JP2004226230A - 超音波探傷装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波探傷用のプローブの位置及び／又は傾きを正確に検出できる超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】超音波探傷用のセンサを備えたプローブ１０に固着された発信機１１と、この発信機から射出された信号を受信する受信機２０と、この受信機２０からの信号に基づいてプローブ１０の位置を算出する処理装置３０とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】超音波探傷用のセンサを備えたプローブ１０に固着された発信機１１と、この発信機から射出された信号を受信する受信機２０と、この受信機２０からの信号に基づいてプローブ１０の位置を算出する処理装置３０とを備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探傷装置に関し、特に超音波探傷用のセンサを備えたプローブの位置及び傾きを検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラントの配管や容器を超音波を用いて探傷し、以て傷の有無や深さを検出する超音波探傷装置が知られている。この超音波探傷装置を用いた超音波探傷においては、超音波探傷装置からの傷の有無や深さを示す探傷データと同時に、そのプローブの位置を示す位置データを採取することは、検査対象部位の経年変化を調べたり、探傷データを処理することにより傷の有無や深さを検出する際の検出性能を向上させる上で重要である。
【０００３】
従来の超音波探傷装置では、プローブの位置の検出は、そのプローブに取り付けられたスキャナと呼ばれる検出装置を用いて行われている。このスキャナとしては、Ｘ軸方向だけの走査を行う１軸タイプやＸ軸及びＹ軸方向の走査を行う２軸タイプのものが知られている。
【０００４】
特許文献１は、２軸タイプの超音波探傷装置を開示している。図９は、公知のその２軸タイプのスキャナの概略的な構成を示す図である。このスキャナは、一般に、プローブ１０に取り付けられＸ軸レール５０及びＹ軸レール５１や図示しないガイドケーブル等がエンコーダボックス５２に収容されたエンコーダの回転軸（図示しない）に接続され、プローブ１０の位置に応じた信号がエンコーダから得られるよう構成されている。
【０００５】
しかしながら、上記のように構成されるスキャナでは、プローブにＸ軸レール及びＹ軸レールといったレールやガイドケーブル等を取り付ける必要があるので、レールに応じた動きしかできない。そのため、プローブの操作性が悪くなり、プローブの正確な位置情報が得られない。加えて、プローブの倣い性も悪くなり、探傷データ自体に抜けが生じる場合がある。
【０００６】
また、手動スキャナを用いて行われる超音波探傷では、多くの場合、プローブを操作する人とスキャナを操作する人の二人がかりで超音波探傷を行う必要があり、手間がかかるという問題がある。更に、エンコーダの回転部をレールや検査対象に押しつけることにより走査が行われるため、グリセリンや水といった接触媒体が回転部に付着すると回転部が空転し、位置情報が得られなかったり、得られた位置情報に誤差が生じるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０９−５４０６７号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、超音波探傷用のプローブの位置及び／又は傾きを正確に検出できる超音波探傷装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る超音波探傷装置は、上記目的を達成するために、超音波探傷用のセンサを備えたプローブ（１０）に固着された発信機（１１）と、この発信機から射出された信号を受信する受信機（２０）と、この受信機（２０）からの信号に基づいてプローブ（１０）の位置を算出する処理装置（３０）とを備えている。
【００１１】
この場合、受信機（２０）は、発信機（１１）から射出された信号を受信する第１受信機（２０１）と、発信機（１１）から射出された信号を受信する第２受信機（２０２）、とから成り、処理装置（３０）は、第１受信機（２０１）からの信号及び第２受信機（２０２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出するように構成できる。
【００１２】
この第１の態様に係る超音波探傷装置によれば、プローブ（１０）に取り付けられた発信機（１１）から発振される信号に基づいてプローブ（１０）の位置を算出するのでプローブ（１０）を任意の方向に動かすことができる。従って、プローブ（１０）の操作性は良好であり、超音波探傷用のプローブ（１０）の位置を正確に検出できる。
【００１３】
また、この第１の態様に係る超音波探傷装置は、プローブ（１０）に固着されたジャイロ（１２）を更に備え、処理装置（３０）は、第１受信機（２０１）からの信号及び第２受信機（２０２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出し、且つジャイロ（１２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での傾きを算出するように構成できる。この構成によれば、後述するように、２次元平面上での位置及び傾きを検出するために２個の発信機を備える必要がなく、また、２個の発信機を所定距離をおいて配設する必要もないので、プローブを小型化できるという利点がある。
【００１４】
また、この超音波探傷装置において、受信機（２０）は、発信機（１１）から射出された信号を受信する第１〜第ｎ受信機（ｎは３以上の整数）（２０１〜２０ｎ）から成り、処理装置（３０）は、第１〜第ｎ受信機（２０１〜２０ｎ）からの信号の中から選択された２つの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出する処理を、２つの信号の複数の組合せについて行って複数の位置を算出し、該算出された複数の位置を平均することによりプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出するように構成できる。この構成によれば、検出されるプローブ（１０）の位置の精度を向上させることができる。
【００１５】
また、この超音波探傷装置において、受信機（２０）は、可撓性を有する部材に取り付けて構成できる。この構成によれば、曲面を有する被検体に配置することが可能であるので、例えば配管等の超音波検査を行う場合に、その検出精度を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様に係る超音波探傷装置は、超音波探傷用のセンサを備えたプローブ（１０）の第１位置に固着された第１発信機（１１ａ）と、プローブ（１０）の第１位置とは異なる第２位置に固着された第２発信機（１１ｂ）と、第１発信機（１１ａ）及び第２発信機（１１ｂ）から射出された信号を受信する第１受信機（２０１）と、第１発信機（１１ａ）及び第２発信機（１１ｂ）から射出された信号を受信する第２受信機（２０２）と、第１受信機（２０１）からの信号及び第２受信機（２０２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置及び２次元平面上での傾きを算出する処理装置（３０）とを備えて構成されている。
【００１７】
この第２の態様に係る超音波探傷装置によれば、プローブ（１０）の２次元位置のみならず、プローブ（１０）の２次元傾き（首振り方向）をも検出できるので、探傷用超音波の進行方向を同定できる。その結果、傷の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の第３の態様に係る超音波探傷装置は、超音波探傷用のセンサを備えたプローブ（１０）の第１位置に固着された第１発信機（１１ａ）と、プローブ（１０）の第１位置とは異なる第２位置に固着された第２発信機（１１ｂ）と、プローブ（１０）の第１位置及び第２位置とは異なる第３位置に固着された第３発信機（１１ｃ）と、第１発信機（１１ａ）、第２発信機（１１ｂ）及び第３発信機（１１ｃ）から射出された信号を受信する第１受信機（２０１）と、第１発信機（１１ａ）、第２発信機（１１ｂ）及び第３発信機（１１ｃ）から射出された信号を受信する第２受信機（２０２）と、第１発信機（１１ａ）、第２発信機（１１ｂ）及び第３発信機（１１ｃ）から射出された信号を受信する第３受信機（２０３）と、第１受信機（１０１）からの信号、第２受信機（２０２）からの信号及び第３受信機（２０３）からの信号に基づいてプローブ（１０）の３次元空間上での位置及び３次元空間上での傾きを算出する処理装置（３０）とを備えている。
【００１９】
この第３の態様に係る超音波探傷装置によれば、３次元空間において超音波ビームが入射されている方向及びプローブ（１０）の走査面の３次元形状を検出できる。従って、被検体における傷の正確な位置を知ることができる。
【００２０】
また、上記第１〜第３の態様に係る超音波探傷装置において、処理装置（３０）は、受信機（２０）から得られる信号を重ね合わせて探傷データを生成するように構成できる。この構成によれば、ランダム走査時の探傷データの抜けを防止して完全な探傷データを得ることができる。
【００２１】
