JP2001324485A - 超音波探傷結果表示方法及び超音波探傷装置 - Google Patents
超音波探傷結果表示方法及び超音波探傷装置Info
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Abstract
の影響のない反射源の映像を高精度で表示する超音波探
傷結果表示方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 被検査体内に超音波を送信し、戻ってき
たエコーを受信する超音波探傷において、焦点106を
有する超音波探触子101を用いて伝播時間113を測
定し、縦波音速、横波音速を用いてホログラムを作成
し、該ホログラムを指定音速で像再生し表示する。 【効果】 指定しない超音波音速による映像は結像しな
いので、モード変換の影響を除去できる。また、正確な
伝播時間に基づくホログラムにより、精度の高い再生像
を得ることができる。
Description
表示技術に係り、特に、超音波ホログラフィ法による探
傷結果の表示方法及び超音波探傷装置に関する。
は、従来からAスコープ法(Aスキャン図形)、Bスコー
プ法(Bスキャン図形)及びCスコープ法(Cスキャン図
形)が用いられている。ここで、Aスコープ法とは、時
間軸上に反射波の強度を縦軸にとって表示する方法であ
る。
る図形を輝度変調して線で表し、検査対象上における位
置と音波伝播時間を直角座標(X、Z軸)に表示する方法
で、探傷結果を被検査体の断面図として表現することが
できるものである。そして、Cスコープ法は、探傷結果
を被検査体の上から見た平面図(X、Y軸)の形式で表現
するものである。
プ法による探傷結果の表示は、本来3次元形状である被
検査体の探傷結果を、ある平面上に射影した形の2次元
表示にすぎず、従って、探傷結果の3次元的な表示を実
現するためには、受信された超音波の強度だけでなく、
超音波の位相情報に注目した探傷方法と表示方法が必要
であり、この方法として、光学ホログラフィの原理を応
用した、超音波ホログラフィ法が知られている。
のような位相の揃った光を物体に照射し、物体により散
乱された光の位相情報を、入射光と散乱光の干渉模様と
して得、これをフィルムに記録し、その後、そのフィル
ムに光を当てることで、再び散乱光の位相情報を再現す
るものである。
は、上記の干渉模様を記録したフィルムのことで、これ
には物体の3次元幾何情報が含まれており、このとき、
物体からの反射波と干渉させる光(この例では入射波)を
参照波と呼ぶ。
模様から物体の3次元幾何情報を再現する処理のことが
ホログラムの再生と呼ばれ、このときホログラム再生の
ためにホログラムに当てた光は再生参照波と呼ばれる。
は、光学ホログラフィと同様、受信波と参照波を干渉さ
せてホログラムを作成するようになっており、この方法
を用いて探傷結果を表示することにより、3次元的な映
像を得ることができる。
に数μ秒から数10μ秒のパルス幅を持った超音波(sin
波)が必要で、このためsin波送信のための発振器や電力
増幅器が必要となるので、装置が大型化する。
った送信波となるので、通常の鋭いパルス波を用いる場
合と異なり、受信波の時間分解能が低下して、反射位置
が異なっている波の弁別が難しくなり、探傷結果の測定
精度が低下する。
ラフィ法の問題点を解決する方法として、特開昭54−
8584号公報では、ディジタル方式超音波ホログラフ
ィ探傷方法について提案している。
傷方法は、送信波にスパイク状のパルスを用い、参照波
と干渉させるのではなく、受信波とクロックパルスとの
コインシデンスによってホログラムを作成するようにな
っており、このため、装置の小型化や、受信波の時間分
解能の向上が得られ、この結果、探傷結果の測定精度が
向上されることになる。
は、パルスに代えて、超音波の受信時間から数値的に参
照波との干渉波を計算し、ホログラムを作成する数値的
ホログラフィ法について開示している。
表示技術には、上述した2次元、3次元の表現形式とは
別に、さらに2つの問題がある。まず、第一の問題は、
超音波のモード変換によって探傷結果に誤認が生じてし
まうことである。
換が現れる。例えば、縦波の超音波を水中から鋼中に入
射すると、鋼中では、縦波だけではなく、それがモード
変換した横波の超音波も現れてしまう。ここで、このモ
ード変換は、使い方によつては有用で、例えば縦波では
到達できない位置でも、モード変換した横波により探査
することができる。
数が1個であっても、モード変換が現れた場合、送信に
使用した超音波モードによるエコーと、モード変換によ
り生じたエコーの両方が探触子で受信され、あたかも複
数個の反射源が存在するかの如きインジケーション(図
形)が現れてしまう。
ィジタル方式超音波ホログラフィ探傷方法や数値的ホロ
グラフィ法によっても解決できない。つまり、反射源か
ら複数個のエコーが受信されてしまった場合、それらの
エコーのうち、探傷に用いたモード(例えば、縦波)によ
るエコーと、モード変換により生じたモード(例えば、
横波)によるエコーは識別できない。
置及び個数を正しく表示することができず、超音波探傷
結果の診断に誤りを生じやすく、検査員は高度の熟練を
