JP2014089064A

JP2014089064A - 超音波探傷方法および装置

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Publication number: JP2014089064A
Application number: JP2012237869A
Authority: JP
Inventors: Akinori Tsuda; 明憲津田; Yuichi Yamaguchi; 雄一山口; Hiroaki Hatanaka; 宏明畠中; Minoru Tagami; 稔田上
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: JP6061076B2

Abstract

【課題】被検体に内在するきず等の欠陥が密集している場合でも、当該欠陥の評価を定量的に行うことのできる超音波探傷方法を提供する。
【解決手段】被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して、複数の振動子からなる超音波探触子から超音波を送信し、被検体からの反射波を超音波探触子で受信する工程(S1)と、被検体を超音波探傷した領域のうち、評価領域を格子状に分割する工程(S2)と、分割された各格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設け、ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した各信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする工程(S3,S4,S5)と、評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、評価領域に内在するきずの程度を評価する工程(S6,S7)と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波探傷方法及び装置に係り、詳しくは超音波を用いて被検体に内在するきず等の欠陥の程度を検査する超音波探傷方法及び装置に関する。

一般に、フェーズドアレイ探傷法を含む超音波探傷法を用いて被検体に内在するきず等の欠陥を探傷する場合、被検体に超音波を伝搬させ、被検体に内在するきず等の欠陥からの反射及び散乱による超音波の反射波の信号強度に基づいて、欠陥の有無や大きさを推定する。被検体に内在するき裂等、単一きずの欠陥は、欠陥が大きくなるにつれて信号強度も大きくなるという傾向があり、信号強度に基づいて欠陥の大きさ等を推定可能である。このような探傷法を用いた欠陥の評価は、ボイラや原子プラント等、多くの製品で用いられている。

ところで、ボイラ等の構造物では、高温高圧の環境に曝されていると、当該構造物を構成する材料の変化や劣化に伴いクリープボイドと呼ばれる微小な孔が形成されてしまうことがある。このクリープボイドは密集して形成される傾向にあり、時間が経つにつれてこれらのクリープボイドが結合してき裂へと変化していくため、製品の品質に悪影響を及ぼしてしまう虞がある。上述した超音波探傷法を用いて得られる信号強度からこのような欠陥を評価しようとすると、それぞれの欠陥からの反射波が干渉し合うため、得られる信号強度から欠陥の有無や大きさを評価することが困難であった。そのため、このような密集した微小な孔を検出する手法が求められていた。

微小な孔を検出する超音波探傷技術として、角柱状の被検査材に超音波探触子を配設して複数方向から超音波を入射させて探傷を行い、得られた反射パルスの波形の位相から、当該被検査材に内在する内部空孔の有無やその大きさを求める方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−２０７０２８号公報

しかしながら、上記特許文献に開示された技術では、角柱状の被検査材のみを対象としており、形状の異なる対象物や、探触子の設置に制約のある対象物には適用できないという問題がある。
さらに、反射波の信号強度から欠陥の長さは求められるものの、欠陥の大きさや密集の度合いを評価することについては、未だ課題が残っている。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、被検体に内在するきず等の欠陥が密集している場合でも、当該欠陥の評価をより正確に行うことのできる超音波探傷方法及び装置を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１の超音波探傷方法は、被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して、複数の振動子からなる超音波探触子から超音波を送信し、前記被検体からの反射波を前記超音波探触子で受信する工程と、前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する工程と、分割された格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設け、前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した各信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする工程と、前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２の超音波探傷方法では、請求項１において、前記分割する工程は、前記格子のそれぞれに対し、予め定められた振動子から送信された超音波が前記格子に到達するまでの伝搬時間と、前記格子で反射した反射波が前記各振動子に到達するまでの伝搬時間とに基づいて前記各振動子の遅延時間を求める工程をさらに有し、前記ゲート幅は、信号強度を求める格子に隣接する各格子のうち、前記予め定められた振動子からの距離が最も近い格子における遅延時間と、前記予め定められた振動子からの距離が最も遠い格子における遅延時間とに基づいて求められることを特徴とする。

