JP4826950B2 - Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus - Google Patents
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、探触子が被探傷材に対して相対的に移動しながら超音波を送受信し、受信信号から管材や板材等の被探傷材の内部を探傷する方法およびその実施に使用する装置に関する。 The present invention relates to a method for transmitting and receiving ultrasonic waves while a probe moves relative to a material to be inspected, and to detect the inside of the material to be inspected such as a tube material and a plate material from a received signal, and an apparatus used for the method. About.
鋼材(鋼板、鋼片、鋼管、棒鋼等)などの製品を検査する手段として、超音波探傷および磁粉探傷が併用され、それらの探傷結果によって品質管理あるいは品質保証がなされる場合が多い。超音波探傷および磁粉探傷それぞれの使い分けとして、表面下から内部のきず検出には超音波探傷が適用され、表面のワレ等は磁粉探傷にて検出される。ここで、磁粉探傷においては、表面ワレを検出するため、グラインダーを用いた研削等の手入れにより、表面ワレを除去することが可能である。一方、超音波探傷においては、内部のきずも検出されるため、手入れ(きずの除去)が可能か否かを判断するためには、検出されたきずの位置、深さ等を正確に把握する必要がある。 Ultrasonic flaw detection and magnetic particle flaw detection are used together as means for inspecting products such as steel materials (steel plates, steel pieces, steel pipes, steel bars, etc.), and quality control or quality assurance is often performed according to the flaw detection results. As the proper use of ultrasonic flaw detection and magnetic particle flaw detection, ultrasonic flaw detection is applied to the detection of internal flaws from below the surface, and cracks on the surface are detected by magnetic flaw detection. Here, in the magnetic particle flaw detection, since the surface crack is detected, it is possible to remove the surface crack by care such as grinding using a grinder. On the other hand, internal flaws are also detected in ultrasonic flaw detection, so in order to determine whether or not care (removal of flaws) is possible, the position, depth, etc. of the detected flaws are accurately grasped. There is a need.
また、製品の検査においては、製造ラインを流れてくる被探傷材を逐次、迅速に探傷する、いわゆるオンライン探傷が要求され、超音波探触子が被探傷材に対して相対的に高速移動しながら探傷を行うことが多い。そのため、製品の形状不良や設備のガタ等により探触子と被探傷材との距離がその都度変化することによって、超音波が被探傷材中に適切に入射されずに探傷信号の強度や時間軸上の位置が変動する場合がある。また、周辺の設備が発するノイズが探傷信号上に重畳する場合もある。このような場合には、きずの存在、位置等が不明確となり、適切な探傷を行うことができないという問題があった。例えば、外乱によって、きず信号の検出に必要なゲートの制御を不安定にしたり、ノイズをきず信号と誤って判定したりといった問題が生じ得る。したがって、製品のオンライン探傷においては、このような種々の外乱に対して安定した探傷およびきず判定を行うことが望まれる。 Also, in product inspection, so-called online flaw detection is required, in which the flaw detection material flowing through the production line is sequentially and quickly flawed, and the ultrasonic probe moves relatively fast with respect to the flaw detection material. However, flaw detection is often performed. For this reason, the distance between the probe and the material to be inspected changes each time due to a product shape defect or equipment looseness, etc., so that the ultrasonic wave is not properly incident on the material to be inspected and the intensity and time of the flaw detection signal. The position on the axis may vary. In addition, noise generated by surrounding equipment may be superimposed on the flaw detection signal. In such a case, the presence and position of flaws are unclear, and there is a problem that appropriate flaw detection cannot be performed. For example, problems such as instability of gate control necessary for detection of a flaw signal and erroneous determination of noise as a flaw signal may occur due to disturbance. Therefore, in online flaw detection of products, it is desired to perform stable flaw detection and flaw determination against such various disturbances.
ここで、超音波探傷の方法としては、一般的に斜角探傷法、表面波探傷法および垂直探傷法が挙げられる。図12および図13は従来例の超音波探傷法を説明するための図である。まず、斜角探傷法では、図12に示すように、被探傷材の表面に対して所定の角度で超音波を入射し、配置された探触子の下を相対的に被探傷材が移動しながら、探傷を行う。この場合、超音波ビームが広がっているため、探傷信号におけるきずエコーの伝搬時間と探触子および被探傷材の位置関係からきずの深さを評価することは困難である。具体的には、図12(a)に示すように、被探傷材表面の超音波ビームの照射範囲内にあるきずa,bはきずの深さ位置が実際は異なっているが、伝搬距離が等しいため、図12(b)に示すように、探傷信号波形上では時間軸上の同一位置にきずエコーF−a,F−bとして出現してしまう。このように、斜角探傷法では伝搬時間から一意にきずの位置を評価することができない。また、表面波探傷法では、被探傷材の表面に接触媒質を塗布しながら、被探傷材の表面を伝搬する表面波を用いて探傷を行う。この表面波は特に表面においてエネルギーが強く、被探傷材内部に行くにしたがって、エネルギーが低下する特徴を有する。そのため、きずとして検出不要な微小な表面ワレを検出(過検出)するといった問題や、塗布した接触媒質の溜まり等から反射したエコーをきずエコーとして誤って検出するといった問題によって、本来ならば品質上問題のない被探傷材をも不合格判定とし、歩留まりや生産性を低下させてしまう。 Here, as an ultrasonic flaw detection method, generally, an oblique flaw detection method, a surface wave flaw detection method, and a vertical flaw detection method can be cited. 12 and 13 are diagrams for explaining the conventional ultrasonic flaw detection method. First, in the oblique flaw detection method, as shown in FIG. 12, an ultrasonic wave is incident at a predetermined angle with respect to the surface of the flaw detection material, and the flaw detection material moves relatively below the arranged probe. While doing the flaw detection. In this case, since the ultrasonic beam is spread, it is difficult to evaluate the depth of the flaw based on the propagation time of the flaw echo in the flaw detection signal and the positional relationship between the probe and the flaw detection material. Specifically, as shown in FIG. 12A, the depths of the scratches a and b within the ultrasonic beam irradiation range on the surface of the flaw detection material are actually different, but the propagation distance is the same. For this reason, as shown in FIG. 12B, flaws appear as echoes Fa and Fb at the same position on the time axis on the flaw detection signal waveform. Thus, the oblique flaw detection method cannot evaluate the position of the flaw uniquely from the propagation time. In the surface wave flaw detection method, flaw detection is performed using surface waves that propagate on the surface of the flaw detection material while applying a contact medium to the surface of the flaw detection material. This surface wave has a feature that energy is particularly strong on the surface, and energy decreases as it goes into the flaw detection material. Therefore, due to the problem of detecting minute surface cracks that do not need to be detected as flaws (overdetection) and the problem of erroneously detecting echoes reflected from the pool of applied contact medium as flaws, it is inherently a problem in quality. Even a flawed flawed material is judged to be rejected, and yield and productivity are lowered.
一方、磁粉探傷で検出可能な表面ワレの検出を抑制しつつ、表面下に内在するきずを探傷する方法として垂直探傷法がある。垂直探傷法においては、被探傷材の表面あるいは対向する底面に対して垂直に超音波を入射し、配置された探触子の下を所定の移動ピッチ毎に被探傷材が相対的に移動しながら、探傷を行う。表面に略垂直に発生するワレに対しては、ワレの面に対して略平行に超音波が当たるため、超音波が当たる面積が小さくなり、きずエコーはほとんど反射されない。このため、表面ワレの検出が抑制される。 On the other hand, there is a vertical flaw detection method as a method for flaw detection under a surface while suppressing detection of surface cracks that can be detected by magnetic particle flaw detection. In the vertical flaw detection method, ultrasonic waves are incident perpendicularly to the surface of the flaw detection material or the opposite bottom surface, and the flaw detection material moves relative to each other at a predetermined movement pitch under the arranged probe. While doing the flaw detection. For cracks that occur substantially perpendicular to the surface, an ultrasonic wave strikes substantially parallel to the face of the cracks, so the area that the ultrasonic wave strikes is small and flaw echoes are hardly reflected. For this reason, detection of surface cracks is suppressed.
