JP4135512B2 - Ultrasonic signal processing method and ultrasonic measurement apparatus - Google Patents
Ultrasonic signal processing method and ultrasonic measurement apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP4135512B2 JP4135512B2 JP2003014372A JP2003014372A JP4135512B2 JP 4135512 B2 JP4135512 B2 JP 4135512B2 JP 2003014372 A JP2003014372 A JP 2003014372A JP 2003014372 A JP2003014372 A JP 2003014372A JP 4135512 B2 JP4135512 B2 JP 4135512B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- time
- value
- ultrasonic
- series
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/023—Solids
- G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波の信号処理方法に関し、特に鋳造材、耐火レンガ、コンクリートなど超音波が散乱してノイズが多い被検体について探傷や厚み計測を行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波(弾性波ということもある)は固体内部への透過性が良いことから、被検体の探傷や厚み計測に広く用いられている。通常、このような探傷や厚み計測にはパルス反射法が一般的に使用されている。このパルス反射法は被検体の表面から超音波パルスを入射し、欠陥あるいは裏面から反射してきた超音波(以下、信号エコーと呼ぶ)を受信し、その信号エコーの伝播時間に基づいて探傷や厚みを測定する方法である。
【0003】
ところでパルス反射法を、鋳造材、耐火レンガ、コンクリートなどの被検体に用いた場合は、被検体内部の結晶粒や微細な空隙、骨材などによって超音波が散乱され、信号エコーがこれらの組織による散乱エコー(以下、散乱ノイズと呼ぶ)によって隠されてしまいS/N(SN比)が悪化するという問題がある。
【0004】
これを避けるためには超音波の周波数を低くすることが効果的で、例えば鋼材を対象とした場合、普通、周波数は1MHz〜50MHz程度が用いられるが、これらの被検体に対しては一般に1MHz以下、場合によっては50KHz程度まで周波数を下げることが行われている。
【0005】
しかし、この程度にまで周波数を下げた場合、超音波ビームの指向角が非常に広くなる。この結果、信号エコーは弱くなってしまい、信号エコーに対して相対的に散乱ノイズが大きくなったり、あるいは1探法の場合は送信パルスの尾引き(これもノイズの1種となる)が大きくなったりし、結局、あまりS/Nは改善されない。
【0006】
この1探法の送信パルスの尾引きをなくすため、1MHz以下の低周波では送信用の探触子と受信用の探触子を別々にした2探法も良く用いられる。しかし、2探法にすると、表面波が直接受信用の探触子に混入しノイズとなる。これも周波数が低く指向角が広いほど、相対的に信号エコーに対して大きくなってくる。
【0007】
このように、単に周波数を下げても散乱ノイズに対してS/Nを向上させることには限界がある。そこで、散乱性の強い材料での超音波計測において、S/Nを向上させる方法として、以下の技術が提案されている。
【0008】
その1つの技術では、耐火物などの厚みを測定する場合において、弾性波を送信する位置と反射波を受信する位置の間隔を変化させて反射波を受信し、その反射波を加算平均することでS/Nの低下を防止するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
【0009】
また他の技術では、コンクリート内部欠陥を超音波により検査する場合において、探触子の走査を複数箇所で行ない、これら複数走査線の受信波形を合成するようにしている(例えば、特許文献2参照)。
【0010】
このようにすると、被検体の空隙部あるいは裏面からの信号エコーは探触子を移動してもほぼ同じビーム路程に現れるので加算によって増幅される。一方、散乱ノイズは様々な位置から反射してきたエコーが干渉したものであるため、探触子を移動すると波形がランダムに変化する。従って、散乱ノイズは加算によって増幅されないため、S/Nを向上させることができる。
【0011】
【特許文献1】
特開平9−61144号公報
【0012】
【特許文献2】
特開平10−288608号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加算平均を行う方法においてはS/Nを向上させるために、非常に数多くの平均が必要である。例えば、コンクリートの場合を例に取ると、200mm×200mmの範囲で探触子を移動させながら、最低でも500回以上の加算平均をしなければ効果がないとされている(検査技術99年8月号P54−60「超音波によるコンクリート内部の探知▲4▼」)。
【0014】
更に、低周波数を用いる場合は、S/Nを良くするため狭い指向角が得られるようになるべく大きな面積の探触子を使うことが望ましい。そうすると、これらの方法を特許文献1に記載された耐火物の残厚計測に用いる場合は、大きな面積の探触子を用いるため、炉などの鉄皮に大きな開孔を設ける必要がある。しかし、実際には炉などの機械的強度や冷却の観点から炉の鉄皮に大きな開孔を設けることは困難である。従って、大きな面積の探触子を用いることに制限がある。
【0015】
また、特許文献2に記載された、鉄皮開孔といった問題のないコンクリートの場合でも探触子を動かしながら500回以上の平均を行うことは非常に時間を要するため、検査に多大の時間を要するという問題がある。
【0016】
本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、散乱性の強い材料の超音波計測において、大きな面積の探触子を用いなくても、少ないデータ数で高いS/Nが得られる超音波信号処理方法及び超音波計測装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するための、本発明に係る第1の局面の超音波信号処理方法は、超音波により被検体の探傷または厚み計測を行う超音波計測装置の超音波信号処理方法であって、前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を得て、それら複数の時系列信号の同一時点の信号値のうち少なくとも1つの信号値の極性が異なるときはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、それら複数の時系列信号の同一時点の複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求め、この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行う。
【0018】
また本発明に係る他の局面の超音波信号処理方法は、超音波により被検体の探傷または厚み計測を行う超音波計測装置の超音波信号処理方法であって、前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を得て、それら複数の時系列信号の同一時点の信号値を正、負の2つの極性に分類し、少ない極性に属する信号の個数が所定数以上の場合にはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、多い極性に属する複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求め、この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行う。
【0019】
また本発明に係る他の局面の超音波信号処理方法は、上記記載の超音波処理方法において、前記測定した位置毎の複数の時系列信号の数をn、前記探触子の1測定毎に変化させる距離をL、前記超音波のビーム巾をBとして、n、Lが下記式を満たすように前記被検体を測定する。
2L ≦ nL ≦ B
【0020】
また本発明に係る他の局面の超音波信号処理方法は、上記記載の超音波処理方法において、前記新たな時系列信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去ステップを更に備えた。
【0021】
また本発明に係る他の局面の超音波信号処理方法は、上記記載の超音波処理方法において、前記ノイズ除去ステップは、バンドパスフィルタを用いてノイズを除去する。
【0022】
また本発明に係る他の局面の超音波信号処理方法は、上記記載の超音波処理方法において、前記ノイズ除去ステップは、前記ノイズの周波数f、前記時系列信号を測定するためのサンプリング周波数fsを用いて下記式により整数Kを求め、前記新たな時系列信号において、信号値が0でない連続した測定点の個数がK個以下のときは、当該連続した測定点の信号値を0とする。
K = [fs/(2f)]
【0023】
