JP6197458B2 - Defect inspection apparatus, defect inspection method, program, and storage medium - Google Patents
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Description
本発明は、管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法、当該欠陥検査方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、当該プログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関するものである。なお、本明細書においては、本発明における溶接鋼管として電縫鋼管に適用した例について説明を行うが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えばアーク溶接鋼管などの他の溶接鋼管であってもよい。 The present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method for inspecting a defect contained in a welded steel pipe in which a weld is formed in the pipe axis direction, a program for causing a computer to execute the defect inspection method, and a computer for storing the program The present invention relates to a readable storage medium. In the present specification, an example in which the present invention is applied to an ERW steel pipe as a welded steel pipe will be described. However, the present invention is not limited to this, and other welded steel pipes such as arc welded steel pipes are used. It may be.
まず、電縫鋼管の一般的な製造方法について説明する。
図16は、一般的な電縫鋼管の製造方法の一例を示す模式図である。
図16(a)に示すように、一般的な電縫鋼管の製造方法においては、帯状の鋼板(帯鋼)201を、方向202に向かって連続的に搬送しながら、多数のロール群(図示せず)により管状に成形し、その突合せ端面203を高周波コイル204による誘導加熱又はコンタクトチップ(図示せず)による直接通電加熱により溶融するとともに、スクイズロール205によりアップセットを加えることで、突合せ端面203を溶接して溶接部210を形成する。このようにして、図16(b)に示すように、溶接部210が管軸方向220に形成された電縫鋼管200が製造される。
First, the general manufacturing method of an electric resistance steel pipe is demonstrated.
FIG. 16 is a schematic view showing an example of a general method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe.
As shown in FIG. 16 (a), in a general method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe, a plurality of roll groups (FIG. The
電縫鋼管200では溶接部210の品質が非常に重要であり、電縫鋼管200の製造工程においては、一般に超音波斜角探傷によって溶接部210に欠陥が存在するか否かのオンライン探傷が行われている。
In the electric resistance welded
図17及び図18は、一般的な超音波斜角探傷法の一例を示す模式図である。
図17及び図18には、図16(b)に示した電縫鋼管200の断面(より詳細には、電縫鋼管200の断面のうちの溶接部210付近)が示されている。
17 and 18 are schematic views showing an example of a general ultrasonic oblique angle flaw detection method.
17 and 18 show a cross section of the electric resistance welded
図17に示す超音波斜角探傷法では、超音波ビームの送受信を行う超音波探傷子251が、電縫鋼管200の外表面200Gの外側であって電縫鋼管200の外表面200Gから所定の距離だけ離れた位置に設置されている。そして、図17に示す超音波斜角探傷法では、この超音波探傷子251から、電縫鋼管200の外表面200Gにおける溶接部210の非形成領域に対して超音波ビームを出力し、当該超音波ビームを電縫鋼管200の内表面200Nで一度反射させて溶接部210に送信し、反射した超音波ビームを超音波探傷子251で受信し、受信した超音波ビームを解析して溶接部210に欠陥が存在するか否かを検査する。
In the ultrasonic oblique angle flaw detection method shown in FIG. 17, an
図18に示す超音波斜角探傷法は、例えば下記の特許文献1に記載されている手法である。具体的に、図18に示す超音波斜角探傷法では、超音波ビームの送受信を行う超音波探傷子252が、電縫鋼管200の外表面200Gにおける溶接部210の非形成領域に設置されている。そして、図18に示す超音波斜角探傷法では、この超音波探傷子252から溶接部210に直射で超音波ビームを送信し、反射した超音波ビームを超音波探傷子252で受信して、受信した超音波ビームを解析して溶接部210に欠陥が存在するか否かを検査する。
The ultrasonic oblique angle flaw detection method shown in FIG. 18 is a method described in
また、下記の特許文献2には、超音波ビームの送信用と受信用とで別の超音波探傷子を設ける、いわゆるタンデム探傷法の技術が開示されている。
また、下記の特許文献3には、溶接鋼管の溶接部の外側上面に超音波探傷子を設ける超音波探傷法の技術が開示されている。
微小な欠陥を検出するためには、なるべく高周波の超音波を利用することが有利であるが、この場合、被検体中での超音波の伝播距離が長いと超音波の減衰が大きくなる。そして、超音波の減衰が大きくなると、超音波の受信信号が小さくなるため、ノイズ成分との区別がしにくくなり、欠陥の検出が困難になる。 In order to detect minute defects, it is advantageous to use high-frequency ultrasonic waves as much as possible. In this case, if the propagation distance of ultrasonic waves in the subject is long, attenuation of the ultrasonic waves becomes large. When the attenuation of the ultrasonic wave increases, the received signal of the ultrasonic wave decreases, so that it is difficult to distinguish from the noise component, and it becomes difficult to detect the defect.
この点、上述した図17や図18等に示す超音波探傷法では、電縫鋼管中における超音波の伝播距離を短くするのにも限界があり、微小な欠陥を検出する手法としては不十分であった。 In this regard, the ultrasonic flaw detection method shown in FIGS. 17 and 18 described above has a limit in shortening the propagation distance of ultrasonic waves in the electric resistance welded steel pipe, and is insufficient as a technique for detecting minute defects. Met.
また、特許文献3には、上述したように溶接鋼管の溶接部の外側上面に超音波探傷子を設ける超音波探傷法の技術が開示されているが、0.5mm以下の表面近くの微小欠陥の検出やその寸法(サイズ)の評価には限界があった。
Further, as described above,
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、微小な欠陥の検出も可能とする仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a mechanism that enables detection of minute defects.
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。 As a result of intensive studies, the present inventor has conceived various aspects of the invention described below.
本発明の欠陥検査装置は、管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置であって、前記溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子と、前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信手段と、反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信手段と、前記走査した前記内表面の位置を第1方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第2方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成手段と、前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段とを有し、前記送信手段から送信される超音波ビームの時間波形は、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、前記3つの局所ピークの絶対値のうち前記第2の局所ピークの絶対値が一番大きく、前記欠陥判定手段は、前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第4の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定する。 A defect inspection apparatus according to the present invention is a defect inspection apparatus for inspecting a defect contained in a welded steel pipe in which a weld portion is formed in a pipe axis direction, and is installed outside the outer surface of the welded steel pipe, and includes a plurality of ultrasonic waves A phased array probe in which transducers are arranged, and incident from the outside of the welded portion on the outer surface of the welded steel pipe, and focuses at least the welded portion near the inner surface of the welded steel pipe along the inner surface. Transmitting means for transmitting an ultrasonic beam that scans in the circumferential direction while changing the point from the phased array probe, and the reflected ultrasonic beam as a reflected ultrasonic beam via the phased array probe The receiving means for receiving, the position of the scanned inner surface in the first direction, and the direction from the outer surface to the inner surface of the welded steel pipe in the second direction, A defect inspection image generating means for generating a defect inspection image based on amplitude values of the wave beam, the defect determining means for determining whether a defect on the basis exists a defect inspection image generated by the defect inspection image generating means has the door, time waveforms of the ultrasonic beams transmitted from the transmitting means has a positive or negative of the first local peak, then, the first local peak and of opposite polarity second A third local peak having the same polarity as that of the first local peak, and the absolute value of the second local peak among the absolute values of the three local peaks is one. Ban magnitude rather, the defect determination unit, among the areas of the generated defect inspection image by the defect inspection image generating means, the time waveform of the ultrasonic beam received by the receiving unit is, positive or negative of the first local Has a peak, then Determining that there is no defect in a region having a second local peak having a polarity opposite to that of the first local peak and then having a third local peak having the same polarity as the first local peak; Of the region of the defect inspection image generated by the defect inspection image generating means, the time waveform of the ultrasonic beam received by the receiving means has a first local peak that is positive or negative, and then the first A second local peak having a polarity opposite to that of the first local peak, followed by a third local peak having the same polarity as the first local peak, and further thereafter, the first local peak It is determined that a defect exists in a region having a fourth local peak having a polarity opposite to that of the peak .
本発明の欠陥検査方法は、管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を備え、前記溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置による欠陥検査方法であって、前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信ステップと、反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信ステップと、前記走査した前記内表面の位置を第1方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第2方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成ステップと、前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップとを有し、前記送信ステップで送信する超音波ビームの時間波形は、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、前記3つの局所ピークの絶対値のうち前記第2の局所ピークの絶対値が一番大きく、前記欠陥判定ステップは、前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第4の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定する。 The defect inspection method of the present invention includes a phased array probe that is installed outside the outer surface of a welded steel pipe in which a weld is formed in the pipe axis direction, and in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged, and the welded steel pipe A defect inspection method using a defect inspection apparatus for inspecting a defect contained in the welded steel pipe, which is incident from outside the welded portion on the outer surface of the welded steel pipe, and at least the welded portion near the inner surface of the welded steel pipe A transmitting step of transmitting from the phased array probe an ultrasonic beam that scans in a circumferential direction while changing a focal point along the surface; and the phased array probe using the reflected ultrasonic beam as a reflected ultrasonic beam. A receiving step for receiving via a contact, and a position of the scanned inner surface in a first direction, and a direction from the outer surface of the welded steel pipe toward the inner surface For the second direction, and the defect inspection image generating step of generating a defect inspection image based on the amplitude value of the reflected ultrasonic beam, or defect is present on the basis of the defect inspection image generated by the defect inspection image generating step A defect determination step for determining whether or not, and the time waveform of the ultrasonic beam transmitted in the transmission step has a positive or negative first local peak, and thereafter, the first local peak and Having a second local peak of opposite polarity, followed by a third local peak of the same polarity as the first local peak, and the second of the absolute values of the three local peaks the absolute value of the local peak top rather large, the defect judgment step, said one area of the defect inspection image generated defect inspection image generated by the step, the time of the ultrasonic beam received by the receiving step The shape has a first local peak that is positive or negative, followed by a second local peak of the opposite polarity to the first local peak, and then after that, the first local peak It is determined that there is no defect in a region having the third local peak of the same polarity, and the time waveform of the ultrasonic beam received in the reception step in the region of the defect inspection image generated by the defect inspection image generation step Has a first local peak that is positive or negative, followed by a second local peak of the opposite polarity to the first local peak, and then the same as the first local peak It is determined that there is a defect in a region having a third local peak with a polarity and then having a fourth local peak with a polarity opposite to the first local peak .
本発明のプログラムは、前記欠陥検査方法における各ステップをコンピュータに実行させるためのものである。 The program of this invention is for making a computer perform each step in the said defect inspection method.
