JP6121800B2 - 超音波探傷装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
溶接構造物の内部欠陥を検出する試験として、超音波探傷(UT:Ultrasonic Testing)や放射線透過試験(RT:Radiographic Testing)が用いられている。
超音波探傷は、放射線透過試験と比較して、遮蔽などの大掛かりな付帯装置が不要であるために、製造現場や発電プラントにおいて広く利用されている。
しかし、一般的な超音波探傷は、100mmを越えるステンレス鋼などを検査対象にする場合、超音波の伝播減衰により探傷感度が急激に低下する課題があった。
さらに、厚板構造材の全厚さ方向にわたり一定の探傷感度を維持するためには、フェーズドアレイプローブに配列させる超音波振動子の数を増加させ、さらにこれら超音波振動子の発振をスキャンさせるのに必要なチャンネルの数も増加させる必要があった。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、第1実施形態の超音波探傷装置10は、複数の超音波振動子11が配列してなるアレイプローブ12と、これら超音波振動子11が入出力する電圧信号を処理する信号処理部20とから構成されている。
そしてアレイプローブ12は、送信群17として選択された複数の超音波振動子11に対し、時間的に制御された電圧信号を入力することにより、検査対象30内の任意の位置に焦点を結ぶ超音波ビーム13aを照射することができる。
なお、アレイプローブとして超音波振動子11を一次元に配列したものを例示しているが、二次元に配列したマトリックスアレイプローブを用いることもできる。
また、アレイプローブは、図示されるように送信群17及び受信群18が一体化したものに限定されることはなく、これらが分割して別体で構成される場合もある。
さらに、アレイプローブは、図示において検査対象30の表面に直接接触させているが、ゲルを介在して接触させる方法や水を介在して接触させる方法(水浸法)にも適用可能である。
なお、送信位置15を決定するためのパラメータは、焦点深度d及び探傷角度θに限定されるものではない。
送信位置決定部22aは、焦点深度d(d1,d2,d3)及び探傷角度θ(θ1,θ2,θ3)に基づいて送信位置15(151,152,153)を決定する。
受信位置決定部22bは、この決定した送信位置15(151,152,153)に対し焦点深度dを挟んだ位置を受信位置16(161,162,163)として決定する。
これら受信位置16(161,162,163)は、対応する焦点深度d(d1,d2,d3)に欠陥が存在した場合、反射した超音波ビーム13bが入射する位置となる。
欠陥の向きによっては、このように入射角度と反射角度を異なる値に設定するほうが、欠陥の検出感度が向上する場合がある。
また、この場合、検出感度が最大になるように、入射角度と反射角度のうちいずれか一方を固定し他方がスキャンするように、位置決定部22を動作させる場合もある。
そこで、焦点深度dが深くなるに従い、対応する送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の数を増やし、送信位置15における超音波ビーム13aのエネルギーを増強する。
送信素子選択部23aは、送信群17(171,172,173)を構成する超音波振動子11の数を、パラメータ設定部21で設定された焦点深度d(d1,d2,d3)に依存して選択する。
受信素子選択部23bは、受信群18(181,182,183)を構成する超音波振動子11の数を、パラメータ設定部21で設定された焦点深度d(d1,d2,d3)に依存して選択する。
いずれの方法においても、焦点深度dから臨む送信群17及び受信群18の開口19の大きさが、焦点深度dに対応して一定値となるように超音波振動子11の数を選択する。
これにより、検査対象30の深さ方向における欠陥の検出感度を均一化することができる。
送信方向設定部24aは、送信群17(171,172,173)から超音波ビーム13aが探傷角度θをなす方向に出力されるように超音波振動子11を発振させる電圧信号のタイミングを設定する。
受信方向設定部24bは、焦点深度d(d1,d2,d3)から探傷角度θをなす方向に反射する超音波ビーム13bが受信群18(181,182,183)に入力し、その超音波振動子11が出力する信号の受信タイミングを設定する。
このような、タイミング信号41,42の送出は、素子駆動部25に設けられたスキャンチャンネル(図示略)により、指定された送信群17に対し周期的に行われる。
この出力信号14は、選択された受信群18を構成する超音波振動子11の各々の出力を受信タイミングに合わせて加算することにより得られる。
そして、この導かれた信号強度は、欠陥判別部28において、閾値に対して大きければ発信源の焦点深度dに欠陥が存在すると判別され、閾値に対して小さければ発信源の焦点深度dに欠陥が存在しないと判別される。