更に、上記第１〜第３の態様に係る超音波探傷装置は、ヘッドマウントディスプレイ（２）、を更に備え、処理装置（３０）は、受信機（２０）から得られる信号に基づいて生成された探傷データを前記ヘッドマウントディスプレイ（２）に表示させるように構成できる。この構成によれば、超音波探傷時に未探傷位置を確認しながら探傷を実施できるので、抜けのない超音波探傷が可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置は、１つの発信機と２つの受信機を用いてプローブの２次元平面上での位置（以下、「２次元位置」と略記する）を検出する。
【００２４】
この超音波探傷装置は、図１に示すように、プローブ１０、発信機１１、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び処理装置３０から構成されている。
【００２５】
プローブ１０は、超音波を発生する超音波発生器及びこの超音波発生器から射出された超音波のエコーを受信する受信センサ（何れも図示は省略する）を備えている。このプローブ１０は、処理装置３０からの制御に応答して超音波発生器からの超音波の発生を開始し、この超音波のエコーを受信した受信センサから送られてくる探傷信号を処理装置３０に送る。
【００２６】
発信機１１は、プローブ１０の操作性を害しない程度の小型に構成されており、プローブ１０に固着されている。この発信機１１は、処理装置３０からの制御によって超音波を発生する。なお、発信機１１としては、超音波を発生する発信機に限らず、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機を使用することもできる。
【００２７】
第１受信機２０１は、発信機１１で発生された超音波を受信する。この第１受信機２０１は、受信した超音波に応じた第１信号を生成し、処理装置３０に送る。同様に、第２受信機２０２は、発信機１１で発生された超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した超音波に応じた第２信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００２８】
第１受信機２０１及び第２受信機２０２は所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、発信機１１からの超音波が届く範囲であれば任意である。第１受信機２０１及び第２受信機２０２は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。なお、発信機１１として、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機が使用される場合は、受信機２０１及び２０２として、赤外線を受信する受信機、レーザーを受信する受信機がそれぞれ使用される。
【００２９】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００３０】
また、処理装置３０は、第１受信機２０１からの第１信号及び第２受信機２０２からの第２信号に基づいてプローブ１０の２次元位置を検出（同定）する。より具体的には、発信機１１で超音波が発生されてから第１受信機２０１から第１信号が得られるまでの時間、発信機１１で超音波が発生されてから第２受信機２０２から第２信号が得られるまでの時間、及びこれらの時間差に基づいて、第１受信機２０１及び第２受信機２０２からの距離及び方向が求められ、以てプローブ１０の２次元位置が算出される。この算出された位置を表す位置情報は上記探傷データに対応付けられて表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００３１】
以上説明したように、この実施の形態１に係る超音波探傷装置によれば、プローブ１０に機械的制約を与えることなくプローブ１０の位置を検出できる。また、従来の超音波探傷装置のように、エンコーダを使用しないので、接触媒質等によるエンコーダの回転部の空転も発生しない。従って、超音波探傷における位置決め精度が向上する。
【００３２】
なお、上述した実施の形態１では、プローブ１０に発信機１１を取り付けるように構成したが、プローブ１０に受信機を取り付け、第１受信機２０１及び第２受信機２０２の代わりに、第１発信機及び第２発信機２をそれぞれ設けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置は、２つの発信機と２つの受信機を用いて、プローブの２次元位置に加え、プローブの２次元平面上での傾き（以下、「２次元傾き」と略記する）を検出するものである。
【００３４】
本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置は、図２に示すように、プローブ１０、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び処理装置３０から構成されている。プローブ１０は、実施の形態１のそれと同じである。
【００３５】
第１発信機１１ａは、プローブ１０の操作性を害しない程度の小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の一側面に固着されている。この第１発信機１１ａは、処理装置３０からの制御によって所定周波数の第１超音波を発生する。
【００３６】
第２発信機１１ｂは、第１発信機１１ａと同様に小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の他側面に固着されている。この第２発信機１１ｂは、処理装置３０からの制御によって、第１発信機１１ａで発生される周波数とは異なる周波数の第２超音波を発生する。上記第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂは、位置検出の精度を高めるために、所定以上の距離をおいて配設される。
【００３７】
なお、上記では、第１発信機１１ａで発生する第１超音波と第２発信機１１ｂで発生する第２超音波とは周波数が異なる構成としたが、位相が異なるように構成することができる。また、第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂとしては、超音波を発生する発信機に限らず、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機を使用することもできる。この場合、受信機２０１及び２０２として、赤外線を受信する受信機、レーザーを受信する受信機がそれぞれ使用される。
【００３８】
第１受信機２０１は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波及び第２発信機１１ｂで発生された第２超音波を受信する。この第１受信機２０１は、受信した第１超音波に応じた第１１信号及び第２超音波に応じた第２１信号を生成し、処理装置３０に送る。同様に、第２受信機２０２は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波及び第２発信機１１ｂで発生された第２超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した第１超音波に応じた第１２信号及び第２超音波に応じた第２２信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００３９】
第１受信機２０１及び第２受信機２０２は所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂからの超音波が届く範囲であれば任意である。第１受信機２０１及び第２受信機２０２は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。
【００４０】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００４１】
また、処理装置３０は、上述した実施の形態１の場合と同様にして、第１受信機２０１からの第１１信号及び第２受信機２０２からの第１２信号に基づいて第１発信機１１ａの２次元位置を検出（同定）する。同様に、第１受信機２０１からの第２１信号及び第２受信機２０２からの第２２信号に基づいて第２発信機１１ｂの２次元位置を検出（同定）する。
【００４２】
そして、処理装置３０は、検出された、第１発信機１１ａの２次元位置と第２発信機１１ｂの２次元位置とを結ぶ線の中点の位置を、プローブ１０の２次元位置として検出する。また、処理装置は、第１発信機１１ａの２次元位置と第２発信機１１ｂの２次元位置とを結ぶ線に直交する方向を、プローブ１０の２次元傾き、即ち首振り方向（回転方向）として検出する。
【００４３】
この検出されたプローブ１０の位置を表す位置情報及びプローブ１０の傾きを表す傾き情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置における或る方向の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００４４】