請求項３の超音波探傷方法では、請求項１または２において、前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち、最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる各格子の信号強度の平均値に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする。

請求項４の超音波探傷方法では、請求項１または２において、前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる格子の中で、予め定められた閾値を超える信号強度を有する格子の数に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする。

請求項５の超音波探傷装置は、複数の振動子からなり、被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して超音波を送信すると共に前記被検体からの反射波を受信する超音波探触子と、前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する分割手段と、分割された格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設け、前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した各信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする信号処理手段と、前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１の超音波探傷方法、及び請求項５の超音波探傷装置によれば、被検体を超音波探傷した領域内の評価領域を格子状に分割し、格子毎に各振動子が受信した信号波形を抽出して合成した信号波形の信号強度を求め、この信号強度に基づいて評価領域のきずの程度を評価する。

これにより、各格子における信号強度がそれぞれ求められるので、評価領域における信号強度がより細かく求められ、当該評価領域におけるきずの程度、即ちきずの大きさや、きずの密集の度合い等を容易に把握することができる。従って、被検体に内在する密集したきずからの反射波が互いに干渉する場合でも、被検体に内在するきずの程度をより正確に評価することができる。

本発明に係る超音波探傷装置を示す概略構成図である。アレイ探触子の概略図である。本発明に係る超音波探傷方法を示すフローチャートである。評価領域を格子状に分割する一例を示す図である。メッシュのゲート幅を求める一例を示す図である。（Ａ）は１番目の振動子が受信した信号波形、（Ｂ）は２番目の振動子が受信した信号波形、（Ｃ）はｍ番目の振動子が受信した信号波形、（Ｄ）はｎ番目の振動子が受信した信号波形に、それぞれゲート幅を設定した図である。（Ａ）は１番目の振動子が受信した信号波形、（Ｂ）は２番目の振動子が受信した信号波形を（Ａ）の信号波形の位相に合わせた信号波形、（Ｃ）はｍ番目の振動子が受信した信号波形を（Ａ）の信号波形の位相に合わせた信号波形、（Ｄ）はｎ番目の振動子が受信した信号波形を（Ａ）の信号波形の位相に合わせた信号波形の図である。各振動子が受信した信号波形を合成した合成波形を表す図である。各メッシュの最大エコー強度に基づいて作成された探傷画像の一例を示す図である。（Ａ）は１つの横穴が形成された被検体の概略図、（Ｂ）は４つの横穴が形成された被検体の概略図、（Ｃ）は９つの横穴が形成された被検体の概略図である。実施例における探傷試験の概略図である。きずの面積率とエコー強度の相対値との関係を示すグラフである。きずの面積率と、エコー強度の相対値及びエコー強度が閾値を超えたメッシュ数との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る超音波探傷装置１０の概略構成図である。超音波探傷装置１０は、例えばボイラ等の構造物の被検体１に内在する、密集した微小な孔等のきず２からなる欠陥部４を検出して評価するための装置である。図１に示すように、超音波探傷装置１０は、パルス発生器１２、アレイ探触子１４、パルスレシーバ１６、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）１８、演算装置２０、及びモニタ２６を備える。

アレイ探触子１４は、所定の周波数の超音波を送信するパルス発生器１２と、被検体１内で反射した超音波を受信するパルスレシーバ１４とに接続され、パルス発生器１２から送信された超音波を被検体１に送信し、被検体１内で反射した超音波（反射波）を受信する。

図２にアレイ探触子１４の概略図を示すように、アレイ探触子１４は複数の振動子１４ａからなり、パルス発生器１２から入力された入力信号により各振動子１４ａが振動して超音波を発生する。発生した超音波は被検体１内を伝搬し、欠陥部４や被検体１の底面等によって反射した超音波を各振動子１４ａで受信する。パルス発生器１２から振動子１４ａに入力信号を入力するタイミングをずらす、即ち振動子１４ａ毎に所定の時間ずつ遅延させて入力信号を与えることによって、超音波ビームの方向や焦点深度Ｐ_fを変えることができる。なお、振動子１４ａは直線状に配置されていてもよく、格子状や円形状に配置されていてもよい。

