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JPS61155755A - 超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷装置

Info

Publication number
JPS61155755A
JPS61155755A JP59278258A JP27825884A JPS61155755A JP S61155755 A JPS61155755 A JP S61155755A JP 59278258 A JP59278258 A JP 59278258A JP 27825884 A JP27825884 A JP 27825884A JP S61155755 A JPS61155755 A JP S61155755A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
beamed
ultrasonic wave
flaw detection
incident
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.)
Pending
Application number
JP59278258A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeo Tsuchiya
土屋 武雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP59278258A priority Critical patent/JPS61155755A/ja
Publication of JPS61155755A publication Critical patent/JPS61155755A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/262Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4454Signal recognition, e.g. specific values or portions, signal events, signatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10Number of transducers
    • G01N2291/106Number of transducers one or more transducer arrays

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、被試験体に対し超音波ど一ムを電子的または
機械的に走査し、反射エコーから上記被試験体内の断面
探傷画像を検出する超音波探傷装置に関し、特に上記被
試験体の曲率を有する部位に生じる上記超音波ビームの
屈折角を補正する手段の改良に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕近年、超音波ビ
ームを送受信する超音波探触子(IXX下口ローブ略称
する)の機械的走査、あるいは1つのプローブ内に設け
られた複数個の圧電素子を時間差をもたせて励振するこ
とにより任意方向に進行する波面を合成するいわゆるフ
ェーズド・アレイ・ブO−7の電子的走査により、超音
波ビームを被試験体内に入射し、上記被試験体内におけ
る割れ、異物等のような欠陥からの反射波に基いて上記
欠陥を検出し、その位置および大き。
さ等の欠陥分布を断面探傷画像として表示する超音波探
傷装置が開発され、実用に供されている。
しかるに、上記被試験体の表面すなわち超音波ビームの
入射面は曲率を有する場合が多く、この場合、上記超音
波ビームが入射面で屈折して内部に入るため、前記断面
探傷画像は歪んだ形状となっていた。
すなわち、第2図に示すように、曲率を有する被試験体
の超音波ビーム入射面Hに対し垂直入射となる超音波ビ
ームB1においては、断面探傷画像として欠陥部P1の
位置を正しく検出し表示されるが、他の2本の超音波ビ
ーム82.83においては、断面探傷画像として欠陥部
P2.P3があたかも図中02.Q3の位置に存在する
かのように表示されていた。この欠陥MP2.P3の位
置的誤差は、同図に示す如く入射角θが直角から小さく
なるにしたがって大きくなる。そこで、前記超音波ご一
ム81.82.83の屈折角を求め、屈折による断面探
傷画像の歪みを補正する必要があるが、上記超音波ビー
ム81,82.83の屈折角は入射面Hへの入射角θ1
.θ2.θ3と、入射面H1tJ後における物質中の音
速とにより一義的に決定されるものであり、上記入射角
θ1〜θ3は、被試験体表面の曲率変化に応じて変化す
るものである。したがって、断面探傷画像の歪みを補正
することは極めて困難であり、従来は歪んだ断面探傷画
像を未修正のまま使用していた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、自動的に断面探傷画像の歪みによる位
置的誤差を補正することができ、欠陥部探傷の精度向上
をはかり得る超音波探傷装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するために次の如く構成したこ
