JP5464849B2 - Ultrasonic automatic flaw detection apparatus and ultrasonic automatic flaw detection method - Google Patents

Ultrasonic automatic flaw detection apparatus and ultrasonic automatic flaw detection method Download PDF

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Description

この発明は、丸棒などに発生した「きず」を非破壊で検査する超音波自動探傷装置に関するものであり、特に、超音波自動探傷装置における超音波ビームの制御に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic automatic flaw detection apparatus that non-destructively inspects “scratches” generated on a round bar and the like, and more particularly to control of an ultrasonic beam in the ultrasonic automatic flaw detection apparatus.

まず、従来の超音波自動探傷装置及び方法について、図４から図６までを参照しながら、試験体対象が丸棒である場合を例にとり説明する（例えば、非特許文献１参照）。   First, a conventional ultrasonic flaw detection apparatus and method will be described with reference to FIGS. 4 to 6 by taking the case where the test object is a round bar as an example (see, for example, Non-Patent Document 1).

図４は、従来の超音波自動探傷装置の垂直探傷を説明するための図である。また、図５は、従来の超音波自動探傷装置の斜角探傷を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining vertical flaw detection of a conventional ultrasonic flaw detector. FIG. 5 is a view for explaining oblique angle flaw detection of a conventional ultrasonic flaw detector.

図４において、垂直探触子１２と、試験体である丸棒２０とが描かれている。   In FIG. 4, the vertical probe 12 and the round bar 20 which is a test body are drawn.

図５において、２つ配置された斜角探触子１３Ａ、１３Ｂと、試験体である丸棒２０とが描かれている。   In FIG. 5, two oblique angle probes 13 </ b> A and 13 </ b> B and a round bar 20 as a test body are drawn.

丸棒２０の自動探傷は、図４に示すように、垂直探触子１２を用いて丸棒２０内に超音波ビームを垂直に入射して、丸棒２０の内部を探傷する。また、図５に示すように、斜角探触子１３Ａ及び１３Ｂを用いて丸棒２０に対して斜めに超音波ビームを入射して、丸棒２０の表層部を探傷する。この際、図示はしていないが、丸棒２０の周囲には接触媒質として水などの液体が満たされている。   In the automatic flaw detection of the round bar 20, as shown in FIG. 4, an ultrasonic beam is vertically incident on the round bar 20 using the vertical probe 12 to detect the inside of the round bar 20. Further, as shown in FIG. 5, an ultrasonic beam is incident obliquely on the round bar 20 using the oblique angle probes 13 </ b> A and 13 </ b> B, and the surface layer portion of the round bar 20 is detected. At this time, although not illustrated, the round bar 20 is filled with a liquid such as water as a contact medium.

従来の丸棒２０の自動探傷では、垂直探触子１２は丸棒２０に対して垂直に超音波ビームを入射するように設定されているが、丸棒２０の位置が搬送に伴い位置ずれが生じるため、垂直に入射しない状況が発生する。   In the conventional automatic flaw detection of the round bar 20, the vertical probe 12 is set so that the ultrasonic beam is incident perpendicularly to the round bar 20, but the position of the round bar 20 is displaced due to the conveyance. As a result, a situation where the light does not enter vertically occurs.

図６は、従来の超音波自動探傷装置で丸棒の位置ずれを説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining a positional deviation of a round bar in a conventional ultrasonic flaw detector.

長手方向に垂直な径方向の断面が真円（円形）の丸棒２０の搬送に伴う位置ずれを、「偏芯」と呼ぶ。この様子を、図６に示す。図６では、説明を簡単にするため、垂直探触子１２を図の上側に示している。また、水平方向の偏芯量を「Δｘ」として示している。垂直探触子１２から丸棒２０へ向けて垂直方向へ超音波ビームが発射されている場合、丸棒２０の円形の断面の中心Ｏを通る水平方向の軸をＸ軸、中心Ｏを通る垂直方向の軸をＹ軸とすると、図６に示すように、Ｙ軸と超音波ビームの間の距離（位置ずれ）が水平方向の偏芯量Δｘである。垂直探触子１２を図の下側に設けた場合も同様である。また、図示していないが、垂直探触子１２を図の右側あるいは左側に設け、丸棒２０へ向けて水平方向へ超音波ビームが発射されている場合、Ｘ軸と超音波ビームの間の距離（位置ずれ）が垂直方向の偏芯量Δｙである。   The misalignment associated with the conveyance of the round bar 20 having a true circular (circular) cross section in the radial direction perpendicular to the longitudinal direction is referred to as “eccentricity”. This is shown in FIG. In FIG. 6, the vertical probe 12 is shown on the upper side of the figure for the sake of simplicity. Further, the amount of eccentricity in the horizontal direction is indicated as “Δx”. When an ultrasonic beam is emitted from the vertical probe 12 toward the round bar 20 in the vertical direction, the horizontal axis passing through the center O of the circular cross section of the round bar 20 is the X axis, and the vertical axis passing through the center O is the vertical axis. Assuming that the direction axis is the Y axis, as shown in FIG. 6, the distance (positional deviation) between the Y axis and the ultrasonic beam is the amount of eccentricity Δx in the horizontal direction. The same applies when the vertical probe 12 is provided on the lower side of the figure. Although not shown, when the vertical probe 12 is provided on the right side or the left side of the drawing and the ultrasonic beam is emitted toward the round bar 20 in the horizontal direction, it is between the X axis and the ultrasonic beam. The distance (positional deviation) is the amount of eccentricity Δy in the vertical direction.

