JP5996415B2 - Ultrasonic flaw detection apparatus and method - Google Patents
Ultrasonic flaw detection apparatus and method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5996415B2 JP5996415B2 JP2012277416A JP2012277416A JP5996415B2 JP 5996415 B2 JP5996415 B2 JP 5996415B2 JP 2012277416 A JP2012277416 A JP 2012277416A JP 2012277416 A JP2012277416 A JP 2012277416A JP 5996415 B2 JP5996415 B2 JP 5996415B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- component
- echo
- defect
- nonlinear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明の実施形態は、被検査対象の欠陥を非線形超音波成分を用いて検出する超音波探傷装置及び方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to an ultrasonic flaw detection apparatus and method for detecting a defect to be inspected using a nonlinear ultrasonic component.
超音波探傷試験は、非破壊で構造材の表面及び内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術となっている。特に近年はプラント構造物などの安全性確保のため、これまで求められていなかった箇所への検査も要求されてきている。それに伴い、検査の確実性だけでなく効率化が求められてきている。 The ultrasonic flaw detection test is a technique that enables non-destructive confirmation of the surface and internal soundness of a structural material, and is an inspection technique indispensable in various fields. Particularly in recent years, in order to ensure the safety of plant structures and the like, inspection of places that have not been required so far has been required. Accordingly, not only the reliability of inspection but also the efficiency has been demanded.
構造物に存在する体積欠陥を正確にサイジングしようとした場合、放射線透過試験（ＲＴ：Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）や超音波探傷試験（ＵＴ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）が有効な技術として挙げられる。放射線透過試験は、空孔などの体積をもった欠陥検出には有効だが、き裂や剥離など体積のない欠陥の検出には適さない。また、露光や現像といった検査工程があるため効率化には制限がある。 When attempting to accurately size a volume defect existing in a structure, a radiation transmission test (RT) and an ultrasonic flaw test (UT) are effective techniques. The radiation transmission test is effective for detecting defects with a volume such as holes, but is not suitable for detecting defects with no volume such as cracks and delamination. Further, since there are inspection processes such as exposure and development, there is a limit to efficiency.
一方、超音波探傷試験は、空孔だけでなくき裂や剥離といった面欠陥に対する適用性が高く、検査結果もリアルタイムで取得可能である。近年では、一般的に使われている単眼プローブだけでなく、小型の圧電素子を複数個並べ、これらの圧電素子ごとにタイミング（遅延時間）をずらして超音波を発信することで任意の波形を形成できるフェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ：Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）なども実用化されており、ますます適用の幅が広がっている。よって、検査の効率化は、超音波探傷試験をベースに行うのが最も有効と考えられる。 On the other hand, the ultrasonic flaw detection test has high applicability to not only holes but also surface defects such as cracks and peeling, and the inspection results can be acquired in real time. In recent years, not only a commonly used monocular probe, but also a plurality of small piezoelectric elements are arranged, and an arbitrary waveform is generated by transmitting an ultrasonic wave by shifting the timing (delay time) for each of these piezoelectric elements. A phased array ultrasonic testing (PAUT) that can be formed has been put into practical use, and the range of application is further expanding. Therefore, it is considered most effective to improve the inspection efficiency based on the ultrasonic flaw detection test.
ここで、検査の効率化とはトータルでの検査時間短縮を意味する。検査時間短縮に寄与するものは、１測定点当たりの検査時間と１測定点当たりの検査範囲である。１測定点当たりの検査時間は、探傷装置の繰返し周波数、信号処理速度及びプローブの走査速度に依存する。探傷装置の繰返し周波数は１ｋＨｚ以上をもつものが一般的であり、信号処理速度もそれに準ずる速度をもつ。プローブの走査速度は検査対象や検査手法により千差万別であり、一般的に高速化を論じることが困難である。 Here, increasing the efficiency of inspection means shortening the total inspection time. What contributes to shortening the inspection time is the inspection time per measurement point and the inspection range per measurement point. The inspection time per measurement point depends on the repetition frequency of the flaw detector, the signal processing speed, and the scanning speed of the probe. The flaw detection apparatus generally has a repetition frequency of 1 kHz or more, and the signal processing speed has a speed equivalent to that. The scanning speed of the probe varies widely depending on the object to be inspected and the inspection method, and it is generally difficult to discuss speeding up.
ここで、もう一方の効率化に寄与する１測定点当たりの検査範囲について述べる。あくまで超音波探傷試験は、欠陥などに入射した超音波が起こす反射や回折などの現象を利用している。このときには、入射する超音波と欠陥由来の信号が時間もしくは空間的に分解できることが必須である。これは、指向性を維持し時間情報を用いて欠陥を評価可能なオーダの周波数帯域を用いていることを意味する（一般的な構造材に対する超音波探傷試験は０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の帯域を使用する）。 Here, the inspection range per measurement point contributing to the other efficiency improvement will be described. To the last, the ultrasonic flaw detection test uses a phenomenon such as reflection or diffraction caused by an ultrasonic wave incident on a defect. At this time, it is essential that the incident ultrasonic wave and the signal derived from the defect can be resolved temporally or spatially. This means that a frequency band of the order in which the directivity is maintained and defects can be evaluated using time information is used (the ultrasonic flaw detection test for a general structural material is a band of about 0.5 MHz to 10 MHz. Use).
この場合、１度に検査できる範囲がプローブサイズに依存することになる。単眼プローブなどは、一般的には２インチ径のものなどが最大である。単純にサイズを大きくしても分解能が低下するため、それ以上の大きさにすることは構造物の超音波探傷などでは実用に耐えない。フェーズドアレイ超音波探傷試験は、センサ数を増やしていけば検査範囲も増大するが、プローブ体積が増大してハンドリングが困難になるうえ、信号処理量も膨大になり、探傷器等のハードウェアにかかる負担が大きくなる。また、アレイプローブの素子１ｃｈ当たりを大きくして面積を増やすことも考えられるが、波長の半分以上に素子ピッチをあけるとビーム制御が困難になるため現実的ではない。これにより、フェーズドアレイ超音波探傷試験をもってしても、数千ｍｍ２オーダの面積が一度に検査できる範囲となり、検査範囲の拡大量には自ずと限界が生じる。 In this case, the range that can be inspected at a time depends on the probe size. In general, the largest monocular probe or the like has a diameter of 2 inches. Even if the size is simply increased, the resolution is lowered. Therefore, increasing the size beyond that is not practical for ultrasonic flaw detection of structures. The phased array ultrasonic flaw detection test increases the number of sensors, but the inspection range also increases, but the probe volume increases, handling becomes difficult, and the amount of signal processing becomes enormous. This burden increases. Although it is conceivable to increase the area per element of the array probe by increasing the area, it is not practical if the element pitch is increased to half or more of the wavelength, because beam control becomes difficult. As a result, even with a phased array ultrasonic flaw detection test, an area on the order of several thousand mm 2 becomes a range that can be inspected at once, and the amount of expansion of the inspection range is naturally limited.
