JP2008122187A - 超音波探傷装置及びその方法並びにプログラム - Google Patents
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【解決手段】一方向に延在する接合部を有する被検体の内部に発生した欠陥を検出する超音波探傷装置であって、被検体の内部に超音波を伝搬させたときのエコー信号に基づいて、延在方向に交差する被検体の複数の断面像を作成する画像作成部11と、複数の断面像に共通する特徴量を用いて断面像を補正する補正部12と、補正後の断面像を用いて欠陥の検出を行う欠陥検出部13とを具備する超音波探傷装置を提供する。
【選択図】図3
Description
上記超音波探傷法は、例えば、超音波探触子を介して被検体に所定の入射角にて超音波を入射し、この超音波の戻り波を受信して信号処理することにより欠陥エコーを検出し、金属に発生している傷等を非破壊で検知するものである(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、一方向に延在する接合部を有する被検体の内部に発生した欠陥を検出する超音波探傷装置であって、前記被検体の内部に超音波を伝搬させたときのエコー信号に基づいて、前記延在方向に交差する前記被検体の複数の断面像を作成する画像作成手段と、複数の前記断面像に共通する特徴量を用いて前記断面像を補正する補正手段と、補正後の断面像を用いて欠陥の検出を行う欠陥検出手段とを具備する超音波探傷装置を提供する。
また、上記態様は、可能な範囲で組み合わせて利用することができるものである。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示した図である。図2は、探触子の走査方向について説明するための図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置は、探傷試験を行う探傷試験装置1と、探傷試験装置1により得られた試験データを分析し、試験体Sに生じている傷等の欠陥を検出する分析装置2と、試験データを記録する記憶装置3とを備えている。
探傷試験装置1は、被験体Sの表面に配置され、被験体S内に所定の周波数の超音波を所定の屈折角θで射出するとともに、この反射波(以下「エコー信号」という。)を受信する探触子4と、探触子4の走査等を制御する探傷制御装置5と、探触子4に接続されたエンコーダ等の位置検出装置6を備えている。
ここで、被験体Sにおいて溶接部Sjの延在方向をy軸方向、探触子移動面に平行でy軸方向に直交する方向をx軸方向、試験体S内での超音波ビームの進行方向をt方向と定義する。
ここで、上記y軸方向は、より好ましくは設計上の溶接方向である。例えば、被検体Sが円筒状であれば、y軸方向は周方向とされる。なお、本実施形態では、溶接部Sjは蛇行していないが、例えば、溶接部Sjが蛇行していた場合には、この溶接の方向に沿って蛇行したy方向が定義されることとなる。
また、探触子4の位置は、探触子4に接続されたエンコーダ等の位置検出装置6により検出され、この検出位置が探傷制御装置5に出力される。探傷制御装置5は、探触子4により受信されたエコー信号と位置検出部6により検出された位置情報とを対応付けた試験データを分析装置2および記憶装置3に出力する。これにより、記憶装置3には、探傷試験の試験データが蓄積されることとなる。
分析装置2は、探傷制御装置5から出力される試験データに基づいて、Aスコープ、Bスコープ、Cスコープ等の各種画像を作成可能な画像作成部(画像作成手段)11と、画像作成部11によって作成された各種画像を信号処理することによりノイズ成分を除去する補正部12と、補正部12により補正された後の画像を用いて被検体S内に発生している傷等の欠陥を検出する欠陥検出部(欠陥検出手段)13とを備えている。
具体的には、分析装置2は、例えば、図示しないCPU(中央演算装置)、ROM(Read
Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えている。上記各部の機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラム(超音波探傷プログラム)の形式でROM等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各部の機能が実表される。
これに対し、Aスコープは、図4に示した3次元画像において、x座標とy座標とを特定した場合に、その箇所における時間とエコー信号の振幅との関係を表した画像である。例えば、図22及び図23がAスコープにあたる。このように、Aスコープは、縦軸がエコー信号の振幅、横軸が時間となっている。
なお、Aスコープ、Bスコープ、Cスコープの作成方法等については、公知の技術を適宜用いることが可能である。
ここで、溶接部Sjでは、疑似エコーは局所的に発生するのではなく、ある範囲にわたって一様に発生することがわかった。これに対し、傷等の欠陥は、多くの場合、局所的に発生し、ある範囲にわたって一様に発生する確率は低いといえる。そこで、本実施形態では、ある一定の枚数の断面像に一様に発生しているエコーが存在した場合には、そのエコーを疑似エコー源によるものと判断し、これらの疑似エコー源によるエコーをノイズとしてフィルタ除去することにより、SN比の高い断面像を作成する。
まず、補正部12は、複数の断面像V1〜Vnの中から補正対象となる一の断面像Vmを特定し(図6のステップSA1)、特定した補正対象の断面像Vmを中心とする前後所定数の断面像Vm+1,Vm−1・・・を比較断面像として抽出する(ステップSA2)。
続いて、補正部12は、該比較断面像Vm+1,Vm−1と補正対象の断面像Vmとを用いて平滑化信号Mを作成し(ステップSA3)、平滑化信号Mを用いて補正対象の断面像Vmを補正する(ステップSA4)。そして、補正対象として、全ての断面像を特定したか否かを判定し(ステップSA5)、全ての断面像を特定していない場合には、ステップSA1に戻り、未処理の断面像を補正対象として特定して、ステップSA2以降の処理を行う。一方、ステップSA5において、全ての断面像について補正が終了していた場合には、本補正処理を終了する。
ここでは、上記ステップSA1において、補正対象として断面像V3が特定された場合について説明する。この場合、補正部12は、特定した断面像V3を中心とする前後所定枚数Δy、ここでは、前後2枚ずつの断面像V1,V2,V4,V5を比較断面像として抽出し、これらの断面像V1乃至V5を用いて平滑化信号M3を作成する。ここで、平滑化信号M3を作成する方法としては、例えば、各画素の中央値を用いるメディアンフィルタが一例として挙げられる。
メディアンフィルタM(t,x,y)は、例えば、以下の(1)式のように表される。
M(t,x,y)=median( { V(t,x,Y) | |Y−y|≦Δy } ) (1)
なお、差分の演算式は、例えば、以下の(2)式のように表される。
F(t,x,y) = V(t,x,y)−M(t,x,y) (2)
欠陥検出部13は、補正後の断面像F1〜Fnを用いて欠陥を抽出し、この欠陥の位置に基づいて被検体Sにおける欠陥の位置を特定し、その処理結果を図示しない表示装置等に出力する。
なお、本実施形態では、平滑化フィルタとしてメディアンフィルタを用いたが、これに代えて、他の公知のフィルタを用いることとしてもよい。例えば、各断面像を平均化した平均化フィルタを用いることとしてもよい。
また、本実施形態では、比較画像として補正対象の断面像の前後2枚を抽出することとしたが、この枚数は設計事項により適宜変更できるものとする。
次に、本発明の第2の実施形態に係る超音波探傷装置および方法並びにプログラムについて説明する。
本実施形態に係る超音波探傷装置は、補正部12の内部処理が上述した第1の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る超音波探傷装置について、主に、第1の実施形態と異なる点について説明する。
まず、補正部12は、上述の第1の実施形態と同様の手順に従い、複数の断面像V1〜Vnから補正対象とする断面像Vmを特定し、更に、比較断面像Vm+1,Vm−1・・・を抽出し、これらの断面像を用いて平滑化信号Mm=M(t,x,m)を作成する(ステップSB1〜SB3)。
