JP2021092401A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物が複雑な三次元形状をしている場合にも好適な探傷計測が可能な超音波探傷装置を提供する。【解決手段】超音波探傷装置は、検査対象物に超音波を出力し、検査対象物から超音波の反射波を受信するプローブと、検査対象物の三次元形状を取得する形状取得部と、検査対象物に対するプローブの位置を取得する位置取得部と、反射波が、検査対象物の三次元形状とプローブの位置とに基づいて定められる条件を満たした場合に、検査対象物に欠陥があると判定する判定部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波探傷装置に関する。

超音波探傷装置は、検査対象物の表面にプローブから超音波を出力し、検査対象物内部および底面からの反射波を受信し、受信した反射波のパターンに基づいて、検査対象物の欠陥を検出する探傷計測を行う。一般に、検査対象物に対するプローブの位置を変更して探傷計測を繰り返すことにより、一定の検査範囲の探傷を行う。

プローブから超音波を出力した後、欠陥がある場合に反射波を受信すると想定されるゲートと呼ばれる計測区間は、検査対象物の厚さに応じて変化する。誤検出および検出漏れの抑制のため、超音波探傷装置においては、ゲートの設定を含めた好適な欠陥判定条件の設定が求められる。

特許文献１が開示する超音波探傷装置は、所定方向に沿った検査対象物の厚さ情報を記憶しておく。また、超音波探傷装置は、プローブの検査対象物に対する当該所定方向に沿った位置を、パルスジェネレータが出力する移動量に応じて特定する。超音波探傷装置は、厚さ情報と位置とに基づいて、その位置における検査対象物の厚さを特定し、その厚さに対応するゲートを設定する。

特開平２−２１６０５０号公報

特許文献１が開示する技術は、検査対象物の所定方向に沿った厚さしか特定できないので、検査対象物が他の方向に沿っても厚さが変化するような複雑な三次元形状をしている場合に適用するのは困難である。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、検査対象物が複雑な三次元形状をしている場合にも好適な探傷計測が可能な超音波探傷装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、検査対象物に超音波を出力し、検査対象物から超音波の反射波を受信するプローブと、検査対象物の三次元形状を取得する形状取得部と、検査対象物に対するプローブの位置を取得する位置取得部と、反射波が、検査対象物の三次元形状とプローブの位置とに基づいて定められる条件を満たした場合に、検査対象物に欠陥があると判定する判定部とを備える、超音波探傷装置である。

本発明に係る超音波探傷装置は、検査対象物の三次元形状を取得できるので、検査対象物が複雑な三次元形状をしている場合にも好適な探傷計測が可能である。

本発明の各実施形態に係る超音波探傷装置の機能ブロックを示す図 本発明の各実施形態に係る探傷計測の態様の一例を示す図 本発明の第１実施形態に係る処理を示す図 本発明の各実施形態に係る探傷計測における送信波および反射波を示す図 本発明の第２実施形態に係る処理を示す図 本発明の第３実施形態に係る処理を示す図 本発明の第３および第４実施形態に係る厚さ測定における反射波を示す図 本発明の第４実施形態に係る処理を示す図 本発明の第４実施形態に係る境界領域を示す図 本発明の各実施形態に係る探傷計測の態様の他の例を示す図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波探傷装置は、検査対象物の三次元形状に基づいてプローブの位置における厚さを取得することができる。そのため、検査対象物９０が複雑な三次元形状をしている場合でも厚さを取得でき、好適に欠陥判定条件を設定することができる。

＜構成＞
図１に、本実施形態に係る超音波探傷装置１０の機能ブロックを示す。超音波探傷装置１０は、プローブ１１、形状取得部１２、位置取得部１３、判定部１４を備える。プローブ１１は、検査対象物に超音波を出力する機能と、検査対象物から超音波の反射波を受信する機能とを有する。形状取得部１２は、検査対象物の三次元形状を取得する。位置取得部１３は、検査対象物に対するプローブ１１の位置を取得する。判定部１４は、プローブ１１が受信した反射波が、検査対象物の三次元形状とプローブ１１の位置とに基づいて定められる条件を満たした場合に、検査対象物に欠陥があると判定する。