また本発明に係る他の局面の超音波信号処理方法は、上記記載の超音波処理方法において、前記被検体は、鋳造材または耐火煉瓦またはコンクリートである。
【0024】
また本発明に係る他の局面の超音波計測装置は、超音波により被検体の探傷または厚み計測を行う超音波計測装置であって、前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を獲得する獲得手段と、それら複数の時系列信号の同一時点の信号値のうち少なくとも1つの信号値の極性が異なるときはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、それら複数の時系列信号の同一時点の複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求める演算手段と、この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行う計測手段とを備えた。
【0025】
また本発明に係る他の局面の超音波計測装置は、超音波により被検体の探傷または厚み計測を行う超音波計測装置であって、前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を獲得する獲得手段と、それら複数の時系列信号の同一時点の信号値を正、負の2つの極性に分類し、少ない極性に属する信号の個数が所定数以上の場合にはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、多い極性に属する複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求める演算手段と、この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行う計測手段とを備えた。
【0026】
また本発明に係る他の局面の超音波計測装置は、上記記載の超音波計測装置において、前記新たな時系列信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去手段を更に備え、該ノイズ除去手段は、前記ノイズの周波数f、前記時系列信号を測定するためのサンプリング周波数fsを用いて下記式により整数Kを求め、前記新たな時系列信号において、信号値が0でない連続した測定点の個数がK個以下のときは、当該連続した測定点の信号値を0とする超音波計測装置である。
K = [fs/(2f)]
【0027】
また本発明に係る他の局面の超音波計測装置は、上記記載の超音波計測装置において、前記被検体は、鋳造材または耐火煉瓦またはコンクリートである。
【0029】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態を示す構成図である。本実施の形態では、検査材1を固定し、一つの探触子2の位置を4箇所移動して測定する。探触子2には図には示されていない送信部と受信部が接続されている。そして、4箇所のそれぞれの位置において、超音波の送信および受信が行われ、波形記憶部3にそれぞれの位置における超音波の時系列信号が記憶される。ここで、超音波の時系列信号とは、経過時間毎の超音波の受信信号のことをいう。このようにして得た複数の時系列信号は演算部4に送られ、散乱ノイズを低減するための演算が施される。
【0030】
図2は、本発明の原理を説明する図である。
【0031】
探傷や厚み測定においては、信号エコーである欠陥あるいは裏面からの反射エコーを測定するが、探触子2の位置を変化させても、信号エコーが生じる界面と探触子2との距離があまり変化しないように測定条件を整えることができる。そうすると、この場合には、探触子2の位置を変化させて得た複数の時系列信号に含まれる信号エコーの極性は皆揃っている。
【0032】
一方、散乱ノイズは様々な位置の散乱体からの反射波が干渉しあって生じている。従って、探触子2の位置が異なると敏感にその波形が変化する。
【0033】
このような信号の性質の違いの結果、信号エコーについては、探触子2の位置を変化させても常に受信信号の所定位置に、ある一定レベル以上の信号が出ていると考えられ、一方、散乱ノイズについては探触子2の位置を変化させると受信信号の所定位置にある信号値がランダムに変化する。従って、複数の時系列信号の同一時点の信号値のうち絶対値が最小である信号値をその時点の時系列信号の信号値とすれば、散乱ノイズが小さくなり、S/Nを改善することができる。
【0034】
演算部4は、この原理に基づいて信号処理を行う。すなわち、探触子2の位置をそれぞれ変えて得たN個の時系列信号をxj(i)(j=1〜N)とし、複数の時系列信号の同一時点の信号値のうち絶対値が最小である信号値をその時点の時系列信号y(i)として、式(1)を用いて求める。
【0035】
y(i)=min|xj(i)| …式(1)
j=1〜N
図3は本発明の第1の実施形態による実験結果を示す図である。本実験は式(1)の演算の有効性を検証するために行った。
【0036】
本実験にはφ19mmの超音波探触子を用い、5MHzの周波数の超音波によって結晶粒径約120μmの鋼材に加工されたφ1mmの平底人工欠陥を探傷した。図3の(1)は、鋼材上のある1点での探傷信号を示す図である。3μsの位置に生じた信号が欠陥信号エコーを表わしており、それ以外の位置に生じた信号は散乱ノイズあるいは、底面からの反射エコーが混入したノイズ成分である。
【0037】
図3の(2)は、鋼材上を1mmピッチで6点移動させて得た探傷信号を平均した結果を示す図である。両図とも、欠陥信号エコーの周りにも散乱ノイズが存在するためS/Nが低い。図3の(3)は、式(1)を用いて最小値演算を行った結果であり、図3の(1)、(2)と(3)を比較すると、S/Nは6dB〜10dB向上していることがわかる。
【0038】
図4は、探触子移動ピッチと信号数とS/N低減効果の関係を示す図である。本図は、移動ピッチを変えて複数回測定し、式(1)の演算を行ってS/Nを求めた結果を示している。図中、横軸は移動ピッチを示し、測定した回数(信号数)別にマークの形状を変えて表わしている。
【0039】
移動ピッチが1mmと小さい場合は信号数が多いほどS/Nが高い結果が得られた。各探傷信号には一定レベル以上の欠陥信号が出ているため、信号数が多い方が散乱ノイズの低減に有利に作用するためと考えられる。しかし、移動ピッチが3mmと大きくなると、信号数が多い場合には反ってS/Nが低下する結果となった。これは、信号数を多くすると探触子は欠陥位置から離れることになるため、探傷信号に表れる欠陥信号が小さくなり、その影響によってS/Nが低下するためと考えられる。
【0040】
従って、欠陥の大きさ、位置等によって、最適な移動ピッチと信号数の組合せが存在することがわかる。本実験の条件では、最適な移動量は移動ピッチ2mm、信号数6であった。
【0041】
次に、この実験で得られた結果について考察する。
【0042】
図5の(1)は、欠陥と探触子の配置を示し、図5の(2)は、それぞれの位置における探傷信号を模式的に示している。図5からわかるように、探触子2が欠陥の真上の位置▲1▼にある場合には、大きな欠陥エコーが得られるが、位置▲2▼、▲3▼と欠陥から離れるにつれて欠陥エコーは小さくなる。
【0043】
従って、第1の実施形態である式(1)で示す信号処理方法を採用する場合には、探触子2の移動距離(=移動ピッチ×(信号数N−1))は、超音波のビーム幅に基づいて定められる所定値より離れてはならず、また、測定回数は、その制限内においてできるだけ多いほうが望ましいことがわかる。
【0044】
図6は、図4の結果に基づいて、移動距離(=移動ピッチ×(信号数N−1))とS/Nの関係を表わした図である。図6では、横軸は移動距離を超音波の波長λの倍数として表わし、縦軸はS/Nを表わしている。また、図中に用いるマークは図4で使用したマークと同じものである。尚、超音波のビーム幅をBとし、その位置と共に0.8B、0.6Bの位置を図中に点線で示している。なお、本実施の形態では、Bは約15mm、λは約1.18mmである。
【0045】
図6によれば、移動距離が0〜8λまではS/Nは増加しているが、それを超える移動距離ではS/Nは逆に低下を始める。移動距離の定義より、S/Nが低下を開始する移動距離の位置は測定回数によって異なることがわかる。
【0046】
従って、S/Nが4以上と、S/N改善効果があると認められる移動距離の範囲は3λ〜ビーム幅Bであり、S/Nが10以上と、S/N改善効果が顕著に認められる移動距離の範囲は5λ〜ビーム幅B×0.8であることがわかる。
【0047】
以上の考察によれば、式(1)で示す信号処理方法を採用した場合には、上述の移動距離の範囲の条件を充足するように測定すれば、高々数回の測定であってもS/Nを効果的に改善することができる。
【0048】
次に、本発明に係る第2の実施形態の構成について説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態と比べて演算部4の処理方法が異なっている。
【0049】
上述のように、散乱ノイズは様々な位置の散乱体からの反射波が測定されたものである。従って、探触子2の位置を変化させると、その信号値の極性はプラスになったりマイナスになったりして観測される。そうすると、この現象を利用し複数の時系列信号の同一時点の信号値の極性が異なる場合はその時点の時系列信号は散乱ノイズであると推定され、この場合に時系列信号の信号値をゼロとすれば、散乱ノイズが小さくなり、S/Nが改善されることが期待される。
【0050】
