JPH0545347A

JPH0545347A - 自動超音波探傷方法

Info

Publication number: JPH0545347A
Application number: JP3204150A
Authority: JP
Inventors: Toshio Akagi; 俊夫赤木; Kenji Udagawa; 建志宇田川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-08-14
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】多曲面を有する物体に対する超音波探傷にお
いて、探傷前に実施する形状データの入力・測定に必要
な時間を低減し、かつ被測定物の表面粗さや形状測定時
の外乱によらず、適切な探傷を可能とする。【構成】形状測定器１１から得られる被測定体の形状
データを、形状処理部１２において、スプライン関数を
用いた補間を行って滑らかな形状を再現し、形状記憶部
１３に一旦記憶させ、その再現された形状データに基づ
いて、超音波探触子の位置及び方向を、前記被測定体の
表面の入射点において、一定の角度でかつ一定の距離の
点に保持するように超音波探触子の姿勢を軌道計算部１
４にて求め、制御装置１６により駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多曲面を有する物体に
対し、自動的に、かつ高精度に超音波探傷を行う方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】多自由度スキャナを用いて多曲面を有す
る物体を自動的に、かつ高精度に超音波探傷を行う方法
としては、被測定体の形状データを予め入力して記憶、
または距離センサを用いて測定して記憶し、その記憶さ
れた形状データに基づいて、超音波探触子の方向及び位
置を被測定体の表面の入射点において、一定の角度でか
つ一定の距離の点に保持するように超音波探触子を駆動
制御する方法がとられている。このうち、距離センサを
用いて被計測体の形状データを測定して記憶させる場合
には、距離計をスキャンさせて、Ｘ軸とＹ軸の各点（ｘ
_i，ｙ_j）（ｉ，ｊ＝１，２，３………）と被測定体表
面との距離を測定し、被測定体の形状関数ｚ_ij＝ｆ（ｘ
_i，ｙ_j）を求める手法が用いられている（例えば、特
開昭６３−３０９８５２、特開昭６３−３０９８５
３）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の多曲面を有する
物体を検査対象とした自動探傷装置においては、精度の
良い超音波探傷を行おうとすると、探触子の動きを正確
に形状に倣うよう姿勢制御する必要があり、そのため、
探触子の動きを決める基となる形状データについて、多
くの点におけるデータを入力、または測定する必要があ
り、形状データの入力、または形状の測定に多大の時
間、手間を要していた。さらに距離センサを用いた被測
定体の形状データの入力の際には、被測定体の表面が粗
い場合や、さらに距離センサのデータに外乱が多く含ま
れているときは、被計測体の形状関数ｚ_ij＝ｆ（ｘ_i，
ｙ_j）は滑らかな関数とならない場合がある。そのよう
な形状データに基づいて、超音波探触子の位置及び方向
を被測定体の表面の入射点において、一定の角度でかつ
一定の距離の点に保持するように超音波探触子を走査さ
せようとすると、超音波探触子の走査軌道が滑らかにな
らないため、超音波探触子の動きが不安定となり、適切
な探傷ができないという問題点があった。

【０００４】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、形状データの入力、または測定に必要な
時間、手間を低減し、かつ、被測定体の表面の粗さや距
離センサに対する外乱の影響によらず、超音波探触子を
滑らかに駆動制御し、適切な探傷を可能とすることを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の自動超音波探傷装置においては、被測定体
の形状データを代表された点のデータとして予め入力し
て記憶させ、その記憶されたデータから、スプライン関
数を用いた補間を行って、滑らかな形状を再現し、その
再現された形状データに基づいて、超音波探触子の位置
及び方向を、前記被測定体の表面の入射点において、一
定の角度でかつ一定の距離の点に保持するように超音波
探触子を自動的に駆動制御するものである。さらに、被
測定体の形状データを代表された点のデータとして得る
ために、距離センサを用いて測定し、記憶させることも
できる。

【０００６】

【作用】上記のように、本装置ではスプライン関数を用
いた形状処理を行うことにより、被測定体の形状を代表
する限られた個数の点のデータが補間されると同時に平
滑化がなされ、実際に近い形状を表すことのできる多数
の点のデータを得ることができるため、その補間された
滑らかな形状データをもとに超音波探触子の走査させれ
ば、精度の良い、安定した探傷となる。

