KR20190108598A - 결함 검출 장치, 결함 검출 방법 및 프로그램 - Google Patents

Abstract

페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 일부의 n개의 초음파 진동자(111)로 이루어지는 송신 초음파 진동자(112)로부터 용접부(210)를 향하여 초음파 빔(113)을 송신하는 송신부(131)와, 용접부(210)를 포함하는 용접 강관(200)에서 반사된 반사 초음파 빔을, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)로 구성된 수신 초음파 진동자(114)를 통해 수신하는 수신부(132)와, 수신부(132)에서 수신한 반사 초음파 빔에 기초하여 용접부(210)에 결함이 존재하는지 여부를 판정하는 결함 판정부(124)를 구비한다.

Description

결함 검출 장치, 결함 검출 방법 및 프로그램

본 발명은, 용접 강관의 관축 방향을 따라 형성된 용접부에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 장치 및 결함 검출 방법, 당해 결함 검출 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램에 관한 것이다.

전봉 강관 등의 용접 강관에서는, 용접부(용접면)의 품질이 매우 중요하다. 이 용접 강관의 용접부에 결함이 존재하는지 여부를 판정하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 기술이 있다. 구체적으로, 특허문헌 1에는, 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 복수의 초음파 진동자 중 일부의 초음파 진동자로 이루어지는 탐상용 초음파 진동자 군으로부터, 용접 강관의 외표면을 통해 용접부를 향하여 초음파 빔을 송신하고, 용접부를 포함하는 용접 강관에서 반사된 초음파 빔을, 당해 초음파 빔을 송신한 탐상용 초음파 진동자 군을 통해 수신하고, 당해 수신한 초음파 빔에 기초하여 용접부에 결함이 존재하는지 여부를 판정하는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2016-38361호 공보

용접 강관의 제조 공정에 있어서 용접부의 결함 검사를 행할 때에, 용접 강관에 따라서는 용접부의 위치가 용접 강관의 둘레 방향으로 어긋나는 경우가 있다. 이 점, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 용접부를 향하여 초음파 빔을 송신한 초음파 진동자 군과 같은 초음파 진동자 군을 사용하여, 용접부를 포함하는 용접 강관에서 반사된 반사 초음파 빔을 수신하고 있기 때문에, 용접부의 위치가 상정하고 있던 위치에 대하여 용접 강관의 둘레 방향으로 어긋나 있는 경우에는, 용접부에 존재하는 결함으로부터의 반사 초음파 빔을 적절하게 수신하는 것이 곤란하였다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 용접부의 위치가 상정하고 있던 위치에 대하여 용접 강관의 둘레 방향으로 어긋나 있는 경우에는, 결함의 검출 정밀도가 저하되어 버린다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 페이즈드 어레이 탐촉자를 사용하여 용접 강관의 용접부 결함 검사를 행할 때에, 용접부의 위치가 상정하고 있던 위치에 대하여 용접 강관의 둘레 방향으로 어긋나 있는 경우에 결함의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 결함 검출 장치는, 용접 강관의 관축 방향을 따라 형성된 용접부에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 장치이며, 상기 용접 강관의 외표면 외측에 설치되어, 복수의 초음파 진동자가 배열된 페이즈드 어레이 탐촉자와, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중 일부의 n개의 초음파 진동자를 송신 초음파 진동자로 하고, 상기 송신 초음파 진동자로부터 상기 용접 강관의 외표면을 통해 상기 용접부를 향하여 초음파 빔을 송신하는 송신 수단과, 상기 용접부를 포함하는 상기 용접 강관에서 반사된 상기 초음파 빔인 반사 초음파 빔을, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중에서 상기 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 상기 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자로 구성된 수신 초음파 진동자를 통해 수신하는 수신 수단과, 상기 수신 수단에서 수신한 상기 반사 초음파 빔에 기초하여, 상기 용접부에 결함이 존재하는지 여부를 판정하는 결함 판정 수단을 갖는다.

또한, 본 발명은 상술한 결함 검출 장치에 의한 결함 검출 방법 및 당해 결함 검출 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 포함한다.

본 발명에 따르면, 페이즈드 어레이 탐촉자를 사용하여 용접 강관의 용접부의 결함 검사를 행할 때에, 용접부의 위치가 상정하고 있던 위치에 대하여 용접 강관의 둘레 방향으로 어긋나 있는 경우에 결함의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치의 개략 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2a는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1에 도시하는 용접부의 위치 특정 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2b는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1에 도시하는 용접부의 위치 특정 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2c는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1에 도시하는 용접부의 위치 특정 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3a는, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부의 위치에 대하여, 도 1에 도시하는 페이즈드 어레이 탐촉자로부터 초음파 빔을 송신한 경우의 모습을 도시하는 도면이다.
도 3b는, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부의 위치에 대하여, 도 1에 도시하는 페이즈드 어레이 탐촉자로부터 초음파 빔을 송신한 경우의 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 송수신 제어부에 의한 초음파 빔의 송신에 관한 송신 초음파 진동자의 송신 지연 패턴 및 반사 초음파 빔의 수신에 관한 수신 초음파 진동자의 수신 지연 패턴의 설정예를 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 용접 강관을 교정하기 위한 교정관에 대하여 도 1의 페이즈드 어레이 탐촉자로부터 초음파 빔을 송신하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 6은, 참고예를 나타내고, 도 5에 도시하는 송신 초음파 진동자의 수 n을 축차 변경함과 함께, 수신 초음파 진동자를 송신 초음파 진동자와 동일하게 했을 경우의, 인공 결함으로부터의 반사 초음파 빔에 관한 SN비를 도시하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 5에 도시하는 송신 초음파 진동자의 수 n을 소정수로 함과 함께, 페이즈드 어레이 탐촉자의 각 초음파 진동자에서 수신한 반사 초음파 빔에 관한 B 스캔 화상을 도시하는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 7의 경우에 있어서 페이즈드 어레이 탐촉자의 각 초음파 진동자(소자 번호가 1ch 내지 64ch)에서 수신한 결함 에코의 최대 신호 강도를 결함 에코 강도로서 도시한 도면이다.
도 9a는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 기억부에 기억하는 SN비 정보의 취득 처리의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9b는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 기억부에 기억하는 SN비 정보의 취득 처리의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9c는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 기억부에 기억하는 SN비 정보의 취득 처리의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9d는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 기억부에 기억하는 SN비 정보의 취득 처리의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 기억부에 기억되어 있는 SN비 정보의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치에 의한 결함 검출 방법의 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12a는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치에 있어서, 용접 강관의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔을 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제1 예를 도시하는 도면이다.
도 12b는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치에 있어서, 용접 강관의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔을 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제1 예를 도시하는 도면이다.
도 12c는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치에 있어서, 용접 강관의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔을 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제1 예를 도시하는 도면이다.
도 13a는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치에 있어서, 용접 강관의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔을 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제2 예를 도시하는 도면이다.
도 13b는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치에 있어서, 용접 강관의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔을 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제2 예를 도시하는 도면이다.
도 13c는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치에 있어서, 용접 강관의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔을 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제2 예를 도시하는 도면이다.
도 14는, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자의 제1 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 15는, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자의 제2 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 16은, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자의 제3 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 17은, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자의 제4 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.

이하에, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치(100)의 개략 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 이 결함 검출 장치(100)는, 전봉 강관 등의 용접 강관(200)의 관축 방향을 따라 형성된 용접부(용접면)(210)에 존재하는 결함(211)을 검출하기 위한 장치이다. 또한, 도 1에는, 용접 강관(200)의 단면(보다 상세하게는, 용접 강관(200)의 단면 중 용접부(210) 부근)을 나타내고 있다. 또한, 도 1에서는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 용접부(210)의 내부에 결함(211)이 존재하고 있는 예를 나타내고 있지만, 용접 강관(200)에 따라서는 용접부(210)의 내부에 결함(211)이 존재하지 않는 것도 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 용접 강관(200)의 외경은, 예를 들어 38.1mm 내지 114.3mm가 적합하고, 용접 강관(200)의 두께(외표면(200G)과 내표면(200N) 사이의 길이)는, 예를 들어 1.6mm 내지 10mm가 적합하다.

본 실시 형태에 따른 결함 검출 장치(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 페이즈드 어레이 탐촉자(110), 제어·처리부(120), 송수신부(130), 기억부(140), 입력부(150) 및 표시부(160)를 갖고서 구성되어 있다.

페이즈드 어레이 탐촉자(110)는, 용접 강관(200)의 외표면(200G)의 외측에 설치되어, 복수의 초음파 진동자(111)가 배열되어서 형성되어 있다. 구체적으로, 도 1에는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수의 초음파 진동자(111)로서, ch1로부터 chN까지의 N개의 초음파 진동자가 형성되어 있는 예를 나타내고 있다. 또한, 도 1에는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수의 초음파 진동자(111) 중, 용접 강관(200)의 외표면(200G)을 통해 용접부(210)를 향하여 초음파 빔(113)을 송신하는 송신 초음파 진동자(112)가 나타나 있다. 이때, 도 1에 도시하는 초음파 빔(113)은, 용접부(210)의 1점에 집속되는 것처럼 그려져 있지만, 이것은 어디까지나 설정상의 경로를 나타내고 있는 것이고, 실제로는 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 사양(예를 들어, 초음파 진동자(111)의 폭이나 주파수, 개수 등)에 따라서는, 용접부(210)의 1점에 집속되지 않을 수도 있다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서, 초음파 빔(113)이 용접부(210)에 집속되는 부분을 집속 영역으로서 기재한다. 또한, 도 1에는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수의 초음파 진동자(111) 중, 용접부(210)를 포함하는 용접 강관(200)에서 반사된 초음파 빔(113)인 반사 초음파 빔(이하, 단순히 「반사 초음파 빔」이라고 기재하는 경우가 있음)을 수신하는 수신 초음파 진동자(114)가 나타나 있다. 또한, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)와 용접 강관(200)의 외표면(200G) 사이에는, 초음파 빔(113)을 효율적으로 전파시키기 위한 매체로서, 예를 들어 물이 존재하고 있다.

