JPS617465A - Ultrasonic wave tester - Google Patents
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- JPS617465A JPS617465A JP59126892A JP12689284A JPS617465A JP S617465 A JPS617465 A JP S617465A JP 59126892 A JP59126892 A JP 59126892A JP 12689284 A JP12689284 A JP 12689284A JP S617465 A JPS617465 A JP S617465A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、被検材の裏面直下にある欠陥部を検出する
チャープ超音波エコ一方式の超音波検査装置に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a chirp ultrasonic eco one-type ultrasonic inspection apparatus that detects a defective portion directly under the back surface of a material to be inspected.
従来この種の超音波検査装置としては、第1図に示すも
のがあった。第1図は従来の超音波検査装置の一例を示
すブロック構成図である。図において、1は厚さがa、
音速がCの板状の被検材、2に被検材10表面Sから内
部へ超音波パルスを送信し、また、被検材1の表面S、
裏面B、欠陥部Fからのエコーを受信するトランスジュ
ーサ、3はトランスジューサ2と被検材1との間を超音
波パルスが伝搬するための伝搬媒質、4はトランスジュ
ーサ2から超音波パルスを発生させるための送信回路、
5はトランスジューサ2が受信した信号を増幅するため
の増幅回路、6は増幅回路5の出力信号から被検材1の
表面Sのエコーを検出する表面エコー検出回路、7は検
出しようとする被検材1の欠陥部Fの存在する深さ範囲
を与える検出範囲設定器、8は、検出範囲設定器7の設
定値と、表面エコー検出回路6の出力とからゲート信号
を作成するゲート信号作成回路、9は増幅回路5の出力
をさらに増幅して欠陥エコーを顕著にするための増幅回
路、10は、増幅回路9の出力の中からゲート信号作成
回路8の出力にしたがつて、設定された検出範囲内のエ
コーを取シ出すゲート回路、11は、ゲート回路1oよ
勺取シ出さ′hた信号を処理し、欠陥部Fの有無、大き
さなどの探傷に必要な情報金得る信号処理装置、12は
、送信のタイミングを発生し、また、表面エコー検出回
路6の基準金与える制御回路である。なお、第1図中で
、Al 、 Atは欠陥検出範囲を決めるための距離範
囲である。A conventional ultrasonic inspection apparatus of this type is one shown in FIG. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional ultrasonic inspection apparatus. In the figure, 1 has a thickness of a,
Ultrasonic pulses are transmitted from the surface S of the test material 10 to the inside of the plate-shaped test material 2 with a sound velocity of C, and the surface S of the test material 1 is
Back side B, a transducer that receives echoes from the defective part F; 3 is a propagation medium for the ultrasonic pulse to propagate between the transducer 2 and the test material 1; 4 is for generating the ultrasonic pulse from the transducer 2; transmitting circuit,
5 is an amplifier circuit for amplifying the signal received by the transducer 2; 6 is a surface echo detection circuit for detecting echoes on the surface S of the specimen 1 from the output signal of the amplifier circuit 5; and 7 is the specimen to be detected. A detection range setting device 8 provides a depth range in which the defective portion F of the material 1 exists, and 8 is a gate signal creation circuit that creates a gate signal from the setting value of the detection range setting device 7 and the output of the surface echo detection circuit 6. , 9 is an amplifier circuit for further amplifying the output of the amplifier circuit 5 to make defective echoes more noticeable, and 10 is an amplifier circuit set according to the output of the gate signal generating circuit 8 from among the outputs of the amplifier circuit 9. A gate circuit 11 extracts the echo within the detection range, and a signal processing circuit 11 processes the signal output from the gate circuit 1o to obtain the information necessary for flaw detection, such as the presence or absence of the defect F and its size. Device 12 is a control circuit that generates the timing of transmission and also provides a reference for the surface echo detection circuit 6. In FIG. 1, Al and At are distance ranges for determining the defect detection range.
第2図は、第1図の超音波検査装置全説明するための各
主要部の出力信号波形を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing output signal waveforms of each main part for explaining the entire ultrasonic inspection apparatus of FIG. 1.
次に、上記第1図に示す従来の超音波検査装置の動作に
つ−て、第2図を参照して説明する1、制御回路12は
、周期的に、第2図(a)に示す様なパルスを発生し、
送信回路4へ与える。送信回路4は、上記パルスのタイ
ミングにより、トランスジューサ2へ高電圧インパルス
を与えて超音波パルス全発生させる。この様にして発生
、送信された超音波パルスは、伝搬媒質3の中を被検材
1に向けて伝搬し、被検材1の表面Sで一部分が反射し
て表面エコー全発生1−1一部分が被検材1の中に侵入
して行く。被検材1中で欠陥部Fがあれば欠陥エコーが
発生する。また、超音波パルスが被検材1の&rIiJ
’Blc達すると裏面エコーが発生する。Next, the operation of the conventional ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 1 will be explained with reference to FIG. generates various pulses,
It is given to the transmitting circuit 4. The transmitting circuit 4 applies a high voltage impulse to the transducer 2 according to the timing of the pulse, thereby generating all ultrasonic pulses. The ultrasonic pulse generated and transmitted in this manner propagates through the propagation medium 3 toward the specimen 1, and a portion is reflected by the surface S of the specimen 1, generating a total surface echo 1-1. A part of it invades into the material 1 to be inspected. If there is a defect F in the material 1 to be inspected, a defect echo will occur. Moreover, the ultrasonic pulse is &rIiJ of the test material 1.
'When Blc is reached, a backside echo occurs.
これらの各エコーは、トランスジューサ2で受信され、
増幅回路5で増幅される。増幅回路5の出力16号波形
は、第2図(b)にその−例を示してあり、図Vこ示さ
れるToは、表面エコーから裏面エコーまでの時間で、
2a=c、T6の関係がある。増幅回路5の出力は、増
幅回路9へ入力されてさらに増幅される一方、表面エコ
ー検出回路6へ入力される。Each of these echoes is received at transducer 2,
The signal is amplified by the amplifier circuit 5. An example of the output No. 16 waveform of the amplifier circuit 5 is shown in FIG. 2(b), and To shown in FIG. V is the time from the front surface echo to the back surface echo,
There is a relationship of 2a=c, T6. The output of the amplifier circuit 5 is input to the amplifier circuit 9 for further amplification, and is input to the surface echo detection circuit 6.