ここでは、上記ステップSB1において、補正対象として断面像V3が特定された場合について説明する。この場合、補正部12は、特定した断面像V3を中心とする前後2つの断面像V1,V2,V4,V5を比較断面像として抽出し、これらの断面像V1乃至V5を用いて平滑化信号M3を作成する。つづいて、この平滑化信号M3を用いて、補正対象の断面像V3のずれ量Δxを検出し、このずれ量に基づいて断面像V3を平行移動させる。また、比較断面像V1,V2,V4,V5についても、同平滑化信号M3を用いたずれ量Δxの検出がそれぞれ行われ、このずれ量に基づく平行移動がされることで、位置ずれ補正が行われる。
補正部12による処理後の断面像F1〜Fnは、欠陥検出部13に出力される。
次に、本発明の第3の実施形態に係る超音波探傷装置および方法並びにプログラムについて説明する。
本実施形態に係る超音波探傷装置は、補正部12の内部処理が上述した第2の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る超音波探傷装置について、主に、第2の実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態に係る補正部12は、このように、溶接部Sjの形状が非線形的に変化している場合に、その変化に応じて平滑化信号を補正するものである。
まず、補正部12は、複数ある断面像の中から補正対象とする断面像Vmを特定し(ステップSC1)、更に、比較断面像Vm+1,Vm−1・・・を抽出し(ステップSC2)、これらの断面像Vm,Vm+1,Vm−1・・・を用いて平滑化信号、例えば、メディアンフィルタによる平滑化信号Mmを作成する(ステップSC3)。続いて、この平滑化信号Mmを用いて、補正対象の断面像Vmおよび比較断面像Vm+1,Vm−1・・・の位置ずれ補正を行う(ステップSC4)。続いて、位置ずれ補正後の補正対象の断面像Vm´、および比較断面像Vm+1,Vm−1・・・を用いて平滑化信号Mm´を作成する(ステップSC5)。
R(x,y)=M´(t,x,y)振幅/V´(t,x,y)振幅 (4)
そして、x座標を特定したAスコープV´(t,x,m)にM´´(t,x,m)=R(x,m)*M´(t,x,m)をDPマッチングにより対応付ける。
このとき、以下の(5)式に示される誤差Eが最小になる対応付けを求める。
t1とT2
t2とT3
t3とT5
t4とT6
・・・
次に、本発明の第4の実施形態に係る超音波探傷装置および方法並びにプログラムについて説明する。
上述した第3の実施形態においては、DPマッチングを利用することにより、平滑化信号を補正することとしたが、DPマッチングが適切に行われないことがあり、そのような場合、局所的に疑似エコーが消え残ってしまい、欠陥の誤検出が行われる可能性がある。
以下、本実施形態に係る超音波探傷装置について、上述した第3の実施形態と異なる部分について主に説明する。
この結果、絶対値Z1´〜Zn´が予め設定されている規定値よりも大きい断面像F´が存在していた場合には、この断面像F´に対応する平滑化信号M´´を補正する(ステップSD7)。
なお、絶対値が規定値Zrefよりも大きくなる断面像が連続して発生していた場合には、これらの次の断面像における平滑化信号を用いて、平滑化信号の補正(補間)を行う。例えば、上記例において、断面像F3´及びF4´の絶対値Z3´およびZ4´が規定値Zrefを超えていた場合には、断面像F2´の平滑化信号M2´´と断面像F5´の平滑化信号M5´´とを用いて、平滑化信号M3´´を補正する。
一方、上記ステップSD6において、減算結果が規定値を超える断面像が存在しなかった場合には、そのままステップSD8に移行する。ステップSD8では、全ての列を処理対象として選定したかを判定し、この結果、全ての列を処理対象として選定していなかった場合には、ステップSD2に戻り、未処理の列、例えば、x=2について上記ステップSD2以降の処理を実行する。
