JP5748417B2 - Ultrasonic flaw detection system - Google Patents

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Description

本発明は、超音波探傷システムに関する。特に本発明は、被検面が平滑ではない複雑な形状を有している検査対象の部位を超音波探傷する超超音波探傷システムに関する。   The present invention relates to an ultrasonic flaw detection system. In particular, the present invention relates to an ultrasonic flaw detection system that performs ultrasonic flaw detection on a region to be inspected having a complicated shape whose surface to be examined is not smooth.

原子力発電所では、その安全性や信頼性を確保するために定期的に検査が行われている。原子力発電所の配管や圧力容器の検査には、主として超音波を使った非破壊検査が適用されている。超音波を使った非破壊検査は、材料の内部検査が可能で、多くの箇所に適用されている。しかしながら、被検面が平滑ではない複雑な形状を有している部位では、超音波探触子の倣い性が悪いといった問題点等が残されている。   Nuclear power plants are regularly inspected to ensure their safety and reliability. Nondestructive inspection mainly using ultrasonic waves is applied to inspection of nuclear power plant piping and pressure vessels. Nondestructive inspection using ultrasonic waves enables internal inspection of materials and is applied in many places. However, there remains a problem that the ultrasonic probe is poorly copied at a portion where the surface to be examined has a complicated shape that is not smooth.

また、近年、原子力発電所は、運転を開始して３０年以上経過し、高経年化が叫ばれており、健全性を確保するニーズが高まっている。そのため、超音波を使った非破壊検査による欠陥の定量化ニーズは、高まりを見せており、精度の高い超音波を使った非破壊検査の手法が望まれている。   In recent years, nuclear power plants have been operating for more than 30 years, and aging has been screamed, and the need to ensure soundness is increasing. Therefore, the need for quantifying defects by nondestructive inspection using ultrasonic waves is increasing, and a nondestructive inspection method using ultrasonic waves with high accuracy is desired.

近年においては、この課題を解決するため、フェーズドアレイ超音波探傷装置が開発されてきている（例えば、特許文献１参照。）。フェーズドアレイ超音波探傷装置は、超音波を任意の角度へ発生させたり、任意の位置へ集束させたりすることができる。   In recent years, in order to solve this problem, a phased array ultrasonic flaw detector has been developed (see, for example, Patent Document 1). The phased array ultrasonic flaw detector can generate an ultrasonic wave at an arbitrary angle or focus it at an arbitrary position.

特開２００７−１７０８７７号公報JP 2007-170877 A

特許文献１に記載の超音波探傷方法においては、水浸法を用いて超音波探傷を行うアダプティブ超音波探傷法と呼ばれる方法を採用している。しかしながら、アダプティブ超音波探傷法は、超音波探触子と被検面との間に水を介在させた水浸法を利用するため、検査対象の部位の浅い位置に欠陥があった場合、欠陥からのエコーが検査対象表面直下のエコーに隠れてしまうという問題がある。   The ultrasonic flaw detection method described in Patent Document 1 employs a method called an adaptive ultrasonic flaw detection method that performs ultrasonic flaw detection using a water immersion method. However, the adaptive ultrasonic flaw detection method uses a water immersion method in which water is interposed between the ultrasonic probe and the surface to be inspected. There is a problem that the echo from the back is hidden behind the echo directly under the surface to be inspected.

また、原子炉容器のＢＭＩ（Ｂｏｔｔｏｍ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）管台やＣＲＤＭ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｏｄ Ｄｒｉｖｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）管台の外周Ｊ溶接部のような部位は、その形状が非常に狭隘なため、サイズの大きいフェーズドアレイ超音波探触子を、検査対象の部位に接触させて走査することが難しいという問題がある。   In addition, the parts such as the BMI (Bottom Mounted Instrumentation) nozzle and the CRDM (Control Rod Drive Mechanical) nozzle outer peripheral J-welded part of the reactor vessel are extremely narrow in shape, so that the size of the phased array There is a problem that it is difficult to scan the acoustic probe in contact with a region to be inspected.

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、被検面が平滑ではない複雑な形状を有している検査対象の部位を超音波探傷する超音波探傷システムであって、検査対象の部位の表面に接触し得る大きさであって、超音波の送信用の超音波振動子と、超音波の受信用の超音波振動子とを有する超音波探触子と、超音波探触子を走査制御するにあたり、超音波探触子の３次元の位置及び傾きを含む位置情報を取得する位置情報取得装置と、超音波探触子の受信用の超音波振動子が受信した超音波の大きさを示す信号であって、超音波探触子から出力された信号を、音波が帰ってくるまでにかかる時間が長くなるほど、その信号レベルに利得をかけて、各々の深さの欠陥から得られる信号レベルが等しくなるようにした後に、位置情報取得装置が取得した位置情報を利用して、波面の位置を送信用の超音波素子及び受信用の超音波素子の中心位置をそれぞれ焦点とした楕円形の波面を基にして開口合成処理する信号処理装置と備える。 In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, an ultrasonic flaw detection system that ultrasonically flaws a region to be inspected having a complicated shape whose test surface is not smooth, a surface size may contact of the portion to be inspected, and the ultrasonic transducer for transmission of ultrasonic waves, an ultrasonic probe having an ultrasonic transducer for receiving ultrasonic waves, ultrasonic In scanning control of the probe, the position information acquisition device for acquiring position information including the three-dimensional position and inclination of the ultrasonic probe and the ultrasonic transducer for receiving the ultrasonic probe received A signal indicating the size of the ultrasonic wave, and the longer the time it takes for the sound wave to return to the signal output from the ultrasonic probe, the gain is applied to the signal level and the depth of each signal is increased. after the signal level obtained from the defect was equal, location By using the location information acquired device has acquired, ultrasonic elements and respectively the center position of the ultrasonic element for receiving based on the wavefront of the oval and focus signal for aperture synthesis processing for transmitting a position of the wavefront It is provided with a processing device.