伝搬媒質3は、通常水が使用され、トランスジューサ2
と被検材1との間にエコーは発生しないので、超音波パ
ルスの送信後、第1のエコーを表面エコーと認めること
ができるから、表面エコー検出回路6では、Mlのエコ
ーの先頭部で立ち上る、第2図(C)に示す様なパルス
を発生する。ところで、検出範囲設定器7には、第1図
に示した各距離範囲A1及びA、が設定されておフ、こ
の各距離範囲A。The propagation medium 3 is usually water, and the transducer 2
Since no echo is generated between the ML and the test material 1, the first echo after transmitting the ultrasonic pulse can be recognized as a surface echo. Therefore, the surface echo detection circuit 6 detects the A rising pulse as shown in FIG. 2(C) is generated. By the way, each distance range A1 and A shown in FIG. 1 are set in the detection range setting device 7.
及びAtと表面エコー検出回路6の出力パルスがゲート
信号作成回路8に与えられ、第2図((f)に示す様な
ゲート信号が作られる。ここで、第2図(d)に示され
る時間T、 、 T、は、次の様な値である。, At, and the output pulse of the surface echo detection circuit 6 are given to the gate signal generation circuit 8, and a gate signal as shown in FIG. 2 ((f)) is generated. Here, the gate signal shown in FIG. The times T, , T, have the following values.
2AI
TI−−、T2=L醪
Cに
のゲート信号に、第2図(e)に示す様な増幅回路9の
出力に接続されたゲート回路10の通過、遮断の制御を
行い、受信信号の中からあらかじめ設定した距離範囲A
2内の、第2図(f)に示す様なエコーのみの信号を抽
出する。この抽出された信号は、信号処理装置11に送
られ、その信号の大きさなどから欠陥部Fの評価が行わ
れる。2AI TI--, T2=L The gate signal for C is controlled to pass through and cut off the gate circuit 10 connected to the output of the amplifier circuit 9 as shown in Fig. 2(e), and the received signal is Preset distance range A from inside
2, the echo-only signal as shown in FIG. 2(f) is extracted. This extracted signal is sent to the signal processing device 11, and the defective portion F is evaluated based on the magnitude of the signal.
従来の超音波検査装置に以上の様に構成されており、検
出範囲が被検材lの表面Sを基準に決められているので
、裏面B直下の欠陥部F’に検査するために、検出範囲
を裏面Bぎシぎυに、すなわち距離範囲AI +A2
t−厚さaに極めて近付けなければならないが、厚さa
が変動した場合に不感帯が発生したシ、裏面エコー全欠
陥エコーであると誤認したりする欠点があった。このこ
とは、第3図に明示する様に、被検材lの13の部分で
正常動作する様に検出範囲、すなわち第3図の斜線で示
す距離範囲A、全設定した場合、被検材1が1bの部分
の様に厚さaがやや薄くなると、検出範囲内に裏面Bが
含まれ、欠陥部Fが存在しな(でも裏面エコーが欠陥エ
コーとして抽出されてしまうことになる。また、被検材
lがICの部分の様に厚さaがやや厚(なると、検出範
囲は裏面B直下から内部に移動し、第3図で示す部分が
不感帯となり、欠陥部Fの検出が不可能となる欠点があ
った。The conventional ultrasonic inspection device is configured as described above, and the detection range is determined based on the surface S of the material to be inspected. Change the range to the back side B, υ, that is, distance range AI + A2
t - must be very close to thickness a, but thickness a
There were drawbacks such as a dead zone occurring when the value fluctuated, and backside echoes being mistakenly recognized as all defective echoes. As clearly shown in Fig. 3, when the detection range is set so that normal operation is performed in the part 13 of the test material l, that is, the distance range A indicated by the diagonal line in Fig. 3, the test material is When the thickness a becomes a little thin, as in the case of the part 1b, the back surface B is included in the detection range, and the defective part F does not exist (although the back surface echo will be extracted as a defective echo. , when the thickness a of the material to be inspected is a little thick (as in the case of an IC part), the detection range moves from directly below the back surface B to the inside, and the part shown in Fig. 3 becomes a dead zone, making it impossible to detect the defective part F. There were drawbacks that made it possible.
この欠点を改善する目的で、受信信号から被検材の裏面
エコーを取り出し、一方、遅延回路にょ〕遅延させられ
た受信信号から、裏面エコーを基準にして被検材の欠陥
エコーを抽出する様にした構成を有し、被検材の板厚等
が変動したとしても、正確に被検材の欠陥部を検出でき
る様にした超音波検査装置が、さきに、この発明の発明
者によって提案されている(特願昭58−190463
号)。In order to improve this drawback, we extracted the backside echo of the material to be inspected from the received signal, and on the other hand, we extracted the defective echo of the material to be inspected from the received signal delayed by the delay circuit using the backside echo as a reference. The inventor of the present invention previously proposed an ultrasonic inspection device having a configuration of (Patent application Sho 58-190463
issue).
これを、第4図について説明する。第4図は従来の超音
波検査装置の他の例を示すブロック構成図で、第1図と
同一部分は同一符号を用いて表示してあシ、その詳細な
説明は省略する。図において、100は、表面エコー検
出回路6の出力を時間基準にして、増幅回路5の出力か
ら裏面エコーを取シ出す裏面エコー抽出回路、200は
増幅回路9によって欠陥エコー全顕著にした受信信号を
遅延させる遅延回路、300は、裏面エコー抽出回路1
00.の出力全時間基準に遅延された受信信号から、裏
面エコー直前の範囲内のエコーを抽出する欠陥エコー抽
出回路である。This will be explained with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing another example of a conventional ultrasonic inspection apparatus. The same parts as those in FIG. In the figure, 100 is a back-side echo extraction circuit that extracts back-side echoes from the output of the amplifier circuit 5 using the output of the front-side echo detection circuit 6 as a time reference, and 200 is a received signal in which all defective echoes have been made noticeable by the amplifier circuit 9. A delay circuit 300 delays the backside echo extraction circuit 1
00. This is a defective echo extraction circuit that extracts echoes within the range immediately before the backside echo from the received signal delayed by the output total time reference.
