JP2021076526A - 超音波探傷システム - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象の仕様の変化に対応可能な超音波探傷システムを得る。【解決手段】超音波探傷を行う超音波プローブ２４にプローブ用マーカ２４Ｍを設け、計測対象において材質及び厚さを示す仕様が連続して同一となる領域の各々に当該仕様を記録した計測対象用マーカを配置する。演算装置１４は、カメラ２０で計測対象を撮像して得た画像データから各々検出したプローブ用マーカと計測対象用マーカとの位置関係に基づいて１つの計測対象用マーカを選択し、選択した計測対象用マーカが示す領域の仕様の情報に基づいて超音波プローブ２４による超音波探傷の条件を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は超音波探傷システムに関する。

特許文献１には、計測対象に関する情報源を取得する手段を持ち、取得した情報源から識別した計測対象に対応する合否の判定基準を決定して計測対象の内部に存在する欠陥を超音波探傷する構成が記載されている。

特開２００７−２７１３７５号公報

超音波探傷において正確な計測結果を得るには、計測対象の仕様(材質及び厚さ)に合わせた超音波の送信及び受信の条件の調整が必要となる。例えば、計測箇所によって計測対象の厚さ又は材質が一様でない場合、計測箇所に応じた計測条件の変更が必要となる。

特許文献１に記載の技術は、計測対象の仕様の変化に応じた計測条件の変更を考慮しておらず、作業者が計測箇所ごとに計測条件を把握しておくか、ＰＣ等に格納された計測条件の情報を参照しながら探傷器の設定を変更する必要があるという問題があった。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、計測対象の仕様の変化に対応可能な超音波探傷システムを得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る超音波探傷システムは、計測対象と対向する状態で超音波探傷により前記計測対象の状態を計測するプローブと、前記プローブに設けられ、前記プローブの存在を示す情報を光学的に読み取り可能な状態で記録した第１マーカと、前記計測対象において材質及び厚さを示す仕様が連続して同一となる領域に各々設けられ、設けられた領域の範囲を示すと共に該設けられた領域の仕様の情報を光学的に読み取り可能な状態で記録した第２マーカと、前記計測対象を撮像する撮像部と、前記撮像部が取得した画像データから各々検出した前記第１マーカと前記第２マーカとの位置関係に基づいて選択した１つの前記第２マーカが示す領域の仕様の情報に基づいて前記プローブによる超音波探傷の条件を設定する制御部と、を含んでいる。

請求項１記載の発明では、計測対象を撮像して取得した画像データに写り込んだ第２マーカから抽出した計測対象の材質及び厚さを示す仕様に基づいて超音波探傷の条件を設定する。

本発明は、計測対象の仕様の変化に対応可能な超音波探傷システムを得ることができる、という効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る超音波探傷システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る超音波探傷システムによる超音波探傷の一態様を示した説明図である。 本発明の第１実施形態に係る超音波探傷システムの演算装置における処理の一例を示したフローチャートである。 計測対象用マーカの選択方法を示した説明図である。 （Ａ）は計測対象用マーカの端部の延長線をエリアの境界とする場合、（Ｂ）は計測対象用マーカにエリアの範囲の情報を記録した場合を各々示した説明図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波探傷システムの演算装置における処理の一例を示したフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る超音波探傷システムの演算装置における処理の一例を示したフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る超音波探傷システムの演算装置における処理の一例を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１には第１実施形態に係る超音波探傷システム１０が示されている。本実施形態に係る超音波探傷システム１０は、演算装置１４の演算に必要なデータ及び演算装置１４による演算結果を記憶する記憶装置１８と、計測対象を撮影するカメラ２０と、計測対象の表面に載置された状態で計測対象の超音波探傷を行う超音波プローブ２４と、カメラ２０で取得した画像データ及び超音波プローブ２４による測定データが入力される入力装置１２と、入力装置１２から入力された入力データ及び記憶装置１８に記憶されたデータに基づいた演算処理で計測対象の欠陥を含む計測対象の状態を推定するコンピュータ等で構成された演算装置１４と、演算装置１４で推定された計測対象の状態を表示するＣＲＴ又はＬＣＤ等で構成された表示装置１６と、で構成されている。入力装置１２は、マウス、キーボード又はタッチパネル等のデバイスを備え、カメラ２０で取得した画像データ及び超音波プローブ２４による測定データの他に、作業者の当該デバイスの操作によって情報を演算装置１４に入力することが可能に構成されている。カメラ２０は１台でもよいが、計測対象が広範の場合には、複数台のカメラ２０を用いてもよい。