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムを記憶したものである。 The computer-readable storage medium of the present invention stores the program.
本発明によれば、微小な欠陥の検出も可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect minute defects.
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(実施形態)について説明する。 Hereinafter, embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る欠陥検査装置100の概略構成の一例を示す図である。この欠陥検査装置100は、溶接鋼管の一種である電縫鋼管200に含まれる欠陥を検査するための装置である。
また、図2は、本発明の実施形態を示し、図1に示すフェイズドアレイ探触子110を用いた欠陥検査の様子を示す模式図である。なお、図2において、図1に示す構成及び図16(b)に示す構成と同様の構成には、同じ符号を付している。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of defect inspection using the phased
本実施形態においては、欠陥検査装置100は、電縫鋼管200の管軸方向(図2の220)に形成された溶接部210に含まれる欠陥を検査する場合を想定した例について説明を行う。また、図1には、図2に示した電縫鋼管200の断面(より詳細には、電縫鋼管200の断面のうちの溶接部210付近)が示されている。
In this embodiment, the
本実施形態に係る欠陥検査装置100は、図1及び図2に示すように、フェイズドアレイ探触子110と、制御処理装置120を有して構成されている。
また、制御処理装置120は、図1に示すように、被検体条件入力部121と、送受信条件設定部122と、送受信制御部123と、送信部124−1と、受信部124−2と、受信信号処理部125と、欠陥検査画像生成部126と、欠陥判定部127と、欠陥サイズ算出部128と、記録・表示部129を有して構成されている。なお、図1に示す例では、送信部124−1と受信部124−2とが独立した構成として図示しているが、例えば、これらを1つの送受信部124として構成してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As shown in FIG. 1, the
フェイズドアレイ探触子110は、図1及び図2に示すように、電縫鋼管200の外表面200Gの外側に設置され(より具体的には、電縫鋼管200の外表面200Gの外側であって電縫鋼管200の外表面200Gから所定の距離だけ離れた溶接部210の上方の位置に設置され)、複数の超音波振動子111が配列されて形成されている。ここで、本実施形態においては、フェイズドアレイ探触子110には、例えばM個の超音波振動子111が設けられているものとする。
また、フェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200の外表面200Gとの間には、図2に示すように、超音波ビーム112(図1に示す超音波ビーム112−1〜112−N)を効率的に伝播させるための媒体として水が存在している。
また、フェイズドアレイ探触子110の超音波振動子111は、図2に示すように、超音波ビーム112を管軸方向220に集束させるための湾曲面を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the phased
Further, between the phased
Further, the
図1に示す被検体条件入力部121は、被検体である電縫鋼管200の条件(被検体条件)を入力する処理を行う。例えば、被検体条件入力部121は、ユーザにより操作入力された被検体条件を制御処理装置120内に入力する処理を行う。ここで、被検体条件としては、例えば、電縫鋼管200の外径(直径)や管厚み、造管速度などが挙げられる。
The subject
図1に示す送受信条件設定部122は、被検体条件入力部121により入力された被検体条件に基づいて、送受信条件を設定する処理を行う。例えば、送受信条件設定部122は、送受信条件として、水距離(フェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200の外表面200Gとの距離)や、送受信で使用するチャネル数(送受信で使用する超音波振動子111の数)、送信波のエネルギー値、内表面200Nに集束させる送信波の集束深さ・角度範囲・角度切り替えピッチ、受信信号の増幅度、1回の受信で受信信号を収録する時間幅、n回目と(n+1)回目の送受信を行う時間間隔等を設定する。
The transmission / reception
図1に示す送受信制御部123は、送受信条件設定部122で設定された送受信条件に基づいて、送信部124−1、受信部124−2及びフェイズドアレイ探触子110を制御する。
The transmission /
以下の表1に、送受信条件設定部122で設定される送受信条件の一例と、その送受信条件に応じた送受信制御部123による制御内容の一例を示す。
Table 1 below shows an example of the transmission / reception conditions set by the transmission / reception
ここで、本実施形態においては、送受信制御部123は、表1に示す「送受信で使用するチャネル数」の送受信条件に対して、フェイズドアレイ探触子110に設けられているM個の超音波振動子111を設定するものとする。
Here, in the present embodiment, the transmission /
図1に示す送信部124−1は、送受信制御部123による制御に基づいて、フェイズドアレイ探触子110(より具体的には、M個の超音波振動子111)から各超音波ビーム112−1〜112−Nを送信する処理を行う。具体的に、送信部124−1は、電縫鋼管200の外表面200Gにおける溶接部210の外側から入射し、電縫鋼管200の内表面付近(内表面200N付近)における少なくとも溶接部210を内表面200Nに沿って集束点を変化させながら走査する超音波ビーム112−1〜112−Nを、フェイズドアレイ探触子110から送信する。
The transmission unit 124-1 shown in FIG. 1 is based on the control by the transmission /
図1に示す受信部124−2は、送受信制御部123による制御に基づいて、反射した各超音波ビーム112−1〜112−Nを各反射超音波ビームとして、フェイズドアレイ探触子110(より具体的には、M個の超音波振動子111)を介して受信する処理を行う。
The receiving unit 124-2 shown in FIG. 1 uses the reflected ultrasonic beams 112-1 to 112-N as reflected ultrasonic beams based on the control by the transmission /
図1に示す受信信号処理部125は、受信部124−2で受信した各反射超音波ビーム(受信信号)を処理する。例えば、受信信号処理部125は、各反射超音波ビームごとに、M個の超音波振動子111を介して受信したM個の受信信号を加算して、1つの合成受信信号とする処理を行う。
The reception
図1に示す欠陥検査画像生成部126は、超音波ビーム112−1〜112−Nで走査した電縫鋼管200の内表面200Nの位置を第1方向(例えば水平方向)にとり、電縫鋼管200の外表面200Gから内表面200Nに向かう方向を第2方向(例えば鉛直方向)にとって、受信部124−2で受信した各反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する処理を行う。ここで、欠陥検査画像生成部126による欠陥検査画像生成処理について、図3−1及び図4を用いて以下に説明する。
The defect
図3−1は、本発明の実施形態を示し、図1に示す受信部124−2で受信した(より具体的には、図1に示す受信信号処理部125で信号処理を行った後の)、ある1つの反射超音波ビームの受信波形の一例を示す図である。
ここで、図3−1の横軸は、受信部124−2で受信した時間を示している。また、図3−1の縦軸は、反射超音波ビームの振幅値を示し、図3−1では、反射超音波ビームの振幅レベルが±100%の範囲に収まるように図示している。
3A illustrates an embodiment of the present invention, and the signal is received by the reception unit 124-2 illustrated in FIG. 1 (more specifically, after the signal processing is performed by the reception
Here, the horizontal axis of FIG. 3A represents the time received by the receiving unit 124-2. The vertical axis in FIG. 3A represents the amplitude value of the reflected ultrasonic beam, and FIG. 3A illustrates the amplitude level of the reflected ultrasonic beam within a range of ± 100%.
また、図3−1には、欠陥検査画像を生成する際の白黒の階調の決定における具体例が示されている。図3−1に示す例では、反射超音波ビームの振幅値が正の第1閾値301である20(%)よりも大きい値の位置の色を白色とし、反射超音波ビームの振幅値が前記第1閾値301よりも小さい負の第2閾値302である−20(%)よりも小さい値の位置の色を黒色とする例が示されている。また、図3−1に示す例では、反射超音波ビームの振幅値が、第1閾値301である20(%)と第2閾値302である−20(%)との間の値の位置の色を灰色とする例が示されている。なお、図3−1は、欠陥検査画像を生成する際の白黒の階調の決定における一例を示したものに過ぎず、他の方法によって白黒の階調を決定してもよい。また、本実施形態においては、図3−1において、反射超音波ビームの振幅値が第1閾値301である20(%)よりも大きい値の位置の色を白色と定めているが、この白色範囲のうち、反射超音波ビームの振幅値がより大きいほど白色の濃度を濃くして、白色に階調を持たせる態様も本実施形態に含まれる。同様に、本実施形態においては、図3−1において、反射超音波ビームの振幅値が第2閾値302である−20(%)よりも小さい値の位置の色を黒色と定めているが、この黒色範囲のうち、反射超音波ビームの振幅値がより小さいほど黒色の濃度を濃くして、黒色に階調を持たせる態様も本実施形態に含まれる。
FIG. 3A shows a specific example in determining the black and white gradation when generating the defect inspection image. In the example illustrated in FIG. 3A, the color of the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is larger than 20 (%) which is the positive
また、図3−1では、第1の白色、第1の黒色及び第2の白色が現れる部分が、電縫鋼管200の内表面200Nで反射した反射超音波ビームの受信信号を示し、第2の黒色が現れる部分が、電縫鋼管200の内表面200N付近に存在する欠陥で反射した反射超音波ビームの受信信号を示している。これについて、以下に、図3−2及び図3−3を用いて詳細に説明を行う。
Further, in FIG. 3A, a portion where the first white color, the first black color, and the second white color appear indicates a reception signal of the reflected ultrasonic beam reflected by the
図3−2は、本発明の実施形態を示し、図1に示す送信部124−1から送信された超音波ビーム(送信波)の送信波形の一例を示す図である。この図3−2において、横軸は時間を示し、縦軸は送信波の振幅値を示している。図3−2に示すように、超音波ビームの送信波形は、正の極性の第1の局所ピーク321を有し、その後に、負の極性の第2の局所ピーク322を有し、更にその後に、正の極性の第3の局所ピーク323を有するものである。即ち、第2の局所ピーク322を挟んで、その直前に第1の局所ピーク321、直後に第3の局所ピーク323を有するものである。ここで、フェイズドアレイ探触子110の特性上、3つの局所ピークの絶対値のうち、第2の局所ピーク322の絶対値が一番大きな値となる。また、図3−2の例に示すように、超音波ビームの送信波形は、第1の局所ピーク321の前に、負の極性の小さな振幅値の落ち込みを示すことがあるが、このような小さな振幅値の落ち込みの有無は、以下で説明する本願発明の欠陥検査には影響しない。
また、図3−3は、本発明の実施形態を示し、図3−1に示す反射超音波ビームの受信波形となる原理を説明するための図である。
FIG. 3-2 is a diagram illustrating an example of a transmission waveform of an ultrasonic beam (transmission wave) transmitted from the transmission unit 124-1 illustrated in FIG. 1 according to the embodiment of the present invention. In FIG. 3-2, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amplitude value of the transmission wave. As shown in FIG. 3-2, the transmission waveform of the ultrasonic beam has a first
FIG. 3C is a diagram for explaining the principle of the reception waveform of the reflected ultrasonic beam shown in FIG. 3A according to the embodiment of the present invention.
