JPWO2018180697A1 - 欠陥検出装置、欠陥検出方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、上述した欠陥検出装置による欠陥検出方法、及び、当該欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを含む。
・送信超音波振動子112の数(n)
・受信超音波振動子114の数(m)
・溶接鋼管200の外径
・溶接鋼管200の厚み(外表面200Gと内表面200Nとの間の長さ)
・フェイズドアレイ探触子110と溶接鋼管200の幾何学的位置関係
・角度θと超音波ビーム113の集束位置113b
・フェイズドアレイ探触子110の仕様(周波数、ピッチ、素子数、素子サイズ等)
・フェイズドアレイ探触子110と溶接鋼管200の外表面200Gとの間に存在する媒体(水)の物性値(超音波ビーム113が伝搬する音速等)
・溶接鋼管200の鋼材の物性値(超音波ビーム113が伝搬する音速等)
まず、指定された超音波ビーム113の集束位置113bに基づき溶接部210に直交する線を溶接鋼管200の外表面200Gに向かって延長する。そして、溶接鋼管200の外表面200Gにおいてスネルの法則に基づく屈折角度θで線をフェイズドアレイ探触子110の方向に延長する。そして、当該延長線上にフェイズドアレイ探触子110の中心が位置し、且つ、当該延長線と超音波振動子111の配置面とが直交するように、フェイズドアレイ探触子110を配置する。
また、図9Cに示す、第2位置902に第2溶接部310が存在する場合(即ち、フェイズドアレイ探触子110に対する第2溶接部310の基準位置からのずれ角度が+αの場合)には、欠陥エコー強度のピークは、フェイズドアレイ探触子110の中心付近よりも素子番号が小さい超音波振動子111に存在している。
また、図9Dに示す、第3位置903に第2溶接部310が存在する場合(即ち、フェイズドアレイ探触子110に対する第2溶接部310の基準位置からのずれ角度が−β(=−α)の場合)には、欠陥エコー強度のピークは、フェイズドアレイ探触子110の中心付近よりも素子番号が大きい超音波振動子111に存在している。
以上のことから、従来技術のように受信超音波振動子114として送信超音波振動子112と同じ超音波振動子111を用いた場合には、この図9B〜図9Dに示す欠陥エコー強度のピークの移動に伴い、欠陥からの反射超音波ビーム(欠陥エコー)に係るSN比が低下してしまうことがわかった。そこで、本実施形態では、この図9B〜図9Dに示す欠陥エコー強度のピークの移動を考慮して、受信超音波振動子設定部122は、送信超音波振動子112に係るn個の超音波振動子を含み且つn個よりも大きいm個の超音波振動子を受信超音波振動子114として設定し、欠陥からの反射超音波ビーム(欠陥エコー)に係るSN比の低下を抑制することとした。この受信超音波振動子設定部122が受信超音波振動子114を設定する際に用いるSN比情報141について、図10を用いて説明する。
ステップS1の処理が終了すると、続いて、ステップS2において、送受信制御部123は、溶接鋼管200の厚み方向における送信対象の集束領域を表す変数rに1を設定する。これにより、送信対象の集束領域rに1が設定される。例えば、図12A〜図12Cに示す第1例の場合には図12Aに示す集束領域r1が設定され、図13A〜図13Cに示す第2例の場合には図13Aに示す集束領域r1が設定されることになる。
かかる構成によれば、フェイズドアレイ探触子110に対して溶接部210が溶接鋼管200の周方向にずれた場合の反射超音波ビームに係るSN比を考慮して受信超音波振動子114を設定しているため、図10を用いて説明したように、溶接部210の位置が想定していた位置に対して溶接鋼管200の周方向にずれていた場合に欠陥211の検出精度の低下を抑制することができる。
上述した本発明の実施形態では、受信超音波振動子設定部122は、フェイズドアレイ探触子110に対して溶接部210が溶接鋼管200の周方向にずれた場合の反射超音波ビームに係るSN比を考慮して(具体的には、記憶部140に記憶されているSN比情報141(例えば、図10に示すSN比情報)を参照して)、送信超音波振動子112に係るn個の超音波振動子を含み且つn個よりも大きいm個の超音波振動子111を受信超音波振動子114として設定するものであった。しかしながら、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば、上述した反射超音波ビームにおけるノイズレベルが極めて低く、ノイズを無視できると見なせる場合には、上述した本発明の実施形態における反射超音波ビームに係るSN比に換えて、反射超音波ビームに係るエコー強度を適用することが可能である。以下、本実施形態の変形例として、この反射超音波ビームに係るエコー強度を適用する場合について説明する。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、本発明に含まれる。