要求されることになる。
測定が困難になってしまうことである。この問題は、特
に、被検査体に直接超音波探触子を接触させて検査する
場合に顕著である。ホログラムの作成には、超音波の正
確な受信時間の測定が必須である。
探触子は、被検査体内部の反射源の位置や形状、或いは
超音波探触子と被検査体の音響的な特性の違いによっ
て、被検査体内及び超音波探触子内での超音波伝播径路
が複雑に変化し、受信時間の正確な測定が困難で、受信
時間に誤差が含まれる虞れが生じ、ホログラフィによる
欠陥映像の精度が本来得られるべき精度より低下する可
能性があった。
ログラフィ法の問題を克服し、複数のモードによる超音
波の探傷結果から実際に存在する反射源だけが識別で
き、実際に即した正しい探傷図形を高い精度の2次元又
は3次元の像として表示することができるようにした信
頼性の高い超音波探傷結果映像表示方法と超音波探傷装
置を提供することにある。
れば、探触子から被検査体に所定モードの超音波を送信
し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受
信し、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求
めて反射源図形を表示するため、前記探触子を走査しな
がら送受信を繰り返して送受信位置毎に前記エコーの受
信時間を含む探傷データを収集し、1ライン走査の探傷
データからBスコープ図形データを作成し、前記Bスコ
ープ図形を再生領域とすると共に、前記探傷データに対
し波数kの参照波を数値的に干渉させてホログラムを作
成し、前記再生領域に指定モードの超音波の音速を用い
てホログラム再生を行い、再生像を画面表示する方式の
超音波探傷結果表示方法において、前記探触子から発射
すべき超音波が、当該探触子が前記被検査体の表面に接
触する部分に一旦焦点を結び、この焦点が点状超音波源
となって前記被検査体の表面を移動するように、前記探
触子が構成されるようにして達成される。
よる。また、前記探傷データに前記エコーの信号強度を
含んでもよい。これによれば、各エコーの実際の音速
と、指定モードの超音波によるホログラム再生の音速が
一致する場合にのみ、ホログラム参照波の位相が揃って
ホログラム再生像が結像され、音速が不一致の場合は再
生像が得られないため、本来反射源のない位置にあらわ
れる反射源のインジケーションが自動的に消去され、実
際に存在する反射源の映像が正しい位置に表示される。
は通常は縦波で、入射縦波のモード変換による横波も用
いられる。更に前記探触子の有する焦点を受信時間の基
準とし、探触子の有する焦点位置を被検査体の表面に設
定する。これにより、反射源による反射波の受信時間
を、反射源の位置や形状によらず常に正確に測定でき、
精度の高いホログラフィ及び再生像が得られる。
および/または横波の値を設定し、或いは前記指定モー
ドの超音波の音速は縦波、横波の他に、縦波と横波の平
均値を設定し、複数の指定モードによる再生像は重畳表
示される。この場合、同一の反射源からの再生像は一致
または近接する。
の超音波を送信し内部の傷等による反射源から反射され
たエコーを受信する探触子と、前記探触子を前記被検査
体上の所定の走査経路に従って走査する探触子移動機構
部と、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求
めて反射源の図形データを作成する探傷図形表示処理部
と、作成された図形データを画面表示する表示装置を備
えた超音波探傷装置において、前記探触子は、当該探触
子から発射すべき超音波が、当該探触子が前記被検査体
の表面に接触する部分に一旦焦点を結び、この焦点が点
状超音波源となって前記被検査体の表面を移動するよう
に構成され、前記探傷図形表示処理部は、前記探触子移
動機構部で走査される前記探触子から送受信位置毎に前
記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、1ライ
ン走査の探傷データからBスコープ図形データを作成
し、前記Bスコープ図形を再生領域とし、指定モードの
超音波の音速を用いて超音波ホログラフィ法によるホロ
グラム像の再生を行い、再生像を2次元又は3次元で画
面表示するように構成されているようにして達成され
る。
として受信時間を測定する手段、地塁は焦点位置を被検
査体の表面に設定する手段を設けてもよく、これによ
り、反射源から反射された反射波の受信時間を、常に正
確に測定でき、精度の高いホログラム及び再生像を得る
ことができる。
超音波の被検査体中の音速を任意に選択するための入力
画面を具備し、表示する再生像を任意に、かつ1から複
数、選択できるようにしている。
指定される場合、前記表示装置は、各音速による再生像
が一致あるいは近接した場合に、一致した再生像同士
を、一致しない再生像とは異なる色を用いて表示する。
或いは、各音速による再生像が、一致あるいは近接した
場合にのみ、その再生像を表示することを特徴とする。
る反射源のインジケーションと、実際に反射源のある位
置に現れる反射源のインジケーションが明確に区別さ
れ、反射源の映像を位置精度よく表示させることができ
