DE112020003466T5

DE112020003466T5 - Ultraschall-inspektionssystem und ultraschall-inspektionsverfahren

Info

Publication number: DE112020003466T5
Application number: DE112020003466.6T
Authority: DE
Inventors: Mutsumi Suzuki
Original assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Current assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2022-04-14
Also published as: JP7264770B2; JP2021032810A; WO2021039640A1; US20220283125A1; KR20220034889A

Abstract

Zur Verbesserung der Fehlererkennungsgenauigkeit weist eine Ultraschall-Inspektionsvorrichtung (1), die bewirkt, dass ein Ultraschallstrahl durch ein Gas in ein Objekt (E) eintritt, um das Objekt (E) zu inspizieren, Folgendes auf: eine Sendesonde (110), die den Ultraschallstrahl emittiert, eine Empfangssonde (120), die auf der der Sendesonde (110) entgegengesetzten Seite des Objekts (E) montiert ist, und eine Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung (105), die den Exzentrizitätsabstand zwischen einer Sendeschallachse (AX1), welche die Mittelachse des Ausbreitungswegs des von der Sendesonde (110) ausgesendeten Ultraschallstrahls ist, und einer Empfangsschallachse (AX2), welche die Mittelachse des Ausbreitungswegs eines Ultraschallstrahls ist, von dem angenommen wird, dass er von der Empfangssonde (12) emittiert wird, auf einen Wert größer als null einstellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik für ein Ultraschall-Inspektionssystem und ein Ultraschall-Inspektionsverfahren zum Suchen nach einem Fehler mit Ultraschall.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In einem Objekt vorhandene Fehler können beispielsweise durch Bestrahlung mit Ultraschallstrahlen erkannt werden. Hierbei werden die Reflexionseigenschaften von Ultraschall infolge einer akustischen Impedanzlücke verwendet.
Innerhalb eines Objekts vorhandene Fehler können auch unter Verwendung von Transmissionseigenschaften von Ultraschall erkannt werden. Falls das Objekt einen Fehler (einen Hohlraum oder dergleichen) mit einer geringen akustischen Impedanz, beispielsweise aus Luft, aufweist, verringert eine innerhalb des Objekts hervorgerufene akustische Impedanzlücke die Transmission von Ultraschallstrahlen. Durch Messen der durchgelassenen Ultraschallstrahlen kann daher der innerhalb des Objekts vorhandene Fehler erkannt werden.
Bekannte Ultraschall-Inspektionstechniken für die Inspektion von Targets umfassen eine in Patentliteratur 1 beschriebene Technik. Patentliteratur 1 offenbart eine Ultraschall-Inspektionsvorrichtung, „die eine Ultraschallsonde in Innerebenenrichtungen parallel zur Oberfläche eines Objekts bewegt, während Ultraschall von der Ultraschallsonde zum Objekt emittiert wird, eine vom Objekt rückreflektierte Echowelle mit der Ultraschallsonde empfängt, ein die reflektierte Echowelle betreffendes Signal in digitale Wellenformdaten transformiert, die digitalen Wellenformdaten zu einer Rechenverarbeitungseinheit überträgt und mit der Rechenverarbeitungseinheit eine Rechenoperation ausführt, um einen inneren Fehler innerhalb des Objekts zu inspizieren, wobei die Rechenverarbeitungseinheit Folgendes aufweist: eine Extraktionseinheit, die, wenn mehrere reflektierte Echowellen miteinander interferieren, eine Änderung extrahiert, die in einer Wellenformkennlinie in einem Frequenzbereich einer Empfangswellenform in Bezug auf die mehreren reflektierten Echowellen, die interferiert sind, hervorgerufen wurde, und eine Bilderzeugungseinheit, die ein den inneren Fehler betreffendes Bild auf der Grundlage der extrahierten Änderung erzeugt, wobei die Extraktionseinheit Folgendes aufweist: eine Transformationseinheit, die eine Fouriertransformation an die Empfangswellenform betreffenden Daten ausführt, um ein Leistungsspektrum zu berechnen, eine Betriebseinheit, die wenigstens eine Dip-Frequenz berechnet, bei der der Leistungsspektrumswert im durch Fouriertransformation berechneten Leistungsspektrum verringert ist, und eine Bandfestlegungseinheit, die ein Band für die Dip-Frequenz festlegt, wobei die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung den inneren Fehler auf der Grundlage des erzeugten Bilds inspiziert“ (siehe Anspruch 1) und ein Ultraschall-Inspektionsverfahren dafür.
Das in Patentliteratur 1 beschriebene Verfahren wird als Immersionsverfahren bezeichnet, bei dem das Objekt in Wasser eingetaucht werden muss. Das Immersionsverfahren wird verwendet, um die Dämpfung des Ultraschallstrahls zu minimieren.
Das Immersionsverfahren bewirkt jedoch große Einschränkungen für Objekte, und es ist nicht auf wasserempfindliche Objekte anwendbar. Demgemäß besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Inspizieren eines sich in Luft befindenden Objekts mit einer Sendesonde und einer Empfangssonde, die in einem Abstand vom Objekt angeordnet sind.
Andererseits ist, falls ein Ultraschallstrahl durch Luft in ein Objekt eintritt, das empfangene Signal sehr schwach. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 2 ein luftgetragenes Ultraschall-Fehlererkennungssystem, „das ein Rechteck-Burstsignal (a), das aus einer vorgegebenen Anzahl aufeinander folgender negativer Rechteckwellen besteht, an eine Ultraschall-Sendesonde (12) anlegt, die einem Objekt (11) über Luft (46) gegenübersteht, Ultraschall, der durch das Objekt gelaufen ist, mit einer dem Objekt über Luft gegenüberliegenden Ultraschall-Empfangssonde (13) in ein Sendewellensignal (b) transformiert und auf der Grundlage des Signalpegels des Sendewellensignals feststellt, ob das Objekt einen Fehler aufweist, wobei in der Ultraschall-Sendesonde und der Ultraschall-Empfangssonde akustische Impedanzen eines Oszillators (42) und einer Frontplatte (45), die auf der Seite des Oszillators montiert ist und Ultraschall aussendet und empfängt, auf niedrigere Werte gelegt sind als bei einer berührungslosen Ultraschallsonde, die in Kontakt mit dem Objekt zu verwenden ist“ (siehe Zusammenfassung).
ZITATLISTE
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP5075850B2
Patentliteratur 2: JP2008-128965A

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Die Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass es mit der in Patentliteratur 2 beschriebenen Technik schwierig ist, kleine Fehler zu erkennen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend erwähnten Hintergrunds gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Fehlererkennungsgenauigkeit zu verbessern.
Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehenden Probleme sieht die vorliegende Erfindung ein Ultraschall-Inspektionssystem vor, das bewirkt, dass ein Ultraschallstrahl durch ein Gas in ein Objekt eintritt, um das Objekt zu inspizieren, wobei das System Folgendes aufweist: eine Sendesonde, die den Ultraschallstrahl emittiert, eine Empfangssonde, die auf der der Sendesonde entgegengesetzten Seite des Objekts montiert ist, und eine Abstandseinstelleinrichtung, die den Exzentrizitätsabstand zwischen einer Sendeschallachse der Sendesonde und einer Empfangsschallachse der Empfangssonde auf einen Abstand größer als null einstellt.
Die anderen Lösungen werden nachstehend in der Beschreibung der Ausführungsformen beschrieben.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Fehlererkennungsgenauigkeit verbessert werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Diagramm der Konfiguration eines Ultraschall-Inspektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
2A ein Diagramm zur Erklärung einer Sendeschallachse, einer Empfangsschallachse und eines Exzentrizitätsabstands (Nummer 1),
2B ein Diagramm zur Erklärung der Sendeschallachse, der Empfangsschallachse und des Exzentrizitätsabstands (Nummer 2),
3 ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung,
4 eine schematische Schnittansicht des Aufbaus einer Sendesonde,
5A ein Diagramm einer Empfangswellenform von der Sendesonde (Nummer 1),
5B ein Diagramm einer Empfangswellenform von der Sendesonde (Nummer 2),
6 ein Diagramm einer beispielhaften Auftragung von Signalstärkedaten,
7Aein schematisches Diagramm eines Ausbreitungswegs von Ultraschallstrahlen gemäß der ersten Ausführungsform (Nummer 1),
7B ein schematisches Diagramm eines Ausbreitungswegs von Ultraschallstrahlen gemäß der ersten Ausführungsform (Nummer 2),
8A ein schematisches Diagramm eines Ausbreitungswegs von Ultraschallstrahlen bei einem herkömmlichen Ultraschall-Inspektionsverfahren (Nummer 1),
8B ein schematisches Diagramm eines Ausbreitungswegs von Ultraschallstrahlen beim herkömmlichen Ultraschall-Inspektionsverfahren (Nummer 2),
9 ein Diagramm von Auftragungen von Signalstärkedaten beim herkömmlichen Ultraschall-Inspektionsverfahren,
10A ein schematisches Diagramm einer Wechselwirkung zwischen einem Fehler und Ultraschallstrahlen innerhalb eines Objekts (Nummer 1),
10B ein schematisches Diagramm einer Wechselwirkung zwischen dem Fehler und Ultraschallstrahlen innerhalb des Objekts (Nummer 2),
11 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Sendesonde und einer Empfangssonde in einer Ultraschall-Inspektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
12 ein schematisches Diagramm einer Beziehung zwischen einer Strahleinfallsfläche der Sendesonde und einer Strahleinfallsfläche der Empfangssonde,
13 ein Diagramm eines Empfangssondenbeispiels gemäß einer dritten Ausführungsform,
14 ein Diagramm der Konfiguration einer Ultraschall-Inspektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform,
15 ein schematisches Diagramm zur Erklärung der Wirkung gemäß der vierten Ausführungsform,
16 ein Diagramm der Konfiguration einer Ultraschall-Inspektionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform,
17 ein Funktionsblockdiagramm der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform,
18 ein Diagramm der Anordnung von Empfangssonden gemäß einer sechsten Ausführungsform,
19 ein Diagramm der Anordnung von Empfangssonden gemäß einer siebten Ausführungsform (Nummer 1),
20 ein Diagramm der Anordnung von Empfangssonden gemäß der siebten Ausführungsform (Nummer 2),
21 ein Flussdiagramm einer von der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung ausgeführten Verarbeitungsprozedur und
22 ein Diagramm einer Hardwarekonfiguration der Steuervorrichtung.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Modi zur Ausführung der vorliegenden Erfindung (als Ausführungsformen bezeichnet) mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, oder Ausführungsformen können modifiziert werden, ohne die Wirkung der vorliegenden Erfindung erheblich zu verringern.
