JP3725126B2 - 超音波探傷方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、溶接継手部等の内部欠陥を非破壊で検査する超音波探傷方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、溶接継手部等の内部欠陥を非破壊で検査する手段として、超音波探傷検査（ＵＴ）が知られている。この超音波探傷検査は、被検査体の表面に探触子を密着させ、この探触子から被検査体に入射させた超音波の反射によって欠陥を検出する非破壊検査であり、入射させた超音波の反射を検出するまでの時間によって欠陥の位置を知ることができる。
【０００３】
図１２は超音波探傷方法の一例を示す図であり、(a) は超音波探傷方法の模式図、(b) はその探傷波形の模式図である。この超音波探傷方法は、一般にＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｒｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法と呼ばれている。図示する例は、このＴＯＦＤ法によって溶接継手部１０１（探傷部）を超音波探傷検査する例であり、溶接継手部１０１の両側部に超音波探触子１０２Ａ，１０２Ｂを設け、一方の超音波探触子１０２Ａから溶接継手部１０１の溶接線方向と直交する方向に超音波を入射し、その反射を他方の超音波探触子１０２Ｂで受けて超音波探傷検査を行っている。
【０００４】
この例の場合、溶接継手部１０１から所定距離離れた位置から発信した超音波によって、被検査体１００の全板厚方向を検査するように構成されている。図示する左側が送信探触子１０２Ａであり、右側が受信探触子１０２Ｂである。送信探触子１０２Ａから発した超音波が被検査体１００の表面を伝わって受信探触子１０２Ｂで検出されるラテラル波ａと、被検査体１００の底面で反射した底面波ｂと、これらの間で欠陥１０３に反射した回折波の上端波ｃと下端波ｄとを受信探触子１０２Ｂで検知し、この信号によって、欠陥１０３の存在と欠陥１０３の位置を検出している。また、この例の場合、溶接継手部１０１に沿って超音波探触子１０２Ａ，１０２Ｂを移動させることにより、全線の超音波探傷を行う例を示している。
【０００５】
また、超音波探傷する被検査体の厚みが大きい場合、超音波探触子の探傷可能な超音波強度の範囲で全厚みを測定できないため、超音波探触子の間隔を変化させることによって超音波の交軸点（ビーム中心）を幅方向に変化させ、探傷可能な超音波強度の範囲を厚み方向に変化させて走査することによって被検査体の全厚みを測定している。この場合、超音波探触子を溶接継手部の幅方向に移動させて異なる位置で複数回の測定を行うことになる。
【０００６】
この種の従来技術として、ＴＯＦＤ法で得た被検査体断面層のＤスコープ画像を記憶装置に記憶し、その記憶装置に記憶された複数のＤスコープ画像の欠陥縞のすべてについて欠陥評価を行おうとするものがある。この従来技術では、被検査体の肉厚が大きい場合には、一対の探触子の間隔を変化させて複数回測定することによって全厚みを測定している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、他の従来技術として、複数の振動子を連続的に配列した一体構造のアレイ型超音波探触子のうち１又は２以上の探触子を利用し、機械操作が不要な電子走査によって、被検査対象部位全体の欠陥検出を高速かつ高精度で行えるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１６２３９０号公報（段落［００２７］、図３）
【特許文献２】
特開２００１−３２４４８４号公報（第２頁、図５）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したＴＯＦＤ法の場合、探傷条件を決定する既存の規格等、定型の方法はなく、一般的に板厚の１／２より大きい位置に交軸点を合わせるか、詳細な試験を行った後に交軸点を決めている。そのため、毎回、検査者毎に設定する検査条件には個人差が生じる。つまり、細部の検査条件は検査者毎に異なる設定となっている。しかも、板厚や材質の異なる種々の被検査体に対して、同じ検査者であっても同じ検査条件を設定するとは限らない。
【００１０】
また、前記したように、被検査体の厚みが大きくなって超音波探触子を幅方向に移動させるとしても、一対の超音波探触子の間隔を変化させる量が検査者によって異なるため、板厚によっては十分な感度で探傷できない領域が板厚方向に存在したり、両者が重なっている領域が存在する可能性があり、これらによって欠陥を見落とす可能性もある。このことは、板厚上下方向に交軸点を合わせた２組の探触子を配置して探傷した場合でも同様である。そのため、熟練検査者の経験に頼られている場合が多く、迅速な探傷作業を困難にしている。しかも、検査者の違いによって検査結果に差が生じ、安定した超音波探傷が困難になって、評価の精度を低下させる場合がある。
【００１１】
さらに、被検査体には高減衰材やノイズの高い材料がありこの場合には、熟練検査者であっても適切な位置に超音波探触子を配置して超音波探傷することが難しく、より迅速な探傷作業を困難にしている。
【００１２】
なお、前記特許文献１の場合でも、被検査体の肉厚が大きい場合に探触子の間隔を変化させる量の決定は困難であり、検査者の違いによって検査結果に差が生じ、安定した超音波探傷は困難である。
【００１３】
また、前記特許文献２の場合、利用する振動子の選択や、被検査対象部位の板厚方向に超音波ビームの交点を結ぶように複雑な制御を行う必要があり、複雑な制御を行う制御機が必要になるとともに、被検査体に応じた制御を行うように調整しなければならない。そのため、多くの費用と時間を要してしまう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明の超音波探傷方法は、所定厚の被検査体の所定位置に設けた欠陥に対し、複数の所定位置に配置した超音波探触子により所定の超音波強度で超音波探傷し、該超音波探傷したそれぞれの超音波探触子配置における超音波強度から超音波交軸点深さと超音波強度との関係を求め、該超音波交軸点深さと超音波強度との関係を前記所定厚の被検査体における超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係に置き換え、該超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにしている。これにより、被検査体の厚み方向を超音波探傷する場合に、検査する被検査体に応じて、超音波探傷する位置に適した超音波交軸点となる超音波探触子の配置を容易に選択することができるので、効率的な探触子配置で安定した超音波探傷を行うことができる。
