JP2023008510A - Ultrasonic flaw detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超音波探傷方法に関し、特にフェーズドアレイプローブを使用した超音波探傷方法においてその探傷精度の向上を図ったものである。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detection method, and in particular, is intended to improve the flaw detection accuracy in an ultrasonic flaw detection method using a phased array probe.
フェーズドアレイプローブは複数の振動子を備えて、各振動子を所定の遅れ時間で励振することによって、出力される入射超音波の合成波面を一定の角度方向へ向けたり、所望の焦点位置へ収束させたりして、被検体の欠陥で反射された反射超音波を再び複数の振動子で受信し、各受信信号を適宜時間シフトさせて重ね合わせることによって高精度な欠陥検出を可能としたものである。 A phased array probe has multiple transducers, and by exciting each transducer with a predetermined delay time, the synthesized wavefront of the output incident ultrasonic waves can be directed in a certain angular direction or converged to a desired focal position. Then, the reflected ultrasonic waves reflected by the defect of the object are received again by a plurality of transducers, and the received signals are superimposed with an appropriate time shift to enable highly accurate defect detection. be.
ここで、特許文献1にはフェーズドアレイプローブを使用した超音波探傷において、最初の探傷によって欠陥の存在する領域を特定し、2回目には特定された領域内のみを再度探傷することによって高精度な欠陥検出を短時間で行えるようにした方法が提案されている。
Here, in
ところで、フェーズドアレイプローブでは前述したように複数の振動子で受信した信号を重ね合わせて欠陥検出を行っているが、故障等により一部の振動子の感度が低下したり、被検体の結晶粒が粗大な場合や被検体の表面に部分的に気泡が生じる等によって被検体の表面状態が劣悪な場合に、一部の振動子から明瞭な受信信号が得られないことがある。このような場合に常に所定数の全ての振動子の受信信号を重ね合わせて欠陥検出を行うとそのSN比が大きく低下してしまうおそれがある。 By the way, in the phased array probe, as described above, the signals received by multiple transducers are superimposed to detect defects. If the surface condition of the object is poor due to a large surface area, air bubbles on the surface of the object, etc., clear reception signals may not be obtained from some of the transducers. In such a case, if the received signals of all the transducers of a predetermined number are always superimposed for defect detection, the SN ratio may be greatly reduced.
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、フェーズドアレイプローブの一部の振動子から明瞭な受信信号が得られない場合にも欠陥検出のSN比を向上させることができる超音波探傷方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves such problems, and is capable of improving the SN ratio of defect detection even when clear reception signals cannot be obtained from some transducers of a phased array probe. The purpose is to provide a method.
上記目的を達成するために、本第1発明では、複数の振動子(11)を隣接して設けてこれら振動子(11)より被検体(2)に超音波を発信するとともに各振動子(11)で反射波を受信し、各振動子(11)で得られる各受信信号(Sr1~Sr5)中の疵信号部(Sd)を加算平均して合成疵信号部(CSd)を得る超音波探傷方法において、前記各受信信号(Sr1~Sr5)の疵信号部(Sd)の信号レベルを検出して、当該信号レベルが所定の閾値(Th)以下の疵信号部(Sd)を上記加算平均から排除することを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the first invention, a plurality of transducers (11) are provided adjacently, ultrasonic waves are transmitted from these transducers (11) to the subject (2), and each transducer ( 11) receives the reflected wave, and adds and averages the flaw signal part (Sd) in each reception signal (Sr1 to Sr5) obtained by each transducer (11) to obtain a composite flaw signal part (CSd) Ultrasonic wave In the flaw detection method, the signal level of the flaw signal portion (Sd) of each of the received signals (Sr1 to Sr5) is detected, and the flaw signal portion (Sd) whose signal level is equal to or lower than a predetermined threshold value (Th) is added and averaged. characterized by excluding from
本第1発明においては、信号レベルが所定の閾値以下の疵信号部を加算平均から排除しているから、加算平均して得られる合成疵信号部の大きさが、信号レベルの低い疵信号部の影響を受けることが無く、これによって欠陥検出のSN比の低下が避けられる。 In the first invention, since the flaw signal portion whose signal level is equal to or lower than the predetermined threshold value is excluded from the averaging, the size of the synthetic flaw signal portion obtained by averaging is the flaw signal portion with the low signal level. , thereby avoiding degradation of the signal-to-noise ratio of defect detection.
本第2発明では、前記閾値(Th)を、前記各受信信号(Sr1~Sr5)の疵信号部(Sd)の最大値からその5~50%減じた値に設定する。なお、前記閾値(Th)は最大値からその5~20%減じた値に設定するのがより好ましく、さらに好ましくは5~10%減じた値に設定するのが良い。 In the second invention, the threshold (Th) is set to a value obtained by subtracting 5 to 50% from the maximum value of the defect signal portion (Sd) of each of the received signals (Sr1 to Sr5). The threshold value (Th) is preferably set to a value that is 5 to 20% less than the maximum value, and more preferably to a value that is 5 to 10% less.
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。 The symbols in parentheses above refer to the corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later.
以上のように、本発明の超音波探傷方法によれば、フェーズドアレイプローブの一部の振動子から明瞭な受信信号が得られない場合にも欠陥検出のSN比を向上させることができる。 As described above, according to the ultrasonic flaw detection method of the present invention, it is possible to improve the SN ratio of flaw detection even when clear reception signals cannot be obtained from some transducers of the phased array probe.
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。 The embodiments described below are merely examples, and various design improvements made by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention without departing from the gist of the present invention.
