JP2019219405A - 物体における幾何学的特徴の決定のための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】物体における幾何学的特徴の決定のための方法およびシステムが提供される。【解決手段】方法は、物体に入射する超音波ビームに対する少なくとも１つの幾何学的特徴応答を受けるステップを含む。入射する超音波ビームは、複数の超音波振動子のうちの１つから生成される。また、物体の体積表示が複数の物体パラメータに基づいて生成される。物体の体積表示および複数の振動子パラメータは、物体における予測ビーム横断経路を生成するために使用される。予測ビーム横断経路は、超音波ビームに対する予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップを生成するために利用される。物体の体積表示上の位置は、受けられた幾何学的特徴応答が前記位置に対応する予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに、幾何学的特徴の位置として決定される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般に、超音波検査システムの分野に関し、具体的には、物体における幾何学的特徴の決定のための方法およびシステムに関する。

物体のための非破壊検査（ＮＤＴ）の分野での超音波ビームの使用は、良く知られており、また、幅広く用いられる。パイプ、固体ロッド、金属スチール、および、金属鋼片などの物体は、しばしば、超音波ビームの使用によって検査される。超音波検査は、物体における溶接部、多孔性、腐食、スラグ、亀裂、および、溶接欠陥などの幾何学的特徴の存在を決定するために使用される。

超音波検査において、物体は、物体の長さにわたって配置される振動子からの超音波ビームに晒される。物体の異なる部分からの入射超音波ビームに対する応答は、振動子によって収集される。その後、物体における幾何学的特徴の位置を突き止めるために応答の振幅が解析される。

実用的な用途において、物体は、特に超音波ビームを様々な入射角をもって物体へと伝送するように配置される振動子の配列に通される。検査されるべき物体内の全ての対象領域は、各振動子から伝送される超音波ビームに対する応答を生成するために、この形態の振動子に通される。そのため、各物体の問い合わせは、検査中に多量のデータをもたらす。このようにして受けられる多量のデータは、物体上の基準ポイントに対する物体の幾何学的特徴の位置に対して応答の振幅をプロットする応答チャートを生成するために利用される。基準ポイントは、一般に、検査システムのオペレータによって決められる。したがって、幾何学的物体の位置を正確に突き止めるために、オペレータは、異なる振動子からの超音波ビームの形態の結果として幾何学的特徴から得られる出力を表示する複数の応答チャートを手作業で取捨選択しなければならない。

中空パイプを検査するように設計される典型的な超音波検査システムでは、例えば３４個の超音波振動子がパイプを検査するように配置される。各振動子は、パイプを走査して、パイプの外周に沿う所定のポイントでの幾何学的特徴応答を生成する。したがって、１つのパイプのための１つの振動子に関して生成された応答データは、数キロバイトのメモリ記憶スペースを必要とする。そのため、パイプ全体における検査システムからの応答データは、メガバイトのメモリ空間を要することになる。

これらの検査システムにより全ての被検査物体に関して生成されるそのような膨大なデータを扱うためには、データ管理システムの設置が必要とされる。毎日数百の検査物体を扱う典型的な検査設備のデータ負荷を処理するデータ管理システムは、生成されて処理されるデータの量に起因して高価となりやすい。これらのデータ管理システムに関連付けられる費用を回避するべく、超音波検査システムは、物体における特定の位置を選択することにより振動子から得られるデータの一部のみを記憶して、応答チャートを生成する。例えば、特定のシステムでは、物体における所定の距離間の位置で観察される最大振幅を使用して応答チャートを生成する。これらのデータ減少技術は、物体における幾何学的特徴の位置特定に対してエラーを加える。これは、この際、幾何学的特徴の位置が、正確な位置とは対照的に、固定された距離に応じて決定されるからである。

また、オペレータは、物体における幾何学的特徴の位置を突き止めるために、検査システムから得られるデータの解析に多くの時間を費やす。応答チャートの手作業の解釈の結果として、幾何学的特徴の位置特定においてエラーが導入される。更に、オペレータコストも増大され、これが当日の検査システムの利用コストに付加される。

したがって、幾何学的特徴の位置を突き止める際のオペレータの労力を軽減する形態で幾何学的特徴出力を与えるとともに検査システムから得られる限られたデータを解析するための方法およびシステムの必要性がある。

欧州特許出願公開第２，４３９，５２７号明細書

１つの実施形態では、物体における少なくとも１つの幾何学的特徴の位置を決定するための方法が提供される。方法は、物体に入射する超音波ビームに対する少なくとも１つの幾何学的特徴応答を受けるステップを含む。物体に入射する超音波ビームは、物体に沿って配置される複数の超音波振動子のうちの１つから生成される。方法は、複数の物体パラメータに基づいて物体の体積表示を生成するステップを更に含む。また、方法は、物体における予測超音波ビーム横断経路に基づいて超音波振動子から生じる超音波ビームに対する予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップを生成するステップを含む。予測超音波ビーム横断経路は、物体の体積表示と複数の振動子パラメータとに基づいて生成される。更に、方法は、物体の体積表示上の位置を、受けられた幾何学的特徴応答が前記位置に対応する予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに、幾何学的特徴の位置として決定するステップを含む。

他の実施形態では、物体における少なくとも１つの幾何学的特徴の位置を決定するためのシステムが提供される。システムは、物体上で超音波ビームを伝送するとともに、超音波ビームに対する少なくとも１つの幾何学的特徴応答を受けるように構成される少なくとも１つの超音波振動子を含む。システムはプロセッサを更に含む。プロセッサは、複数の物体パラメータに基づいて物体の体積表示を生成するように構成される。また、プロセッサは、物体における予測超音波ビーム横断経路に基づいて超音波振動子から生じる超音波ビームに対する予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップを生成するように構成される。予測超音波ビーム横断経路は、物体の体積表示と複数の振動子パラメータとに基づいて生成される。更に、プロセッサは、物体の体積表示上の位置を、受けられた幾何学的特徴応答が前記位置に対応する予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに、幾何学的特徴の位置として決定するように構成される。