アレイ探触子１４で受信された反射波は、パルスレシーバ１６で電気信号に変換される。電気信号に変換された反射波は、Ａ／Ｄ変換器１８でデジタル信号に変換され、演算装置２０で信号処理される。
演算装置２０は、信号処理部２２と、画像生成部２４とを備える。信号処理部２２は、反射波の信号波形を信号処理して被検体１に内在する欠陥部４の評価を行い、画像生成部２４は、信号処理部２２の評価結果に基づいて探傷画像を生成し、モニタ２６に表示する。なお、信号処理部２２で信号処理した信号波形をモニタ２６に表示するようにしてもよい。また、図示しないが、演算装置２０はＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを有している。

以下、このように構成された超音波探傷装置１０を用いて、被検体１を検査する超音波検査方法について説明する。図３には、本発明に係る超音波探傷方法のフローチャートを示しており、当該フローチャートに基づいて以下に説明する。なお、以下に説明するステップＳ２以降の処理は、演算装置２０で行われるものである。

ステップＳ１では、パルス発生器１２で発生させた超音波をアレイ探触子１４を介して被検体１内に伝搬させ、被検体１の超音波探傷を実施する。詳しくは、アレイ探触子１４を構成するｎ個（ｎは１以上の整数）の振動子１４ａに対してパルス発生器１２から所定の周波数の超音波を送信し、各振動子１４ａを振動させて被検体１内に超音波を伝搬させ、欠陥部４からの反射波を各振動子１４ａで受信する。受信された反射波はパルスレシーバ１６で電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１８でデジタル信号に変換されて演算装置２０に入力される。

ステップＳ２では、上記ステップＳ１で被検体１を超音波探傷した探傷領域のうち、欠陥部４のエコー強度を評価したい評価領域を決定し、当該評価領域を複数の格子状のメッシュに分割して、メッシュ毎の遅延時間を求める。ここで、評価領域はきず２の発生形態に応じて決定され、且つきず２が存在する可能性のある領域を含むように決定する。各メッシュＭにおける遅延時間の求め方については、図４に一例としてメッシュＭ１における遅延時間の求め方を示しており、図４に基づいて以下に説明する。探傷領域から評価領域Ｒを決定した後、評価領域Ｒを所定の大きさの格子状に分割し、基準となる振動子１４ａ_x（ｘは１〜ｎのうちのいずれか）から送信された超音波がメッシュＭ１に到達するまでの遅延時間と、メッシュＭ１で反射したその超音波が各振動子１４ａ₁〜１４ａ_nで受信されるまでのそれぞれの遅延時間とから、メッシュＭ１における各振動子１４ａ₁〜１４ａ_nのそれぞれの遅延時間を求める。

例えばメッシュＭ１において、メッシュＭ１に最も近い振動子１４ａ₁の遅延時間は、基準となる振動子１４ａ_mからメッシュＭ１までの伝搬時間と、メッシュＭ１から振動子１４ａ₁までの伝搬時間とを加算した時間となる。同様に、メッシュＭ１から最も離れている振動子１４ａ_nの遅延時間は、基準となる振動子１４ａ_mからメッシュＭ１までの伝搬時間と、メッシュＭ１から振動子１４ａ_nまでの伝搬時間とを加算した時間となる。

なお、図４に示す振動子１４ａ_m（ｍは１以上の整数）は、振動子１４ａ₁〜１４ａ_nの中央に位置する振動子であり、振動子１４ａ_mを基準となる振動子１４ａ_xとしている。また、評価領域Ｒは２次元の平面である。また、各メッシュＭの一辺の長さは、アレイ探触子１４から被検体１に送信される超音波の波長以下とするのが好ましく、超音波の波長の１／２以下とするのがより好ましい。メッシュＭの一辺の長さを超音波の波長より長くすると、きず２の大きさや密集の度合いを正しく評価できなくなる可能性があるため、好ましくない。