以上説明したように、この実施の形態２に係る超音波探傷装置によれば、プローブ１０の２次元位置のみならず、プローブ１０の２次元傾き（首振り方向）をも検出できるので、探傷用超音波の進行方向を同定できる。その結果、傷の検出精度を向上させることができる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態２では、プローブ１０に第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂを取り付けるように構成したが、第１受信機２０１及び第２受信機２０２の代わりに第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂを配置し、プローブ１０に第１受信機２０１及び第２受信機２０２を取り付けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００４６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置は、１つの発信機と２つの受信機を用いてプローブの２次元位置を検出し、ジャイロを用いてプローブの２次元傾きを検出するものである。
【００４７】
本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置は、図３に示すように、プローブ１０、発信機１１、ジャイロ１２、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び処理装置３０から構成されている。プローブ１０、発信機１１、第１受信機２０１及び第２受信機２０２は、実施の形態１のそれらと同じである。
【００４８】
ジャイロ１２は、回転角を検出する周知のものである。このジャイロ１２で検出された回転角を表す信号は処理装置３０に送られる。なお、ジャイロ１２と処理装置３０との間は、有線で接続してもよいし、無線で接続してもよい。
【００４９】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００５０】
また、処理装置３０は、上述した実施の形態１の場合と同様にして、第１受信機２０１からの第１信号及び第２受信機２０２からの第２信号に基づいてプローブ１０の位置を検出（同定）する。また、処理装置３０は、ジャイロ１２からの信号に基づいて、プローブ１０の２次元傾き、即ち首振り方向（回転方向）として検出する。
【００５１】
この検出されたプローブ１０の位置を表す位置情報及びプローブ１０の傾きを表す傾き情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置における或る方向の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００５２】
以上説明したように、この実施の形態３に係る超音波探傷装置によれば、プローブの２次元傾きをジャイロ１２で検出するように構成したので、実施の形態２に係る超音波探傷装置のように、２個の発信機を備える必要がなく、また、２個の発信機を所定距離をおいて配設する必要もない。その結果、プローブを小型化できるという利点がある。
【００５３】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る超音波探傷装置は、３つの発信機と３つの受信機を用いて、プローブの３次元空間上の位置（以下、「３次元位置」という）及びプローブの３次元空間上での傾き（以下、「３次元傾き」と略記する）を検出するものである。
【００５４】
本発明の実施の形態４に係る超音波探傷装置は、図４に示すように、プローブ１０、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ、第３発信機１１ｃ、第１受信機２０１、第２受信機２０２、第３受信機２０３及び処理装置３０から構成されている。プローブ１０は、実施の形態１のそれと同じである。
【００５５】
第１発信機１１ａは、プローブ１０の操作性を害しない程度の小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の一側面に固着されている。この第１発信機１１ａは、処理装置３０からの制御によって所定周波数の第１超音波を発生する。
【００５６】
第２発信機１１ｂは、第１発信機１１ａと同様に小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の他側面に固着されている。この第２発信機１１ｂは、処理装置３０からの制御によって、第１発信機１１ａで発生される周波数とは異なる周波数の第２超音波を発生する。
【００５７】
第３発信機１１ｃは、第１発信機１１ａと同様に小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）方向の一側面に固着されている。この第３発信機１１ｃは、処理装置３０からの制御によって、第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂで発生される周波数とは異なる周波数の第３超音波を発生する。上記第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃは、位置検出の精度を高めるために、相互に所定以上の距離をおいて配設される。
【００５８】
なお、上記では、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃでそれぞれ発生される第１超音波、第２超音波及び第３超音波は、周波数が相互に異なる構成としたが、位相が相互に異なるように構成することができる。また、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃとしては、超音波を発生する発信機に限らず、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機を使用することもできる。この場合、受信機２０１、２０２及び２０３として、赤外線を受信する受信機、レーザーを受信する受信機がそれぞれ使用される。
【００５９】
第１受信機２０１は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波、第２発信機１１ｂで発生された第２超音波及び第３発信機１１ｃで発生された第３超音波を受信する。この第１受信機２０１は、受信した第１超音波に応じた第１１信号、第２超音波に応じた第２１信号及び第２超音波に応じた第３１信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００６０】
同様に、第２受信機２０２は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波、第２発信機１１ｂで発生された第２超音波及び第３発信機１１ｃで発生された第３超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した第１超音波に応じた第１２信号、第２超音波に応じた第２２信号及び第３超音波に応じた第３２信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００６１】
同様に、第３受信機２０３は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波、第２発信機１１ｂで発生された第２超音波及び第３発信機１１ｃで発生された第３超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した第１超音波に応じた第１３信号、第２超音波に応じた第２３信号及び第３超音波に応じた第３３信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００６２】
第１受信機２０１、第２受信機２０２及び第３受信機２０３は、同一直線上にならないように所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ、第３発信機１１ｃからの超音波が届く範囲であれば任意である。第１受信機２０１、第２受信機２０２、第３受信機２０３は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。
【００６３】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００６４】
また、処理装置３０は、上述した実施の形態１の場合と同様にして、第１受信機２０１からの第１１信号、第２受信機２０２からの第１２信号及び第３受信機２０３からの第１３信号に基づいて第１発信機１１ａの３次元位置を検出（同定）する。同様に、第１受信機２０１からの第２１信号、第２受信機２０２からの第２２信号及び第３受信機２０３からの第２３信号に基づいて第３発信機１１ｃの３次元位置を検出（同定）する。
【００６５】
そして、処理装置３０は、検出された、第１発信機１１ａの３次元位置、第２発信機１１ｂの３次元位置及び第３発信機１１ｃの３次元位置とで形成される三角形の中心の位置を、プローブ１０の３次元位置として検出する。また、処理装置は、第１発信機１１ａの３次元位置、第２発信機１１ｂの３次元位置及び第３発信機１１ｃの３次元位置とで形成される平面の法線の向きを、プローブ１０の３次元傾きとして検出する。
【００６６】
この検出されたプローブ１０の位置を表す位置情報及びプローブ１０の傾きを表す傾き情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置における或る方向の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００６７】
以上説明したように、この実施の形態４に係る超音波探傷装置によれば、プローブ１０の傾きが検出されるので、３次元空間において超音波ビームが入射されている方向及びプローブ１０の走査面の３次元形状を検出できる。従って、被検体における傷の正確な位置を知ることができる。
【００６８】