（社）日本非破壊検査協会編、「新非破壊検査便覧」、日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日発行、第９７２頁The Japan Nondestructive Inspection Association, “New Nondestructive Inspection Handbook”, Nikkan Kogyo Shimbun, October 15, 1992, page 972

上述したような従来の超音波自動探傷装置では、図６に示すように、丸棒２０が偏芯すると垂直探触子１２からの超音波ビームが丸棒２０に対して垂直に入射しないため、屈折して伝搬する。この結果として、所望の領域を探傷することができないという問題点があった。このような問題点は、斜角探傷においても同様である。   In the conventional ultrasonic flaw detector as described above, as shown in FIG. 6, when the round bar 20 is eccentric, the ultrasonic beam from the vertical probe 12 is not perpendicularly incident on the round bar 20, Refraction propagates. As a result, there is a problem that a desired area cannot be detected. Such a problem also applies to oblique flaw detection.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、超音波ビームの向きを変えて照射することにより、位置ずれによる偏芯量を補正することができ、精度の良い探傷結果を得ることができる超音波自動探傷装置及び方法を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems. The object of the present invention is to correct the amount of eccentricity caused by misalignment by changing the direction of the ultrasonic beam for irradiation. It is an object of the present invention to provide an automatic ultrasonic inspection apparatus and method capable of obtaining good flaw detection results.

この発明に係る超音波自動探傷装置は、長手方向に垂直な方向の断面が円形又は四角形の棒状あるいは柱状の試験体の全周を、接触媒質を介して覆うように配置され、超音波ビームを試験体へ向けて照射するとともに、試験体内部の音響的不連続部で反射された反射波エコーを受信する複数のアレイ探触子と、前記複数のアレイ探触子を励振する送受信器とを備え、前記送受信器は、前記接触媒質の音速と、前記試験体の表面で反射された反射波エコーの伝搬遅延時間とに基づき、アレイ探触子から試験体の表面までの第１の距離を算出し、試験体の本来の位置からのずれである偏芯がない場合の既知である、前記アレイ探触子から試験体の表面までの第２の距離と、前記第１の距離とに基づき、試験体の偏芯量を算出し、前記試験体の偏芯量を補正するように前記複数のアレイ探触子の励振条件を変え、超音波ビームの向きを変えて照射するように前記複数のアレイ探触子を励振し、前記複数のアレイ探触子のうちの第１のアレイ探触子と第２のアレイ探触子とは、互いに直交する超音波ビームを照射し、前記第１のアレイ探触子が照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第２のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第２のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行い、前記第２のアレイ探触子が照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第１のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第１のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行うものである。
The ultrasonic flaw detection apparatus according to the present invention is disposed so as to cover the entire circumference of a rod-shaped or columnar test body having a circular or quadrangular cross-section in the direction perpendicular to the longitudinal direction via a contact medium. A plurality of array probes that irradiate the test body and receive reflected wave echoes reflected by acoustic discontinuities inside the test body, and a transceiver that excites the plurality of array probes. The transmitter / receiver has a first distance from the array probe to the surface of the specimen based on the sound velocity of the contact medium and the propagation delay time of the reflected wave echo reflected from the surface of the specimen. Calculated and based on the second distance from the array probe to the surface of the specimen, which is known when there is no eccentricity that is a deviation from the original position of the specimen, and the first distance , Calculate the eccentricity of the specimen, and eccentricity of the specimen Changing the excitation condition of the plurality of array probe so as to correct, to excite a plurality of array probe so as to irradiate by changing the orientation of the ultrasound beam, among the plurality of array probe The first array probe and the second array probe irradiate ultrasonic beams orthogonal to each other, and use a reflected wave echo of the ultrasonic beam irradiated by the first array probe. Based on the eccentric amount of the specimen based on the calculated first distance, the excitation condition of the second array probe is changed, and the direction of the ultrasonic beam of the second array probe is changed. And the first array based on the amount of eccentricity of the specimen based on the first distance calculated using the reflected wave echo of the ultrasonic beam irradiated by the second array probe. The excitation condition of the array probe is changed, and the ultrasonic beam of the first array probe is changed. In which irradiation is performed by changing the beam direction.

この発明に係る超音波自動探傷装置は、超音波ビームの向きを変えて照射することにより、位置ずれによる偏芯量を補正することができ、精度の良い探傷結果を得ることができるという効果を奏する。   The ultrasonic automatic flaw detection apparatus according to the present invention can correct the amount of eccentricity due to misalignment by irradiating with the direction of the ultrasonic beam changed, and can obtain an accurate flaw detection result. Play.

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る超音波自動探傷装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る超音波自動探傷装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。 Embodiment 1 FIG.
An automatic ultrasonic flaw detector according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic automatic flaw detector according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or equivalent part.

図１において、この発明の実施の形態１に係る超音波自動探傷装置は、送受信器１０と、丸棒２０の周囲に設置された４つのアレイ探触子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄとが設けられている。この丸棒２０は、図１に示すように、長手方向に垂直な径方向の断面が真円（円形）である。   In FIG. 1, the ultrasonic automatic flaw detector according to Embodiment 1 of the present invention is provided with a transceiver 10 and four array probes 11A, 11B, 11C, and 11D installed around a round bar 20. It has been. As shown in FIG. 1, the round bar 20 has a perfect circle (circular shape) in the radial direction perpendicular to the longitudinal direction.

なお、丸棒２０の周囲には、水などの接触媒質２１が満たされている。実際には、容器の中に接触媒質２１を満たし、その接触媒質２１の中に丸棒２０やアレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄを浸す。   The round bar 20 is filled with a contact medium 21 such as water. Actually, the container is filled with the contact medium 21, and the round bar 20 and the array probes 11 </ b> A to 11 </ b> D are immersed in the contact medium 21.