Die gleichen Elemente sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und es wird auf eine überlappende Beschreibung verzichtet. Die in den Zeichnungen dargestellten Inhalte können für die Zwecke der Erläuterung gegenüber den tatsächlichen Konfigurationen geändert werden, ohne die Wirkung der vorliegenden Erfindung erheblich zu verringern.
[Erste Ausführungsform]
(Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1)
1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Ultraschall-Inspektionssystems Z gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Ultraschall-Inspektionssystem Z eine Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 und eine mit einer Anzeigevorrichtung 3 gekoppelte Steuervorrichtung 2 auf. 1 zeigt die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 in einer schematischen Schnittansicht.
Die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 ist dafür ausgelegt, ein Objekt E mit über ein Gas in das Objekt E eindringenden Ultraschallstrahlen U zu inspizieren (siehe 4). Ein Gehäuse 101 ist demgemäß innen hohl. 1 zeigt ein dreiachsiges kartesisches Koordinatensystem, das eine sich in einer senkrechten Richtung zur Seite erstreckende x-Achse, eine sich in horizontaler Richtung auf der Seite erstreckende y-Achse und eine sich in vertikaler Richtung auf der Seite erstreckende z-Achse aufweist.
Die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 ist mit einer am Gehäuse 101 befestigten Probenplattform 102 versehen, und das Objekt E ist auf die Probenplattform 102 gelegt. Das Objekt E besteht aus einem Material, in dem sich Schall schneller ausbreitet als in einem Gas in der Art von Luft. Das Objekt E besteht beispielsweise aus einem festen Material. Insbesondere besteht das Objekt E aus Metall, Glas, einem Harzmaterial oder einem Verbundmaterial in der Art kohlefaserverstärkter Kunststoffe (CFRP). Beim Beispiel aus 1 befindet sich innerhalb des Objekts E ein Fehler D. Der Fehler D ist ein Hohlraum oder dergleichen. Der vom Fehler D verschiedene Teil des Objekts E wird als Normalteil N bezeichnet.
Die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 weist eine Sendesonde 110 auf, die mit einem Wandler P (siehe 4) und einer Empfangssonde 120 versehen ist. Die Empfangssonde 120 ist auf der Seite des Objekts E angeordnet, welche der Sendesonde 110 entgegengesetzt ist, und empfängt die von der Sendesonde 110 emittierten Ultraschallstrahlen U. Insbesondere weist die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 die Sendesonde 110 auf, die durch eine Sendesonden-Bewegungseinrichtung 103 am Gehäuse 101 montiert ist.
Die „der Sendesonde 110 entgegengesetzte Seite“ bezeichnet einen von zwei durch das Objekt E getrennten Räumen entgegengesetzt (in z-Achsenrichtung entgegengesetzt) zum Raum, in dem sich die Sendesonde 110 befindet, und dies bedeutet nicht die entgegengesetzte Seite, auf der die x- und y-Koordinaten die gleichen wie jene der Sendesonde 110 sind (d. h. die zur Sendesonde 110 in Bezug auf die x-y-Ebene symmetrische Position). Wie in 1 dargestellt ist, sind die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 so montiert, dass eine Sendeschallachse AX1 und eine Empfangsschallachse AX2 um einen Exzentrizitätsabstand L gegeneinander verschoben sind. Die Sende- und die Empfangsschallachse AX1 und AX2 und der Exzentrizitätsabstand L werden später beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Bewegung einer Empfangssonden-Bewegungseinrichtung 104 der Empfangssonde 120, die Probenplattform 102 in x- und y-Achsenrichtung abzutasten. Die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 führen die Abtastung aus, während der Exzentrizitätsabstand L in x- oder y-Achsenrichtung beibehalten wird, wobei sich das Objekt E dazwischen befindet (dicke doppelköpfige Pfeile).
Die am Gehäuse 101 montierte Empfangssonden-Bewegungseinrichtung 104 ist mit einer Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung 105 versehen. Die Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung 105 ist mit der Empfangssonde 120 versehen. Die Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung 105 legt die Trennung zwischen der Empfangsschallachse AX2 und der Sendeschallachse AX1 auf den Exzentrizitätsabstand L.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung 105 auf der Seite der Empfangssonden-Bewegungseinrichtung 104 bereitgestellt, kann jedoch auch auf der Seite der Sendesonden-Bewegungseinrichtung 103 bereitgestellt sein.
Die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 ist mit der Steuervorrichtung 2 gekoppelt. Die Steuervorrichtung 2 weist die Sendesonden-Bewegungseinrichtung 103 und die Empfangssonden-Bewegungseinrichtung 104 an, die Bewegung der Sendesonde 110 und der Empfangssonde 120 (die Abtastung durch diese) zu steuern. Die Sendesonden-Bewegungseinrichtung 103 und die Empfangssonden-Bewegungseinrichtung 104 bewegen sich synchron in x- und y-Achsenrichtung, so dass die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 das Objekt E in x- und y-Achsenrichtung abtasten. Die Steuervorrichtung 2 veranlasst die Sendesonde 110, die Ultraschallstrahlen U zu emittieren, und sie führt eine Wellenformanalyse auf der Grundlage eines von der Empfangssonde 120 erhaltenen Signals aus.
Die erste Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 bewegt werden, während das Objekt E am Gehäuse 101 befestigt ist, wobei sich die Probenplattform 102 dazwischen befindet. Dagegen kann die Abtastung durch Bewegen des Objekts E geschehen, während die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 am Gehäuse 101 befestigt sind.
Zwischen der Sendesonde 110 und dem Objekt E und zwischen der Empfangssonde 120 und dem Objekt E befindet sich eine Gasphase, wobei es sich um ein Gas in der Art von Luft handelt. Mit anderen Worten ist die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 von einem berührungsfreien Typ, bei dem weder die Sendesonde 110 noch die Empfangssonde 120 in Kontakt mit dem Objekt E gelangt.
Die Sendesonde 110 ist von einem Strahlfokussierungstyp. Die Empfangssonde 120 weist eine geringere Strahlfokussierungsfähigkeit als die Sendesonde 110 auf. Gemäß der ersten Ausführungsform verwendet die Empfangssonde 120 eine nicht strahlfokussierende Sonde mit einer flachen Wandleroberfläche. Durch die Verwendung der nicht strahlfokussierenden Empfangssonde 120 können Informationen über den Fehler D in einem weiten Bereich gesammelt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Empfangssonde 120 in y-Achsenrichtung aus 1 um den Exzentrizitätsabstand L in Bezug auf die Sendesonde 110 verschoben. Die Empfangssonde 120 kann in x-Achsenrichtung aus 1 um den Exzentrizitätsabstand L verschoben sein. Alternativ kann sich die Empfangssonde 120 in x-Achsenrichtung bei L1 und in y-Achsenrichtung bei L2 (d. h. bei der Position (L1, L2) befinden, wenn die Position der Sendesonde 110 in der x-y-Ebene der Ursprung ist).
(Definition des Exzentrizitätsabstands L)
Die 2A und 2B sind Diagramme zur Erklärung der Sendeschallachse AX1, der Empfangsschallachse AX2 und des Exzentrizitätsabstands L.
Eine Schallachse ist als Mittelachse der Ultraschallstrahlen U definiert. Die Sendeschallachse AX1 ist als Schallachse des Ausbreitungswegs der von der Sendesonde 110 emittierten Ultraschallstrahlen U definiert. Mit anderen Worten ist die Sendeschallachse AX1 die Mittelachse des Ausbreitungswegs der von der Sendesonde 110 emittierten Ultraschallstrahlen U.