演算部4は、この原理に基づいて信号処理を行う。すなわち、複数の時系列信号xj(i)(j=1〜N)の同一時点の信号値の極性を比較し、その時点の時系列信号y(i)の信号値を式(2)に基づいて求める。
【0051】
y(i)=0 xj(i)の内1つでも極性が異なる場合
y(i)=max(xj(i)) xj(i)が全て+側の場合
y(i)=min(xj(i)) xj(i)が全て−側の場合
…式(2)
尚、式(2)の出力y(i)は最終的に絶対値としても良い。これらの演算はCPUを用いることで計算できる。
【0052】
ここで、式(2)は一般化して次のように表わすことができる。
【0053】
複数の時系列信号xj(i)(j=1〜N)の同一時点の信号値の極性を比較し、N個の信号値を正の極性と、負の極性とに分類し、正負いずれの極性が多いかを調べる。そして、その時点の時系列信号y(i)の信号値を式(3)に基づいて求める。
【0054】
少ない極性をもつ信号の数がM個以上の場合
y(i)=0
少ない極性をもつ信号の数がM個よりも小さい場合
y(i)=max(xj(i)) 多い極性が+の場合
y(i)=min(xj(i)) 多い極性が−の場合
…式(3)
ここで、Mの値、即ちMを与えるための比率M/Nの値は、実機における測定データに基づいて求めることが望ましい。
【0055】
尚、式(3)の出力y(i)は最終的に絶対値としても良い。これらの演算はCPUを用いることで計算できる。
【0056】
図7は、探触子移動ピッチと信号数とS/N低減効果の関係を示す図である。
【0057】
図8の(1)は、欠陥と探触子の配置を示し、図8の(2)は、それぞれの位置における探傷信号を模式的に示している。図8からわかるように、探触子2が欠陥の真上の位置▲1▼にある場合には、大きな欠陥エコーが得られるが、位置▲2▼、▲3▼と欠陥から離れるにつれて欠陥エコーは小さくなる。そして、位置▲3▼においては、欠陥から外れているため、散乱ノイズの影響を受けて、欠陥位置において極性が負となる信号が発生することがある。
【0058】
そのため、第2の実施形態である式(2)で示すアルゴリズムを適用した場合、極性の異なる信号があると、その位置での信号は0となってしまい、欠陥の検出が不可能となる。
【0059】
従って、式(2)で示すアルゴリズムを採用する場合は、必ず測定範囲内に欠陥が存在するような移動距離で測定がなされなければならない。そして、その移動距離範囲内で測定が行われるのであれば、最大値を採用する式(2)のアルゴリズムにより、測定回数を増やすことによりS/N改善効果を顕著なものとすることができる。
【0060】
即ち、第2の実施形態の信号処理方法では、測定範囲内に欠陥が存在するように、移動距離をビーム幅B以内とし、そして測定回数を2以上とすることによって、高々数回の測定であっても、S/Nを効果良く改善することができる。
【0061】
図9は、本発明の第3の実施形態を示す構成図である。本実施の形態では、送信用探触子と受信用探触子の2種類の探触子を用いる2探法とし、探触子の位置を図9の▲1▼〜▲6▼まで6方向に変化させてデータを得るようにしている。
【0062】
図10は本発明の第3の実施形態を用いて、耐火物の冷却板である鋳造銅の厚みを計測した結果を示す図である。ここでは鋳造銅を覆っている鉄皮およびスタンプ材をφ50mm開口し、φ20mmの探触子を2個用い、周波数200kHz、探触子の間隔30mmで実験を行った。
【0063】
図10の(1)〜(6)は6方向での生の受信信号、図10の(7)は式(1)のアルゴリズムに従って演算を行った結果、図10の(8)は式(2)のアルゴリズムに従って演算を行った結果を示している。図10の(7)、(8)の矢印の位置が測提しようとする裏面位置を表わすが、式(1)、(2)に係る演算により、生の信号からは判別できない裏面からの信号が明瞭に得られるようになった。
【0064】
図10の(9)はφ40mmの探触子1個を用い一探法で計測した結果である。一般的に探触子のサイズが大きいほど散乱ノイズに対するS/Nは良くなるが、本実験では探触子のサイズが大きいため、鋳造銅の上に残存するスタンプ材の出っ張りの影響により探触子の振動面が鋳造銅に均一に接触できず、その結果、散乱ノイズが目立ち、裏面からのエコーをS/N良く検出できなかった。
【0065】
一方、φ20mmの探触子を用いた場合では接触面積が小さいため、鋳造銅の上に残ったスタンプ材の出っ張りを避けて均一に鋳造銅に接することができ、上述のように計測することができた。
【0066】
このように、限られた開口面積の中で小断面の探触子を用いた場合であっても、本発明の信号処理方法を用いることで高いS/N比を得ることができた。この効果は鋳造銅の耐火物に限らず、カーボンレンガなどの耐火物の計測においても同様である。
【0067】
図11は、図10の(8)に示す信号に対して、バンドパスフィルタ(100〜300Hz)を用いてフィルタ処理を施した例で、信号に現れているパルス状のノイズが除去され、さらにS/Nが向上した。
【0068】
図12は本発明の第4の実施形態を示す構成図である。本実施の形態は、複数の探触子2を電気的に切り替えることにより、機械的な移動を不要としたものである。
【0069】
各探触子2には、図示されていない送信部と受信部が接続されている。これらの送信部と受信部は時分割によって順番に動作し、4箇所の位置それぞれにおいて、超音波の送信および受信が行われる。この受信信号はマルチプレクサ5により順番に波形記憶部3に読み込まれて記憶される。そして、一連の信号が得られた時点で演算部4にて式(1)または式(2)若しくは式(3)を用いた演算が行われる。これにより、機械的に探触子を移動することなく短時間でS/N良いデータを得ることができる。
【0070】
図13は本発明の第5の実施形態に係るパルス状のノイズを除去する方法を示す図である。
【0071】
式(2)の演算では、複数の信号の内、一つでも極性が異なる場合は強制的にゼロにする演算を行っているので位相が変化する散乱ノイズのかなりの部分で信号はゼロになるが、複数の信号の極性がたまたまある1点だけ全て揃ってしまうと、図13の(1)に矢印で示すようにパルス状のノイズとして残ってしまう。
【0072】
これについては、次の演算で除去することができる。すなわち、パルス状のノイズのパルス巾は、時系列的には1点ないしはせいぜい連続した数点としてしか現れない。このため、時系列データのある1点または複数点の両側のデータがゼロである時、それはパルス状のノイズと判断されるので、その1点または複数点のデータをゼロとすれば除去できる。
【0073】
一方、目的の信号はある周波数成分を持ち、パルス状のノイズに比べると、連続してゼロデータになっていない点数は数倍多い。従って、所定の点数以上が連続して0でない場合は、それはパルス状のノイズではないと判断される。図13の(2)は、以上のアルゴリズムにてパルス状のノイズを除去したものである。
【0074】
ここで、ノイズと判定するための所定の点数Kは、ノイズの周波数をf、サンプリング周波数をfsとすると式(4)で表わされる。
【0075】
K =[fs/(2f)] …式(4)
尚、パルス状のノイズは目的の信号と周波数が異なっているため、適切なバンドパスフィルタを用いて除去することもできる。
【0076】
図14は、本発明に係る信号処理方法が適用される超音波計測装置の構成を示す図である。
【0077】
本超音波計測装置は、検査材1を検査するための探触子2a、2b、探触子2aに超音波パルスを送信する送信部6、探触子2bからの信号を受信して増幅する受信部7、複数の受信信号を切り換えるマルチプレクサ5、受信信号をデジタル信号に変換するAD変換器8、変換されたデジタル信号を処理する処理装置9、探触子2a、2bを移動させるための移動装置13で構成されている。
【0078】
そして、処理装置9は、制御部10、波形記憶部3、演算部4、ノイズ除去部11及び判定部12で構成され、演算部4には、最小値演算部4aおよび極性演算部4bが備えられている。
【0079】
ここで、制御部10は、超音波計測装置の各部を統括的に制御する。従って、本説明においては、特に必要ある場合を除いて制御部10の動作については記載しない。
【0080】
次に、超音波計測装置の動作について説明する。
図15は、本発明に係る信号処理方法の概略の手順を示すフロー図である。
【0081】
検査者が超音波計測の動作開始を処理装置9に指示すると、ステップS1で、制御部10は、移動装置13に対して探触子2a、2bを所定位置に移動させるように制御信号を出力する。
【0082】
ステップS2で、移動装置13から探触子2a、2bの位置情報と共に移動完了信号を受信すると、ステップS3で、制御部10は、送信部6に対して超音波パルスの送信を指示する。そして、受信部7は、探触子2bからの信号を受信すると共に増幅し、マルチプレクサ5、AD変換器8を介して処理装置9に出力する。なお、ステップS3については、送信パルスを常に出しておき、波形の記憶を指示するようにしても良い。
【0083】
ステップS4で、波形記憶部3は、入力された超音波信号を位置情報と対応付けてメモリに記憶する。ステップS5で、制御部10は、所定数の超音波信号を測定したかどうかを調べ、ステップS5でNoの場合、即ちまだ所定数の超音波信号を測定していない場合は、移動装置13に対して探触子2a、2bを1ピッチ移動させるように制御信号を出力する。
【0084】
ステップS5でYesの場合、即ち所定数の超音波信号を測定している場合は、ステップS6で、信号処理モードに対応した演算を行う。
【0085】