超音波探触子は、検査対象の部位に接触させたときに、検査対象の部位の表面からの浮き上がりが０．４ｍｍ以内に抑えられる大きさであってよい。   The ultrasonic probe may be of such a size that when the probe is brought into contact with a region to be inspected, the lift from the surface of the region to be inspected can be suppressed within 0.4 mm.

超音波探触子を走査制御するにあたり、超音波探触子の３次元の位置及び傾きを含む位置情報を取得する位置情報取得装置を更に有し、信号処理装置は、位置情報取得装置が取得した位置情報を利用して開口合成処理を行ってよい。   In scanning control of the ultrasonic probe, it further includes a position information acquisition device that acquires position information including the three-dimensional position and inclination of the ultrasonic probe, and the signal processing device is acquired by the position information acquisition device. The aperture synthesis process may be performed using the position information.

位置情報取得装置は、走査制御されている超音波探触子の３次元の位置と傾きをリアルタイムで計測することによって、超音波探触子の位置情報を取得してよい。   The position information acquisition device may acquire the position information of the ultrasound probe by measuring in real time the three-dimensional position and inclination of the ultrasound probe that is scan-controlled.

位置情報取得装置は、検査対象の部位の表面形状を予め取得しておき、当該検査対象の部位に倣って超音波探触子が走査制御される際に、予め取得しておいた検査対象の部位の表面形状に基づいて、超音波探触子の位置情報を取得してよい。   The position information acquisition device acquires in advance the surface shape of the part to be inspected, and when the ultrasonic probe is controlled to scan following the part to be inspected, The position information of the ultrasound probe may be acquired based on the surface shape of the part.

なおまた、上記のように発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。   In addition, as described above, the summary of the invention does not enumerate all necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、原子炉容器のＢＭＩ管台やＣＲＤＭ管台のＪ溶接部のように、被検面が平滑ではない複雑な形状を有している検査対象の部位においても、表面近傍の欠陥に対して欠陥検出及び深さサイジングが可能になる。   As is clear from the above description, according to the present invention, the inspection surface has a complex shape that is not smooth, such as the BMI nozzle of the reactor vessel and the J weld of the CRDM nozzle. Even in the target region, defect detection and depth sizing can be performed for defects near the surface.

一実施形態に係る超音波探傷システムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the ultrasonic flaw detection system which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る超音波探触子１００の一例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an example of an ultrasonic probe 100 according to an embodiment. 一実施形態に係る位置情報取得装置２００の一例を示す図である。It is a figure showing an example of position information acquisition device 200 concerning one embodiment. 複数のワイヤ２１５が接続されている状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the some wire 215 is connected.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the scope of claims, and all combinations of features described in the embodiments are included. It is not necessarily essential for the solution of the invention.

図１は、一実施形態に係る超音波探傷システムの一例を示す。超音波探傷システムは、被検面が平滑ではない複雑な形状を有している検査対象の部位を超音波探傷するためのシステムである。超音波探傷システムは、超音波探触子１００、位置情報取得装置２００、信号処理装置３００、及び制御装置４００を備える。   FIG. 1 shows an example of an ultrasonic flaw detection system according to an embodiment. The ultrasonic flaw detection system is a system for performing ultrasonic flaw detection on a region to be inspected having a complicated shape whose surface to be examined is not smooth. The ultrasonic flaw detection system includes an ultrasonic probe 100, a position information acquisition device 200, a signal processing device 300, and a control device 400.

超音波探触子１００は、入力を受け付けた電気信号のレベルに応じたレベルの超音波を送信すると共に、受信した超音波のレベルに応じたレベルの電気信号を出力する手段である。具体的には、超音波探触子１００は、制御装置４００から出力された電気信号の入力を受け付けると、その電気信号のレベルに応じたレベルの超音波を出力する。また、超音波探触子１００は、超音波を受信すると、その超音波のレベルに応じたレベルの電気信号を、信号処理装置３００へ出力する。   The ultrasonic probe 100 is means for transmitting an ultrasonic wave having a level corresponding to the level of the received electric signal and outputting an electric signal having a level corresponding to the received ultrasonic level. Specifically, when receiving the input of the electric signal output from the control device 400, the ultrasonic probe 100 outputs an ultrasonic wave having a level corresponding to the level of the electric signal. Further, when receiving the ultrasonic wave, the ultrasonic probe 100 outputs an electric signal having a level corresponding to the level of the ultrasonic wave to the signal processing device 300.