送受信器１０は、アレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄを励振し、かつアレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄからの電気信号を受信する。また、アレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄは、送受信器１０からの電気信号によって駆動され、接触媒質２１を介して超音波ビームを試験体である丸棒２０へ向けて照射し、さらに試験体表面及び試験体内部の音響的不連続部（きず等）で反射された超音波を、接触媒質２１を介して受信して電気信号に変換する。   The transceiver 10 excites the array probes 11A to 11D and receives electrical signals from the array probes 11A to 11D. The array probes 11A to 11D are driven by electrical signals from the transmitter / receiver 10, irradiate an ultrasonic beam through the contact medium 21 toward the round bar 20 which is a test body, and further, the surface of the test body and Ultrasonic waves reflected by acoustic discontinuities (such as flaws) inside the test body are received via the contact medium 21 and converted into electrical signals.

つぎに、この実施の形態１に係る超音波自動探傷装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る超音波自動探傷装置のアレイ探触子の励振を説明するための図である。また、図３は、図１の右側の側面から見た超音波自動探傷装置の概略構成を示す図である。   Next, the operation of the ultrasonic automatic flaw detector according to Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram for explaining excitation of the array probe of the ultrasonic automatic flaw detector according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic automatic flaw detector as viewed from the right side surface of FIG.

アレイ探触子は、４つ（複数）用い、図１では、「アレイ探触子１１Ａ」、「アレイ探触子１１Ｂ」、「アレイ探触子１１Ｃ」、「アレイ探触子１１Ｄ」として示している。アレイ探触子１１Ａと、アレイ探触子１１Ｂやアレイ探触子１１Ｄとでは、照射する超音波ビームがほぼ直交するものである。同様に、アレイ探触子１１Ｂと、アレイ探触子１１Ａやアレイ探触子１１Ｃとでは、照射する超音波ビームがほぼ直交するものである。   Four (plural) array probes are used, and in FIG. 1, these are shown as “array probe 11A”, “array probe 11B”, “array probe 11C”, and “array probe 11D”. ing. In the array probe 11A, the array probe 11B, and the array probe 11D, the irradiated ultrasonic beams are substantially orthogonal to each other. Similarly, in the array probe 11B and the array probe 11A and the array probe 11C, the irradiated ultrasonic beams are substantially orthogonal.

すなわち、丸棒２０の円形の断面の中心Ｏを通る水平方向の軸をＸ軸、中心Ｏを通る垂直方向の軸をＹ軸とすると、例えば、アレイ探触子１１Ａ、１１Ｃの中心の素子から出射される超音波ビームがＹ軸に沿うようにアレイ探触子１１Ａ、１１Ｃを丸棒２０の周りに設置するとともに、アレイ探触子１１Ｂ、１１Ｄの中心の素子から出射される超音波ビームがＸ軸に沿うようにアレイ探触子１１Ｂ、１１Ｄを丸棒２０の周りに設置する。なお、アレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄの設置位置はこれに限られず、あるアレイ探触子と、試験体の偏芯量を算出し、この偏芯量に応じて励振条件を変える上で、このアレイ探触子と対になるアレイ探触子は、それぞれ照射する超音波ビームが直交するように、設置されていればよい。   That is, assuming that the horizontal axis passing through the center O of the circular cross section of the round bar 20 is the X axis and the vertical axis passing through the center O is the Y axis, for example, from the element at the center of the array probes 11A and 11C. The array probes 11A and 11C are installed around the round bar 20 so that the emitted ultrasonic beam is along the Y axis, and the ultrasonic beam emitted from the center element of the array probes 11B and 11D is provided. The array probes 11B and 11D are installed around the round bar 20 along the X axis. In addition, the installation positions of the array probes 11A to 11D are not limited to this, and the amount of eccentricity between a certain array probe and a test body is calculated, and the excitation condition is changed according to the amount of eccentricity. The array probe paired with the array probe may be installed so that the ultrasonic beams to be irradiated are orthogonal to each other.

なお、実際では、丸棒２０の全周を覆うように複数のアレイ探触子を配置するので、丸棒２０の径が太い場合には、図１に示すような４つのアレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄとは限らない。例えば、４つのアレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄの間にそれぞれ１つずつ配置する場合には、丸棒２０の全周を覆うように合計で８（＝４＋４）つのアレイ探触子を配置する。同様に、４つのアレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄの間にそれぞれ２つずつ配置する場合には、丸棒２０の全周を覆うように合計で１２（＝４＋８）個のアレイ探触子を配置する。   Actually, since a plurality of array probes are arranged so as to cover the entire circumference of the round bar 20, when the diameter of the round bar 20 is large, four array probes 11A as shown in FIG. It is not necessarily ~ 11D. For example, in the case of arranging one each between the four array probes 11A to 11D, a total of 8 (= 4 + 4) array probes are arranged so as to cover the entire circumference of the round bar 20. Similarly, when two each is arranged between the four array probes 11A to 11D, a total of 12 (= 4 + 8) array probes are arranged so as to cover the entire circumference of the round bar 20. To do.

非特許文献１に示されている従来例では、丸棒２０の全周を探傷するため、丸棒２０の周囲を探触子１２、１３Ａ，１３Ｂが回転するものであるが、本実施の形態ではアレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄは回転しない。アレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄを用いて丸棒２０の全周を探傷する。まず、アレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄを用いて丸棒２０の全周を探傷する方法について説明する。   In the conventional example shown in Non-Patent Document 1, the probe 12, 13A, 13B rotates around the round bar 20 in order to detect the entire circumference of the round bar 20. Then, the array probes 11A to 11D do not rotate. The entire circumference of the round bar 20 is detected using the array probes 11A to 11D. First, a method for flaw-detecting the entire circumference of the round bar 20 using the array probes 11A to 11D will be described.