即ち、信号処理モードが最小値処理の場合は、最小値演算部4aが起動して上述の式(1)で示す信号処理を行う。信号処理モードが極性処理の場合は、極性演算部4bが起動して上述の式(2)または式(3)で示す信号処理を行う。
【0086】
続いて、ステップS7で、ノイズ除去部11が上述のアルゴリズムによりパルスノイズの除去処理を行う。尚、このノイズ除去はバンドパスフィルタを用いても良い。そして、ノイズを除去した後、ステップS8で、判定部12が欠陥の有無を判定する。
【0087】
尚、本実施の形態では、探触子2a、2bを用いる2探法を採用しているが、探触子2aのみを用いる一探法によって構成しても良い。
【0088】
また、移動装置13を用いて探触子2a、2bを移動しているが、探触子2a、2bを予め測定する位置に複数台設置しておき、マルチプレクサ5でそれぞれの測定点を切り換えて測定しても良い。また、これらを組合せ、移動装置13が複数の探触子2a、2bを移動させるように構成しても良い。
【0089】
更に、処理装置9の内、それぞれの機能はハードウエアで構成しても良く、また処理装置9をCPUを用いて構成し、各機能をソフトウエアを用いて実現するようにしても良い。
【0090】
尚、本実施の形態では、本発明に係る信号処理方法を探傷装置について適用したが、本発明はこの形態に限定されず、厚み計測装置にも適用することができる。
【0091】
本発明において探触子の移動量は以下の点に注意する必要がある。すなわち、一探法で探傷する場合は、ビーム幅を越えると欠陥エコーが得られなくなるため、移動量はビーム幅以内に留めるべきである。二探法で探傷する場合は、欠陥から見た二つの探触子の角度は探触子の指向角を越えてはならない。従って、予想される欠陥の位置に応じて、探触子の間隔が決定される。厚み計測を行う場合は、一探法も二探法も移動量は広く取れるが、厚みが局部的に変化している場合は、探傷の場合と同様である。
【0092】
尚、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれているため、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明を抽出することができる。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0093】
また、本発明の超音波信号処理方法を利用すれば、その測定対象に関連する技術を開発することができる。例えば、本発明により高炉の耐火物の残厚測定を行うことで、高炉補修方法を得ることができる。即ち、「請求項1乃至9のうち何れかに記載の超音波信号処理方法により高炉耐火物の厚さを測定する工程と、前記工程の測定結果に基づき高炉補修のタイミングを決定する工程とを有する高炉の補修方法。」等である。
【0094】
更に、請求項2において、「それ以外の場合には、それら複数の時系列信号の同一時点の信号値のうち絶対値が最大である信号値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求め、」とあり、請求項3において、「それ以外の場合には、多い極性に属する信号値のうちその絶対値が最大である信号値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求め、」とあるが、その新たな時系列信号は、必ずしも「最大値である信号」でなくても良い。
【0095】
例えば、▲1▼これらの信号値の上位から所定数の値を平均した値でも良く、▲2▼また最大値に代えて2番目の値を新たな時系列信号にしても良い(最大値を採用する場合は、ノイズを採用することとなって異常値となる恐れもあるためである。)▲3▼更に対象とする信号値(逆極性の信号値、または少ない極性の信号値を除く)の全ての平均値を新たな時系列信号にしても良い。
【0096】
また、上記処理方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形しても良く、これらの処理を適宜、組合わせて使用するものであっても良い。
【0097】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る信号処理方法によれば、散乱性の強い材料の超音波計測において、大きな面積の探触子を用いなくても、少ないデータ数で高いS/Nが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態を示す構成図。
【図2】 本発明の原理を説明する図。
【図3】 本発明の第1の実施形態による実験結果を示す図。
【図4】 探触子移動ピッチと信号数とS/N低減効果の関係を示す図。
【図5】 欠陥と探触子の配置及びそれぞれの位置における探傷信号を模式的に示す図。
【図6】 移動距離とS/Nの関係を表わした図。
【図7】 探触子移動ピッチと信号数とS/N低減効果の関係を示す図。
【図8】 欠陥と探触子の配置及びそれぞれの位置における探傷信号を模式的に示す図。
【図9】 本発明の他の実施形態を示す構成図。
【図10】 耐火物の冷却板である鋳造銅を計測した結果を示す図。
【図11】 バンドパスフィルタを用いてフィルタ処理を施した例を示す図。
【図12】 本発明の他の実施形態を示す構成図。
【図13】 パルス状のノイズを除去する方法を示す図。
【図14】 本発明に係る信号処理方法が適用される超音波計測装置の構成を示す図。
【図15】 本発明に係る信号処理方法の概略の手順を示すフロー図。
【符号の説明】
1…検査材、 2…探触子、 3…波形記憶部、 4…演算部、
4a…最小値演算部、 4b…極性演算部、 5…マルチプレクサ、
6…送信部、 7…受信部、 8…AD変換器、 9…処理装置、
10…制御部、 11…ノイズ除去部、 12…判定部、 13…移動装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic signal processing method, and more particularly, to a method for performing flaw detection and thickness measurement on a specimen having a lot of noise due to scattering of ultrasonic waves such as cast material, refractory bricks, and concrete.
[0002]
[Prior art]
Ultrasonic waves (sometimes referred to as elastic waves) are widely used for flaw detection and thickness measurement of specimens because of their good permeability into solids. Usually, the pulse reflection method is generally used for such flaw detection and thickness measurement. In this pulse reflection method, an ultrasonic pulse is incident from the surface of the subject, ultrasonic waves reflected from the defect or the back surface (hereinafter referred to as signal echo) are received, and the flaw detection and thickness are determined based on the propagation time of the signal echo. Is a method of measuring.
[0003]
By the way, when the pulse reflection method is used for specimens such as cast materials, refractory bricks, concrete, etc., ultrasonic waves are scattered by crystal grains, fine voids, aggregates, etc. inside the specimen, and signal echoes are in these tissues. There is a problem that the S / N (S / N ratio) deteriorates because it is hidden by the scattered echo (hereinafter referred to as scattering noise).
[0004]
In order to avoid this, it is effective to lower the frequency of the ultrasonic wave. For example, when steel is used as a target, the frequency is usually about 1 MHz to 50 MHz, but generally 1 MHz for these specimens. Hereinafter, in some cases, the frequency is lowered to about 50 KHz.
