JP3664826B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接部の検査や、板材や管材等の検査に用いられる超音波探傷装置および超音波探傷法に関するものである。
特に、試験体の探傷面に対して傾いた角度で進行する超音波を用いた、いわゆる超音波斜角探傷法に関するものである。なお、検査、検出という文言とは別の文言として、測定、計測などといった文言があるが、ここでは、測定や計測などという文言は、検査、検出という文言に含まれるとして取り扱っている。また、検査結果という文言も試験結果や探傷結果などという文言を含んでいるものとして取り扱っている。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の超音波斜角探傷法については、例えば、「超音波探傷法（改定新版）」、日本学術振興会・鉄鋼第１９委員会編、日刊工業新聞社、昭和４９年７月３０日改定新版発行、昭和５２年１２月２０日改定新版３刷発行（以下、「文献Ａ」と略称する。）、第１８０頁〜第１９９頁に詳しく記述されている。
【０００３】
従来の超音波探傷装置および超音波探傷方法について図３８を参照しながら説明する。図３８は、上記文献Ａから引用した従来の超音波斜角探傷法を説明するための図である。
【０００４】
図３８において、試験体１は母材部２と、表面３と、底面４と、溶接部５とを有する。また、試験体１の溶接部５の内部には、音響的不連続部（きず）６が存在する。この音響的不連続部６には種々のものがあり、溶接時の初層溶接部の割れ、溶接終始端のクレータ割れ、融合不良、溶け込み不良、スラグ巻き込み、ブローホール、ウォームホール、高温割れ、異物混入などによる周辺媒質からの材料的差異部等々がある。また、溶接作業に関連しないで材料そのものに既に存在している混入異物部や、クラック等々も音響的不連続部に相当する。以下、これらの音響的不連続部を簡単のためにきず６と呼んで説明することとする。さらに、試験体１の表面３には、探触子７が載置されている。
【０００５】
探傷面に相当する試験体１の表面３に置かれた探触子７から、試験体１の内部へ超音波パルスが送信される。図中、超音波パルスの伝播方向を矢印を付した実線で示しており、角度「θ」は超音波ビームの屈折角である。きず６に照射され、それにより反射されたエコーは、再度、探触子７によって受信される。
【０００６】
きず６は次のようにして検出される。探触子７に電気的に接続された超音波探傷器によって、探触子７から超音波パルスが送信された時間とエコーが再び受信された時間との時間差、すなわち、超音波パルスが試験体１中を伝播するのに要した時間を計測する。この時間は、超音波パルスが探触子７からきず６まで往復するのに要した時間であるから、２で割って片道の時間を求め、この時間と試験体１中の音速とから片道のビーム路程を求める。このビーム路程は、図中、「Ｗｙ」で示している。
【０００７】
図中に示すように、試験体１の厚さを「ｔ」とすると、探触子７からきず６までの水平距離「ｙ」、及び、試験体１の表面３からきず６までの深さ「Ｄ」は、次の式１、式２で求められる。
【０００８】
ｙ＝Ｗｙ×ｓｉｎ（θ） ・・・（１）
【０００９】
Ｄ＝２ｔ−Ｗｙ×ｃｏｓ（θ） ・・・（２）
【００１０】
なお、上記式２で与えられる深さＤについては、探触子７から送信された超音波パルスが試験体１の底面４で１回反射してきず６に照射された場合の式である。底面反射を利用せず、直射で、すなわち、探触子７から送信された超音波パルスがきず６に直接照射されたエコーが直接受信された場合には、同様の幾何学的な関係から成立する次の式３が用いられる。
【００１１】
Ｄ＝Ｗｙ×ｃｏｓ（θ） ・・・（３）
【００１２】
ここでは示さないが超音波パルスが試験体１の底面４や表面３で何回か反射を繰り返してきず６に照射されエコーが受信された場合には、同様の幾何学的な関係から成立する式が用いられる。
【００１３】
上記のようにして得られたデータを画像表示する方法としては、例えば文献Ａ第２５７頁〜第２７２頁に詳しく記述されている。
【００１４】
従来の画像表示方法のうちＡスコープについて図３６を参照しながら説明する。図３６は、文献Ａから引用した従来のＡスコープを説明するための図である。
【００１５】
図３６において、試験体１は表面３と底面４とを有する。また、試験体１中にはきず６が存在する。さらに、試験体１の表面３には、探触子７が載置されている。
【００１６】
探傷面に相当する試験体１の表面３に置かれた探触子７から、試験体１の内部へ超音波パルスが送信される。図中、超音波パルスの伝播方向を矢印を付した実線で示している。きず６および底面４に照射され、それにより反射されたエコーは、再度、探触子７によって受信される。
【００１７】
上記のようにして受信されたエコーは、横軸に超音波パルスの往復の伝播時間または試験体中での音速によって換算された試験体中距離を示し、縦軸は受信されたエコーのエコー高さを示す画面上に表示される。
【００１８】
従来の画像表示方法のうちＢスコープについて図３７を参照しながら説明する。図３７は、文献Ａから引用した従来のＢスコープを説明するための図である。
【００１９】
図３７において、試験体１は表面３と底面４とを有する。また、試験体１中にはきず６が存在する。さらに、試験体１の表面３には、探触子７が載置されている。
【００２０】
探傷面に相当する試験体１の表面３に置かれた探触子７から、試験体１の内部へ超音波パルスが送信される。図中、超音波パルスの伝播方向を矢印を付した点線で示している。きず６に照射され、それにより反射されたエコーは、再度、探触子７によって受信される。
【００２１】
探触子７は走査線上を走査され、一定間隔毎に上記のように送信及び受信を行う。
【００２２】
上記のようにして受信されたエコーは、横軸に超音波パルスの往復の伝播時間または試験体中での伝播時間によって換算された試験体中距離を示し、縦軸は走査された探触子の位置を示す画面上に、あらかじめ決められたしきい値をこえるようなエコー高さが受信された場所に輝点を表示またはエコー高さに応じた表示色をあらかじめ決めた擬似カラーで表示する等の方法で表示される。
【００２３】
受信されたエコーは探触子の走査とともに実時間でＢスコープ表示される場合や、受信されたエコーと探触子位置を記憶しておき、計測が終了した後にＢスコープ画像化する場合がある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような従来の画像化処理では、超音波ビームが実際には回折によりある指向角をもって伝播することを無視し、ビームの中心線のみに注目して幾何学的関係から決まる上述したような式を用いてきずの位置を決定しており、きずの位置検出精度がよくないという問題があった。
【００２５】
また、従来の画像化処理では縦波と横波が混在して受信された場合、その分離が困難であるという問題があった。
【００２６】
また、従来の画像化処理では、エコー高さからきずの大きさを推定していたが、きずの大きさのみならず形状、傾き等によってもエコー高さは変動するため、表示値が必ずしもきずの大きさを示していないという問題があった。
【００２７】
また、従来の画像化処理ではきずの形状、傾きを表示することはできなかった。
【００２８】
また、従来の画像化処理では、斜角探傷の欠点である感度の低さを是正する手段をもたないので、Ｓ／Ｎが悪いという問題があった。
【００２９】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、斜角探傷時試験における検査の精度が向上し、きず等の大きさ、形状、傾き、位置等の検出能力、検出精度を向上することができる超音波探傷装置および超音波探傷方法を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる超音波探傷装置は、試験体の探傷面に対して斜めに超音波パルスまたはバースト波を放射し、かつ試験体内部の音響的不連続面によって反射された超音波パルスまたはバースト波を受信して電気信号に変換する探触子と、前記探触子を前記試験体上の任意の範囲を移動させかつ前記探触子の空間的位置情報を出力する走査機構と、前記探触子に送信信号を供給する送信部と、前記探触子で受信した信号を増幅する受信部と、受信された信号を適切な標本化周波数でディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部からの受信波形情報および前記走査機構からの位置情報および前記探触子より試験体内部へ放射された超音波ビームの中心線の入射角度を考慮して各探触子位置での前記受信波形情報の時間軸補正量を計算する信号処理部と、前記時間軸補正量を用いて各探触子位置の受信波形情報を補正して、前記受信波形情報を画像表示する画像処理手段とを備えたものである。
【００３１】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正して表示する画像表示手段を備えたものである。
【００３２】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が、各探触子位置における受信波形情報の振幅値を、あらかじめ設定された色で表示する画像表示手段を備えたものである。
【００３３】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が各探触子位置における受信波形情報をＡＣ波形で表示する画像表示手段を備えたものである。
【００３４】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記信号処理部が、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてデコンボリューション処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３５】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてパルス圧縮処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３６】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタと、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、パルス圧縮処理を行うための前記フィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理を行い、かつ、デコンボリューション処理を行う前記フィルタを用いて受信波形情報に対してデコンボリューション処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３７】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理とデコンボリューション処理を時分割で実現するＦＩＲフィルタを有し、前記ＦＩＲフィルタを用いて、受信波形情報に対してパルス圧縮処理とデコンボリューション処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３８】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う表示する信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００３９】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記信号処理部が、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し受信波形情報に対して前記フィルタを用いてデコンボリューション処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４０】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてパルス圧縮処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４１】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタと、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、パルス圧縮処理を行うための前記フィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理を行い、かつ、デコンボリューション処理を行う前記フィルタを用いて受信波形情報に対してデコンボリューション処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４２】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理とデコンボリューション処理を時分割で実現するＦＩＲフィルタを有して前記ＦＩＲフィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理とデコンボリューション処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４３】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記信号処理部が、前記探触子位置と超音波ビームの中心線の入射角度から、予め試験体中の場所におけるビーム路程を計算して分布テーブルを作成し、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、前記分布テーブルを用いて開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４４】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記表示部が、前記信号処理結果を表示する際に、同一受信信号に対して、複数の異なる信号処理を施した結果を、１つの画面内の複数の表示用窓に表示する画像表示手段を備えたものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態１、２、３、４、５、６、７および８に係わる超音波探傷装置の構成について図１、図２及び図３を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施の形態に係わる超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。また、図２はこの発明の実施の形態に係わる超音波探傷装置の探触子の構成を示す図である。なお、図２は、「新非破壊検査便覧」、（社）日本非破壊検査協会編、日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日発行、題２９１頁〜題２９２頁（以下、「文献Ｂ」と略称する。）から引用したものである。また、図３は超音波の指向角を示す図である。また、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００４６】
図１において、超音波探傷装置は、試験体１に載置された探触子７と、探触子７に接続された送受信装置８と、探触子７のための走査機構部９とを備える。なお、走査機構部９は、探触子７の位置検出センサを含んでいる。
【００４７】
また、同図において、送受信装置８は、制御部８１と、送信部８２と、受信部８３と、Ａ／Ｄ変換部８４と、信号処理部８５と、表示部８６と、位置検出部８７とを含む。
【００４８】
また、同図において、送信部８２は、制御部８１からの制御信号に基づいて、例えばパルス波、正弦波、および正弦波に位相変調、振幅変調、周波数変調等の変調を施した信号等、任意の波形を発生することが可能な任意波形発生機能をもち、発生した信号を送信信号として探触子７に信号線を介して供給する。
【００４９】
また、同図において、探触子７は送信部８２から供給された電気信号を音響信号に変換して試験体１中へ放射する。放射された超音波は、例えば、底面４に到達するまでの区間、いわゆる０．５スキップまでの区間にきず６が存在する場合は、図中矢印のような伝播経路を経由して、試験体１中からエコーとして返ってくる。この音響信号であるエコーを電気信号に変換して受信部８３へ送る。
【００５０】
また、同図において、受信された信号は受信部８３で増幅され、Ａ／Ｄ変換部８４に送られる。Ａ／Ｄ変換部８４ではアナログ信号である受信信号をディジタル信号に変換する。アナログ／ディジタル変換をする際の標本化周波数は、送信信号の中心周波数に比べて十分大きな値とし、アナログ信号の位相情報、波形情報等が失われないようにする。ディジタル信号に変換された受信信号は、信号処理部８５に送られる。
【００５１】
また、同図において、信号処理部８５は、制御部８１からの制御信号により、実施の形態１、２、３、４、５、６、７において示すような各種信号処理回路を有する。ここで信号処理された受信信号は、表示部８６に送られる。
【００５２】
また、同図において、表示部８６は、信号処理部８５での処理結果を画像、または文字、または画像と文字で表示する。
【００５３】
また、同図において、制御部８１は、送信部８２と、受信部８３と、Ａ／Ｄ変換部８４と、信号処理部８５と、表示部８６と、位置検出部８７、および走査機構部９に制御信号を出力して、各部の制御を司る。また、制御部８１は、走査機構部９へも位置検出部８７を経由して制御信号を出力し、走査機構部９の制御を司る。
【００５４】
また、同図において、走査機構部９は位置検出部８７に接続されており、走査機構部９の位置検出センサからの出力信号が位置検出部８７に入力される。位置検出部８７で検出された探触子７の位置情報は信号処理部８５に入力される。なお、走査機構部９は、制御部８１からの制御信号により、探触子７を、試験体１の表面３上の任意の位置に移動させることができる。
【００５５】
図２において、探触子７は、アクリルなどの材料からなるくさび７１と、圧電セラミック等の圧電材料からなる矩形あるいは円形の振動子７２を含む。