センサ数を増やす、センサ径を大きくするというアプローチ以外に検査範囲（探傷範囲）を広げる手法としては、上述の探傷で用いられている縦波や横波などの体積波とは異なるモードの波を用いること、または、単純に周波数を低下させて体積波の到達する範囲を拡大することが挙げられる。前者の代表例は、ガイド波や表面波を用いた探傷である。表面波を用いた探傷は、基本的に被検査対象の表面に存在する欠陥のみが対象となる。そのため、内在する欠陥やき裂深さに関する情報は得られない。ガイド波による探傷は、基本的にラム波等の板波から表面波を用いたものまで幅広いが、被検査対象が厚板の場合にはある程度の深さに存在する欠陥に対して効果がない。 In addition to the approach of increasing the number of sensors and increasing the sensor diameter, as a method of expanding the inspection range (flaw detection range), a wave having a mode different from the volume wave such as the longitudinal wave and the transverse wave used in the above-described flaw detection is used. Or simply lowering the frequency to expand the reach of the volume wave. A typical example of the former is flaw detection using a guide wave or a surface wave. The flaw detection using the surface wave basically covers only the defects existing on the surface of the inspection object. For this reason, information on the inherent defects and crack depth cannot be obtained. The flaw detection with a guide wave is basically wide from a plate wave such as a Lamb wave to one using a surface wave, but when the object to be inspected is a thick plate, it has no effect on defects existing at a certain depth. .
後者の周波数を低下させる手法を用いれば、検査対象の表面及び内部の両方に超音波を伝播できる。しかし、周波数の低下に伴い欠陥の検出感度が低下してしまう。そこで、超音波の変位振幅を大きくすることでき裂部分に開閉挙動などを誘起し、そこで発生する非線形超音波成分（入射周波数ｆに対して、２ｆ、３ｆ、…ｎｆ、もしくはｆ／２、ｆ／３…ｆ／ｎの応答がある）に着目した。非線形超音波成分は、き裂などの欠陥から発生する成分であり、高精度な欠陥の検出や評価、材料劣化計測などに応用できる可能性がある。 If the latter method of reducing the frequency is used, it is possible to propagate ultrasonic waves both on the surface and inside of the inspection object. However, the defect detection sensitivity decreases as the frequency decreases. Therefore, it is possible to increase the displacement amplitude of the ultrasonic wave, to induce an opening / closing behavior or the like in the crack portion, and to generate a nonlinear ultrasonic component (2f, 3f,... Nf, or f / 2, f with respect to the incident frequency f). /3...f/n response). The nonlinear ultrasonic component is a component generated from a defect such as a crack, and may be applicable to highly accurate defect detection and evaluation, material deterioration measurement, and the like.
例えば、特許文献１は接合界面の微小欠陥を検出する技術である。
For example,
ところが、特許文献１に記載の技術は、欠陥の有無の検出にのみ有効であり欠陥サイズの定量評価には用いられていない。
However, the technique described in
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、被検査対象に生じた欠陥の位置及びサイズを定量的に評価して検査の確実性を向上できると共に、検査の効率化も実現できる超音波探傷装置及び方法を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and can improve the reliability of inspection by quantitatively evaluating the position and size of a defect generated in an inspection target, and can improve the efficiency of inspection. An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus and method that can also be realized.
本発明に係る実施形態の超音波探傷装置は、電圧波形を生成する信号発生機構と、周波数が１ＭＨｚ以下で且つ変位振幅が数十ｎｍ以上の超音波を被検査対象へ送信する超音波送信機構と、前記被検査対象からの超音波エコーを受信する超音波受信機構と、増幅された超音波信号をデジタル化してデジタル超音波信号とするＡＤ変換機構と、前記デジタル超音波信号中の超音波エコーを逆問題演算して、前記超音波エコーの発生位置を散乱源空間分布として得る演算機構と、前記散乱源空間分布における各位置の超音波エコーを任意の周波数成分でフィルタリングするフィルタリング機構と、前記フィルタリング機構にて得られた各位置の超音波エコーの基本波成分及び非線形超音波成分について強度を抽出し、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率を算出する強度抽出機構と、前記デジタル超音波信号、前記散乱源空間分布、この散乱源空間分布の各位置における基本波成分及び非線形超音波成分の強度、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率の少なくとも一部を表示する表示機構と、前記信号発生機構、前記超音波送信機構、前記超音波受信機構、前記ＡＤ変換機構、前記演算機構、前記フィルタリング機構、前記強度抽出機構、前記表示機構の少なくとも一機構を制御する制御機構と、を有して構成されたことを特徴とするものである。 An ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention includes a signal generation mechanism that generates a voltage waveform , and an ultrasonic transmission mechanism that transmits an ultrasonic wave having a frequency of 1 MHz or less and a displacement amplitude of several tens of nanometers or more to an inspection target. An ultrasonic receiving mechanism that receives an ultrasonic echo from the inspection target, an AD conversion mechanism that digitizes the amplified ultrasonic signal to form a digital ultrasonic signal, and an ultrasonic wave in the digital ultrasonic signal An inverse calculation of the echo, a calculation mechanism for obtaining the generation position of the ultrasonic echo as a scattering source spatial distribution, a filtering mechanism for filtering the ultrasonic echo at each position in the scattering source spatial distribution with an arbitrary frequency component, Intensities are extracted for the fundamental wave component and nonlinear ultrasound component of the ultrasonic echoes at each position obtained by the filtering mechanism, and these fundamental wave components and non-linear components are extracted. Intensity extraction mechanism for calculating the generation efficiency of the ultrasonic component, the digital ultrasonic signal, the scattering source spatial distribution, the intensity of the fundamental wave component and the nonlinear ultrasonic component at each position of the scattering source spatial distribution, and these fundamental waves A display mechanism for displaying at least part of the generation efficiency of the component and the nonlinear ultrasonic component, the signal generation mechanism, the ultrasonic transmission mechanism, the ultrasonic reception mechanism, the AD conversion mechanism, the calculation mechanism, the filtering mechanism, And a control mechanism that controls at least one of the intensity extraction mechanism and the display mechanism.
また、本発明に係る実施形態の超音波探傷方法は、電圧波形を生成する信号発生ステップと、周波数が１ＭＨｚ以下で且つ変位振幅が数十ｎｍ以上の超音波を被検査対象へ送信する超音波送信ステップと、前記被検査対象からの超音波エコーを受信する超音波受信ステップと、増幅された超音波信号をデジタル化してデジタル超音波信号とするＡＤ変換ステップと、前記デジタル超音波信号中の超音波エコーを逆問題演算して、前記超音波エコーの発生位置を散乱源空間分布として得る演算ステップと、前記散乱源空間分布における各位置の超音波エコーを任意の周波数成分でフィルタリングするフィルタリングステップと、前記フィルタリングステップにて得られた各位置の超音波エコーの基本波成分及び非線形超音波成分について強度を抽出し、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率を算出する強度抽出ステップと、前記デジタル超音波信号、前記散乱源空間分布、この散乱源空間分布における各位置の基本波成分及び非線形超音波成分の強度、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率の少なくとも一部を表示する表示ステップと、を有することを特徴とするものである。 The ultrasonic flaw detection method according to the embodiment of the present invention includes a signal generation step for generating a voltage waveform , and an ultrasonic wave for transmitting an ultrasonic wave having a frequency of 1 MHz or less and a displacement amplitude of several tens of nm or more to an object to be inspected. A transmission step, an ultrasonic reception step for receiving an ultrasonic echo from the object to be inspected, an AD conversion step for digitizing the amplified ultrasonic signal into a digital ultrasonic signal, and the digital ultrasonic signal An inverse calculation of the ultrasonic echo, a calculation step for obtaining the generation position of the ultrasonic echo as a scattering source spatial distribution, and a filtering step for filtering the ultrasonic echo at each position in the scattering source spatial distribution with an arbitrary frequency component And the intensity of the fundamental wave component and the nonlinear ultrasonic component of the ultrasonic echo at each position obtained in the filtering step. An intensity extraction step for calculating the generation efficiency of the fundamental wave component and the nonlinear ultrasonic component, and the digital ultrasonic signal, the scattering source spatial distribution, the fundamental wave component and the nonlinear supersonic wave at each position in the scattering source spatial distribution. And a display step for displaying at least part of the intensity of the sound wave component and the generation efficiency of these fundamental wave component and nonlinear ultrasonic wave component.
