JPS6229023B2 - - Google Patents
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- JPS6229023B2 JPS6229023B2 JP55084215A JP8421580A JPS6229023B2 JP S6229023 B2 JPS6229023 B2 JP S6229023B2 JP 55084215 A JP55084215 A JP 55084215A JP 8421580 A JP8421580 A JP 8421580A JP S6229023 B2 JPS6229023 B2 JP S6229023B2
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、超音波エコー反射体の性状、大きさ
を推定するのに好適な非破壊検査方法及びその装
置に関する。 金属材料内部に存在する傷、溶接部の融合不
良、スラグ巻込み等の欠陥を超音波により探傷す
る場合、これらの欠陥から反射された超音波エコ
ーを周波数分析して、周波数スペクトルから欠陥
に関する情報を推定する方法がある。この代表的
なものゝ１つに、米国特許3776026（スペクトル
分析による超音波欠陥決定法）が挙げられる。こ
の方法は、周波数スペクトルの極大値間の周波数
間隔Δｆから欠陥の大きさｄを(1)式の如く決定す
るものである。 ｄ＝ｃ／Δｆsioθ ………(1) ここで、ｃ：超音波の音速（mm／ｓ）、θ：超
音波の入射角（deg.）、Δｆ：周波数スペクトル
の極大値間の周波数間隔（Hz）、ｄ：欠陥の大き
さ（mm）。 実際の現象では、或る反射体からの超音波エコ
ーの周波数スペクトルは、単峰性であるために周
波数間隔Δｆが求められない場合や、例え、Δｆ
が得られても一定間隔ではない場合等、必ずしも
理想的なパターンが得られるものではない。さら
に、欠陥の大きさを推定する問題の他に、反射体
が溶接部境界であるが、真に割れや融合不良等の
欠陥であるのか、その性状を非破壊的に検知する
ことは、構造物の品質管理の上で、非常に重要で
ある。このような観点からは、上記の従来法は、
一定の周波数間隔の時に欠陥の大きさを決定する
方法を与えるものであるため、適用の範囲が狭い
と云う欠点を有する。 本発明の目的は、得られた超音波エコーの反射
体が被検体の形状であるのか、または溶接部境界
であるのか、欠陥であるのかを識別する方法及び
装置を提供することにある。 本発明は、超音波エコーの周波数スペクトルか
ら特徴的パラメータを抽出し、これらを予め求め
ておいた実験値または理論値と比較することによ
つて、反射体の性状の識別と欠陥の大きさの推定
を行なうものである。 本発明の具体例について、以下、図面を用いて
説明する。 超音波エコーの周波数スペクトルの代表的パタ
ーンの例は、第１図に示す如く、(a)単峰性、(b)定
ピツチ多峰性、(c)不定ピツチ多峰性に類別され
る。反射体が被検体形状の境界、欠陥、溶接部境
界等の違いにより、周波数スペクトルのパターン
が異なることは、実験的に確認される。このパタ
ーンを定量的に把握するために、特徴的パラメー
タとして、以下の４つを用いることにする。 (1) 最大スペクトル強度ｑn (2) 中心周波数f0 (3) 極大値間の周波数間隔の平均値Δｆ〓 (4) 同 上 の標準偏差σf 本発明は当該４つの特徴的パラメータが、反射
体の性状によつてどのように相違するかを予め実
験的または理論的に求めておき、実測値と比較す
る。 比較の一例として、溶接部境界と欠陥（または
被検体形状）の識別法を第２図に示す。欠陥エコ
ーは、単峰性または定ピツテ多峰性のパターンを
呈する場合が多い。これに対して、溶接部境界エ
コーは、境界部から微小の時間差で反射された多
数のエコーが重なつたものであるため、その周波
数スペクトルにおいて、極大値間の周波数間隔の
標準偏差σfが大きく、なおかつ最大スペクトル
強度ｑnが大きい。この場合、注意を要すること
は、時間領域における超音波エコーの振幅は一定
レベルに調整した上で周波数スペクトルを算出す