【００５６】
ここで、探触子７の動作について説明しておく。超音波斜角探傷においては、探触子７から試験体１中に放射される超音波のモードとして横波が広く用いられている。このような横波専用の探触子７では、振動子７２からくさび７１内への縦波超音波を放射する。くさび７１内へ放射された縦波超音波は、くさび７１と試験体１の境界面、すなわち、試験体１の表面３で、スネルの反射、屈折の法則にしたがって、反射、屈折し、試験体１内へは、設計上は、横波超音波しか屈折伝播しないように設計されている。すなわち、くさび７１と試験体１との境界面において、スネルの反射、屈折の法則を利用して計算したとき、振動子７２からくさび７１内へ放射された縦波が、上記境界面で屈折する際、試験体１内へは屈折縦波は入射せず、屈折横波のみが入射するような入射角「α」を有するように探触子７が設計されている。試験体１中を伝播してきた横波超音波を受信する場合は、上述したプロセスと逆のプロセスを辿って受信されるので、横波専用として設計された探触子７は、設計上は、試験体１中を伝播してきた横波情報のみを受信する。
【００５７】
このように設計された横波専用の探触子７においては、以下のように考えるとその動作を考えやすい。図２において、符号７２Ａは見かけの振動子であり、「Ｈｓ」は試験体１の表面３から見かけの振動子７２Ａの中心までの高さである。さらに、「Ｗ」は振動子７２の幅、「Ｗｓ」は見かけの振動子７２Ａの幅、「Ｐ１」はくさび内距離、「Ｐ１ｓ」は見かけのくさび内距離、「α」はくさび７１と試験体１の表面３の境界面における超音波の入射角、「θｓ」は横波屈折角である。
【００５８】
なお、本明細書で使用しているこれらの記号や名称は、説明の都合上、文献Ｂとは異なっている。本明細書と文献との対応は次の通りである。矢印（→）の左側が文献Ｂでの名称と記号、右側が本明細書のそれらである。
【００５９】
振動子の高さＨ → 振動子１５の幅Ｗ
振動子の見かけの高さＨＲ → 振動子１５の見かけの高さＷｓ
くさび内距離ｌ１ → くさび内距離Ｐ１
試験体中距離に換算したくさび内距離 → 見かけのくさび内距離Ｐ１ｓ
【００６０】
以上、「見かけの」という表現を用いたが、これは、文献Ｂに記述されているように、振動子７２からくさび７１内に放射された縦波超音波が、試験体１との境界面、すなわち、表面３でスネルの屈折の法則にしたがって屈折し、試験体１内へ横波超音波として放射されるため、試験体１内へ放射される横波超音波に対しては、試験体１側から見た振動子７１の幅Ｗが等価的にＷｓに見えることや、くさび内距離Ｐ１を試験体１中の距離に換算すると等価的にＰ１ｓに見えるという意味で用いたものである。これらの見かけの物理量を用いると、くさび７１があたかも試験体１の一部であるかの如くみなして種種の計算や信号処理が行える。そこで、以下の説明においては、点Ｏを見かけの信号開始点７１Ａの中心とする。
【００６１】
ここで、探触子７から放射される超音波の指向角について、図３を参照しながら説明する。図３において、探触子７から放射された超音波ビームは回折により拡散するが、図中、実線は超音波ビームの中心線を示している。また、点線は、送信（放射）あるいは受信での超音波ビームにおいて、中心線上から、例えば、−３ｄＢの音圧になる点を結んだ線を示している。すなわち、２つの点線の間が超音波の送信あるいは受信での実効的なビーム幅に相当する。実線と点線のなす角、すなわち、指向角を図中に示すようにΘｓとする。なお、ここでは例として−３ｄＢとなるビーム幅を考えたが、この値はこれに限らず、用途・目的に応じて−６ｄＢでも、−９ｄＢでも、あるいは、−１２ｄＢでも良いし、その他の値を用いて実効的なビーム幅を定義しても構わない。
【００６２】
ここで、超音波斜角探傷の一連の動作、および超音波探傷装置の動きについて説明する。送受信装置８の送信部８２からインパルスと見なしても差し支えない程度の時間幅の狭いパルス、キャリア周波数を有するバースト信号、および前記信号に変調をかけた信号等の任意の送信信号が発生され、探触子７に伝達される。探触子７は送信信号によって駆動され、超音波パルスを試験体１の探傷面、すなわち、試験体１の表面３に対して斜めに放射する。なお、各実施の形態では探傷面が表面である場合を例にとって説明するが、探傷面は表面に限らず、底面であったり、側面である場合もある。超音波パルスは試験体１中を伝播してきず６によって反射、散乱、回折される。ここでは、反射という文言が、単に反射のみならず、散乱や回折等の物理現象も含んだものとして取り扱う。すなわち、反射という文言は、超音波の伝播に関する振る舞いをした現象を全て含んでいると解釈することとする。特に、きず６の先端部において発生すると言われている先端回折エコーないし端部エコーと呼ばれているエコーも、きず６によって反射したエコーに含まれているものとして説明する。この反射、散乱、回折された超音波パルスは、試験体１中を伝播して再び探触子７によって受信される。この受信されたエコーは、受信部８３で増幅され、Ａ／Ｄ変換部８４へ送られる。
【００６３】
一方、走査機構部９によって探触子７の空間的位置の情報が検出され、位置検出部８７に送られる。この位置検出部８７から探触子７の空間的位置の情報は信号処理８５へ送られる。
【００６４】
次に、走査機構部９によって探触子７は別の空間的位置（座標）に移動される。そして、送信信号によって探触子７から超音波パルスが放射され、きず６からの受信エコーは、受信部８３、Ａ／Ｄ変換部８４、を経由して信号処理部８５に入力される。同時に、探触子７の空間的位置の情報が位置検出部８７を経由して信号処理部８５に入力される。
【００６５】
この一連の動作が探触子７の所要の走査範囲にわたって行われる。この超音波斜角探傷中、または超音波斜角探傷後に信号処理部８５で行われる処理、および、各信号処理における信号処理部８５の詳細な構造について以下、実施の形態１、２、３、４、５、６、７および８にて説明する。
【００６６】
実施の形態１．
次にこの発明の実施の形態１に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図４から図８、図１０、図３２、図３３、図３４を参照しながら説明する。
【００６７】
図４から図８までは、実施の形態１に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための画像処理手法を示す図またはディスプレイ上の中間値画像である。
【００６８】
図４は、試験体１の表面３上に載置された探触子７が、走査機構部９によって、図中探触子走査方向に走査された場合の、時系列上連続している探触子位置Ａ、Ｂ、Ｃと各探触子位置Ａ、Ｂ、Ｃにおける各信号開始点Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ、および各超音波ビームの中心線を示している。また、探触子走査方向Ａ，Ｂ間の距離をｄ１、Ｂ，Ｃ間の距離をｄ２とする。ただし、ｄ１、ｄ２は、隣り合う探触子位置の超音波ビームの実効的なビーム幅がそれぞれ重なり合うように設定する。また、θｓは超音波ビームの屈折角である。
【００６９】
また、試験体中の距離については、特に断らない限り横波音速を基準とした距離とする。
【００７０】
さらに、以下に述べる画像化処理、信号処理手順を説明する上で、探触子位置Ｂにおいて、超音波ビームの中心線がきず６と交叉するものとする。また、探触子位置Ａ，Ｂにおいて、超音波ビームの中心線はきず６とは交叉しないが、有効ビーム幅内にきず６が存在するものとする。
【００７１】
さらに、探触子位置Ａ，Ｃにおいて、信号開始点Ｏａ，Ｏｃからきず６を最短距離で結ぶ直線を点線で示す。加えて、各探触子位置Ａ、Ｂ，Ｃにおいて、おのおのの超音波ビーム中心線上に、信号開始点Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃからきず６までの最短距離と等距離位置に見かけのきずＦａ，Ｆｂ，Ｆｃを示す。
【００７２】
さらに、超音波伝播方向において、隣り合う探触子位置Ａ，Ｂの距離差をｄ１ｓとし、Ｂ，Ｃの距離差をｄ２ｓとする。ｄ１ｓは式４、ｄ２ｓは式５で表される。
ｄ１ｓ＝ｄ１×ｓｉｎ（θｓ） ・・・（４）
ｄ２ｓ＝ｄ２×ｓｉｎ（θｓ） ・・・（５）
【００７３】
従来のＢスコープ表示法を適用して、図４を画像表示すると図６のようになる。この時、Ｂスコープの表示範囲は図５のようになる。表示画面１０内に縦軸に探触子走査方向、横軸に超音波伝播方向をとり、各探触子位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける、きず６位置Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃを表示している。ここでは、Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃでのきず６からの反射エコーの大きさを黒く塗りつぶした四角形の面積で示しているが、反射エコーの大きさに特定の色を配した擬似カラー表示によることも可能である。また、試験体１の底面４は、横軸に垂直に表示される。
【００７４】
図６において、従来のＢスコープ表示による表示範囲内の表示開始点は、各探触子位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける、信号開始点から等距離を隔てた位置となる。また、各探触子位置Ａ，Ｂ，Ｃの信号開始点から試験体１の底面４までの超音波ビームの中心線距離は等しいので、底面４は縦軸に平行となる。
【００７５】
しかし、Ｂスコープは本来垂直探傷の結果を断面表示する画像化方法であり、斜角探傷にそのまま用いても断面表示とはならず、探傷情報が有意な形式で表示されない。
【００７６】
また、垂直探傷の場合は超音波の伝播モード、すなわち縦波と横波の混在は基本的に有り得ないが、斜角探傷において送信は横波であるが、伝播途中で横波〜縦波〜横波と変換されて受信される場合や、受信時に横波のみならず縦波をも受信する可能性がある。横波と縦波は試験体中の伝播速度が異なるので、受信されたエコーの伝播モードが明確に区別できない場合は、試験体中の音響的不連続面までの距離の評価に超音波の伝播時間および試験体中の音速を用いる場合、その位置を誤認する恐れがある。しかし、従来のＢスコープでは伝播モードを明確に区別できない。
【００７７】
また、従来のＢスコープでは、探触子の屈折角、あるいはエコーが探触子に受信される角度等の斜角探傷に特有のパラメータを考慮していないため、 開口合成等の信号処理の前処理として不適当である。
【００７８】
従来のＢスコープ表示法に加えて、新規技術を取り入れた表示法を示す。これは、Ｂスコープ表示をする際に、探触子位置によって信号開始点位置、つまり超音波伝播方向に補正量を加えて表示する技術である。図４において、任意の一つの探触子位置、例えば探触子位置Ｂを基準とする場合、探触子位置Ｂにおける信号開始点Ｏｂを基準として、探触子位置Ａ，Ｃにおける信号開始点Ｏａ、Ｏｃを決定する際に次のような処理を行う。表示基準探触子Ｂの信号開始点Ｏｂと表示したい探触子の信号開始点との探触子走査方向（表示時縦軸方向）での距離差をｄとした場合、ｄと屈折角θｓに依存する距離ｄｓによる補正をｙ軸方向で施した位置とする。ｄｓを式６で表わす。これは前記の式４、式５の一般式である。
ｄｓ＝ｄ×ｓｉｎ（θｓ） ・・・（６）
つまり、探触子位置Ａにおける信号開始点ＯａはＯｂよりもｄ１ｓだけ試験体外方向の点、探触子Ｃにおける表示開始点ＯｃはＯｂよりもｄ２ｓだけ試験体内方向の点、となる。以下、上記のような補正を加えたＢスコープを補正Ｂスコープと呼称するものとする。
【００７９】
図１０は、補正Ｂスコープ処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対してｄｓの補正を行う。補正された受信信号は逐次、記憶部８５Ｍに記憶され、また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。
【００８０】
図７に補正Ｂスコープの表示範囲を、図８に補正Ｂスコープの表示例を示す。補正Ｂスコープ表示を行うことで、屈折角θｓで受信されたエコーだけが、画面上で縦軸に平行な線を接線とする円弧状に軌跡を描く。そのため、角度θｓで受信されるエコーだけを特徴的に表示することが可能となり、θｓ以外の角度で受信される他のエコーとの区別が容易になる。
【００８１】
また、θｓを探触子固有の屈折角のみならず任意の角度に設定することで、任意の角度θｓで受信されるエコーのみを特徴的に表示することも可能となる。
【００８２】
また、受信されたエコーに横波と縦波の異なる伝播モードのエコーが混在する場合にも、両者の音速の違いが補正量ｄｓの違いとして表わされるため、明確に区別することが可能となる。
【００８３】
また、補正Ｂスコープは上記のように受信角度の選択、伝播モードの選択機能を持つので、開口合成処理等の信号処理を斜角探傷の結果に適用する場合の前処理として適当であるといえる。
【００８４】
図８では各探触子位置での超音波エコー位置および振幅の大きさは、予め定義された表示図形の位置、および大きさで示しているが、振幅の大きさを予め定義された擬似カラーで表示することも可能である。
【００８５】
従来のＢスコープ表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３３に、補正Ｂスコープの表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３４に示す。それぞれ、図３２に示す試験体中の４φｘ４ＦＢＨを探傷した場合の表示例である。
【００８６】
図３３において、探傷結果表示窓に表示されているのが、Ｂスコープである。まず、４φｘ４ＦＢＨやコーナー部からのエコーを示す表示に対して、背景の、いわゆる妨害エコーが同等のレベルで表示されている。この妨害エコーがノイズとなり、表示時の信号雑音比、いわゆるＳ／Ｎを低下させている。また、この探傷での目標きずである４φｘ４ＦＢＨのエコー付近に同等レベルのエコーが表示されており、この表示から４φｘ４ＦＢＨを検出、特定することは非常に困難である。
【００８７】
図３４において、探傷結果表示窓に表示されているのが、補正Ｂスコープである。Ｓ／Ｎに関してはＢスコープ表示と同等であるが、４φｘ４ＦＢＨエコーを特徴的に表示し、４φｘ４ＦＢＨ付近のエコーと明確に特定できる。
【００８８】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図４、図７から図１０を参照しながら説明する。
【００８９】
図４、図７から図９までは、実施の形態２に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための画像処理手法を示す図またはディスプレイ上の中間値画像である。
【００９０】
補正Ｂスコープの表示方法については、図８で示した方法以外に、図９で示すような方法で表示することも可能である。図９は各探触子位置での超音波エコーを元波形のまま、つまりＡＣ波形で表示する表示方式である。
【００９１】
受信信号をＡ／Ｄ変換部８４において、波形情報が失われないような標本化周波数でアナログ／ディジタル変換し、信号処理部８５に入力してあるため、補正Ｂスコープを図９のようにＡＣ波形で表示することも可能である。
【００９２】
図１０は、補正Ｂスコープ処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対して前記ｄｓの補正を行う。補正された受信信号は逐次、記憶部８５Ｍに記憶され、また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。ここで、記憶部には受信信号の波形情報を保存したままのディジタル情報が記憶されているので、制御部８１からの制御信号により、図８で示すような図形の面積、擬似カラー等による表示方法か、または図９に示すようなＡＣ波形による表示方法かを選択できる。
【００９３】
上記のように、ＡＣ波形で表示することで、エコーの位相情報、つまり位相の反転、位相干渉等の、音響的不連続面の特性を導出する有益な情報を、連続的に確認することができる。
【００９４】
実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図４、図７、図１１、図１２、図１３、図３２、図３５を参照しながら説明する。
【００９５】
図４、図７、図１１は、実施の形態３に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための信号処理手法を示す図またはディスプレイ上の中間値画像である。
【００９６】
補正Ｂスコープ処理を施した後に、更に以下に示す開口合成処理を組み合わせることで、より多くの効果を上げることが可能となる。
【００９７】
任意の探触子位置の超音波ビーム中心線上の任意の点について、以下、説明のためにこの点を点Ｔ、その座標を（ｘ，ｙ）とする。Ｔを指向角Θｓの有効ビーム幅内に含む任意の探触子位置Ｓｋの信号開始点Ｏｋとし、Ｏｋの座標を（ｘｋ，ｙｋ）とすると、ＯｋからＴまでの距離Ｌｋは、式７のようになる。
Ｌｋ＝２×√｛（ｘｋ−ｘ）２＋（ｙｋ−ｙ）２｝ ・・・（７）
この距離Ｌｋに相当する受信信号を、Ｔに加算していく。この処理を、探触子走査範囲のうちの任意の範囲について行う。Ｔにおける合成受信信号をｆ（ｘ，ｙ）、探触子位置Ｓｋでの、距離Ｌｋに対応する波形データをｓ（ｘｋ，ｙｋ，Ｌｋ）とし、探触子走査範囲としてｎ個の探触子位置を用いるとすると、Ｔにおける開口合成処理は式８で表わされる。
【００９８】
【数１】
【００９９】
ただし、受信信号はＡＣ波形とし、位相を考慮した加算を行う。これは超音波ビームの中心線上で開口合成処理を行っていると考えられる。以後、この処理をライン開口合成処理と呼称する。ライン開口合成処理について、探触子７を試験体１の表面３上で走査し、受信信号、および位置検出部８７からの探触子位置信号を信号処理部８５に入力し、前記の処理を行う。図１１では、各探触子位置において、各信号開始点Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃからそれぞれの見かけのきず位置Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃまでの距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに対応する受信信号を各超音波ビームの中心線上で加算した結果を示したものである。ライン開口合成処理を行うことで、Ｆのようにきず６に相当する位置のエコーのみが相対的に強調して示される。
