JP2008232622A - 超音波探傷装置及び超音波探傷プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な手段により、被覆体で覆われた部分の探傷検査に適用でき、試験体の一点から一定の長さ方向の距離を安定した性能で検査可能な超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】超音波探傷装置１００は、ＳＨ波を発振するＳＨ波振動子１１Ｔと、試験体１との接触状況を検知する横波の超音波を発振する接触検知振動子１２Ｔとを有する複合探触子１３を備える。超音波探傷装置１００は、複合探触子１３が試験体１の表面に接触状態において、ＳＨ波６を試験体１に入射し、試験体１に存在する欠陥２からの反射波を超音ＳＨ波振動子１１Ｔより検出するとともに、接触検知振動子１２Ｔにより複合探触子１３と試験体１との接触状況を検出する。超音波探傷装置１００は、接触検知振動子１２Ｔで得られるエコーデータと予め記憶している基準値とを比較し、比較結果に基づき、ＳＨ波振動子１１Ｔで得られたデータの採否判断あるいはその補正量を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波を用いて試験体内部の欠陥の有無や腐食による減肉の状況を検査する超音波探傷装置及び超音波探傷プログラムに関する。

試験体には、鋼管や鋼板など多様な種類が存在するが、ここでは、代表的な試験体として鋼管の場合について説明する。

例えば、各種プラントにおいて、鋼管は、気密性および液密性と強度とに優れるので、気体または液体の搬送管路として多用されている。鋼管の長さは有限であるので、溶接接合または管継手などによって接続されて配管され、管路を形成する。配管施工時において、管継手であれば接続部の漏洩検査が行われ、溶接接合であれば接続部の探傷検査が行われる。このように配管施工途中であり、探傷検査部位が露出している場合、たとえば、溶接部に発生する欠陥については、表面欠陥であれば浸透探傷検査、内部欠陥であれば放射線探傷検査などによって検査することができ、検査によってその健全性を確保することが可能である。

しかしながら、配管施工後、特に外部から遮蔽されてしまう部位に発生する欠陥、たとえば腐食欠陥などについては、その探傷検査を行うことは容易ではない。鋼管は、前述のように気体または液体の搬送管路として用いられるので、たとえば腐食欠陥などが鋼管の厚みを貫通し、鋼管内部の気体または液体の漏洩することは厳に防止しなければならない。したがって、鋼管の探傷検査では欠陥の検出にとどまらず、その欠陥深さをも検出し、鋼管の厚み減少、いわゆる減肉の程度を診断することが、配管施工された鋼管の保守管理上における重要な課題となっている。

しかしながら、鋼管の探傷検査では、前述のように遮蔽部に存在する欠陥の検出そのものが難しく、減肉の診断に対して有効に適用し得る探傷検査方法は確立されていないのが実情である。

このような課題に対応する従来技術に、たとえばガイド波（円筒波）と呼ばれる超音波を用いて鋼管を探傷検査することのできる装置がある。この装置は、鋼管の管軸方向に比較的長い距離離隔して存在し、また遮蔽部に存在する欠陥の探傷検査をすることができる。しかし、装置の容積が大きいので、一般的な配管の探傷検査が行われるような狭い作業容積では装置を収容することができず適用不能である。また、配管に存在する欠陥の断面欠損率が数％程度以上でないと検出することができないという特性を有するので、たとえば腐食発生初期のような微細欠陥の検出が不能であるという課題がある。

前述のような課題を有するガイド波などに代わり、遮蔽部に存在する欠陥を探傷検査する従来技術の一つに、横波の一種であって試験体を水平方向に振動しながら伝播するＳＨ（Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ：せん断水平）波を用いて、検査するという技術がある（特許文献１参照）。ＳＨ波とは、横波の一種であり、音波の振幅方向が試験体の探傷表面と平行になる波である。

しかしながら、せん断水平波を試験体に効率良く入射するためには、試験体と探触子との間にかなり粘性の高い接触媒質を介する必要が出てくる。粘性の高い接触媒質が介在するために、その厚みが一定せず探触子の押付け力によって感度が大幅に変動したり、また感度の低下を招くことも多い。さらに周囲温度や試験体の表面性状の影響を受けることもよく見られる現象である。

例えば、図１３は周囲温度に対する伝達効率の変化の一例である。図に示したように、接触媒質の種類（媒質１〜３）によって差があるものの、周囲温度が高くなると伝達効率が低下し、エコー高さは低くなる傾向にある。これは、温度が高くなるにつれて接触媒質の粘性が低下することによるものである。

また、図１４は、接触媒質の厚さに対する伝達効率の変化の一例である。図に示したように、接触媒質の種類（媒質１〜３）によって差があるものの、厚くなると伝達効率が大幅に低下することを示している。通常、接触媒質を介して探触子を試験体に押し付ける場合、最初は感度が低いが時間経過とともにエコーが高くなっていく現象は、この接触媒質の厚さが時間とともに薄くなっていくことによるものである。

また、図１５は、試験体の表面粗さに対する伝達効率の変化の一例である。図に示したように、試験周波数によって差があるものの、一定値以上に表面が粗くなると、伝達効率が低下していく様子を示している。
特開２００４−３９９６号公報

本発明の目的は、簡易な手段によって試験体の検査に適用することができ、特に路程の長い遮蔽された距離を遮蔽の無い一点から検査することのできる試験体の超音波探傷装置を提供することである。