更なる他の実施形態では、物体上の少なくとも１つの幾何学的特徴応答の位置を決定する方法をプロセッサに実行させる持続性コンピュータ可読媒体が提供される。持続性コンピュータ可読媒体は、物体に入射する超音波ビームに対する幾何学的特徴応答を受けるためのプログラム命令を含む。物体に入射する超音波ビームは、少なくとも１つの超音波振動子によって生成される。また、コンピュータ可読媒体は、複数の物体パラメータに基づいて物体の体積表示を生成するためのプログラム命令を含む。更に、コンピュータ可読媒体は、物体における予測超音波ビーム横断経路に基づいて超音波振動子から生じる前記超音波ビームに対する予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップを生成するためのプログラム命令を含む。予測超音波ビーム横断経路は、物体の体積表示と複数の振動子パラメータとに基づいて生成される。また、コンピュータ可読媒体は、物体の体積表示上の位置を、受けられた幾何学的特徴応答が前記位置に対応する予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに、幾何学的特徴の位置として決定するためのプログラム命令も含む。

本発明は、添付図面に関連する非限定的な実施形態の以下の説明を読むことによって更に良く理解され得る。

物体における幾何学的特徴の位置を決定するための超音波検査システムの典型的な実施形態を示す。 図１の超音波検査システムから得られる典型的な幾何学的特徴応答チャートを示す。 本発明の１つの実施形態に係る典型的な予測ビーム横断経路を示す。 本発明の１つの実施形態に係る物体の体積表示上の幾何学的特徴の位置の典型的な表示を示す。 本発明の１つの実施形態に係る、物体における幾何学的特徴の位置を突き止めるための方法を示す。

ここで、その例が添付図面に示される本発明の典型的な実施形態を参照する。可能な限り、図面の全体にわたって使用される同じ参照数字は、同じあるいは同様の部分を示す。

本明細書中に記載される本発明の実施形態は、物体における幾何学的特徴の決定のための方法およびシステムに関する。少なくとも１つの超音波振動子を使用して生成される超音波ビームは、検査されるべき物体に入射するように伝送される。超音波振動子は、検査されるべき物体の領域の全体の幾何学的形態をカバーするように配置される。物体における１つ以上の幾何学的特徴は、物体において超音波ビームの変化を引き起こし、また、超音波ビームのこの変化は、幾何学的特徴応答と称される。超音波ビームの変化の例としては、反射、散乱、屈折、および、ビームの経路のずれが挙げられるが、これらに限定されない。これらの応答は、超音波振動子によって受けられるとともに、振幅および飛行時間の情報を得るために処理される。幾何学的特徴応答の振幅および飛行時間の情報は、物体における１つ以上の幾何学的特徴の位置を決定するために処理される。

受けられた幾何学的特徴応答から１つ以上の幾何学的特徴のうちの少なくとも１つの位置を得るために、物体の体積表示が生成される。物体の体積表示は、物体の長さ、物体の直径、および、物体の厚さなどの複数の物体パラメータを使用して生成される。また、予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップが生成される。時間マップは、予測超音波ビーム横断経路に基づいて生成される。予測超音波ビーム横断経路は、複数の振動子パラメータと物体の体積表示とに基づいて生成される。ビーム横断経路を生成するために利用される振動子パラメータとしては、振動子の入射角度、振動子のサイズ、振動子の幾何学的形態、および、物体に対する振動子の位置が挙げられるが、これらに限定されない。受けられた幾何学的応答は、その後、体積表示上の幾何学的特徴の位置を決定するために時間マップと比較される。以上については、添付図面を用いて、後段の段落で更に詳しく説明する。

図１は、超音波検査システム１００の典型的な実施形態を示す。超音波検査システム１００は、検査されるべき物体１０２と、複数の超音波振動子１０４と、プロセッサ１０６と、ユーザインタフェース１０８と、メモリ１１０とを含む。超音波検査システム１００は、物体における幾何学的特徴の存在および位置を見つけるために物体１０２を非破壊的に検査する。検査されるべき物体１０２は、特定の実施形態によれば、中空構造または中実構造であってもよい。特に、物体１０２の例としては、パイプ、シート、ロッド、ノズル、および、鋼片が挙げられるが、これらに限定されない。超音波検査システム１００によって検査されるべき幾何学的特徴としては、例えば、物体１０２における異常、亀裂、溶接部、溶接部の欠陥、多孔性、腐食、および、スラグを挙げることができるが、これらに限定されない。関連する物体の幾何学的形態がカバーされるようにするために、物体１０２に対する複数の超音波振動子１０４の配置に基づく様々な形態を想定し得る。異なるタイプの振動子形態としては、縦方向、横方向、熱影響域（ＨＡＺ）、および、タンデム形態の振動子が挙げられるが、これらに限定されない。図１に示される超音波振動子１０４の形態は、位置が突き止められるべき幾何学的特徴のタイプに基づいて決定される。振動子１０４が物体１０２に対して配置される角度は、振動子１０４により伝送される超音波ビームに対して異なる入射角をもたらす。複数の超音波振動子１０４が一方向振動子または双方向振動子であってもよい。１つの実施形態において、振動子１０４は、物体１０２に入射する超音波ビームを生成するために使用される電磁音響振動子（ＥＭＡＴ）を表してもよい。