ステップSD9では、補正が行われた平滑化信号M´´によって再度補正処理することにより、新たな断面像F´を得る。そして、新たに得られた断面像F´に対してずれ位置逆補正を行い(ステップSD10)、この結果F1〜Fnを欠陥検出部に出力する。
次に、本発明の第5の実施形態に係る超音波探傷装置および方法並びにプログラムについて説明する。
上述した第2の実施形態においては、補正対象となる断面像の周辺に位置する比較断面像を用いて平滑化信号を作成し、この平滑化信号を用いて補正対象となる断面像の位置ずれ補正を行っていたが、この位置ずれ補正をより高い精度で行うためには、溶接部Sjの実際の形状を把握し、この形状に合わせて位置ずれを補正する方が好ましい。
なお、垂直探傷試験におけるエコー信号の取得方法は、例えば、上述した斜角探傷試験において、超音波ビームの屈折角θを0°とすればよい。
以下、本実施形態に係る超音波探傷装置について、説明する。
次に、本発明の第6の実施形態に係る超音波探傷装置および方法並びにプログラムについて説明する。
上述した各実施形態においては、各断面像に発生していた一様なエコー成分については、疑似エコーとして取り扱っていたため、複数の断面像に渡って一様な欠陥が実際に生じていた場合には、これらの欠陥を検出することができないという不都合がある。
そこで、本実施形態では、予め欠陥がないことがわかっている無欠陥試験体を作成し、この無欠陥試験体に対して被検体と同様の条件で超音波ビームを入射させ、このときの超音波エコーを用いて各断面像Vk1〜Vknを作成し、これら各断面像Vk1〜Vknを用いて平滑化信号を作成することとしている。
以下、本実施形態に係る超音波探傷装置について、説明する。
続いて、位置ずれ補正後の全ての断面像Vh1´〜Vhn´から平滑化信号Mkを作成する(ステップSF4)。
続いて、補正部12は、位置ずれ補正後の断面像V1´〜Vn´と無欠陥試験体を対象として得られたメディアンフィルタMkとを用いて、上述した各実施形態に係る時間軸非線形補正処理や平滑化信号補正処理等を実施することにより(ステップSF8)、最終的な断面像F1〜Fnを得、これらを欠陥検出部13に出力する(ステップSF9)。
次に、本発明の第7の実施形態に係る超音波探傷装置および方法並びにプログラムについて説明する。
上述した各実施形態においては、被検体Sとは異なる個体である無欠陥試験体を用いて探傷試験を行い、この無欠陥試験体における探傷試験結果を用いて被検体の各断面像を補正することとしていた。本実施形態においては、無欠陥試験体における探傷試験結果に代えて、当該被検体の以前の探傷試験結果を用いて、今回の被検体の探傷試験における各断面像を補正等することにより、最終的な断面像F1〜Fnを得る。
具体的には、今回の探傷試験において得られた各断面像V1〜Vnに対応する平滑化信号Mのかわりに、以前の探傷試験、例えば、前回の探傷試験における各断面像Vp1〜Vpnを用いる。なお、探傷試験時における位置ずれを補正するために、上述した第6の実施形態と同様に、ずれ補正処理およびピーク位置ずれ補正を実行することが好ましい。
例えば、上記平滑化処理等の各種処理を行った場合には、処理後の画像にノイズが生ずることがある。従って、ローパスフィルタ等を用いたフィルタリング処理を適宜設けることにより、このような局所的に発生するノイズを除去しながら上述した処理を行うこととしてもよい。
2 分析装置
3 記憶装置
4 探触子
5 探傷制御装置
6 位置検出部
11 画像作成部
12 補正部
13 欠陥検出部
S 被検体
Sj 溶接部
Claims (11)
- 一方向に延在する接合部を有する被検体の内部に発生した欠陥を検出する超音波探傷装置であって、
前記被検体の内部に超音波を伝搬させたときのエコー信号に基づいて、前記延在方向に交差する前記被検体の複数の断面像を作成する画像作成手段と、
複数の前記断面像に共通する特徴量を用いて前記断面像を補正する補正手段と、
補正後の断面像を用いて欠陥の検出を行う欠陥検出手段と
を具備する超音波探傷装置。 - 前記補正手段は、
複数の前記断面像の中から補正対象となる一の断面像を特定し、
特定した補正対象の断面像を中心とする前後所定数の断面像を比較断面像として抽出し、