第5図及び第6図は、それぞれ第4図の超音波検査装置
全説明するための各主要部の出力信号波形を示す図であ
る。5 and 6 are diagrams showing output signal waveforms of each main part for explaining the entire ultrasonic inspection apparatus of FIG. 4, respectively.
次に、上記第4図に示す従来の超音波検査装置の動作に
ついて説明する。前述した第1図に示すものと同様に、
制御回路12は、周期的に、第5図Ca)に示す様なパ
ルスを発生し、送信回路4へ与える。送信回路4は、上
記パルスのタイミングにより、トランスジューサ2へ高
電圧インパルスを与えて超音波パルスを発生させる。こ
の様にして発生、送信された超音波パルスは、伝搬媒質
3の中を被検材1に向けて伝搬し、被検材1の表面Sで
一部分が反射して表面エコー全発生し、一部分が被検材
1の中に侵入して行く。被検材1中で欠陥部Fがあれば
欠陥エコーを発生する。また、超音波パルスが被検材1
の裏面Bに達すると裏面エコーが発生する。これらの各
エコーは、トランスジューサ2で受信され、増幅回路5
で増幅される。Next, the operation of the conventional ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 4 will be explained. Similar to what is shown in FIG. 1 above,
The control circuit 12 periodically generates pulses as shown in FIG. 5 (Ca) and supplies them to the transmitting circuit 4. The transmitting circuit 4 applies a high voltage impulse to the transducer 2 to generate an ultrasonic pulse according to the timing of the pulse. The ultrasonic pulse generated and transmitted in this manner propagates through the propagation medium 3 toward the specimen 1, a portion of which is reflected by the surface S of the specimen 1, generating all surface echoes, and a portion of which is transmitted. penetrates into the test material 1. If there is a defect F in the material 1 to be inspected, a defect echo is generated. In addition, the ultrasonic pulse
When it reaches the back side B of , a back side echo occurs. Each of these echoes is received by the transducer 2 and sent to the amplifier circuit 5.
is amplified.
増幅回路5の出力信号波形は、第5図(b)にその−例
全示しである。増幅回路5の出力は、増幅回路9へ入力
されてさらに増幅される一方、表面エコー検出回路6へ
入力される。この表面エコー検出回路6の出力信号波形
は、第5図(C)に示される様である。表面エコー検出
回路6からの信号は、裏面エコー抽出回路100に与え
られ、増幅回路5の出力信号から裏面エコーのみを抽出
する。この抽出は、次の様にして行われる。被検材1の
おおよその厚さaと、被検材1中での音速Cがあらかじ
め設定されていて、表面エコー検出回路6の出力信号の
立ち上5に基準にして、第5図(d)に示す様な信号波
形を発生する。第5図(d)に示す時間’l’B1゜T
a2 t!、各々次式の様に与えられる。An example of the output signal waveform of the amplifier circuit 5 is shown in FIG. 5(b). The output of the amplifier circuit 5 is input to the amplifier circuit 9 for further amplification, and is input to the surface echo detection circuit 6. The output signal waveform of this surface echo detection circuit 6 is as shown in FIG. 5(C). The signal from the front echo detection circuit 6 is given to the back echo extraction circuit 100, which extracts only the back echo from the output signal of the amplifier circuit 5. This extraction is performed as follows. The approximate thickness a of the test material 1 and the sound velocity C in the test material 1 are set in advance, and with reference to the rising edge 5 of the output signal of the surface echo detection circuit 6, ) generates a signal waveform as shown in Time 'l'B1°T shown in Figure 5(d)
a2t! , are given as follows.
TBI ””−・(a−Δa)
に
こで、Δaは被検材1の実際の厚さと、あらかじめ設定
された厚さの設定値との差の最大値であシ、被検材1の
厚さaが変動しても、裏面エコーの位置が時間TB2の
中に含まれる様にしである。一方、増@回路5の出力信
号は、あらかじめ足めた閾値によって振幅の小さい信号
が除去され、第5図(e)に示す様に、表面エコーや裏
面エコーの様な振幅の大きい信号のみが抽出される。さ
らに、この信号は、第5図(d)に示す様な前述の信号
により、時間TB2の間の信号、すなわち、第5図(f
)に示す様な裏面エコーのみが抽出される。この様にし
て抽出された裏面エコーに、欠陥エコー抽出回路300
に入力される。欠陥エコー抽出回路300に入力さり、
た裏面エコーは、第5図(乃に示す様に2値化され、第
5図(h)に示す様に、裏面エコーの立ち上シ部から時
間TFだけ活性状態になる信号が作られる。TBI ""-・(a-Δa) Here, Δa is the maximum value of the difference between the actual thickness of the material 1 to be inspected and the preset thickness value. Even if the thickness a changes, the position of the backside echo is included in the time TB2. On the other hand, from the output signal of the booster circuit 5, small amplitude signals are removed by a preset threshold value, and only large amplitude signals such as front surface echoes and back surface echoes are removed, as shown in FIG. 5(e). Extracted. Furthermore, this signal is generated during time TB2 by the aforementioned signal as shown in FIG. 5(d), that is, FIG.
) Only the backside echoes shown in () are extracted. The defect echo extraction circuit 300 applies the backside echo extracted in this way.
is input. input to the defect echo extraction circuit 300,
The back surface echo generated is binarized as shown in FIG. 5(a), and as shown in FIG. 5(h), a signal is generated that is active for a time TF from the rising edge of the back surface echo.
