TWI254130B - Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method using elastic guided wave - Google Patents

Description

1254130 Π) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於利用導引波針對長距離區間整體檢查配 管之劣化之非破壞檢查裝置及非破壞檢查方法。 【先前技術】 各種工廠用配管在建設後經過一段長期間後，會從其 配管之內外面開始劣化，亦即，腐蝕及侵蝕更爲明顯。隨 著劣化的進行，若達到貫穿配管之肉厚的程度，則可能發 生漏洩事故。因此，需以非破壞手段對配管之肉厚狀態進 行評估，並在發生漏洩以前實施配管更換及採取補修對策 〇 利用音波之非破壞檢測手段的代表係超音波肉厚計。 超音波肉厚計，一般而言，係採用由可實施電性及音響之 相互轉換的壓電元件所構成之超音波感測器，在對象配管 中貫ί也本體波（稱爲縱波或橫波之彈性波）之激勵，以同一 或其他超音波感測器接收配管底面反射之彈性波，並用以 檢測配管肉厚之裝置。 此裝置係利用將接收波之接收時間換算成肉厚之檢測 原理’而可以局精度檢測配管之肉厚，然而，檢查範圍大 致限制於和感測器相同程度之大小。故如較長配管而需要 較廣之查χ求範圍日寸，會有檢測點增加且需要龐大檢查 時間之缺點。又，具有保溫材料之配管、埋設配管、及垂 直配官等有接近性問題之配管時，檢查之準備及淸理都會 1254130 (2) 耗費很多的時間。 而針對此問題之對策之一，就是利用導引波（在具有 如配管及板之境界面的物體中，利用反射及模式轉換同時 前進之縱波 橫波的干渉所形成之彈性波）來整體檢查配 管之長距離區間的方法。此方法係利用導引波在配管之圓 周方向剖面積產生變化之位置上會反射之特徵的方式。在 配管之軸方向上，傳播相對於配管之中心軸爲對稱單一模 式之導引波，利用其反射波之波高値及出現時間來檢測肉 厚變薄或缺陷之大小、及軸方向位置。除了肉厚變薄或缺 陷以外，尙可得到熔接線之反射波，然而肉厚變薄或缺陷 時之反射波係相對於配管之中心軸而爲非軸對稱之振動， 相對於此，熔接線之反射波則係軸對稱之振動，利用此特 徵即可辨識（參照專利文獻1 )。 又’例如，求取檢測信號及參照信號之關係，並依據 該關係極大値以高精度特定具有缺陷之位置等，此種利用 彈性波之配管之檢查裝置（參照專利文獻2)係大家所熟知 [專利文獻1 ] 日本特表平10-507530號公報 [專利文獻2 ] 曰本特開2002 -23 6 Π 3號公報 【發明內容】 前述之傳統技術，係以對導引波之激發環施加猝發波 -6- 1254130 (3) (4周期之猝發波如第2 6圖所示）來進行說明。然而，因爲 導引波具有音速隨頻率而變化之特性（以下，將音速隨頻 率而變化稱爲分散，並將此特性稱爲分散特性），若採用 群速度（波束（波塊）前進之速度）非一定之頻帶的導引波， 則對遠方之肉厚變薄及缺陷的檢測性能會降低。 針對此現象進行詳細說明。例如，材質爲碳鋼（縱波 音速= 5940m/s、橫波音速= 3260m/s)、外徑 114.3mm、肉 厚6mm(肉厚及外徑比爲0.05 2)之配管時，頻率及肉厚之 積、及導引波之音速具有如第2 7圖所示之理論關係。該 圖〇)係相位速度，51a稱爲L(0，1)模式，52a稱爲L(0,2) 模式，53a稱爲 L(0,3)模式，54a稱爲 L(0,4)模式， L ( η，m)中之m數字愈大，則板厚方向之變位分布會愈複雜 。第2 8圖係模式之變位特徵的模式圖，從上而下依序爲 L(0，1)模式、L(0,2)模式、L(0,3)模式。 第 27圖（b)係群速度，51b爲 L(0，1)模式、52b爲 L(0,2)模式、53b 爲 L(0,3)模式、54b 爲 L(0,4)模式。 L(0,2)模式時，群速度52b在約1 50kHz以下之頻帶（頻率 X肉厚=〇.9MHzmm以下）爲大致一定，然而，從 3 00kHz 至500kHz附近（頻率X肉厚爲1.8〜3.0MHzmm)時，群速 度5 2b會因頻率而產生較大變化。 爲了檢驗此理論，在外徑1 1 4 · 3 m m、肉厚6 m m、長度 5 5 0 0 m m之配管上，使距離端部爲1 5 0 0 m m之位置上產生 缺陷，傳送中心頻率5 0 0kHz之L(0,2)模式導引波，檢測 來自缺陷之反射波形。其結果如第29圖之說明圖所示。 -7- 1254130 (4) 第29圖U)係將感測器設置於距離缺陷爲20Gmm(距離配 管端部爲1 7 0 0 m m之位置）時之反射波形，6 1係來自缺陷 之反射波形，6 2係來自配管端部之反射波形。第2 9圖（b) 係將感測器設置於距離缺陷爲]〇 〇 Q ni m (距離配管端部爲 2 5 0 0 m m之位置）時之反射波形，6 3係來自缺陷之反射波 形，6 4係來自配管端部之反射波形。將來自缺陷之反射 波形6 1及63進行比較，感測器及缺陷之距離較遠之反射 波形63，明顯呈現波動持續時間較長之現象。這是因爲 具有如前面所述之音速隨頻率而不同之分散特性，使用此 種頻帶時，導引波之能量會隨著傳播距離的增長而在時間 軸上擴散，振幅因而降低，而無法檢測到微小龜裂及肉厚 變薄。 音速爲分散之頻帶，一般會出現於頻率較高之頻帶， 降低頻率係對策之一，然而，因波長會同時變長，故對微 小缺陷之感度會降低。 本發明之目的係在提供一種非破壞檢查裝置及其方法 ，即使利用音速爲分散之頻率相對較高之頻帶的頻率，亦 可實施分散導致之振幅降低之補償，並可整體檢查長距離 區間。 