【００１５】
前記超音波探傷方法において、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係と超音波強度との関係において、超音波強度が所定のしきい値を超える、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を求め、被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにすれば、しきい値の設定条件によって、より欠陥の検出精度を向上させることができる。
【００１６】
また、この超音波探傷方法において、しきい値として、超音波強度の絶対値または無欠陥被検査体におけるノイズと超音波強度とのＳＮ比を使用して検査するようにすれば、種々の被検査体において安定したしきい値の設定ができる。
【００１７】
さらに、前記超音波探傷方法において、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を、超音波が被検査体内を伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素で補正することにより該欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係の基本データを作成し、該基本データを検査する被検査体に応じた補正要素で補正することにより該被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を作成し、該欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにすれば、作成した基本データを異なる被検査体に応じた補正要素で補正することにより、その被検査体の欠陥深さと超音波交軸点との相対位置関係を作成することができるので、この欠陥深さと超音波交軸点との相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を容易に選択することができる。
【００１８】
また、この超音波探傷方法において、補正要素として、被検査体の材料に応じた減衰特性を使用して前記基本データを作成し、該基本データを検査する被検査体に応じた減衰特性で補正するようにすれば、補正要素の入手が容易な減衰特性によって基本データを容易に補正することができ、検査する被検査体に応じた欠陥深さと超音波交軸点との相対位置関係を迅速に得ることができる。
【００１９】
その上、この超音波探傷方法において、前記補正要素に加え、欠陥をとらえたビームとビーム中心とのずれの補正、および、欠陥先端部への超音波の入射角の差による補正を行って前記基本データを作成するようにすれば、より多くの要素で補正して正確なデータを得ることができる。
【００２０】
一方、本願発明の超音波探傷装置は、所定厚の被検査体の所定位置に設けた欠陥に対し、複数の所定位置に配置した超音波探触子により所定の超音波強度で超音波探傷し、該超音波探傷したそれぞれの超音波探触子配置における超音波強度から超音波交軸点深さと超音波強度との関係を求める検出部と、該超音波交軸点深さと超音波強度との関係を前記所定厚の被検査体における超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係に置き換える演算部と、該演算部で演算した結果を記憶する記憶部と、被検査体の超音波探傷する位置に応じて該記憶部に記憶された超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する選択部とを備えるようにしている。このようにすれば、被検査体の厚み方向を超音波探傷する場合に、検査する被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を容易に選択することができるので、効率的な探触子配置で安定した超音波探傷を行うことができる。
【００２１】
また、この超音波探傷装置において、前記記憶部に、種々の被検査体内を超音波が伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素を記憶させ、前記演算部に、該種々の被検査体から検査する被検査体を選択することにより、前記記憶部に記憶した補正要素で該選択した被検査体に応じた欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を演算する機能を具備させ、前記選択部に、該演算した欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する機能を具備させれば、演算部で得られた欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を、記憶部に記憶された補正要素で検査する被検査体に応じて補正することができるので、種々の被検査体に適した超音波探触子の配置を容易に得ることができる。
【００２２】
さらに、前記超音波探傷装置において、前記演算部に、前記欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係と超音波強度との関係を、超音波が種々の被検査体内を伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素で補正して基本データを作成する機能と、検査する被検査体に応じた補正要素で前記基本データを補正して該被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を演算する機能を具備させ、前記選択部に、該補正した欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する機能を具備させれば、作成した基本データを異なる被検査体に応じた補正要素で補正することにより、その被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を作成することができるので、この欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を容易に選択することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態における超音波探傷方法の交軸点深さと超音波強度との関係を示す説明図であり、図２は同超音波探傷方法におけるフローチャート、図３は同フローチャートにおける交軸点深さと欠陥深さとの関係を示すグラフ、図４は同フローチャートにおける欠陥深さと交軸点深さとの関係を示すグラフ、図５は同フローチャートにおいて、交軸点深さを固定し欠陥深さが変化した場合の欠陥深さと超音波強度との関係を示すグラフ、図６は同フローチャートにおける補正要因の説明図、図７は同フローチャートにおいて、計画している交軸点位置を設定した場合の超音波強度変化を示すグラフである。図１，図６では、被検査体１の厚み方向を横向きに表示している。