ることである。被検体形状境界エコーは、単峰性
のパターンである場合が多い。その理由は、この
境界からのエコーは単一のエコーであるためであ
る。単峰性の場合は、周波数間隔Δｆなるものが
ないが、便宜上、周波数間隔の標準偏差σfを零
として扱う。 以上は、最大スペクトル強度ｑnと極大値間の
周波数間隔の標準偏差σfの使用例であるが、中
心周波数f0及び周波数間隔の平均値Δｆ〓について
は、主として反射体の大きさの推定に利用する。
欠陥の大きさｄを(1)式により推定する場合、従来
は周波数間隔Δｆを用いていたのに対し、本発明
は平均値Δｆ〓を用いる。これは、多峰性のパター
ンにおいて、周波数間隔Δｆが均一である場合は
希であるからである。他方、中心周波数f0は、反
射体が小さい程、高くなる傾向がある。定量的に
は、既知の材質、欠陥の大きさ等を対象にした実
験で予め中心周波数f0を測定しておき、これと、
未知の被検体の結果とを比較して推定する。 上記の方法を装置化した一実施例を第３図に示
す。同図中、被検体１に存在する反射体ｆの性状
（被検体形状の境界、溶接部境界、欠陥）を識別
し、欠陥である場合には、その大きさを推定する
ために、通常の超音波探傷で用いられている探触
子２及び超音波受信器３の他に、周波数分析回路
４、特徴抽出回路５、特徴比較回路６、出力回路
７及びデータ記憶回路８を設ける。 周波数分析回路４は、超音波エコーＲのRF
（Radio Freg.）信号の所定時間幅τから(2)式の
如く、スペクトル強度ｑを算出する。 ｑ(f)＝｜∫〓／２ −〓／２ｒ（ｔ）ｅ-j〓tdt｜
………(2) ここで、ｒ（ｔ）は超音波エコー、ｆは周波
数、ω＝２πｆである。 特徴抽出回路５は、上記４つの特徴的パラメー
タを抽出する。周波数分析回路４から入力される
データ（ｆi、ｑi）、（ｉ＝１〜Ｎ）を受けて、当
該回路５は、第４図のフロー線図に従つて、ｑ
n、f0、Δｆ〓、σfを計算し、次段の回路に出力す
る。同図中の計算のステツプ３、４、５によつ
て、所定の閾値Ｌよりも小さなスペクトルの変化
（脈動）を平滑するようにしている。 なお、演算については、第４図のフローチヤー
トに示すごとく、超音波受信信号の周波数スペク
トルの内から、極大値ｑni（ｉ＝１、２、……）
を取り出した後に、通常の計算をしている。すな
わち、 ｑn：極大値ｑniの内から、最大のものを選ぶ Δｆ〓：周波数間隔Δｆi（ｉ＝１、２、……）の
平均値 ＝
を推定するのに好適な非破壊検査方法及びその装
置に関する。 金属材料内部に存在する傷、溶接部の融合不
良、スラグ巻込み等の欠陥を超音波により探傷す
る場合、これらの欠陥から反射された超音波エコ
ーを周波数分析して、周波数スペクトルから欠陥
に関する情報を推定する方法がある。この代表的
なものゝ１つに、米国特許3776026（スペクトル
分析による超音波欠陥決定法）が挙げられる。こ
の方法は、周波数スペクトルの極大値間の周波数
間隔Δｆから欠陥の大きさｄを(1)式の如く決定す
るものである。 ｄ＝ｃ／Δｆsioθ ………(1) ここで、ｃ：超音波の音速（mm／ｓ）、θ：超
音波の入射角（deg.）、Δｆ：周波数スペクトル
の極大値間の周波数間隔（Hz）、ｄ：欠陥の大き
さ（mm）。 実際の現象では、或る反射体からの超音波エコ
ーの周波数スペクトルは、単峰性であるために周
波数間隔Δｆが求められない場合や、例え、Δｆ
が得られても一定間隔ではない場合等、必ずしも
理想的なパターンが得られるものではない。さら
に、欠陥の大きさを推定する問題の他に、反射体
が溶接部境界であるが、真に割れや融合不良等の
欠陥であるのか、その性状を非破壊的に検知する
ことは、構造物の品質管理の上で、非常に重要で
ある。このような観点からは、上記の従来法は、
一定の周波数間隔の時に欠陥の大きさを決定する
方法を与えるものであるため、適用の範囲が狭い
と云う欠点を有する。 本発明の目的は、得られた超音波エコーの反射
体が被検体の形状であるのか、または溶接部境界
であるのか、欠陥であるのかを識別する方法及び
装置を提供することにある。 本発明は、超音波エコーの周波数スペクトルか