제어·처리부(120)는, 예를 들어 입력부(150)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 결함 검출 장치(100)의 각 구성부를 제어하고, 결함 검출 장치(100)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, 제어·처리부(120)는, 예를 들어 입력부(150)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 각종 처리를 행한다. 이 제어·처리부(120)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 송신 초음파 진동자 설정부(121), 수신 초음파 진동자 설정부(122), 송수신 제어부(123), 결함 판정부(124) 및 표시 제어부(125)를 갖고서 구성되어 있다.

송신 초음파 진동자 설정부(121)는, 예를 들어 입력부(150)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수(도 1에 도시하는 예에서는 N개)의 초음파 진동자(111) 중 일부의 n개의 초음파 진동자를 송신 초음파 진동자(112)로서 설정한다.

수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 예를 들어 입력부(150)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수의 초음파 진동자(111) 중에서 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 이때, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)를 고려하여, 수신 초음파 진동자(114)를 설정한다.

송수신 제어부(123)는, 예를 들어 입력부(150)로부터 입력된 입력 정보, 그리고, 송신 초음파 진동자 설정부(121) 및 수신 초음파 진동자 설정부(122)에서 설정된 정보에 기초하여, 송수신부(130)의 제어를 행한다. 구체적으로, 송수신 제어부(123)는, 송수신부(130)의 송신부(131)에 대하여, 송신 초음파 진동자 설정부(121)에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신시키는 제어를 행한다. 또한, 송수신 제어부(123)는, 송수신부(130)의 수신부(132)에 대하여, 수신 초음파 진동자 설정부(122)에서 설정된 수신 초음파 진동자(114)에 반사 초음파 빔을 수신시키는 제어를 행한다.

결함 판정부(124)는, 송수신부(130)의 수신부(132)에서 수신한 반사 초음파 빔에 기초하여, 용접부(210)에 결함(211)이 존재하는지 여부를 판정한다.

표시 제어부(125)는, 결함 판정부(124)에 의한 결함(211)의 판정 결과를 표시부(160)에 표시하는 제어를 행한다. 또한, 표시 제어부(125)는 필요에 따라, 각종 정보를 표시부(160)에 표시하는 제어를 행한다.

송수신부(130)는, 송수신 제어부(123)의 제어에 기초하여, 용접 강관(200) 사이에서 초음파 빔의 송수신을 행한다. 이 송수신부(130)는, 송신부(131) 및 수신부(132)를 갖고서 구성되어 있다. 송신부(131)는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수의 초음파 진동자(111) 중, 송신 초음파 진동자 설정부(121)에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)로부터, 초음파 빔(113)을 송신하는 처리를 행한다. 본 실시 형태에서는, 송신부(131)는, 송수신 제어부(123)의 제어에 기초하여, 용접 강관(200)의 외표면(200G)으로부터 용접 강관 내에 입사한 초음파 빔(113)이 용접 강관(200)의 내표면(200N)에서 반사하지 않고 용접부(210)에 대하여 대략 수직으로 직접 입사하고 또한 용접부(210)에서 집속되도록, 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 처리를 행한다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 송신부(131)는, 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하여, 이 초음파 빔(113)을 용접 강관(200)의 외표면(200G)에 있어서의 입사축(113a)에 대하여 각도 θ(도 1에 도시하는 예에서는, 약 70°)로 굴절시켜서, 용접 강관(200)의 내표면(200N)에서 반사시키지 않고 직접 용접부(210)에 대략 수직으로 입사시킨다. 또한, 수신부(132)는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수의 초음파 진동자(111) 중, 수신 초음파 진동자 설정부(122)에서 설정된 수신 초음파 진동자(114)를 통해, 반사 초음파 빔을 수신하는 처리를 행한다.

기억부(140)는, 수신 초음파 진동자 설정부(122)가 수신 초음파 진동자(114)를 설정할 때에 사용하는 SN비 정보(141)를 기억하고 있다. 이 SN비 정보(141)에 대해서는, 도 10을 사용하여 후술한다. 또한, 기억부(140)는, 제어·처리부(120)에서 사용하는 각종 정보나 프로그램 등, 또한, 제어·처리부(120)의 처리에서 얻어진 각종 정보 등을 기억한다.

입력부(150)는, 예를 들어 유저에 의해 조작 입력된 입력 정보를 제어·처리부(120)에 입력한다.

표시부(160)는, 표시 제어부(125)의 제어에 기초하여, 결함 판정부(124)에 의한 결함(211)의 판정 결과를 표시한다. 또한, 표시부(160)는, 표시 제어부(125)의 제어에 기초하여, 각종 정보를 표시한다.

이어서, 용접 강관(200)의 둘레 방향에 있어서의 용접부(210)의 위치 어긋남에 대해서, 도 2a 내지 도 2c, 도 3을 사용하여 설명한다.

도 2a 내지 도 2c는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1에 도시하는 용접부(210)의 위치 특정 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2a는, 예를 들어 띠 형상의 강판(강철 띠)을 용접부(210)에서 용접하여 용접 강관(200)을 제조한 경우의 일례를 나타내는 모식도이다. 이 도 2a에 도시하는 바와 같이, 용접 시에는, 용접부(210)에 비드라고 불리는 고조된 부분이 형성된다.

도 2b는, 용접부(210)의 위치를 특정하기 위한 일례로서, 도 2a에 도시하는 비드를 절삭하여 당해 절삭면에 대하여 광조사를 행한 뒤에 당해 절삭면을 라인 카메라로 촬영하는 모습을 도시하는 도면이다. 또한, 도 2c는, 도 2b에 도시하는 라인 카메라로 촬영된 절삭면 화상의 휘도 프로파일의 일례를 도시하는 도면이다. 이때, 절삭면의 중심점에서는, 조사한 광이 보다 난반사하는 것 등에 기인하여 휘도가 저하되기 때문에, 이 도 2c에 나타내는 예에서는, 휘도가 가장 저하되는 위치를 용접부(210)의 위치로 하여 특정한다. 즉, 이 도 2c에서는, 절삭면에 있어서의 절삭 폭의 중심점을 용접부(210)의 위치로 하여 특정하는 예를 나타내고 있다. 이 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 방법으로 용접부(210)의 위치를 특정하는 것은, 비드를 절삭한 후에 용접부(210)의 위치를 직접 계측하여 결정하는 것이 곤란한 경우가 많기 때문이다.

도 3a 및 도 3b는, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부(210)의 위치에 대하여, 도 1에 도시하는 페이즈드 어레이 탐촉자(110)로부터 초음파 빔(113)을 송신한 경우의 모습을 도시하는 도면이다. 도 3a는, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부(210)의 위치(절삭 폭 중심)에, 실제로 용접부(210)가 위치하는 경우를 나타내고 있다. 이 도 3a에 나타내는 경우, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부(210)의 위치에 실제로 용접부(210)가 위치하고 있기 때문에, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부(210)의 위치에 초음파 빔(113)이 집속되도록 제어함으로써, 실제의 용접부(210)의 위치에 초음파 빔(113)의 집속 위치(113b)를 설정할 수 있다. 이에 비해, 도 3b는, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부(210)의 위치(절삭 폭 중심)에 대하여 실제의 용접부(210)의 위치가 용접 강관(200)의 주 방향으로 어긋나 있는 경우를 나타내고 있다. 이 도 3b에 나타내는 경우, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부(210)의 위치에 대하여 실제의 용접부(210)의 위치가 용접 강관(200)의 둘레 방향으로 어긋나 있기 때문에, 도 2c에 나타내는 방법으로 특정한 용접부(210)의 위치에 초음파 빔(113)이 집속되도록 제어하면, 실제의 용접부(210)의 위치에 초음파 빔(113)의 집속 위치(113b)를 설정할 수 없다. 이 때문에, 이 도 3b에 나타내는 경우에는, 결함(211)의 검출 정밀도의 저하가 염려된다. 그리고, 이 도 3b에 나타내는 경우에 있어서 결함(211)의 검출 정밀도의 저하를 억제하기 위해, 본 실시 형태에 있어서는, 수신 초음파 진동자 설정부(122)에 있어서, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정하도록 하고 있다.

이어서, 송수신 제어부(123)에 의한 초음파 빔(113)의 송신에 관한 송신 초음파 진동자(112)의 송신 지연 패턴 및 반사 초음파 빔의 수신에 관한 수신 초음파 진동자(114)의 수신 지연 패턴의 설정에 대해서, 도 4를 사용하여 설명한다.