位置情報取得装置２００は、検査対象の部位を探傷しているときの超音波探触子１００の位置情報を取得する手段である。具体的には、位置情報取得装置２００は、超音波探触子１００の位置情報として、検査対象の部位に対する超音波探触子１００の３次元の位置と、傾きとを取得する。そして、位置情報取得装置２００は、超音波探触子１００の位置情報を取得すると、その位置情報を示すデータを、信号処理装置３００へ出力する。   The position information acquisition device 200 is means for acquiring position information of the ultrasonic probe 100 when a part to be inspected is flawed. Specifically, the position information acquisition apparatus 200 acquires the three-dimensional position and inclination of the ultrasonic probe 100 with respect to the region to be inspected as position information of the ultrasonic probe 100. When the position information acquisition apparatus 200 acquires the position information of the ultrasound probe 100, the position information acquisition apparatus 200 outputs data indicating the position information to the signal processing apparatus 300.

信号処理装置３００は、超音波探触子１００から出力された電気信号を信号処理する手段である。具体的には、信号処理装置３００は、超音波探触子１００から出力された電気信号を開口合成処理する。その際、信号処理装置３００は、位置情報取得装置２００から出力されたデータによって示される超音波探触子１００の位置情報を用いて、超音波探触子１００から出力された電気信号を補正しながら開口合成処理する。   The signal processing device 300 is means for signal processing the electrical signal output from the ultrasound probe 100. Specifically, the signal processing device 300 performs aperture synthesis processing on the electrical signal output from the ultrasound probe 100. At that time, the signal processing apparatus 300 corrects the electrical signal output from the ultrasound probe 100 using the position information of the ultrasound probe 100 indicated by the data output from the position information acquisition apparatus 200. While performing aperture synthesis.

制御装置４００は、超音波探触子１００を電気的に制御する手段である。具体的には、制御装置４００は、超音波探触子１００から送信されるべき超音波のレベルを決定するレベルの電気信号を、超音波探触子１００へ出力する。   The control device 400 is means for electrically controlling the ultrasonic probe 100. Specifically, the control device 400 outputs an electrical signal of a level that determines the level of the ultrasound to be transmitted from the ultrasound probe 100 to the ultrasound probe 100.

図２は、一実施形態に係る超音波探触子１００の一例を示す。具体的には、図２は、超音波探触子１００が、その筐体１１０の下面の接触面１１１を介して、検査対象の部位９００と接触している状態を示している。   FIG. 2 shows an example of the ultrasound probe 100 according to an embodiment. Specifically, FIG. 2 shows a state in which the ultrasound probe 100 is in contact with a region 900 to be inspected via a contact surface 111 on the lower surface of the casing 110.

超音波探触子１００の筐体１１０の内部には、２つの超音波振動子１２０、１３０、遮音板１４０、及び楔１５０が内蔵されている。超音波振動子１２０は、制御装置４００から出力され、入力を受け付けた電気信号のレベルに応じたレベルの超音波を送信する手段である。超音波振動子１３０は、受信した超音波のレベルに応じたレベルの電気信号を出力する手段である。このように、超音波探触子１００は、超音波の送信用の超音波振動子１２０と、超音波の受信用の超音波振動子１３０とを分離した２探探触子構造とされる。これにより、本発明に係る超音波探傷システムでは、超音波探触子１００を、検査対象の部位９００に接触させて超音波探傷する際に、検査対象の部位９００の表面直下のエコーに欠陥信号が隠れてしまうことを防ぐことができる。   Two ultrasonic transducers 120 and 130, a sound insulating plate 140, and a wedge 150 are built in the housing 110 of the ultrasonic probe 100. The ultrasonic transducer 120 is a means for transmitting an ultrasonic wave having a level corresponding to the level of an electrical signal output from the control device 400 and receiving an input. The ultrasonic transducer 130 is a means for outputting an electric signal having a level corresponding to the level of the received ultrasonic wave. As described above, the ultrasonic probe 100 has a two-probe structure in which the ultrasonic transducer 120 for transmitting ultrasonic waves and the ultrasonic transducer 130 for receiving ultrasonic waves are separated. Thus, in the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, when the ultrasonic probe 100 is brought into contact with the inspection target region 900 and ultrasonic inspection is performed, a defect signal is transmitted to the echo immediately below the surface of the inspection target region 900. Can be prevented from being hidden.

遮音板１４０は、超音波探触子１００の筐体１１０の内部において、超音波振動子１２０と超音波振動子１３０との間に配設されている板状の部材である。遮音板１４０は、超音波を伝導させないような材質によって形成される。このようにして、遮音板１４０は、超音波探触子１００の筐体１１０の内部において、超音波振動子１３０から送信された超音波を遮断し、超音波振動子１４０へ直接的に伝播しないようにする。   The sound insulating plate 140 is a plate-like member disposed between the ultrasonic transducer 120 and the ultrasonic transducer 130 inside the housing 110 of the ultrasonic probe 100. The sound insulating plate 140 is formed of a material that does not conduct ultrasonic waves. In this way, the sound insulation plate 140 blocks the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 130 inside the casing 110 of the ultrasonic probe 100 and does not directly propagate to the ultrasonic transducer 140. Like that.

