JP2001249119A - 超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置 - Google Patents
超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 モード変換タンデム法によって被検査体を探
傷して、検出された反射エコーに基づいて断面画像表示
を行う超音波探傷画像表示装置において、反射源の実体
に即した断面画像を生成する。 【解決手段】 第一の斜角探触子４１から超音波が送信
されてから第二の斜角探触子４２において反射エコーが
受信されるまでの時間及び超音波の音速から算出される
伝搬時間と、送信用及び受信用斜角探触子４１，４２を
当接したレール１の表面から底面（背面）までの距離ｈ
と、送信用及び受信用の斜角探触子４１，４２の位置と
から、検出された反射エコーの反射源の位置を特定し
て、断面画像表示を行う。
傷して、検出された反射エコーに基づいて断面画像表示
を行う超音波探傷画像表示装置において、反射源の実体
に即した断面画像を生成する。 【解決手段】 第一の斜角探触子４１から超音波が送信
されてから第二の斜角探触子４２において反射エコーが
受信されるまでの時間及び超音波の音速から算出される
伝搬時間と、送信用及び受信用斜角探触子４１，４２を
当接したレール１の表面から底面（背面）までの距離ｈ
と、送信用及び受信用の斜角探触子４１，４２の位置と
から、検出された反射エコーの反射源の位置を特定し
て、断面画像表示を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
鉄道レール等の被検査体を探傷してその画像表示を行う
超音波探傷画像表示方法及び装置に関する。
鉄道レール等の被検査体を探傷してその画像表示を行う
超音波探傷画像表示方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は従来の鉄道レール１などを超音波
で探傷する際の計測状態を示す斜視図であり、図３は超
音波探傷装置２の機能構成を示すブロック図である。こ
の例では、探傷対象のレール１上を、超音波探傷装置２
と接続されるケーブル３の先端に設けられた超音波探触
子４を移動させてレール１の探傷を行っている。
で探傷する際の計測状態を示す斜視図であり、図３は超
音波探傷装置２の機能構成を示すブロック図である。こ
の例では、探傷対象のレール１上を、超音波探傷装置２
と接続されるケーブル３の先端に設けられた超音波探触
子４を移動させてレール１の探傷を行っている。
【０００３】この際、送信部２ａから一定周期で出力さ
れる送信信号が超音波探触子４に入力され内部の図示し
ない振動子からの超音波パルスがレール１に入射され、
この超音波パルスがレール１の傷などで反射し、反射波
が超音波探触子４の振動子で受信される。
れる送信信号が超音波探触子４に入力され内部の図示し
ない振動子からの超音波パルスがレール１に入射され、
この超音波パルスがレール１の傷などで反射し、反射波
が超音波探触子４の振動子で受信される。
【０００４】そして、この受信信号が受信部２ｂに入力
され、増幅された後に信号処理部２ｃに入力される。信
号処理部２ｃは、所定の伝搬時間、即ち超音波探触子４
からレール１に入射された超音波パルスが傷などで反射
して再び超音波探触子４で受信されるまでの時間の範囲
のみを検出対象とするためのゲート回路を有しており、
受信信号をゲート回路に通して、Ａ／Ｄ変換後、受信信
号のレベルを判定レベルと比較して反射エコーを検出す
る。
され、増幅された後に信号処理部２ｃに入力される。信
号処理部２ｃは、所定の伝搬時間、即ち超音波探触子４
からレール１に入射された超音波パルスが傷などで反射
して再び超音波探触子４で受信されるまでの時間の範囲
のみを検出対象とするためのゲート回路を有しており、
受信信号をゲート回路に通して、Ａ／Ｄ変換後、受信信
号のレベルを判定レベルと比較して反射エコーを検出す
る。
【０００５】信号処理部２ｃに入力された受信信号や、
信号処理部２ｃで検出された反射エコー信号は、表示部
２ｄ及び記録部２ｅに出力され、表示及び記録が行われ
る。その表示には、Ａスコープ表示やＢスコープ画像表
示が用いられる。Ｂスコープ画像は、例えば、横軸に探
触子位置、縦軸に反射エコーの伝搬距離をとって反射エ
コーをプロットするものであるが、屈折角（超音波がレ
ールに入射するときの入射方向と、入射面すなわちレー
ル表面の法線とのなす角）を考慮して反射エコーの反射
源の位置を算出してプロットすれば断面画像となる。反
射源の実体に即したこの断面画像表示は非常に有効な表
示方法である。
信号処理部２ｃで検出された反射エコー信号は、表示部
２ｄ及び記録部２ｅに出力され、表示及び記録が行われ
る。その表示には、Ａスコープ表示やＢスコープ画像表
示が用いられる。Ｂスコープ画像は、例えば、横軸に探
触子位置、縦軸に反射エコーの伝搬距離をとって反射エ
コーをプロットするものであるが、屈折角（超音波がレ
ールに入射するときの入射方向と、入射面すなわちレー
ル表面の法線とのなす角）を考慮して反射エコーの反射
源の位置を算出してプロットすれば断面画像となる。反
射源の実体に即したこの断面画像表示は非常に有効な表
示方法である。
【０００６】このようなレール探傷では、複数の超音波
探触子を用いて、傷の方向性等を考慮した超音波をレー
ルに入射して探傷を行っている。例えば、水平裂を検出
するためには、屈折角が０°である垂直探触子を用い、
４５°程度の傾きの横裂を検出するためには、屈折角が
４５°となる斜角探触子が用いられている。これらの探
触子により、例えば、レールに存在するボルト穴１ｂで
は、垂直探触子と屈折角４５°の互いに逆向きに設置さ
れた２つの斜角探触子からの反射エコーによって、図４
のような断面画像が得られる。
探触子を用いて、傷の方向性等を考慮した超音波をレー
ルに入射して探傷を行っている。例えば、水平裂を検出
するためには、屈折角が０°である垂直探触子を用い、
４５°程度の傾きの横裂を検出するためには、屈折角が
４５°となる斜角探触子が用いられている。これらの探
触子により、例えば、レールに存在するボルト穴１ｂで
は、垂直探触子と屈折角４５°の互いに逆向きに設置さ
れた２つの斜角探触子からの反射エコーによって、図４
のような断面画像が得られる。
【０００７】ところで、溶接部の溶け込み不足や縦割れ
を検出するために、特開平１１−１１８７７０号公報記
載の探傷方法（以下、モード変換タンデム法と呼ぶこと
にする）が用いられることがある。この方法は、屈折角
が同一の２つの斜角探触子を用いる従来のタンデム法の
欠点を解決して、探触子間隔を小さくして限られたスペ
ースでも適用可能で、かつ、底面からの反射エコーを検
出することなく、さらに、損失を少なくして効率よい超
音波探傷を可能とし、縦割れ傷からの反射エコーを確実
に検出するものである。
を検出するために、特開平１１−１１８７７０号公報記
載の探傷方法（以下、モード変換タンデム法と呼ぶこと
にする）が用いられることがある。この方法は、屈折角
が同一の２つの斜角探触子を用いる従来のタンデム法の
欠点を解決して、探触子間隔を小さくして限られたスペ
ースでも適用可能で、かつ、底面からの反射エコーを検
出することなく、さらに、損失を少なくして効率よい超
音波探傷を可能とし、縦割れ傷からの反射エコーを確実
に検出するものである。
【０００８】図５はこのモード変換タンデム法の原理を
説明するための図である。図中、破線は横波超音波、一
点鎖線は縦波超音波を表している。第一の斜角探触子４
１からレール１に屈折角αで入射された縦波超音波が、
レール表面１ａに平行な底面１ｄでモード変換せずに反
射したのち、レール内部の縦割れ傷１ｅ（反射点での法
線はレール表面１ａに平行）でモード変換して反射し、
レール表面１ａの法線とのなす角がβで戻ってくる横波
超音波を、第二の斜角探触子４２で受信している。な
お、第二の斜角探触子４２から横波超音波を屈折角βで
送信し、レール内部の縦割れ傷１ｅでモード変換して反
射し、第一の斜角探触子４１でレール表面１ａの法線と
のなす角がαで戻ってくる縦波超音波を受信することも
可能である。
説明するための図である。図中、破線は横波超音波、一
点鎖線は縦波超音波を表している。第一の斜角探触子４
１からレール１に屈折角αで入射された縦波超音波が、
レール表面１ａに平行な底面１ｄでモード変換せずに反
射したのち、レール内部の縦割れ傷１ｅ（反射点での法
線はレール表面１ａに平行）でモード変換して反射し、
レール表面１ａの法線とのなす角がβで戻ってくる横波
超音波を、第二の斜角探触子４２で受信している。な
お、第二の斜角探触子４２から横波超音波を屈折角βで
送信し、レール内部の縦割れ傷１ｅでモード変換して反
射し、第一の斜角探触子４１でレール表面１ａの法線と
のなす角がαで戻ってくる縦波超音波を受信することも
可能である。
【０００９】ここで、底面１ｄおよび縦割れ傷１ｅでの
反射においては、音速と入射角または反射角の正弦関数