Die Empfangsschallachse AX2 ist als die Schallachse des Ausbreitungswegs virtueller Ultraschallstrahlen definiert, wobei es sich um Ultraschallstrahlen U handelt, bei denen angenommen wird, dass sie von der Empfangssonde 120 emittiert werden. Mit anderen Worten ist die Empfangsschallachse AX2 die Mittelachse der virtuellen Ultraschallstrahlen, wobei es sich um Ultraschallstrahlen U handelt, bei denen angenommen wird, dass sie von der Empfangssonde 120 emittiert werden.
Wie in 2B dargestellt ist, tritt auf der Sendeschallachse AX1 eine Brechung an Grenzflächen des Objekts E auf. Insbesondere befindet sich, wie in 2B dargestellt ist, wenn die von der Sendesonde 110 emittierten Ultraschallstrahlen U an den Grenzflächen des Objekts E gebrochen werden, das Zentrum (die Schallachse) des Ausbreitungswegs der gebrochenen Ultraschallstrahlen U auf der Sendeschallachse AX1.
Der Exzentrizitätsabstand L ist als der Trennungsabstand zwischen der Sendeschallachse AX1 und der Empfangsschallachse AX2 definiert. Wenn die von der Sendesonde 110 emittierten Ultraschallstrahlen U gebrochen werden, wie in 2B dargestellt ist, ist der Exzentrizitätsabstand L als der Trennungsabstand zwischen der gebeugten Sendeschallachse AX1 und der Empfangsschallachse AX2 definiert. Beim Ultraschall-Inspektionssystem Z gemäß der ersten Ausführungsform werden die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 durch die Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung 105 so eingestellt, dass der dadurch definierte Exzentrizitätsabstand L größer als null ist.
2A ist ein Diagramm, das die entlang der Normalenrichtung zur Oberfläche des Objekts E angeordnete Sendesonde 110 zeigt.
In 2A ist die Sendeschallachse AX1 durch einen durchgezogenen Pfeil angegeben. Die Empfangsschallachse AX2 ist durch einen strichpunktierten Pfeil angegeben. In den 2A und 2B ist die durch eine gestrichelte Linie angegebene Position jeder Empfangssonde 120A die Position, an der der Exzentrizitätsabstand L null ist. Die durch eine durchgezogene Linie angegebene Empfangssonde 120 befindet sich an einer den Exzentrizitätsabstand L aufweisenden Position.
Wenn die Sendesonde 110 so montiert ist, dass die Sendeschallachse AX1 wie beim in 2A dargestellten Beispiel senkrecht zur horizontalen Ebene (der x-y-Ebene aus 1) ist, ist der Ausbreitungsweg der Ultraschallstrahlen U nicht gebeugt, so dass die Sendeschallachse AX1 nicht gebeugt ist.
2B ist ein Diagramm, das die Sendesonde 110 unter einem Winkel α gegenüber der Normalenrichtung zur Oberfläche des Objekts E geneigt zeigt.
In 2B ist die Sendeschallachse AX1 ähnlich wie in 2A durch einen durchgezogenen Pfeil angegeben und ist die Empfangsschallachse AX2 durch den strichpunktierten Pfeil angegeben. Beim in 2B dargestellten Beispiel wird, wie vorstehend beschrieben, der Ausbreitungsweg der Ultraschallstrahlen U an den Grenzflächen zwischen dem Objekt E und Luft gebeugt. Die Sendeschallachse AX1 ist gebeugt, wie in 2B durch die durchgezogenen Pfeile angegeben ist. In diesem Fall befindet sich die durch die gestrichelte Linie angegebene Position der Empfangssonde 120A auf der Sendeschallachse AX1, wobei es sich um die Position handelt, bei der der Exzentrizitätsabstand L null ist. Wie vorstehend beschrieben, ist die durch die durchgezogene Linie angegebene Position der Empfangssonde 120 die Position der Empfangssonde 120 mit dem Exzentrizitätsabstand L.
Beim in 1 dargestellten Beispiel ist die Sendesonde 110 entlang der Normalenrichtung zur Oberfläche des Objekts E montiert und ist der Exzentrizitätsabstand L so wie in 2A dargestellt ist.
Der Exzentrizitätsabstand L wird so festgelegt, dass die für den Fehler D im Objekt E empfangene Signalstärke höher ist als jene für den Normalteil N. Dieser Punkt wird später beschrieben.
(Steuervorrichtung 2)
3 ist ein Funktionsblockdiagramm der Steuervorrichtung 2.
Die in der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 enthaltene Steuervorrichtung 2 ist dafür ausgelegt, den Betrieb der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 zu steuern. Die Steuervorrichtung 2 weist ein Sendesystem 210, ein Empfangssystem 220, einen Datenprozessor 201, eine Abtaststeuereinrichtung 204, einen Antrieb 202 und eine Positionsmesseinrichtung 203 auf.
Das Sendesystem 210 erzeugt eine an die Steuervorrichtung 2 anzulegende Spannung. Das Sendesystem 210 weist einen Wellenformgenerator 211 und einen Ausgangsverstärker 212 auf. Der Wellenformgenerator 211 erzeugt ein Burstwellensignal. Das erzeugte Burstwellensignal wird durch den Ausgangsverstärker 212 verstärkt. Die vom Ausgangsverstärker 212 ausgegebene Spannung wird an die Sendesonde 110 angelegt.
Das Empfangssystem 220 erfasst das von der Empfangssonde 120 ausgegebene empfangene Signal. Das von der Empfangssonde 120 ausgegebene Signal wird zur Verstärkung in den Signalverstärker 222 eingegeben. Das verstärkte Signal wird in den Wellenformanalysator 221 eingegeben.
Der Wellenformanalysator 221 erzeugt später beschriebene Signalstärkedaten (siehe 6) anhand des empfangenen Signals. Die erzeugten Signalstärkedaten werden zum Datenprozessor 201 gesendet.
Der Datenprozessor 201 führt eine Verarbeitung an in einer gewünschten Form erhaltenen Informationen aus, wobei er beispielsweise ein Bild erzeugt, das Informationen zeigt, die den Fehler D im Objekt E betreffen, oder das Vorhandensein des Fehlers D erkennt. Durch den Datenprozessor 201 erzeugte Bilder und Informationen werden auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt.
Die Abtaststeuereinrichtung 204 steuert die Sendesonden-Bewegungseinrichtung 103 und die Empfangssonden-Bewegungseinrichtung 104, die in 1 dargestellt sind, und treibt diese an. Der Antrieb und die Steuerung der Sendesonden-Bewegungseinrichtung 103 und der Empfangssonden-Bewegungseinrichtung 104 geschehen durch den Antrieb 202. Die Abtaststeuereinrichtung 204 misst die Positionsinformationen der Sendesonde 110 und der Empfangssonde 120 durch die Positionsmesseinrichtung 203.
Hierbei trägt der Datenprozessor 201 auf der Grundlage der Positionsinformationen der Sendesonde 110 und der Empfangssonde 120, die von der Abtaststeuereinrichtung 204 empfangen wurden, die Signalstärkedaten für jede Position auf, um ein Bild zu erzeugen, das dann auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt wird.
Wie später beschrieben, sind gemäß der ersten Ausführungsform die Signalstärkedaten für den Fehler D größer als jene für den Normalteil. Durch Auftragen der Signalstärkedaten gegen die Abtastposition (x, y) der Sendesonde 110 wird ein Bild bereitgestellt, das die Position (x, y) eines Fehlers zeigt. Das die Fehlerposition zeigende Bild wird auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt.
(Aufbau der Sendesonde 110)
4 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau der Sendesonde 110 zeigt.
4 zeigt zur Vereinfachung nur das Profil der emittierten Ultraschallstrahlen U, tatsächlich wird jedoch eine große Anzahl von Ultraschallstrahlen U in Normalenvektorrichtung der Wandleroberfläche 114 über die gesamte Fläche der Wandleroberfläche 114 emittiert.
Die Sendesonde 110 ist dafür ausgelegt, die Ultraschallstrahlen U zu fokussieren. Dies ermöglicht eine genaue Erkennung des kleinen Fehlers D im Objekt E. Der Grund dafür, dass der kleine Fehler D erkannt werden kann, wird später beschrieben. Die Sendesonde 110 weist ein Sendesondengehäuse 115 und den sich innerhalb des Sendesondengehäuses 115 befindenden Wandler P auf. Der Wandler P weist eine Trägerschicht 112, einen Oszillator 111 und eine Anpassungsschicht 113 auf. Der Wandler P ist durch eine Zuleitung 118 mit einem Verbinder 116 gekoppelt. Der Verbinder 116 ist ferner durch eine Zuleitung 117 mit einer Stromversorgungsvorrichtung (nicht dargestellt) und der Steuervorrichtung 2 gekoppelt.