また本発明のもう一つの目的は、超音波探触子と試験体表面との接触状況に左右されない安定した検査を可能にする試験体の超音波探傷装置を提供することである。

この発明の超音波探傷装置は、
対象物に超音波を発して欠陥を検出する超音波探傷装置において、
前記対象物の表面に接触して使用する複合探触子であって前記対象物に向けて超音波を発してエコーを検出する第１振動子と前記対象物に向けて超音波であるせん断水平波を発してエコーを検出する第２振動子とを有する複合探触子と、
前記第１振動子が検出したエコーに対応する第１エコーデータを記憶する第１記憶部と、
前記第２振動子が検出したエコーに対応する第２エコーデータを記憶する第２記憶部と、
前記第１記憶部が記憶した第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、所定の処理を指令する指令信号を生成して出力する指令信号出力部と、
前記指令信号出力部が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号にしたがって、前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータに所定の処理を実行する処理実行部と
を備えたことを特徴とする。

前記指令信号出力部は、
前記第１記憶部が記憶した第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータを有効とする処理を指令する有効指令信号と無効とする処理を指令する無効指令信号とのいずれかを生成して出力し、
前記処理実行部は、
有効指令信号を入力した場合には前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータを有効とし、無効指令信号を入力した場合には前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータを無効とすることを特徴とする。

前記指令信号出力部は、
前記第１記憶部が記憶した第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータの補正処理を指令する補正指令信号を生成して出力し、
前記処理実行部は、
補正指令信号を入力した場合には、前記第２エコーデータ記憶部が記憶した第２エコーデータを補正することを特徴とする。

前記第１振動子は、
横波の超音波を発することを特徴とする。

この発明の超音波探傷プログラムは、
超音波探傷検査の対象となる対象物の表面に接触して使用する複合探触子であって前記対象物の表面に向けて超音波を発してエコーを検出する第１振動子と前記対象物に向けて超音波であるせん断水平波を発してエコーを検出する第２振動子とを有する複合探触子と、データを記憶する第１記憶部と、データを記憶する第２記憶部とを備えたコンピュータである超音波探傷装置に以下の処理を実行させることを特徴とする超音波探傷プログラム
（１）前記第１振動子が検出したエコーに対応する第１エコーデータを前記第１記憶部に記憶する処理
（２）前記第２振動子が検出したエコーに対応する第２エコーデータを前記第２記憶部に記憶する処理
（３）前記第１記憶部に記憶された第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、所定の処理を指令する指令信号を生成する処理
（４）前記第２記憶部に記憶された第２エコーデータに対して、生成された指令信号にしたがった所定の処理

本発明により、超音波探触子と試験体表面との接触状況が良好でない場合であっても、安定した検査が可能となる超音波探傷装置及び超音波探傷プログラムを提供することができる。

実施の形態１．
図１〜図１０を参照して実施の形態１を説明する。実施の形態１は、ＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとを有する複合探触子１３を備えた超音波探傷装置１００に関する。

図１は、実施の形態１における超音波探傷装置の概略構成を示す。図１に示すように、超音波探傷装置１００は、探傷装置本体１５と複合探触子１３とを備える。探傷装置本体１５と複合探触子１３とは接続ケーブル３０で接続される。複合探触子１３は、ＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとを一つのケースに収納することで複合探触子１３としたものである。探傷装置本体１５の構成は後述する。複合探触子１３は試験体１に接触して使用される。超音波探傷装置１００は、接触検知振動子１２Ｔの発する接触検知超音波ビーム５により、複合探触子１３と試験体１との接触状況を判断し、判断結果に基づき、ＳＨ波振動子１１Ｔにより検出したエコーデータに所定の処理を実施する。これによりＳＨ波振動子１１Ｔによる探傷検査を安定して実施することが可能となる。以下に詳細を説明する。

図２は、探傷装置本体１５の内部構成を示している。探傷装置本体１５は、複合探触子１３と接続ケーブル３０（図２には図示していない）で接続されている。

図２に示すように、超音波探傷装置１００は、超音波であるせん断水平波（以後、ＳＨ波、あるいはＳＨ超音波ビームと呼ぶ場合がある）を送信することのできるＳＨ波振動子１１Ｔを有する複合探触子１３を備える。この複合探触子１３を被検査体である試験体１の表面に接触し、ＳＨ波振動子１１Ｔを持つ複合探触子１３と試験体１との接触によって形成される入射位置からＳＨ波６を試験体１に入射し、試験体１に存在する欠陥２からの反射波をＳＨ波振動子１１Ｔによって検出して試験体１を検査する。図２では被覆体３を一点鎖線で示している。本実施の形態の超音波探傷装置１００は、このＳＨ波を用いて検査をするに際して、接触検知振動子１２Ｔから超音波を試験体１の表面に略垂直に発してそのエコーを接触検知振動子１２Ｔにて検出し、この検出したエコーデータ（以下、第１エコーデータと呼ぶ場合がある）と、予め格納している基準値とを比較し、比較結果に基づき、ＳＨ波振動子１１Ｔにより得られたエコーデータ（第２エコーデータと呼ぶ場合がある）の処理を決定する実施形態である。ＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとを一体とした複合探触子１３を使用した場合、ＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとを接近して配置できるため、ＳＨ波が試験体１に入射する個所のより近傍の接触状況を検知することができ、検査結果の信頼性の向上につながる。