る。
波探傷結果の映像表示方法について、図1を参照して概
略的に説明する。本発明では、まず、図1(a)に示すよ
うに、被検査体102の探傷を行う探触子(プローブ)と
して、超音波振動子の振動面107から発射された超音
波が、当該探触子101が被検査体102の表面に接触
する部分に焦点106を結ぶように構成した探触子10
1を用いる。
の表面に接触させたとき、焦点106を点音源とする超
音波のパルスが、被検査体102の表面から内部に斜め
に入射されることになる。
どの欠陥部があったときには、これを反射源3として縦
波104及び横波105の反射波(エコー)が現れ、これ
らの反射波によるエコー信号が探触子101で受信され
る。
にして、信号強度である振幅Aを縦軸にして表示する
と、図1(b)に示すように、超音波の送信パルス108
に対して、被検査体102の表面エコー109と底面エ
コー112、及び反射源103からの縦波エコー110
と横波エコー111が表示されているAスコープ図形が
得られる。
7から焦点106までの伝播時間により現れるものであ
り、従って、例えば縦波エコー110の伝播時間113
は、図示のように、表面エコー109との時間差から求
めることができる。このとき反射源103で縦波からモ
ード変換した横波エコーが現れ、これが受信された場合
は、これが縦波エコー110と横波エコー111の間に
表示される。
ー信号のデータに、例えばcos関数の参照波を数値的に
干渉させ、一致と不一致を記録することによりホログラ
ムを作成する。すなわち、まず、エコー信号の受信時間
から、図に線分118、119で示してある片道伝播距
離(Zij)を求める。
て、処理開始位置116から処理終了位置117で定め
られる探傷領域の間の各送受信位置(xi、yj)におい
て、数値的に参照波と干渉させたホログラムH(xi、y
j)を1ライン(1次元)にわたって集積するのである。
4と横波のホログラム再生領域115に対応して、縦波
のホログラム120と横波のホログラム121が得られ
ることになる。
ホログラム120、121から、指定モードの音速毎
に、再生領域に像を再生する。この結果、例えば指定モ
ードが縦波の再生像122と横波の再生像123が表示
される。このとき、反射源103で縦波から横波にモー
ド変換した反射波によるエコーの再生像124は、指定
モードの選択外となって消去される。
ード変換等による実際のエコーの音速と一致しない虚像
は消去され、実際の探傷に作用した縦波及び/又は横波
のエコーによる再生像が正しい位置に再現でき、同一反
射源であれば、同一又は近似位置に表示されるので、反
射源の数や位置の誤認が防止できる。
01が超音波の焦点106を結び、これが点状の超音波
源となるので、超音波探触子内での超音波伝播径路が複
雑に変化する虞れが無く、常に高精度の探傷結果が容易
に得られることになる。
の形態により、更に具体的に説明する。ここで、以下の
説明では、Bスコープ図形データから本発明に従った超
音波ホログラフィ法により補正された図形を表示するよ
うにした場合の実施形態により説明を進めることにす
る。なお、このBスコープ図形とは、既に図1(a)に示
した通り、検査対象上における位置と片道音波伝播距離
を直角座標に表示させたものである。
波探傷システムの機能ブロック図で、このシステムは、
探傷機構部100と、探傷図形表示処理部200に大別
される。そして、まず探傷機構部100は、焦点106
を有する探触子101と探触子移動機構211それに超
音波探傷器212で構成されている。
波ホログラフィ法による図形表示を行うもので、このた
め、画像表示装置201と画像表示データ演算装置20
2、記憶媒体203、制御装置204、ピーク検出処理
演算部205、データ記憶部206、探傷データメモリ
207、A/D変換器208、それに受信器209で構
成されている。
より、被検査体102の表面に予め設定してある所定の
走査径路に沿ってXY平面上を走査する。このとき探触
子101は、図示ように、超音波が一旦、探触子101
が被検査体102の表面に接触する部分に焦点106を
結び、この焦点106が点状超音波源として被検査体1
02の表面を移動するようになっている。
うにした探触子101について、図4により説明する。
まず、図4(a)は、PZTなどの圧電素子401で発生
した超音波を、サファイアなどで作られた音響レンズ4
02により屈折させ、超音波の焦点106が作り出され
るように構成した探触子101の例である。なお、音響
レンズまわりの伝達物質として、例えば音速の異なる石
英ガラスなどを用いる。
型の圧電素子を複数個、空間的に曲線を描いた状態に配
列した圧電素子列501を用い、これディレイ回路50
2により、それぞれの圧電素子に電気的に位相がずれた
信号を与えることにより、焦点106が作り出されるよ
うに構成した探触子101の一例である。なお、探触子
101内の伝達物質として、例えばアクリルなどの樹脂
を用いる。ここで、この実施形態では、何れの探触子1
01を用いてもよい。
査体102の材質、或いは映像化したい反射源103の
大きさに対応して適切な周波数を選定し、パルス信号を