プロセッサ１０６は、特定の実施形態では、マイクロプロセッサなどの中央処理ユニット（ＣＰＵ）を備えてもよく、あるいは、ＣＰＵの機能を果たすために協働する任意の適した数の特定用途向け集積回路を備えてもよい。プロセッサ１０６がメモリ１１０を含んでもよい。メモリ１１０は、電子的な、磁気的な、光学的な、電磁的な、または、赤外線のシステム、装置、または、デバイスであってもよい。一般的な形態のメモリ１１０としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリオーメモリ（ＰＲＯＭ）、および、ＥＥＰＲＯＭ、または、書き換え可能なＣＤＲＯＭあるいはＤＶＤなどの光学記憶デバイスが挙げられる。プロセッサ１０６は、物体１０２の幾何学的特徴を決定するためのシステムに関連付けられるプログラム命令を実行できるとともに、それらの命令または幾何学的特徴を決定する過程で生じてもよい他の行為に応じて機能することができる。そのようなプログラム命令は、論理機能を実施するために実行可能な命令のリストを備える。リストは、命令を取り出して、処理して、実行することができるコンピュータベースのシステムにより使用するためのあるいは該システムと接続する任意のコンピュータ可読媒体中に具現化され得る。あるいは、処理の一部または全部が更なるプロセッサ１０６によって遠隔的に行われてもよい。

超音波振動子１０４は、例えば、固定電子アーム上または可動電子アーム上に配置されてもよい。１つの実施形態において、プロセッサ１０６は、検査されるべき幾何学的形態をカバーするべく振動子１０４を保持するそのような電子アーム（図示せず）を物体１０２の長さに沿って移動させるように構成されてもよい。あるいは、電子アームが保持固定されてもよく、その状態で、物体１０２が超音波振動子１０４の配列を横切って移動される。更にまた、振動子１０４からの超音波ビームを検査されるべき物体１０２の領域に入射させるべく伝送できるように電子アームおよび物体１０２の両方が協調して移動されてもよい。特定の実施形態において、物体１０２は、物体１０２を移動させるおよび／または回転させるための可動レール上に配置されてもよい。特定の他の実施形態において、超音波振動子１０４は、オペレータによる検査のために物体１０２の長さに沿って移動されてもよい手持ち式のプローブアセンブリに配置されてもよい。

検査中、超音波振動子１０４のそれぞれは、超音波ビームを生成して物体１０２に入射するように伝送する。超音波物ビームは超音波振動子１０４から物体１０２へと進み、また、物体１０２の幾何学的特徴の存在に起因して引き起こされる幾何学的特徴応答が振動子１０４によって受けられる。超音波振動子１０４は、双方向性の場合、物体１０２の幾何学的特徴からの応答を受けるように構成される。他の形態では、振動子１０４が一方向性のとき、１つの振動子１０４が超音波ビームを伝送するとともに、他の振動子１０４が物体１０２の幾何学的特徴からの応答を収集するようになっている。例えば、タンデム形態の振動子１０４では、２つの振動子１０４が超音波ビームを伝送するために物体１０２の対象領域の一方側に配置されるとともに、１つの振動子１０４が幾何学的特徴からの応答を受けるように配置される。

プロセッサ１０６は、物体１０２の異なる部分から幾何学的特徴応答振幅を取得する応答チャートを生成するために振動子１０４から幾何学的特徴応答を受ける。１つの実施形態において、プロセッサ１０６は、応答チャートをディスプレイスクリーン上に表示するように構成される。他の実施形態において、プロセッサ１０６は、ユーザインタフェース１０８に応答を表示するように構成される。

プロセッサ１０６により生成される応答チャートは、その後、物体１０２における幾何学的特徴の存在および位置を決定するためにオペレータによって解析される。解析中、幾何学的特徴応答のための振幅閾値が規定される。オペレータは、規定された閾値よりも大きい振幅と対応する位置を、幾何学的特徴に対応する位置であると見なす。超音波検査システム１００のための典型的な応答チャートが図２に与えられる。

物体１０２が検査される前に、検査のリファレンスランが超音波検査システム１００によって行われてもよい。リファレンスランでは、超音波振動子１０４から生成される超音波ビームが、幾何学的特徴の既知の位置を伴う基準物体に入射するように伝送される。振動子１０４により受けられる基準物体からの応答の振幅は、その後、幾何学的特徴の既知の位置からの応答が規定された閾値を上回るかどうかを決定するために使用される。振幅から決定された位置が既知の位置と一致するようにするために、超音波振動子１０４のうちの１つ以上の位置を変えるなどの較正作業が行われてもよい。

図２は、物体１０２から超音波検査システム１００のプロセッサ１０６により生成されてユーザインタフェース１０８に表示される典型的な幾何学的特徴応答チャート２０２である。図２の応答チャート２０２は、物体１０２から受けられる入射超音波ビームに対する応答を表す１次元応答チャートである。特定の実施形態において、振動子１０４により受けられる幾何学的特徴応答はメモリ１１０に記憶される。プロセッサ１０６は、メモリ１１０に記憶されたこのデータ読み出して応答チャート２０２を生成する。特定の実施形態において、振動子１０４は、振動子１０４とプロセッサ１０６との間の通信チャネルを介して幾何学的特徴応答をプロセッサ１０６へ伝送するように構成される。通信チャネルは有線／無線ネットワークであってもよい。他の実施形態において、幾何学的特徴応答は、検査システム１００とプロセッサ１０６との間の通信チャネルを介してプロセッサ１０６へ伝送される。特定の実施形態において、プロセッサ１０６は、超音波検査システム１００と通信する遠隔サーバシステムの一部であってもよい。このとき、超音波振動子１０４は、幾何学的特徴応答をプロセッサ１０６へ伝送するように構成される少なくとも１つの送信器に結合されてもよい。図２の応答チャートでは、物体１０２の幾何学的特徴からの入射超音波ビームに対する応答の振幅２０４が、物体１０２における応答の位置２０６に対してプロットされる。振幅が周波数の単位を表してもよく、一方、応答の位置２０６は、物体１０２上の基準点に対して測定されて、例えば長さの単位を表してもよい。物体における特定の幾何学的特徴の存在を決定するために、振幅閾値がオペレータによって規定される。振幅値が閾値を上回る位置は、幾何学的特徴の位置に対応する。例えば、ポイント２０８に対応する応答の振幅が規定された閾値を超える場合には、ポイント２０８に対応する位置軸線２０６上のポイントに幾何学的特徴が存在するという結論が出されてもよい。物体１０２に関して超音波検査システム１００により検査が行われている間に、振動子１０４からそれぞれの超音波振動子ごとにそのような応答チャートがプロセッサ１０６によって生成される。応答チャートは、ペーパー上であるいはディスプレイを介してオペレータにより観察されてもよい。

特定の実施形態において、物体１０２の幾何学的形態は、物体１０２の‘ピッチ’と称される更に小さいセグメントに分けられる。例えば、図１に示される物体１０２においては、物体１０２の長さが更に小さいセグメント１１２に分割されてもよく、その場合、各セグメントが物体１０２におけるピッチと称される。特定の実施形態において、物体１０２は、異なるサイズのセグメント１１２に分けられてもよい。また、物体１０２が同じサイズのセグメント１１２を有してもよい。特定の実施形態では、物体１０２の全てのピッチに関する応答の振幅からの最大値が応答チャートにプロットされる。更に、特定の実施形態では、物体１０２のそれぞれのピッチごとに、最大振幅幾何学的特徴応答に対応する位置に関して飛行時間情報が収集される。

本技術において、物体１０２の異なるポイントからの振動子１０４により受けられる応答に関する飛行時間情報は、物体１０２における幾何学的特徴の存在を決定するために使用される。１つの実施形態において、受けられた幾何学的特徴応答のそれぞれは、予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップ内のポイントと比較される。予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップは、予測ビーム横断経路に基づいてプロセッサ１０６により生成される。プロセッサ１０６は、複数の振動子パラメータと物体１０２の体積表示とに基づいて予測ビーム横断経路を生成する。物体１０２の体積表示は、複数の物体パラメータに基づいてプロセッサ１０６により生成される。物体パラメータとしては、物体厚さ、物体直径、物体幾何学的形態、および、物体長さが挙げられるが、これらに限定されない。物体幾何学的形態としては、物体１０２の形状に関連する細部、湾曲の角度、円錐角、および、物体１０２で観察される屈曲部が挙げられるが、これらに限定されない。物体１０２の利用可能な幾何学的情報に基づいて、物体１０２がプロセッサ１０６により再構成されて、物体１０２の３次元画像が生成される。３次元画像は、特定の実施形態では、ＡｕｔｏＣＡＤ（商標）およびＣＡＴＩＡ（商標）などの３次元モデリングソフトウェアを利用することによってプロセッサ１０６により生成される。特定の実施形態では、物体１０２の幾何学的に比例する物理的モデルが物体１０２の体積表示として利用される。

図３は、振動子１０４により伝送される超音波ビームの典型的な物体１０２における予測ビーム横断経路３０４を示す。予測ビーム横断経路３０４は、超音波振動子１０４により伝送される超音波ビームが物体１０２内でとる経路の表示である。予測ビーム横断経路３０４は、物体１０２の体積表示と振動子１０４に固有の複数の振動子パラメータとに基づいて決定される。予測ビーム横断経路３０４は、超音波ビームを伝送する超音波振動子１０４の入射角に基づいて生成される。振動子１０４の入射角は、検査される必要がある物体１０２の対象領域３０２に基づいて選択される。振動子１０４に関する入射角は、超音波ビームが所望の対象領域３０２全体に入射するように選択される。また、物体１０２に沿う伝送超音波振動子１０４の位置および伝送振動子１０４の動作周波数も物体１０２におけるビーム横断経路３０４に影響を及ぼす。他の実施形態において、振動子１０４と関連付けられるスキュー角（すなわち、振動子１０４が物体１０２に対して「面内」であろうとあるいは「面外」であろうと）は、予測ビーム横断経路３０４を生成するために利用されてもよい。特定の実施形態において、システム１００のオペレータは、ユーザインタフェース１０８を介して複数の振動子パラメータをプロセッサ１０６へ与える。典型的な例示において、項目３０６は、振動子１０４からのビーム３０４の発生ポイントを表す。ビームは、超音波振動子１０４のポイント３０６を起点に生じて、物体１０２内で変向を受ける。ビームは、物体１０２内を進行し続けて、特定の実施形態では経路中で複数の変向を受ける場合がある。項目３０８は、物体１０２におけるビーム３０４のための典型的な変向ポイントである。

ビーム横断経路３０４の決定は、変向ポイントと共にビーム横断経路長を決定することを伴う。経路長および変向ポイントは、伝送超音波振動子１０４の入射角と、物体１０２内でのビーム伝搬を支配する物理的原理とに基づいて決定される。ビームがどのようにして固体物および気体を通じて進行するのかを決定する超音波光線理論、屈折のスネルの法則、音響反射の法則、および、フェルマーの原理などの原理は、予測ビーム横断経路３０４を決定するために利用される。

合焦されない超音波ビームは、ビーム広がりと称されるビームの横方向の広がりを支配する円錐角をもって、ビーム横断経路に沿って伝送される。振動子１０４から発するビームに関する超音波ビーム広がりは、振動子１０４のサイズと、振動子１０４の幾何学的形態と、振動子１０４の入射角とに基づいて決定される。振動子１０４から発するビームに関して決定されたビーム広がりは、予測ビーム横断経路３０４を生成するためにビーム横断経路長にわたって適用される。

特定の実施形態では、物体１０２中での音の速度が一定であると仮定される。音の速度は、物体１０２における異なる位置で計算することもできる。異なる位置での音の速度は、予測ビーム横断経路３０４に影響を及ぼす。特定の実施形態において、異なる位置での音の速度は、予測ビーム横断経路３０４を補正するために利用される。特定の実施形態によれば、物体１０２中での音の速度は、物体１０２に沿う２つのポイントに位置付けられる振動子１０４を利用することによって計算されてもよい。振動子１０４のうちの一方が超音波ビームを伝送し、また、他方の振動子１０４が伝送される超音波ビームを受ける。振動子１０４間の既知の距離と、一方の振動子１０４から他方の振動子１０４へと進行するために超音波ビームにより要される時間とに基づいて、音の速度が計算される。

予測ビーム横断経路３０４を利用して、それぞれの入射超音波ビームごとの予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップが決定される。それぞれのビームごとの予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップの生成中、それぞれの予測ビーム横断経路３０４が更に小さい光線へと分割される。各光線経路上にわたって、幾何学的特徴の存在が仮定される。また、予測ビーム横断経路３０４は、元の振動子１０４へと戻る応答の経路を決定するためにも利用される。物体１０２における超音波ビームの速度、および、ビーム横断経路３０４上のビームの発生源３０６から仮定された幾何学的特徴へと至ってビームが振動子１０４へ戻るまでに超音波ビームによりカバーされる距離は、光線経路中の各幾何学的特徴からの超音波ビームにおける飛行時間を計算するために利用される。予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップは、各予測ビーム横断経路３０４中の全ての光線に沿う幾何学的特徴の存在の仮定に基づいて形成されるそれぞれの超音波ビームごとの飛行時間情報のリストであってもよい。

特定の実施形態によれば、物体１０２における超音波ビームの速度を計算するために検査のリファレンスランが利用される。テストランでは、幾何学的特徴の位置が知られると、１つの振動子１０４からの超音波ビームが幾何学的特徴に入射するように伝送される。このようにして収集される幾何学的特徴応答の飛行時間は、超音波ビームの速度を計算するために使用される。複数の振動子１０４によって伝送される超音波ビームに関して収集される幾何学的特徴応答は、物体１０２における超音波ビームの速度を計算するために使用されてもよい。

予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップは、その後、受けられた幾何学的特徴応答と比較される。受けられた幾何学的特徴応答は、幾何学的特徴応答の振幅が規定された閾値よりも大きい物体１０２内の位置に関する飛行時間情報を含む。受けられた幾何学的特徴応答の飛行時間に相当する予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップからのポイントに対応する位置は、幾何学的特徴の位置として決定される。

特定の実施形態において、予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップは、物体１０２の対象領域に入射し得る超音波ビームを伝送できるように物体１０２に対して所定の角度で配置される複数の振動子１０４から生じる超音波ビームに関する予測ビーム横断経路３０４に基づいて生成される。例えば、図３では、超音波ビームを物体１０２の同じ対象領域３０２へと伝送するように２つの振動子１０４が物体１０２上に配置される。そのため、２つの振動子１０４からの２つの予測ビーム横断経路３０４が決定される。対象領域３０２内の幾何学的特徴の位置は、予測ビーム横断経路３０４のそれぞれに基づいて個別に決定される。２つの異なる予測ビーム横断経路３０４を通じて決定される位置は、幾何学的特徴の最終的な位置を決定するために比較される。

特定の実施形態によれば、超音波ビームを対象領域３０２に入射するように伝送するべく複数の振動子１０４が配置される場合、振動子１０４により受けられる幾何学的特徴応答の振幅情報は、幾何学的特徴のサイズを決定するために利用されてもよい。例えば、特定の幾何学的特徴応答においては、超音波ビームが幾何学的特徴に入射したかどうかあるいは幾何学的特徴が超音波ビームのエッジのうちの１つに存在したかどうかが予測ビーム横断経路３０４から決定されてもよい。そのため、そのような超音波ビームにおける幾何学的特徴応答の振幅は、幾何学的特徴のサイズの正確な推定値を与えなくてもよい。他の振動子１０４のための予測ビーム横断経路３０４は、特定の幾何学的特徴に入射する超音波ビームを決定するために利用されてもよく、また、幾何学的特徴のサイズは、他の振動子１０４のための幾何学的特徴応答に含まれる振幅情報に基づいて決定されてもよい。

図４は、本発明の１つの実施形態に係る物体の体積表示上の幾何学的特徴の位置の典型的な表示を示す。項目４０４は、物体１０２の体積表示４０２内の１つ以上の幾何学的特徴の位置を描く。物体１０２の体積表示４０２は、物体サイズ、物体直径、および、物体厚さのような物体パラメータに基づいて生成される。物体パラメータは、特定の実施形態では、体積表示４０２を生成するためにユーザインタフェース１０８を介してオペレータによってプロセッサ１０６へ与えられる。体積表示４０２は、ビーム伝搬を支配する物理的原理と共に、予測ビーム横断経路３０４を決定するために更に使用される。予測ビーム横断経路３０４が更に小さいセグメントに分けられ、また、欠陥がそれぞれのセグメント内にビーム横断経路３０４に沿って位置付けられると仮定される。入射超音波ビームに対する予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップは、仮定された欠陥位置に基づいて決定される。更に、受けられた幾何学的特徴応答が予測幾何学的特徴応答と比較される。受けられた幾何学的特徴応答は、特定の実施形態によれば、予測飛行時間幾何学的特徴応答との比較のために、ユーザインタフェース１０８を介してプロセッサ１０６へ与えられる。他の実施形態において、受けられた幾何学的特徴応答は、比較のためにプロセッサ１０６によりメモリ１１０から読み出されてもよい。

物体１０２の体積表示４０２内のポイントは、受けられた幾何学的特徴応答の飛行時間が前記ポイントに対応する予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに幾何学的特徴の位置であると決定されてもよい。例えば、図示の例において、項目４０４は、受けられた幾何学的特徴応答の飛行時間が予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するポイントを描く。更に、予測飛行時間幾何学的特徴応答が受けられた幾何学的特徴応答に相当し得る予測ビーム横断経路３０４内の長手方向区域が幾何学的特徴の位置として決定されてもよい。そのようなケースでは、幾何学的特徴の位置は、物体１０２の体積表示４０２内のポイントの帯であってもよい。

また、特定の実施形態において、幾何学的特徴の位置は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸４０６上のポイント４０４の座標に関して表示される。軸４０６はそれぞれ、物体１０２の体積表示４０２の長さ、幅、および、高さに沿って延びる。例えば、体積表示４０２から、ポイント４０４に関する位置がＸ、Ｙ、Ｚ軸上の対応するポイントに関して表される。

１つの実施形態において、ポイント４０４は、ユーザインタフェース１０８上の体積表示４０２上に表示される。特定の実施形態では、受けられた幾何学的特徴応答の飛行時間をオペレータがユーザインタフェース１０８を介して入力すると、プロセッサ１０６は、対応する予測飛行時間幾何学的特徴応答がオペレータにより入力された受けられた幾何学的特徴応答に相当するポイント４０４を決定して、そのポイント４０４をユーザインタフェース１０８上の体積表示４０２上に表示する。プロセッサ１０６は、入力された飛行時間と、予測飛行時間幾何学的応答の時間マップからの各ポイントとを比較する。予測飛行時間幾何学的応答における各ポイントは、物体１０２の体積表示４０２上に空間的に位置付けられる。入力された飛行時間が予測飛行時間幾何学的特徴応答に等しいポイント４０４が幾何学的特徴の位置として決定される。幾何学的特徴の位置は、特定の実施形態では、軸４０６の関数としてユーザインタフェース１０８上に表示されてもよい。

図５は、物体１０２における幾何学的特徴の位置を決定するための方法を示すフロー図である。まず始めに、複数の振動子１０４のうちの１つから生成される超音波ビームが物体１０２に入射するように伝送される。５０２では、入射超音波ビームに対する幾何学的特徴の応答が振動子１０４のうちの１つによって受けられる。５０４では、複数の物体パラメータに基づいて物体１０２の体積表示４０２が生成される。物体パラメータとしては、例えば、物体のサイズ、厚さ、および、直径が挙げられる。５０６では、予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップが生成される。予測飛行時間幾何学的特徴応答は、物体１０２における予測超音波ビーム横断経路３０４に基づいて生成される。また、予測超音波ビーム横断経路３０４は、体積表示４０２と複数の振動子パラメータとに基づいて生成される。超音波ビームを伝送する振動子１０４からの予測ビーム横断経路３０４に影響を及ぼす振動子パラメータとしては、振動子１０４の入射角、物体１０２に対する振動子１０４の位置、振動子１０４の幾何学的形態、および、振動子１０４の周波数が挙げられるが、これらに限定されない。５０８において、体積表示４０２上のポイント４０４は、受けられた幾何学的特徴応答の飛行時間がポイント４０４に対応する予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに幾何学的特徴の位置として決定される。

特定の実施形態では、幾何学的特徴の存在を検出するために、ビーム横断経路３０４に沿う単一でない欠陥の存在を仮定することによって予測飛行時間幾何学的特徴応答が計算される。受けられた幾何学的特徴応答は、その後、プロセッサ１０６により、そのような予測飛行時間幾何学的特徴応答と比較される。受けられた幾何学的特徴応答が予測飛行時間幾何学的特徴応答からの任意のポイントに相当しないときには、幾何学的特徴の存在がプロセッサ１０６により検出される。

特定の実施形態において、ポイント４０４は、幾何学的特徴の大きさ、および、幾何学的特徴応答の位置の決定の精度のうちの少なくとも一方を示すために色分けされてもよい。幾何学的特徴の大きさ、例えば、検出されるべき異常のサイズは、超音波ビームにおける幾何学的特徴応答の大きさに基づいて決定されてもよい。

また、ポイント４０４が決定された後、物体１０２上のポイント４０４の位置がメモリ１１０に記憶される。メモリ１１０に記憶された情報は、新たな物体における幾何学的特徴を決定する際に生じる場合があるエラーを較正するために利用される。プロセッサ１０６は、メモリ１１０に記憶されるポイント４０４の位置と物体１０２における幾何学的特徴の実際の位置とを比較するように構成される。比較は、物体１０２における幾何学的特徴の決定の際に生じるエラーを較正するために利用される。

更に、物体１０２が検査される前に行われる検査のリファレンスランは、物体１０２における超音波ビームの速度を較正するために利用されてもよい。リファレンスラン中に、幾何学的特徴の位置が知られると、飛行時間情報が既知の幾何学的特徴に関して受けられる。予測ビーム横断経路３０４がリファレンスランのために決定され、また、前述の技術を利用して既知の幾何学的特徴の位置が決定される。幾何学的特徴の位置が既知の位置とは異なるように観察される場合には、決定された位置が幾何学的特徴の既知の位置と一致するように超音波ビームの速度が調整されてもよい。

特定の実施形態において、受けられた幾何学的特徴応答および予測飛行時間幾何学的応答は、検査されるべき物体１０２におけるい幾何学的特徴の方向を決定するために比較される。受けられた幾何学的特徴応答が予測飛行時間幾何学的特徴応答における任意のポイントに対応しない場合、プロセッサ１０６は、予測ビーム横断経路３０４を介して、物体１０２に対する幾何学的特徴の方位角を決定してもよい。更に、特定の実施形態では、幾何学的特徴から受けられる幾何学的特徴応答と物体１０２に沿う異なる位置からの振動子１０４により伝送される複数の超音波ビームとを比較することによって、幾何学的特徴が物体１０２の法線軸に対して角度を成して方向付けられるかどうかが決定されてもよい。

更に、特定の実施形態において、物体１０２における幾何学的特徴の位置が知られると、伝送される超音波ビームを所要の角度で幾何学的特徴に入射させるために必要とされる振動子１０４の形態を決定するために、予測飛行時間幾何学的特徴応答が受けられた幾何学的特徴応答と比較される。受けられた幾何学的特徴応答に相当する幾何学的特徴応答を有する予測ビーム横断経路３０４からの光線における超音波ビームの入射のポイントが決定される。入射のポイントは、その後、入射超音波ビームが所要の角度で物体１０２と出会うように振動子１０４の形態を変えるべく使用される。

このように、前述した様々な実施形態は、物体における幾何学的特徴の決定のための方法およびシステムを提供する。体積表示上の位置の決定は、物体における幾何学的特徴の直観的な表示をもたらす。体積表示は、オペレータが素早い補正措置をとることができるようにする欠陥の正確な位置も与える。また、システムおよび方法は、超音波検査システムから現在利用できる応答チャートの解釈に伴う複雑さを減らす。更に、振動子から利用できる限られた情報が幾何学的特徴の位置を決定するために利用され、それにより、位置を決定するための処理時間の量が減少される。方法では、幾何学的特徴の位置の決定を精緻化するために、複数の振動子または幾何学的特徴に入射する超音波ビームの複数の入射角も利用される。

先の説明が例示的であって限定的でないように意図されることが理解されるべきである。例えば、前述した実施形態（および／または実施形態の態様）が互いに組み合わせて使用されてもよい。また、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示内容に適合させるために多くの変更がなされてもよい。本明細書中に記載される材料の寸法およびタイプは、本発明のパラメータを規定するようになっているが、決して限定的ではなく、典型的な実施形態である。先の説明を検討すると、多くの他の実施形態が当業者に明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に関連して、そのような特許請求の範囲が享受する等価物の全範囲と共に、決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その場合（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれの用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」のプレインイングリッシュの等価物として使用される。また、以下の特許請求の範囲において、用語「第１の」「第２の」等は、単にラベルとして使用されるにすぎず、数値要件または位置要件をそれらの対象に課すように意図されない。更に、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、更なる構造を欠く機能の記述が後に続く表現「〜ための手段」をそのような特許請求の範囲の限定が明示的に使用しなければ且つ使用するまで３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６項に基づいて解釈されるように意図されない。

この書かれた説明は、最良の形態を含む本発明の幾つかの実施形態を開示するために実施例を使用し、また、任意のデバイスまたはシステムを形成して使用すること、および、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が本発明の実施形態を実施できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を有する場合、あるいは、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉との実体のない差異を伴う等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に入るように意図される。

単数形で列挙されて単語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」を伴って続く本明細書中で使用される要素またはステップは、前記要素またはステップの複数形を排除しないように理解されるべきである。ただし、そのような排除が明確に述べられる場合を除く。また、本発明の「１つの実施形態」への言及は、列挙された特徴も組み入れる更なる実施形態の存在を排除するように解釈されるべく意図されない。更に、反対のことが明確に述べられなければ、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える」「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有さない更なるそのような要素を含んでもよい。

本明細書中に含まれる本発明の思想および範囲から逸脱することなく、物体における幾何学的特徴の位置の決定のための前述した方法およびシステムにおいて特定の変更がなされてもよいため、前述のあるいは添付図面に示される主題の全ては、本明細書中の発明概念を例示する単なる例として解釈されるべきであり、本発明を限定するように解釈されるべきでないことが意図される。

１００ 超音波検査システム
１０２ 物体
１０４ 伝送超音波振動子、超音波振動子、伝送振動子、振動子
１０６ プロセッサ
１０８ ユーザインタフェース
１１０ メモリ
１１２ セグメント
２０２ 応答チャート
２０４ 振幅
２０６ 位置軸線
２０８ ポイント
３０２ 対象領域
３０４ 予測ビーム横断経路、予測超音波ビーム横断経路、ビーム横断経路、ビーム
３０６ ビームの発生源、ポイント
４０２ 体積表示
４０４ ポイント
４０６ Ｘ、Ｙ、Ｚ軸

Claims (18)