楔１５０は、超音波探触子１００の筐体１１０の内部に充填されている樹脂である。楔１５０によって、各振動子と接触面１１１との距離をとっている。これによって、本発明に係る超音波探傷システムにおいては、検査対象の部位９００の表面を伝わる音によって欠陥信号が隠れてしまうことを防ぐことができる。   The wedge 150 is a resin filled in the housing 110 of the ultrasonic probe 100. The wedge 150 takes the distance between each vibrator and the contact surface 111. Thereby, in the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, it is possible to prevent the defect signal from being hidden by the sound transmitted through the surface of the part 900 to be inspected.

また、各超音波振動子１２０、１３０には、ハの字になるように所定の角度が付けられている。これによって、本発明に係る超音波探傷システムにおいては、接触面１１１より大きい各超音波振動子１２０、１３０を、筐体１１０に収容することができる。また、これにより欠陥端部エコーの検出性を高めることができる。   Further, each ultrasonic transducer 120, 130 is given a predetermined angle so as to have a square shape. Thus, in the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, the ultrasonic transducers 120 and 130 larger than the contact surface 111 can be accommodated in the housing 110. This also improves the detectability of the defect end echo.

なお、本発明に係る超音波探傷システムにおいては、原子炉容器のＢＭＩ管台やＣＲＤＭ管台のＪ溶接部の表面の曲率を考慮し、検査対象の部位９００と探触子との隙間での多重エコーを軽減させるために、検査対象の部位９００からの探触子の浮き上がりを０．４ｍｍ以内に抑えるようにする。この条件を満たしつつ、良好な倣い性も確保できる接触面１１１の形状を検討した結果、接触面１１１の形状は、５×５ｍｍの正方形、又はφ５ｍｍの円形とする。   In the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, in consideration of the curvature of the surface of the J-welded portion of the BMI nozzle of the nuclear reactor vessel or the CRDM nozzle, the gap between the region 900 to be inspected and the probe is taken into account. In order to reduce multiple echoes, the lift of the probe from the region 900 to be inspected is suppressed to within 0.4 mm. As a result of investigating the shape of the contact surface 111 that satisfies this condition and can ensure good followability, the shape of the contact surface 111 is a 5 × 5 mm square or a φ5 mm circle.

このように、本発明に係る超音波探傷システムにおいて用いられる超音波探触子１００は、極めて小さいサイズの探触子である。しかしながら、超音波探触子１００が受信することができる超音波のレベルは、超音波探触子１００のサイズが小さくなるにつれ低下してしまう。そこで、本発明に係る超音波探傷システムにおいては、超音波探触子１００の出力信号を開口合成処理することによって、欠陥信号レベルを向上させる。   Thus, the ultrasonic probe 100 used in the ultrasonic flaw detection system according to the present invention is a very small size probe. However, the level of ultrasonic waves that can be received by the ultrasonic probe 100 decreases as the size of the ultrasonic probe 100 decreases. Therefore, in the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, the defect signal level is improved by subjecting the output signal of the ultrasonic probe 100 to aperture synthesis processing.

このようにして、原子炉容器のＢＭＩ管台やＣＲＤＭ管台のＪ溶接部のように、被検面が平滑ではない複雑な形状を有している検査対象の部位においても、表面近傍の欠陥に対して欠陥検出及び深さサイジングが可能になる。   In this way, even in a region to be inspected where the surface to be inspected has a complex shape that is not smooth, such as a BMI nozzle of a nuclear reactor vessel or a J weld of a CRDM nozzle, defects near the surface In contrast, defect detection and depth sizing are possible.

ところで、被検面が平滑ではない複雑な形状を有している検査対象の部位９００を超音波探傷する場合、検査対象の部位９００の表面の凹凸形状により超音波探触子１００の位置が上下したり傾いたりするため、開口合成処理の精度が低下してしまう。   By the way, when ultrasonic inspection is performed on a part 900 to be inspected having a complex shape whose surface to be inspected is not smooth, the position of the ultrasonic probe 100 is moved up and down by the uneven shape on the surface of the part 900 to be inspected. The accuracy of the aperture synthesis process is reduced due to the tilting or tilting.

そこで、本発明に係る超音波探傷システムでは、検査対象の部位９００の表面上で超音波探触子１００を走査させる際に、その探触子の３次元位置情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と傾き（θ）を取得し、超音波の入射点位置に対して、精確な位置情報を与えることで、開口合成処理の精度を向上させる。具体的には、超音波探触子１００の３次元の位置情報と傾きを利用することによって、探触子から発せられるビームの広がりを精確に把握することができる。これにより、欠陥エコーのＳＮ向上と信号位置精度が向上し、検出性とサイジング精度が向上する。超音波探触子１００の位置情報を取得するには、様々な方法が考えられる。   Therefore, in the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, when the ultrasonic probe 100 is scanned on the surface of the part 900 to be inspected, the three-dimensional position information (X, Y, Z) of the probe and The accuracy of the aperture synthesis process is improved by acquiring the inclination (θ) and giving accurate position information to the position of the ultrasonic incident point. Specifically, by using the three-dimensional position information and the tilt of the ultrasonic probe 100, it is possible to accurately grasp the spread of the beam emitted from the probe. Thereby, SN improvement and signal position accuracy of defect echoes are improved, and detectability and sizing accuracy are improved. Various methods are conceivable for acquiring the position information of the ultrasonic probe 100.

