JP2024029573A - 超音波検査システム及び超音波検査方法 - Google Patents

超音波検査システム及び超音波検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定する超音波検査システムを提供する。【解決手段】探傷条件を自動決定する超音波検査システム１００であって、被検体モデル１１１、センサアクセス可能面１１２、及び被検体ばらつき情報１１３と、欠陥モデル１１４及び欠陥ばらつき情報１１５とを入力する被検体情報入力部１１と、超音波の伝搬を解析し、欠陥検出確率を算出する解析部１２と、センサアクセス可能面１１２と欠陥検出確率を対応させた空間分布を出力する出力処理部１３と、を有する。被検体ばらつき情報として、被検体形状のばらつき、被検体材料特性のばらつき、センサアクセス可能面ごとの検査作業者の手技のばらつきがある。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波検査システム及び超音波検査方法に関するものである。
原子力発電所、鉄道台車などに代表される社会インフラ機器を維持管理していくためには、検査技術の高度化による高効率化が求められている。老朽化により生じる欠陥は、表面にあらわれるものと、内部に生じるものがある。特に、内部に生じる欠陥を早期に発見することが事故を防ぐために重要である。内部に生じる欠陥を発見するための非破壊検査手法としては、超音波探傷と放射線探傷が有用であり、特に超音波は被ばくリスクのない安全な検査が可能な手法である。
超音波探傷は、センサを用いて被検体内に超音波を送信し、欠陥による反射波や散乱波を受信することで、欠陥を発見する。したがって、欠陥の早期発見のためには、センサ設置位置や超音波入射角度を適切に設定できる必要がある。従来は検査熟練者がこれらの探傷条件を決めていたが、熟練者不足、一体化構造の部品など対象物形状が複雑化のため、解析の支援が必要なケースが増加している。
特許文献１には、検査対象におけるセンサ設置可能面の形状と検査箇所、センサ特性、および探傷条件の入力を受けて、検査箇所の検出強度の解析を実行し、検出強度を最大化する設置位置を求める超音波探傷システム、プログラムおよび超音波探傷方法が開示されている。
特開２０１９－１８４４０９号公報
一般に、超音波探傷においては、欠陥の形などの欠陥性状や、対象形状、材料特性、検査作業者の手技のばらつきなどを含む、多くのばらつき要因が存在する。これらのばらつきによって超音波検出強度は解析結果よりも低下する。
特許文献１は、センサ設置可能面における検出強度を最大化する設置位置を解析により求める方法が記載されているものの、上記ばらつきは反映されていない。例えば、検出強度で最も良い探傷条件だったとしても、ばらつきまで考慮すると検出強度が低下しやすく、別の探傷条件での検出強度の方がロバストな検査が可能であることなどが考えられる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、複雑形状物に対して、様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定する超音波検査システム及び超音波検査方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の超音波検査システムは、探傷条件を自動決定する超音波検査システムであって、被検体モデル、センサアクセス可能面、及び被検体ばらつき情報と、欠陥モデル及び欠陥ばらつき情報とを入力する被検体情報入力部と、超音波の伝搬を解析し、欠陥検出確率を算出する解析部と、前記センサアクセス可能面と欠陥検出確率を対応させた空間分布を出力する出力処理部と、を有することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
複雑形状物に対して、様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定することが可能である。
第１実施形態に係る超音波検査システムの機能を示す構成図である。 第１実施形態に係る被検体モデルの一例を示す概念図である。 第１実施形態に係る被検体ばらつき情報の一例を示す概念図である。 第１実施形態に係る欠陥モデルのばらつき情報の一例を示す概念図である。 第１実施形態に係る欠陥形状の例を示す説明図である。 第１実施形態に係る解析部の機能を説明する概念図である。 第１実施形態に係る出力処理部の機能を説明する概念図である。 第１実施形態に係る超音波検査システムの動作手順を示したフローチャートである。 第２実施形態に係る超音波検査システムの機能を示す構成図である。 第２実施形態に係る音源モデルの一例を示す概念図である。 第２実施形態に係る超音波伝搬解析部の機能を説明する概念図である。 第２実施形態に係る超音波伝搬解析の詳細手順を示したフローチャートである。