ここで、この垂直探傷法において表面下近傍のきずを検出するためには、入射側の面からの反射信号として観測される表面エコー近傍を評価する方法がある。しかし、表面エコーはきずエコーに比べてエコー強度が著しく大きい上に、表面エコーの立ち上がり直後にきずエコーが発生するため、きずエコーが表面エコーに埋もれてしまい、きずエコーを検出することができない場合がある。これに対し、表面エコーに埋もれたきずエコーを抽出する方法として、隣り合う探傷位置で得られた探傷信号波形との差分をとることによって、一方がきずのない波形、他方が表面エコーにきずエコーが重畳している波形である場合、表面エコーがキャンセルされ、きずエコーのみを抽出することができる(特許文献1参照)。この方法では、きずの無い場所では安定して一定の表面エコーの信号波形が観測されることが前提となるが、現実的には、前述の通り、被探傷材の形状不良や搬送のガタなどにより、きずが無い場合でも表面エコーの出現位置や波形が変化する場合がある。このため、それらの波形の差分演算では何らかの成分が残存し、きずであると誤って判定する可能性がある。 Here, in order to detect a flaw near the subsurface in this vertical flaw detection method, there is a method of evaluating the vicinity of the surface echo observed as a reflection signal from the incident side surface. However, the surface echo has a remarkably large echo intensity compared to the flaw echo, and the flaw echo is generated immediately after the rise of the surface echo, so the flaw echo is buried in the surface echo and the flaw echo cannot be detected. There is. On the other hand, as a method of extracting the flaw echo buried in the surface echo, by taking the difference from the flaw detection signal waveform obtained at the adjacent flaw detection position, one is a flawless waveform and the other is a flaw echo to the surface echo. When the waveform is superimposed, the surface echo is canceled and only the flaw echo can be extracted (see Patent Document 1). This method is based on the premise that a stable and constant surface echo signal waveform is observed in a place where there are no flaws. Thus, even when there is no flaw, the appearance position and waveform of the surface echo may change. For this reason, there is a possibility that some components remain in the difference calculation of these waveforms and erroneously determine that they are flaws.
一方、垂直探傷法において表面下近傍のきずを検出するためには、超音波を入射する側とは反対側の面からの反射信号として観測される底面エコー近傍を評価する方法も可能である。これは、超音波を入射する側とは反対側の面すなわち底面近傍にきずが存在する場合、まず微弱なきずエコーが観測された後に底面エコーが立ち上がるため、ゲインを大きくとることによって、底面エコーの前部にきずエコーを検出することができるものであり、一般的に広くこの方法が採用されている。このようにして得られた探傷信号からきずを抽出する方法としては、所定の位置に所定のしきい値の監視ゲートを設定しておき、このゲート内でしきい値を超過する信号が観測された場合、きずとして検出される。このような垂直探傷法を用いたオンライン探傷においては、先に述べたように探傷信号の強度や時間軸上の位置の変動およびノイズの影響をできるだけ少なくし、安定したきず検出、すなわち安定したゲート設定・制御を行うことが必要となってくる。 On the other hand, in order to detect flaws in the vicinity of the subsurface in the vertical flaw detection method, a method of evaluating the vicinity of the bottom echo observed as a reflected signal from the surface opposite to the side on which the ultrasonic wave is incident is also possible. This is because if there is a flaw on the surface opposite to the side on which the ultrasonic wave is incident, that is, near the bottom, the bottom echo rises after a weak flaw echo is first observed. This method can be widely used in general. As a method for extracting flaws from the flaw detection signal thus obtained, a monitoring gate having a predetermined threshold value is set at a predetermined position, and a signal exceeding the threshold value is observed in this gate. If it is detected, it is detected as a flaw. In online flaw detection using such a vertical flaw detection method, as described above, the flaw detection signal strength, position fluctuation on the time axis, and the influence of noise are minimized to ensure stable flaw detection, that is, stable gate detection. It will be necessary to set and control.
その一つの解決手段として、表面エコーSではなく、図13に示すような、底面エコーBの先頭位置を検知し、次回のN+1の探傷信号においてきず検出用ゲート(検出範囲)G−Fの最終位置を前回の探傷信号における底面エコーBの先頭位置から所定の距離Cだけ離すことにより被探傷材の寸法変動に追従する制御を行う方法が公知である(特許文献2参照)。しかし、図13(a)に示すように、搬送ガタにより急峻な底面エコーBの位置が変動した場合、N+1の探傷信号において、きず検出用ゲートG−Fが底面から離れて、ゲートG−Fと底面エコーBとの間に未検出領域Aが生じてしまったり、その次の探傷信号(N+2)において、きず検出用ゲートG−F内に底面エコーBの一部が侵入(きずエコーとして誤検出され得る)したりすることが考えられる。また、信号強度の強弱が変動した場合、例えば、図13(b)に示すように、N+1の探傷信号において底面エコーBにおける先頭位置の信号強度が低下すると、きず検出用ゲートG−Fの基準位置が後方にずれる(すなわち底面エコーBの先頭位置が実際より後方に誤検出される)こととなり、N+2の探傷信号において底面エコーBの一部をきずエコーと誤検出してしまうことが考えられる。 One solution is to detect the head position of the bottom echo B as shown in FIG. 13 instead of the surface echo S, and use the final N + 1 flaw detection signal for the flaw detection gate (detection range) G-F. A method is known in which the position is separated by a predetermined distance C from the head position of the bottom echo B in the previous flaw detection signal to perform control to follow the dimensional variation of the flaw detection material (see Patent Document 2). However, as shown in FIG. 13A, when the position of the steep bottom echo B fluctuates due to the backlash, the flaw detection gate GF moves away from the bottom in the N + 1 flaw detection signal, and the gate GF Or an undetected area A occurs between the bottom echo B and a part of the bottom echo B intrudes into the flaw detection gate GF in the next flaw detection signal (N + 2). Can be detected). Further, when the strength of the signal intensity fluctuates, for example, as shown in FIG. 13B, when the signal intensity at the head position in the bottom echo B decreases in the N + 1 flaw detection signal, the reference of the flaw detection gate GF The position is shifted backward (that is, the head position of the bottom echo B is erroneously detected behind the actual position), and it is considered that a part of the bottom echo B is erroneously detected as a scratch in the N + 2 flaw detection signal. .
これに対し、急峻な位置変動や強弱の変動に対して安定した探傷を実現する方法として探傷信号を2次元に展開、すなわち画像化し画像処理を施す探傷方法として板波探傷法が公知である(特許文献3参照)。この方法では底面エコーに相当するエッジエコーの位置変動や強弱変動に対して、安定して底面位置を決定することが可能である。しかしながら、底面エコーに相当するエッジエコーときずエコーとが近接している場合、きずエコーがエッジエコーと重なるため、エッジエコーの一部と判断されたり、きずエコーとエッジエコーとの干渉の仕方によって十分な信号強度が得られず検出されないといった問題が生じ得る。
本発明はかかる従来技術に鑑みなされたものであり、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる超音波探傷方法およびその装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a conventional technique, and even when a disturbance such as a variation in the position of a material to be detected, a variation in conveyance, or a variation in echo intensity occurs, it is possible to stably detect a subsurface flaw near the surface. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic flaw detection method and apparatus capable of reliably detecting the above.
本発明に係る超音波探傷方法は、所定の移動ピッチ毎に探触子を被探傷材の表面に沿って相対移動させ、探触子から被探傷材の表面に対して略垂直に超音波を送受信することによって得られる探傷信号に基づき探傷を行う超音波探傷方法であって、得られた探傷信号における底面エコーに基づいて時間軸上の基準位置を設定し、前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより、2次元画像データを作成し、当該2次元画像データにおける前記基準位置より早い時間領域についてきずを抽出することを特徴とするものである。 In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, the probe is moved relative to the surface of the material to be inspected at every predetermined movement pitch, and ultrasonic waves are substantially perpendicularly directed to the surface of the material to be inspected from the probe. An ultrasonic flaw detection method for performing flaw detection based on a flaw detection signal obtained by transmitting and receiving, setting a reference position on a time axis based on a bottom echo in the obtained flaw detection signal, and detecting a flaw detection signal for each moving pitch. By adjusting the position so that the reference positions are aligned and synthesizing, two-dimensional image data is created, and flaws are extracted for a time region earlier than the reference position in the two-dimensional image data. .
上記構成の超音波探傷方法によれば、被探傷材の表面に沿って探触子を所定の移動ピッチ毎に相対移動させ、被探傷材の表面に対して略垂直な方向に向けて探触子から超音波を送信する。送信された超音波は、被探傷材の探触子に近い側の端部である表面、遠い側の端部である底面およびきずが存在すればきず部分でエコーとなって反射され、探触子に順次受信され、探傷信号となる。 According to the ultrasonic flaw detection method having the above-described configuration, the probe is moved relative to the surface of the flaw detection material at a predetermined movement pitch, and the probe is moved in a direction substantially perpendicular to the surface of the flaw detection material. Send ultrasonic waves from the child. The transmitted ultrasonic waves are reflected as echoes at the flawed surface if there are flaws on the surface that is the end near the probe of the material to be inspected, the bottom that is the end on the far side, and flaws. It is sequentially received by the child and becomes a flaw detection signal.