なお、図２に示す接触検知振動子１２Ｔは、横波の超音波を発するものとする。接触検知振動子１２Ｔの発する超音波は縦波でもよいが、ＳＨ波振動子１１Ｔの発するＳＨ波６は横波なので、接触検知振動子１２Ｔは横波を発する方が判定精度（後述の採否判定、補正量決定）が向上する。

このように、超音波探傷装置１００は、複合探触子１３を備える。複合探触子１３は、超音波であるＳＨ波を発振することのできるＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとを有する。複合探触子１３を試験体１の表面に接触させてＳＨ波６を試験体１に入射し、試験体１に存在する欠陥２からの反射波をＳＨ波振動子１１Ｔによって検出するとともに、接触検知振動子１２ＴによってＳＨ波振動子１１Ｔと試験体１との接触状況を検知する。ＳＨ波の感度は接触媒質の状況や試験体の表面性状によって大きく左右されるので、接触検知振動子１２Ｔで得られるエコーに基づき、ＳＨ波による検出データの採否またはＳＨ波による検出データへの補正量を決定する。この処理により、安定した性能で検査することのできる試験体の超音波探傷検査方法が実現できる。

本実施の形態における試験体１には、鋼管や鋼板などが供せられる。ＳＨ波振動子１１Ｔは、前述のようにＳＨ波を送信する。

試験体１が鋼管である場合、生じる欠陥２には、たとえば腐食や溶接継手における溶込み不足、気孔などが代表的なものであるが、ここでは試験体１を配管施工した後、遮蔽部等に発生する腐食欠陥を主たる検査の対象とする。したがって、本明細書中では、欠陥２を腐食と表記することがある。

ＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとを有する複合探触子１３は、探傷装置本体１５に接続ケーブル３０等により接続される。ＳＨ波振動子１１Ｔは、探傷装置本体１５から与えられる信号によってＳＨ波を送信し、試験体１との接触部からＳＨ波を試験体１に入射し、試験体１に存在する欠陥２からの反射波を受けて探傷装置本体１５に伝える。探傷装置本体１５は、少なくとも送信部１６と、増幅部１７と、データ処理部１８と、外部への表示手段などで代表される出力部２０とを含む。出力部２０には、送信エコーＴ、前述の複合探触子１３によって受信される欠陥部エコーＦなどが表示される。この探傷装置本体１５と複合探触子１３とによって、超音波探傷装置が構成される。なお、超音波探傷装置１００には、探傷結果を画像出力して記録することのできるプリンタ装置などが設けられてもよい。

図２に示すように、探傷装置本体１５は、送受信部１６、増幅部１７、データ処理部１９、出力部２０を備える。図２では、ＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとのそれぞれに、送受信部１６、増幅部１７、データ処理部１９、出力部２０が設けられている場合を示している。ＳＨ波振動子１１Ｔに対応する送受信部等を「ＳＨ側」と表記しており、接触検知振動子１２Ｔに対応する送受信部等を「検知側」と表記している。なお、図２ではＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとのそれぞれに送受信部等を設けているが、これらは共用する構成でも構わない。共用については図９で後述する。
（１）検知側送受信部１６Ｓは、接触検知振動子１２Ｔに送信パルスを与えるとともに接触検知振動子１２Ｔが検出した超音波エコー信号（第１エコーデータ）を受信する。ＳＨ側送受信部１６Ｈは、ＳＨ波振動子１１Ｔに送信パルスを与えるとともにＳＨ波振動子１１Ｔが検出した超音波エコー信号（第２エコーデータ）を受信する。
（２）検知側増幅部１７Ｓ、ＳＨ側増幅部１７Ｈは、受信信号を増幅する。
（３）検知側データ処理部１９Ｓ、ＳＨ側データ処理部１９Ｈは、データを処理する。これらデータ処理部は超音波探傷装置１００の特徴部分であり詳細は後述する。
（４）出力部２０Ｓ、出力部２０Ｈは、処理結果を外部に出力する。

図２に示すように、複合探触子１３は、試験体１の表面に接触される。図２に示すように複合探触子１３を試験体１の表面に接触させる場合には、例えばゼリー状の接触媒質４が、複合探触子１３の接触範囲に塗布される。

次に、超音波探傷装置１００の動作概要を説明する。
（１）接触検知振動子１２Ｔは、検知側送受信部１６Ｓからのパルスにより接触検知超音波ビーム５を発し、自身の発した接触検知超音波ビーム５のエコーを検出し、検出したエコーを第１エコーデータとして検知側送受信部１６Ｓに出力する。同様に、ＳＨ波振動子１１Ｔは、ＳＨ側送受信部１６ＨからのパルスによりＳＨ超音波ビーム６を発し、自身の発したＳＨ超音波ビーム６のエコーを検出し、検出したエコーを第２エコーデータとしてＳＨ側送受信部１６Ｈに出力する。
（２）検知側送受信部１６Ｓは、検出信号（第１エコーデータ）を検知側増幅部１７Ｓに出力する。同様に、ＳＨ側送受信部１６Ｈは、検出信号（第２エコーデータ）をＳＨ側増幅部１７Ｈに出力する。
（３）検知側データ処理部１９Ｓは、検知側増幅部１７Ｓにより増幅され検出信号（第１エコーデータ）を処理する。ＳＨ側データ処理部１９Ｈも同様である。これらの処理は後述する。
（４）検知側出力部２０Ｓは、検知側データ処理部１９Ｓが処理したデータを他の装置に出力する。出力部２０Ｈも同様である。