【０１００】
図１２は、ライン開口合成処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対してｄｓの補正を行う。補正された受信信号は加算部８５Ｂに入力され、また、加算部８５Ｂには位置検出部８７からの探触子位置情報も入力され、また、記憶部８５Ｍに記憶されている前回探触子位置までの計算結果が入力される。ここで、記憶部８５Ｍにおいて、前回探触子位置までの計算結果は、その計算結果が示す表示点の座標と関連付けられて記憶されており、加算部８５Ｂに入力される際も、表示点座標と計算結果が関連付けられたまま渡される。次に、加算部８５Ｂにおいて、制御部８１からの制御信号によりあらかじめ探触子の屈折角、指向角、基準となる探触子の位置等が設定されている状態で、補正された信号開始点から表示点までの距離を逐次算出し、該当する距離の受信信号を、今回の表示点に該当する記憶部８５Ｍから入力された前回探触子位置までの計算結果に加算していく。加算部８５Ｂでの計算結果は、その計算結果が示す表示点座標とともに、逐次記憶部８５Ｍに記憶される。また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。
【０１０１】
ライン開口合成処理において、あらかじめ信号処理部８５に、走査範囲、走査ピッチｄ、指向角Θｓ等の値を入力しておき、その値を基に計算すべきあらゆる探触子位置からの、計算すべき試験体中のあらゆる点までの距離をあらかじめ算出しておき、算出した値を用いて探触子位置と試験体中の距離の分布テーブルを作成しておく。この分布テーブルをライン開口合成処理の参照テーブルとして、処理を行うことも可能である。
【０１０２】
図１３は、参照テーブル方式でライン開口合成処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対してｄｓの補正を行う。位置検出部８７からの探触子位置情報は参照テーブル部８５Ｃに入力される。参照テーブル部８５Ｃにおいて、制御部８１からの制御信号によりあらかじめ探触子の屈折角、指向角、基準となる探触子の位置等が設定され、その情報に基づいて、探傷時のあらゆる探触子位置における信号開始点から、あらゆる表示点までの距離をあらかじめ計算し、参照テーブルを作成し、保持しておく。また、信号開始点補正部８５Ａにおいて補正された受信信号は加算部８５Ｂに入力され、また、記憶部８５Ｍに記憶されている前回探触子位置までの計算結果が入力される。ここで、記憶部８５Ｍにおいて、前回探触子位置までの計算結果は、その計算結果が示す表示点の座標と関連付けられて記憶されており、加算部８５Ｂに入力される際も、表示点座標と計算結果が関連付けられたまま渡される。次に、加算部８５Ｂにおいて、入力された受信信号がどの表示点に該当するかを、参照テーブル部８５Ｃの参照テーブルから読み出し、該当する距離の受信信号を、今回の表示点に該当する記憶部８５Ｍから入力された前回探触子位置までの計算結果に加算していく。加算部８５Ｂでの計算結果は、その計算結果が示す表示点座標とともに、逐次記憶部８５Ｍに記憶される。また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。
【０１０３】
補正Ｂスコープに開口合成処理を組み合わせた処理を行うことで、特定の角度θｓで受信されるエコーのみを強調して表示することが可能となる。
【０１０４】
また、方位分解能が向上するので、近接した音響的不連続面からのエコーを明確に分離することが可能となる。
【０１０５】
また、開口合成処理を各探触子位置の超音波ビームの中心線上で、ＡＣ波形の加算という形で行っているので、処理結果を合成されたＡＣ波形で得られる。ここで得られたＡＣ波形は、その探触子位置での大きな開口面を持つ探触子で送受信を行った場合の受信波形と考えることができ、その波形情報、位相情報は音響的不連続面の特性を導出する有益な情報として使用することができる。
【０１０６】
また、予め探触子位置と試験体中のビーム路程の分布テーブルを作成しておくことで、計算速度の遅い処理装置を用いた場合でも、実時間でライン開口合成処理を行うことが可能となる。
【０１０７】
ライン開口合成処理を行った補正Ｂスコープ表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３５に示す。これは、図３２に示す試験体中の４φｘ４ＦＢＨを探傷した場合の表示例である。図３５において、探傷結果表示窓１に表示されているのが、ライン開口合成処理を行った補正Ｂスコープである。表示時のＳ／Ｎが高く、また、検出したい４φｘ４ＦＢＨのみが強調されて表示される。
【０１０８】
実施の形態４．
従来のＢスコープ表示において、図１４に示すような表示範囲を持つ表示方法もある。これは、表示時の縦軸、横軸を試験体の深さ、長さに対応させて試験体の断面表示をしようとする表示方法である。図１５は、図６をＢスコープの断面表示方法で表示したものである。断面表示という方法は感覚的に理解しやすいが、Ｂスコープ表示では、エコーの軌跡が拡散してしまうので、きず６の位置が特定しにくく、また前記したように縦波、横波が混在する場合はそれらの区別が不可能なため、ますますきず６位置の特定が困難であった。
【０１０９】
前記ライン合成開口を行った図１１を図１４のような表示範囲に変換すると、図１５のように表示される。前記したように、ライン開口合成によって、エコーはきず６の位置でのみ強調されて表示でき、また、伝播モードの異なるエコーのレベルは相対的に低下するので、正確にきず６の位置を特性することが可能となる。
【０１１０】
ライン開口合成の断面表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３５に示す。これは、図３２に示す試験体中の４φｘ４ＦＢＨを探傷した場合の表示例である。図３５において、探傷結果表示窓２に表示されているのが、ライン開口合成結果を断面表示したものである。断面上での４φｘ４ＦＢＨの位置を知ることができる。
【０１１１】
実施の形態５．
次にこの発明の実施の形態５に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図１７から図２０までを参照しながら説明する。
【０１１２】
図１７は、実施の形態５に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための信号処理手法を示す図である。
【０１１３】
補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理を施す前に、以下に示すデコンボリューション処理を行うことで、より多くの効果を上げることが可能となる。
【０１１４】
図１７に示すように、探触子から送信される原波形は複数の波数から成る。例え、送信部８２からインパルス波形を入力しても、探触子７の特性が送信波形に畳み込まれるので、目標波形に示すようなインパルス波形を送信することはできない。しかし、インパルス波形を送信することで時間分解能を向上させることができ、補正Ｂスコープ、ライン開口合成処理を行う場合には、目標波形に示すようなインパルス波形を送信したときに理想的な分解能が得られる。そこで、受信された波形から探触子の特性を除去するような、具体的には送信波形の周波数特性を打ち消し、目標波形の周波数特性に近づけるようなフィルタをかけて、あたかもインパルス波形を送信したかのような処理を加える。これがデコンボリューション処理である。
【０１１５】
図１８は補正Ｂスコープの前処理としてデコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態１で述べた補正Ｂスコープ処理が行われる。
【０１１６】
図１９はライン開口合成処理の前処理としてデコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたライン開口合成処理が行われる。
【０１１７】
図２０は参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理の前処理としてデコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べた参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理が行われる。
【０１１８】
デコンボリューション処理を施すことで、時間分解能を向上させることができ、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上させることができる。
【０１１９】
実施の形態６．
次にこの発明の実施の形態６に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図２１から図２４までを参照しながら説明する。
【０１２０】
図２１は、実施の形態６に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための信号処理手法を示す図である。
【０１２１】
補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理を施す前に、以下に示すパルス圧縮処理を行うことで、より多くの効果を上げることが可能となる。
【０１２２】
時間的に複数の波を送信することで送信エネルギーを大きくし、感度を向上させることができるが、時間分解能が低下する。したがって、図２１に示すように、あらかじめ送信信号に位相変調を施しておき、送信信号の変調に使用した信号を参照信号としてパルス圧縮フィルタを形成し、このフィルタを用いて受信信号を相関処理する。これによって、時間軸上に広がっていた受信信号が時間軸上の一点に圧縮される。圧縮されたパルスは圧縮パルスと呼ばれ、幅の狭いパルスとなる。これがパルス圧縮処理であり、時間分可能を低下することなく、感度を向上させることができる。
【０１２３】
詳しくは、特開平４−２８９４５３号公報、特公平７−８５０７７号公報、特公平７−８５０７６号公報、特公平７−８１９９５号公報、特公昭４−９６５６号公報、特公平７−９６５７号公報、特公平７−８１９９４号公報、特公平７−８１９９３号公報、特公平７−８１９９２号公報等に開示されているパルス圧縮技術を用いる。
【０１２４】
図２２は補正Ｂスコープの前処理としパルス圧縮処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態１で述べた補正Ｂスコープ処理が行われる。
【０１２５】
図２３はライン開口合成処理の前処理としてパルス圧縮処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたライン開口合成処理が行われる。
【０１２６】
図２４は参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理の前処理としてパルス圧縮処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べた参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理が行われる。
【０１２７】
パルス圧縮処理をおこなうことで、時間分解能を低下させることなく、受信感度を向上させることができる。
【０１２８】
実施の形態７．
次にこの発明の実施の形態７に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理部８５の詳細な構成について図２５から図３０までを参照しながら説明する。図２５から図３０までは信号処理部８５の詳細な構成を示す図である。
【０１２９】
デコンボリューション処理およびパルス圧縮処理を同時に行うことで、受信信号の時間分解能の向上と感度の向上を同時達成することができる。したがって、デコンボリューション処理およびパルス圧縮処理の両処理を、補正Ｂスコープ処理およびライン開口合成処理の前処理に用いることで、デコンボリューション処理もしくはパルス圧縮処理のいずれかを前処理として用いた場合よりも高い効果をあげることができる。
【０１３０】
図２５は補正Ｂスコープの前処理として、パルス圧縮処理、および、デコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力される。また、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルスの周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅからデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態１で述べた補正Ｂスコープ処理が行われる。
【０１３１】
図２６はライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、および、デコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力される。また、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルスの周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅからデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたライン開口合成処理が行われる。
【０１３２】
図２７はテーブル参照方式のライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、および、デコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力される。また、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルスの周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅからデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたテーブル参照方式のライン開口合成処理が行われる。
【０１３３】
図２５、図２６、図２７に示した信号処理部８５では、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄおよびパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに専用のハードウェアを用意したが、デコンボリューションフィルタおよびパルス圧縮フィルタは、ＦＩＲフィルタ等の汎用のディジタルフィルタの係数を制御することで実現可能である。したがって、デコンボリューションフィルタおよびパルス圧縮フィルタ用の専用ハードウェアを信号処理部８５に搭載する代わりに、ＦＩＲフィルタを搭載しても同様の効果が得られる。
【０１３４】
図２８は補正Ｂスコープの前処理として、パルス圧縮処理、または、デコンボリューション処理、あるいはその両方を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。ＦＩＲフィルタ部８５Ｆにおいて、制御部８１からの制御信号により、ＦＩＲフィルタをパルス圧縮フィルタ、デコンボリューションフィルタのいずれを使用するかを設定する。 ＦＩＲフィルタ部８５Ｆに複数個のＦＩＲフィルタを搭載している場合は、その両フィルタを同時に設定できる。以下の処理は上記〔０１３０〕と同様である。
【０１３５】
図２９はライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、または、デコンボリューション処理、あるいはその両方を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。ＦＩＲフィルタ部８５Ｆにおいて、制御部８１からの制御信号により、ＦＩＲフィルタをパルス圧縮フィルタ、デコンボリューションフィルタのいずれを使用するかを設定する。 ＦＩＲフィルタ部８５Ｆに複数個のＦＩＲフィルタを搭載している場合は、その両フィルタを同時に設定できる。以下の処理は上記〔０１３１〕と同様である。
【０１３６】
図３０は参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、または、デコンボリューション処理、あるいはその両方を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。ＦＩＲフィルタ部８５Ｆにおいて、制御部８１からの制御信号により、ＦＩＲフィルタをパルス圧縮フィルタ、デコンボリューションフィルタのいずれを使用するかを設定する。 ＦＩＲフィルタ部８５Ｆに複数個のＦＩＲフィルタを搭載している場合は、前記両フィルタを同時に設定できる。また、１個のＦＩＲフィルタに対して時分割で前記両フィルタを設定することも可能である。以下の処理は上記〔０１３２〕と同様である。
【０１３７】
デコンボリューション処理、パルス圧縮処理を専用のハードウェアではなく、ＦＩＲフィルタ等の汎用ディジタルフィルタを用いることで、信号処理部８５の回路の簡略化、部品点数の削減等の効果がある。
【０１３８】
実施の形態８．