도 4는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 송수신 제어부(123)에 의한 초음파 빔(113)의 송신에 관한 송신 초음파 진동자(112)의 송신 지연 패턴(410) 및 반사 초음파 빔의 수신에 관한 수신 초음파 진동자(114)의 수신 지연 패턴(420)의 설정예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 4에 도시하는 송신 지연 패턴(410) 및 수신 지연 패턴(420)은 어디까지나 일례를 나타낸 것이고, 본 실시 형태에 있어서는, 이 도 4에 도시하는 양태에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 송수신 제어부(123)는, 예를 들어 이하의 요소를 고려하여, 송신 지연 패턴(410) 및 수신 지연 패턴(420)을 설정한다.

·송신 초음파 진동자(112)의 수(n)

·수신 초음파 진동자(114)의 수(m)

·용접 강관(200)의 외경

·용접 강관(200)의 두께(외표면(200G)과 내표면(200N) 사이의 길이)

·페이즈드 어레이 탐촉자(110)와 용접 강관(200)의 기하학적 위치 관계

·각도 θ와 초음파 빔(113)의 집속 위치(113b)

·페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 사양(주파수, 피치, 소자수, 소자 사이즈 등)

·페이즈드 어레이 탐촉자(110)와 용접 강관(200)의 외표면(200G) 사이에 존재하는 매체(물)의 물성값(초음파 빔(113)이 전반하는 음속 등)

·용접 강관(200)의 강재의 물성값(초음파 빔(113)이 전반하는 음속 등)

구체적으로, 본 실시 형태에서는, 송수신 제어부(123)는, 초음파 빔(113)을 용접 강관(200)의 외표면(200G)에 있어서의 입사축(113a)에 대하여 각도 θ(도 4에 도시하는 예에서는, 약 70°)로 굴절시켜서, 용접 강관(200)의 내표면(200N)에서 반사시키지 않고 직접 용접부(210)에 대략 수직으로 입사시키기 위해, 송신 지연 패턴(410)을 설정한다.

이때, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 위치는, 예를 들어 이하와 같이 하여 설정한다.

먼저, 지정된 초음파 빔(113)의 집속 위치(113b)에 기초하여 용접부(210)에 직교하는 선을 용접 강관(200)의 외표면(200G)을 향하여 연장한다. 그리고, 용접 강관(200)의 외표면(200G)에 있어서 스넬의 법칙에 기초하는 굴절 각도 θ로 선을 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 방향으로 연장한다. 그리고, 당해 연장선 상에 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심이 위치하고, 또한, 당해 연장선과 초음파 진동자(111)의 배치면이 직교하도록, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 배치한다.

또한, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)와 용접 강관(200)의 외표면(200G) 사이의 거리(물 거리)는, 용접부(210)에 존재하는 결함(211)으로부터의 반사 초음파 빔의 전반 시간에 의해 영향받는 검사 시간(물 거리가 길면 전반 시간, 즉 검사 시간이 길어진다)이나, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)와 용접 강관(200)의 외표면(200G) 사이에서 왕복하는 잔향 에코의 영향을 무시할 수 있음 등을 고려하여 결정한다.

이어서, 기억부(140)에 기억하는 SN비 정보(141)에 대해서, 도 5 내지 도 10을 사용하여 설명한다.

도 5는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 용접 강관(200)을 교정하기 위한 교정관(300)에 대하여 도 1의 페이즈드 어레이 탐촉자(110)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 모습을 도시하는 도면이다. 이 도 5에 도시하는 교정관(calibration pipe)(300)은, 도 1에 도시하는 용접 강관(200)을 교정하기 위한 강관이며, 용접 강관(200)의 용접부(210)에 상당하는 제2 용접부(310)에 인공 결함(311)을 형성한 강관이다. 이때, 인공 결함(311)으로서는, 소정의 크기의 관통 구멍을 형성한다.

도 6은, 참고예를 나타내고, 도 5에 도시하는 송신 초음파 진동자(112)의 수 n을 축차 변경함과 함께, 수신 초음파 진동자(114)를 송신 초음파 진동자(112)와 동일하게 한 경우의, 인공 결함(311)으로부터의 반사 초음파 빔에 관한 SN비를 도시하는 도면이다. 이 도 6의 종축의 SN비에 대해서, 제1 레벨 값 내지 제6 레벨 값이 나타나 있지만, 제k 레벨 값의 k의 값이 커질수록, SN비가 큰 것을 나타내고 있다.

일반적으로, 집속형의 페이즈드 어레이 탐촉자(110)와 집속 위치(113b)에 있어서의 음압·감도의 관계는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)로부터 집속 위치(113b)까지의 거리가 일정하면, 구동시키는 초음파 진동자(111)의 수(송수신 ch수)가 클수록 음압·감도가 높아진다고 생각된다. 즉, 구동시키는 초음파 진동자(111)의 수(송수신 ch수)가 클수록, SN비가 커진다고 예상된다. 그러나, 도 6에서는, 구동시키는 초음파 진동자(111)의 수(송수신 ch수)가 증가함에 따라서 어느 범위에서는 SN비가 증가하여 최대가 되지만, 그 후는, 구동시키는 초음파 진동자(111)의 수(송수신 ch수)가 증가함에 따라서 SN비가 감소하고 있다. 이것은, 구동시키는 초음파 진동자(111)의 수(송수신 ch수)를 증가시킴에 따라 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심으로부터 이격되는 방향으로 구동시키는 초음파 진동자(111)를 증가시키게 되고, 그 때문에, 어느 범위를 초과하여 증가하는 초음파 진동자(111)는 SN비의 향상에 기여하지 않고, 오히려 노이즈의 증가 요인이 되고 있다고 생각된다. 또한, 구동시키는 초음파 진동자(111)의 위치에 따라서는, 발신하는 초음파가 도 5의 외표면(300G)에 입사하는 각도가 상이하고, 그것에 의한 왕복 음압 통과율이 변화하는 것도 요인의 하나이다(예를 들어, 입사 각도가 커지는 외측(구체적으로는 chN을 향하는 방향)의 초음파 진동자(111)에서는 통과율이 작아진다).

도 7은, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 5에 도시하는 송신 초음파 진동자(112)의 수 n을 소정수로 함과 함께, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)에서 수신한 반사 초음파 빔에 관한 B 스캔 화상을 도시하는 도면이다. 구체적으로, 도 7에서는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)로서, 초음파 진동자(111)의 총 수가 64인 것을 사용하였다. 또한, 도 7에서는, 송신 초음파 진동자(112)를, 24개의 초음파 진동자(111)(구체적으로는, 소자 번호가 21ch 내지 44ch)로 하였다. 또한, 도 7에서는, 교정관(300)의 두께 방향의 중앙부에 대하여, 굴절 각도 θ=70°로 초음파 빔(113)이 집속되도록 설정한 송신 지연 패턴(410)으로 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하였다. 그리고, 도 7은, 상술한 조건에서, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)(소자 번호가 1ch 내지 64ch)에 있어서 수신한 반사 초음파 빔의 파형에 기초하는 B 스캔 화상을 나타낸 것이다.

도 7에 있어서, 외표면 에코라고 기재된 영역에 있어서 색이 첨부된 부분이, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)에 있어서, 교정관(300)의 외표면(300G)으로부터의 반사 초음파 빔을 수신한 것을 나타내고 있다. 또한, 도 7에 있어서, 결함 에코라고 기재된 영역에 있어서 색이 첨부된 부분이, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)에 있어서, φ0.5mm의 인공 결함(311)으로부터의 반사 초음파 빔을 수신한 것을 나타내고 있다.

도 8은, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 7의 경우에 있어서 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)(소자 번호가 1ch 내지 64ch)에서 수신한 결함 에코의 최대 신호 강도를 결함 에코 강도로서 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 8에서는, 횡축을 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)(소자 번호가 1ch 내지 64ch)로 하고, 종축을 결함 에코 강도라고 하고 있다.

도 8에 의하면, 송신 초음파 진동자(112)로서 설정한 소자 번호가 21ch 내지 44ch)에 있어서 신호 강도가 큰 결함 에코가 관측되지만, 그 이외의 초음파 진동자(111)(ch1 내지 ch20, ch45 내지 ch64)에 있어서도, 일정 이상의 신호 강도의 결함 에코가 관측되는 것을 알 수 있다. 이것은, 송신 초음파 진동자(112)로서 설정한 초음파 진동자(111)에 추가하여, 송신 초음파 진동자(112) 이외의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)에 포함시킴으로써, 인공 결함(311)으로부터의 반사 초음파 빔(결함 에코)에 관한 SN비의 향상에 기여할 수 있을 것으로 추측된다.

도 9a 내지 도 9d는, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 기억부(140)에 기억하는 SN비 정보(141)의 취득 처리의 일례를 도시하는 도면이다.