ここで、受信した探触子の移動ピッチ毎の探傷信号において、底面エコー部分に基づいて基準位置が設定される。そして、移動ピッチ毎の探傷信号がそれぞれ設定された基準位置が揃うように位置調整された上で合成され、2次元画像データが作成される。こうして作成された2次元画像データにおいて、設定された基準位置より前方の領域についてきずが抽出される。なお、底面エコーとは、被探傷材の超音波が入射される側とは反対側の面からの反射信号波形を意味する。 Here, in the received flaw detection signal for each movement pitch of the probe, the reference position is set based on the bottom surface echo portion. Then, the flaw detection signals for each movement pitch are adjusted so that the set reference positions are aligned, and then combined to create two-dimensional image data. In the two-dimensional image data created in this way, flaws are extracted from the area ahead of the set reference position. The bottom echo means a reflected signal waveform from the surface opposite to the side on which the ultrasonic wave of the material to be detected is incident.
このように、探触子の移動ピッチ毎の探傷信号を底面エコーに基づいた基準位置で揃えることにより、被探傷材の位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材の位置が修正された2次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコー等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置が被探傷材の端部を基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーを基準位置とし、きずの抽出が基準位置より前方の領域(時間軸上の基準位置より早い時間領域)で行われるため、底面エコーの影(基準位置より後方の領域にできる波形の広がり)にきずエコーが埋もれることなく容易に抽出することができる。したがって、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。 In this way, by aligning the flaw detection signals for each movement pitch of the probe at the reference position based on the bottom surface echo, the position of the flaw detection material is corrected even if the fluctuating position of the flaw detection material or a carrier play occurs. Since two-dimensional image data is created, it is possible to prevent erroneous detection such as a bottom echo or the like erroneously entering the flaw determination area. Further, since the reference position is based on the end of the flaw detection material, the position of the extracted flaw can be detected with high accuracy. In addition, since the bottom echo is used as a reference position and flaws are extracted in the area ahead of the reference position (the time area earlier than the reference position on the time axis), the shadow of the bottom echo (the waveform that can be generated in the area behind the reference position) It is possible to easily extract the echo without burying it. Therefore, even when a disturbance such as a change in the position of the flaw detection material, a backlash or a change in echo intensity occurs, it is possible to stably detect a subsurface flaw near the surface.
好ましくは、前記基準位置は、底面エコーの最大値または最小値の直前または直後にあるゼロクロス位置とするように構成される。 Preferably, the reference position is configured to be a zero cross position immediately before or after the maximum value or minimum value of the bottom echo.
この場合、底面エコーを示す波長のうち最も大きい波形の直前または直後にあるゼロクロス位置(正から負または負から正に変化する点)が基準位置とされる。したがって、底面エコーの最大波形を基準とすることで、基準位置の誤検出を防止するとともに、その最大波形前後のゼロクロス位置を基準位置とすることで、基準位置の設定誤差を少なくすることができる。 In this case, a zero cross position (a point changing from positive to negative or from negative to positive) immediately before or immediately after the largest waveform among the wavelengths indicating the bottom echo is set as the reference position. Therefore, by using the maximum waveform of the bottom echo as a reference, erroneous detection of the reference position can be prevented, and by setting the zero cross position before and after the maximum waveform as the reference position, a setting error of the reference position can be reduced. .
好ましくは、前記底面エコーと所定の参照信号波形とを相互相関演算することにより得られる信号波形から前記基準位置を設定するように構成される。 Preferably, the reference position is set from a signal waveform obtained by cross-correlating the bottom echo and a predetermined reference signal waveform.
この場合、探触子の移動ピッチ毎に得られた探傷信号の底面エコーと予め用意された参照信号波形とが相互相関演算される。この相互相関により得られた信号波形から基準位置が設定される。相互相関演算により、底面エコーにおけるエコー強度の変動等が生じていた場合においても、より適切な基準位置を割り出すことができるため、より高精度に位置合わせを行うことができる。 In this case, the cross-correlation calculation is performed between the bottom echo of the flaw detection signal obtained for each movement pitch of the probe and the reference signal waveform prepared in advance. A reference position is set from the signal waveform obtained by this cross-correlation. Even when a variation in echo intensity in the bottom echo occurs due to the cross-correlation calculation, a more appropriate reference position can be determined, so that the alignment can be performed with higher accuracy.
好ましくは、前記探傷信号を第1の増幅度で増幅したものを用いて前記基準位置を設定する一方、前記探傷信号波形で第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で増幅したものを用いて前記2次元画像データを作成するように構成される。 Preferably, the reference position is set using a signal obtained by amplifying the flaw detection signal with a first amplification factor, and a signal obtained by amplifying the flaw detection signal waveform with a second amplification factor larger than the first amplification factor. Is used to create the two-dimensional image data.
この場合、基準位置を設定する際に第1の増幅度で増幅された探傷信号が使用される。そして、2次元画像データを作成する際に第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で増幅された探傷信号が使用される。つまり、基準位置を設定する際には、比較的大きい波形を有する底面エコーが十分に拡大される程度の増幅度で増幅されることにより、基準位置設定がより容易かつ高精度に行われ、きずの抽出を行うべく2次元画像データを作成する際には、より小さいきずエコーを十分に検出可能なように、より大きい増幅度で増幅されることにより、きずの抽出をより高精度に行うことができる。 In this case, the flaw detection signal amplified with the first amplification degree is used when setting the reference position. And the flaw detection signal amplified by the 2nd amplification degree larger than the 1st amplification degree is used when creating two-dimensional image data. In other words, when setting the reference position, the reference position can be set more easily and accurately because the bottom surface echo having a relatively large waveform is amplified with a degree of amplification that is sufficiently enlarged. When two-dimensional image data is created to extract a defect, the defect is amplified with a higher amplification degree so that a smaller defect echo can be sufficiently detected, so that the defect can be extracted with higher accuracy. Can do.
また、本発明に係る超音波探傷装置は、所定の移動ピッチ毎に被探傷材の表面に沿って相対移動する探触子であって、前記相対移動方向に対して略垂直に超音波を送信するとともに、反射波を受信して探傷信号を得る探触子と、得られた探傷信号における底面エコーに基づいて時間軸上の基準位置を設定する基準位置設定手段と、前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより2次元画像データを作成する2次元画像データ作成手段と、当該2次元画像データにおいて前記基準位置より早い時間領域についてきずを抽出するきず抽出手段とを具備することを特徴とするものである。 The ultrasonic flaw detector according to the present invention is a probe that relatively moves along the surface of the flaw detection material at every predetermined movement pitch, and transmits ultrasonic waves substantially perpendicular to the relative movement direction. In addition, a probe that receives a reflected wave to obtain a flaw detection signal, a reference position setting unit that sets a reference position on the time axis based on a bottom surface echo in the obtained flaw detection signal, and flaw detection for each moving pitch Two-dimensional image data generating means for generating two-dimensional image data by adjusting the position of the signals so that the reference positions are aligned and combining them, and extracting a flaw in a time region earlier than the reference position in the two-dimensional image data And flaw extraction means.
上記構成の超音波探傷装置によれば、探触子が所定の移動ピッチ毎に被探傷材の表面に沿って相対移動し、前記移動ピッチ毎に探触子の相対移動方向に対して略垂直に超音波を送信することにより、被探傷材内に当該被探傷材の表面に対して略垂直な超音波が送信される。送信された超音波は、被探傷材の探触子に近い側の端部である表面、遠い側の端部である底面およびきずが存在すればきず部分でエコーとなって反射され、探触子に順次受信されることにより探傷信号が得られる。 According to the ultrasonic flaw detection apparatus having the above configuration, the probe relatively moves along the surface of the flaw detection material at every predetermined movement pitch, and is approximately perpendicular to the relative movement direction of the probe at each movement pitch. By transmitting ultrasonic waves to the surface of the flaw detection material, ultrasonic waves that are substantially perpendicular to the surface of the flaw detection material are transmitted. The transmitted ultrasonic waves are reflected as echoes at the flawed surface if there are flaws on the surface that is the end near the probe of the material to be inspected, the bottom that is the end on the far side, and flaws. A flaw detection signal is obtained by sequentially receiving the data.