以上の画像処理結果を表示する際に、図３１に示すような形式で表示すると探傷結果から様々な情報を得ることができる。すなわち、探傷条件、信号処理条件、画像処理条件等の諸条件を表示するパラメータ表示窓、探傷結果を補正Ｂスコープ表示、ライン開口合成処理の補正Ｂスコープ表示、ライン開口合成の断面表示等で表示する探傷結果表示窓、探傷結果表示窓において、縦軸ゲートスタートマーカー１２ｓ、縦軸ゲートエンドマーカー１２ｅで挟まれた範囲の受信角度毎の受信レベルのプロフィール等を表示する縦軸ゲート内表示窓、横軸ゲートスタートマーカー１１ｓ、横軸ゲートエンドマーカー１１ｅで挟まれた範囲の、探触子位置指定マーカー１３ａ、１３ｂで指定された受信信号のＡＣ波形、そのＡＣ波形をＦＦＴ処理をして計算した周波数特性等を表示する横軸ゲート内表示窓を１つの画面１０内に表示する。
【０１３９】
無論、各窓、各マーカーの配置、大きさ、数は図３１に示す限りではなく、例えば、画面１０すべてを探傷表示結果としたり、横軸ゲート内表示窓を画面上部に配置したり、縦軸ゲート内表示窓を画面左側に配置したり、各マーカーの数を複数個用意してそれに対応する複数個の横軸ゲート内表示窓または縦軸ゲート内表示窓を表示したり、横軸ゲート内表示窓または縦軸ゲート内表示窓のみを画面１０すべてに表示したり、探傷結果表示窓を異なる表示方法で複数個表示したりしてもかまわない。
【０１４０】
上記のように複数の表示窓を用いて、複数の異なる情報を同時に表示する表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３３、図３４、図３５に示す。
【０１４１】
以上の信号処理、画像処理の結果として、試験体１の中の検査結果が画像として得られた。次にこの実施の形態１、２、３、４、５、６、７および８の作用効果について説明する。
【０１４２】
この実施の形態では、従来とは異なり、走査ピッチｄ、および探触子の入射角Θｓに依存し、式６によって求まる量ｄｓを考慮してＢスコープ表示を行っている。これによって、入射角Θｓと同じ角度で受信される超音波エコーの軌跡だけが、特徴的に表示される。したがって、容易に他の超音波エコーと分別できる作用、効果が得られる。
【０１４３】
また、上記ｄｓを、任意の角度θに依存する量ｄｓ’に置き換えて、上記のＢスコープ表示を行うことで、入射角θｓとは異なる角度θで受信される超音波エコーの軌跡だけが、特徴的に表示される。したがって、入射角θｓと異なる角度で受信される超音波エコーの受信される角度を測定できる作用、効果が得られる。
【０１４４】
また、Ｂスコープ表示を行う際に、従来のように擬似カラー表示等で超音波エコーの大きさのみを表示するモードに加えて、元波形のまま表示するモードを加えることで、音響的不連続面の特性を導出するための有益な情報である位相の変化、干渉等の波形情報、位相情報を観察できる作用、効果が得られる。
【０１４５】
また、ライン開口合成処理と組み合わせことで、高い方位分解能を得られ、さらに、合成波形の位相を直接観察できる作用、効果が得られる。
【０１４６】
さらに、特定の角度で受信される超音波エコーだけを強調して表示することができる作用、効果が得られる。
【０１４７】
さらに、特定の伝播モードで受信される超音波エコーだけを強調して表示することができる、つまり、縦波のみあるいは横波のみを強調して表示できる作用、効果が得られる。
【０１４８】
さらに、あらかじめ超音波ビームの指向角、超音波ビームの伝播経路を考慮した各探触子位置毎の、ビーム路程と空間位置の変換テーブルをあらかじめ計算しておくことで、計測時の信号処理部の負担が軽減され、処理速度を向上できる作用、効果がある。
【０１４９】
また、デコンボリューション処理を前処理として用いることで、受信信号の時間分解能を向上することができ、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上することができる作用、効果がある。
【０１５０】
また、パルス圧縮処理を前処理として行うことで受信信号のＳ／Ｎが向上し、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上することができる作用、効果がある。
【０１５１】
また、デコンボリューション処理とパルス圧縮処理の２つの処理を、前処理として同時に用いることで、受信信号の時間分解能およびＳ／Ｎを向上することができ、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上することができる作用、効果がある。
【０１５２】
さらに、デコンボリューション処理とパルス圧縮をＦＩＲフィルタ等の汎用ディジタルフィルタを用いることで、信号処理部８５の内部設計を単純化できる作用、効果が得られる。
【０１５３】
また、１画面に探傷結果に関連する、異なる表示方法、処理方法の複数の情報を、同時に表示することで、探傷結果に対する理解を助ける作用、効果が得られる。
【０１５４】
なお、以上は、探触子を試験体の探傷面に直接接触させて探傷試験する場合についての説明であったが、この発明はこれに限らず、試験体を水等の液体中に浸して、この液体を介して探触子から試験体に超音波を送受信する、いわゆる浸漬法や水浸法に適用してもよい。あるいは、探触子の前面である。音響送受面、すなわち、探触子と試験体の探傷面との間の局部的な空間のみに水膜を設けて試験体に超音波を送受信する、いわゆる局部水浸法に適用してもよい。このような浸漬法や水浸法や局部水浸法においても、本発明と同様の作用、効果が得られる。
【０１５５】
また、以上は超音波ビームが探触子から放射され、試験体の底面に到達するまでの区間、いわゆる０．５スキップまでの区間に存在するきずについての説明であったが、この発明はこれに限らず試験体の底面で反射した超音波ビームが到達し得る区間に存在するきずの探傷に適用してもよい。このような０．５スキップ以降に存在するきずにおいても、本発明と同様の作用、効果が得られる。
【０１５６】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【０１５７】
受信角度に依存する補正を加えた後にＢスコープ表示を行うことで、前記受信角度で受信されるエコーのみを特徴的に表示することが可能となり、また、音速が表示上は受信角度の相違となることから縦波と横波を明確に区別でき、エコーの識別が容易になるという効果を奏する。
【０１５８】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際に従来のような擬似カラー等の表示では無く受信されたＡＣ波形そのものを表示することで位相、波形の変化を観察することができ、反射の状態、音響不連続面の特性を知ることが可能となるという効果を奏する。
【０１５９】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際に探触子の指向性を考慮した開口合成処理を加えることで、方位分解能の向上、Ｓ／Ｎの向上という効果を奏し、また開口合成処理を行う際にあらかじめ探触子の指向性とビーム経路を考慮した各探触子位置におけるビーム路程と空間位置の対応表を作成しておき計測時の処理時間を短縮するという効果を奏する。
【０１６０】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際の前処理として、探触子の特性を排除するデコンボリューション処理を行うことで、受信信号の時間分解能を向上させ、その結果、処理精度を向上させるという効果を奏する。
【０１６１】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際の前処理として、時間軸上にエネルギーを分散して送信し受信時に相関処理を施すことで感度を向上させるパルス圧縮処理を行うことで、受信信号のＳ／Ｎ上を向上させ、その結果、処理精度を向上させるという効果を奏する。
【０１６２】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際の前処理として、前記デコンボリューション処理とパルス圧縮処理を併用して行うことで、受信信号の時間分解能およびＳ／Ｎを向上させ、その結果、前記デコンボリューション処理またはパルス圧縮処理を単体で用いた場合よりも、処理精度を向上させるという効果を奏する。
【０１６３】
また、前記デコンボリューション処理とパルス圧縮処理を行う際に、ＦＩＲフィルタ等の汎用ディジタルフィルタを使用することで、内部設計、機器構成等を簡略化できるという効果を奏する。
【０１６４】
また、探傷結果を表示する際に、１画面に探傷結果に関連する、異なる表示方法、処理方法の複数の情報を、同時に表示することで、探傷結果に対する観測者の理解を助けるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１から８に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１から８に係る超音波探傷装置の探触子の構成を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１から８に係る超音波探傷装置の動作を説明するための超音波の指向特性を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１から４に係る超音波探傷装置の動作を説明するための探触子位置ときず位置との関係を示す図である。
【図５】 従来のＢスコープにおける表示範囲を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図６】 従来のＢスコープにおける画像化方法を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態１、２、３に係る補正Ｂスコープの表示範囲を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図８】 この発明の実施の形態１に係る補正Ｂスコープの画像化方法を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るＡＣ波形による補正Ｂスコープの画像化方法を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態１、２に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３に係るライン開口合成処理を説明するためのディスプレイ上の中間値画像である。
【図１２】 この発明の実施の形態３に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１３】 この発明の実施の形態３に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４に係る断面表示の表示範囲を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図１５】 この発明の実施の形態４に係るＢスコープの断面画像化方法を示す図である。
【図１６】 この発明の実施の形態４に係るライン開口合成処理結果の断面画像化方法を示す図である。
【図１７】 この発明の実施の形態５に係るデコンボリューション処理を説明するための図である。
【図１８】 この発明の実施の形態５に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１９】 この発明の実施の形態５に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２０】 この発明の実施の形態５に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２１】 この発明の実施の形態６に係るパルス圧縮処理を説明するための図である。
【図２２】 この発明の実施の形態６に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２３】 この発明の実施の形態６に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２４】 この発明の実施の形態６に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２５】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２６】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２７】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２８】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２９】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図３０】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図３１】 この発明の実施の形態８に係る画面表示方法を示す図である。
【図３２】 この発明の実施の形態１、３、４に係る図３３、３７、３８を説明するための図である。
【図３３】 この発明の実施の形態１、８に係る信号処理、画像処理結果の表示例を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図３４】 この発明の実施の形態１、８に係る信号処理、画像処理結果の表示例を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図３５】 この発明の実施の形態３、４、８に係る信号処理、画像処理結果の表示例を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図３６】 従来の画像化方法のうちＡスコープを説明するための図である。
【図３７】 従来の画像化方法のうちＢスコープを説明するための図である。
【図３８】 従来の斜角探傷法について説明するための図である。
【符号の説明】
１ 試験体
２ 試験体１の母材部
３ 試験体１の表面
４ 試験体１の底面
５ 試験体１の溶接部
６ 試験体１の音響的不連続部（きず）
７ 探触子
７１ 探触子７のくさび
７２ 探触子７の振動子
７２Ａ 探触子７の見かけの振動子
８ 送受信装置
８１ 制御部
８２ 送信部
８３ 受信部
８４ Ａ／Ｄ変換部
８５ 信号処理部
８５Ａ 信号処理部の信号開始点補正部
８５Ｂ 信号処理部の加算部
８５Ｃ 信号処理部の参照テーブル部
８５Ｄ 信号処理部のデコンボリューションフィルタ部
８５Ｅ 信号処理部のパルス圧縮フィルタ部
８５Ｆ 信号処理部のＦＩＲフィルタ部
８５Ｍ 信号処理部の記憶部
８６ 表示部
８７ 位置検出部
９ 走査機構部
１０ 画面
１１ｓ 横軸ゲートスタートマーカー
１１ｅ 横軸ゲートエンドマーカー
１２ｓ 縦軸ゲートスタートマーカー
１２ｅ 縦軸ゲートエンドマーカー
１３ａ 探触子位置指定マーカー
１３ｂ 探触子位置指定マーカー
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接部の検査や、板材や管材等の検査に用いられる超音波探傷装置および超音波探傷法に関するものである。
特に、試験体の探傷面に対して傾いた角度で進行する超音波を用いた、いわゆる超音波斜角探傷法に関するものである。なお、検査、検出という文言とは別の文言として、測定、計測などといった文言があるが、ここでは、測定や計測などという文言は、検査、検出という文言に含まれるとして取り扱っている。また、検査結果という文言も試験結果や探傷結果などという文言を含んでいるものとして取り扱っている。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の超音波斜角探傷法については、例えば、「超音波探傷法（改定新版）」、日本学術振興会・鉄鋼第１９委員会編、日刊工業新聞社、昭和４９年７月３０日改定新版発行、昭和５２年１２月２０日改定新版３刷発行（以下、「文献Ａ」と略称する。）、第１８０頁〜第１９９頁に詳しく記述されている。
【０００３】
従来の超音波探傷装置および超音波探傷方法について図３８を参照しながら説明する。図３８は、上記文献Ａから引用した従来の超音波斜角探傷法を説明するための図である。
【０００４】
図３８において、試験体１は母材部２と、表面３と、底面４と、溶接部５とを有する。また、試験体１の溶接部５の内部には、音響的不連続部（きず）６が存在する。この音響的不連続部６には種々のものがあり、溶接時の初層溶接部の割れ、溶接終始端のクレータ割れ、融合不良、溶け込み不良、スラグ巻き込み、ブローホール、ウォームホール、高温割れ、異物混入などによる周辺媒質からの材料的差異部等々がある。また、溶接作業に関連しないで材料そのものに既に存在している混入異物部や、クラック等々も音響的不連続部に相当する。以下、これらの音響的不連続部を簡単のためにきず６と呼んで説明することとする。さらに、試験体１の表面３には、探触子７が載置されている。
【０００５】
探傷面に相当する試験体１の表面３に置かれた探触子７から、試験体１の内部へ超音波パルスが送信される。図中、超音波パルスの伝播方向を矢印を付した実線で示しており、角度「θ」は超音波ビームの屈折角である。きず６に照射され、それにより反射されたエコーは、再度、探触子７によって受信される。
【０００６】
きず６は次のようにして検出される。探触子７に電気的に接続された超音波探傷器によって、探触子７から超音波パルスが送信された時間とエコーが再び受信された時間との時間差、すなわち、超音波パルスが試験体１中を伝播するのに要した時間を計測する。この時間は、超音波パルスが探触子７からきず６まで往復するのに要した時間であるから、２で割って片道の時間を求め、この時間と試験体１中の音速とから片道のビーム路程を求める。このビーム路程は、図中、「Ｗｙ」で示している。
【０００７】
図中に示すように、試験体１の厚さを「ｔ」とすると、探触子７からきず６までの水平距離「ｙ」、及び、試験体１の表面３からきず６までの深さ「Ｄ」は、次の式１、式２で求められる。
【０００８】
ｙ＝Ｗｙ×ｓｉｎ（θ） ・・・（１）
【０００９】
Ｄ＝２ｔ−Ｗｙ×ｃｏｓ（θ） ・・・（２）
【００１０】