以下，本発明の実施形態を，図面を用いて説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
＜第１実施形態＞
（超音波検査システム）
図１は、第１実施形態に係る超音波検査システム１００の機能を示す構成図である。図１は、超音波検査システム１００が有する機能の一例を示す。超音波検査システム１００は、処理部１０、記憶部２０、入力部３０、出力部４０、通信部５０を有する。処理部１０は、被検体情報入力部１１、解析部１２、出力処理部１３等を有する。解析部１２は、超音波伝搬解析部１２１、欠陥検出確率算出部１２２を有する。出力処理部１３は、欠陥検出確率分布出力部１３１を有する。処理部１０等の詳細は後述する。
記憶部２０には、被検体モデル１１１の情報である被検体モデル情報２１、被検体モデル１１１のセンサアクセス可能面の情報であるセンサアクセス可能面情報２２、被検体モデル１１１の寸法の情報である寸法情報２３、被検体モデル１１１を構成する材料特性の情報である材料特性情報２４、被検体モデル１１１にある欠陥モデル１１４の情報である欠陥モデル情報２５、出力処理部１３で作成されたＰＯＤ空間分布７２等が記憶されている。記憶部２０の情報等は、図２～図７で後述する。なお、ＰＯＤは、Probability Of Detectionの略であり後述する。センサアクセス可能面とは、センサを接触させることができる面を意味する。
図１において、処理部１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）であり、ＲＡＭ（主記憶装置）やＨＤＤ（補助記憶装置）等に格納される各種プログラムを実行する。記憶部２０は、ＨＤＤであり、超音波検査システム１００が処理を実行するための各種データを保存する。入力部３０は、キーボードやマウス等のコンピュータに指示を入力するための装置であり、プログラム起動等の指示を入力する。出力部４０は、ディスプレイ等であり、超音波検査システム１００による処理の実行状況や実行結果等を表示する。通信部５０は、ネットワークを介して、他の装置と各種データやコマンドを交換する。補助記憶装置は、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
本発明を構成する各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵが主記憶装置に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、補助記憶装置に予めインストールされている形態や、他のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態や複数のコンピュータが協働してプログラムを実行する形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
（被検体情報入力部の構成と機能）
被検体情報入力部１１は、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データである被検体モデル１１１及び欠陥モデル１１４を入力し、記憶部２０に保持する。
図２は、第１実施形態に係る被検体モデル１１１の一例を示す概念図である。被検体モデル１１１は、ＣＡＤデータを入力するインターフェース上に表示されており、あらかじめ補助記憶装置に保存したデータを、設計者がファイル指定してプログラム上にロードしたり、画面上で直接編集するなどの方法で入力する。
ＣＡＤデータには、構造物の各部位に与えられる材料特性（ヤング率、ポアソン比、剛性率、密度等）が含まれている。さらに、被検体モデル１１１は、センサアクセス可能面１１２および被検体ばらつき情報１１３を保持している。
欠陥モデル１１４は、被検体モデル１１１に付与する想定欠陥のサイズ、位置、被検体モデルに対する角度などの欠陥情報を保持している。さらに、欠陥モデル１１４は欠陥ばらつき情報１１５を保持している。