次に図３〜図６を参照して、超音波探傷装置１００の特徴であるデータ処理部１９の構成及び動作を説明する。

図３は、検知側データ処理部１９Ｓ、ＳＨ側データ処理部１９Ｈの構成を示すブロック図である。なお、単にデータ処理部という場合があるが、これは、検知側データ処理部１９ＳとＳＨ側データ処理部１９Ｈとの全体を意味するものとする。

前記のように超音波探傷装置１００の特徴は、ＳＨ波を用いて検査をするに際し、接触検知振動子１２Ｔから超音波を発するとともにそのエコーを接触検知振動子１２Ｔにて検出し、この検出したエコーデータ（第１エコーデータ）と、予め格納している基準値とを比較し、この比較結果に基づき、ＳＨ波振動子１１Ｔにより得られたエコーデータ（第２エコーデータ）の処理を決定することにある。このような処理により、安定した性能で超音波探傷検査をすることができる。この処理はデータ処理部で行われるが、以下では、先ずＳＨ波振動子１１Ｔにより検出された第２エコーデータの採否について説明し、次にＳＨ波振動子１１Ｔにより検出された第２エコーデータの補正について説明する。

図３は、ＳＨ波振動子１１Ｔにより検出された第２エコーデータの採否を判断する場合のデータ処理部の構成を示す図である。

図３に示すように、検知側データ処理部１９Ｓは、第１エコーデータを記憶する第１記憶部２１Ｓと、基準値ＪＬとバックエコー高さＢＥとを比較し、比較結果に基づき有効指令信号あるいは無効指令信号を出力する比較部２２（指令信号出力部）とを備える。また、ＳＨ側データ処理部１９Ｈは、第２エコーデータを記憶する第２記憶部２１Ｈと、有効指令信号ＪＳあるいは無効指令信号ＪＳを入力し、入力した指令信号にしたがって、第２記憶部が記憶した第２エコーデータを有効とする処理と、無効とする処理とのいずれかを実行する判定部２３（処理実行部）とを備える。

図３における検知側データ処理部１９ＳとＳＨ側データ処理部１９Ｈとが、接触検知振動子１２Ｔで得られるデータ（第１エコーデータ）における「エコー高さ」を用いて、ＳＨ波振動子１１Ｔで得られたデータ（第２エコーデータ）を採用するかどうかの採否判断を実行する。

図３においてＳＨ側データ処理部１９Ｈは、ＳＨ波振動子１１Ｔが検出する欠陥２からのエコーデータ（第２エコーデータ）を保存する第２記憶部２１Ｈと、判定部２３とを有している。一方、検知側データ処理部１９Ｓは、接触検知振動子１２Ｔが検出する試験体１からのエコーデータ（第１エコーデータ）を保存する第１記憶部２１Ｓと、比較部２２を有している。ここで第１記憶部２１Ｓの出力である「バックエコー高さＢＥ」は、比較部２２において判定レベルである基準値ＪＬと比較される。この比較結果により、比較部２２から判定結果である指令信号ＪＳが出力される。この指令信号ＪＳは、第２記憶部に記憶されているデータを有効とすることを指令する有効指令信号、あるいは無効とすることを指令する無効指令信号とのうちいずれかである。判定部２３は、判定結果である指令信号ＪＳに従って、第２記憶部２１Ｈの出力である「欠陥部エコー高さＦＥ」の採否を判定する。すなわち、指令信号ＪＳが有効指令信号であれば「欠陥部エコー高さＦＥ」を有効として採用し、指令信号ＪＳが無効指令信号であれば「欠陥部エコー高さＦＥ」を無効として採用しない。その結果が最終結果ＦＶとしてＳＨ側出力部２０Ｈへ出力される。

以上のデータ処理部の動作によって、探触子の接触不良などに起因する誤検出や誤判定を防止することが可能となり、試験結果の信頼性の向上につながるものである。

図４〜図６を用いて上記データの採否処理をさらに詳しく説明する。
図４は、図３に示すデータ処理部の動作を示すフローチャートである。
図５は、複合探触子１３が備える接触検知振動子１２Ｔの出力エコー波形を示す。
図６は、複合探触子１３が備えるＳＨ波振動子１１Ｔの出力エコー波形を示す。

まず図５を説明する。図５は、横軸は時間を示す。縦軸は、接触検知振動子１２Ｔが発した超音波のエコーを接触検知振動子１２Ｔ自身が検出した際のエコー高さを示す。
記号はそれぞれ以下を示す。
すなわち、
ＴＨ：送信パルス、
Ｓ：試験体１の表面からのエコー、
Ｂ：バックエコー（第１エコーデータ）、
ＢＥ：バックエコー高さ、
ＪＬ：基準値
を示している。

次に図６を説明する。
図６は、横軸は時間を示す。縦軸は、ＳＨ波振動子１１Ｔが発したＳＨ波のエコーをＳＨ波振動子１１Ｔ自身が検出した際のエコー高さを示す。
記号はそれぞれ以下を示す。
すなわち、
ＴＳ：送信パルス、
Ｆ：欠陥部エコー（第２エコーデータ）、
ＦＥ：欠陥部エコーＦのエコー高さ、
を示している。

図４のフローチャートを参照して図３のデータ処理部１９の動作を説明する。

Ｓ１０１において、第１記憶部２１Ｓが図５に示すバックエコーＢ（第１エコーデータ）を入力して記憶する。このバックエコーＢは、接触検知振動子１２Ｔが発した超音波に起因する試験体１からのエコーに対応するデータである。バックエコーＢとして採用するのは、接触検知振動子１２Ｔが検出したデータのうち、好適なものを採用してよい。