発生して探触子101を励振し、超音波を発生させる。
このときの周波数としては、例えば、被検査体102が
ステンレス鋼、映像化したい反射源103の大きさが数
mm程度であった場合には、5MHzの周波数が選定さ
れる。
ータ記憶部206に入力された探傷条件、例えば探傷開
始位置、探傷終了位置、探触子移動ピッチ、走査径路等
のデータに従って探触子移動機構211を制御し、探触
子101を走査するもので、このため、探触子移動機構
211は、例えばステッピングモータを駆動源に用いて
構成されている。また、この制御装置204は、探触子
101を移動させながら、探触子位置をデータ記憶部2
06に供給して記憶させる処理も行う。
点106から被検査体102の中に入射され、内部を伝
播した後、反射或は透過した成分が探触子101でエコ
ー信号として受信され、電気信号に変換される。この電
気信号は受信器209を介してA/D変換器208でデ
ィジタル信号に変換され、送受信時間及び波高値などを
表わすデータとして探傷データメモリ207に記憶され
る。
プリング周波数及びサンプリング点数は、使用されてい
る超音波の周波数及び被検査体内の伝播音速に対応して
適切な値に選択される。例えば、上記したように、周波
数が5MHzで被検査体102がステンレス鋼の場合
は、サンプリング周波数は25Mzから100MHzに
し、サンプリング点数は1024点から4096点にす
る。
タル化された超音波信号は、探傷データメモリ207に
一旦、格納された後、ピーク検出処理演算部205によ
り、所定の時間領域(被検査体102の表面と底面の間
の時間差領域)で、振幅がしきい値(閾値)以上を示す受
信波形のピークを検出し、波形毎に受信時間を求め、被
検査体102の表面からの受信時間と波形毎の受信時間
の差から、画像表示処理におけるホログラム作成に必須
な伝播時間データ2063を求め、画像表示データ演算
装置202に送る。
ラメータは、入力装置208によってデータ記憶部20
6に設定されるが、このときのパラメータには、後述す
る画像表示処理の特徴的処理に必須な音速データ206
1と、再生像の解像度を調整するための波数kの倍数n
2062も含まれる。
装置204から送られてくる探触子位置(x、y)と超音
波の送信時間T0 も記憶され、これらも画像表示データ
演算装置202で使用され、これにより、画像表示デー
タ演算装置202は、収集した探傷データを基に画像デ
ータの演算処理を行い、1ライン走査の探傷に対する画
像データをBスコープで表示する。
は、探触子101が探傷領域内の走査を実行している
間、収集した探傷データの演算処理と探傷結果の表示を
繰り返えし、1ライン分、又は全探傷領域の走査が終わ
った後、走査径路での探傷結果から超音波ホログラフィ
法による画像データを作成し、2次元又は3次元図形に
よる探傷結果の表示を行う。
の一例で、この例では、探傷図形表示処理部200は、
計算機10、ディスプレイ装置11、計算機10の本体
とバスで接続されたインターフェース装置12で構成さ
れている。
/D変換器208でディジタル変換された超音波信号を
演算装置202の演算部に受け渡し、探触子移動機構2
11を制御装置204により制御させ、更には探触子1
01の位置データを収録してデータ記憶部206に受け
渡す働きをする。
する入力装置210としては、キーボード210Aとポ
インティングデバイス210Bが設けてあるが、図5
は、このときのパラメータ入力画面の一例で、この画面
によって探触子内部の音速(シュー内音速)や、被検査体
や媒質の材質と音速が設定される。
(JIS規格によるステンレス鋼の一種)の場合は、縦波
音速VL=6000m/sで、横波音速VT=3000
m/sが設定され、媒質が水の場合、その縦波音速VL
=1500m/sが設定される。そして、これらの媒質
の音速と探触子内部の音速から、被検査体102内での
縦波及び横波が屈折角で算出される。
テムのオンライン処理について、図6の概略フローによ
り説明する。まず、処理S10で初期パラメータを読み
込む。ここで、探傷図形表示処理部200は、入力装置
210から与えられる初期パラメータを取り込み、デー
タ記憶部206に記憶する。また、画像表示データ演算
装置202は、ここで処理に用いるため、音速を含むパ
ラメータをデータ記憶部206から読み込む。
にセットされ、処理S20で、画像表示データ演算装置
202によるオンライン処理が実行される。
は、探傷に用いる超音波の周波数f、被検査体102の
縦波及び横波音速V、探触子内部の音速(シュー内音速)
V0 、A/D変換器208のサンプリング周波数fsamp
le、X軸とY軸のそれぞれの探触子走査ピッチδx、δ
y、XY平面の探傷開始位置xs、ys、終了位置xe、
yeなどが含まれる。
は、信号強度がしきい値以上で、表面エコーから底面エ
コーの時間領域にあるピーク波形を検出する。このとき
のピーク検出処理演算部205による検出波形は図8に
示すようになっており、ここでは、図示のように、反射
源103による縦波と横波の各反射波による受信信号を
検出するようになっている。ここで縦波ピークの受信時
間はTij,1、横波ピークの受信時間はTij,2である。