【０００７】なお、一般に離散的データの補間には、ス
プライン関数の他にラグランジュ多項式を用いる方法が
よく知られているが、これは曲線を単一の多項式で表そ
うとするものであり、該技術のように補間によって多曲
面を持つ物体の形状を表す場合には、様々な曲率を含む
曲線、曲面となるため、補間の際に、ルンゲの現象に代
表されるような余計な振動を生じる場合があり、正確な
形状を再現することができない。これに対し、スプライ
ン関数を用いる方法では、曲線・曲面を複数の多項式の
組み合わせで表そうとするため、余計な振動は生じず、
任意の曲率を含む曲線、曲面を表すことができるため、
該技術においては、スプライン関数を用いて補間をする
ことが最適であるといえる。

【０００８】このスプライン関数を用いた補間を行う際
には、スプライン曲面への当てはめによって行うか、ま
たは、互いに垂直な２方向についてスプライン曲線への
当てはめを実施すれば、より滑らかな形状を再現するこ
とができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例として、距離センサ
を用いて多曲面を有する被測定体の形状を予め測定し、
水中にて被測定体内部の欠陥を検出するための超音波探
傷を行う例について、図面を参照しながら説明する。

【００１０】本実施例における装置の計測部の概略を図
１に、また、データの流れと全体の概略を図２に示す。
図１において、超音波探触子５はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、θ
軸、α軸から成る５軸スキャナに取り付けられており、
その位置や姿勢がコントロールされる。また距離センサ
２はｚ軸に取り付けられており、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の動
きによりその位置がコントロールされる。なお、ｘ軸、
ｙ軸、ｚ軸は互いに直交し、θ軸はｚ軸に取り付けられ
ｚ軸まわりの回転をし、α軸はθ軸に取り付けられθ軸
と直角方向に回転する。

【００１１】次に、探傷手順に従い、本装置の動作を説
明する。まず、水槽６内に設置された被測定体１の上部
で距離センサ２をスキャンさせ、ｘ軸とｙ軸の各点（ｘ
_i，ｙ_j）における被測定体１の表面と距離センサ２の
距離を測定し、被測定体１の形状関数ｚ_ij＝ｆ（ｘ_i，
ｙ_j）を得る。この（ｘ_i，ｙ_j）のメッシュの設定の
仕方を示すのが図３である。この例ではｘ軸に沿ってｄ
ｘのピッチでＭ個の点を測定し、ｙ軸に沿ってｄｙのピ
ッチでＮ個の点を測定したものとする。

【００１２】距離センサ２には、非接触式のレーザ距離
計や超音波距離計、あるいは接触式の変位形などを用い
ることができ、その距離データは形状測定器１１によっ
て取得される。形状測定器１１からのデータは、形状処
理部１２において、スプライン曲面への当てはめか、ま
たは、ｘ，ｙの２方向についてスプライン曲線への当て
はめによって補間され、滑らかな形状データに変換され
る。

【００１３】このとき、超音波探傷を行いたいポイント
のｘ軸方向のピッチをｄｘ２、ｙ軸方向のピッチをｄｙ
２とすると、測定されたＭ＊Ｎ個のデータは形状処理部
１２においてスプライン関数を用いた補間により、ｘ軸
方向にＭ＊（ｄｘ／ｄｘ２）個、ｙ軸方向にＮ＊（ｄｙ
／ｄｙ２）個の形状データに変換される。このスプライ
ン関数を用いた補間を行う場合には、一般にｄｘ／ｄｘ
２、ｄｙ／ｄｙ２とも１０以上にしても十分であるの
で、初めに測定する代表点のデータは、最終的に超音波
探傷を行う点の１／１００以下の個数で済むことにな
る。

【００１４】形状処理部１２からのデータは形状記憶部
１３に一旦記憶され、必要に応じて軌道計算部１４に送
られる。軌道計算部１４は形状記憶部１３に取り込まれ
ている形状データから、各点（ｘ_i，ｙ_j，ｚ_ij）につ
いて、超音波探触子５が法線方向で、かつ一定の距離離
れた点から被測定体１の表面に向かうようにするための
５軸スキャナの座標（ｘ，ｙ，ｚ，θ，α）を計算す
る。これを軌道データとする。この軌道データより、ｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸、θ軸、α軸の各軸のモータの動きが計
算され、制御装置１６へ送られ、５軸スキャナが駆動す
る。

【００１５】このようにして超音波探触子５は被測定体
１の表面に倣うように、法線方向から一定の距離を保っ
て動くことになり、超音波探傷が可能となる。超音波探
傷は、上記のごとく超音波探触子５が被測定体１の表面
に倣うように動いている間、探傷を行うポイント毎に超
音波探触子５からのデータを超音波探傷器１７が取り込
み、その探傷データを探傷データ処理装置１８がＣＲＴ
上に探傷結果として表示することでなされる。

【００１６】次に、図４に示すような曲面を含む探傷サ
ンプルにおける１００mm×１００mmの範囲を探傷する場
合を例として、本探傷方法実施前と、実施後の差を以下
に示す。まず、同一の探傷ピッチｄｘ２＝ｄｙ２＝０．
１mmで探傷する場合、本発明実施前と実施後の距離計を
用いた形状測定に要する時間を比較したものを表１に示
す。本発明実施前はｄｘ＝ｄｙ＝０．１mmのピッチにて
測定を行っており、約４０分を要す。一方、本発明実施
後はｄｘ＝ｄｙ＝１mmのピッチで測定が可能であり、こ
のときは約６分を要す。これより、本発明によって、形
状測定に要する時間が大幅に低減されることがわかる。

【００１７】次に、形状測定のピッチを同一のｄｘ＝ｄ
ｙ＝１mmとして超音波探傷を実施した場合に、本発明実
施前と実施後において検出されたサンプル中の欠陥の個
数を比較した。なお、探傷のピッチは本発明実施はｄｘ
２＝ｄｙ２＝１mmとなり、超音波探傷点が１００×１０
０ポイント、実施後ではｄｘ２＝ｄｙ２＝０．１mmとし
て、超音波探傷点１０００×１０００ポイントとした。
その結果を、表２に示す。サンプル中の欠陥が本発明実
施前は１２個、実施後は３５個検出されており、本発明
によって、超音波探傷の精度が大幅に向上したことがわ
かる。

【００１８】なお、以上の実施例では被測定体表面に対
し超音波探触子がつねに法線方向を向きかつ一定距離の
場合、即ち被測定体の内部を探傷する例について述べた
が、同様の方式によって表面に対して一定の角度を及び
距離を保ちながら、表面に表面波を発生しながら表面の
探傷を行うことも可能である。

【００１９】また、以上の実施例では、距離センサを用
いて被測定体の代表点の形状データを測定し、このデー
タに基づいて形状データを作成し、探触子軌道計算を行
ったが、代表点における形状データの入力は物体製造時
や入手時などにおいてＣＡＤなどから得た形状情報を用
いても良い。その際には代表点のデータのみ入力すれば
良いので探傷ポイント全点における形状データを必要と
した従来の方法に比べ、形状データを入力する手間、時
間が大幅に低減されることになる。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
被測定体の形状データを代表された点のデータとして予
め入力して記憶し、記憶されたデータからスプライン関
数を用いた補間を利用して形状を再現し、その再現され
た形状データに基づいて、超音波探触子の位置及び方向
を、前記被測定体の表面の入射点において、一定の角度
でかつ一定の距離の点に保持するように超音波探触子を
自動的に駆動制御するので、入力すべき形状代表点のデ
ータが少なくて済む。

【００２３】また、形状を代表する点のデータは、距離
センサを用いた測定によっても得ることができるが、そ
の際には、測定すべき点の数が少なくて済むので、測定
に必要な時間、手間が低減されるだけでなく、スプライ
ン関数を用いた補間を行う際、同時にデータの平滑化が
なされるため、被測定体の表面の粗さや距離センサへの
外乱にかかわらず、滑らかな形状データを得ることがで
き、それによって超音波探触子を滑らかに駆動できるの
で、高精度で安定した探傷ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】システム計測部の概略図。

【図２】データの流れとシステム全体の概略図。

【図３】距離センサを用いた形状測定図。

【図４】探傷サンプル。

【符号の説明】

１被測定体２距離センサ３ α軸モータ４ θ軸モータ５超音波探触子６水槽１１形状測定器１２形状処理部１３形状記憶部１４軌道計算部１５デジタル計算機１６制御装置１７超音波探傷器１８探傷データ処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多曲面を有する被測定体に対し、計算機
に予め記憶された形状データを基に、超音波探触子を、
その方向及び位置が被測定体の表面の入射点において、
一定の角度でかつ一定の距離の点に保持するようにしな
がら走査させることにより自動探傷を行う方法におい
て、被測定体の形状を、代表点のデータとして計算機に
予め入力し、そのデータをスプライン関数を用いて補間
して滑らかな形状を再現し、その再現された形状データ
に基づいて、超音波探触子の方向及び位置を決定し、走
査させることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】被測定体の形状を、距離センサを用い
て、代表点のデータとして測定し、計算機に記憶させる
ことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷方法。