(Empfangswellenform)
Die 5A und 5B sind Diagramme, die Empfangswellenformen von der Empfangssonde 120 zeigen. 5A ist ein Diagramm, das eine dem Normalteil N des Objekts E, d. h. einem vom Fehler D verschiedenen Teil, entsprechende Empfangswellenform zeigt. 5B zeigt das empfangene Signal, wenn sich die Sendesonde 110 an der x-y-Koordinatenposition eines innerhalb des Objekts E bereitgestellten 2 mm breiten Hohlraums (des Fehlers D) befindet. In den 5A und 5B ist die Zeit aufgetragen, die seit dem Anwenden einer Burstwelle auf die Sendesonde 110 verstrichen ist.
In den 5A und 5B war das Objekt E eine 2 mm dicke Edelstahlplatte. Auf die Sendesonde 110 wurde eine Burstwelle mit einer Frequenz von 800 kHz angewendet. Insbesondere wurde eine aus zehn Sinuswellen zusammengesetzte Burstwelle mit einer konstanten Periode auf das Objekt E angewendet.
5A weist kein wesentliches beobachtetes Signal auf. 5B weist ein wesentliches Signal auf, das 90 ms nach dem Anwenden der Burstwelle auf die Sendesonde 110 beobachtet wird. Die Verzögerung von 90 ms bis zur Beobachtung dieses wesentlichen Signals entspricht der Zeit, welche gestreute Wellen U1 (siehe 7B) benötigen, um die Empfangssonde 120 zu erreichen. Insbesondere ist die Schallgeschwindigkeit 340 (m/s) in Luft, während sie in Edelstahl etwa 6000 (m/s) beträgt.
6 zeigt Auftragungen aus den empfangenen Signalen (dem in 5B dargestellten empfangenen Signal) extrahierter Signalstärkedaten für die jeweiligen x-Achsenpositionen, die durch Bewegen der Sendesonde 110 und der Empfangssonde 120 in x-Achsenrichtung für den 2 mm breiten Fehler D erhalten werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird beim Verfahren zum Extrahieren der Signalstärkedaten ein Spitze-zu-Spitze-Wert des in 5B dargestellten empfangenen Signals, d. h. die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum in einem geeigneten Zeitbereich, extrahiert.
Bei einem anderen Beispiel des Verfahrens zum Extrahieren der Signalstärkedaten kann das in 5B dargestellte empfangene Signal durch eine Signalverarbeitung in der Art einer Kurzzeit-Fouriertransformation in Frequenzkomponenten transformiert werden und kann die Stärke einer geeigneten Frequenzkomponente extrahiert werden. Die Signalstärkedaten können eine auf der Grundlage einer geeigneten Referenzwelle berechnete Korrelationsfunktion sein.
Die Signalstärkedaten werden auf diese Weise entsprechend jeder Abtastposition der Sendesonde 110 erhalten.
Bei den in 6 dargestellten Auftragungen der Signalstärkedaten entspricht der 2 mm breite Hohlraum dem Bezugszeichen D1 aus 6.
6 offenbart, dass die empfangenen Signale für den Normalteil N des Objekts E (dem vom Bezugszeichen D1 verschiedenen Teil) eine Stärke auf dem Rauschpegel haben, während die empfangenen Signale an den Positionen, innerhalb derer sich ein Fehler D befindet (Bezugszeichen D1), eine erhebliche Größe aufweisen.
Die Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung 105 stellt den Exzentrizitätsabstand L so ein, dass die von der Empfangssonde 120 für den Fehler D erfasste Signalstärke größer ist als jene für den Normalteil N des Objekts E.
Bevorzugter stellt die Exzentrizitätsabstands-Einstelleinrichtung 105 den Exzentrizitätsabstand L so ein, dass für den Normalteil N des Objekts E kein wesentliches Signal erfasst wird.
Wenn die Sendesonde 110 nur in x-Achsenrichtung linear bewegt wird, wird der in 6 dargestellte Graph von Signalstärkedaten (Signalstärkegraph G) auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt. Wenn die Sendesonde 110 in x- und y-Achsenrichtung zweidimensional bewegt wird, stellt eine Auftragung der Signalstärkedaten eine Fehlerposition als zweidimensionales Bild bereit, das dann auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt wird.
Die 7A und 7B sind Diagramme, die den Ausbreitungsweg der Ultraschallstrahlen U gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigen. 7A zeigt einen Fall, in dem die Ultraschallstrahlen U in den Normalteil N eintreten, und 7B zeigt einen Fall, in dem die Ultraschallstrahlen U in den innen hohlen Fehler D eintreten.
Wie in den 7A und 7B dargestellt ist, dringen die von der Sendesonde 110 emittierten Ultraschallstrahlen U in das Objekt E ein. Wie in 7A dargestellt ist, laufen die in den Normalteil N eingetretenen Ultraschallstrahlen U durch die Umgebung des Zentrums der Sendeschallachse AX1. Demgemäß wird von der Empfangssonde 120, die sich im Exzentrizitätsabstand L von der Sendeschallachse AX1 befindet, kein empfangenes Signal beobachtet. Wie in 7B dargestellt ist, werden die Ultraschallstrahlen U, wenn sie in den Fehler D eintreten, am Fehler D gestreut und werden die gestreuten Wellen U1 von der exzentrisch angeordneten Empfangssonde 120 empfangen. Auf diese Weise wird das empfangene Signal beobachtet.
Bei der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform werden die durch den Fehler D im Objekt E erzeugten gestreuten Wellen U1 von der Empfangssonde 120 beobachtet. Die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal für den Fehler D größer ist als das empfangene Signal für den Normalteil N. Mit anderen Worten wird festgestellt, dass sich der Fehler D an der Position befindet, an der das empfangene Signal groß ist.
(Vergleichsbeispiel)
Hier wird ein herkömmliches Verfahren zur Ultraschallinspektion als Vergleichsbeispiel beschrieben.
Die 8A und 8B sind Diagramme, die einen Ausbreitungsweg der Ultraschallstrahlen U beim herkömmlichen Ultraschall-Inspektionsverfahren schematisch zeigen. 8A zeigt einen Fall, in dem die Ultraschallstrahlen U in den Normalteil N eintreten, und 8B zeigt einen Fall, in dem die Ultraschallstrahlen U in den innen hohlen Fehler D eintreten.
Beim in Patentliteratur 2 beschriebenen herkömmlichen Ultraschall-Inspektionsverfahren sind die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 so angeordnet, dass die Sendeschallachse AX1 mit der Empfangsschallachse AX2 ausgerichtet ist.
Wie in 8A dargestellt ist, laufen die Ultraschallstrahlen U, wenn sie in den Normalteil N des Objekts E eintreten, durch das Objekt E und erreichen die Empfangssonde 120, so dass das empfangene Signal groß ist. Wie in 8 dargestellt ist, blockiert der Fehler D, wenn die Ultraschallstrahlen U in ihn eintreten, die Transmission der Ultraschallstrahlen U, wodurch das empfangene Signal verringert wird. Der Fehler D wird auf diese Weise auf der Grundlage einer Verringerung des empfangenen Signals erfasst. Dies geschieht so wie in Patentliteratur 2 dargestellt.
Wie in den 8A und 8B dargestellt ist, wird das Verfahren zum Erkennen des Fehlers D auf der Grundlage einer Verringerung des empfangenen Signals durch Blockieren der Transmission der Ultraschallstrahlen U am Fehler D als „Blockierverfahren“ bezeichnet. Andererseits wird das Inspektionsverfahren, bei dem die am Fehler D gestreuten Wellen U1 erfasst werden, wie gemäß der ersten Ausführungsform, als „Streuverfahren“ bezeichnet.
9 ist ein Diagramm, das einen Signalstärkegraphen zeigt, der durch Inspizieren des Objekts E, das den gleichen Fehler D aufweist wie das in 6 verwendete Objekt E, mit dem Ultraschall-Inspektionsverfahren auf der Grundlage des in den 8A und 8B dargestellten Blockierverfahrens, d. h. bei der Anordnung, bei der die Sendeschallachse AX1 und die Empfangsschallachse AX2 miteinander ausgerichtet sind, erhalten wird. In 9 entspricht der durch das Bezugszeichen D1 angegebene Teil dem Fehler D.
9 zeigt eine Verringerung des Signals im Zentrum des Fehlers D (an der Position „0“ in 9), die Verringerung ist jedoch gering. Dagegen kann, wie in 6 dargestellt, bei der Konfiguration des Streuverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform verglichen mit dem durch das Blockierverfahren erhaltenen Ergebnis aus 9 die Position des Fehlers D klar erkannt werden. Mit anderen Worten zeigt der Vergleich zwischen dem durch das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, erhaltenen Empfangsergebnis und dem in 9 dargestellten Empfangsergebnis als Vergleichsbeispiel, dass das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis bereitstellt.
Der Grund dafür, dass das Streuverfahren gemäß der ersten Ausführungsform demgemäß ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis bereitstellt, wird mit Bezug auf die 10A und 10B beschrieben.
Die 10A und 10B sind Diagramme, die schematisch eine Wechselwirkung zwischen dem Fehler D und Ultraschallstrahlen U innerhalb des Objekts E zeigen.
Die folgende Überlegung wird für den Fall angestellt, in dem der Fehler D kleiner als die Breite der Ultraschallstrahlen U ist (nachstehend als Strahlbreite BW bezeichnet). Die Strahlbreite BW ist die Breite der Ultraschallstrahlen U am Fehler D.