図3−3(a)は、電縫鋼管200の断面を示す図である。図3−3(a)には、電縫鋼管200の内表面200N付近に欠陥が存在している場合を図示している。
図3−3(b)は、図3−2に示す超音波ビーム(送信波)が、図3−3(a)に示す欠陥の欠陥先端部で反射した反射超音波ビームの受信波形の一例を示している。この図3−3(b)において、横軸は時間を示し、縦軸は当該反射超音波ビームの振幅値を示している。この図3−3(b)に示す反射超音波ビームの受信波形は、図3−2に示す超音波ビーム(送信波)の送信波形に準じたものとなっている。
図3−3(c)は、図3−2に示す超音波ビーム(送信波)が、図3−3(a)に示す電縫鋼管200の内表面200Nで反射した反射超音波ビームの受信波形の一例を示している。この図3−3(c)において、横軸は時間を示し、縦軸は当該反射超音波ビームの振幅値を示している。この図3−3(c)に示す反射超音波ビームの受信波形は、図3−2に示す超音波ビーム(送信波)の送信波形に準じたものとなっている。
FIG. 3A is a diagram illustrating a cross section of the electric resistance welded
FIG. 3B is an example of the received waveform of the reflected ultrasonic beam reflected by the defect tip of the defect shown in FIG. 3A from the ultrasonic beam (transmission wave) shown in FIG. 3B. Is shown. In FIG. 3B, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amplitude value of the reflected ultrasonic beam. The reception waveform of the reflected ultrasonic beam shown in FIG. 3-3 (b) is based on the transmission waveform of the ultrasonic beam (transmission wave) shown in FIG. 3-2.
FIG. 3-3 (c) shows the reception of the reflected ultrasonic beam reflected by the
送信波の伝播距離が、電縫鋼管200の内表面200Nよりも欠陥の欠陥先端部までの方が短いため、図3−3(b)に示す反射超音波ビームは、図3−3(c)に示す反射超音波ビームよりも時間的に早く受信部124−2で受信される。
そして、図3−3(a)に示す欠陥を有する電縫鋼管200に対して図3−2に示す超音波ビーム(送信波)を送信した場合には、図3−3(d)に示すように、図3−3(b)に示す反射超音波ビームの受信波形と図3−3(c)に示す反射超音波ビームの受信波形とを合成した受信波形が、実際の反射超音波ビームの受信波形として受信部124−2で受信されることになる。この図3−3(d)に示す反射超音波ビームの受信波形は、図3−1に示す反射超音波ビームの受信波形を模式的に図示したものに相当する。
例えば、図3−3(a)に示す電縫鋼管200において欠陥が存在しない場合には、図3−3(b)に示す反射超音波ビームの受信波形は得られないため、この場合、受信部124−2で受信する反射超音波ビームの受信波形は、図3(c)に示すものとなる。
Since the propagation distance of the transmission wave is shorter to the defect tip of the defect than the
When the ultrasonic beam (transmission wave) shown in FIG. 3-2 is transmitted to the electric resistance welded
For example, when there is no defect in the electric resistance welded
図4は、本発明の実施形態を示し、図1に示す欠陥検査画像生成部126による欠陥検査画像生成処理を説明するための模式図である。
図4(a)には、図3−1に示した反射超音波ビームの受信波形のうち、時間が55.4μs〜55.8μsの間のみのものを抽出して図示したものである。図4(a)において、図4(a)に示す反射超音波ビームをWnとし、時間が55.4μsの際の反射超音波ビームWnの振幅値をWn(1)とし、それ以降の反射超音波ビームWnの振幅値をWn(2),・・・とする。また、図4において、反射超音波ビームWnの各振幅値間は、反射超音波ビームWnのサンプリング周期である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the defect inspection image generation processing by the defect inspection
FIG. 4A shows the extracted waveform of the reflected ultrasonic beam shown in FIG. 3A that is extracted only during the period of 55.4 μs to 55.8 μs. Figure 4 (a), the reflected ultrasonic beam shown in FIG. 4 (a) and W n, time and W n (1) the amplitude of the reflected ultrasound beams W n during 55.4Myuesu, thereafter Let W n (2),... Be the amplitude value of the reflected ultrasonic beam W n . Further, in FIG. 4, between the amplitude values of the reflected ultrasound beams W n is the sampling period of the reflected ultrasonic beam W n.
図4(b)には、欠陥検査画像を形成するための複数のメッシュからなるメッシュ構造が示されている。このメッシュ構造は、フェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200の外表面200Gとの間に介在する水中を超音波ビームが伝播した際の反射超音波ビームWnの振幅値に基づく色を付与するための第1メッシュ群410と、電縫鋼管200の内部を超音波ビームが伝播した際の反射超音波ビームWnの振幅値に基づく色を付与するための第2メッシュ群420からなる。図4(b)に示すメッシュ構造の一番左の列のメッシュ群には、図1に示す超音波ビーム112−1を送信した際のその反射超音波ビームW1の振幅値に基づく色が付与され、図4(b)に示すメッシュ構造の一番右の列のメッシュ群には、図1に示す超音波ビーム112−Nを送信した際のその反射超音波ビームWNの振幅値に基づく色が付与される。即ち、このメッシュ構造は、超音波ビーム112−1〜112−Nで走査した電縫鋼管200の内表面200Nの位置を第1方向である横方向(水平方向)にとり、電縫鋼管200の外表面200Gから内表面200Nに向かう方向を第2方向である縦方向(より具体的には、上から下に向かう鉛直方向)にとっている。また、第2メッシュ群420において、各列ごとの各メッシュの側面の角度は、対応する超音波ビームの屈折角に応じた角度となっている。
FIG. 4B shows a mesh structure including a plurality of meshes for forming a defect inspection image. This mesh structure provides a color based on the amplitude value of the reflected ultrasonic beam W n when the ultrasonic beam propagates through the water interposed between the phased
例えば、図4(a)に示す反射超音波ビームWnの各振幅値が得られた場合、図4(a)に示す反射超音波ビームWnの各振幅値は、例えば電縫鋼管200の内部を超音波ビームが伝播した際の反射超音波ビームWnの振幅値であるため、図4(b)に示すように、n番目の列のメッシュ群に上から順に、Wn(1)の振幅値に基づく色、Wn(2)の振幅値に基づく色、・・・のようにして色が付与される。同様にして、反射超音波ビームWn-1の振幅値については、図4(b)に示すように、n−1番目の列のメッシュ群に上から順に、Wn-1(1)の振幅値に基づく色、Wn-1(2)の振幅値に基づく色、・・・のようにして色が付与される。このように、図4(b)に示すメッシュ構造には、各反射超音波ビームの時間ごとの各振幅値に基づく色が鉛直方向(列方向)に順次付与されるため、このメッシュ構造の鉛直方向(より具体的には、上から下に向かう方向)は、時間の経過(より具体的には、反射超音波ビームWnを受信部124−2で受信した時刻に関する情報)を示しているともいえる。この図4(b)に示すメッシュ構造は、フェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200の外表面200Gとの距離や超音波ビームの伝播速度などから得られる時間情報を考慮して、第1メッシュ群410にはフェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200の外表面200Gとの間に介在する水中を超音波ビームが伝播した際の振幅値に基づく色が付与されるように、また、第2メッシュ群420には電縫鋼管200の内部を超音波ビームが伝播した際の振幅値に基づく色が付与されるように、予め、欠陥検査画像生成部126で設定されているものである。
For example, if the amplitude values of the reflected ultrasound beams W n shown in FIG. 4 (a) is obtained, the amplitude of the reflected ultrasound beams W n shown in FIG. 4 (a), for example, the electric resistance welded
以上のようにして、図4(b)に示すメッシュ構造に、各反射超音波ビームの各振幅値に基づく色を付与すると、例えば図4(c)に示すような欠陥検査画像が得られる。なお、図4(c)に示す欠陥検査画像では、電縫鋼管200の内表面200Nに相当する位置よりも下側の領域については、重要ではないため一部省略している。
As described above, when a color based on each amplitude value of each reflected ultrasonic beam is given to the mesh structure shown in FIG. 4B, for example, a defect inspection image as shown in FIG. 4C is obtained. In the defect inspection image shown in FIG. 4C, the region below the position corresponding to the
ここで、再び、図1の説明に戻る。
図1に示す欠陥判定部127は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像に基づいて、欠陥が存在するか否かの判定を行う。具体的に、欠陥判定部127は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像において、電縫鋼管200の内表面200Nから外表面200Gに向かう方向に、第1の白色、第1の黒色、第2の白色の次に第2の黒色が現れる位置に欠陥が存在すると判定する。図4(c)に示す欠陥検査画像では、領域401で示す箇所に欠陥が存在していると判定される。この欠陥判定は、図3−1〜図3−3を用いて以下のように説明することができる。
Here, it returns to description of FIG. 1 again.
The
本実施形態においては、送信部124−1は、図3−2に示すような送信波を送信しており、電縫鋼管200の内表面200N付近に欠陥が存在しない場合には、内表面200Nから反射される反射超音波ビームは、送信波と同じ波形のものが受信部124−2で受信される。
また、電縫鋼管200の内表面200N付近に欠陥が存在する場合には、図3−3を用いて説明したように、時刻Bの地点に反射超音波ビームの波形が現れる。この場合、図4(c)に示す欠陥検査画像で考えると、図3−1で示したように、第2の黒色として示されることになる。
In the present embodiment, the transmitter 124-1 transmits a transmission wave as shown in FIG. 3-2, and when there is no defect near the
In addition, when there is a defect near the
図3−1に示す反射超音波ビームの波形では、右から左に向かう方向が電縫鋼管200の内表面200Nから外表面200Gに向かう方向に相当する。図3−3を用いて説明したように、内表面200Nに相当する振幅値は、図3−1に示す右から左に向かう方向に、第1の白色に係る振幅値、第1の黒色に係る振幅値、第2の白色に係る振幅値で構成される。そして、内表面200N付近に欠陥が存在する場合には、第2の白色に係る振幅値の次に(より具体的には、第2の白色に係る振幅値よりも時間的に前に)、第2の黒色に係る振幅値が出現する。
In the waveform of the reflected ultrasonic beam shown in FIG. 3A, the direction from right to left corresponds to the direction from the
ここで、再び、図1の説明に戻る。
図1に示す欠陥サイズ算出部128は、欠陥判定部127において欠陥が存在すると判定された場合に、その欠陥のサイズを算出する処理を行う。具体的に、欠陥サイズ算出部128は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像において、第1の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と第2の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をA(図3−1のA)とし、第2の黒色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小値(即ち、最も黒色の濃度が高い)の位置に相当する時刻をB(図3−1のB)とし、|A−B|に基づいて欠陥のサイズを算出する。具体的に、図5及び図3−1を用いて説明を行う。
Here, it returns to description of FIG. 1 again.