Ｓ１０２において、第２記憶部２１Ｈが、ＳＨ波振動子１１Ｔが検出したエコーに対応するエコーデータ（第２エコーデータ）を記憶する。図６の欠陥部エコーＦが、ＳＨ波振動子１１Ｔが検出したエコーデータ（第２エコーデータ）である。

Ｓ１０３において、比較部２２（指令信号出力部）は、第１記憶部２１Ｓが記憶した「バックエコーＢ」（第１エコーデータ）と予め設定されている基準値ＪＬとを比較する。そのイメージを図５に示している。比較部２２（指令信号出力部）は、第１記憶部２１Ｓに記憶された「バックエコーＢ」（第１エコーデータ）と基準値ＪＬ（図示していないメモリに記憶されている）とを比較する。その比較方法として、例えば、比較部２２（指令信号出力部）は、図５に示すようにバックエコーＢの「バックエコー高さＢＥ」と、基準値ＪＬとを比較する。比較部２２は、その比較結果に基づいて、第２記憶部２１Ｈが記憶した欠陥部エコーＦ（第２エコーデータ）を有効とする処理を指令する「有効指令信号ＪＳ」と無効とする処理を指令する「無効指令信号ＪＳ」とのいずれかを生成して出力する。具体例としては、比較部２２は、「バックエコー高さＢＥ」が基準値ＪＬの７０％未満の場合には無効指令信号ＪＳを生成して出力し、７０％以上の場合は有効指令信号ＪＳを生成して出力する。

Ｓ１０４において、判定部２３（処理実行部）は、有効指令信号を入力した場合には第２記憶部２１Ｈが記憶した欠陥部エコーＦ（第２エコーデータ）を有効とする。一方、判定部２３は、無効指令信号を入力した場合には第２記憶部２１Ｈが記憶した欠陥部エコーＦ（第２エコーデータ）を無効とする。判定部２３（処理実行部）は、欠陥部エコーＦ（第２エコーデータ）を有効とした場合には出力部２０Ｈにこれらを出力する（図３の出力ＦＶ）。

図７は、ＳＨ波振動子１１Ｔにより検出された第２エコーデータの補正処理を実行する場合のデータ処理部の構成を示す図である。超音波探傷装置１００は、先の図２に示す構成と同一である。図７は、データ処理部が、接触検知振動子１２Ｔで得られる第１エコーデータにより、ＳＨ波振動子１１Ｔで得られるエコーデータの感度を補正する構成である。

図７に示すように、検知側データ処理部１９Ｓは、第１エコーデータを記憶する第１記憶部２１Ｓと、基準値ＪＬと「バックエコー高さＢＥ」とを比較し、比較結果に基づき補正指令信号ＪＣを出力する補正量演算部２２（指令信号出力部）とを備える。また、ＳＨ側データ処理部１９Ｈは、第２エコーデータを記憶する第２記憶部２１Ｈと、補正量演算部２４から補正指令信号ＪＣを入力し、入力した補正指令信号ＪＣにしたがって、第２記憶部が記憶した第２エコーデータに補正処理を実行する補正部２５（処理実行部）とを備える。

図７において、ＳＨ側データ処理部１９Ｈは、ＳＨ波振動子１１Ｔで検出される欠陥２からの「欠陥部エコーＢ」（第２エコーデータ）を保存する第２記憶部２１Ｈと補正部２５とを有している。一方、検知側データ処理部１９Ｓは、接触検知振動子１２Ｔで検出される試験体１からのバックエコーＢ（第１エコーデータ）を保存する第１記憶部２１Ｓと補正量演算部２４とを有している。ここで第１記憶部２１Ｓの出力である「バックエコー高さＢＥ」は、補正量演算部２４において補正係数である基準値ＪＴと演算され、補正量を含む補正指令信号ＪＣが出力される。補正部２５においては、補正量を含む補正指令信号ＪＣを入力し、入力した補正指令信号ＪＣにしたがって、第２記憶部２１Ｈに記憶した第２エコーデータに補正を施し、その結果を最終結果ＦＮとしてＳＨ側出力部２０Ｈへ出力する。

以上のデータ処理部の動作によって、探触子の接触不良などに起因する感度変動の影響を抑制することが可能となり、試験結果の信頼性の向上につながるものである。

次に図８、及び前述の図５〜図７を用いて、上記で述べた第２エコーデータの補正処理をさらに詳しく説明する。以下では第２エコーデータを図６の欠陥部エコーＦとしいる。

Ｓ２０１において、Ｓ１０１の場合と同様に、第１記憶部２１Ｓが図５に示すバックエコーＢ（第１エコーデータ）を入力して記憶する。

Ｓ２０２において、Ｓ１０２の場合と同様に、第２記憶部２１Ｈが、第２エコーデータである「欠陥部エコーＦ」を記憶する。

Ｓ２０３において、補正量演算部２４（指令信号出力部）は、第１記憶部２１Ｓが記憶した「バックエコーＢ」（第１エコーデータ）と予め設定されている基準値ＪＴ（例えば図示しないメモリから読みこむ）とを比較する。その比較方法としてはＳ１０３と同様に、補正量演算部２４は、図５に示すようにバックエコーＢの「バックエコー高さＢＥ」と、基準値ＪＴとを比較する。補正量演算部２４は、その比較結果に基づいて、第２記憶部２１Ｈが記憶した「欠陥部エコーデータ」（第２エコーデータ）の補正を指令する補正指令信号ＪＣを生成して出力する。具体例としては、補正量演算部２４は「バックエコー高さＢＥ」と基準値ＪＴとの比率を計算する。その計算の結果、「バックエコー高さＢＥ」が基準値ＪＴの５０％である場合には、第２記憶部２１Ｈが記憶する第２エコーデータの値（大きさ）を２倍にする指示を内容とする補正指令信号ＪＣを生成して出力する。