ステップＳ３では、メッシュＭにおけるゲート幅を求める。詳しくは、図５に一例としてメッシュＭ１のゲート幅を求める場合の概略図を示しており、図５に基づいて以下に説明する。メッシュＭ１のゲート幅を求める場合、メッシュＭ１に隣接する８つのメッシュＭのうち、基準となる振動子１４ａ_x（ｘは１〜ｎのうちのいずれか）における遅延時間の最大値ｔ_MAX、最小値ｔ_MINを探索し、その遅延時間ｔ_MAX、ｔ_MINに基づいてゲート幅を求める。図５では図４と同様に、基準となる振動子として、振動子１４ａ₁〜１４ａ_nの中央に位置する振動子１４ａ_mを選択している。そして、メッシュＭ１に隣接する８つのメッシュＭのうち、振動子１４ａ_mからの距離が最も遠いメッシュＭ_MAXの遅延時間が遅延時間の最大値ｔ_MAXとなり、最も近いメッシュＭ_MINの遅延時間が遅延時間の最小値ｔ_MINとなる。この遅延時間ｔ_MAX、ｔ_MINと、メッシュＭ１の振動子１４ａ_mにおける遅延時間ｔ_M1とを用いて、以下に示す式（１）、（２）からゲート幅ｔα、ｔβを求める。
ｔα＝（ｔ_M1−ｔ_MIN）／２・・・（１）
ｔβ＝（ｔ_MAX−ｔ_M1）／２・・・（２）

なお、ゲート幅は以下の式（３）から求めてもよい。
ｔα＝ｔβ＝（ｔ_MAX−ｔ_MIN）／４・・・（３）
また、上記ステップＳ２及び本ステップで基準とする振動子１４ａ_xは、振動子１４ａ_mに限られず、１〜ｎの中から選択される。

ステップＳ４では、振動子１４ａ₁〜振動子１４ａ_nで受信したメッシュＭ１からの反射波の各信号波形に上記ステップＳ３で求めたゲート幅ｔα、ｔβを設定して、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形をそれぞれ抽出する。図６（Ａ）に振動子１４ａ₁の信号波形、図６（Ｂ）に振動子１４ａ₂の信号波形、図６（Ｃ）に振動子１４ａ_mの信号波形、図６（Ｄ）に振動子１４ａ_nの信号波形をそれぞれ示す。図６（Ａ）では、振動子１４ａ₁が受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１４ａ₁の遅延時間ｔ₁を基準にして、遅延時間ｔ₁より早い側にゲート幅ｔα、遅延時間ｔ₁より遅い側にゲート幅ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。図６（Ｂ）も図６（Ａ）と同様に振動子１４ａ₂が受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１４ａ₂の遅延時間ｔ₂を基準にして、ゲート幅ｔα、ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。図６（Ｃ）も図６（Ａ）と同様に振動子１４ａ_mが受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１４ａ_mの遅延時間ｔ_mを基準にして、ゲート幅ｔα、ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。図６（Ｄ）も図６（Ａ）と同様に振動子１４ａ_nが受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１４ａ_nの遅延時間ｔ_nを基準にして、ゲート幅ｔα、ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。

例えば各振動子１４ａを被検体１に配置する位置と、被検体１内を伝搬する超音波の音速とが予め判ってる場合には反射波の信号波形が現れる伝搬時間を求めることができるので、ゲート幅ｔα、ｔβを設けなくても信号波形を抽出することは可能となる。しかしながら、被検体１に対するアレイ探触子１４の配置位置がずれてしまったり、被検体１内を伝搬する超音波の音速が若干変化してしまったりする場合には、求めた伝搬時間も本来現れる反射波の伝搬時間からずれてしまう。従って抽出する信号波形の部分も本来抽出すべき信号波形の部分からずれてしまうため好ましくない。しかしながら、ゲート幅ｔα、ｔβを設定して信号波形を抽出することによって、アレイ探触子１４を配置する位置がずれてしまったり被検体１内を伝搬する超音波の音速がずれてしまったりする場合でも、後述するエコー強度を求めるために必要な信号波形を取得することができる。