도 9a는, 도 1의 용접 강관(200)을 교정하기 위한 교정관(300)에 대하여 도 1의 페이즈드 어레이 탐촉자(110)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 모습을 도시하는 도면이다. 이 도 9a에 있어서, 도 5에 도시하는 구성과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 이 도 9a에서는, 제2 용접부(310)의 위치가 교정관(300)의 둘레 방향으로 어긋난 경우도 나타내고 있고, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대한 제2 용접부(310)의 기준 위치를 제1 위치(901)로 하고, 제2 용접부(310)의 위치가 제1 위치(901)로부터 교정관(300)의 둘레 방향으로 시계 방향으로 각도 α(시계 방향을 +방향으로 하면, 각도+α)만큼 어긋난 위치를 제2 위치(902)로 하고, 제2 용접부(310)의 위치가 제1 위치(901)로부터 교정관(300)의 둘레 방향으로 반시계 방향으로 각도 β(시계 방향을 +방향으로 하면, 각도-β)만큼 어긋난 위치를 제3 위치(903)로 하고 있다. 또한, 초음파 빔(113)의 집속 위치(113b)는 제2 용접부(310)가 제1 위치(901)에 있는 경우에 제2 용접부(310)에 위치하도록 설정하고 있다.

도 9b는, 도 9a에 나타내는 제1 위치(901)에 제2 용접부(310)가 존재하는 경우(즉, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대한 제2 용접부(310)의 기준 위치에서의 어긋남 각도가 0°인 경우)에, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)(소자 번호가 1ch 내지 64ch)에서 수신한 결함 에코의 최대 신호 강도를 결함 에코 강도로서 도시한 도면이다. 이 도 9b에서는, 도 8의 경우와 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)로서는, 소자 번호가 21ch 내지 44ch의 24개의 초음파 진동자(111)를 사용하고 있다.

도 9c는, 도 9a에 나타내는 제2 위치(902)에 제2 용접부(310)가 존재하는 경우(즉, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대한 제2 용접부(310)의 기준 위치에서의 어긋남 각도가 +α인 경우)에, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)(소자 번호가 1ch 내지 64ch)에서 수신한 결함 에코의 최대 신호 강도를 결함 에코 강도로서 도시한 도면이다. 이 도 9c에서는, 도 8의 경우와 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)로서는, 소자 번호가 21ch 내지 44ch의 24개의 초음파 진동자(111)를 사용하고 있다. 또한, 이 도 9c에서는, 어긋남 각도 +α를 +4°로 하고 있다. 이 어긋남 각도 +α=+4°는, 예를 들어 용접 강관(200)의 제조 공정에 있어서의 용접부(210)와 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 위치 관계에 기초하는 오차를 고려한 것이다.

도 9d는, 도 9a에 나타내는 제3 위치(903)에 제2 용접부(310)가 존재하는 경우(즉, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대한 제2 용접부(310)의 기준 위치에서의 어긋남 각도가 -β인 경우)에, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 각 초음파 진동자(111)(소자 번호가 1ch 내지 64ch)에서 수신한 결함 에코의 최대 신호 강도를 결함 에코 강도로서 도시한 도면이다. 이 도 9d에서는, 도 8의 경우와 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)로서는, 소자 번호가 21ch 내지 44ch의 24개의 초음파 진동자(111)를 사용하고 있다. 또한, 이 도 9d에서는, 어긋남 각도 -β를 -4°(=-α)로 하고 있다. 이 어긋남 각도 -β=-4°는, 예를 들어 용접 강관(200)의 제조 공정에 있어서의 용접부(210)와 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 위치 관계에 기초하는 오차를 고려한 것이다.

도 9b에 나타내는, 제1 위치(901)에 제2 용접부(310)가 존재하는 경우(즉, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대한 제2 용접부(310)의 기준 위치에서의 어긋남 각도가 0°인 경우)에는, 결함 에코 강도의 피크는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심 부근의 초음파 진동자(111)에 존재하고 있다.

또한, 도 9c에 나타내는, 제2 위치(902)에 제2 용접부(310)가 존재하는 경우(즉, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대한 제2 용접부(310)의 기준 위치에서의 어긋남 각도가 +α인 경우)에는, 결함 에코 강도의 피크는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심 부근보다도 소자 번호가 작은 초음파 진동자(111)에 존재하고 있다.

또한, 도 9d에 나타내는, 제3 위치(903)에 제2 용접부(310)가 존재하는 경우(즉, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대한 제2 용접부(310)의 기준 위치에서의 어긋남 각도가 -β(=-α)인 경우)에는, 결함 에코 강도의 피크는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심 부근보다도 소자 번호가 큰 초음파 진동자(111)에 존재하고 있다.

이상으로부터, 종래 기술과 같이 수신 초음파 진동자(114)로서 송신 초음파 진동자(112)와 같은 초음파 진동자(111)를 사용한 경우에는, 이 도 9b 내지 도 9d에 나타내는 결함 에코 강도의 피크 이동에 수반하여, 결함으로부터의 반사 초음파 빔(결함 에코)에 관한 SN비가 저하되어 버리는 것을 알 수 있었다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 이 도 9b 내지 도 9d에 나타내는 결함 에코 강도의 피크 이동을 고려하여, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정하여, 결함으로부터의 반사 초음파 빔(결함 에코)에 관한 SN비의 저하를 억제하기로 하였다. 이 수신 초음파 진동자 설정부(122)가 수신 초음파 진동자(114)를 설정할 때에 사용하는 SN비 정보(141)에 대해서, 도 10을 사용하여 설명한다.

도 10은, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 도 1의 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)의 일례를 도시하는 도면이다. 이 도 10의 종축 SN비에 대해서, 제1 레벨 값 내지 제6 레벨 값이 나타나 있지만, 제k 레벨 값의 k의 값이 커질수록, SN비가 큰 것을 나타내고 있다. 이 도 10에서는, SN비 정보(141)로서, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)에 대하여 수신 초음파 진동자(114)에 관한 m개의 초음파 진동자(111)에 있어서의 m의 값을 변경하여 취득한 SN비에 관한 정보를 나타내고 있다. 구체적으로, 도 10에서는, 도 9에 나타낸 경우와 마찬가지로, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)로서는 64개의 초음파 진동자(111)(소자 번호가 1ch 내지 64ch)를 구비한 것을 사용하고, 또한, 송신 초음파 진동자(112)로서는 소자 번호가 21ch 내지 44ch인 24개(즉, n=24)의 초음파 진동자(111)를 사용하고 있다.

또한, 도 10에서는, 수신 초음파 진동자(114)에 관한 m개의 초음파 진동자(111)로서, 소자 번호가 27ch 내지 38ch인 12개의 초음파 진동자(111)를 사용한 경우, 소자 번호가 21ch 내지 44ch인 24개의 초음파 진동자(111)를 사용한 경우(즉, 송신 초음파 진동자(112)와 같은 초음파 진동자(111)를 사용한 경우), 소자 번호가 17ch 내지 48ch인 32개의 초음파 진동자(111)를 사용한 경우, 소자 번호가 9ch 내지 56ch인 48개의 초음파 진동자(111)를 사용한 경우, 소자 번호가 1ch 내지 64ch인 64개의 초음파 진동자(111)를 사용한 경우 각각에 관한 SN비에 관한 정보를 나타내고 있다.

또한, 도 10에서는, 수신 초음파 진동자(114)에 관한 m개의 초음파 진동자(111)에 있어서의 m의 값을, 상술한 12, 24, 32, 48, 64의 각각에 변경하여 취득한 SN비에 관한 정보로 하여, 도 9a에 나타내는 제2 용접부(310)를 교정관(300)의 둘레 방향의 제1 위치(901)(어긋남 각도=0°)에 배치한 경우의 인공 결함(311)으로부터의 반사 초음파 빔에 관한 SN비인 제1 SN비(1001)와, 도 9a에 나타내는 제2 용접부(310)를 교정관(300)의 둘레 방향으로 제1 위치(901)로부터 시계 방향으로 각도 α(어긋남 각도=+α=+4°)만큼 어긋나게 한 제2 위치(902)에 배치한 경우의 인공 결함(311)으로부터의 반사 초음파 빔에 관한 SN비인 제2 SN비(1002)와, 도 9a에 나타내는 제2 용접부(310)를 교정관(300)의 둘레 방향으로 제1 위치(901)로부터 반시계 방향으로 각도 β(어긋남 각도=-β=-4°(=-α))만큼 어긋나게 한 제3 위치(903)에 배치한 경우의 인공 결함(311)으로부터의 반사 초음파 빔에 관한 SN비인 제3 SN비(1003)를 나타내고 있다. 또한, 도 10에서는, 수신 초음파 진동자(114)에 관한 m개의 초음파 진동자(111)에 있어서의 m의 값을, 상술한 12, 24, 32, 48, 64의 각각으로 변경한 각각의 경우에 대해서, 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002)의 차 및 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차도, 기재하고 있다.

이 도 10에 의하면, 수신 초음파 진동자(114)로서 송신 초음파 진동자(112)와 같은 초음파 진동자(111)를 사용한 경우(송신 초음파 진동자(112)가 n=24이고 수신 초음파 진동자(114)가 m=24인 경우)보다도, 수신 초음파 진동자(114)로서 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자를 사용한 경우(송신 초음파 진동자(112)가 n=24이고 수신 초음파 진동자(114)가 m=32인 경우나, 송신 초음파 진동자(112)가 n=24이고 수신 초음파 진동자(114)가 m=48인 경우, 송신 초음파 진동자(112)가 n=24이고 수신 초음파 진동자(114)가 m=64인 경우)쪽이, 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002) 또는 제3 SN비(1003)의 차가 작아지는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, 수신 초음파 진동자 설정부(122)에 있어서, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정하면, 제2 용접부(310)(환언하면, 용접부(210))의 위치가 교정관(300)(환언하면, 용접 강관(200))의 둘레 방향으로 어긋나 있는 경우에 있어서도, 인공 결함(311)(환언하면, 결함(211))으로부터의 반사 초음파 빔(결함 에코)에 관한 SN비의 저하를 억제할 수 있음을 알 수 있었다.