Ｓ２０４において、補正部２５は、補正指令信号ＪＣを入力した場合には、入力した補正指令信号ＪＣにしたがって、第２記憶部２１Ｈが記憶した欠陥部エコーＦ（第２エコーデータ）を補正する。前記の例で説明すれば、補正部２５は、第２記憶部２１Ｈが記憶している欠陥部エコーＦ（第２エコーデータ）の値（大きさ）を２倍にする指示を内容とする補正指令信号ＪＣを入力した場合には、第２記憶部２１Ｈが記憶している欠陥部エコー高さＦＥを２倍にする補正を実行する。補正部２５は、補正後のデータを出力部２０に出力する（図７のＦＮ）。

以上ではデータの採否、データの補正について説明したがこれは一例である。図３に示した比較部２２は、第１記憶部２１Ｓが記憶した第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、所定の処理の実行を指令する指令信号を生成して出力する機能を有するものである。そして、判定部２３は、比較部２２が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号にしたがって、第２記憶部２１Ｈが記憶した検出エコーデータに所定の処理を実行する機能を有するものである。

なお図９は、図２に示した探傷装置本体１５に対して、検知側送受信部１６Ｓ、ＳＨ側送受信部１６Ｈ等を送受信部１６として、送受信部、増幅部、データ処理部および出力部に関し、ＳＨ波振動子１１Ｔ用と接触検知振動子１２Ｔ用との間で、切換部１４により、一つまたは複数の部分を共用化するために時間的に切り替えて使用するようにした構成である。超音波探傷装置１００では、ＳＨ波振動子１１Ｔによるデータ採取と接触検知振動子１２Ｔによるデータ採取は必ずしも完全同時である必要はないことから、データ処理部に記憶機能を持たせることで各部を時分割で切り替えながら使用する構成としたものである。図９において、制御部２６は、切換部１４や送受信部１６やデータ処理部１９を制御する。制御部２６が切換部１４の端子１、端子２を切り替える。制御部２６は、切換部１４のいずれかの端子に切り替えた後、送受信部１６に送信パルスを送信させる。この送信パルスにより対応する振動子が超音波を発する。振動子がエコーを検出した後の動作は、図２、図３、図７等における説明と同様である。

また図１０は、図２に対して、複合探触子１３をＳＨ波探触子１１と接触検知探触子１２とから構成した場合を示している。すなわち、図２（あるいは図１）では、複合探触子１３は、一つのケースに収められていたが、これに限らず、図１０のように複合探触子１３は、ＳＨ波探触子１１と接触検知探触子１２とを固着して構成しても構わない。

このように実施の形態１の超音波探傷装置１００は、判定部２３が、検出したデータの採否を判定するので、精度の高い測定結果を得ることができる。

また、実施の形態１の超音波探傷装置１００は、補正部２５が、検出したデータの補正処理を行なうので、安定した性能で検査することができる。

実施の形態１の超音波探傷装置１００により、簡易な手段によって保温材などで覆われた部分の探傷検査にも適用することができ、試験体の一点から一定の長さ方向の距離を安定した性能で容易に検査することのできる超音波探傷装置を提供することが可能となる。

実施の形態２．
図１１、図１２を用いて実施の形態２を説明する。実施の形態２は、実施の形態１の超音波探傷装置１００の動作を、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体により実施する実施形態である。

前記の実施の形態１においては、超音波探傷装置１００における「〜部」として示した各構成要素の動作は互いに関連しており、動作の関連を考慮しながら、コンピュータである超音波探傷装置１００に実施させる一連の処理（プログラム）に置き換えることができる。各構成要素の動作を一連の処理に置き換えることにより、超音波探傷プログラムの実施形態とすることができる。また、この超音波探傷プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録させることで、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施の形態とすることができる。

図１１は、図３に示したデータ処理部の動作をコンピュータである超音波探傷装置１００に実施させるための一連の処理に置き換えて超音波探傷プログラムの実施形態としたフローチャートを示す。

なお、コンピュータである超音波探傷装置は、後述する図１２に示すように、接触検知振動子１２ＴとＳＨ波振動子１１Ｔとを有する複合探触子１３と、第１記憶部（ＲＡＭ８１２、あるいはフラッシュメモリ８２０）と、第２記憶部（ＲＡＭ８１２、あるいはフラッシュメモリ８２０）とを備えている。

図１１に示すように、
（１）Ｓ３０１は、接触検知振動子１２Ｔ（第１振動子）が検出したエコーに対応する第１エコーデータを第１記憶部に記憶する処理である。
（２）Ｓ３０２は、ＳＨ波振動子１１Ｔ（第２振動子）が検出したエコーに対応する第２エコーデータを第２記憶部に記憶する処理である。
（３）Ｓ３０３は、第１記憶部に記憶された第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、所定の処理を指令する指令信号を生成する処理である。
（４）Ｓ３０４は、第２記憶部に記憶された第２エコーデータに対して、生成された指令信号にしたがった所定の処理である。「所定の処理」とは、実施の形態１で述べたように、例えば第２エコーデータの採否判定や第２エコーデータに対する補正処理である。