また一方、増幅回路5の出力は増幅回路9によシさらに
増幅され、欠陥エコーを顕著にした後に、遅延回路20
0によシ、N5図(0に示す様に時間TDだけ遅延され
る。この時間TDは、検査し様とする被検材1の範囲全
裏面Bから深さfdとすると、次式で与えられる。On the other hand, the output of the amplifier circuit 5 is further amplified by the amplifier circuit 9, and after making the defective echo noticeable, the output is sent to the delay circuit 20.
0, it is delayed by the time TD as shown in Figure N5 (0. This time TD is given by the following equation, assuming that the depth fd is from the entire back surface B of the object 1 to be inspected. It will be done.
d TD=− また、上述した時間Tpは時間TDと等しくしておく。d TD=- Further, the above-mentioned time Tp is set equal to the time TD.
この時、篤5図(h)に示す信号をゲート制御信号とし
て、遅延回路200の出力から、第5図(j)に示す様
に裏面B直下の欠陥エコーの匁−が抽出される。At this time, using the signal shown in FIG. 5(h) as a gate control signal, the output of the delay circuit 200 extracts the peak of the defective echo directly below the back surface B, as shown in FIG. 5(j).
次いで、被検材1の厚さaが変化した場合の動作を、第
6図を用いて説明する。第6図μ、第5図に対応してい
て、被検材1の厚さaが厚(なりて裏面BC)裏面エコ
ーが右側へ移動した状態を示している。第6図中で破線
で示したB。は、第5図に示すBk示している0第6図
に明示されている様に\欠陥エコーを抽出するための第
6図(h)に示すゲート信号は、裏面エコーの直前に作
られていて、上述した不感帯を生ずることなく欠陥エコ
ーを抽出することが明らかに理解される。また、被検材
1の厚さaが薄くなった場合°も、裏面エコーを基準に
してゲート信号が作られるので、裏面エコーを欠陥エコ
ーと誤認することはないoしかしながら、上述した説明
の様に、上記第4図に示す超音波検査装置では、欠陥エ
コー全抽出するためのゲート信号が、裏面エコーの立ち
上シ部を基準として作成されているために、欠陥エコー
の振幅が裏面エコーの振幅と同じ様に大きい場合は、ゲ
ート信号を正確に作成することができないという欠点が
あった。Next, the operation when the thickness a of the test material 1 changes will be explained using FIG. 6. FIG. 6 μ corresponds to FIG. 5, and shows a state in which the thickness a of the specimen 1 is thicker (returning to the back surface BC) and the back surface echo has moved to the right. B indicated by a broken line in FIG. As shown in Figure 6, the gate signal shown in Figure 6 (h) for extracting defective echoes is created just before the backside echo. It is clearly understood that defective echoes can be extracted without producing the dead zone described above. Furthermore, even when the thickness a of the material to be inspected 1 becomes thinner, the gate signal is created based on the backside echo, so the backside echo will not be mistaken as a defective echo.However, as explained above, In addition, in the ultrasonic inspection apparatus shown in Fig. 4 above, the gate signal for extracting all defect echoes is created based on the rising edge of the backside echo, so the amplitude of the defective echo is higher than that of the backside echo. If the amplitude is as large as the amplitude, there is a drawback that the gate signal cannot be created accurately.
この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改善する目
的でなされたもので、被検材の面に向けてチャープ超音
波を発射し、このチャープ超音波のエコーから検出した
信号の包絡線全抽出し、この包絡IWヲ分析、処理する
ことによシ、簡単な装置で、精度の高い被検材の検査を
行うことができる超音波検査装置を提供するものである
。This invention was made with the purpose of improving the above-mentioned drawbacks of the conventional methods. Chirped ultrasonic waves are emitted toward the surface of the material to be inspected, and the envelope of the signal detected from the echoes of the chirp ultrasonic waves is By completely extracting, analyzing and processing this envelope IW, an ultrasonic inspection device is provided which can inspect a test material with high accuracy using a simple device.
以下、この発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第7図はこの発明の一実施例である超音波検査装置を示
すブロック構成図である。1は被検材、2はトランスジ
ューサ、5はトランスジューサ2が検出した信号を増幅
する増幅回路、510はチャープ信号を発生し、トラン
スジューサ2t−駆動するチャープ信号発生器、520
は増幅回路5の出力信号全検波し、包絡線を取シ出す包
絡線抽出器、530は、増幅回路5の出力信号より被検
材1の裏面B又はその近傍のエコー全抽出し、エコー信
号を取シ込むために必要なゲート信号を作成するゲート
信号作成回路、540は包絡線抽出器520の出力をデ
ィジタル化するためのアナログ・ディジタル変換器〔以
下、A/D変換器という〕、550は、A/D変換器5
40によシデイジタル化された信号音、ゲート信号作成
回路530の出力がアクティブになっている間に、取シ
込み、記憶するためのメモリ、560はメモリ550の
内容に対して信号処理を行うためのマイクロコンピュー
タ(以下、マイコンという)である。FIG. 7 is a block diagram showing an ultrasonic inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 is a material to be inspected; 2 is a transducer; 5 is an amplifier circuit that amplifies the signal detected by the transducer 2; 510 is a chirp signal generator that generates a chirp signal and drives the transducer 2t; 520
530 is an envelope extractor that detects all the output signals of the amplifier circuit 5 and extracts the envelope; 530 extracts all the echoes on the back surface B of the test material 1 or its vicinity from the output signals of the amplifier circuit 5, and extracts the echo signal. 540 is an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an A/D converter) for digitizing the output of the envelope extractor 520; 550; is A/D converter 5
40 is a memory for capturing and storing the digitalized signal tone while the output of the gate signal generating circuit 530 is active; 560 is for performing signal processing on the contents of the memory 550; This is a microcomputer (hereinafter referred to as microcomputer).
第8図は、第7図の超音波検査装置で使用されるチャー
プ信号を示す説明図、第9図は、第7図の超音波検査装
置を説明するための各主要部の出力信号波形を示す図で
ある。FIG. 8 is an explanatory diagram showing the chirp signal used in the ultrasonic testing device shown in FIG. FIG.