ら特徴的パラメータを抽出し、これらを予め求め
ておいた実験値または理論値と比較することによ
つて、反射体の性状の識別と欠陥の大きさの推定
を行なうものである。 本発明の具体例について、以下、図面を用いて
説明する。 超音波エコーの周波数スペクトルの代表的パタ
ーンの例は、第１図に示す如く、(a)単峰性、(b)定
ピツチ多峰性、(c)不定ピツチ多峰性に類別され
る。反射体が被検体形状の境界、欠陥、溶接部境
界等の違いにより、周波数スペクトルのパターン
が異なることは、実験的に確認される。このパタ
ーンを定量的に把握するために、特徴的パラメー
タとして、以下の４つを用いることにする。 (1) 最大スペクトル強度ｑn (2) 中心周波数f0 (3) 極大値間の周波数間隔の平均値Δｆ〓 (4) 同 上 の標準偏差σf 本発明は当該４つの特徴的パラメータが、反射
体の性状によつてどのように相違するかを予め実
験的または理論的に求めておき、実測値と比較す
る。 比較の一例として、溶接部境界と欠陥（または
被検体形状）の識別法を第２図に示す。欠陥エコ
ーは、単峰性または定ピツテ多峰性のパターンを
呈する場合が多い。これに対して、溶接部境界エ
コーは、境界部から微小の時間差で反射された多
数のエコーが重なつたものであるため、その周波
数スペクトルにおいて、極大値間の周波数間隔の
標準偏差σfが大きく、なおかつ最大スペクトル
強度ｑnが大きい。この場合、注意を要すること
は、時間領域における超音波エコーの振幅は一定
レベルに調整した上で周波数スペクトルを算出す
ることである。被検体形状境界エコーは、単峰性
のパターンである場合が多い。その理由は、この
境界からのエコーは単一のエコーであるためであ
る。単峰性の場合は、周波数間隔Δｆなるものが
ないが、便宜上、周波数間隔の標準偏差σfを零
として扱う。 以上は、最大スペクトル強度ｑnと極大値間の
周波数間隔の標準偏差σfの使用例であるが、中
心周波数f0及び周波数間隔の平均値Δｆ〓について
は、主として反射体の大きさの推定に利用する。
欠陥の大きさｄを(1)式により推定する場合、従来
は周波数間隔Δｆを用いていたのに対し、本発明
は平均値Δｆ〓を用いる。これは、多峰性のパター
ンにおいて、周波数間隔Δｆが均一である場合は
希であるからである。他方、中心周波数f0は、反
射体が小さい程、高くなる傾向がある。定量的に
は、既知の材質、欠陥の大きさ等を対象にした実
験で予め中心周波数f0を測定しておき、これと、
未知の被検体の結果とを比較して推定する。 上記の方法を装置化した一実施例を第３図に示
す。同図中、被検体１に存在する反射体ｆの性状
（被検体形状の境界、溶接部境界、欠陥）を識別
し、欠陥である場合には、その大きさを推定する
ために、通常の超音波探傷で用いられている探触
子２及び超音波受信器３の他に、周波数分析回路
４、特徴抽出回路５、特徴比較回路６、出力回路
７及びデータ記憶回路８を設ける。 周波数分析回路４は、超音波エコーＲのRF
（Radio Freg.）信号の所定時間幅τから(2)式の
如く、スペクトル強度ｑを算出する。 ｑ(f)＝｜∫〓／２ −〓／２ｒ（ｔ）ｅ-j〓tdt｜
………(2) ここで、ｒ（ｔ）は超音波エコー、ｆは周波
数、ω＝２πｆである。 特徴抽出回路５は、上記４つの特徴的パラメー
タを抽出する。周波数分析回路４から入力される
データ（ｆi、ｑi）、（ｉ＝１〜Ｎ）を受けて、当
該回路５は、第４図のフロー線図に従つて、ｑ
n、f0、Δｆ〓、σfを計算し、次段の回路に出力す
る。同図中の計算のステツプ３、４、５によつ
て、所定の閾値Ｌよりも小さなスペクトルの変化
（脈動）を平滑するようにしている。 なお、演算については、第４図のフローチヤー
トに示すごとく、超音波受信信号の周波数スペク
トルの内から、極大値ｑni（ｉ＝１、２、……）
を取り出した後に、通常の計算をしている。すな
わち、 ｑn：極大値ｑniの内から、最大のものを選ぶ Δｆ〓：周波数間隔Δｆi（ｉ＝１、２、……）の
平均値 ＝
【式】
σf：Δｆiの標準偏差＝
f0：中心周波数＝１／ｑ(f)∫ｑ(f)dt
特徴比較回路６では、超音波探傷で新たに得ら