【００２４】
図１に示すように、超音波２の焦点位置が超音波交軸点３であり、この交軸点３の位置と欠陥４の位置と超音波２との関係を、以下のようにして予め実験的に求めるている。この欠陥４は人工的なもので、予め所定位置（深さ方向位置）に準備されており、表面からの欠陥深さｖや大きさはデータとして設定されている。一方、交軸点３は、超音波探触子５の種類によって決まり、超音波探触子５が決まれば、超音波周波数や探触子寸法、屈折角等が決まる。
【００２５】
この実施形態では、超音波探触子５の配置によって変化する交軸点３が深さ方向に３位置となるような配置を例示している。
【００２６】
このような構成により、図２のフローチャート(a) のように、欠陥深さを固定し、交軸点深さ（探触子間隔）を変化させて、交軸点深さと超音波強度の関係を求める、ことによって、図１の下部に示すように、欠陥深さｖに設けられた欠陥４と交軸点深さと超音波強度Ｈとの関係のグラフが得られる。このグラフは、超音波探触子５で検出されたデータに基づいてコンピュータ等の演算装置によって作成されており、この場合、コンピュータ等が検出部となる。
【００２７】
そして、図２のフローチャート(b) のように、交軸点深さと超音波強度の関係を交軸点深さに対する欠陥深さの相対位置関係（交軸点深さ−欠陥深さ）に置き換える、ことによって、図３に示すような関係のグラフが得られる。このグラフも前記コンピュータ等の演算部によって演算された結果から作成される。このグラフによれば、交軸点３と欠陥４の深さとが一致した点よりも交軸点３が深い位置の時に、超音波強度Ｈが最も強くなることがわかる。
【００２８】
また、この関係から、図２のフローチャート(c) のように、交軸点深さと超音波強度の関係を欠陥深さに対する交軸点の相対位置関係（欠陥深さ−交軸点深さ）に置き換える、ことにより、図４に示すような関係のグラフが得られる。このグラフも前記コンピュータ等の演算部によって演算された結果から作成され、演算された結果はコンピュータ等の記憶部に記憶される。このグラフよれば、交軸点３と欠陥４の深さとが一致した点よりも欠陥４が浅い側（図のマイナス側）の時に、超音波強度Ｈが最も強くなることがわかる。
【００２９】
その後、このようにして得られたデータから、図２のフローチャート(d) のように、交軸点深さを固定し、欠陥深さが変化した場合の超音波強度の変化が計算で求められる。このデータは計算で求めることができ、例えば、コンピュータ等の演算装置によって計算され、その結果は記憶部に記憶される。しかし、前記図４に示す関係のグラフには、被検査体１の材料によって異なる内部の減衰要素等の影響が含まれている。
【００３０】
そこで、図５に示すように、図４に示した曲線（図５では破線１０で示す。）を材料に応じた補正要素で補正することにより、実線で示すように、被検査体１の厚み方向の位置が異なる場合の補正要素が除かれた曲線１１を得ることができる。この曲線１１によれば、被検査体１の厚み方向の浅い位置では補正要素が小さいので超音波強度Ｈは大きく、被検査体１の厚み方向の深い位置では補正要素が大きくなるので超音波強度Ｈが小さくなることがわかる。この実線で示された曲線が、一般的な、欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係を示すグラフである。
【００３１】
この時の補正要素としては、図６に示すように、被検査体１の表面と直交する軸に対し、超音波２が欠陥４をとらえた超音波伝播経路６が交わる角度をω、超音波探触子５の交軸点３に向けた超音波２のビーム中心７と前記超音波伝播経路６との角度をφ、伝播する距離をＷｍｍ、材料の減衰係数をα、とすると、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の補正（距離特性）：ｆ（Ｗ）、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の変化（減衰特性）：ｇ（α，Ｗ）、
欠陥をとらえた超音波ビームと超音波ビーム中心のずれの補正：ｐ（Δφ）、
欠陥先端部への超音波の入射角の差による補正：ｑ（Δω）、
等によって補正される。
【００３２】
これにより、交軸点３と欠陥位置（深さ）の差と超音波強度の関係で表されるグラフは、超音波が材料内を伝達する際に生じる減衰量を加味した値で表される。なお、このように複数の補正要素によって補正することにより正確なデータを得ることができるが、必要に応じた補正要素で補正すればよい。例えば、被検査体１の材料によって異なる距離減衰により補正する場合、材料の減衰係数をαｄＢ／ｍｍ、距離減衰をｇ（Δｄ）とすると、各点における減衰量は、αＷ＋ｇ（Δｄ）ｄＢ、で表される。この減衰量と実験によって求めた交軸点と欠陥位置とのずれと超音波強度の関係式を利用して、欠陥位置が任意に変化する際の交軸点と超音波強度の関係を導き出してもよい。
【００３３】
そして、このようにして得られた、欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係から、図２のフローチャート(e) のように、計画している交軸点３の位置を設定し、順次、超音波強度の変化を求める。この時の交軸点３は複数でもよい。この時の補正要素としても、前記した補正要素と同様に、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の補正（距離特性）：ｆ（Ｗ）、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の変化（減衰特性）：ｇ（α，Ｗ）、
欠陥をとらえたビームとビーム中心のずれの補正：ｐ（Δφ）、
欠陥先端部への超音波の入射角の差による補正：ｑ（Δω）、
を利用して補正すればよい。
【００３４】