超音波探触子１００の位置情報を取得する方法としては、走査制御されている超音波探触子１００の３次元の位置と傾きをリアルタイムで計測することによって、超音波探触子１００の位置情報を取得する方法が考えられる。具体的には、超音波探触子１００をカメラで撮影し、画像処理を加えて位置情報を得る方法が考えられる。他には、超音波探触子１００から超音波を発し、複数設けた受信素子により得られる音のズレを処理することにより位置情報を得る方法が考えられる。他には、超音波探触子１００へ複数位置からワイヤエンコーダを取り付け、各ワイヤの長さにより位置情報を計算する方法が考えられる。他には、多関節機構で超音波探触子１００を保持し、各関節の長さ、角度情報から位置情報を得る方法が考えられる。   As a method of acquiring the position information of the ultrasonic probe 100, the position of the ultrasonic probe 100 is measured by measuring the three-dimensional position and tilt of the ultrasonic probe 100 that is controlled in real time in real time. A method of acquiring information can be considered. Specifically, a method is conceivable in which the ultrasonic probe 100 is photographed with a camera and image processing is performed to obtain position information. Another possible method is to obtain position information by emitting an ultrasonic wave from the ultrasonic probe 100 and processing a shift in sound obtained by a plurality of receiving elements. Another possible method is to attach wire encoders from a plurality of positions to the ultrasound probe 100 and calculate position information based on the length of each wire. Another possible method is to hold the ultrasonic probe 100 with a multi-joint mechanism and obtain position information from the length and angle information of each joint.

また、超音波探触子１００の位置情報を取得する他の方法としては、検査対象の部位９００の表面形状を予め取得しておき、その後表面形状を把握した検査対象の部位９００に倣って超音波探触子１００を走査制御することで、予め取得しておいた検査対象の部位９００の表面形状に基づいて、超音波探触子１００の位置情報を取得する方法が考えられる。具体的には、３Ｄデジタイザで探傷部位の表面形状を取得し、その部位を探傷する方法が考えられる。他には、設計図から走査面の表面形状を得て、その部位を探傷する方法が考えられる。他には、レーザービームで探傷部位の表面形状を取得し、その部位を探傷する方法が考えられる。他には、水浸超音波探傷で探傷部位の表面形状を取得し、その部位を探傷する方法が考えられる。   As another method for acquiring the position information of the ultrasound probe 100, the surface shape of the inspection target region 900 is acquired in advance, and then the surface shape of the surface 900 of the inspection target is grasped. A method of acquiring the position information of the ultrasonic probe 100 based on the surface shape of the inspection target region 900 that has been acquired in advance by scanning control of the ultrasonic probe 100 is conceivable. Specifically, a method of acquiring the surface shape of the flaw detection site with a 3D digitizer and flaw detection of that portion can be considered. Another possible method is to obtain the surface shape of the scanning surface from the design drawing and to detect the part. Another possible method is to acquire the surface shape of the flaw detection site with a laser beam and to flaw the flaw detection site. Another possible method is to acquire the surface shape of the flaw detection site by water immersion ultrasonic flaw detection and to detect the flaw.

本発明に係る超音波探傷システムにおいては、上記のような方法によって超音波探触子１００の位置情報を取得し、その位置情報を用いて開口合成処理を行うので、開口合成処理の精度が向上し、欠陥の深さをより精確にサイジングすることができる。   In the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, the position information of the ultrasonic probe 100 is acquired by the method as described above, and the aperture synthesis process is performed using the position information, so the accuracy of the aperture synthesis process is improved. In addition, the depth of the defect can be sized more accurately.

図３は、一実施形態に係る位置情報取得装置２００の一例を示す。位置情報取得装置２００は、上記の超音波探触子１００の位置情報を取得する方法のうち、超音波探触子１００へ複数位置からワイヤエンコーダを取り付け、各ワイヤの長さにより位置情報を算出する装置である。   FIG. 3 shows an example of the position information acquisition apparatus 200 according to an embodiment. The position information acquisition apparatus 200 attaches wire encoders from a plurality of positions to the ultrasonic probe 100 among the methods for acquiring the position information of the ultrasonic probe 100, and calculates the position information based on the length of each wire. It is a device to do.

位置情報取得装置２００は、保持機構２１０、及び走査機構２２０によって構成される。保持機構２１０は、超音波探触子１００を保持する手段である。走査機構２２０は、保持機構２１０を目標探傷部位へと移動せしめる手段である。   The position information acquisition device 200 includes a holding mechanism 210 and a scanning mechanism 220. The holding mechanism 210 is a means for holding the ultrasonic probe 100. The scanning mechanism 220 is means for moving the holding mechanism 210 to the target flaw detection site.

保持機構２１０は、ホルダ２１１、板ばね２１２、ＸＹステージ２１３、ワイヤ基部２１４、及び複数のワイヤ２１５（図中には、１本だけ示されている）によって構成される。ホルダ２１１は、超音波探触子１００を回転自在に保持している部材である。板ばね２１２は、ホルダ２１１の一端を支持し、押付圧力を生じさせる部材である。ＸＹステージ２１３は、超音波探触子１００、ホルダ２１１、及び板ばね２１２を溶接部に沿う２次元平面上で直交２軸に走査させる部材である。ワイヤ基部２１４は、ＸＹステージ２１３と剛接続している部材である。   The holding mechanism 210 includes a holder 211, a leaf spring 212, an XY stage 213, a wire base 214, and a plurality of wires 215 (only one is shown in the drawing). The holder 211 is a member that rotatably holds the ultrasonic probe 100. The leaf spring 212 is a member that supports one end of the holder 211 and generates a pressing pressure. The XY stage 213 is a member that scans the ultrasonic probe 100, the holder 211, and the leaf spring 212 in two orthogonal axes on a two-dimensional plane along the welded portion. The wire base 214 is a member that is rigidly connected to the XY stage 213.