02は、制御装置204が発行する探触子位置、本例で
は被検査体102表面(焦点)からの超音波エコーに対す
る受信時間、ピーク検出処理を経た超音波受信データの
受信時間からなる探傷データを収集する。そして処理S
40では、サンプリング点、更には1ラインの画像デー
タの演算処理(1)を行う。
作成が行なわれ、これが画像データメモリ203に蓄積
され、これと共に、画面表示装置201にBスコープ表
示を行う。そして、この処理S50は、制御装置204
から探傷終了が通知されるまで、つまり処理S60の判
定により、探触子101が探傷終了位置に到達するまで
繰り返される。
触子位置信号Xi、Yi、被検体表面(焦点)からのエコ
ーに対する受信時間TS、受信波形のうちでピーク検出
処理演算部205により検出されたピーク波形の受信時
間Tij,m、及び受信信号強度Iij,mを含む。ここで、
受信時間TS は、図8に示すように、探触子101内
で、その振動面107から被検査体表面(焦点106)ま
での超音波の伝播時間である。
置202は、処理S70で画像データメモリ203から
Bスコープ図形データを取り出し、超音波ホログラフィ
法による演算処理(2)を行い、S80で、ホログラフ再
生像による反射源図形の2次元又は3次元表示を行って
処理を終了するのである。
の画像データ演算処理の詳細フローを示したもので、こ
こで、まず、S40の画像データ演算(1)として、被検
査体の伝播速度を読み込む(S401)。この実施形態で
は、この伝播速度は、縦波速度VLと横波速度VTの2
種になっている。次に、ピーク検出された探傷データか
ら、Bスコープ図形データを作成して図形データメモリ
203に記憶する(S402)。
D変換において何番目(i,j)のデータ点数で、ピーク
検出においては何番目(m)のエコーになるかを示すイン
デックス(i,j,m)と、信号の送受信位置データ(x
i,yi)、被検査体102の表面(焦点)からエコーま
での受信時間(TS)、及びピーク検出されたエコーの受
信時間(Tij,m)を含む。
作成方法について説明する。まず、(数1)により、探触
子移動機構110から供給される探触子101の位置信
号(Xij,Yij)と、X軸とY軸の移動ピッチ(δx、δy)
から超音波送受信位置(xi、yj)を計算する。
エコーまでの受信時間TS と、受信時間Tij,1、Tij,
2及びA/D変換器208のサンプリング周波数(fsam
ple)から、送受信位置(xi,yj)における探触子101
から反射源103までの片道伝播時間△tij,1、△ti
j,2を計算する。
102中の伝播速度Vにより、m番目のエコーに対する
送受信位置(xi,yj)の表面から反射源103までの片
道伝播距離Zij,mを計算し、Bスコープ図形の中の1
点のデータを求める。なお、m番目のエコーとは、ピー
ク検出処理演算部205によって選択される時間領域内
に存在するエコーの順番である。
の屈折角によって変わる。そこで、まず、探傷に使用す
る超音波の縦波音速をVL、横波音速をVTとする。そ
して、上記した点データを走査経路の1ライン(yj を
一定として、xi のi=始点〜終点までのライン)につ
いて集積すると、図9に示すように、反射源103に対
して縦波音速VLを用いた演算結果から図形901が表
示され、横波音速VTの演算結果からは図形902が表
示される。
処理S70について、図7により、ホログラム再生領域
の計算処理S701とホログラム作成処理S702、ホ
ログラム再生演算処理S703、それに音速毎の画像表
示データの作成処理S704の順で説明する。ここで
は、まず縦波音速VLで演算し、ついで横波速度VTに
より演算処理する。
説明図で、(数3)によって得たBスコープ図形データ
は、図のXZ座標における点の集合(図形901,90
2)として表現される。そこで、この1点1点に対し
て、その点をX軸に射影した点を中心として、超音波の
屈折角θに等しい角度で回転変換を行う。
プ図形901、902の各点を回転させ、(数4)によ
り、XZ断面におけるホログラム再生領域114、11
5を演算する。
面におけるホログラム再生領域を作成する。こうして演
算したホログラム再生領域のデータは、図形データメモ
リ203に一時記憶される。
で、この実施形態では、パルス波を用いた超音波ホログ
ラフィ法を採用している。そして、この実施形態では、
参照波に相当するものとして、例えばcos関数のような
振動関数を用い、受信パルス波の受信時間をcos関数の
引数とすることにより参照波と受信波を干渉させる効果
を数値的に与え、ホログラムを作成するようになってい
る。
によって作成される。すなわち、受信時間に比例する量
である片道伝播距離(Zij)を基に、処理開始位置116
から処理終了位置117で定められる探傷領域の間の各
送受信位置(xi,yj)において、数値的に参照波と干渉
させたホログラムH(xi,yj)を、(数5)により演算す
るのである。
os関数)の波数kとして、k=n×2πf/Vが用いら
れているが、ここで、Vは鋼中を伝播するモードの超音
波音速、fは探傷に使用する超音波の周波数、nは自然
数であり、n=1の場合、送信される超音波の周波数と