との比は一定であるというスネルの法則が満足される。
すなわち、底面１ｄでの反射においては、反射前後とも
縦波で両者の音速が等しいため、反射波の底面の法線と
のなす角（反射角）もαである。また、縦割れ傷１ｅで
の反射においては、傷に対して入射してくる縦波超音波
の反射点での法線とのなす角（入射角）９０°−αと、
横波反射波の反射点での法線とのなす角（反射角）９０
°−βとの関係は、
反射においては、音速と入射角または反射角の正弦関数
との比は一定であるというスネルの法則が満足される。
すなわち、底面１ｄでの反射においては、反射前後とも
縦波で両者の音速が等しいため、反射波の底面の法線と
のなす角（反射角）もαである。また、縦割れ傷１ｅで
の反射においては、傷に対して入射してくる縦波超音波
の反射点での法線とのなす角（入射角）９０°−αと、
横波反射波の反射点での法線とのなす角（反射角）９０
°−βとの関係は、
【００１０】
【数１】 となり、したがって、
【００１１】
【数２】 が成り立つ。ただし、Ｃ1、Ｃ2は、それぞれレール中で
の縦波、横波の音速で、レールすなわち鋼中の実際の音
速は、Ｃ1＝５９００ｍ／ｓ、Ｃ2＝３２３０ｍ／ｓであ
る。
の縦波、横波の音速で、レールすなわち鋼中の実際の音
速は、Ｃ1＝５９００ｍ／ｓ、Ｃ2＝３２３０ｍ／ｓであ
る。
【００１２】ここで、レール高さをｈとし、レール長手
方向にＸ軸、レール表面をｙ＝０として深さ方向にＹ軸
をとり、第一の斜角探触子４１の位置を（ｘ1，０）、
第二の斜角探触子４２の位置を（ｘ2，０）とすると、
縦割れ傷１ｅでの反射点の位置（ｘ，ｙ）は、次の連立
方程式
方向にＸ軸、レール表面をｙ＝０として深さ方向にＹ軸
をとり、第一の斜角探触子４１の位置を（ｘ1，０）、
第二の斜角探触子４２の位置を（ｘ2，０）とすると、
縦割れ傷１ｅでの反射点の位置（ｘ，ｙ）は、次の連立
方程式
【００１３】
【数３】 の解として決定される。なお、図５とは反対にｘ1＞ｘ2
としてＸ軸の正方向に送信した場合は、（３）式におけ
る“ｘ1−ｘ”、“ｘ2−ｘ”は、各々“ｘ−ｘ1”、
“ｘ−ｘ2”となる。
としてＸ軸の正方向に送信した場合は、（３）式におけ
る“ｘ1−ｘ”、“ｘ2−ｘ”は、各々“ｘ−ｘ1”、
“ｘ−ｘ2”となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
探触子は多少広がりを持った送受信特性を有するため、
超音波が幅を持つことになって、探触子の位置に対して
反射エコーが検出されるレール内部の反射源の位置は、
１点ではなくある範囲を有することになる。そのため、
反射エコーが検出されたときに、超音波の広がりを考慮
せずに、第一の斜角探触子の設計上の屈折角を用いて
（３）式により反射源の位置を決定するのでは、正確な
位置を求めることができず、反射源の実体に即した断面
画像を生成し、その画像表示を行うことができないとい
う問題がある。
探触子は多少広がりを持った送受信特性を有するため、
超音波が幅を持つことになって、探触子の位置に対して
反射エコーが検出されるレール内部の反射源の位置は、
１点ではなくある範囲を有することになる。そのため、
反射エコーが検出されたときに、超音波の広がりを考慮
せずに、第一の斜角探触子の設計上の屈折角を用いて
（３）式により反射源の位置を決定するのでは、正確な
位置を求めることができず、反射源の実体に即した断面
画像を生成し、その画像表示を行うことができないとい
う問題がある。
【００１５】また、例えば従来のレール探傷車によるレ
ール探傷においては、探傷中にレールの種類が変わって
レール高さが変わることがあるため、レール高さを既定
値として予め与えることは難しく、そのような場合に、
モード変換タンデム法において反射源の位置の算出を行
うことはさらに困難を極めることになる。
ール探傷においては、探傷中にレールの種類が変わって
レール高さが変わることがあるため、レール高さを既定
値として予め与えることは難しく、そのような場合に、
モード変換タンデム法において反射源の位置の算出を行
うことはさらに困難を極めることになる。
【００１６】さらには、被検査体がレールの場合には、
ボルト穴のような人工構造や、継目での遊間部（レール
端面）において、モード変換タンデム法によって反射エ
コーが検出されることがあり、モード変換タンデム法だ
けによる断面画像としたときに、これらと傷とを識別可
能なように表示することができないという問題がある。
ボルト穴のような人工構造や、継目での遊間部（レール
端面）において、モード変換タンデム法によって反射エ
コーが検出されることがあり、モード変換タンデム法だ
けによる断面画像としたときに、これらと傷とを識別可
能なように表示することができないという問題がある。
【００１７】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、第１の目的は、モード変換タンデム法で
検出された反射エコーについて、正確に反射源の位置を
算出し、反射源の実体に即した断面画像を生成すること
ができる超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表
示装置を提供することを目的としている。
るものであり、第１の目的は、モード変換タンデム法で
検出された反射エコーについて、正確に反射源の位置を
算出し、反射源の実体に即した断面画像を生成すること
ができる超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表
示装置を提供することを目的としている。
【００１８】また、第２の目的は、第１の目的に加え
て、表示の際に、不正な反射エコーやノイズを画像表示
しないことによって、信頼性の高い断面画像表示を行う
ことができる超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画
像表示装置を提供することを目的とする。
て、表示の際に、不正な反射エコーやノイズを画像表示
しないことによって、信頼性の高い断面画像表示を行う
ことができる超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画
像表示装置を提供することを目的とする。
【００１９】また、第３の目的は、第１の目的に加え
て、被検査体の表面から底面（背面）までの距離が変わ
っても、問題なく反射源の位置の特定ができ、反射源の
実体に即した断面画像を生成することができる超音波探
傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置を提供する
ことを目的とする。
て、被検査体の表面から底面（背面）までの距離が変わ
っても、問題なく反射源の位置の特定ができ、反射源の
実体に即した断面画像を生成することができる超音波探
傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置を提供する
ことを目的とする。
【００２０】また、第４の目的は、第１の目的に加え
て、モード変換タンデム法で検出された反射エコーの反
射源の位置と、その他の探触子によって検出された反射
エコーの反射源の位置とを重畳して断面画像表示するこ
とによって、より有効な表示とすることができる超音波
探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置を提供す
ることをも目的としている。
て、モード変換タンデム法で検出された反射エコーの反
射源の位置と、その他の探触子によって検出された反射
エコーの反射源の位置とを重畳して断面画像表示するこ
とによって、より有効な表示とすることができる超音波
探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置を提供す
ることをも目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被検査体の表面に第一の斜角探触子及び第
二の斜角探触子を当接させて、第一の斜角探触子から縦
波超音波を送信し、その縦波超音波が底面（背面）でモ
ード変換せずに反射したのち、被検査体内部の反射源で
モード変換して反射した横波超音波を第二の斜角探触子
で受信して、または、第二の斜角探触子から横波超音波
を送信し、その横波超音波が被検査体内部の反射源で縦
波超音波に変換して反射したのち、底面（背面）でモー
ド変換せずに反射した縦波超音波を第一の斜角探触子で
受信することによって前記被検査体を探傷して、検出さ
れた反射エコーに基づいて断面画像表示を行う超音波探
傷画像表示方法であって、超音波が送信されてから反射
エコーが受信されるまでの伝搬時間と、縦波超音波及び
横波超音波の音速と、前記表面から前記底面（背面）ま
での距離と、前記第一の斜角探触子及び第二の斜角探触
子の位置とから、検出された反射エコーの反射源の位置
を特定して、断面画像表示を行うことを特徴とする。
に本発明は、被検査体の表面に第一の斜角探触子及び第
二の斜角探触子を当接させて、第一の斜角探触子から縦