送受信器１０から励振信号がアレイ探触子１１Ａに伝達される。この励振信号は、アレイの素子毎に異なるものである。この様子を、図２に示す。図２（ａ）では、アレイの一番左側にあるＮ個の素子を励振し、他の素子は励振せずに超音波ビームを照射している。次の励振タイミングでは、図２（ｂ）に示すように、隣のＮ個の素子を励振し、他の素子は励振しない。また次の励振タイミングでは、図２（ｃ）に示すように、またその隣のＮ個の素子を励振し、他の素子は励振しない。この動作を、一番右側にあるＮ個の素子を励振する図２（ｅ）の状態になるまで繰り返す。   An excitation signal is transmitted from the transceiver 10 to the array probe 11A. This excitation signal is different for each element of the array. This is shown in FIG. In FIG. 2A, the N elements on the leftmost side of the array are excited, and the other elements are irradiated with an ultrasonic beam without being excited. At the next excitation timing, as shown in FIG. 2B, the adjacent N elements are excited and the other elements are not excited. Further, at the next excitation timing, as shown in FIG. 2C, N elements adjacent to that are excited, and the other elements are not excited. This operation is repeated until the state shown in FIG. 2E in which N elements on the rightmost side are excited is obtained.

図２はアレイ探触子１１Ａの動作説明であるが、同様の動作をアレイ探触子１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄにおいても行なう。その結果、探触子が丸棒２０の周囲を回転するのと同様となるので、丸棒全周を探傷することができる。このように、励振タイミング毎に励振する素子位置を変えることにより超音波ビームが回転することになるので、探触子が回転することなく丸棒２０の全周を探傷することができる。なお、励振する素子をＮ個ずつずらす方法を例にとり説明したが、ずらす素子数と励振する素子数とが一致してなくても、構わない。   FIG. 2 illustrates the operation of the array probe 11A, but the same operation is performed in the array probes 11B, 11C, and 11D. As a result, the probe is the same as rotating around the round bar 20, so that the entire circumference of the round bar can be detected. Thus, since the ultrasonic beam is rotated by changing the position of the element to be excited at each excitation timing, the entire circumference of the round bar 20 can be detected without rotating the probe. Note that the method of shifting the excited elements N by N has been described as an example, but the number of shifted elements and the number of excited elements may not be the same.

このようなアレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄを用いた探傷においても、丸棒２０が搬送されることには変わりないので、偏芯が探傷結果に及ぼす影響は無視できない。本実施の形態では、アレイ探触子１１Ａ〜１１Ｄを用いて偏芯が探傷結果に及ぼす影響を低減し、精度の良い超音波自動探傷装置及び方法を提供するものである。具体的な動作説明を、以下に示す。   Even in the flaw detection using such array probes 11A to 11D, the round bar 20 is still conveyed, so the influence of eccentricity on the flaw detection result cannot be ignored. In the present embodiment, the influence of the eccentricity on the flaw detection result is reduced by using the array probes 11A to 11D, and a highly accurate automatic ultrasonic flaw detection apparatus and method are provided. Specific operation explanation is shown below.

送受信器１０から励振信号がアレイ探触子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄに伝達される。この励振信号は、図２に示したように、アレイの素子毎に異なるものである。アレイ探触子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄからは、超音波ビームが丸棒２０へ向けて照射される。図１では、簡略的に、アレイ探触子１１Ａ及び１１Ｂから超音波ビームが照射される様子を示している。図３では、簡略的に、アレイ探触子１１Ａから超音波ビームが照射される様子を示している。   Excitation signals are transmitted from the transceiver 10 to the array probes 11A, 11B, 11C, and 11D. This excitation signal is different for each element of the array, as shown in FIG. From the array probes 11A, 11B, 11C, and 11D, an ultrasonic beam is emitted toward the round bar 20. FIG. 1 simply shows a state in which an ultrasonic beam is irradiated from the array probes 11A and 11B. FIG. 3 simply shows a state in which an ultrasonic beam is irradiated from the array probe 11A.

アレイ探触子１１Ａから照射された超音波ビームの一部は、丸棒２０の表面を透過し、丸棒２０の探傷を行なう。一方、丸棒２０の表面で反射される反射波もある。丸棒２０の表面で反射された反射波を、アレイ探触子１１Ａで受信する（アレイ探触子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄで受信する信号を、反射波エコーと呼ぶ）。この時、接触媒質２１の音速が既知であれば、反射波エコーの伝搬遅延時間と、接触媒質２１の音速を用いてアレイ探触子１１Ａから丸棒２０の表面までの垂直方向の距離を算出することができる。偏芯がない場合、アレイ探触子１１Ａと丸棒２０の設置位置は既知であり、丸棒２０の径も既知であるので、アレイ探触子１１Ａから丸棒２０の表面までの垂直方向の距離ＹＡが既知となる。偏芯がある場合に、反射波エコーの伝搬遅延時間と接触媒質２１の音速から、アレイ探触子１１Ａから丸棒２０の表面までの垂直方向の距離ＹＢを算出することができる。それらの差分（ＹＡ−ＹＢ）から、垂直方向の偏芯量Δｙを算出することができる。   A part of the ultrasonic beam irradiated from the array probe 11 </ b> A transmits the surface of the round bar 20 and performs a flaw detection on the round bar 20. On the other hand, there is also a reflected wave reflected on the surface of the round bar 20. The reflected wave reflected by the surface of the round bar 20 is received by the array probe 11A (signals received by the array probes 11A, 11B, 11C, and 11D are called reflected wave echoes). At this time, if the sound speed of the contact medium 21 is known, the vertical distance from the array probe 11A to the surface of the round bar 20 is calculated using the propagation delay time of the reflected wave echo and the sound speed of the contact medium 21. can do. When there is no eccentricity, the installation positions of the array probe 11A and the round bar 20 are known, and the diameter of the round bar 20 is also known, so the vertical direction from the array probe 11A to the surface of the round bar 20 The distance YA is known. When there is eccentricity, the vertical distance YB from the array probe 11A to the surface of the round bar 20 can be calculated from the propagation delay time of the reflected wave echo and the sound velocity of the contact medium 21. From the difference (YA−YB), the amount of eccentricity Δy in the vertical direction can be calculated.