計算上の参照波の周波数が同じになり、k=2π/λと
なる。
り入力装置210から入力され、データ記憶部206の
波数倍数設定部2062に格納された上で、画像表示デ
ータ演算装置202が参照するようになっているが、こ
の場合、nの値を大きくすることで、より高い周波数を
持つ参照波との干渉を数値的に計算することができ、分
解能を調整することができる。
yj)は、送受信位置xi、yj における1点、1点の値
であり、従って、これらの各点の値を集積することによ
り、1次元ホログラム120、121が再生される。そ
して、このときのホログラムの再生方法は2通りあり、
第1の方法は簡易な再生方法である。
すると、この場合、1ライン走査の探傷の度に、1次元
ホログラム120及び121を、XZ断面におけるホロ
グラム再生領域114、115上で像を再生することに
なる。このときの像の再生は、ホログラム上の全点から
再生領域上の1点に対して、ホログラムによる重みを付
けた平面波を加算(積分)することにより得られる。
と、再生領域の中で、反射源に近い部分では、ホログラ
ムからの平面波の位相が揃い、積分値が大きくなり再生
像が結像する。そこで、この再生像を2次元表示する
と、図1(c)に示した画面が得られることになる。
重ね合わせて、3次元的な再生像Gを作成すれば、3次
元の表示も可能である。この方法によれば、像再生に必
要な計算時間及びメモリを大幅に削減できるので、探傷
結果表示の簡易な方法として採用される。
であり、この場合、図1(c)のXZ断面におけるホログ
ラム再生領域(面)114、115及びホログラム12
0、121を、探傷が終了するまでデータ記憶部206
に記憶し、探傷終了後に再生領域を2次元的に再構成
し、XY平面上の探傷領域に割り付けられた2次元ホロ
グラムを再生する。この第2の方法によるホログラム再
生のための計算式は、(数6)に示す通りになる。
の全点から、再生領域上の1点に対して、ホログラムH
で重み付けた球面波を加算(積分)することになり、この
操作を再生領域の全点に対して行う。但し、このとき積
分領域は2次元になる。
分では、ホログラムからの平面波の位相が揃うので積分
値が大きくなり、従って再生像Gが結像される。ここ
で、この(数6)の演算を計算機上で行うためには、離散
化して数値積分したり、式を変形して高速フーリエ変換
するなどの計算手法を用いればよい。
参照波の波数kの値としては、ホログラム作成に用いる
参照波に対して使用した波数kと同様の値を使用すれば
良いが、k=n×2πf/Vとして、nの値を大きくす
ることで、より高い周波数を持つ参照波との干渉による
ホログラムを数値的に再生計算できる。
り、2次元的に再生処理を行うことになるため、必要な
処理時間とメモリ容量は大きくなるが、より精度の高い
再生像を得ることができる。
ム再生の演算結果では、反射源103に対し横波で入射
して横波で反射した横波エコー或いは縦波で入射し横波
で反射した横波エコーによる再生像124は消去され、
反射源103に対し縦波で入射し縦波で反射した図形1
14の再生像122のみが結像される。
生の演算結で果は、縦波エコーによる図形114や反射
時の横波変換による再生像は消去され、反射源103に
対し横波で入射し、横波で反射した図形115に対する
再生像123のみが得られることになる。
播音速と再生処理で使用した伝播音速に違いがあると、
実際の反射源が存在する位置付近で再生波の位相が揃わ
ず、互いに打ち消し合う結果となるためである。
4の後、再生像のデータを表示データとして一旦、画像
データメモリ203に記憶し、図6の処理S80で縦波
及び横波の各再生像を重ね合わせて2次元又は3次元に
よる画像の表示を行う。
(d)に示すように、一致又は近接した再生像122、1
23についてだけ同じ色による表示とし、他の再生像と
色で区別して画像表示装置201に出力するが、或い
は、再生像が一致した場合のみ画像表示装置201に出
力するようにしてもよい。これにより、実際の反射源に
対する映像を正確に表示することができ、傷の数や位置
の誤認を少なくできる。
て表示させたい画像を選択するメニュー画面の一例につ
いて、図12に示す。この実施形態では、この図12の
入力画面により、縦波音速として処理した場合に得られ
る画像データの表示、横波音速として処理した場合に得
られる画像データの表示、縦波から横波にモード変換し
た音速で処理した場合に得られる画像データの表示など
各種の表示がユーザにより容易に且つ任意に選択するこ
とができる。ここで、複数入力の場合は重畳表示とな
る。
元的な映像として表示する方法について説明する。この
場合には、図7に示した処理S703に代えて、図13
に示す処理S7031とS7032が実行されるように
構成する。予め所定のスレッシュホールドレベルHmin
を設定しておき、図7のS702の後、(数6)で求めた
再生像に対して、スレッシュホールドレベルHmin を越
えたか否かを判定し(S7031)、越えた座標を再生像
として採用する処理を実行する(S7032)のである。
ば、縦波音速によるホログラムと横波音速によるホログ
ラムを作成し、再生するようにしたので、再生演算に用