波超音波を送信し、その縦波超音波が底面（背面）でモ
ード変換せずに反射したのち、被検査体内部の反射源で
モード変換して反射した横波超音波を第二の斜角探触子
で受信して、または、第二の斜角探触子から横波超音波
を送信し、その横波超音波が被検査体内部の反射源で縦
波超音波に変換して反射したのち、底面（背面）でモー
ド変換せずに反射した縦波超音波を第一の斜角探触子で
受信することによって前記被検査体を探傷して、検出さ
れた反射エコーに基づいて断面画像表示を行う超音波探
傷画像表示方法であって、超音波が送信されてから反射
エコーが受信されるまでの伝搬時間と、縦波超音波及び
横波超音波の音速と、前記表面から前記底面（背面）ま
での距離と、前記第一の斜角探触子及び第二の斜角探触
子の位置とから、検出された反射エコーの反射源の位置
を特定して、断面画像表示を行うことを特徴とする。
【００２２】または、本発明は、被検査体の表面に第一
の斜角探触子及び第二の斜角探触子を当接させて、第一
の斜角探触子から縦波超音波を送信し、その縦波超音波
が底面（背面）でモード変換せずに反射したのち、被検
査体内部の反射源でモード変換して反射した横波超音波
を第二の斜角探触子で受信して、または、第二の斜角探
触子から横波超音波を送信し、その横波超音波が被検査
体内部の反射源で縦波超音波にモード変換して反射した
のち、底面（背面）でモード変換せずに反射した縦波短
音波を第一の斜角探触子で受信することによって前記被
検査体を探傷して、検出された反射エコーに基づいて断
面画像表示を行う超音波探傷画像表示装置であって、第
一の斜角探触子及び第二の斜角探触子の位置を計測する
探触子位置計測手段と、反射エコーを検出して、超音波
が送信されてから反射エコーが受信されるまでの伝搬時
間を計測する反射エコー検出手段と、前記第一の斜角探
触子及び第二の斜角探触子の位置と、前記伝搬時間と、
縦波超音波及び横波超音波の音速と、前記被検査体の表
面から底面（背面）までの距離とから、検出された反射
エコーの反射源の位置を特定する反射源位置特定手段
と、前記反射源位置特定手段で特定された反射源の位置
を表す断面画像を生成する画像生成手段と、を有するこ
とを特徴とする。モード変換タンデム法による超音波の
伝搬時間と、反射源との位置には、一定の関係が成り立
つので、伝搬時間及び被検査体の表面から底面（背面）
までの距離を用いて、反射エコーの反射源の位置を特定
することができる。従って、斜角探触子の屈折角に広が
りがあったとしても、この屈折角に依存せずに、反射源
を特定することができ、反射源の実体に即した断面画像
を生成することができる。
の斜角探触子及び第二の斜角探触子を当接させて、第一
の斜角探触子から縦波超音波を送信し、その縦波超音波
が底面（背面）でモード変換せずに反射したのち、被検
査体内部の反射源でモード変換して反射した横波超音波
を第二の斜角探触子で受信して、または、第二の斜角探
触子から横波超音波を送信し、その横波超音波が被検査
体内部の反射源で縦波超音波にモード変換して反射した
のち、底面（背面）でモード変換せずに反射した縦波短
音波を第一の斜角探触子で受信することによって前記被
検査体を探傷して、検出された反射エコーに基づいて断
面画像表示を行う超音波探傷画像表示装置であって、第
一の斜角探触子及び第二の斜角探触子の位置を計測する
探触子位置計測手段と、反射エコーを検出して、超音波
が送信されてから反射エコーが受信されるまでの伝搬時
間を計測する反射エコー検出手段と、前記第一の斜角探
触子及び第二の斜角探触子の位置と、前記伝搬時間と、
縦波超音波及び横波超音波の音速と、前記被検査体の表
面から底面（背面）までの距離とから、検出された反射
エコーの反射源の位置を特定する反射源位置特定手段
と、前記反射源位置特定手段で特定された反射源の位置
を表す断面画像を生成する画像生成手段と、を有するこ
とを特徴とする。モード変換タンデム法による超音波の
伝搬時間と、反射源との位置には、一定の関係が成り立
つので、伝搬時間及び被検査体の表面から底面（背面）
までの距離を用いて、反射エコーの反射源の位置を特定
することができる。従って、斜角探触子の屈折角に広が
りがあったとしても、この屈折角に依存せずに、反射源
を特定することができ、反射源の実体に即した断面画像
を生成することができる。
【００２３】また、前記超音波探傷画像表示方法におい
て、前記被検査体の表面、底面（背面）及び被検査体内
部の反射源の法線は平行であり、かつ、底面（背面）で
の反射及び被検査体内部の反射源での反射においてはス
ネルの法則を満足するものとして、検出された反射エコ
ーの反射源の位置を特定することができる。または、上
記超音波探傷画像表示装置において、前記反射源位置特
定手段は、前記被検査体の表面、底面（背面）及び被検
査体内部の反射源の法線が平行であり、かつ、底面（背
面）での反射及び被検査体内部の反射源での反射におい
てはスネルの法則を満足するものとして、検出された反
射エコーの反射源の位置を特定することができる。被検
査体内部の反射源の法線が、表面、底面（背面）と平行
であり、かつ底面での反射及び反射源での反射において
スネルの法則が満足するものとした場合に、伝搬時間と
反射源の位置とを所定の関係式に基づき決定することが
できる。
て、前記被検査体の表面、底面（背面）及び被検査体内
部の反射源の法線は平行であり、かつ、底面（背面）で
の反射及び被検査体内部の反射源での反射においてはス
ネルの法則を満足するものとして、検出された反射エコ
ーの反射源の位置を特定することができる。または、上
記超音波探傷画像表示装置において、前記反射源位置特
定手段は、前記被検査体の表面、底面（背面）及び被検
査体内部の反射源の法線が平行であり、かつ、底面（背
面）での反射及び被検査体内部の反射源での反射におい
てはスネルの法則を満足するものとして、検出された反
射エコーの反射源の位置を特定することができる。被検
査体内部の反射源の法線が、表面、底面（背面）と平行
であり、かつ底面での反射及び反射源での反射において
スネルの法則が満足するものとした場合に、伝搬時間と
反射源の位置とを所定の関係式に基づき決定することが
できる。
【００２４】また、前記超音波探傷画像表示方法におい
て、第一の斜角探触子と第二の斜角探触子との相対的位
置毎に、かつ、表面から底面（背面）までの距離毎に、
超音波が送信されてから反射エコーが受信されるまでの
伝搬時間から、検出された反射エコーの反射源の第一ま
たは第二の斜角探触子に対する相対的位置を算出する近
似式を予め求めておき、反射エコーが検出されたとき
に、そのときの第一の斜角探触子と第二の斜角探触子と
の相対的位置及び表面から底面（背面）までの距離に対
応する前記近似式から、検出された反射エコーの反射源
の第一または第二の斜角探触子に対する相対的位置を算
出し、さらに、第一または第二の斜角探触子の位置を用
いて、検出された反射エコーの反射源の位置を特定する
ことができる。または、前記超音波探傷画像表示装置に
おいて、前記反射源位置特定手段は、前記第一の斜角探
触子と第二の斜角探触子との相対的位置、前記被検査体
の表面から底面（背面）までの距離及び前記伝搬時間か
ら、検出された反射エコーの反射源の第一または第二の
斜角探触子に対する相対的位置を近似的に算出する相対
位置算出手段と、前記相対位置算出手投で算出された第
一または第二の斜角探触子に対する反射源の相対的位置
と、第一または第二の斜角探触子の位置とから、検出さ
れた反射エコーの反射源の位置を決定する位置決定手段
とから構成することができる。伝搬時間から反射エコー
の反射源の第一または第二の斜角探触子に対する相対的
位置を算出する近似式を予め求めておくことにより、迅
速に反射源の位置を特定することができるようになる。
第一の斜角探触子と第二の斜角探触子との間の相対的位
置毎、かつ表面から底面（背面）までの距離毎に、近似
式を求めることにより、探傷環境の変化に対応すること
ができる。
て、第一の斜角探触子と第二の斜角探触子との相対的位
置毎に、かつ、表面から底面（背面）までの距離毎に、
超音波が送信されてから反射エコーが受信されるまでの
伝搬時間から、検出された反射エコーの反射源の第一ま
たは第二の斜角探触子に対する相対的位置を算出する近
似式を予め求めておき、反射エコーが検出されたとき
に、そのときの第一の斜角探触子と第二の斜角探触子と
の相対的位置及び表面から底面（背面）までの距離に対
応する前記近似式から、検出された反射エコーの反射源
の第一または第二の斜角探触子に対する相対的位置を算
出し、さらに、第一または第二の斜角探触子の位置を用
いて、検出された反射エコーの反射源の位置を特定する
ことができる。または、前記超音波探傷画像表示装置に
おいて、前記反射源位置特定手段は、前記第一の斜角探
触子と第二の斜角探触子との相対的位置、前記被検査体
の表面から底面（背面）までの距離及び前記伝搬時間か
ら、検出された反射エコーの反射源の第一または第二の
斜角探触子に対する相対的位置を近似的に算出する相対