The defect
図5は、本発明の実施形態を示し、図1に示す欠陥サイズ算出部128による欠陥サイズ算出処理を説明するための模式図である。この図5には、図4(c)に示す欠陥検査画像の領域401における拡大図が示されている。
図5は、図4(b)に示すメッシュで形成されているが、欠陥サイズ算出部128は、まず、図3−1に示すように内表面200Nの内側で欠陥に対応する第2の黒色が出現する反射超音波ビームを抽出する。そして、欠陥サイズ算出部128は、抽出した反射超音波ビームのうち、第2の黒色が内表面から一番時間的に離れている反射超音波ビームWn(図3−1)を選択する。
次いで、欠陥サイズ算出部128は、選択した反射超音波ビームWnにおいて、第1の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻と第2の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻との中間の時刻をA(図3−1のA)とし、第2の黒色に対応する振幅値のうちの最小の振幅値における時刻をB(図3−1のB)とする。そして、欠陥サイズ算出部128は、|A−B|に基づいて欠陥のサイズSを算出する。
より詳細に、欠陥検査画像の鉛直方向(上下方向)は、図3−1及び図4に示すように反射超音波ビームの時刻に関する情報であるため、欠陥サイズ算出部128は、まず、|A−B|から時間Δtを求める。次いで、欠陥サイズ算出部128は、時間Δtと、電縫鋼管200の鋼材における超音波ビーム(反射超音波ビーム)の音速とに基づいて、欠陥サイズSを算出する。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the defect size calculation processing by the defect
5 is formed with the mesh shown in FIG. 4B, the defect
Next, in the selected reflected ultrasonic beam W n , the defect
More specifically, since the vertical direction (vertical direction) of the defect inspection image is information regarding the time of the reflected ultrasonic beam as shown in FIGS. 3A and 4, the defect
ここで、再び、図1の説明に戻る。
図1に示す記録・表示部129は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像や、欠陥判定部127による欠陥判定結果、欠陥サイズ算出部128による欠陥サイズ算出結果等を、記録したり表示したりする処理を行う。さらに、記録・表示部129は、必要に応じて、各種のデータや各種の情報を記録したり表示したりする処理を行う。
Here, it returns to description of FIG. 1 again.
The recording /
次に、本実施形態に係る欠陥検査装置100による欠陥検査方法の処理手順について説明する。
Next, a processing procedure of the defect inspection method by the
図6は、本発明の実施形態に係る欠陥検査装置100による欠陥検査方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。この図6に示すフローチャートの説明においては、図1に示す欠陥検査装置100の構成を用いて説明を行う。なお、図6に示すフローチャートの処理を開始するのに当たっては、予め、被検体条件入力部121による被検体条件の入力、及び、送受信条件設定部122による送受信条件の設定がなされているものとする。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the defect inspection method by the
まず、ステップS101において、送受信制御部123は、電縫鋼管200の内表面200Nの集束点位置番号nをn=1からn=Nまでとし、送受信するチャネル数(送受信する超音波振動子111の数)M(各集束点位置nについて同一の値)をそれぞれ設定する。ここで、電縫鋼管200の内表面200Nの集束点位置番号nにおける1〜Nは、図1に示す電縫鋼管200の内表面200Nに示された走査方向に対応する。
First, in step S101, the transmission /
続いて、ステップS102において、送受信制御部123は、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号nに1を設定する。
Subsequently, in step S102, the transmission /
続いて、ステップS103において、送信部124−1は、番号nの集束点位置にM個の超音波振動子111で超音波ビーム112−nを送信する処理を行う。次いで、受信部124−2は、同じM個の超音波振動子111で反射した超音波ビーム112−nを反射超音波ビームとして受信する処理を行う。
Subsequently, in step S103, the transmission unit 124-1 performs a process of transmitting the ultrasonic beam 112-n by the M
続いて、ステップS104において、受信信号処理部125は、ステップS103においてM個の超音波振動子111を介して受信したM個の受信信号を加算して、1つの合成受信信号(Wn)とする。これを反射超音波ビームWnとする。
Subsequently, in step S104, the reception
続いて、ステップS105において、送受信制御部123は、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号nがNより小さいか否かを判断する。この判断の結果、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号nがNより小さい場合には(S105/YES)、ステップS101で設定された集束点位置の全ての集束点位置については未だ超音波ビームを送信していないと判定し、ステップS106に進む。
Subsequently, in step S105, the transmission /
ステップS106に進むと、送受信制御部123は、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号nに1を加算して、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号nを変更する。そして、変更した送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号nについて、ステップS103以降の処理を再度行う。
In step S106, the transmission /
一方、ステップS105の判断の結果、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号nがN以上である場合には(S105/NO)、ステップS101で設定された集束点位置の全ての集束点位置について超音波ビームを送信したと判定し、ステップS107に進む。なお、ステップS107に進む際には、反射超音波ビームW1〜WNまでのN個の反射超音波ビームの波形が収集されていることになる。 On the other hand, as a result of the determination in step S105, when the number n indicating the focus point position of the ultrasonic beam to be transmitted is N or more (S105 / NO), all the focus point positions set in step S101 are focused. It is determined that the ultrasonic beam has been transmitted for the point position, and the process proceeds to step S107. Incidentally, so that when the process proceeds to step S107, the reflected ultrasonic beam W 1 to W-waveform of N reflected ultrasound beams to N are gathered.
ステップS107に進むと、欠陥検査画像生成部126は、処理対象の反射超音波ビームWnにおける番号nに1を設定する。
In step S107, the defect inspection
続いて、ステップS108において、欠陥検査画像生成部126は、反射超音波ビームWnの振幅値データを、番号nの超音波ビーム112−nの中心軌跡上に割り当てる処理を行う。例えば、欠陥検査画像生成部126は、反射超音波ビームW1の振幅値データについては、図1に示す番号1の超音波ビーム112−1の中心軌跡112−1C上に割り当て、反射超音波ビームWC(1<C<N)の振幅値データについては、図1に示す超音波ビーム112−Cの中心軌跡112−CC上に割り当て、反射超音波ビームWNの振幅値データについては、図1に示す番号Nの超音波ビーム112−Nの中心軌跡112−NC上に割り当てる。
Subsequently, in step S108, the defect inspection
続いて、ステップS109において、欠陥検査画像生成部126は、欠陥検査画像を形成するためのメッシュに、反射超音波ビームWnの振幅値データに基づく色を付与する。具体的には、図3−1及び図4を用いて上述したように、図3−1に示す振幅値と色の階調との関係に基づいて、図4(b)に示すメッシュ構造に、反射超音波ビームWnの振幅値データに基づく色を付与する。
Subsequently, in step S109, the defect inspection
続いて、ステップS110において、欠陥検査画像生成部126は、処理対象の反射超音波ビームWnにおける番号nがNより小さいか否かを判断する。この判断の結果、処理対象の反射超音波ビームWnにおける番号nがNより小さい場合には(S110/YES)、ステップS102〜S106の処理を経て収集された反射超音波ビームW1〜WNの全ての反射超音波ビームについては未だ処理が行われていないと判定し、ステップS111に進む。
Subsequently, in step S110, the defect inspection
ステップS111に進むと、欠陥検査画像生成部126は、処理対象の反射超音波ビームWnにおける番号nに1を加算して、処理対象の反射超音波ビームWnにおける番号nを変更する。そして、変更した処理対象の反射超音波ビームWnにおける番号nについて、ステップS108以降の処理を再度行う。
In step S111, the defect inspection
一方、ステップS110の判断の結果、処理対象の反射超音波ビームWnにおける番号nがN以上である場合には(S110/NO)、ステップS102〜S106の処理を経て収集された反射超音波ビームW1〜WNの全ての反射超音波ビームについて処理が行われたと判定し、ステップS112に進む。なお、ステップS112に進む際には、例えば図4(b)に示すメッシュ構造に、反射超音波ビームW1〜WNまでの全ての反射超音波ビームの振幅値データに基づく色が付与され、例えば図4(c)に示すような欠陥検査画像が生成されている。 On the other hand, if the number n in the reflected ultrasonic beam Wn to be processed is greater than or equal to N as a result of the determination in step S110 (S110 / NO), the reflected ultrasonic beam collected through the processing in steps S102 to S106. It is determined that processing has been performed for all reflected ultrasonic beams of W 1 to W N, and the process proceeds to step S112. When proceeding to step S112, for example, a color based on the amplitude value data of all the reflected ultrasonic beams W 1 to W N is given to the mesh structure shown in FIG. 4B, For example, a defect inspection image as shown in FIG. 4C is generated.