垂直方向の偏芯量Δｙの算出は、送受信器１０で行なう。求めた偏芯量Δｙを用いてアレイ探触子１１Ｂの励振を変更して超音波ビームの向きを変え、丸棒２０に対して垂直に入射するようにする。このような方法を実現する装置は色々考えられるが、例えば、送受信器１０の内部にアレイの励振条件を予めメモリなどの記憶装置に保存しておき、偏芯量に応じて励振条件を記憶装置から読み出して超音波ビームの制御を行なうという超音波ビーム制御装置が考えられる。上述したように、偏芯がない場合には、複数（Ｎ個）の素子を同時に励振するが、偏芯がある場合には、偏芯量に応じて各素子の励振タイミング（例えば、数μｓ）をずらして、複数（Ｎ個）の素子からの超音波ビームの向きを変えて、超音波ビームが丸棒２０の表面に対して垂直に入射するようにする。この各素子の励振タイミングが励振条件である。このような動作を行なうと、アレイ探触子１１Ｂからは、丸棒２０の表面に対して垂直に入射するように、超音波ビームが照射される。   Calculation of the amount of eccentricity Δy in the vertical direction is performed by the transceiver 10. Using the obtained eccentricity Δy, the excitation of the array probe 11B is changed to change the direction of the ultrasonic beam so that it is incident perpendicularly to the round bar 20. Various devices for realizing such a method are conceivable. For example, the excitation conditions of the array are stored in advance in a storage device such as a memory in the transmitter / receiver 10, and the excitation conditions are stored in the storage device according to the amount of eccentricity. An ultrasonic beam control device that reads out from the laser beam and controls the ultrasonic beam can be considered. As described above, when there is no eccentricity, a plurality (N) of elements are excited simultaneously. When there is an eccentricity, the excitation timing of each element (for example, several μs) according to the amount of eccentricity. ) To change the direction of the ultrasonic beam from a plurality of (N) elements so that the ultrasonic beam is perpendicularly incident on the surface of the round bar 20. The excitation timing of each element is an excitation condition. When such an operation is performed, an ultrasonic beam is irradiated from the array probe 11 </ b> B so as to enter perpendicularly to the surface of the round bar 20.

アレイ探触子１１Ｂから照射された超音波ビームの一部は、丸棒２０の表面を透過し、丸棒２０の探傷を行なう。一方、反射波エコーもアレイ探触子１１Ｂで受信される。この時、接触媒質２１の音速が既知であれば、垂直方向の偏芯量Δｙの算出方法と同様にして、水平方向の偏芯量Δｘを算出することができる。   A part of the ultrasonic beam irradiated from the array probe 11B is transmitted through the surface of the round bar 20, and flaw detection of the round bar 20 is performed. On the other hand, the reflected wave echo is also received by the array probe 11B. At this time, if the sound speed of the contact medium 21 is known, the horizontal eccentricity Δx can be calculated in the same manner as the vertical eccentricity Δy calculation method.

水平方向の偏芯量Δｘの算出は、送受信器１０で行なう。求めた偏芯量Δｘを用いてアレイ探触子１１Ａの励振を変更して超音波ビームの向きを変え、丸棒２０に対して垂直に入射するようにする。このような動作を行なうと、アレイ探触子１１Ａからは、丸棒２０の表面に対して垂直に入射するように、超音波ビームが照射される。   The horizontal axis eccentricity Δx is calculated by the transceiver 10. Using the obtained eccentricity Δx, the excitation of the array probe 11A is changed to change the direction of the ultrasonic beam so that it is perpendicularly incident on the round bar 20. When such an operation is performed, an ultrasonic beam is irradiated from the array probe 11 </ b> A so as to be perpendicularly incident on the surface of the round bar 20.

このように、偏芯量を求めながら探傷を行なうことにより、偏芯がある場合でも丸棒２０に対して垂直に超音波ビームを照射することができるので、所望の領域を探傷することができる。その結果、偏芯が生じても探傷結果の精度を維持できるという効果がある。   In this way, by performing flaw detection while obtaining the amount of eccentricity, it is possible to irradiate an ultrasonic beam perpendicularly to the round bar 20 even when there is eccentricity, so that a desired region can be flawed. . As a result, the accuracy of the flaw detection result can be maintained even if eccentricity occurs.

これまで、アレイ探触子１１Ａと１１Ｂを用いた場合について説明したが、アレイ探触子１１Ａと１１Ｄを用いても同様である。また、アレイ探触子１１Ｃで垂直方向の偏芯量Δｙを求めても良いし、アレイ探触子１１Ｄを用いて水平方向の偏芯量Δｘを求めても良い。すなわち、水平方向の偏芯量Δｘと、垂直方向の偏芯量Δｙを求めることができれば良い。   The case where the array probes 11A and 11B are used has been described so far, but the same applies to the case where the array probes 11A and 11D are used. Further, the eccentricity Δy in the vertical direction may be obtained by the array probe 11C, or the eccentricity Δx in the horizontal direction may be obtained by using the array probe 11D. That is, it suffices if the amount of eccentricity Δx in the horizontal direction and the amount of eccentricity Δy in the vertical direction can be obtained.

また、丸棒２０の表面で反射された反射波で偏芯量を求める装置をよび方法について説明したが、丸棒２０を透過した超音波ビームが反対側の表面で反射された反射波を用いても良い。要するに、偏芯量が測定できれば、丸棒２０のどの部位で反射された反射波を用いても、構わない。   In addition, the apparatus and the method for obtaining the eccentricity amount by the reflected wave reflected from the surface of the round bar 20 have been described. However, the reflected wave in which the ultrasonic beam transmitted through the round bar 20 is reflected from the opposite surface is used. May be. In short, as long as the amount of eccentricity can be measured, the reflected wave reflected by any part of the round bar 20 may be used.