ここで、受信した探触子の移動ピッチ毎の探傷信号において、基準位置設定手段により、底面エコー部分に基づいて基準位置が設定される。そして、2次元画像データ作成手段により、移動ピッチ毎の探傷信号がそれぞれ設定された基準位置が揃うように位置調整された上で合成され、2次元画像データが作成される。こうして作成された2次元画像データにおいて、きず抽出手段により、設定された基準位置より前方の領域(時間軸上の基準位置より早い時間領域)についてきずの抽出が行われる。 Here, in the received flaw detection signal for each movement pitch of the probe, the reference position is set based on the bottom surface echo portion by the reference position setting means. Then, the two-dimensional image data creating means adjusts the position so that the reference positions where the flaw detection signals for each movement pitch are set are aligned, and then composes the two-dimensional image data. In the two-dimensional image data created in this way, the flaw extraction means extracts flaws in a region ahead of the set reference position (a time region earlier than the reference position on the time axis).
このように、探触子の移動ピッチ毎の探傷信号を底面エコーに基づいた基準位置で揃えることにより、被探傷材の位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材の位置が修正された2次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコー等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置が被探傷材の端部を基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーを基準位置とし、きずの抽出が底面エコーより前方の領域(時間軸上の底面エコーより早い時間領域)で行われるため、底面エコーの影(基準位置より後方の領域にできる波形の広がり)にきずエコーが埋もれることなく容易に判定することができる。したがって、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。 In this way, by aligning the flaw detection signals for each movement pitch of the probe at the reference position based on the bottom surface echo, the position of the flaw detection material is corrected even if the fluctuating position of the flaw detection material or a carrier play occurs. Since two-dimensional image data is created, it is possible to prevent erroneous detection such as a bottom echo or the like erroneously entering the flaw determination area. Further, since the reference position is based on the end of the flaw detection material, the position of the extracted flaw can be detected with high accuracy. In addition, since the bottom echo is used as the reference position and flaws are extracted in the area ahead of the bottom echo (the time area earlier than the bottom echo on the time axis), the shadow of the bottom echo (the waveform that can be generated in the area behind the reference position) The spread can be easily determined without burying the echo. Therefore, even when a disturbance such as a change in the position of the flaw detection material, a backlash or a change in echo intensity occurs, it is possible to stably detect a subsurface flaw near the surface.
好ましくは、前記基準位置を設定するべく、前記探傷信号を第1の増幅度で増幅する第1増幅器と、前記2次元画像データを作成するべく、前記探傷信号を第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で増幅する第2増幅器とを具備するように構成される。 Preferably, a first amplifier that amplifies the flaw detection signal with a first amplification degree to set the reference position, and a flaw detection signal that is larger than the first amplification degree to generate the two-dimensional image data. And a second amplifier that amplifies at the second amplification degree.
この場合、基準位置を設定する際に第1増幅器により第1の増幅度で探傷信号が増幅される。そして、2次元画像データを作成する際に第2増幅器により第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で探傷信号が増幅される。つまり、基準位置を設定する際には、比較的大きい波形を有する底面エコーが十分に拡大される程度の増幅度で増幅されることにより、基準位置設定がより容易かつ高精度に行われ、きずの抽出を行うべく2次元画像データを作成する際には、より小さいきずエコーを十分に検出可能なように、より大きい増幅度で増幅されることにより、きずの抽出をより高精度に行うことができる。 In this case, when the reference position is set, the flaw detection signal is amplified by the first amplifier with the first amplification degree. When the two-dimensional image data is created, the flaw detection signal is amplified by the second amplifier with a second amplification degree that is larger than the first amplification degree. In other words, when setting the reference position, the reference position can be set more easily and accurately because the bottom surface echo having a relatively large waveform is amplified with a degree of amplification that is sufficiently enlarged. When two-dimensional image data is created to extract a defect, the defect is amplified with a higher amplification degree so that a smaller defect echo can be sufficiently detected, so that the defect can be extracted with higher accuracy. Can do.
本発明に係る超音波探傷方法、超音波探傷装置および被探傷材によれば、探触子の移動ピッチ毎の探傷信号を底面エコーに基づいた基準位置で揃えることにより、被探傷材の位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材の位置が修正された2次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコー等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置が被探傷材の端部を基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーを基準位置とし、きずの抽出が基準位置より前方の領域(時間軸上の基準位置より早い時間領域)で行われるため、底面エコーの影(基準位置より後方の領域にできる波形の広がり)にきずエコーが埋もれることなく容易に判定することができる。したがって、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。 According to the ultrasonic flaw detection method, the ultrasonic flaw detection apparatus, and the flaw detection material according to the present invention, the fluctuating position of the flaw detection material is obtained by aligning flaw detection signals for each movement pitch of the probe at the reference position based on the bottom echo. 2D image data in which the position of the flaw detection material is corrected is generated even if a backlash or the like occurs, it is possible to prevent erroneous detection such as a bottom echo or the like erroneously entering the flaw determination area. Further, since the reference position is based on the end of the flaw detection material, the position of the extracted flaw can be detected with high accuracy. In addition, since the bottom echo is used as a reference position and flaws are extracted in the area ahead of the reference position (the time area earlier than the reference position on the time axis), the shadow of the bottom echo (the waveform that can be generated in the area behind the reference position) The spread can be easily determined without burying the echo. Therefore, even when a disturbance such as a change in the position of the flaw detection material, a backlash or a change in echo intensity occurs, it is possible to stably detect a subsurface flaw near the surface.
以下、本発明に係る超音波探傷方法および超音波探傷装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る第1実施形態における超音波探傷装置を示す概略ブロック図である。 Hereinafter, preferred embodiments of an ultrasonic flaw detection method and an ultrasonic flaw detection apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an ultrasonic flaw detector according to the first embodiment of the present invention.
本発明に係る超音波探傷装置は、図1に示すように、所定の移動ピッチD毎に被探傷材Pの表面に沿って相対移動する探触子であって、前記相対移動方向Xに対して略垂直に超音波Wを送信するとともに、反射波Eを受信して探傷信号を得る探触子1と、得られた探傷信号に基づいて画像処理を行う画像処理部2とを具備する。画像処理部2は、探触子1で得られた探傷信号における底面エコーG(被探傷材Pの超音波Wが入射される側の面Psとは反対側の面Pbからの反射信号波形)に基づいて基準位置Hを設定する基準位置設定手段21と、前記移動ピッチD毎の探傷信号を前記基準位置Hが揃うように位置調整して合成することにより2次元画像データを作成する2次元画像データ作成手段22と、当該2次元画像データにおいて前記基準位置Hより前方の領域についてきずの抽出を行うきず抽出手段23とを具備する。 As shown in FIG. 1, the ultrasonic flaw detector according to the present invention is a probe that moves relative to the surface of the flaw detection material P for each predetermined movement pitch D, and is relative to the relative movement direction X. The probe 1 transmits the ultrasonic wave W substantially vertically and receives the reflected wave E to obtain a flaw detection signal, and the image processing unit 2 that performs image processing based on the obtained flaw detection signal. The image processing unit 2 uses a bottom echo G (a reflected signal waveform from the surface Pb opposite to the surface Ps on the side on which the ultrasonic wave W of the flaw detection material P is incident) in the flaw detection signal obtained by the probe 1. The reference position setting means 21 for setting the reference position H based on the two-dimensional image data is prepared by adjusting the position of the flaw detection signals for each movement pitch D so that the reference position H is aligned and synthesizing the two-dimensional image data. The image data generating means 22 and the flaw extracting means 23 for extracting flaws in the area ahead of the reference position H in the two-dimensional image data are provided.
なお、本実施形態においては、上記構成に加えて、探触子1に超音波Wを送信するための送信パルスを提供するパルサー11と、受信した探傷信号を増幅する増幅器12と、その上で、所定の帯域にフィルタリングするフィルタ13と、画像処理部2における画像処理の途中および結果を表示する表示装置3とを具備する。また、画像処理部2は、探傷信号をAD変換するAD変換器24と、当該AD変換された探傷信号が一時記憶されるメモリ25と、2次元画像データを作成するために使用される画像メモリ26とを具備する。画像処理部2の各種演算および命令は、所定のプログラムに基づいてCPU20により制御される。CPU20とメモリ25および画像メモリ26とは信号バス27を介して相互に通信可能に構成される。本実施形態において、CPU20は、基準位置判定手段21、2次元データ作成手段22およびきず抽出手段23をも兼ねる。すなわち、画像処理部2は、一般的な汎用コンピュータにより実現可能である。もちろん、専用の画像処理装置により構成されてもよい。また、増幅器12およびフィルタ13は、画像処理部2においてなされる(画像処理される)こととしてもよいし、専用の増幅装置およびフィルタ装置を用いることとしてもよい。 In the present embodiment, in addition to the above-described configuration, a pulsar 11 that provides a transmission pulse for transmitting the ultrasonic wave W to the probe 1, an amplifier 12 that amplifies the received flaw detection signal, and the above And a filter 13 for filtering into a predetermined band, and a display device 3 for displaying a result of image processing in the image processing unit 2 and a result thereof. The image processing unit 2 also includes an AD converter 24 that AD converts the flaw detection signal, a memory 25 that temporarily stores the AD converted flaw detection signal, and an image memory that is used to create two-dimensional image data. 26. Various operations and commands of the image processing unit 2 are controlled by the CPU 20 based on a predetermined program. The CPU 20, the memory 25, and the image memory 26 are configured to be able to communicate with each other via a signal bus 27. In the present embodiment, the CPU 20 also serves as the reference position determination unit 21, the two-dimensional data creation unit 22, and the flaw extraction unit 23. That is, the image processing unit 2 can be realized by a general general-purpose computer. Of course, a dedicated image processing apparatus may be used. In addition, the amplifier 12 and the filter 13 may be performed in the image processing unit 2 (image processing), or a dedicated amplification device and filter device may be used.