本発明の実施形態によれば、被検査対象に生じた欠陥の位置及びサイズを定量的に評価して検査の確実性を向上できると共に、検査の効率化も実現できる． According to the embodiment of the present invention, it is possible to improve the reliability of inspection by quantitatively evaluating the position and size of the defect generated in the inspection target, and also realize the efficiency of the inspection.
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
［Ａ］第１実施形態（図１〜図１０）
図１は、本発明に係る超音波探傷装置の第１実施形態を示す構成図であり、図２は、図１の被検査対象から発生する形状エコーと欠陥エコーを概念的に示す斜視図である。図１に示す超音波探傷装置１０は、低周波且つ大振幅の超音波（入射超音波Ｕｉ）を被検査対象１へ送信して、この被検査対象１を広範囲に探傷すると共に、被検査対象１の欠陥Ｄから生ずる非線形超音波成分（高調波成分Ｕｈ、分調波成分Ｕｓ）を受信して欠陥Ｄを検出するものであり、信号発生機構１１、印加電圧増幅機構１２、超音波送信機構１３、超音波受信機構１４、受信信号増幅機構１５、ＡＤ変換機構１６、演算機構１７、フィルタリング機構１８、強度抽出機構１９、表示機構２０及び制御機構２１を有して構成される。
[A] First embodiment (FIGS. 1 to 10)
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view conceptually showing shape echoes and defect echoes generated from an inspection target in FIG. is there. An ultrasonic
信号発生機構１１は、電圧波形を生成する信号発生ステップを実行するものであり、その制御はデジタル、アナログどちらの形式でもよいものとし、その出力はアナログ電圧信号となる。信号発生機構１１からの発生可能な波形は、基本的な正弦波、矩形波、のこぎり波もしくは三角波に加え、チャープ波、Ｍ系列波形、または複数周波数の重ね合わせから成るミキシング波があり、その他の波形も発生できる。発生する電圧の波数については、パルス波、連続波、バースト波など任意の波数で送信できる。まは、信号発生機構１１の出力系統は１以上とする。
The
印加電圧増幅機構１２は、電圧波形の振幅を任意の強度まで増幅する印加電圧増幅ステップを実行するものである。また、そのとき入力された印加電圧を時間窓で区切ることで、部分的な高強度化が可能になる。信号発生機構１１と印加電圧増幅機構１２は図１のように別個ではなく、ユニットに組み込まれていてもよい。
The applied
超音波送信機構１３は、低周波且つ大振幅の入射超音波Ｕｉを被検査対象１へ送信して、この被検査対象１の広範囲に超音波振動を励起する超音波送信ステップを実行するものである。ここで、低周波且つ大振幅の入射超音波Ｕｉは、周波数が１ＭＨｚ以下で、且つ変位振幅が数十ｎｍ以上の超音波である。
The
また、この超音波送信機構１３は、セラミクス、複合材料もしくはそれら以外の材料の圧電効果により超音波を発生できる圧電素子や高分子フィルムによる圧電素子、またはこれらの圧電素子以外で超音波を発生できる機構と、超音波の発振面に取り付けられた前面板とを有する構成とする。ランジュバン振動子（後述）や磁歪効果をもつアクチュエータなども、超音波発生機構１４として使用できる。
Further, the
また、信号発生機構１１と印加電圧増幅機構１２と超音波送信機構１３の組み合わせに代えて、図３に示すように超音波送信機構１３として、パルスレーザを被検査対象１の表面に照射して弾性波を励起するレーザ超音波送信機構２２などを用いても良い。このとき使用するレーザは、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレーザ、色素（ダイ）レーザまたはエキシマレーザなどが挙げられ、これ以外のレーザ光源も考えられる。
Further, instead of the combination of the
超音波受信機構１４は、被検査対象１からの超音波エコー（図２に示す後述の形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）を受信超音波Ｕｒとして受信する超音波受信ステップを実行するものであり、超音波を受信できるものであれば特に制限はない。セラミクス、複合材料もしくはそれら以外の材料の圧電効果により超音波を受信できる圧電素子や高分子フィルムによる圧電素子またはこれらの圧電素子以外の超音波を受信できる機構と、超音波の発振面に取り付けられた前面板とを有し、一般に超音波探触子と呼ばれるものである。また、この超音波受信機構１４は、圧電素子と金属ブロックの組合せからなるランジュバン振動子、電磁超音波探触子、磁歪センサ、または図４に示すようにレーザを被検査対象１に照射してそのドプラシフトを観察するレーザ干渉計２３やレーザ振動計２４などでもよい。なお、超音波送信機構１３と超音波受信機構１４は、同一の素子によって兼用することも可能であり、その場合には、超音波をダンピングするダンピング材を加えた構成とする。
The
ここで、レーザ干渉計２３としては、例えばマイケルソン干渉計、ホモダイン干渉計、ヘテロダイン干渉計、フィゾー干渉計、マッハツェンダ干渉計、ファブリ＝ペロー干渉計またはフォトリフラクティブ干渉計などが挙げられ、これら以外のレーザ干渉計も考えられる。また、干渉計測以外の方法としてナイフエッジ法も考えられる。 Here, examples of the laser interferometer 23 include a Michelson interferometer, a homodyne interferometer, a heterodyne interferometer, a Fizeau interferometer, a Mach-Zehnder interferometer, a Fabry-Perot interferometer, a photorefractive interferometer, and the like. A laser interferometer is also conceivable. A knife edge method is also conceivable as a method other than the interference measurement.