なお、上述した実施の形態４では、プローブ１０に第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃを取り付けるように構成したが、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び第３受信機２０３の代わりに第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃを配置し、プローブ１０に第１受信機２０１、第２受信機２０２及び第３受信機３を取り付けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００６９】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る超音波探傷装置は、１つの発信機とｎ個（ｎは３以上の整数）の受信機を用いてプローブの２次元位置を検出するものである。
【００７０】
この超音波探傷装置は、図５に示すように、プローブ１０、発信機１１、ｎ個の受信機２０１〜２０ｎ（以下、符号２０で代表する）及び処理装置３０から構成されている。なお、図面の煩雑さを避けるために、処理装置３０と、プローブ１０、発信機１１及びｎ個の受信機２０との間の配線は図示を省略しているが、これらの間は図１に示すように接続されている。プローブ１０及び発信機１１は、実施の形態１のそれらと同じである。
【００７１】
ｎ個の受信機２０は、一列に配設されており、発信機１１で発生された超音波を受信する。ｎ個の受信機２０の各々は、受信した超音波に応じた信号を生成して処理装置３０に送る。
【００７２】
ｎ個の受信機２０は相互に所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、発信機１１からの超音波が届く範囲であれば任意である。ｎ個の受信機２０は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。
【００７３】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００７４】
また、処理装置３０は、実施の形態１で説明した方法により、ｎ個の受信機２０から選ばれた２つの受信機からの信号に基づいてプローブ１０の２次元位置を検出（同定）する。同様にして、複数の受信機の組合せについてプローブ１０の２次元位置を検出（同定）し、それらの平均を算出する。この算出された位置を表す位置情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００７５】
以上説明したように、この実施の形態５に係る超音波探傷装置によれば、複数のプローブ１０の２次元位置を検出し、これらの平均をとって最終的な２次元位置とするので、プローブ１０の位置精度を向上させることができる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態５では、プローブ１０に発信機１１を取り付けるように構成したが、プローブ１０に受信機を取り付け、ｎ個の受信機２０の代わりに、ｎ個の発信機を設けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００７７】
また、上述した実施の形態３と同様に、プローブ１０にジャイロ１２を固着し、プローブ１０の２次元傾きを検出するように構成することもできる。
【００７８】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る超音波探傷装置は、上述した実施の形態５におけるｎ個の受信機を、可撓性を有するテープ（フレキシブルテープ）に配置したものである。
【００７９】
この超音波探傷装置は、実施の形態５に係る超音波探傷装置におけるｎ個の受信機２０を、フレキシブルテープに相互に所定の距離をおいて一列に取り付けることにより構成されている。このｎ個の受信機２０は、図６に示すように、配管等の被検体に巻き回されて配置される。
【００８０】
この実施の形態６に係る超音波探傷装置によれば、曲面を有する被検体に配置することが可能である。従って、配管等の超音波検査を行う場合に、その検出精度を向上させることができる。
【００８１】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る超音波探傷装置は、上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置において、完全な探傷データが得られるようにしたものである。
【００８２】
上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いることにより、スキャナを用いてランダム走査が可能になる。しかしながら、上述したように構成される超音波探傷装置では、プローブ１０からの超音波は所定方向にしか射出されないので、ランダム走査を行う場合に、図７（Ｂ）に示すように、プローブ１０から得られる探傷データに抜けが生じることがある。
【００８３】
この実施の形態７に係る超音波探傷装置では、超音波探傷は、フェーズドアレイを用いて多屈折角や多首振り角探傷を組み合わせて行われる。処理装置３０は、受信機２０から送られてくる複数の屈折角のデータを重ね合わせて最終的な探傷データを生成する。
【００８４】
この実施の形態７に係る超音波探傷装置によれば、多屈折角や多首振り角探傷を組み合わせて行われる超音波探傷が行われ、得られた探傷データが重ねあわされて最終的な探傷データとされるので、図７（Ａ）に示すように、ランダム走査時の探傷データの抜けが防止され、完全な探傷データを得ることができる。
【００８５】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る超音波探傷装置は、上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いて超音波探傷を行う場合の探傷データの視認を容易にするものである。
【００８６】
上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いて行う超音波探傷では、被検体の探傷範囲を適切に探傷しているかどうかを、超音波探傷装置の本体１に設けられた表示器に表示された波形を確認しながら行う必要がある。しかしながら、図８（Ｂ）に示すように、探傷部位によっては、表示器を探傷員の視界内に置くことができない場合がある。
【００８７】
このような状態に対処するために、実施の形態８に係る超音波探傷装置は、本体１に接続されたヘッドマウントディスプレイ２を備えている。このヘッドマウントディスプレイ２は、探傷員が片方の目を覆うように装着することにより、本体１から送られてくる画像を見ることができるように構成されている。本体１に内蔵される処理装置３０は、探傷データに基づいて生成した探傷波形等の画像を表示器に送ると共に、ヘッドマウントディスプレイ２に送る。
【００８８】
これにより、探傷員が表示器に表示された波形を確認できないような場所であっても、ヘッドマウントディスプレイ２に表示された波形を見ながら超音波探傷を行うことができる。また、探傷員の視線の移動も少ないためプローブ１０の浮きのない適切な探傷が可能になり、上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いた超音波探傷時に未探傷位置を確認しながら超音波探傷を実施できる。その結果、抜けのない超音波探傷が可能になる。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、超音波探傷用のプローブの位置及び／又は傾きを正確に検出できる超音波探傷装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態６に係る超音波探傷装置の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態７に係る超音波探傷装置の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態８に係る超音波探傷装置の動作を説明するための図である。
【図９】従来の超音波探傷装置の構成及び動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 超音波探傷装置の本体
２ ヘッドマウントディスプレイ
１０ プローブ
１１ 発信機
１１ａ 第１発信機
１１ｂ 第２発信機
１１ｃ 第３発信機
１２ ジャイロ
２０、２０１〜２０ｎ 受信機
２０ａ 第１受信機
２０ｂ 第２受信機
２０ｃ 第３受信機
３０ 処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探傷装置に関し、特に超音波探傷用のセンサを備えたプローブの位置及び傾きを検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラントの配管や容器を超音波を用いて探傷し、以て傷の有無や深さを検出する超音波探傷装置が知られている。この超音波探傷装置を用いた超音波探傷においては、超音波探傷装置からの傷の有無や深さを示す探傷データと同時に、そのプローブの位置を示す位置データを採取することは、検査対象部位の経年変化を調べたり、探傷データを処理することにより傷の有無や深さを検出する際の検出性能を向上させる上で重要である。
【０００３】
従来の超音波探傷装置では、プローブの位置の検出は、そのプローブに取り付けられたスキャナと呼ばれる検出装置を用いて行われている。このスキャナとしては、Ｘ軸方向だけの走査を行う１軸タイプやＸ軸及びＹ軸方向の走査を行う２軸タイプのものが知られている。
【０００４】