上記構成の超音波探傷装置によれば、探触子1が所定の移動ピッチD毎に被探傷材Pの表面Psに沿って相対移動する。本実施形態においては、固定された探触子1の超音波出力方向下方においてX方向に被探傷材Pが搬送されることにより実現される。探触子1は、搬送される被探傷材Pに対して、前記移動ピッチD毎に探触子1の相対移動方向Xに対して略垂直に超音波Wを送信することにより、被探傷材P内に当該被探傷材Pの表面に対して略垂直に超音波Wが送信される。送信された超音波Wは、被探傷材Pの探触子1に近い側の端部である表面Ps、遠い側の端部である底面Pbおよびきずが存在すればきず部分fでエコーとなって反射され、その反射波Eが探触子1に順次受信されて探傷信号となる。探触子1から出力された探傷信号は、増幅器12およびフィルタ13を経て画像処理部2に入力され、AD変換器24でAD変換された後、メモリ25に記憶される。 According to the ultrasonic flaw detection apparatus having the above-described configuration, the probe 1 relatively moves along the surface Ps of the flaw detection material P at every predetermined movement pitch D. In the present embodiment, this is realized by transporting the flaw detection material P in the X direction below the ultrasonic output direction of the fixed probe 1. The probe 1 transmits the ultrasonic wave W substantially perpendicularly to the relative movement direction X of the probe 1 for each movement pitch D with respect to the flaw detection material P to be conveyed, thereby detecting the flaw detection material. An ultrasonic wave W is transmitted in P substantially perpendicular to the surface of the flaw detection material P. The transmitted ultrasonic wave W becomes an echo at the flaw portion f if there is a surface Ps which is an end portion of the flaw detection material P on the side close to the probe 1, a bottom surface Pb which is an end portion on the far side, and flaws. The reflected wave E is sequentially received by the probe 1 and becomes a flaw detection signal. The flaw detection signal output from the probe 1 is input to the image processing unit 2 through the amplifier 12 and the filter 13, is AD converted by the AD converter 24, and is then stored in the memory 25.
ここで、画像処理部2における処理の方法について説明する。図2は図1の超音波探傷装置の画像処理部における処理方法を示すフローチャートである。まず、上記のような画像処理部2のメモリ25に記憶された探触子1の移動ピッチD毎の探傷信号において、CPU20が基準位置設定手段として機能し、底面エコー部分Gに基づいて基準位置Hが設定される(ステップS1)。 Here, a processing method in the image processing unit 2 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a processing method in the image processing unit of the ultrasonic flaw detector shown in FIG. First, in the flaw detection signal for each movement pitch D of the probe 1 stored in the memory 25 of the image processing unit 2 as described above, the CPU 20 functions as reference position setting means, and the reference position is determined based on the bottom surface echo portion G. H is set (step S1).
図3は図1の超音波探傷装置において得られる探傷信号波形を説明するための図である。図3(a)に示すように、被探傷材Pの表面(底面Pb)近傍にきずがある場合、探傷信号波形は図3(b)に示すような波形となる。これは、図3(c)に示すように、大きな底面エコーGの前方に微弱なきずエコーFが重畳した形となる。なお、本実施形態において実際に下記の基準位置Hを設定する際には、図3(d)に示すように、微弱なきずエコーFが強調されるように、探傷信号は、増幅器12により底面エコーGが飽和する程度の大きさの増幅度(ゲイン)に増幅されている。 FIG. 3 is a diagram for explaining a flaw detection signal waveform obtained in the ultrasonic flaw detection apparatus of FIG. As shown in FIG. 3A, when there is a flaw near the surface (bottom surface Pb) of the flaw detection material P, the flaw detection signal waveform becomes a waveform as shown in FIG. As shown in FIG. 3C, this is a form in which a weak flaw echo F is superimposed in front of a large bottom echo G. In this embodiment, when the following reference position H is actually set, the flaw detection signal is transmitted to the bottom surface by the amplifier 12 so that the weak flaw echo F is emphasized as shown in FIG. The echo G is amplified to an amplification degree (gain) that is large enough to saturate.
したがって、きずの無いときの探傷波形との差異があるのは、底面エコーGの先頭部分であり、最大または最小のピーク位置、およびピーク位置前後のゼロクロス位置についてはほとんど変化が見られない。また、エコーに強弱がある場合であっても、伝搬時間は変化しないため、最大または最小のピーク位置、およびピーク位置前後のゼロクロス位置についてはほとんど変化しない。したがって、メモリ25に記憶された探傷信号に対し、底面エコーGの最大値または最小値の直前または直後にあるゼロクロス位置を基準位置Hとして検出する。本実施形態においては、底面エコーGにおいて最初に信号強度が飽和している位置(最大値)を検出し、その直前のゼロクロス位置を基準位置Hとして検出する。これにより、寸法変化、エコー強度の強弱、搬送ガタまたは表面きず等がある場合であっても安定した基準位置Hを設定することができる。 Therefore, the difference from the flaw detection waveform when there is no flaw is in the head portion of the bottom echo G, and there is almost no change in the maximum or minimum peak position and the zero cross position before and after the peak position. Even when the echo is strong or weak, since the propagation time does not change, the maximum or minimum peak position and the zero-cross position before and after the peak position hardly change. Therefore, the zero cross position immediately before or after the maximum value or the minimum value of the bottom surface echo G is detected as the reference position H for the flaw detection signal stored in the memory 25. In the present embodiment, the position (maximum value) at which the signal intensity is first saturated in the bottom echo G is detected, and the zero cross position immediately before that is detected as the reference position H. As a result, the stable reference position H can be set even when there is a dimensional change, the strength of the echo intensity, a transport play or a surface flaw.
次に、CPU20が2次元画像データ作成手段22として機能し、移動ピッチD毎の探傷信号がそれぞれ設定された基準位置Hが揃うように位置調整された上で合成され、2次元画像データが作成される(ステップS2)。 Next, the CPU 20 functions as the two-dimensional image data creating means 22, and the flaw detection signals for each movement pitch D are adjusted so that the set reference positions H are aligned, and then synthesized to create two-dimensional image data. (Step S2).
図4は図1の超音波探傷装置において得られる2次元画像データを説明するための図である。探傷信号は所定の移動ピッチD毎に得られる(図4(a))ため、これらの探傷信号のそれぞれを画像メモリ26上に並べ、信号強度に応じてグレー階調またはカラー階調により2次元に展開して2次元画像データを作成する(図4(b))。この結果は表示装置3上に出力される。本実施形態においては、図4(b)に示すようにグレー階調で表示するため、信号強度の強いところが白色、信号強度の弱いところが黒色で表示される。 FIG. 4 is a diagram for explaining the two-dimensional image data obtained in the ultrasonic flaw detector of FIG. Since the flaw detection signals are obtained for each predetermined movement pitch D (FIG. 4A), each of these flaw detection signals is arranged on the image memory 26, and is two-dimensionally represented by gray gradation or color gradation according to the signal intensity. To create two-dimensional image data (FIG. 4B). This result is output on the display device 3. In the present embodiment, as shown in FIG. 4B, since the gray scale is displayed, a portion with a high signal intensity is displayed in white, and a portion with a low signal intensity is displayed in black.
この際、図4に示されるように、前記ステップS1にて設定された各探傷信号の基準位置Hが揃うように横軸(時間軸)方向に各探傷信号がシフト処理される。この処理はユーザが手動で行うこととしてもよいし、プログラムにより、CPU20が基準位置Hを揃える処理を自動で行うこととしてもよい。 At this time, as shown in FIG. 4, each flaw detection signal is shifted in the horizontal axis (time axis) direction so that the reference positions H of the flaw detection signals set in step S1 are aligned. This process may be performed manually by the user, or the CPU 20 may automatically perform the process of aligning the reference position H by a program.
