JP2017125712A - Noncontact inspection device for measuring thickness of structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物の厚さを測定する非接触検査装置に関する。 The present invention relates to a non-contact inspection apparatus for measuring the thickness of a structure.
配管は、減肉、錆こぶなどが発生することにより品質が劣化する。従って、配管の品質の劣化度を測定するために、配管の厚さを測定する技術が知られている。配管の品質の劣化度を評価する方法として、配管内を伝搬する超音波のガイド波を用いた検査方法、レーザ超音波を用いた検査方法がある。 The quality of piping deteriorates due to thinning and rusting. Therefore, in order to measure the deterioration degree of the quality of the pipe, a technique for measuring the thickness of the pipe is known. As a method for evaluating the deterioration degree of the quality of piping, there are an inspection method using an ultrasonic guided wave propagating in the piping and an inspection method using laser ultrasonic waves.
また、点接触型センサーからの超音波の横波共振波を使用して構造物の厚さの変化を計測する検査方法も知られている（非特許文献１）。 There is also known an inspection method for measuring a change in thickness of a structure using an ultrasonic transverse wave from a point contact sensor (Non-Patent Document 1).
しかしながら、超音波のガイド波やレーザ超音波は超音波を受信するための超音波探触子を配管に接触させる必要があり、探触子と配管との接触具合で信号の強度が変化しやすいという問題がある。 However, ultrasonic guide waves and laser ultrasonic waves require that an ultrasonic probe for receiving ultrasonic waves be brought into contact with the pipe, and the signal intensity is likely to change depending on the contact state between the probe and the pipe. There is a problem.
また、点接触型センサーからの横波を使用した超音波共振法による厚さ測定では、上述の問題に加え、構造物の厚さの変化の測定を行なうことはできるが、構造物の厚さそのものを測定することはできない。 In addition to the above-mentioned problems, the thickness measurement by the ultrasonic resonance method using the transverse wave from a point contact sensor can measure the change in the thickness of the structure, but the thickness of the structure itself Cannot be measured.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、構造物の厚さを測定する非接触検査装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the non-contact test | inspection apparatus which measures the thickness of a structure.
実施形態によれば、設定された周波数に応じた超音波信号を非接触で被検査体に送信し、前記送信された超音波信号の反射波を受信する超音波探触子と、前記超音波探触子で受信された反射波の高速フーリエ変換を行ない共振周波数を求め、この求められた共振周波数に対応する前記被検査体の厚さを算出するコンピュータとを具備する非接触検査装置、である。 According to the embodiment, an ultrasonic probe that transmits an ultrasonic signal corresponding to a set frequency to a test object in a non-contact manner and receives a reflected wave of the transmitted ultrasonic signal, and the ultrasonic wave A non-contact inspection apparatus comprising: a computer for performing a fast Fourier transform of a reflected wave received by a probe to obtain a resonance frequency and calculating a thickness of the object to be inspected corresponding to the obtained resonance frequency; is there.
本発明によれば、構造物の厚さを測定する非接触検査装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-contact test | inspection apparatus which measures the thickness of a structure can be provided.
以下、図面を参照して、実施形態に係る構造物の厚さを測定する非接触検査装置について説明する。 Hereinafter, a non-contact inspection apparatus that measures the thickness of a structure according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
図１は、実施形態に係る構造物の厚さを測定する非接触検査装置の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a non-contact inspection apparatus that measures the thickness of a structure according to an embodiment.
同図に示すように、非接触検査装置１は、制御用コンピュータ１１、パルサレシーバ１２、空中超音波探触子（プローブ）１３を有する検査治具１４及びプリアンプ１５を有している。 As shown in FIG. 1, the non-contact inspection apparatus 1 includes a control computer 11, a pulsar receiver 12, an inspection jig 14 having an aerial ultrasonic probe (probe) 13, and a preamplifier 15.
制御用コンピュータ１１は、実施形態の非接触検査装置１の被検査対象である構造物（例えば、配管、壁壁など）の厚さ測定の処理、パルサレシーバ１２から送信される矩形バースト波の制御（周波数、帯域幅、ピーク周波数、中心周波数、チャープ周波数など）及び送信した矩形バースト波の反射波の受信を行なう。 The control computer 11 performs processing for measuring the thickness of a structure (for example, piping, wall wall, etc.) to be inspected by the non-contact inspection apparatus 1 of the embodiment, and controls rectangular burst waves transmitted from the pulser receiver 12. (Frequency, bandwidth, peak frequency, center frequency, chirp frequency, etc.) and the reflected wave of the transmitted rectangular burst wave is received.