とを特徴としている。すなわち、各超音波ビームの反射
エコーのうち初めのエコーピーク位置あるいは所定時間
内における初めのエコーピーク位置を相隣合うまたは近
接する三本以上の超音波ビームのそれぞれについて検出
し、検出されたエコーピーク位置と前記超音波ビームの
走査方向とから上記超音波ビームの前記被試験体内への
入射点近傍における曲率を演算し、求められた曲率に暴
いて前記超音波ビームの被試験体への入射後の屈折角を
補正するようにしたことを特徴としている。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。第1図において1は電気信号と超音波信号とを変換
するフェーズド・アレイ・プローブであり、複数個の圧
電素子を有している。2は上記フェーズド・アレイ・プ
ローブ1における複数個の圧電素子を励振する複数1の
送信器であり、これら送信器2により励振されて超音波
ビームの送信を行なう圧電素子は、送信チャネル選択回
路3によって選択されるものとなっている。また4は上
記送信器2に適当な遅延時間を与える送信遅延回路であ
る。
図中5は前記フェーズド・アレイ・プローブ1に戻って
きた超音波パルスを受信し、その結果得られた微弱な電
気信号を増幅する複数個の受信増幅器であり、受信する
圧電素子は、受信チャネル選択回路6により選択される
ものとなっている。
また7は上記受信増幅器5により受信された電気信号に
適当な遅延時間を与える受信遅延回路である。
図中8は前記複数個の受信増幅器5にて受信された電気
信号(アナログ信号)をディジタル信号に変換する複数
個のアナログ・ディジタル・コンバータ(以下A/D変
換器と略称する)であり、これらA/D変換器8にて変
換されたディジタル信号は、それぞれメモリ回路9に記
憶されるものとなっている。
図中10は前記各メモリ回路9に記憶された一連のディ
ジタル信号を加算することにより反射エコーを求める加
算回路である。11は上記加算回路10にて加算された
信号を、予め設定された設定値と比較する比較回路であ
り、上記加算された信号が設定値以上であるとき輝度信
号SZを第1のフレームメモリ12に出力するものとな
っている。また13は前記送信チャネル選択回路2によ
り選択された圧電素子に応じてX軸方向の位置信号SX
を発生するX軸信号発生回路であり、上記X軸位置信号
Sxは前記第1のフレームメモリ12に出力されるもの
となっている。14は前記メモリ回路9において時系列
的に記憶されたディジタル信号に応じてY軸方向の位置
信号Syを発生するY軸信号発生回路であり、上記Y軸
位置信号Syは前記第1のフレームメモリ12に出力さ
れるものとなっている。かくして前記第1のフレームメ
モリ12では、上記X軸位置信号SxおよびY軸位置信
号Syにより行および列の7ドレスを定め、前記比較回
路11から出力される輝度信号SZを記憶するものとな
っている。
図中15は前記加算回路1oにて加算された信号すなわ
ち反射エコーのうち初めのエコービーク値もしくは予め
設定された範囲内における初めのエコービーク値を検出
し、このエコービーク値の得られる時刻に音速を乗じて
フェーズド・アレイ・プローブ1からエコービーク値を
与える信号源までの距離を検出するエコービーク位置検
出回路である。16は上記エコービーク位置検出回路1
5にて検出されたエコービーク位置と、前記X軸信号発
生回路13からのX軸信号の一つとして与えられる相隣
合うまたは近接した所定の3本以上の超音波ビームの走
査方向情報とから、エコービーク値を与える信号源すな
わち上記超音波ビームの被試験体内への入射点近傍にお
ける曲率を演算する演算回路である。17は上記演算回
路16により求められた曲率に基いて、前記第1のフレ
ームメモリ12に記憶されている情報を幾何学的に補正
演算するエコー位置変換回路であり、このエコー位置変
換回路17の出力は、第2のフレームメモリ18に記憶
されるものとなっている。19は上記第2のフレームメ
モリ18に記憶された情報を読み出して画面に表示する
表示回路であり、20は上記第2のフレームメモリ18
における行および列のアドレスから表示位置信号を発生
させる表示位置信号発生回路である。
次に上記の如く構成された本実施例における作用効果に
ついて説明する。
外形形状に曲率を有する被試験体に対し、フェーズド・
アレイ・プローブ1により超音波ビームを走査して得ら
れた断面探傷画像は、第1のフレームメモリ12に記憶
される。しかし、第1のフレームメモリ12に記憶され
た内容は、前記超音波ビームが入射点から屈折して入っ
た場合には幾何学的な歪みを有する。そこで、エコービ
ーク位置検出回路15において、走査した超音波ビーム
毎に反射エコーのビーク位置を検出し、演算回路16に
おいて、相隣合うまたは近接する3本の超音波ビームの
それぞれのエコービーク位置(×1゜Yl)、(X2.
Y2>、(X3.Y3)から、入射点近傍の曲率を次の
連立方程式により算出する。すなわち (Xl−XO)2 + (Yl−YO) 2−R” ・
(1)(X2−XO)! + (Y2−YO)2−R”
・・・■(X3−XOI + (Y3−Yo)2−R2
−(3ただしくXO,YO)は、上記各ピーク位置を含
む曲面の原点である。
上記(1)〜(aから未知数XO,YO,Rを算出する
。そうすると、中央の超音波ビームすなわち(X2.Y