또한, 도 10에서는, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)로서, n=24인 경우의 SN비 정보를 나타냈지만, 본 실시 형태에 있어서는, 도 1의 기억부(140)에 SN비 정보(141)로서 기억되어 있는 SN비 정보는 이 n=24의 경우에 한정되는 것은 아니고, 이 n=24인 경우의 SN비 정보 외에, 다른 n의 값(예를 들어, n의 값이 12나 32 등)의 경우의 SN비 정보도 기억되어 있는 것으로 한다. 그리고, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 이 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)를 사용하여, m개의 초음파 진동자(111)로 이루어지는 수신 초음파 진동자(114)를 설정한다. 이 수신 초음파 진동자 설정부(122)에 의한 수신 초음파 진동자(114)의 구체적인 설정예에 대해서는, 도 14 내지 도 17을 사용하여 후술한다.

또한, 도 9 및 도 10에 도시하는 예에서는, 어긋남 각도 β를 어긋남 각도 α와 같은 각도로 한 예에 대하여 설명을 행했지만, 본 발명에 있어서는 이 형태에 한정되는 것은 아니고, 어긋남 각도 β를 어긋나 각도 α와 상이한 각도로 하는 형태도, 본 발명에 포함되는 것이다.

이어서, 본 실시 형태에 따른 결함 검출 장치(100)에 의한 결함 검출 방법의 처리 수순에 대하여 설명한다.

도 11은, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치(100)에 의한 결함 검출 방법의 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.

먼저, 도 11의 스텝 S1에 있어서, 송수신 제어부(123)는, 예를 들어 입력부(150)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서 초음파 빔(113)을 집속되게 하는 집속 영역의 수를 나타내는 집속 영역수 R을 설정한다.

도 12a 내지 도 12c는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치(100)에 있어서, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔(113)을 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제1 예를 도시하는 도면이다.

이 도 12a 내지 도 12c에서는, 용접 강관(200)의 두께 방향을 3개의 집속 영역 r1 내지 r3으로 나누어서 초음파 빔(113)을 주사(스캔)하는 경우를 나타내고 있고, 이 경우, 상술한 도 11의 스텝 S1에 있어서 집속 영역수 R이 3으로 설정되게 된다. 구체적으로, 도 12a는, 3개의 집속 영역 r1 내지 r3 중, 용접 강관(200)의 외표면(200G)에 가까운 집속 영역 r1의 결함 검출 처리를 행하기 위해서, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 소자 번호가 작은 측(ch1측)의 n개의 초음파 진동자(111)로 구성되는 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 12b는, 3개의 집속 영역 r1 내지 r3 중, 용접 강관(200)의 두께 방향의 중앙부에 위치하는 집속 영역 r2의 결함 검출 처리를 행하기 위해서, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심 부근의 n개의 초음파 진동자(111)로 구성되는 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 12c는, 3개의 집속 영역 r1 내지 r3 중, 용접 강관(200)의 내표면(200N)에 가까운 집속 영역 r3의 결함 검출 처리를 행하기 위해서, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 소자 번호가 큰 측(chN측)의 n개의 초음파 진동자(111)로 구성되는 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 경우를 나타내고 있다. 즉, 도 12a 내지 도 12c에 나타내는 제1 예에서는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 있어서의 송신 초음파 진동자(112)의 위치를 축차 변경함으로써, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서의 각 집속 영역 r1 내지 r3에 초음파 빔(113)을 주사(스캔)하는 경우를 나타내고 있다.

이 도 12a 내지 도 12c에 나타내는 제1 예의 경우, 도 1의 기억부(140)에는, 집속 영역 r1 내지 r3마다, 도 10에 도시하는 SN비 정보(141)가 기억되어 있는 형태를 채용한다.

도 13a 내지 도 13c는, 본 발명의 실시 형태에 따른 결함 검출 장치(100)에 있어서, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서의 소정의 집속 영역에 초음파 빔(113)이 집속되게 하여 결함 검출 처리를 행하는 경우의 제2 예를 도시하는 도면이다.

이 도 13a 내지 도 13c에 있어서도, 상술한 도 12a 내지 도 12c의 경우와 마찬가지로, 용접 강관(200)의 두께 방향을 3개의 집속 영역 r1 내지 r3으로 나누어서 초음파 빔(113)을 주사(스캔)하는 경우를 나타내고 있고, 이 경우, 상술한 도 11의 스텝 S1에 있어서 집속 영역수 R이 3으로 설정되게 된다. 구체적으로, 도 13a는, 3개의 집속 영역 r1 내지 r3 중, 용접 강관(200)의 외표면(200G)에 가까운 집속 영역 r1의 결함 검출 처리를 행하기 위하여 송신 지연 패턴(410)을 조정하여, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심 부근의 n개의 초음파 진동자(111)로 구성되는 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 13b는, 3개의 집속 영역 r1 내지 r3 중, 용접 강관(200)의 두께 방향의 중앙부에 위치하는 집속 영역 r2의 결함 검출 처리를 행하기 위하여 송신 지연 패턴(410)을 조정하고, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심 부근의 n개의 초음파 진동자(111)로 구성되는 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 13c는, 3개의 집속 영역 r1 내지 r3 중, 용접 강관(200)의 내표면(200N)에 가까운 집속 영역 r3의 결함 검출 처리를 행하기 위하여 송신 지연 패턴(410)을 조정하여, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)의 중심 부근의 n개의 초음파 진동자(111)로 구성되는 송신 초음파 진동자(112)로부터 초음파 빔(113)을 송신하는 경우를 나타내고 있다. 즉, 도 13a 내지 도 13c에 나타내는 제2 예에서는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 있어서의 송신 초음파 진동자(112)의 위치를 중앙부에 고정하여 송신 지연 패턴(410)을 축차 변경함으로써, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서의 각 집속 영역 r1 내지 r3에 초음파 빔(113)을 주사(스캔)하는 경우를 나타내고 있다.

이 도 13a 내지 도 13c에 나타내는 제2 예의 경우, 도 1의 기억부(140)에는, 집속 영역 r1 내지 r3마다, 도 10에 도시하는 SN비 정보(141)가 기억되어 있는 형태를 채용한다.

여기서, 다시, 도 11의 설명으로 되돌아간다.

스텝 S1의 처리가 종료되면, 계속해서, 스텝 S2에 있어서, 송수신 제어부(123)는, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서의 송신 대상의 집속 영역을 나타내는 변수 r에 1을 설정한다. 이에 의해, 송신 대상의 집속 영역 r에 1이 설정된다. 예를 들어, 도 12a 내지 도 12c에 나타내는 제1 예의 경우에는 도 12a에 나타내는 집속 영역 r1이 설정되고, 도 13a 내지 도 13c에 나타내는 제2 예의 경우에는 도 13a에 나타내는 집속 영역 r1이 설정되게 된다.

계속해서, 스텝 S3에 있어서, 송신 초음파 진동자 설정부(121)는, 예를 들어 입력부(150)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 집속 영역 r에 있어서의 송신 초음파 진동자(112)를 설정한다. 구체적으로, 송신 초음파 진동자 설정부(121)는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수(도 1에 도시하는 예에서는 N개)의 초음파 진동자(111) 중 일부의 n개의 초음파 진동자를 송신 초음파 진동자(112)로서 설정한다. 여기에서는, 도 10의 설명과 정합을 도모하기 위해서, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 ch1 내지 ch64의 64개의 초음파 진동자(111) 중, 소자 번호가 21ch 내지 44ch인 24개의 초음파 진동자(111)를 송신 초음파 진동자(112)로서 설정하는 것으로 한다.

계속해서, 스텝 S4에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 집속 영역 r의 SN비 정보(141)를 사용하여, 집속 영역 r에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)를 설정한다. 구체적으로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 이 수신 초음파 진동자 설정부(122)에 의한 수신 초음파 진동자(114)의 구체적인 설정예에 대해서는, 도 14 내지 도 17을 사용하여 후술한다.

계속해서, 스텝 S5에 있어서, 송신부(131)는, 송수신 제어부(123)의 제어에 기초하여, 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)로부터, 용접 강관(200)의 외표면(200G)을 통해 용접부(210)의 집속 영역 r을 향하여 초음파 빔(113)을 송신하는 처리를 행한다. 구체적으로, 송신부(131)는, 예를 들어 도 12a 내지 도 12c 혹은 도 13a 내지 도 13c에 도시하는 바와 같이, 초음파 빔(113)을 용접 강관(200)의 내표면(200N)에서 반사시키지 않고 직접 용접부(210)에 대략 수직으로 입사시킨다.

계속해서, 스텝 S6에 있어서, 수신부(132)는, 송수신 제어부(123)의 제어에 기초하여, 용접부(210)를 포함하는 용접 강관(200)에서 반사된 초음파 빔(113)인 반사 초음파 빔을, 스텝 S4에서 설정된 수신 초음파 진동자(114)를 통해 수신하는 처리를 행한다.