1. 物体（１０２）における少なくとも１つの幾何学的特徴の位置を決定するための方法において、
   前記物体（１０２）に入射する超音波ビームに対する少なくとも１つの幾何学的特徴応答を受けるステップであって、前記超音波ビームが複数の超音波振動子（１０４）のうちの１つから生成される、ステップと、
   複数の物体パラメータに基づいて前記物体（１０２）の体積表示（４０２）を生成するステップと、
   前記物体（１０２）における予測超音波ビーム横断経路（３０４）に基づいて前記超音波振動子（１０４）から生じる前記超音波ビームに対する予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップを生成するステップであって、前記予測超音波ビーム横断経路（３０４）は、前記物体（１０２）の前記体積表示（４０２）と複数の振動子パラメータとに基づいて生成される、ステップと、
   前記物体（１０２）の前記体積表示（４０２）上の位置を、受けられた幾何学的特徴応答が前記位置に対応する前記予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに、幾何学的特徴の位置として決定するステップと、
   を備える方法。
2. 前記予測超音波ビーム横断経路（３０４）は、前記物体（１０２）の内側でとられる前記超音波振動子（１０４）からの前記超音波ビームの経路の表示である請求項１に記載の方法。
3. 前記幾何学的特徴応答を収集する前に前記物体（１０２）に対して前記複数の超音波振動子（１０４）を較正するステップを備える請求項１に記載の方法。
4. 前記幾何学的特徴は、前記物体（１０２）で観察される異常を備える請求項１に記載の方法。
5. 少なくとも１つの幾何学的特徴応答を受ける前記ステップは、１次元応答チャート（２０２）を受けるステップを更に備える請求項１に記載の方法。
6. 前記１次元応答チャート（２０２）は、前記幾何学的特徴から前記超音波ビームに関して受けられる応答における振幅（２０４）情報を備える請求項５に記載の方法。
7. 前記複数の物体パラメータは、前記物体（１０２）の直径、前記物体（１０２）の長さ、前記物体（１０２）の幾何学的形態、および、前記物体（１０２）の厚さのうちの少なくとも１つを備える請求項１に記載の方法。
8. 前記複数の振動子パラメータは、前記物体（１０２）に沿う前記超音波振動子（１０４）の位置、前記振動子（１０４）のサイズ、前記振動子（１０４）のための入射角、および、前記振動子（１０４）の周波数を備える請求項１に記載の方法。
9. 物体（１０２）における少なくとも１つの幾何学的特徴の位置を決定するためのシステムにおいて、
   前記物体（１０２）内で超音波ビームを伝送するとともに、前記超音波ビームに対する少なくとも１つの幾何学的特徴応答を受けるように構成される少なくとも１つの超音波振動子と、
   プロセッサ（１０６）と、
   を備え、前記プロセッサ（１０６）は、
   複数の物体パラメータに基づいて前記物体（１０２）の体積表示（４０２）を生成するように構成され、
   前記物体（１０２）における予測超音波ビーム横断経路（３０４）に基づいて前記超音波振動子（１０４）から生じる前記超音波ビームの予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップを生成するように構成され、前記予測超音波ビーム横断経路（３０４）は、前記物体（１０２）の前記体積表示（４０２）と複数の振動子パラメータとに基づいて生成され、
   前記物体（１０２）の前記体積表示（４０２）上の位置を、受けられた幾何学的特徴応答が前記位置に対応する前記予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに、幾何学的特徴の位置として決定するように構成される、システム。
10. 前記予測超音波ビーム横断経路（３０４）は、前記物体（１０２）の内側でとられる前記超音波振動子（１０４）からの前記超音波ビームの経路の表示である請求項９に記載のシステム。
11. 前記物体（１０２）における幾何学的特徴の位置を前記物体（１０２）の体積表示（４０２）上に与えるように構成されるユーザインタフェース（１０８）を更に備える請求項９に記載のシステム。
12. 前記超音波ビームに対する応答は、１次元応答チャート（２０２）の形態で受けられる請求項９に記載のシステム。
13. 前記１次元応答チャート（２０２）は、前記幾何学的特徴から受けられる前記幾何学的特徴応答における振幅（２０４）情報を備える請求項１２に記載のシステム。
14. 前記複数の物体パラメータは、前記物体（１０２）の直径、前記物体（１０２）の長さ、前記物体（１０２）の幾何学的形態、および、前記物体（１０２）の厚さのうちの少なくとも１つを備える請求項９に記載のシステム。
15. 前記複数の振動子パラメータは、前記物体（１０２）に沿う前記超音波振動子（１０４）の位置、前記振動子（１０４）のための入射角、前記振動子（１０４）のサイズ、および、前記振動子（１０４）の周波数のうちの少なくとも１つを備える請求項９に記載のシステム。
16. 前記物体（１０２）における幾何学的特徴の位置を記憶するためのデータ収納部を更に備える請求項９に記載のシステム。
17. 前記プロセッサ（１０６）は、前記データ収納部内に記憶されるデータと前記物体（１０２）における幾何学的特徴の実際の位置との間の比較に基づいて新たな物体における幾何学的特徴の位置におけるエラーを較正するように更に構成される請求項１６に記載のシステム。
18. プロセッサ（１０６）により実行されるときに物体（１０２）における少なくとも１つの幾何学的特徴の位置を決定する方法をコンピュータに実行させるコンピュータ実行可能命令を具現化する持続性コンピュータ可読媒体であって、
    少なくとも１つの超音波振動子（１０４）により生成されて前記物体（１０２）に入射する超音波ビームに対する幾何学的特徴応答を受けるためのプログラム命令と、
    複数の物体パラメータに基づいて前記物体（１０２）の体積表示（４０２）を生成するためのプログラム命令と、
    前記物体（１０２）における予測超音波ビーム横断経路（３０４）に基づいて前記超音波振動子（１０４）から生じる前記超音波ビームの予測飛行時間幾何学的特徴応答の時間マップを生成するためのプログラム命令であって、前記予測超音波ビーム横断経路（３０４）が、前記物体（１０２）の前記体積表示（４０２）と複数の振動子パラメータとに基づいて生成される、プログラム命令と、
    前記物体（１０２）の前記体積表示（４０２）上の位置を、受けられた幾何学的特徴応答が前記位置に対応する前記予測飛行時間幾何学的特徴応答に相当するときに、幾何学的特徴の位置として決定するためのプログラム命令と、
    を備える持続性コンピュータ可読媒体。