JPS58213248A - 超音波による欠陥識別方法とその装置 - Google Patents

超音波による欠陥識別方法とその装置

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JPS58213248A
JPS58213248A JP57096221A JP9622182A JPS58213248A JP S58213248 A JPS58213248 A JP S58213248A JP 57096221 A JP57096221 A JP 57096221A JP 9622182 A JP9622182 A JP 9622182A JP S58213248 A JPS58213248 A JP S58213248A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波エコーと基準超音波とを相関処理する
ことによって反射体の性状を識別する超音波による欠陥
識別方法とその装置に関するものである。
従来より超音波による探傷方法が実用に供せられている
が、従来の方法による場合は反射体の性状を確実に識別
し得ないという欠点がある。即ち、超音波エコーの振幅
の大きさと超音波エコー受信時間(伝播距離に対応)の
長さとにより反射体の大きさやその位置を評価していた
ものである。しかしながら、超音波エコー受信時間が同
一であっても反射体もが同一であるとは限らない。例え
ば被検体が鋼材溶接部である場合その溶接部周辺に存す
る割れを検知することは困難となっている。
これは、割れとしての反射体と溶接たれ込みなどの反射
体が近接している場合が多く、シたがって反射体の位置
だけにもとづく評定からは割れが存するのか否かを容易
確実に識別し得ないというわけである。
よって本発明の目的は、溶接部周辺に存する割れであっ
てもその割れを容易確実に識別し得る超音波による欠陥
識別方法とその装置を供するに6る。
この目的のため本発明は、超音波エコーの位相情報にも
とづき反射体の性状を識別するようにしたものである。
具体的には超音波エコーと基準超音波との相互相関関数
を求め、この相互相関関数の正側、負側の(ピーク値)
最大値の大小関係から反射体の性状を知るようにしたも
のである。更に本発明では同一超音波エコーには一般に
正相成分と負相成分とが混在しているが、これら成分を
も各々位相弁別し得るようになっている。上記大小関係
に応じ相互相関関数と基準超音波の自己相関関数とを加
減算し、これによって得られる関数を新たな相互相関関
数としてその正側、負側のピーク値の大小関係より残シ
の成分についても位相弁別が可能となるものである。
以下、本発明を第1図から第5図により説明する。
先ず第1図から第3図によシ本発明による方法あるいは
その原理について説明する。
第1図(a)、 (b)に示す如く溶接部とその周辺を
被検体としたものであるが、超音波によって溶接部周辺
に存する割れを検出する際探触子1は被検体3外表面上
を矢印方向に走査される。走査が行なわれている間に超
音波送受信器2より探触子1を介しパルス状の超音波を
被検体3内部に所定の入射角度で放射せしめるものであ
る。超音波は被検体3内部にある拡がりをもって放射さ
れ、通常被検体3内表面によって反射されるが、割れF
や溶接たれ込みWが存する場合には入射角と反射体の位
置関係から、それら割れFや溶接たれ込みWによっても
超音波は反射されることになる。反射された超音波、即
ち、超音波エコーは探触子1を介し超音波送受信器2に
よって受信されるが、入射角が図示の如くである場合に
は被検体3内表面からの超音波エコーは探触子1方向に
反射されることは少ないから、被検体3内表面からの超
音波エコーの受信レベルは小さいものとなる。これに反
′し割れFや溶接たれ込みWにもとづく超音波エコーは
探触子1方向に相当反射されることから、その受信レベ
ルは大きなものとなる。これは、割れFが存する場合に
は超音波は第1図(a)に示す如く一旦被検体3内表面
によって反射された後割れFの表面によっても反射され
るか、あるいはこれとは逆の経路を辿って探触子1方向
にスキップエコーとして反射されるようになるからであ
る。溶接たれ込みWが存する場合には第1図(b)に示
す如くその部分で直接反射され、探触子1方向に直接エ
コー反射されるようになるからである。
このように割れFにもとづく超音波エコーは元の超音波
が2回反射されたものであるのに対し、溶接たれ込みW
にもとづく超音波エコーは元の超音波が一回反射された
ものとなるが、この相違は位相の相違となって現われる
というものである。
反射超音波の音圧P、は入射超音波の音圧PIと媒質の
音響インピーダンスZ+、Z*とからP。
= (Zt  Z+  ) ・P t/ (Zt +Z
+  )と求められるが、z、+ z、をそれぞれ空気
、鉄の音響インピーダンスとすれば、Zt <Ztであ
るから、超音波が反射される度に反射超音波の音圧の極
性は入射超音波の音圧の極性を反転したものとなる。
即ち、割れFにもとづく超音波エコーの位相は元の超音
波に位相的に同一となるが、溶接たれ込みWにもとづく
超音波エコーのそれは逆転されたものとなるわけである