続いて、ステップS112において、欠陥判定部127は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像に基づいて、欠陥が存在するか否かの判定を行う。具体的に、欠陥判定部127は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像において、電縫鋼管200の内表面200Nから外表面200Gに向かう方向に、第1の白色、第1の黒色、第2の白色の次に第2の黒色が現れる位置に欠陥が存在すると判定する。図4(c)に示す欠陥検査画像では、領域401で示す箇所に欠陥が存在していると判定される。
Subsequently, in step S <b> 112, the
続いて、ステップS113において、欠陥サイズ算出部128は、ステップS112の欠陥判定において、欠陥ありと判定されたか否かを判断する。この判断の結果、ステップS112の欠陥判定において欠陥ありと判定された場合には(S113/YES)、ステップS114に進む。
Subsequently, in step S113, the defect
ステップS114に進むと、欠陥サイズ算出部128は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像において、第1の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と第2の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をA(図3−1のA)とし、第2の黒色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小値の位置に相当する時刻をB(図3−1のB)とし、|A−B|に基づいて欠陥のサイズを算出する。
上述したように、図5には、図4(c)に示す欠陥検査画像の欠陥領域401における拡大図が示されている。上述したように、図5は、図4(b)に示すメッシュで形成されており、その鉛直方向(上下方向)は、図3−1及び図4に示すように反射超音波ビームの時刻に関する情報である。
欠陥サイズ算出部128は、まず、図3−1に示すように内表面200Nの内側で欠陥に対応する第2の黒色が出現する反射超音波ビームを抽出する。そして、欠陥サイズ算出部128は、抽出した反射超音波ビームのうち、第2の黒色が内表面から一番時間的に離れている反射超音波ビームWn(図3−1)を選択する。
次いで、欠陥サイズ算出部128は、図3−1に示す反射超音波ビームWnにおいて、第1の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻と第2の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻との中間の時刻をA(図5のAの地点に相当)とし、第2の黒色に対応する振幅値のうちの最小の振幅値における時刻をB(図5のBの地点に相当)とする。そして、欠陥サイズ算出部128は、|A−B|に基づいて欠陥のサイズSを算出する。この際、欠陥検査画像の鉛直方向(上下方向)は、図3−1及び図4に示すように反射超音波ビームの時刻に関する情報であるため、欠陥サイズ算出部128は、まず、|A−B|から時間Δtを求める。次いで、欠陥サイズ算出部128は、時間Δtと、電縫鋼管200の鋼材における超音波ビーム(反射超音波ビーム)の音速とに基づいて、欠陥サイズSを算出する。具体的に、欠陥サイズ算出部128は、S=(電縫鋼管200の鋼材における超音波ビーム(反射超音波ビーム)の音速)×(時間Δt)÷2を計算することにより、欠陥サイズSを算出する。ここで、2で除算しているのは、時間Δtは超音波ビームの往復の時間に相当する量であるため、片道の時間として計算するためである。
In step S114, the defect
As described above, FIG. 5 shows an enlarged view of the
The defect
Next, the defect
ステップS114の処理が終了した場合、或いは、ステップS113で欠陥なしと判断された場合には(S113/NO)、ステップS115に進む。 When the process of step S114 is completed, or when it is determined that there is no defect in step S113 (S113 / NO), the process proceeds to step S115.
ステップS115に進むと、記録・表示部129は、欠陥検査画像生成部126で生成された欠陥検査画像や、ステップS112の欠陥判定部127による欠陥判定結果、ステップS114の欠陥サイズ算出部128による欠陥サイズ算出結果等を、記録したり表示したりする処理を行う。なお、ステップS113において欠陥なしと判断され、ステップS114の欠陥サイズ算出部128による欠陥サイズ算出処理が行われなかった場合には、その結果の記録や表示は行われない。
その後、図6のフローチャートの処理を終了する。
In step S115, the recording /
Thereafter, the process of the flowchart of FIG.
以上のステップS101〜S115の処理を得ることにより、本実施形態に係る欠陥検査装置100による欠陥検査方法の処理が終了する。
By obtaining the processes of steps S101 to S115 described above, the process of the defect inspection method by the
[実施例]
次に、上述した本発明の実施形態を踏まえた具体的な実施例について説明を行う。
[Example]
Next, specific examples based on the above-described embodiment of the present invention will be described.
図7は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、欠陥検査に用いた電縫鋼管200のサンプルを示す図である。
具体的に、図7(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1は、その直径が102mm、その管厚みが3.4mm、管軸方向の長さが300mmである。なお、図7(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1では、管軸方向の左端面の位置をX=0mmとし、管軸方向の右端面の位置をX=300mmとするX座標系を設定する。
また、図7(b)に示す第2のサンプル鋼管200−2は、その直径が102mm、その管厚みが3.4mm、管軸方向の長さが600mmである。なお、図7(b)に示す第2のサンプル鋼管200−2では、管軸方向の左端面の位置をX=0mmとし、管軸方向の右端面の位置をX=600mmとするX座標系を設定する。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the embodiment according to the present invention and showing a sample of the electric resistance welded
Specifically, the first sample steel pipe 200-1 shown in FIG. 7A has a diameter of 102 mm, a pipe thickness of 3.4 mm, and a length in the pipe axis direction of 300 mm. In addition, in the 1st sample steel pipe 200-1 shown to Fig.7 (a), the position of the left end surface of a pipe-axis direction is set to X = 0mm, and the position of the right end surface of a pipe-axis direction is set to X = 300mm. Set.
The second sample steel pipe 200-2 shown in FIG. 7B has a diameter of 102 mm, a pipe thickness of 3.4 mm, and a length in the pipe axis direction of 600 mm. In the second sample steel pipe 200-2 shown in FIG. 7B, the X coordinate system in which the position of the left end surface in the tube axis direction is X = 0 mm and the position of the right end surface in the tube axis direction is X = 600 mm. Set.
図8は、図7(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1について行った、水浸点集束探傷子を用いた欠陥探傷試験を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a defect inspection test using a water immersion point focused flaw detector, which was performed on the first sample steel pipe 200-1 shown in FIG. 7A.
図8(a)には、図7(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1が示されている。ここで、図8(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1において、管軸方向の左端面の位置をX=0mmとし、管軸方向の右端面の位置をX=300mmとするX座標系は設定されている。 FIG. 8A shows the first sample steel pipe 200-1 shown in FIG. Here, in the first sample steel pipe 200-1 shown in FIG. 8A, the X coordinate where the position of the left end surface in the tube axis direction is X = 0 mm and the position of the right end surface in the tube axis direction is X = 300 mm. The system is set.
この図8(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1において、X=70mm〜X=230mmの範囲について、図8(c)に示す水浸点集束探傷子を用いて45°斜角探傷による欠陥探傷を行った。この欠陥探傷は、第1のサンプル鋼管200−1の欠陥の位置を確認するための試験であり、水浸点集束探傷子から送信する超音波ビームの周波数を50MHzとして行った。また、この図8(c)に示す水浸点集束探傷子を用いた欠陥探傷では、溶接部210を中心に第1のサンプル鋼管200−1を外周面200Gの周方向に±5°回転させてスキャンした。この欠陥探傷試験の結果得られたCスキャン画像を図8(b)に示す。図8(b)に示すCスキャン画像において、横軸はX座標系(X=70mm〜X=230mm)を示し、縦軸はスキャンの回転範囲(−5°〜+5°)を示している。また、図8(b)に示すCスキャン画像において、白く示された部分が欠陥として検出された部分である。ここで、Cスキャン画像とは、超音波探傷時に一般的に使用される名称であり、探傷する対象である被検体の2次元的な位置と、その位置での奥行き方向の超音波受信信号の最大値を表示したものであり、2次元投影した欠陥の分布を示すものである。なお、50MHzの高周波数の水浸点集束探傷子を用いるこの方法は、分解能が高いので微小な欠陥検出は可能であるが、溶接部210を探傷するためには、電縫鋼管200を周方向に回転させるか、または、探触子を周方向に移動させて探傷を行う必要があるため、オンラインでの実用化は困難である。
In the first sample steel pipe 200-1 shown in FIG. 8 (a), a 45 ° oblique angle flaw detection is performed using the water immersion point converging probe shown in FIG. 8 (c) in the range of X = 70 mm to X = 230 mm. Defect inspection was performed. This defect inspection is a test for confirming the position of the defect in the first sample steel pipe 200-1, and was performed by setting the frequency of the ultrasonic beam transmitted from the water immersion point focused flaw detector to 50 MHz. Further, in the defect inspection using the water immersion point converging probe shown in FIG. 8C, the first sample steel pipe 200-1 is rotated ± 5 ° in the circumferential direction of the outer
次に、図7(a)及び図8(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1に対して、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験を行った。 Next, an experiment using the defect inspection method according to the present invention was performed on the first sample steel pipe 200-1 shown in FIGS. 7 (a) and 8 (a).
図9は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図1及び図2に示すフェイズドアレイ探触子110と、図7(a)及び図8(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1との位置関係を示す図である。図9に示す実験では、フェイズドアレイ探触子110と第1のサンプル鋼管200−1の外表面200Gにおける溶接部210との間の距離(水中伝播距離)を40mmとした。また、図9に示す実験では、第1のサンプル鋼管200−1の溶接部210の中心位置上にフェイズドアレイ探触子110の中心位置がくる場合を0°として、外周面200Gの周方向に−9.0°〜+9.0°の範囲を1.5°刻みにスキャンした。具体的には、第1のサンプル鋼管200−1を外周面200Gの周方向に−9.0°〜+9.0°の範囲で回転させて実験を行った。
FIG. 9 shows an example of the embodiment according to the present invention. The phased
図10は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図9に示す実験により得られた欠陥検査画像を示す図である。
ここで、図10(a)には−9.0°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(b)には−7.5°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(c)には−6.0°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(d)には−4.5°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(e)には−3.0°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(f)には−1.5°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(g)には0°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(h)には+1.5°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(i)には+3.0°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(j)には+4.5°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(k)には+6.0°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(l)には+7.5°の場合の欠陥検査画像を示し、図10(m)には+9.0°の場合の欠陥検査画像を示している。
FIG. 10 shows an example of the embodiment according to the present invention, and is a diagram showing a defect inspection image obtained by the experiment shown in FIG.
Here, FIG. 10A shows a defect inspection image in the case of −9.0 °, FIG. 10B shows a defect inspection image in the case of −7.5 °, and FIG. Shows a defect inspection image at −6.0 °, FIG. 10 (d) shows a defect inspection image at −4.5 °, and FIG. 10 (e) shows −3.0 °. FIG. 10 (f) shows a defect inspection image in the case of −1.5 °, FIG. 10 (g) shows a defect inspection image in the case of 0 °, and FIG. h) shows a defect inspection image at + 1.5 °, FIG. 10 (i) shows a defect inspection image at + 3.0 °, and FIG. 10 (j) shows a case at + 4.5 °. FIG. 10 (k) shows a defect inspection image at + 6.0 °, FIG. 10 (l) shows a defect inspection image at + 7.5 °, and FIG. m) is +9.0 Shows a defect inspection image when the.
図9に示す実験では、図10に示すように、外周面200Gの周方向に−6.0°〜+7.5°の範囲で、内表面応答の変化が観察された。内表面応答の変化としては、変形や食い違いなどが観察された。図10に示すように、内表面応答の変化は様々であるが、一方で広範囲で観察できる特徴を持つ。これは、第1のサンプル鋼管200−1を回転することなく、欠陥を評価できる可能性があることを示している。
In the experiment shown in FIG. 9, as shown in FIG. 10, a change in the inner surface response was observed in the range of −6.0 ° to + 7.5 ° in the circumferential direction of the outer
図11は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図10に示す−4.5°のフェイズドアレイ探触子110と第1のサンプル鋼管200−1との位置関係において、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験を説明する図である。
FIG. 11 shows an example of the embodiment according to the present invention. In the positional relationship between the −4.5 ° phased
図11(a)は、図8(b)に示すCスキャン画像のうち、X=85mm〜X=169mmを含む範囲を抽出したCスキャン画像である。この図11(a)に示すCスキャン画像では、図8(b)に示すCスキャン画像と同様、白く示された部分に欠陥が存在すると考えられることを示している。 FIG. 11A is a C scan image obtained by extracting a range including X = 85 mm to X = 169 mm from the C scan image shown in FIG. The C scan image shown in FIG. 11A shows that a defect is considered to exist in a white portion as in the C scan image shown in FIG.
