焊接部的組織形狀的圖像化方法及其裝置制造方法
【專利摘要】提供一種焊接部的組織形狀的圖像化方法及其裝置，通過(guò)非破壞檢查來(lái)迅速且準(zhǔn)確(清晰)地將焊接部的組織形狀圖像化。具體而言，該圖像化方法用于一邊利用超聲波束對(duì)被檢查體的與焊接方向垂直的截面進(jìn)行掃描、一邊接收來(lái)自被檢查體內(nèi)部的反射信號(hào)并根據(jù)接收到的反射信號(hào)將已掃描的截面圖像化來(lái)檢查焊接部的組織，按預(yù)定的頻率反復(fù)進(jìn)行所述超聲波束的收發(fā)，并且與超聲波束的發(fā)送同步地對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行加法計(jì)算，由此強(qiáng)調(diào)來(lái)自焊接部的組織的反射波。
【專利說(shuō)明】焊接部的組織形狀的圖像化方法及其裝置
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年5月10日，國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01180023300.6 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/JP2011/061132)，發(fā)明名稱為“焊接部的組織形狀的圖像化方法及其裝置”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及焊接部的組織形狀的圖像化方法及裝置，該圖像化方法及裝置適合用于汽車(automobile)等所用的車輪(wheel)的焊接部、鋼板的對(duì)接焊接部(butt weld)、貼角焊接部(fillet weld)、鋼管的焊接部(welding area of steel pipe)的品質(zhì)評(píng)價(jià)(quality evaluat1n),并且可通過(guò)非破壞檢查(nondestructive inspect1n)來(lái)迅速且準(zhǔn)確(清晰)地將焊接部的組織形狀(structure form)圖像化(imaging)。

【背景技術(shù)】
[0003]作為檢查焊接部的品質(zhì)的方法，列舉如下的方法。
[0004](I)破壞檢查(destructive inspect1n)
[0005]從被檢查體(testobject)上切取樣本(sample),對(duì)截面(cross-sect1nsurface)進(jìn)行研磨后,用腐蝕液(etching agent)腐蝕而進(jìn)行觀察、測(cè)定。
[0006](2)間接測(cè)定(indirect measurement)
[0007]例如，作為車輪的焊接部的品質(zhì)評(píng)價(jià)方法，有專利文獻(xiàn)I所公開的評(píng)價(jià)方法。該方法由如下步驟構(gòu)成，即:預(yù)先求出車輪的焊接部的焊接中的輪緣(rim)外側(cè)表面溫度分布與焊接部的物理性狀(physical nature)(熔化形狀、熔化深度、強(qiáng)度等)之間的關(guān)系的步驟；在對(duì)車輪實(shí)際焊接時(shí)，計(jì)測(cè)車輪的焊接部在焊接中的輪緣外側(cè)表面溫度分布，將該計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)(measured data)與先求出的輪緣外側(cè)表面溫度分布與焊接部的物理性狀之間的關(guān)系進(jìn)行比較，從而推定車輪的焊接部的物理性狀。
[0008](3)非破壞試驗(yàn)
[0009]提出有專利文獻(xiàn)2所代表的采用超聲波的焊接截面的圖像化方法。通常，與母材部分相比，焊接部的組織的粒更粗大。因此，由于結(jié)晶粒徑不同，因而在焊接部的組織和母材部分中，音速(acoustic velocity)上產(chǎn)生極細(xì)微的差。若將超聲波的頻率(ultrasonicfrequency)提高成為例如20MHz?50MHz,并且一邊利用通過(guò)比聲透鏡(acoustic lens)及陣列探頭(array probe)等更細(xì)地集中(會(huì)聚)的超聲波束(ultrasonic beam)來(lái)對(duì)與焊接方向垂直的截面進(jìn)行掃描(scan)、一邊接收反射波(reflected wave)并對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換(brightness convers1n)而將其圖像化,則能夠?qū)⒑附硬康慕M織與母材部分之間的邊界面(bounding surface)的形狀可視化。
[0010][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-101760號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008-111742號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明要解決的課題
[0015]但是，以往的焊接部的品質(zhì)評(píng)價(jià)方法(quality evaluat1n method)存在如下的問(wèn)題。
[0016](I)破壞試驗(yàn)
[0017]由于不能破壞產(chǎn)品本身，因此是利用一定量的樣本反復(fù)進(jìn)行測(cè)試(test)、并在與測(cè)試相同的焊接條件(welding condit1n)下焊接產(chǎn)品來(lái)保證品質(zhì)的方法(method forguarantee the quality),因此沒(méi)有進(jìn)行針對(duì)每個(gè)產(chǎn)品的檢查。此外,判定需花費(fèi)時(shí)間和費(fèi)用。
[0018](2)間接測(cè)定(專利文獻(xiàn)I)
[0019]通常，焊接中的被檢查體的表面溫度分布與焊接部的物理性狀之間的關(guān)系存在偏差，有時(shí)會(huì)將優(yōu)良品(non-defective product)判定成次品(defective product)、或相反地將次品判定成優(yōu)良品。
[0020](3)非破壞試驗(yàn)(專利文獻(xiàn)2)
[0021]來(lái)自焊接部的組織的反射波是非常微弱的，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，并對(duì)該放大的信號(hào)進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換而將其圖像化。此時(shí)，采用會(huì)聚(對(duì)焦)的超聲波束，因此有時(shí)無(wú)法得到來(lái)自焊接部的組織的反射波。此外，在對(duì)接收信號(hào)(received signal)進(jìn)行放大時(shí),來(lái)自焊接部的組織的反射波以外的信號(hào)、例如表面反射波(surface-reflected wave)、發(fā)送波(transmitter pulse)的波尾(ultrasonic tailing)、超聲波探頭內(nèi)的回聲(echo)等也被強(qiáng)調(diào)，難以得到清晰的圖像。
[0022]本發(fā)明正是鑒于這種問(wèn)題而完成的，其課題在于，不通過(guò)破壞試驗(yàn)或間接測(cè)定地在非破壞試驗(yàn)中將焊接部的組織清晰地可視化。
[0023]用于解決課題的手段
[0024]本發(fā)明提供一種焊接部的組織形狀的圖像化方法，用于一邊利用超聲波束對(duì)被檢查體的與焊接方向垂直的截面進(jìn)行掃描、一邊接收來(lái)自被檢查體內(nèi)部的反射信號(hào)并根據(jù)接收到的反射信號(hào)將已掃描的截面圖像化來(lái)檢查焊接部的組織，按預(yù)定的頻率反復(fù)進(jìn)行所述超聲波束的收發(fā)，并且與超聲波束的發(fā)送同步地對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行加法計(jì)算，由此強(qiáng)調(diào)來(lái)自焊接部的組織的反射波。
[0025]這里，在所述超聲波束的最大掃描速度(maximum scan speed)為Vm[mm/秒]、掃描間距(scan pitch)為D[mm]、同步加法計(jì)算的平均點(diǎn)數(shù)(number of synchronousaddit1n processing)為K[點(diǎn)]時(shí),可根據(jù)算式Kp = VmX (1/D) XK來(lái)確定超聲波的反復(fù)收發(fā)步頁(yè)率(repeated transmitted and received frequency) Kp [Hz]。
[0026]在進(jìn)行所述圖像化時(shí),通過(guò)對(duì)接收并離散值化后的信號(hào)波形(digitized signalwave form) Rb送去按移動(dòng)平均點(diǎn)數(shù)(average score)m進(jìn)行移動(dòng)平均后的波形(movingaverage waveform) Ra,從而除去接收信號(hào)的低頻成分(slowly varying component),提取來(lái)自焊接部的組織的反射信號(hào)，僅對(duì)提取的反射信號(hào)進(jìn)行放大，由此能夠更清晰地強(qiáng)調(diào)來(lái)自焊接部的組織的反射波。
[0027]在計(jì)算所述移動(dòng)平均波形Ra時(shí)，可設(shè)要提取的頻率的一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度為Pt [秒]、設(shè)離散值化的采樣頻率(sampling frequency)為Sp [Hz]、將移動(dòng)平均點(diǎn)數(shù)m設(shè)為PtXSp[點(diǎn)]。
[0028]此外，在被檢查體的相對(duì)于焊接方向不同的多個(gè)位置，利用會(huì)聚的超聲波束對(duì)與焊接方向垂直的截面進(jìn)行掃描，并根據(jù)得到的超聲波的接收信號(hào)將已掃描的截面圖像化，將在相對(duì)于焊接方向的多個(gè)位置掃描得到的多個(gè)圖像重疊，保持重合的像素的最大值，由此強(qiáng)調(diào)來(lái)自焊接部的組織的反射波。
[0029]本發(fā)明還提供一種焊接部的組織形狀的圖像化裝置，其用于一邊利用超聲波束對(duì)被檢查體的與焊接方向垂直的截面進(jìn)行掃描、一邊接收來(lái)自被檢查體內(nèi)部的反射信號(hào)并根據(jù)接收到的反射信號(hào)將已掃描的截面圖像化來(lái)檢查焊接部的組織，所述焊接部的組織形狀的圖像化裝置的特征在于，其具備強(qiáng)調(diào)來(lái)自焊接部的組織的反射波的單元，強(qiáng)調(diào)所述反射波的單元按預(yù)定的頻率反復(fù)進(jìn)行所述超聲波束的收發(fā)，并且與超聲波束的發(fā)送同步地對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行加法計(jì)算。
[0030]發(fā)明效果
[0031]在以往的技術(shù)中，為了使圖像化得到的截面形狀更清晰，在對(duì)亮度進(jìn)行放大等時(shí)想要強(qiáng)調(diào)的信號(hào)以外的信號(hào)(噪聲(noise))也一同放大，因此很難得到清晰的圖像。例如，存在這樣的問(wèn)題:為了更鮮明地看到形狀，當(dāng)對(duì)亮度進(jìn)行放大來(lái)顯示時(shí)，表面反射波或發(fā)送波的波尾及探頭內(nèi)部的回聲也一同被強(qiáng)調(diào)。并且，還存在這樣的問(wèn)題:由于會(huì)聚超聲波束，因此容易受到焊接部的組織形狀的影響，局部地形狀上出現(xiàn)“缺失區(qū)(darkness area) ”。這里，“缺失區(qū)”是指在圖像中不清晰的部分。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在與被檢查體的與焊接方向垂直的截面掃描超聲波束，并通過(guò)移動(dòng)平均處理(moving-average method)提取在掃描得到的各接收信號(hào)中出現(xiàn)的基礎(chǔ)噪聲(base noise),將其從接收信號(hào)中減去后,對(duì)減去后的信號(hào)的振幅(amplitude)進(jìn)行放大，從而能夠清晰地將焊接部的組織的形狀圖像化。并且，將相對(duì)于焊接線(weld line)的長(zhǎng)度方向在多個(gè)部位圖像化后的圖像重疊，對(duì)于重合的像素，比較振幅并提取像素值的最大值，從而減少焊接部的組織形狀的“缺失區(qū)”，能夠?qū)崿F(xiàn)更清晰的可視化。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是示出本發(fā)明實(shí)施方式的包括一部分框圖(block diagram)在內(nèi)的立體圖(perspective view)。
[0034]圖2是說(shuō)明上述實(shí)施方式的同步加法計(jì)算處理(synchronous addit1nprocessing)的一個(gè)示例的圖。
[0035]圖3是同樣地說(shuō)明矩形脈沖信號(hào)(rectangular pulse signal)的轉(zhuǎn)換部的動(dòng)作圖像的圖。
[0036]圖4是說(shuō)明本發(fā)明的從焊接部的組織與母材之間的邊界得到反射的原理的圖。
[0037]圖5是說(shuō)明上述實(shí)施方式的移動(dòng)平均信號(hào)的減法計(jì)算處理(processing tosubtract moving average waveform)的圖。
[0038]圖6是同樣地示出移動(dòng)平均信號(hào)的減法計(jì)算處理的效果的圖。
[0039]圖7是示出本發(fā)明的最大亮度的提取處理的必要性的圖。
[0040]圖8是說(shuō)明上述實(shí)施方式的最大亮度的提取處理的圖。
[0041]圖9是說(shuō)明將同樣地測(cè)定的波形存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的方法的圖。
[0042]圖10是說(shuō)明上述最大亮度的提取處理中的圖像轉(zhuǎn)換(image translat1n)的圖。
[0043]圖11是示出最大亮度的提取處理前的圖像的示例的圖。
[0044]圖12是示出最大亮度的提取處理的效果的圖。
[0045]圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施例的整個(gè)圖像化方法的步驟的流程圖。
[0046]圖14是同樣地示出一個(gè)截面圖像化方法和圖像化結(jié)果的示例的圖。
[0047]圖15是同樣地示出最大亮度的提取處理的示例的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0048]采用圖1對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在圖1中，S為被檢查體，I為母材，2為焊接部的組織，3為超聲波探頭，B為超聲波束(下面，也簡(jiǎn)稱為“波束”)，4為C方向(被檢查體的橫斷(交叉)方向)掃描單元，5為L(zhǎng)方向(被檢查體的長(zhǎng)度方向)掃描單元，6為超聲波發(fā)送單元，7為超聲波接收單元,8為A/D轉(zhuǎn)換部(analog/digital converter:模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換部)，9為信號(hào)處理部(signal processor), 10為移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算部，11為最大亮度的提取處理部，12為輸出部(output part)。
[0049]—邊相對(duì)于被檢查體S利用C方向掃描單兀4對(duì)超聲波探頭3進(jìn)行掃描,一邊按預(yù)先設(shè)定的測(cè)定間距D [mm]利用超聲波發(fā)送單元6驅(qū)動(dòng)超聲波探頭3的振子(transducer)而發(fā)送超聲波，利用超聲波接收單元7接收從被檢查體S反射來(lái)的超聲波信號(hào)，利用A/D轉(zhuǎn)換部8進(jìn)行離散值轉(zhuǎn)換(discretizat1n),并將接收信號(hào)反復(fù)收入到信號(hào)處理部9中。此時(shí)，聲率禹合方法(acoustic coupling method)也可以是全沒(méi)水浸法(immers1n method)、局部水浸法(local immers1n method)、直接接觸法(contact method)、薄膜結(jié)合法(methodusing thin film)中的任一方法。
[0050]超聲波探頭3接收到的反射波通過(guò)超聲波接收單元7而被實(shí)施初始放大及主放大、濾除處理，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換部8而被根據(jù)模擬信號(hào)進(jìn)行離散值轉(zhuǎn)換，并被發(fā)送到信號(hào)處理部9。
[0051]與利用通常的探傷捕獲的反射信號(hào)相比，來(lái)自被檢查體S的焊接部2的組織的反射波相當(dāng)微弱，為了相對(duì)于電噪聲而提高信號(hào)對(duì)噪聲比(signal-to-noise rat1),優(yōu)選在離散值轉(zhuǎn)換前后實(shí)施同步加法計(jì)算的平均處理。下面，對(duì)同步加法計(jì)算平均處理的一個(gè)示例進(jìn)行說(shuō)明。
[0052]圖2中示出了用于說(shuō)明同步加法計(jì)算的平均處理的示例的圖。在圖2中，13是用于控制C方向掃描單元4來(lái)向C方向掃描超聲波探頭的C方向掃描單元的控制部，14是檢測(cè)超聲波探頭3的C方向上的位置并按預(yù)先設(shè)定的間隔D[mm]輸出脈沖信號(hào)的C方向位置的檢測(cè)單元，15是對(duì)從C方向位置檢測(cè)單元14輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出脈沖信號(hào)的矩形脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換部。
[0053]利用C方向掃描單元的控制部13控制C方向掃描單元4來(lái)掃描超聲波探頭3。此時(shí)，設(shè)C方向掃描單元4的最大掃描速度為Vm[mm/sec],設(shè)掃描間距為D [mm],設(shè)同步加法計(jì)算的平均點(diǎn)數(shù)為K[點(diǎn)]。預(yù)先設(shè)定成按掃描間距D[mm]從C方向位置的檢測(cè)單元14輸出矩形脈沖信號(hào)(例如，TTL 電平信號(hào)(transistor-transistor logic level signal))。在利用C方向掃描單元4掃描超聲波探頭3時(shí)，按掃描間距D[mm]輸出矩形脈沖信號(hào)，該矩形脈沖信號(hào)被輸入到矩形脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換部15。這里，掃描間距D(mm)是測(cè)定空間分解能。
[0054]圖3是說(shuō)明矩形脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換部15的動(dòng)作圖像的圖。圖3的㈧是輸入到矩形脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換部15中的信號(hào)，圖3的(B)是從矩形脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換部15輸出的信號(hào)。如圖3所示，與輸入到矩形脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換部15的每D[mm]的脈沖信號(hào)同步地按下述算式所示的反復(fù)頻率(PRF)Kp[Hz]輸出K次矩形脈沖信號(hào)。
[0055]Kp = VmX (1/D) XK...(I)
[0056]由于按預(yù)先設(shè)定的D[mm]輸出K次矩形脈沖信號(hào)，因此與該脈沖同步地進(jìn)行超聲波的收發(fā)，取得K個(gè)接收信號(hào)，并進(jìn)行同步加法計(jì)算的平均點(diǎn)數(shù)κ[點(diǎn)]的同步加法計(jì)算的平均處理。通過(guò)這樣，從而能夠與C方向掃描單元4的加減速無(wú)關(guān)地按預(yù)定的D[mm]取得被進(jìn)行同步加法計(jì)算的平均的接收信號(hào)。
[0057]在利用圖1和圖2中的A/D轉(zhuǎn)換部8進(jìn)行離散值化后，既可以利用信號(hào)處理部9來(lái)進(jìn)行同步加法計(jì)算的平均處理，也可以利用專用的硬件(hardware)來(lái)進(jìn)行處理并利用A/D轉(zhuǎn)換部8收入D/A轉(zhuǎn)換后的輸出結(jié)果，關(guān)于該處理步驟，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變形。
[0058]在向C方向掃描而收發(fā)超聲波時(shí),優(yōu)選發(fā)送的超聲波的波束尺寸(beam size)小。圖4示出了可得到基于超聲波的來(lái)自母材與焊接部的組織之間的邊界的反射的結(jié)構(gòu)(mechanism)。
[0059]與母材I相比，焊接部2的組織的結(jié)晶粒粗大，按照每個(gè)結(jié)晶，音速不同。在波束尺寸大的情況下，如圖4(A)所示，基于結(jié)晶方位的音速的差異被平均化，在母材I和焊接部2中，音速大致相同，難以得到來(lái)自邊界面的反射波。另一方面，當(dāng)縮小波束尺寸時(shí)，如圖4的(B)所示，音速的平均化的影響小，在焊接部2和母材I中音速稍微不同，與波束尺寸大時(shí)相比，容易得到反射波。因此，優(yōu)選超聲波束B的波束尺寸小,優(yōu)選該波束尺寸集中至焊接部2的組織的平均粒徑。具體而言，關(guān)于優(yōu)選的波束尺寸，在車輪的輪緣焊接中，大約為70?100 μ m，在UOE鋼管或電縫焊接管等中大約為300?1000 μ m。作為發(fā)送波束尺寸小的超聲波束的單元，超聲波探頭3也可以采用由單一的振子構(gòu)成的探頭、或者一維或二維地配置有多個(gè)振子的陣列探頭中的任一個(gè)。在采用由單一的振子構(gòu)成的探頭時(shí)，將發(fā)送頻率較高地設(shè)定成例如大約50MHz，利用聲透鏡集中超聲波束。在采用陣列探頭時(shí)，與采用由單一的振子構(gòu)成的探頭時(shí)同樣地，提高發(fā)送頻率，并控制各振子的發(fā)送定時(shí)(transmittingtiming),從而集中超聲波束。
[0060]相對(duì)于被檢查體S利用超聲波發(fā)送單元6驅(qū)動(dòng)超聲波探頭3的振子并發(fā)送超聲波。由于從焊接部2的組織得到的反射波為非常微弱的信號(hào)，因此，相對(duì)于電噪聲，為了確保S/N，優(yōu)選超聲波的發(fā)送電壓在200?300V以上。
[0061]利用圖1和圖2中的A/D轉(zhuǎn)換部8而離散值化的信號(hào)被發(fā)送到移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算部10。當(dāng)將利用A/D轉(zhuǎn)換部8而離散值化的波形的振幅直接放大并進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換時(shí)，來(lái)自焊接部2的組織的反射回聲以外的回聲、例如T脈沖或S回聲的波尾、超聲波探頭內(nèi)部的回聲噪聲(echo noise)這樣的低頻的基礎(chǔ)噪聲也同時(shí)被放大，結(jié)果是，無(wú)法得到清晰的圖像。這里，T脈沖是直接接觸法中的發(fā)送脈沖，S回聲是水浸法中的來(lái)自被檢查體表面的反射回聲。
[0062]因此，在圖1和圖2中的移動(dòng)平均波形的減法部10中，如圖5所示，通過(guò)相對(duì)于接收并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后的波形而僅提取基礎(chǔ)噪聲，并從波形形狀減去該基礎(chǔ)噪聲，然后進(jìn)行放大，從而僅強(qiáng)調(diào)來(lái)自被檢查體S內(nèi)部的反射波。關(guān)于波形的移動(dòng)平均點(diǎn)數(shù)m，優(yōu)選為設(shè)發(fā)送波形脈沖的一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度為Pt [秒]、設(shè)離散值的采樣頻率為Sp [Hz]、并通過(guò)下述算式而求出的值。
[0063]m = Pt X Sp...(2)
[0064]事先測(cè)定被檢查體S的底面反射波(bottom echo)的回聲,根據(jù)所測(cè)定的波形形狀確定發(fā)送脈沖的一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度Pt。在也可以不考慮被檢查體S的組織的頻率的衰減的情況下，在水浸法(包括全沒(méi)水浸法或局部水浸法、水柱法)的情況下，也可以采用被檢查體S的表面反射波來(lái)測(cè)定一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度并根據(jù)該波形來(lái)確定。此外，也可以在進(jìn)行一次圖像化后，任意地選擇想要強(qiáng)調(diào)的反射波形，并根據(jù)該波形形狀來(lái)確定Pt。
[0065]當(dāng)進(jìn)行想要強(qiáng)調(diào)的頻率的一個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度的移動(dòng)平均處理時(shí)，如圖5所示，僅發(fā)送波形脈沖或提取的頻率成分的波形抵銷而可僅提取基礎(chǔ)噪聲，從原信號(hào)中減去該基礎(chǔ)噪聲，從而能夠除去基礎(chǔ)噪聲。并且，通過(guò)實(shí)施移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理，從而可不強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)噪聲而僅對(duì)來(lái)自焊接部2的組織的反射回聲進(jìn)行放大。移動(dòng)平均波形的減法處理也可以在接收到相當(dāng)于一個(gè)截面的量的超聲波波形后總地進(jìn)行計(jì)算，也可以一邊掃描一邊在每當(dāng)收發(fā)超聲波時(shí)進(jìn)行計(jì)算。
[0066]圖6示出了移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理的效果。圖6是采用頻率為50MHz、在焦點(diǎn)附近的超聲波束尺寸大約為70 μ m的超聲波束來(lái)將車輪的輪緣焊接部分圖像化的示例。將超聲波探頭安裝于可進(jìn)行XY掃描的掃描儀(scanner),并一邊向C方向掃描一邊進(jìn)行超聲波的收發(fā)，利用A/D轉(zhuǎn)換裝置將接收信號(hào)離散值化并收入到計(jì)算機(jī)(calculator)中，并進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換而顯示。圖6(A)是實(shí)施移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理前的示例，圖6的(B)是相對(duì)于圖6的(A)而實(shí)施移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理的示例。A/D轉(zhuǎn)換裝置的采樣點(diǎn)數(shù)為500MHz。關(guān)于用于移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理的波形，為了僅留下50MHz的頻率成分，采用(2)式計(jì)算為m= 10點(diǎn)。
[0067]根據(jù)圖6的㈧可知，在焊接部2的組織的反射以外，低頻成分也被放大。但是，根據(jù)實(shí)施本發(fā)明的圖6的(B)可知，低頻成分被除去，焊接部2的組織被清晰地圖像化。
[0068]下面，對(duì)圖1和圖2中的最大売度的提取處理部11進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)對(duì)超聲波的反射波形的振幅進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換而將截面形狀圖像化時(shí)，如圖7所示的示例那樣，會(huì)局部地產(chǎn)生“缺失區(qū)”(圖7中的虛線內(nèi))。為了解決此問(wèn)題，實(shí)施最大亮度的提取處理。
[0069]關(guān)于最大売度的提取處理，王要米用圖1和圖8來(lái)進(jìn)彳丁說(shuō)明。圖8是不出圖1和圖2中的最大亮度的提取處理部11的詳細(xì)情況的圖，16是L方向掃描單元5的控制部，17是存儲(chǔ)器控制部，18是圖像轉(zhuǎn)換部，19是最大亮度的計(jì)算部。
[0070]首先，在圖1中，在位置Pl處一邊利用C方向掃描單元4掃描超聲波探頭3，一邊收發(fā)超聲波，利用A/D轉(zhuǎn)換部8對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行離散值轉(zhuǎn)換并將其發(fā)送到信號(hào)處理部9。利用信號(hào)處理部9進(jìn)行前述的同步加法的平均處理及移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理等前處理，并存儲(chǔ)到處于最大亮度的提取處理部11的內(nèi)部的存儲(chǔ)器Ml?Mn中。存儲(chǔ)器控制部17從L方向掃描單元的控制部16取得通過(guò)超聲波計(jì)測(cè)出的位置的信息，若是在位置Pl計(jì)測(cè)到的接收信號(hào)，則存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器Ml中，若是在位置P2計(jì)測(cè)到的接收信號(hào)，則存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器M2中，以這樣的方式將在位置Pn計(jì)測(cè)到的接收信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器Mn中。
[0071]關(guān)于將在位置Ps測(cè)定到的波形存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器Ms中的方法，采用圖9進(jìn)行說(shuō)明。在圖9中，Dl?Dm是相對(duì)于C方向測(cè)定波形的位置。在圖9中，假定相對(duì)于C方向在m點(diǎn)的位置測(cè)定波形。在該情況下，利用A/D轉(zhuǎn)換部8將各波形離散值化，實(shí)施上述的移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理這樣的前處理，并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器Ms中。利用A/D轉(zhuǎn)換部8將波形離散值化成Sd點(diǎn)。存儲(chǔ)器Ms為二維的矩陣。存儲(chǔ)器Ml?Mn分別為二維結(jié)構(gòu)。下面，在位置Ps，C方向的位置D、波形的傳播時(shí)間方向t上的離散值化的值標(biāo)記為Ms (X、t)。
[0072]如圖8所示，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器Ml?Mn中的波形數(shù)據(jù)經(jīng)圖像轉(zhuǎn)換部18而轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)BI?Bn。如圖9的(A)所示，超聲波的接收信號(hào)以及被進(jìn)行同步加法計(jì)算的平均處理或移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理等前處理的超聲波的接收信號(hào)呈具有正負(fù)振幅的波形形狀。為了利用圖像轉(zhuǎn)換部18從超聲波的接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，如圖10的(A)所示，相對(duì)于正負(fù)地具有振幅的波形而進(jìn)行全波整流，一次轉(zhuǎn)換成圖10的(B)中所示的將負(fù)的振幅向正側(cè)折回的形狀。然后，向全波整流后的波形的振幅分配亮度。將分配的關(guān)系表示為下述算式。

? Mn(xj) (Mn(xj)>0)
[0073]n{x,義-Μη{χ，ο (她(χ, ?)<0).....⑶
[0074]對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的向C方向掃描而得到的波形反復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作，根據(jù)超聲波波形制作圖像。下面，將圖像Bn上的任意的位置(x、y)上的亮度標(biāo)記為Bn(x、y)。這里，X為C方向，y為深度方向的位置。
[0075]如下述算式所示，根據(jù)制作的圖像BI?Bn比較重疊對(duì)應(yīng)的各像素?cái)?shù)據(jù)而提取最大亮度，并制作輸出圖像B。
[0076]B (x, y) = Max {Bs (x, y) ;s = I ?η}......(4)
[0077]圖11是用于最大亮度的提取處理的圖像的示例，并且是在長(zhǎng)度方向上每隔0.5mm的PU P2、P3、P4的各位置利用可發(fā)送頻率為50MHz、在超聲波束B的焦點(diǎn)附近的波束尺寸直徑大約為70 μ m的探頭3按0.1mm間距收發(fā)超聲波、并在A/D轉(zhuǎn)換后實(shí)施前述的移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算處理、進(jìn)行全波整流(full-wave rectificat1n)并對(duì)得到的信號(hào)振幅進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換而制作的圖像。提取Pl?P4的四張圖像的最大亮度而圖像化的結(jié)果是圖12。與圖11中的各圖像比較，圖12可將焊接部2的組織清晰地可視化，能夠確認(rèn)最大亮度的提取處理的效果。
[0078]另外，超聲波的收發(fā)的方式不限于垂直法(straight beam technique),也可以應(yīng)用斜角法(angle beam technique)或串聯(lián)法(tandem probe method)。
[0079]此外，本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象不限于車輪的焊接部，也可同樣地應(yīng)用于鋼板的對(duì)接焊接部、貼角焊接部、鋼管的焊接部等。
[0080][實(shí)施例]
[0081]對(duì)于UOE鋼管(UOE steel pipe)的焊接部的組織形狀,應(yīng)用串聯(lián)法(tandem probemethod),進(jìn)行基于本發(fā)明的圖像化(imaging)。
[0082]圖13中示出了本實(shí)施例的整個(gè)圖像化方法的流程圖(flow chart)。一邊向管軸方向掃描，一邊進(jìn)行多個(gè)的、一個(gè)截面中的波束掃描(beam scanning)和圖像化,通過(guò)最大亮度的提取處理將得到的多個(gè)的一個(gè)截面圖像進(jìn)行合成，獲得焊接部的圖像。
[0083]具體而言，在圖13的左側(cè)所示的步驟100中，將探頭30對(duì)準(zhǔn)管軸方向(圖14中的與紙面垂直的方向)掃描開始位置。
[0084]然后，在步驟110執(zhí)行一個(gè)截面的圖像化。具體而言，如圖13的右側(cè)所示，首先，在步驟111中，將波束B對(duì)準(zhǔn)掃描開始位置(在圖14中為左側(cè)的位置)。
[0085]然后，在步驟112中進(jìn)行基于串聯(lián)法的測(cè)定。
[0086]在步驟113中，判定厚度方向的掃描是否已完成，在未完成的情況下，在步驟114中，通過(guò)改變探頭30的陣列設(shè)定而向厚度方向?qū)⒉ㄊ苿?dòng)(電子掃描)一個(gè)間距(例如
0.5mm),返回到步驟112。
[0087]另一方面，在步驟113的判定結(jié)果為正、且判定為厚度方向的掃描完成時(shí)，進(jìn)入到步驟115，判定與管軸垂直的方向(圖14中的左右方向)的掃描是否已完成。在判定結(jié)果為否時(shí)，進(jìn)入到步驟116，向與管軸垂直的方向?qū)⒉ㄊ鳥移動(dòng)(機(jī)械掃描)一個(gè)間距(例如
0.1mm)。然后，進(jìn)入到步驟117，將波束B對(duì)準(zhǔn)厚度方向掃描開始位置(例如被檢查體S的表面位置)，返回到步驟112。
[0088]另一方面，在步驟115的判定結(jié)果為正、且判定為與管軸垂直的方向的掃描已完成時(shí)，進(jìn)入到步驟118，根據(jù)測(cè)定結(jié)果制作一個(gè)截面的圖像，完成一個(gè)截面的圖像化。
[0089]重復(fù)步驟111至118而執(zhí)行步驟110的一個(gè)截面的圖像化后，進(jìn)入到圖13左側(cè)的步驟120，判定管軸方向掃描是否已完成。在判定結(jié)果為否時(shí)，進(jìn)入到步驟130，向管軸方向?qū)⑻筋^30移動(dòng)一個(gè)間距(例如10mm)，返回到步驟110，執(zhí)行下一個(gè)截面的圖像化。
[0090]在步驟120的判定結(jié)果為正、且判定為管軸方向的掃描已完成時(shí)，進(jìn)入到步驟140，判定最大亮度提取處理圖像的制作是否已完成。在判定結(jié)果為否時(shí)，進(jìn)入到步驟150，指定圖像化區(qū)域中的一點(diǎn)，在步驟160中，判定全圖像的亮度讀取是否已完成。
[0091]在步驟160的判定結(jié)果為否時(shí)，進(jìn)入到步驟170，根據(jù)取得的圖像讀取與指定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素的亮度，返回到步驟160。
[0092]另一方面，在步驟160的判定結(jié)果為正、且判定為全圖像的亮度讀取(readingbrightness value)已完成時(shí),進(jìn)入到步驟180,提取得到的亮度中的最大亮度(maximalbrightness value),返回到步驟 140。
[0093]另一方面，在步驟140的判定結(jié)果為正、且判定為最大亮度的提取處理圖像的制作已完成時(shí)，進(jìn)入到步驟190，合成得到的最大亮度來(lái)制作圖像，完成處理。