特許文献１は、２軸タイプの超音波探傷装置を開示している。図９は、公知のその２軸タイプのスキャナの概略的な構成を示す図である。このスキャナは、一般に、プローブ１０に取り付けられＸ軸レール５０及びＹ軸レール５１や図示しないガイドケーブル等がエンコーダボックス５２に収容されたエンコーダの回転軸（図示しない）に接続され、プローブ１０の位置に応じた信号がエンコーダから得られるよう構成されている。
【０００５】
しかしながら、上記のように構成されるスキャナでは、プローブにＸ軸レール及びＹ軸レールといったレールやガイドケーブル等を取り付ける必要があるので、レールに応じた動きしかできない。そのため、プローブの操作性が悪くなり、プローブの正確な位置情報が得られない。加えて、プローブの倣い性も悪くなり、探傷データ自体に抜けが生じる場合がある。
【０００６】
また、手動スキャナを用いて行われる超音波探傷では、多くの場合、プローブを操作する人とスキャナを操作する人の二人がかりで超音波探傷を行う必要があり、手間がかかるという問題がある。更に、エンコーダの回転部をレールや検査対象に押しつけることにより走査が行われるため、グリセリンや水といった接触媒体が回転部に付着すると回転部が空転し、位置情報が得られなかったり、得られた位置情報に誤差が生じるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０９−５４０６７号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、超音波探傷用のプローブの位置及び／又は傾きを正確に検出できる超音波探傷装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る超音波探傷装置は、上記目的を達成するために、超音波探傷用のセンサを備えたプローブ（１０）に固着された発信機（１１）と、この発信機から射出された信号を受信する受信機（２０）と、この受信機（２０）からの信号に基づいてプローブ（１０）の位置を算出する処理装置（３０）とを備えている。
【００１１】
この場合、受信機（２０）は、発信機（１１）から射出された信号を受信する第１受信機（２０１）と、発信機（１１）から射出された信号を受信する第２受信機（２０２）、とから成り、処理装置（３０）は、第１受信機（２０１）からの信号及び第２受信機（２０２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出するように構成できる。
【００１２】
この第１の態様に係る超音波探傷装置によれば、プローブ（１０）に取り付けられた発信機（１１）から発振される信号に基づいてプローブ（１０）の位置を算出するのでプローブ（１０）を任意の方向に動かすことができる。従って、プローブ（１０）の操作性は良好であり、超音波探傷用のプローブ（１０）の位置を正確に検出できる。
【００１３】
また、この第１の態様に係る超音波探傷装置は、プローブ（１０）に固着されたジャイロ（１２）を更に備え、処理装置（３０）は、第１受信機（２０１）からの信号及び第２受信機（２０２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出し、且つジャイロ（１２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での傾きを算出するように構成できる。この構成によれば、後述するように、２次元平面上での位置及び傾きを検出するために２個の発信機を備える必要がなく、また、２個の発信機を所定距離をおいて配設する必要もないので、プローブを小型化できるという利点がある。
【００１４】
また、この超音波探傷装置において、受信機（２０）は、発信機（１１）から射出された信号を受信する第１〜第ｎ受信機（ｎは３以上の整数）（２０１〜２０ｎ）から成り、処理装置（３０）は、第１〜第ｎ受信機（２０１〜２０ｎ）からの信号の中から選択された２つの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出する処理を、２つの信号の複数の組合せについて行って複数の位置を算出し、該算出された複数の位置を平均することによりプローブ（１０）の２次元平面上での位置を算出するように構成できる。この構成によれば、検出されるプローブ（１０）の位置の精度を向上させることができる。
【００１５】
また、この超音波探傷装置において、受信機（２０）は、可撓性を有する部材に取り付けて構成できる。この構成によれば、曲面を有する被検体に配置することが可能であるので、例えば配管等の超音波検査を行う場合に、その検出精度を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様に係る超音波探傷装置は、超音波探傷用のセンサを備えたプローブ（１０）の第１位置に固着された第１発信機（１１ａ）と、プローブ（１０）の第１位置とは異なる第２位置に固着された第２発信機（１１ｂ）と、第１発信機（１１ａ）及び第２発信機（１１ｂ）から射出された信号を受信する第１受信機（２０１）と、第１発信機（１１ａ）及び第２発信機（１１ｂ）から射出された信号を受信する第２受信機（２０２）と、第１受信機（２０１）からの信号及び第２受信機（２０２）からの信号に基づいてプローブ（１０）の２次元平面上での位置及び２次元平面上での傾きを算出する処理装置（３０）とを備えて構成されている。
【００１７】
この第２の態様に係る超音波探傷装置によれば、プローブ（１０）の２次元位置のみならず、プローブ（１０）の２次元傾き（首振り方向）をも検出できるので、探傷用超音波の進行方向を同定できる。その結果、傷の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の第３の態様に係る超音波探傷装置は、超音波探傷用のセンサを備えたプローブ（１０）の第１位置に固着された第１発信機（１１ａ）と、プローブ（１０）の第１位置とは異なる第２位置に固着された第２発信機（１１ｂ）と、プローブ（１０）の第１位置及び第２位置とは異なる第３位置に固着された第３発信機（１１ｃ）と、第１発信機（１１ａ）、第２発信機（１１ｂ）及び第３発信機（１１ｃ）から射出された信号を受信する第１受信機（２０１）と、第１発信機（１１ａ）、第２発信機（１１ｂ）及び第３発信機（１１ｃ）から射出された信号を受信する第２受信機（２０２）と、第１発信機（１１ａ）、第２発信機（１１ｂ）及び第３発信機（１１ｃ）から射出された信号を受信する第３受信機（２０３）と、第１受信機（１０１）からの信号、第２受信機（２０２）からの信号及び第３受信機（２０３）からの信号に基づいてプローブ（１０）の３次元空間上での位置及び３次元空間上での傾きを算出する処理装置（３０）とを備えている。
【００１９】
この第３の態様に係る超音波探傷装置によれば、３次元空間において超音波ビームが入射されている方向及びプローブ（１０）の走査面の３次元形状を検出できる。従って、被検体における傷の正確な位置を知ることができる。
【００２０】
また、上記第１〜第３の態様に係る超音波探傷装置において、処理装置（３０）は、受信機（２０）から得られる信号を重ね合わせて探傷データを生成するように構成できる。この構成によれば、ランダム走査時の探傷データの抜けを防止して完全な探傷データを得ることができる。
【００２１】
更に、上記第１〜第３の態様に係る超音波探傷装置は、ヘッドマウントディスプレイ（２）、を更に備え、処理装置（３０）は、受信機（２０）から得られる信号に基づいて生成された探傷データを前記ヘッドマウントディスプレイ（２）に表示させるように構成できる。この構成によれば、超音波探傷時に未探傷位置を確認しながら探傷を実施できるので、抜けのない超音波探傷が可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置は、１つの発信機と２つの受信機を用いてプローブの２次元平面上での位置（以下、「２次元位置」と略記する）を検出する。
【００２４】
この超音波探傷装置は、図１に示すように、プローブ１０、発信機１１、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び処理装置３０から構成されている。
【００２５】
プローブ１０は、超音波を発生する超音波発生器及びこの超音波発生器から射出された超音波のエコーを受信する受信センサ（何れも図示は省略する）を備えている。このプローブ１０は、処理装置３０からの制御に応答して超音波発生器からの超音波の発生を開始し、この超音波のエコーを受信した受信センサから送られてくる探傷信号を処理装置３０に送る。
【００２６】
発信機１１は、プローブ１０の操作性を害しない程度の小型に構成されており、プローブ１０に固着されている。この発信機１１は、処理装置３０からの制御によって超音波を発生する。なお、発信機１１としては、超音波を発生する発信機に限らず、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機を使用することもできる。
【００２７】
第１受信機２０１は、発信機１１で発生された超音波を受信する。この第１受信機２０１は、受信した超音波に応じた第１信号を生成し、処理装置３０に送る。同様に、第２受信機２０２は、発信機１１で発生された超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した超音波に応じた第２信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００２８】