第2図(a)、(b)はそれぞれ割れF1溶接たれ込み
Wに対して実際に超音波を照射した場合での超音波エコ
ーの几F波形を示したものであるが、後者のものにおい
ては位相が逆転されていることが判る。また、前者のも
のにおいてはピーク値は零レベルよりも正側に、後者の
ものにおけるそれは負側に存するものであることが判る
。被検体3内表面による超音波エコーは位相的に溶接た
れ込みWKもとづく超音波エコーに同一となるが、した
がって、超音波エコーの位相を弁別することによって、
割れが存するか否かを識別し得るというものである。
このように超音波エコーの位相を弁別することによって
欠陥の存否を識別することが可能となるが、本発明では
その位相弁別を相互相関関数によって行なおうとするも
のである。別途設けられた基準超音波Ug(t)と超音
波エコーU(【)との相互相関関数Φ1.スリを求める
わけであるが、この相互相関関数の物理的意味は基準超
音波と超音波エコーとがどの程度同一性あるかを示すも
のとなっている。Φ1,1(す=1であればU■(t)
 = U (す、また、1Φ、。(7月〈1であればU
s(す〜U(す、更にΦ1..(す=−1である場合に
はUs(す=−U(t)となり、基準超音波に対し超音
波エコーが同相(正相)か逆相(負相)かにより確実に
判断し得ることになるものである。
基準超音波としては超音波の発信波や被検体底面からの
直接超音波エコーなどを用い得るが、第3図(a)、 
(b)はそれぞれ基準超音波Us(りに対し超音波エコ
ーU(りが同相、逆相である場合で9相互相関関数Φ、
S、(りを実際に得られた波形として示したものである
。これら図からも判るように同相と逆相では相互相関関
数に明瞭な違いがある。即ち、正側ピーク値P、と負側
ピーク値P−とを比較すれば、同相である場合には正側
のピーク値P、が負側のそれよりも大きく、逆相の場合
はそれとは逆に負側のピーク値P−が正側のそれよりも
大きいといった相違がある。したがって、基準超音波に
対し超音波エコーが同相であるか逆相であるかを判別す
るには、何れの側のピーク値が大であるかの判別を行な
えばよいことになる。
ところで被検体内には各種の反射体が存在する可能性が
あるから、一般的に超音波エコーは同相成分と逆相成分
が混在したものとして得られることになる。これら成分
釜々の位相判別は以下に記す処理を行なうことによって
容易である。
(1)  超音波エコーU(りと基準超音波Us(りと
の相互相関関数Φ、1.(りを求める。
(2)  その相互相関関数の正側、負側のピーク値の
大きさを比較し位相判別を行なう。
(3)  (2)での比較でもしも正側ピーク値が大で
あったならば基準超音波の自己相関関数Φmams (
りにP、を乗じたものをΦ、1.(りよシ差し引く。ま
た、もしも負側ピーク値が大であったならばΦ+nw 
(す゛ にP−を乗じたものをΦ11.(りに加算する
。減算または加算されたものを新たなΦ11.(りとし
て再び(2)での処理を行なう。
即ち、(3)の処理で得られる新たなΦ、1.(りが所
定しきい値以下となるまで(3)、(2)の処理を繰シ
返し行なうようにすれば、残りの成分についての位相判
別も可能となるものである。なお、相互相関関数Φ11
.(τ)および自己相関関数ΦIII@I (りは以下
のように定義される関数である。
Φ、1.(す=1/T−/”υ(t)Ul(t−τ)d
 t     ・・・(1)0mmmm(す=1/T−
/U(すUs(を−τ)d t    ・(2)O 但し、Tは波形のサンプリング区間である。
本発明による方法は以上のようであるが、最後に本発明
による装置について説明する。
第4図はその一例での構成を示したものでおる。
これによると各走査位置にて超音波送受信器2からは探
触子を介しパルス状の超音波が被検体3内部に向けて放
射される一方、被検体3内部からの超音波エコーは探触
子1を介し超音波送受信器2によって受信されるように
なっている。受信された超音波エコー信号は高速にてA
D変換され、超音波エコー波形データとして波形記録メ
モリ4に記録されるが、その際適当に得られた基準超音
波信号もまたAD変換された形で波形記録メモリ4に記
録されるようになっている。基準超音波信号に再現性が
ある場合は一旦波形記録メモリ4に記憶せしめるだけで
十分で◆るが、再現性を有しない場合は各走査の度に基
準超音波信号を記録せしめておく必要がある。
さイ、被検体3に対する走査が終了すれば、波形記録メ
モリ4には各走査位置対応の超音波エコー波形データお
よび基準超音波波形データが所定順に記録されているが
、走査が終了した時点から所定順に相関・演算処理装置
9に読み出されるようになっている。相関・演算処理装
置9では第5図に示すフローに従って走査位置対応の超
音波エコー波形データおよび基準超音波波形データを処
理するところとなるものである。
波形記録メモリ4よυ読み出された走査位置対応のそれ
らデータは相関部5に入力され、ここでずれ時間τを変
数として相互相関関数ΦS1.(りおよび自己相関関数
Φm5m5 (りが式(1)、 (23に従い演算され
るようになっている。このようにして求められたΦ、1
.(τ)および0mmmm (τ)は演算処理部8に転