いた音速と異なる伝播速度によるインジケーションに対
しては、ホログラム再生参照波の位相がそろわず、ホロ
グラム再生像が結像しないようにできる。このため、本
来の反射源と異なった位置に現れてしまう反射源のイン
ジケーション(虚像)は消去でき、実際の反射源のある位
置に対応した反射源の映像(実像)だけが表示できる。
を重ね合わせて表示するようにしているので、その重な
りの程度から、実在する反射源を高い信頼性をもって確
認することができる。さらに、Bスコープデータを屈折
角で回転補正してホログラム再生領域を求めているの
で、超音波の広がりの影響を低減し、位置精度よく反射
源の映像を表示できる。
作成に必須のデータである伝播時間△tij(被検査体表
面と反射源の間の超音波の片道伝播時間)を計算する
際、被検査体表面(焦点)からのエコーによる受信時間T
S が(数2)により考慮されるようになっている。ここ
で、この受信時間TS は、既に図8で説明したように、
探触子101内の振動面107から被検査体表面(焦点
106)までの超音波の伝播時間である。
を有する点が特徴であり、実施形態1でも焦点106を
有しており、このため、被検査体102内での反射源1
03の位置によらず、探触子101から被検査体103
に超音波が入射する位置が常に一定した位置、すなわ
ち、焦点106になっている。
03に接触させることにより、探触子101の内部での
超音波の経路の影響を受ける虞れは全く無く、この結
果、被検査体表面からのエコーに対する受信時間TS
と、時間領域内で受信される超音波の受信時間との差か
ら正確な伝播時間を求めることができ、より高精度な映
像を得ることができる。
について説明する。この実施形態2が、実施形態1と相
違している点は、縦波から横波へのモード変換によるエ
コーが受信されるケースを考慮し、超音波ホログラフィ
法に用いる音速Vとして、縦波音速、横波音速の外に、
縦波と横波の平均音速を用いる点にある。
メージで示したもので、内部に反射源301を有してい
る被検査体102の送受信位置に探触子101があり、
これにより、縦波往復径路302によるエコーが受信さ
れる場合を同図14(a)に、縦波から横波へモード変換
した径路303によるエコーが受信される場合を同図
(b)に、そして、横波往復径路304によるエコーが受
信される場合を同図(c)に示してある。
ータ入力画面で、ここでもSUS304が被検査体10
2で、音速として縦波音速、横波音速及び平均音速を用
いるようになっており、このとき平均音速には、(数7)
によって与えられる調和平均値Vave が用いられてい
る。
1番目の縦波エコーと3番目の横波エコーの間に、縦波
からモード変換した横波による2番目のエコーが表われ
ている点が、図8の場合と異なっている。図17はBス
コープ図形で、1番目、2番目及び3番目のエコーを、
それぞれ1ライン分集積して得た3種の図形305、3
06、307が示されている。
では、Bスコープ図形の図形305〜307の各点を屈
折角θだけ回転させ、再生領域308〜310を求める
ようになっており、図18には、図形306に対する再
生領域309のみを示している。
成方法について、図19により説明すると、図示のよう
に、送受信位置(xi,yj)における片道伝播距離Zij か
ら、(数5)による演算を行い、処理開始位置から処理終
了位置で定められる探傷領域に、ホログラム3101、
3102及び3103を作成する。このとき、数値的な
干渉に用いる参照波の波数k=n×2πf/Vを用いる
が、このときの音速Vとして、縦波音速、横波音速、及
び平均音速の3種を用いることになる。
よるホログラムの像再生に関する演算を実行するのであ
るが、このときも縦波音速、横波音速、及び平均音速の
3種を用い、計算結果を映像として表示するのである
が、ここで、この映像として表示する方法は、実施形態
1の場合と同じでよいので、説明は割愛する。
波、及び縦波と横波の平均音速の3種を用いてホログラ
ムを作成し、再生するので、被検査体102の内部で縦
波と横波のモード変換が生じている場合でも、本来反射
源のない位置に現れる虚像のインジケーションを自動的
に消去できる。
かつ、被検査体102への超音波入射時のモード変換
(例えば、縦波から横波)や、反射源からの反射時のモー
ド変換(縦波から横波、横波から縦波)が発生する場合で
も、この実施形態2のように縦波、横波、及び縦波と横
波の平均音速の3種を用いてホログラムを作成し、再生
するようにしてやれば、1個の反射源に対する各波音速
の演算結果が同一乃至は近似位置を示すので、実際の反
射源だけを正確に表示でき、信頼性の高い探傷が可能に
なる。
からホログラムを作成し再生する場合に、演算に用いる
超音波音速を縦波または横波のモードに特定し、音速の
一致する伝播経路のホログラムのみが像再生されるの
で、超音波のモード変換によって実在とは異なる位置に
表われる虚像を消去でき、被検査体内部の傷の数と位置
が正確に表示できる。
横波、さらには縦波と横波の平均音速として、各音速に
対応した像再生が行われる場合、それらを重畳表示する
ことで1つの反射源に対する複数の演算結果を反映する
ことができ、より高信頼な探傷結果の図形表示を実現で