2)に入射した超音波ビームの入射角が求められるので
、被試験体の材料中の音速、密度が分っていれば屈折角
が求まる。そこでこの屈折角に基いて、エコー位置変換
回路17において、第1のフレームメモリ12に記憶さ
れた情報の補正が行なわれ、補正された値は第2のフレ
ームメモリ18に■込まれる。
上述したことを超音波ビームを走査するごとに逐次行な
うことにより、断面探傷画像は歪みの少ないものとなる
かくして本実施例によれば、曲率を有する入射面に対し
ても、上記曲率による屈折の影響を補正することができ
るので、断面探傷画像は幾何学的に歪みの少ないものと
なる。したがって、被試験体内の欠陥位置を高精度に知
ることができる。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではない。
たとえば前記実施例では、アナログ受信信号をディジタ
ル直に変換したのち加算するものとしたが、アナログ受
信信号を加算したのちディジタル値に変換するようにし
てもよい。また前記実施例では、超音波ビームをフェー
ズド・アレイ・ブO−ブ1により電子的に走査する場合
を示したが、単一のプローブを機械的に走査させて断面
探傷画像を得るようにしてもよい。さらに、相隣合う3
本の超音波ビームに対し、それぞれの受信信号のエコー
ピーク位置が所定値以下である場合には、補正演算を行
なわないようにしてもよい。
こうすることにより、変換8IIIlが短縮される。ま
た、第1のフレームメモリ120行番号すなわち超音波
ビームの右端もしくは左端の一方から順次内容を3行づ
つ読出し、曲率補正を行なった後、再び第1のフレーム
メモリ12内へ書込むようにしてもよい。こうすること
により、第2のフレームメモリ18を省略できる。この
ほか本発明の要旨を越えない範囲で種々変形実施可能で
あるのは勿論である。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明によれば、各超音波ビームの
反射エコーのうち初めのエコービーク位置あるいは所定
時間内における初めのエコービーク位置を相隣合うまた
は近接する三本以上の超音波ビームのそれぞれについて
検出し、検出されたエコービーク位置と前記超音波ビー
ムの走査方向とから上記超音波ビームの前記被試験体内
への入射点近傍における曲率を演算し、求められた曲率
に基いて前記超音波ビームの被試験体への入射後の屈折
角を補正するようにしたので、自動的に断面探傷画像に
おける歪みの位置的誤差を補正することができ、欠陥部
探傷の精度向上をはかり得る超音波探傷装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
2図は従来例を説明するための図である。 1・・・フェーズド・アレイ・プローブ、2・・・送信
器、3・・・送信チャネル選択回路、4・・・送信遅延
回路、5・・・受信増幅器、6・・・受信チャネル選択
回路、7・・・受信遅延回路、8・・・A/D変換器、
9・・・メモリ回路、10・・・加算回路、11・・・
比較回路、12・・・第1のフレームメモリ、13・・
・X軸信号発生回路、14・・・Y軸信号発生回路、1
5・・・エコーピーク位置検出回路、16・・・演算回
路、17・・・エコー位置変換回路、18・・・第2の
フレームメモリ、19・・・表示回路、20・・・表示
位置信号発生回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被試験体に対し複数本の超音波ビームを電子的または機
    械的に走査し、上記各超音波ビームによる反射エコーか
    ら上記被試験体内の断面探傷画像を検出する超音波探傷
    装置において、前記各超音波ビームの反射エコーのうち
    初めのエコーピーク位置あるいは所定時間内における初
    めのエコーピーク位置を相隣合うまたは近接する三本以
    上の超音波ビームのそれぞれについて検出するピーク位
    置検出手段と、このピーク位置検出手段により検出され
    た反射エコーのピーク位置と前記超音波ビームの走査方
    向とから上記超音波ビームの前記被試験体内への入射点
    近傍における曲率を演算する演算手段と、この演算手段
    により求められた曲率に基いて前記超音波ビームの被試
    験体への入射後の屈折角を補正する補正手段とを具備し
    たことを特徴とする超音波探傷装置。
JP59278258A 1984-12-27 1984-12-27 超音波探傷装置 Pending JPS61155755A (ja)

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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2336676B (en) * 1998-04-24 2002-05-01 Smiths Industries Plc Ultrasonic phased array monitoring system
CN104142368A (zh) * 2014-08-01 2014-11-12 深圳市神视检验有限公司 一种超声波相控阵检测的方法和装置

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