第１受信機２０１及び第２受信機２０２は所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、発信機１１からの超音波が届く範囲であれば任意である。第１受信機２０１及び第２受信機２０２は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。なお、発信機１１として、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機が使用される場合は、受信機２０１及び２０２として、赤外線を受信する受信機、レーザーを受信する受信機がそれぞれ使用される。
【００２９】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００３０】
また、処理装置３０は、第１受信機２０１からの第１信号及び第２受信機２０２からの第２信号に基づいてプローブ１０の２次元位置を検出（同定）する。より具体的には、発信機１１で超音波が発生されてから第１受信機２０１から第１信号が得られるまでの時間、発信機１１で超音波が発生されてから第２受信機２０２から第２信号が得られるまでの時間、及びこれらの時間差に基づいて、第１受信機２０１及び第２受信機２０２からの距離及び方向が求められ、以てプローブ１０の２次元位置が算出される。この算出された位置を表す位置情報は上記探傷データに対応付けられて表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００３１】
以上説明したように、この実施の形態１に係る超音波探傷装置によれば、プローブ１０に機械的制約を与えることなくプローブ１０の位置を検出できる。また、従来の超音波探傷装置のように、エンコーダを使用しないので、接触媒質等によるエンコーダの回転部の空転も発生しない。従って、超音波探傷における位置決め精度が向上する。
【００３２】
なお、上述した実施の形態１では、プローブ１０に発信機１１を取り付けるように構成したが、プローブ１０に受信機を取り付け、第１受信機２０１及び第２受信機２０２の代わりに、第１発信機及び第２発信機２をそれぞれ設けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置は、２つの発信機と２つの受信機を用いて、プローブの２次元位置に加え、プローブの２次元平面上での傾き（以下、「２次元傾き」と略記する）を検出するものである。
【００３４】
本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置は、図２に示すように、プローブ１０、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び処理装置３０から構成されている。プローブ１０は、実施の形態１のそれと同じである。
【００３５】
第１発信機１１ａは、プローブ１０の操作性を害しない程度の小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の一側面に固着されている。この第１発信機１１ａは、処理装置３０からの制御によって所定周波数の第１超音波を発生する。
【００３６】
第２発信機１１ｂは、第１発信機１１ａと同様に小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の他側面に固着されている。この第２発信機１１ｂは、処理装置３０からの制御によって、第１発信機１１ａで発生される周波数とは異なる周波数の第２超音波を発生する。上記第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂは、位置検出の精度を高めるために、所定以上の距離をおいて配設される。
【００３７】
なお、上記では、第１発信機１１ａで発生する第１超音波と第２発信機１１ｂで発生する第２超音波とは周波数が異なる構成としたが、位相が異なるように構成することができる。また、第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂとしては、超音波を発生する発信機に限らず、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機を使用することもできる。この場合、受信機２０１及び２０２として、赤外線を受信する受信機、レーザーを受信する受信機がそれぞれ使用される。
【００３８】
第１受信機２０１は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波及び第２発信機１１ｂで発生された第２超音波を受信する。この第１受信機２０１は、受信した第１超音波に応じた第１１信号及び第２超音波に応じた第２１信号を生成し、処理装置３０に送る。同様に、第２受信機２０２は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波及び第２発信機１１ｂで発生された第２超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した第１超音波に応じた第１２信号及び第２超音波に応じた第２２信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００３９】
第１受信機２０１及び第２受信機２０２は所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂからの超音波が届く範囲であれば任意である。第１受信機２０１及び第２受信機２０２は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。
【００４０】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００４１】
また、処理装置３０は、上述した実施の形態１の場合と同様にして、第１受信機２０１からの第１１信号及び第２受信機２０２からの第１２信号に基づいて第１発信機１１ａの２次元位置を検出（同定）する。同様に、第１受信機２０１からの第２１信号及び第２受信機２０２からの第２２信号に基づいて第２発信機１１ｂの２次元位置を検出（同定）する。
【００４２】
そして、処理装置３０は、検出された、第１発信機１１ａの２次元位置と第２発信機１１ｂの２次元位置とを結ぶ線の中点の位置を、プローブ１０の２次元位置として検出する。また、処理装置は、第１発信機１１ａの２次元位置と第２発信機１１ｂの２次元位置とを結ぶ線に直交する方向を、プローブ１０の２次元傾き、即ち首振り方向（回転方向）として検出する。
【００４３】
この検出されたプローブ１０の位置を表す位置情報及びプローブ１０の傾きを表す傾き情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置における或る方向の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００４４】
以上説明したように、この実施の形態２に係る超音波探傷装置によれば、プローブ１０の２次元位置のみならず、プローブ１０の２次元傾き（首振り方向）をも検出できるので、探傷用超音波の進行方向を同定できる。その結果、傷の検出精度を向上させることができる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態２では、プローブ１０に第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂを取り付けるように構成したが、第１受信機２０１及び第２受信機２０２の代わりに第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂを配置し、プローブ１０に第１受信機２０１及び第２受信機２０２を取り付けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００４６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置は、１つの発信機と２つの受信機を用いてプローブの２次元位置を検出し、ジャイロを用いてプローブの２次元傾きを検出するものである。
【００４７】
本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置は、図３に示すように、プローブ１０、発信機１１、ジャイロ１２、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び処理装置３０から構成されている。プローブ１０、発信機１１、第１受信機２０１及び第２受信機２０２は、実施の形態１のそれらと同じである。
【００４８】
ジャイロ１２は、回転角を検出する周知のものである。このジャイロ１２で検出された回転角を表す信号は処理装置３０に送られる。なお、ジャイロ１２と処理装置３０との間は、有線で接続してもよいし、無線で接続してもよい。
【００４９】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００５０】
また、処理装置３０は、上述した実施の形態１の場合と同様にして、第１受信機２０１からの第１信号及び第２受信機２０２からの第２信号に基づいてプローブ１０の位置を検出（同定）する。また、処理装置３０は、ジャイロ１２からの信号に基づいて、プローブ１０の２次元傾き、即ち首振り方向（回転方向）として検出する。
【００５１】
この検出されたプローブ１０の位置を表す位置情報及びプローブ１０の傾きを表す傾き情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置における或る方向の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００５２】