受信信号増幅機構１５は、受信された超音波エコーの超音波信号を増幅する受信信号増幅ステップを実行するものであり、一般に、プリアンプと呼ばれるものである。この受信信号増幅機構１５は他の機器、例えば超音波受信機構１４やＡＤ変換機構１６に組み込まれていても、もしくは別個に構成されていてもよい。更に、ＡＤ変換機構１６は、受信信号増幅機構１５にて増幅された超音波信号をデジタル化してデジタル超音波信号とするＡＤ変換ステップを実行するものである。
The reception signal amplification mechanism 15 executes a reception signal amplification step for amplifying the ultrasonic signal of the received ultrasonic echo, and is generally called a preamplifier. The reception signal amplification mechanism 15 may be incorporated in another device, for example, the
前述の信号発生機構１１及び印加電圧増幅機構１２で生成された電圧は超音波送信機構１３に印加され、この超音波送信機構１３は、被検査対象１に低周波且つ大振幅の入射超音波Ｕｉを送信する。従来のサイジングまでを目的とした超音波探傷では、高い周波数を使用するため図５（Ａ）に示すような狭い伝播形態をとり、探傷可能範囲は限定的であった。これに対し、本実施形態の入射超音波Ｕｉは低周波であるため、その指向性の低さと伝播減衰率の低さから、図５（Ｂ）に示すように、被検査対象１の表面及び内部全域にわたって伝播する。そして、被検査対象１に存在する欠陥Ｄに入射超音波Ｕｉが到達すると、欠陥Ｄから欠陥エコーＵｄ（図２）が発生する。
The voltage generated by the
また、入射超音波Ｕｉが大振幅であるため、図６に示すように、欠陥Ｄの欠陥界面Ｄ１と欠陥界面Ｄ２とでクラッピング等と呼ばれる開閉挙動現象が起こり、欠陥界面Ｄ１と欠陥界面Ｄ２とが叩き合ったり擦れあったりする。この現象は、入射超音波Ｕｉの圧縮相のみを透過させ引張相を透過させない整流効果を引き起こす。他にも、欠陥界面Ｄ１と欠陥界面Ｄ２に働くせん断成分によりこれらの欠陥界面Ｄ１、Ｄ２に滑りが生じたり、欠陥界面Ｄ１が振動して欠陥界面Ｄ２に衝突し、この欠陥界面Ｄ２を振動させるような挙動を起こす現象が知られている。 Further, since the incident ultrasonic wave Ui has a large amplitude, as shown in FIG. 6, an opening / closing behavior phenomenon called clapping occurs between the defect interface D1 and the defect interface D2 of the defect D, and the defect interface D1 and the defect interface D2 And hit each other or rub. This phenomenon causes a rectifying effect that transmits only the compression phase of the incident ultrasonic wave Ui and does not transmit the tensile phase. In addition, slippage occurs in the defect interfaces D1 and D2 due to shear components acting on the defect interface D1 and the defect interface D2, or the defect interface D1 vibrates and collides with the defect interface D2, causing the defect interface D2 to vibrate. A phenomenon that causes such behavior is known.
これらの整流効果や滑り現象などにより、図７に示すように、入射超音波Ｕｉの入射周波数ｆｉが２倍、３倍、４倍…ｎ倍となる高調波成分Ｕｈや、入射周波数ｆｉが１／２倍、１／３倍、１／４倍…１／ｎ倍となる分調波成分Ｕｓが発生する非線形現象が起きる。これらの非線形超音波成分は、周波数が入射周波数ｆｉである基本波成分と共に、欠陥エコーＵｄに含まれて観察される。図７（Ａ）では、高調波成分Ｕｈと分調波成分Ｕｓの特徴を分けて図示しているが、これらが複合的に発生する場合もある。尚、非線形現象は、超音波送信機構１３の内部や、超音波送信機構１３と被検査対象１との界面、後述の水３４等の音響媒質中などでも発生する。
Due to these rectification effects and slipping phenomenon, as shown in FIG. 7, the harmonic component Uh in which the incident frequency fi of the incident ultrasonic wave Ui is double, triple, quadruple, n times, and the incident frequency fi is 1. A non-linear phenomenon occurs in which a sub-harmonic component Us is generated that is 1/2 times, 1/3 times, 1/4 times, 1 / n times. These nonlinear ultrasonic components are observed by being included in the defect echo Ud together with the fundamental wave component whose frequency is the incident frequency fi. In FIG. 7A, the characteristics of the harmonic component Uh and the subharmonic component Us are shown separately, but they may be generated in combination. The non-linear phenomenon also occurs inside the
この非線形現象は、被検査対象１の欠陥Ｄの有無によって、受信超音波Ｕｒの高調波成分Ｕｈ及び分調波成分Ｕｓを周波数分析（ＦＦＴ等）したときの周波数成分の強度変化となって現れる（図７（Ｂ）及び（Ｃ））。この周波数成分の強度は、図７及び図８に示すように、入射超音波Ｕｉの入射周波数ｆｉ及び入射波振幅Ａｉ、欠陥Ｄの深さＤａ、長さＤｂ及び開口幅Ｄｄ、並びに欠陥Ｄ周囲の応力Ｄｐに依存して変化する。例えば、図９に示すように、ある長さＤｂをもつ欠陥Ｄでは２次高調波成分２ｆｉ、４次高調波成分４ｆｉともに観察できるが、長さＤｂが半分となった別の欠陥Ｄでは、４次高調波成分４ｆｉの強度が２次高調波成分２ｆｉの強度よりも高くなる等の現象が起こる。
This nonlinear phenomenon appears as a change in the intensity of the frequency component when the harmonic component Uh and the subharmonic component Us of the received ultrasonic wave Ur are subjected to frequency analysis (FFT or the like) depending on the presence or absence of the defect D of the
一方、低周波且つ大振幅の入射超音波Ｕｉは被検査対象１内を広域に伝播するため、被検査対象１の欠陥Ｄ以外からも超音波エコーが得られる場合がある。溶接部などの組成変化によって発生する場合もあるが、図２に示すように、大半は被検査対象１の底面２や縁３、コーナ部４からの超音波エコーである。これらを総称して形状エコーＵｃとする。形状エコーＵｃは欠陥Ｄの検出及び評価に際しては欠陥エコーＵｄと分離する必要がある。
On the other hand, since the incident ultrasonic wave Ui having a low frequency and a large amplitude propagates in the
高調波成分Ｕｈは、欠陥Ｄの存在しないはずの超音波受信機構１４の内部、音響媒質内、超音波受信機構１４と検査対象１との接触界面などでも発生するため、形状エコーＵｃからも検出される。しかしながら、欠陥エコーＵｄに現れる高調波成分Ｕｈは、発生メカニズムが欠陥Ｄに依存するため、形状エコーＵｃの高調波成分Ｕｈに対して周波数成分の強度が異なる。また、分調波成分Ｕｓは、欠陥Ｄと超音波との相互作用でのみ発生することが知られている。
The harmonic component Uh is also detected from the shape echo Uc because it is generated inside the
上述の非線形超音波成分（高調波成分Ｕｈ、分調波成分Ｕｓ）を含む超音波エコー（形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）は、図１に示す超音波受信機構１４で受信され、この受信された超音波エコーの超音波信号が受信信号増幅機構１５にて増幅され、この増幅された超音波信号がＡＤ変換機構１６によりデジタル超音波信号に変換され、演算機構１７へ出力される。
The ultrasonic echo (shape echo Uc, defect echo Ud) including the above-described nonlinear ultrasonic components (harmonic component Uh, subharmonic component Us) is received by the
演算機構１７は、ＡＤ変換機構１６からのデジタル信号中の超音波エコーを逆問題演算して、超音波エコー（形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）の発生位置を求めて散乱源空間分布を得る演算ステップを実行するものである。逆問題演算の演算手法としては、飛行時間法や相関処理が挙げられるが、その他の信号処理方法であってもよい。この演算機構１７で得られた散乱源空間分布は、フィルタリング機構１８へ出力される。 The calculation mechanism 17 calculates the inverse problem of the ultrasonic echo in the digital signal from the AD conversion mechanism 16 to obtain the position where the ultrasonic echo (shape echo Uc, defect echo Ud) is generated, and obtains the scattering source spatial distribution. Steps are executed. As a calculation method of the inverse problem calculation, a time-of-flight method or correlation processing can be mentioned, but other signal processing methods may be used. The scattering source spatial distribution obtained by the calculation mechanism 17 is output to the filtering mechanism 18.