爲了達成本發明之目的，本發明之非破壞檢查裝置具 有：利用基準波形作成傳送波形之波形作成手段、在被施 加前述傳送波形之情形下在被檢查體內產生導引波之傳送 元件、從前述被檢查體之檢查區域接收前述導引波之反射 波的接收元件、依據以前述接收元件接收之前述反射波的 -8- 1254130 (5) 接收波形取得檢查資訊並將其輸出之解析手段、以及顯示 前述檢查資訊之顯示手段。 同樣的，本發明之非破壞檢查方法係具有：利用基準 波形作成傳送波形之步驟、對傳送元件施加前述傳送波形 並在被檢查體內產生導引波之步驟、以接收元件從前述被 檢查體之檢查區域接收前述導引波之反射波之步驟、依據 以前述接收元件接收之前述反射波的接收波形取得檢查資 訊之步驟、以及顯不則述檢查資訊之步驟。 【實施方式】 以下，參照第1圖至第3圖，針對本發明第1實施形 態之裝置構成進行說明。第1圖係本實施形態之配管檢查 裝置的方塊圖，該圖中，1係導引波傳送及接收元件，在 產生導引波時、及接收該導引波之反射波時當做傳送元件 及接收元件使用之傳送及接收共用元件，2係傳送及接收 元件環，3係導引波傳送及接收手段，4係A/D轉換器， 5係波形作成 解析手段，6係輸入手段，7係顯示手段 。導引波係超音波，定義成：在具有如配管及板之境界面 的物體中’利用反射及模式轉換同時前進之縱波及橫波的 干渉所形成之彈性波。導引波傳送及接收元件1在傳送時 會將共用之壓電元件當做傳送元件，而在接收時則會將共 用之壓電元件當做接收元件。又，亦可以十分接近之方式 配置傳送元件專用之壓電元件、及接收元件專用之壓電元 科1 ’而分別針對傳送及接收之用途來設置專用手段。 -9- 1254130 (6) 導引波傳送及接收元件1係對配管9產生導引波之元 件，係由例如壓電元件所構成，以接觸配管9之方式配置 ，會經由同軸纜線和導引波傳送及接收手段3形成電性連 結。傳送及接收元件環2係以圓環狀將複數導引波傳送及 接收元件1固定於配管之周圍的夾具，其構造上，最好爲 可以在圓周方向上具有等間隔之方式來收容導引波傳送及 接收元件1，且對配管爲可裝卸。傳送及接收元件環2係 具有沿環之直徑將環狀之框架切割成兩半之構造，其分割 端會以螺絲結合並組合成環狀。因此，在配管9之外圍組 合環狀框架，即可將傳送及接收元件環2裝設於配管之外 圍。此傳送及接收元件環2之環狀框架的內側，除了收容 著複數導引波傳送及接收元件1以外，尙具有彈簧，前述 彈簧會以從傳送及接收元件環2之環狀框架朝配管9之外 圍面之方式伸縮。因此，將此傳送及接收元件環2裝設於 配管9之外圍面時，複數導引波傳送及接收元件1會因爲 彈簧而抵接配管9之外圍面，使導引波傳送及接收元件1 容易對配管9產生導引波。 導引波傳送及接收手段3會以傳送導引波爲目的而對 導引波傳送及接收元件1施加傳送波形，且係可放大來自 導引波傳送及接收元件1之接收波形的手段，以可實施數 位資料之通信的方式連結於波形作成 解析手段5，又， 以同軸纜線連結至A/D轉換器4而可對其傳送接收波形 。此導引波傳送及接收手段3係由例如可任意設定傳送波 形之頻率之合成器或任意波形產生器、放大相關信號之功 -10- 1254130 (7) 率放大器、以及市販超音波接收器或寬頻放大器所構成。 A/D轉換器4具有將類比信號轉換成數位信號之機能 ，將導引波傳送及接收手段3輸出之導引波的接收波形當 做數位波形，並以可互相通信之方式連結至波形作成 解 析手段5。此A/D轉換器4係利用例如市販之示波器、或 組合於電腦之板式。 波形作成 解析手段5除了實施傳送波形之作成及接 收波形之解析以外，尙爲統括配管檢查裝置之全體動作的 手段，可以電腦等來構成，連結著用以接受操作者指示之 鍵盤等輸入手段6、及CRT等顯示手段7。 其次，參照第2圖說明導引波傳送及接收元件1之構 成例。該圖中，i 〇 1係壓克力，1 0 2係肉厚振動子，1 0 3 係肉厚振動子1 0 2傳送之縱波，9係配管，8係在配管9 中傳播之導引波。肉厚振動子1 〇 2係對配管9可以射入角 度Θ射入縱波103之方式的斜角配置，射入角度θ係以折射 角度爲90 之斯涅耳定律e = siiT](Cw/c( ω ))來計算。此處 ，C W係壓克力之縱波音速，C ( ω ω係導引波之中心角 頻率）係欲產生之模式的相位速度。 例如，壓克力之縱波音速爲272 0m/s，L(0,2)模式之 頻率X肉厚=3MHzmm時，因相位速度爲3 4 8 0m/s(參照第 27圖（a))，射入角Θ會固定爲51 。又，1〇1之材質並未 限定爲壓克力，亦可採用聚苯乙烯或其他樹脂系材質。 第3圖係導引波傳送及接收手段3、以及導引波傳送 及fee收兀件1之連結圖。該圖中，1 a、1 b、1 c係導引波 -11 - (8) 1254130 傳送及接收元件，全部以倂聯方式連結於導引波傳送及接 收手段3。因此，從導引波傳送及接收手段3施加之傳送 波形，可使導引波傳送及接收元件la、lb、ic同時振動 〇 其次，穸照第1圖、第4圖、第5圖、第7圖說明本 發明第1實施形態之配管檢查裝置的，又，參照第6圖之 流程圖說明波形作成解析手段5之內部處理。首先，波 形作成解析手段5會要求檢查條件之輸入（步驟s 1 )。此 時，顯示手段7上會顯示第4圖（a)所示之檢查條件設定 視窗，要求輸入配管之肉厚、材質或音速（縱波及橫波之 音速）、及檢查區域（以導引波傳送及接收元件丨爲原點 (0 m m)之距離）。第4圖並未記載，然而，亦可進一步要求 輸入配管之外徑。 