各ワイヤ２１５は、その一端がワイヤ基部２１４に接続され、他端が超音波探触子１００に接続されている（図４参照）。具体的には、各ワイヤ２１５ａ〜ｈの一端は、ワイヤ基部２１４の表面上に設けられた８点の位置にそれぞれ接続されている。この８点を、αｉ（ｉ＝１〜８）と呼ぶ。また、各ワイヤ２１５ａ〜ｃの他端は、超音波探触子側面に超音波探触子から一定距離をとった点β１にそれぞれ接続されている。同様に、各ワイヤ２１５ｄ〜ｆの他端は、超音波探触子側面に超音波探触子から一定距離をとった点β２にそれぞれ接続されている。また、各ワイヤ２１５ｇ、２１５ｈの他端は、超音波探触子上の点β３にそれぞれ接続されている。これら各ワイヤ２１５ａ〜ｈは、ワイヤエンコーダのように長さが変化し、且つその長さの計測が可能となっている。 Each wire 215 has one end connected to the wire base 214 and the other end connected to the ultrasonic probe 100 (see FIG. 4). Specifically, one end of each of the wires 215a to 215h is connected to each of eight positions provided on the surface of the wire base 214. These eight points are referred to as α i (i = 1 to 8). The other end of each wire 215a~c are connected from the ultrasound probe to the ultrasonic probe side to the point beta 1 took a certain distance. Similarly, the other end of each wire 215d~f are connected from the ultrasound probe to the ultrasonic probe side in 2 beta that took a certain distance. Further, each wire 215 g, the other end of 215h are respectively connected to the point beta 3 on the ultrasound probe. Each of the wires 215a to 215a to 215h is changed in length like a wire encoder, and the length can be measured.

走査機構２２０は、複数のアーム部材２２１ａ〜ｃ（以下、アーム２２１と総称する。）、複数の関節部材２２２ａ、ｂ（以下、関節部材２２２と総称する。）、及び走査制御装置２２３によって構成される。各アーム部材２２１は、少なくともその一端が関節部材２２２に接続されており、関節部材が回動すると、その動きに伴い駆動する。走査制御装置２２０は、保持機構２１０、及び関節部材２２２の動作を制御することによって超音波探触子１００を走査制御すると共に、そのときの超音波探触子１００の位置情報を算出する。   The scanning mechanism 220 includes a plurality of arm members 221a to 221c (hereinafter collectively referred to as arms 221), a plurality of joint members 222a and 222b (hereinafter collectively referred to as joint members 222), and a scanning control device 223. The At least one end of each arm member 221 is connected to the joint member 222. When the joint member rotates, the arm member 221 is driven along with the movement. The scanning control device 220 controls the scanning of the ultrasonic probe 100 by controlling the operations of the holding mechanism 210 and the joint member 222, and calculates position information of the ultrasonic probe 100 at that time.

走査制御装置２２３は、下記のような方法によって超音波探触子１００の位置情報を算出する。まず、走査制御装置２２３は、走査機構に設けられたアーム２２１の長さ、関節部材２２２より出力される回転角度からＸＹステージの位置情報を取得する。ＸＹステージからの超音波探触子１００の相対位置情報については、複雑形状をなす溶接部上を板ばねで保持した超音波探触子１００が移動することになるため、ワイヤ基部から伸びるワイヤ長を計測し、この長さを基にして超音波探触子１００の３次元位置、傾きを得る。   The scanning control device 223 calculates the position information of the ultrasonic probe 100 by the following method. First, the scanning control device 223 acquires the position information of the XY stage from the length of the arm 221 provided in the scanning mechanism and the rotation angle output from the joint member 222. Regarding the relative position information of the ultrasonic probe 100 from the XY stage, since the ultrasonic probe 100 held by a leaf spring moves on the welded portion having a complicated shape, the length of the wire extending from the wire base portion is moved. And the three-dimensional position and inclination of the ultrasonic probe 100 are obtained based on this length.

具体的には、走査制御装置２２３は、ワイヤ基部２１４の８点から、超音波探触子１００の３点までのそれぞれのワイヤ長を計測し、超音波探触子１００の中心位置座標を求める。ワイヤ基部上のαｉ（ｉ＝１〜８）から超音波探触子上の点β１、β２、β３までの距離ｌｉ（ｉ＝１〜８）を計測する。点αｉ（ｉ＝１〜３）の位置座標と距離ｌｉ（ｉ＝１〜３）から点β１、点αｉ（ｉ＝４〜６）の位置座標と距離ｌｉ（ｉ＝４〜６）からβ２の位置座標を算出する。点α７、α８、β１、β２の位置座標と距離ｌ７、ｌ８から点β３の位置座標を算出する。 Specifically, the scanning control device 223 measures the respective wire lengths from 8 points on the wire base 214 to 3 points on the ultrasonic probe 100, and obtains the center position coordinates of the ultrasonic probe 100. . The distances l i (i = 1 to 8) from α i (i = 1 to 8) on the wire base to points β 1 , β 2 and β 3 on the ultrasonic probe are measured. Point alpha i coordinates and the distance l i (i = 1 to 3) points from beta 1 of (i = 1~3), point α i (i = 4~6) coordinates and the distance l i of (i = 4 and it calculates the position coordinates of the beta 2 from 6). From the position coordinates of the points α 7 , α 8 , β 1 , β 2 and the distances l 7 , l 8 , the position coordinates of the point β 3 are calculated.