また、各振動子１４ａが受信した信号波形に対してゲート幅を設定せずに信号波形を抽出する場合、信号が所々抜けてしまうため、後述するような探傷画像を生成すると離散的な画像になってしまい、きず２を過小評価してしまう可能性がある。しかし、各振動子１４ａが受信した信号波形に対してゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出することで、信号の抜けが低減されるので信号が滑らかに変化し、これらの信号に基づいて生成した探傷画像は滑らかに変化する画像となり、欠陥部２をより適切に評価することができる。

ステップＳ５では、上記ステップＳ４で抽出した信号波形を合成して、上記ステップＳ３で選択されたメッシュＭのエコー強度（信号強度）Ｅsを求める。詳しくは、図７（Ａ）〜（Ｄ）及び図８を用いて説明する。図７（Ａ）は振動子１４ａ₁の信号波形、（Ｂ）は（Ａ）の信号波形と位相を合わせた振動子１４ａ₂の信号波形、（Ｃ）は（Ａ）の信号波形と位相を合わせた振動子１４ａ_mの信号波形、（Ｄ）は（Ａ）の信号波形と位相を合わせた振動子１４ａ_nの信号波形、図８は各振動子１４ａ₁〜１４ａ_nの信号波形を合成した合成波形をそれぞれ示している。

図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、振動子１４ａ₂〜１４ａ_nの各信号波形の位相を振動子１４ａ₁の信号波形の位相に合わせる。その後、振動子１４ａ₁〜１４ａ_nの各信号波形を加算平均により合成し、図８に示すような合成波形を得る。この合成波形における信号強度の絶対値の最大値がメッシュＭ１におけるエコー強度Ｅsとなる。
なお、上述したステップＳ３〜Ｓ５は、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭについて行われる。

ステップＳ６では、評価領域Ｒにおける各メッシュＭの信号強度Ｅsに基づいて探傷画像を生成する。図９に探傷画像の一例を示すように、各メッシュＭにおける信号強度Ｅsが反映された探傷画像を生成する。図９に示す画像は、色が濃くなるほど信号強度が強いことを示している。このように、画像化することでもきず２の大きさや密集の度合い等をより詳細に探傷画像で評価することができる。

ステップＳ７では、各メッシュＭで求められたエコー強度Ｅsに基づいて欠陥部４を評価する。詳しくは、評価領域Ｒ内の各メッシュＭにおけるエコー強度Ｅsの平均値Ｅs_aveを求め、その平均値Ｅs_aveから欠陥部４の状態を評価する。欠陥部４に複数のきず２が密集している場合には、きず２が密集していない場合と比べてエコー強度Ｅsの平均値Ｅs_aveが増大するので、平均値Ｅs_aveを求めることで欠陥部４におけるきず２の大きさや密集の度合い（程度）を評価することができる。ここで、エコー強度の平均値Ｅs_aveは、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭにおけるエコー強度Ｅsの平均値としてもよいが、評価領域Ｒに含まれるメッシュＭのうち、最大のエコー強度を有するメッシュを含む所定の領域に含まれるメッシュＭのエコー強度の平均値とするのが好ましい。

なお、本ステップでは、エコー強度Ｅsが所定の閾値を超えるメッシュの数、当該メッシュの数の割合、エコー強度Ｅsが所定の閾値を超えるメッシュの面積、及び当該面積の割合の少なくともいずれかに基づいて欠陥部４の評価を行ってもよい。メッシュ数から評価する場合、評価領域Ｒにある各メッシュＭのうち、予め定められた閾値を超えるエコー強度Ｅsを有するメッシュＭの数（以下、メッシュ数という）Ｎを求める。欠陥部４に複数のきず２が密集している場合には、きず２が密集していない場合と比べてメッシュ数Ｎが増加するので、メッシュ数Ｎを求めることで欠陥部４におけるきず２の大きさや密集の度合いを評価することができる。ここで、メッシュ数Ｎは、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭから求めてもよいが、評価領域Ｒに含まれるメッシュＭのうち、最大のエコー強度を有するメッシュＭを含む所定の領域から求めるのが好ましい。なお、本ステップで使用される閾値は、予めメモリ等に設定されていてもよく、ユーザにより設定される値であってもよい。