以上説明したように、この実施の形態３に係る超音波探傷装置によれば、プローブの２次元傾きをジャイロ１２で検出するように構成したので、実施の形態２に係る超音波探傷装置のように、２個の発信機を備える必要がなく、また、２個の発信機を所定距離をおいて配設する必要もない。その結果、プローブを小型化できるという利点がある。
【００５３】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る超音波探傷装置は、３つの発信機と３つの受信機を用いて、プローブの３次元空間上の位置（以下、「３次元位置」という）及びプローブの３次元空間上での傾き（以下、「３次元傾き」と略記する）を検出するものである。
【００５４】
本発明の実施の形態４に係る超音波探傷装置は、図４に示すように、プローブ１０、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ、第３発信機１１ｃ、第１受信機２０１、第２受信機２０２、第３受信機２０３及び処理装置３０から構成されている。プローブ１０は、実施の形態１のそれと同じである。
【００５５】
第１発信機１１ａは、プローブ１０の操作性を害しない程度の小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の一側面に固着されている。この第１発信機１１ａは、処理装置３０からの制御によって所定周波数の第１超音波を発生する。
【００５６】
第２発信機１１ｂは、第１発信機１１ａと同様に小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）に直交する方向の他側面に固着されている。この第２発信機１１ｂは、処理装置３０からの制御によって、第１発信機１１ａで発生される周波数とは異なる周波数の第２超音波を発生する。
【００５７】
第３発信機１１ｃは、第１発信機１１ａと同様に小型に構成されており、プローブ１０の、探傷方向（矢印Ａ方向）方向の一側面に固着されている。この第３発信機１１ｃは、処理装置３０からの制御によって、第１発信機１１ａ及び第２発信機１１ｂで発生される周波数とは異なる周波数の第３超音波を発生する。上記第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃは、位置検出の精度を高めるために、相互に所定以上の距離をおいて配設される。
【００５８】
なお、上記では、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃでそれぞれ発生される第１超音波、第２超音波及び第３超音波は、周波数が相互に異なる構成としたが、位相が相互に異なるように構成することができる。また、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃとしては、超音波を発生する発信機に限らず、赤外線を発生する発信機、レーザーを発生する発信機を使用することもできる。この場合、受信機２０１、２０２及び２０３として、赤外線を受信する受信機、レーザーを受信する受信機がそれぞれ使用される。
【００５９】
第１受信機２０１は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波、第２発信機１１ｂで発生された第２超音波及び第３発信機１１ｃで発生された第３超音波を受信する。この第１受信機２０１は、受信した第１超音波に応じた第１１信号、第２超音波に応じた第２１信号及び第２超音波に応じた第３１信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００６０】
同様に、第２受信機２０２は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波、第２発信機１１ｂで発生された第２超音波及び第３発信機１１ｃで発生された第３超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した第１超音波に応じた第１２信号、第２超音波に応じた第２２信号及び第３超音波に応じた第３２信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００６１】
同様に、第３受信機２０３は、第１発信機１１ａで発生された第１超音波、第２発信機１１ｂで発生された第２超音波及び第３発信機１１ｃで発生された第３超音波を受信する。この第２受信機２０２は、受信した第１超音波に応じた第１３信号、第２超音波に応じた第２３信号及び第３超音波に応じた第３３信号を生成し、処理装置３０に送る。
【００６２】
第１受信機２０１、第２受信機２０２及び第３受信機２０３は、同一直線上にならないように所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ、第３発信機１１ｃからの超音波が届く範囲であれば任意である。第１受信機２０１、第２受信機２０２、第３受信機２０３は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。
【００６３】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００６４】
また、処理装置３０は、上述した実施の形態１の場合と同様にして、第１受信機２０１からの第１１信号、第２受信機２０２からの第１２信号及び第３受信機２０３からの第１３信号に基づいて第１発信機１１ａの３次元位置を検出（同定）する。同様に、第１受信機２０１からの第２１信号、第２受信機２０２からの第２２信号及び第３受信機２０３からの第２３信号に基づいて第３発信機１１ｃの３次元位置を検出（同定）する。
【００６５】
そして、処理装置３０は、検出された、第１発信機１１ａの３次元位置、第２発信機１１ｂの３次元位置及び第３発信機１１ｃの３次元位置とで形成される三角形の中心の位置を、プローブ１０の３次元位置として検出する。また、処理装置は、第１発信機１１ａの３次元位置、第２発信機１１ｂの３次元位置及び第３発信機１１ｃの３次元位置とで形成される平面の法線の向きを、プローブ１０の３次元傾きとして検出する。
【００６６】
この検出されたプローブ１０の位置を表す位置情報及びプローブ１０の傾きを表す傾き情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置における或る方向の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００６７】
以上説明したように、この実施の形態４に係る超音波探傷装置によれば、プローブ１０の傾きが検出されるので、３次元空間において超音波ビームが入射されている方向及びプローブ１０の走査面の３次元形状を検出できる。従って、被検体における傷の正確な位置を知ることができる。
【００６８】
なお、上述した実施の形態４では、プローブ１０に第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃを取り付けるように構成したが、第１受信機２０１、第２受信機２０２及び第３受信機２０３の代わりに第１発信機１１ａ、第２発信機１１ｂ及び第３発信機１１ｃを配置し、プローブ１０に第１受信機２０１、第２受信機２０２及び第３受信機３を取り付けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００６９】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る超音波探傷装置は、１つの発信機とｎ個（ｎは３以上の整数）の受信機を用いてプローブの２次元位置を検出するものである。
【００７０】
この超音波探傷装置は、図５に示すように、プローブ１０、発信機１１、ｎ個の受信機２０１〜２０ｎ（以下、符号２０で代表する）及び処理装置３０から構成されている。なお、図面の煩雑さを避けるために、処理装置３０と、プローブ１０、発信機１１及びｎ個の受信機２０との間の配線は図示を省略しているが、これらの間は図１に示すように接続されている。プローブ１０及び発信機１１は、実施の形態１のそれらと同じである。
【００７１】
ｎ個の受信機２０は、一列に配設されており、発信機１１で発生された超音波を受信する。ｎ個の受信機２０の各々は、受信した超音波に応じた信号を生成して処理装置３０に送る。
【００７２】
ｎ個の受信機２０は相互に所定の距離をおいて配置され、その取り付け位置は、発信機１１からの超音波が届く範囲であれば任意である。ｎ個の受信機２０は、配管や容器といった被検体そのものに取り付けることもできるし、被検体の近傍の構造物、例えば天井等に取り付けることもできる。
【００７３】
処理装置３０は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、プローブ１０から送られてくる探傷信号を処理することによって探傷データを生成し、例えばＢスコープの画像として図示しない表示器に表示する。この場合、探傷データに基づいて被検体に傷があることを検出すると、その傷の大きさや深さを算出し、傷を含む画像を生成して表示器に表示する。
【００７４】
また、処理装置３０は、実施の形態１で説明した方法により、ｎ個の受信機２０から選ばれた２つの受信機からの信号に基づいてプローブ１０の２次元位置を検出（同定）する。同様にして、複数の受信機の組合せについてプローブ１０の２次元位置を検出（同定）し、それらの平均を算出する。この算出された位置を表す位置情報は上記探傷データに対応付けられ、被検体の或る位置の探傷データとして表示器に表示されると共に、図示しない記憶装置に記憶される。