そして、走査制御装置２２３は、点β１、β２、β３の位置座標から超音波探触子１００の接触面１１１の中心座標点Ａの位置座標を算出する。なお、点Ａ、β１、β２、β３の超音波探触子１００上での相対位置関係は予め把握されている。また、走査制御装置２２３は、点Ａ、β２の位置座標から超音波探触子１００の傾きを算出する。なお、ワイヤ基部２１４の表面をＸＹ平面とする座標系において、平面上の３点（ｘｉ、ｙｉ、０）、（ｘｊ、ｙｊ、０）、（ｘｋ、ｙｋ、０）からの距離がｌｉ、ｌｊ、ｌｋとなる点の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める算出式を連立方程式（１）に示す。但し、Ｚ＞０とする。

Figure 0005748417
Ｘ、Ｙ、Ｚの各値は、連立方程式（１）を展開することによって、それぞれ式（２）のようになる。
Figure 0005748417
 Then, the scanning control device 223 calculates the position coordinates of the center coordinate point A of the contact surface 111 of the ultrasonic probe 100 from the position coordinates of the points β 1 , β 2 , β 3 . Note that the relative positional relationships of the points A, β 1 , β 2 , and β 3 on the ultrasonic probe 100 are known in advance. The scanning control unit 223, the point A, and calculates the inclination of the ultrasonic probe 100 from the position coordinates of the beta 2. In the coordinate system in which the surface of the wire base 214 is the XY plane, three points on the plane (x i , y i , 0), (x j , y j , 0), (x k , y k , 0) A simultaneous equation (1) shows a calculation formula for obtaining the coordinates (X, Y, Z) of the points whose distances from the distances are l i , l j , and l k . However, it is assumed that Z> 0.
Figure 0005748417
 Each value of X, Y, and Z is expressed by Equation (2) by developing the simultaneous equations (1).
Figure 0005748417

このようにして、走査制御装置２２３は、走査機構２２０の各関節より得られる情報を利用して算出したＸＹステージの位置と、ワイヤ長を利用して得られる超音波探触子１００のＸＹステージからの相対距離より、超音波探触子１００の接触面１１１の中心座標点Ａ（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）を算出する。 In this way, the scanning control device 223 uses the XY stage position calculated using information obtained from each joint of the scanning mechanism 220 and the XY stage of the ultrasonic probe 100 obtained using the wire length. The center coordinate point A (X a , Y a , Z a ) of the contact surface 111 of the ultrasonic probe 100 is calculated from the relative distance from.

また、走査制御装置２２３は、保持機構２１０におけるＸＹステージ２１３が一定距離動作する度に、超音波探触子１００の出力信号を取得するためのトリガー信号を、信号処理装置３００に出力する。信号処理装置３００は、このトリガー信号を受信した時の超音波探触子１００の出力信号を取得する。そして、信号処理装置３００は、トリガー信号を基にして、超音波探触子１００の位置情報と超音波探傷データの紐付けを行うことにより、開口合成処理を実施する。その際、信号処理装置３００は、波面の位置を２つの振動子の中心位置をそれぞれ焦点とした楕円形の波面を基にして開口合成処理を行う。このようにすることで、２探探触子を用いた場合の開口合成処理の精度を向上させることができる。   Further, the scanning control device 223 outputs a trigger signal for acquiring the output signal of the ultrasonic probe 100 to the signal processing device 300 every time the XY stage 213 in the holding mechanism 210 operates for a certain distance. The signal processing device 300 acquires the output signal of the ultrasonic probe 100 when the trigger signal is received. Then, the signal processing device 300 performs aperture synthesis processing by associating the position information of the ultrasonic probe 100 with the ultrasonic flaw detection data based on the trigger signal. At that time, the signal processing apparatus 300 performs aperture synthesis processing based on an elliptical wavefront whose focal point is the center position of the two transducers. By doing so, it is possible to improve the accuracy of the aperture synthesis process when the two probes are used.

欠陥からの信号レベルは、超音波探触子１００から離れた位置にあるほど弱くなる。そこで、信号処理装置３００は、音波が帰ってくるまでにかかる時間が長くなるほど、その信号レベルに利得をかけて、各々の深さの欠陥から得られる信号レベルが等しくなるようにした後に、開口合成処理を行う。このようにすることで、深い欠陥の検出性が向上する。なお、各深さに対応した利得の値は、予め深さの分かっている開口欠陥を設けた試験体（探傷部位と同材料）を探傷し、その結果を利用して決定する。   The signal level from the defect becomes weaker as the position is farther from the ultrasonic probe 100. Therefore, the signal processing apparatus 300 increases the signal level gain as the time it takes for the sound wave to return, and the signal level obtained from each depth defect is equalized. Perform synthesis processing. By doing so, the detectability of deep defects is improved. Note that the gain value corresponding to each depth is determined using a result obtained by detecting a test body (same material as the flaw detection site) provided with an opening defect whose depth is known in advance.