Die 10A und 10B zeigen schematisch die Form der Ultraschallstrahlen U in einem kleinen Bereich um den Fehler D, worin die Ultraschallstrahlen U zueinander parallel sind. Die Ultraschallstrahlen U sind jedoch tatsächlich fokussiert.
Die Positionen der Empfangssonde 120 in den 10A und 10B sind für eine klare Erklärung angegebene Konzeptpositionen. Die Position und die Form der Empfangssonde 120 skalieren nicht genau. Insbesondere befindet sich beim Vergrößerungsmaßstab des Fehlers D und der Ultraschallstrahlen U in der Figur die Empfangssonde 120 an einer Position, die weiter entfernt von der in den 10A und 10B dargestellten Position ist.
Selbst dann, wenn die Ultraschallstrahlen U fokussiert werden, um in das Objekt E einzutreten, haben sie in der Nähe des Fehlers D eine gewisse endliche Breite. Diese wird als Strahlbreite BW an der Position des Fehlers D bezeichnet.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Strahlbreite BW an der Position des Fehlers D in den in den 10A und 10B dargestellten Fällen größer als die Abmessung des Fehlers D.
10A ist ein Diagramm, das den Fall des Blockierverfahrens zeigt. Falls der Fehler D kleiner als die Strahlbreite BW ist, werden einige der Ultraschallstrahlen U blockiert und wird das empfangene Signal verringert. Das empfangene Signal kann jedoch nicht auf null verringert werden. Falls die Breite des Fehlers D beispielsweise 20 % der Strahlbreite BW ist, wird das empfangene Signal maximal um etwa 20 % verringert, wodurch es schwierig wird, den Fehler D zu erkennen. Mit anderen Worten wird in einem Fall in der Art des in 10A dargestellten das empfangene Signal an der den Fehler D aufweisenden Stelle maximal um 20 % verringert (siehe 9).
10B ist ein Diagramm, welches das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform, d. h. das Streuverfahren, zeigt. Beim Streuverfahren treten die Ultraschallstrahlen U, wenn sie den Fehler D nicht treffen, nicht in die Sonde 120 ein und ist das empfangene Signal null. Wie in 10B dargestellt ist, werden, falls einige der Ultraschallstrahlen U den Fehler D treffen, die gestreuten Wellen U1 von der Empfangsonde 120 beobachtet und kann das Streuverfahren den Fehler D leichter erkennen als das Blockierverfahren. Falls kein Fehler D vorhanden ist, ist das empfangene Signal null, und falls ein Fehler D, selbst ein sehr kleiner Fehler, vorhanden ist, ist das empfangene Signal nicht null. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann daher vergrößert werden (siehe 6).
Das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform (das Streuverfahren) ermöglicht eine genaue Erkennung eines Fehlers D, der kleiner als die Strahlbreite BW ist.
Wie in 10A dargestellt ist, bestimmt das Blockierverfahren den Fehler D ferner auf der Grundlage einer Verringerung gegenüber dem Normalteil N entsprechenden empfangenen Signalen. Die dem Normalteil N entsprechenden empfangenen Signale müssen daher konstant sein.
Die Stärke des Ultraschalls, der die Empfangssonde 120 erreicht hat, insbesondere durch Luft, ist sehr viel niedriger als bei einer das Immersionsverfahren verwendenden Inspektionsvorrichtung. Es ist daher erforderlich, die empfangenen Signale mit einem hohen Verstärkungsfaktor (einer hohen Verstärkung) zu verstärken. Zum Konstanthalten der Verstärkung ist eine sehr genaue Signalverstärkerschaltung erforderlich.
Beim Streuverfahren gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, sind die empfangenen Signale für den Normalteil N im Wesentlichen null, während die empfangenen Signale für den Fehler D beobachtet werden. Hierdurch kann die Anforderung an die Stabilität der Verstärkung der Signalverstärkerschaltung verringert werden. In 6 ist dargestellt, dass der Signalstärkewert um einen Offsetwert erhöht ist.
Ein weiteres Merkmal des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass dadurch ein Positivbild bereitgestellt wird. Insbesondere erzeugt das Streuverfahren kein Signal oder verringert empfangene Signale für den Normalteil N und erzeugt ein Signal oder erhöht empfangene Signale für den Fehler D. Das Streuverfahren stellt demgemäß ein Positivbild des Fehlers D bereit. Andererseits verstärkt das Blockierverfahren empfangene Signale für den Normalteil N und verringert empfangene Signale für den Fehler D. Das Blockierverfahren stellt demgemäß ein Negativbild des Fehlers D bereit.
Die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann lediglich durch Verschieben der Position der Empfangssonde 120 der herkömmlichen (blockierenden) Ultraschall-Inspektionsvorrichtung um den Exzentrizitätsabstand L implementiert werden. Die Verfügbarkeit gegenwärtig verwendeter Inspektionsvorrichtungen führt zu einer Kostenverringerung.
[Zweite Ausführungsform]
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Sendesonde 110 und der Empfangssonde 120 in der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Beziehung zwischen der Strahlfokussierfähigkeit der Sendesonde 110 und der Strahlfokussierfähigkeit der Empfangssonde 120 beschrieben.
Wie in 11 dargestellt ist, weist die Empfangssonde 120 gemäß der zweiten Ausführungsform eine geringere Strahlfokussierfähigkeit auf als die Sendesonde 110.
Der Ausbreitungsweg der gestreuten Wellen U1 hängt bis zu einem gewissen Grad von der Tiefe des Fehlers D im Objekt E, der Form und der Neigung des Fehlers D und dergleichen ab. Die Empfangssonde 120 weist gemäß der zweiten Ausführungsform eine geringere Strahlfokussierfähigkeit auf, so dass die Empfangssonde 120 die gestreuten Wellen U1 selbst dann erfassen kann, wenn sich der Ausbreitungsweg der gestreuten Wellen U1 ändert. Strahleinfallsflächen T1 und T2 werden später beschrieben.
Die Betragsbeziehung der Strahlfokussierfähigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform ist durch die Betragsbeziehung zwischen den Strahleinfallsflächen T1 und T2 an der Oberfläche des Objekts E definiert.
12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Strahleinfallsfläche T1 der Sendesonde 110 und der Strahleinfallsfläche T2 der Empfangssonde 120 schematisch zeigt.
Die Strahleinfallsfläche T1 der Sendesonde 110 ist die Schnittfläche zwischen den von der Sendesonde 110 emittierten Ultraschallstrahlen U und der Oberfläche des Objekts E. Die Strahleinfallsfläche T2 der Empfangssonde 120 ist die Schnittfläche zwischen virtuellen Ultraschallstrahlen U2, wobei es sich um Ultraschallstrahlen U, von denen angenommen wird, dass sie von der Empfangssonde 120 emittiert werden, und der Oberfläche des Objekts E handelt.
In 12 ist der Weg der Ultraschallstrahlen U ein Weg bei Nichtvorhandensein des Objekts E. Bei Vorhandensein des Objekts E werden die Ultraschallstrahlen U an der Oberfläche des Objekts E gebrochen und breiten sich entlang einem anderen Weg aus als dem durch gestrichelte Linien angegebenen Weg.
Wie in 12 dargestellt ist, ist die Strahleinfallsfläche T2 der Empfangssonde 120 größer als die Strahleinfallsfläche T1 der Sendesonde 110 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Strahlfokussierfähigkeit der Empfangssonde 120 gemäß der zweiten Ausführungsform geringer als jene der Sendesonde 110. Dies bedeutet, dass die Brennweite R2 der Empfangssonde 120 größer ist als die Brennweite R1 der Sendesonde 110, wie in 12 dargestellt ist.
Gemäß der zweiten Ausführungsform weist die Empfangssonde 120 demgemäß eine geringere Fokussierfähigkeit auf als die Sendesonde 110. Mit anderen Worten wird die Brennweite R2 der Empfangssonde 120 auf einen größeren Wert gelegt als die Brennweite R1 der Sendesonde 110. Die Strahleinfallsfläche T2 der Empfangssonde 120 ist daher breiter, so dass die Empfangssonde 120 in der Lage ist, die gestreute Welle U1 in einem breiteren Bereich zu erfassen. Selbst wenn sich der Ausbreitungsweg der gestreuten Wellen U1 bis zu einem gewissen Grad ändert, ist die Empfangssonde 120 in der Lage, die gestreuten Wellen U1 zu erfassen. Dies ermöglicht eine Erkennung des Fehlers D in einem breiteren Bereich.
Die Empfangssonde 120 kann wie eine gemäß der ersten Ausführungsform verwendete Sonde von einem nicht strahlfokussierenden Typ sein. Weil die Brennweite R2 einer solchen nicht strahlfokussierenden Sonde unendlich ist, ist sie größer als die Brennweite R1 der Sendesonde 110. Mit anderen Worten ist die Strahlfokussierfähigkeit der Empfangssonde 120, selbst wenn sie vom nicht strahlfokussierenden Typ ist, daher geringer als jene der Sendesonde 110.