次に、上記第7図に示すこの発明の一実施例である超音
波検査装置の動作について説明する。まず、チャープ信
号発生器510では、所定の繰り返し周期でチャープ信
号が発生される。このチャープ信号とは、第8図(a)
に示す様に、所定の時間Tの間、周波数がf、からf、
−\直線的に掃引されたFM波で、例えば、上記第2図
(b)に示す様な波形の信号である。この信号は、レー
ダにおけるパルス圧縮にも用いられる周知のものでl)
、次式の様に表わされる。Next, the operation of the ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 7, which is an embodiment of the present invention, will be described. First, the chirp signal generator 510 generates a chirp signal at a predetermined repetition period. This chirp signal is shown in Fig. 8(a).
As shown in , during a predetermined time T, the frequency changes from f to f,
-\ A linearly swept FM wave, for example, a signal with a waveform as shown in FIG. 2(b) above. This signal is a well-known signal that is also used for pulse compression in radar.l)
, is expressed as the following equation.
ここで、ω1=2πf1.叫=2πf2(1) =(3
o < ”T(a’定数)上記したチャープ信号ハ、ト
ランスジューサ2へ与えられ、このトランスジューサ2
から被検材1の表面Sから中へ超音波が発射される。チ
ャープ信号発生器510とトランスジューサ2との間に
は、必要に応じて図示されないパワーアンプを挿入する
。発射された超音波は、被検材1の裏面Bに向って進み
、この裏面Bで反射され、また、欠陥部Fがある時は、
この欠陥部Fでも反射され、トランスジューサ2で検出
されて増幅回路5で増幅される。この信号に、欠陥部F
が無く、裏面エコーのみの場合は、次式で与えられる。Here, ω1=2πf1. Shout = 2πf2 (1) = (3
o <"T(a' constant) The above chirp signal C is given to the transducer 2, and this transducer 2
Ultrasonic waves are emitted from the surface S of the specimen 1 into the interior. A power amplifier (not shown) is inserted between the chirp signal generator 510 and the transducer 2 as necessary. The emitted ultrasonic waves advance toward the back surface B of the test material 1 and are reflected by this back surface B. Also, when there is a defective part F,
It is also reflected at this defective portion F, detected by the transducer 2, and amplified by the amplifier circuit 5. In this signal, the defective part F
If there is no echo and there is only a backside echo, it is given by the following equation.
。=b−a(t−r)g”ジテー・(t−リ+ω・)・
t ・・・(2)ここで、τ=gh 、 h 、被検
拐1の厚さ、C:被検材1中の音速、b=被検材1の裏
面Bの超音波反射特性金示す定数である。. =b-a(t-r)g''jite・(t-ri+ω・)・
t...(2) Here, τ=gh, h is the thickness of the specimen 1, C is the sound velocity in the specimen 1, b is the ultrasonic reflection characteristic of the back surface B of the specimen 1. It is a constant.
また、欠陥部Fが被検材1の裏面Bから欠陥位置Xの距
離にある場合のエコーは、欠陥部F及び裏面Bの各エコ
ーの合成となり、次式で与えられるΦ
・出((1ゴ・・t+ω、)・t+ψ) ・・・・
・(3)仁こで、a6 == bo−a + a、=b
l ” ar bO’被検材lの裏面Bの超音波反射特
性を示す定数、b3.欠陥部Fの超音波反射特性を示す
定数。In addition, when the defective part F is located at the distance of the defect position Go...t+ω,)・t+ψ)...
・(3) Jinkode, a6 == bo-a + a, = b
l '' ar bO' constant indicating the ultrasonic reflection characteristics of the back surface B of the test material l, b3. a constant indicating the ultrasonic reflection characteristics of the defective part F;
この様に、欠陥部Fの有無によって検出される信号波形
が異なシ、これが包絡線抽出器520で包絡線のみが抽
出されると、欠陥部Fが無い場合は、B−a−b
欠陥部Fが有る場合は、
となる。一方、増幅回路5の出力は、ゲート信号作成回
路530へも入力され、欠陥エコー又に裏面エコーが検
出されている間、アクティブになる様な信号が作成され
る。以上の各信号波形を、第9図Vこ示しでいる。第9
図CH)は送信される超音波の伯°号鼓形で、持続する
時間Tの千で−プ波でおる。In this way, the detected signal waveform differs depending on the presence or absence of the defective part F. When only the envelope is extracted by the envelope extractor 520, if there is no defective part F, the B-a-b defective part If F exists, then On the other hand, the output of the amplifier circuit 5 is also input to a gate signal generation circuit 530, which generates a signal that becomes active while a defective echo or a backside echo is being detected. The waveforms of each of the above signals are shown in FIG. 9V. 9th
Figure CH) shows the transmitted ultrasonic wave in the form of a 1,000-fold wave with a duration T.
第9図(b)は欠陥部Fが無い場合のエコー、すなわち
、被検材1の裏面Bかもの裏面エコーである。FIG. 9(b) shows an echo when there is no defective part F, that is, an echo from the back side of the back side B of the material 1 to be inspected.