フィルタリング機構１８は、散乱源空間分布における各位置の超音波エコー（形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）を任意の周波数成分でフィルタリングし、図７（Ｂ）、（Ｃ）及び図９に示すように、周波数分析（例えばＦＦＴ）により各周波数成分毎の強度を求めるフィルタリングステップを実行するものであり、アナログ、デジタルのどちらでもよい。 The filtering mechanism 18 filters the ultrasonic echo (shape echo Uc, defect echo Ud) at each position in the scattering source spatial distribution with an arbitrary frequency component, as shown in FIGS. 7B, 7C, and 9. A filtering step for obtaining the intensity of each frequency component by frequency analysis (for example, FFT) is executed, and either analog or digital may be used.
デジタルの場合には回路として存在しても良いし、他の機器、例えば制御機構２１等に組み込まれたソフトウエアでもよい。フィルタの種類はハイパス、ローパス、バンドパス、バンドエリミネーションなどがある。伝達関数はバターワースフィルタ、ベッセルフィルタ、チェビシェフフィルタ、連立チェビシェフフィルタ、コムフィルタ、ＦＦＴ−逆ＦＦＴフィルタなどがあり、これ以外のフィルタも考えられる。
In the case of digital, it may exist as a circuit, or may be software installed in another device such as the
図１に示す強度抽出機構１９は、フィルタリング機構１８にて得られた被検査対象１の各位置の超音波エコー（形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）における基本波成分及び非線形超音波成分（高調波成分Ｕｈ、分調波成分Ｕｓ）について強度を抽出し、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率を算出する強度抽出ステップを実行するものである。ここで、発生効率とは、超音波エコー（形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）に発生する基本波成分（周波数が入射周波数ｆｉ）と非線形超音波成分（高調波成分（周波数が２ｆｉ、３ｆｉ、４ｆｉ…）、分調波成分（周波数がｆｉ／２、ｆｉ／３、ｆｉ／４…））についての入射超音波Ｕｉの変位振幅に対する強度の割合をいう。
The intensity extraction mechanism 19 shown in FIG. 1 has a fundamental wave component and a nonlinear ultrasonic wave component (harmonic) in the ultrasonic echo (shape echo Uc, defect echo Ud) at each position of the
表示機構２０は、ＡＤ変換機構１６にて得られたデジタル超音波信号と、演算機構１７にて得られた散乱源空間分布と、フィルタリング機構１８にて得られた散乱源空間分布の各位置における基本波成分及び非線形超音波成分の強度と、強度抽出機構１９で得られた基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率との少なくとも１つを表示する表示ステップを実行するものである。更に、この表示機構２０では、入射超音波Ｕｉの入射周波数ｆｉや計測条件なども表示できる。また、表示機構２０はタッチパネルなどのように、画面から直接情報を入力する機能をもたせることもできる。
The
図１０では、被検査対象１について得られた散乱源空間分布における超音波エコーの発生位置と、各位置における基本波成分及び非線形超音波成分の強度が表示されている。図１０中の丸表示の模様が基本波成分（周波数が入射周波数ｆｉ）と非線形超音波成分（周波数が２ｆｉ、３ｆｉ、…、ｆｉ／２、ｆｉ／３、…）の区分を示し、丸表示の大きさが各基本波成分と非線形超音波成分の強度の大きさを示している。
In FIG. 10, the generation position of the ultrasonic echo in the scattering source space distribution obtained for the
超音波探傷装置１０のオペレータは、表示機構２０に表示された例えば図１０に示す表示内容を観察することで、基本波成分（周波数が入射周波数ｆｉ）の強度が大きく、且つ高調波成分（周波数２ｆｉ、３ｆｉ）の強度が大きい超音波エコーの場合には、この超音波エコーが形状エコーＵｃであると判断でき、基本波成分（周波数が入射周波数ｆｉ）の強度が小さく、且つ高調波（周波数が２ｆｉ、３ｆｉ）及び分調波（周波数がｆｉ／２）の強度が大きい超音波エコーの場合には、この超音波エコーが欠陥エコーＵｄであると判断できる。超音波探傷装置１０のオペレータは、上述のように超音波エコーにおける基本波成分と非線形超音波成分の強度または発生効率の相違を確認することで、欠陥Ｄの有無と、その欠陥Ｄの位置及びサイズを評価することが可能になる。
The operator of the
図１に示す制御機構２１は、信号発生機構１１、印加電圧増幅機構１２、超音波送信機構１３、超音波受信機構１４、受信信号増幅機構１５、ＡＤ変換機構１６、演算機構１７、フィルタリング機構１８、強度抽出機構１９及び表示機構２０の少なくとも一機構を制御する機能を有する。更に、この制御機構２１は、超音波探傷装置１０のオペレータがこの超音波探傷装置１０を制御するためのユーザインタフェース及び表示部を備え、設定値の変更や測定結果の確認などを容易に実行可能に構成されている。
1 includes a
この制御機構２１は、超音波探傷装置１０の一部もしくは全体を制御するが、このうちの信号発生機構１１、印加電圧増幅機構１２、超音波送信機構１３、超音波受信機構１４、受信信号増幅機構１５、ＡＤ変換機構１６、演算機構１７、フィルタリング機構１８または強度抽出機構１９は、制御機構２１によらず、別個に独立して調整及び駆動可能に構成されてもよい。
The
尚、超音波探傷装置１０は、ＡＤ変換機構１６にて得られたデジタル超音波信号と、演算機構１７にて得られた散乱源空間分布と、フィルタリング機構１８にて得られた散乱源空間分布の各位置における基本波成分及び非線形超音波成分の強度と、強度抽出機構１９で得られた基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率との全てまたは一部の情報を用いて、被検査対象１の各位置に生じた超音波エコーが形状エコーＵｃであるか、欠陥エコーＵｄであるかを識別する識別ステップを実行する識別機構２５（図１）を備えてもよい。この識別機構２５は、個別の機器として設けられるほか、例えば強度抽出機構１９に組み付けられて構成されてもよい。この識別機構２５にて得られた識別情報も、表示機構２０に表示される。
The
以上のように構成されたことから、本実施形態の超音波探傷装置１０によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）被検査対象１に低周波の超音波を入射超音波Ｕｉとして送信することでこの超音波を広範囲に伝播して検査範囲を拡大でき、検査の効率化を実現できる。また、被検査対象１に大振幅の超音波を入射超音波Ｕｉとして送信することで、被検査対象１の欠陥Ｄに開閉挙動現象や滑り現象などを誘起して非線形超音波成分（高調波成分Ｕｈ、分調波成分Ｕｓ）を発生させ、これによりに被検査対象１に生じた欠陥Ｄの位置及びサイズを定量的に評価して検査の確実性を向上させることができる。
With the configuration as described above, the
(1) By transmitting a low-frequency ultrasonic wave as the incident ultrasonic wave Ui to the
［Ｂ］第２実施形態（図１１〜図１３）
図１１は、本発明に係る超音波探傷装置の第２実施形態を示す構成図である。この第２実施形態が第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[B] Second Embodiment (FIGS. 11 to 13)
FIG. 11 is a block diagram showing a second embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention. Parts similar to those of the first embodiment in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is simplified or omitted.