この実施形態では、図７に示すように、各交軸点３の位置（この実施形態では、交軸点１〜交軸点４）における欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係のグラフが得られる。なお、この場合も、被検査体１に応じた補正要素として、前記複数の補正要素によって補正しているので、正確なデータを得ることができるが、前記被検査体１の材料によって異なる距離減衰等の必要に応じた補正要素のみで補正してもよい。
【００３５】
このように、この実施形態では、超音波探傷（ＴＯＦＤ法）において、探触子５の配置をずらすことで、板厚方向に交軸点位置をずらせた数通りの超音波（ＴＯＦＤの場合、回折波）強度分布をあらかじめ計測するために、所定位置の欠陥４に対して超音波探触子５の距離を変えることによって交軸点３の位置を変化させて、この交軸点３と超音波強度Ｈとの関係から、被検査体１の厚み方向における欠陥検出が可能な範囲での超音波探触子配置を選択するようにしている。この選択は、上述したコンピュータ等に記憶された計測データに基づいて、コンピュータ等の選択部（ＣＰＵ等）によって行われる。
【００３６】
そして、前記したような実験を行うことにより、超音波探触子５の位置と欠陥４の位置との関係において、超音波探傷が可能な範囲を予め掴むことができ、被検査体１の厚み方向のどの範囲を検査するには、どの位置に超音波探触子５を配置すればよいかを導くことができるようにしている。具体的には、探触子配置（交軸点の位置）と欠陥４の深さが変化したときの欠陥４からの超音波強度Ｈの関係を求め、この関係に基づいて、被検査体１の板厚に応じて、回折波の強度が十分に得られる探触子５の配置の組み合わせを決定できるようにしている。
【００３７】
ところで、上述した方法で求められた欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係は、実験結果を得た材料における内部の減衰等を考慮しているため、同じ材料であれば適用できるが、他の材料に適用する場合には、実験した材料の特性と、新たに検査する材料との特性とから、新たな材料の特性に応じたデータに変換しなければ利用できない。
【００３８】
そこで、図８に示す図４のグラフから作成した基本データを示すグラフのように、ある材料の実験結果から材料特有の補正要素を取除いた基本データ（以下「マスターデータ」という。）を作成する。そして、このマスターデータに検査する材料の特性を加味することにより、その材料に応じたデータを得ることができるようにする。つまり、ある特性の材料で実験した結果からどのような材料にでも適用できるようなデータを得るようにする。
【００３９】
このマスターデータとしては、超音波２の距離減衰を補正することによって得ることができる。例えば、前記した図６に示すように、交軸点３と欠陥４との間に距離差Δｄがあるとすると、超音波強度Ｈは、Ｈ＝ｆ（Δｄ）で示されるが、欠陥までの伝播距離Ｗｍｍと減衰との関係の減衰係数αとで超音波強度を補正する必要があり、欠陥までの距離Ｗによる減衰を含む補正要素αＷで補正した超音波強度Ｈｓは、Ｈｓ＝ｆ（Δｄ）＋αＷ、で求めることができる。この補正要素には、被検査体１の材質に応じた減衰係数が用いられるため、補正された超音波強度Ｈｓは、その材料の距離減衰が取除かれたデータとなる。
【００４０】
このように、ある材料の所定位置に設けた欠陥４に対して、複数の探触子配置で超音波強度を求め、そのデータから、探触子配置を固定して欠陥４が移動した場合のデータを作成し（上述した図４）、そのデータから被検査体１の材料に応じた減衰因子を取除くことにより、純粋な欠陥深さｖと交軸点３との位置ずれと超音波強度との関係のデータを導き出しておけば、このデータをマスターデータ１２（図８）として前記コンピュータ等の記憶部に記憶させておくことにより、材料が異なっても、その材料の特性で補正すれば、その材料に応じたデータを容易に作成することができ、実験することなく材料に応じたデータを容易に作成することができる。
【００４１】
また、このようなマスターデータ１２を用意しておくことにより、任意の欠陥位置と交軸点３の超音波強度曲線を容易に得ることが可能となる。
【００４２】
さらに、このようにして実験結果のデータからマスターデータ１２を作成することにより、このマスターデータ１２を被検査体１の材料に応じて補正すれば、例えば、被検査体１が高減衰材やノイズの高い材料等であっても、それらの材料等について探触子５の配置と欠陥４からの超音波強度との関係を計算で求めることができ、迅速に最小数の超音波探触子５で効果的な超音波探傷を行うことが可能となる。
【００４３】
なお、ある欠陥４に対して実験を行う際にノイズの強度も求めておき、回折波の強度の代わりにＳＮ比を用いてもよい。
【００４４】
また、探触子５および被検査体１の材料毎に探触子５の配置と超音波強度Ｈとの関係を求め、それらのデータをデータベースとして事前に準備しておくことで、被検査体１が決定した段階で、その被検査体１に応じた補正処理を行うことで容易に最適探触子配置が決定できる。また、この手順にしたがって最適探触子配置を導く自動計算プログラムを作成し、装置に組み込むことも容易にできる。これらはオフラインで計算しても良く、コンピュータ等の装置を用いることによって達成することができる。
【００４５】
図９は本願発明の超音波探傷方法による探傷結果の画像を模式的に表現した説明図であり、図１０は同超音波探傷結果に基づいて図７のグラフにしきい値を設定する例を示すグラフである。図１１は図１０に示すしきい値を設定したグラフを平面的に示す棒グラフである。
【００４６】
図９に示すように、前記したようにして超音波探傷した結果はモニタ画面８等に表示されるが、この探傷結果には、欠陥４と欠陥以外のノイズを含んだ状態で表示される。そこで、図１０に示すように、ノイズを除いて欠陥４を検出できる程度の超音波強度にしきい値９を設定し、このしきい値９を越えている範囲での超音波強度Ｈの変化を検出したら欠陥４であると認識するようにしている。このしきい値９としては、超音波強度の絶対値を用いる他、無欠陥材料のノイズと超音波強度のＳＮ比で設定することも可能である。この場合、ノイズ計測はＴＯＦＤ画像エリア指定の強度分布状況を計測することによって行うと有効である。
【００４７】
