JP2014202525A - 超音波探傷方法および超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】境界エコーの形状が変化しても、未探傷領域を最小限にしつつも誤検出が発生しない超音波探傷方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかる超音波探傷方法は、正側および負側の境界エコー検出閾値を設定する条件設定ステップと、探傷信号を取得する探傷信号取得ステップと、探傷信号の正側および負側の境界エコー検出時刻を検出する境界エコー検出ステップと、正側および負側の境界エコー検出時刻のうち何れかを基準時刻として選択する基準時刻選択ステップと、基準時刻から所定時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定するきずエコー検出ゲート設定ステップと、きずエコー検出ゲート内の探傷信号の振幅を用いてきずエコーの検出を行うきずエコー検出ステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、超音波を用いて被検体の内部欠陥を検査する超音波探傷方法および超音波探傷装置に関する。

超音波探傷は、金属材料中の内部欠陥を検出する技術として広く用いられている。超音波探傷において、受信プローブにより受信される超音波は、金属材料中の内部欠陥に起因する超音波（きずエコーと呼ばれる）のみならず、金属材料の表面または裏面による反射などに起因する超音波（境界エコーと呼ばれる）も含まれる。そこで、きずエコーが検出され得る時刻の範囲にきずエコー検出ゲートを設定し、きずエコー検出ゲートの範囲中の超音波のみを検査対象として探傷が行われる。

自動超音波探傷では、上記きずエコー検出ゲートの設定を自動で行う機能が実装されている。すなわち、自動超音波探傷では、金属材料の表面または裏面による反射などに起因する超音波を検出し、これらのきずエコー以外の超音波を排除し得るようにきずエコー検出ゲートを自動設定することが行われている。

例えば、自動超音波探傷におけるきずエコー検出ゲートの自動設定方法として、受信超音波が境界エコー検出ゲート内において最初に境界エコー検出閾値を超えた時刻を基準として、きずエコー検出ゲートの終点を自動設定する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−２８３１３４号公報

しかしながら、従来のきずエコー検出ゲートの設定方法では、内部欠陥が被検体の境界に近い場合、きずエコーと境界エコーとを分離することが困難となる。特に被検体の境界から内部欠陥までの距離が、探傷に用いる超音波の波長（被検体内部での波長）と比較して数倍以内である場合、きずエコーと境界エコーとを分離することは非常に困難である。

しかも、境界エコーの波形は、必ずしも一定ではなく、被検体毎に変化する。したがって、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの近くに設定すると、境界エコーをきずエコーとして誤検出してしまうことがある。一方で、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの近くに設定すると、未探傷領域が大きくなり、きずエコーの不検知が発生してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、境界エコーの形状が変化しても、未探傷領域を最小限にしつつも誤検出が発生しない超音波探傷方法および超音波探傷装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる超音波探傷方法は、被検体から受信した超音波の振幅が正負を含めて一致することにより検出判定を行うための正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値とを設定する条件設定ステップと、前記被検体から受信した超音波を電気信号に変換して探傷信号を取得する探傷信号取得ステップと、前記正側の境界エコー検出閾値および前記負側の境界エコー検出閾値のそれぞれを用いて、前記探傷信号の正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出する境界エコー検出ステップと、前記正側境界エコー検出時刻および前記負側境界エコー検出時刻のうち何れかを基準時刻として選択する基準時刻選択ステップと、前記基準時刻から所定時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定するきずエコー検出ゲート設定ステップと、前記きずエコー検出ゲート内の探傷信号の振幅を用いてきずエコーの検出を行うきずエコー検出ステップとを含むことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる超音波探傷装置は、被検体から受信した超音波を電気信号に変換して探傷信号を取得する探傷信号取得部と、前記被検体から受信した超音波の振幅が正負を含めて一致することにより検出判定を行うための正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値とが記録されているデータベースと、前記データベースに記録された前記正側の境界エコー検出閾値および前記負側の境界エコー検出閾値のそれぞれを用いて、前記探傷信号の正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出し、前記正側境界エコー検出時刻および前記負側境界エコー検出時刻のうち何れかを基準時刻として選択する境界エコー検出手段と、前記基準時刻から所定時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定するゲート設定手段と、前記きずエコー検出ゲート内の探傷信号の振幅を用いてきずエコーの検出を行うきずエコー検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置は、境界エコーの形状が変化しても、未探傷領域を最小限にしつつも誤検出が発生しないという効果を奏する。

図１は、反射式探傷における超音波の伝搬および受信超音波の概略図である。 図２は、透過式探傷における超音波の伝搬および受信超音波の概略図である。 図３は、境界エコーの波形が異なることにより発生する問題点を示す概略図である。 図４は、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法におけるきずエコー検出ゲートの設定方法を示す概略図である。 図５は、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷装置の構成を模式的に示したブロック図である。 図６は、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷方法の手順について示すフローチャートである。 図７は、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷装置および超音波探傷方法による超音波探傷の実施例を示す探傷信号の振幅のグラフである。 図８は、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷装置および超音波探傷方法による超音波探傷の実施例を示す探傷信号の振幅のグラフである。 図９は、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷装置の構成を模式的に示したブロック図である。 図１０は、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法の手順について示すフローチャートである。 図１１は、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法を概略的に説明する説明図である。