表示部29は、各焦点深度dに対応する出力信号14及び欠陥判別部28における欠陥の有無に関する情報を表示する。
想定する検査範囲の直上に、位置するようアレイプローブ12を検査対象30の表面に設置する(S11)。
そして、超音波ビーム13の焦点深度d及び探傷角度θに関するパラメータを設定する(S12,S13)。ここで焦点深度d及び探傷角度θは、超音波ビーム13の焦点が一定の幅を有することを鑑みて、離散的に設定される。
このように選択された素子数の送信群17及び受信群18において超音波ビーム13a,13bが探傷角度θをなす方向から出入力するように超音波振動子11の操作タイミングを設定する(S16)。
そして、受信した超音波ビーム13b1の波形強度を検知して(S19)、この波形強度が閾値に対して小さければ(S20 Yes)、対応する焦点深度d1に欠陥は存在しないと判別される(S21)。
焦点深度d1における判別結果は表示された後に(S23)、その他の全ての焦点深度d2,d3…についても、同様に欠陥の有無が判別され表示される(S24)。
第2実施形態において、送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の操作タイミングは、隣接する複数の超音波振動子11を同期させることができる。
なお、第2実施形態において第1実施形態(図1)と共通の構成又は機能については、重複説明を省略する。
このために、素子駆動部25及び信号受信部26は、最大の開口を有する送信群及び受信群の超音波振動子11の数にあわせてスキャンチャンネルを具備させる必要がある。
しかし、スキャンチャンネルを多く設けることは、探傷装置のコスト上昇につながる。
図4は、第3実施形態における超音波探傷装置に適用されるアレイプローブ12を示している。
第3実施形態におけるアレイプローブ12は、開口面積が異なる別個の超音波振動子11a,11bが配列し、それぞれにタイミング信号41,44が入力するを有している。
なお、第3実施形態において第1実施形態と共通の構成又は機能については、重複説明を省略する。
第4実施形態における超音波探傷装置は、図1に示される構成で実現される。
第4実施形態において、送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の数は、校正試験片31(図6)の深さ方向に形成された複数の人工欠陥32(321,322,323)に由来する出力信号14の強度Aが等しくなるように選択される。
そして、素子選択部23は、信号受信部26から出力される出力信号14が、全ての焦点深度dに対して、例えばフルスケールの80%となるように、素子数を選択する。
そこで、第4実施形態では、送信群17及び受信群18を構成する素子数を適宜変更することにより、図7の破線で示すように、観測強度Aの深度依存性を無くす。
このように第4実施形態における超音波探傷装置10によれば、探傷感度の深さ方向依存性がさらに解消し、検査対象30の全域にわたり探傷をより高感度で実施することが可能となる。
存在する人工欠陥32の欠陥の直上に、位置するようアレイプローブ12を校正試験片31の表面に設置する(S10)。
そして、超音波ビーム13の焦点深度d及び探傷角度θに関するパラメータを設定する(S12,S13)。ここで焦点深度d及び探傷角度θは、超音波ビーム13の焦点が一定の幅を有することを鑑みて、離散的に設定される。
そして、受信した超音波ビーム13b1の波形強度を検知して(S19A)、この波形強度がダイナミックレンジに対して所定比率(例示は80%)を示さなければ(S31 No)、素子数を変更して再選択する(S15A)。
そして、全ての送信群17及び受信群18の素子数が選択されたところで校正作業が終了する(S32 Yes)。
まず、存在の有無が確認される欠陥の直上に、中心が位置するようアレイプローブ12を検査対象30の表面に設置する(S33)。
n=1として、送信群171から超音波ビーム13a1を送信し(S17B)、対応する焦点深度d1に対し反対位置にある受信群181において超音波ビーム13b1を受信する(S18B)。
そして、受信した超音波ビーム13b1の波形強度を検知して(S19B)、この波形強度が閾値に対して小さければ(S20 Yes)、対応する焦点深度d1に欠陥は存在しないと判別される(S21)。
焦点深度d1における判別結果は表示された後に(S23)、その他の全ての焦点深度d2,d3…についても、同様に欠陥の有無が判別され表示される(S24)。
第5実施形態における超音波探傷装置は、図1に示される構成で実現される。
送信群17及び受信群18を構成する超音波振動子11の数は、距離振幅特性曲線(図7)に基づいて選択することができる。
つまり、予め距離振幅特性曲線が得られていれば、基準深度(例えば、d2)における強度A2に対する偏差ΔA1,ΔA3に比例させて、その他の焦点深度d1,d3に対応する送信群17及び受信群18の超音波振動子11の数を選択することができる。