送されるとともに、Φ11.(τ)の結果はまたピーク
検出部6にも転送されるようになっている。ピーク検出
部6ではΦ。□(りの正側、負側のピーク値を求めるよ
うになっているものである。これらピーク値は  □演
算処理部8に取り込まれたうえ比較されるようになって
いる。この比較でもしも正側のピーク値が太であれば割
れによる超音波エコーであると判定する一方、負側のピ
ーク値が大である場合には割れ以外のものによる超音波
エコーであると判定するものである。演算処理部8では
次に判定結果に応じΦ。、(りにはΦwsms (りが
加算されるか、Φ1.Xτ)よυΦwsmg (τ)が
差し引かれるようになっている。
これは、残シの成分をも位相弁別するためでおるが、加
減算によって求められた新たなΦ11.(りの絶対的な
ピーク値の大きさが雑音によって定められるしきい値以
下でない場合に限り位相弁別が繰り返し行なわれるよう
になっている。これにより残りの成分についても位相弁
別が可能となるものである。
走査位置対応のデータについて上記の如く処理を行なう
わけであるが、その処理を行なう度に必要なデータや結
果を退避記憶せしめておく場合は、それらを用い被検体
3内に欠陥が存するか否かが知れるものである。表示装
置7はそれらデータや結果を表示するためのものである
。表示装置としては例えばCRTやプリンタが用いられ
るようになっている。
以上説明したように本発明は、超音波エコーと基準超音
波との相互相関関数を求め、この相互相関関数の正側、
負111!lのピーク値の大小関係よシ反射体の性状が
知れるようにしたものである。したがって本発明による
場合は、溶接部周辺に割れが存する場合であってもその
割れを溶接たれ込みと区別して容易確実に識別し得、構
造物に対する保守や製品の品質管理が大幅に改善され得
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)、第2図(a)、 (b)およ
び第3図(a)。 (b)は、本発明による方法あるいはその原理を説明1
・・・探触子、2・・・超音波送受信器、4・・・波形
記録メモリ、7・・・表示装置、9・・・相関・演算処
理装置。 代理人 弁理士 秋本正実 (rA) 茅20 (L) 仔) $3 目 (久)                Cbン某4.

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、超音波エコーの位相が照射超音波である基準超音波
    の位相と同相か逆相であるかを弁別することによって欠
    陥の存否を識別する超音波による欠陥識別方法にして、
    超音波エコーと基準超音波との相互相関関数を求め、該
    関数の正側、負側のピーク値の大小関係よシ欠陥の存否
    を識別することを特徴とする超音波による欠陥識別方法
    。 2 超音波エコーの位相が照射超音波である基準超音波
    の位相と同相か逆相であるかを弁別することによって欠
    陥の存否を識別する超音波による欠陥識別方法にして、
    超音波エコーと基準超音波との相互相関関数を求め、核
    関数の正側、負側のピーク値の大小関係より欠陥の存否
    を識別した後、上記超音波エコーに含まれる残りのエコ
    ー成分の位相を弁別すべく識別結果に応じ上記相互相関
    関数と基準超音波の自己相関関数とを加減算し、該加減
    算によって得られる関数を新たな相互相関関数として該
    関数の正側、負側のピーク値の大小関係より欠陥の存否
    を識別することを繰シ返すようにして欠陥の存否を識別
    することを特徴とする超音波による欠陥識別方法。 3、新たに得られる相互相関関数の絶対的なピーク値の
    大きさが一定値よりも大である限り上記相互相関関数の
    正側、負側のピーク値の大小関係による欠陥の存否識別
    が繰り返される特許請求の範囲第2項記載の超音波によ
    る欠陥識別方法。 4、超音波送信器より探触子を介し被検体内に超音波を
    照射する一方、被検体内からの超音波エコーを逆の経路
    で受信し、受信された超音波エコーの位相が照射超音波
    である基準超音波の位相と同相か逆相であるかを弁別す
    ることによって欠陥の存否を識別する超音波による欠陥
    識別装置にして、走査位置対応の基準超音波および超音
    床エコーをディシルデータ状態で所定順に記録する波・
    形データ記録手段と、該手段よシ順次読み出される走査
    位置対応の波形データよシ基準超音波と超音波工コーと
    の相互相関関数、基準超音波の自己相関関数を求めたう
    え、上記相互相関関数の正側、負側のピーク値の大小関
    係より欠陥の存否を識別した後は識別結果と上記自己相
    関関数によって相互相関関数を更新する度に更新に係る
    相互相関関数の正側、負側のピーク値の大小関係よシ欠
    陥の存否を識別することを繰り返す手段と、該手段に退
    避記録され九走査位置対応の識別結果を表示する手段と
    を具備してなる超音波による欠陥識別装置。
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