なお、上記式２で与えられる深さＤについては、探触子７から送信された超音波パルスが試験体１の底面４で１回反射してきず６に照射された場合の式である。底面反射を利用せず、直射で、すなわち、探触子７から送信された超音波パルスがきず６に直接照射されたエコーが直接受信された場合には、同様の幾何学的な関係から成立する次の式３が用いられる。
【００１１】
Ｄ＝Ｗｙ×ｃｏｓ（θ） ・・・（３）
【００１２】
ここでは示さないが超音波パルスが試験体１の底面４や表面３で何回か反射を繰り返してきず６に照射されエコーが受信された場合には、同様の幾何学的な関係から成立する式が用いられる。
【００１３】
上記のようにして得られたデータを画像表示する方法としては、例えば文献Ａ第２５７頁〜第２７２頁に詳しく記述されている。
【００１４】
従来の画像表示方法のうちＡスコープについて図３６を参照しながら説明する。図３６は、文献Ａから引用した従来のＡスコープを説明するための図である。
【００１５】
図３６において、試験体１は表面３と底面４とを有する。また、試験体１中にはきず６が存在する。さらに、試験体１の表面３には、探触子７が載置されている。
【００１６】
探傷面に相当する試験体１の表面３に置かれた探触子７から、試験体１の内部へ超音波パルスが送信される。図中、超音波パルスの伝播方向を矢印を付した実線で示している。きず６および底面４に照射され、それにより反射されたエコーは、再度、探触子７によって受信される。
【００１７】
上記のようにして受信されたエコーは、横軸に超音波パルスの往復の伝播時間または試験体中での音速によって換算された試験体中距離を示し、縦軸は受信されたエコーのエコー高さを示す画面上に表示される。
【００１８】
従来の画像表示方法のうちＢスコープについて図３７を参照しながら説明する。図３７は、文献Ａから引用した従来のＢスコープを説明するための図である。
【００１９】
図３７において、試験体１は表面３と底面４とを有する。また、試験体１中にはきず６が存在する。さらに、試験体１の表面３には、探触子７が載置されている。
【００２０】
探傷面に相当する試験体１の表面３に置かれた探触子７から、試験体１の内部へ超音波パルスが送信される。図中、超音波パルスの伝播方向を矢印を付した点線で示している。きず６に照射され、それにより反射されたエコーは、再度、探触子７によって受信される。
【００２１】
探触子７は走査線上を走査され、一定間隔毎に上記のように送信及び受信を行う。
【００２２】
上記のようにして受信されたエコーは、横軸に超音波パルスの往復の伝播時間または試験体中での伝播時間によって換算された試験体中距離を示し、縦軸は走査された探触子の位置を示す画面上に、あらかじめ決められたしきい値をこえるようなエコー高さが受信された場所に輝点を表示またはエコー高さに応じた表示色をあらかじめ決めた擬似カラーで表示する等の方法で表示される。
【００２３】
受信されたエコーは探触子の走査とともに実時間でＢスコープ表示される場合や、受信されたエコーと探触子位置を記憶しておき、計測が終了した後にＢスコープ画像化する場合がある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような従来の画像化処理では、超音波ビームが実際には回折によりある指向角をもって伝播することを無視し、ビームの中心線のみに注目して幾何学的関係から決まる上述したような式を用いてきずの位置を決定しており、きずの位置検出精度がよくないという問題があった。
【００２５】
また、従来の画像化処理では縦波と横波が混在して受信された場合、その分離が困難であるという問題があった。
【００２６】
また、従来の画像化処理では、エコー高さからきずの大きさを推定していたが、きずの大きさのみならず形状、傾き等によってもエコー高さは変動するため、表示値が必ずしもきずの大きさを示していないという問題があった。
【００２７】
また、従来の画像化処理ではきずの形状、傾きを表示することはできなかった。
【００２８】
また、従来の画像化処理では、斜角探傷の欠点である感度の低さを是正する手段をもたないので、Ｓ／Ｎが悪いという問題があった。
【００２９】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、斜角探傷時試験における検査の精度が向上し、きず等の大きさ、形状、傾き、位置等の検出能力、検出精度を向上することができる超音波探傷装置および超音波探傷方法を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる超音波探傷装置は、試験体の探傷面に対して斜めに超音波パルスまたはバースト波を放射し、かつ試験体内部の音響的不連続面によって反射された超音波パルスまたはバースト波を受信して電気信号に変換する探触子と、前記探触子を前記試験体上の任意の範囲を移動させかつ前記探触子の空間的位置情報を出力する走査機構と、前記探触子に送信信号を供給する送信部と、前記探触子で受信した信号を増幅する受信部と、受信された信号を適切な標本化周波数でディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部からの受信波形情報および前記走査機構からの位置情報および前記探触子より試験体内部へ放射された超音波ビームの中心線の入射角度を考慮して各探触子位置での前記受信波形情報の時間軸補正量を計算する信号処理部と、前記時間軸補正量を用いて各探触子位置の受信波形情報を補正して、前記受信波形情報を画像表示する画像処理手段とを備えたものである。
【００３１】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正して表示する画像表示手段を備えたものである。
【００３２】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が、各探触子位置における受信波形情報の振幅値を、あらかじめ設定された色で表示する画像表示手段を備えたものである。
【００３３】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が各探触子位置における受信波形情報をＡＣ波形で表示する画像表示手段を備えたものである。
【００３４】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記信号処理部が、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてデコンボリューション処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３５】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてパルス圧縮処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３６】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタと、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、パルス圧縮処理を行うための前記フィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理を行い、かつ、デコンボリューション処理を行う前記フィルタを用いて受信波形情報に対してデコンボリューション処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３７】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理とデコンボリューション処理を時分割で実現するＦＩＲフィルタを有し、前記ＦＩＲフィルタを用いて、受信波形情報に対してパルス圧縮処理とデコンボリューション処理を行う信号処理手段を備えたものである。
【００３８】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記画像処理手段が、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う表示する信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００３９】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記信号処理部が、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し受信波形情報に対して前記フィルタを用いてデコンボリューション処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４０】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてパルス圧縮処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４１】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理を行うためのフィルタと、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、パルス圧縮処理を行うための前記フィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理を行い、かつ、デコンボリューション処理を行う前記フィルタを用いて受信波形情報に対してデコンボリューション処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４２】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記送信部が、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部が、パルス圧縮処理とデコンボリューション処理を時分割で実現するＦＩＲフィルタを有して前記ＦＩＲフィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理とデコンボリューション処理を行い、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４３】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記信号処理部が、前記探触子位置と超音波ビームの中心線の入射角度から、予め試験体中の場所におけるビーム路程を計算して分布テーブルを作成し、かつ、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、前記分布テーブルを用いて開口合成処理を行う信号処理手段、画像表示手段を備えたものである。
【００４４】
また、この発明に係わる超音波探傷装置は、前記表示部が、前記信号処理結果を表示する際に、同一受信信号に対して、複数の異なる信号処理を施した結果を、１つの画面内の複数の表示用窓に表示する画像表示手段を備えたものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態１、２、３、４、５、６、７および８に係わる超音波探傷装置の構成について図１、図２及び図３を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施の形態に係わる超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。また、図２はこの発明の実施の形態に係わる超音波探傷装置の探触子の構成を示す図である。なお、図２は、「新非破壊検査便覧」、（社）日本非破壊検査協会編、日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日発行、題２９１頁〜題２９２頁（以下、「文献Ｂ」と略称する。）から引用したものである。また、図３は超音波の指向角を示す図である。また、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００４６】
図１において、超音波探傷装置は、試験体１に載置された探触子７と、探触子７に接続された送受信装置８と、探触子７のための走査機構部９とを備える。なお、走査機構部９は、探触子７の位置検出センサを含んでいる。
【００４７】
また、同図において、送受信装置８は、制御部８１と、送信部８２と、受信部８３と、Ａ／Ｄ変換部８４と、信号処理部８５と、表示部８６と、位置検出部８７とを含む。
【００４８】
また、同図において、送信部８２は、制御部８１からの制御信号に基づいて、例えばパルス波、正弦波、および正弦波に位相変調、振幅変調、周波数変調等の変調を施した信号等、任意の波形を発生することが可能な任意波形発生機能をもち、発生した信号を送信信号として探触子７に信号線を介して供給する。
【００４９】
また、同図において、探触子７は送信部８２から供給された電気信号を音響信号に変換して試験体１中へ放射する。放射された超音波は、例えば、底面４に到達するまでの区間、いわゆる０．５スキップまでの区間にきず６が存在する場合は、図中矢印のような伝播経路を経由して、試験体１中からエコーとして返ってくる。この音響信号であるエコーを電気信号に変換して受信部８３へ送る。
【００５０】
また、同図において、受信された信号は受信部８３で増幅され、Ａ／Ｄ変換部８４に送られる。Ａ／Ｄ変換部８４ではアナログ信号である受信信号をディジタル信号に変換する。アナログ／ディジタル変換をする際の標本化周波数は、送信信号の中心周波数に比べて十分大きな値とし、アナログ信号の位相情報、波形情報等が失われないようにする。ディジタル信号に変換された受信信号は、信号処理部８５に送られる。
【００５１】
また、同図において、信号処理部８５は、制御部８１からの制御信号により、実施の形態１、２、３、４、５、６、７において示すような各種信号処理回路を有する。ここで信号処理された受信信号は、表示部８６に送られる。
【００５２】
また、同図において、表示部８６は、信号処理部８５での処理結果を画像、または文字、または画像と文字で表示する。
【００５３】
また、同図において、制御部８１は、送信部８２と、受信部８３と、Ａ／Ｄ変換部８４と、信号処理部８５と、表示部８６と、位置検出部８７、および走査機構部９に制御信号を出力して、各部の制御を司る。また、制御部８１は、走査機構部９へも位置検出部８７を経由して制御信号を出力し、走査機構部９の制御を司る。
【００５４】
また、同図において、走査機構部９は位置検出部８７に接続されており、走査機構部９の位置検出センサからの出力信号が位置検出部８７に入力される。位置検出部８７で検出された探触子７の位置情報は信号処理部８５に入力される。なお、走査機構部９は、制御部８１からの制御信号により、探触子７を、試験体１の表面３上の任意の位置に移動させることができる。
【００５５】
図２において、探触子７は、アクリルなどの材料からなるくさび７１と、圧電セラミック等の圧電材料からなる矩形あるいは円形の振動子７２を含む。
【００５６】
ここで、探触子７の動作について説明しておく。超音波斜角探傷においては、探触子７から試験体１中に放射される超音波のモードとして横波が広く用いられている。このような横波専用の探触子７では、振動子７２からくさび７１内への縦波超音波を放射する。くさび７１内へ放射された縦波超音波は、くさび７１と試験体１の境界面、すなわち、試験体１の表面３で、スネルの反射、屈折の法則にしたがって、反射、屈折し、試験体１内へは、設計上は、横波超音波しか屈折伝播しないように設計されている。すなわち、くさび７１と試験体１との境界面において、スネルの反射、屈折の法則を利用して計算したとき、振動子７２からくさび７１内へ放射された縦波が、上記境界面で屈折する際、試験体１内へは屈折縦波は入射せず、屈折横波のみが入射するような入射角「α」を有するように探触子７が設計されている。試験体１中を伝播してきた横波超音波を受信する場合は、上述したプロセスと逆のプロセスを辿って受信されるので、横波専用として設計された探触子７は、設計上は、試験体１中を伝播してきた横波情報のみを受信する。
【００５７】
このように設計された横波専用の探触子７においては、以下のように考えるとその動作を考えやすい。図２において、符号７２Ａは見かけの振動子であり、「Ｈｓ」は試験体１の表面３から見かけの振動子７２Ａの中心までの高さである。さらに、「Ｗ」は振動子７２の幅、「Ｗｓ」は見かけの振動子７２Ａの幅、「Ｐ１」はくさび内距離、「Ｐ１ｓ」は見かけのくさび内距離、「α」はくさび７１と試験体１の表面３の境界面における超音波の入射角、「θｓ」は横波屈折角である。
【００５８】
なお、本明細書で使用しているこれらの記号や名称は、説明の都合上、文献Ｂとは異なっている。本明細書と文献との対応は次の通りである。矢印（→）の左側が文献Ｂでの名称と記号、右側が本明細書のそれらである。
【００５９】
振動子の高さＨ → 振動子１５の幅Ｗ
振動子の見かけの高さＨＲ → 振動子１５の見かけの高さＷｓ
くさび内距離ｌ１ → くさび内距離Ｐ１
試験体中距離に換算したくさび内距離 → 見かけのくさび内距離Ｐ１ｓ
【００６０】
以上、「見かけの」という表現を用いたが、これは、文献Ｂに記述されているように、振動子７２からくさび７１内に放射された縦波超音波が、試験体１との境界面、すなわち、表面３でスネルの屈折の法則にしたがって屈折し、試験体１内へ横波超音波として放射されるため、試験体１内へ放射される横波超音波に対しては、試験体１側から見た振動子７１の幅Ｗが等価的にＷｓに見えることや、くさび内距離Ｐ１を試験体１中の距離に換算すると等価的にＰ１ｓに見えるという意味で用いたものである。これらの見かけの物理量を用いると、くさび７１があたかも試験体１の一部であるかの如くみなして種種の計算や信号処理が行える。そこで、以下の説明においては、点Ｏを見かけの信号開始点７１Ａの中心とする。
【００６１】