以下に、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。

垂直入射法による超音波探傷には、垂直反射式超音波探傷（以下、反射式探傷と記載）と垂直透過式超音波探傷（以下、透過式探傷と記載）とがある。本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置は、この反射式探傷および透過式探傷のいずれにおいても適用し得る。図１は、反射式探傷における超音波の伝搬および受信超音波の概略図であり、図２は、透過式探傷における超音波の伝搬および受信超音波の概略図である。

図１（ａ）に示されるように、反射式探傷では、送受信プローブ１が被検体２に超音波を送信し、被検体２から反射される超音波を受信する。この際、被検体２から反射される超音波には、被検体２中のきず３にて反射した超音波（以下、きずエコーＦと記載）のみならず、被検体２の表面２ａにて反射した超音波（以下、表面エコーＲ_１と記載）および被検体２の裏面２ｂにて反射した超音波（以下、裏面エコーＲ_２と記載）も含まれる。

図１（ｂ）は、送受信プローブ１が受信する超音波を模式的に表したグラフである。なお、図１（ｂ）に示されるグラフは、受信される超音波の振幅を時間軸に関して表したものである。図１（ｂ）に示されるように、きずエコーＦ、表面エコーＲ_１、および裏面エコーＲ_２は、異なる時刻に送受信プローブ１が受信する。図１（ａ）に示されるように、きずエコーＦ、表面エコーＲ_１、および裏面エコーＲ_２は、送受信プローブ１に到達するまでの伝播距離が異なるからである。

きずエコーＦは、被検体２におけるきず深さＸに対応する伝播時間Ｘ’の２倍の時間、表面エコーＲ_１から遅れて送受信プローブ１に到達する。また、裏面エコーＲ_２は、被検体２の厚さＴに対応する伝播時間Ｔ’の２倍の時間、表面エコーＲ_１から遅れて送受信プローブ１に到達する。したがって、きずエコー検出ゲートは、表面エコーＲ_１が検出される時刻の終端から裏面エコーＲ_２が検出される時刻の始端までの範囲となる。

一方、図２（ａ）に示されるように、透過式探傷では、送信プローブ１ａが被検体２に超音波を送信し、受信プローブ１ｂが被検体２を透過する超音波を受信する。この際、受信プローブ１ｂにて受信される超音波には、被検体２中のきず３並びに表面２ａにて反射した超音波（以下、きずエコーＦ_１と記載）および被検体２中のきず３並びに裏面２ｂにて反射した超音波（以下、きずエコーＦ_２と記載）のみならず、被検体２を直接透過した超音波（以下、透過エコーＴ_１と記載）および被検体２の表面２ａ並びに裏面２ｂにて反射した超音波（以下、反射エコーＴ_２と記載）も含まれる。

きずエコーＦ_１は、被検体２におけるきず深さＸ_１に対応する伝播時間Ｘ_１’の２倍の時間、透過エコーＴ_１から遅れて受信プローブ１ｂに到達する。きずエコーＦ_２は、被検体２における裏面２ｂからのきず深さＸ_２に対応する伝播時間Ｘ_２’の２倍の時間、透過エコーＴ_１から遅れて受信プローブ１ｂに到達する。また、反射エコーＴ_２は、被検体２の厚さＴに対応する伝播時間Ｔ’の２倍の時間だけ透過エコーＴ_１から遅れて受信プローブ１ｂに到達する。したがって、きずエコー検出ゲートは、透過エコーＴ_１が検出される時刻の終端から反射エコーＴ_２が検出される時刻の始端までの範囲となる。

上記反射式探傷および透過式探傷の何れの場合でも、被検体２の裏面２ｂに近いきず３を検出するには、裏面エコーＲ_２または反射エコーＴ_２の始点の近くにきずエコー検出ゲート終点（以下ゲート終点と記載）を設定することが必要となる。さらに、送受信プローブ１、送信プローブ１ａ、または受信プローブ１ｂと被検体２との相対的位置が変化する場合、探傷位置により被検体２の厚さが変化する場合など、裏面エコーＲ_２または反射エコーＴ_２の出現時刻も変化してしまうので、これらの変化に追従してゲート終点を自動的に設定する必要がある。したがって、裏面エコーＲ_２または反射エコーＴ_２（以下簡単のために区別せず境界エコーと記載）を検出して、境界エコーから所定時間遡った時刻をゲート終点として自動設定を行う。

しかしながら、先述のように、境界エコーの波形は、必ずしも一定ではなく、被検体毎に異なる。結果、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの近くに設定すると、境界エコーを誤検出してしまい、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの近くに設定すると、未探傷領域が大きくなってしまう。図３は、境界エコーの波形が異なることにより発生する問題点を示す概略図である。

図３には、境界エコーの形状Ａおよび形状Ｂの場合のそれぞれの場合における、ゲート終点の設定条件１および設定条件２の計４パターンのゲート終点の設定が記載されている。図３（ａ）は、ゲート終点と境界エコー検出時刻との相対時間を１／２周期に設定した場合に境界エコーの形状Ａを所定の閾値で検出した場合を示し、図３（ｂ）は、ゲート終点と境界エコー検出時刻との相対時間を３／２周期に設定した場合に境界エコーの形状Ａを所定の閾値で検出した場合を示している。また、図３（ｃ）は、ゲート終点と境界エコー検出時刻との相対時間を１／２周期に設定した場合に境界エコーの形状Ｂを所定の閾値で検出した場合を示し、図３（ｄ）は、ゲート終点と境界エコー検出時刻との相対時間を３／２周期に設定した場合に境界エコーの形状Ｂを所定の閾値で検出した場合を示している。なお、ここでいう境界エコー検出時刻とは、振幅が所定の閾値を上回った時刻のことをいう。