また、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭの数に対するメッシュ数Ｎの割合、またはメッシュＭを含む所定の領域に含まれるメッシュの数に対するメッシュ数Ｎの割合を求め、きず２の大きさや密集の度合いを評価してもよい。さらに、閾値を超えたメッシュＭの面積から、きず２の大きさや密集の度合いを評価してもよい。また、評価領域Ｒの面積に対する閾値を超えたメッシュＭの面積の割合、またはメッシュＭを含む所定の領域に含まれるメッシュＭの面積に対する閾値を超えたメッシュＭの面積の割合から、きず２の大きさや密集の度合いを評価してもよい。

また、最大エコー強度と判定する基準となる閾値Ｅtを予めメモリ等に設定しておき、評価領域Ｒに含まれるメッシュＭの中で、閾値Ｅtを超えるエコー強度Ｅsを有するメッシュＭが複数存在する場合には、そのメッシュＭ毎に所定の領域を設定し、閾値Ｅtを超えるエコー強度Ｅsを有するメッシュＭを含む所定の領域におけるきず２の大きさや密集の度合いを個々に評価するのが好ましい。

このように、本実施形態では、超音波探傷を行った探傷領域のうち、評価したい領域Ｒを格子状に分割し、メッシュＭ毎に各振動子１４ａが受信した信号波形を抽出して合成した信号波形の最大値をエコー強度Ｅsとして求め、評価領域Ｒに内在するきず２を各エコー強度Ｅsに基づいて評価する。これにより、評価領域Ｒの信号強度がより細かく求められるので、当該信号強度から評価領域Ｒに存在するきず２の大きさや密集の度合い等を容易に把握することができる。従って、欠陥部４が密集したきず２からなり、各きず２からの反射波が互いに干渉してしまう場合でも、欠陥部４でのきず２の大きさや密集の度合いをより正確に評価することができる。

以下、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
本発明に係る超音波探傷装置１０及び上述した超音波探傷方法を用いて、模擬欠陥部が設けられた被検体１ａ〜１ｃの模擬欠陥部の評価を行った。被検体１ａ〜１ｃは鋼材を使用した。

図１０（Ａ）には、模擬欠陥部４ａとして１つの横穴２’が形成された被検体１ａ、図１０（Ｂ）には、模擬欠陥部４ｂとして４つの横穴２’が形成された被検体１ｂ、図１０（Ｃ）には、模擬欠陥部４ｃとして９つの横穴２’が形成された被検体１ｃをそれぞれ示している。本実施例では、横穴２’の直径ｒが０．５ｍｍ、深さＤが２５ｍｍであり、図１０（Ｂ）、（Ｃ）のように隣り合う横穴２’の中心位置の間隔ｄ１、ｄ２はそれぞれ１ｍｍである。

図１１に探傷試験の概略図を示す。図１１に示すように、被検体１ｃに配置された斜角シュー２８にアレイ探触子１４を設置して超音波探傷を行い、模擬欠陥部４ｃの評価を行った。なお、図１１では例として模擬欠陥部４ｃが形成された被検体１ｃを示しているが、被検体１ａ、１ｂも被検体１ｃと同様の構成で探傷試験を行った。

＜実施例１＞
本発明に係る超音波探傷方法で模擬欠陥部４ａ〜４ｃの評価を行った。詳しくは、各メッシュＭのサイズを０．５ｍｍ角とし、評価領域Ｒの中でエコー強度Ｅsが最大となるメッシュＭを中心に、３．５ｍｍ×３．５ｍｍの範囲のエコー強度Ｅsの平均値Ｅs_aveを求めた。そして、被検体１ａで求めたエコー強度の平均値Ｅs_aveを基準値Ｐ_Aとした。また、被検体１ａ〜１ｃについてそれぞれ求めたエコー強度の平均値Ｅs_aveをエコー強度Ｐとし、被検体１ａ〜１ｃのそれぞれについてエコー強度の相対値Ｐ／Ｐ_Aをそれぞれ求めた。また、比較例として、従来のフェーズドアレイ法を用いて被検体１ａ〜１ｃの探傷試験をそれぞれ行ってエコー高さを測定し、被検体１ａのエコー高さを基準値Ｐ_A、被検体１ａ〜１ｃのエコー高さをそれぞれエコー強度Ｐとして、被検体１ａ〜１ｃのそれぞれについてエコー強度の相対値Ｐ／Ｐ_Aを求めた。結果を図１２に示す。