パルサレシーバ１２は、制御用コンピュータ１１からの指示に基づいて、指示された矩形バースト波を検査治具１４の空中超音波探触子１３に出力する。パルサレシーバ１２は、また、プリアンプ１５を介して入力される矩形バースト波の反射波を受信する。 The pulsar receiver 12 outputs the instructed rectangular burst wave to the aerial ultrasonic probe 13 of the inspection jig 14 based on the instruction from the control computer 11. The pulser receiver 12 also receives a reflected wave of a rectangular burst wave input via the preamplifier 15.
パルサレシーバ１２は、受信した反射波の増幅、ハイパスフィルタやローパスフィルタなどを使用した周波数成分のフィルタ処理を行ない、この処理が行なわれた反射波を制御用コンピュータ１１に出力する。 The pulsar receiver 12 amplifies the received reflected wave, performs frequency component filtering using a high-pass filter, a low-pass filter, etc., and outputs the reflected wave subjected to this processing to the control computer 11.
空中超音波探触子１３は、１つの空中超音波探触子１３であり、パルサレシーバ１２からの矩形バースト波に応じた超音波信号を非接触で、被検査対象である構造物へ出力する。また、空中超音波探触子１３は被検査対象である構造物からの反射波を同一の空中超音波探触子１３で受信し、プリアンプ１５に出力する。 The aerial ultrasonic probe 13 is one aerial ultrasonic probe 13 and outputs an ultrasonic signal corresponding to the rectangular burst wave from the pulsar receiver 12 to a structure to be inspected in a non-contact manner. . The aerial ultrasonic probe 13 receives the reflected wave from the structure to be inspected by the same aerial ultrasonic probe 13 and outputs it to the preamplifier 15.
プリアンプ１５は、空中超音波探触子１３から出力された反射波を増幅して、パルサレシーバ１２に出力する。 The preamplifier 15 amplifies the reflected wave output from the aerial ultrasonic probe 13 and outputs it to the pulsar receiver 12.
図２は、被検査対象である構造物の共振を説明するための図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining resonance of a structure to be inspected.
同図において、厚さｔの板Ｐに超音波が入射すると、底面で何度も反射する過程で波長が板Ｐの厚さの半分となる特定周波数の信号が重なりあい、特定周波数の信号が増幅される。超音波が入射後に一定時間経過すると、板Ｐから空中に漏洩する超音波の信号は、特定周波数で増幅された信号が多くなる。したがって、この漏洩信号の周波数を調べることで板の厚さｔを求めることができる。 In the figure, when an ultrasonic wave is incident on a plate P having a thickness t, a signal having a specific frequency whose wavelength is half the thickness of the plate P is overlapped in the process of being reflected many times on the bottom surface, and a signal having a specific frequency is generated. Amplified. When a certain period of time elapses after the ultrasonic wave is incident, the ultrasonic signal leaking from the plate P into the air increases in number at a specific frequency. Therefore, the thickness t of the plate can be obtained by examining the frequency of this leakage signal.
図３は、共振法を使用して板Ｐの厚さ測定を行なう場合を説明するための図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining a case where the thickness of the plate P is measured using the resonance method.
同図において、減肉が無い健全部から検出される信号と、減肉部から検出される信号とでは共振周波数が異なる。従って、検出される信号の周波数を計測しながら健全部から減肉部に探触子を移動させたときには周波数の変化が生じるので、減肉部の特定ができる。また、減肉の程度も同時に観測できる。なお、板Ｐと空中超音波探触子１３との距離は、一定であることが望ましい。 In the figure, the resonance frequency is different between a signal detected from a healthy part without thinning and a signal detected from a thinning part. Accordingly, when the probe is moved from the healthy part to the thinned part while measuring the frequency of the detected signal, the change in frequency occurs, so that the thinned part can be specified. In addition, the degree of thinning can be observed at the same time. Note that the distance between the plate P and the aerial ultrasonic probe 13 is preferably constant.
厚さ１０［ｍｍ］乃至１５［ｍｍ］まで１［ｍｍ］間隔で変化させた鋼板の反射を測定した。図４は、厚さ１０［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。同図において、反射波を受信した時以降５０００［μｓ］以降の反射波を高速フーリエ変換（ＦＦＴ (Fast Fourier Transform)）することにより、２８４．５［ｋＨｚ］の共振周波数を得られる。入力される矩形バースト波は、チャープ周波数２７６３［ｋＨｚ］から入力される。ここでは、反射波の共振周波数２８４．５［ｋＨｚ］に対応する鋼板の厚さは、１０．４［ｍｍ］であることが示されている。 The reflection of the steel sheet was measured by changing the thickness from 10 [mm] to 15 [mm] at intervals of 1 [mm]. FIG. 4 is a diagram showing a waveform obtained by measuring a steel plate having a thickness of 10 [mm] by a resonance method. In the figure, a resonant frequency of 284.5 [kHz] can be obtained by performing a fast Fourier transform (FFT) on the reflected wave after 5000 [μs] after receiving the reflected wave. The input rectangular burst wave is input from the chirp frequency 2763 [kHz]. Here, it is shown that the thickness of the steel plate corresponding to the resonant frequency 284.5 [kHz] of the reflected wave is 10.4 [mm].