れた特徴的パラメータをデータ記憶回路８におけ
るデータと比較し、超音波エコー（ｔ）の反射体
の性状を識別すると共に、欠陥であればその大き
さを推定する。データ記憶回路８には、例えば第
２図のマツプが記憶されている。さらに、被検体
の材質、欠陥の形状（円形、スリツト等）別に、
欠陥の大きさｄと中心周波数f0の関係もテーブル
として登録されている。この種の情報は外部か
ら、入力情報Exとして与えられる。このような
回路構成において、欠陥の大きさを推定する手順
は第５図のように表わすことができる。 出力回路７はＸ−ＹプロツターまたはCRTで
よく、これには、第２図の如きマツプ上に超音波
エコーの（ｑn、σf）が表示される。第６図は異
種金属溶接部の溶接部境界と各種欠陥（スリツト
傷、ドリル横穴、自然状割れ）を対象にした実験
結果の例である。検査結果は、第５図のフローチ
ヤートに示す如く、欠陥の大きさの推定と溶接部
境界からの反射波であるか否かの識別が出来る結
果となる。特に溶接部境界からの反射波であるか
否かの識別は反射波情報を解析する場合に反射源
の誤認識が生じないようにするのに役立つ。 以上説明した如く、本発明の実施例によれば、
超音波エコーの反射体が何であるか簡単に識別で
きるので、検査能率とその信頼性が大幅に向上す
る。また、本発明はプラント構造物、材料の品質
管理に大きく寄与する。 これまでの説明では、スペクトル強度ｑを(2)式
により算出したが、さらに供試探触子による影響
をなくすために、(3)式から求めてもよい。 ｑ(f)＝１／ｑｐ(f)｜∫〓／２ −〓／２ｒ（ｔ）
ｅ-j〓tdt｜ ………(3) ここで、ｑp(f)は探触子の周波数スペクトルで
ある。 なお、本発明は、第３図示のような専用機器に
よる構成のほか、マイクロコンピユータ等を用い
ても構成できる。その場合、送信機３からの信号
をＡ／Ｄ変換し、コンピユータにより周波数分
析、特徴抽出、及び特徴比較を行なうことができ
る。また、特徴抽出と特徴比較のみをコンピユー
タで行なうこともできる。
れた特徴的パラメータをデータ記憶回路８におけ
るデータと比較し、超音波エコー（ｔ）の反射体
の性状を識別すると共に、欠陥であればその大き
さを推定する。データ記憶回路８には、例えば第
２図のマツプが記憶されている。さらに、被検体
の材質、欠陥の形状（円形、スリツト等）別に、
欠陥の大きさｄと中心周波数f0の関係もテーブル
として登録されている。この種の情報は外部か
ら、入力情報Exとして与えられる。このような
回路構成において、欠陥の大きさを推定する手順
は第５図のように表わすことができる。 出力回路７はＸ−ＹプロツターまたはCRTで
よく、これには、第２図の如きマツプ上に超音波
エコーの（ｑn、σf）が表示される。第６図は異
種金属溶接部の溶接部境界と各種欠陥（スリツト
傷、ドリル横穴、自然状割れ）を対象にした実験
結果の例である。検査結果は、第５図のフローチ
ヤートに示す如く、欠陥の大きさの推定と溶接部
境界からの反射波であるか否かの識別が出来る結
果となる。特に溶接部境界からの反射波であるか
否かの識別は反射波情報を解析する場合に反射源
の誤認識が生じないようにするのに役立つ。 以上説明した如く、本発明の実施例によれば、
超音波エコーの反射体が何であるか簡単に識別で
きるので、検査能率とその信頼性が大幅に向上す
る。また、本発明はプラント構造物、材料の品質
管理に大きく寄与する。 これまでの説明では、スペクトル強度ｑを(2)式
により算出したが、さらに供試探触子による影響
をなくすために、(3)式から求めてもよい。 ｑ(f)＝１／ｑｐ(f)｜∫〓／２ −〓／２ｒ（ｔ）
ｅ-j〓tdt｜ ………(3) ここで、ｑp(f)は探触子の周波数スペクトルで
ある。 なお、本発明は、第３図示のような専用機器に
よる構成のほか、マイクロコンピユータ等を用い
ても構成できる。その場合、送信機３からの信号
をＡ／Ｄ変換し、コンピユータにより周波数分
析、特徴抽出、及び特徴比較を行なうことができ
る。また、特徴抽出と特徴比較のみをコンピユー
タで行なうこともできる。