[0005]
However, when the frequency is lowered to this level, the directivity angle of the ultrasonic beam becomes very wide. As a result, the signal echo is weakened, and the scattered noise is relatively large with respect to the signal echo, or the tailing of the transmission pulse (which is also a kind of noise) is large in the case of one search. After all, S / N is not improved so much.
[0006]
In order to eliminate the tailing of the transmission pulse of this one method, a two-probe method in which a transmission probe and a reception probe are separately used at low frequencies of 1 MHz or less is often used. However, when the two-probe method is used, the surface wave is directly mixed into the receiving probe and becomes noise. Again, the lower the frequency and the wider the pointing angle, the larger the signal echo becomes.
[0007]
Thus, there is a limit to improving the S / N against scattering noise even if the frequency is simply lowered. Therefore, the following techniques have been proposed as a method for improving S / N in ultrasonic measurement using a highly scattering material.
[0008]
In one technique, when measuring the thickness of a refractory or the like, the reflected wave is received by changing the interval between the position where the elastic wave is transmitted and the position where the reflected wave is received, and the reflected wave is added and averaged. Thus, a decrease in S / N is prevented (see, for example, Patent Document 1).
[0009]
In another technique, when a concrete internal defect is inspected by ultrasonic waves, the probe is scanned at a plurality of locations, and the received waveforms of the plurality of scanning lines are synthesized (for example, see Patent Document 2). ).
[0010]
In this way, signal echoes from the void or back surface of the subject appear in substantially the same beam path even when the probe is moved, and thus are amplified by addition. On the other hand, since the scattered noise is an interference of echoes reflected from various positions, the waveform changes randomly when the probe is moved. Therefore, since the scattered noise is not amplified by addition, S / N can be improved.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-61144
[0012]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-288608
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of performing averaging, a great number of averages are required to improve the S / N. For example, in the case of concrete, it is said that there is no effect unless the averaging is performed at least 500 times while moving the probe within a range of 200 mm × 200 mm (inspection technique 1999 8 Monthly issue P54-60 “Detecting the inside of concrete with ultrasonic waves (4)”).
[0014]
Further, when using a low frequency, it is desirable to use a probe having a large area so that a narrow directivity angle can be obtained in order to improve S / N. Then, when these methods are used for the measurement of the remaining thickness of the refractory described in
[0015]
In addition, even in the case of concrete that has no problem such as iron-hole opening described in
[0016]
The present invention has been made to solve the above-described problems. In ultrasonic measurement of a highly scattering material, a high S / N ratio can be obtained with a small number of data without using a probe having a large area. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic signal processing method and an ultrasonic measurement device that are obtained.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an ultrasonic signal processing method according to the first aspect of the present invention includes:An ultrasonic signal processing method of an ultrasonic measurement apparatus that performs flaw detection or thickness measurement of an object using ultrasonic waves, and a plurality of time-series signals for each position measured by changing the position of the probe relative to the object When the polarity of at least one signal value among the signal values at the same time of the plurality of time-series signals is different, the signal value at that time is set to 0, otherwise, the plurality of time-series signals For a plurality of signal values at the same point in time, the signal value having the maximum absolute value, the average value of the signal values from the largest absolute value to the predetermined number, the signal value having the second largest absolute value, and all the signal values A new time-series signal is obtained using any one of the average values as the signal value of the time-series signal at that time, and the specimen is subjected to flaw detection or thickness measurement based on the new time-series signal. .
[0018]
In addition, an ultrasonic signal processing method according to another aspect of the present invention includes:An ultrasonic signal processing method of an ultrasonic measurement apparatus that performs flaw detection or thickness measurement of an object using ultrasonic waves, and a plurality of time-series signals for each position measured by changing the position of the probe relative to the object The signal values at the same time of the plurality of time series signals are classified into two positive and negative polarities, and when the number of signals belonging to a small number of polarity is a predetermined number or more, the signal value at that time is set to 0. In other cases, for a plurality of signal values belonging to many polarities, the signal value having the maximum absolute value, the average value of the signal values from the larger absolute value to the predetermined number, and the absolute value being the second largest A new time series signal is obtained in which any one of the signal value and the average value of all the signal values is used as the signal value of the time series signal at that time, and based on this new time series signal, Detect specimens or measure thickness.
[0019]
In addition, an ultrasonic signal processing method according to another aspect of the present invention includes:In the ultrasonic processing method described above, the number of a plurality of time-series signals for each measured position is n, the distance to be changed for each measurement of the probe is L, and the ultrasonic beam width is B. The subject is measured so that n and L satisfy the following formula.
2L ≦ nL ≦ B
[0020]
An ultrasonic signal processing method according to another aspect of the present invention is the ultrasonic processing method described above,A noise removing step for removing noise included in the new time series signal is further provided.
[0021]
An ultrasonic signal processing method according to another aspect of the present invention is the ultrasonic processing method described above,The noise removing step removes noise using a bandpass filter.
[0022]
An ultrasonic signal processing method according to another aspect of the present invention is the ultrasonic processing method described above,In the noise removal step, an integer K is obtained by the following equation using the noise frequency f and the sampling frequency fs for measuring the time series signal, and the signal value is not zero in the new time series signal. When the number of measurement points is equal to or less than K, the signal value of the continuous measurement points is set to zero.
K = [Fs / (2f)]
[0023]
An ultrasonic signal processing method according to another aspect of the present invention is the ultrasonic processing method described above,The object is a cast material, refractory brick, or concrete.
[0024]
In addition, other aspects of the present inventionThe ultrasonic measurement apparatus is an ultrasonic measurement apparatus that performs flaw detection or thickness measurement of an object using ultrasonic waves, and a plurality of time-series signals for each position measured by changing the position of the probe with respect to the object. When the polarity of at least one signal value among the signal values at the same time of the acquisition means and the plurality of time-series signals is different, the signal value at that time is set to 0; For a plurality of signal values at the same time point of the time series signal, the signal value having the maximum absolute value, the average value of the signal values from the largest absolute value to the predetermined number, the signal value having the second largest absolute value, all An arithmetic means for obtaining a new time series signal using any one of the average values of the signal values as the signal value of the time series signal at that time, and based on the new time series signal, Equipped with measuring means for flaw detection or thickness measurement It was.
[0025]
In addition, other aspects of the present inventionThe ultrasonic measurement apparatus is an ultrasonic measurement apparatus that performs flaw detection or thickness measurement of an object using ultrasonic waves, and a plurality of time-series signals for each position measured by changing the position of the probe with respect to the object. The acquisition means to acquire and the signal values at the same time of the plurality of time series signals are classified into two positive and negative polarities, and when the number of signals belonging to a small number of polarity is more than a predetermined number, the signal value at that time In other cases, for a plurality of signal values belonging to many polarities, the signal value having the maximum absolute value, the average value of the signal values from the larger absolute value to the predetermined number, and the absolute value being 2 Calculating means for obtaining a new time-series signal using any one of the second largest signal value and the average value of all the signal values as the signal value of the time-series signal at that time, and the new time series Performs flaw detection or thickness measurement of the subject based on the signal And a measuring means.
[0026]
Moreover, an ultrasonic measurement apparatus according to another aspect of the present invention is provided.The ultrasonic measurement apparatus described above further includes noise removal means for removing noise included in the new time series signal, the noise removal means for measuring the frequency f of the noise and the time series signal. Using the sampling frequency fs, an integer K is obtained by the following equation. When the number of consecutive measurement points whose signal value is not 0 is equal to or less than K in the new time series signal, the signal value of the continuous measurement point is calculated. This is an ultrasonic measurement device with zero.