図１２は、エコー強度の相対値Ｐ／Ｐ_Aときずの面積率との関係をグラフに表したものである。ここで、横軸にあるきずの面積率は、上述した３．５ｍｍ×３．５ｍｍの範囲において横穴２’が占める面積の割合を示している。図１２に示すように、従来のフェーズドアレイ法ではきずの面積率が大きくなってもエコー強度の相対値に顕著な差は見られない。一方、本発明に係る超音波探傷方法では、従来のフェーズドアレイ法と比べてきずの面積率が大きくなるにつれて相対値Ｐ／Ｐ_Aも大きくなっていることが判る。このように、本発明に係る超音波探傷方法を行うことで、従来のフェーズドアレイ法で測定したエコー高さと比べて、複数のきずが密集している場合でもエコー強度の平均値Ｅs_aveに基づいてより正確にきずを評価できることが判る。

＜実施例２＞
本発明に係る超音波探傷方法で模擬欠陥部４ａ〜４ｃの評価を行った。詳しくは、各メッシュＭのサイズを０．５ｍｍ角とし、評価領域Ｒの中で、予め定められた閾値を超えたメッシュＭの数Ｎを求めた。そして、被検体１ａで閾値を超えたメッシュ数Ｎ_Aを基準として、被検体１ｂ、１ｃで求めたメッシュ数Ｎの相対値Ｎ／Ｎ_Aをそれぞれ求めた。結果を図１３に示す。

図１３には、本実施例で求めた相対値Ｎ／Ｎ_Aを、上記実施例１の図１２に示した相対値Ｐ／Ｐ_Aときずの面積率との関係に重ねたグラフを示している。図１３に示すように、本発明に係る超音波探傷方法では、きずの面積率が大きくなるにつれて、閾値を超えたメッシュ数Ｎに基づく相対値Ｎ／Ｎ_Aが、エコー強度の平均値Ｅs_aveに基づく相対値Ｐ／Ｐ_Aよりも顕著に大きくなっていることが判る。このように、本発明の超音波探傷方法を行うことによって、複数のきずが密集している場合でも、きずをより正確に評価できることが判る。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、超音波探触子としてアレイ探触子１４を使用しているが、複数の振動子１４ａを有する探触子であれば、アレイ探触子１４に限られず使用可能である。

１被検体
２きず
２’ 横穴
４欠陥部
１０超音波探傷装置
２０演算装置
２２信号処理部
２４画像生成部

Claims

被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して、複数の振動子からなる超音波探触子から超音波を送信し、前記被検体からの反射波を前記超音波探触子で受信する工程と、
前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する工程と、
分割された格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設け、前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した各信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする工程と、
前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する工程と、
を有することを特徴とする超音波探傷方法。
前記分割する工程は、前記格子のそれぞれに対し、予め定められた振動子から送信された超音波が前記格子に到達するまでの伝搬時間と、前記格子で反射した反射波が前記各振動子に到達するまでの伝搬時間とに基づいて前記各振動子の遅延時間を求める工程をさらに有し、
前記ゲート幅は、信号強度を求める格子に隣接する各格子のうち、前記予め定められた振動子からの距離が最も近い格子における遅延時間と、前記予め定められた振動子からの距離が最も遠い格子における遅延時間とに基づいて求められることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち、最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる各格子の信号強度の平均値に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探傷方法。
前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる格子の中で、予め定められた閾値を超える信号強度を有する格子の数に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探傷方法。
複数の振動子からなり、被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して超音波を送信すると共に前記被検体からの反射波を受信する超音波探触子と、
前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する分割手段と、
分割された格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設け、前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した各信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする信号処理手段と、
前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする超音波探傷装置。