계속해서, 스텝 S7에 있어서, 결함 판정부(124)는, 스텝 S6에서 수신한 반사 초음파 빔에 기초하여, 용접부(210)의 집속 영역 r에 결함(211)이 존재하는지 여부를 판정한다. 이 결함 판정부(124)에 의한 반사 초음파 빔에 기초하는 결함(211)의 판정은, 예를 들어 특허문헌 1에도 기재되어 있는 바와 같이 공지된 기술이기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다. 일례로서는, 예를 들어 도 7에 나타내는 결함 에코의 시간대 영역에, 반사 초음파 빔에 기초하는 신호를 수신했는지 여부에 따라, 용접부(210)의 집속 영역 r에 결함(211)이 존재하는지 여부를 판정하는 것이 생각된다. 또한, 예를 들어 도 12a 내지 도 12c 혹은 도 13a 내지 도 13c에 나타내는 예에서는, 집속 영역 r2의 결함 검출 처리 시에 결함(211)이 존재한다고 판정되고, 집속 영역 r1 및 r3의 결함 검출 처리 시에 결함(211)이 존재하지 않는다고 판정되게 된다.

계속해서, 스텝 S8에 있어서, 표시 제어부(125)는, 스텝 S7에 의한 결함(211)의 유무에 관한 판정 결과를 표시부(160)에 표시하는 제어를 행한다.

계속해서, 스텝 S9에 있어서, 송수신 제어부(123)는, 송신 대상의 집속 영역을 나타내는 변수 r이, 스텝 S1에서 설정한 집속 영역수 R 미만인지 여부를 판단한다.

스텝 S9의 판단의 결과, 송신 대상의 집속 영역을 나타내는 변수 r이, 스텝 S1에서 설정한 집속 영역수 R 미만인 경우에는(S9/"예"), 모든 집속 영역에 대해서는 아직 결함 검출 처리를 행하지 않았다고 판단하여, 스텝 S10으로 진행한다.

스텝 S10으로 진행하면, 송수신 제어부(123)는, 용접 강관(200)의 두께 방향에 있어서의 송신 대상의 집속 영역을 나타내는 변수 r에 1을 가산한다. 이에 의해, 새로운 송신 대상의 집속 영역 r이 설정된다. 그 후, 스텝 S3으로 되돌아가, 스텝 S10에 있어서 새롭게 설정된 집속 영역 r에 대해서, 스텝 S3 이후의 처리를 행한다.

한편, 스텝 S9의 판단의 결과, 송신 대상의 집속 영역을 나타내는 변수 r이, 스텝 S1에서 설정한 집속 영역수 R 미만이 아닌 경우에는(S9/"아니오"), 모든 집속 영역에 대하여 결함 검출 처리를 행했다고 판단하여, 도 11의 흐름도의 처리를 종료된다.

이어서, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 설정 처리의 상세한 처리 수순에 대해서, 도 14 내지 도 17을 사용하여 설명한다.

도 14는, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제1 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.

도 14에 도시하는 제1 설정 처리에서는, 먼저, 스텝 S411에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141) 중에서, 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보를 취득한다. 상술한 도 11의 스텝 S3의 설명에서는, 소자 번호가 21ch 내지 44ch인 24개의 초음파 진동자(111)를 송신 초음파 진동자(112)로서 설정하는 것으로 했기 때문에, 여기에서는, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보인 도 10에 도시하는 SN비 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 SN비 정보를 취득함에 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 스텝 S412에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비(1001)가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=24, 32, 48, 64를 추출한다. 이때, 소정의 역치로서 설정한 제4 레벨 값은, 결함(211)의 검출 정밀도의 관점에서 정한 SN비의 일례이다.

계속해서, 스텝 S413에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S412에서 추출한 m의 값 중에서, 제1 SN비와 제2 SN비의 차 및 제1 SN비와 제3 SN비의 차 중의 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S412에서 추출한 m(m=24, 32, 48, 64)의 값 중에서 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002)의 차 및 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64인 경우, 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차가 0.6dB로 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S414에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S413에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S413에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하였기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S414의 처리가 종료되면, 도 14에 도시하는 수신 초음파 진동자(114)의 제1 설정 처리가 종료된다.

도 15는, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제2 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.

도 15에 도시하는 제2 설정 처리에서는, 먼저, 도 14의 스텝 S411과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141) 중에서 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보를 취득한다. 여기에서는, 도 14의 스텝 S411에서 설명한 것과 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보인 도 10에 도시하는 SN비 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 SN비 정보를 취득하는 데 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 스텝 S421에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비, 제2 SN비 및 제3 SN비가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비(1001), 제2 SN비(1002) 및 제3 SN비(1003)가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=48, 64를 추출한다. 이때, 소정의 역치로서 설정한 제4 레벨 값은, 결함(211)의 검출 정밀도의 관점에서 정한 SN비의 일례이다.

계속해서, 스텝 S422에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S421에서 추출한 m의 값 중에서 제1 SN비와 제2 SN비의 차 및 제1 SN비와 제3 SN비의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S421에서 추출한 m(m=48, 64)의 값 중에서, 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002)의 차 및 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64인 경우, 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차가 0.6dB로 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S423에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S422에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S422에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하고 있기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S423의 처리가 종료되면, 도 15에 도시하는 수신 초음파 진동자(114)의 제2 설정 처리가 종료된다.

도 16은, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제3 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.

도 16에 나타내는 제3 설정 처리에서는, 먼저, 도 14의 스텝 S411과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141) 중에서 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보를 취득한다. 여기에서는, 도 14의 스텝 S411에서 설명한 것과 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보인 도 10에 도시하는 SN비 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 SN비 정보를 취득함에 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 도 14의 스텝 S412와 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비(1001)가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=24, 32, 48, 64를 추출한다.

계속해서, 스텝 S431에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S412에서 추출한 m의 값 중에서 제1 SN비와 제2 SN비의 차 및 제1 SN비와 제3 SN비의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S412에서 추출한 m(m=24, 32, 48, 64)의 값 중에서 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002)의 차 및 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64인 경우, 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002)의 차가 0.8dB이고, 또한, 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차가 0.6dB이고, 이들의 차의 합계가 1.4dB로 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S432에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S431에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S431에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하고 있기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S432의 처리가 종료되면, 도 16에 나타내는 수신 초음파 진동자(114)의 제3 설정 처리가 종료된다.

도 17은, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제4 설정 처리의 상세한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.

도 17에 나타내는 제4 설정 처리에서는, 먼저, 도 14의 스텝 S411과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141) 중에서, 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보를 취득한다. 여기에서는, 도 14의 스텝 S411에서 설명한 것과 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 SN비 정보인 도 10에 도시하는 SN비 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 SN비 정보를 취득함에 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 도 15의 스텝 S421과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비, 제2 SN비 및 제3 SN비가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 SN비 정보에 있어서, 제1 SN비(1001), 제2 SN비(1002) 및 제3 SN비(1003)가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=48, 64를 추출한다.

계속해서, 스텝 S441에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S421에서 추출한 m의 값 중에서 제1 SN비와 제2 SN비의 차 및 제1 SN비와 제3 SN비의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S421에서 추출한 m(m=48, 64)의 값 중에서 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002)의 차 및 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64인 경우, 제1 SN비(1001)와 제2 SN비(1002)의 차가 0.8dB이고, 또한, 제1 SN비(1001)와 제3 SN비(1003)의 차가 0.6dB이고, 이들의 차의 합계가 1.4dB로 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S442에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S441에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S441에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하였기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S442의 처리가 종료되면, 도 17에 도시하는 수신 초음파 진동자(114)의 제4 설정 처리가 종료된다.

또한, 도 10에 도시하는 SN비 정보(141)는, 도 9a에 도시하는 바와 같이 교정관(300)의 두께 방향의 중앙부에 초음파 빔(113)을 송신한 경우의 SN비 정보이기 때문에, 도 12b 또는 도 13b에 도시하는 집속 영역 r2의 결함 검출 처리를 행하기 위하여 사용되는 SN비 정보에 상당한다. 이 경우, 도 12a 혹은 도 13a에 도시하는 집속 영역 r1의 결함 검출 처리를 행하기 위하여 사용되는 SN비 정보나, 도 12c 혹은 도 13c에 도시하는 집속 영역 r3의 결함 검출 처리를 행하기 위하여 사용되는 SN비 정보는, 도 10에 도시하는 집속 영역 r2의 결함 검출 처리를 행하기 위하여 사용되는 SN비 정보와는 상이한 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 송신 초음파 진동자(112)의 소자수 n과 수신 초음파 진동자(114)의 소자수 m의 관계는, 도 10에 도시하는 집속 영역 r2의 경우와 상이한 경우가 있을 수 있다(즉, m이 바뀔 가능성이 있음). 또한, 상술한 도 12a 내지 도 12c나 도 13a 내지 도 13c에서는, 집속 영역수 R이 3인 경우의 예를 나타냈지만, 본 실시 형태에 있어서는 이 양태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 집속 영역수 R로서 3 이외의 복수를 사용하는 양태도, 본 실시 형태에 적용 가능하다.