該比較断面像と補正対象の前記断面像とを用いて平滑化信号を作成し、
前記平滑化信号を用いて補正対象の前記断面像を補正し、
補正対象となる一の前記断面像として順次異なる断面像を特定することにより、各断面像の補正を行う請求項1に記載の超音波探傷装置。 - 前記補正手段は、
複数の前記断面像の中から補正対象となる一の断面像を特定し、
特定した補正対象の断面像を中心とする前後所定数の断面像を比較断面像として抽出し、
該比較断面像と補正対象の前記断面像とを用いて平滑化信号を作成し、
前記平滑化信号を用いて補正対象の前記断面像の位置ずれを補正し、
位置ずれ補正後における補正対象の前記断面像及び前記比較断面像から平滑化信号を再度作成し、この平滑化信号を用いて、該断面像を補正し、
補正対象となる一の前記断面像として順次異なる断面像を特定することにより、各断面像の補正を行う請求項1に記載の超音波探傷装置。 - 前記補正手段は、補正対象の前記断面像の位置ずれを補正する場合において、
前記平滑化信号と補正対象の前記断面像との相対位置を徐々にずらしながら各位置での相関値をそれぞれ求め、該相関値が最大値となったときのずれ量に基づいて、補正対象の前記断面像の位置ずれを補正する請求項3に記載の超音波探傷装置。 - 前記補正手段は、補正対象の前記断面像の位置ずれを補正した後に、更に、補正対象の断面像と前記平滑化信号とを用いてマッチングを行うことにより、前記平滑化信号を補正し、補正後の前記平滑化信号を用いて位置ずれ補正後の前記断面像を補正する請求項4に記載の超音波探傷装置。
- 補正手段は、
前記平滑化信号によって各前記断面像を補正したときの補正量をそれぞれ求め、この補正量が他の断面像に比べて予め設定されている規定量よりも大きい場合に、当該断面像の平滑化信号を他の断面像に対応する平滑化信号の特性に基づいて補正し、補正後の前記平滑化信号を用いて、当該断面像の補正をやり直す請求項5に記載の超音波探傷装置。 - 複数の前記断面像は、前記超音波ビームを垂直方向に対して所定の角度をなして射出したときのエコー信号に基づいて作成されており、
前記補正手段は、各前記断面像の位置ずれ補正を行う場合において、前記平滑化信号に代えて、前記超音波ビームを垂直方向に対して射出した場合に得られるエコー信号に基づいて作成された参照断面像を用いて、各前記断面像の位置ずれを補正する請求項3から請求項6に記載の超音波探傷装置。 - 前記補正手段は、
前記被験体と同一形状、かつ、無欠陥の接合部を有する無欠陥試験体の内部に、前記被検体に対するときと同様の入射角で超音波を伝搬させたときのエコー信号に基づいて前記無欠陥試験体の断面像を作成し、これら断面像から平滑化信号を作成し、この平滑化信号を用いて、被検体を補正する請求項1に記載の超音波探傷装置。 - 前記被検体の複数の前記断面像を蓄積する記憶手段を備え、
前記補正手段は、前記記憶手段に蓄積されている以前の試験における複数の前記断面像を用いて、今回の試験における前記被検体の複数の前記断面像を補正する請求項1に記載の超音波探傷装置。 - 一方向に延在する接合部を有する被検体の内部に発生した欠陥を検出する超音波探傷方法であって、
前記被検体の内部に超音波を伝搬させたときのエコー信号に基づいて、前記延在方向に交差する前記被検体の複数の断面像を作成する画像作成過程と、
複数の前記断面像に共通する特徴量を用いて前記断面像を補正する補正過程と、
補正後の断面像を用いて欠陥の検出を行う欠陥検出過程と
を具備する超音波探傷方法。 - 一方向に延在する接合部を有する被検体の内部に発生した欠陥を検出する超音波探傷に用いられる超音波探傷プログラムであって、
前記被検体の内部に超音波を伝搬させたときのエコー信号に基づいて、前記延在方向に交差する前記被検体の複数の断面像を作成する画像作成処理と、
複数の前記断面像に共通する特徴量を用いて前記断面像を補正する補正処理と、
補正後の断面像を用いて欠陥の検出を行う欠陥検出処理と
をコンピュータに実行させるための超音波探傷プログラム。
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