超音波プローブ２４は、概略形状が扁平な矩形状とされており、計測対象の表面に接触させた状態で、周波数が０．１ＭＨｚ〜２５ＭＨｚ程度の超音波のパルス信号（以下、「超音波パルス」と略記）を計測対象の表面及び内部に伝播させると共に、当該超音波パルスの反射信号、反射強度及び伝播時間を検出する。計測対象の内部に何らかの欠陥が存在する場合、当該欠陥は音響的な不連続性を有するので、欠陥を有しない部分に対して超音波プローブ２４から伝播された超音波パルスの反射信号、反射強度及び伝播時間に差異が生じ得る。本実施形態では、演算装置１４は、超音波プローブ２４が検出した反射信号、反射強度及び伝播時間に基づいて、欠陥を含む計測対象の内部の状態を推定する。超音波プローブ２４は、作業者によって計測対象の表面を移動させてもよいし、アクチュエータ類で計測対象の表面を移動させてもよい。

図２は、本実施形態に係る超音波探傷システム１０による超音波探傷の一態様を示した説明図である。図２に示したように、計測対象５０は、第１エリア５２、第２エリア５４、第３エリア５６及び第４エリア５８を有する。第１エリア５２は厚さｄ₁で材質Ａで構成され、第２エリア５４は厚さｄ₂で材質Ａで構成され、第３エリア５６は厚さｄ₃で材質Ｂで構成され、そして第４エリア５８は厚さｄ₄で材質Ｂで構成されている。以後、本実施形態では、計測対象５０において、材質及び厚さ等の仕様が連続して同一の領域を「エリア」として定義する。

第１エリア５２の表面には超音波プローブ２４が載置されている。図２に示した例では、超音波プローブ２４は、第１エリア５２から第２エリア５４、第３エリア５６及び第４エリア５８に移動され、第１エリア５２、第２エリア５４、第３エリア５６及び第４エリア５８の超音波探傷を行う。超音波プローブ２４の上面には、超音波プローブ２４が存在することを示すためのプローブ用マーカ２４Ｍが設けられている。プローブ用マーカ２４Ｍは、超音波プローブ２４が存在することを示す情報をバーコード等の一次元コード等、又はＱＲコード（登録商標）等の二次元コード等の光学的に読み取り可能な型式で記録するが、さらに超音波プローブ２４の仕様に関する情報を記録していてもよい。

第１エリア５２の表面には計測対象用マーカ５２Ｍが、第２エリア５４の表面には計測対象用マーカ５４Ｍが、第３エリア５６の表面には計測対象用マーカ５６Ｍが及び第４エリア５８の表面には計測対象用マーカ５８Ｍが各々設置されている。上述するように、計測対象用マーカ５２Ｍは第１エリア５２に存在し第１エリア５２が厚さｄ₁の材質Ａで構成され、計測対象用マーカ５４Ｍは第２エリア５４に存在し第２エリア５４が厚さｄ₂の材質Ａで構成され、計測対象用マーカ５６Ｍは第３エリア５６に存在し第３エリア５６が厚さｄ₃の材質Ｂで構成され、計測対象用マーカ５８Ｍは第４エリアに存在し第４エリア５８が厚さｄ₄の材質Ｂで構成されていることを各々示す情報が記録されている。計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍはエリアごとに１つ以上設置される。

計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍ及び前述のプローブ用マーカ２４Ｍの各々は、バーコード等の一次元コード等、又はＱＲコード（登録商標）等の二次元コード等の光学的に読み取り可能な型式で情報が記録されている。計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍ及びプローブ用マーカ２４Ｍの各々は、図２において計測対象５０の上方に設けられたカメラ２０によって撮影される。そして、超音波探傷システム１０の演算装置１４は、カメラ２０によって取得した画像データから計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍ及びプローブ用マーカ２４Ｍの各々に記録された情報を取得する。又は、カメラ２０を超音波プローブ２４に設け、超音波プローブ２４に設けたカメラ２０で計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに記録された情報を取得してもよい。

図３は、本実施形態に係る超音波探傷システム１０の演算装置１４における処理の一例を示したフローチャートである。ステップ３００では、計測対象５０の表面に存在するプローブ用マーカ２４Ｍ及び計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍを撮影する。ステップ３００で撮影する計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍは、後述するステップ３０２で選択される計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍが含まれていることを要する。カメラ２０のレンズが広画角であり、カメラ２０が高画質な画像データを取得可能であれば、計測対象５０上に存在する計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍをすべて撮影してもよい。又は、カメラ２０のアングルを変えて複数枚の画像データを取得することにより、計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍのすべてを撮影してもよい。

ステップ３０２では、情報を読み取る計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍを選択する。情報を読み取る計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍは、図４に示したように、例えば、超音波プローブ２４の進行方向において超音波プローブ２４の最も近くに存在する計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍのいずれかから選択する。図４において、超音波プローブ２４が第１エリア５２から第２エリア５４に移動する場合、超音波プローブ２４の進行方向に存在する計測対象用マーカ５４Ｍを、情報を読み取る計測対象用マーカとして選択する。超音波プローブ２４の進行方向は、計測対象５０を撮像して得た画像上での基準マーカ５０Ｒとプローブ用マーカ２４Ｍとの位置関係の変化から推定する。一例として、基準マーカ５０Ｒは、超音波プローブ２４が前回情報を取得した計測対象用マーカである。又は、プローブ用マーカ２４Ｍと同じエリア内に存在する計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍのいずれかから選択してもよい。

ステップ３０２において、情報を読み取る計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍを選択する際には、エリアの境界位置を検出することを要する。図５は、エリアの境界位置の検出方法を示した説明図である。図５（Ａ）は計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍの端部の延長線をエリアの境界とする場合、図５（Ｂ）は計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍ自身にエリアの範囲の情報を記録した場合を各々示している。

図５（Ａ）に示したように、第１エリア５２には計測対象用マーカ５２Ｍ１、５２Ｍ２が、第２エリア５４には計測対象用マーカ５４Ｍ１、５４Ｍ２が、各々設けられている。演算装置１４は、例えば、計測対象用マーカ５２Ｍ１、５２Ｍ２の端部の延長線を第１エリア５２の境界６０、６２、６４、６６として検出する。

図５（Ｂ）に示したように、第１エリア５２には計測対象用マーカ５２Ｍ１が、第２エリア５４には計測対象用マーカ５４Ｍ１が、各々設けられている。例えば、第１エリア５２に設けられた計測対象用マーカ５２Ｍ１には、計測対象用マーカ５２Ｍ１の所定の端部から５０ｍｍ離れた位置に存在する当該所定の端部と平行な線分を第１エリア５２と第２エリア５４との境界６２とする情報が格納されている。演算装置１４は、計測対象用マーカ５２Ｍ１に記録された情報に基づいて、境界６２を検出する。

ステップ３０４では、ステップ３０２で選択した計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍのいずれかから対応するエリア情報を読み取る。本実施形態では、計測対象用マーカ５２Ｍが第１エリア５２に、計測対象用マーカ５４Ｍが第２エリア５４に、計測対象用マーカ５６Ｍが第３エリア５６に、計測対象用マーカ５８Ｍが第４エリア５８に各々存在することを示す情報は、前述のようにバーコード等の一次元コード等、又はＱＲコード（登録商標）等の二次元コード等の形式で記録されているので、演算装置１４は、一次元コード等又は二次元コード等の形式で記録された情報を画像から読み取る。

ステップ３０６では、ステップ３０２で選択した計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍが存在するエリア内に超音波プローブ２４が存在するか否かを判定する。ステップ３０６で情報を読み取った計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍが存在するエリア内に超音波プローブ２４が存在する場合は、手順をステップ３０８に移行し、存在しない場合は、手順をステップ３００に移行する。

ステップ３０８では、計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍから計測対象５０の厚さ及び材質等を示す仕様情報を取得する。計測対象５０の仕様情報は、前述のようにバーコード等の一次元コード等、又はＱＲコード（登録商標）等の二次元コード等の形式で記録されているので、演算装置１４は、一次元コード又は二次元コード等の形式で記録された情報を画像から読み取る。

ステップ３１０では、ステップ３０８で取得した仕様情報をモニター等の表示装置１６に表示する。同時に、取得した仕様情報に従って超音波プローブ２４の計測条件が設定され、エリア内での超音波探傷が行われる。

ステップ３１２では、入力装置１２から計測終了の指示がなされたか否かを判定し、当該指示がなされた場合は処理を終了する。ステップ３１２で計測終了の指示がなされない場合は、超音波プローブ２４を他のエリアに移動させる等を行うと共に、手順をステップ３００に移行する。計測終了は、作業者からの入力に基づいて判断されてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る超音波探傷システム１０は、計測対象５０の各エリアに、当該エリアの材質及び厚さ等の仕様を記録した計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍを設置し、当該計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍの情報をカメラ２０等で読み取ることにより、計測対象の仕様の変化に対応可能な超音波探傷システムを得ることができる。

〔第２実施形態〕
続いて、第２実施形態について説明する。本実施形態は、予め計測対象５０の各エリアの仕様に対応した探傷器の設定条件ファイルを記憶装置１８等に格納しておく点で第１実施形態と相違する。本実施形態で演算装置１４は、図３のステップ３０２で選択した計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに記載の情報から選択した計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに対応するエリアの仕様に係る設定条件ファイルの識別情報を取得する。そして、演算装置１４は、取得した識別情報に従って記憶装置１８から設定条件ファイルを読み込み、読み込んだ設定情報ファイルに従って計測対象５０の各エリアの仕様を設定する。

以上の相違点を除けば、本実施形態に係る超音波探傷システムは、第１実施形態に係る超音波探傷システム１０と同一なので、相違点を有しない構成については第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図６は、本実施形態に係る超音波探傷システムの演算装置１４における処理の一例を示したフローチャートである。図６のステップ３００〜３０６及びステップ３１２は、前述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

本実施形態における第１実施形態と相違する手順は、図６に示したステップ５００〜５０４である。ステップ５００では、ステップ３０２で選択した計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍから対応するエリアの仕様に係る設定条件ファイルの識別情報を取得する。ステップ５００で取得する識別情報は、バーコード等の一次元コード等、又はＱＲコード（登録商標）等の二次元コード等の形式で記録されている。演算装置１４は、一次元コード又は二次元コード等の形式で記録された情報を画像から読み取ることにより当該識別情報を取得する。

ステップ５０２では、取得した識別情報に従って、記憶装置１８から設定条件ファイルを取得する。そして、ステップ５０４では、取得した設定条件ファイルに従って、超音波プローブ２４の計測条件が設定され、エリア内での超音波探傷が行われる。

以上説明したように、本実施形態に係る超音波探傷システムは、計測対象５０の各エリアの仕様情報に係る設定条件ファイルを計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍではなく、記憶装置１８に格納している。各エリアの仕様情報に係る設定条件ファイルの情報量が計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに設けられたバーコード等の一次元コード等、又はＱＲコード（登録商標）等の二次元コード等の形式で記録可能な上限を超えるような場合、本実施形態では、設定条件ファイルの識別情報のみを計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍの一次元コード又は二次元コードに記録する。演算装置１４は、計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍの一次元コード又は二次元コードから読み取った識別情報に従って、計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに対応するエリアの仕様情報に係る設定条件ファイルを記憶装置１８から読み込むことにより、設定条件ファイルの情報量が大きな場合でも、超音波探傷の計測条件の設定を行うことができる。

〔第３実施形態〕
続いて、第３実施形態について説明する。本実施形態は、エリアの誤判定（特に境界付近）を防ぐため、計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに参照波形データを格納しておき、実際の測定波形と参照波形データと比較し、両者が一致した場合に計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに記録された仕様情報を取得する点で第１実施形態と相違する。

以上の相違点を除けば、本実施形態に係る超音波探傷システムは、第１実施形態に係る超音波探傷システム１０と同一なので、相違点を有しない構成については第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図７は、本実施形態に係る超音波探傷システムの演算装置１４における処理の一例を示したフローチャートである。図７のステップ３００〜３０６及びステップ３０８〜３１２は、前述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

本実施形態における第１実施形態と相違する手順は、図７に示したステップ６００〜６０４である。ステップ６００では、超音波プローブ２４を作動させてエリア内の測定波形を取得する。