きる。
触子が超音波の焦点をもっているので、これを時間測定
の基準にすることができ、被検査体内部の反射源の位置
及び形状、あるいは探触子と被検査体の音響的な性質の
違いの影響を受けず、常に正確な受信時間を測定するこ
とが可能となり、より精度の高いホログラム及び再生像
を得ることができる。
ージを示す説明図である。
を示すブロック図である。
である。
明図である。
面の説明図である。
の処理手順を示すフロー図である。
の処理手順を示すフロー図である。
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
域の説明図である。
説明図である。
ュー画面の説明図である。
算結果から3次元画像データを作成する処理のフロー図
である。
図である。
入力画面の説明図である。
形の一例を示す説明図である。
形の一例を示す説明図である。
生領域の説明図である。
成の説明図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 探触子から被検査体に所定モードの超音
波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエ
コーを受信し、前記エコーの受信時間から前記反射源の
位置を求めて反射源図形を表示するため、前記探触子を
走査しながら送受信を繰り返して送受信位置毎に前記エ
コーの受信時間を含む探傷データを収集し、1ライン走
査の探傷データからBスコープ図形データを作成し、前
記Bスコープ図形を再生領域とすると共に、前記探傷デ
ータに対し波数kの参照波を数値的に干渉させてホログ
ラムを作成し、前記再生領域に指定モードの超音波の音
速を用いてホログラム再生を行い、再生像を画面表示す
る方式の超音波探傷結果表示方法において、 前記探触子から発射すべき超音波が、当該探触子が前記
被検査体の表面に接触する部分に一旦焦点を結び、この
焦点が点状超音波源となって前記被検査体の表面を移動
するように、前記探触子が構成されていることを特徴と
する超音波探傷結果表示方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記探触子の焦点位置を基準として、前記受信時間を含
む探傷データが収集されることを特徴とする超音波探傷
結果表示方法。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記指定モードにおける超音波の音速が、縦波と横波の
少なくとも一方の値について設定され、各音速による再
生像が重畳表示されることを特徴とする超音波探傷結果
表示方法。 - 【請求項4】 請求項1において、 前記指定モードの超音波の音速が、 縦波と横波、及び縦波と横波の平均値について設定さ
れ、各音速による再生像が重畳表示されることを特徴と
する超音波探傷結果表示方法。 - 【請求項5】 被検査体に所定モードの超音波を送信し
内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信す
る探触子と、前記探触子を前記被検査体上の所定の走査
経路に従って走査する探触子移動機構部と、前記エコー
の受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源の図形
データを作成する探傷図形表示処理部と、作成された図
形データを画面表示する表示装置を備えた超音波探傷装
置において、 前記探触子は、当該探触子から発射すべき超音波が、当
該探触子が前記被検査体の表面に接触する部分に一旦焦
点を結び、この焦点が点状超音波源となって前記被検査
体の表面を移動するように構成され、 前記探傷図形表示処理部は、前記探触子移動機構部で走
査される前記探触子から送受信位置毎に前記エコーの受
信時間を含む探傷データを収集し、1ライン走査の探傷
データからBスコープ図形データを作成し、前記Bスコ
ープ図形を再生領域とし、指定モードの超音波の音速を
用いて超音波ホログラフィ法によるホログラム像の再生
を行い、再生像を2次元又は3次元で画面表示するよう
に構成されていることを特徴とする超音波探傷装置。 - 【請求項6】 請求項5において、 前記探傷図形表示処理部は、前記探触子の焦点位置を基
準にして受信時間を測定する手段を備えていることを特
徴とする超音波探傷装置。 - 【請求項7】 請求項5において、 前記表示装置は、前記指定モードの超音波の被検査体中
の音速を任意に選択するための入力画面を具備している
ことを特徴とする超音波探傷装置。 - 【請求項8】 請求項5において、 前記表示装置は、前記指定モードの超音波音速が複数指
定され、各音速による再生像が一致或いは近接した場
合、一致或いは近接した再生像同士を、一致しない再生
像とは異なる色を用いて表示することを特徴とする超音
波探傷装置。 - 【請求項9】 請求項5において、 前記表示装置は、前記指定モードの超音波音速が複数指
定され、各音速による再生像が一致或いは近接した場合
にだけ、その再生像を表示することを特徴とする超音波
探傷装置。
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