位置算出手段と、前記相対位置算出手投で算出された第
一または第二の斜角探触子に対する反射源の相対的位置
と、第一または第二の斜角探触子の位置とから、検出さ
れた反射エコーの反射源の位置を決定する位置決定手段
とから構成することができる。伝搬時間から反射エコー
の反射源の第一または第二の斜角探触子に対する相対的
位置を算出する近似式を予め求めておくことにより、迅
速に反射源の位置を特定することができるようになる。
第一の斜角探触子と第二の斜角探触子との間の相対的位
置毎、かつ表面から底面（背面）までの距離毎に、近似
式を求めることにより、探傷環境の変化に対応すること
ができる。
【００２５】また、前記超音波探傷画像表示方法におい
て、前記伝搬時間が所定の範囲内である反射エコーにつ
いてのみ画像表示することができる。または、前記前記
超音波探傷画像表示装置において、前記反射源位置特定
手投は、前記伝搬時間が所定の範囲内である反射エコー
について反射源の位置を特定することができる。伝搬距
離が所定の範囲内にある反射エコーのみを対象とするこ
とにより、不正な反射エコーやノイズを除去することが
できる。所定の範囲とは、例えば、入射される超音波の
屈折角の広がりに見合った伝搬距離の範囲とするとよ
い。
て、前記伝搬時間が所定の範囲内である反射エコーにつ
いてのみ画像表示することができる。または、前記前記
超音波探傷画像表示装置において、前記反射源位置特定
手投は、前記伝搬時間が所定の範囲内である反射エコー
について反射源の位置を特定することができる。伝搬距
離が所定の範囲内にある反射エコーのみを対象とするこ
とにより、不正な反射エコーやノイズを除去することが
できる。所定の範囲とは、例えば、入射される超音波の
屈折角の広がりに見合った伝搬距離の範囲とするとよ
い。
【００２６】また、前記超音波探傷画像表示方法におい
て、前記被検査体の表面から底面（背面）までの距離
を、その表面に当接した超音波の送受信用の垂直探触子
により超音波を送信してから底面（背面）で反射したエ
コーが受信されるまでの伝搬時間及び超音波の音速から
算出することができる。または、前記超音波探傷画像表
示装置において、さらに、前記被検査体の表面に当接さ
れる超音波の送受信用の垂直探触子を有し、前記反射エ
コー検出手段は、この送受信用の垂直探触子によって検
出された反射エコーについても反射エコーを検出して伝
搬時間を計測するものであり、送受信用の垂直探触子に
より超音波を送信してから底面（背面）で反射したエコ
ーが受信されるまでの伝搬時間及び超音波の音速から、
前記被検査体の表面から底面（背面）までの距離を算出
する表面底面間距離算出手段を有することとすることが
できる。垂直探触子による超音波の送受信の時間から表
面底面間距離を求めることにより、被検査体の表面底面
（背面）間距離の変化に対応することができる。
て、前記被検査体の表面から底面（背面）までの距離
を、その表面に当接した超音波の送受信用の垂直探触子
により超音波を送信してから底面（背面）で反射したエ
コーが受信されるまでの伝搬時間及び超音波の音速から
算出することができる。または、前記超音波探傷画像表
示装置において、さらに、前記被検査体の表面に当接さ
れる超音波の送受信用の垂直探触子を有し、前記反射エ
コー検出手段は、この送受信用の垂直探触子によって検
出された反射エコーについても反射エコーを検出して伝
搬時間を計測するものであり、送受信用の垂直探触子に
より超音波を送信してから底面（背面）で反射したエコ
ーが受信されるまでの伝搬時間及び超音波の音速から、
前記被検査体の表面から底面（背面）までの距離を算出
する表面底面間距離算出手段を有することとすることが
できる。垂直探触子による超音波の送受信の時間から表
面底面間距離を求めることにより、被検査体の表面底面
（背面）間距離の変化に対応することができる。
【００２７】また、前記超音波探傷画像表示方法におい
て、さらに、超音波の送信用及び／または受信用の１つ
または複数の垂直または斜角探触子を用いて前記被検査
体を探傷したときに検出された反射エコーに対して、こ
の探触子の位置及びその設計上の屈折角と、超音波が送
信されてから反射エコーが受信されるまでの伝搬時間
と、超音波の音速とから、反射源の位置を算出して、前
記断面画像に重畳して表示することができる。または、
前記超音波探傷画像表示装置において、さらに、超音波
の送信用及び／または受信用の１つまたは複数の垂直ま
たは斜角探触子を有し、前記探触子位置計測手段は、こ
の送信用及び／または受信用の１つまたは複数の垂直ま
たは斜角探触子の位置をも計測し、前記反射エコー検出
手段は、前記送信用及び／または受信用の１つまたは複
数の垂直または斜角探触子によって検出された反射エコ
ーについても反射エコーを検出して伝搬時間を計測し、
前記反射源位置特定手段は、前記送信用及び／または受
信用の１つまたは複数の垂直または斜角探触子の位置及
び設計上の屈折角と、前記探触子によって検出された反
射エコー伝搬時間と、超音波の音速とから、この探触子
によって検出された反射エコーの反射源の位置をも算出
し、前記反射源位置特定手段で検出された当該反射エコ
ーの反射源の位置を重畳して断面画像表示を行うことが
できる。モード変換タンデム法で検出された反射エコー
の反射源の位置と、モード変換タンデム法以外の探触子
によって検出された反射エコーの反射源の位置とを重畳
して断面画像表示することで、被検査体の中の種々の反
射源の実体に即した断面画像表示することができる。
尚、ここで、送信用及び／または受信用の１つまたは複
数の垂直または斜角探触子とは、送信用及び受信用の垂
直探触子、送信用の斜角探触子と受信用の斜角探触子、
送受信用及び受信用の斜角探触子等の１つまたは複数の
組み合わせが考えられる。
て、さらに、超音波の送信用及び／または受信用の１つ
または複数の垂直または斜角探触子を用いて前記被検査
体を探傷したときに検出された反射エコーに対して、こ
の探触子の位置及びその設計上の屈折角と、超音波が送
信されてから反射エコーが受信されるまでの伝搬時間
と、超音波の音速とから、反射源の位置を算出して、前
記断面画像に重畳して表示することができる。または、
前記超音波探傷画像表示装置において、さらに、超音波
の送信用及び／または受信用の１つまたは複数の垂直ま
たは斜角探触子を有し、前記探触子位置計測手段は、こ
の送信用及び／または受信用の１つまたは複数の垂直ま
たは斜角探触子の位置をも計測し、前記反射エコー検出
手段は、前記送信用及び／または受信用の１つまたは複
数の垂直または斜角探触子によって検出された反射エコ
ーについても反射エコーを検出して伝搬時間を計測し、
前記反射源位置特定手段は、前記送信用及び／または受
信用の１つまたは複数の垂直または斜角探触子の位置及
び設計上の屈折角と、前記探触子によって検出された反
射エコー伝搬時間と、超音波の音速とから、この探触子
によって検出された反射エコーの反射源の位置をも算出
し、前記反射源位置特定手段で検出された当該反射エコ
ーの反射源の位置を重畳して断面画像表示を行うことが
できる。モード変換タンデム法で検出された反射エコー
の反射源の位置と、モード変換タンデム法以外の探触子
によって検出された反射エコーの反射源の位置とを重畳
して断面画像表示することで、被検査体の中の種々の反
射源の実体に即した断面画像表示することができる。
尚、ここで、送信用及び／または受信用の１つまたは複
数の垂直または斜角探触子とは、送信用及び受信用の垂
直探触子、送信用の斜角探触子と受信用の斜角探触子、
送受信用及び受信用の斜角探触子等の１つまたは複数の
組み合わせが考えられる。
【００２８】また、前記超音波探傷画像表示方法または
前記超音波探傷画像表示装置において、前記被検査体は
レールとすることができ、また、超音波レール探傷車に
おけるレール探傷画像表示装置に使用することができ
る。
前記超音波探傷画像表示装置において、前記被検査体は
レールとすることができ、また、超音波レール探傷車に
おけるレール探傷画像表示装置に使用することができ
る。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【００３０】図１は、本発明による超音波探傷画像表示
方法を実施するための、またはレール探傷車に搭載され
る超音波探傷画像表示装置の一実施形態を示す機能ブロ
ック図である。超音波探傷画像表示装置１０は、探触子
ブロック４０、多チャネル超音波送受信部１４、探触子
位置計測部１６、反射エコー検出部１８、伝搬距離算出
部２０、表面底面間距離算出部２２、反射源位置特定部
２４、画像生成部２８、表示部３０を備えている。以上
の各部は、ゲート回路、Ａ／Ｄ変換器、カウンタ、論理
回路、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ回路、Ｄ／Ａ変換器、ビ
デオアンプ、ＣＲＴ等によって実現することができる。
方法を実施するための、またはレール探傷車に搭載され
る超音波探傷画像表示装置の一実施形態を示す機能ブロ