そして、図１１に示すように、前記しきい値９によって設定された欠陥検出が可能な範囲をそれぞれ棒グラフ１３で表すことにより、被検査体１の厚み方向に、超音波探触子５の配置とその配置によって超音波探傷可能な範囲とが平面的に表される。このように表された超音波探傷可能な範囲から、目的とする超音波探傷する範囲を設定すれば、その交軸点３と欠陥検出可能範囲から、最低限、どの交軸点の配置の組み合わせを選択すればよいかを判断することができる。この例の場合、図の下側から交軸点１、交軸点２、交軸点３、交軸点４が表示されており、全板厚を検査するためには、交軸点１と交軸点４とを選択すれば最小数の超音波探触子５で検査することができる（右矢印で示す）。これにより、最小の超音波探触子５の数で、被検査体１の超音波探傷しようとする範囲（板厚全体等）の欠陥検出を安定して行うことが可能となる。なお、棒グラフで表すか否かは、検査者が視覚で探傷する厚みに応じて棒グラフから検出に最適な配置を選択する場合に有効であり、コンピュータ等の演算装置で自動的に検出する構成の場合には、図９のデータから検出してもよい。
【００４８】
以上のように、この実施形態では、超音波２の交軸点３位置を中心に計測して、超音波強度が交軸点位置から離れて弱くなったら、隣接する超音波探触子５によって欠陥４を検出することができるようにしており、その手順として、欠陥位置固定で探触子位置を変化させた実験データから超音波強度の変化を取得し、このデータを、交軸点深さと欠陥深さの相対位置関係に置き換え、このデータを、欠陥深さと交軸点深さの相対位置関係に置き換え、このデータから探触子を固定して欠陥位置が変化した場合のデータを作成し、計画している交軸点位置を設定し、超音波強度の変化を求め、このデータのしきい値以上から棒グラフを作成し、探傷する板厚に応じて棒グラフから探触子配置を選択する、ようにしている。
【００４９】
この超音波探触子の配置を自動的に選択する場合、被検査体１の板厚を全てカバーする条件を抽出して最適条件を求めるとすると、各交軸点３のしきい値をまたぐ範囲を検出可能範囲として求める。この時、探触子チャンネル数は可能な限り少ない方がよいので、最初に全板厚をカバーするチャンネルがないかを探す。すなわち、全板厚にわたって検出しきい値を越える超音波強度を与えるグラフを探す。これを満足しなければ、次に２つのチャンネルで全板厚にわたって検出しきい値を越える超音波強度を与えるグラフを探す。そして、２つの超音波探触子５でこれを繰り返し、無ければ３つの超音波探触子５で探す。その後、同様にして順次探触子５を増やして探し、最小数で検出可能な超音波探触子５の配置を探す。
【００５０】
以上のように、被検査体１が決定した場合、板厚全域にわたって回折波強度を最適にする探触子配置あるいはチャンネル数を合理的に決定することができるので、例えば、裏面近くの欠陥や板厚中央部の欠陥を重点的に検査する場合、その重点部分の超音波強度（又はＳＮ比）が高くなるような探触子配置を決定することができ、欠陥の見落としを防ぐことができる。
【００５１】
また、被検査体１の種類と探触子５の種類毎に、板厚全域にわたって超音波強度を最適にする探触子配置あるいはチャンネル数を合理的に決定することができる。
【００５２】
さらに、被検査体１と探触子５が決定した場合、最適な探傷条件（回折波強度を最適にする探触子配置あるいはチャンネル数）を即時に決定することができ、自動化装置としての機能を増すこともできる。
【００５３】
なお、前記実施の形態では、欠陥深さが変化した場合の超音波強度の変化を求めるために、複数の補正要素によって補正しているが、減衰係数による補正のみを行った場合でも可能であり、本願発明における補正要素は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００５６】
被検査体の厚み方向の所定範囲を効果的に検査することができるので、被検査体の厚み方向の正確な評価結果が得られる超音波探傷を効率良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態における超音波探傷方法の交軸点深さと超音波強度との関係を示す説明図である。
【図２】図１に示す超音波探傷方法におけるフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートにおける交軸点深さと欠陥深さとの関係を示すグラフである。
【図４】図２のフローチャートにおける欠陥深さと交軸点深さとの関係を示すグラフである。
【図５】図２のフローチャートにおいて、交軸点深さを固定し欠陥深さが変化した場合の欠陥深さと超音波強度との関係を示すグラフである。
【図６】図２のフローチャートにおける補正要因の説明図である。
【図７】図２のフローチャートにおいて、計画している交軸点位置を設定した場合の超音波強度変化を示すグラフである。
【図８】図４のグラフから作成したマスターデータを示すグラフである。
【図９】本願発明の超音波探傷方法による探傷結果の画像を模式的に表現した説明図である。
【図１０】図９の超音波探傷結果に基づいて図７のグラフにしきい値を設定する例を示すグラフである。
【図１１】図１０に示すしきい値を設定したグラフを平面的に示す棒グラフである。
【図１２】 (a) は超音波探傷方法の一例を示す模式図であり、(b) はその探傷波形の模式図である。
【符号の説明】
１…被検査体
２…超音波
３…交軸点
４…欠陥
５…超音波探触子
６…超音波伝播経路
７…超音波ビーム中心
８…モニタ画面
９…しきい値
１０，１１…曲線
１２…マスターデータ
ｖ…欠陥深さ
Ｈ…超音波強度
【発明の属する技術分野】
本願発明は、溶接継手部等の内部欠陥を非破壊で検査する超音波探傷方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、溶接継手部等の内部欠陥を非破壊で検査する手段として、超音波探傷検査（ＵＴ）が知られている。この超音波探傷検査は、被検査体の表面に探触子を密着させ、この探触子から被検査体に入射させた超音波の反射によって欠陥を検出する非破壊検査であり、入射させた超音波の反射を検出するまでの時間によって欠陥の位置を知ることができる。
【０００３】
図１２は超音波探傷方法の一例を示す図であり、(a) は超音波探傷方法の模式図、(b) はその探傷波形の模式図である。この超音波探傷方法は、一般にＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｒｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法と呼ばれている。図示する例は、このＴＯＦＤ法によって溶接継手部１０１（探傷部）を超音波探傷検査する例であり、溶接継手部１０１の両側部に超音波探触子１０２Ａ，１０２Ｂを設け、一方の超音波探触子１０２Ａから溶接継手部１０１の溶接線方向と直交する方向に超音波を入射し、その反射を他方の超音波探触子１０２Ｂで受けて超音波探傷検査を行っている。