ステップ６０２では、ステップ３０２で選択した計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍから参照波形を取得すると共に、取得した参照波形と、ステップ６００で取得した測定波形とを照合する。

ステップ６０４では、測定波形と参照波形との合致率が所定の規定値以上であるか否かを判定する。所定の規定値は、一例として７０％である。ステップ６０４で合致率が所定の規定値以上の場合は手順をステップ３０８に移行する。ステップ６０４で合致率が所定の規定値未満の場合は手順をステップ３０２に移行する。

以上説明したように、本実施形態に係る超音波探傷システムは、計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに参照波形データを格納しておき、実際の測定波形と参照波形データと比較し、両者が一致した場合に計測対象用マーカ５２Ｍ、５４Ｍ、５６Ｍ、５８Ｍに記録された仕様情報を取得する。その結果、計測対象５０のエリアの誤判定を回避し、超音波探傷の計測条件の設定を適切に行うことができる。

〔第４実施形態〕
続いて、第４実施形態について説明する。本実施形態は、誤測定を防ぐため、確実に設定変更が完了した後に次の測定を開始する点で第１実施形態と相違する。

以上の相違点を除けば、本実施形態に係る超音波探傷システムは、第１実施形態に係る超音波探傷システム１０と同一なので、相違点を有しない構成については第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図８は、本実施形態に係る超音波探傷システムの演算装置１４における処理の一例を示したフローチャートである。図８のステップ３００〜３０６及びステップ３１２は、前述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。また、ステップ５００〜５０４は、前述の第２実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

本実施形態における第１実施形態及び第２実施形態と相違する手順は、図８に示したステップ７００〜７０２である。ステップ７００では、記憶装置１８から読み込んだ設定条件ファイルにより超音波プローブ２４の計測条件の変更が終了したか否かを判定する。計測条件の変更の終了の有無は、例えば、演算装置１４によって開始された記憶装置１８へのアクセスが終了したか否かで判定する。演算装置１４によって開始されたアクセスが終了した場合は設定変更が完了したと判定して手順をステップ３１２に移行する。演算装置１４によって開始されたアクセスが継続中の場合は、手順をステップ７０２に移行する。そして、ステップ７０２では、所定時間Δｔ待機した後、手順をステップ７００に移行する。所定時間Δｔは、演算装置１４及び記憶装置１８を含む超音波探傷システムの仕様によって異なるので、設計上の理論値のみならず実機を用いた実験を通じて具体的な値を決定する。

以上本実施形態に係る超音波探傷システムは、誤測定を防ぐため、確実に設定変更が完了した後に次の測定を開始することにより、計測対象５０のエリアの誤測定を回避し、超音波探傷を適切に行うことができる。

１０ 超音波探傷システム
１２ 入力装置
１４ 演算装置
１６ 表示装置
１８ 記憶装置
２０ カメラ
２４ 超音波プローブ
２４Ｍ プローブ用マーカ
５０ 計測対象
５０Ｒ 基準マーカ
５２ 第１エリア
５２Ｍ、５２Ｍ１、５２Ｍ２ 計測対象用マーカ
５４ 第２エリア
５４Ｍ、５４Ｍ１、５４Ｍ２ 計測対象用マーカ
５６ 第３エリア
５６Ｍ 計測対象用マーカ
５８ 第４エリア
５８Ｍ 計測対象用マーカ
６０、６２、６４、６６ 境界
ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃、ｄ₄ 厚さ

Claims (1)

1. 計測対象と対向する状態で超音波探傷により前記計測対象の状態を計測するプローブと、
   前記プローブに設けられ、前記プローブの存在を示す情報を光学的に読み取り可能な状態で記録した第１マーカと、
   前記計測対象において材質及び厚さを示す仕様が連続して同一となる領域に各々設けられ、設けられた領域の範囲を示すと共に該設けられた領域の仕様の情報を光学的に読み取り可能な状態で記録した第２マーカと、
   前記計測対象を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が取得した画像データから各々検出した前記第１マーカと前記第２マーカとの位置関係に基づいて選択した１つの前記第２マーカが示す領域の仕様の情報に基づいて前記プローブによる超音波探傷の条件を設定する制御部と、
   を含む超音波探傷システム。
   

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