ック図である。超音波探傷画像表示装置１０は、探触子
ブロック４０、多チャネル超音波送受信部１４、探触子
位置計測部１６、反射エコー検出部１８、伝搬距離算出
部２０、表面底面間距離算出部２２、反射源位置特定部
２４、画像生成部２８、表示部３０を備えている。以上
の各部は、ゲート回路、Ａ／Ｄ変換器、カウンタ、論理
回路、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ回路、Ｄ／Ａ変換器、ビ
デオアンプ、ＣＲＴ等によって実現することができる。
【００３１】以下、各部の詳細をその作用と共に説明す
る。
る。
【００３２】探触子ブロック４０は、例えば、図６に示
すように、モード変換タンデム用の第一の斜角探触子４
１及び第二の斜角探触子４２、送受信用の垂直探触子
（屈折角０°）４４及び互いに逆向きに設置された２つ
の送受信用の斜角探触子（例えば屈折角４５°）４３，
４５が所定の位置関係で配置されているものからなる。
第一の斜角探触子４１は、該探触子４１からの（または
探触子４１への）縦波超音波の屈折角が例えば２０°と
なるように設定されている一方で、第二の斜角探触子４
２は、該探触子４２への（または探触子４２からの）横
波超音波の屈折角が例えば５９°となるように設定され
ている。これらの角度は、第一の斜角探触子４１から
レール１に縦波超音波が入射される際の効率、レール
１の底面での反射効率、傷での横波超音波へのモード
変換効率、さらに、第二の斜角探触子４２での横波超
音波の入射効率を考慮し、非常に効率のよい探触を行う
ことが可能である角度となっている。縦波超音波の屈折
角は、５°乃至３０°程度であることが好ましく、その
場合、横波超音波の屈折角は、５７°乃至６２°程度と
なる。
すように、モード変換タンデム用の第一の斜角探触子４
１及び第二の斜角探触子４２、送受信用の垂直探触子
（屈折角０°）４４及び互いに逆向きに設置された２つ
の送受信用の斜角探触子（例えば屈折角４５°）４３，
４５が所定の位置関係で配置されているものからなる。
第一の斜角探触子４１は、該探触子４１からの（または
探触子４１への）縦波超音波の屈折角が例えば２０°と
なるように設定されている一方で、第二の斜角探触子４
２は、該探触子４２への（または探触子４２からの）横
波超音波の屈折角が例えば５９°となるように設定され
ている。これらの角度は、第一の斜角探触子４１から
レール１に縦波超音波が入射される際の効率、レール
１の底面での反射効率、傷での横波超音波へのモード
変換効率、さらに、第二の斜角探触子４２での横波超
音波の入射効率を考慮し、非常に効率のよい探触を行う
ことが可能である角度となっている。縦波超音波の屈折
角は、５°乃至３０°程度であることが好ましく、その
場合、横波超音波の屈折角は、５７°乃至６２°程度と
なる。
【００３３】多チャネル超音波送受信部１４は、探触子
ブロック４０の各探触子４１，４２，４４，４３及び４
５に対応した各チャネル（モード変換タンデムチャネ
ル、垂直チャネル、＋４５°チャネル及び−４５°チャ
ネル）の送受信部を備えている。
ブロック４０の各探触子４１，４２，４４，４３及び４
５に対応した各チャネル（モード変換タンデムチャネ
ル、垂直チャネル、＋４５°チャネル及び−４５°チャ
ネル）の送受信部を備えている。
【００３４】探触子ブロック４０はレール１上を接触し
て移動し、その位置が探触子位置計測部１６によって計
測される。この際、多チャネル超音波送受信部１４は、
探触子位置計測部１６からの探触子位置データに基づい
て、各チャネルとも一定間隔で送信信号を第一の斜角探
触子４１または送受信用探触子４４，４３，４５に出力
し、その結果、各探触子の図示しない振動子から超音波
パルスがレール１に入射される。この超音波パルスがレ
ール１の傷などで反射し、その反射エコーが第二の斜角
探触子４２または送受信用の探触子の振動子４４，４
３，４５で受信されると、この受信信号が多チャネル超
音波送受信部１４で増幅され、反射エコー検出部１８へ
と出力される。なお、ここでのモード変換タンデムチャ
ネルは、第一の斜角探触子４１から縦波超音波を送信
し、第二の斜角探触子４２で横波超音波を受信するもの
とする。勿論、第二の斜角探触子４２から横波超音波を
送信し、第一の斜角探触子４１で縦波超音波を受信する
場合も同様に適用できることは言うまでもない。
て移動し、その位置が探触子位置計測部１６によって計
測される。この際、多チャネル超音波送受信部１４は、
探触子位置計測部１６からの探触子位置データに基づい
て、各チャネルとも一定間隔で送信信号を第一の斜角探
触子４１または送受信用探触子４４，４３，４５に出力
し、その結果、各探触子の図示しない振動子から超音波
パルスがレール１に入射される。この超音波パルスがレ
ール１の傷などで反射し、その反射エコーが第二の斜角
探触子４２または送受信用の探触子の振動子４４，４
３，４５で受信されると、この受信信号が多チャネル超
音波送受信部１４で増幅され、反射エコー検出部１８へ
と出力される。なお、ここでのモード変換タンデムチャ
ネルは、第一の斜角探触子４１から縦波超音波を送信
し、第二の斜角探触子４２で横波超音波を受信するもの
とする。勿論、第二の斜角探触子４２から横波超音波を
送信し、第一の斜角探触子４１で縦波超音波を受信する
場合も同様に適用できることは言うまでもない。
【００３５】反射エコー検出部１８は、多チャネル超音
波送受信部１４からの各チャネルの受信信号を、まず、
ゲート回路によって所定の伝搬時間の範囲のみを検出対
象として選択してＡ／Ｄ変換する。ゲート回路は、例え
ば、垂直チャネルではレール表面から入射された超音波
が底面で反射して戻って来るのに要する時間に応じたゲ
ート設定がなされる。モード変換タンデムチャネルで
は、第一の斜角探触子４１の設計上の屈折角とレール高
さによって伝搬時間は計算上は定まるが、前述のように
超音波が幅を持つことや、レールの種類によってレール
高さが変わることを見込んでゲートが比較的広く設定さ
れる。
波送受信部１４からの各チャネルの受信信号を、まず、
ゲート回路によって所定の伝搬時間の範囲のみを検出対
象として選択してＡ／Ｄ変換する。ゲート回路は、例え
ば、垂直チャネルではレール表面から入射された超音波
が底面で反射して戻って来るのに要する時間に応じたゲ
ート設定がなされる。モード変換タンデムチャネルで
は、第一の斜角探触子４１の設計上の屈折角とレール高
さによって伝搬時間は計算上は定まるが、前述のように
超音波が幅を持つことや、レールの種類によってレール
高さが変わることを見込んでゲートが比較的広く設定さ
れる。
【００３６】次に、受信信号レベルと所定の判定レベル
を比較し、受信信号レベルが判定レベル以上の場合を反
射エコーとして、例えばその受信信号レベルと伝搬時間
を検出する。なお、受信信号レベルが連続して判定レベ
ル以上である場合、つまり、反射エコーが時間的に幅を
持つ場合は、例えば、受信信号レベルはその極大値と
し、伝搬時間には、受信信号レベルが極大値となるとき
または判定レベルを越えたときの伝搬時間を採用するこ
とができる。
を比較し、受信信号レベルが判定レベル以上の場合を反
射エコーとして、例えばその受信信号レベルと伝搬時間
を検出する。なお、受信信号レベルが連続して判定レベ
ル以上である場合、つまり、反射エコーが時間的に幅を
持つ場合は、例えば、受信信号レベルはその極大値と
し、伝搬時間には、受信信号レベルが極大値となるとき
または判定レベルを越えたときの伝搬時間を採用するこ
とができる。
【００３７】伝搬距離算出部２０は、反射エコー検出部
１８において検出されたモード変換タンデムチャネルを
除く、各チャネルの反射エコーについて、超音波の音速
に伝搬時間を乗ずることによって伝搬距離を算出する。
垂直チャネルの超音波は縦波、±４５°チャネルの超音
波は横波で、鋼製のレール中の音速はそれぞれＣ1＝５
９００ｍ／s、Ｃ2＝３２３０ｍ／sである。
１８において検出されたモード変換タンデムチャネルを
除く、各チャネルの反射エコーについて、超音波の音速
に伝搬時間を乗ずることによって伝搬距離を算出する。
垂直チャネルの超音波は縦波、±４５°チャネルの超音
波は横波で、鋼製のレール中の音速はそれぞれＣ1＝５
９００ｍ／s、Ｃ2＝３２３０ｍ／sである。
【００３８】表面底面間距離算出部２２は、垂直チャネ
ルで検出された反射エコーの伝搬距離から表面底面間距
離、即ち、レール高さを求めるもので、例えば、想定さ
れるレール高さの約２倍の伝搬距離の反射エコーが連続
的に検出されていることを条件としてレールの底面から
の反射エコーを抽出し、その伝搬距離の１／２をレール
高さとする。なお、レールの種類としては、６０ｋｇ、
５０Ｔ、５０ｋｇＮ、５０ｋｇＰＳ、４０ｋｇＮ、３７
ｋｇＡ及び３０ｋｇＡがあり、それぞれのレール高さは
１７４ｍｍ、１６０ｍｍ、１５３ｍｍ、１４４．４６ｍ
ｍ、１４０ｍｍ、１２２．２４ｍｍ及び１０７．９５ｍ
ｍである。
ルで検出された反射エコーの伝搬距離から表面底面間距
離、即ち、レール高さを求めるもので、例えば、想定さ