第１図は超音波エコーの周波数スペクトルの代
表的パターン例を示す図、第２図は溶接部境界エ
コーと欠陥エコーの識別マツプ、第３図は本発明
の装置の一実施例を示す図、第４図及び第５図は
本発明を構成する特徴抽出回路及び特徴比較回路
の動作例を説明するフロー線図、第６図は実験結
果の例を示す図である。 １……被検体、２……探触子、３……超音波送
受信器、４……周波数分析回路、５……特徴抽出
回路、６……特徴比較回路、７……出力回路、８
……データ記憶回路。
表的パターン例を示す図、第２図は溶接部境界エ
コーと欠陥エコーの識別マツプ、第３図は本発明
の装置の一実施例を示す図、第４図及び第５図は
本発明を構成する特徴抽出回路及び特徴比較回路
の動作例を説明するフロー線図、第６図は実験結
果の例を示す図である。 １……被検体、２……探触子、３……超音波送
受信器、４……周波数分析回路、５……特徴抽出
回路、６……特徴比較回路、７……出力回路、８
……データ記憶回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 探傷子より超音波を発信し、該発信波に対す
る被検査物からの反射波を探傷子で受信し、該受
信信号を処理して得られた信号から上記被検査物
中の欠陥の有無を調べる方法において、上記信号
処理は、上記受信信号の周波数スペクトルを示す
信号を求める第一段階と、上記周波数スペクトル
信号からその周波数スペクトルの特徴パラメータ
である最大スペクトル強度及び極大値間の周波数
間隔の標準偏差を演算する第二段階により行な
い、前記第二段階で得られた前記演算結果データ
と予め求めたデータとを比較して反射波の性状の
識別をすることを特徴とした周波数スペクトル解
析による非破壊検査方法。 ２ 特許請求の範囲の第１項において、前記比較
工程は、前記信号処理で、前記第二段階後に、前
記予め求めた幾つかの状態に対応するデータを記
憶した記憶装置からの記憶値と、前記第二段階で
得られた演算結果データとを比較し、比較結果を
示す信号を出力する段階により行なうことを特徴
とした周波数スペクトル解析による非破壊検査方
法。 ３ 探触子から超音波を発信し、該発信波の被検
査物からの反射波を受信し、電気信号に変換する
手段と、上記電気信号から上記反射波の周波数ス
ペクトル信号を求める周波数分析器と、被検査物
の幾つかの状態に対してあらかじめ求めた反射波
の周波数スペクトルに対する少なくとも１組の特
徴パラメータ値である最大スペクトル強度ｑnと
極大値間の周波数間隔の標準偏差σfとを記憶し
ている記憶装置と、上記周波数分析器の出力信号
に対する少なくとも１組の特徴パラメータ値を、
上記最大スペクトル強度ｑnについては、超音波
受信信号の周波数スペクトルの内から極大値ｑni
（ｉ＝１、２、……）を取り出した後に、その極
大値ｑniから最大値を求めることによつて得る演
算処理部と、上記極大値間の周波数間隔の標準偏
差σfについては各極大値間の各周波数間隔の値
を基にして標準偏差の式で求める演算処理部と、
これらの各演算処理部の算出値を上記記憶装置に
記憶された対応する少なくとも１組の特徴パラメ
ータと比較し、比較結果を反射波の性状結果とし
て出力する演算処理部とから成る演算処理装置と
から成る周波数スペクトル解析による非破壊検査
装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8421580A JPS578445A (en) | 1980-06-20 | 1980-06-20 | Method and device of non-destructive inspection by frequency spectral analysis |
| US06/274,428 US4428235A (en) | 1980-06-20 | 1981-06-17 | Non-destructive inspection by frequency spectrum resolution |
| CA000380071A CA1169955A (en) | 1980-06-20 | 1981-06-18 | Non-destructive inspection by frequency spectrum resolution |