K = [Fs / (2f)]
[0027]
Moreover, an ultrasonic measurement apparatus according to another aspect of the present invention is provided.In the ultrasonic measurement apparatus described above, the object is a cast material, a refractory brick, or concrete.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
[0030]
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
[0031]
In the flaw detection and thickness measurement, a defect that is a signal echo or a reflected echo from the back surface is measured. Even if the position of the
[0032]
On the other hand, scattering noise is caused by interference of reflected waves from scatterers at various positions. Therefore, if the position of the
[0033]
As a result of the difference in the nature of the signal, it is considered that the signal echo is always a signal of a certain level or higher at a predetermined position of the received signal even if the position of the
[0034]
The
[0035]
y (i) = min | xj (i) | Equation (1)
j = 1 to N
FIG. 3 is a diagram showing experimental results according to the first embodiment of the present invention. This experiment was conducted in order to verify the effectiveness of the calculation of equation (1).
[0036]
In this experiment, a φ19 mm ultrasonic probe was used, and a φ1 mm flat bottom artificial defect processed into a steel material having a crystal grain size of about 120 μm was detected by ultrasonic waves having a frequency of 5 MHz. (1) in FIG. 3 is a diagram showing a flaw detection signal at a certain point on the steel material. A signal generated at a position of 3 μs represents a defect signal echo, and a signal generated at other positions is a noise component mixed with scattered noise or reflected echo from the bottom surface.
[0037]
(2) of FIG. 3 is a figure which shows the result of having averaged the flaw detection signal obtained by moving 6 points | pieces on a steel material by 1 mm pitch. In both figures, S / N is low because of the presence of scattered noise around the defect signal echo. (3) in FIG. 3 is a result of performing the minimum value calculation using Expression (1). When (1), (2), and (3) in FIG. 3 are compared, S / N is 6 dB to 10 dB. It can be seen that it has improved.
[0038]
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the probe movement pitch, the number of signals, and the S / N reduction effect. This figure has shown the result of having calculated S / N by calculating several times by changing a movement pitch, and calculating Formula (1). In the figure, the horizontal axis indicates the movement pitch, and the mark shape is changed according to the number of times of measurement (number of signals).
[0039]
When the moving pitch was as small as 1 mm, the S / N was higher as the number of signals was larger. It is considered that a defect signal having a certain level or more is output in each flaw detection signal, so that a larger number of signals has an advantageous effect on reducing scattering noise. However, when the moving pitch is as large as 3 mm, the S / N is lowered when the number of signals is large. This is presumably because if the number of signals is increased, the probe is moved away from the defect position, so that the defect signal appearing in the flaw detection signal is reduced, and the S / N is lowered due to the influence.
[0040]
Therefore, it can be seen that there is an optimum combination of movement pitch and number of signals depending on the size and position of the defect. Under the conditions of this experiment, the optimum amount of movement was a movement pitch of 2 mm and a signal number of 6.
[0041]
Next, the results obtained in this experiment will be considered.
[0042]
(1) in FIG. 5 shows the arrangement of the defect and the probe, and (2) in FIG. 5 schematically shows the flaw detection signal at each position. As can be seen from FIG. 5, when the
[0043]
Therefore, when the signal processing method represented by the expression (1) which is the first embodiment is adopted, the moving distance (= moving pitch × (number of signals N−1)) of the
[0044]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the moving distance (= moving pitch × (number of signals N−1)) and S / N based on the result of FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents the moving distance as a multiple of the wavelength λ of the ultrasonic wave, and the vertical axis represents S / N. Also, the marks used in the figure are the same as those used in FIG. The ultrasonic beam width is B, and the positions of 0.8B and 0.6B are shown by dotted lines in the figure. In the present embodiment, B is about 15 mm and λ is about 1.18 mm.
[0045]
According to FIG. 6, the S / N increases until the movement distance is 0 to 8λ, but the S / N starts to decrease at a movement distance exceeding the movement distance. From the definition of the movement distance, it can be seen that the position of the movement distance at which the S / N starts to decrease varies depending on the number of measurements.
[0046]
Therefore, when the S / N is 4 or more, the range of the moving distance recognized as having an S / N improvement effect is 3λ to the beam width B, and when the S / N is 10 or more, the S / N improvement effect is noticeable. It can be seen that the travel distance range is 5λ to beam width B × 0.8.
[0047]
According to the above consideration, when the signal processing method represented by the equation (1) is adopted, if the measurement is performed so as to satisfy the conditions of the moving distance range described above, even if the measurement is several times at most, S / N can be effectively improved.
[0048]
Next, the configuration of the second embodiment according to the present invention will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in the processing method of the
[0049]
As described above, the scattered noise is obtained by measuring reflected waves from scatterers at various positions. Therefore, when the position of the
[0050]
The
[0051]
y (i) = 0 If even one of xj (i) has different polarity
y (i) = max (xj (i)) When all xj (i) are on the + side
y (i) = min (xj (i)) When all xj (i) are on the negative side
... Formula (2)
Note that the output y (i) of the equation (2) may finally be an absolute value. These calculations can be calculated using a CPU.
[0052]
Here, equation (2) can be generalized and expressed as follows.
[0053]
The polarities of the signal values at the same time of a plurality of time-series signals xj (i) (j = 1 to N) are compared, the N signal values are classified into positive polarity and negative polarity, and either positive or negative Check if there is a lot of polarity. Then, the signal value of the time series signal y (i) at that time is obtained based on the equation (3).
[0054]
When the number of signals with less polarity is M or more
y (i) = 0
When the number of signals with less polarity is less than M
y (i) = max (xj (i)) When the polarity is +
y (i) = min (xj (i)) When the polarity is-
... Formula (3)
Here, it is desirable to obtain the value of M, that is, the value of the ratio M / N for giving M, based on measurement data in an actual machine.
[0055]
Note that the output y (i) of the expression (3) may finally be an absolute value. These calculations can be calculated using a CPU.
[0056]
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the probe movement pitch, the number of signals, and the S / N reduction effect.
[0057]
(1) in FIG. 8 shows the arrangement of defects and probes, and (2) in FIG. 8 schematically shows flaw detection signals at the respective positions. As can be seen from FIG. 8, when the
[0058]
For this reason, when the algorithm shown in Expression (2), which is the second embodiment, is applied, if there is a signal with a different polarity, the signal at that position becomes 0, and the defect cannot be detected.
[0059]
Therefore, when adopting the algorithm expressed by the equation (2), the measurement must be performed at such a moving distance that a defect exists in the measurement range. And if a measurement is performed within the movement distance range, the S / N improvement effect can be made remarkable by increasing the number of times of measurement by the algorithm of Expression (2) that employs the maximum value.
[0060]
That is, in the signal processing method of the second embodiment, the movement distance is within the beam width B and the number of measurements is two or more so that a defect exists in the measurement range. Even if it exists, S / N can be improved effectively.
[0061]
FIG. 9 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a two-probe method using two types of probes, a transmitting probe and a receiving probe, is used, and the position of the probe is six directions from (1) to (6) in FIG. It is changed to get data.
[0062]
FIG. 10 is a diagram showing the results of measuring the thickness of cast copper, which is a refractory cooling plate, using the third embodiment of the present invention. Here, an experiment was conducted with an iron skin covering the cast copper and a stamp material having a diameter of 50 mm, using two probes having a diameter of 20 mm, a frequency of 200 kHz, and a distance of 30 mm between the probes.
[0063]
(1) to (6) in FIG. 10 are raw reception signals in six directions, (7) in FIG. 10 is a result of calculation according to the algorithm of equation (1), and (8) in FIG. ) Shows the result of operation according to the algorithm. Although the positions of the arrows in (7) and (8) of FIG. 10 represent the back surface position to be measured, the signals from the back surface that cannot be determined from the raw signals by the calculations according to the equations (1) and (2) Became clear.