【０００４】
この例の場合、溶接継手部１０１から所定距離離れた位置から発信した超音波によって、被検査体１００の全板厚方向を検査するように構成されている。図示する左側が送信探触子１０２Ａであり、右側が受信探触子１０２Ｂである。送信探触子１０２Ａから発した超音波が被検査体１００の表面を伝わって受信探触子１０２Ｂで検出されるラテラル波ａと、被検査体１００の底面で反射した底面波ｂと、これらの間で欠陥１０３に反射した回折波の上端波ｃと下端波ｄとを受信探触子１０２Ｂで検知し、この信号によって、欠陥１０３の存在と欠陥１０３の位置を検出している。また、この例の場合、溶接継手部１０１に沿って超音波探触子１０２Ａ，１０２Ｂを移動させることにより、全線の超音波探傷を行う例を示している。
【０００５】
また、超音波探傷する被検査体の厚みが大きい場合、超音波探触子の探傷可能な超音波強度の範囲で全厚みを測定できないため、超音波探触子の間隔を変化させることによって超音波の交軸点（ビーム中心）を幅方向に変化させ、探傷可能な超音波強度の範囲を厚み方向に変化させて走査することによって被検査体の全厚みを測定している。この場合、超音波探触子を溶接継手部の幅方向に移動させて異なる位置で複数回の測定を行うことになる。
【０００６】
この種の従来技術として、ＴＯＦＤ法で得た被検査体断面層のＤスコープ画像を記憶装置に記憶し、その記憶装置に記憶された複数のＤスコープ画像の欠陥縞のすべてについて欠陥評価を行おうとするものがある。この従来技術では、被検査体の肉厚が大きい場合には、一対の探触子の間隔を変化させて複数回測定することによって全厚みを測定している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、他の従来技術として、複数の振動子を連続的に配列した一体構造のアレイ型超音波探触子のうち１又は２以上の探触子を利用し、機械操作が不要な電子走査によって、被検査対象部位全体の欠陥検出を高速かつ高精度で行えるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１６２３９０号公報（段落［００２７］、図３）
【特許文献２】
特開２００１−３２４４８４号公報（第２頁、図５）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したＴＯＦＤ法の場合、探傷条件を決定する既存の規格等、定型の方法はなく、一般的に板厚の１／２より大きい位置に交軸点を合わせるか、詳細な試験を行った後に交軸点を決めている。そのため、毎回、検査者毎に設定する検査条件には個人差が生じる。つまり、細部の検査条件は検査者毎に異なる設定となっている。しかも、板厚や材質の異なる種々の被検査体に対して、同じ検査者であっても同じ検査条件を設定するとは限らない。
【００１０】
また、前記したように、被検査体の厚みが大きくなって超音波探触子を幅方向に移動させるとしても、一対の超音波探触子の間隔を変化させる量が検査者によって異なるため、板厚によっては十分な感度で探傷できない領域が板厚方向に存在したり、両者が重なっている領域が存在する可能性があり、これらによって欠陥を見落とす可能性もある。このことは、板厚上下方向に交軸点を合わせた２組の探触子を配置して探傷した場合でも同様である。そのため、熟練検査者の経験に頼られている場合が多く、迅速な探傷作業を困難にしている。しかも、検査者の違いによって検査結果に差が生じ、安定した超音波探傷が困難になって、評価の精度を低下させる場合がある。
【００１１】
さらに、被検査体には高減衰材やノイズの高い材料がありこの場合には、熟練検査者であっても適切な位置に超音波探触子を配置して超音波探傷することが難しく、より迅速な探傷作業を困難にしている。
【００１２】
なお、前記特許文献１の場合でも、被検査体の肉厚が大きい場合に探触子の間隔を変化させる量の決定は困難であり、検査者の違いによって検査結果に差が生じ、安定した超音波探傷は困難である。
【００１３】
また、前記特許文献２の場合、利用する振動子の選択や、被検査対象部位の板厚方向に超音波ビームの交点を結ぶように複雑な制御を行う必要があり、複雑な制御を行う制御機が必要になるとともに、被検査体に応じた制御を行うように調整しなければならない。そのため、多くの費用と時間を要してしまう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明の超音波探傷方法は、所定厚の被検査体の所定位置に設けた欠陥に対し、複数の所定位置に配置した超音波探触子により所定の超音波強度で超音波探傷し、該超音波探傷したそれぞれの超音波探触子配置における超音波強度から超音波交軸点深さと超音波強度との関係を求め、該超音波交軸点深さと超音波強度との関係を前記所定厚の被検査体における超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係に置き換え、該超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにしている。これにより、被検査体の厚み方向を超音波探傷する場合に、検査する被検査体に応じて、超音波探傷する位置に適した超音波交軸点となる超音波探触子の配置を容易に選択することができるので、効率的な探触子配置で安定した超音波探傷を行うことができる。
【００１５】
前記超音波探傷方法において、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係と超音波強度との関係において、超音波強度が所定のしきい値を超える、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を求め、被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにすれば、しきい値の設定条件によって、より欠陥の検出精度を向上させることができる。
【００１６】
また、この超音波探傷方法において、しきい値として、超音波強度の絶対値または無欠陥被検査体におけるノイズと超音波強度とのＳＮ比を使用して検査するようにすれば、種々の被検査体において安定したしきい値の設定ができる。
【００１７】