さらに、丸棒２０の垂直探傷で得られた偏芯量を、丸棒２０の斜角探傷に適用し、本実施の形態で示したように超音波ビームを制御しても構わない。   Further, the eccentricity obtained by the vertical flaw detection of the round bar 20 may be applied to the oblique flaw detection of the round bar 20, and the ultrasonic beam may be controlled as shown in the present embodiment.

なお、この実施の形態１では、丸棒２０を試験体の例として説明したが、試験体が丸棒２０に限定されるものではない。パイプなどの棒状、柱状の試験体や、ビレット（長手方向に垂直な方向の断面が四角形である角材）などの棒状、柱状の試験体の自動探傷にも、適用可能である。つまり、自動探傷において偏芯が生じるもの一般に適用できる。   In the first embodiment, the round bar 20 is described as an example of the test body, but the test body is not limited to the round bar 20. The present invention can also be applied to automatic flaw detection of rod-like or columnar specimens such as pipes or rod-like specimens such as billets (square bars whose cross section in the direction perpendicular to the longitudinal direction is a square). That is, the present invention can be applied to general cases where eccentricity occurs in automatic flaw detection.

以上、丸棒２０の垂直探傷を例にして、偏芯がある場合にも高精度で探傷可能な超音波自動探傷装置及び方法について説明したが、これまでの説明では、接触媒質２１の音速が既知であることを前提としていた。接触媒質２１の音速は温度によって変化することが考えられるので、実際には音速測定を行ないながら探傷を行なう必要が生じる可能性がある。この場合、接触媒質２１の音速を測定する音速測定機能を有する送受信器１０を用いることで、対応可能である。音速測定方法は色々あるが、例えば、接触媒質２１中に基準となる反射源を設け、この反射源からのエコーの伝搬遅延時間から音速を求めるという方法が考えられる。   As described above, the vertical ultrasonic flaw detection of the round bar 20 is taken as an example, and the ultrasonic automatic flaw detection apparatus and method capable of high-precision flaw detection even when there is eccentricity has been described. In the above description, the sound velocity of the contact medium 21 is It was assumed that it was already known. Since the sound speed of the contact medium 21 may vary depending on the temperature, it may be necessary to perform flaw detection while actually measuring the sound speed. In this case, this can be dealt with by using the transceiver 10 having a sound velocity measuring function for measuring the sound velocity of the contact medium 21. There are various methods for measuring the speed of sound. For example, a method in which a reference reflection source is provided in the contact medium 21 and the sound speed is obtained from the propagation delay time of the echo from the reflection source is conceivable.

この発明の実施の形態１に係る超音波自動探傷装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ultrasonic automatic flaw detector which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る超音波自動探傷装置のアレイ探触子の励振を説明するための図である。It is a figure for demonstrating excitation of the array probe of the ultrasonic automatic flaw detector which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１の右側の側面から見た超音波自動探傷装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the ultrasonic automatic flaw detector seen from the right side surface of FIG. 従来の超音波自動探傷装置の垂直探傷を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vertical flaw detection of the conventional ultrasonic automatic flaw detector. 従来の超音波自動探傷装置の斜角探傷を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the oblique flaw detection of the conventional ultrasonic automatic flaw detector. 従来の超音波自動探傷装置で丸棒の位置ずれを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position shift of a round bar with the conventional ultrasonic automatic flaw detector.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 送受信器、１１Ａ アレイ探触子、１１Ｂ アレイ探触子、１１Ｃ アレイ探触子、１１Ｄ アレイ探触子、２０ 丸棒、２１ 接触媒質。   10 transceiver, 11A array probe, 11B array probe, 11C array probe, 11D array probe, 20 round bar, 21 contact medium.

Claims (7)