図３（ａ）と図３（ｃ）とを比較すると解るように、ゲート終点と境界エコー検出時刻との相対時間を１／２周期に設定した場合、境界エコーの形状Ａに対しては適切にゲート終点を設定することができるが、境界エコーの形状Ｂに対しては境界エコーの始端をきずとして誤検出してしまう。一方、図３（ｂ）と図３（ｄ）とを比較すると解るように、ゲート終点と境界エコー検出時刻との相対時間を３／２周期に設定した場合、境界エコーの形状Ｂに対しては適切にゲート終点を設定することができるが、境界エコーの形状Ａに対しては未探傷領域が発生してしまう。

そこで、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置では、正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値との二つの閾値を用いて、境界エコーの検出を行う。そして、正側の境界エコー検出閾値を用いて検出された境界エコーの検出時刻と負側の境界エコー検出閾値を用いて検出された境界エコーの検出時刻とのいずれかを選択してゲート終点の設定に用いる。

図４は、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置におけるきずエコー検出ゲートの設定方法を示す概略図である。図４には、（ａ）被検体１および（ｂ）被検体２におけるきずエコー検出ゲートの設定方法が示されている。なお、図４（ｃ）は、基準時刻の選び方と基準時刻からゲート終点までの相対位置との対応表である。すなわち、図４に示されるきずエコー検出ゲートの設定方法は、正側の境界エコー検出閾値を用いて検出された境界エコーの検出時刻および負側の境界エコー検出閾値を用いて検出された境界エコーの検出時刻のうち、検出時刻が遅い方を選択して基準時刻とした例である。図４（ａ）および（ｂ）では、この対応表に基づいてきずエコー検出ゲートの終点が設定されている。

図４（ａ）に示されるように、被検体１の場合、境界エコーＳ_２は、正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値との二つの閾値を用いて検出される。正側の境界エコー検出閾値を用いて境界エコーが検出された時刻を正側境界エコー検出時刻とすると、正側境界エコー検出時刻は、境界エコー検出ゲートの範囲内において超音波の振幅が正側の境界エコー検出閾値に正負を含めて一致した時刻である。同様に、負側の境界エコー検出閾値を用いて境界エコーが検出された時刻を負側境界エコー検出時刻とすると、負側境界エコー検出時刻は、境界エコー検出ゲートの範囲内において超音波の振幅が負側の境界エコー検出閾値に正負を含めて一致した時刻である。

図４（ａ）に示される被検体１では、負側境界エコー検出時刻よりも正側境界エコー検出時刻の方が検出時刻が遅い。したがって、図４（ａ）に示される被検体１では、正側境界エコー検出時刻が基準時刻として選択される。そして、このように選択された基準時刻から所定のゲート終点相対位置ａが減算されることにより、ゲート終点が設定される。別途、境界エコーＳ_１との関係からきずエコー検出ゲートの始点を設定することにより、きずエコー検出ゲートが設定される。このように設定されたきずエコー検出ゲートの範囲内において検出されたエコーがきずエコーＦとなる。

同様に被検体２の場合、図４（ｂ）に示されるように、境界エコーＳ_２は、正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値との二つの閾値を用いて検出される。一方、図４（ｂ）に示される被検体２では、正側境界エコー検出時刻よりも負側境界エコー検出時刻の方が検出時刻が遅い。したがって、図４（ｂ）に示される被検体２では、負側境界エコー検出時刻が基準時刻として選択される。そして、このように選択された基準時刻から所定のゲート終点相対位置ｂが減算されることにより、ゲート終点が設定される。別途、境界エコーＳ_１との関係からきずエコー検出ゲートの始点を設定することにより、きずエコー検出ゲートが設定される。このように設定されたきずエコー検出ゲートの範囲内において検出されたエコーがきずエコーＦとなる。

上記のように、正側の境界エコー検出閾値を用いて検出された境界エコーの検出時刻および負側の境界エコー検出閾値を用いて検出された境界エコーの検出時刻のうち、検出時刻が遅い方を選択して基準時刻とすることにより、乱れていない境界エコーが少なくとも半波長分検出されたことになる。したがって、境界エコーの始端部分の乱れた波形の影響を受けることがなく、きずエコー検出ゲートの設定の基準時刻とすることができる。

〔第１実施形態の超音波探傷装置〕
図５は、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷装置の構成を模式的に示したブロック図である。図５に示すように、この超音波探傷装置４は、被検体の欠陥を探傷するための超音波を送信し、この送信した超音波に起因する探傷信号を受信する探傷信号取得部５と、超音波探傷装置４の各構成部を制御する制御部６と、被検体の検査結果等を出力する出力部７と、各種情報を入力する入力部８とを有する。

探傷信号取得部５は、超音波プローブ５ａと送受信部５ｂとを有し、送受信部５ｂから送信された電気信号の超音波信号を、超音波プローブ５ａから外部に超音波として送信するとともに、超音波プローブ５ａで受信した超音波を電気信号の探傷信号として送受信部５ｂに出力する。なお、図１および図２に示したように、垂直入射法による超音波探傷には、反射式探傷と透過式探傷とがあり、それに伴い超音波プローブ５ａは、送受信プローブ１または送信プローブ１ａと受信プローブ１ｂとの組合わせとなり得るが、以下では、両者を区別せず超音波プローブ５ａとして説明を行う。