こうして作成された2次元画像データに対して、CPU20がきず抽出手段23として機能し、設定された基準位置Hより前方の領域Rについてきずの抽出処理が行われる(ステップS3)。 For the two-dimensional image data created in this way, the CPU 20 functions as a flaw extraction means 23, and flaw extraction processing is performed for the region R ahead of the set reference position H (step S3).
ここで、きずのある場合の2次元画像とない場合の2次元画像とを比較しつつ説明する。図5は図1の超音波探傷装置で作成された2次元画像の例を示す図である。図5(a)はきずのある場合を示し、図5(b)はきずのない場合を示す図である。なお、各図について所定の探傷位置(破線位置)における探傷信号のプロファイルをそれぞれ図の下方に示す。 Here, a description will be given while comparing a two-dimensional image with and without a flaw. FIG. 5 is a diagram showing an example of a two-dimensional image created by the ultrasonic flaw detector shown in FIG. FIG. 5A shows a case where there is a flaw, and FIG. 5B shows a case where there is no flaw. For each figure, the profile of the flaw detection signal at a predetermined flaw detection position (broken line position) is shown below the figure.
きずのある位置では、図5(a)に示すように、きずエコーFの影響により基準位置前方(すなわち、時間軸上の基準位置より早い時間領域)のゼロクロス位置と基準位置との間(以下、ゼロクロス間という)の幅J1が図5(b)のきずのない位置におけるゼロクロス間の幅J2より大きくなっている。また、同様に、基準位置前方領域に負の方向への振れが見られる。なお、ノイズが発生した場合にも、同様の変化が見られる場合があるが、ノイズの場合は、ランダムに発生するため、探触子1の移動について連続する探傷信号波形において同様の位置に上記変化が連続で見られるか否か(言い換えると、2次元画像において縦方向に連続性が見られるか否か)で見分けられる。このように2次元画像上に現れたきず部分fが抽出される。 At a position where there is a flaw, as shown in FIG. 5A, due to the influence of the flaw echo F, between the zero-cross position and the reference position in front of the reference position (that is, a time region earlier than the reference position on the time axis) The width J1 between the zero crosses) is larger than the width J2 between the zero crosses at the position without a flaw in FIG. Similarly, a shake in a negative direction is seen in the reference position front region. Note that the same change may be observed when noise occurs. However, since noise occurs randomly, the above-mentioned detection signal waveform is continuously located at the same position in the flaw detection signal waveform with respect to movement of the probe 1. It is distinguished by whether or not the change is seen continuously (in other words, whether or not continuity is seen in the vertical direction in the two-dimensional image). In this way, the flaw portion f that appears on the two-dimensional image is extracted.
きず部分fの抽出処理の具体例について説明する。図6は基準位置前方の所定の大きさの領域について、きずのある部分ときずのない部分の信号の濃度分布を比較した図である。図6に示すように、きずのない部分は、濃度が略128(256階調の半分、すなわち、信号強度が略0)あたりに集中した分布を呈する。これに対し、きずのある部分は、これより濃度が高いまたは低い(図6においては低い)領域に集中した分布となる。 A specific example of the flaw portion f extraction process will be described. FIG. 6 is a diagram comparing the signal density distributions of a flawed part and a flawless part in a region of a predetermined size in front of the reference position. As shown in FIG. 6, the flawless portion exhibits a distribution in which the density is concentrated around approximately 128 (half of 256 gradations, that is, the signal intensity is approximately 0). On the other hand, the flawed portion has a distribution concentrated in a region where the density is higher or lower (lower in FIG. 6).
したがって、本実施形態においては、きず部分fの抽出処理として2次元画像データを2値化処理を行う(ステップS31)。より具体的には、図6のようにきず部分fが濃度128より低い濃度領域となる場合は、128より低い所定値をしきい値として2値化される。図7は本実施形態における2値化処理を説明するための図である。 Therefore, in the present embodiment, the binarization processing is performed on the two-dimensional image data as the flaw portion f extraction processing (step S31). More specifically, when the flaw portion f is a density region lower than the density 128 as shown in FIG. 6, it is binarized using a predetermined value lower than 128 as a threshold value. FIG. 7 is a diagram for explaining the binarization processing in the present embodiment.
この場合、図7(a)のような2次元画像(データ)を2値化することにより、図7(b)に示すように、きず部分fおよびわずかなノイズが現れることとなる。これにより、きず判定前にきず部分fをより明確にすることができ、より高精度なきずの抽出を行うことができる。この2値化された2次元画像データに対して、まず、ノイズ除去処理を行う(ステップS32)。ノイズ除去処理としては、例えば、膨張・圧縮処理等が図7(b)に示すような2値化された2次元画像に対して行われる。その結果、図7(c)に示すように、微小な黒い領域が除去され、また微小な白抜き領域が塗りつぶされた2次元画像データが得られる。さらに、図7(c)の結果において、一塊の(連続する)黒塗り部の面積等を算出し、所定の面積(画素数)以下はノイズとして除去する。この後、残った部分をきず部分fとして抽出する(ステップS33、図7(d))。本実施形態においては、ノイズ除去処理後の2次元画像データに対し、塗り潰し処理(所定の範囲内にある画素を1つの固まりとして塗り潰す処理)を行うことにより、図7(c)に示すような、きず部分fがより明確に浮き立たされた2次元画像データを得ることができる。こうして表示装置3に表示された2次元画像データは、基準位置Hが揃っているため、きずの大きさ、位置および深さを瞬時に判定することができる。 In this case, by binarizing the two-dimensional image (data) as shown in FIG. 7A, a flaw portion f and slight noise appear as shown in FIG. 7B. Thereby, the flaw part f can be made clearer before flaw determination, and flaws can be extracted with higher accuracy. First, noise removal processing is performed on the binarized two-dimensional image data (step S32). As the noise removal processing, for example, expansion / compression processing or the like is performed on a binarized two-dimensional image as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 7C, two-dimensional image data in which a minute black region is removed and a minute white region is filled is obtained. Further, in the result of FIG. 7C, the area of a lump (continuous) black-painted portion is calculated, and a predetermined area (number of pixels) or less is removed as noise. Thereafter, the remaining part is extracted as a flaw part f (step S33, FIG. 7 (d)). In the present embodiment, the two-dimensional image data after the noise removal process is subjected to a filling process (a process of filling pixels within a predetermined range as one lump) as shown in FIG. 7C. In addition, it is possible to obtain two-dimensional image data in which the flaw portion f is more clearly raised. Since the two-dimensional image data thus displayed on the display device 3 has the same reference position H, the size, position, and depth of the flaw can be determined instantaneously.
このように、探触子1の移動ピッチD毎の探傷信号を底面エコーGに基づいた基準位置Hで揃えることにより、被探傷材Pの位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材Pの位置が修正された2次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコーG等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置Hが被探傷材Pの端部Pbを基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーGを基準位置Hとし、きずの抽出が基準位置Hより前方の領域(時間軸上の基準位置Hより早い時間領域)で行われるため、底面エコーGの影(基準位置Hより後方の領域にできる波形の広がり)にきずエコーFが埋もれることなく容易に判定することができる。したがって、被探傷材Pの位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。 In this way, by aligning the flaw detection signals for each movement pitch D of the probe 1 at the reference position H based on the bottom surface echo G, the flaw detection material P can be detected even if the fluctuating position of the flaw detection material P or a backlash occurs. Since the two-dimensional image data whose position is corrected is created, it is possible to prevent erroneous detection such as the bottom echo G or the like entering the flaw determination region by mistake. Further, since the reference position H is based on the end portion Pb of the flaw detection material P, the position of the extracted flaw can be detected with high accuracy. Further, since the bottom echo G is set as the reference position H and the flaw is extracted in a region ahead of the reference position H (a time region earlier than the reference position H on the time axis), the shadow of the bottom echo G (from the reference position H). The determination can be easily made without damaging the echo F in the waveform spread in the rear region. Therefore, even when a disturbance such as a change in position of the flaw detection material P, a backlash or a change in echo intensity occurs, a subsurface flaw near the surface can be detected stably and reliably.
本実施形態におけるきずの抽出処理として、2値化処理を行うこととしたが、これに限られない。ここで、他の例を示す。図8はきずの抽出処理の他の例を示す図である。図8の例においては、所定の領域毎に当該領域内の各画素の濃度についてヒストグラムを評価する。例えば、基準位置Hの前方領域を、所定の領域として5×5画素の微小領域毎に区切り、各微小領域毎に、きず部分fの可能性がある異常部であるか否かを判定する。例えば、微小領域が全体として前述の2値化におけるしきい値より高い場合は、きず部分fのない健全部であり、しきい値より低い場合は、きず部分fの可能性がある異常部であると判定する。 Although the binarization process is performed as the flaw extraction process in the present embodiment, the present invention is not limited to this. Here, another example is shown. FIG. 8 is a diagram showing another example of flaw extraction processing. In the example of FIG. 8, the histogram is evaluated for the density of each pixel in the predetermined area. For example, the area in front of the reference position H is divided into minute areas of 5 × 5 pixels as predetermined areas, and it is determined whether or not each minute area is an abnormal part that may have a flaw portion f. For example, if the micro area is higher than the threshold value in the above binarization as a whole, it is a healthy part without a flaw part f, and if it is lower than the threshold value, it is an abnormal part that may have a flaw part f. Judge that there is.