さらに、前記超音波探傷方法において、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を、超音波が被検査体内を伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素で補正することにより該欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係の基本データを作成し、該基本データを検査する被検査体に応じた補正要素で補正することにより該被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を作成し、該欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにすれば、作成した基本データを異なる被検査体に応じた補正要素で補正することにより、その被検査体の欠陥深さと超音波交軸点との相対位置関係を作成することができるので、この欠陥深さと超音波交軸点との相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を容易に選択することができる。
【００１８】
また、この超音波探傷方法において、補正要素として、被検査体の材料に応じた減衰特性を使用して前記基本データを作成し、該基本データを検査する被検査体に応じた減衰特性で補正するようにすれば、補正要素の入手が容易な減衰特性によって基本データを容易に補正することができ、検査する被検査体に応じた欠陥深さと超音波交軸点との相対位置関係を迅速に得ることができる。
【００１９】
その上、この超音波探傷方法において、前記補正要素に加え、欠陥をとらえたビームとビーム中心とのずれの補正、および、欠陥先端部への超音波の入射角の差による補正を行って前記基本データを作成するようにすれば、より多くの要素で補正して正確なデータを得ることができる。
【００２０】
一方、本願発明の超音波探傷装置は、所定厚の被検査体の所定位置に設けた欠陥に対し、複数の所定位置に配置した超音波探触子により所定の超音波強度で超音波探傷し、該超音波探傷したそれぞれの超音波探触子配置における超音波強度から超音波交軸点深さと超音波強度との関係を求める検出部と、該超音波交軸点深さと超音波強度との関係を前記所定厚の被検査体における超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係に置き換える演算部と、該演算部で演算した結果を記憶する記憶部と、被検査体の超音波探傷する位置に応じて該記憶部に記憶された超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する選択部とを備えるようにしている。このようにすれば、被検査体の厚み方向を超音波探傷する場合に、検査する被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を容易に選択することができるので、効率的な探触子配置で安定した超音波探傷を行うことができる。
【００２１】
また、この超音波探傷装置において、前記記憶部に、種々の被検査体内を超音波が伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素を記憶させ、前記演算部に、該種々の被検査体から検査する被検査体を選択することにより、前記記憶部に記憶した補正要素で該選択した被検査体に応じた欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を演算する機能を具備させ、前記選択部に、該演算した欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する機能を具備させれば、演算部で得られた欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を、記憶部に記憶された補正要素で検査する被検査体に応じて補正することができるので、種々の被検査体に適した超音波探触子の配置を容易に得ることができる。
【００２２】
さらに、前記超音波探傷装置において、前記演算部に、前記欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係と超音波強度との関係を、超音波が種々の被検査体内を伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素で補正して基本データを作成する機能と、検査する被検査体に応じた補正要素で前記基本データを補正して該被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を演算する機能を具備させ、前記選択部に、該補正した欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する機能を具備させれば、作成した基本データを異なる被検査体に応じた補正要素で補正することにより、その被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を作成することができるので、この欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を容易に選択することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態における超音波探傷方法の交軸点深さと超音波強度との関係を示す説明図であり、図２は同超音波探傷方法におけるフローチャート、図３は同フローチャートにおける交軸点深さと欠陥深さとの関係を示すグラフ、図４は同フローチャートにおける欠陥深さと交軸点深さとの関係を示すグラフ、図５は同フローチャートにおいて、交軸点深さを固定し欠陥深さが変化した場合の欠陥深さと超音波強度との関係を示すグラフ、図６は同フローチャートにおける補正要因の説明図、図７は同フローチャートにおいて、計画している交軸点位置を設定した場合の超音波強度変化を示すグラフである。図１，図６では、被検査体１の厚み方向を横向きに表示している。
【００２４】
図１に示すように、超音波２の焦点位置が超音波交軸点３であり、この交軸点３の位置と欠陥４の位置と超音波２との関係を、以下のようにして予め実験的に求めるている。この欠陥４は人工的なもので、予め所定位置（深さ方向位置）に準備されており、表面からの欠陥深さｖや大きさはデータとして設定されている。一方、交軸点３は、超音波探触子５の種類によって決まり、超音波探触子５が決まれば、超音波周波数や探触子寸法、屈折角等が決まる。
【００２５】
この実施形態では、超音波探触子５の配置によって変化する交軸点３が深さ方向に３位置となるような配置を例示している。