超音波プローブ５ａは、圧電振動子等を用いて実現され、送受信部５ｂからのパルス信号の印加によって超音波を外部に送信し、外部からの超音波を受波して電気信号に変換する。送受信部５ｂは、超音波プローブ５ａの共振周波数またはその近傍の周波数のパルス信号を超音波プローブ５ａに印加することによって超音波パルス信号を超音波プローブ５ａを介して外部に出力する。

制御部６は、記憶部６ａとデータベース（ＤＢ）６ｂと演算部６ｃとを備え、超音波探傷装置４の各構成部を制御する。記憶部６ａは、探傷信号取得部５から受信した被検体の検査データ等の各種情報を記憶する一時記憶装置である。とくに本発明の第１実施形態にかかる記憶部６ａは、探傷信号取得部５から受信した探傷信号を少なくとも１回分、好ましくは複数回分以上記憶し得る記憶容量を有している。

データベース（ＤＢ）６ｂは、磁気ディスク等で実現された記録装置である。データベース（ＤＢ）６ｂには、正側の境界エコー検出閾値ならびに負側の境界エコー検出閾値、および図４（ｃ）に例示したような基準時刻の選び方と基準時刻からゲート終点までの相対位置との対応関係などのデータが記録されている。データベース（ＤＢ）６ｂに記録されたこれらのデータは、演算部６ｃがきずエコーを検出する際に参照される。

演算部６ｃは、データベース（ＤＢ）６ｂに記録されたこれらのデータを参照しながら、記憶部６ａに記憶された探傷信号を解析し、きずエコーを検出する。演算部６ｃは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、汎用集積回路、またはこれらの組み合わせ等で実現された演算装置である。すなわち、演算部６ｃは、境界エコー検出手段６ｄ、ゲート設定手段６ｅ、きずエコー検出手段６ｆ、および、その他の超音波探傷装置４の各構成部を制御する制御手段をハードウェアまたはソフトウェアにより実現する。

境界エコー検出手段６ｄは、データベース（ＤＢ）６ｂを参照し、境界エコー検出閾値を用いて、境界エコー検出時刻を検出する。すなわち、境界エコー検出手段６ｄは、データベース（ＤＢ）６ｂに記録された正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値との二つの閾値を用いて正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出する。そして、負側境界エコー検出時刻の方が正側境界エコー検出時刻よりも早い場合、正側境界エコー検出時刻が基準時刻とし、正側境界エコー検出時刻の方が負側境界エコー検出時刻よりも早い場合、負側境界エコー検出時刻が基準時刻とする。

ゲート設定手段６ｅは、負側境界エコー検出時刻の方が正側境界エコー検出時刻よりも早い場合、基準時刻である正側境界エコー検出時刻から所定の時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定する。一方、ゲート設定手段６ｅは、正側境界エコー検出時刻の方が負側境界エコー検出時刻よりも早い場合、基準時刻である負側境界エコー検出時刻から所定の時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定する。ここで、上記所定の時間とは、データベース（ＤＢ）６ｂに記録された基準時刻からゲート終点までの相対位置であり、ゲート設定手段６ｅは、基準時刻の選び方に応じて基準時刻からゲート終点までの相対位置を選択する。

きずエコー検出手段６ｆは、上記のように設定されたきずエコー検出ゲートの範囲内において、記憶部６ａに記憶された探傷信号からきずエコーを検出する。

出力部７は、例えば検出されたきずエコーを表示する表示装置であり、例えばきずエコーが検出された場合に下流工程へ警告信号等を送信する送信装置である。あるいは、きずエコーの発生原因が製品の欠陥であるか否かの分析をするために、出力部７の出力を上位計算機へ出力する構成とすることも可能である。

入力部８は、例えば電源スイッチおよび入力キー等の入力装置であり、例えば製造ラインを制御する上位制御装置から製造ラインにおける製造情報を受信する受信装置である。

なお、本発明の実施形態にかかる超音波探傷装置４は、探傷信号取得部５が取得した探傷信号をＡＤ変換して信号処理を行う。境界エコーはきずエコー検出ゲートよりも遅く検出されるので、アナログ信号での処理よりもデジタル信号での処理の方が有利である。また、探傷信号のＡＤ変換をする際のサンプリング周波数は、探傷信号の周波数の５倍以上であることが望ましく、探傷信号の周波数の１０倍以上ならばより望ましい。探傷信号の周波数の５倍のサンプリング周波数でＡＤ変換を行った場合、３６０°／５＝７２°間隔で探傷信号をデジタル化することになる。

また、上記説明した超音波探傷装置４は、超音波プローブ５ａが１つ（反射式探傷）または１対（透過式探傷）である構成として記載してきたが、超音波プローブ５ａが複数個（反射式探傷）または複数対（透過式探傷）である構成とすることも可能である。この場合、超音波プローブ５ａ毎に異なる境界エコー検出閾値およびゲート終点相対位置の設定をすることが可能である。すなわち、超音波プローブ５ａ毎に、図４（ｂ）に例示されるような対応表をデータベース（ＤＢ）６ｂに記録しておき、演算部６ｃが超音波プローブ５ａ毎に異なる境界エコー検出閾値およびゲート終点相対位置の設定を行う。上記構成によれば、超音波プローブ５ａ毎のばらつきに対応可能となり、きずエコーの検出精度がより向上する。