[Dritte Ausführungsform]
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Empfangssonde 120 gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine Draufsicht der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform, worin die Positionen einer Sendesonde 110 und der Empfangssonde 120 bei Betrachtung in positiver z-Achsenrichtung, d. h. von der Seite der Empfangssonde 120 her betrachtet, dargestellt sind. Die dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenverhältnis „b/a“ des Oszillators 111 der Empfangssonde 120 größer als 1 ist. Hier ist „b“ eine charakteristische Länge der Empfangssonde 120 entlang der Richtung des Exzentrizitätsabstands L der Empfangssonde 120 und ist „a“ eine dazu orthogonale charakteristische Länge.
Die charakteristischen Längen bedeuten für einen rechteckigen Oszillator die Längen der Seiten eines Rechtecks und für einen elliptischen Oszillator die Haupt- und die Nebenachse einer Ellipse.
Indem das Seitenverhältnis der Empfangssonde 120 wie vorstehend beschrieben festgelegt wird, kann die Empfangssonde 120 die gestreuten Wellen U1 selbst dann erfassen, wenn sie abhängig von der Tiefenposition des Fehlers D verschiedene Positionen erreichen.
Die gestreuten Wellen U1 streuen radial um die Sendeschallachse AX1. Wenn sich die Empfangssonde 120 an der in 13 dargestellten Position befindet, streuen die gestreuten Wellen U1 daher in Längsrichtung („b“-Richtung) der Empfangssonde 120. Mit anderen Worten ist die „b“-Richtung die Richtung, in der die gestreuten Wellen U1 abgestrahlt werden. Indem der Wert von „b“ vergrößert wird, kann die Empfangssonde 120 die gestreuten Wellen U1 infolge verschiedener Fehler D erfassen. Insbesondere kann die Empfangssonde 120 die gestreuten Wellen U1 selbst dann erfassen, wenn sie abhängig von der Tiefenposition des Fehlers D verschiedene Positionen erreichen.
13 zeigt eine kubische (rechteckige) Empfangssonde 120. Durch die Verwendung der Empfangssonde 120, die elliptisch ist, wobei die Haupt- und die Nebenachse wie vorstehend beschrieben festgelegt sind, wird jedoch die gleiche Wirkung erzielt.
[Vierte Ausführungsform]
Als nächstes wird eine Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1a gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die 14 und 15 beschrieben.
Die vierte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangssonde 120 geneigt ist. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Stärke des empfangenen Signals, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis des empfangenen Signals verbessert wird.
14 ist ein Diagramm, das die Konfiguration der Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1a gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.
Hier ist der Winkel zwischen der Empfangsschallachse AX2 und der Sendeschallachse AX1 als Empfangssonden-Montagewinkel definiert. Im Fall aus 14 ist die Sendesonde 110 vertikal angeordnet und ist der Empfangssonden-Montagewinkel wie in 14 dargestellt θ2.
Die vierte Ausführungsform ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangssonden-Montagewinkel θ2 zu der Seite geneigt ist, auf der sich die Sendeschallachse AX1 befindet, und auf einen größeren Wert als 0 gesetzt ist. Die Empfangssonde 120 ist daher geneigt. Insbesondere ist θ2 beim in der vierten Ausführungsform dargestellten Beispiel auf 10° gesetzt. Wenngleich θ2 nicht auf diesen Winkel beschränkt ist, erfüllt θ2 die Bedingung θ2 < 90°.
Wenn die Empfangssonde 120 geneigt wird, wird der Exzentrizitätsabstand L wie nachfolgend angegeben definiert. Es wird ein Schnittpunkt C2 zwischen der Empfangsschallachse AX2 und der Empfangssonde 120 definiert. Es wird ein Schnittpunkt C1 zwischen der Sendeschallachse AX1 und der Sendesonde 110 (dem Wandler P) definiert. Der Abstand zwischen einer Koordinatenposition (x1, y1) als Projektion der Position des Schnittpunkts C1 auf die x-y-Ebene und einer Koordinatenposition (x2, y2) als Projektion der Position des Schnittpunkts C2 auf die x-y-Ebene wird als Exzentrizitätsabstand L definiert.
Die Erfinder haben die Erkennung des Fehlers D mit der wie vorstehend beschrieben geneigten Empfangssonde 120 tatsächlich ausgeführt. Dies führte zu einer dreifachen Erhöhung der empfangenen Signalstärke.
15 ist ein schematisches Diagramm zur Erklärung des Grunds für die Wirkung der vierten Ausführungsform.
Gestreute Wellen U1 breiten sich von der Sendeschallachse AX1 in verschiedene Richtungen aus. Wie in 15 dargestellt ist, treten die gestreuten Wellen U1, wenn sie den Außenbereich des Objekts E erreichen, unter einem von null verschiedenen Winkel α2 zum Normalenvektor der Oberfläche des Objekts E in die Objekt-Außenbereich-Grenzfläche ein. Die gestreuten Wellen U1 treten unter einem von null verschiedenen Austrittswinkel β2 zum Normalenvektor der Oberfläche des Objekts E aus der Oberfläche des Objekts E aus. Die Empfangssonde 120 kann die gestreuten Wellen U1 am wirksamsten empfangen, wenn der Normalenvektor der Wandleroberfläche der Empfangssonde 120 mit der Laufrichtung der gestreuten Wellen U1 übereinstimmt. Demgemäß ermöglicht eine Neigung der Empfangssonde 120 eine Erhöhung der empfangenen Signalstärke.
Bei der in 15 dargestellten Struktur wird die Empfangswirkung maximiert, wenn der Winkel β2 der aus dem Objekt E austretenden Ultraschallstrahlen U und der Winkel θ2 zwischen der Empfangsschallachse AX2 und dem Normalenvektor der Wandleroberfläche der Empfangssonde 120 gleich sind. Das empfangene Signal kann jedoch selbst dann erhöht werden, wenn β2 und θ2 nicht ganz gleich sind. β2 und θ2 brauchen nicht ganz gleich zu sein, wie in 15 dargestellt ist.
(Empfangssonden-Montagewinkel-Einstellmechanismus)
Die in 14 dargestellte Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1A weist eine Empfangssonden-Montagewinkel-Einstelleinrichtung 106 auf, mit der die Empfangssonde 120 montiert wird. Mit der Empfangssonden-Montagewinkel-Einstelleinrichtung 106 kann der Empfangssonden-Montagewinkel θ2 der Empfangssonde 120 eingestellt werden. Weil der Weg der gestreuten Wellen U1 bis zu einem gewissen Grad vom Material, von der Dicke oder ähnlichen Gegebenheiten des Objekts E abhängt, ändert sich auch der optimale Wert des Empfangssonden-Montagewinkels θ2. Indem zugelassen wird, dass die Empfangssonden-Montagewinkel-Einstelleinrichtung 106 den Empfangssonden-Montagewinkel θ2 einstellt, kann der Empfangssonden-Montagewinkel θ2 entsprechend dem Material, der Dicke oder ähnlichen Gegebenheiten des Objekts E geeignet eingestellt werden.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird die Empfangssonde 120 in Bezug auf die horizontale Ebene geneigt. Es kann jedoch auch die Sendesonde 110 geneigt werden. Alternativ kann die Sendesonde 110 in Bezug auf die horizontale Ebene geneigt werden, während die Wandleroberfläche der Empfangssonde 120 parallel zur horizontalen Ebene (x-y-Ebene) positioniert ist. In jedem dieser Fälle werden die Sendeschallachse AX1 und die Empfangsschallachse AX2 gegeneinander verschoben, wie in 2B dargestellt ist.
[Fünfte Ausführungsform]
16 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1b gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
Die fünfte Ausführungsform ist durch die Verwendung mehrerer Empfangssonden 120a bis 120c gekennzeichnet.
Beim in 16 dargestellten Beispiel werden die mehreren (drei beim Beispiel aus 16) Empfangssonden 120a bis 120c montiert.
Der Weg der gestreuten Wellen U1 hängt bis zu einem gewissen Grad von der Tiefe des Fehlers D ab, und die Tiefe des Fehlers D betreffende Informationen können durch die Verwendung von Informationen über die Position der Empfangssonde, die von den mehreren Empfangssonden 120a bis 120c ein Signal empfängt, erhalten werden.
Die mehreren Empfangssonden 120a bis 120c können eine Array-Sonde sein, die mehrere in einem einzigen Gehäuse angeordnete ultraschallempfindliche Elemente aufweist. In diesem Fall entsprechen die Empfangssonden 120a bis 120c aus 16 den jeweiligen ultraschallempfindlichen Elementen und sind in ein einziges Gehäuse aufgenommen.
Die ultraschallempfindlichen Elemente dienen der Transformation von Ultraschall in ein elektrisches Signal. Die ultraschallempfindlichen Elemente können piezoelektrische Elemente sowie kapazitive mikromaterialbearbeitete Ultraschallwandler (CMUT) oder dergleichen sein.
(Funktionsblockdiagramm)
17 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung 2 gemäß der fünften Ausführungsform.