| DE8181104728T DE3169659D1 (en) | 1980-06-20 | 1981-06-19 | Non-destructive inspection by frequency spectrum resolution |
| EP81104728A EP0042601B1 (en) | 1980-06-20 | 1981-06-19 | Non-destructive inspection by frequency spectrum resolution |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8421580A JPS578445A (en) | 1980-06-20 | 1980-06-20 | Method and device of non-destructive inspection by frequency spectral analysis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS578445A JPS578445A (en) | 1982-01-16 |
| JPS6229023B2 true JPS6229023B2 (ja) | 1987-06-24 |
Family
ID=13824249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8421580A Granted JPS578445A (en) | 1980-06-20 | 1980-06-20 | Method and device of non-destructive inspection by frequency spectral analysis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS578445A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57179745A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-05 | Fujitsu Ltd | Method and device for measuring material property by ultrasonic wave |
| JPS58162861A (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-27 | Toshiba Corp | 超音波探傷装置 |
| KR100497501B1 (ko) * | 2002-11-29 | 2005-07-01 | (주)오리엔트전산 | 초음파를 이용한 자동차 엔진용 피스톤 갤러리의 결함탐지방법 및 이에 사용되는 결함탐지 장치 |
| KR100681855B1 (ko) | 2004-08-31 | 2007-02-15 | (주) 엠큐브테크놀로지 | 향상된 해상도의 이미지를 얻을 수 있는 초음파 측정방법 |
| JP5104833B2 (ja) * | 2009-09-09 | 2012-12-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 構造物内部状態計測システム及び構造物内部状態計測方法 |
| JP7695674B2 (ja) * | 2022-01-21 | 2025-06-19 | 株式会社ダイヘン | 欠陥判定装置 |
-
1980
- 1980-06-20 JP JP8421580A patent/JPS578445A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS578445A (en) | 1982-01-16 |
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