〔第１実施形態の超音波探傷方法〕
以下、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷方法について説明する。なお、以下の説明では、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷装置の構成の図面などを参照しながら本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷方法について説明するが、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷方法は、これらの図面に表された構成により限定されるものではない。

図６は、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷方法の手順について示すフローチャートである。図６に示されるように、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法では、始めに演算部６ｃが、正側の境界エコー検出用の設定および負側の境界エコー検出用の設定を行う（ステップＳ１）。データベース（ＤＢ）６ｂには、先述のように、正側の境界エコー検出閾値および負側の境界エコー検出閾値などが記録されている。そこで、演算部６ｃは、データベース（ＤＢ）６ｂを参照し、正側の境界エコー検出閾値および負側の境界エコー検出閾値を読み出して、正側の境界エコー検出用の設定および負側の境界エコー検出用の設定を行う。

次に、探傷信号取得部５が、被検体から受信した超音波を電気信号に変換し、探傷信号を取得する（ステップＳ２）。探傷信号取得部５により取得された探傷信号は、制御部６の記憶部６ａに一時記憶される。

次に、演算部６ｃの境界エコー検出手段６ｄが、記憶部６ａに記憶された探傷信号から正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出する（ステップＳ３）。ここで、境界エコー検出手段６ｄは、ステップＳ１で設定された境界エコー検出閾値を用いて境界エコーを検出する。すなわち、境界エコー検出手段６ｄは、正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値との二つの閾値を用いて境界エコーを検出し、それぞれ正側の境界エコー検出閾値により境界エコーが検出された時刻を正側境界エコー検出時刻とし、負側の境界エコー検出閾値により境界エコーが検出された時刻を負側境界エコー検出時刻とする。

そして、境界エコー検出手段６ｄは、正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻のどちらの検出時刻が早いかを判定する（ステップＳ４）。負側境界エコー検出時刻の方が正側境界エコー検出時刻よりも早い場合、正側境界エコー検出時刻が基準時刻となり（ステップＳ４：負側）、正側境界エコー検出時刻の方が負側境界エコー検出時刻よりも早い場合、負側境界エコー検出時刻が基準時刻となる（ステップＳ４：正側）。

負側境界エコー検出時刻の方が正側境界エコー検出時刻よりも早い場合、ゲート設定手段６ｅは、基準時刻である正側境界エコー検出時刻から所定の時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定する（ステップＳ５）。一方、正側境界エコー検出時刻の方が負側境界エコー検出時刻よりも早い場合（ステップＳ４：正側）、ゲート設定手段６ｅは、基準時刻である負側境界エコー検出時刻から所定の時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定する（ステップＳ６）。

ここで、上記所定の時間とは、基準時刻からゲート終点までの相対位置であり、データベース（ＤＢ）６ｂに記録されている。ゲート設定手段６ｅは、基準時刻の選び方に応じて基準時刻からゲート終点までの相対位置を選択する。

そして、演算部６ｃのきずエコー検出手段６ｆが、ステップＳ５またはＳ６により設定されたきずエコー検出ゲートの範囲内において、記憶部６ａに記憶された探傷信号からきずエコーを検出する（ステップＳ７）。

最後に、制御部６は、超音波探傷装置４が所定範囲または所定回数の探傷を終了したか否かの判定を行う（ステップＳ８）。所定範囲の探傷を終了していない場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ２へ戻り探傷信号取得部５が次の探傷信号を取得する。一方、所定範囲の探傷を終了している場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法は終了する。

〔第１実施形態による実施例〕
図７および図８は、本発明の第１実施形態にかかる超音波探傷装置および超音波探傷方法による超音波探傷の実施例を示す探傷信号の振幅のグラフである。とくに、図７は、図示されたグラフの凡例を示すものであり、図８は、従来技術と本発明との比較を示すものである。

図７および図８に示されたグラフは、縦軸に探傷信号の振幅を表し、横軸に探傷信号が検出される時間を表している。また、図中の破線は、正側および負側の境界エコー検出閾値を表し、一点鎖線は、基準時刻として選択された境界エコー検出時刻を表し、二点鎖線は、きずエコー検出ゲートの始点および終点を表している。

図７および図８に示された探傷信号は、図２に示されたように構成された透過式探傷により取得されたものであり、接触媒質として水を使用している。また、探傷に用いた超音波の周波数は２５ＭＨｚであり、受信した超音波を電気信号に変換した後に、サンプリング周波数２５０ＭＨｚでＡＤ変換している。

また、本実施例における透過式探傷では、同一の被検体に対して２００対の超音波プローブが用いられている。図８では、そのうち素子対Ａおよび素子対Ｂにおける探傷信号を掲載した。また、本実施例における検査対象は、被検体１および被検体２の２種類について行った。

図８に示されるように、従来技術による超音波探傷では、設定１および設定２の何れの設定であってもきずエコー検出ゲートの設定に問題が発生してしまうのに対し、本発明の実施形態による超音波探傷では、適切にきずエコー検出ゲートが設定される。従来技術の設定１では、被検体１に対しては問題が発生しないが、被検体２に対しては素子対Ｂにおいて境界エコーを誤検出してしまう。また、従来技術の設定２では、被検体２に対しては問題が発生しないが、被検体１に対しては素子対Ａにおいて未探傷領域が増加してしまう。