この際、図5(a)に示すように、きず部分fの存在する可能性がある場合は、ゼロクロス間の幅J1の変化により、基準位置Hの前方のゼロクロス線自体が直線とならない場合がある。このままでは、微小領域に区切る際に、底面エコー部分Gにより影響を受けた部分、すなわちゼロクロス間が微小領域内に含まれてしまう可能性がある。ゼロクロス間が微小領域内に含まれてしまうと、これをきず部分fとして誤検出してしまい、高精度のきずの抽出が困難になる。そこで、一旦、基準位置Hの前方のゼロクロス線が揃うように横軸方向に補正(前記移動ピッチD毎に検出された複数の水平ライン毎に補正してもよいし、別途新たに複数の水平線で区切った上で補正してもよい)し、その上で、微小領域を区切ることが好ましい。なお、基準位置Hの前方のゼロクロス線の補正時においてその補正量(水平方向移動量)を画像メモリ26に記憶しておき、きずの抽出処理の後、当該補正量分を逆方向にシフトさせる(逆補正する)ことにより、基準位置Hに揃え直す。 At this time, as shown in FIG. 5A, if there is a possibility that a flaw portion f exists, the zero cross line in front of the reference position H may not be a straight line due to a change in the width J1 between the zero crosses. is there. If this is the case, there is a possibility that a portion affected by the bottom surface echo portion G, that is, a space between zero crosses, is included in the minute region when dividing into minute regions. If the space between the zero crosses is included in the minute region, this is erroneously detected as a flaw portion f, and it is difficult to extract the flaw with high accuracy. Accordingly, the correction is made in the horizontal axis direction so that the zero cross lines ahead of the reference position H are aligned (the correction may be made for each of the plurality of horizontal lines detected for each movement pitch D, or a plurality of new horizontal lines may be newly added. (It may be corrected after dividing by), and it is preferable to divide the minute region after that. When correcting the zero cross line ahead of the reference position H, the correction amount (horizontal movement amount) is stored in the image memory 26, and after the flaw extraction process, the correction amount is shifted in the reverse direction. (Reverse correction) is performed to realign the reference position H.
きずの抽出処理において異常部であると判定された微小領域が隣合う場合、それらは一体であるとして連結され、連結された異常部の外周をラインで囲んで図8に示すように、表示装置3に表示する。この後、このラインで囲まれた面積が所定値以下である場合は、ノイズnとして除去し、所定値以上である場合をきず部分fであるとして判定する。こうして、電気ノイズ等の種々のノイズによる影響を排除して、きず部分fを高精度に検出することができる。 When the minute regions determined to be abnormal parts in the defect extraction process are adjacent to each other, they are connected as a single unit, and the outer periphery of the connected abnormal part is surrounded by a line as shown in FIG. 3 is displayed. Thereafter, when the area surrounded by the line is equal to or smaller than a predetermined value, it is removed as noise n, and when the area is equal to or larger than the predetermined value, it is determined as the flaw portion f. In this way, the flaw portion f can be detected with high accuracy by eliminating the influence of various noises such as electric noise.
続いて、きずの抽出処理として他の例をさらに示す。図9はきずの抽出処理の他の例を示す図である。図9の例においても上記実施形態と同様に底面エコーGの最初の山部の直前のゼロクロス位置を基準位置Hとしている。また、そのさらに前方にある波形のゼロクロス位置Kを白線で強調している。そして、基準位置Hから前方にある白線Kまでの距離が予め設定した距離Lよりも大きいか否かを所定の水平ライン毎に判定し、設定した距離Lよりも大きい水平ラインをきず部分fが存在する可能性のある異常ラインとして判定する。異常ラインが連続した場合、その連続する数が予め設定したライン数を超えた場合、そのラインにはきず部分fが存在すると判定される。複数の水平ラインが所定のライン数以上連続して異常ラインと判定されたときのみきず部分fが存在すると判定することにより、突発的な電気ノイズ等を確実に除去し、きず部分fを高精度に検出することができる。 Subsequently, another example is further shown as flaw extraction processing. FIG. 9 is a diagram showing another example of flaw extraction processing. In the example of FIG. 9 as well, the zero cross position immediately before the first peak of the bottom echo G is set as the reference position H as in the above embodiment. Further, the zero cross position K of the waveform further ahead is emphasized by a white line. Then, it is determined for each predetermined horizontal line whether or not the distance from the reference position H to the white line K ahead is greater than a preset distance L, and the flawed portion f is not a horizontal line greater than the set distance L. Judged as an abnormal line that may exist. When abnormal lines continue, when the number of consecutive lines exceeds a preset number of lines, it is determined that a flaw portion f exists on the line. By determining that the flaw portion f exists only when a plurality of horizontal lines are determined to be abnormal lines continuously for a predetermined number of lines or more, sudden electrical noise or the like is reliably removed, and the flaw portion f is highly accurate. Can be detected.
上記実施形態においては、基準位置Hを底面エコーGの最大値の直前のゼロクロス位置としたが、また、底面エコーGの最大値の直後のゼロクロス位置、底面エコーGの最小値の直前直後のゼロクロス位置、または底面エコーGの最大値または最小値を有する位置等、種々適用可能である。 In the above embodiment, the reference position H is the zero-cross position immediately before the maximum value of the bottom echo G, but the zero-cross position immediately after the maximum value of the bottom echo G and the zero cross immediately before and after the minimum value of the bottom echo G. Various applications such as a position or a position having the maximum value or the minimum value of the bottom echo G can be applied.
ここで、ある探傷信号における底面エコーG近傍において、底面エコーGを示す波形のうち、最大値を有する波形の前後の波形のピークが前記最大値と略同等であって、基準位置Hの選択が不安定となる場合、底面エコーGと所定の参照信号波形とを相互相関演算することにより得られる信号波形から前記基準位置Hを設定することが好ましい。 Here, in the vicinity of the bottom echo G in a certain flaw detection signal, the peak of the waveform before and after the waveform having the maximum value among the waveforms indicating the bottom echo G is substantially equal to the maximum value, and the reference position H is selected. When it becomes unstable, it is preferable to set the reference position H from a signal waveform obtained by cross-correlating the bottom echo G and a predetermined reference signal waveform.
相互相関演算は2つの信号波形の類似性の判別に利用される。相互相関演算を用いることにより、一方の信号波形のどの部分が他方の信号波形と似ているかを似ている部分の時間差を調べることにより判定することができる。一般的に、信号x(t),y(t)をAD変換した離散データが以下で示される。
このとき、相互相関関数Rxy(j)は次のように表される。
At this time, the cross-correlation function Rxy (j) is expressed as follows.
図10は図1の超音波探傷装置において相互相関演算を用いた処理を説明するための図である。図10(a)は参照信号波形gを示す図である。この参照信号波形gは、例えば、典型的な底面エコーを表したものであり、予め記憶されている。図10(b−1)はある位置における測定により得られた底面エコーG1を示し、図10(c−1)は別の位置における底面エコーG2を示す。図10(c−1)の波形は、他のエコーとの干渉等により波形形状がわずかに変化している。 FIG. 10 is a diagram for explaining processing using cross-correlation calculation in the ultrasonic flaw detector of FIG. FIG. 10A shows the reference signal waveform g. This reference signal waveform g represents, for example, a typical bottom echo and is stored in advance. FIG. 10B-1 shows the bottom echo G1 obtained by measurement at a certain position, and FIG. 10C-1 shows the bottom echo G2 at another position. The waveform shape of FIG. 10C-1 slightly changes due to interference with other echoes.
ここで、例えば、波形の正の最大ピークを基準位置Hとする場合、図10(b−1)の波形では、2番目のピークを基準位置Hとして正しく認識できるが、図10(c−1)の波形では、1番目のピークが2番目のピークより大きくなってしまっており、1番目のピークを基準位置Hとして誤って認識してしまう。 Here, for example, when the maximum positive peak of the waveform is set as the reference position H, the second peak can be correctly recognized as the reference position H in the waveform of FIG. ), The first peak is larger than the second peak, and the first peak is erroneously recognized as the reference position H.