図11(b)は、本実験におけるフェイズドアレイ探触子110と第1のサンプル鋼管200−1との位置関係を示す図であり、フェイズドアレイ探触子110と第1のサンプル鋼管200−1との相対角度θrを−4.5°に固定して実験を行ったことを示している。
FIG. 11B is a diagram showing the positional relationship between the phased
図11(c)は、図8(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1のX=85mmの地点で、本発明に係る欠陥検査方法を用いて生成した欠陥検査画像を示す図である。また、図11(d)は、図8(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1のX=99mmの地点で、本発明に係る欠陥検査方法を用いて生成した欠陥検査画像を示す図である。また、図11(e)は、図8(a)に示す第1のサンプル鋼管200−1のX=169mmの地点で、本発明に係る欠陥検査方法を用いて生成した欠陥検査画像を示す図である。なお、図11(c)〜図11(e)に示す実験では、各地点において、送信する超音波ビームの集束深さを第1のサンプル鋼管200−1の内表面200Nに固定するとともに、内表面200Nに沿った超音波ビームの走査における集束角度を−45°〜+45°の範囲として0.5°刻みで走査を行った。
FIG.11 (c) is a figure which shows the defect inspection image produced | generated using the defect inspection method which concerns on this invention in the point of X = 85mm of the 1st sample steel pipe 200-1 shown to Fig.8 (a). . Moreover, FIG.11 (d) is a figure which shows the defect inspection image produced | generated using the defect inspection method which concerns on this invention in the point of X = 99mm of the 1st sample steel pipe 200-1 shown to Fig.8 (a). It is. Moreover, FIG.11 (e) is a figure which shows the defect inspection image produced | generated using the defect inspection method which concerns on this invention in the point of X = 169mm of the 1st sample steel pipe 200-1 shown to Fig.8 (a). It is. In the experiments shown in FIG. 11C to FIG. 11E, the focal depth of the ultrasonic beam to be transmitted is fixed to the
図11(c)及び図11(e)に示す欠陥検査画像から欠陥が検出された。また、図11(d)に示す欠陥検査画像からは欠陥が検出されなかった。図11(c)〜図11(e)に示す実験結果は、図11(a)に示す欠陥の検出結果に則したものであり、本発明に係る欠陥検査方法を用いた欠陥検査は有効であることが分かった。 Defects were detected from the defect inspection images shown in FIGS. 11 (c) and 11 (e). Further, no defect was detected from the defect inspection image shown in FIG. The experimental results shown in FIGS. 11C to 11E are based on the defect detection results shown in FIG. 11A, and the defect inspection using the defect inspection method according to the present invention is effective. I found out.
次に、実際の製造ラインにおいて生じ得る振動の影響について検証を行った。
実際の製造ラインでは、振動の影響により、フェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200との相対距離が±0.5mm程度変化することがある。そこで、図9において、フェイズドアレイ探触子110の位置をY方向及びZ方向に±1.0mm動かして、本発明に係る欠陥検査方法を用いた欠陥検査を行った。
Next, the effect of vibration that could occur in an actual production line was verified.
In an actual production line, the relative distance between the phased
図12は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図9においてフェイズドアレイ探触子110の位置をY方向に±1.0mm動かして、本発明に係る欠陥検査方法により得られた欠陥検査画像を示す図である。
ここで、図12(a)にはフェイズドアレイ探触子110をY方向に−1.0mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図12(b)にはフェイズドアレイ探触子110をY方向に−0.5mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図12(c)にはフェイズドアレイ探触子110をY方向に0mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図12(d)にはフェイズドアレイ探触子110をY方向に+0.5mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図12(e)にはフェイズドアレイ探触子110をY方向に+1.0mm動かした場合の欠陥検査画像を示している。
なお、図12(a)〜図12(e)に示す欠陥検査画像では、内表面に相当する位置がずれて示されている。これは、フェイズドアレイ探触子110の位置をY方向に±1.0mm動かして欠陥検査を行った場合でも、欠陥検査画像生成部126で設定されている図4(b)に示すメッシュ構造の鉛直方向の時間設定を変えていないためである。即ち、フェイズドアレイ探触子110をY方向に−1.0mm動かした場合には、フェイズドアレイ探触子110をY方向に0mm動かした場合と比べて、フェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200との相対距離が長くなるため、超音波ビームの伝播の時間も長くなり、その結果、内表面に相当する位置が下方に位置している。同様の趣旨で、フェイズドアレイ探触子110をY方向に+1.0mm動かした場合には、フェイズドアレイ探触子110をY方向に0mm動かした場合と比べて、フェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200との相対距離が短くなるため、超音波ビームの伝播の時間も短くなり、その結果、内表面に相当する位置が上方に位置している。
FIG. 12 shows an example of the embodiment according to the present invention. In FIG. 9, the defect obtained by the defect inspection method according to the present invention by moving the position of the phased
Here, FIG. 12A shows a defect inspection image when the phased
In the defect inspection images shown in FIGS. 12A to 12E, positions corresponding to the inner surface are shifted. This is because the mesh structure shown in FIG. 4B set in the defect inspection
図13は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図9においてフェイズドアレイ探触子110の位置をZ方向に±1.0mm動かして、本発明に係る欠陥検査方法により得られた欠陥検査画像を示す図である。
ここで、図13(a)にはフェイズドアレイ探触子110をZ方向に−1.0mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図13(b)にはフェイズドアレイ探触子110をZ方向に−0.5mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図13(c)にはフェイズドアレイ探触子110をZ方向に0mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図13(d)にはフェイズドアレイ探触子110をZ方向に+0.5mm動かした場合の欠陥検査画像を示し、図13(e)にはフェイズドアレイ探触子110をZ方向に+1.0mm動かした場合の欠陥検査画像を示している。
FIG. 13 shows an example of the embodiment according to the present invention. In FIG. 9, the defect obtained by the defect inspection method according to the present invention by moving the position of the phased
Here, FIG. 13A shows a defect inspection image when the phased
図12及び図13に示すように、いずれの欠陥検査画像からも欠陥が検出されたことから、振動の影響でフェイズドアレイ探触子110と電縫鋼管200との相対距離が変化したとしても、本発明に係る欠陥検査方法を用いた欠陥検査は有効であることが分かった。
As shown in FIG. 12 and FIG. 13, since the defect was detected from any defect inspection image, even if the relative distance between the phased
次に、実際の製造ラインの電縫鋼管200における造管速度を考慮した適用性について検証を行った。
Next, it verified about the applicability in consideration of the pipe making speed in the
実際の製造ラインでの電縫鋼管200における代表的な造管速度は、数百mm/sであるため、これに対応できるかを検証した。一般的なフェイズドアレイ探触子110における最大の繰り返し周波数は、おおよそ10kHz程度である。
内表面200Nに沿った超音波ビームの走査における集束角度を−45°〜+45°の範囲として0.5°刻みで走査を行う場合、1枚の欠陥検査画像の生成には、181回超音波ビームを送受信する必要がある。この場合、1枚の欠陥検査画像の生成に、181(回)÷10000(Hz)=0.0181(s)かかるため、造管速度を仮に800mm/sとすると、1枚の欠陥検査画像の生成の間に電縫鋼管200は14.4mm進んでしまう。
Since a typical pipe forming speed in the electric resistance welded
When scanning is performed in increments of 0.5 ° with the focusing angle in the scanning of the ultrasonic beam along the
そこで、例えば、内表面200Nに沿った超音波ビームの走査における集束角度を±5°の範囲に限定して1.0°刻みで走査を行うとすると、1枚の欠陥検査画像の生成には、11回超音波ビームを送受信する必要がある。この場合、1枚の欠陥検査画像の生成に、11(回)÷10000(Hz)=0.0011(s)かかるため、造管速度を仮に800mm/sとすると、1枚の欠陥検査画像の生成の間に電縫鋼管200は0.8mm進むことになる。したがって、この場合、電縫鋼管200の管軸方向に1mm程度の長さの微小な欠陥も検出可能である。
Therefore, for example, if the scanning angle of the ultrasonic beam along the
次に、上述した実際の製造ラインでの電縫鋼管200における造管速度を考慮した上で、図7(b)に示す第2のサンプル鋼管200−2を使用して、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験を行った。
Next, the defect according to the present invention is determined using the second sample steel pipe 200-2 shown in FIG. 7 (b) after considering the pipe making speed in the above-mentioned actual production line of the
図14は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図7(b)に示す第2のサンプル鋼管200−2を使用して、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験結果を示す図である。 FIG. 14 shows an example of the embodiment according to the present invention, and shows an experimental result using the defect inspection method according to the present invention using the second sample steel pipe 200-2 shown in FIG. 7B. FIG.
図14(a)は、第2のサンプル鋼管200−2の移動速度を400mm/sとし、内表面200N近傍(図3−1に示す時間t=55.0μs〜55.9μs)を管軸方向に高速スキャンした、反射超音波ビームWnの2次元マップを示す画像である。ここで、反射超音波ビームWnのnは、1以上N以下の定数である。また、図14(a)は、第2のサンプル鋼管200−2の管軸方向を高速スキャンした画像のうち、第2のサンプル鋼管200−2のX=68mm〜X=468mmを含む範囲を抽出した画像である。
また、図14(b)は、図14(a)に示す画像の領域1401における拡大図である。
FIG. 14A shows that the moving speed of the second sample steel pipe 200-2 is 400 mm / s, and the vicinity of the
FIG. 14B is an enlarged view of the
図14(a)及び図14(b)に示す画像からは、スキャン時のフェイズドアレイ探触子110の振動の影響による内表面応答の変動が確認された。しかしながら、このような内表面応答の変動にもかかわらず、内表面応答の第2ピーク(第2の白色)よりも早い時刻に、長さが約40mmもある暗部(第2の黒色)を特徴とする欠陥応答が確認された。
From the images shown in FIGS. 14A and 14B, it was confirmed that the inner surface response fluctuated due to the influence of the vibration of the phased
また、図14(b)に示す画像において、欠陥深さ(即ち、欠陥サイズS)を以下のようにして算出した。
まず、内表面応答の第1ピーク(第1の白色)に相当する時刻と内表面応答の第2ピーク(第2の白色)に相当する時刻との中間の時刻を時刻Aとし、前記第2の黒色の位置であって反射超音波ビームWnの振幅値が最小値の位置に相当する時刻を時刻Bとした。そして、|A−B|から時間Δtを求めると、0.15μsとなった。そして、電縫鋼管200の鋼材における超音波ビーム(反射超音波ビーム)の音速を5900m/sとすると、欠陥深さ(即ち、欠陥サイズS)は、約0.44mmと算出された。断面を観察して検出される実際の欠陥サイズは、通常、0.2mm〜1.0mm程度であるため、この実験結果は妥当な結果であると考えられる。
Further, in the image shown in FIG. 14B, the defect depth (that is, the defect size S) was calculated as follows.