一方、本発明の実施形態による超音波探傷では、被検体に応じた設定が選択されるので、被検体１および被検体２の何れの被検体に対しても適切にきずエコー検出ゲートが設定される。

〔第２実施形態の超音波探傷装置〕
図９は、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷装置の構成を模式的に示したブロック図である。本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷装置は、上記第１実施形態の超音波探傷装置にきずエコーの検出精度を向上させる機能を付加したものである。したがって、以下の説明では、第１実施形態の超音波探傷装置と共通の構成については、同一の符号を付すことにより適宜説明を省略するものとする。

図９に示すように、この超音波探傷装置４は、被検体の欠陥を探傷するための超音波を送信し、この送信した超音波に起因する探傷信号を受信する探傷信号取得部５と、超音波探傷装置４の各構成部を制御する制御部６と、被検体の検査結果等を出力する出力部７と、各種情報を入力する入力部８とを有する。なお、探傷信号取得部５、出力部７、および入力部８は、第１実施形態と同一の構成要素である。

制御部６は、記憶部６ａとデータベース（ＤＢ）６ｂと演算部６ｃとを備え、超音波探傷装置４の各構成部を制御する。記憶部６ａは、探傷信号取得部５から受信した被検体の検査データ等の各種情報を記憶する一時記憶装置である。とくに本発明の第２実施形態にかかる記憶部６ａは、探傷信号取得部５から受信した最新の探傷信号のみならず、複数回分以上の探傷信号を記憶し得る記憶容量を有している。データベース（ＤＢ）６ｂは、第１実施形態と同一の構成要素である。

演算部６ｃは、データベース（ＤＢ）６ｂに記録されたこれらのデータを参照しながら、記憶部６ａに記憶された探傷信号を解析し、きずエコーを検出する。演算部６ｃは、境界エコー検出手段６ｄ、ゲート設定手段６ｅ、きずエコー検出手段６ｆ、同期加算手段６ｇ、信号減算手段６ｈ、および、その他の超音波探傷装置４の各構成部を制御する制御手段をハードウェアまたはソフトウェアにより実現する。

境界エコー検出手段６ｄは、データベース（ＤＢ）６ｂに記録された正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値との二つの閾値を用いて、記憶部６ａに記憶された複数回分の探傷信号における正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出する。そして、負側境界エコー検出時刻の方が正側境界エコー検出時刻よりも早い場合、正側境界エコー検出時刻を基準時刻とし、正側境界エコー検出時刻の方が負側境界エコー検出時刻よりも早い場合、負側境界エコー検出時刻を基準時刻とする。

同期加算手段６ｇは、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻に基づいて複数回分の探傷信号を整列し、複数回分の探傷信号の同期加算平均を行うことにより減算用信号を作成する。信号減算手段６ｈは、記憶部６ａに記憶された複数回分の探傷信号のうち最新の探傷信号から減算用信号を減算する。なお、この減算に際しても、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻に基づいて探傷信号を整列する。

ゲート設定手段６ｅは、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻から所定の時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定する。なお、きずエコー検出ゲートの終点を設定する際に用いる境界エコー検出時刻は、減算用信号を減算する前の探傷信号を用いて検出されたものである。また、上記所定の時間とは、基準時刻からゲート終点までの相対位置であり、データベース（ＤＢ）６ｂに記録されている。ゲート設定手段６ｅは、基準時刻の選び方に応じて基準時刻からゲート終点までの相対位置を選択する。

きずエコー検出手段６ｆは、上記のように設定されたきずエコー検出ゲートの範囲内における減算処理後探傷信号からきずエコーを検出する。

出力部７および入力部８は、第１実施形態と同一の構成要素である。また、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷装置４も、探傷信号取得部５が取得した探傷信号をＡＤ変換して信号処理を行い、探傷信号のＡＤ変換をする際のサンプリング周波数は、探傷信号の周波数の５倍以上であることが望ましく、探傷信号の周波数の１０倍以上ならばより望ましい。また、上記説明した超音波探傷装置４は、超音波プローブ５ａが１つ（反射式探傷）または１対（透過式探傷）である構成として記載してきたが、超音波プローブ５ａが複数個（反射式探傷）または複数対（透過式探傷）である構成とすることも可能である。

〔第２実施形態の超音波探傷方法〕
以下、図１０および図１１を参照しながら、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法について説明する。なお、以下の説明では、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷装置の構成の図面などを参照しながら本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法について説明するが、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法は、これらの図面に表された構成により限定されるものではない。

図１０は、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法の手順について示すフローチャートであり、図１１は、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法を概略的に説明する説明図である。

図１０に示されるように、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法では、始めに演算部６ｃが、データベース（ＤＢ）６ｂを参照し、正側の境界エコー検出用の設定および負側の境界エコー検出用の設定を行う（ステップＳ９）。データベース６ｂには、先述のように、正側の境界エコー検出閾値および負側の境界エコー検出閾値などが記録されている。そこで、演算部６ｃは、データベース（ＤＢ）６ｂを参照し、正側の境界エコー検出閾値および負側の境界エコー検出閾値を読み出して、正側の境界エコー検出用の設定および負側の境界エコー検出用の設定を行う。

次に、探傷信号取得部５が、被検体から受信した超音波を電気信号に変換し、探傷信号を取得する（ステップＳ１０）。そして、制御部６の記憶部６ａが、探傷信号取得部５により取得された所定回数分の探傷信号を一時記憶する（ステップＳ１１）。ここで、記憶部６ａに一時記憶する探傷信号の所定回数とは、予め定められた定数ＮおよびＮａの和である（Ｎ＋Ｎａ）により定まる。図１１に示されるように、制御部６の記憶部６ａに記憶されている（Ｎ＋Ｎａ）回分の探傷信号のうち、Ｎ回分の探傷信号とＮａ回分の探傷信号とは、後段の扱いが異なる。よって、定数ＮおよびＮａは、ことなる定数として定義され、これらの定数は、例えば操作者が入力部８を操作することにより、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法の処理前に予め指定されるものとする。

なお、探傷信号取得部５から超音波のパルス信号が送信されるたびに、最新の探傷信号が取得される。したがって、ステップＳ１１では、探傷信号取得部５から最新の探傷信号が送信されるたびに、記憶部６ａは、記憶されている探傷信号のうち最も古いものを削除して、記憶されている（Ｎ＋Ｎａ）回分の探傷信号を更新する。

次に、演算部６ｃの同期加算手段６ｇが、図１１に示されるように、記憶部６ａに記憶されている（Ｎ＋Ｎａ）回前からＮ回前までのＮａ回分に対応する探傷信号を読み出し、同期加算平均処理を行なうことにより、減算用信号を取得する（ステップＳ１２）。探傷信号の同期加算を行うには、各探傷信号を基準を定めて整列する必要がある。そこで、ステップＳ１２では、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻を同期加算の基準として用いる。

境界エコー検出手段６ｄは、ステップＳ９で設定された境界エコー検出閾値を用いて（Ｎ＋Ｎａ）回前からＮ回前までのＮａ回分に対応する探傷信号のそれぞれの基準時刻を定める。すなわち、境界エコー検出手段６ｄは、データベース（ＤＢ）６ｂに記録された正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値との二つの閾値を用いて、記憶部６ａに記憶された複数回分の探傷信号における正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出する。そして、負側境界エコー検出時刻の方が正側境界エコー検出時刻よりも早い場合、正側境界エコー検出時刻を基準時刻とし、正側境界エコー検出時刻の方が負側境界エコー検出時刻よりも早い場合、負側境界エコー検出時刻を基準時刻とする。

同期加算手段６ｇは、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻に基づいて複数回分の探傷信号を整列し、複数回分の探傷信号の同期加算平均を行うことにより減算用信号を作成する。信号減算手段６ｈは、記憶部６ａに記憶された複数回分の探傷信号のうち最新の探傷信号から減算用信号を減算する。なお、この減算に際しても、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻に基づいて探傷信号を整列する。

同期加算手段６ｇは、上記のように境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻を用いて探傷信号の同期加算を行い、その後、同期加算を行った探傷信号の個数であるＮａを除することにより、探傷信号の同期加算平均を行う。このように、同期加算手段６ｇの同期加算平均処理により得られた信号が減算用信号である。

次に、演算部６ｃの信号減算手段６ｈが、図１１に示されるように、記憶部６ａに記憶された複数回分の探傷信号のうち最新の探傷信号から上記減算用信号を減算する（ステップＳ１３）。なお、この減算に際しても、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻に基づいて探傷信号を整列する。

次に、ゲート設定手段６ｅは、境界エコー検出手段６ｄにより定められた基準時刻としての境界エコー検出時刻から所定の時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定する（ステップＳ１４）。なお、きずエコー検出ゲートの終点を設定する際に用いる境界エコー検出時刻は、減算用信号を減算する前の探傷信号を用いて検出されたものである。また、上記所定の時間とは、データベース（ＤＢ）６ｂに記録された基準時刻からゲート終点までの相対位置であり、ゲート設定手段６ｅは、基準時刻の選び方に応じて基準時刻からゲート終点までの相対位置を選択する。

そして、演算部６ｃのきずエコー検出手段６ｆが、ステップＳ１４により設定されたきずエコー検出ゲートの範囲内において、減算処理後の探傷信号からきずエコーを検出する（ステップＳ１５）。

最後に、制御部６は、超音波探傷装置４が所定範囲または所定回数の探傷を終了したか否かの判定を行う（ステップＳ１６）。所定範囲の探傷を終了していない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１０へ戻り探傷信号取得部５が次の探傷信号を取得する。一方、所定範囲の探傷を終了している場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法は終了する。

以上、図１１の減算処理後探傷信号から見て取れるように、本発明の第２実施形態にかかる超音波探傷方法によれば、境界エコーが低減された状態できずエコー検出ゲートの範囲内にてきずエコーの検出を行うので、境界エコーが変化してきずエコー検出ゲートの範囲内に割り込んだとしても、誤検出を引き起こす可能性が大きく削減される。

以上より、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置は、境界エコーの形状が被検体毎に変化しても、未探傷領域を最小限にしつつも誤検出が発生しないという効果を奏する。なお、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置は、この反射式探傷および透過式探傷のいずれにおいても適用し得るが、透過式探傷である方が好ましい。図２に示されるように、透過式探傷の場合、きず３が表面２ａの近くに存在するときにはきずエコーＦ_２と反射エコーＴ_２とを分離できればよく、きず３が裏面２ｂの近くに存在するときにはきずエコーＦ_１と反射エコーＴ_２とを分離できればよいからである。つまり、透過式探傷の場合、本発明の実施形態にかかる超音波探傷方法および超音波探傷装置は、きず３が表面２ａの近くに存在する場合もきず３が裏面２ｂの近くに存在する場合も、適切にきずエコーの検出が可能となる。