輸入配管之材質時，會參照預先儲存著對應之材質及 苜速的資料庫’求取輸入之材質的縱波及橫波之音速。又 ’必要時，會顯示第4圖（b)所示之基準波形選擇/顯示視 窗，複數顯示後面所述之當做傳送波形之基準的基準波形 候補’並要求選擇。又，要求輸入周期數、中心頻率，會 將輸入之條件的基準波形顯示於基準波形預覽上來協助輸 入。 又’顯示手段7上會顯示第5圖所示之傳送波形顯示 視窗’要求選擇是否將檢查區域分割成複數段，然而，本 實施形態中’係針對不分割段時（點取N 〇時）來進行說明 -12- 1254130 (9) 輸入全部條件後，波形作成解析手段5會自動作成 傳送波形（步驟S 2)。傳送波形之自動作成上，可利用將下 面所示數式以軟體方式安裝於波形作成解析手段5來實 現’參照第7圖說明其內容。 首先’對基準波形u(t)(第7圖（a))依據式（1)實施傅 立葉轉換’求取複素數傅立葉成分υ(ω )。第7圖（d)所示

之波形係期望接收元件接收之波形，將其視爲和基準波形 u(t)相同之波形。 [數式1 ]

u⑴e心1dt …式⑴

其次’使υ(ω)產生相當於往返傳播距離d(從導引波 傳送及接收元件1至檢查區域R之中心爲止之距離）時之 相位延遲’亦即，產生相當於傳播距離2 d時之相位延遲 ’實施逆傅立葉轉換，計算（式（2 ))傳播距離2 d後之計算 波形n(2d，t)(第7圖（b))。最後，利用式（4)實施計算波形 u(2d，t)之時間反轉，得到傳送波形u，⑴（第7圖（c))。 -13- 1254130 (10) [數式2] u (2dst)=2Re U (ω)β ωΧ^ϋω …式（2) kM=命 …式⑶ 剛刊㈣」· 一t) …式（4) 此處，ω係角頻率，c( ω )係導引波之相位速度，·tmax 係群速度之最小値爲c m i η時以t m a χ == 2 d / C ni i n決定之時間。 又，導引波之相位速度c(6J)係以求取 j.L.Rose著之 ’’UltrasonicWavesinSolidMedia” 之 pp.159-162 所述之特性 方程式的數値解來求取，省略其詳細說明。 作成之傳送波形11’（t)除了會被傳送至導引波傳送及 接收手段3以外’尙會顯不於傳送波形顯示視窗（第5圖） 。例如，若檢查區域R爲5 0 0^111〜15〇〇111111，則檢查區域 之中心爲1 〇 0 0 m m，故以距離d = 1 0 〇 〇 1Ώ m計算傳送波形， 並顯示於傳送波形預覽上。 其次，實施導引波之傳送及接收（步驟S 3 )。導引波之 傳送及接收係從波形作成 解析手段5對導引波傳送及接 收手段3傳送觸發器信號開始。檢測到觸發器信號之導引 波傳送及接收手段3，會對導引波傳送及接收元件1施加 傳送波形，同時，對A/D轉換器4傳送觸發器信號。 被施加傳送波形之導引波傳送及接收元件1，會以機 械式振動對配管9執行導引波8之激勵。導引波8會沿配 管9之軸方向傳播，然而，在龜裂及肉厚變薄等不連續點 (D0)反射之成分，會被導引波傳送及接收元件1接收，並 -14 - 1254130 (11) 被視爲接收波形而輸入至導引波傳送及接收手段3。導引 波傳送及接收手段3會放大接收波形，並將放大之接收波 形傳送至A/D轉換器4。 A/D轉換器4會和導引波傳送及接收手段3對導引波 傳送及接收元件1施加傳送波形而同時產生之觸發器信號 同步，開始執行信號之數位化，放大之接收波形會被A/D 轉換器4轉換成數位信號，並傳送至波形作成 解析手段 5。其次，顯示檢查結果當做檢查資訊（步驟S4)。此時之 檢查結果，會以時間或距離爲橫軸而以波形顯示。以上， 即結束動作。 其次，參照第8圖及第9圖，說明利用本發明第1實 施形態實際檢查具有缺陷之配管的試驗結果實例。試驗用 配管係和前述發明內容中所述者相同，爲外徑11 4.3 mm3 肉厚6 m m、長度5 5 0 0 m m之碳鋼管，距離端部1 5 0 0 m m之 位置上具有缺陷。 將導引波傳送及接收元件1配置於距離缺陷1 0 0 0mm 之位置（距離端部25 0 0mm)上，利用本實施形態實施檢查 。在檢查條件設定視窗，對配管之肉厚輸入 6mm、對材 質輸入碳鋼，對檢查區域輸入5 00mm〜1 5 00mm，在基準 波形選擇/顯示視窗選取toneburst波，並對周期數輸入4 、對中心頻率輸入5 0 0kHz。此時，顯示於傳送波形顯示 視窗之傳送波形如第8圖所示。又，當做檢查資訊之檢查 結果則如第9圖（b)所示，和採用通常之傳送波形時之第9 圖U)進行比較，可確認時間軸上之波的擴散獲得抑制。 - 15- (12) 1254130 又，L(0;1)模式及L(0,2)模式之群速度（第27圖之 5 1 b及5 2 b )變化較大之區域，因爲採用通常之傳送波形的 波形（相當於第9圖（a)之63)在時間軸上之擴散原本就較 大，然而，採用本實施形態時會成爲 W 2 4之波形，抑制 波形在時間軸上之擴散的效果極高。具體而言，應用於頻 率（MHz)X肉厚（mm)爲0.5至4.0之區域即可。 依據前述之本發明第1實施形態，即使利用因頻率而 導致音速分散之相對較高頻率之頻帶，因爲在配管之特定 位置上可實施分散所導致之振幅降低的補償，故可提高配 管之特定位置上之缺陷的檢測感度。 其次，係針對本發明第2實施形態進行說明，此實施 形態係在軸方向上將檢查區域分割成複數段，並對各段指 定傳送波形來進行檢查。因本實施形態之配管檢查裝置的 方塊圖和第1實施形態方塊圖之第1圖相同，故省略其說 明。 