図1にはフェーズドアレイプローブ1を使用した探傷方法の一例を示す。図1において、厚肉板状の被検物2には底面近くに欠陥3があり、これを被検物2の表面に近接して設けたフェーズドアレイプローブ1によって検出する。フェーズドアレイプローブ1には、被検物2の表面に沿って等間隔で隣接する複数の超音波振動子11が設けられている。そして、探傷装置4から出力される励振信号によって各振動子11の励振が所定の遅れ時間で行われて、各振動子11から入射されるパルス状探傷超音波Psの合成波面Cwが欠陥3の頂面でフォーカスされる。
FIG. 1 shows an example of a flaw detection method using a
各探傷超音波Psは欠陥3で反射されて各振動子11に戻り、受信される。各振動子11で得られた受信信号はその疵信号部が同期するように探傷装置4内で適宜時間シフトさせられて、互いに重ね合わされる。探傷装置4では重ね合わせた受信信号をその信号数で除して(加算平均)、合成信号を得る。そして合成信号中の疵信号部を合成疵信号部として、その大きさで被検体2中の疵の有無を判定する。
Each flaw detection ultrasonic wave Ps is reflected by the
ところで、故障等によって複数の振動子11のうちいくつかの感度が低下し、あるいは被検体2の結晶粒が局所的に粗大な場合や被検体2の表面状態が局部的に劣悪な場合等には、一部の振動子11で十分に大きな受信信号が得られないことがある。これを図2で説明する。図2は5つの振動子11からそれぞれ受信信号Sr1~Sr5が得られた状態を示しており、各受信信号Sr1~Sr5の疵信号部Sdは同期させられている。そして、5つの振動子11からの受信信号Sr1~Sr5のうち信号Sr4では十分な大きさの疵信号部Sdが得られていない。受信信号Sr1~Sr5の疵信号部Sdが十分な大きさであるか否かの閾値は例えば信号検出フルスケールの40%に設定される。
By the way, when the sensitivity of some of the plurality of
全ての受信信号Sr1~Sr5を重ね合わせて信号数で除する加算平均で得られた合成信号CSr1を図3に示し、一方、図4には、疵信号部Sdの大きさが不十分な受信信号Sr4を除いて、残る受信信号Sr1~Sr3,Sr5を重ね合わせて信号数で除して得られた合成信号CSr2を示す。図3と図4を比較すれば明らかなように、疵信号部Sdの大きさが不十分な受信信号Sr4を除いて残る受信信号Sr1~Sr3,Sr5を重ね合わせて得られた合成信号CSr2(図4)では、疵信号部Sdの大きさが不十分な受信信号Sr4を含めてすべての受信信号Sr1~Sr5を重ね合わせて得られた合成信号CSr1(図3)に比して、合成疵信号部CSdが十分な大きさで現れてS/N比が向上する。 FIG. 3 shows the combined signal CSr1 obtained by averaging all the received signals Sr1 to Sr5 and dividing them by the number of signals. On the other hand, FIG. A combined signal CSr2 obtained by superimposing the remaining received signals Sr1 to Sr3 and Sr5 except for the signal Sr4 and dividing by the number of signals is shown. As is clear from a comparison of FIGS. 3 and 4, a composite signal CSr2 ( In FIG. 4), compared to the synthesized signal CSr1 (FIG. 3) obtained by superimposing all the received signals Sr1 to Sr5 including the received signal Sr4 with an insufficient flaw signal portion Sd, the synthesized flaw The signal portion CSd appears with a sufficient size to improve the S/N ratio.
この方法で、例えば32ch(振動子11が32個)のフェーズドアレイプローブ1(図1参照)を使用し、上記と同形の被検体2内でフォーカス位置50mmのところにある直径1mmの平底穴欠陥について探傷を行った結果を以下に示す。
In this method, for example, a 32ch (32 transducers 11) phased array probe 1 (see FIG. 1) is used, and a flat-bottomed hole defect with a diameter of 1mm at a focus position of 50mm is detected in a
図5は通常状態の振動子11で得られた受信信号Sr6である。受信信号Sr6には、被検体2の表面と底面からの反射波による表面反射部Surと底面反射部Sbrの間に、疵信号部Sdが上記閾値Th以上の十分な大きさで現れている。これに対して、被検体2の表面状態が一部劣悪な場合にはこの部分に設置された振動子11から得られる受信信号Sr7(図6)の疵信号部Sdは上記閾値Th以下で十分な大きさとはならない。
FIG. 5 shows the received signal Sr6 obtained by the
ここにおいて、探傷装置4において、全ての受信信号Srを重ね合わせて信号数で除する加算平均で得られた合成信号CSr3(図7)では、その合成疵信号部CSdのS/N比は8.7であった。これに対して、疵信号部Sdが不十分な大きさの受信信号Srを除いて残る受信信号Srを重ね合わせ、これを信号数で除して得られた合成信号CSr4(図8)では、合成疵信号部CSdのS/N比は9.7と向上した。
Here, in the composite signal CSr3 (FIG. 7) obtained by adding and averaging all the received signals Sr in the
なお、上記実施形態では受信信号全体を加算平均したが、疵信号部のみを加算平均しても良い。 In the above-described embodiment, the overall received signal is averaged, but only the flaw signal portion may be averaged.
1…フェーズドアレイプローブ、11…振動子、2…被検体、Sr1~Sr5…受信信号、CSd…合成疵信号部、Sd…疵信号部、Th…閾値。
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