図５は、厚さ１１［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。同図において、５００［μｓ］以降の信号を高速フーリエ変換することにより、２５９．４［ｋＨｚ］の共振周波数を得られる。入力される矩形バースト波は、チャープ周波数２４７７［ｋＨｚ］から入力される。ここでは、反射波の共振周波数２５９．４［ｋＨｚ］に対応する鋼板の厚さは、１１．４［ｍｍ］であることが示されている。 FIG. 5 is a diagram showing a waveform of a steel plate having a thickness of 11 [mm] measured by a resonance method. In the figure, a resonance frequency of 259.4 [kHz] can be obtained by performing a fast Fourier transform on a signal after 500 [μs]. The input rectangular burst wave is input from the chirp frequency 2477 [kHz]. Here, it is shown that the thickness of the steel plate corresponding to the resonance frequency 259.4 [kHz] of the reflected wave is 11.4 [mm].
図６は厚さ１２［ｍｍ］の鋼板、図７は厚さ１３［ｍｍ］の鋼板、図８は厚さ１４［ｍｍ］の鋼板、図９は厚さ１５［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。図６乃至図９において、５００［μｓ］以降の反射波を高速フーリエ変換することにより、反射波の共振周波数は、それぞれ２４０．６［ｋＨｚ］、２２１．３［ｋＨｚ］、２０７．３［ｋＨｚ］、１９６．４［ｋＨｚ］である。対応する鋼板の厚さは、それぞれ１２．３［ｍｍ］、１３．３［ｍｍ］、１４．２［ｍｍ］、１５．０［ｍｍ］である。従って、鋼板の厚さに対応した共振周波数の周波数変化を使用することにより、共振法を使用することにより金属板の厚さを観測することができる。 6 shows a resonance method using a steel plate with a thickness of 12 [mm], FIG. 7 shows a steel plate with a thickness of 13 [mm], FIG. 8 shows a steel plate with a thickness of 14 [mm], and FIG. It is a figure which shows the waveform measured by. 6 to 9, the resonance frequency of the reflected wave is 240.6 [kHz], 221.3 [kHz], and 207.3 [kHz] by fast Fourier transforming the reflected wave after 500 [μs], respectively. ] 196.4 [kHz]. The corresponding steel sheet thicknesses are 12.3 [mm], 13.3 [mm], 14.2 [mm], and 15.0 [mm], respectively. Therefore, the thickness of the metal plate can be observed by using the resonance method by using the frequency change of the resonance frequency corresponding to the thickness of the steel plate.
次に、共振周波数から板厚を求める方法について説明する。 Next, a method for obtaining the plate thickness from the resonance frequency will be described.
被検査体において共振する共振周波数は、素材により異なる。被検査体における共振周波数は、共振周波数の半波長となり、
波長 ＝ 被検査体内での音速 ／ 周波数
である。被検査体が鋼の場合、音速は５９００［ｍ／ｓ］、共振周波数が２５９．４［ｋ／Ｈｚ］の場合には、波長は２２．７４［ｍｍ］となり、半波長の１１．４［ｍｍ］が被検査体の厚さとなる。
The resonance frequency at which the object to be inspected resonates varies depending on the material. The resonance frequency of the object to be inspected is half the resonance frequency,
Wavelength = Sound speed / frequency within the subject. When the object to be inspected is steel, when the sound velocity is 5900 [m / s] and the resonance frequency is 259.4 [k / Hz], the wavelength is 22.74 [mm], which is 11.4 [half-wavelength]. mm] is the thickness of the object to be inspected.
本実施形態では、被検査体の厚さを求める場合、被検査体の種類ごとに音速をパラメータとして持っており（例えば、ユーザから入力され）、測定された共振周波数を使用して波長を求め、この求められた波長から被検査体の厚さを求める。 In this embodiment, when obtaining the thickness of the object to be inspected, the speed of sound is provided as a parameter for each type of object to be inspected (for example, input from the user), and the wavelength is obtained using the measured resonance frequency. The thickness of the object to be inspected is obtained from the obtained wavelength.