參照第1 〇圖、第1 3圖、以及代表波形作成 解析手 段5之內部處理之第6圖、第1 1圖、及第12圖的流程圖 來說明本發明第2實施形態之配管檢查裝置的動作。首先 ，波形作成 解析手段5會要求輸入檢查條件（步驟S丨）。 此時之動作和本發明第1實施形態相同，本實施形態時， 在第1 0圖（a)所示實例之傳送波形顯示視窗中之段分割選 取Yes。此時，檢查段之分割條件係以段數輸入，波形作 成解析手段5會以使各檢查段具有相同長度之方式來決 定檢查段’並從接近導引波傳送及接收元件1者依序指定 -16- (13) 1254130 段編號。 又，a λ* 5如第10圖（b)所示，亦可個別輸入檢查段之區間 〇 聿俞 JTy 4部條件後，波形作成解析手段5會自動作成傳 送波形f # 1EH5 -驟S 2)。利用第 n圖之流程圖說明其內容。首 /+V , ||^7 寸1代入代表檢查段之變數j (步驟S2 01)。其次，判 斷變數 . j疋否爲段數以下（步驟 s 2 0 2 )。j = 1時會判斷成 Y e s 並拖·^ 、入步驟S2 03，此時，若判斷成No，則進入步驟 S206。货〜 -、/人’依據基準波形u(t)、及導引波傳送及接收元 f牛 1 々An 弟j檢查段之中心爲止之距離d，演算傳送波形 (步驟S 2 0 3 )。此時之演算內容因和本發明第1實施形 悲相同’故省略其說明。 其次，將傳送波形u，（t)儲存於記憶體（步驟S204)。 :入 在變數j上加丨（步驟S 2 0 5 )。其次，回到步驟S 2 0 2 ’然而，若變數j爲段數以下時，會重複執行 MM;S2〇3 + S2()4 + S2()5，計算全部檢查段之傳送波形 u (t)。變數j大於段數時，波形作成解析手段5會對導 引波傳送及接收手段3傳送一連串傳送波形ιΓ (t)(步驟 S206) 〇 經過以上之步驟即完成傳送波形之作成處理。作成之 全部傳送波形會顯示於傳送波形顯示視窗（第10圖）並可 以進行確認。其次，波形作成解析手段5會傳送及接收 導引波（步驟S 3 )。此時之動作雖然和本發明第1實施形態 相同’然而，波形作成解析手段5在對導引波傳送及接 收手段3傳送觸發器信號之前，會先傳送傳送波形選擇信 -17- 1254130 (14) 號，追加了選擇傳送信號之步驟。 其次，實施檢查資訊之檢查結果的解析 顯示（步驟 S4)。參照第1 2圖之流程圖及第1 3圖來說明其內容。首 先，波形作成 解析手段5會將1代入代表檢查段之變數 j (步驟S 4 0 1 )。其次，判斷變數j是否爲段數以下（步驟 S4〇2)。j = l時會判斷成Yes並進入步驟S4〇3，此時，若 判斷成N 〇，則進入步驟S4 0 5。其次，讀取檢查段j之接 收波形（步驟S 4 0 3 )。 其次，在代表檢查段之變數j上加1並儲存於記憶體 (步驟S4〇4)，並進入步驟S402。變數j爲段數以下時， 會重複執行 S402 + S403 4S404並針對全部檢查段讀取接 收波形。變數j大於段數時，會針對讀取之接收波形設置 相當於檢查段之位置的時間閘閥，析出各閘閥內之信號並 在時間軸上進行連結（步驟S 405)。 其次，波形作成 解析手段5，將以時間或距離爲橫 軸之波形當做影像信號輸出至顯示手段7，顯示手段7會 接收影像信號並顯示波形（步驟S406)。第13圖係顯示之 實例。該圖中，（a)係針對第2檢查段R2而對導引波傳送 及接收元件1施加高感度傳送波形時之接收波形，2 1係 傳送波形，2 2係來自R 2上之缺陷的反射波形，2 3係來自 R3上之缺陷的反射波形，G2係相當於R2之閘閥。 又，第1 3圖（b)係針對第3檢查段R3而對導引波傳 送及接收元件1施加高感度傳送波形時之接收波形’ 24 係傳送波形，2 5係來自R2上之缺陷的反射波形’ 2 6係來 -18- 1254130 (15) 自R3上之缺陷的反射波形，G3係相當於R3之閘閥。第 1 3圖（c)所示之連結波形係由各閘閥內之波形連結而成。 因係連結感度良好之閘閥內的波形，故可針對全部檢查段 獲得高感度波形。 第1 4圖係利用本發明第2實施形態作成之傳送波形 的實例。此時之基準波形，係依據式（5)之toneburst波（ 頻率爲5 0 0kHz)(形狀和第26圖相同）。 (數式3) [sin(cul) 〇stS8(；iS) u(t)=《 (0 t<0,t>8(/is) …式（5) 第Μ圖（a)之傳送波形W20係d = 5 0 0mm時以式（4)計 算之傳送波形。亦即，導引波傳送及接收元件1傳送之導 引波在距離 5 00mm之位置上的缺陷反射，並再度由導引 波傳送及接收元件1接收時，係以使導引波之持續時間成 爲較短時間之方式參照相位速度資料（第27圖（a)之52a) 計算之波形。以 d = 1 0 0 0 m m、d = 2 0 0 0 m m計算之傳送波形 分別如第14圖（b)之W21及第14圖（c)之W22所示。 其次，參照第1 5圖，說明以本發明第2實施形態作 成之傳送波形實施導引波之激勵時的效果。改變導引波傳 送及接收元件1及缺陷之距離d並收錄反射波。第1 5圖 係其結果，第15圖（a)係以5 0 0kHz之t〇neburst4周期做 爲基準波形，並利用以d = 5 0 0 m m計算之傳送波形u ’（ t)收 錄來自5 00mm前方之缺陷之反射波形的結果。 -19- 1254130 (16) 第15圖（b)係利用以d二1 0 00mm計算之傳送波形u’（t) 收錄來自1 00 0mm前方之缺陷之反射波形的結果，第15 圖（c)係利用以d = 2 000mm計算之傳送波形u，⑴收錄來自 2 0 0 0 m m前方之缺陷之反射波形的結果。