図２に、検査対象物９０とプローブ１１とを用いた探傷計測の様子を模式的に示す。検査対象物９０は、一例として厚さが一様でない鋼板である。プローブ１１は、検査対象物９０の一表面上の探傷位置に配置される。検査対象物９０の一表面の特定位置には、検査対象物用マーカ３１が取り付けられている。また、プローブ１１には、プローブ用マーカ３２が取り付けられている。カメラ２０は、検査対象物用マーカ３１とプローブ用マーカ３２とを撮像する。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る探傷処理を説明する。図３は、本処理を示すフローチャートである。本処理は検査対象物９０の探傷位置にプローブ１１が配置された状態で開始される。

（ステップＳ１０１）：位置取得部１３は、プローブ１１の位置を取得する。位置取得部１３は、例えば、カメラ２０の撮像結果に基づいて、検査対象物用マーカ３１と、プローブ用マーカ３２とを検出し、これらの相対位置関係を導出することにより、プローブ１１の検査対象物９０に対する位置を取得することができる。

（ステップＳ１０２）：形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状を取得する。形状取得部１２は、例えば、予め作成された検査対象物９０のＣＡＤデータを取得することにより三次元形状を取得することができる。形状取得部１２は、ＣＡＤデータを予め記憶しておいてもよく、他の装置が記憶しているＣＡＤデータを参照してもよい。

（ステップＳ１０３）：形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状に基づいて、プローブ１１の位置における検査対象物９０の厚さを取得する。

（ステップＳ１０４）：判定部１４は、検査対象物９０の探傷計測を行う。すなわち、判定部１４は、プローブ１１に超音波を出力させ、反射波を受信させる。また、判定部１４は、プローブ１１の位置における検査対象物９０の厚さに応じたゲートの設定等、好適な探傷計測動作および欠陥判定条件の設定を行う。

図４に、横軸に時間を取り、縦軸に音圧を取り、プローブ１１が出力した送信波、プローブ１１が受信した検査対象物９０の内部の欠陥からの反射波および検査対象物９０の底面からの反射波である底面波の波形を示したグラフを、検査対象物９０の厚さが比較的大きい場合と、比較的小さい場合とに分けて示す。

図４に示すように、厚さに応じて、欠陥からの反射波を受信すると想定されるタイミングが異なるため、判定部１４は、探傷計測動作において、厚さに応じて、このタイミングを含むように反射波の受信期間を設定し、欠陥判定条件において、厚さに応じて、このタイミングを含むようにゲートを設定する。

なお、判定部１４は、このような探傷計測動作または欠陥判定条件等を定めた情報を、厚さに応じたそれぞれのファイルに予め格納して記憶しておき、厚さに対応したファイルを選択して参照することによって、探傷計測動作および欠陥判定条件等を設定することができる。あるいは、判定部１４は、このようなファイルを記憶している他の装置から、厚さに対応したファイルを取得してもよい。

判定部１４は、欠陥判定条件に設定されたゲートにおいて一定レベル以上の音圧の反射波を検出した場合、プローブ１１の位置において、検査対象物９０に欠陥があると判定する。

（ステップＳ１０５）：検査範囲の探傷計測が終了した場合、本処理は終了となる。検査範囲の探傷計測がすべて行われていない場合、プローブ１１の位置を、検査対象物９０における未検査の位置に移動させて、ステップＳ１０１に進む。なお、プローブ１１の移動は、手動で行ってもよいし、適宜設けた搬送手段を用いて行ってもよい。

＜効果＞
本実施形態においては、検査対象物９０の三次元形状に基づいてプローブ１１の位置における厚さを取得することができる。そのため、検査対象物９０が複雑な三次元形状をしている場合でも厚さを取得でき、好適に欠陥判定条件を設定することができる。また、プローブ１１の位置を、検査対象物９０に取り付けられた検査対象物用マーカ３１と、プローブ１１に取り付けられたプローブ用マーカ３２とに基づいて特定するので、プローブ１１の移動方向にかかわらず、好適に位置を取得することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波探傷装置の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態に係る超音波探傷装置は、プローブの位置が探傷計測可能でない位置である場合は、警告を行う。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る探傷処理を説明する。図５は本処理を示すフローチャートである。第１実施形態との差異を中心に説明し、共通する事項は説明を簡略化する。

（ステップＳ２０１）：ステップＳ１０１と同様、位置取得部１３は、探傷位置に配置されたプローブ１１の位置を取得する。

（ステップＳ２０２）：ステップＳ１０２と同様、形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状を取得する。

（ステップＳ２０３）：形状取得部１２は、プローブ１１が、プローブ１１が探傷計測可能な位置にあるか否かを判定する。検査対象物９０は、例えばリベットによって締結された部位については、探傷計測が不可能である。形状取得部１２は、例えば検査対象物９０の三次元形状に基づいて、プローブ１１の位置が、探傷計測が可能な位置であるか否かを判定する。あるいは、形状取得部１２は、検査対象物９０のリベット締結等の加工を行った位置を特定する情報を含むＣＡＤデータを取得し、これに基づいて同様の判定を行ってもよい。プローブ１１が探傷計測可能な位置にある場合、ステップＳ２０４に進み、そうでない場合、ステップＳ２０７に進む。

（ステップＳ２０４）：ステップＳ１０３と同様、形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状に基づいて検査対象物９０の厚さを取得する。

（ステップＳ２０５）：ステップＳ１０４と同様、判定部１４は、検査対象物９０の探傷計測を行う。

（ステップＳ２０６）：ステップＳ１０５と同様、検査範囲の探傷計測が終了した場合、本処理は終了となる。検査範囲の探傷計測がすべて行われていない場合、プローブ１１の位置を、検査対象物９０における未検査の位置に移動させて、ステップＳ２０１に進む。

（ステップＳ２０７）：形状取得部１２は、プローブ１１が探傷計測可能な位置にないことをユーザに通知する警告を行う。本ステップの後、探傷計測をスキップして、ステップＳ２０６に進む。

＜効果＞
本実施形態においては、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、プローブ１１の位置が、検査対象物９０の探傷計測が不可能な位置にある場合、そのことを表す警告を行い、不要な探傷計測を行わないようにすることができ、計測作業の効率化を図ることができる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波探傷装置の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態に係る超音波探傷装置は、プローブが受信した反射波に基づいて取得した検査対象物の厚さと、検査対象物の三次元形状とプローブの位置とに基づいて取得した厚さとを利用する。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る探傷処理を説明する。図６は本処理を示すフローチャートである。第１実施形態との差異を中心に説明し、共通する事項は説明を簡略化する。

（ステップＳ３０１）：ステップＳ１０１と同様、位置取得部１３は、探傷位置に配置されたプローブ１１の位置を取得する。

（ステップＳ３０２）：ステップＳ１０２と同様、形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状を取得する。

（ステップＳ３０３）：ステップＳ１０３と同様、形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状に基づいて検査対象物９０の厚さを取得する。

（ステップＳ３０４）：形状取得部１２は、プローブ１１を用いた測定により、検査対象物９０の厚さを取得する。形状取得部１２は、プローブ１１に超音波を出力させ、反射波を受信させる。図７に、横軸に時間を取り、縦軸に音圧を取り、プローブ１１が出力した送信波、プローブ１１が受信した反射波の波形を示したグラフを、２例示す。

図７の上側の例は、多重反射による複数の反射波のピークを好適に特定できる場合の例である。隣接する反射波のピークの間隔をΔｔとすると、検査対象物９０内の音速をｃとして、検査対象物９０の厚さｄは、ｄ＝ｃ×Δｔ／２を計算することにより取得できる。

図７の下側の例は、検査対象物９０の厚さが比較的小さい場合や、積層体である場合に、多重反射による複数の反射波が重なり合って、それぞれのピークが好適に特定できない場合の例である。このような場合、隣接する反射波のピークの間隔Δｔを精度よく特定することができないため、厚さｄを精度よく取得することができない。

（ステップＳ３０５）：形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状に基づく検査対象物９０の厚さと、プローブ１１を用いた測定に基づく検査対象物９０の厚さとの差（絶対値）が閾値以下であるか否かを判定する。差が閾値以下であればステップＳ３０６に進み、差が閾値より大きければステップＳ３０８に進む。なお、閾値は、誤差の許容範囲に基づいて適宜設定される値である。

（ステップＳ３０６）：ステップＳ１０４と同様、判定部１４は、検査対象物９０の探傷計測を行う。

（ステップＳ３０７）：ステップＳ１０５と同様、検査範囲の探傷計測が終了した場合、本処理は終了となる。検査範囲の探傷計測がすべて行われていない場合、プローブ１１の位置を、検査対象物９０における未検査の位置に移動させて、ステップＳ３０１に進む。

（ステップＳ３０８）：形状取得部１２は、検査対象物９０の厚さの誤差が大きいことをユーザに通知する警告を行う。本ステップの後、探傷計測をスキップして、ステップＳ３０７に進む。

＜効果＞
本実施形態においては、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、プローブ１１の位置において、２つの方法で取得した検査対象物９０の厚さの誤差が比較的小さいことを確認しながら探傷計測を行い、また、厚さの差が比較的大きい場合は、厚さの誤差が大きいことを表す警告を行うが探傷計測は行わないことによって、探傷計測の信頼性を高めることができる。

（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波探傷装置の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態に係る超音波探傷装置は、第３実施形態と同様、プローブが受信した反射波に基づいて取得した検査対象物の厚さと、検査対象物の三次元形状とプローブの位置とに基づいて取得した厚さとを利用する。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る探傷処理を説明する。図８は本処理を示すフローチャートである。第１実施形態、第３実施形態との差異を中心に説明し、共通する事項は説明を簡略化する。

（ステップＳ４０１）：ステップＳ１０１と同様、位置取得部１３は、探傷位置に配置されたプローブ１１の位置を取得する。

（ステップＳ４０２）：ステップＳ１０２と同様、形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状を取得する。

（ステップＳ４０３）：ステップＳ１０３と同様、形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状に基づいて検査対象物９０の厚さを取得する。

（ステップＳ４０４）：ステップＳ３０４と同様、形状取得部１２は、プローブ１１を用いた測定により、検査対象物９０の厚さを取得する。

（ステップＳ４０５）：形状取得部１２は、検査対象物９０の三次元形状に基づいて、プローブ１１の位置が、検査対象物９０の厚さが変化する境界領域にあるか否かを判定する。例えば、形状取得部１２は、プローブ１１がいずれかの方向に移動したときに、検査対象物９０の三次元形状に基づく厚さが、適宜設定した一定の変化率以上で変化する場合、プローブ１１の位置が境界領域にあると判定する。

図９に、検査対象物９０の境界領域を含む部分の断面の例を示す。検査対象物９０の厚さが比較的小さい領域と比較的大きい領域とに挟まれて境界領域が存在する。境界領域においては、一例として紙面左右方向に沿った厚さの変化率が一定以上となっている。このような境界領域では、プローブ１１の紙面左右方向の位置変化に対して厚さの変化が比較的大きい。そのため、プローブ１１の位置と検査対象物９０の三次元形状とに基づいて検査対象物９０の厚さを取得する場合、精度が低くなるおそれがある。プローブ１１の位置が境界領域にあると判定した場合、ステップＳ４０６に進み、そうでない場合、ステップＳ４０７に進む。

（ステップＳ４０６）：判定部１４は、プローブ１１を用いた測定に基づく検査対象物９０の厚さを用いて、検査対象物９０の探傷計測を行う。判定部１４は、プローブ１１を用いて実際に測定した結果に基づく検査対象物９０の厚さを用いて、探傷計測動作および欠陥判定条件を設定し、探傷計測を行う。本ステップの後、ステップＳ４０８に進む。

（ステップＳ４０７）：ステップＳ１０４と同様、判定部１４は、検査対象物９０の三次元形状に基づく厚さを用いて、探傷計測動作および欠陥判定条件を設定し、検査対象物９０の探傷計測を行う。

（ステップＳ４０８）：ステップＳ１０５と同様、検査範囲の探傷計測が終了した場合、本処理は終了となる。検査範囲の探傷計測がすべて行われていない場合、プローブ１１の位置を、検査対象物９０における未検査の位置に移動させて、ステップＳ４０１に進む。

＜効果＞
本実施形態においては、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、プローブ１１の位置において、検査対象物９０の厚さの変化率が大きい場合には、誤差がより小さいと考えられる、プローブ１１を用いて実際に測定した検査対象物９０の厚さを用いて探傷計測を行うので、探傷計測の信頼性を高めることができる。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、各実施形態の特徴を、適宜組み合わせたり変形したりして実施してもよい。

図１０に、一変形例に係る、検査対象物９０とプローブ１１とを含む探傷計測の様子を模式的に示す。検査対象物９０は、一例として丸管である。プローブ１１は、検査対象物９０の内側表面に配置される。検査対象物９０の外側表面の特定位置には、検査対象物用マーカ３１が取り付けられている。また、図２に示す例と異なり、プローブ１１から延長部材３３を介して、プローブ用マーカ３２が取り付けられている。プローブ１１は、検査対象物９０である丸管の内側にあるため、カメラ２０から撮像することが困難であるが、検査対象物用マーカ３１およびプローブ用マーカ３２は、丸管の外側にあるため、カメラ２０から撮像することが容易である。

位置取得部１３は、プローブ１１およびプローブ用マーカ３２の相対位置関係を予め特定しておき、カメラ２０の撮像結果に基づいて導出される検査対象物用マーカ３１およびプローブ用マーカ３２の相対位置関係を、プローブ１１およびプローブ用マーカ３２の相対位置関係で補正することにより、プローブ１１の検査対象物９０に対する位置を取得することができる。このように、プローブ用マーカ３２を、プローブ１１自体に取り付けるのではなく、プローブ１１と連動しカメラ２０から撮像できる位置に配置できれば、検査対象物９０の形状によってプローブ１１の撮像が困難であっても、プローブ１１の位置を取得することができ、好適に探傷計測が可能となる。本変形例は、上述のいずれの実施形態にも適用できる。

本発明は、超音波探傷装置１０だけでなく、プロセッサとメモリとを備えた超音波探傷装置のコンピューターが実行する超音波探傷方法、超音波探傷プログラム、超音波探傷プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的な記憶媒体等として捉えることが可能である。

本発明は、超音波探傷装置に有用である。

１０ 超音波探傷装置
１１ プローブ
１２ 形状取得部
１３ 位置取得部
１４ 判定部
２０ カメラ
３１ 検査対象物用マーカ
３２ プローブ用マーカ
３３ 延長部材
９０ 検査対象物

Claims (1)

1. 検査対象物に超音波を出力し、前記検査対象物から前記超音波の反射波を受信するプローブと、
   前記検査対象物の三次元形状を取得する形状取得部と、
   前記検査対象物に対する前記プローブの位置を取得する位置取得部と、
   前記反射波が、前記検査対象物の三次元形状と前記プローブの位置とに基づいて定められる条件を満たした場合に、前記検査対象物に欠陥があると判定する判定部とを備える、超音波探傷装置。

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