이상 설명한 것 같이, 본 실시 형태에 따른 결함 검출 장치(100)에서는, 송신부(131)는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)를 구성하는 복수의 초음파 진동자(111) 중 일부의 n개의 초음파 진동자(111)를 송신 초음파 진동자(112)로 하고, 송신 초음파 진동자(112)로부터 용접 강관(200)의 외표면(200G)을 통해 용접부(210)를 향하여 초음파 빔(113)을 송신하도록 하고 있다. 또한, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대하여 용접부(210)가 용접 강관(200)의 둘레 방향으로 어긋난 경우의 반사 초음파 빔에 관한 SN비를 고려해서(구체적으로는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)(예를 들어, 도 10에 도시하는 SN비 정보)를 참조하여), 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정하도록 하고 있다. 그리고, 수신부(132)는, 용접부(210)를 포함하는 용접 강관(200)에서 반사된 초음파 빔(113)인 반사 초음파 빔을 수신 초음파 진동자(114)를 통해 수신하고, 결함 판정부(124)는, 수신부(132)에서 수신한 반사 초음파 빔에 기초하여 용접부(210)에 결함(211)이 존재하는지 여부를 판정하도록 하고 있다.

이러한 구성에 의하면, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대하여 용접부(210)가 용접 강관(200)의 둘레 방향으로 어긋난 경우의 반사 초음파 빔에 관한 SN비를 고려하여 수신 초음파 진동자(114)를 설정하고 있기 때문에, 도 10을 사용하여 설명한 바와 같이, 용접부(210)의 위치가 상정하고 있던 위치에 대하여 용접 강관(200)의 둘레 방향으로 어긋나 있는 경우에 결함(211)의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

《본 실시 형태의 변형예》

상술한 본 발명의 실시 형태에서는, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 페이즈드 어레이 탐촉자(110)에 대하여 용접부(210)가 용접 강관(200)의 둘레 방향으로 어긋난 경우의 반사 초음파 빔에 관한 SN비를 고려해서(구체적으로는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)(예를 들어, 도 10에 도시하는 SN비 정보)를 참조하여), 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정하는 것이었다. 그러나, 본 발명에 있어서는 이 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 반사 초음파 빔에 있어서의 노이즈 레벨이 극히 낮고, 노이즈를 무시할 수 있다고 간주할 수 있는 경우에는, 상술한 본 발명의 실시 형태에 있어서의 반사 초음파 빔에 관한 SN비 대신에, 반사 초음파 빔에 관한 에코 강도를 적용하는 것이 가능하다. 이하, 본 실시 형태의 변형예로서, 이 반사 초음파 빔에 관한 에코 강도를 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

먼저, 본 실시 형태의 변형예의 경우, 도 1에 도시하는 기억부(140)에는, SN비 정보(141) 대신에 에코 강도 정보를 기억하는 형태를 채용한다. 그리고, 이 에코 강도 정보를 채용하는 경우, 도 10에 도시하는 종축은, SN비 대신에 에코 강도를 채용한다. 이때, 이 에코 강도는, 도 8이나 도 9b 내지 도 9d의 종축에 나타내는 에코 강도와 같은 개념이다.

이어서, 본 실시 형태의 변형예를 채용한 경우의, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 설정 처리의 상세한 처리 수순에 대해서, 도 14 내지 도 17을 사용하여 설명한다.

먼저, 도 14를 사용하여, 본 실시 형태의 변형예에 있어서, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제1 설정 처리의 상세한 처리 수순에 대하여 설명한다.

도 14에 도시하는 제1 설정 처리에서는, 먼저, 스텝 S411에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)로 바꿔 적용한 에코 강도 정보 중에서, 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보를 취득한다. 상술한 도 11의 스텝 S3의 설명에서는, 소자 번호가 21ch 내지 44ch인 24개의 초음파 진동자(111)를 송신 초음파 진동자(112)로서 설정하는 것으로 했기 때문에, 여기에서는, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보인, 도 10에 도시하는 SN비 정보로 바꿔서 적용한 에코 강도 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 에코 강도 정보를 취득함에 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 스텝 S412에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 에코 강도 정보에 있어서, 상술한 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=24, 32, 48, 64를 추출한다. 이때, 소정의 역치로서 설정한 제4 레벨 값은, 결함(211)의 검출 정밀도의 관점에서 정한 에코 강도의 일례이다.

계속해서, 스텝 S413에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S412에서 추출한 m의 값 중에서, 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 에코 강도와 제3 SN비로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S412에서 추출한 m(m=24, 32, 48, 64)의 값 중에서 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64인 경우, 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차가 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S414에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S413에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S413에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하고 있기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S414의 처리가 종료되면, 도 14에 도시하는 수신 초음파 진동자(114)의 제1 설정 처리가 종료된다.

이어서, 도 15를 사용하여, 본 실시 형태의 변형예에 있어서, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제2 설정 처리의 상세한 처리 수순에 대하여 설명한다.

도 15에 도시하는 제2 설정 처리에서는, 먼저, 도 14의 스텝 S411과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)로 바꿔 적용한 에코 강도 정보 중에서, 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보를 취득한다. 여기에서는, 도 14의 스텝 S411에서 설명한 것과 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보인, 도 10에 도시하는 SN비 정보로 바꿔서 적용한 에코 강도 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 에코 강도 정보를 취득함에 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 스텝 S421에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 에코 강도 정보에 있어서, 상술한 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도, 제2 SN비로 바꿔 적용한 제2 에코 강도 및 제3 SN비로 바꿔 적용한 제3 에코 강도가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도, 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도 및 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=48, 64를 추출한다. 이때, 소정의 역치로서 설정한 제4 레벨 값은, 결함(211)의 검출 정밀도의 관점에서 정한 SN비의 일례이다.

계속해서, 스텝 S422에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S421에서 추출한 m의 값 중에서 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 에코 강도와 제3 SN비로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S421에서 추출한 m(m=48, 64)의 값 중에서 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64의 경우, 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차가 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S423에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S422에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S422에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하고 있기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S423의 처리가 종료되면, 도 15에 도시하는 수신 초음파 진동자(114)의 제2 설정 처리가 종료된다.

이어서, 도 16을 사용하여, 본 실시 형태의 변형예에 있어서, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제3 설정 처리의 상세한 처리 수순에 대하여 설명한다.

도 16에 나타내는 제3 설정 처리에서는, 먼저, 도 14의 스텝 S411과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)로 바꿔 적용한 에코 강도 정보 중에서, 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보를 취득한다. 여기에서는, 도 14의 스텝 S411에서 설명한 것과 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보인, 도 10에 도시하는 SN비 정보로 바꿔서 적용한 에코 강도 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 에코 강도 정보를 취득함에 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 도 14의 스텝 S412와 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 에코 강도 정보에 있어서, 상술한 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=24, 32, 48, 64를 추출한다.

계속해서, 스텝 S431에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S412에서 추출한 m의 값 중에서, 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 에코 강도와 제3 SN비로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S412에서 추출한 m(m=24, 32, 48, 64)의 값 중에서 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64인 경우, 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S432에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S431에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S431에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하고 있기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S432의 처리가 종료되면, 도 16에 나타내는 수신 초음파 진동자(114)의 제3 설정 처리가 종료된다.

이어서, 도 17을 사용하여, 본 실시 형태의 변형예에 있어서, 도 11의 스텝 S4에 있어서의 수신 초음파 진동자(114)의 제4 설정 처리의 상세한 처리 수순에 대하여 설명한다.

도 17에 나타내는 제4 설정 처리에서는, 먼저, 도 14의 스텝 S411과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 기억부(140)에 기억되어 있는 SN비 정보(141)로 바꿔 적용한 에코 강도 정보 중에서, 도 11의 스텝 S3에서 설정된 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보를 취득한다. 여기에서는, 도 14의 스텝 S411에서 설명한 것과 마찬가지로, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n=24개의 초음파 진동자에 대응하는 에코 강도 정보인, 도 10에 도시하는 SN비 정보로 바꿔서 적용한 에코 강도 정보를 취득하는 것으로 한다. 또한, 이 에코 강도 정보를 취득함에 있어서는, 송신 대상의 집속 영역 r도 고려하여 취득한다.

계속해서, 도 15의 스텝 S421과 마찬가지로, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S411에서 취득한 에코 강도 정보에 있어서, 상술한 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도, 제2 SN비로 바꿔 적용한 제2 에코 강도 및 제3 SN비로 바꿔 적용한 제3 에코 강도가 소정의 역치 이상이 되는 m의 값을 추출한다. 구체적으로, 여기에서는, 도 10에 도시하는 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도, 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도 및 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도가 소정의 역치인 제4 레벨 값 이상이 되는 m의 값으로서, m=48, 64를 추출한다.

계속해서, 스텝 S441에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S421에서 추출한 m의 값 중에서, 제1 SN비로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 에코 강도와 제3 SN비로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 여기서, 도 10에 도시하는 예에서는, 스텝 S421에서 추출한 m(m=48, 64) 값 중에서 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 m의 값을 선택한다. 구체적으로, 도 10에 도시하는 예에서는, m=64인 경우, 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제2 SN비(1002)로 바꿔 적용한 제2 에코 강도의 차 및 제1 SN비(1001)로 바꿔 적용한 제1 에코 강도와 제3 SN비(1003)로 바꿔 적용한 제3 에코 강도의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지기 때문에, 본 스텝에서는, m=64가 선택된다.