Claims (14)
- 溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接部に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
前記溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子と、
前記フェイズドアレイ探触子を構成する前記複数の超音波振動子のうちの一部のn個の超音波振動子を送信超音波振動子とし、前記送信超音波振動子から前記溶接鋼管の外表面を介して前記溶接部に向けて超音波ビームを送信する送信手段と、
前記溶接部を含む前記溶接鋼管で反射した前記超音波ビームである反射超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子を構成する前記複数の超音波振動子の中から、前記n個の超音波振動子を含み且つ前記n個よりも大きいm個の超音波振動子で構成された受信超音波振動子を介して受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した前記反射超音波ビームに基づいて、前記溶接部に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段と、
を有することを特徴とする欠陥検出装置。 - 前記受信超音波振動子は、
前記溶接鋼管を校正するための鋼管であって前記溶接部に相当する第2溶接部に人工欠陥を形成した校正管を用いて、前記送信超音波振動子に係る前記n個の超音波振動子に対して前記受信超音波振動子に係る前記m個の超音波振動子におけるmの値を変更して取得した前記反射超音波ビームに係るSN比であって、前記mの値ごとに、前記フェイズドアレイ探触子に対して前記第2溶接部を前記校正管の周方向の第1位置に配置した場合の前記人工欠陥からの前記反射超音波ビームに係るSN比である第1のSN比と、前記フェイズドアレイ探触子に対して前記第2溶接部を前記校正管の周方向に前記第1位置から時計回りに角度αだけずらした第2位置に配置した場合の前記人工欠陥からの前記反射超音波ビームに係るSN比である第2のSN比と、前記フェイズドアレイ探触子に対して前記第2溶接部を前記校正管の周方向に前記第1位置から反時計回りに角度βだけずらした第3位置に配置した場合の前記人工欠陥からの前記反射超音波ビームに係るSN比である第3のSN比とに基づいて、設定されたことを特徴とする請求項1に記載の欠陥検出装置。 - 前記受信超音波振動子は、前記第1のSN比と前記第2のSN比との差および前記第1のSN比と前記第3のSN比との差のうちの少なくともいずれか一方の差が最も小さくなる前記mの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項2に記載の欠陥検出装置。
- 前記受信超音波振動子は、前記第1のSN比と前記第2のSN比との差および前記第1のSN比と前記第3のSN比との差における合計が最も小さくなる前記mの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項2に記載の欠陥検出装置。
- 前記受信超音波振動子は、前記第1のSN比が所定の閾値以上となる前記mの値を抽出し、当該抽出したmの値の中から前記最も小さくなるmの値を選択し、当該選択したmの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項3または4に記載の欠陥検出装置。
- 前記受信超音波振動子は、前記第1のSN比、前記第2のSN比および前記第3のSN比が所定の閾値以上となる前記mの値を抽出し、当該抽出したmの値の中から前記最も小さくなるmの値を選択し、当該選択したmの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項3または4に記載の欠陥検出装置。
- 前記受信超音波振動子は、
前記溶接鋼管を校正するための鋼管であって前記溶接部に相当する第2溶接部に人工欠陥を形成した校正管を用いて、前記送信超音波振動子に係る前記n個の超音波振動子に対して前記受信超音波振動子に係る前記m個の超音波振動子におけるmの値を変更して取得した前記反射超音波ビームに係るエコー強度であって、前記mの値ごとに、前記フェイズドアレイ探触子に対して前記第2溶接部を前記校正管の周方向の第1位置に配置した場合の前記人工欠陥からの前記反射超音波ビームに係るエコー強度である第1のエコー強度と、前記フェイズドアレイ探触子に対して前記第2溶接部を前記校正管の周方向に前記第1位置から時計回りに角度αだけずらした第2位置に配置した場合の前記人工欠陥からの前記反射超音波ビームに係るエコー強度である第2のエコー強度と、前記フェイズドアレイ探触子に対して前記第2溶接部を前記校正管の周方向に前記第1位置から反時計回りに角度βだけずらした第3位置に配置した場合の前記人工欠陥からの前記反射超音波ビームに係るエコー強度である第3のエコー強度とに基づいて、設定されたことを特徴とする請求項1に記載の欠陥検出装置。 - 前記受信超音波振動子は、前記第1のエコー強度と前記第2のエコー強度との差および前記第1のエコー強度と前記第3のエコー強度との差のうちの少なくともいずれか一方の差が最も小さくなる前記mの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項7に記載の欠陥検出装置。