長手方向に垂直な方向の断面が円形又は四角形の棒状あるいは柱状の試験体の全周を、接触媒質を介して覆うように配置され、超音波ビームを試験体へ向けて照射するとともに、試験体内部の音響的不連続部で反射された反射波エコーを受信する複数のアレイ探触子と、
前記複数のアレイ探触子を励振する送受信器とを備え、
前記送受信器は、
前記接触媒質の音速と、前記試験体の表面で反射された反射波エコーの伝搬遅延時間とに基づき、アレイ探触子から試験体の表面までの第１の距離を算出し、
試験体の本来の位置からのずれである偏芯がない場合の既知である、前記アレイ探触子から試験体の表面までの第２の距離と、前記第１の距離とに基づき、試験体の偏芯量を算出し、
前記試験体の偏芯量を補正するように前記複数のアレイ探触子の励振条件を変え、超音波ビームの向きを変えて照射するように前記複数のアレイ探触子を励振し、
前記複数のアレイ探触子のうちの第１のアレイ探触子と第２のアレイ探触子とは、互いに直交する超音波ビームを照射し、
前記第１のアレイ探触子が照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第２のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第２のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行い、
前記第２のアレイ探触子が照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第１のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第１のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行う
ことを特徴とする超音波自動探傷装置。 It is arranged so as to cover the entire circumference of a rod-shaped or columnar test body having a circular or square cross section perpendicular to the longitudinal direction via a contact medium, and irradiates an ultrasonic beam toward the test body. A plurality of array probes for receiving reflected echoes reflected by internal acoustic discontinuities;
A transceiver for exciting the plurality of array probes;
The transceiver is
Based on the sound velocity of the contact medium and the propagation delay time of the reflected wave echo reflected on the surface of the test body, a first distance from the array probe to the surface of the test body is calculated,
Based on the second distance from the array probe to the surface of the test body, which is known when there is no eccentricity that is a deviation from the original position of the test body, and the first distance, the test body Calculate the eccentricity of
Changing the excitation conditions of the plurality of array probes so as to correct the eccentricity of the test body, exciting the plurality of array probes so as to irradiate by changing the direction of the ultrasonic beam ,
The first array probe and the second array probe of the plurality of array probes irradiate orthogonal ultrasonic beams,
Based on the amount of eccentricity of the specimen based on the first distance calculated using the reflected wave echo of the ultrasonic beam irradiated by the first array probe, the second array probe Change the excitation condition, change the direction of the ultrasonic beam of the second array probe, and perform irradiation.
Based on the amount of eccentricity of the specimen based on the first distance calculated using the reflected wave echo of the ultrasonic beam irradiated by the second array probe, the first array probe An automatic ultrasonic flaw detector characterized by changing the excitation condition and changing the direction of the ultrasonic beam of the first array probe for irradiation . 前記送受信器は、
既知である前記接触媒質の音速と、前記複数のアレイ探触子のうちの前記第１のアレイ探触子により試験体へ向けて照射される超音波ビームが、前記試験体の表面で反射され前記第１のアレイ探触子により受信された反射波エコーの伝搬遅延時間とに基づき、前記第１のアレイ探触子から試験体の表面までの垂直方向の距離を算出するとともに、
既知である前記接触媒質の音速と、前記複数のアレイ探触子のうちの前記第１のアレイ探触子の超音波ビームと直交する超音波ビームを照射する前記第２のアレイ探触子であって、前記第２のアレイ探触子により試験体へ向けて照射される超音波ビームが、前記試験体の表面で反射され前記第２のアレイ探触子により受信された反射波エコーの伝搬遅延時間とに基づき、前記第２のアレイ探触子から試験体の表面までの水平方向の距離を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波自動探傷装置。 The transceiver is
And sound velocity is known the coupling medium, an ultrasound beam is emitted toward the specimen by the first array probe of the plurality of array probe is reflected by the surface of the specimen Based on the propagation delay time of the reflected wave echo received by the first array probe, and calculating the vertical distance from the first array probe to the surface of the specimen,
A known sound velocity of the contact medium and a second array probe that emits an ultrasonic beam orthogonal to the ultrasonic beam of the first array probe of the plurality of array probes; Then, the propagation of the reflected wave echo received by the second array probe is reflected on the surface of the test body by the ultrasonic beam irradiated toward the test body by the second array probe The ultrasonic automatic flaw detector according to claim 1, wherein a horizontal distance from the second array probe to the surface of the specimen is calculated based on the delay time. 前記送受信器は、
試験体の本来の位置からのずれである偏芯がない場合の既知である、前記第１のアレイ探触子から試験体の表面までの垂直方向の距離と、算出した垂直方向の距離とに基づき、試験体の垂直方向の偏芯量を算出するとともに、
既知の前記第２のアレイ探触子から試験体の表面までの水平方向の距離と、算出した水平方向の距離とに基づき、試験体の水平方向の偏芯量を算出し、
前記試験体の垂直方向の偏芯量を補正するように前記第２のアレイ探触子の励振条件を変え、超音波ビームの向きを変えて照射するように前記第２のアレイ探触子を励振するとともに、
前記試験体の水平方向の偏芯量を補正するように前記第１のアレイ探触子の励振条件を変え、超音波ビームの向きを変えて照射するように前記第１のアレイ探触子を励振する
ことを特徴とする請求項２記載の超音波自動探傷装置。 The transceiver is
The vertical distance from the first array probe to the surface of the specimen, which is known when there is no eccentricity that is a deviation from the original position of the specimen, and the calculated vertical distance Based on the vertical amount of eccentricity of the specimen,
Based on the known horizontal distance from the second array probe to the surface of the specimen and the calculated horizontal distance, the amount of eccentricity of the specimen in the horizontal direction is calculated,
The excitation condition of the second array probe is changed so as to correct the amount of eccentricity of the specimen in the vertical direction, and the second array probe is irradiated so as to change the direction of the ultrasonic beam. With excitement,
The excitation condition of the first array probe is changed so as to correct the amount of eccentricity of the test body in the horizontal direction, and the first array probe is irradiated so as to change the direction of the ultrasonic beam. The ultrasonic automatic flaw detector according to claim 2, wherein excitation is performed. 前記送受信器は、前記接触媒質の音速が既知でない場合には、前記接触媒質の音速を測定する音速測定機能を有する
ことを特徴とする請求項２記載の超音波自動探傷装置。 3. The automatic ultrasonic flaw detection apparatus according to claim 2, wherein the transmitter / receiver has a sound speed measuring function for measuring the sound speed of the contact medium when the sound speed of the contact medium is not known. 長手方向に垂直な方向の断面が円形又は四角形の棒状あるいは柱状の試験体の全周を、接触媒質を介して覆うように配置され、超音波ビームを試験体へ向けて照射するとともに、試験体内部の音響的不連続部で反射された反射波エコーを受信する複数のアレイ探触子と、