ここで、図10(b−2)、(c−2)は、図10(a−1)の参照信号波形gと図10(b−1)、(c−1)のそれぞれの波形とを上記式に基づいて相互相関演算することにより得られた信号波形G’1,G’2を示すものである。相互相関演算を行うことにより、図10(b−2)、(c−2)のいずれの波形G’1,G’2においても2番目のピークを基準位置Hとして正しく認識することができる。しかも、相互相関演算により得られた波形であっても、横軸は演算前と同じ位置であるため、相互相関演算後の波形G’1,G’2に基づいて基準位置Hを設定することにより、安定して基準位置を決定することができる。このように、相互相関演算により、底面エコーGにおけるエコー強度の変動等が生じていた場合においても、より適切な基準位置を割り出すことができるため、より高精度に位置合わせを行うことができる。 Here, FIGS. 10 (b-2) and (c-2) show the reference signal waveform g in FIG. 10 (a-1) and the waveforms in FIGS. 10 (b-1) and 10 (c-1). Signal waveforms G′1 and G′2 obtained by cross-correlation calculation based on the above formula are shown. By performing the cross-correlation calculation, the second peak can be correctly recognized as the reference position H in any of the waveforms G′1 and G′2 in FIGS. Moreover, even if the waveform is obtained by the cross-correlation calculation, the horizontal axis is at the same position as before the calculation, so the reference position H is set based on the waveforms G′1 and G′2 after the cross-correlation calculation. Thus, the reference position can be determined stably. As described above, even when the echo intensity variation or the like in the bottom echo G occurs due to the cross-correlation calculation, a more appropriate reference position can be determined, so that the alignment can be performed with higher accuracy.
上記実施形態においては、基準位置Hを設定する際に増幅器12を用いて増幅することとしたが、さらに、2次元画像データを作成するに際し、基準位置Hを設定する際の増幅度(第1の増幅度)よりも大きい増幅度(第2の増幅度)を用いて増幅することとしてもよい。特に、上記のように基準位置Hを相互相関演算により設定した場合には、きずの抽出に再び演算前の探傷信号が必要となるため、有効である。図11は本発明に係る第2実施形態における超音波探傷装置を示す概略ブロック図である。本実施形態が第1実施形態と異なる点は、前記基準位置Hを設定するべく、前記探傷信号を第1の増幅度で増幅する第1増幅器12と、前記2次元画像データを作成するべく、前記探傷信号を第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で増幅する第2増幅器14とを具備するように構成されることである。本実施形態においては、図11に示すように、第1増幅器12の経路と同様に、第2増幅器14の後にもフィルタ15が設けられ、フィルタリングされた探傷信号がAD変換器24でAD変換された後、メモリ25に記憶される。 In the above-described embodiment, the amplifier 12 is used for amplification when setting the reference position H. However, when the two-dimensional image data is created, the amplification factor (first level) when the reference position H is set. Amplification may be performed using an amplification degree (second amplification degree) larger than (amplification degree). In particular, when the reference position H is set by cross-correlation calculation as described above, it is effective because a flaw detection signal before calculation is required again for flaw extraction. FIG. 11 is a schematic block diagram showing an ultrasonic flaw detector according to the second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the reference position H is set, the flaw detection signal is amplified with a first amplification degree, and the two-dimensional image data is generated. And a second amplifier for amplifying the flaw detection signal with a second amplification degree larger than the first amplification degree. In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a filter 15 is provided after the second amplifier 14 as in the path of the first amplifier 12, and the filtered flaw detection signal is AD converted by the AD converter 24. And stored in the memory 25.
この場合、基準位置Hを設定する際に第1増幅器12により第1の増幅度で探傷信号が増幅される。そして、2次元データを作成する際に第2増幅器14により第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で探傷信号が増幅される。つまり、基準位置Hを設定する際には、比較的大きい波形を有する底面エコーGが十分に拡大される程度の増幅度で増幅されることにより、基準位置設定がより容易かつ高精度に行われ、きずの抽出を行うべく2次元画像データを作成する際には、より小さいきずエコーFを十分に検出可能なように、より大きい増幅度で増幅されることにより、きずの抽出をより高精度に行うことができる。 In this case, when setting the reference position H, the flaw detection signal is amplified with the first amplification degree by the first amplifier 12. When the two-dimensional data is created, the flaw detection signal is amplified by the second amplifier 14 with a second amplification degree larger than the first amplification degree. That is, when the reference position H is set, the reference position can be set more easily and with high accuracy by amplifying the bottom echo G having a relatively large waveform with a degree of amplification that is sufficiently enlarged. When creating two-dimensional image data to extract flaws, the flaws can be extracted with higher accuracy by being amplified with a larger amplification degree so that smaller flaw echoes F can be sufficiently detected. Can be done.
なお、図11の例においては、理解容易のため増幅器12,14を別の構成として記載したが、同じ増幅器において増幅度を切り替えることにより構成してもよい。フィルタ13,15についても同様である。また、逆にAD変換器24およびメモリ25等を増幅器(増幅度)毎に別の構成としてもよい。 In the example of FIG. 11, the amplifiers 12 and 14 are described as different configurations for easy understanding, but may be configured by switching the amplification degree in the same amplifier. The same applies to the filters 13 and 15. Conversely, the AD converter 24 and the memory 25 may be configured differently for each amplifier (amplification degree).
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。 The embodiment according to the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements, changes, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 探触子
12 (第1)増幅器
14 第2増幅器
21 基準位置設定手段
22 2次元画像データ作成手段
23 きず抽出手段
D 移動ピッチ
E 反射波
F きずエコー
G 底面エコー
P 被探傷材
Pb 底面
W 超音波
X 相対移動方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Probe 12 (1st) Amplifier 14 2nd amplifier 21 Reference position setting means 22 Two-dimensional image data creation means 23 Scratch extraction means D Moving pitch E Reflected wave F Scratch echo G Bottom echo P Scratched material Pb Bottom bottom W Sound wave X Relative moving direction
Claims (6)
得られた探傷信号における底面エコーに基づいて時間軸上の基準位置を設定し、
前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより、2次元画像データを作成し、
当該2次元画像データにおける前記基準位置より早い時間領域についてきずを抽出することを特徴とする超音波探傷方法。 Based on the flaw detection signal obtained by moving the probe relative to the surface of the material to be inspected relative to the surface of the material to be inspected at predetermined movement pitches and transmitting and receiving ultrasonic waves from the probe to the surface of the material to be inspected substantially perpendicularly. An ultrasonic flaw detection method for performing flaw detection,
Based on the bottom echo in the obtained flaw detection signal, set the reference position on the time axis ,
By adjusting the position of the flaw detection signals for each movement pitch so that the reference positions are aligned and synthesizing the two-dimensional image data,
An ultrasonic flaw detection method characterized by extracting a flaw in a time region earlier than the reference position in the two-dimensional image data.
前記探傷信号波形で第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で増幅したものを用いて前記2次元画像データを作成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超音波探傷方法。 While setting the reference position using the flaw detection signal amplified by a first amplification degree,
4. The super-dimensional image according to claim 1, wherein the two-dimensional image data is created by using the flaw detection signal waveform amplified by a second amplification degree larger than the first amplification degree. Sonic flaw detection method.
得られた探傷信号における底面エコーに基づいて時間軸上の基準位置を設定する基準位置設定手段と、
前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより2次元画像データを作成する2次元画像データ作成手段と、
当該2次元画像データにおいて前記基準位置より早い時間領域についてきずを抽出するきず抽出手段とを具備することを特徴とする超音波探傷装置。 A probe that moves relative to the surface of the flaw detection material at a predetermined movement pitch, transmits ultrasonic waves substantially perpendicular to the relative movement direction, and receives reflected waves to generate flaw detection signals. A probe to get,
Reference position setting means for setting a reference position on the time axis based on the bottom echo in the obtained flaw detection signal,
Two-dimensional image data creating means for creating two-dimensional image data by combining the flaw detection signals for each movement pitch so that the reference positions are aligned and synthesized;
An ultrasonic flaw detector comprising: flaw extraction means for extracting flaws in a time region earlier than the reference position in the two-dimensional image data.
前記2次元画像データを作成するべく、前記探傷信号を第1の増幅度よりも大きい第2の増幅度で増幅する第2増幅器とを具備することを特徴とする請求項5記載の超音波探傷装置。 A first amplifier for amplifying the flaw detection signal with a first amplification degree to set the reference position;
6. The ultrasonic flaw detection according to claim 5, further comprising a second amplifier for amplifying the flaw detection signal with a second amplification degree larger than the first amplification degree in order to create the two-dimensional image data. apparatus.
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