れるレール高さの約２倍の伝搬距離の反射エコーが連続
的に検出されていることを条件としてレールの底面から
の反射エコーを抽出し、その伝搬距離の１／２をレール
高さとする。なお、レールの種類としては、６０ｋｇ、
５０Ｔ、５０ｋｇＮ、５０ｋｇＰＳ、４０ｋｇＮ、３７
ｋｇＡ及び３０ｋｇＡがあり、それぞれのレール高さは
１７４ｍｍ、１６０ｍｍ、１５３ｍｍ、１４４．４６ｍ
ｍ、１４０ｍｍ、１２２．２４ｍｍ及び１０７．９５ｍ
ｍである。
【００３９】反射源位置特定部２４は、各チャネルで検
出された反射エコーの反射源の位置を特定するものであ
る。まず、モード変換タンデムチャネルについての反射
源の位置特定について説明する。反射源位置特定部２４
は、モード変換タンデムチャネルでの反射源の位置特定
を行うための手段として、反射源の探触子からの相対的
位置を算出する相対位置算出部２４−１と、該相対位置
算出部２４−１で算出された相対的位置と、探触子の位
置とから反射源の位置を決定する位置決定部２４−２
と、からなる。
出された反射エコーの反射源の位置を特定するものであ
る。まず、モード変換タンデムチャネルについての反射
源の位置特定について説明する。反射源位置特定部２４
は、モード変換タンデムチャネルでの反射源の位置特定
を行うための手段として、反射源の探触子からの相対的
位置を算出する相対位置算出部２４−１と、該相対位置
算出部２４−１で算出された相対的位置と、探触子の位
置とから反射源の位置を決定する位置決定部２４−２
と、からなる。
【００４０】図５のように、レール長手方向にＸ軸、レ
ール表面をｙ＝０として深さ方向にＹ軸をとり、第一の
斜角探触子４１の位置を（ｘ1、０）、第二の斜角探触
子４２の位置を（ｘ2、０）、表面底面間距離（レール
高さ）をｈとし、第一の斜角探触子４１からＸ軸の負方
向に屈折角αで縦波超音波がレールに入射したとする
と、反射源の位置（ｘ，ｙ）は、前述の（３）式の解と
して求められる。また、このとき、超音波が送信されて
から反射エコーが受信されるまでの伝搬時間tは、
ール表面をｙ＝０として深さ方向にＹ軸をとり、第一の
斜角探触子４１の位置を（ｘ1、０）、第二の斜角探触
子４２の位置を（ｘ2、０）、表面底面間距離（レール
高さ）をｈとし、第一の斜角探触子４１からＸ軸の負方
向に屈折角αで縦波超音波がレールに入射したとする
と、反射源の位置（ｘ，ｙ）は、前述の（３）式の解と
して求められる。また、このとき、超音波が送信されて
から反射エコーが受信されるまでの伝搬時間tは、
【００４１】
【数４】 となる。
【００４２】ここで、実際には超音波が幅を持ち、屈折
角αが第一の斜角探触子４１の設計上の屈折角のような
一定値ではなく、ある範囲の値を取ることになる。今、
第一の斜角探触子４１の位置（ｘ1，０）に対する反射
源の相対的位置を（ｘ−ｘ1，ｙ）＝（ｘr，ｙ）、第一
の斜角探触子４１の位置（ｘ1，０）に対する第二の斜
角探触子４２の相対的位置を（ｘ2−ｘ1，０）＝（ｄ，
０）とおいて、ｄ＝５０mm、第一の斜角探触子４１の設
計上の屈折角を２０°とする。さらに、レール種類が６
０ｋｇレールで、ｈ＝１７４ｍｍとする。そして、屈折
角αが２０°±５°の範囲の値をとるとすると、αを１
°おきに変化させたとき、ｘr、ｙ、tは（３）式及び
（４）式から以下の表のようになる。
角αが第一の斜角探触子４１の設計上の屈折角のような
一定値ではなく、ある範囲の値を取ることになる。今、
第一の斜角探触子４１の位置（ｘ1，０）に対する反射
源の相対的位置を（ｘ−ｘ1，ｙ）＝（ｘr，ｙ）、第一
の斜角探触子４１の位置（ｘ1，０）に対する第二の斜
角探触子４２の相対的位置を（ｘ2−ｘ1，０）＝（ｄ，
０）とおいて、ｄ＝５０mm、第一の斜角探触子４１の設
計上の屈折角を２０°とする。さらに、レール種類が６
０ｋｇレールで、ｈ＝１７４ｍｍとする。そして、屈折
角αが２０°±５°の範囲の値をとるとすると、αを１
°おきに変化させたとき、ｘr、ｙ、tは（３）式及び
（４）式から以下の表のようになる。
【００４３】
【表１】 また、tとｘr、ｙの関係をグラフにすると図７に示すも
のとなる。この図から、ｘr、ｙはtの１次式ａ・ｔ＋ｂ
で十分正確に近似できることがわかり、具体的には、ｘ
rについてはａ＝−３．１、ｂ＝２１３、ｙについては
ａ＝１.３、ｂ＝−４６となる。
のとなる。この図から、ｘr、ｙはtの１次式ａ・ｔ＋ｂ
で十分正確に近似できることがわかり、具体的には、ｘ
rについてはａ＝−３．１、ｂ＝２１３、ｙについては
ａ＝１.３、ｂ＝−４６となる。
【００４４】以上では６０ｋｇレールを例にとって説明
したが、他のレール種類に対しても同様にして近似式を
求めることができる。なお、この例では、第一の斜角探
触子４１と第二の斜角探触子４２とが所定の位置関係に
あってｄが一定であるが、そうでない場合には、想定さ
れるｄの値あるいはそのうちのいくつかの値毎に、近似
式を求めておけば良い。
したが、他のレール種類に対しても同様にして近似式を
求めることができる。なお、この例では、第一の斜角探
触子４１と第二の斜角探触子４２とが所定の位置関係に
あってｄが一定であるが、そうでない場合には、想定さ
れるｄの値あるいはそのうちのいくつかの値毎に、近似
式を求めておけば良い。
【００４５】反射源位置特定部２４の相対位置算出部２
４−１は、モード変換タンデムチャネルについて、以上
のようにして予め求められた近似式を用いて、反射エコ
ー検出部１８で求められた伝搬時間ｔと、表面底面間距
離算出部２２で求められた表面底面間距離（レール高
さ）ｈから、まず、反射エコーの反射源の第一の斜角探
触子４１に対する相対的位置（ｘr，ｙ）を求める。す
なわち、レール高さｈに対応する近似式を用いて、伝搬
時間tから反射源の相対的位置（ｘr，ｙ）を算出する。
このとき、実際に求められたレール高さｈが、想定した
レール高さのいずれとも一致しないときは、例えば、想
定したレール高さの中で最も値の近いものに対応する近
似式を用いれば良い。あるいは、想定した中で最も値の
近い２つのレール高さに対応するそれぞれの近似式から
相対的位置を算出し、その単純平均また重み付け平均に
よって反射源の相対的位置を求めてもよい。
４−１は、モード変換タンデムチャネルについて、以上
のようにして予め求められた近似式を用いて、反射エコ
ー検出部１８で求められた伝搬時間ｔと、表面底面間距
離算出部２２で求められた表面底面間距離（レール高
さ）ｈから、まず、反射エコーの反射源の第一の斜角探
触子４１に対する相対的位置（ｘr，ｙ）を求める。す
なわち、レール高さｈに対応する近似式を用いて、伝搬
時間tから反射源の相対的位置（ｘr，ｙ）を算出する。
このとき、実際に求められたレール高さｈが、想定した
レール高さのいずれとも一致しないときは、例えば、想
定したレール高さの中で最も値の近いものに対応する近
似式を用いれば良い。あるいは、想定した中で最も値の
近い２つのレール高さに対応するそれぞれの近似式から
相対的位置を算出し、その単純平均また重み付け平均に
よって反射源の相対的位置を求めてもよい。
【００４６】次に、位置決定部２４−２において、上記
のようにして求めた反射源の第一の斜角探触子４１に対
する相対的位置（ｘr，ｙ）と、探触子位置計測部１６
によって計測された第一の斜角探触子４１の位置
（ｘ1，０）とから、ｘ＝ｘr＋ｘ1により、最終的に反
射エコーの反射源の位置（ｘ，ｙ）を決定する。
のようにして求めた反射源の第一の斜角探触子４１に対
する相対的位置（ｘr，ｙ）と、探触子位置計測部１６
によって計測された第一の斜角探触子４１の位置
（ｘ1，０）とから、ｘ＝ｘr＋ｘ1により、最終的に反
射エコーの反射源の位置（ｘ，ｙ）を決定する。
【００４７】なお、反射エコーの伝搬時間ｔは、第一の
斜角探触子４１からレール１に入射される縦波超音波の
広がり、すなわち設計上の屈折角（例えば２０°）と指
向角から決まる最小屈折角及び最大屈折角によって制限
されることになる。従って、最小屈折角及び最大屈折角
がわかっている場合には、それに応じて決定される伝搬
距離の範囲の反射エコーのみを対象とすることにより、
不正な反射エコーやノイズを除去することができる。
斜角探触子４１からレール１に入射される縦波超音波の
広がり、すなわち設計上の屈折角（例えば２０°）と指
向角から決まる最小屈折角及び最大屈折角によって制限
されることになる。従って、最小屈折角及び最大屈折角
がわかっている場合には、それに応じて決定される伝搬
距離の範囲の反射エコーのみを対象とすることにより、
不正な反射エコーやノイズを除去することができる。
【００４８】反射源位置特定部２４は、その他のチャネ
ルについては、図８に示すように、反射エコーの伝搬距
離２ｒと、探触子位置計測部１６によって計測された探
触子の位置（ｘ0，０）及び符号付きの（設計上の）屈
折角θから、反射源の位置（ｘ，ｙ）を次式により求め
る。
ルについては、図８に示すように、反射エコーの伝搬距
離２ｒと、探触子位置計測部１６によって計測された探
触子の位置（ｘ0，０）及び符号付きの（設計上の）屈