ここで、探触子７から放射される超音波の指向角について、図３を参照しながら説明する。図３において、探触子７から放射された超音波ビームは回折により拡散するが、図中、実線は超音波ビームの中心線を示している。また、点線は、送信（放射）あるいは受信での超音波ビームにおいて、中心線上から、例えば、−３ｄＢの音圧になる点を結んだ線を示している。すなわち、２つの点線の間が超音波の送信あるいは受信での実効的なビーム幅に相当する。実線と点線のなす角、すなわち、指向角を図中に示すようにΘｓとする。なお、ここでは例として−３ｄＢとなるビーム幅を考えたが、この値はこれに限らず、用途・目的に応じて−６ｄＢでも、−９ｄＢでも、あるいは、−１２ｄＢでも良いし、その他の値を用いて実効的なビーム幅を定義しても構わない。
【００６２】
ここで、超音波斜角探傷の一連の動作、および超音波探傷装置の動きについて説明する。送受信装置８の送信部８２からインパルスと見なしても差し支えない程度の時間幅の狭いパルス、キャリア周波数を有するバースト信号、および前記信号に変調をかけた信号等の任意の送信信号が発生され、探触子７に伝達される。探触子７は送信信号によって駆動され、超音波パルスを試験体１の探傷面、すなわち、試験体１の表面３に対して斜めに放射する。なお、各実施の形態では探傷面が表面である場合を例にとって説明するが、探傷面は表面に限らず、底面であったり、側面である場合もある。超音波パルスは試験体１中を伝播してきず６によって反射、散乱、回折される。ここでは、反射という文言が、単に反射のみならず、散乱や回折等の物理現象も含んだものとして取り扱う。すなわち、反射という文言は、超音波の伝播に関する振る舞いをした現象を全て含んでいると解釈することとする。特に、きず６の先端部において発生すると言われている先端回折エコーないし端部エコーと呼ばれているエコーも、きず６によって反射したエコーに含まれているものとして説明する。この反射、散乱、回折された超音波パルスは、試験体１中を伝播して再び探触子７によって受信される。この受信されたエコーは、受信部８３で増幅され、Ａ／Ｄ変換部８４へ送られる。
【００６３】
一方、走査機構部９によって探触子７の空間的位置の情報が検出され、位置検出部８７に送られる。この位置検出部８７から探触子７の空間的位置の情報は信号処理８５へ送られる。
【００６４】
次に、走査機構部９によって探触子７は別の空間的位置（座標）に移動される。そして、送信信号によって探触子７から超音波パルスが放射され、きず６からの受信エコーは、受信部８３、Ａ／Ｄ変換部８４、を経由して信号処理部８５に入力される。同時に、探触子７の空間的位置の情報が位置検出部８７を経由して信号処理部８５に入力される。
【００６５】
この一連の動作が探触子７の所要の走査範囲にわたって行われる。この超音波斜角探傷中、または超音波斜角探傷後に信号処理部８５で行われる処理、および、各信号処理における信号処理部８５の詳細な構造について以下、実施の形態１、２、３、４、５、６、７および８にて説明する。
【００６６】
実施の形態１．
次にこの発明の実施の形態１に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図４から図８、図１０、図３２、図３３、図３４を参照しながら説明する。
【００６７】
図４から図８までは、実施の形態１に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための画像処理手法を示す図またはディスプレイ上の中間値画像である。
【００６８】
図４は、試験体１の表面３上に載置された探触子７が、走査機構部９によって、図中探触子走査方向に走査された場合の、時系列上連続している探触子位置Ａ、Ｂ、Ｃと各探触子位置Ａ、Ｂ、Ｃにおける各信号開始点Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ、および各超音波ビームの中心線を示している。また、探触子走査方向Ａ，Ｂ間の距離をｄ１、Ｂ，Ｃ間の距離をｄ２とする。ただし、ｄ１、ｄ２は、隣り合う探触子位置の超音波ビームの実効的なビーム幅がそれぞれ重なり合うように設定する。また、θｓは超音波ビームの屈折角である。
【００６９】
また、試験体中の距離については、特に断らない限り横波音速を基準とした距離とする。
【００７０】
さらに、以下に述べる画像化処理、信号処理手順を説明する上で、探触子位置Ｂにおいて、超音波ビームの中心線がきず６と交叉するものとする。また、探触子位置Ａ，Ｂにおいて、超音波ビームの中心線はきず６とは交叉しないが、有効ビーム幅内にきず６が存在するものとする。
【００７１】
さらに、探触子位置Ａ，Ｃにおいて、信号開始点Ｏａ，Ｏｃからきず６を最短距離で結ぶ直線を点線で示す。加えて、各探触子位置Ａ、Ｂ，Ｃにおいて、おのおのの超音波ビーム中心線上に、信号開始点Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃからきず６までの最短距離と等距離位置に見かけのきずＦａ，Ｆｂ，Ｆｃを示す。
【００７２】
さらに、超音波伝播方向において、隣り合う探触子位置Ａ，Ｂの距離差をｄ１ｓとし、Ｂ，Ｃの距離差をｄ２ｓとする。ｄ１ｓは式４、ｄ２ｓは式５で表される。
ｄ１ｓ＝ｄ１×ｓｉｎ（θｓ） ・・・（４）
ｄ２ｓ＝ｄ２×ｓｉｎ（θｓ） ・・・（５）
【００７３】
従来のＢスコープ表示法を適用して、図４を画像表示すると図６のようになる。この時、Ｂスコープの表示範囲は図５のようになる。表示画面１０内に縦軸に探触子走査方向、横軸に超音波伝播方向をとり、各探触子位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける、きず６位置Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃを表示している。ここでは、Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃでのきず６からの反射エコーの大きさを黒く塗りつぶした四角形の面積で示しているが、反射エコーの大きさに特定の色を配した擬似カラー表示によることも可能である。また、試験体１の底面４は、横軸に垂直に表示される。
【００７４】
図６において、従来のＢスコープ表示による表示範囲内の表示開始点は、各探触子位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける、信号開始点から等距離を隔てた位置となる。また、各探触子位置Ａ，Ｂ，Ｃの信号開始点から試験体１の底面４までの超音波ビームの中心線距離は等しいので、底面４は縦軸に平行となる。
【００７５】
しかし、Ｂスコープは本来垂直探傷の結果を断面表示する画像化方法であり、斜角探傷にそのまま用いても断面表示とはならず、探傷情報が有意な形式で表示されない。
【００７６】
また、垂直探傷の場合は超音波の伝播モード、すなわち縦波と横波の混在は基本的に有り得ないが、斜角探傷において送信は横波であるが、伝播途中で横波〜縦波〜横波と変換されて受信される場合や、受信時に横波のみならず縦波をも受信する可能性がある。横波と縦波は試験体中の伝播速度が異なるので、受信されたエコーの伝播モードが明確に区別できない場合は、試験体中の音響的不連続面までの距離の評価に超音波の伝播時間および試験体中の音速を用いる場合、その位置を誤認する恐れがある。しかし、従来のＢスコープでは伝播モードを明確に区別できない。
【００７７】
また、従来のＢスコープでは、探触子の屈折角、あるいはエコーが探触子に受信される角度等の斜角探傷に特有のパラメータを考慮していないため、 開口合成等の信号処理の前処理として不適当である。
【００７８】
従来のＢスコープ表示法に加えて、新規技術を取り入れた表示法を示す。これは、Ｂスコープ表示をする際に、探触子位置によって信号開始点位置、つまり超音波伝播方向に補正量を加えて表示する技術である。図４において、任意の一つの探触子位置、例えば探触子位置Ｂを基準とする場合、探触子位置Ｂにおける信号開始点Ｏｂを基準として、探触子位置Ａ，Ｃにおける信号開始点Ｏａ、Ｏｃを決定する際に次のような処理を行う。表示基準探触子Ｂの信号開始点Ｏｂと表示したい探触子の信号開始点との探触子走査方向（表示時縦軸方向）での距離差をｄとした場合、ｄと屈折角θｓに依存する距離ｄｓによる補正をｙ軸方向で施した位置とする。ｄｓを式６で表わす。これは前記の式４、式５の一般式である。
ｄｓ＝ｄ×ｓｉｎ（θｓ） ・・・（６）
つまり、探触子位置Ａにおける信号開始点ＯａはＯｂよりもｄ１ｓだけ試験体外方向の点、探触子Ｃにおける表示開始点ＯｃはＯｂよりもｄ２ｓだけ試験体内方向の点、となる。以下、上記のような補正を加えたＢスコープを補正Ｂスコープと呼称するものとする。
【００７９】
図１０は、補正Ｂスコープ処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対してｄｓの補正を行う。補正された受信信号は逐次、記憶部８５Ｍに記憶され、また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。
【００８０】
図７に補正Ｂスコープの表示範囲を、図８に補正Ｂスコープの表示例を示す。補正Ｂスコープ表示を行うことで、屈折角θｓで受信されたエコーだけが、画面上で縦軸に平行な線を接線とする円弧状に軌跡を描く。そのため、角度θｓで受信されるエコーだけを特徴的に表示することが可能となり、θｓ以外の角度で受信される他のエコーとの区別が容易になる。
【００８１】
また、θｓを探触子固有の屈折角のみならず任意の角度に設定することで、任意の角度θｓで受信されるエコーのみを特徴的に表示することも可能となる。
【００８２】
また、受信されたエコーに横波と縦波の異なる伝播モードのエコーが混在する場合にも、両者の音速の違いが補正量ｄｓの違いとして表わされるため、明確に区別することが可能となる。
【００８３】
また、補正Ｂスコープは上記のように受信角度の選択、伝播モードの選択機能を持つので、開口合成処理等の信号処理を斜角探傷の結果に適用する場合の前処理として適当であるといえる。
【００８４】
図８では各探触子位置での超音波エコー位置および振幅の大きさは、予め定義された表示図形の位置、および大きさで示しているが、振幅の大きさを予め定義された擬似カラーで表示することも可能である。
【００８５】
従来のＢスコープ表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３３に、補正Ｂスコープの表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３４に示す。それぞれ、図３２に示す試験体中の４φｘ４ＦＢＨを探傷した場合の表示例である。
【００８６】
図３３において、探傷結果表示窓に表示されているのが、Ｂスコープである。まず、４φｘ４ＦＢＨやコーナー部からのエコーを示す表示に対して、背景の、いわゆる妨害エコーが同等のレベルで表示されている。この妨害エコーがノイズとなり、表示時の信号雑音比、いわゆるＳ／Ｎを低下させている。また、この探傷での目標きずである４φｘ４ＦＢＨのエコー付近に同等レベルのエコーが表示されており、この表示から４φｘ４ＦＢＨを検出、特定することは非常に困難である。
【００８７】
図３４において、探傷結果表示窓に表示されているのが、補正Ｂスコープである。Ｓ／Ｎに関してはＢスコープ表示と同等であるが、４φｘ４ＦＢＨエコーを特徴的に表示し、４φｘ４ＦＢＨ付近のエコーと明確に特定できる。
【００８８】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図４、図７から図１０を参照しながら説明する。
【００８９】
図４、図７から図９までは、実施の形態２に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための画像処理手法を示す図またはディスプレイ上の中間値画像である。
【００９０】
補正Ｂスコープの表示方法については、図８で示した方法以外に、図９で示すような方法で表示することも可能である。図９は各探触子位置での超音波エコーを元波形のまま、つまりＡＣ波形で表示する表示方式である。
【００９１】
受信信号をＡ／Ｄ変換部８４において、波形情報が失われないような標本化周波数でアナログ／ディジタル変換し、信号処理部８５に入力してあるため、補正Ｂスコープを図９のようにＡＣ波形で表示することも可能である。
【００９２】
図１０は、補正Ｂスコープ処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対して前記ｄｓの補正を行う。補正された受信信号は逐次、記憶部８５Ｍに記憶され、また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。ここで、記憶部には受信信号の波形情報を保存したままのディジタル情報が記憶されているので、制御部８１からの制御信号により、図８で示すような図形の面積、擬似カラー等による表示方法か、または図９に示すようなＡＣ波形による表示方法かを選択できる。
【００９３】
上記のように、ＡＣ波形で表示することで、エコーの位相情報、つまり位相の反転、位相干渉等の、音響的不連続面の特性を導出する有益な情報を、連続的に確認することができる。
【００９４】
実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図４、図７、図１１、図１２、図１３、図３２、図３５を参照しながら説明する。
【００９５】
図４、図７、図１１は、実施の形態３に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための信号処理手法を示す図またはディスプレイ上の中間値画像である。
【００９６】
補正Ｂスコープ処理を施した後に、更に以下に示す開口合成処理を組み合わせることで、より多くの効果を上げることが可能となる。
【００９７】
任意の探触子位置の超音波ビーム中心線上の任意の点について、以下、説明のためにこの点を点Ｔ、その座標を（ｘ，ｙ）とする。Ｔを指向角Θｓの有効ビーム幅内に含む任意の探触子位置Ｓｋの信号開始点Ｏｋとし、Ｏｋの座標を（ｘｋ，ｙｋ）とすると、ＯｋからＴまでの距離Ｌｋは、式７のようになる。
Ｌｋ＝２×√｛（ｘｋ−ｘ）２＋（ｙｋ−ｙ）２｝ ・・・（７）
この距離Ｌｋに相当する受信信号を、Ｔに加算していく。この処理を、探触子走査範囲のうちの任意の範囲について行う。Ｔにおける合成受信信号をｆ（ｘ，ｙ）、探触子位置Ｓｋでの、距離Ｌｋに対応する波形データをｓ（ｘｋ，ｙｋ，Ｌｋ）とし、探触子走査範囲としてｎ個の探触子位置を用いるとすると、Ｔにおける開口合成処理は式８で表わされる。
【００９８】
【数１】
ただし、受信信号はＡＣ波形とし、位相を考慮した加算を行う。これは超音波ビームの中心線上で開口合成処理を行っていると考えられる。以後、この処理をライン開口合成処理と呼称する。ライン開口合成処理について、探触子７を試験体１の表面３上で走査し、受信信号、および位置検出部８７からの探触子位置信号を信号処理部８５に入力し、前記の処理を行う。図１１では、各探触子位置において、各信号開始点Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃからそれぞれの見かけのきず位置Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃまでの距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに対応する受信信号を各超音波ビームの中心線上で加算した結果を示したものである。ライン開口合成処理を行うことで、Ｆのようにきず６に相当する位置のエコーのみが相対的に強調して示される。
【０１００】
図１２は、ライン開口合成処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対してｄｓの補正を行う。補正された受信信号は加算部８５Ｂに入力され、また、加算部８５Ｂには位置検出部８７からの探触子位置情報も入力され、また、記憶部８５Ｍに記憶されている前回探触子位置までの計算結果が入力される。ここで、記憶部８５Ｍにおいて、前回探触子位置までの計算結果は、その計算結果が示す表示点の座標と関連付けられて記憶されており、加算部８５Ｂに入力される際も、表示点座標と計算結果が関連付けられたまま渡される。次に、加算部８５Ｂにおいて、制御部８１からの制御信号によりあらかじめ探触子の屈折角、指向角、基準となる探触子の位置等が設定されている状態で、補正された信号開始点から表示点までの距離を逐次算出し、該当する距離の受信信号を、今回の表示点に該当する記憶部８５Ｍから入力された前回探触子位置までの計算結果に加算していく。加算部８５Ｂでの計算結果は、その計算結果が示す表示点座標とともに、逐次記憶部８５Ｍに記憶される。また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。
【０１０１】
ライン開口合成処理において、あらかじめ信号処理部８５に、走査範囲、走査ピッチｄ、指向角Θｓ等の値を入力しておき、その値を基に計算すべきあらゆる探触子位置からの、計算すべき試験体中のあらゆる点までの距離をあらかじめ算出しておき、算出した値を用いて探触子位置と試験体中の距離の分布テーブルを作成しておく。この分布テーブルをライン開口合成処理の参照テーブルとして、処理を行うことも可能である。
【０１０２】
図１３は、参照テーブル方式でライン開口合成処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。信号開始点補正部８５Ａにおいて、制御部８１からの制御信号により表示の基準となる探触子位置があらかじめ設定されている状態で、位置検出部８７で検出された探触子位置情報と、前記基準となる探触子位置との差から信号開始点の補正値ｄｓが算出され、Ａ／Ｄ変換部８４から供給される受信信号に対してｄｓの補正を行う。位置検出部８７からの探触子位置情報は参照テーブル部８５Ｃに入力される。参照テーブル部８５Ｃにおいて、制御部８１からの制御信号によりあらかじめ探触子の屈折角、指向角、基準となる探触子の位置等が設定され、その情報に基づいて、探傷時のあらゆる探触子位置における信号開始点から、あらゆる表示点までの距離をあらかじめ計算し、参照テーブルを作成し、保持しておく。また、信号開始点補正部８５Ａにおいて補正された受信信号は加算部８５Ｂに入力され、また、記憶部８５Ｍに記憶されている前回探触子位置までの計算結果が入力される。ここで、記憶部８５Ｍにおいて、前回探触子位置までの計算結果は、その計算結果が示す表示点の座標と関連付けられて記憶されており、加算部８５Ｂに入力される際も、表示点座標と計算結果が関連付けられたまま渡される。次に、加算部８５Ｂにおいて、入力された受信信号がどの表示点に該当するかを、参照テーブル部８５Ｃの参照テーブルから読み出し、該当する距離の受信信号を、今回の表示点に該当する記憶部８５Ｍから入力された前回探触子位置までの計算結果に加算していく。加算部８５Ｂでの計算結果は、その計算結果が示す表示点座標とともに、逐次記憶部８５Ｍに記憶される。また、制御部８１からの制御信号により、記憶された結果を表示部８６に表示する。