First, a time intermediate between the time corresponding to the first peak (first white) of the inner surface response and the time corresponding to the second peak (second white) of the inner surface response is defined as time A, and the second The time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam Wn is the minimum value is the time B. The time Δt was obtained from | A−B | and was 0.15 μs. When the sound velocity of the ultrasonic beam (reflected ultrasonic beam) in the steel material of the electric resistance welded
次に、図14に示す実験における欠陥サイズ算出方法の処理手順について説明する。 Next, a processing procedure of the defect size calculation method in the experiment shown in FIG. 14 will be described.
図15は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図14に示す実験における欠陥サイズ算出方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the defect size calculation method in the experiment illustrated in FIG. 14 according to the embodiment of the present invention.
まず、ステップS201において、欠陥検査画像生成部126(或いは欠陥サイズ算出部128)は、反射超音波ビームWnの2次元マップを生成する。具体的には、図14(a)に示す反射超音波ビームWnの2次元マップを示す画像を生成する。 First, in step S201, the defect inspection image generating unit 126 (or the defect size calculation unit 128) generates a two-dimensional map of the reflected ultrasound beams W n. Specifically, an image showing a two-dimensional map of the reflected ultrasonic beam W n shown in FIG.
続いて、ステップS202において、欠陥判定部127(或いは欠陥サイズ算出部128)は、ステップS201で生成した2次元マップにおいて、内表面エコー近傍で乱れのある部分(欠陥)を抽出する。具体的には、第2のサンプル鋼管200−2の内表面200Nから外表面200Gに向かう方向に、第1の白色、第1の黒色、第2の白色の次に第2の黒色が現れる部分を欠陥として抽出する。
Subsequently, in step S202, the defect determination unit 127 (or the defect size calculation unit 128) extracts a portion (defect) that is disturbed near the inner surface echo in the two-dimensional map generated in step S201. Specifically, in the direction from the
続いて、ステップS203において、欠陥サイズ算出部128は、内表面エコーが存在する時刻Aを検出する。具体的に、ここでは、図14(b)に示すように、内表面応答の第1ピーク(第1の白色)に相当する時刻と内表面応答の第2ピーク(第2の白色)に相当する時刻との中間の時刻を時刻Aとする。
Subsequently, in step S203, the
続いて、ステップS204において、欠陥サイズ算出部128は、内表面エコーが存在する時刻よりも前で、反射超音波ビームWnの振幅値が最小値である時刻Bを検出する。ここでは、図14(b)に示す時刻Bを検出する。
Subsequently, in step S204, the defect
続いて、ステップS205において、欠陥サイズ算出部128は、|A−B|から時間Δtを求める。
Subsequently, in step S205, the defect
続いて、ステップS206において、欠陥サイズ算出部128は、時間Δtと、第2のサンプル鋼管200−2の鋼材における超音波ビーム(反射超音波ビーム)の音速とに基づいて、欠陥サイズSを算出する。具体的に、欠陥サイズ算出部128は、S=(第2のサンプル鋼管200−2の鋼材における超音波ビーム(反射超音波ビーム)の音速)×(時間Δt)÷2を計算することにより、欠陥サイズSを算出する。ここで、2で除算しているのは、時間Δtは超音波ビームの往復の時間に相当する量であるため、片道の時間として計算するためである。
その後、図15のフローチャートの処理を終了する。
Subsequently, in step S206, the defect
Then, the process of the flowchart of FIG. 15 is complete | finished.
以上のステップS201〜S206の処理を得ることにより、図14に示す実験における欠陥サイズ算出方法の処理が終了する。 By obtaining the above steps S201 to S206, the defect size calculation method in the experiment shown in FIG. 14 is completed.
本発明の実施形態によれば、電縫鋼管200の外表面200Gにおける溶接部210から入射し、電縫鋼管200の内表面200N付近を走査する超音波ビームを用いて、欠陥検査を行うことにより、電縫鋼管200中における超音波ビームの伝播距離を短くすることができるため、超音波ビームの減衰を抑えることができ、その結果、微小な欠陥の検出も可能となる。
また、本発明の実施形態において、図3−3(b)に示す欠陥で反射した反射超音波ビームの受信波形は、欠陥の欠陥先端部が小さいため、微小な信号となる。したがって、時刻Bの検出は、反射超音波ビームの振幅値の局所的な最小値を検出することで可能となる。そして、|A−B|を用いて欠陥のサイズを算出することにより、欠陥のサイズが小さく、また、図3(b)に示す欠陥で反射した反射超音波ビームの受信波形と図3(c)に示す内表面200Nで反射した反射超音波ビームの受信波形とが完全に分離されていなくても、欠陥のサイズを算出することができる。例えば、上記特許文献3の技術では、時間的に完全に分離した受信波形を用いる必要があったため、例えば0.5mm以下の欠陥を検出することが困難であったが、本発明による欠陥検査方法によれば、例えば0.5mm以下の欠陥を検出することも可能となった。
According to the embodiment of the present invention, the defect inspection is performed using the ultrasonic beam that is incident from the welded
In the embodiment of the present invention, the received waveform of the reflected ultrasonic beam reflected by the defect shown in FIG. 3B is a minute signal because the defect tip of the defect is small. Therefore, the time B can be detected by detecting the local minimum value of the amplitude value of the reflected ultrasonic beam. Then, by calculating the size of the defect using | A−B |, the size of the defect is small, and the received waveform of the reflected ultrasonic beam reflected by the defect shown in FIG. The size of the defect can be calculated even if the received waveform of the reflected ultrasonic beam reflected by the
(その他の実施形態)
上述した本発明の実施形態では、図1に示すように、欠陥検査装置100は、電縫鋼管200の溶接部210に含まれる欠陥を検査する場合を想定した例について説明を行ったが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば、溶接部210に含まれる欠陥に加えて電縫鋼管200の非溶接部における欠陥も検査する形態も本発明に含まれる。この場合、例えば、図1に示す送信部124−1は、電縫鋼管200の外表面200Gにおける溶接部210から入射し、電縫鋼管200の内表面200N付近における溶接部210及び非溶接部を内表面200Nに沿って集束点を変化させながら走査する超音波ビーム112を、フェイズドアレイ探触子120から送信する形態を採る。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 1, the
また、送信部124−1から送信される超音波ビームの時間波形は、図3−2の波形に限定されるものではなく、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有するものであればよい。
したがって、図3−2の波形の正負を逆にした波形、即ち、負の極性の第1の局所ピークを有し、その後に、正の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、負の極性の第3の局所ピークを有する波形であってもよい。この超音波ビームを送信部124−1から送信した場合、受信部124−2で受信する反射超音波ビームの受信波形も、図3−1に示す受信波形に対して振幅値の正負が逆になったものとなる。即ち、本例の場合、図3−1に示す第1の白色が「第1の黒色」となり、図3−1に示す第1の黒色が「第1の白色」となり、図3−1に示す第2の白色が「第2の黒色」となり、図3−1に示す第2の黒色が「第2の白色」となる。そして、本例の場合、欠陥判定部127は、欠陥検査画像において、電縫鋼管200の内表面200Nから外表面200Gに向かう方向に、「第1の黒色」、「第1の白色」、「第2の黒色」の次に「第2の白色」が現れる位置に欠陥が存在すると判定する形態を採る。また、本例の場合、欠陥サイズ算出部128は、欠陥判定部127で欠陥ありと判定されると、欠陥検査画像において、「第1の黒色」が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻と「第2の黒色」が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻との中間の時刻をAとし、「第2の白色」が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻をBとし、|A−B|に基づいて欠陥のサイズを算出する形態を採る。
Further, the time waveform of the ultrasonic beam transmitted from the transmission unit 124-1 is not limited to the waveform of FIG. 3-2, and has a positive or negative first local peak. What is necessary is just to have a 2nd local peak of the polarity opposite to a 1st local peak, and also to have the 3rd local peak of the same polarity as the said 1st local peak after that.
Therefore, the waveform of FIG. 3-2 has a waveform obtained by reversing the polarity, that is, having a first local peak with a negative polarity, followed by a second local peak with a positive polarity, and then Or a waveform having a third local peak of negative polarity. When this ultrasonic beam is transmitted from the transmission unit 124-1, the reception waveform of the reflected ultrasonic beam received by the reception unit 124-2 is also opposite in amplitude value to the reception waveform shown in FIG. It will become. That is, in this example, the first white color shown in FIG. 3A becomes “first black”, the first black color shown in FIG. 3A becomes “first white”, and FIG. The second white color shown becomes “second black color”, and the second black color shown in FIG. 3A becomes “second white color”. In the case of this example, the
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。
即ち、上述した本発明の実施形態の制御処理装置120の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明に含まれる。
The present invention can also be realized by executing the following processing.