[0064]
(9) of FIG. 10 is a result of measurement by one probe method using one probe of φ40 mm. In general, the larger the probe size, the better the S / N against scattered noise. However, because the probe size is large in this experiment, the probe is affected by the sticking of the stamp material remaining on the cast copper. The vibration surface of the child could not contact the cast copper uniformly. As a result, scattering noise was conspicuous, and echo from the back surface could not be detected with good S / N.
[0065]
On the other hand, since the contact area is small when a φ20 mm probe is used, it is possible to uniformly contact the cast copper while avoiding the protrusion of the stamp material remaining on the cast copper, and the measurement can be performed as described above. did it.
[0066]
As described above, even when a probe having a small cross section is used in a limited opening area, a high S / N ratio can be obtained by using the signal processing method of the present invention. This effect is not limited to cast copper refractories, but also applies to the measurement of refractories such as carbon bricks.
[0067]
FIG. 11 shows an example in which the signal shown in (8) of FIG. 10 is subjected to filter processing using a bandpass filter (100 to 300 Hz), and pulse-like noise appearing in the signal is removed. S / N was improved.
[0068]
FIG. 12 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, mechanical movement is not required by electrically switching a plurality of
[0069]
Each
[0070]
FIG. 13 is a diagram illustrating a method of removing pulse noise according to the fifth embodiment of the present invention.
[0071]
In the calculation of Expression (2), if even one of the signals has a different polarity, the calculation is forcibly made zero, so the signal becomes zero in a considerable part of the scattering noise whose phase changes. However, if the polarity of a plurality of signals happens to be all at one point, they will remain as pulse noise as indicated by arrows in FIG.
[0072]
This can be removed by the following calculation. That is, the pulse width of the pulse-like noise appears only as one point or at most several consecutive points in time series. For this reason, when the data on both sides of one point or a plurality of points in the time-series data is zero, it is determined as pulse-like noise, and can be removed if the data at one point or a plurality of points is set to zero.
[0073]
On the other hand, the target signal has a certain frequency component, and the number of points that are not continuously zero data is several times greater than that of pulsed noise. Therefore, when the predetermined score or more is not continuously 0, it is determined that the noise is not pulse-like noise. (2) in FIG. 13 is obtained by removing pulse-like noise by the above algorithm.
[0074]
Here, the predetermined score K for determining as noise is expressed by Equation (4), where f is the noise frequency and fs is the sampling frequency.
[0075]
K = [fs / (2f)] (4)
Note that since the pulse-like noise has a frequency different from that of the target signal, it can be removed using an appropriate band-pass filter.
[0076]
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic measurement apparatus to which the signal processing method according to the present invention is applied.
[0077]
This ultrasonic measurement apparatus receives and amplifies signals from
[0078]
The
[0079]
Here, the
[0080]
Next, the operation of the ultrasonic measurement apparatus will be described.
FIG. 15 is a flowchart showing a schematic procedure of the signal processing method according to the present invention.
[0081]
When the inspector instructs the
[0082]
When the movement completion signal is received from the moving
[0083]
In step S4, the
[0084]
If Yes in step S5, that is, if a predetermined number of ultrasonic signals are being measured, in step S6, an operation corresponding to the signal processing mode is performed.
[0085]
That is, when the signal processing mode is the minimum value processing, the minimum
[0086]
Subsequently, in step S7, the
[0087]
In the present embodiment, the two-probe method using the
[0088]
In addition, the
[0089]
Furthermore, each function of the
[0090]
In the present embodiment, the signal processing method according to the present invention is applied to the flaw detection apparatus. However, the present invention is not limited to this form and can be applied to a thickness measuring apparatus.
[0091]
In the present invention, it is necessary to pay attention to the following points regarding the amount of movement of the probe. That is, when flaw detection is performed by a single detection method, since the defect echo cannot be obtained when the beam width is exceeded, the movement amount should be kept within the beam width. When flaw detection is performed by the two-probe method, the angle of the two probes viewed from the defect must not exceed the pointing angle of the probe. Therefore, the distance between the probes is determined according to the expected position of the defect. When the thickness is measured, the moving amount can be wide in both the one and two methods, but when the thickness is locally changed, it is the same as the case of the flaw detection.
[0092]
In addition, since the above-described embodiments include various stages of the invention, various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be extracted as an invention.
[0093]
Moreover, if the ultrasonic signal processing method of this invention is utilized, the technique relevant to the measuring object can be developed. For example, the blast furnace repair method can be obtained by measuring the remaining thickness of the refractory in the blast furnace according to the present invention. That is, “the step of measuring the thickness of the blast furnace refractory by the ultrasonic signal processing method according to any one of
[0094]
Further, in
[0095]
For example, (1) a value obtained by averaging a predetermined number of these signal values may be averaged, or (2) the second value may be replaced with the maximum value as a new time series signal (the maximum value is (If it is adopted, noise may be adopted and an abnormal value may be obtained.) (3) Further target signal values (excluding signal values with opposite polarity or signal values with less polarity) All of the average values may be used as new time series signals.
[0096]
The processing method may be modified without departing from the gist of the present invention, and these processing methods may be used in combination as appropriate.
[0097]
【The invention's effect】
As described above, according to the signal processing method according to the present invention, a high S / N can be obtained with a small number of data without using a probe with a large area in ultrasonic measurement of a highly scattering material. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing experimental results according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the probe movement pitch, the number of signals, and the S / N reduction effect.
FIG. 5 is a diagram schematically showing the arrangement of a defect and a probe and a flaw detection signal at each position.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a moving distance and S / N.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the probe movement pitch, the number of signals, and the S / N reduction effect.
FIG. 8 is a diagram schematically showing the arrangement of a defect and a probe and a flaw detection signal at each position.
FIG. 9 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the results of measuring cast copper, which is a refractory cooling plate.
FIG. 11 is a diagram showing an example in which filter processing is performed using a bandpass filter.
FIG. 12 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a method for removing pulse noise.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic measurement apparatus to which the signal processing method according to the present invention is applied.
FIG. 15 is a flowchart showing a schematic procedure of a signal processing method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
4a ... minimum value calculation unit, 4b ... polarity calculation unit, 5 ... multiplexer,
6 ... Transmitter, 7 ... Receiver, 8 ... AD converter, 9 ... Processing device,
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を得て、
それら複数の時系列信号の同一時点の信号値のうち少なくとも1つの信号値の極性が異なるときはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、それら複数の時系列信号の同一時点の複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求め、
この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行うことを特徴とする超音波信号処理方法。An ultrasonic signal processing method of an ultrasonic measurement device that performs flaw detection or thickness measurement of a subject by ultrasonic waves,
Obtain a plurality of time series signals for each position measured by changing the position of the probe relative to the subject,
When the polarity of at least one signal value among the signal values at the same time of the plurality of time series signals is different, the signal value at that time is set to 0, otherwise, at the same time of the plurality of time series signals For the plurality of signal values , the signal value having the maximum absolute value , the average value of the signal values from the largest absolute value to the predetermined number, the signal value having the second largest absolute value, the average value of all the signal values, A new time-series signal with any one of the values as the signal value of the time-series signal at that time,
An ultrasonic signal processing method, wherein flaw detection or thickness measurement is performed on the subject based on the new time series signal.