図２に例示した被検体モデル１１１は材料(１)、材料(２)、材料(３)の三種の材料から構成され、材料(１)と材料(２)は溶接されている。欠陥モデルは材料(１)と材料(２)の間の溶接部にき裂として設定されている。センサＳがアクセス可能な面であるセンサアクセス可能面ＳＡ、ＳＢ、ＳＣが設定されている。センサアクセス可能面ＳＡは、材料(３)と材料(２)の間の狭隘部に設定されており、センサアクセスのばらつきが生じやすい。センサアクセス可能面ＳＢは、曲面で構成されている。センサアクセス可能面ＳＣは、平面部である。センサアクセス可能面ＳＣにセンサＳが仮に設置されている。
図３は、第１実施形態に係る被検体ばらつき情報１１３の一例を示す概念図である。センサアクセス可能面情報２２に示すセンサアクセス可能面に設定するばらつき要因として、センサ接触ばらつき、センサ位置ばらつき、センサ接触角度ばらつきなどを例示している。ばらつきは平均と標準偏差といった確率分布のパラメータとして与えられる。これらのばらつきは、現実的には検査作業者の手技のばらつきや、被検体の表面粗さ、さびの状態、センサの設置精度などを反映したパラメータである。
センサアクセス可能面情報２２に示すセンサアクセス可能面は、曲面であったり、狭隘部にあったりすると、これらのばらつきは増加する傾向であることが一般的である。
寸法情報２３に示す寸法に関するばらつきは、ＣＡＤデータの各部位について、例えば部材の厚さなどの寸法情報とそれらの加工ばらつきとして保持されている。
材料特性情報２４に示す材料特性に関するばらつきは、材料種とその密度、ヤング率、ポアソン比などの超音波伝搬に関するパラメータとして保持されている。密度、ヤング率、ポアソン比以外にも、縦波音速、横波音速や、弾性スティフネスとして入力してもよい。
図４は、第１実施形態に係る欠陥モデル１１４のばらつき情報の一例を示す概念図である。図４は、欠陥モデル１１４のばらつき情報の一例として欠陥モデル情報２５を示す。欠陥モデル１１４の基本情報として形状とサイズ、位置ずれ、被検体モデルに対する設置角度などがある。それぞれのばらつきがあり、ばらつき情報が平均と標準偏差が指定されている。形状は面状、球状、円筒状などの候補から選択して入力するか、任意形状をＣＡＤモデルで入力する。
図５は、第１実施形態に係る欠陥形状の例を示す説明図である。図５は、図４で指定できる欠陥形状の例を示している。図５中、面状の欠陥モデル５１、球状の欠陥モデル５２、円筒状の欠陥モデル５３を例示している。被検体モデルの中の指定された位置に、指定されたサイズの欠陥モデルが、指定された角度で設定されており、センサＳから超音波が発せられ、反射する様子が解析部１２で解析されることになる。解析部１２については後述する。
（解析部の構成と機能）
図６は、第１実施形態に係る解析部１２の機能を説明する概念図である。解析部１２は、前記したように、超音波伝搬解析部１２１、欠陥検出確率算出部１２２で構成されている。
説明図６１は、図３及び図４で示したばらつき情報をグラフで示したものである。複数の被検体情報のばらつきや欠陥モデルのばらつきの確率分布が示されている。各確率分布から、超音波伝搬モデルを構成するために必要な情報を一つ一つランダムサンプリングする。
説明図６２は、サンプリングされた被検査体及び欠陥モデルから超音波伝搬モデルを構成し、センサアクセス可能面の各点における超音波検出量を超音波伝搬解析により解析することを示している。このランダムサンプリングと超音波伝搬解析を多数回繰り返すことで、いわゆるモンテカルロ計算が実行される。
説明図６３は、算出された検出量を縦軸に、その時の欠陥サイズを横軸にとってモンテカルロ計算の結果をプロットしたグラフを示している。また、閾値が設定されており、検出量が閾値を上回る場合は検出可能、下回る場合は検出不可能と判定される。この閾値は別途入力インターフェースから入力できるようにしておく。
モンテカルロ計算の結果を用いて、欠陥検出確率（ＰＯＤ：Probability Of Detection）を推定することができる。ＰＯＤを推定する推定手法として、Ｂｅｒａｎｓ法やＨｉｔ／Ｍｉｓｓ法といった最尤推定法が知られている。
説明図６４は、Ｈｉｔ／Ｍｉｓｓ法で推定した結果を例示しており、欠陥検出確率を縦軸に、欠陥サイズを横軸に取ったときの欠陥検出確率の曲線であり、いわゆるＰＯＤ曲線である。Ｈｉｔ／Ｍｉｓｓ法では、検出量が閾値を上回った結果をＨｉｔとして検出確率１に、下回った結果をＭｉｓｓとして検出確率０にプロットし、ＨｉｔとＭｉｓｓの割合からＰＯＤ曲線を推定する。
従来技術として、超音波探傷のＰＯＤ曲線は、構造物の非破壊検査における合否基準の設定、点検頻度の設定、新しい非破壊検査技術又は装置の定量的性能把握、異なった非破壊試験方法の定量的な比較、使用中の装置における劣化度合いの定量的評価、検査技術者の能力把握のような用途に適用することができることが知られている。
本実施形態では、ＰＯＤを探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）の適切さの指標として使用する。そのために、ＰＯＤの空間分布という新規なアイデアを採用する。前記の伝搬解析により、センサアクセス可能面の各点におけるＰＯＤ曲線が求まり、同一欠陥サイズに対するＰＯＤを比較することができるようになる。
（出力処理部の構成と機能）
出力処理部１３は欠陥検出確率分布出力部１３１を有する。なお、その他操作に必要な表示を出力部４０（表示部）に表示することができる。
図７は、第１実施形態に係る出力処理部１３の機能を説明する概念図である。図７には、被検体モデル７１と、ＰＯＤ空間分布７２が示されている。欠陥検出確率分布出力部１３１は、センサアクセス可能面とＰＯＤを対応させた空間分布を出力する。図７の被検体モデル７１のＡ～Ｄがセンサアクセス可能面の各点に対応している。ＰＯＤ空間分布７２の横軸が被検体表面のセンサ設置位置に対応している。
図７に示した例では、検出強度の観点では、欠陥位置に近い点Ｂや点Ｃが最適センサ設置位置となる。しかし、ＰＯＤの観点では、点Ｃはセンサアクセス可能面に含まれず、点Ｂは狭隘部に存在することから、センサ設置が不安定となり、ＰＯＤが低下してしまい、最適センサ設置位置にならない。この例では、センサアクセス可能面にあり、最もＰＯＤが高くなる点Ｄが最適センサ設置位置として選択される。超音波入射角度に関しては、点ＤでのＰＯＤを超音波伝搬解析部１２１で解析した際に利用した角度が最適角度となる。
このようにすることで、ＰＯＤを探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）の適切さの指標として使用することができる。なお、ＰＯＤに替えて、超音波検出量の平均値と標準偏差をセンサアクセス可能面の各点に対応させて表示し、これらの結果を総合的に判断して探傷条件を決定するようにしてもよい。
超音波検査システム１００によれば、様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定することが可能である。定期点検項目などの保守作業時に適用すると、検査計画を合理的に決定することが可能である。また、本発明を設計時に適用し、検査の指標として欠陥検出確率を用いることで、検査しやすい設計を支援できる。
（超音波検査方法）
次に、本実施形態に係る超音波検査システム１００によって実現される超音波検査方法について図１、図８を参照して説明する。
図８は、第１実施形態に係る超音波検査システム１００の動作手順を示したフローチャートである。後述する超音波検査方法は、例えば、補助記憶装置に格納されている設計支援プログラムをＣＰＵが主記憶装置に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより実現される。
まず、ユーザは、ステップＳ１１にて被検体モデル１１１と被検体ばらつき情報１１３を、ステップＳ１２にて欠陥モデル１１４と欠陥ばらつき情報１１５を入力する。これらは、適当な入力インターフェースを準備しておいて、ユーザに任意の値を入力させるようにしてもよいし、例えば、候補リストを準備しておいて、候補の中からユーザに選択させるようにしてもよい。
次に、ステップＳ１３では、超音波伝搬解析部１２１は、被検体ばらつき、欠陥ばらつきから、分布情報（平均と標準偏差）に基づき、各項目についてそれぞれの一つの値をランダムサンプリングする。
ステップＳ１４では、超音波伝搬解析部１２１にて、超音波伝搬解析を実施する。前記のランダムサンプリングされた値を用いて、超音波伝搬解析モデルを構築し、超音波伝搬解析によって、センサアクセス可能面の各点ごとの超音波検出量を算出する。
ステップＳ１５では、超音波伝搬解析部１２１は、後述するＰＯＤの推定において、十分なサンプル数の計算がなされたかどうかを判定する。十分なサンプル数かどうかは、ユーザが直接入力するか、検出確率の推定値の信頼区間がユーザの指定する範囲に収まるかどうかで判定する。
ステップＳ１５において、十分なサンプル数の計算がなされていないと判定された場合には（ステップＳ１５：Ｎｏ）、超音波伝搬解析部１２１は、ステップＳ１３に戻り、被検体ばらつき、欠陥ばらつきから再びランダムサンプリングにより超音波伝搬解析モデルを構築する。ステップＳ１５において、十分なサンプル数の計算がなされたと判定された場合には（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、超音波伝搬解析部１２１は、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、欠陥検出確率算出部１２２は、ステップＳ１５までで複数回計算された超音波検出強度からＰＯＤを計算する。超音波検出強度からＰＯＤ曲線を推定する手法として、Ｂｅｒａｎｓ法やＨｉｔ／Ｍｉｓｓ法といった最尤推定法が知られている。
ステップＳ１７では、欠陥検出確率分布出力部１３１は、ＰＯＤをアクセス面の各点と対応させて結果を表示部に表示する。ユーザは、表示されて結果に基づき、探傷条件を選択する。同一欠陥サイズでのＰＯＤを比較することで、検査性について、定量的に探傷条件を比較することができる。
欠陥サイズはスライダーなどのインターフェースでユーザに選択させる。ＰＯＤの値そのものではなくＰＯＤが５０％などの特定の値に等しくなる欠陥サイズの空間分布を表示させることもできる。また、超音波検出量の平均値と標準偏差をセンサアクセス可能面の各点に対応させて表示させることもできる。
このようにすることで、ＰＯＤを探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）の適切さの指標として使用することができる。なお、ＰＯＤに替えて、超音波検出量の平均値と標準偏差をセンサアクセス可能面の各点に対応させて表示し、これらの結果を総合的に判断して探傷条件を決定するようにしてもよい。
超音波検査方法によれば、様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定することが可能である。定期点検項目などの保守作業時に適用すると、検査計画を合理的に決定することが可能である。また、本発明を設計時に適用し、検査の指標として欠陥検出確率を用いることで、検査しやすい設計を支援できる。
＜第２実施形態＞
（超音波検査システム）
第１実施形態では、超音波伝搬解析は、一般的な物理シミュレーション手法を用いて実現した。その場合、センサＳをセンサアクセス可能面の各点に仮想的に設置し、超音波入射角を変更しながらそれぞれの条件に対してモンテカルロ計算を実施する必要がある。このような解析手法でもＰＯＤの分布を算出することは可能であるが、第２実施形態では、より解析量を少なくする構成を説明する。以下では第１実施形態との差異のみ説明する。
（システムの構成）
図９は、第２実施形態に係る超音波検査システム１００Ａの機能を示す構成図である。図９は、超音波検査システム１００Ａが有する機能の一例を示した機能ブロック図である。超音波検査システム１００Ａにおいて、被検体情報入力部１１の欠陥モデル１１４は、第１実施形態で説明した想定欠陥のサイズ、位置、被検体モデルに対する角度などの欠陥情報、欠陥ばらつき情報１１５に加えて、音源モデル１１６を保持している。
（被検体情報入力部の構成と機能）
図１０は、第２実施形態に係る音源モデル１１６の一例を示す概念図である。音源モデル１１６は、欠陥に対して平面波が入射された時の反射応答特性を表している。図１０では、面状の欠陥モデル５１Ａ、球状の欠陥モデル５２Ａ、円筒状の欠陥モデル５３Ａの各欠陥に対してx軸正の方向から平面波が入射した時の反射強度分布を等高線図で示している。これらの反射応答特性は、面状、球状、円筒欠陥のような代表的な形状についてはシステム内部で保持しており、リストのようなインターフェースから選択する。また、リストにない形状については、反射応答特性を数式や事前に計算した結果を入力する。
（解析部の構成と機能）
図１１は、第２実施形態に係る超音波伝搬解析部１２１の機能を説明する概念図である。本実施形態の超音波伝搬解析部１２１は、解析量を減らすための一つの方法を提供する。まず、（１）仮想欠陥を仮定し、（２）欠陥に対してある角度で入射する平面波を仮定する。このとき、（３）欠陥位置と平面波の入射角度から幾何学的にセンサとセンサアクセス可能面との交点を求める。（４）この交点での欠陥からの平面波応答強度を、音源モデル１１６を用いて算出する。平面波に対する応答を用いて検出量を計算することは、実質的に欠陥を音源と考え、欠陥からセンサアクセス可能面に対する超音波伝搬を逆方向に計算したことに相当する。
（超音波伝搬解析方法）
図１２は、第２実施形態に係る超音波伝搬解析の詳細手順を示したフローチャートである。図１２は、図８中のステップＳ１４（超音波伝搬解析）の詳細手順について示す。
まず、ステップＳ２０１では、超音波伝搬解析部１２１は、欠陥に対してある角度で入射する平面波を仮定する。角度は、二次元解析の場合は二次元的な角度から２πラジアン方向から、適当な分解能で一つの方向を選択する。三次元解析の場合は、三次元的な立体角で４πステラジアン方向から適当な分解能で一つの方向を選択する。
次に、ステップＳ２０２では、超音波伝搬解析部１２１は、欠陥位置と平面波の入射角度から幾何学的にセンサとセンサアクセス可能面との交点を求める。異なる媒質同士の境界では、反射・屈折の法則によって伝搬方向が変化することを考慮する。
続いて、ステップＳ２０３では、超音波伝搬解析部１２１は、交点での欠陥からの平面波応答強度を算出する。平面波応答は、平面欠陥や円筒欠陥、球状欠陥などの比較的単純な欠陥形状については解析解を得ることが可能であり、これらの平面波応答特性は高速に計算することが可能である。比較的複雑な欠陥形状に関しては、欠陥周辺の微小領域において物理シミュレーションを実施し、その解を延長することで、センサアクセス可能面との交点での超音波検出量を算出することが可能であり、全領域を含む計算に比較して計算量を削減することができる。
最後に、ステップＳ２０４では、超音波伝搬解析部１２１は、計算すべき全角度の計算が完了したかどうかを判定する。まだ計算すべき全角度の計算が完了していないと判定された場合には（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、ステップＳ２０１に戻り、別の角度を選択し、再度ステップＳ２０２、ステップＳ２０３を実行する。ステップＳ２０４において、計算すべき全角度の計算が完了したと判定された場合には（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４を完了する。
超音波検査方法によれば、解析量を少なくても、本発明の超音波検査システムを構成し、ＰＯＤを探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）の適切さの指標として使用することができる。
以上、本実施形態の超音波検査システム１００は、次の特徴を有する。
（１）探傷条件を自動決定する超音波検査システムであって、被検体モデル１１１、センサアクセス可能面１１２、及び被検体ばらつき情報１１３と、欠陥モデル１１４及び欠陥ばらつき情報１１５とを入力する被検体情報入力部１１と、超音波の伝搬を解析し、欠陥検出確率を算出する解析部１２と、センサアクセス可能面１１２と欠陥検出確率を対応させた空間分布を出力する出力処理部１３と、を有することを特徴とする。これにより、複雑形状物に対して、様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定することが可能である。
（２）（１）において、被検体情報入力部１１は、欠陥モデル１１４及び欠陥ばらつき情報１１５に加えて、音源モデル１１６が入力される（図９参照）。
（３）探傷条件を自動決定する超音波検査システムであって、被検体モデル１１１、センサアクセス可能面１１２、及び被検体ばらつき情報１１３と、欠陥モデル１１４及び欠陥ばらつき情報１１５とを入力する被検体情報入力部１１と、超音波の伝搬を解析し、超音波検出強度とそのばらつきを算出する解析部１２と、センサアクセス可能面と超音波検出強度とそのばらつきを対応させた空間分布を出力する出力処理部１３と、を有することを特徴とする。これにより、複雑形状物に対して、様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定することが可能である。
（４）（３）において、被検体情報入力部１１は、欠陥モデル１１４及び欠陥ばらつき情報１１５に加えて、音源モデル１１６が入力される（図９参照）。
（５）（１）ないし（４）において、被検体ばらつき情報として、被検体形状のばらつきである（図３の寸法情報２３参照）。
（６）（１）ないし（４）において、被検体ばらつき情報として、被検体材料特性のばらつきである（図３の材料特性情報２４参照）。
（７）（１）ないし（４）において、被検体ばらつき情報は、センサアクセス可能面１１２ごとの検査作業者の手技のばらつきである（図３のセンサアクセス可能面情報２２参照）。
（８）（１）ないし（４）において、欠陥ばらつき情報として、欠陥性状のばらつきである（図４の欠陥モデル情報２５参照）
（９）探傷条件を自動決定する超音波検査方法であって、被検体モデル、センサアクセス可能面、及び被検体ばらつき情報と、欠陥モデル及び欠陥ばらつき情報とを入力すされる被検体情報入力ステップ（ステップＳ１１，Ｓ１２参照）と、超音波の伝搬を解析する超音波伝搬解析ステップ（ステップＳ１４参照）と、超音波伝搬解析ステップの解析に基づき、欠陥検出確率を算出する算出ステップ（ステップＳ１６参照）と、センサアクセス可能面と欠陥検出確率を対応させた空間分布を出力する出力処理ステップ（ステップＳ１７）と、を有することを特徴とする。
（１０）（９）において、被検体情報入力ステップは、欠陥モデル１１４及び欠陥ばらつき情報１１５に加えて、音源モデル１１６が入力され、
超音波伝搬解析ステップは、欠陥音源モデルから伝搬する超音波を解析することができる。
（１１）（９）又は（１０）において、算出ステップは、欠陥検出確率の算出に替えて、超音波検出強度とそのばらつきを算出し、出力処理ステップは、センサアクセス可能面と超音波検出強度とそのばらつきを対応させた空間分布を出力することができる。
本実施形態の超音波検査システム１００によれば、複雑形状物に対して、様々なばらつき要因を考慮したロバストな探傷条件（センサ設置、超音波入射方向）をモデルベースで自動決定することが可能である。本実施形態を定期点検項目などの保守作業時に適用すると、検査計画を合理的に決定することが可能である。また、本実施形態を設計時に適用し、検査の指標として欠陥検出確率を用いることで、検査しやすい設計を支援できる。また、本実施形態の範囲を超音波検査システムから独立した装置とすることで、超音波検査の作業者を支援する超音波検査支援装置として利用することも可能である。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、前記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウエアで実現してもよい。また、前記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウエアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１０ 処理部
１１ 被検体情報入力部
１２ 解析部
１３ 出力処理部
２０ 記憶部
２１ 被検体モデル情報
２２ センサアクセス可能面情報
２３ 寸法情報
２４ 材料特性情報
２５ 欠陥モデル情報
３０ 入力部
４０ 出力部
５０ 通信部
５１，５２，５３ 欠陥モデル
５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ 欠陥モデル（音源モデル）
７２ ＰＯＤ空間分布
１００ 超音波検査システム
１１１ 被検体モデル
１１２ センサアクセス可能面
１１３ 被検体ばらつき情報
１１４ 欠陥モデル
１１５ 欠陥ばらつき情報
１１６ 音源モデル
１２１ 超音波伝搬解析部
１２２ 欠陥検出確率算出部
１３１ 欠陥検出確率分布出力部
Ｓ センサ
ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ センサアクセス可能面

Claims (11)

  1. 探傷条件を自動決定する超音波検査システムであって、
    被検体モデル、センサアクセス可能面、及び被検体ばらつき情報と、欠陥モデル及び欠陥ばらつき情報とを入力する被検体情報入力部と、
    超音波の伝搬を解析し、欠陥検出確率を算出する解析部と、
    前記センサアクセス可能面と欠陥検出確率を対応させた空間分布を出力する出力処理部と、を有する
    ことを特徴とする超音波検査システム。
  2. 請求項１に記載の超音波検査システムであって、
    前記被検体情報入力部は、前記欠陥モデル及び前記欠陥ばらつき情報加えて、音源モデルが入力される
    ことを特徴とする超音波検査システム。
  3. 探傷条件を自動決定する超音波検査システムであって、
    被検体モデル、センサアクセス可能面、及び被検体ばらつき情報と、欠陥モデル及び欠陥ばらつき情報とを入力する被検体情報入力部と、
    超音波の伝搬を解析し、超音波検出強度とそのばらつきを算出する解析部と、
    前記センサアクセス可能面と前記超音波検出強度とそのばらつきを対応させた空間分布を出力する出力処理部と、を有する