Die mehreren Empfangssonden 120a bis 120c sind mit ihnen entsprechenden Empfangssystemen 220a bis 220c gekoppelt. Die Empfangssysteme 220a bis 220c weisen jeweils die gleiche Konfiguration auf wie das in 3 dargestellte Empfangssystem 220. Ausgaben von den jeweiligen Empfangssystemen 220a bis 220c werden in eine Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung 205 eingegeben. Die Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung 205 bestimmt Informationen in Bezug auf den Fehler D auf der Grundlage von Ergebnissen durch die Empfangssysteme 220a bis 220c ausgeführter Wellenformanalysen. Die Informationen in Bezug auf den Fehler D umfassen die Tiefe des Fehlers D oder dergleichen auf der Grundlage der von der Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung 205 vorgenommenen Bestimmung, welche die Empfangssonde 120 von den Empfangssonden 120a bis 120c die gestreuten Wellen U1 erfasst. Die Informationen über die Position, an der die gestreuten Wellen U1 beobachtet werden, umfassen die Pegel der von den jeweiligen Empfangssonden 120a bis 120c erfassten Signale (gestreuten Wellen U1). Dies verbessert die Genauigkeit der Positionsinformationen des Fehlers D.
Die Ausgabe der Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung 205 wird in den Datenprozessor 201 eingegeben. Der Datenprozessor 201 kombiniert diese mit Positionsinformationen von der Abtaststeuereinrichtung 204, welche die Sonden bewegt, um ein Bild in Bezug auf die Informationen des Fehlers D zu erzeugen, und zeigt das erzeugte Bild auf der Anzeigevorrichtung 3 an.
17 zeigt die Konfiguration, bei der die Ausgabe der Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung 205 in den Datenprozessor 201 eingegeben wird. Die Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung 205 kann jedoch auch innerhalb des Datenprozessors 201 bereitgestellt sein.
[Sechste Ausführungsform]
Als nächstes wird die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 18 beschrieben.
18 ist eine Draufsicht der Positionen der Sendesonde 110 und der Empfangssonden 120 gemäß der sechsten Ausführungsform bei Betrachtung in positiver z-Achsenrichtung aus 1, d. h. bei Betrachtung von der Seite der Empfangssonden 120 her.
Die sechste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangssonden 120 in x-y-Ebenenrichtungen zweidimensional angeordnet sind. Beim Beispiel aus 18 sind die Empfangssonden 120 radial um die Sendeschallachse AX1 angeordnet.
Die Richtung der gestreuten Wellen U1 hängt bis zu einem gewissen Grad von der Form, der Neigungsrichtung oder ähnlichen Gegebenheiten des Fehlers D ab. Durch Anordnen der Empfangssonden 120 in zwei Dimensionen, wie in 17 dargestellt, und Aufzeichnen der Richtungen der Empfangssonden 120, welche die gestreuten Wellen U1 erfasst haben, werden Informationen über die Form, die Neigungsrichtung und ähnliche Gegebenheiten des Fehlers D mit einem höheren Genauigkeitsgrad bereitgestellt.
[Siebte Ausführungsform]
Als nächstes wird eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 19 und 20 beschrieben.
In 19 sind die Empfangssonden 120 symmetrisch zur Sendeschallachse AX1 in Bezug auf die Empfangssonden 120 der Konfiguration aus 1 angeordnet.
In 20 ist die Empfangssonde 120 symmetrisch zur Sendeschallachse AX1 in Bezug auf die Empfangssonde 120 der Konfiguration aus 1 angeordnet. Die beiden Empfangssonden 120 sind so angeordnet, dass jede Empfangsschallachse AX2 am Exzentrizitätsabstand L von der Sendeschallachse AX1 angeordnet ist.
Wie in den 19 und 20 dargestellt ist, ermöglicht die Anordnung der Empfangssonden 120 auf beiden Seiten der Sendesonde 110 die Erfassung der gestreuten Wellen U1 in einem breiteren Bereich. Ferner kann die Steuervorrichtung 2, wenn die Empfangssonden 120 auf beiden Seiten die gestreuten Wellen U1 erfassen, dafür ausgelegt sein, den Fehler D tatsächlich zu bestimmen und, wenn nur die Empfangssonden 120 auf einer Seite die gestreuten Wellen U1 erfassen, festzustellen, dass die Erfassung fehlerhaft ist. Dies kann die Genauigkeit der Erkennung des Fehlers D verbessern.
[Flussdiagramm]
21 ist ein Flussdiagramm, das eine durch das Ultraschall-Inspektionssystem Z ausgeführte Verarbeitungsprozedur zeigt. In 21 wird die Verarbeitung des Ultraschall-Inspektionssystems Z gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Zuerst emittiert die Sendesonde 110 die Ultraschallstrahlen U nach einem von der Steuervorrichtung 2 gegebenen Befehl (S101).
Anschließend empfängt die Empfangssonde 120 die durch den Fehler D gestreuten Wellen U1 (S102).
Auf der Grundlage des von der Empfangssonde 120 erhaltenen empfangenen Signals führt der Wellenformanalysator 221 dann eine Wellenformanalyse aus (S103). Hier extrahiert (erzeugt) der Wellenformanalysator 221 die Signalstärkedaten aus dem in 5B dargestellten empfangenen Signal.
Als Signalstärkedaten kann der Spitze-zu-Spitze-Wert des in 5B dargestellten empfangenen Signals, d. h. die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum in einem geeigneten Zeitbereich, extrahiert werden. Ein anderes Beispiel der Signalstärkedaten kann durch Transformieren des in 5B dargestellten empfangenen Signals in Frequenzkomponenten durch Signalverarbeitung in der Art einer Kurzzeit-Fouriertransformation und Extrahieren der Stärke einer geeigneten Frequenzkomponente erhalten werden. Ferner können die Signalstärkedaten eine auf der Grundlage einer geeigneten Referenzwelle extrahierte Korrelationsfunktion sein.
Die Signalstärkedaten werden demgemäß für jede Abtastposition der Sendesonde 110 erhalten.
Die Abtastpositionsinformationen der Sendesonde 110 und der Empfangssonde 120 werden von der Positionsmesseinrichtung 203 zur Abtaststeuereinrichtung 204 gesendet.
Der Datenprozessor 201 trägt die Signalstärkedaten für jede Abtastposition gegen die von der Abtaststeuereinrichtung 204 erhaltenen Abtastpositionsinformationen der Sendesonde 110 auf (Signalstärkegraph G). Die in 6 dargestellten Signalstärkedaten werden dadurch visualisiert. 6 zeigt einen Fall, in dem die Abtastpositionen linear (in eine Richtung) angeordnet sind.
Wenn die Abtastpositionsinformationen zweidimensionale Positionen x und y einschließen, wird durch Auftragen der Signalstärkedaten eine Fehlerposition als zweidimensionales Bild, das dann auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt wird, bereitgestellt.
Der Datenprozessor 201 stellt fest, ob jeder Wert der erzeugten Signalstärkedaten größer oder gleich einer vorgegebenen Schwelle ist (S104). Dadurch wird festgestellt, ob der Fehler D erkannt wurde. Das Schritt S104 entsprechende Verfahren kann das Vorhandensein des Fehlers D erkennen, weil das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bereitstellt, wie in 6 dargestellt ist. Beim Vergleichsbeispiel ist das Signal-Rausch-Verhältnis niedrig, wie in 9 dargestellt ist, und das Schritt S104 entsprechende Verfahren ruft zahlreiche Fehler hervor.
Falls der Wert der erzeugten Signalstärkedaten größer oder gleich der vorgegebenen Schwelle ist (S104 -> Ja), teilt der Datenprozessor 201 dem Benutzer die Erkennung des Fehlers D mit (S105). Die Verarbeitung in Schritt S105 kann nach Abschluss der gesamten Abtastung ausgeführt werden. Die Mitteilung der Erkennung des Fehlers D wird beispielsweise auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt. Der Datenprozessor 201 setzt den Prozess dann in Schritt S111 fort.
Falls der Wert des erzeugten Signalstärkegraphen G als Ergebnis von Schritt S104 kleiner als die vorgegebene Schwelle ist (S104 -> Nein), stellt der Datenprozessor 201 fest, ob die Abtastung abgeschlossen ist (S111).
Falls die Abtastung abgeschlossen ist (S111 -> Ja), beendet die Steuervorrichtung 2 den Prozess.
Falls die Abtastung nicht abgeschlossen ist (S111 -> Nein), gibt der Datenprozessor 201 einen Befehl an den Antrieb 202, die Sendesonde 110 und die Empfangssonde 120 zur nächsten Abtastposition (S112) zu bewegen, aus und führt den Prozess zu Schritt S101 zurück.
[Hardwarekonfiguration]
22 ist ein Diagramm, das eine Hardwarekonfiguration der Steuervorrichtung 2 zeigt.
Die Steuervorrichtung 2 weist einen Speicher 251 in der Art eines Direktzugriffsspeichers (RAM), eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 252, eine Speichervorrichtung 253 in der Art eines Nurlesespeichers (ROM) oder eines Festplattenlaufwerks (HDD), eine Kommunikationsvorrichtung 254 in der Art einer Netzschnittstellenkarte (NIC), eine Schnittstelle (I/F) 255 und dergleichen auf.