本第２実施形態の超音波探傷装置３０が第１実施形態と異なる点は、超音波送信機構３１及び超音波受信機構３２、並びにこれらの超音波送信機構３１及び超音波受信機構３２に接続されるケーブル３３が防水構造に構成され、音響媒体としての水３４中で使用可能に構成された点である。ここで、水３４は純水だけでなく、市水、工業用水、海水、油等、音響媒体として作用する液体であれば構わない。
The
防水機構は、ケーブル３３については防水性素材による被覆を行うことによりなされ、また、超音波送信機構３１及び超音波受信機構３２については密閉してケーシングしつつ、ケーブル３３との接続部を樹脂などで充填する、もしくは超音波送信機構３１及びケーブル３３、超音波受信機構３２及びケーブル３３のそれぞれの全体を覆うカバーを装着するなどによりなされるが、超音波送信機構３１と超音波受信機構３２の電圧印加部分やケーブル３３が水３４から分離されていれば上述した方法以外でもよい。
The waterproof mechanism is formed by covering the
このとき超音波送信機構３１は、水３４が音響媒質となるため被検査対象１に直接設置させてもよいし、図１２に示すようにギャップｔをとってもよい。但し、そのギャップｔは、必ず水３４もしくはそれに超音波特性が類する媒質で満たされることを条件とする。
At this time, since the
超音波受信機構３２は、水３４中で超音波計測ができるものであればよく、例えばハイドロフォン３５やレーザ干渉計３６、レーザ振動計３７を用いてもよい。レーザ干渉計３６やレーザ振動計３７を用いる場合には、被検査対象１の表面にレーザを照射してもよいし、図１３に示すように、水３４中に反射体３８を別途配置して、水３４中に漏洩してくる漏洩超音波Ｕｅを受信し、その振動の変化を観察してもよい。この漏洩超音波Ｕｅの受信はハイドロフォン３５でも実施できるが、この場合には反射体３８は不要である。
The
以上のように構成されたことから、本第２実施形態の超音波探傷装置３０によっても、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（２）及び（３）を奏する。
Since the
（２）超音波送信機構３１及び被検査対象１が水３４中に存在するため、超音波送信機構３１と被検査対象１とが密着していなくても入射超音波Ｕｉが伝播するという効果がある。
(2) Since the
（３）欠陥Ｄからのみ発生した非線形超音波成分（高調波成分Ｕｈ、分調波成分Ｕｓ）が水３４中に漏洩するため、超音波受信機構３２において、欠陥Ｄから局所的に発生する非線形超音波成分（高調波成分Ｕｈ、分調波成分Ｕｓ）を検出できる。その際、広帯域なハイドロフォン３５が使用できるほか、レーザ干渉計３６などでも同様に非線形超音波成分（高調波成分Ｕｈ、分調波成分Ｕｓ）を検出できる。このとき、水３４中に別途設置した反射体３８を用いることで、レーザ干渉計３６またはレーザ振動計３７は、水３４に漏洩してきた漏洩超音波Ｕｅによる光路変化を安定した感度で計測することができる。
(3) Since the nonlinear ultrasonic component (harmonic component Uh, subharmonic component Us) generated only from the defect D leaks into the
［Ｃ］第３実施形態（図１４〜図１７）
図１４は、本発明に係る超音波探傷装置の第３実施形態を示す構成図である。この第３実施形態が第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[C] Third embodiment (FIGS. 14 to 17)
FIG. 14 is a block diagram showing a third embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention. Parts similar to those of the first embodiment in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is simplified or omitted.
本第３実施形態の超音波探傷装置４０が第１実施形態と異なる点は、図１４〜図１６に示すように、超音波送信機構１３と超音波受信機構１４のうちの片方もしくは両方が複数個備えられ、または超音波送信機構１３と超音波受信機構１４の片方もしくは両方（本実施形態では両方）が走査機構４１により走査可能に構成された点である。
The
超音波送信機構１３が複数個設けられる場合には、信号発生機構１１及び印加電圧増幅機構１２は、これらの超音波送信機構１３に対応して複数個設けられるか、または複数個の超音波送信機構１３毎に電圧波形を生成し（信号発生機構１１の場合）、その電圧波形を増幅する（印加電圧増幅機構１２の場合）よう構成されている。
When a plurality of
また、超音波受信機構１４が複数個設けられる場合には、受信信号増幅機構１５及びＡＤ変換機構１６は、これらの超音波受信機構１４に対応して複数個設けられるか、または複数個の超音波受信機構１４毎に超音波信号を増幅し（受信信号増幅機構１５の場合）、デジタル化する（ＡＤ変換機構１６の場合）よう構成される。それぞれ単一の信号発生機構１１、印加電圧増幅機構１２、受信信号増幅機構１５及びＡＤ変換機構１６が超音波送信機構１３、超音波受信機構１４の複数個に対応する手法としては、複数のチャンネルを持つ手法、切換器により信号等を順番に切り換えていく手法、またはこれらの両者を用いる手法がある。
When a plurality of
更に、演算機構１７は、複数個の超音波受信機構１４のそれぞれから得られたデジタル信号中の超音波エコー（形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）を、または走査機構４１による走査によって超音波受信機構１４の各測定位置で得られたデジタル信号中の超音波エコー（形状エコーＵｃ、欠陥エコーＵｄ）を、それぞれ逆問題演算することで超音波の発生位置を特定して散乱源空間分布を得る。
Further, the calculation mechanism 17 is configured to receive an ultrasonic echo (shape echo Uc, defect echo Ud) in the digital signal obtained from each of the plurality of
この場合の逆問題演算は、飛行時間法や相関処理、開口合成処理等が用いられる。尚、複数個の超音波送信機構１３、超音波受信機構１４と、走査機構４１により走査される超音波送信機構１３、超音波受信機構１４とは、被検査対象１の表面に密着される場合に限らず、水３４（第２実施形態）中での構成、またはレーザ干渉計２３やレーザ振動計２４を用いる場合のように、被検査対象１の表面から離れて配置されてもよい（図１６）。
The inverse problem calculation in this case uses a time-of-flight method, correlation processing, aperture synthesis processing, or the like. When a plurality of
以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。 With the configuration as described above, according to the third embodiment, in addition to the same effect as the effect (1) of the first embodiment, the following effect (4) is obtained.