- 前記受信超音波振動子は、前記第1のエコー強度と前記第2のエコー強度との差および前記第1のエコー強度と前記第3のエコー強度との差における合計が最も小さくなる前記mの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項7に記載の欠陥検出装置。
- 前記受信超音波振動子は、前記第1のエコー強度が所定の閾値以上となる前記mの値を抽出し、当該抽出したmの値の中から前記最も小さくなるmの値を選択し、当該選択したmの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項8または9に記載の欠陥検出装置。
- 前記受信超音波振動子は、前記第1のエコー強度、前記第2のエコー強度および前記第3のエコー強度が所定の閾値以上となる前記mの値を抽出し、当該抽出したmの値の中から前記最も小さくなるmの値を選択し、当該選択したmの値に基づいて、設定されたことを特徴とする請求項8または9に記載の欠陥検出装置。
- 前記送信手段は、前記溶接鋼管の外表面から前記溶接鋼管内に入射した超音波ビームが前記溶接鋼管の内表面で反射することなく前記溶接部に対して略垂直に直接入射し且つ前記溶接部で集束するように、前記超音波ビームを送信することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の欠陥検出装置。
- 溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を備え、前記溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接部に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法であって、
前記フェイズドアレイ探触子を構成する前記複数の超音波振動子のうちの一部のn個の超音波振動子を送信超音波振動子とし、前記送信超音波振動子から前記溶接鋼管の外表面を介して前記溶接部に向けて超音波ビームを送信する送信ステップと、
前記溶接部を含む前記溶接鋼管で反射した前記超音波ビームである反射超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子を構成する前記複数の超音波振動子の中から、前記n個の超音波振動子を含み且つ前記n個よりも大きいm個の超音波振動子で構成された受信超音波振動子を介して受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記反射超音波ビームに基づいて、前記溶接部に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップと、
を有することを特徴とする欠陥検出方法。 - 溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を備え、前記溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接部に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記フェイズドアレイ探触子を構成する前記複数の超音波振動子のうちの一部のn個の超音波振動子を送信超音波振動子とし、前記送信超音波振動子から前記溶接鋼管の外表面を介して前記溶接部に向けて超音波ビームを送信する送信ステップと、
前記溶接部を含む前記溶接鋼管で反射した前記超音波ビームである反射超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子を構成する前記複数の超音波振動子の中から、前記n個の超音波振動子を含み且つ前記n個よりも大きいm個の超音波振動子で構成された受信超音波振動子を介して受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記反射超音波ビームに基づいて、前記溶接部に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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