折角θから、反射源の位置（ｘ，ｙ）を次式により求め
る。
【００４９】
【数５】 画像生成部２８は、反射源位置特定部２４で算出された
反射源の位置を表す断面画像を生成するものである。こ
れは、例えば、反射源の位置に対応する点が明るく、そ
の他の点が暗くなるような画像信号として出力する。あ
るいは、両者の色を違うものにしてもよい。また、反射
源の位置に対応する点は、反射エコーのチヤネルに応じ
てもしくは受信信号レベルに応じて、色や明るさを変え
ても良い。
反射源の位置を表す断面画像を生成するものである。こ
れは、例えば、反射源の位置に対応する点が明るく、そ
の他の点が暗くなるような画像信号として出力する。あ
るいは、両者の色を違うものにしてもよい。また、反射
源の位置に対応する点は、反射エコーのチヤネルに応じ
てもしくは受信信号レベルに応じて、色や明るさを変え
ても良い。
【００５０】表示部３０は、画像生成部２８から出力さ
れた断面画像信号を実際に表示するものである。
れた断面画像信号を実際に表示するものである。
【００５１】以上に説明した超音波探傷画像表示装置に
おいて、実際に得られる断面画像表示の例として、レー
ルの継目付近の腹部に水平裂が存在する場合の断面画像
の例を図９に示す。図６に示した探触子ブロック４０の
構成による、レール底面、水平裂、４つのボルト穴１ｂ
及び遊間部１ｃの反射エコーが表示されている。図にお
いて、番号を付した各反射源の表示は、次の反射エコー
のものである。
おいて、実際に得られる断面画像表示の例として、レー
ルの継目付近の腹部に水平裂が存在する場合の断面画像
の例を図９に示す。図６に示した探触子ブロック４０の
構成による、レール底面、水平裂、４つのボルト穴１ｂ
及び遊間部１ｃの反射エコーが表示されている。図にお
いて、番号を付した各反射源の表示は、次の反射エコー
のものである。
【００５２】 垂直チヤネルでのレール底面１ｄからの反射エコー 垂直チヤネルでの水平裂の反射エコー 垂直チヤネルでのボルト穴１ｂからの反射エコー ＋４５°チヤネルでのボルト穴１ｂからの反射エコー −４５°チヤネルでのボルト穴１ｂからの反射エコー モード変換タンデムチヤネルでのボルト穴１ｂからの
反射エコー ＋４５°チヤネルでの遊間部１ｃ（レール端面と底面
の角）からの反射エコー −４５°チヤネルでの遊間部１ｃ（レール端面と底面
の角）からの反射エコー モード変換タンデムチヤネルでの遊間部（レール端
面）からの反射エコー このように、反射源の実体に即した断面画像表示が得ら
れる。
反射エコー ＋４５°チヤネルでの遊間部１ｃ（レール端面と底面
の角）からの反射エコー −４５°チヤネルでの遊間部１ｃ（レール端面と底面
の角）からの反射エコー モード変換タンデムチヤネルでの遊間部（レール端
面）からの反射エコー このように、反射源の実体に即した断面画像表示が得ら
れる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１ない
し１６記載の発明によれば、モード変換タンデム法で検
出された反射エコーについて、その伝搬時間及び被検査
体の表面から背面までの距離から反射源の位置を特定
し、反射源の実体に即した断面画像表示を行うことが可
能となる。
し１６記載の発明によれば、モード変換タンデム法で検
出された反射エコーについて、その伝搬時間及び被検査
体の表面から背面までの距離から反射源の位置を特定
し、反射源の実体に即した断面画像表示を行うことが可
能となる。
【００５４】また、請求項４または１２記載の発明によ
れば、入射される超音波の屈折角と広がりに見合った伝
搬時間の反射エコーのみに注目することによって、不正
な反射エコーやノイズを除去することができる。
れば、入射される超音波の屈折角と広がりに見合った伝
搬時間の反射エコーのみに注目することによって、不正
な反射エコーやノイズを除去することができる。
【００５５】また、請求項５または１３記載の発明によ
れば、探傷途中で被検査体の表面から底面（背面）まで
の距離が変わったとしても、問題なく上記の反射源の位
置の特定ができる。
れば、探傷途中で被検査体の表面から底面（背面）まで
の距離が変わったとしても、問題なく上記の反射源の位
置の特定ができる。
【００５６】さらに、請求項６または請求項１４記載の
発明によれば、モード変換タンデム法で検出された反射
エコーの反射源の位置と、モード変換タンデム法以外の
探触子によって検出された反射エコーの反射源の位置と
を重畳して断面画像表示することによって、より有効な
表示を得ることができる。
発明によれば、モード変換タンデム法で検出された反射
エコーの反射源の位置と、モード変換タンデム法以外の
探触子によって検出された反射エコーの反射源の位置と
を重畳して断面画像表示することによって、より有効な
表示を得ることができる。
【図１】本発明による超音波探傷画像表示装置の一実施
形態を示す機能ブロック図である。
形態を示す機能ブロック図である。
【図２】従来の鉄道レールなどを超音波で探傷する際の
計測状態を示す斜視図である。
計測状態を示す斜視図である。
【図３】図２の超音波探傷装置の機能構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】ボルト穴付近におけるＢスコープ画像図である
（ボルト穴を重畳して表す）。
（ボルト穴を重畳して表す）。
【図５】モード変換タンデム法の原理を表す説明図であ
る。
る。
【図６】探触子ブロックの構成を表す説明図である。
【図７】伝搬時間ｔと、反射源の位置（ｘr、ｙ）の関
係を表すグラフである。
係を表すグラフである。
【図８】送受信用斜角探触子と、反射エコーの反射源と
の位置関係を表す説明図である。
の位置関係を表す説明図である。
【図９】実際に得られるレールの継目付近の腹部に水平
裂が存在する場合の断面画像の例である。
裂が存在する場合の断面画像の例である。
１ レール １ｂ ボルト穴 １ｃ 遊間部 １６ 探触子位置計測部（探触子位置計測手段） ２２ 表面底面間距離算出部（表面底面間距離算出手
段） ２４ 反射源位置特定部（反射源位置算出手段） ２４−１ 相対位置算出部（相対位置算出手段） ２４−２ 位置決定部（位置決定手段） ２８ 画像生成部（画像生成手段） ４１ 第一の斜角探触子 ４２ 第二の斜角探触子 ４４ 垂直探触子 ４３ 送受信用斜角探触子 ４５ 送受信用斜角探触子
段） ２４ 反射源位置特定部（反射源位置算出手段） ２４−１ 相対位置算出部（相対位置算出手段） ２４−２ 位置決定部（位置決定手段） ２８ 画像生成部（画像生成手段） ４１ 第一の斜角探触子 ４２ 第二の斜角探触子 ４４ 垂直探触子 ４３ 送受信用斜角探触子 ４５ 送受信用斜角探触子
Claims (16)
- 【請求項１】 被検査体の表面に第一の斜角探触子及び
第二の斜角探触子を当接させて、第一の斜角探触子から
縦波超音波を送信し、その縦波超音波が底面（背面）で
モード変換せずに反射したのち、被検査体内部の反射源
でモード変換して反射した横波超音波を第二の斜角探触
子で受信して、または、第二の斜角探触子から横波超音
波を送信し、その横波超音波が被検査体内部の反射源で
縦波超音波に変換して反射したのち、底面（背面）でモ
ード変換せずに反射した縦波超音波を第一の斜角探触子
で受信することによって前記被検査体を探傷して、検出
された反射エコーに基づいて断面画像表示を行う超音波
探傷画像表示方法であって、 超音波が送信されてから反射エコーが受信されるまでの
伝搬時間と、縦波超音波及び横波超音波の音速と、前記
表面から前記底面（背面）までの距離と、前記第一の斜
角探触子及び第二の斜角探触子の位置とから、検出され
た反射エコーの反射源の位置を特定して、断面画像表示
を行うことを特徴とする超音波探傷画像表示方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の超音波探傷画像表示方法
において、前記被検査体の表面、底面（背面）及び被検
査体内部の反射源の法線は平行であり、かつ、底面（背
面）での反射及び被検査体内部の反射源での反射におい
てはスネルの法則を満足するものとして、検出された反
射エコーの反射源の位置を特定することを特徴とする超
音波探傷画像表示方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の超音波探傷画像表示方法
において、 第一の斜角探触子と第二の斜角探触子との相対的位置毎
に、かつ、表面から底面（背面）までの距離毎に、超音
波が送信されてから反射エコーが受信されるまでの伝搬
時間から、検出された反射エコーの反射源の第一または
第二の斜角探触子に対する相対的位置を算出する近似式
を予め求めておき、 反射エコーが検出されたときに、そのときの第一の斜角
探触子と第二の斜角探触子との相対的位置及び表面から
底面（背面）までの距離に対応する前記近似式から、検
出された反射エコーの反射源の第一または第二の斜角探
触子に対する相対的位置を算出し、さらに、第一の斜角
探触子または第二の斜角探触子の位置を用いて、検出さ