In der Steuervorrichtung 2 wird ein in der Speichervorrichtung 253 gespeichertes vorgegebenes Steuerprogramm in den Speicher 251 geladen und durch die CPU 252 ausgeführt. Dieses verwirklicht den Datenprozessor 201, die Positionsmesseinrichtung 203, die Abtaststeuereinrichtung 204, die Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung 205, den Wellenformanalysator 221 und vergleichbare Einrichtungen, die in den 3 und 17 dargestellt sind.
Bei den in den Ausführungsformen beschriebenen Beispielen ist der Fehler D hohl. Der Fehler D kann jedoch auch eine Fremdsubstanz sein, die aus einem anderen Material als das Objekt E besteht und darin eingemischt ist. In diesem Fall bewirkt eine akustische Impedanzlücke an der Grenzfläche, an der die verschiedenen Materialien in Kontakt miteinander stehen, auch die gestreuten Wellen U1, so dass die Konfiguration gemäß den Ausführungsformen wirksam ist.
Das Ultraschall-Inspektionssystem Z gemäß den Ausführungsformen beruht auf einer Ultraschallfehler-Videovorrichtung, kann jedoch auch auf eine berührungslose Inline-Vorrichtung zur Inspektion innerer Fehler angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und schließt verschiedene Modifikationen ein. Beispielsweise wurden die vorstehend erwähnten Ausführungsformen zur deutlichen Erklärung der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben und sind nicht notwendigerweise auf solche beschränkt, die alle beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Ein Teil der Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und die Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform kann zur Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Alternativ kann zu einem Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform eine andere Konfiguration hinzugefügt werden, aus dieser entnommen werden oder diese ersetzen.
Ein Teil der vorstehend erwähnten Konfigurationen, Funktionen und Abschnitte 201 bis 205, 211 bis 212 und 221 bis 222 oder sie alle und die Speichervorrichtung 253 und dergleichen können in Hardware implementiert werden, beispielsweise indem sie als integrierte Schaltung ausgelegt werden. Wie in 22 dargestellt ist, können die vorstehend erwähnten Konfigurationen, Funktionen und dergleichen in Software verwirklicht werden, beispielsweise durch einen Prozessor in der Art der CPU 252, wodurch Programme interpretiert und ausgeführt werden, welche die jeweiligen Funktionen implementieren. Die Informationen in der Art der Programme, Tabellen und Dateien für die Implementation der Funktionen können auf einer HD sowie einer Aufzeichnungsvorrichtung in der Art des Speichers 251 oder eines Halbleiterlaufwerks (SSD) oder einem Speichermedium in der Art einer Chipkarte (IC-Karte), einer sicheren digitalen Karte (SD-Karte) und einer Digital Versatile Disc (DVD) gespeichert werden.
Jede Ausführungsform zeigt nur die Steuerleitungen und Informationsleitungen, die für die Erklärung notwendig sind, und sie zeigt nicht notwendigerweise alle Steuerleitungen und Informationsleitungen des Produkts. Tatsächlich könnten fast alle Konfigurationen miteinander gekoppelt werden.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b: ULTRASCHALL-INSPEKTIONSVORRICHTUNG (ULTRASCHALLINSPEKTIONSEINRICHTUNG)
2: STEUERVORRICHTUNG (STEUEREINRICHTUNG)
105: EXZENTRIZITÄTSABSTANDS-EINSTELLEINRICHTUNG (ABSTANDSEINSTELLEINRICHTUNG)
106: EMPFANGSSONDEN-MONTAGEWINKEL-EINSTELLEINRICHTUNG (MONTAGE-WINKEL-EINSTELLEINRICHTUNG)
110: SENDESONDE
120, 120a bis 120c: EMPFANGSSONDE
205: FEHLERINFORMATIONS-BESTIMMUNGSEINRICHTUNG
221: WELLENFORMANALYSATOR (SIGNALPROZESSOR)
AX1: SENDESCHALLANALYSATOR (ERSTE SCHALLACHSE)
AX2: EMPFANGSSCHALLANALYSATOR (ZWEITE SCHALLACHSE)
D: FEHLER
E: OBJEKT
G: SIGNALSTÄRKEGRAPH (SIGNALSTÄRKEDATEN)
N: NORMALTEIL
R1: BRENNWEITE (SENDESONDE)
R2: BRENNWEITE (EMPFANGSSONDE)
T1: STRAHLEINFALLSFLÄCHE (SENDESONDE)
T2: STRAHLEINFALLSFLÄCHE (EMPFANGSSONDE)
U: ULTRASCHALLSTRAHL
U1: GESTREUTE WELLE
Z: ULTRASCHALL-INSPEKTIONSSYSTEM
S101: EMISSION EINES ULTRASCHALLSTRAHLS (ULTRASCHALLSTRAHLEMISSIONSSCHRITT)
S102: EMPFANG EINER GESTREUTEN WELLE (GESTREUTE-WELLE-EMPFANGSSCHRITT)
S103: WELLENFORMANALYSE (WELLENFORM-ANALYSESCHRITT)
S104: FESTSTELLUNG, OB DATEN GRÖSSER ODER GLEICH EINER SCHWELLE SIND (FEHLERFESTSTELLUNGSSCHRITT)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5075850 B2 [0007]
JP 2008128965 A [0007]

Claims

Ultraschall-Inspektionssystem, das bewirkt, dass ein Ultraschallstrahl durch ein Gas in ein Objekt eintritt, um das Objekt zu inspizieren, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Sendesonde, die den Ultraschallstrahl emittiert, eine Empfangssonde, die auf der der Sendesonde entgegengesetzten Seite des Objekts montiert ist, und eine Abstandseinstelleinrichtung, die den Exzentrizitätsabstand zwischen einer Sendeschallachse der Sendesonde und einer Empfangsschallachse der Empfangssonde auf einen Abstand größer als null einstellt.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei die Abstandseinstelleinrichtung den Exzentrizitätsabstand so festlegt, dass die Stärke eines von der Empfangssonde erfassten empfangenen Signals für einen Fehler größer ist als für den Normalteil des Objekts.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei die Abstandseinstelleinrichtung den Exzentrizitätsabstand so festlegt, dass für den Normalteil des Objekts kein wesentliches empfangenes Signal erfasst wird.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei die Empfangssonde eine größere Brennweite als die Sendesonde aufweist.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei die Empfangssonde eine größere Strahleinfallsfläche als die Sendesonde aufweist.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Montagewinkel-Einstelleinrichtung, die wenigstens eine von der Sendesonde und der Empfangssonde so einstellt und festlegt, dass der Winkel zwischen der Sendeschallachse der Sendesonde und der Empfangsschallachse der Empfangssonde größer als null und kleiner als 90° ist.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei die Empfangssonde mehrere Empfangssonden umfasst.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 7, ferner aufweisend: eine Fehlerinformations-Bestimmungseinrichtung, die Ausgaben von den mehreren Empfangssonden durch einen Signalprozessor empfängt und feststellt, welche der mehreren Empfangssonden eine von einem Fehler gestreute Welle erfasst hat.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 7, wobei die mehreren Empfangssonden um die Sendeschallachse der Sendesonde radial angeordnet sind.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 7, wobei die mehreren Empfangssonden auf beiden Seiten der Sendeschallachse der Sendesonde angeordnet sind.
Ultraschall-Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei ein Oszillator der Empfangssonde eine Form aufweist, bei der eine charakteristische Länge in Richtung des Exzentrizitätsabstands größer als in der dazu orthogonalen Richtung ist.
Ultraschall-Inspektionsverfahren in einem Ultraschall-Inspektionssystem, das eine Ultraschall-Inspektionseinrichtung und eine die Ultraschall-Inspektionseinrichtung steuernde Steuereinrichtung aufweist, und das bewirkt, dass ein Ultraschallstrahl durch ein Gas in ein Objekt eintritt, um das Objekt zu inspizieren, wobei die Ultraschall-Inspektionseinrichtung Folgendes aufweist: eine Sendesonde, die den Ultraschallstrahl emittiert, eine Empfangssonde, die auf der der Sendesonde entgegengesetzten Seite des Objekts montiert ist, und eine Abstandseinstelleinrichtung, die den Exzentrizitätsabstand zwischen einer Sendeschallachse der Sendesonde und einer Empfangsschallachse der Empfangssonde auf einen Abstand größer als null einstellt, wobei die Steuereinrichtung Folgendes ausführt: einen Ultraschallstrahl-Emissionsschritt, bei dem ein Ultraschallstrahl von der Sendesonde emittiert wird, einen Gestreute-Welle-Empfangsschritt, bei dem in der Empfangssonde eine durch einen Fehler des Objekts gestreute Welle empfangen wird, und einen Wellenform-Analyseschritt, bei dem Signalstärkedaten auf der Grundlage eines Signals der empfangenen gestreuten Welle erzeugt werden.
Ultraschall-Inspektionsverfahren nach Anspruch 12, welches Folgendes ausführt: einen Fehlerfeststellungsschritt, bei dem das Vorhandensein des Fehlers festgestellt wird, indem festgestellt wird, ob die im Wellenform-Analyseschritt erzeugten Signalstärkedaten kleiner als eine vorgegebene Schwelle sind.