第9図(C) u欠陥部Fが有る場合の欠陥エコーであ
るが、この欠陥エコーは独立しては観測されず、第9図
(b)に示す裏面エコーとの和として、第9図(す)に
示゛ず°様な信号成形が検出、観測さtr−る。こnは
、包絡線抽出器520によフ処理され、第9図(1つに
示す様になる。また、ゲート信号作成回路530で作成
される信号に、第9図(e)及び(f)に示す様になる
。この信号の立ち上りは、欠陥エコーあるい(1裏面エ
コーの立ち上やと同時刻であるが、これは、特に厳密さ
を必要とせず、第9図(d)に示す様に欠陥部Fが有る
場合に、第9図(e)に示す様にならずに、第9図(f
)に示す様であっても良い。一方、信号の立ち下りに裏
面エコーの立ち下シに一致するが、これも、厳密に一致
しなくても良い。したがって、ゲート信号作成回路53
0は、図示しないコンパレータとフリップフロップによ
って簡単に構成できるる抽出された包絡f/Mに、A/
D変換器540で、あらかじめ定められた周期でサンプ
リングされ、A/D変換され、メモリ550へ入力され
る。メモリ550へ゛は、ゲート信号作成回路530の
出力がアクティブ状態である間だけ、順次に記憶されて
行(。このメモリ550の内容に対して、マイコン56
0では所定の処理がなされる。すなわち、まず、欠陥部
Fが無い場合の裏面エコーがメモリ550に記憶された
結果を、マイコン560の内部メモリに記憶する。次い
で、被検材1の検査対象のエコーに対して、上記のあら
かじめ記憶した欠陥部Fが無い場合の裏面エコーと比較
し、異なっていれば欠陥部Fが有ると判定する。さらに
、必要であればメモリ550に記憶されている信号の周
波数f全算出し、欠陥位置Xt−求める。そして、周波
数fと欠陥位置Xとの関係は、上記(4)式より、次の
様に求められる。Fig. 9(C) is a defect echo when there is a u-defect part F, but this defect echo is not observed independently, but as a sum with the backside echo shown in Fig. 9(b). Signal formations similar to those shown in (2) are detected and observed. This signal is processed by the envelope extractor 520 to become as shown in FIG. 9(e) and (f). ).The rise of this signal is at the same time as the rise of the defective echo or the backside echo (1), but this does not require particular precision, and can be seen in Figure 9(d). When there is a defective part F as shown in FIG.
) may be as shown. On the other hand, although the falling edge of the signal coincides with the falling edge of the backside echo, this need not be an exact coincidence either. Therefore, the gate signal generation circuit 53
0 is the extracted envelope f/M which can be easily constructed by a comparator and a flip-flop (not shown),
The D converter 540 samples the signal at a predetermined period, A/D converts it, and inputs it to the memory 550. The contents of the memory 550 are sequentially stored in rows only while the output of the gate signal generation circuit 530 is active.
When the value is 0, predetermined processing is performed. That is, first, the result of the backside echo stored in the memory 550 when there is no defective portion F is stored in the internal memory of the microcomputer 560. Next, the echo to be inspected of the material 1 to be inspected is compared with the backside echo stored in advance when there is no defective part F, and if they are different, it is determined that a defective part F is present. Furthermore, if necessary, all frequencies f of the signals stored in the memory 550 are calculated to determine the defect position Xt. The relationship between the frequency f and the defect position X is obtained from the above equation (4) as follows.
2(f! fr)
f=□・X ・・・・・・・・・・・
・ (5)T
また、欠陥部Fの大きさは、上記したblと対応するの
で、包絡線の極大値、極小値との差で評価される。これ
らの処理は、包絡線の立ち上り、立ち下りが少々ずれて
も難な(行うことができる□ところで、上記第1図に示
す従来の超音波検査装置において、@11図(a)に示
す様なインパルスによシトランスジューサ2を駆動し、
また、受信する場合に、トランスジューサ2は十分に広
帯域でないため、第11図(ロ)に示す様に、得られる
受信信号波形の振幅は太き(とれず、また、パルス幅が
広がシ、分解能も上がらない。これに対し、この発明に
よる超音波検査装置では、第12図(a)に示す様なチ
ャープ信号波形を用いているので、第12図(b)に示
す様な受信信号波形が得られる。2 (f! fr) f=□・X ・・・・・・・・・・・・
- (5)T Also, since the size of the defective portion F corresponds to the above-mentioned bl, it is evaluated by the difference between the maximum value and the minimum value of the envelope. These processes are difficult even if the rise and fall of the envelope are slightly off (can be done) By the way, in the conventional ultrasonic inspection apparatus shown in Fig. 1 above, the processing as shown in @ Fig. 11 (a) drive the transducer 2 with an impulse,
In addition, when receiving signals, the transducer 2 does not have a sufficiently wide band, so as shown in FIG. The resolution also does not improve.On the other hand, since the ultrasonic inspection apparatus according to the present invention uses a chirp signal waveform as shown in FIG. 12(a), the received signal waveform as shown in FIG. 12(b) is obtained.
第11図(りに示す受信信号波形が得られる理由と同じ
理由により、立ち上シが緩く、チャープ信号が切れた後
の尾引きもあるが、それ以外の中心部では十分に大きな
振幅が得られる。この発明では、チャープ信号波形の所
定の時間Tにわたる包絡線全観測、処理しているので、
信号の立ち上シ、立ち下りに余り影響されずに振幅の大
きい部分を使用することができ、極めてS/Hの良い検
査ができる。また、欠陥部Fと被検材1の裏面Bとの間
隔は、包路線の周期として得らり、るので、信号の立ち
上り、立ち下りのなまフにかかわらず、所定の分解能を
保持することができる。For the same reason that the received signal waveform shown in Figure 11 is obtained, the rise is slow and there is some tailing after the chirp signal is cut off, but otherwise a sufficiently large amplitude is obtained in the center. In this invention, the entire envelope of the chirp signal waveform over a predetermined time T is observed and processed.
It is possible to use a large amplitude portion without being affected much by the rise and fall of the signal, and it is possible to test with extremely good S/H. In addition, since the distance between the defective part F and the back surface B of the test material 1 is obtained as the period of the envelope line, a predetermined resolution can be maintained regardless of the sluggish rise and fall of the signal. be able to.
なお、上記実施例では、被検材1の検査対象のエコーに
対し、あらかじめ記憶した欠陥部Fが無い場合の裏面エ
コーと比較することにより、欠陥部Fの有無全判定する
様にした場合について説明したが、欠陥部Fが無い場合
の裏面エコーと比較しなくとも、包絡線が周期関数であ
るか否かによっても判別することができる。なぜなら、
欠陥部Fが存在すると、上記(4)式の様に周期関数と
なるからである。In addition, in the above embodiment, the presence or absence of the defective part F is completely determined by comparing the echo of the inspection object of the inspected material 1 with the backside echo stored in advance when there is no defective part F. As described above, the determination can be made based on whether the envelope is a periodic function or not, without comparing it with the backside echo when there is no defective portion F. because,
This is because if the defective portion F exists, a periodic function is formed as shown in the above equation (4).