（４）超音波送信機構１３、超音波受信機構１４が複数個備えられたことで、被検査対象１の複数点で超音波信号が得られる。または、超音波送信機構１３、超音波受信機構１４が走査されることでも被検査対象１の複数点で超音波信号が得られる。これらの複数点で得られた超音波信号を用いて演算機構１７が逆問題演算を行うことで、欠陥Ｄの存在に関して特徴ある信号が発生した位置を確実に特定できるので、欠陥Ｄの位置等の特定を確実化できる。
(4) Since a plurality of
［Ｄ］第４実施形態（図１８〜図２０）
図１８は、本発明に係る超音波探傷装置の第４実施形態を示す構成図である。この第４実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[D] Fourth embodiment (FIGS. 18 to 20)
FIG. 18 is a block diagram showing a fourth embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention. In the fourth embodiment, portions similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is simplified or omitted.
本第４実施形態の超音波探傷装置５０が第１実施形態と異なる点は、被検査対象１における超音波による探傷範囲をこの超音波探傷と同時に撮像する撮像機構５１を備え、表示機構２０が、欠陥Ｄの位置などの欠陥情報を、撮像機構５１にて得られた画像に重畳して表示するよう構成された点である。
The ultrasonic
ここで、撮像機構５１は、光学的な情報を記録可能であれば、一般的な光学カメラや内視鏡等の小型カメラなどでもよい。波長も赤外線、紫外線、Ｘ線等のように可視光に限らない。また、撮像機構５１は、独立して設置されてもよいが、超音波送信機構１３もしくは超音波受信機構４にアーム等で一体に連結されてもよい。
Here, the
更に、撮像機構５１は、図１９に示すように、複数台、例えば２台並設されてステレオ視が可能な構成とし、３次元画像が得られるようにしてもよい。また、撮像機構５１は、図２０に示すように、被検査対象１の表面にレーザパターンを照射するパターンレーザ照射装置５２と組み合わされて、レーザパターンが照射された被検査対象１の表面を撮像することで、被検査対象１の表面の形状（例えば湾曲面）を認識し易くしてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 19, the
以上のように構成されたことから、本第４実施形態においても、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。 With the configuration as described above, the fourth embodiment also exhibits the same effect (5) as the effect (1) of the first embodiment, as well as the following effect (5).
（５）表示機構２０には、超音波探傷結果が、撮像機構５１により得られた被検査対象１の表面の画像に重畳して表示されるので、探傷結果をより明確に表示できる。また、例えば２台の撮像機構５１によるステレオ視やパターンレーザ照射装置５２との組み合わせにより、被検査対象１の表面形状が現実に即して明確に表示される。これらの結果、欠陥Ｄの位置などの特定を高精度に実現できる。
(5) Since the ultrasonic flaw detection result is displayed on the
以上、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、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. It is included in the scope and gist of the invention, and is included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１ 被検査対象
１０ 超音波探傷装置
１１ 信号発生機構
１２ 印加電圧増幅機構
１３ 超音波送信機構
１４ 超音波受信機構
１５ 受信信号増幅機構
１６ ＡＤ変換機構
１７ 演算機構
１８ フィルタリング機構
１９ 強度抽出機構
２０ 表示機構
２１ 制御機構
２５ 識別機構
３０ 超音波探傷装置
３１ 超音波送信機構
３２ 超音波受信機構
３３ ケーブル
３４ 水
３５ ハイドロフォン
３６ レーザ干渉計
３７ レーザ振動計
３８ 反射体
４０ 超音波探傷装置
４１ 走査機構
５０ 超音波探傷装置
５１ 撮像機構
Ｄ 欠陥
Ｕｃ 形状エコー
Ｕｄ 欠陥エコー
Ｕｈ 高調波成分
Ｕｓ 分調波成分
DESCRIPTION OF
Claims (9)
周波数が１ＭＨｚ以下で且つ変位振幅が数十ｎｍ以上の超音波を被検査対象へ送信する超音波送信機構と、
前記被検査対象からの超音波エコーを受信する超音波受信機構と、
増幅された超音波信号をデジタル化してデジタル超音波信号とするＡＤ変換機構と、
前記デジタル超音波信号中の超音波エコーを逆問題演算して、前記超音波エコーの発生位置を散乱源空間分布として得る演算機構と、
前記散乱源空間分布における各位置の超音波エコーを任意の周波数成分でフィルタリングするフィルタリング機構と、
前記フィルタリング機構にて得られた各位置の超音波エコーの基本波成分及び非線形超音波成分について強度を抽出し、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率を算出する強度抽出機構と、
前記デジタル超音波信号、前記散乱源空間分布、この散乱源空間分布の各位置における基本波成分及び非線形超音波成分の強度、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率の少なくとも一部を表示する表示機構と、
前記信号発生機構、前記超音波送信機構、前記超音波受信機構、前記ＡＤ変換機構、前記演算機構、前記フィルタリング機構、前記強度抽出機構、前記表示機構の少なくとも一機構を制御する制御機構と、を有して構成されたことを特徴とする超音波探傷装置。 A signal generation mechanism for generating a voltage waveform;
An ultrasonic transmission mechanism for transmitting an ultrasonic wave having a frequency of 1 MHz or less and a displacement amplitude of several tens of nanometers or more to an object to be inspected;
An ultrasonic receiving mechanism for receiving an ultrasonic echo from the test object;
An AD conversion mechanism that digitizes the amplified ultrasonic signal to form a digital ultrasonic signal;
An inverse calculation of the ultrasonic echo in the digital ultrasonic signal, and a calculation mechanism for obtaining the generation position of the ultrasonic echo as a scattering source spatial distribution;
A filtering mechanism for filtering ultrasonic echoes at respective positions in the spatial distribution of the scattering source with arbitrary frequency components;
Intensity extraction mechanism for extracting the intensity of the fundamental wave component and nonlinear ultrasound component of the ultrasonic echo at each position obtained by the filtering mechanism, and calculating the generation efficiency of these fundamental wave component and nonlinear ultrasound component;
The digital ultrasonic signal, the spatial distribution of the scattering source, the intensity of the fundamental wave component and the nonlinear ultrasonic component at each position of the spatial distribution of the scattering source, and at least a part of the generation efficiency of the fundamental wave component and the nonlinear ultrasonic component. A display mechanism to display;
A control mechanism for controlling at least one of the signal generation mechanism, the ultrasonic transmission mechanism, the ultrasonic reception mechanism, the AD conversion mechanism, the calculation mechanism, the filtering mechanism, the intensity extraction mechanism, and the display mechanism. An ultrasonic flaw detector characterized by comprising an ultrasonic flaw detector.