プログラムの実施の形態及びプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施の形態は、すべてコンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。

図１２は、コンピュータである超音波探傷装置１００のハードウェア構成図である。図１２において、コンピュータである超音波探傷装置１００は、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）８１０を備えている。ＣＰＵ８１０は、バス８２５を介してＲＯＭ８１１、ＲＡＭ８１２、液晶ディスプレイなどの表示８１３、操作キー８１４、複合探触子１３、プリンタ装置８１５、及びフラッシュメモリ８２０と接続されている。

フラッシュメモリ８２０には、オペレーティングシステム（ＯＳ）８２１、プログラム群８２３、ファイル群８２４が記憶されている。プログラム群８２３は、ＣＰＵ８１０、ＯＳ８２１により実行される。

上記プログラム群８２３には、実施の形態１の説明において「〜部」として説明した機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ８１０により読み出され実行される。

また、ファイル群８２４には接触検知振動子１２ＴやＳＨ波振動子１１Ｔが検出したエコーデータがファイルとして記憶される。

例えば図２において「〜部」として説明したものは、ＲＯＭ８１１に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、ハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。

プログラムの実施の形態及びプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施の形態における各処理は、プログラムで実行されるが、このプログラムは、前述のようにプログラム群８２３に記録されている。そして、プログラム群８２３からＣＰＵ８１０に読み込まれ、ＣＰＵ８１０によって、プログラムの各処理が実行される。また、ソフトウェア、あるいはプログラムは、ＲＯＭ８１１に記憶されたファームウェアで実行されても構わない。あるいは、ソフトウェアとファームウェアとハードウェアの組み合わせでプログラムを実行しても構わない。

このように実施の形態２の超音波探傷プログラムにより、超音波探触子と試験体表面との接触状況が良好でない場合であっても、安定した検査が可能となる超音波探傷装置を提供することができる。

以上のように超音波探傷装置１００は、超音波であるせん断水平波を送受信することのできるＳＨ波振動子１１Ｔと、試験体表面に超音波を照射し試験体からの反射エコーを検出する接触検知振動子１２Ｔと、それぞれの振動子に送信パルスを与えるとともに検出した超音波エコー信号を受信する送受信部と、受信信号を増幅する増幅部と、増幅した受信信号を記憶したり判断処理するデータ処理部と、処理結果を外部に提示する出力部とから成るとともに、ＳＨ波振動子１１Ｔを備えるＳＨ波探触子１１と接触検知振動子１２Ｔを備える接触検知探触子１２とを機構的に一体化し、両振動子が共に試験体表面に接触するようにしたことを特徴とする。よって、この超音波探傷装置１００に従えば、接触検知振動子１２Ｔの出力を監視することによって、ＳＨ波振動子１１Ｔの試験体への音響結合状況を知ることができるため、ＳＨ波振動子１１Ｔで得られる検査データの有効性を確認しながら探傷することが可能となる。

また超音波探傷装置１００は、超音波であるせん断水平波を送受信することのできるＳＨ波振動子１１Ｔと、試験体表面に超音波を照射し試験体からの反射エコーを検出する接触検知振動子１２Ｔと、それぞれの振動子に送信パルスを与えるとともに検出した超音波エコー信号を受信する送受信部と、受信信号を増幅する増幅部と、増幅した受信信号を記憶したり判断処理するデータ処理部と、処理結果を外部に提示する出力部とから成るとともに、ＳＨ波振動子１１Ｔと接触検知振動子１２Ｔとが同じケースに収納され、一つの複合探触子として構成されていることを特徴とする。よって、この超音波探傷装置１００に従えば、コンパクトな複合探触子により接触検知振動子の出力を監視することによって、ＳＨ波振動子の試験体への音響結合状況を知ることができるため、ＳＨ波振動子で得られる検査データの有効性を確認しながら探傷することが可能となる。

また超音波探傷装置１００は、
接触検知振動子１２Ｔのデータ処理部で得られる試験体からのエコー高さによって、ＳＨ波振動子１１Ｔのデータ処理部で得られる試験体の検査データの有効／無効を自動的に判断するようにしたことを特徴とする。よって、この超音波探傷装置１００に従えば、ＳＨ波振動子１１Ｔで得られる検査データの有効性が自動的に判断されるようになるため、検査ミスの無い安定した探傷結果が得られるものである。

また超音波探傷装置１００は、接触検知振動子１２Ｔのデータ処理部で得られる試験体からのエコー高さによって、ＳＨ波探触子のデータ処理部で得られる試験体の検査データの感度に自動的に補正を加えるようにしたことを特徴とする超音波探傷装置である。よって、この超音波探傷装置１００に従えば、接触検知探触子で得られるデータによりＳＨ波振動子１１Ｔで得られる検査データに自動的に補正が加えられるようになる。このため、ＳＨ波振動子１１Ｔと試験体表面との音響結合状況の影響による変動を最小限に抑えることができ、安定した探傷結果が得られるものである。