W 2 3、W 2 4、W 2 5 係來自缺陷之反射波形，其中任一信號和第2 9圖之反射 波形6 1及6 3相比時，持續時間會較短。又，W 2 6、W 2 7 、W28係傳送波形。 第1 6圖係用以檢測導引波傳送及接收元件1至缺陷 爲止之距離、及接收波形之振幅之關係的試驗結果。該圖 中，3 1係利用以d = 0 m m計算之傳送波形（和基準波形相同 )時，3 2係利用以d = 2 5 0 m m計算之傳送波形時，3 3係利 用以 d = 50 Omm計算之傳送波形時，34則係利用以 d == 1 5 0 0 m m計算之傳送波形時。任何結果在導引波之持續 時間爲較短時間之距離時，相對振幅會呈現極大値，可知 可提局針對結果之感度。和檢測結果3 1之差，係採用依 據本實施形態之傳送方法而獲得改善的部分。 依據前述之本發明第2實施形態，因爲係將本發明第 2實施形態中說明之配管的軸方向分割成複數檢查段，並 以各檢查段爲不同之傳送信號來連結傳收及接收到之接收 信號，故可以高感度檢查配管之全部位置。 其次，參照第]7圖說明本發明第3實施形態。第3 實施形態之裝置構成因和第1及第2實施形態相同，故省 略其說明。本實施形態之配管檢查裝置之動作係以本發明 第2實施形態爲基準，然而，檢查結果之解析顯示處理 -20- 1254130 (17) (第]2圖）中，在步驟S4 0 5後會追加下述機能。亦即，波 形作成 解析手段5會將分散振幅補償曲線4 1針對相對 於該包絡線4 2之降低分實施補償後之已補償波形當做新 的接收波形，前述分散振幅補償曲線4 1具有如第1 7圖 (a)所示之接收波形。 例如，若第1 7圖（b)爲接收波形之連結波形，則會對 波形2 2實施振幅差4 3之補償。利用補償，分散振幅補償 後之連結波形會成爲如第1 7圖（c)所示，經過振幅補償之 波形22會成爲波形22a。又，此分散振幅補償曲線41係 利用以第1 6圖之試驗爲基礎之資料來作成。 依據前述之本發明第3實施形態，在偏離檢查段之中 心的位置上，可實施信號電平降低之補償，故具有抑制特 定位置之檢測性能惡化之效果。 其次，參照第1 8圖至第24圖說明本發明第4實施形 態。 第1 8圖係本實施形態之配管檢查裝置的方塊圖，該 圖中，1係導引波傳送及接收元件，2係傳送及接收元件 環，3係導引波傳送及接收手段’ 4係A/D轉換器，5係 波形作成 解析手段’ 6係輸入手段，7係顯示手段，1 〇 係元件切換手段。 元件切換手段1 〇係利用來自波形作成解析手段5 之控制信號來執行控制’係用以選取和導引波傳送及接收 手段3連結之導引波傳送及接收兀件1的手段，由例如市 販之多工器所構成。其他構成因和本發明第1實施形態相 -21 - 1254130 (18) 同，故省略其說明。 第1 9圖係元件切換手段1 〇及導引波傳送及接收元件 之連結圖。該圖中，1 a、1 b、1 c係導引波傳送及接收元 件，連結於各元件切換手段1 0之通道1、通道2、通道3 。圖中省略通道4以後之連結線，然而，同樣以一對一連 結於其他導引波傳送及接收元件。 其次，利用第6圖、第2 0圖、及第2 1圖之流程圖、 以及第22圖，針對本發明第4實施形態之配管檢查裝置 的動作進行說明。首先，波形作成 解析手段5會要求輸 入檢查條件（步驟S 1 )。此處之動作因和本發明第2實施形 態相同，故省略其說明。其次，自動作成傳送波形（步驟 S 2)。此處之動作亦因爲和本發明第2實施形態相同，故 省略其說明。 其次，傳送及接收導引波（步驟3)。參照第20圖說明 其內容。首先，將1代入代表儲存於記憶體中之通道的變 數i (步驟S 3 0 1 )。其次，判斷變數i是否爲通道數以下（步 驟S 3 0 2 )。i = 1時會判斷成Y e s，並進入步驟s 3 0 3，此時 若判斷成N 〇，則會結束動作。步驟S 3 0 3中，波形作成 解析手段5會對元件切換手段1 〇傳送元件選擇信號（步驟 S 3 〇 3 ) ° 接收到元件選擇信號之元件切換手段1 〇，會切換開 關1 0a，使導引波傳送及接收手段3及通道1形成電性連 結。利用此方式，導引波傳送及接收手段3及導引波傳送 及接收元件1 a會形成連結。其次，將1代入代表儲存於 -22- 1254130 (19) 記憶體中之檢查段的變數j (步驟S 3 〇 4 ) °其次’判斷變數 J是否爲檢查段數以下。卜1時會判斷成YeS ’並進入步驟 S 3 0 6，若判斷成N 〇，則會進入步驟s 3 1 0 (步驟S 3 0 5 )。 其次，波形作成解析手段5會對導引波傳送及接收 手段3傳送傳送波形選擇信號（步驟S 3 0 6)’使導引波傳送 及接收手段3準備針對第1檢查段R1作成之傳送波形。 其次，波形作成解析手段5會對導引波傳送及接收手段 3傳送傳送之觸發器信號（步驟S 3 0 7 )。檢測到觸發器信號 之導引波傳送及接收手段3 ’會經由元件切換手段1 0對 導引波傳送及接收元件1 a施加傳送波形’同時’對A/D 轉換器4傳送觸發器信號。被施加傳送波形之導引波傳送 及接收元件1 a會以機械式振動對配管9實施導引波8a之 激勵。 導引波8a會在配管9之軸方向上傳播’然而，在龜 裂及肉厚變薄等不連續點反射之導引波，會被導引波傳送 及接收元件1 a接收，並被視爲接收波形而輸入至導引波 傳送及接收手段3。導引波傳送及接收手段3會放大接收 波形，並將放大之接收波形傳送至A/D轉換器4。A/D轉 換器4會和導引波傳送及接收手段3對導引波傳送及接收 兀件1 a施加傳送波形而同時產生之觸發器信號同步，開 始執行信號之數位化，放大之接收波形會被A / D轉換器4 轉換成數位信號，並傳送至波形作成 解析手段5。 