【０１０３】
補正Ｂスコープに開口合成処理を組み合わせた処理を行うことで、特定の角度θｓで受信されるエコーのみを強調して表示することが可能となる。
【０１０４】
また、方位分解能が向上するので、近接した音響的不連続面からのエコーを明確に分離することが可能となる。
【０１０５】
また、開口合成処理を各探触子位置の超音波ビームの中心線上で、ＡＣ波形の加算という形で行っているので、処理結果を合成されたＡＣ波形で得られる。ここで得られたＡＣ波形は、その探触子位置での大きな開口面を持つ探触子で送受信を行った場合の受信波形と考えることができ、その波形情報、位相情報は音響的不連続面の特性を導出する有益な情報として使用することができる。
【０１０６】
また、予め探触子位置と試験体中のビーム路程の分布テーブルを作成しておくことで、計算速度の遅い処理装置を用いた場合でも、実時間でライン開口合成処理を行うことが可能となる。
【０１０７】
ライン開口合成処理を行った補正Ｂスコープ表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３５に示す。これは、図３２に示す試験体中の４φｘ４ＦＢＨを探傷した場合の表示例である。図３５において、探傷結果表示窓１に表示されているのが、ライン開口合成処理を行った補正Ｂスコープである。表示時のＳ／Ｎが高く、また、検出したい４φｘ４ＦＢＨのみが強調されて表示される。
【０１０８】
実施の形態４．
従来のＢスコープ表示において、図１４に示すような表示範囲を持つ表示方法もある。これは、表示時の縦軸、横軸を試験体の深さ、長さに対応させて試験体の断面表示をしようとする表示方法である。図１５は、図６をＢスコープの断面表示方法で表示したものである。断面表示という方法は感覚的に理解しやすいが、Ｂスコープ表示では、エコーの軌跡が拡散してしまうので、きず６の位置が特定しにくく、また前記したように縦波、横波が混在する場合はそれらの区別が不可能なため、ますますきず６位置の特定が困難であった。
【０１０９】
前記ライン合成開口を行った図１１を図１４のような表示範囲に変換すると、図１５のように表示される。前記したように、ライン開口合成によって、エコーはきず６の位置でのみ強調されて表示でき、また、伝播モードの異なるエコーのレベルは相対的に低下するので、正確にきず６の位置を特性することが可能となる。
【０１１０】
ライン開口合成の断面表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３５に示す。これは、図３２に示す試験体中の４φｘ４ＦＢＨを探傷した場合の表示例である。図３５において、探傷結果表示窓２に表示されているのが、ライン開口合成結果を断面表示したものである。断面上での４φｘ４ＦＢＨの位置を知ることができる。
【０１１１】
実施の形態５．
次にこの発明の実施の形態５に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図１７から図２０までを参照しながら説明する。
【０１１２】
図１７は、実施の形態５に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための信号処理手法を示す図である。
【０１１３】
補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理を施す前に、以下に示すデコンボリューション処理を行うことで、より多くの効果を上げることが可能となる。
【０１１４】
図１７に示すように、探触子から送信される原波形は複数の波数から成る。例え、送信部８２からインパルス波形を入力しても、探触子７の特性が送信波形に畳み込まれるので、目標波形に示すようなインパルス波形を送信することはできない。しかし、インパルス波形を送信することで時間分解能を向上させることができ、補正Ｂスコープ、ライン開口合成処理を行う場合には、目標波形に示すようなインパルス波形を送信したときに理想的な分解能が得られる。そこで、受信された波形から探触子の特性を除去するような、具体的には送信波形の周波数特性を打ち消し、目標波形の周波数特性に近づけるようなフィルタをかけて、あたかもインパルス波形を送信したかのような処理を加える。これがデコンボリューション処理である。
【０１１５】
図１８は補正Ｂスコープの前処理としてデコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態１で述べた補正Ｂスコープ処理が行われる。
【０１１６】
図１９はライン開口合成処理の前処理としてデコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたライン開口合成処理が行われる。
【０１１７】
図２０は参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理の前処理としてデコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べた参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理が行われる。
【０１１８】
デコンボリューション処理を施すことで、時間分解能を向上させることができ、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上させることができる。
【０１１９】
実施の形態６．
次にこの発明の実施の形態６に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理原理、信号処理部８５の詳細な構成について図２１から図２４までを参照しながら説明する。
【０１２０】
図２１は、実施の形態６に係わる超音波探傷装置の動作を説明するための信号処理手法を示す図である。
【０１２１】
補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理を施す前に、以下に示すパルス圧縮処理を行うことで、より多くの効果を上げることが可能となる。
【０１２２】
時間的に複数の波を送信することで送信エネルギーを大きくし、感度を向上させることができるが、時間分解能が低下する。したがって、図２１に示すように、あらかじめ送信信号に位相変調を施しておき、送信信号の変調に使用した信号を参照信号としてパルス圧縮フィルタを形成し、このフィルタを用いて受信信号を相関処理する。これによって、時間軸上に広がっていた受信信号が時間軸上の一点に圧縮される。圧縮されたパルスは圧縮パルスと呼ばれ、幅の狭いパルスとなる。これがパルス圧縮処理であり、時間分可能を低下することなく、感度を向上させることができる。
【０１２３】
詳しくは、特開平４−２８９４５３号公報、特公平７−８５０７７号公報、特公平７−８５０７６号公報、特公平７−８１９９５号公報、特公昭４−９６５６号公報、特公平７−９６５７号公報、特公平７−８１９９４号公報、特公平７−８１９９３号公報、特公平７−８１９９２号公報等に開示されているパルス圧縮技術を用いる。
【０１２４】
図２２は補正Ｂスコープの前処理としパルス圧縮処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態１で述べた補正Ｂスコープ処理が行われる。
【０１２５】
図２３はライン開口合成処理の前処理としてパルス圧縮処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたライン開口合成処理が行われる。
【０１２６】
図２４は参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理の前処理としてパルス圧縮処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べた参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理が行われる。
【０１２７】
パルス圧縮処理をおこなうことで、時間分解能を低下させることなく、受信感度を向上させることができる。
【０１２８】
実施の形態７．
次にこの発明の実施の形態７に係わる超音波探傷装置の動作、信号処理部８５の詳細な構成について図２５から図３０までを参照しながら説明する。図２５から図３０までは信号処理部８５の詳細な構成を示す図である。
【０１２９】
デコンボリューション処理およびパルス圧縮処理を同時に行うことで、受信信号の時間分解能の向上と感度の向上を同時達成することができる。したがって、デコンボリューション処理およびパルス圧縮処理の両処理を、補正Ｂスコープ処理およびライン開口合成処理の前処理に用いることで、デコンボリューション処理もしくはパルス圧縮処理のいずれかを前処理として用いた場合よりも高い効果をあげることができる。
【０１３０】
図２５は補正Ｂスコープの前処理として、パルス圧縮処理、および、デコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力される。また、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルスの周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅからデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態１で述べた補正Ｂスコープ処理が行われる。
【０１３１】
図２６はライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、および、デコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力される。また、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルスの周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅからデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたライン開口合成処理が行われる。
【０１３２】
図２７はテーブル参照方式のライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、および、デコンボリューション処理を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅにおいて、制御部８１からの制御信号により、送信波形の位相変調信号からパルス圧縮フィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。Ａ／Ｄ変換部８４からパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに入力された受信波形は、パルス圧縮フィルタによる処理をほどこされ、パルス圧縮処理された受信信号は、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力される。また、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄにおいて、制御部８１からの制御信号により、パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルスの周波数特性からデコンボリューションフィルタ特性をあらかじめ計算し、保持しておく。パルス圧縮フィルタ部８５Ｅからデコンボリューションフィルタ部８５Ｄに入力された受信波形は、デコンボリューションフィルタによる処理をほどこされ、デコンボリューション処理された受信信号は、信号開始点補正部８５Ａに入力される。以下、各部において実施の形態２で述べたテーブル参照方式のライン開口合成処理が行われる。
【０１３３】
図２５、図２６、図２７に示した信号処理部８５では、デコンボリューションフィルタ部８５Ｄおよびパルス圧縮フィルタ部８５Ｅに専用のハードウェアを用意したが、デコンボリューションフィルタおよびパルス圧縮フィルタは、ＦＩＲフィルタ等の汎用のディジタルフィルタの係数を制御することで実現可能である。したがって、デコンボリューションフィルタおよびパルス圧縮フィルタ用の専用ハードウェアを信号処理部８５に搭載する代わりに、ＦＩＲフィルタを搭載しても同様の効果が得られる。
【０１３４】
図２８は補正Ｂスコープの前処理として、パルス圧縮処理、または、デコンボリューション処理、あるいはその両方を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。ＦＩＲフィルタ部８５Ｆにおいて、制御部８１からの制御信号により、ＦＩＲフィルタをパルス圧縮フィルタ、デコンボリューションフィルタのいずれを使用するかを設定する。 ＦＩＲフィルタ部８５Ｆに複数個のＦＩＲフィルタを搭載している場合は、その両フィルタを同時に設定できる。以下の処理は上記〔０１３０〕と同様である。
【０１３５】
図２９はライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、または、デコンボリューション処理、あるいはその両方を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。ＦＩＲフィルタ部８５Ｆにおいて、制御部８１からの制御信号により、ＦＩＲフィルタをパルス圧縮フィルタ、デコンボリューションフィルタのいずれを使用するかを設定する。 ＦＩＲフィルタ部８５Ｆに複数個のＦＩＲフィルタを搭載している場合は、その両フィルタを同時に設定できる。以下の処理は上記〔０１３１〕と同様である。
【０１３６】
図３０は参照テーブル方式を用いたライン開口合成処理の前処理として、パルス圧縮処理、または、デコンボリューション処理、あるいはその両方を行う場合の信号処理部８５の詳細な構成である。ＦＩＲフィルタ部８５Ｆにおいて、制御部８１からの制御信号により、ＦＩＲフィルタをパルス圧縮フィルタ、デコンボリューションフィルタのいずれを使用するかを設定する。 ＦＩＲフィルタ部８５Ｆに複数個のＦＩＲフィルタを搭載している場合は、前記両フィルタを同時に設定できる。また、１個のＦＩＲフィルタに対して時分割で前記両フィルタを設定することも可能である。以下の処理は上記〔０１３２〕と同様である。
【０１３７】
デコンボリューション処理、パルス圧縮処理を専用のハードウェアではなく、ＦＩＲフィルタ等の汎用ディジタルフィルタを用いることで、信号処理部８５の回路の簡略化、部品点数の削減等の効果がある。
【０１３８】
実施の形態８．
以上の画像処理結果を表示する際に、図３１に示すような形式で表示すると探傷結果から様々な情報を得ることができる。すなわち、探傷条件、信号処理条件、画像処理条件等の諸条件を表示するパラメータ表示窓、探傷結果を補正Ｂスコープ表示、ライン開口合成処理の補正Ｂスコープ表示、ライン開口合成の断面表示等で表示する探傷結果表示窓、探傷結果表示窓において、縦軸ゲートスタートマーカー１２ｓ、縦軸ゲートエンドマーカー１２ｅで挟まれた範囲の受信角度毎の受信レベルのプロフィール等を表示する縦軸ゲート内表示窓、横軸ゲートスタートマーカー１１ｓ、横軸ゲートエンドマーカー１１ｅで挟まれた範囲の、探触子位置指定マーカー１３ａ、１３ｂで指定された受信信号のＡＣ波形、そのＡＣ波形をＦＦＴ処理をして計算した周波数特性等を表示する横軸ゲート内表示窓を１つの画面１０内に表示する。
【０１３９】
無論、各窓、各マーカーの配置、大きさ、数は図３１に示す限りではなく、例えば、画面１０すべてを探傷表示結果としたり、横軸ゲート内表示窓を画面上部に配置したり、縦軸ゲート内表示窓を画面左側に配置したり、各マーカーの数を複数個用意してそれに対応する複数個の横軸ゲート内表示窓または縦軸ゲート内表示窓を表示したり、横軸ゲート内表示窓または縦軸ゲート内表示窓のみを画面１０すべてに表示したり、探傷結果表示窓を異なる表示方法で複数個表示したりしてもかまわない。
【０１４０】
上記のように複数の表示窓を用いて、複数の異なる情報を同時に表示する表示例を示すディスプレイ上の中間値画像を図３３、図３４、図３５に示す。
【０１４１】
以上の信号処理、画像処理の結果として、試験体１の中の検査結果が画像として得られた。次にこの実施の形態１、２、３、４、５、６、７および８の作用効果について説明する。
【０１４２】
この実施の形態では、従来とは異なり、走査ピッチｄ、および探触子の入射角Θｓに依存し、式６によって求まる量ｄｓを考慮してＢスコープ表示を行っている。これによって、入射角Θｓと同じ角度で受信される超音波エコーの軌跡だけが、特徴的に表示される。したがって、容易に他の超音波エコーと分別できる作用、効果が得られる。
【０１４３】
また、上記ｄｓを、任意の角度θに依存する量ｄｓ’に置き換えて、上記のＢスコープ表示を行うことで、入射角θｓとは異なる角度θで受信される超音波エコーの軌跡だけが、特徴的に表示される。したがって、入射角θｓと異なる角度で受信される超音波エコーの受信される角度を測定できる作用、効果が得られる。
【０１４４】
また、Ｂスコープ表示を行う際に、従来のように擬似カラー表示等で超音波エコーの大きさのみを表示するモードに加えて、元波形のまま表示するモードを加えることで、音響的不連続面の特性を導出するための有益な情報である位相の変化、干渉等の波形情報、位相情報を観察できる作用、効果が得られる。
【０１４５】