That is, software (program) that realizes the function of the
なお、上述した本発明の実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments of the present invention are merely examples of the implementation of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. . That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
100:欠陥検査装置、110:フェイズドアレイ探触子、111:超音波振動子、112−1〜112−N:超音波ビーム、120:制御処理装置、121:被検体条件入力部、122:送受信条件設定部、123:送受信制御部、124−1:送信部、124−2:受信部、125:受信信号処理部、126:欠陥検査画像生成部、127:欠陥判定部、128:欠陥サイズ算出部、129:記録・表示部、200:電縫鋼管、200G:外表面、200N:内表面、210:溶接部 100: Defect inspection device, 110: Phased array probe, 111: Ultrasonic transducer, 112-1 to 112-N: Ultrasonic beam, 120: Control processing device, 121: Subject condition input unit, 122: Transmission / reception Condition setting unit, 123: Transmission / reception control unit, 124-1: Transmission unit, 124-2: Reception unit, 125: Reception signal processing unit, 126: Defect inspection image generation unit, 127: Defect determination unit, 128: Defect size calculation Part, 129: recording / display part, 200: ERW steel pipe, 200G: outer surface, 200N: inner surface, 210: welded part
Claims (20)
前記溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子と、
前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信手段と、
反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信手段と、
前記走査した前記内表面の位置を第1方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第2方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成手段と、
前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段とを有し、
前記送信手段から送信される超音波ビームの時間波形は、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、前記3つの局所ピークの絶対値のうち前記第2の局所ピークの絶対値が一番大きく、
前記欠陥判定手段は、
前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、
前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第4の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定することを特徴とする欠陥検査装置。 A defect inspection device for inspecting defects contained in a welded steel pipe in which a weld is formed in the pipe axis direction,
A phased array probe installed outside the outer surface of the welded steel pipe and arranged with a plurality of ultrasonic transducers;
An ultrasonic beam that enters from the outside of the welded portion on the outer surface of the welded steel pipe and scans at least the welded portion in the vicinity of the inner surface of the welded steel pipe in the circumferential direction while changing a focusing point along the inner surface. Transmitting means for transmitting from the phased array probe;
Receiving means for receiving the reflected ultrasonic beam as a reflected ultrasonic beam via the phased array probe;
A defect inspection image based on the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is generated by taking the position of the scanned inner surface in the first direction and taking the direction from the outer surface of the welded steel pipe to the inner surface as the second direction. Defect inspection image generation means ;
Defect determination means for determining whether or not a defect exists based on the defect inspection image generated by the defect inspection image generation means ,
The time waveform of the ultrasonic beam transmitted from the transmitting means has a first local peak that is positive or negative, and then has a second local peak having a polarity opposite to that of the first local peak. , further followed, a third local peaks of the same polarity as the first local peak, the absolute value of the second local peak of the absolute value of the three local peaks most rather large,
The defect determination means includes
Of the region of the defect inspection image generated by the defect inspection image generating means, the time waveform of the ultrasonic beam received by the receiving means has a first local peak that is positive or negative, and then the first Determining that there is no defect in a region having a second local peak having a polarity opposite to that of the first local peak and then having a third local peak having the same polarity as the first local peak;
Of the region of the defect inspection image generated by the defect inspection image generating means, the time waveform of the ultrasonic beam received by the receiving means has a first local peak that is positive or negative, and then the first A second local peak having a polarity opposite to that of the first local peak, followed by a third local peak having the same polarity as the first local peak, and further thereafter, the first local peak A defect inspection apparatus that determines that a defect exists in a region having a fourth local peak having a polarity opposite to that of a peak .
前記欠陥判定手段は、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第1の白色、第1の黒色、第2の白色の次に第2の黒色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項2に記載の欠陥検査装置。 When generating the defect inspection image, the defect inspection image generation means sets the color of the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is larger than the positive first threshold value to white, and the reflected ultrasonic beam The color of the position where the amplitude value is smaller than the negative second threshold smaller than the first threshold is black,
In the defect inspection image, the defect determination means includes a first white color, a first black color, a second white color, and a second black color in a direction from the inner surface to the outer surface of the welded steel pipe. The defect inspection apparatus according to claim 2, wherein the defect is determined to be present at a position where the defect appears.
前記欠陥判定手段は、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第1の黒色、第1の白色、第2の黒色の次に第2の白色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項3に記載の欠陥検査装置。 When generating the defect inspection image, the defect inspection image generation means sets the color of the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is larger than the positive first threshold value to white, and the reflected ultrasonic beam The color of the position where the amplitude value is smaller than the negative second threshold smaller than the first threshold is black,
In the defect inspection image, the defect determination means includes a first black color, a first white color, a second black color, and a second white color in a direction from the inner surface to the outer surface of the welded steel pipe. The defect inspection apparatus according to claim 3, wherein it is determined that the defect exists at a position where the defect appears.
前記欠陥検査画像において、前記第1の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と前記第2の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をAとし、前記第2の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻をBとし、|A−B|に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出手段を更に有することを特徴とする請求項4に記載の欠陥検査装置。 In the defect inspection image, the second direction indicates information related to the time when the reflected ultrasonic beam is received by the receiving unit,
In the defect inspection image, the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is maximum among the positions where the first white appears and the position of the reflected ultrasonic beam among the positions where the second white appears. A time intermediate between the time corresponding to the position where the amplitude value is maximum is A, and B is the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is minimum among the positions where the second black appears. 5. The defect inspection apparatus according to claim 4, further comprising defect size calculating means for calculating the size of the defect based on | A-B |.
前記欠陥検査画像において、前記第1の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻と前記第2の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻との中間の時刻をAとし、前記第2の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻をBとし、|A−B|に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出手段を更に有することを特徴とする請求項5に記載の欠陥検査装置。 In the defect inspection image, the second direction indicates information related to the time when the reflected ultrasonic beam is received by the receiving unit,
In the defect inspection image, the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is minimum among the positions where the first black appears and the position of the reflected ultrasonic beam among the positions where the second black appears. A time intermediate between the time corresponding to the position where the amplitude value is minimum is A, and B is the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is maximum among the positions where the second white appears. The defect inspection apparatus according to claim 5, further comprising a defect size calculating unit that calculates the size of the defect based on | A−B |.
前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信ステップと、
反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信ステップと、
前記走査した前記内表面の位置を第1方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第2方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成ステップと、
前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップとを有し、
前記送信ステップで送信する超音波ビームの時間波形は、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、前記3つの局所ピークの絶対値のうち前記第2の局所ピークの絶対値が一番大きく、
前記欠陥判定ステップは、
前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、
前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第1の局所ピークを有し、その後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第2の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと同じ極性の第3の局所ピークを有し、更にその後に、当該第1の局所ピークと逆の極性の第4の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定することを特徴とする欠陥検査方法。 A defect that is installed outside the outer surface of a welded steel pipe in which a weld is formed in the pipe axis direction, includes a phased array probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged, and inspects a defect contained in the welded steel pipe A defect inspection method using an inspection apparatus,
An ultrasonic beam that enters from the outside of the welded portion on the outer surface of the welded steel pipe and scans at least the welded portion in the vicinity of the inner surface of the welded steel pipe in the circumferential direction while changing a focusing point along the inner surface. Transmitting from the phased array probe;
Receiving the reflected ultrasonic beam as a reflected ultrasonic beam via the phased array probe;
A defect inspection image based on the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is generated by taking the position of the scanned inner surface in the first direction and taking the direction from the outer surface of the welded steel pipe to the inner surface as the second direction. A defect inspection image generation step ;
A defect determination step for determining whether a defect exists based on the defect inspection image generated by the defect inspection image generation step ,
The time waveform of the ultrasonic beam transmitted in the transmission step has a first local peak that is positive or negative, and then has a second local peak having a polarity opposite to the first local peak, further subsequently, a third local peaks of the same polarity as the first local peak, the absolute value of the second local peak of the absolute value of the three local peaks most rather large,
The defect determination step includes:
Of the region of the defect inspection image generated by the defect inspection image generation step, the time waveform of the ultrasonic beam received at the reception step has a positive or negative first local peak, and then the first Determining that there is no defect in a region having a second local peak having a polarity opposite to that of the first local peak and then having a third local peak having the same polarity as the first local peak;
Of the region of the defect inspection image generated by the defect inspection image generation step, the time waveform of the ultrasonic beam received at the reception step has a positive or negative first local peak, and then the first A second local peak having a polarity opposite to that of the first local peak, followed by a third local peak having the same polarity as the first local peak, and further thereafter, the first local peak A defect inspection method characterized by determining that a defect is present in a region having a fourth local peak having a polarity opposite to that of the peak .
前記欠陥判定ステップは、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第1の白色、第1の黒色、第2の白色の次に第2の黒色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項11に記載の欠陥検査方法。 In the defect inspection image generation step, when generating the defect inspection image, the color of the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is larger than the positive first threshold is white, and the reflected ultrasonic beam The color of the position where the amplitude value is smaller than the negative second threshold smaller than the first threshold is black,
In the defect inspection step, in the defect inspection image, a second black is next to the first white, the first black, and the second white in a direction from the inner surface to the outer surface of the welded steel pipe. The defect inspection method according to claim 11, wherein it is determined that the defect exists at a position where the defect appears.
前記欠陥判定ステップは、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第1の黒色、第1の白色、第2の黒色の次に第2の白色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項12に記載の欠陥検査方法。 In the defect inspection image generation step, when generating the defect inspection image, the color of the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is larger than the positive first threshold is white, and the reflected ultrasonic beam The color of the position where the amplitude value is smaller than the negative second threshold smaller than the first threshold is black,
In the defect inspection step, in the defect inspection image, a second white is next to the first black, the first white, and the second black in a direction from the inner surface to the outer surface of the welded steel pipe. The defect inspection method according to claim 12, wherein it is determined that the defect exists at a position where the defect appears.
前記欠陥検査画像において、前記第1の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と前記第2の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をAとし、前記第2の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻をBとし、|A−B|に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出ステップを更に有することを特徴とする請求項13に記載の欠陥検査方法。 In the defect inspection image, the second direction indicates information related to a time when the reflected ultrasonic beam is received in the reception step,
In the defect inspection image, the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is maximum among the positions where the first white appears and the position of the reflected ultrasonic beam among the positions where the second white appears. A time intermediate between the time corresponding to the position where the amplitude value is maximum is A, and B is the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is minimum among the positions where the second black appears. The defect inspection method according to claim 13, further comprising a defect size calculating step of calculating the size of the defect based on | A−B |.
前記欠陥検査画像において、前記第1の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻と前記第2の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻との中間の時刻をAとし、前記第2の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻をBとし、|A−B|に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出ステップを更に有することを特徴とする請求項14に記載の欠陥検査方法。 In the defect inspection image, the second direction indicates information related to a time when the reflected ultrasonic beam is received in the reception step,
In the defect inspection image, the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is minimum among the positions where the first black appears and the position of the reflected ultrasonic beam among the positions where the second black appears. A time intermediate between the time corresponding to the position where the amplitude value is minimum is A, and B is the time corresponding to the position where the amplitude value of the reflected ultrasonic beam is maximum among the positions where the second white appears. The defect inspection method according to claim 14, further comprising a defect size calculating step of calculating the size of the defect based on | A−B |.
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