前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を得て、
それら複数の時系列信号の同一時点の信号値を正、負の2つの極性に分類し、少ない極性に属する信号の個数が所定数以上の場合にはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、多い極性に属する複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求め、
この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行うことを特徴とする超音波信号処理方法。An ultrasonic signal processing method of an ultrasonic measurement device that performs flaw detection or thickness measurement of a subject by ultrasonic waves,
Obtain a plurality of time series signals for each position measured by changing the position of the probe relative to the subject,
The signal values at the same time of these multiple time-series signals are classified into two positive and negative polarities. If the number of signals belonging to a small number of polarities is greater than or equal to a predetermined number, the signal value at that time is set to 0, otherwise in the case of larger plurality of signal values belonging to the polarity, the absolute value of the signal value is the maximum, average value of the signal value from the larger absolute value to a predetermined number, the greater the signal value the absolute value of the second, Find a new time-series signal with one of the average values of all signal values as the signal value of the time-series signal at that time,
An ultrasonic signal processing method, wherein flaw detection or thickness measurement is performed on the subject based on the new time series signal.
n、Lが下記式を満たすように前記被検体を測定することを特徴とする請求項1または2に記載の超音波信号処理方法。
2L ≦ nL ≦ BThe number of a plurality of time-series signals for each measured position is n, the distance to be changed for each measurement of the probe is L, and the beam width of the ultrasonic wave is B,
The ultrasonic signal processing method according to claim 1 , wherein the subject is measured such that n and L satisfy the following formula.
2L ≤ nL ≤ B
K = [fs/(2f)]In the noise removal step, an integer K is obtained by the following equation using the noise frequency f and the sampling frequency fs for measuring the time series signal, and the signal value is not zero in the new time series signal. 5. The ultrasonic signal processing method according to claim 4 , wherein when the number of measurement points is equal to or less than K, the signal value of the continuous measurement points is set to 0.
K = [fs / (2f)]
前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を獲得する獲得手段と、 Acquisition means for acquiring a plurality of time series signals for each position measured by changing the position of the probe with respect to the subject;
それら複数の時系列信号の同一時点の信号値のうち少なくとも1つの信号値の極性が異 The polarity of at least one of the signal values at the same time of the plurality of time series signals is different. なるときはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、それら複数の時系列信号の同一時点の複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求める演算手段と、The signal value at that time is set to 0, and in other cases, the signal value having the maximum absolute value and the value with the larger absolute value are determined for the plurality of signal values at the same time of the plurality of time-series signals. A new value that uses any one of an average value of signal values up to a predetermined number, a signal value having the second largest absolute value, and an average value of all signal values as the signal value of the time-series signal at that time A computing means for obtaining a time-series signal;
この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行う計測手段と Measuring means for performing flaw detection or thickness measurement of the subject based on the new time series signal;
を備えたことを特徴とする超音波計測装置。An ultrasonic measurement apparatus comprising:
前記被検体に対し探触子の位置を変えて測定した位置毎の複数の時系列信号を獲得する獲得手段と、
それら複数の時系列信号の同一時点の信号値を正、負の2つの極性に分類し、少ない極性に属する信号の個数が所定数以上の場合にはその時点の信号値を0とし、それ以外の場合には、多い極性に属する複数の信号値について、絶対値が最大である信号値、絶対値が大きい方から所定数までの信号値の平均値、絶対値が2番目に大きい信号値、全ての信号値の平均値、のうちの何れか一つの値をその時点の時系列信号の信号値とする新たな時系列信号を求める演算手段と、
この新たな時系列信号に基づいて前記被検体の探傷または厚み計測を行う計測手段と
を備えたことを特徴とする超音波計測装置。An ultrasonic measurement device that performs flaw detection or thickness measurement of an object using ultrasonic waves,
Acquisition means for acquiring a plurality of time series signals for each position measured by changing the position of the probe with respect to the subject;
The signal values at the same time of these multiple time-series signals are classified into two positive and negative polarities. If the number of signals belonging to a small number of polarities is greater than or equal to a predetermined number, the signal value at that time is set to 0, otherwise In the case of a plurality of signal values belonging to many polarities, the signal value having the maximum absolute value, the average value of the signal values from the largest absolute value to the predetermined number, the signal value having the second largest absolute value, An arithmetic means for obtaining a new time series signal having any one of the average values of all the signal values as the signal value of the time series signal at that time point;
An ultrasonic measurement apparatus comprising: a measurement unit that performs flaw detection or thickness measurement of the subject based on the new time series signal.
該ノイズ除去手段は、前記ノイズの周波数f、前記時系列信号を測定するためのサンプリング周波数fsを用いて下記式により整数Kを求め、前記新たな時系列信号において、信号値が0でない連続した測定点の個数がK個以下のときは、当該連続した測定点の信号値を0とすることを特徴とする請求項8または9に記載の超音波計測装置。 The noise removing means obtains an integer K by the following equation using the frequency f of the noise and the sampling frequency fs for measuring the time series signal, and the signal value is not zero in the new time series signal. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 8 or 9, wherein when the number of measurement points is equal to or less than K, the signal value of the continuous measurement points is set to 0.
K K == [fs/(2f)][Fs / (2f)]
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003014372A JP4135512B2 (en) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | Ultrasonic signal processing method and ultrasonic measurement apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003014372A JP4135512B2 (en) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | Ultrasonic signal processing method and ultrasonic measurement apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004226232A JP2004226232A (en) | 2004-08-12 |
| JP4135512B2 true JP4135512B2 (en) | 2008-08-20 |
Family
ID=32902445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003014372A Expired - Lifetime JP4135512B2 (en) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | Ultrasonic signal processing method and ultrasonic measurement apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4135512B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011220898A (en) * | 2010-04-12 | 2011-11-04 | Nippon Steel Corp | Ultrasound flaw detection method for steel sheets |
| JP6281148B2 (en) * | 2013-09-19 | 2018-02-21 | 学校法人立命館 | Permeability test apparatus and permeability test method |
| CN105044207A (en) * | 2015-06-05 | 2015-11-11 | 汕头市超声仪器研究所有限公司 | Method for reducing white noise of ultrasonic flaw detector |
-
2003
- 2003-01-23 JP JP2003014372A patent/JP4135512B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004226232A (en) | 2004-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4938050B2 (en) | Ultrasonic diagnostic evaluation system | |
| Kozlov et al. | Thickness measurements and flaw detection in concrete using ultrasonic echo method | |
| RU2521720C1 (en) | Method and device for welding zone imaging | |
| Kim et al. | Initial freeze–thaw damage detection in concrete using two-dimensional non-contact ultrasonic sensors | |
| CN117388370A (en) | An array ultrasonic high-resolution combined imaging method for reinforced concrete structures | |
| Edwards et al. | Ultrasonic detection of surface-breaking railhead defects | |
| WO2020250379A1 (en) | Ultrasound flaw detection method, ultrasound flaw detection device, manufacturing equipment line for steel material, manufacturing method for steel material, and quality assurance method for steel material | |
| US20080210010A1 (en) | Method for Nondestructive Testing of Pipes for Surface Flaws | |
| JP4135512B2 (en) | Ultrasonic signal processing method and ultrasonic measurement apparatus | |
| Karaojiuzt et al. | Defect detection in concrete using split spectrum processing | |
| JP2000241397A (en) | Surface defect detection method and apparatus | |
| JP4679319B2 (en) | Method and apparatus for detecting tissue change by ultrasound | |
| JP5742513B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
| JPH04323553A (en) | Method and device for ultrasonic resonance flaw detection | |
| JP2001343365A (en) | Method of measuring thickness resonance spectrum of metal sheet and method of measuring electromagnetic ultrasonic wave of metal sheet | |
| JP2009058238A (en) | Defect inspection method and apparatus | |
| JP4144699B2 (en) | Probe and material evaluation test method using the same | |
| JPH05203632A (en) | Ultrasonic flaw detection device | |
| Bilgutay et al. | Recent developments in concrete nondestructive evaluation | |
| JP2001074703A (en) | Ultrasonic flaw detector | |
| JPH07248317A (en) | Ultrasonic flaw detection method | |
| JP2007263956A (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus | |
| JPH08201349A (en) | Ultrasonic flaw detection method | |
| CN1936570A (en) | Ultrasonic Testing Method for Shaft Defects of Water Machine | |
| JP2019191062A (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051026 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070814 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070821 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071017 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080513 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080526 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4135512 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120613 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120613 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130613 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140613 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |