Ò â @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ ,  Òí ß – 608-737

G  ç ø

Â

Ò â @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ ,  Òí ß – 608-737



™ »¨ £ ÷ 7 B · " k4 w H¾ 6 Ò

Â

Ò â @ /† < Ɠ § ™ èF á Ԗ Ð[ jÛ ¼/ B N † < Æõ ,  Òí ß – 608-737

T

 ø ¶ B ¡ · ) í <* å ‡ Ú

ô

 Dz D G l > ƒ  ½ ¨" é ¶ / B N“  r + « >¨ î  Ò, ‚ ½ Ó" é ¶ 641-010 (2006¸   8 Z 4 8{ 9  ~ à Î6 £ §)

'

‘   – Ð  n Û ¼ß ¼_  v J ?s    H ~ ½ Ó\ " f µ 1 ÏÒ q t   H ç  H\ P `  ¦  Ž Ø  ¦ l  0 AK  œ í6 £ §   ’    ñ% ƒo  · ú ˜“ ¦o  7

£

§`  ¦ > hµ 1 Ï % i  . œ í6 £ §   Å Ò r Û ¼% 7 ›`  ¦ s 6   x ô  Ç B-Å Ò  % ò  © œ“ É r v J ?s , $ €   Õ ªo “ ¦ ç  H\ P \  @ /ô  Ç

&

ñ ˜ Ð\  ¦ Ÿ í† < Ê “ ¦ e ”  . > hµ 1 Ïô  Ç · ú ˜“ ¦o 7 £ §“ É r „  % ƒo , ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i _   Ž Ø  ¦, ç  H\ P % ò % i _  ó ø ÍZ > _  3é ß –

>

– Ð ½ ¨$ í % i  . B-Å Ò  % ò  © œ\ " f ç  H\ P \  @ /ô  Ç œ í6 £ §   % ò  © œ`  ¦ ½ ¨Z > K  ? /l  0 AK " f, ç  H\ P s  ” > r F

   H % ò  © œõ  ç  H\ P s  \ O   H % ò  © œ`  ¦ q “ § # Œ % 3 “ É r % ò  © œ& ñ ˜ Ж Ð Ò'  ç  H\ P % ò % i `  ¦ Æ ÒØ  ¦ ½ + É Ã º e ” % 3 

“

¦, „  % ƒo , Ø Ÿ ‚ ½ Ó% ƒo , % ò % i ì  r ½ + É % ƒo , & ñ ½ + Ë% ƒo  Õ ªo “ ¦ ì  r % ƒo õ & ñ `  ¦ : Ÿ x K  à º' Ÿ  % i  . > hµ 1 Ïô  Ç

œ

í6 £ §   ’    ñ% ƒo  · ú ˜“ ¦o 7 £ §`  ¦ s 6   x K  ' ‘   – Ð  n Û ¼ß ¼ v J ?s _  ç  H\ P `  ¦  Ž Ø  ¦ ½ + É Ã º e ” 6 £ §`  ¦ S X ‰ “   % i  .

PACS numbers: 43.35.+d

Keywords:vJ?s, œí6£§ ’ ñ%ƒo ·ú˜“¦o7£§,œí6£§ %ò©œ

I. " e  ] Ø

í

ß –\ O ì  r  _  „  ì ø Í\    5 g î ß –& ñ $ í S X ‰ ˜ Ѝ  H þ j   H [ þ t # Q ×  æ כ

¹ô  Ç õ ] j– Ð @ /¿ º÷ &“ ¦ e ”  .   rl ç ß –í ß –\ O _  
“   µ 1 Ï

„

 ™ è_   â Ä º, µ 1 τ  ™ è ? / Ò\ " f  Œ •1 l x ÷ &“ ¦ e ”   H  € ª œô  Ç [ O  q

_  î ß –„  $ í Ä »t   H  © œ ×  æ כ ¹ô  Ç כ ¹™ è– Ð “  d ” ÷ &“ ¦ e ”  .

"

é

¶  § 4  x 9   o§ 4 µ 1 τ  ™ è_  \  -t    ¨ 8 Š l ½ ¨  H ˜ Ð{ 9  Q, ' 

‘

  x 9  µ 1 τ  l – Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e ” Ü ¼ 9, s ×  æ ' ‘  õ  ° ú  “ É r  r

„

  l > À Ӎ  H 1 l x·& ñ t   Œ •1 l x à º_  7 £ x \  _ K  ´ ú §“ É r Â Ò 

\

 ¦ ~ à ÎÜ ¼ 9, ç  H\ P µ 1 ÏÒ q t_  Å Òכ ¹ " é ¶ “  “   ”  1 l x, x – Ð,  Òd ”  x 9  g Ë

>d ”  1 p x _  › ¸| \  Z  ~ s >   ) a   [1,2]. 7 £ x l  ' ‘   – Ð  n  Û

¼ß ¼\ " f ç  H\ P s  µ 1 ÏÒ q t½ + É Ã º e ”   H  Ò0 A  H ×  æd ” / B N, n Û ¼ß ¼

³

ð€  , a Ë > ] X ½ + Ë Ò, v J ?s  1 p x # Œ Q / B M s  e ” t ë ß – @ / Òì  r v  J

?s   Òì  r \  | 9 ×  æ ÷ &# Q e ”  . s  Qô  Ç ç  H\ P “ É r 6 £ x§ 4  Òd ” ç  H

\ P

, à º™ èl “  ç  H\ P  x 9   Òd ”  x – Ð 1 p x Ü ¼– Ð : £ ¤ y  { 9 >  ç  H\ P 

\

 t \  ¦ + þ A$ í ô  Ç + þ AI “   6 £ x§ 4  Òd ” ç  H\ P  + þ AI  ¿ º× ¼ Q

”

   כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”   [3,4].

∗E-mail: [email protected]

'

‘   n Û ¼ß ¼ ç  H\ P `  ¦ › ¸  l  0 AK  { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð  ì  r

„ Ã

Ð © œZ O s   6   x ÷ &“ ¦ e ” t ë ß – ) ‡Ú Ô, v J ?s  x 9  ×  æd ” / B N _  ³ ð

€

   Ò0 A  H n Û ¼ß ¼\  ¦ – Ð \ " f ì  r o  t  · ú §  H ô  Ç ] X   H s  Ô

 ¦ 0 p x l  M :ë  H \  ‰ & ³F \   H œ í6 £ §  \  ¦ s 6   x ô  Ç „ à Ð © œ © œq  x 9

 l Z O _  > hµ 1 Ï\  _ ô  Ç q  õ r + « >~ ½ ÓZ O s  & h 6   x ÷ &“ ¦ e ” 



.

ç

 H\ P `  ¦  Ž Ø  ¦ · ¨ î  l  0 Aô  Ç œ í6 £ §  „ à Ð © œZ O \ " f, ç  H\ P  Â

Ò0 A– РÒ'  ì ø Í   ) a œ í6 £ §  _  r ç ß – s ü < ”  ; Ÿ ¤ ß ¼l – Ð ç  H

\ P

_  0 Au ü < ß ¼l \  ¦ ¨ î    H ì ø Í ~ ½ ÓZ O “ É r ç  H\ P _  È Òõ 

$ í

, ~ ½ ӆ ¾ Ó$ í x 9  + þ AI ü < ° ú  “ É r ì ø Í  _  ”  ; Ÿ ¤ \  % ò † ¾ Ó`  ¦ p  u

  H   à º[ þ t – Ð “  K  v J ?s   Ò0 Aü < ° ú  s  l  † < Æ& h  + þ A © œ s

 4 Ÿ ¤ ¸ ú šô  Ç  â Ä º ç  H\ P `  ¦ ¨ î    H X < # Q 9¹ ¡ § s  e ”   [6,7].

¢

¸ô  Ç œ í6 £ §   Ž  – Ð ç  H\ P `  ¦  Ž Ø  ¦ “ ¦ ¨ î  l  0 AK " f  H

œ

í6 £ §   ’    ñ– РÒ'  l  † < Æ& h “   _  t r  ’    ñü < ½ ¨Z > ÷ &



 H ç  H\ P ’    ñ_  Æ ÒØ  ¦ s  כ ¹½ ¨÷ & 9, s  Qô  Ç : £ ¤f ç _  Æ ÒØ  ¦“ É r

 Ž

  \  _ K  f ” ] X  à º' Ÿ ÷ &“ ¦ e ”   H z  ´& ñ s  . : £ ¤ y , ' 

‘

  – Ð  n Û ¼ß ¼ v J ?s   Ò0 Aü < ° ú  s  + þ A © œs  4 Ÿ ¤ ¸ ú šô  Ç  â Ä º _

 ç  H\ P  ¨ î   H “ ¦• ¸_  ¸ n qº  • ¸ü < „  ë  H& h “   t d ” s  € 9 à º

&

h s  9, „  ë  H  Ž   _  ¸ n qº  • ¸ü <  â + « >\     ç  H\ P  Ž Ø  ¦ _

 0 p x§ 4  s  ß ¼ .

-101-

Fig. 1. Basic flow of ultrasonic signal processing.

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H œ í6 £ §  \  ¦ s 6   x ô  Ç ' ‘   – Ð  n Û ¼ß ¼ v  J

?s _  ç  H\ P   Ž Ø  ¦`  ¦ 0 AK  œ í6 £ §   ’    ñ% ƒo  · ú ˜“ ¦o 7 £ §`  ¦

>

hµ 1 Ï # Œ & h 6   x % i  . z  ´] j ' ‘   – Ð  n Û ¼ß ¼ v J ?s ü <

1

l x{ 9 ô  Ç ß ¼l _  v J ?s  / B G€    © œ\  # Œ Q y Œ •• ¸_   Œ •“ É r “  / B N ç

 H\ P `  ¦ / B N ô  Ç r ¼ # `  ¦ ] j Œ • # Œ, s  r ¼ # \  @ /ô  Ç œ í6 £ §   B- Å Ò  s p t \  ¦ l œ í– Ð # Œ > hµ 1 Ïô  Ç œ í6 £ §   ’    ñ% ƒo 

· ú

˜“ ¦o 7 £ §`  ¦ : Ÿ x K  v J ?s   Ò0 A_  ç  H\ P % ò % i `  ¦ % ò  © œ o % i 



.

II. € ¾“ Ö ¨  Þ Ã Å„ Æ% iP  °  ow ŠP ” Ö ¨

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H œ í6 £ §   Ž  – Ð S \ ‰1 p q ô  Ç ’    ñX <s  \  ¦   6

 

x # Œ v J ?s \  @ /ô  Ç ç  H\ P % ò  © œ`  ¦ % 3 l  0 AK  „  % ƒo , ç  H

\ P

Ê ê˜ Ð% ò % i _   Ž Ø  ¦, ç  H\ P % ò % i _  ó ø ÍZ > _  3é ß –> – Ð ½ ¨$ í  ) a

· ú

˜“ ¦o 7 £ §`  ¦ > hµ 1 Ï % i   (Fig. 1).

„

 % ƒo  é ß –> \ " f, v J ?s \  ç  H\ P s  \ O   H r ¼ # _  œ í6 £ § 

 ì ø Í ’    ñü < ç  H\ P  â  y Œ •s  30• ¸, 45• ¸ x 9  90• ¸“   r 

¼

# _  ì ø Í ’    ñ X <s '  ’    ñ% ƒo \   6   x ÷ &% 3  . s  X <

s

' \   H Å Ò 0 Au , „   r ç ß – (time of flight) x 9  ”  ; Ÿ ¤ _  3 t    à º° ú כs  Ÿ í† < Ê÷ &# Q e ” Ü ¼ 9, s [ þ t“ É r ì ø Í ’    ñ[ þ t _  :

£ ¤f ç `  ¦ ó ø ÍZ >  l  0 AK  ’    ñ% ƒo  · ú ˜“ ¦o 7 £ § _  { 9 § 4 X <s ' 

–

Ð  6   x ÷ &# Q”   . { 9 § 4  X <s ' _  ¸ ú š6 £ § ] j  x 9  ì ø Í  ’    ñ _

 x ß ¼\  ¦ „    ⠖ Ð\     ½ ¨ì  r l  0 A # Œ   H] X ¨ î ç  H Z O

`  ¦ à º' Ÿ  # Œ ’    ñ\  ¦ „  % ƒo  % i “ ¦, { 9 ^ ‰ % ò  © œ x 9  B-Å Ò



 % ò  © œ`  ¦ : Ÿ x # Œ ç  H\ P  ’    ñ\  @ /ô  Ç ì ø Í  ’    ñ[ þ t _  > h| Ä Ì

&

h “   Å Ò 0 Au , „   r ç ß – x 9  ”  ; Ÿ ¤`  ¦ › ' a ¹ 1 Ï % i  .

B- Å Ò  % ò  © œ\ " f v J ?s ü < $ €  \  @ /ô  Ç  © œ@ /& h “   ç  H

\ P

% ò % i _  0 Au \  ¦ ½ ¨Z > ½ + É Ã º e ” 6 £ §`  ¦ ‚ à Ìî ß – # Œ, ç  H\ P _  : £ ¤ f ç

`  ¦ S \ ‰1 p q l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð ì ø Í ’    ñ\  ¦ 2 " é ¶ ¨ î €  Ü ¼

–

Ð
 ? /# Q ç  H\ P % ò % i _  Æ ÒØ  ¦`  ¦ r • ¸ % i  . ¨ î €   © œ\ 

 
  H % ò % i “ É r v J ?s , ç  H\ P ‚  é ß –, ç  H\ P — ¸" fo , $ €  Ü ¼

Fig. 2. Shape of simulated specimen and cracks.

Table 1. Specifications of simulated specimens.

Crack Crack Specimen Specimen

Angle Length Thickness

No. (θ ; deg.) (mm) (mm)

S0 No Crack 34.0

S30 30 2 34.8

S45 45 2 34.3

S90 90 2 34.1

–

Ð
¾ º# Qt  9 ç  H\ P ‚  é ß – x 9  ç  H\ P — ¸" fo 
 
  H ç  H

\ P

% ò % i `  ¦  Ž Ø  ¦ l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O s  כ ¹½ ¨  ) a  . s  Qô  Ç % ƒo 

\

 ¦ ½ ¨‰ & ³ l  0 AK  ç  H\ P s  ” > r F    H ¨ î €  õ  ç  H\ P s  \ O   H

¨ î

€  _  ì  r % ƒo \  ¦ : Ÿ x K  ç  H\ P ‚  é ß – x 9  ç  H\ P — ¸" fo \  ¦ Ÿ í

†

< Ê   H ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i `  ¦  Ž Ø  ¦   H · ú ˜“ ¦o 7 £ §`  ¦ ½ ¨$ í % i 



.  t } Œ • é ß –> \ " f ì  r % ƒo – Ð  Ž Ø  ¦ ) a ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i 

“ É

r ç  H\ P s      % ò % i • ¸ Ÿ í† < Ê÷ &# Q e ” Ü ¼Ù ¼– Ð ç  H\ P % ò % i s 

| ¨

c à º e ”   H : £ ¤f ç | ¾ Ó`  ¦ ‚  & ñ # Œ þ j7 á x& h Ü ¼– Ð ç  H\ P % ò % i `  ¦ ó

ø ÍZ >  % i  .

III. ÷ m Ç ] M ö

1. S   Å < gX c l

‘

: r ƒ  ½ ¨\   6   x ) a ' ‘   – Ð  n Û ¼ß ¼_  — ¸+ þ Ar ¼ # “ É r Fig.

2 ü < ° ú  s   ß ¼w n = à ºt \  z  ´] j ' ‘  _  v J ?s  u à º (φ = 19.05 mm) ü < 1 l x{ 9 ô  Ç v J ?s \  ¦ / B N # Œ v J ?s  ×  æd ”  O

\

" f $ €  `  ¦ l ï  r Ü ¼– Ð  â  y Œ • (θ)s  30• ¸, 45• ¸ x 9  90• ¸

“

  / B G€    © œ_  Pt & h \ " f  â  y Œ •s  1 l x{ 9 ô  Ç ; Ÿ ¤ s  1 mm, U

 ´s  2 mm“   “  / B Nç  H\ P `  ¦ v J ?s  & ñ & h `  ¦ ×  æd ” Ü ¼– Ð € ª œ A

á

¤ \  / B N % i  . Table 1 “ É r — ¸+ þ Ar + « >¼ # _  7 á x À Ó, ç  H\ P _  y

Œ

•• ¸ (ç  H\ P  â  y Œ •) x 9  ç  H\ P _  U  ´s \  ¦
  · p  כ s  .

2. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É

Fig. 3“ É r “  / B Nç  H\ P `  ¦ ”   v J ?s  r ¼ # \ " f ì ø Í   ) a œ í 6

£

§   ` O Û ¼_  µ 1 ÏÒ q t, à º| 9 , ³ ðr , $  © œ x 9  ’    ñ% ƒo \  ¦ 0 AK 

Fig. 3. Ultrasonic signal processing system.



6   x ) a r Û ¼% 7 ›`  ¦
  · p  כ s  . — ¸+ þ Ar ¼ # _  “  / B Nç  H\ P 

\

 @ /ô  Ç œ í6 £ §  „ à Ð © œ Ž    H ` O Û ¼ - \  ï ] X 8 ú ¤Z O Ü ¼– Ð Ã º' Ÿ 

% i Ü ¼ 9, z  ´+ « >\   6   x ô  Ç „ à Ð8 ú ¤    H ”  1 l x   f ”  â s  0.375 in s “ ¦ ×  æd ” Å Ò à º 5 MHz“   à ºf ”  „ à Ð8 ú ¤  \  ¦  6   x % i 



. ` O " fü < o r ! Q  H e ” ` O Û ¼ + þ AI _   + þ A`  ¦ µ 1 ÏÒ q tr ~  ´ à º e ”

  H Krautkramer  _  USD 15 œ í6 £ §   ç  H\ P   Ž Ø  ¦ l \  ¦   6

 

x % i “ ¦, à º’   ) a œ í6 £ §    ± ú ˜– ÐÕ ª X <s '  (RF ’    ñ)\  ¦ Tektronix TDS 410A n t _ O  š ¸z  ´– ÐÛ ¼ ïá Ԗ Ð ˜ Ð? /# Q 10 ns _  Ò  re  ¦a A ç ß –  Ü ¼– Ð n t _ O    ¨ 8 Š # Œ $  © œ % i  . s  M

: à º| 9  ) a X <s ' _  $  © œ ç ß –  “ É r 0.5 mm – Ð % i  . à º| 9 

 )

a X <s '   H > hµ 1 Ï  ) a œ í6 £ §   ’    ñ% ƒo  · ú ˜“ ¦o 7 £ § _  { 9 § 4 

° ú

כÜ ¼– Ð  6   x ÷ &# Q K $ 3 ÷ &# Qt “ ¦, S \ ‰1 p q ô  Ç ç  H\ P & ñ ˜ Ѝ  H — ¸ m

' – Ð þ j7 á x % ò  © œ`  ¦ Ø  ¦§ 4  >  % i  .

IV. + s ÇÊ Ý õ m Í w Š²  o

1. { ¢] k ùS   Å8 ý B-— ¤  T Q U  Ä Z ØV Ä

Fig. 4  H S30 r ¼ # _  7.5 mm Å Ò 0 Au \ " f à º’  ô  Ç A- Å Ò  + þ A`  ¦
  · p  כ Ü ¼– Ð, (a)  H RF  + þ A`  ¦
  · p

 כ

s “ ¦ (b)  H RF  + þ A X <s  \ " f ”  ; Ÿ ¤ _  ] X @ /° ú כ`  ¦ 2 [ ô

 Ç Ê ê 40& h    H] X  ¨ î ç  H`  ¦ à º' Ÿ  # Œ y Œ • ì ø Í % ò % i _  ’    ñ

\

 @ /K  
_  x ß ¼\  ¦ t   H ”  ; Ÿ ¤ Ÿ í| à ̂   (Amplitude Envelope)`  ¦ ½ ¨ # Œ
  · p  כ s  . # Œl " f 40& h    H] X  ¨ î ç

 H`  ¦ & h 6   x ô  Ç s Ä »  H   É r   H] X ¨ î ç  HZ O õ  q “ § # Œ Ä ºÃ º ô

 Ç ¸ ú š6 £ § ] j  ´ òõ \  ¦ t l  M :ë  H s  .

Fig. 5  H y Œ • r ¼ # \  à º’   ) a ì ø Í ’    ñ\  ¦ s 6   x # Œ, y Œ • Å

Ò 0 Au \  @ /ô  Ç œ í6 £ §   „   r ç ß –`  ¦
  · p B-Å Ò  % ò



© œs  . Ò  o• ¸  H ”  ; Ÿ ¤`  ¦ _ p   9, y Œ • ì ø Í % ò % i \  @ /ô  Ç s  p

t  r ç ß –» ¡ ¤  © œ\ " f ; Ÿ ¤`  ¦ t   H X <, s  כ “ É r ` O Û ¼ t 5 Å q r

ç ß –`  ¦
  · p . s  Õ ªa Ë >\ " f -7.5 µS Å Ò0 A_  s p t   H v

J ?s \ " f ì ø Í   ) a ’    ñs  9 €  • 0.0 µS Å Ò0 A\ 
 è ß –

Fig. 4. (a) RF waveform received at 7.5 mm apart from the top of keyway on S30 specimen, (b) Amplitude en- velope after signal processing.

Fig. 5. B-scan images of each specimen.

s

p t   H r ¼ #  $ €  \ " f ì ø Í   ) a ’    ñs  . Fig. 5 (a)  H ç

 H\ P s  \ O   H r ¼ # \  @ /ô  Ç  כ Ü ¼– Ð v J ?s ü < $ €  \ " f ì ø Í



  ) a ’    ñë ß –
 
 9, 90• ¸ r ¼ # \  @ /ô  Ç Fig. 5 (b)_ 

 â

Ä º\   H v J ?s  s p t  0 AA á ¤ \  ç  H\ P ‚  é ß –\  @ /ô  Ç s p  t


 
 e ”  . Fig. 5 (c)  H S30 r ¼ # \  @ /ô  Ç  כ Ü ¼– Ð ç

 H\ P s  \ O   H r ¼ # _  s p t  Fig. 5 (a)ü < q “ §K  ^  ¦ M :, ç

 H\ P \  @ /ô  Ç s p t  ¢ - a„  y  ì  r o ÷ &# Q
 
 9, ' Í    P

: s p t   H ç  H\ P ‚  é ß –`  ¦
 ? /“ ¦ ¿ º   P : s p t   H ç  H

\ P

õ  v J ?s  “ § ÷ &  H — ¸" fo  % ò % i `  ¦
  · p . Õ ª Q

 S45 r ¼ # \  @ /ô  Ç Fig. 5 (d)_   â Ä º ç  H\ P \  @ /ô  Ç s p  t

 v J ?s  s p t ü < ×  æ^ o ?÷ &# Q e ” # Q ç  H\ P \  @ /ô  Ç r  Œ •

&

h

`  ¦ ¹ 1 Ôl   H # Q 9Ä º
 ç  H\ P  ‚  é ß –õ  — ¸" fo \  @ /ô  Ç s p  t

 ì  r o ÷ &# Q
 z Œ ™`  ¦ · ú ˜ à º e ”  .

Fig. 6. Plane images after (a) the binary and (b) the dilation processing (S30).

2. ¿ Q <° ‚ ǜ Ä| ºW _ ËW Ä8 ý ß e È û s Ú 1) 2 u  o x 9  Ø Ÿ ‚ ½ Ó% ƒo 

ç

 H\ P % ò % i `  ¦  Ž Ø  ¦ l  0 AK " f  H ç  H\ P s  ” > r F    H ¨ î €   õ

 ç  H\ P s  \ O   H ¨ î €  _  q “ §ƒ  í ß –s  € 9 כ ¹  .   " f ç  H

\ P

s  \ O   H ¨ î €  % ò  © œ_  Ò q t$ í s  כ ¹½ ¨÷ &“ ¦, ç  H\ P s  ” > r F  



 H — ¸Ž  H ¨ î €  % ò  © œ (S30, S45, S90)\  & h 6   x ½ + É Ã º e ”   H Á ºç  H

\ P

 ¨ î €  % ò  © œ_  Ò q t$ í `  ¦ 0 AK  œ í6 £ §    Ž  – Ð S \ ‰1 p q ô  Ç S0’    

ñ_  X <s ' \  ¦ s 6   x % i  . s  X <s ' \   H v J ?s ü < $ 

€

 \ " f ì ø Í   ) a ’    ñë ß –s  ” > r F  Ù ¼– Ð 3> h_  % ò % i  (v J ?s  1 > h % ò % i , $ €   2> h % ò % i )`  ¦ ì  r ½ + É% ƒo  # Œ ç  H\ P % ò  © œõ  q

“ § % i  . v J ?s ü < $ €  `  ¦ ì  r o  l  0 AK  2u  o % ƒo 

\

 ¦ % i Ü ¼ 9, s M : ì ø Í  ’    ñ_  X <s '  ° ú כ`  ¦ 0 ∼ 255 # 3  0

A– Ð   ¨ 8 Š “ ¦,  1 l x 2 u  o% ƒo  Ê ê\  C  ⠓ É r 0, Ó ü t ^ ‰  H 255 – Ð ì  r o  % i  . 2u  o % ƒo   ) a ¨ î €  % ò  © œ`  ¦ Ø Ÿ ‚ ½ Ó% ƒo (3

× 21) % i  . Fig. 6“ É r S0`  ¦ 2 u  oô  Ç ¨ î €  % ò  © œõ  Ø Ÿ ‚ ½ Ó% ƒ o

ô  Ç ¨ î €  % ò  © œ`  ¦
  · p  כ s  . Ø Ÿ ‚ ½ Ó% ƒo \  ¦ ô  Ç s Ä »  H

% ò

% i ì  r ½ + É% ƒo \  ¦ 0 Aô  Ç „  % ƒo é ß –> – Ð X <s  _  ƒ  5 Å q$ í `  ¦ S X

‰ ˜ Ð l  0 AK " fs  .

2) % ò % i ì  r ½ + É % ƒo 

Fig. 7“ É r Fig. 6 _  ¨ î €  % ò  © œ\ " f Ä »_ ô  Ç 3> h_  % ò % i `  ¦ ì

 r ½ + Éô  Ç % ƒo % ò  © œs  . ‘ : r % ƒo   H 3 > h_  % ò % i `  ¦ 1 l qw n & h Ü ¼

–

Ð ì  r ½ + É [8]† < ÊÜ ¼– Ð+ ‹,  6 £ § _  & ñ ½ + Ë% ƒo é ß –> \ " f v J ?s  x 9

 $ €  \ " f_  0 Au & h “   @ /6 £ x s  ˜ Ð  & ñ S X ‰ >  à º' Ÿ ÷ &

>

 l  0 Aô  Ç é ß –> s  .

3) & ñ ½ + Ë% ƒo 

ç

 H\ P s  ” > r F    H ¨ î €  % ò  © œõ  ç  H\ P s  \ O   H ¨ î €  % ò  © œ`  ¦ q

“ § l  0 AK " f ¿ º ¨ î €  % ò  © œ_  0 Au & h “   & ñ ½ + Ës  € 9 כ ¹

 . S0\ " f ì  r ½ + ɝ ) a 3 > h% ò % i \  @ /ô  Ç & ñ ½ + Ë% ƒo _    õ ,

Fig. 7. Plane image after the segmentation processing.

Fig. 8. Resulting images after the template matching processing.

– л ¡ ¤ õ  [ j– л ¡ ¤ _  ° ú כ (x, y)  H S30, S45, S90 _  3> h% ò % i  õ

 q “ § # Œ X <s '  ° ú כ_  s  þ j™ è ÷ &  H t & h Ü ¼– Ð _

 s 1 l x & ñ • ¸\  ¦ _ p ô  Ç . Fig. 8\  & ñ ½ + Ë% ƒo  Ê ê_    õ 

`

 ¦
 ? /% 3  . Fig. 8_  (a) S0“ É r ç  H\ P s  \ O   H ¨ î €  % ò  © œ

\

" f & ñ ½ + Ë% ƒo \  ¦ 0 AK  [ O & ñ ô  Ç template\  ¦  y Œ •+ þ AÜ ¼– Ð
 

? /% 3  . 3> h % ò % i \  @ / # Œ template  H ¨ î €  % ò  © œ_  ¢ , a A

á

¤  © œé ß – (0, 0)\ " f Ø  ¦ µ 1 Ï # Œ Å Ò 0 Au Z >  „   r ç ß – (Ä º8 £ ¤

é ß –)\    É r ~ ½ ӆ ¾ ÓÜ ¼– Ð & ñ ½ + Ë % ƒo   9, q “ §÷ &  H % ò % i _  X

<s '  ° ú כs  þ j™ è ÷ &  H t & h _  0 Au  (x, y)\  ¦   & ñ % i 



. Fig. 8_  b), c) x 9  d)  H y Œ •y Œ • S30, S45 x 9  S90\  @ / 

#

Œ & ñ ½ + Ë 0 Au – Ð s 1 l x ô  Ç   õ % ò  © œ`  ¦
  · p . Fig. 8\ 

  · p  ü < ° ú  s  y Œ •y Œ •_  ç  H\ P  â  y Œ •\  @ /ô  Ç ¨ î €  % ò  © œ õ

 ç  H\ P s  \ O   H ¨ î €  % ò  © œ\ " f ì  r ½ + ɝ ) a v J ?s ü < $ €  _  3 > h % ò % i s  $ í / B N& h Ü ¼– Ð { 9 u  “ ¦ e ” 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” 



.

Fig. 9. Resulting images after the subtraction processing.

Table 2. Conditions of the feature values for classification of the crack region.

Threshold Conditions Erase : over than scanning depth Position

of backwall (130 mm) Accept : over than threshold.

Area (30 .

= 1/5 × scanned area of crack) Accept : 0.25 õ V/H õ 4.0 Shape

(H : h-length, V : v-length)

4) ì  r % ƒo 

ç

 H\ P % ò % i `  ¦  Ž Ø  ¦ l  0 A # Œ ì  r % ƒo õ & ñ s  € 9 כ ¹ 



. ç  H\ P s  ” > r F    H Fig. 8 _  (b) S30, (c) S45 x 9  (d) S90 õ  ç  H\ P s  \ O   H ¨ î €  “   Fig. 8_  (a) S0`  ¦ 2 u  o % ƒo  Ê

ê, Ø Ÿ ‚ ½ Ó% ƒo  # Œ ¿ º ¨ î €  % ò  © œ`  ¦ ì  r % ƒo  % i  . Fig.

9 _    õ \ " f ç  H\ P % ò % i `  ¦ Ÿ í† < Ê   H ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i s   Ž  Ø

 ¦ ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  .

3. ¿ Q <° ‚ ÇW _ ËW Ä8 ý “ ˜ m0 ‚ Ç

„

  é ß –> \ " f  Ž Ø  ¦ ) a ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i “ É r ç  H\ P % ò % i “ É r Ó ü t



: r, v J ?s % ò % i õ  $ €  % ò % i _   â >  1 p x`  ¦ Ÿ í† < Êô  Ç ” ¸s Ý ¼

% ò

% i • ¸  Ž Ø  ¦ ÷ &% 3  . s [ þ t ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i \ " f ç  H\ P % ò % i ë ß –

`

 ¦ Æ ÒØ  ¦ l  0 A # Œ ç  H\ P % ò % i \  @ /ô  Ç : £ ¤f ç | ¾ Ó`  ¦ ‚  & ñ 

%

i Ü ¼ 9, ç  H\ P % ò % i s  | ¨ c à º e ”   H : £ ¤f ç | ¾ Ó_  › ¸| `  ¦ Table 2 ü < ° ú  s  & ñ _  % i  . 0 Au › ¸| _  : £ ¤f ç | ¾ ӓ É r $ €  % ò % i    A

\ " f  Ž Ø  ¦ ) a ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i `  ¦ ] j   9, €  & h › ¸| _  : £ ¤ f ç

| ¾ ӓ É r y Œ •y Œ •_  ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i _  €  & h s  ç  H\ P  â  y Œ • 90• ¸

“

  r + « >¼ # _  ç  H\ P €  & h _  1/5 s  © œ“    â Ä º\  ç  H\ P % ò % i Ü ¼

–

Ð ó ø ÍZ > ÷ &>  % i  . + þ A © œ› ¸| _  : £ ¤f ç | ¾ ӓ É r ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò

%

i _  à º¨ î ~ ½ ӆ ¾ Ó U  ´s \  @ /ô  Ç Ã ºf ” ~ ½ ӆ ¾ Ó U  ´s _  q  0.25 p

ë ß –s  
 4.0 s  © œ“    â Ä º ç  H\ P % ò % i s   m  “ ¦ ó ø ÍZ > 

% i  .

Fig. 10“ É r 0 Au › ¸| _  : £ ¤f ç | ¾ Ó`  ¦ & h 6   x # Œ ç  H\ P s  \ O 



 H $ €   A  % ò % i `  ¦ ] j ô  Ç % ò  © œs  9, S30, S45, S90r ¼ # 

Fig. 10. The images after applying the condition of po- sition.

Fig. 11. Resulting images of the final crack region.

Table 3. Results of classifying the feature values of the crack region.

S30 S45 S90

Position

(mm) 64.2 ∼ 123.4 64.8 ∼ 95.6 47.1 ∼ 87.5 Area

(mm

²

) 171, 6 1 183 171, 4 1 164 165 1 Shape 0.7, 0.4 0.3, 0.3 0.3 Result of Crack Crack Crack Classification Region Region Region

\

 @ /K  y Œ •y Œ • 7> h, 5> h, 5> h_  ç  H\ P Ê ê˜ Ð% ò % i s  z Œ ™ e ” 6 £ §

`

 ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”  .

Table 2 _  0 Au › ¸| , €  & h › ¸|  x 9  + þ A © œ› ¸| _  : £ ¤f ç `  ¦

&

h

6   x ô  Ç Ê ê_  ç  H\ P % ò % i _  > hà º  H y Œ •y Œ • 2> h, 2> h x 9  1> hs  9, ç  H\ P % ò % i Ü ¼– Ð ó ø ÍZ >  ) a y Œ •y Œ •_  % ò % i \  @ / # Œ 3> h_  :

£ ¤f ç | ¾ Ó`  ¦ & ñ o  # Œ Table 3\ 
 ? /% 3  . Fig. 11\  þ j 7

á x& h Ü ¼– Ð ç  H\ P % ò % i Ü ¼– Ð ó ø ÍZ >  ) a   õ \  ¦
 ? /% 3  . Fig.

11 _    õ \ " f · ú ˜ à º e ” 1 p w s  y Œ •y Œ •_  r + « >¼ # \  ” > r F    H ç

 H\ P `  ¦ & ñ S X ‰ y   Ž Ø  ¦ ½ + É Ã º e ” % 3 Ü ¼ 9, s   H ‘ : r ƒ  ½ ¨_  œ í 6

£

§   ’    ñ% ƒo  · ú ˜“ ¦o 7 £ § s  ç  H\ P % ò % i ë ß –`  ¦  Ž Ø  ¦ ½ + É Ã º e ” 



  H  כ `  ¦ _ p ô  Ç .

V. + s Ç Â ] Ø

‘

: r  7 Hë  H \ " f  H ' ‘   – Ð  n Û ¼ß ¼_  v J ?s \  µ 1 ÏÒ q t 



 H ç  H\ P `  ¦  Ž Ø  ¦ l  0 A # Œ œ í6 £ §   ’    ñ% ƒo  · ú ˜“ ¦o 7 £ §

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] M. Koike, F. Takahashi, S. Kajiyama, H. Chiba and Y. Yoshida, Proceedings of the 13th International Conference on NDE in the Nuclear and Pressure Ves- sel Industries (Kyoto, Japan, 1995)

[2] G. P. Singh, R. A. Cervantes and R. L. Spinks, Ma- terial Evaluation, 41, 1511 (1983).

[5] U. J. Lee and I. G. Park, (New) Ultrasonic Testing (Gold, Seoul, 1995)

[6] K. Date, H. Shimada and N. Ikenaga, NDT Interna- tional, 315, (1982).

[7] D. K. Mak, Ultrasonics, 223, (1985).

[8] Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods, Digital Image Processing (Prentice Hall, 2004) 531.

Ultrasonic Signal Processing Algorithm for Crack Detection on the Keyway of Turbine Rotor Disk

Seung Il Cho, Sung Boo Kim and Jong Kyu Lee

^∗

Department of Physics, Pukyong National University, Pusan 608-737

Doo Yong Kim and Won Chan Seo Department of Materials Processing Engineering,

Pukyong National University, Pusan 608-737

Jong O Lee and Young Ho Son Department of Authorized Test & Evaluation,

Korea Institute of Machinery & Materials, Changwon 641-010 (Received 8 August 2006)

An ultrasonic signal processing algorithm was developed to detect cracks generated around the keyway of a turbine rotor disk. The B-scan images obtained from the ultrasonic scanning system had ultrasonic images of the keyway, the backwall, and cracks. The developed algorithm was composed of three processing steps: pre-processing, detection of the candidate crack region, and classification of the crack region. The crack regions from the keyway and the backwall in the B-scan images could be detected from the obtained ultrasonic images by comparing them with the ultrasonic images of the keyway and the backwall with no cracks. The crack regions were detected by using binarization, dilation, segmentation, template matching, and subtraction. Experiments confirmed that the developed algorithm could detect the cracks.

PACS numbers: 43.35.+d

Keywords: Keyway, Ultrasonic signal processing algorithm, Ultrasonic image

∗E-mail: [email protected]