以上説明したように、本発明に係る超音波探傷システムでは、ＢＭＩ管台やＣＲＤＭ管台のＪ溶接部においても高精度な超音波探傷を実現することができる。   As described above, in the ultrasonic flaw detection system according to the present invention, high-accuracy ultrasonic flaw detection can be realized even in the J-welded portion of the BMI nozzle base or the CRDM nozzle base.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

１００ 超音波探触子
１１０ 筐体
１１１ 接触面
１２０ 超音波振動子
１３０ 超音波振動子
１４０ 遮音板
２００ 位置情報取得装置
２１０ 保持機構
２１１ ホルダ
２１２ 板ばね
２１３ ＸＹステージ
２１４ ワイヤ基部
２１５ ワイヤ
２２０ 走査機構
２２１ アーム部材
２２２ 関節部材
２２３ 走査制御装置
３００ 信号処理装置
４００ 制御装置
９００ 検査対象の部位 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Ultrasonic probe 110 Housing | casing 111 Contact surface 120 Ultrasonic vibrator 130 Ultrasonic vibrator 140 Sound insulation board 200 Position information acquisition apparatus 210 Holding mechanism 211 Holder 212 Leaf spring 213 XY stage 214 Wire base 215 Wire 220 Scanning mechanism 221 Arm member 222 Joint member 223 Scanning control device 300 Signal processing device 400 Control device 900 Site to be inspected

Claims (4)

被検面が平滑ではない複雑な形状を有している検査対象の部位を超音波探傷する超音波探傷システムであって、
前記検査対象の部位の表面に接触し得る大きさであって、超音波の送信用の超音波振動子と、超音波の受信用の超音波振動子とを有する超音波探触子と、
前記超音波探触子を走査制御するにあたり、前記超音波探触子の３次元の位置及び傾きを含む位置情報を取得する位置情報取得装置と、
前記超音波探触子の受信用の超音波振動子が受信した超音波の大きさを示す信号であって、前記超音波探触子から出力された信号を、音波が帰ってくるまでにかかる時間が長くなるほど、その信号レベルに利得をかけて、各々の深さの欠陥から得られる信号レベルが等しくなるようにした後に、前記位置情報取得装置が取得した位置情報を利用して、波面の位置を前記送信用の超音波素子及び前記受信用の超音波素子の中心位置をそれぞれ焦点とした楕円形の波面を基にして開口合成処理する信号処理装置と
を備える超音波探傷システム。 An ultrasonic flaw detection system that performs ultrasonic flaw detection on a region to be inspected having a complex shape whose test surface is not smooth,
An ultrasonic probe having an ultrasonic transducer for transmitting ultrasonic waves and an ultrasonic transducer for receiving ultrasonic waves, which has a size capable of contacting the surface of the region to be inspected;
A position information acquisition device for acquiring position information including a three-dimensional position and inclination of the ultrasonic probe in scanning control of the ultrasonic probe;
The signal indicating the magnitude of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer for receiving the ultrasonic probe, and the signal output from the ultrasonic probe is applied until the sound wave returns. The longer the time, the gain is applied to the signal level so that the signal level obtained from each depth defect becomes equal, and then the position information acquired by the position information acquisition device is used to An ultrasonic flaw detection system comprising: a signal processing device that performs aperture synthesis processing based on an elliptical wavefront whose positions are focused on the center positions of the transmitting ultrasonic element and the receiving ultrasonic element, respectively . 前記超音波探触子は、前記検査対象の部位に接触させたときに、前記検査対象の部位の表面からの浮き上がりが０．４ｍｍ以内に抑えられる大きさである
請求項１に記載の超音波探傷システム。 2. The ultrasonic wave according to claim 1, wherein when the ultrasonic probe is brought into contact with the region to be inspected, the ultrasonic probe has a size capable of suppressing the lifting from the surface of the region to be inspected within 0.4 mm. Flaw detection system. 前記位置情報取得装置は、走査制御されている前記超音波探触子の３次元の位置と傾きをリアルタイムで計測することによって、前記超音波探触子の位置情報を取得する
請求項１又は２に記載の超音波探傷システム。 The position information acquisition device, by measuring the three-dimensional position and inclination of the ultrasonic probe being scanned controlled in real time, according to claim 1 or 2 acquires position information of the ultrasonic probe The ultrasonic flaw detection system described in. 前記位置情報取得装置は、前記検査対象の部位の表面形状を予め取得しておき、当該検査対象の部位に倣って前記超音波探触子が走査制御される際に、予め取得しておいた前記検査対象の部位の表面形状に基づいて、前記超音波探触子の位置情報を取得する
請求項１又は２に記載の超音波探傷システム。 The position information acquisition device acquires in advance the surface shape of the region to be inspected, and acquires in advance when the ultrasonic probe is controlled to scan following the region to be inspected. ultrasonic flaw detection system according to claim 1 or 2 based on the surface shape of the portion of said object, obtains the positional information of the ultrasonic probe.
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