また、超音波探傷装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、超音波探傷プログラムにより動作させることが可能である。
Claims (7)
- 超音波ビームの焦点深度及び探傷角度に関するパラメータを設定するパラメータ設定部と、
検査対象の表面における前記超音波ビームの送信位置及びこの送信位置に対し前記焦点深度を挟んで位置する受信位置を前記パラメータに基づいて決定する位置決定部と、
検査対象の表面に前記超音波ビームが出入力されるように配置されたアレイプローブを構成し前記送信位置及び前記受信位置に対応する超音波振動子を前記焦点深度に依存した数だけ選択する素子選択部と、
前記選択された数の超音波振動子からなる送信群及び受信群において前記超音波ビームが前記探傷角度をなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子の操作タイミングを設定する方向設定部と、
前記受信群を構成する超音波振動子の出力信号の強度に基づいて前記焦点深度における欠陥の有無を判別する情報を表示する表示部と、を備え、
前記決定において、前記焦点深度が深くなるほど、前記送信位置及び前記受信位置の間隔を広げ、
前記選択において、前記焦点深度が深くなるほど、前記超音波振動子の数を増やすことを特徴とする超音波探傷装置。 - 請求項1に記載の超音波探傷装置において、
前記送信群及び受信群を構成する超音波振動子の前記操作タイミングは、隣接する複数の超音波振動子を同期させることを特徴とする超音波探傷装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の超音波探傷装置において、
前記アレイプローブは、開口面積が異なる別個の前記超音波振動子の配列を有することを特徴とする超音波探傷装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波探傷装置において、
前記送信群及び受信群を構成する超音波振動子の数は、校正試験片の深さ方向に形成された複数の人工欠陥に由来する前記出力信号の強度が等しくなるように選択されることを特徴とする超音波探傷装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波探傷装置において、
前記送信群及び受信群を構成する超音波振動子の数は、距離振幅特性曲線に基づいて選択されることを特徴とする超音波探傷装置。 - 超音波ビームの焦点深度及び探傷角度に関するパラメータを設定するステップと、
検査対象の表面における前記超音波ビームの送信位置及びこの送信位置に対し前記焦点深度を挟んで位置する受信位置を前記パラメータに基づいて決定するステップと、
検査対象の表面に前記超音波ビームが出入力されるように配置されたアレイプローブを構成し前記送信位置及び前記受信位置に対応する超音波振動子を前記焦点深度に依存した数だけ選択するステップと、
前記選択された数の超音波振動子からなる送信群及び受信群において前記超音波ビームが前記探傷角度をなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子の操作タイミングを設定するステップと、
前記受信群を構成する超音波振動子の出力信号の強度に基づいて前記焦点深度における欠陥の有無を判別する情報を表示するステップと、を含み、
前記決定するステップにおいて、前記焦点深度が深くなるほど、前記送信位置及び前記受信位置の間隔を広げ、
前記選択するステップにおいて、前記焦点深度が深くなるほど、前記超音波振動子の数を増やすことを特徴とする超音波探傷方法。 - コンピュータに、
超音波ビームの焦点深度及び探傷角度に関するパラメータを設定するステップ、
検査対象の表面における前記超音波ビームの送信位置及びこの送信位置に対し前記焦点深度を挟んで位置する受信位置を前記パラメータに基づいて決定するステップ、
検査対象の表面に前記超音波ビームが出入力されるように配置されたアレイプローブを構成し前記送信位置及び前記受信位置に対応する超音波振動子を前記焦点深度に依存した数だけ選択するステップ、
前記選択された数の超音波振動子からなる送信群及び受信群において前記超音波ビームが前記探傷角度をなす方向から出入力するようにこれら超音波振動子の操作タイミングを設定するステップ、
前記受信群を構成する超音波振動子の出力信号の強度に基づいて前記焦点深度における欠陥の有無を判別する情報を表示するステップ、を実行させ、
前記決定するステップにおいて、前記焦点深度が深くなるほど、前記送信位置及び前記受信位置の間隔を広げ、
前記選択するステップにおいて、前記焦点深度が深くなるほど、前記超音波振動子の数を増やすことを特徴とする超音波探傷プログラム。
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