周波数が１ＭＨｚ以下で且つ変位振幅が数十ｎｍ以上の超音波を被検査対象へ送信する超音波送信ステップと、
前記被検査対象からの超音波エコーを受信する超音波受信ステップと、
増幅された超音波信号をデジタル化してデジタル超音波信号とするＡＤ変換ステップと、
前記デジタル超音波信号中の超音波エコーを逆問題演算して、前記超音波エコーの発生位置を散乱源空間分布として得る演算ステップと、
前記散乱源空間分布における各位置の超音波エコーを任意の周波数成分でフィルタリングするフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにて得られた各位置の超音波エコーの基本波成分及び非線形超音波成分について強度を抽出し、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率を算出する強度抽出ステップと、
前記デジタル超音波信号、前記散乱源空間分布、この散乱源空間分布における各位置の基本波成分及び非線形超音波成分の強度、これらの基本波成分及び非線形超音波成分の発生効率の少なくとも一部を表示する表示ステップと、を有することを特徴とする超音波探傷方法。 A signal generation step for generating a voltage waveform;
An ultrasonic transmission step of transmitting an ultrasonic wave having a frequency of 1 MHz or less and a displacement amplitude of several tens of nanometers or more to an object to be inspected;
An ultrasonic reception step of receiving an ultrasonic echo from the test object;
An A / D conversion step that digitizes the amplified ultrasonic signal into a digital ultrasonic signal;
An inverse calculation of the ultrasonic echo in the digital ultrasonic signal, and a calculation step of obtaining the generation position of the ultrasonic echo as a scattering source spatial distribution;
A filtering step of filtering ultrasonic echoes at respective positions in the scattering source spatial distribution with arbitrary frequency components;
Intensity extraction step for extracting the intensity of the fundamental wave component and nonlinear ultrasound component of the ultrasonic echo at each position obtained in the filtering step, and calculating the generation efficiency of these fundamental wave component and nonlinear ultrasound component;
At least a part of the digital ultrasonic signal, the scattering source spatial distribution, the intensity of the fundamental wave component and the nonlinear ultrasonic component at each position in the scattering source spatial distribution, and the generation efficiency of the fundamental wave component and the nonlinear ultrasonic component. An ultrasonic flaw detection method comprising: a display step of displaying.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012277416A JP5996415B2 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Ultrasonic flaw detection apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012277416A JP5996415B2 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Ultrasonic flaw detection apparatus and method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014119441A JP2014119441A (en) | 2014-06-30 |
| JP5996415B2 true JP5996415B2 (en) | 2016-09-21 |
Family
ID=51174380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012277416A Active JP5996415B2 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Ultrasonic flaw detection apparatus and method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5996415B2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6189227B2 (en) * | 2013-02-20 | 2017-08-30 | 株式会社東芝 | Ultrasonic flaw detector and its evaluation method |
| JP6638810B2 (en) * | 2016-06-21 | 2020-01-29 | 株式会社島津製作所 | Defect inspection apparatus and method |
| JP7109980B2 (en) * | 2018-04-26 | 2022-08-01 | 株式会社東芝 | Ultrasonic measuring device, ultrasonic measuring method, and joining method of members |
| WO2020110197A1 (en) * | 2018-11-27 | 2020-06-04 | 株式会社島津製作所 | Defect inspection apparatus and defect inspection method |
| CN110231400A (en) * | 2019-04-24 | 2019-09-13 | 武汉工程大学 | Fine definition non-linear detection method towards automobile weld seam tiny flaw |
| WO2022003916A1 (en) * | 2020-07-02 | 2022-01-06 | 株式会社島津製作所 | Defect inspection device |
| JP2022183746A (en) * | 2021-05-31 | 2022-12-13 | 三菱重工業株式会社 | Defect detection device and defect detection method |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4052889A (en) * | 1976-06-10 | 1977-10-11 | Adaptronics, Inc. | System for measurement of subsurface fatigue crack size |
| US6301967B1 (en) * | 1998-02-03 | 2001-10-16 | The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology | Method and apparatus for acoustic detection and location of defects in structures or ice on structures |
| JP2001264302A (en) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Murakami Yukitaka | Method and apparatus for inspecting concrete structure in non-contact state |
| JP3735006B2 (en) * | 2000-04-21 | 2006-01-11 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Internal microcrack detection method and apparatus using nonlinear ultrasonic waves |
| US6988410B2 (en) * | 2003-10-24 | 2006-01-24 | General Electric Company | Inspection method and apparatus for determining incipient mechanical failure |
| JP2006133122A (en) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Olympus Corp | Nondestructive inspection device |
| JP4610398B2 (en) * | 2005-04-01 | 2011-01-12 | 新日本製鐵株式会社 | Inclusion detection method and apparatus using nonlinear ultrasonic waves |
| KR101598433B1 (en) * | 2008-07-18 | 2016-02-29 | 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 | Method for imaging structure defect, device for imaging structure defect, method for imaging bubble or lesion, and device for imaging bubble or lesion |
| JP5404218B2 (en) * | 2009-07-03 | 2014-01-29 | 株式会社奥村組 | Method and apparatus for measuring crack condition of concrete structure |
| US9223039B2 (en) * | 2010-11-12 | 2015-12-29 | Chevron U.S.A. Inc. | System and method for generating micro-seismic events and characterizing properties of a medium with non-linear acoustic interactions |
| JP2012122729A (en) * | 2010-12-06 | 2012-06-28 | Babcock Hitachi Kk | Method and apparatus for material deterioration detection using ultrasonic |
-
2012
- 2012-12-19 JP JP2012277416A patent/JP5996415B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014119441A (en) | 2014-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6189227B2 (en) | Ultrasonic flaw detector and its evaluation method | |
| JP5996415B2 (en) | Ultrasonic flaw detection apparatus and method | |
| Liu et al. | Noncontact detection of fatigue cracks by laser nonlinear wave modulation spectroscopy (LNWMS) | |
| Hong et al. | Locating fatigue damage using temporal signal features of nonlinear Lamb waves | |
| Sohn et al. | Delamination detection in composites through guided wave field image processing | |
| Dionysopoulos et al. | Imaging of barely visible impact damage on a composite panel using nonlinear wave modulation thermography | |
| Potter et al. | Nonlinear ultrasonic phased array imaging | |
| Ruzzene | Frequency–wavenumber domain filtering for improved damage visualization | |
| Sohn et al. | Automated detection of delamination and disbond from wavefield images obtained using a scanning laser vibrometer | |
| CN107024542B (en) | Airborne ultrasonic testing system for test object | |
| Ostachowicz et al. | 50th anniversary article: comparison studies of full wavefield signal processing for crack detection | |
| JP2012141230A (en) | Nondestructive testing system | |
| JP5311766B2 (en) | Interface inspection apparatus and interface inspection method | |
| Ohara et al. | Nonlinear surface-acoustic-wave phased array with fixed-voltage fundamental wave amplitude difference for imaging closed cracks | |
| Fierro et al. | Nonlinear elastic imaging of barely visible impact damage in composite structures using a constructive nonlinear array sweep technique | |
| KR20150138187A (en) | Multipulse elastography method | |
| Harvey et al. | Finite element analysis of ultrasonic phased array inspections on anisotropic welds | |
| KR101251204B1 (en) | Ultrasonic nondestructive inspection device and ultrasonic nondestructive inspection method | |
| KR20110098301A (en) | Apparatus of in-plane or out-of-plane ultrasonic propagation imaging in frequency domain and method thereof | |
| Hayashi | High-speed non-contact defect imaging for a plate-like structure | |
| JP4595117B2 (en) | Ultrasound propagation imaging method and apparatus | |
| Liu et al. | Fatigue crack localization using laser nonlinear wave modulation spectroscopy (LNWMS) | |
| JP2007003197A (en) | Ultrasonic material diagnosis method and apparatus | |
| JP6025049B2 (en) | Structure defect imaging method, structure defect imaging apparatus, and bubble or lesion imaging apparatus | |
| JP2009014345A (en) | Non-destructive diagnosing method of structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150715 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160426 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160517 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160531 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160726 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160824 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5996415 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |