JP2024055474A - 超音波探傷システム及び超音波探傷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブによる超音波探傷の検査結果とプローブの設置位置情報とを事前準備なしに取得できると共に、プローブの摩耗を防止してその耐用年数を増加できる。
【解決手段】検査対象１に設置された状態で検査対象に対して超音波を送信し受信するプローブ２１と、検査対象に設置された状態で光を検査対象に入射し、検査対象からの反射光を検出する光学式位置検出装置２２と、プローブが検査対象に設置されたときの光学式位置検出装置とプローブとの相対位置を固定する把持部２３と、を備えたプローブ装置１１を有し、光学式位置検出装置は、検査対象からの反射光の検出データに基づいて、プローブの初期位置からの相対移動量及び相対回転量を測定する相対移動量演算器３５を備え、把持部は、光学式位置検出装置を検査対象に常に設置させながら、プローブを、超音波探傷時に検査対象に設置させ、走査時に検査対象から離反させた状態に保持可能に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波探傷システム及び超音波探傷方法に関する。

超音波探傷（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）は、非破壊で構造材の表面及び内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術となっている。超音波探傷により非破壊で構造材の健全性を評価するためには、検査結果だけでなく、用いている装置や検査員の情報、プローブ設置位置、検査位置等の周辺情報が必要となる。

特開２０２０－１１２５４７号公報 特開２０２１－００１７７４号公報 国際公開第２０２０／１７５６８７号 特開２００６－３１７４１７号公報 特開２０１６－５７１０４号公報 国際公開第２０１５／０７２１８８号

しかしながら、従来用いられてきた超音波探傷装置では、検査結果のみがデータ化され、非破壊評価に必要な周辺情報をデータとして同時に取得することはなかった。特に、プローブ設置位置をデータ化する場合、スキャナやロボットアーム等による機械的スキャンが必要であった（特許文献１）。機械的スキャンが適用できない場合には、検査結果データを取得する毎に、定規等を用いて検査位置を手動にて計測する必要があった。

また、機械的スキャンを用いずにプローブ設置位置を計測する手法として、カメラ等による撮像の活用が考えられる。これまで、撮像と超音波探傷を組み合わせた技術が数多く提案されてきた（例えば特許文献２、３、５、６）。ところが、その多くは特許文献２のように、欠陥検出を目的とした外形形状の計測のために撮像が用いられてきた。

一方、特許文献３、５、６では、プローブ位置計測のために撮像が利用されている。しかし、これらの特許文献３、５、６では、検査対象上の位置を示す２次元模様がプリントされたシートを検査対象に張り付け、そのシート上から超音波探触子により探傷を行う必要がある。即ち、カメラ以外の事前準備なしでプローブ設置位置を計測する手法はなかった。

また、事前準備を必要としない手法としては、特許文献４に記載のような光学式位置計測手法が考えられる。この光学式位置計測手法の場合、プローブの位置情報と超音波探傷データとを関連付けるために、プローブと位置検出装置を一体化する必要がある。また、プローブの位置情報と超音波探傷データとを連続して記録するためには、プローブと位置検出装置とを常に検査対象に設置（接触）して走査する必要がある。しかし、プローブを常に検査対象に設置（接触）して走査することは、摩耗等の影響によりプローブが劣化する懸念がある。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、プローブを用いた超音波探傷の検査結果とプローブの設置位置情報とを事前準備なしに同時に取得できると共に、プローブの摩耗を防止してその耐用年数を増加することができる超音波探傷システム及び超音波探傷方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態における超音波探傷システムは、検査対象に設置された状態で前記検査対象に対して超音波信号を送信し受信するプローブと、前記検査対象に設置された状態で光を前記検査対象に入射し、前記検査対象からの反射光を検出する光学式位置検出装置と、前記プローブが前記検査対象に設置されたときの前記光学式位置検出装置と前記プローブとの相対位置を固定する把持部と、を備えて構成されたプローブ装置を有し、前記光学式位置検出装置は、前記検査対象からの反射光の検出データに基づいて、前記プローブの初期位置からの相対移動量及び相対回転量を測定する相対移動量演算器を備え、前記把持部は、前記光学式位置検出装置を前記検査対象に常に設置させながら、前記プローブを、探傷時には前記検査対象に設置させ、走査時には前記検査対象から離反させた状態に保持可能に構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態における超音波探傷方法は、検査対象に設置された状態で前記検査対象に対して超音波信号を送信し受信するプローブと、前記検査対象に設置された状態で光を前記検査対象に入射し、前記検査対象からの反射光を検出し、この反射光の検出データに基づいて、前記プローブの初期位置からの相対移動量及び相対回転量を測定する光学式位置検出装置と、前記プローブが前記検査対象に設置されたときの前記光学式位置検出装置と前記プローブとの相対位置を固定する把持部と、を備えて構成されたプローブ装置を準備し、前記把持部により、前記光学式位置検出装置を前記検査対象に常に設置させながら、前記プローブを、走査時には前記検査対象から離反させた状態とし、探傷時には前記検査対象に設置させて超音波探傷を行うことを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、プローブを用いた超音波探傷の検査結果とプローブの設置位置情報とを事前準備なしに同時に取得できると共に、プローブの摩耗を防止してその耐用年数を増加することができる。

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。 図１の光学式位置検出装置を示す構成図。 図２の光学式位置検出装置の作用を示し、（Ａ）が静止時の作用説明図、（Ｂ）が直線移動時の作用説明図、（Ｃ）が回転時の作用説明図。 図１の把持部を示す構成図。 図４の把持部の作用を説明する作用説明図。 図１の把持部の他の形態を示す構成図。 第２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。 第３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。 図８の超音波探傷システムにおけるデータ通信の状況に関する説明図。 図８の超音波探傷システムにおける遠隔サポートの状況に関する説明図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１～図６）
図１は、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。この図１に示す超音波探傷システム１０は、超音波探傷の検査結果とプローブ設置位置とを事前の準備なしに同時に取得し、プローブの設置位置毎に検査結果等を表示するものであり、プローブ装置１１、超音波探傷装置１３、検査員位置取得手段１４、ＡＲ（拡張現実）表示部１５、ＶＲ（仮想現実）表示部１６を有して構成される。

プローブ装置１１は、超音波探傷を行うプローブ２１と、プローブ２１の設置位置を検出する光学式位置検出装置２２と、プローブ装置１１の超音波探傷時にプローブ２１と光学式位置検出装置２２との相対位置を固定する把持部２３と、を有して構成される。

プローブ２１は、検査対象１に設置された状態で検査対象１に対して超音波信号を送信し受信するものであり、一般的に超音波探触子と称される。このプローブ２１は、セラミクス、複合材料もしくはそれら以外の材料で圧電効果により超音波を発生可能な圧電素子、高分子フィルムによる圧電素子、またはそれら以外の超音波を発生可能な機構を有する。プローブ２１は、更に、超音波をダンピングするダンピング材（不図示）と、超音波の発振面に取り付けられた前面板（不図示）とが必要に応じて組み合わされて構成される。本第１実施形態のプローブ２１は、単一のプローブにより超音波を送受信する探傷法で説明するが、２つ以上のプローブを用いて超音波の送信及び受信を分けてもよい。また、超音波アレイプローブと呼ばれる、複数の圧電素子が１次元もしくは２次元的に配列されたプローブを用いてもよい。

プローブ２１の設置に際しては、指向性の高い超音波を検査対象１へ入射するために、楔（不図示）を利用することがある。この楔は、超音波が伝搬可能で且つ音響インピーダンスが把握できている等方材のアクリル、ポリイミド、ゲル、その他高分子などがある。この楔は、前面板に対して音響インピーダンスが近いもしくは同じ材質を用いることができるし、検査対象１に対して音響インピーダンスが近いもしくは同じ材質を用いることもできる。また、楔は、段階的もしくは漸次的に音響インピーダンスを変化させる複合材料であってもよい。もちろん楔は、上述の例以外であっても適用可能である。また、楔は、楔内の多重反射波が探傷結果に影響を与えないように楔内外にダンピング材を配置したり、山型の波消し形状を設けたり、多重反射低減機構を有する場合もある。第１～第３の各実施形態においては、プローブ２１から検査対象１へ超音波を入射させる際に楔の記載を省略している。

プローブ２１を用いて行う超音波探傷法は、単プローブ、単プローブに楔を組み合わせて探傷屈折角をもたせたプローブ、もしくは振動子と楔とが一体になったプローブを用いた探傷法、または、送信と受信を別々のプローブを用いて行う２探触子法等を用いた、一般的に超音波探傷試験と呼称される手法であってもよい。

また、プローブ２１を用いた超音波探傷法は、一般的にフェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ）と呼ばれるもので、一定方向に超音波ビームを形成しながら駆動させる超音波素子を電子走査させていくリニアスキャン法、駆動させる超音波素子を固定もしくは電子操作しながら超音波ビームを形成する角度を扇状に変化させるセクタスキャン法、任意の座標領域に網羅的に焦点を設けてビームを集束させるＴＦＭ（Ｔｏｔａｌ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）や、いわゆる開口合成法等のように超音波を用いた映像化方法等をベースとしたものであってもよい。更に、プローブ２１を用いた超音波探傷法は、ＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、検査対象１の減肉を板厚計等で測定する方法などであってもよい。

このプローブ２１で得られる超音波信号は、受信回路部２８を経てＡ／Ｄ変換部２４へ出力される。この超音波信号は、後述する信号処理部２５によって超音波の波形データ、ＰＡＵＴやＴＦＭ画像を形成するボクセル強度データ、または画像化後の画像データに変換されてもよく、これが検査データとして用いられてもよい。

プローブ２１を用いた超音波探傷法においては、検査対象１の内部に超音波を入射するために、プローブ２１と検査対象１との間に音響接触媒質を塗布する必要がある。ここで、音響接触媒質は、例えば水やグリセリン、マシン油、ひまし油、アクリル、ポリスチレン、ゲル等のように超音波を伝搬できる媒質とし、もちろん上述の例以外でも適用可能である。

光学式位置検出装置２２は、図２に示すように、光学式マウスに代表される光の受信により位置を検出するものであり、光の受信位置から光学式位置検出装置２２自体の相対移動量を測定して検出する。この光学式位置検出装置２２は、一対の光源３１及び３２、光検出器３３、外装部３４、並びに相対移動量演算器３５を有して構成される。

図２及び図３（Ａ）に示すように、光学式位置検出装置２２が検査対象１に設置された状態で、一対の光源３１及び３２から検査対象１に入射されたそれぞれの光Ｐ１、Ｐ２が検査対象１の表面で反射され、それぞれの反射光Ｐ３、Ｐ４が光検出器３３にて受信される。ここで、光源３１及び３２からの光Ｐ１、Ｐ２は、指向性があればその種類を問わず、赤色光、青色光、赤外線、レーザなどが考えられる。また、外装部３４は、光源３１、３２及び光検出器３３を覆うように設けられ、光Ｐ１、Ｐ２及び反射光Ｐ３、Ｐ４が外部へ漏洩することを防止する。

相対移動量演算器３５は、光検出器３３が受信した光源３１からの光Ｐ１の反射光Ｐ３と、光源３２からの光Ｐ２の反射光Ｐ４に基づいて、光学式位置検出装置２２の基準位置からの相対移動量、及び検査対象１の表面に対する垂直軸Ｏ（図３（Ｃ））回りの相対回転量を測定する。

つまり、光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５は、図３（Ａ）に示すように、光学式位置検出装置２２の静止時における光源３１、３２からのそれぞれの光Ｐ１、Ｐ２が検査対象１の表面で反射し、この反射光Ｐ３、Ｐ４を光検出器３３が受信したときの反射光Ｐ３、Ｐ４の位置を基準位置としている。

図３（Ｂ）に示すように、光学式位置検出装置２２が直線移動した際、移動前に光源３１、３２から検査対象１に入射した光Ｐ１、Ｐ２が検査対象１の表面で反射して、光学式位置検出装置２２の移動後に光検出器３３で反射光Ｐ３、Ｐ４を受信する。このとき、光検出器３３は、基準位置から偏倚した位置で反射光Ｐ３、Ｐ４を検出する。この偏倚位置と基準位置との差分より、相対移動量演算器３５は、光学式位置検出装置２２の基準位置に対する相対移動量を演算して測定する。

図３（Ｃ）に示すように、光学式位置検出装置２２が検査対象１の表面に対する垂直軸Ｏ回りに回転した際、回転前に光源３１、３２から入射した光Ｐ１、Ｐ２が検査対象１の表面で反射して、光学式位置検出装置２２の回転後に光検出器３３で反射光Ｐ３、Ｐ４を受信する。このとき、光検出器３３は、基準位置に対して異なる回転位置で反射光Ｐ３、Ｐ４を受信する。相対移動量演算器３５は、この異なる回転位置から回転量を求めることで、光学式位置検出装置２２の基準位置に対する相対回転量を演算して測定する。

上述のように、光学式位置検出装置２２は、光学式位置検出装置２２自体の基準位置からの相対移動量及び相対回転量を測定する。しかしながら、プローブ装置１１の超音波探傷時にはプローブ２１と光学式位置検出装置２２との相対位置が把持部２３により固定されることで、プローブ装置１１の超音波探傷時にプローブ２１の初期位置（即ち、プローブ装置１１による探傷開示時のプローブ２１の位置）からの相対移動量及び相対回転量を、プローブ２１の設置位置情報として検出することが可能になる。つまり、光学式位置検出装置２２は、プローブ装置１１の超音波探傷時に、プローブ２１が検査対象１に設置された状態で、光源３１、３２がそれぞれ光Ｐ１、Ｐ２を検査対象１に入射し、検査対象１からの反射光Ｐ３、Ｐ４を光検出器３３が受信して検出する。そして、光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５は、反射光Ｐ３、Ｐ４の検出データに基づいて、プローブ２１の初期位置からの相対移動量及び相対回転量を、プローブ２１の設置位置情報として測定する。なお、相対移動量演算器３５は、外装部３４内に設けられてもよく、また、外装部３４外に設置されたＰＣ等に内蔵されてもよい。

把持部２３は、図４及び図５に示すように、プローブ２１が検査対象１に設置されるプローブ装置１１の超音波探傷時に、プローブ２１と光学式位置検出装置２２の相対位置を固定するものである。つまり、把持部２３は、光学式位置検出装置２２を検査対象１に常に（即ち、プローブ装置１１の超音波探傷時及び走査時に）設置させながら、プローブ２１を、プローブ装置１１の超音波探傷時には検査対象１に設置させた状態に保持し、プローブ装置１１の走査時には検査対象１から離反させた状態に保持し、これらの両状態を交互に実施可能に構成される。

例えば、把持部２３は、筒形状に形成されて内部にプローブ２１が、検査対象１の表面に対する垂直方向に移動可能に配設され、外部に光学式位置検出装置２２が嵌合して固定される。把持部２３の内部にはプローブ２１との間にスプリング３６が配設され、プローブ装置１１の超音波探傷時に、スプリング３６の付勢力によりプローブ２１が検査対象１の表面に押圧される。プローブ装置１１の走査時にはプローブ２１が例えば手動により持ち上げられ、ストッパ３７が把持部２３のストッパ穴３７Ａに挿入されることで、このストッパ３７によりプローブ２１がスプリング３６の付勢力に抗して係止されて、検査対象１の表面から離反される。また、把持部２３は、光学式位置検出装置２２を外部に嵌合して固定することで、プローブ装置１１の超音波探傷時及び走査時に光学式位置検出装置２２を検査対象１の表面に設置する。

また、図６に示すように、把持部２３は、プローブ２１を把持すると共に、光学式位置検出装置２２に対して回転軸３８回りに回転自在に支持され、回転軸３８に連結された回転駆動機構（不図示）により回転軸３８回りに回転駆動されてもよい。把持部２３は、回転駆動機構によりプローブ装置１１の超音波探傷時には実線に示すようにプローブ２１を検査対象１の表面に設置させ、プローブ装置１１の走査時には２点鎖線に示すように、プローブ２１を検査対象１の表面から離反させる。

図１に示すように、超音波探傷装置１３はプローブ装置１１と接続され、プローブ２１に電気信号を送信し、プローブ２１が得た超音波信号を受信し、電気信号に変換し、電気信号を波形として表示する機能を有する。この超音波探傷装置１３は電圧印加部２０、Ａ／Ｄ変換部２４、信号処理部２５、ユーザインタフェース部２６、表示部２７を備えて構成される。

電圧印加部２０は、任意波形の電圧を印加させる機能を有する。この電圧印加部２０による印加電圧の波形はサイン波、のこぎり波、矩形波、スパイクパルス等が考えられ、正負両極の値をもつ所謂バイポーラでもよいし、正負どちらか片振りのユニポーラでもよい。また、印加電圧の波形は、正負どちらかにオフセットを付加してもよい。更に、印加電圧の波形は単パルス、バーストもしくは連続波などのように、印加時間、繰り返し波数及び中心周波数を増減させることもできる。電圧印加部２０は、プローブ２１がアレイプローブである場合には、そのチャンネルごとに、電圧印加の有無や遅延時間に応じてタイミングを切り替える切替機構を備えてもよい。

Ａ／Ｄ変換部２４は、受信回路部２８を経てプローブ２１からのアナログの超音波信号を入力し、この超音波信号を離散化してデジタルの超音波データに変換する機能を有する。つまり、Ａ／Ｄ変換部２４は、時間的に連続した超音波信号の大きさをデジタルの超音波データに変換する。

信号処理部２５は、Ａ／Ｄ変換部２４からの超音波データを解析処理及び画像化処理する機能を有する。例えば解析処理では、フーリエ変換やウェーブレット変換のような周波数解析処理、相関処理、平均化処理またはフィルタリング処理全般などが考えられる。また画像化処理では、ＰＡＵＴやＴＦＭ画像を形成するボクセル強度データ化が考えられる。更に、信号処理部２５は、上述のように処理した超音波探傷の検査結果と、プローブ装置１１の相対移動量演算器３５から取得したプローブ設置位置情報とを入力して関連付け処理する。この信号処理部２５は、ＰＣや制御盤などの複数の装置の集合体から構成されてもよい。

ユーザインタフェース部２６は電圧印加部２０、Ａ／Ｄ変換部２４、信号処理部２５の少なくとも１つの条件、例えば印加電圧値、Ａ／Ｄ変換の設定値、信号処理の設定値などを設定する機能を有する。このユーザインタフェース部２６は、条件を入力、削除及び変更できるものであればよく、所謂ＰＣのキーボード、マウス、テンキー、入力用ボタン、タチパネル等が考えられる。

表示部２７は、信号処理部２５にて処理された超音波波形を含むデータを表示する。即ち、表示部２７は、超音波探傷の検査結果、及びこの検査結果に関連付けられたプローブ２１の設置位置情報を表示する。この表示部２７は、デジタルデータを表示できるものであればよく、所謂ＰＣモニタ、テレビ、プロジェクタ、スマートデバイス、ヘッドマウントディスプレイ、３次元映像ディスプレイ等が考えられる。この表示部２７は、ブラウン管のように一度アナログ信号化してから表示させるものや、オシロスコープ等の計測器画面そのものとの組み合わせでもよい。また、表示部２７には、設定した条件に応じて音や発光によりアラームを生じさせてもよく、更にタッチパネルとしてユーザインタフェース部２６の機能を有してもよい。

検査員位置取得手段１４は、超音波探傷システム１０を用いて超音波探傷を行う検査員の位置情報を取得するものである。検査員位置の取得方法として、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）が挙げられる。ここでＧＰＳとは、人工衛星を利用した地球上での現在位置を測定するためのシステムのことである。なお、ＧＰＳは発信機があれば何でもよく、その発信機は、例えばスマートデバイス、プローブ装置１１、超音波探傷装置１３に内蔵される発信機、または外付けの小型発信機等が考えられる。

また、検査員位置取得手段１４は、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を有するものが挙げられる。ここでＳＬＡＭとは、プローブ位置測定手段１２と同様に、周囲環境の撮像データから環境地図を作成し、同時に環境地図と撮像データとを統合することで、位置情報を特定する手法である。

ＡＲ表示部１５は、プローブ装置１１の相対移動量演算器３５にて得られたプローブ２１の設置位置情報に基づいて、検査に関する情報を、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：拡張現実）の手法で２次元または３次元に表示する。ここでＡＲとは、現実の環境から視覚や聴覚、触覚などの知覚に与えられる情報を、コンピュータによる処理で追加、削減あるいは変化させる技術の総称である。ＡＲ表示部１５により表示する検査に関する情報は、検査位置、検査範囲、Ａ／Ｄ変換部２４から取得した超音波波形データ、超音波エコー高さ、超音波伝搬時間及び超音波伝搬距離、並びに信号処理部２５から取得した映像化処理結果の少なくとも１つである。

ＶＲ表示部１６は、検査対象１を２次元または３次元でモデル化すると共に、プローブ装置１１の相対移動量演算器３５にて得られたプローブ２１の設置位置情報を基に、検査に関する情報をＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ：仮想現実）の手法で２次元または３次元で表示する。ここでＶＲとは、人間の感覚器官に働きかけ、現実ではないが実質的に現実のように感じられる環境を人工的に作り出す技術である。モデル化する検査対象１は、検査位置が含まれていれば何でもよく、例えば検査対象１の単体のモデル、検査対象１を含めた周辺のモデル等が考えられる。また、ＶＲ表示部１６により表示する検査に関する情報は、過去の検査記録、欠陥位置、欠陥サイズ、検査位置、検査範囲、Ａ／Ｄ変換部２４から取得した超音波波形データ、超音波エコー高さ、超音波伝搬時間及び超音波伝搬距離、並びに信号処理部２５から取得した映像化処理結果の少なくとも１つである。

上述のように構成された超音波探傷システム１０では、プローブ２１を用いた超音波探傷の検査結果に、プローブ装置１１の相対移動量演算器３５により測定されたプローブ２１の設置位置情報、及び検査周辺情報（例えば、検査員位置取得手段１４により取得された検査員の位置情報、ＡＲ表示部１５またはＶＲ表示部１６に表示される検査に関する情報）が、関連付けて取得される。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の（１）～（６）を奏する。
（１）プローブ装置１１の光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５が、検査対象１からの反射光Ｐ３、Ｐ４の検出データに基づいて、プローブ２１の初期位置からの相対移動量及び相対回転量を、プローブ２１の設置位置情報として測定することから、プローブ２１を用いた超音波探傷の検査結果とプローブ２１の設置位置情報とを、事前準備なしに同時に取得し連続して記録することができるという利点がある。

この利点を活用することで、様々な検査対象１、例えば表面状態が悪いことから罫書等の事前準備が不可能な検査対象１、またはプローブ２１を狭隘部に設置するために定規等によるプローブ２１の位置計測が困難な検査対象１に対しても、プローブ２１の設置位置情報及び超音波探傷の検査データを取得することができる。

（２）プローブ装置１１の把持部２３は、光学式位置検出装置２２を検査対象１に常に（即ち、プローブ装置１１の超音波探傷時及び走査時に）設置させながら、プローブ２１を、プローブ装置１１の超音波探傷時には検査対象１に設置させ、プローブ装置１１の走査時には検査対象１から離反させた状態に保持する。このため、プローブ装置１１の走査時におけるプローブ２１の摩耗を防止できるので、プローブ２１の耐用年数を増加させることができ、プローブ装置１１の保守回数を削減することができる。更に、外装部３４は、光Ｐ１～Ｐ４の漏洩防止だけでなく、音響接触媒質の光学式位置検出装置２２内への侵入も防止することができる。

（３）従来は手動の超音波探傷において、超音波探傷データとプローブの位置情報とを関連付けるのに人手が必要だった。これに対して、超音波探傷システム１０では、超音波探傷装置１３によって、プローブ２１による超音波探傷検査データ、光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５により得られるプローブ２１の設置位置情報、及びその他の周辺情報を自動で関連付けて統合できるという利点がある。この利点の活用例として次の３つが考えられる。

例えば、プローブ２１による超音波探傷の検査結果（単プローブによる減肉検査結果など）を、プローブ２１の設置位置毎に即座にマッピングし例えば色分け表示して、２次元または３次元の映像情報として表示することができる。また、検査済みのプローブ２１の設置位置を表示部２７に表示することで、現地で超音波探傷検査する際に、検査範囲における検査の漏れ及び重複を解消することができる。更に、検査結果及び検査位置に関する報告書の作成を、デジタルベースで自動化することができる。

（４）検査員位置取得手段１４のＧＰＳにより、例えば太陽光発電所や橋梁等のように、広域な検査範囲における検査員位置を検査中に取得できる。また、ＧＰＳから取得した検査員位置は、検査結果や検査周辺情報と関連付けることもできる。例えば、ＧＰＳによる検査員位置と検査結果と設計図面との情報を関連付けることで、現在の検査位置における検査結果のモニタリング、及び設計図面への検査結果の追記の更新が可能となる。

（５）超音波探傷の検査に関する情報をＡＲ表示部１５で表示することで、検査員へのサポートを実現することができる。例えば、既に実施した検査位置や検査範囲をＡＲ表示部１５により検査中に表示することで、現地で検査する際に、未だ検査していない範囲の把握が容易になる。また例えば、過去の検査記録をＡＲ表示部１５に表示することで、過去の検査手法や検査条件を参考にした検査が可能となる。特に、未熟練な検査員に対しては視覚的に分かりやすいサポートが可能となり、熟練検査員によるサポートの負担を低減することができる。

（６）ＶＲ表示部１６により、検査対象１における超音波探傷の検査結果が３次元で明瞭に表示可能になるため、超音波探傷結果の共有を容易化できる。特に、検査依頼者のように、超音波探傷について知識の乏しい者に対する検査結果の説明性を向上することができる。また３次元モデルを作成するために、従来の超音波探傷で実施されてきた検査結果のスケッチを省略でき、検査結果の報告に必要な説明の負担を低減することができる。

[Ｂ]第２実施形態（図７）
図７は、第２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。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことによって説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の超音波探傷システム４０が第１実施形態と異なる点は、相対移動量演算器３５、Ａ／Ｄ変換部２４、信号処理部２５、ユーザインタフェース部２６及び表示部２７の少なくとも１つが、スマートデバイス４３で代替して構成された点である。図７に示す構成例では、プローブ装置４１における光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５、並びに超音波探傷装置４２における信号処理部２５、ユーザインタフェース部２６及び表示部２７がスマートデバイス４３で代替された例である。

ここで、スマートデバイスとは、明確な定義はなく、一般的にはネットワークに接続可能で且つ多種のアプリケーションソフトを利用可能な携帯型多機能端末の総称を指す。具体的にはスマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチ、スティックＰＣ、スマートグラス、スマートリング、スマートスピーカ等が挙げられる。図７に示す構成例は、スマートデバイス４３としてタブレット端末が適用された例である。

以上のように構成されたことから、本第２実施形態に依れば、第１実施形態の効果（１）～（６）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。

（７）スマートデバイス４３を利用することで、デバイスストレージ、メモリ、ディスプレイ、ＧＰＳ、ネットワーク接続、カメラ及びアプリケーションソフト等のように、スマートデバイス４３が既に有する機能を少ない機器で超音波探傷システム４０に組み込むことができる。これにより、超音波探傷システム４０の小型化やウェアラブル化を実現できる利点がある。特に、超音波探傷システム４０のウェアラブル化は、橋梁やトンネル、太陽光発電所等のような広域な検査範囲を有する検査対象１に対して、検査員が現地に向かって直接検査する場合に有利である。

[Ｃ]第３実施形態（図８～図１０）
図８は、第３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。この第３実施形態において第１及び第２実施形態と同様な部分については、第１及び第２実施形態と同一の符号を付すことによって説明を簡略化し、または省略する。

本第３実施形態に係る超音波探傷システム５０が第１及び第２実施形態と異なる点は、相対移動量演算器３５を含むプローブ装置１１及び超音波探傷装置１３を有すると共に、超音波探傷装置１３が、外部サーバ５１とネットワークを介して外部通信可能な通信機器５２に接続されて構成された点である。上記外部サーバ５１は、例えばクラウドストレージ５３、解析装置としての解析用ＰＣ５４、表示装置としての表示用ＰＣ５５の少なくとも１つである。なお、超音波探傷システム５０は、第１実施形態と同様に、検査員位置取得手段１４、ＡＲ表示部１５及びＶＲ表示部１６を有してもよい。

通信機器５２は、ネットワークに接続できる機器であれば何でもよく、相対移動量演算器３５を含むプローブ装置１１、超音波探傷装置１３もしくはスマートデバイス４３にそれぞれ内蔵された通信機器、または外付けのアクセスポイントに、無線もしくは有線で接続される形態が考えられる。

超音波探傷装置１３は、通信機器５２により外部サーバ５１に外部通信可能に接続されたことで、通信機器５２を用いて外部サーバ５１とデータの送信及び受信の少なくとも一方を実装する機能と、外部サーバ５１により遠隔サポートされる機能とを備える。

データの送信及び受信の機能を図９に示す。データの通信先は、外部サーバ５１としてのクラウドストレージ５３や解析用ＰＣ５４、表示用ＰＣ５５等であるが、接続により通信可能なものであれば何でもよい。超音波探傷装置１３は、クラウドストレージ５３と接続することで、過去に作製した環境地図等の検査データの取得、超音波探傷検査結果及びプローブ２１の設置位置情報の保存が可能である。

遠隔サポートされる場合を図１０に示す。ここで遠隔サポートとは、解析用ＰＣ５４を用いて、検査対象１から離れた位置にいる検査員（第２の検査員）が指示、解析またはその両方を実施することを指す。指示内容は、次の検査位置、条件設定値、プローブ２１の設置位置等のように、実際に検査を行う検査員（第１の検査員）への指示であれば何でもよい。一方、解析するデータは、プローブ装置１１の光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５、超音波探傷装置１３または検査員位置取得手段１４によって取得可能なデータであれば何でもよい。この解析するデータは、例えば超音波の波形データ、ＰＡＵＴやＴＦＭ画像を形成するボクセル強度データ、画像化後の画像データ、光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５にて測定されたプローブ２１の設置位置、条件設定値、またはＧＰＳによって得られた検査員位置等が考えられる。

以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１及び第２実施形態の効果（１）～（７）と同様な効果を奏するほか、次の効果（８）及び（９）を奏する。

（８）超音波探傷装置１３がクラウドストレージ５３と通信可能に接続されることで、超音波探傷システム５０の保存容量を低減することができる。また、超音波探傷装置１３による超音波探傷検査データ、及び光学式位置検出装置２２の相対移動量演算器３５が取得したプローブ２１の設置位置情報を解析用ＰＣ５４に送信することで、検査結果の解析処理を解析用ＰＣ５４に実行させることができる。特に、ＴＦＭのように複雑な解析処理が必要な超音波探傷に対して、解析処理に必要なメモリを解析用ＰＣ５４に搭載することで、現場に持ち込む超音波探傷システム５０の小型化を実現することができる。更に、外部サーバ５１が表示用ＰＣ５５を具備することで、超音波探傷検査結果を例えば第２の検査員と即座に共有することができる。