また、上記実施例では、ゲート信号作成回路530を設
け、メモリ550へ取り込む範囲を決定しているが、送
信から一定時間の全信号をメモリ5,50に記憶させ、
各欠陥エコー及び裏面エコーをマイコン560にてサー
チ、抽出することも可能である〇また、上記実施例では
、包絡線の抽出後に、第9図(2)に示す様な直流成分
のある信号t−A/D変換する方式につhて述べたが、
第10図(2)〜0)に示す様に、直流成分をカットし
た後に、一定の闇値で2値化する方式によることもでき
る。この場合、メモリ550i、1ビツトシフトレジス
タを用いることができ、装置の簡単化に役に立つ。Further, in the above embodiment, the gate signal generation circuit 530 is provided to determine the range to be captured into the memory 550, but all signals for a certain period of time from transmission are stored in the memories 5, 50,
It is also possible to search and extract each defect echo and backside echo using the microcomputer 560. In the above embodiment, after extracting the envelope, a signal t with a DC component as shown in FIG. 9 (2) is generated. -I mentioned the method of A/D conversion, but
As shown in FIG. 10 (2) to 0), it is also possible to use a method of cutting the DC component and then binarizing it with a constant darkness value. In this case, a memory 550i and a 1-bit shift register can be used, which helps simplify the device.
また、上記実施例でに、チャープ信号発生器510で発
止する信号は、一定の周波数f、 、 f、及び時間T
’に持っている様に説明したが、上記(5)式で分かる
様に、欠陥位置Xに対する感度は、同一の被検if;!
’l(音速Cが一定)に対しては、周波数(f之−ft
)及び時間Tによって決まるので、マイコン560によ
シ判定結果に応じてチャープ信号発生器510を制御し
て、次々に測定条件を変えて検査の精度全土げる様にI
R成することも可能である。Further, in the above embodiment, the signal generated by the chirp signal generator 510 has a constant frequency f, , f, and a time T
' However, as can be seen from equation (5) above, the sensitivity to the defect position X is the same for the same object if;!
For 'l (sound speed C is constant), frequency (f - ft
) and time T, the microcomputer 560 controls the chirp signal generator 510 according to the result of the judgment, and changes the measurement conditions one after another to improve the overall accuracy of the test.
It is also possible to form R.
また、上記実施例では、被検材1が板状で、その裏面B
直下にある欠陥部Fを検出する場合にっいて説明したが
、一つの基準面に対して、その近傍に異物、突起物、く
ぼみ等が存在するか否かの判定と、その定量化のために
も適用できる。Further, in the above embodiment, the test material 1 is plate-shaped, and the back surface B
Although we have explained the case of detecting the defective part F directly below, it is also necessary to determine whether or not foreign objects, protrusions, depressions, etc. exist in the vicinity of one reference plane, and to quantify them. It can also be applied to
第13図及び第14図は、それぞれ第7図の超音波検査
装置をロボットのセンサとして適用した例を示す図であ
る1、各図において、2はトランスジューサ、13はロ
ボット本体、14は障害物、15は床面、16は段部で
ある。第13図に示すものは、移動するロボット本体1
3において、トランスジューサ2より発射する超音波に
より床面15上の障害物14を検出する様に構成した適
用例である。また、M14図に示すものは、同じく移動
するロボット本体13において、トランスジューサ2よ
フ発射する超音波にょ多床面15に存在する段状に変化
している高さ11の段部16を検出する様に’jfli
M、シた適用例である。上記した各適用例のものでは、
障害部14や段部16の有無を検知すると共に、その高
さ全測定することができる。その動作の詳細な説明は、
上述した実施例のものの説明よル明らかであるから省略
する。13 and 14 are diagrams each showing an example in which the ultrasonic inspection apparatus of FIG. 7 is applied as a robot sensor. 1 In each figure, 2 is a transducer, 13 is a robot body, and 14 is an obstacle. , 15 is a floor surface, and 16 is a stepped portion. What is shown in FIG. 13 is a moving robot body 1.
3 is an application example in which an obstacle 14 on a floor surface 15 is detected by ultrasonic waves emitted from a transducer 2. Furthermore, in the robot main body 13 which is also moving, the one shown in Fig. M14 detects the ultrasonic waves emitted from the transducer 2. Like 'jfli
This is an application example of M. In each of the above application examples,
It is possible to detect the presence or absence of the obstacle part 14 or step part 16 and to measure the entire height thereof. A detailed explanation of its operation can be found at
Since the description of the above-mentioned embodiments is clear, the description thereof will be omitted.
さらに、この発明による超音波検査装置は、自動的に物
が供給され、搬送されるテーブル上に何かが乗ってAる
か否かの検査をする場合にも適用できる。この様な場合
、テーブル上に物を乗せるのに、既にテーブル上に物が
乗っていないがを確認する必要があるし、また、搬送す
る前にテーブル上に物が乗ったことを確認することが必
要である。Furthermore, the ultrasonic inspection apparatus according to the present invention can also be applied to a case where an object is automatically fed and inspected to see if something is placed on a conveyed table and whether it is A or not. In such cases, it is necessary to confirm that there is no object already on the table before placing it on the table, and also to confirm that there is an object on the table before transporting it. is necessary.
さらにまた、この発明による超音波検査装置は、壁面な
どに設けられた押釦式のスイッチボックスにおいて、押
釦が押下された状態であるがどうかの検査にも適用がで
きる。Furthermore, the ultrasonic testing apparatus according to the present invention can be applied to a push button type switch box installed on a wall or the like, to test whether a push button is pressed down or not.
この発明は以上!i2明した6Iに、超音波検査装置に
おいて、被検材の面に向けてチャープ超音波を発射し、
このチャープ超音波のエコーがら検出した信号の包絡線
を抽出し、この包絡St−分析、処理する様に構成した
ので、信号処理の対象がキャリアで+iな(包絡線によ
るから、ディジタル化のサンプリング周期を大きくとれ
て、ハードウエアを安価に構成でき、また、極めて高い
精度で被検材の検査を行うことができると共に、インパ
ルスではなく、所定の時間に有する連続波のチャープ(
、I4号を使用するので、S/N’<良くすることがで
きるなどの優れた効果を奏するものである0That's all for this invention! i2 On 6I, an ultrasonic inspection device emits chirp ultrasonic waves toward the surface of the material to be inspected,
Since the envelope of the signal detected from the echo of this chirp ultrasound is extracted, and this envelope St-analysis and processing are performed, the signal processing target is the carrier and +i (because it depends on the envelope, the sampling of digitization is The period can be increased, the hardware can be constructed at low cost, and the material to be inspected can be inspected with extremely high precision.
, I4 is used, so it has excellent effects such as improving S/N'<0.
第1図は従来の超音波検査装置の−f!、iを示すブロ
ック構成図、第2図は、第1図の超音波検査装置ケ説明
づ−るための各主要部の出力信号波形を示す図、第3図
は、第1図の超音波検査装置にオ6いて、被検材の厚さ
が変化した時の動作全説明するための図、第4図は従来
の超音波検査装置の他の例を示すブロック構成図、第5
図及びM6図は、それぞれ第4因の超音波検森装置’r
説明するための各主要部の出力信号波形を示す図、第7
図G′よこの発明の一笑施例である超音波検査装置を示
すブロック構成図、第8図は、第7図の超音波検査装置
で侵出されるチャープ信号を示す祝明図、第9図は、第
71の超音波検査装置を説明°するための各主要部の出
力信号波形を示す図、第10図はこの発明の他の実施例
である超音波検査装置を説明するための出力信号波形を
示す図、第11図は、第1図の超音波検査装置において
、インパルスで駆動した場合の受信信号波形を示す図、
第12図に、第7図の超音波検査装置において、チャー
プ信号で駆動した場合の受信信号波形を示す図、第13
図及び第14図は、それぞれ第7図の超音波検査装置を
ロボットのセ/ザとして適用した例を示す図でおる。
図において、1・・・被検材、2・・−トランスジュー
サ、3・−・伝搬媒質、4・・・送信回路、5,9・・
・増幅回路、6・・・表面エコー検出回路、7・・・検
出範囲設定器、8 、530・・・ゲート信号作成回路
、10・・・ゲート回路、11・・・信号処理装置、1
2・・・制御回路、13・・・ロボット本体、14・・
・障害物、15・・・床面、16・・・段部、100・
・・裏面エコー抽出回路、200・・・遅延回路、30
0・・・欠陥エコー抽出回路、510・・・チャープ信
号発生器、520・・・包絡線抽出部、540・・・ア
ナログ・ディジタル変換器(A、’D変換器)、550
・・・メモリ、560・・・マイクロコンピュータ(マ
イコン)である。
なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。Figure 1 shows -f! of a conventional ultrasonic inspection device. , i, FIG. 2 is a diagram showing the output signal waveforms of each main part of the ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 1, and FIG. Figure 4 is a block configuration diagram showing another example of a conventional ultrasonic inspection apparatus;
Figure and M6 figure are respectively the fourth cause of ultrasonic inspection equipment'r.
Figure 7 shows output signal waveforms of each main part for explanation.
Figure G' is a block configuration diagram showing an ultrasonic inspection apparatus which is a simple embodiment of the present invention; Figure 8 is a block diagram showing a chirp signal emitted by the ultrasonic inspection apparatus of Figure 7; 10 is a diagram showing output signal waveforms of each main part for explaining the 71st ultrasonic inspection apparatus, and FIG. 10 is an output signal diagram for explaining an ultrasonic inspection apparatus according to another embodiment of the present invention. A diagram showing waveforms, FIG. 11 is a diagram showing a received signal waveform when driven by impulse in the ultrasonic inspection apparatus of FIG. 1,
Fig. 12 is a diagram showing the received signal waveform when driven by a chirp signal in the ultrasonic inspection apparatus shown in Fig. 7;
14 and 14 are diagrams each showing an example in which the ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 7 is applied as a sensor/sensor for a robot. In the figure, 1...Test material, 2...-Transducer, 3...Propagation medium, 4...Transmission circuit, 5, 9...
- Amplifier circuit, 6... Surface echo detection circuit, 7... Detection range setter, 8, 530... Gate signal creation circuit, 10... Gate circuit, 11... Signal processing device, 1
2... Control circuit, 13... Robot body, 14...
・Obstacle, 15...Floor, 16...Step, 100・
...Back side echo extraction circuit, 200...Delay circuit, 30
0... Defect echo extraction circuit, 510... Chirp signal generator, 520... Envelope extraction section, 540... Analog-digital converter (A, 'D converter), 550
. . . memory, 560 . . . microcomputer (microcomputer). In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
前記面からのチヤープ超音波のエコーを検出する手段と
、このエコーから検出した信号の包絡線を抽出する手段
と、前記検出した信号からゲート信号を作成する手段と
、このゲート信号中に含まれる前記包絡線を分析、処理
する手段とを備え、前記面に近接して物体が存在するか
否かを検出すると共に、前記面からの距離を測定するこ
とを特徴とする超音波検査装置。means for emitting chirp ultrasonic waves toward the surface of the material to be inspected;
means for detecting echoes of chirp ultrasound from the surface; means for extracting an envelope of the signal detected from the echo; means for creating a gate signal from the detected signal; An ultrasonic inspection apparatus comprising: means for analyzing and processing the envelope, and detecting whether or not an object is present in the vicinity of the surface, and measuring a distance from the surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59126892A JPS617465A (en) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | Ultrasonic wave tester |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59126892A JPS617465A (en) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | Ultrasonic wave tester |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS617465A true JPS617465A (en) | 1986-01-14 |
| JPH0552461B2 JPH0552461B2 (en) | 1993-08-05 |
Family
ID=14946441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59126892A Granted JPS617465A (en) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | Ultrasonic wave tester |
Country Status (1)
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Also Published As
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|---|---|
| JPH0552461B2 (en) | 1993-08-05 |
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