前記複数のアレイ探触子を励振する送受信器とを備える超音波自動探傷装置において、
前記送受信器により、
前記接触媒質の音速と、前記試験体の表面で反射された反射波エコーの伝搬遅延時間とに基づき、アレイ探触子から試験体の表面までの第１の距離を算出するステップと、
試験体の本来の位置からのずれである偏芯がない場合の既知である、前記アレイ探触子から試験体の表面までの第２の距離と、前記第１の距離とに基づき、試験体の偏芯量を算出するステップと、
前記試験体の偏芯量を補正するように前記複数のアレイ探触子の励振条件を変え、超音波ビームの向きを変えて照射するように前記複数のアレイ探触子を励振するステップと
を含み、
前記複数のアレイ探触子のうちの第１のアレイ探触子と第２のアレイ探触子とは、互いに直交する超音波ビームを照射し、
前記第１のアレイ探触子から照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第２のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第２のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行い、
前記第２のアレイ探触子から照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第１のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第１のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行う
ことを特徴とする超音波自動探傷方法。 It is arranged so as to cover the entire circumference of a rod-shaped or columnar test body having a circular or square cross section perpendicular to the longitudinal direction via a contact medium, and irradiates an ultrasonic beam toward the test body. A plurality of array probes for receiving reflected echoes reflected by internal acoustic discontinuities;
In the ultrasonic automatic flaw detector comprising a transmitter / receiver for exciting the plurality of array probes,
With the transceiver
Calculating a first distance from the array probe to the surface of the specimen based on the sound velocity of the contact medium and the propagation delay time of the reflected wave echo reflected from the surface of the specimen;
Based on the second distance from the array probe to the surface of the test body, which is known when there is no eccentricity that is a deviation from the original position of the test body, and the first distance, the test body Calculating the amount of eccentricity of
Changing the excitation conditions of the plurality of array probes so as to correct the eccentricity of the test body, and exciting the plurality of array probes so as to change the direction of the ultrasonic beam for irradiation. seen including,
The first array probe and the second array probe of the plurality of array probes irradiate orthogonal ultrasonic beams,
Based on the amount of eccentricity of the specimen based on the first distance calculated using the reflected wave echo of the ultrasonic beam emitted from the first array probe, the second array probe Change the excitation condition, change the direction of the ultrasonic beam of the second array probe, and perform irradiation.
Based on the amount of eccentricity of the specimen based on the first distance calculated using the reflected wave echo of the ultrasonic beam emitted from the second array probe, the first array probe An automatic ultrasonic flaw detection method characterized in that irradiation is performed by changing the excitation condition and changing the direction of the ultrasonic beam of the first array probe . 前記第１の距離を算出するステップは、
前記送受信器により、
既知である前記接触媒質の音速と、前記複数のアレイ探触子のうちの第１のアレイ探触子により試験体へ向けて照射される超音波ビームが、前記試験体の表面で反射され前記第１のアレイ探触子により受信された反射波エコーの伝搬遅延時間とに基づき、前記第１のアレイ探触子から試験体の表面までの垂直方向の距離を算出するステップと、
既知である前記接触媒質の音速と、前記複数のアレイ探触子のうちの前記第１のアレイ探触子の超音波ビームと直交する超音波ビームを照射する第２のアレイ探触子であって、前記第２のアレイ探触子により試験体へ向けて照射される超音波ビームが、前記試験体の表面で反射され前記第２のアレイ探触子により受信された反射波エコーの伝搬遅延時間とに基づき、前記第２のアレイ探触子から試験体の表面までの水平方向の距離を算出するステップと含む
請求項５記載の超音波自動探傷方法。 The step of calculating the first distance includes:
With the transceiver
A known sound velocity of the contact medium and an ultrasonic beam irradiated toward the test body by the first array probe among the plurality of array probes are reflected on the surface of the test body and are reflected on the surface of the test body. Calculating a vertical distance from the first array probe to the surface of the specimen based on the propagation delay time of the reflected wave echo received by the first array probe;
A second array probe that irradiates a known sound velocity of the contact medium and an ultrasonic beam orthogonal to the ultrasonic beam of the first array probe among the plurality of array probes; The propagation delay of the reflected wave echo received by the second array probe is reflected on the surface of the test object by the ultrasonic beam irradiated toward the test body by the second array probe. 6. The ultrasonic automatic flaw detection method according to claim 5, further comprising: calculating a horizontal distance from the second array probe to the surface of the specimen based on time. 前記試験体の偏芯量を算出するステップは、
前記送受信器により、
試験体の本来の位置からのずれである偏芯がない場合の既知である、前記第１のアレイ探触子から試験体の表面までの垂直方向の距離と、算出した垂直方向の距離とに基づき、試験体の垂直方向の偏芯量を算出するステップと、
既知の前記第２のアレイ探触子から試験体の表面までの水平方向の距離と、算出した水平方向の距離とに基づき、試験体の水平方向の偏芯量を算出するステップとを含み、
前記複数のアレイ探触子を励振するステップは、
前記送受信器により、
前記試験体の垂直方向の偏芯量を補正するように前記第２のアレイ探触子の励振条件を変え、超音波ビームの向きを変えて照射するように前記第２のアレイ探触子を励振するステップと、
前記試験体の水平方向の偏芯量を補正するように前記第１のアレイ探触子の励振条件を変え、超音波ビームの向きを変えて照射するように前記第１のアレイ探触子を励振するステップとを含む
請求項６記載の超音波自動探傷方法。 The step of calculating the amount of eccentricity of the specimen is as follows:
With the transceiver
The vertical distance from the first array probe to the surface of the specimen, which is known when there is no eccentricity that is a deviation from the original position of the specimen, and the calculated vertical distance Based on the step of calculating the amount of eccentricity of the vertical direction of the specimen,
Calculating the amount of eccentricity of the specimen in the horizontal direction based on the horizontal distance from the known second array probe to the surface of the specimen and the calculated horizontal distance;
Exciting the plurality of array probes comprises:
With the transceiver
The excitation condition of the second array probe is changed so as to correct the amount of eccentricity of the specimen in the vertical direction, and the second array probe is irradiated so as to change the direction of the ultrasonic beam. An exciting step;
The excitation condition of the first array probe is changed so as to correct the amount of eccentricity of the test body in the horizontal direction, and the first array probe is irradiated so as to change the direction of the ultrasonic beam. The ultrasonic automatic flaw detection method according to claim 6, comprising a step of exciting.
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