（９）プローブ装置１１が、超音波探傷装置１３を介して、外部サーバ５１の解析用ＰＣ５４により遠隔サポートされることで、第２の検査員が解析用ＰＣ５４を用いて指示するために必要なデータを、プローブ装置１１及び超音波探傷装置１３を現場に持ち込んでいる第１の検査員と即座に共有することができる。更に、第２の検査員は、現場に向かわずに第１の検査員が取得したデータを集約することができる。これにより、第２の検査員は、解析用ＰＣ５４を用いて第１の検査員への指示を好適に実施できると共に、プローブ装置１１による超音波探傷検査結果の解析作業に集中することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…検査対象、１０…超音波探傷システム、１１…プローブ装置、１３…超音波探傷装置、１４…検査員位置取得手段、１５…ＡＲ表示部、１６…ＶＲ表示部、２０…電圧印加部、２１…プローブ、２２…光学式位置検出装置、２３…把持部、２４…Ａ／Ｄ変換部、２５…信号処理部、２６…ユーザインタフェース部、２７…表示部、３１、３２…光源、３３…光検出器、３５…相対移動量演算器、４０…超音波探傷システム、４１…プローブ装置、４２…超音波探傷装置、４３…スマートデバイス、５０…超音波探傷システム、５１…外部サーバ、５２…通信機器

Claims (9)

1. 検査対象に設置された状態で前記検査対象に対して超音波信号を送信し受信するプローブと、
   前記検査対象に設置された状態で光を前記検査対象に入射し、前記検査対象からの反射光を検出する光学式位置検出装置と、
   前記プローブが前記検査対象に設置されたときの前記光学式位置検出装置と前記プローブとの相対位置を固定する把持部と、を備えて構成されたプローブ装置を有し、
   前記光学式位置検出装置は、前記検査対象からの反射光の検出データに基づいて、前記プローブの初期位置からの相対移動量及び相対回転量を測定する相対移動量演算器を備え、
   前記把持部は、前記光学式位置検出装置を前記検査対象に常に設置させながら、前記プローブを、探傷時には前記検査対象に設置させ、走査時には前記検査対象から離反させた状態に保持可能に構成されたことを特徴とする超音波探傷システム。
2. 前記プローブからの超音波信号を離散化してデジタルの超音波データに変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部からの前記超音波データを解析処理及び画像化処理する信号処理部と、前記Ａ／Ｄ変換部及び前記信号処理部の少なくとも1つの条件を設定するユーザインタフェース部と、前記信号処理部で処理された超音波波形を含むデータを表示する表示部と、を備えて構成された超音波探傷装置を更に有し、
   前記超音波探傷装置が前記プローブ装置に接続されて構成されことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷システム。
3. 前記相対移動量演算器、前記Ａ／Ｄ変換部、前記信号処理部、前記ユーザインタフェース部、及び前記表示部の少なくとも１つが、ネットワークに接続可能で且つアプリケーションソフトを利用可能なスマートデバイスに代替して構成されたことを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷システム。
4. 前記プローブ装置を用いて超音波探傷を行う検査員の位置情報を取得する検査員位置取得手段を、更に有して構成された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システム。
5. 前記相対移動量演算器により得られたプローブ装置の位置情報に基づいて、検査位置、検査範囲、Ａ／Ｄ変換部から取得した超音波データ、超音波エコー高さ、超音波伝搬時間、超音波伝搬距離、及び信号処理部から取得した映像化処理結果の少なくとも1つを拡張現実の手法を用いて表示する拡張現実表示部を、更に有して構成されたことを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷システム。
6. 前記検査対象をモデル化すると共に、相対移動量演算器により得られたプローブ装置の位置情報に基づいて、検査位置、検査範囲、Ａ／Ｄ変換部から取得した超音波データ、超音波エコー高さ、超音波伝搬時間、超音波伝搬距離、及び信号処理部から取得した映像化処理結果の少なくとも1つを仮想現実の手法を用いて表示する仮想現実表示部を、更に有して構成されたことを特徴とする請求項２または５に記載の超音波探傷システム。
7. 前記超音波探傷装置は、超音波探傷の検査結果を解析する解析装置を含む外部サーバとネットワークを介して通信可能な通信機器に接続されて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷システム。
8. 前記超音波探傷装置は、通信機器を用いて、外部サーバとデータの送信及び受信の少なくとも一方を行うよう構成されたことを特徴とする請求項７に記載の超音波探傷システム。
9. 検査対象に設置された状態で前記検査対象に対して超音波信号を送信し受信するプローブと、前記検査対象に設置された状態で光を前記検査対象に入射し、前記検査対象からの反射光を検出し、この反射光の検出データに基づいて、前記プローブの初期位置からの相対移動量及び相対回転量を測定する光学式位置検出装置と、前記プローブが前記検査対象に設置されたときの前記光学式位置検出装置と前記プローブとの相対位置を固定する把持部と、を備えて構成されたプローブ装置を準備し、
   前記把持部により、前記光学式位置検出装置を前記検査対象に常に設置させながら、前記プローブを、走査時には前記検査対象から離反させた状態とし、探傷時には前記検査対象に設置させて超音波探傷を行うことを特徴とする超音波探傷方法。

Images