また、ライン開口合成処理と組み合わせことで、高い方位分解能を得られ、さらに、合成波形の位相を直接観察できる作用、効果が得られる。
【０１４６】
さらに、特定の角度で受信される超音波エコーだけを強調して表示することができる作用、効果が得られる。
【０１４７】
さらに、特定の伝播モードで受信される超音波エコーだけを強調して表示することができる、つまり、縦波のみあるいは横波のみを強調して表示できる作用、効果が得られる。
【０１４８】
さらに、あらかじめ超音波ビームの指向角、超音波ビームの伝播経路を考慮した各探触子位置毎の、ビーム路程と空間位置の変換テーブルをあらかじめ計算しておくことで、計測時の信号処理部の負担が軽減され、処理速度を向上できる作用、効果がある。
【０１４９】
また、デコンボリューション処理を前処理として用いることで、受信信号の時間分解能を向上することができ、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上することができる作用、効果がある。
【０１５０】
また、パルス圧縮処理を前処理として行うことで受信信号のＳ／Ｎが向上し、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上することができる作用、効果がある。
【０１５１】
また、デコンボリューション処理とパルス圧縮処理の２つの処理を、前処理として同時に用いることで、受信信号の時間分解能およびＳ／Ｎを向上することができ、補正Ｂスコープ処理、ライン開口合成処理の処理精度を向上することができる作用、効果がある。
【０１５２】
さらに、デコンボリューション処理とパルス圧縮をＦＩＲフィルタ等の汎用ディジタルフィルタを用いることで、信号処理部８５の内部設計を単純化できる作用、効果が得られる。
【０１５３】
また、１画面に探傷結果に関連する、異なる表示方法、処理方法の複数の情報を、同時に表示することで、探傷結果に対する理解を助ける作用、効果が得られる。
【０１５４】
なお、以上は、探触子を試験体の探傷面に直接接触させて探傷試験する場合についての説明であったが、この発明はこれに限らず、試験体を水等の液体中に浸して、この液体を介して探触子から試験体に超音波を送受信する、いわゆる浸漬法や水浸法に適用してもよい。あるいは、探触子の前面である。音響送受面、すなわち、探触子と試験体の探傷面との間の局部的な空間のみに水膜を設けて試験体に超音波を送受信する、いわゆる局部水浸法に適用してもよい。このような浸漬法や水浸法や局部水浸法においても、本発明と同様の作用、効果が得られる。
【０１５５】
また、以上は超音波ビームが探触子から放射され、試験体の底面に到達するまでの区間、いわゆる０．５スキップまでの区間に存在するきずについての説明であったが、この発明はこれに限らず試験体の底面で反射した超音波ビームが到達し得る区間に存在するきずの探傷に適用してもよい。このような０．５スキップ以降に存在するきずにおいても、本発明と同様の作用、効果が得られる。
【０１５６】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【０１５７】
受信角度に依存する補正を加えた後にＢスコープ表示を行うことで、前記受信角度で受信されるエコーのみを特徴的に表示することが可能となり、また、音速が表示上は受信角度の相違となることから縦波と横波を明確に区別でき、エコーの識別が容易になるという効果を奏する。
【０１５８】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際に従来のような擬似カラー等の表示では無く受信されたＡＣ波形そのものを表示することで位相、波形の変化を観察することができ、反射の状態、音響不連続面の特性を知ることが可能となるという効果を奏する。
【０１５９】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際に探触子の指向性を考慮した開口合成処理を加えることで、方位分解能の向上、Ｓ／Ｎの向上という効果を奏し、また開口合成処理を行う際にあらかじめ探触子の指向性とビーム経路を考慮した各探触子位置におけるビーム路程と空間位置の対応表を作成しておき計測時の処理時間を短縮するという効果を奏する。
【０１６０】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際の前処理として、探触子の特性を排除するデコンボリューション処理を行うことで、受信信号の時間分解能を向上させ、その結果、処理精度を向上させるという効果を奏する。
【０１６１】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際の前処理として、時間軸上にエネルギーを分散して送信し受信時に相関処理を施すことで感度を向上させるパルス圧縮処理を行うことで、受信信号のＳ／Ｎ上を向上させ、その結果、処理精度を向上させるという効果を奏する。
【０１６２】
また、前記補正を加えたＢスコープ表示をする際の前処理として、前記デコンボリューション処理とパルス圧縮処理を併用して行うことで、受信信号の時間分解能およびＳ／Ｎを向上させ、その結果、前記デコンボリューション処理またはパルス圧縮処理を単体で用いた場合よりも、処理精度を向上させるという効果を奏する。
【０１６３】
また、前記デコンボリューション処理とパルス圧縮処理を行う際に、ＦＩＲフィルタ等の汎用ディジタルフィルタを使用することで、内部設計、機器構成等を簡略化できるという効果を奏する。
【０１６４】
また、探傷結果を表示する際に、１画面に探傷結果に関連する、異なる表示方法、処理方法の複数の情報を、同時に表示することで、探傷結果に対する観測者の理解を助けるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１から８に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１から８に係る超音波探傷装置の探触子の構成を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１から８に係る超音波探傷装置の動作を説明するための超音波の指向特性を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１から４に係る超音波探傷装置の動作を説明するための探触子位置ときず位置との関係を示す図である。
【図５】 従来のＢスコープにおける表示範囲を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図６】 従来のＢスコープにおける画像化方法を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態１、２、３に係る補正Ｂスコープの表示範囲を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図８】 この発明の実施の形態１に係る補正Ｂスコープの画像化方法を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るＡＣ波形による補正Ｂスコープの画像化方法を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態１、２に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３に係るライン開口合成処理を説明するためのディスプレイ上の中間値画像である。
【図１２】 この発明の実施の形態３に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１３】 この発明の実施の形態３に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４に係る断面表示の表示範囲を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図１５】 この発明の実施の形態４に係るＢスコープの断面画像化方法を示す図である。
【図１６】 この発明の実施の形態４に係るライン開口合成処理結果の断面画像化方法を示す図である。
【図１７】 この発明の実施の形態５に係るデコンボリューション処理を説明するための図である。
【図１８】 この発明の実施の形態５に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図１９】 この発明の実施の形態５に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２０】 この発明の実施の形態５に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２１】 この発明の実施の形態６に係るパルス圧縮処理を説明するための図である。
【図２２】 この発明の実施の形態６に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２３】 この発明の実施の形態６に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２４】 この発明の実施の形態６に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２５】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２６】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２７】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２８】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図２９】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図３０】 この発明の実施の形態７に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図３１】 この発明の実施の形態８に係る画面表示方法を示す図である。
【図３２】 この発明の実施の形態１、３、４に係る図３３、３７、３８を説明するための図である。
【図３３】 この発明の実施の形態１、８に係る信号処理、画像処理結果の表示例を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図３４】 この発明の実施の形態１、８に係る信号処理、画像処理結果の表示例を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図３５】 この発明の実施の形態３、４、８に係る信号処理、画像処理結果の表示例を示すディスプレイ上の中間値画像である。
【図３６】 従来の画像化方法のうちＡスコープを説明するための図である。
【図３７】 従来の画像化方法のうちＢスコープを説明するための図である。
【図３８】 従来の斜角探傷法について説明するための図である。
【符号の説明】
１ 試験体
２ 試験体１の母材部
３ 試験体１の表面
４ 試験体１の底面
５ 試験体１の溶接部
６ 試験体１の音響的不連続部（きず）
７ 探触子
７１ 探触子７のくさび
７２ 探触子７の振動子
７２Ａ 探触子７の見かけの振動子
８ 送受信装置
８１ 制御部
８２ 送信部
８３ 受信部
８４ Ａ／Ｄ変換部
８５ 信号処理部
８５Ａ 信号処理部の信号開始点補正部
８５Ｂ 信号処理部の加算部
８５Ｃ 信号処理部の参照テーブル部
８５Ｄ 信号処理部のデコンボリューションフィルタ部
８５Ｅ 信号処理部のパルス圧縮フィルタ部
８５Ｆ 信号処理部のＦＩＲフィルタ部
８５Ｍ 信号処理部の記憶部
８６ 表示部
８７ 位置検出部
９ 走査機構部
１０ 画面
１１ｓ 横軸ゲートスタートマーカー
１１ｅ 横軸ゲートエンドマーカー
１２ｓ 縦軸ゲートスタートマーカー
１２ｅ 縦軸ゲートエンドマーカー
１３ａ 探触子位置指定マーカー
１３ｂ 探触子位置指定マーカー
Claims (15)
- 固体内部の音響的不連続面を計測する装置において、試験体の探傷面に対して斜めに超音波パルスまたはバースト波を放射し、かつ試験体内部の音響的不連続面によって反射された超音波パルスまたはバースト波を受信して電気信号に変換する探触子と、前記探触子を前記試験体上の任意の範囲を移動させかつ前記探触子の空間的位置情報を出力する走査機構と、前記探触子に送信信号を供給する送信部と、前記探触子で受信した信号を増幅する受信部と、受信された信号を適切な標本化周波数でディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部からの受信波形情報および前記走査機構からの位置情報および前記探触子より試験体内部へ放射された超音波ビームの中心線の入射角度を考慮して各探触子位置での前記受信波形情報の時間軸補正量を計算する信号処理部と、前記時間軸補正量を用いて各探触子位置の受信波形情報を補正して、前記受信波形情報を画像表示する画像処理手段を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
- 前記画像処理手段は、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正して画像表示することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
- 前記画像処理手段は、各探触子位置における受信波形情報の振幅値を、あらかじめ設定された色で画像表示することを特徴とする請求項２記載の超音波探傷装置。
- 前記画像処理手段は、各探触子位置における受信波形情報をＡＣ波形で画像表示することを特徴とする請求項２記載の超音波探傷装置。
- 前記信号処理部は、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてデコンボリューション処理を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の超音波探傷装置。
- 前記送信部は、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部は、パルス圧縮処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてパルス圧縮処理を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の超音波探傷装置。
- 前記送信部は、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部は、パルス圧縮処理を行うためのフィルタと、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、パルス圧縮処理を行うための前記フィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理を行い、かつ、デコンボリューション処理を行う前記フィルタを用いて受信波形情報に対してデコンボリューション処理を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の超音波探傷装置。
- 前記送信部は、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部は、パルス圧縮処理とデコンボリューション処理を時分割で実現するＦＩＲフィルタを有し、前記ＦＩＲフィルタを用いて、受信波形情報に対してパルス圧縮処理とデコンボリューション処理を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の超音波探傷装置。
- 前記画像処理手段は、横軸を時間軸とし、縦軸を前記探触子の移動距離として、各探触子位置における受信波形情報を前記時間軸補正量を用いて補正した後、開口合成処理を行って画像表示することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
- 前記信号処理部は、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてデコンボリューション処理を行うことを特徴とする請求項９記載の超音波探傷装置。
- 前記送信部は、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部は、パルス圧縮処理を行うためのフィルタを有し、受信波形情報に対して前記フィルタを用いてパルス圧縮処理を行うことを特徴とする請求項９記載の超音波探傷装置。
- 前記送信部は、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部は、パルス圧縮処理を行うためのフィルタと、デコンボリューション処理を行うためのフィルタを有し、パルス圧縮処理を行うための前記フィルタを用いて受信波形情報に対してパルス圧縮処理を行い、かつ、デコンボリューション処理を行う前記フィルタを用いて受信波形情報に対してデコンボリューション処理を行うことを特徴とする請求項９記載の超音波探傷装置。
- 前記送信部は、任意波形発生機能を有し、前記信号処理部は、パルス圧縮処理とデコンボリューション処理を時分割で実現するＦＩＲフィルタを有し、前記ＦＩＲフィルタを用いて、受信波形情報に対してパルス圧縮処理とデコンボリューション処理を行うことを特徴とする請求項９記載の超音波探傷装置。
- 前記信号処理部は、前記探触子位置と超音波ビームの中心線の入射角度から、予め試験体中の場所におけるビーム路程を計算して分布テーブルを作成し、開口合成処理において前記分布テーブルを用いることを特徴とする請求項９〜請求項１３のいずれかに記載の超音波探傷装置。
- 前記表示部は、前記信号処理結果を表示する際に、同一受信信号に対して、複数の異なる信号処理を施した結果を、１つの画面内の複数の表示用窓に表示することを特徴とする請求項２〜請求項１４のいずれかに記載の超音波探傷装置。
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