また超音波探傷装置１００は、送受信部、増幅部、データ処理部および出力部に関し、ＳＨ波振動子１１Ｔ用と接触検知振動子１２Ｔ用との間で、一つまたは複数の部分を共用化するために時間的に切り替えて使用するようにしたことを特徴とする。よって、この超音波探傷装置１００に従えば、ＳＨ波振動子１１Ｔによるデータ採取と接触検知振動子１２Ｔによるデータ採取は必ずしも完全同時である必要はないことから、データ処理部に記憶機能を持たせることで各部を時分割で切り替えながら使用することが可能となり、コンパクトで安価な装置を提供することができる。

実施の形態１における超音波探傷装置の概略構成を示す図。 実施の形態１における超音波探傷装置の内部構成を示すブロック図。 実施の形態１におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図。 図３のデータ処理部の動作を示すフローチャート。 実施の形態１における接触検知探触子の出力エコー波形の一例を示す図。 実施の形態１におけるＳＨ波探触子の出力エコー波形の一例を示す図。 実施の形態１における補正処理を行うデータ処理部のブロック図。 図７のデータ処理部の動作を示すフローチャート。 実施の形態１における超音波探傷装置の内部構成を示すブロック図。 実施の形態１における別の例の複合探触子を備えた超音波探傷装置の例。 実施の形態２における超音波探傷プログラムの処理を示すフローチャート。 実施の形態２における超音波探傷装置のハードウェア構成。 従来におけるＳＨ波探触子に関する周囲温度と伝達効率の関係を示す図。 従来におけるＳＨ波探触子に関する媒質厚さと伝達効率の関係を示す図。 従来におけるＳＨ波探触子に関する表面粗さと伝達効率の関係を示す図。

符号の説明

１００ 超音波探傷装置、１ 試験体、２ 欠陥、３ 試験体を覆う被覆体、４ 接触媒質、５ 接触検知超音波ビーム、６ ＳＨ超音波ビーム、１１ ＳＨ波探触子、１１Ｔ ＳＨ波振動子、１２ 接触検知探触子、１２Ｔ 接触検知振動子、１３ 複合探触子、１４ 切換部、１５ 探傷装置本体、１６ 送受信部、１６Ｈ ＳＨ側送受信部、１６Ｓ 検知側送受信部、１７ 増幅部、１７Ｈ ＳＨ側増幅部、１７Ｓ 検知側増幅部、１９ データ処理部、１９Ｈ ＳＨ側データ処理部、１９Ｓ 検知側データ処理部、２０ 出力部、２０Ｈ ＳＨ側出力部、２０Ｓ 検知側出力部、２１Ｈ 第２記憶部、２１Ｓ 第１記憶部、２２ 比較部、２３ 判定部、２４ 補正量演算部、２５ 補正部、２６ 制御部、３０ 接続ケーブル、ＴＨ 送信パルス、Ｓ 表面エコー、Ｂ バックエコー、ＢＥ バックエコー高さ、ＪＬ 基準値、ＴＳ 送信パルス、Ｆ 欠陥部エコー、ＦＥ 欠陥部エコー高さ、ＪＳ 有効／無効指令信号、ＪＴ 基準値、ＪＣ 補正指令信号。

Claims (5)

1. 対象物に超音波を発して欠陥を検出する超音波探傷装置において、
   前記対象物の表面に接触して使用する複合探触子であって前記対象物に向けて超音波を発してエコーを検出する第１振動子と前記対象物に向けて超音波であるせん断水平波を発してエコーを検出する第２振動子とを有する複合探触子と、
   前記第１振動子が検出したエコーに対応する第１エコーデータを記憶する第１記憶部と、
   前記第２振動子が検出したエコーに対応する第２エコーデータを記憶する第２記憶部と、
   前記第１記憶部が記憶した第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、所定の処理を指令する指令信号を生成して出力する指令信号出力部と、
   前記指令信号出力部が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号にしたがって、前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータに所定の処理を実行する処理実行部と
   を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記指令信号出力部は、
   前記第１記憶部が記憶した第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータを有効とする処理を指令する有効指令信号と無効とする処理を指令する無効指令信号とのいずれかを生成して出力し、
   前記処理実行部は、
   有効指令信号を入力した場合には前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータを有効とし、無効指令信号を入力した場合には前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータを無効とすることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
3. 前記指令信号出力部は、
   前記第１記憶部が記憶した第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、前記第２記憶部が記憶した第２エコーデータの補正処理を指令する補正指令信号を生成して出力し、
   前記処理実行部は、
   補正指令信号を入力した場合には、前記第２エコーデータ記憶部が記憶した第２エコーデータを補正することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
4. 前記第１振動子は、
   横波の超音波を発することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の超音波探傷装置。
5. 超音波探傷検査の対象となる対象物の表面に接触して使用する複合探触子であって前記対象物の表面に向けて超音波を発してエコーを検出する第１振動子と前記対象物に向けて超音波であるせん断水平波を発してエコーを検出する第２振動子とを有する複合探触子と、データを記憶する第１記憶部と、データを記憶する第２記憶部とを備えたコンピュータである超音波探傷装置に以下の処理を実行させることを特徴とする超音波探傷プログラム
   （１）前記第１振動子が検出したエコーに対応する第１エコーデータを前記第１記憶部に記憶する処理
   （２）前記第２振動子が検出したエコーに対応する第２エコーデータを前記第２記憶部に記憶する処理
   （３）前記第１記憶部に記憶された第１エコーデータを予め設定されている基準値と比較し、比較結果に基づいて、所定の処理を指令する指令信号を生成する処理
   （４）前記第２記憶部に記憶された第２エコーデータに対して、生成された指令信号にしたがった所定の処理

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