【００７５】
以上説明したように、この実施の形態５に係る超音波探傷装置によれば、複数のプローブ１０の２次元位置を検出し、これらの平均をとって最終的な２次元位置とするので、プローブ１０の位置精度を向上させることができる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態５では、プローブ１０に発信機１１を取り付けるように構成したが、プローブ１０に受信機を取り付け、ｎ個の受信機２０の代わりに、ｎ個の発信機を設けるように構成することができる。この構成の場合も、上記と同様の作用及び効果を奏する。
【００７７】
また、上述した実施の形態３と同様に、プローブ１０にジャイロ１２を固着し、プローブ１０の２次元傾きを検出するように構成することもできる。
【００７８】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る超音波探傷装置は、上述した実施の形態５におけるｎ個の受信機を、可撓性を有するテープ（フレキシブルテープ）に配置したものである。
【００７９】
この超音波探傷装置は、実施の形態５に係る超音波探傷装置におけるｎ個の受信機２０を、フレキシブルテープに相互に所定の距離をおいて一列に取り付けることにより構成されている。このｎ個の受信機２０は、図６に示すように、配管等の被検体に巻き回されて配置される。
【００８０】
この実施の形態６に係る超音波探傷装置によれば、曲面を有する被検体に配置することが可能である。従って、配管等の超音波検査を行う場合に、その検出精度を向上させることができる。
【００８１】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る超音波探傷装置は、上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置において、完全な探傷データが得られるようにしたものである。
【００８２】
上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いることにより、スキャナを用いてランダム走査が可能になる。しかしながら、上述したように構成される超音波探傷装置では、プローブ１０からの超音波は所定方向にしか射出されないので、ランダム走査を行う場合に、図７（Ｂ）に示すように、プローブ１０から得られる探傷データに抜けが生じることがある。
【００８３】
この実施の形態７に係る超音波探傷装置では、超音波探傷は、フェーズドアレイを用いて多屈折角や多首振り角探傷を組み合わせて行われる。処理装置３０は、受信機２０から送られてくる複数の屈折角のデータを重ね合わせて最終的な探傷データを生成する。
【００８４】
この実施の形態７に係る超音波探傷装置によれば、多屈折角や多首振り角探傷を組み合わせて行われる超音波探傷が行われ、得られた探傷データが重ねあわされて最終的な探傷データとされるので、図７（Ａ）に示すように、ランダム走査時の探傷データの抜けが防止され、完全な探傷データを得ることができる。
【００８５】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る超音波探傷装置は、上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いて超音波探傷を行う場合の探傷データの視認を容易にするものである。
【００８６】
上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いて行う超音波探傷では、被検体の探傷範囲を適切に探傷しているかどうかを、超音波探傷装置の本体１に設けられた表示器に表示された波形を確認しながら行う必要がある。しかしながら、図８（Ｂ）に示すように、探傷部位によっては、表示器を探傷員の視界内に置くことができない場合がある。
【００８７】
このような状態に対処するために、実施の形態８に係る超音波探傷装置は、本体１に接続されたヘッドマウントディスプレイ２を備えている。このヘッドマウントディスプレイ２は、探傷員が片方の目を覆うように装着することにより、本体１から送られてくる画像を見ることができるように構成されている。本体１に内蔵される処理装置３０は、探傷データに基づいて生成した探傷波形等の画像を表示器に送ると共に、ヘッドマウントディスプレイ２に送る。
【００８８】
これにより、探傷員が表示器に表示された波形を確認できないような場所であっても、ヘッドマウントディスプレイ２に表示された波形を見ながら超音波探傷を行うことができる。また、探傷員の視線の移動も少ないためプローブ１０の浮きのない適切な探傷が可能になり、上述した実施の形態１〜６に係る超音波探傷装置を用いた超音波探傷時に未探傷位置を確認しながら超音波探傷を実施できる。その結果、抜けのない超音波探傷が可能になる。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、超音波探傷用のプローブの位置及び／又は傾きを正確に検出できる超音波探傷装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る超音波探傷装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態６に係る超音波探傷装置の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態７に係る超音波探傷装置の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態８に係る超音波探傷装置の動作を説明するための図である。
【図９】従来の超音波探傷装置の構成及び動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 超音波探傷装置の本体
２ ヘッドマウントディスプレイ
１０ プローブ
１１ 発信機
１１ａ 第１発信機
１１ｂ 第２発信機
１１ｃ 第３発信機
１２ ジャイロ
２０、２０１〜２０ｎ 受信機
２０ａ 第１受信機
２０ｂ 第２受信機
２０ｃ 第３受信機
３０ 処理装置
Claims (9)
- 超音波探傷用のセンサを備えたプローブに固着された発信機と、
前記発信機から射出された信号を受信する受信機と、
前記受信機からの信号に基づいて前記プローブの位置を算出する処理装置、
とを備えた超音波探傷装置。 - 前記受信機は、
前記発信機から射出された信号を受信する第１受信機と、
前記発信機から射出された信号を受信する第２受信機、とから成り、
前記処理装置は、前記第１受信機からの信号及び前記第２受信機からの信号に基づいて前記プローブの２次元平面上での位置を算出する、請求項１に記載の超音波探傷装置。 - 前記プローブに固着されたジャイロを更に備え、
前記処理装置は、前記第１受信機からの信号及び前記第２受信機からの信号に基づいて前記プローブの２次元平面上での位置を算出し、且つ前記ジャイロからの信号に基づいて前記プローブの２次元平面上での傾きを算出する、請求項２に記載の超音波探傷装置。 - 前記受信機は、
前記発信機から射出された信号を受信する第１〜第ｎ受信機（ｎは３以上の整数）から成り、
前記処理装置は、前記第１〜第ｎ受信機からの信号の中から選択された２つの信号に基づいて前記プローブの２次元平面上での位置を算出する処理を、前記２つの信号の複数の組合せについて行って複数の位置を算出し、該算出された複数の位置を平均することにより前記プローブの２次元平面上での位置を算出する、請求項１に記載の超音波探傷装置。 - 前記受信機は、可撓性を有する部材に取り付けられている、請求項１乃至４の何れか１項に記載の超音波探傷装置。
- 超音波探傷用のセンサを備えたプローブの第１位置に固着された第１発信機と、
前記プローブの前記第１位置とは異なる第２位置に固着された第２発信機と、前記第１発信機及び前記第２発信機から射出された信号を受信する第１受信機と、
前記第１発信機及び前記第２発信機から射出された信号を受信する第２受信機と、
前記第１受信機からの信号及び前記第２受信機からの信号に基づいて前記プローブの２次元平面上での位置及び２次元平面上での傾きを算出する処理装置、
とを備えた超音波探傷装置。 - 超音波探傷用のセンサを備えたプローブの第１位置に固着された第１発信機と、
前記プローブの前記第１位置とは異なる第２位置に固着された第２発信機と、前記プローブの前記第１位置及び第２位置とは異なる第３位置に固着された第３発信機と、
前記第１発信機、前記第２発信機及び前記第３発信機から射出された信号を受信する第１受信機と、
前記第１発信機、前記第２発信機及び前記第３発信機から射出された信号を受信する第２受信機と、
前記第１発信機、前記第２発信機及び前記第３発信機から射出された信号を受信する第３受信機と、
前記第１受信機からの信号、前記第２受信機からの信号及び前記第３受信機からの信号に基づいて前記プローブの３次元空間上での位置及び３次元空間上での傾きを算出する処理装置、
とを備えた超音波探傷装置。 - 前記処理装置は、
前記受信機から得られる信号を重ね合わせて探傷データを生成する、請求項１乃至７の何れか１項に記載の超音波探傷装置。 - ヘッドマウントディスプレイ、を更に備え、
前記処理装置は、前記受信機から得られる信号に基づいて生成された探傷データを前記ヘッドマウントディスプレイに表示させる、請求項１乃至８の何れか１項に記載の超音波探傷装置。
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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