계속해서, 스텝 S442에 있어서, 수신 초음파 진동자 설정부(122)는, 스텝 S441에서 선택한 m의 값에 기초하여, 송신 초음파 진동자(112)에 관한 n개의 초음파 진동자(111)를 포함하고 또한 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자(111)를 수신 초음파 진동자(114)로서 설정한다. 상술한 스텝 S441에서는, 도 10에 있어서 m=64를 선택하였기 때문에, 여기에서는, 수신 초음파 진동자(114)로서, ch1 내지 ch64의 m=64개의 초음파 진동자(111)가 설정되게 된다. 이 스텝 S442의 처리가 종료되면, 도 17에 나타내는 수신 초음파 진동자(114)의 제4 설정 처리가 종료된다.

이상 설명한 본 실시 형태의 변형예에 있어서도, 상술한 본 발명의 실시 형태와 마찬가지로, 도 10을 사용하여 설명한 바와 같이, 용접부(210)의 위치가 상정하고 있던 위치에 대하여 용접 강관(200)의 둘레 방향으로 어긋나 있는 경우에 결함(211)의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

(그 밖의 실시 형태)

본 발명은, 상술한 실시 형태의 1 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억 매체를 통해 시스템 또는 장치에 공급하고, 그 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 있어서의 하나 이상의 프로세서가 프로그램을 판독하여 실행하는 처리에서도 실현 가능하다. 또한, 1 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실현 가능하다.

이 프로그램 및 당해 프로그램을 기억한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체는, 본 발명에 포함된다.

또한, 상술한 본 발명의 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는, 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 여러가지 형태로 실시할 수 있다.

Claims (14)

1. 용접 강관의 관축 방향을 따라 형성된 용접부에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 장치이며,
   상기 용접 강관의 외표면 외측에 설치되어, 복수의 초음파 진동자가 배열된 페이즈드 어레이 탐촉자와,
   상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중 일부의 n개의 초음파 진동자를 송신 초음파 진동자로 하고, 상기 송신 초음파 진동자로부터 상기 용접 강관의 외표면을 통해 상기 용접부를 향하여 초음파 빔을 송신하는 송신 수단과,
   상기 용접부를 포함하는 상기 용접 강관에서 반사된 상기 초음파 빔인 반사 초음파 빔을, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중에서 상기 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 상기 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자로 구성된 수신 초음파 진동자를 통해 수신하는 수신 수단과,
   상기 수신 수단에서 수신한 상기 반사 초음파 빔에 기초하여, 상기 용접부에 결함이 존재하는지 여부를 판정하는 결함 판정 수단
   을 갖는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는,
   상기 용접 강관을 교정하기 위한 강관이며 상기 용접부에 상당하는 제2 용접부에 인공 결함을 형성한 교정관을 사용하여, 상기 송신 초음파 진동자에 관한 상기 n개의 초음파 진동자에 대하여 상기 수신 초음파 진동자에 관한 상기 m개의 초음파 진동자에 있어서의 m의 값을 변경하여 취득한 상기 반사 초음파 빔에 관한 SN비이며, 상기 m의 값마다, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자에 대하여 상기 제2 용접부를 상기 교정관의 둘레 방향의 제1 위치에 배치한 경우의 상기 인공 결함으로부터의 상기 반사 초음파 빔에 관한 SN비인 제1 SN비와, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자에 대하여 상기 제2 용접부를 상기 교정관의 둘레 방향으로 상기 제1 위치에서 시계 방향으로 각도 α만큼 어긋나게 한 제2 위치에 배치한 경우의 상기 인공 결함으로부터의 상기 반사 초음파 빔에 관한 SN비인 제2 SN비와, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자에 대하여 상기 제2 용접부를 상기 교정관의 둘레 방향으로 상기 제1 위치로부터 반시계 방향으로 각도 β만큼 어긋나게 한 제3 위치에 배치한 경우의 상기 인공 결함으로부터의 상기 반사 초음파 빔에 관한 SN비인 제3 SN비에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 SN비와 상기 제2 SN비의 차 및 상기 제1 SN비와 상기 제3 SN비의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 상기 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 SN비와 상기 제2 SN비의 차 및 상기 제1 SN비와 상기 제3 SN비의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 상기 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 SN비가 소정의 역치 이상이 되는 상기 m의 값을 추출하고, 당해 추출한 m의 값 중에서 상기 가장 작아지는 m의 값을 선택하고, 당해 선택한 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 SN비, 상기 제2 SN비 및 상기 제3 SN비가 소정의 역치 이상이 되는 상기 m의 값을 추출하고, 당해 추출한 m의 값 중에서 상기 가장 작아지는 m의 값을 선택하고, 당해 선택한 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는,
   상기 용접 강관을 교정하기 위한 강관이며 상기 용접부에 상당하는 제2 용접부에 인공 결함을 형성한 교정관을 사용하여, 상기 송신 초음파 진동자에 관한 상기 n개의 초음파 진동자에 대하여 상기 수신 초음파 진동자에 관한 상기 m개의 초음파 진동자에 있어서의 m의 값을 변경하여 취득한 상기 반사 초음파 빔에 관한 에코 강도이며, 상기 m의 값마다, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자에 대하여 상기 제2 용접부를 상기 교정관의 둘레 방향의 제1 위치에 배치한 경우의 상기 인공 결함으로부터의 상기 반사 초음파 빔에 관한 에코 강도인 제1 에코 강도와, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자에 대하여 상기 제2 용접부를 상기 교정관의 둘레 방향으로 상기 제1 위치에서 시계 방향으로 각도 α만큼 어긋나게 한 제2 위치에 배치한 경우의 상기 인공 결함으로부터의 상기 반사 초음파 빔에 관한 에코 강도인 제2 에코 강도와, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자에 대하여 상기 제2 용접부를 상기 교정관의 둘레 방향으로 상기 제1 위치에서 반시계 방향으로 각도 β만큼 어긋나게 한 제3 위치에 배치한 경우의 상기 인공 결함으로부터의 상기 반사 초음파 빔에 관한 에코 강도인 제3 에코 강도에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 에코 강도와 상기 제2 에코 강도의 차 및 상기 제1 에코 강도와 상기 제3 에코 강도의 차 중 적어도 어느 한쪽의 차가 가장 작아지는 상기 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 에코 강도와 상기 제2 에코 강도의 차 및 상기 제1 에코 강도와 상기 제3 에코 강도의 차에 있어서의 합계가 가장 작아지는 상기 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 에코 강도가 소정의 역치 이상이 되는 상기 m의 값을 추출하고, 당해 추출한 m의 값 중에서 상기 가장 작아지는 m의 값을 선택하고, 당해 선택한 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 수신 초음파 진동자는, 상기 제1 에코 강도, 상기 제2 에코 강도 및 상기 제3 에코 강도가 소정의 역치 이상이 되는 상기 m의 값을 추출하고, 당해 추출한 m의 값 중에서 상기 가장 작아지는 m의 값을 선택하고, 당해 선택한 m의 값에 기초하여, 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신 수단은, 상기 용접 강관의 외표면으로부터 상기 용접 강관 내에 입사한 초음파 빔이 상기 용접 강관의 내표면에서 반사하지 않고 상기 용접부에 대하여 대략 수직으로 직접 입사하고 또한 상기 용접부에서 집속되도록, 상기 초음파 빔을 송신하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
13. 용접 강관의 외표면 외측에 설치되어, 복수의 초음파 진동자가 배열된 페이즈드 어레이 탐촉자를 구비하고, 상기 용접 강관의 관축 방향을 따라 형성된 용접부에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 장치에 의한 결함 검출 방법이며,
    상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중 일부의 n개의 초음파 진동자를 송신 초음파 진동자로 하고, 상기 송신 초음파 진동자로부터 상기 용접 강관의 외표면을 통해 상기 용접부를 향하여 초음파 빔을 송신하는 송신 스텝과,
    상기 용접부를 포함하는 상기 용접 강관에서 반사된 상기 초음파 빔인 반사 초음파 빔을, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중에서, 상기 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 상기 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자로 구성된 수신 초음파 진동자를 통해 수신하는 수신 스텝과,
    상기 수신 스텝에서 수신한 상기 반사 초음파 빔에 기초하여, 상기 용접부에 결함이 존재하는지 여부를 판정하는 결함 판정 스텝
    을 갖는 것을 특징으로 하는 결함 검출 방법.
14. 용접 강관의 외표면 외측에 설치되어, 복수의 초음파 진동자가 배열된 페이즈드 어레이 탐촉자를 구비하고, 상기 용접 강관의 관축 방향을 따라 형성된 용접부에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 장치에 의한 결함 검출 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이며,
    상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중 일부의 n개의 초음파 진동자를 송신 초음파 진동자로 하고, 상기 송신 초음파 진동자로부터 상기 용접 강관의 외표면을 통해 상기 용접부를 향하여 초음파 빔을 송신하는 송신 스텝과,
    상기 용접부를 포함하는 상기 용접 강관에서 반사된 상기 초음파 빔인 반사 초음파 빔을, 상기 페이즈드 어레이 탐촉자를 구성하는 상기 복수의 초음파 진동자 중에서 상기 n개의 초음파 진동자를 포함하고 또한 상기 n개보다도 큰 m개의 초음파 진동자로 구성된 수신 초음파 진동자를 통해 수신하는 수신 스텝과,
    상기 수신 스텝에서 수신한 상기 반사 초음파 빔에 기초하여, 상기 용접부에 결함이 존재하는지 여부를 판정하는 결함 판정 스텝
    을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램.

Images