１ 送受信プローブ
１ａ 送信プローブ
１ｂ 受信プローブ
２ 被検体
３ きず
４ 超音波探傷装置
５ 探傷信号取得部
５ａ 超音波プローブ
５ｂ 送受信部
６ 制御部
６ａ 記憶部
６ｂ データベース（ＤＢ）
６ｃ 演算部
６ｄ 境界エコー検出手段
６ｅ ゲート設定手段
６ｆ きずエコー検出手段
６ｇ 同期加算手段
６ｈ 信号減算手段
７ 出力部
８ 入力部

しかも、境界エコーの波形は、必ずしも一定ではなく、被検体毎に変化する。したがって、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの近くに設定すると、境界エコーをきずエコーとして誤検出してしまうことがある。一方で、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの遠くに設定すると、未探傷領域が大きくなり、きずエコーの不検知が発生してしまう。

しかしながら、先述のように、境界エコーの波形は、必ずしも一定ではなく、被検体毎に異なる。結果、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの近くに設定すると、境界エコーを誤検出してしまい、きずエコー検出ゲートの終点を境界エコーの遠くに設定すると、未探傷領域が大きくなってしまう。図３は、境界エコーの波形が異なることにより発生する問題点を示す概略図である。

Claims (8)

1. 被検体から受信した超音波の振幅が正負を含めて一致することにより検出判定を行うための正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値とを設定する条件設定ステップと、
   前記被検体から受信した超音波を電気信号に変換して探傷信号を取得する探傷信号取得ステップと、
   前記正側の境界エコー検出閾値および前記負側の境界エコー検出閾値のそれぞれを用いて、前記探傷信号の正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出する境界エコー検出ステップと、
   前記正側境界エコー検出時刻および前記負側境界エコー検出時刻のうち何れかを基準時刻として選択する基準時刻選択ステップと、
   前記基準時刻から所定時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定するきずエコー検出ゲート設定ステップと、
   前記きずエコー検出ゲート内の探傷信号の振幅を用いてきずエコーの検出を行うきずエコー検出ステップと、
   を含むことを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記基準時刻選択ステップは、前記正側境界エコー検出時刻および前記負側境界エコー検出時刻のうち遅い時刻を基準時刻として選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
3. 前記きずエコー検出ゲート設定ステップは、前記基準時刻選択ステップにおいて前記正側境界エコー検出時刻と前記負側境界エコー検出時刻とのうち何れかを選択したかに応じて前記所定時間を選択する、
   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。
4. 前記探傷信号取得ステップは、前記被検体から受信した超音波を電気信号に変換して探傷信号を取得し、取得された所定回数分の探傷信号を一時記憶し、
   前記境界エコー検出ステップは、前記所定回数分の探傷信号のそれぞれに対し前記基準時刻を選択し、
   前記きずエコー検出ステップは、前記基準時刻を基準として前記探傷信号の同期加算平均を行ったものを、前記所定回数分の探傷信号のうち最新の探傷信号から減算して得られた探傷信号の振幅を用いてきずエコーの検出を行う、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波探傷方法。
5. 被検体から受信した超音波を電気信号に変換して探傷信号を取得する探傷信号取得部と、
   前記被検体から受信した超音波の振幅が正負を含めて一致することにより検出判定を行うための正側の境界エコー検出閾値と負側の境界エコー検出閾値とが記録されているデータベースと、
   前記データベースに記録された前記正側の境界エコー検出閾値および前記負側の境界エコー検出閾値のそれぞれを用いて、前記探傷信号の正側境界エコー検出時刻および負側境界エコー検出時刻を検出し、前記正側境界エコー検出時刻および前記負側境界エコー検出時刻のうち何れかを基準時刻として選択する境界エコー検出手段と、
   前記基準時刻から所定時間を減算することによりきずエコー検出ゲートの終点を設定するゲート設定手段と、
   前記きずエコー検出ゲート内の探傷信号の振幅を用いてきずエコーの検出を行うきずエコー検出手段と、
   を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
6. 前記境界エコー検出手段は、前記正側境界エコー検出時刻と前記負側境界エコー検出時刻とのうち遅い時刻を基準時刻として選択する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の超音波探傷装置。
7. 前記ゲート設定手段は、前記境界エコー検出手段において前記正側境界エコー検出時刻と前記負側境界エコー検出時刻とのうち何れかを選択したかに応じて前記所定時間を選択する
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の超音波探傷装置。
8. 前記探傷信号取得部が取得した複数回分の探傷信号を一時記憶する記憶部と、
   前記境界エコー検出手段が選択した前記基準時刻に基づいて前記探傷信号を整列し、前記探傷信号の同期加算平均を行うことにより減算用信号を作成する同期加算手段と、
   前記記憶部に記憶された探傷信号のうち最新の探傷信号から前記減算用信号を減算して減算処理後の探傷信号を作成する信号減算手段とを更に備え、
   前記きずエコー検出手段は、前記減算処理後の探傷信号の振幅を用いてきずエコーの検出を行うことを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の超音波探傷装置。

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