れた反射エコーの反射源の位置を特定することを特徴と
する超音波探傷画像表示方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項に記載
の超音波探傷画像表示方法において、 前記伝搬時間が所定の範囲内である反射エコーについて
のみ画像表示することを特徴とする超音波探傷画像表示
方法。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の超音波探傷画像表示方法において、 前記被検査体の表面から底面（背面）までの距離を、そ
の表面に当接した超音波の送受信用の垂直探触子により
超音波を送信してから底面（背面）で反射したエコーが
受信されるまでの伝搬時間及び超音波の音速から算出す
ることを特徴とする超音波探傷画像表示方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項に記載
の超音波探傷画像表示方法において、さらに、 超音波の送信用及び／または受信用の１つまたは複数の
垂直または斜角探触子を用いて前記被検査体を探傷した
ときに検出された反射エコーに対して、この探触子の位
置及びその設計上の屈折角と、超音波が送信されてから
反射エコーが受信されるまでの伝搬時間と、超音波の音
速とから、反射源の位置を算出して、前記断面画像に重
畳して表示することを特徴とする超音波探傷画像表示方
法。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
の超音波探傷画像表示方法において、 前記被検査体はレールであることを特徴とする超音波探
傷画像表示方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の超音波探傷画像表示方法
は、超音波レール探傷車におけるレール傷判定装置に使
用されることを特徴とする超音波探傷画像表示方法。 - 【請求項９】 被検査体の表面に第一の斜角探触子及び
第二の斜角探触子を当接させて、第一の斜角探触子から
縦波超音波を送信し、その縦波超音波が底面（背面）で
モード変換せずに反射したのち、被検査体内部の反射源
でモード変換して反射した横波超音波を第二の斜角探触
子で受信して、または、第二の斜角探触子から横波超音
波を送信し、その横波超音波が被検査体内部の反射源で
縦波超音波にモード変換して反射したのち、底面（背
面）でモード変換せずに反射した縦波短音波を第一の斜
角探触子で受信することによって前記被検査体を探傷し
て、検出された反射エコーに基づいて断面画像表示を行
う超音波探傷画像表示装置であって、 第一の斜角探触子及び第二の斜角探触子の位置を計測す
る探触子位置計測手段と、 反射エコーを検出して、超音波が送信されてから反射エ
コーが受信されるまでの伝搬時間を計測する反射エコー
検出手段と、 前記第一の斜角探触子及び第二の斜角探触子の位置と、
前記伝搬時間と、縦波超音波及び横波超音波の音速と、
前記被検査体の表面から底面（背面）までの距離とか
ら、検出された反射エコーの反射源の位置を特定する反
射源位置特定手段と、 前記反射源位置特定手段で特定された反射源の位置を表
す断面画像を生成する画像生成手段と、を有することを
特徴とする超音波探傷画像表示装置。 - 【請求項１０】 請求項９記載の超音波探傷画像表示装
置において、 前記反射源位置特定手段は、前記被検査体の表面、底面
（背面）及び被検査体内部の反射源の法線が平行であ
り、かつ、底面（背面）での反射及び被検査体内部の反
射源での反射においてはスネルの法則を満足するものと
して、検出された反射エコーの反射源の位置を特定する
ことを特徴とする超音波探傷画像表示装置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の超音波探傷画像表示
装置において、 前記反射源位置特定手段は、前記第一の斜角探触子と第
二の斜角探触子との相対的位置、前記被検査体の表面か
ら底面（背面）までの距離及び前記伝搬時間から、検出
された反射エコーの反射源の第一または第二の斜角探触
子に対する相対的位置を近似的に算出する相対位置算出
手段と、 前記相対位置算出手投で算出された第一または第二の斜
角探触子に対する反射源の相対的位置と、第一または第
二の斜角探触子の位置とから、検出された反射エコーの
反射源の位置を決定する位置決定手段とからなることを
特徴とする超音波探傷画像表示装置。 - 【請求項１２】 請求項９ないし１１のいずれか１項に
記載の超音波探傷画像表示装置において、 前記反射源位置特定手投は、前記伝搬時間が所定の範囲
内である反射エコーについて反射源の位置を特定するこ
とを特徴とする超音波探傷画像表示装置。 - 【請求項１３】 請求項９ないし１２のいずれか１項に
記載の超音波探傷画像表示装置において、さらに、 前記被検査体の表面に当接される超音波の送受信用の垂
直探触子を有し、 前記反射エコー検出手段は、この送受信用の垂直探触子
によって検出された反射エコーについても反射エコーを
検出して伝搬時間を計測するものであり、 送受信用の垂直探触子により超音波を送信してから底面
（背面）で反射したエコーが受信されるまでの伝搬時間
及び超音波の音速から、前記被検査体の表面から底面
（背面）までの距離を算出する表面底面間距離算出手段
を有することを特徴とする超音波探傷画像表示装置。 - 【請求項１４】 請求項９ないし１３のいずれか１項に
記載の超音波探傷画像表示装置において、さらに、 超音波の送信用及び／または受信用の１つまたは複数の
垂直または斜角探触子を有し、 前記探触子位置計測手段は、この送信用及び／または受
信用の１つまたは複数の垂直または斜角探触子の位置を
も計測し、 前記反射エコー検出手段は、前記送信用及び／または受
信用の１つまたは複数の垂直または斜角探触子によって
検出された反射エコーについても反射エコーを検出して
伝搬時間を計測し、 前記反射源位置特定手段は、前記送信用及び／または受
信用の１つまたは複数の垂直または斜角探触子の位置及
び設計上の屈折角と、前記探触子によって検出された反
射エコー伝搬時間と、超音波の音速とから、この探触子
によって検出された反射エコーの反射源の位置をも算出
し、 前記反射源位置特定手段で検出された当該反射エコーの
反射源の位置を重畳して断面画像表示を行うことを特徴
とする超音波探傷画像表示装置。 - 【請求項１５】 請求項９ないし１４のいずれか１項に
記載の超音波探傷画像表示装置において、 被検査体がレールであることを特徴とする超音波探傷画
像表示装置。 - 【請求項１６】 請求項９ないし１５記載の超音波探傷
画像表示装置は、超音波レール探傷車におけるレール探
傷画像表示装置に使用されることを特徴とする超音波探
傷画像表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000059385A JP4632474B2 (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | 超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000059385A JP4632474B2 (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | 超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001249119A true JP2001249119A (ja) | 2001-09-14 |
| JP4632474B2 JP4632474B2 (ja) | 2011-02-16 |
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ID=18579842
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000059385A Expired - Lifetime JP4632474B2 (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | 超音波探傷画像表示方法及び超音波探傷画像表示装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4632474B2 (ja) |
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-
2000
- 2000-03-03 JP JP2000059385A patent/JP4632474B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN114590290B (zh) * | 2022-03-03 | 2023-07-11 | 青岛海信微联信号有限公司 | 列车定位测速方法及相关设备 |
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