    ことを特徴とする超音波検査システム。
  4. 請求項３に記載の超音波検査システムであって、
    前記被検体情報入力部は、前記欠陥モデル及び前記欠陥ばらつき情報加えて、音源モデルが入力される
    ことを特徴とする超音波検査システム。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか1項に記載の超音波検査システムであって、
    前記被検体ばらつき情報は、被検体形状のばらつきである
    ことを特徴とする超音波検査システム。
  6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波検査システムであって、
    前記被検体ばらつき情報は、被検体材料特性のばらつきである
    ことを特徴とする超音波検査システム。
  7. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波検査システムあって、
    前記被検体ばらつき情報は、前記センサアクセス可能面ごとの検査作業者の手技のばらつきであることを特徴とする超音波検査システム。
  8. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波検査システムであって、
    前記欠陥ばらつき情報は、欠陥性状のばらつきである
    ことを特徴とする超音波検査システム。
  9. 探傷条件を自動決定する超音波検査方法であって、
    被検体モデル、センサアクセス可能面、及び被検体ばらつき情報と、欠陥モデル及び欠陥ばらつき情報とを入力すされる被検体情報入力ステップと、
    超音波の伝搬を解析する超音波伝搬解析ステップと、
    前記超音波伝搬解析ステップの解析に基づき、欠陥検出確率を算出する算出ステップと、
    前記センサアクセス可能面と前記欠陥検出確率を対応させた空間分布を出力する出力処理ステップと、を有する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  10. 請求項９に記載の超音波検査方法であって、
    前記被検体情報入力ステップは、前記欠陥モデル及び欠陥ばらつき情報に加えて、欠陥音源モデルが入力され、
    前記超音波伝搬解析ステップは、前記欠陥音源モデルから伝搬する超音波を解析する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  11. 請求項９又は請求項１０に記載の超音波検査方法であって、
    前記算出ステップは、前記欠陥検出確率の算出に替えて、超音波検出強度とそのばらつきを算出し、
    前記出力処理ステップは、前記センサアクセス可能面と前記超音波検出強度とそのばらつきを対応させた空間分布を出力する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0658359B2 (ja) * 1987-11-18 1994-08-03 川崎製鉄株式会社 超音波探傷装置の感度較正装置
JP3052554B2 (ja) * 1992-02-29 2000-06-12 スズキ株式会社 超音波応用計測装置
JPH0611491A (ja) * 1992-06-25 1994-01-21 Hitachi Constr Mach Co Ltd 鋳物の物理特性測定方法および超音波測定装置
DE102008037173A1 (de) * 2008-01-04 2009-07-09 Ge Inspection Technologies Gmbh Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall sowie Vorrichtungen hierzu
JP5538855B2 (ja) * 2009-12-11 2014-07-02 キヤノン株式会社 光音響装置及び該装置の制御方法
JP5491471B2 (ja) * 2011-09-20 2014-05-14 株式会社Ｉｈｉ検査計測 超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法
CN109612806A (zh) * 2019-02-25 2019-04-12 北京航空航天大学 一种适用于表面裂纹缺陷检出概率试验的高效试件制备及试验方法

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