[0094]圖14示出了本實(shí)施例的一個(gè)截面的圖像化方法和圖像化結(jié)果的示例。作為探頭，采用頻率為1MHz的陣列探頭30,通過(guò)水浸法(immers1n method)進(jìn)行計(jì)測(cè)。陣列探頭30通過(guò)延遲時(shí)間控制(delay time control of array elements)和聲透鏡進(jìn)行發(fā)送波束/接收波束的會(huì)聚，波束直徑大約為1mm。關(guān)于超聲波束B的掃描，在厚度方向上通過(guò)基于陣列探頭30的收發(fā)振子選擇和延遲時(shí)間控制(delay time control of arrayelements)的電子掃描(electronic scanning)來(lái)進(jìn)行,在與管軸垂直的方向上,利用機(jī)械掃描(mechanical scanning)來(lái)進(jìn)行。在該方法中,在厚度方向上按0.5mm間距、在與管軸垂直的方向上按0.1mm間距進(jìn)行波束掃描并進(jìn)行計(jì)測(cè)，根據(jù)檢測(cè)出的反射信號(hào)來(lái)進(jìn)行圖像化。計(jì)測(cè)對(duì)象是厚度為38mm的UOE鋼管的焊接部，圖像化范圍為從厚度方向外表面到內(nèi)表面，與管軸垂直的方向?yàn)橐院附硬繛橹行?0mm的范圍。
[0095]圖15中示出了本實(shí)施例的最大亮度的提取處理的示例。一邊按管軸方向1mm間距進(jìn)行移動(dòng)一邊執(zhí)行十次基于圖14中所示的方法的一個(gè)截面的圖像化，根據(jù)得到的10個(gè)截面的圖像進(jìn)行最大亮度的提取處理而合成圖像。由此，在一次的圖像化中，即使在焊接部的邊界線上的所有的點(diǎn)處無(wú)法得到信號(hào)，也能夠?qū)⒑附硬康恼麄€(gè)邊界線圖像化。在圖15中，用于比較而示出了 UOE鋼管的焊接部的截面宏觀照片的示例。根據(jù)與照片的比較可知，在本實(shí)施方式中，能夠?qū)OE鋼管的焊接部與母材之間的邊界線、以及焊接部中央(焊接組織的朝向變化)圖像化。
[0096]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0097]S:被檢查體；1:母材；2:焊接部；3:超聲波探頭；B:超聲波束；4:C方向掃描單元；5:L方向掃描單元；6:超聲波發(fā)送單元；7:超聲波接收單元；8:A/D轉(zhuǎn)換部；9:信號(hào)處理部；10:移動(dòng)平均波形的減法計(jì)算部；11:最大亮度的提取處理部；12:輸出部；13:C方向掃描單元的控制部；14:C方向位置檢測(cè)單元；15:矩形脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換部；16:L方向掃描單元的控制部；17:存儲(chǔ)器控制部(memory controller) ;18:圖像轉(zhuǎn)換部(imageconverter) ;19:最大亮度的計(jì)算部(maximal brightness calculator) ;30:陣列探頭;P1、P2.-Ps.-Pn:掃描位置；D:掃描間距；?:同步加法計(jì)算的平均處理；Rb:接收波形；Ra:移動(dòng)平均波形；Rb - Ra:移動(dòng)平均波形減法計(jì)算處理波形；M1、M2、M3、.-Ms.- Mn:存儲(chǔ)器；D1、D2、...0111:位置出1、82、83、..Bn..Bs (x、y):圖像數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接部的組織形狀的圖像化方法，用于一邊利用超聲波束對(duì)被檢查體的與焊接方向垂直的截面進(jìn)行掃描、一邊接收來(lái)自被檢查體內(nèi)部的反射信號(hào)并根據(jù)接收到的反射信號(hào)將已掃描的截面圖像化來(lái)檢查焊接部的組織， 按預(yù)定的頻率反復(fù)進(jìn)行所述超聲波束的收發(fā)，并且與超聲波束的發(fā)送同步地對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行加法計(jì)算，由此強(qiáng)調(diào)來(lái)自焊接部的組織的反射波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接部的組織形狀的圖像化方法，其中， 在所述超聲波束的最大掃描速度為Vm[mm/秒]、掃描間距為D [mm]、同步加法計(jì)算的平均點(diǎn)數(shù)為K[點(diǎn)]時(shí)，根據(jù)算式Kp = VmX (1/D) XK來(lái)確定超聲波的反復(fù)收發(fā)頻率Kp [Hz]。
3.一種焊接部的組織形狀的圖像化裝置，其用于一邊利用超聲波束對(duì)被檢查體的與焊接方向垂直的截面進(jìn)行掃描、一邊接收來(lái)自被檢查體內(nèi)部的反射信號(hào)并根據(jù)接收到的反射信號(hào)將已掃描的截面圖像化來(lái)檢查焊接部的組織， 所述圖像化裝置具備強(qiáng)調(diào)來(lái)自焊接部的組織的反射波的單元， 強(qiáng)調(diào)所述反射波的單元按預(yù)定的頻率反復(fù)進(jìn)行所述超聲波束的收發(fā)，并且與超聲波束的發(fā)送同步地對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行加法計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接部的組織形狀的圖像化裝置，其中， 在所述超聲波束的掃描的最大掃描速度為Vm[mm/秒]、掃描間距為D[mm]、同步加法計(jì)算的平均點(diǎn)數(shù)為K[點(diǎn)]時(shí)，通過(guò)算式Kp = VmX (1/D) XK來(lái)確定超聲波的反復(fù)收發(fā)頻率Kp[Ηζ]ο
【文檔編號(hào)】G01N29/44GK104132997SQ201410359883
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2010年5月10日
【發(fā)明者】松井穰, 飯塚幸理, 高田一, 尾關(guān)孝文 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社