其次，波形作成 解析手段5會將數位信號儲存於記 憶體（步驟S 3 0 8 )。其次，在代表檢查段之變數j上加1並 -23- 1254130 (20) 儲存至記憶體（步驟S 3 0 9 )，並進入步驟S 3 0 5。變數j爲 檢查段數以下時，重複執行 S 3 05 + S 3 06今 S 3 0 7 + S 3 0 8 4S 3 0 9，對配管9之軸方向的複數檢查段，傳 送以針對各檢查段作成之傳送波形所產生之導引波，並將 全部接收波形當做數位信號儲存於記憶體。變數j大於檢 查段數時，在變數i上加1 (步驟S 3 1 0)。 其次，判斷變數I是否爲通道數以下，判斷變數i爲 通道數以下時，重複執行 S302 + S303今S304»>(S305〜 S 3 0 9之重複迴路）+ S 3丨〇，並對配列於配管9之圓周方向 的全部導引波傳送及接收元件執行S 3 0 5〜S 3 0 9之重複迴 路。變數i大於檢查段數時，則結束動作。 其次’貫施檢查資訊之檢查結果的解析 顯示（步驟 S4)。參照第2 1圖來說明其內容。首先，波形作成解析 手段5會將1代入代表儲存於記憶體中之通道的變數丨（步 驟S4 1 1 )。其次，判斷變數i是否爲通道數以下（步驟 S 4 1 2 )。i = 1時會判斷成γ e s，並進入步驟s 4丨3，此時， 若判斷成N 〇，則進入步驟S 4 1 5。 其次，波形作成解析手段5會讀取以通道i收錄之 全部檢查段的接收波形並連結（步驟S4 13)。因爲此處理內 容除了從本發明第2實施形態之檢查資訊的檢查結果之解 析顯示處理（第12圖）中刪除步驟S4〇6以外，其餘處理 皆相同，故省略其說明。 其次，在代表檢查段之變數j上加1並儲存於記憶體 ，並進入步驟S412(步驟S414)。變數j爲檢查段數以下 - 24- 1254130 (21) 時，會重複執行S 4 1 2 + S 4 1 3 + S 4 1 4，讀取全部通道之全部 段的接收波形並進行連結。步驟S4 12中，變數i大於通 道數時，波形作成 解析手段5會利用全部通道之連結波 形，作成將配管之圓周方向展開成平面之檢查圖像的資訊 (步驟S 4 1 5 )。此檢查圖像之資訊的作成過程，因和通常之 超音波缺陷探測之B示波器的影像化處理相同，故省略其 詳細說明。 其次，波形作成 解析手段5會將檢查圖像之資訊的 影像信號輸出至顯示手段7，顯示手段7會接收影像信號 ’並顯示如第22圖（d)所示之檢查圖像（步驟S4 16)。 其次，參照第23圖及第24圖，針對利用本發明第4 實施形態檢查具有缺陷之配管的結果實例進行說明。第 23圖（a)係檢查體系之模式圖，在外徑爲114mm、肉厚爲 6mm、長度爲 5 5 00mm之配管 9上，在距離端部100mm 之位置上，將3 2個導引波傳送及接收元件1配置於圓周 方向，並利用傳送及接收元件環2進行固定。

Dl、D2、D4、D5係硏缽狀之肉厚變薄缺陷，D1係 最大爲 80%(4.8mm)之肉厚變薄缺陷，D2 係最大爲 5 0 % ( 3 . 0 m m )之肉厚變薄缺陷，D 4係最大爲4 0 % (2.4 m m )之 肉厚變薄缺陷，D5係最大爲20%(1 .2mm)之肉厚變薄缺陷 。D3係直徑4mm之貫通鑽孔。 各缺陷之圓周方向位置方面，D1爲0 ，D2爲180 ，D3 爲 〇 ，D4 爲 90 ，D5 爲-90 °R1、R2、R3、R4 、R5、R6皆爲檢查段，R1係0至2 5 0mm，R2係2 5 0mm -25- 1254130 (22) 至 7 5 0 m m，R 3 係 7 5 0 ni m 至 1 2 5 0 m m，R 4 係 1 2 5 0 m m 至 1 7 5 0 mm，R 5 係 1 7 5 0 m m 至 2 2 5 0 m m，R 6 係 2 2 5 0 m m 至 5 5 0 0 m m。以產生傳送波形爲目的之基準波形係5 0 0 k Η z之 toneburst波4周期。第23圖（b)係檢查結果（全部通道之 合成影像）。如信號 Wl、W2、W3、W4、W5所示，可檢 測到全部模擬缺陷。 第24圖係以比較爲目的而進行檢測之傳統傳送方法 的試驗結果，傳送波形係5 0 0kHz之t〇nebUrst4周期。信 號W6、W7、W8、W9係來自各缺陷Dl、D2、D3、D4之 反射波形，可檢測到較大之缺陷，然而，卻無法檢測到最 小之缺陷D 5。 依據前述之本發明第4實施形態，除了如本發明第2 實施形態說明之在配管之軸方向上分割成複數檢查段，並 以各檢查段爲不同之傳送信號來連結送接收到之接收信號 的機能以外，尙會在圓周方向配置複數導引波傳送及接收 元件’實施切換並執行傳送及接收，再合成各信號當做檢 查圖像’故除了可檢測缺陷之圓周方向的位置以外，尙可 以得到視覺上容易辨識之檢查結果。 其次’參照第2 5圖說明本發明第5實施形態。第2 5 圖係本發明第5實施形態之配管檢查裝置的方塊圖，該圖 中’ 1 1係掃描機構，1 2係掃描器控制手段，其他構成則 和本發明第1實施形態相同。利用本實施形態，因檢測配 管上產生之肉厚變薄的步驟係以本發明第3實施形態爲基 礎’故省略其說明。和第3實施形態不同之處，第3實施 -26- 1254130 (23) 形態中，採用單一導引波傳送及接收元件1，然而’本實 施形態則具有固定導引波傳送及接收元件1之掃描機構 1 1，掃描機構會沿著配管之圓周方向掃描，故可檢測圓周 方向之複數段。 依據前述之本發明第5實施形態，因爲複數圓周段會 利用同一導引波傳送及接收元件1，故可抑制檢查結果之 誤差，又，亦具有可抑制導引波傳送及接收元件之成本的 效果。尤其是，對想要增多圓周段數時最爲有效。 如以上所示，依據本發明之非破壞檢查裝置及非破壞 檢查方法，即使利用導引波之群速度並非一定之高頻帶時 ，仍可以良好感度對長距離區間實施整體檢查。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明第1實施形態之配管檢查裝置的方塊 圖。 第2圖係導引波傳送及接收元件之構造實例的說明圖 〇 第3圖係本發明第1實施形態之導引波傳送及接收手 段、及導引波傳送及接收元件之連結圖。 第4圖係本發明第1實施形態之檢查條件設定視窗及 基準波形選擇/顯不視窗的顯示例。 第5圖係本發明第1實施形態之傳送波形顯不視窗的 顯示例。 第6圖係利用本發明第1實施形態檢查配管時之波形 -27- (24) 1254130 作成 解析手段之內部處理流程圖。 第7圖係演算傳送波形之過程說明圖。 第8圖係接收來自特定檢查區域之反射波形時，以信 號之持續時間較短之方式實施導引波之激勵時之傳送波形 的實例圖。 第9圖係接收來自特定檢查區域之反射波形時，以信 號之持續時間較短之方式實施導引波之激勵時，可提高對 特定檢查區域上之缺陷之感度的試驗結果圖。 第1 0圖係本發明第2實施形態之傳送波形顯示視窗 之顯示例。 第1 1圖係利用本發明第2實施形態自動作成傳送波 形時之波形作成 解析手段之內部處理流程圖。 第1 2圖係利用本發明第2實施形態解析顯示檢查 結果時之波形作成 解析手段之內部處理流程圖。 第1 3圖係連結接收波形並得到檢查結果之過程說明 圖。 第1 4圖係接收來自特定檢查段之反射波形時，以信 號之持續時間較短之方式實施導引波之激勵時之傳送波形 的實例圖。 第1 5圖係接收來自特定檢查段之反射波形時，以信 號之持續時間較短之方式實施導引波之激勵時，可提高對 特定檢查段上之缺陷之感度的試驗結果圖。 第1 6圖係在特定距離以實施分散導致振幅降低之補 償方式來實施導引波之激勵時，從特定距離上之反射源接 -28- 1254130 (25) 收到反射之導引波的信號實例圖。 第1 7圖係利用本發明第3實施形態依據從導引波傳 送及接收元件之距離來實施接收波形之振幅補償之方法的 說明圖。 第1 8圖係本發明第4實施形態之配管檢查裝置的方 塊圖。 第1 9圖係本發明第4實施形態之元件切換手段及導 引波傳送及接收元件之連結圖。 第2 0圖係利用本發明第4實施形態賓施導引波之傳 送及接收時之波形作成 解析手段之內部處理流程圖。 第2 1圖係利用本發明第4實施形態實施檢查結果之 解析 顯示時之波形作成 解析手段之內部處理流程圖。 第22圖係本發明第4實施形態中，合成接收波形並 得到合成影像之過程說明圖。 第2 3圖係利用本發明第 4實施形態以中心頻率 5 00kHz之 L(0,2)模式之導引波檢查具有缺陷之外徑爲 1 1 4.3 mm、肉厚爲6mm之配管時，將反射波形位置顯示於 配管之展開平面上的結果說明圖。 第2 4圖係利用傳統技術以中心頻率5 0 0 k Η z之L ( 0，2) 模式之導引波檢查具有缺陷之外徑爲1 1 4 · 3 m m、肉厚爲 6mm之配管時，將反射波形位置顯示於配管之展開平面 上的結果說明圖。 第25圖係本發明第5實施形態之配管檢查裝置的方 塊圖。 -29 · 1254130 (26) 第26圖係施加於導引波傳送及接收元件2 I#® Μ 之tone bur st波的說明圖。 第2 7圖係導引波之複數振動模式下之導引波@ ® ( 群速度）具有會依頻率而產生變化之分散特性’ I ’ &胃 式之群速度可由肉厚及頻率之積來決定之說明圖° 第2 8圖係各振動模式之導引波傳播時之彈性變％ # 態的模式說明圖。 第 29圖係以 500kHz之 toneburst波 4周期驅動 L ( 0，2 )模式之導引波來檢查具有缺陷之外徑爲1 1 4.3 mm、 肉厚爲6mm之配管時，反射波形之振幅及持續時間會依 距離而變化之說明圖。 〔元件符號之說明〕 1 :導引波傳送及接收元件 2 :傳送及接收元件環 3 :導引波傳送及接收手段 4 : A/D轉換器 5 :波形作成 解析手段 6 :輸入手段 7 :顯示手段 8 :導引波 9 :配管 1 〇 :元件切換手段。 -30-

Claims (1)

1. (1) 1254130 拾、申請專利範圍 1 * 一種使用導引波之非破壞檢查裝置，其特徵爲具 有： 利用基準波形作成傳送波形之波形作成手段、 依據前述傳送波形在被檢查體內產生導引波之傳送元 件、 從前述被檢查體之檢查區域接收前述導引波之反射波 的接收元件、 依據以前述接收元件接收之前述反射波的接收波形取 得檢查資訊並將其輸出之解析手段、以及 顯示前述檢查資訊之顯示手段。 2· —種使用導引波之非破壞檢查裝置，其特徵爲： 申請專利範圍第1項之前述傳送元件及前述接收元件 ，係使用產生前述導引波時、及接收前述反射波時所使用 之元件爲同一元件。 3 ·如申請專利範圍第1項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中 前述基準波形係欲以接收元件接收之波形。 4 ·如申請專利範圍第1項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中 前述波形作成手段係具有用以計算以前述反射波之前 述接收元件接收之接收波形的手段、及以從前述計算所得 之接收波形的接收時間較慢者依序傳送之方式作成傳送波 形之手段。 -31 - 1254130 (2) 5 ·如申請專利範圍第1項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中 前述顯示手段具有顯示基準波形之手段。 6 ·如申請專利範圍第]項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中 前述顯示手段具有顯示前述傳送波形。

   7.如申請專利範圍第1項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中 前述波形作成手段針對將前述被檢查體之檢查區域在 前述導引波之傳播方向上分割成複數檢查段之各檢查段， 至少具有1個作成前述傳送波形之手段。 8 .如申請專利範圍第7項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中

   前述解析手段具有從前述接收波形析出相當於前述檢 查段之某距離的時間區域之接收波形部分並以連結前述析 出之接收波形部分來形成前述檢查區域之全域接收波形的 手段。 9. 如申請專利範圍第1項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中 前述被檢查體係配管，且具有針對前述導引波傳送手 段及前述導引波接收手段切換前述傳送元件及前述接收元 件之連結的元件切換手段，前述傳送元件及前述接收元件 係複數且以圓環狀配列於前述配管之周圍。 10. 如申請專利範圍第1項之使用導引波之非破壞檢 -32- 1254130 (3) 查裝置，其中 前述被檢查體係配管’且具有以機械方式在前述配管 之圓周方向上掃描前述傳送元件及前述接收元件之掃描器 〇 1 1.如申請專利範圍第1項之使用導引波之非破壞檢 查裝置，其中 則述被檢查體係配管’則述解析手段之構成上，係會 作成將前述檢查結果顯示於平面上之檢查圖像資訊並輸出 前述資訊之影像信號，前述平面係將前述配管之圓周方向 展開成平面之平面，又，前述顯示手段之構成上，係會接 收前述資訊並顯示前述檢查圖像。 1 2 . —種使用導引波之非破壞檢查方法，其特徵爲具 有： 利用基準波形作成傳送波形之步驟、 依據前述傳送波形在被檢查體內產生導引波之步驟、 以接收元件從前述被檢查體之檢查區域接收前述導弓| 波之反射波之步驟、 依據以前述接收元件接收之前述反射波的接收波形取 得檢查資訊之步驟、以及 絲頁不則述檢查資訊之步驟。 13.如申請專利範圍第1 2項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 前述傳送波形之頻率及前述被檢查體之肉厚關係滿足 頻率（从^)乂肉厚（麵）-〇.5、且頻率（1^1^))(肉厚（麵）^ -33- 1254130 (4) 4.0。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 含有： 將前述被檢查體之檢查區域在前述導引波之傳播方向 上分割成複數檢查段之步驟； 針對各前述檢查段作成將前述檢查段視爲檢查區域之 前述傳送波形，且至少針對1個前述檢查段指定1個前述 傳送波形之步驟； 利用前述指定之前述傳送波使各前述檢查段接收反射 波形之步驟；以及 從前述接收到之反射波形析出來自相當於前述檢查段 之位置的接收波形部分之步驟。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 前述傳送波形之頻率及前述被檢查體之肉厚關係滿足 頻率（MHz)X肉厚（μι])2〇·5、且頻率（MHz)X肉厚（_)$ 4.0 〇 1 6 .如申請專利範圍第1 4項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 含有以連結前述析出之接收波形部分來ΦΠ辱,結ί妾# 波形之步驟。 17.如申請專利範圍第16項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 -34- 1254130 (5) 前述傳送波形之頻率及前述被檢查體之肉厚關係滿足 頻率（MHz)X肉厚（画1 )-0.5、且頻率（MHz)X肉厚（nim ) ^ 4.0 〇 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項之使用導引波之非破壞 查方法，其中 前述被檢查體係配管，且含有： 將前述配管之檢查區域在圓周方向分割成複數圓周段 之步驟、 各前述圓周段可得到前述接收波之步驟、以及 各前述圓周段可得到前述連結接收波形之步驟。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 前述傳送波形之頻率及前述被檢查體之肉厚關係滿足 頻率（Μ Η z) X肉厚（酬）^ 0 · 5、且頻率（Μ Η z) X肉厚（mm ) $ 4.0 〇 2 0 .如申請專利範圍第1 8項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 將利用各前述圓周段所得到之前述連結接收波形的檢 查結果，顯示於前述配管之平面展開圖上之步驟。 2 1 ·如申請專利範圍第20項之使用導引波之非破壞 檢查方法，其中 前述傳送波形之頻率及前述被檢查體之肉厚關係滿足 頻率（％1^)乂肉厚（_)2〇.5、且頻率（1^112)乂肉厚（_)$ 4.0 〇 -35-