의 결함부에의 입사 시의 상기 편심 배치 수신 프로브에서의 수신 신호 강도가 상기 피검사체의 건전부로의 입사 시의 상기 수신 신호 강도보다도 커지도록, 상기 편심 거리가 설정된 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The eccentricity distance is set so that the intensity of the received signal from the eccentrically placed receiving probe when incident on the defective portion of the object to be inspected is greater than the intensity of the received signal when incident on the sound portion of the object to be inspected. inspection device.
상기 편심 거리가, 상기 피검사체의 건전부로의 조사 시에 노이즈 이외의 수신 신호가 검출되지 않는 거리로 설정된 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1 , wherein the eccentricity distance is set to a distance at which a received signal other than noise is not detected when the sound portion of the inspected object is irradiated.
상기 송신 프로브 또는 상기 편심 배치 수신 프로브 중 적어도 한쪽의 위치를 조정하는 편심 거리 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
and an eccentric distance adjusting unit for adjusting the position of at least one of the transmitting probe and the eccentrically disposed receiving probe.
상기 편심 배치 수신 프로브의 초점 거리는, 상기 송신 프로브의 초점 거리보다도 긴 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein a focal length of the eccentrically placed receiving probe is longer than a focal length of the transmitting probe.
상기 편심 배치 수신 프로브의 초점은, 상기 송신 프로브의 초점보다도, 상기 송신 프로브의 측에 존재하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The ultrasound examination apparatus according to claim 1, wherein a focal point of the eccentrically placed receiving probe is on a side of the transmission probe rather than a focal point of the transmission probe.
상기 편심 배치 수신 프로브의 상기 피검사체에서의 빔 입사 면적은, 상기 송신 프로브의 상기 피검사체에서의 빔 입사 면적보다도 큰 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1 , wherein a beam incident area of the eccentrically placed receiving probe on the inspected object is larger than a beam incident area of the transmitting probe on the inspected object.
상기 주사 계측 장치는, 상기 송신음축과 상기 수신음축이 이루는 각도 θ가 0°<θ<90°를 충족하도록, 상기 편심 배치 수신 프로브의 기울기를 조정하는 설치 각도 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The scanning measuring device comprises an installation angle adjusting unit for adjusting the inclination of the eccentrically arranged receiving probe so that an angle θ between the transmission sound axis and the reception sound axis satisfies 0°<θ<90°. inspection device.
상기 편심 배치 수신 프로브는, 복수의 단위 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The eccentrically arranged receiving probes include a plurality of unit probes.
상기 제어 장치는, 상기 복수의 단위 프로브 중, 조사된 상기 초음파빔의, 상기 피검사체의 결함부에서의 산란에 의해 발생하는 산란파를 수신한 상기 단위 프로브의 수신 신호에 기초하여, 상기 피검사체에서의 결함부에 관한 정보를 판정하는 결함 정보 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 10,
The control device controls the object to be inspected based on a received signal of the unit probe that receives a scattered wave generated by scattering of the irradiated ultrasound beam at a defective portion of the object to be inspected, among the plurality of unit probes. An ultrasonic inspection apparatus characterized by comprising a defect information determining unit for determining information on a defective portion of the.
상기 주사 계측 장치는, 상기 편심 거리가 제로의 위치에 배치된 동축 배치 수신 프로브를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The ultrasonic inspection device according to claim 1, wherein the scan measuring device includes a coaxially placed receiving probe disposed at a position where the eccentric distance is zero.
상기 제어 장치는,
상기 동축 배치 수신 프로브에서 수신한 직달파의 진폭에 기초하여 생성한, 상기 피검사체의 내부의 결함부의 위치를 나타내는 제1 화상과,
주사 위치에 관한 위상 변화량에 기초하여 상기 위상 변화량 산출부가 생성한, 상기 피검사체의 내부의 결함부의 윤곽을 나타내는 제2 화상
을 합성하는 화상 합성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 12,
The control device,
A first image showing the position of a defect inside the object to be inspected, generated based on the amplitude of the direct wave received by the coaxially placed receiving probe;
A second image showing the outline of a defect inside the inspected object, generated by the phase change calculation unit based on the phase change amount with respect to the scanning position.
An ultrasonic inspection apparatus characterized by comprising an image synthesizing unit for synthesizing.
상기 송신 프로브는, 상기 초음파빔을 방출함과 함께, 상기 피검사체로부터의 반사파를 수신하는 송수신 프로브인 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the transmission probe is a transmission/reception probe that emits the ultrasonic beam and receives a reflected wave from the object to be inspected.
상기 제어 장치는,
상기 송수신 프로브에서 수신한 직달파의 진폭에 기초하여 생성한, 상기 피검사체의 내부의 결함부의 위치를 나타내는 제1 화상과,
주사 위치에 관한 위상 변화량에 기초하여 상기 위상 변화량 산출부가 생성한, 상기 피검사체의 내부의 결함부의 윤곽을 나타내는 제2 화상
을 합성하는 화상 합성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 14,
The control device,
A first image showing the position of a defect inside the object to be inspected, generated based on the amplitude of the direct wave received by the transmission/reception probe;
A second image showing the outline of a defect inside the inspected object, generated by the phase change calculation unit based on the phase change amount with respect to the scanning position.
An ultrasonic inspection apparatus characterized by comprising an image synthesizing unit for synthesizing.
상기 유체는 기체인 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.According to claim 1 or 2,
The ultrasonic inspection apparatus, characterized in that the fluid is a gas.
송신 프로브로부터 초음파빔을 방출하는 방출 스텝과,
상기 송신 프로브의 송신음축과는 다른 위치에 수신음축을 갖는 편심 배치 수신 프로브에 있어서, 상기 초음파빔을 수신하는 수신 스텝과,
상기 편심 배치 수신 프로브가 수신한 상기 초음파빔의 신호 위상 정보를 추출하는 위상 추출 스텝과,
추출한 상기 위상 정보의, 주사 위치에 관한 위상 변화량을 산출하는 위상 변화량 산출 스텝을 포함하는
것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.An ultrasonic inspection method for inspecting an object to be inspected by incident an ultrasonic beam on the object to be inspected through a fluid,
An emission step for emitting an ultrasonic beam from the transmission probe;
In the eccentric arrangement receiving probe having a reception sound axis at a position different from the transmission sound axis of the transmission probe, a receiving step for receiving the ultrasonic beam;
a phase extraction step of extracting signal phase information of the ultrasonic beam received by the eccentrically placed receiving probe;
and a phase change amount calculation step of calculating a phase change amount with respect to a scanning position of the extracted phase information.
Ultrasonic examination method, characterized in that.
상기 위상 변화량 산출 스텝에서 생성된 상기 위상 정보의 상기 주사 위치에 관한 상기 위상 변화량이, 미리 설정되어 있는 역치 이상인지 여부를 판정함으로써, 상기 피검사체의 결함부의 형상을 표시하는 형상 표시 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.According to claim 17,
And a shape display step of displaying the shape of the defective portion of the inspected object by determining whether the phase change amount with respect to the scanning position of the phase information generated in the phase change amount calculation step is equal to or greater than a preset threshold value. Ultrasonic examination method, characterized in that.
상기 유체는 기체인 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.The method of claim 17 or 18,
The ultrasonic inspection method, characterized in that the fluid is a gas.
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