被検査体の厚さの求め方は、被検査体の厚さ、被検査体内での音速及び周波数を関連付けたテーブルを用意して、このテーブルを使用して求めても良いし、計算により求めても良い。また、テーブルは、ユーザの設定により、被検査体の種類ごとに切り替え可能に構成されていても良い。 The thickness of the object to be inspected can be obtained by preparing a table that correlates the thickness of the object to be inspected, the sound speed and frequency in the inspected body, and using this table or by calculation. May be. Further, the table may be configured to be switchable for each type of object to be inspected according to user settings.
さらに、被検査体内での音速は、検査時に測定された速度を使用しても良い。 Furthermore, the speed measured at the time of inspection may be used as the speed of sound in the body to be inspected.
図１０は、実施形態に係る非接触検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the non-contact inspection apparatus according to the embodiment.
まず、制御用コンピュータ１１がパルサレシーバ１２に指示（周波数、帯域幅、ピーク周波数、中心周波数など）を行なう（Ｓ１）。パルサレシーバ１２は、制御用コンピュータ１１からの指示に基づく矩形バースト波を空中超音波探触子１３に出力する（Ｓ２）。 First, the control computer 11 gives an instruction (frequency, bandwidth, peak frequency, center frequency, etc.) to the pulser receiver 12 (S1). The pulsar receiver 12 outputs a rectangular burst wave based on an instruction from the control computer 11 to the aerial ultrasonic probe 13 (S2).
空中超音波探触子１３は、パルサレシーバ１２からの指示基づく矩形バースト波を被検査体に出力する（Ｓ３）。そして、被検査体に出力された矩形バースト波の反射波を同一の空中超音波探触子１３により受信する（Ｓ４）。 The aerial ultrasonic probe 13 outputs a rectangular burst wave based on an instruction from the pulsar receiver 12 to the object to be inspected (S3). And the reflected wave of the rectangular burst wave output to the to-be-inspected object is received by the same aerial ultrasonic probe 13 (S4).
制御用コンピュータ１１は、プリアンプ１５及びパルサレシーバ１２を介して、反射波を受信する（Ｓ５）。次に、受信した反射波から所定時間経過後（５０００μｓ）の反射波を高速フーリエ変換することにより、共振周波数を求める（Ｓ６）。 The control computer 11 receives the reflected wave via the preamplifier 15 and the pulser receiver 12 (S5). Next, the resonant frequency is obtained by performing fast Fourier transform on the reflected wave after a predetermined time (5000 μs) from the received reflected wave (S6).
その後、求められた共振周波数から、テーブル或いは計算により、被検査体の厚さを求める（Ｓ７）。この求められた被検査体の厚さは、制御用コンピュータ１１の表示部に表示される。 Thereafter, the thickness of the object to be inspected is obtained from the obtained resonance frequency by a table or calculation (S7). The obtained thickness of the object to be inspected is displayed on the display unit of the control computer 11.
なお、上述の実施形態では、高速フーリエ変換を行なう反射波は、反射波の受信から５０００［μｓ］であるとしたがこれに限られるものではない。 In the above-described embodiment, the reflected wave for performing the fast Fourier transform is 5000 [μs] from the reception of the reflected wave. However, the present invention is not limited to this.
従って、実施形態の非接触検査装置によれば、空中超音波探触子１３を被検査体に非接触で共振周波数を測定することができるので、正確に構造物の厚さを測定することができる。 Therefore, according to the non-contact inspection apparatus of the embodiment, since the resonance frequency can be measured without contacting the aerial ultrasonic probe 13 to the object to be inspected, the thickness of the structure can be accurately measured. it can.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…非接触検査装置、１１…制御用コンピュータ、１２…パルサレシーバ、１３…空中超音波探触子、１４…検査治具、１５…プリアンプ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Non-contact inspection apparatus, 11 ... Control computer, 12 ... Pulsar receiver, 13 ... Aerial ultrasonic probe, 14 ... Inspection jig, 15 ... Preamplifier.
Claims (4)
前記超音波探触子で受信された反射波の高速フーリエ変換を行ない共振周波数を求め、この求められた共振周波数に対応する前記被検査体の厚さを算出するコンピュータと
を具備する非接触検査装置。 An ultrasonic probe that transmits an ultrasonic signal corresponding to a set frequency in a non-contact manner to an object to be inspected, and receives a reflected wave of the transmitted ultrasonic signal; and
A non-contact inspection comprising: a computer that performs fast Fourier transform of a reflected wave received by the ultrasonic probe to obtain a resonance frequency, and calculates a thickness of the object to be inspected corresponding to the obtained resonance frequency apparatus.
前記反射波を受信した時から所定時間経過後の反射波を高速フーリエ変換することにより、共振周波数を得る、請求項１記載の非接触検査装置。 The computer
The non-contact inspection apparatus according to claim 1, wherein the resonance frequency is obtained by performing fast Fourier transform on the reflected wave after a predetermined time has elapsed since the reflected wave was received.
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