【００２６】
このような構成により、図２のフローチャート(a) のように、欠陥深さを固定し、交軸点深さ（探触子間隔）を変化させて、交軸点深さと超音波強度の関係を求める、ことによって、図１の下部に示すように、欠陥深さｖに設けられた欠陥４と交軸点深さと超音波強度Ｈとの関係のグラフが得られる。このグラフは、超音波探触子５で検出されたデータに基づいてコンピュータ等の演算装置によって作成されており、この場合、コンピュータ等が検出部となる。
【００２７】
そして、図２のフローチャート(b) のように、交軸点深さと超音波強度の関係を交軸点深さに対する欠陥深さの相対位置関係（交軸点深さ−欠陥深さ）に置き換える、ことによって、図３に示すような関係のグラフが得られる。このグラフも前記コンピュータ等の演算部によって演算された結果から作成される。このグラフによれば、交軸点３と欠陥４の深さとが一致した点よりも交軸点３が深い位置の時に、超音波強度Ｈが最も強くなることがわかる。
【００２８】
また、この関係から、図２のフローチャート(c) のように、交軸点深さと超音波強度の関係を欠陥深さに対する交軸点の相対位置関係（欠陥深さ−交軸点深さ）に置き換える、ことにより、図４に示すような関係のグラフが得られる。このグラフも前記コンピュータ等の演算部によって演算された結果から作成され、演算された結果はコンピュータ等の記憶部に記憶される。このグラフよれば、交軸点３と欠陥４の深さとが一致した点よりも欠陥４が浅い側（図のマイナス側）の時に、超音波強度Ｈが最も強くなることがわかる。
【００２９】
その後、このようにして得られたデータから、図２のフローチャート(d) のように、交軸点深さを固定し、欠陥深さが変化した場合の超音波強度の変化が計算で求められる。このデータは計算で求めることができ、例えば、コンピュータ等の演算装置によって計算され、その結果は記憶部に記憶される。しかし、前記図４に示す関係のグラフには、被検査体１の材料によって異なる内部の減衰要素等の影響が含まれている。
【００３０】
そこで、図５に示すように、図４に示した曲線（図５では破線１０で示す。）を材料に応じた補正要素で補正することにより、実線で示すように、被検査体１の厚み方向の位置が異なる場合の補正要素が除かれた曲線１１を得ることができる。この曲線１１によれば、被検査体１の厚み方向の浅い位置では補正要素が小さいので超音波強度Ｈは大きく、被検査体１の厚み方向の深い位置では補正要素が大きくなるので超音波強度Ｈが小さくなることがわかる。この実線で示された曲線が、一般的な、欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係を示すグラフである。
【００３１】
この時の補正要素としては、図６に示すように、被検査体１の表面と直交する軸に対し、超音波２が欠陥４をとらえた超音波伝播経路６が交わる角度をω、超音波探触子５の交軸点３に向けた超音波２のビーム中心７と前記超音波伝播経路６との角度をφ、伝播する距離をＷｍｍ、材料の減衰係数をα、とすると、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の補正（距離特性）：ｆ（Ｗ）、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の変化（減衰特性）：ｇ（α，Ｗ）、
欠陥をとらえた超音波ビームと超音波ビーム中心のずれの補正：ｐ（Δφ）、
欠陥先端部への超音波の入射角の差による補正：ｑ（Δω）、
等によって補正される。
【００３２】
これにより、交軸点３と欠陥位置（深さ）の差と超音波強度の関係で表されるグラフは、超音波が材料内を伝達する際に生じる減衰量を加味した値で表される。なお、このように複数の補正要素によって補正することにより正確なデータを得ることができるが、必要に応じた補正要素で補正すればよい。例えば、被検査体１の材料によって異なる距離減衰により補正する場合、材料の減衰係数をαｄＢ／ｍｍ、距離減衰をｇ（Δｄ）とすると、各点における減衰量は、αＷ＋ｇ（Δｄ）ｄＢ、で表される。この減衰量と実験によって求めた交軸点と欠陥位置とのずれと超音波強度の関係式を利用して、欠陥位置が任意に変化する際の交軸点と超音波強度の関係を導き出してもよい。
【００３３】
そして、このようにして得られた、欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係から、図２のフローチャート(e) のように、計画している交軸点３の位置を設定し、順次、超音波強度の変化を求める。この時の交軸点３は複数でもよい。この時の補正要素としても、前記した補正要素と同様に、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の補正（距離特性）：ｆ（Ｗ）、
ビーム路程が変化することによる超音波強度の変化（減衰特性）：ｇ（α，Ｗ）、
欠陥をとらえたビームとビーム中心のずれの補正：ｐ（Δφ）、
欠陥先端部への超音波の入射角の差による補正：ｑ（Δω）、
を利用して補正すればよい。
【００３４】
この実施形態では、図７に示すように、各交軸点３の位置（この実施形態では、交軸点１〜交軸点４）における欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係のグラフが得られる。なお、この場合も、被検査体１に応じた補正要素として、前記複数の補正要素によって補正しているので、正確なデータを得ることができるが、前記被検査体１の材料によって異なる距離減衰等の必要に応じた補正要素のみで補正してもよい。
【００３５】
このように、この実施形態では、超音波探傷（ＴＯＦＤ法）において、探触子５の配置をずらすことで、板厚方向に交軸点位置をずらせた数通りの超音波（ＴＯＦＤの場合、回折波）強度分布をあらかじめ計測するために、所定位置の欠陥４に対して超音波探触子５の距離を変えることによって交軸点３の位置を変化させて、この交軸点３と超音波強度Ｈとの関係から、被検査体１の厚み方向における欠陥検出が可能な範囲での超音波探触子配置を選択するようにしている。この選択は、上述したコンピュータ等に記憶された計測データに基づいて、コンピュータ等の選択部（ＣＰＵ等）によって行われる。
【００３６】
そして、前記したような実験を行うことにより、超音波探触子５の位置と欠陥４の位置との関係において、超音波探傷が可能な範囲を予め掴むことができ、被検査体１の厚み方向のどの範囲を検査するには、どの位置に超音波探触子５を配置すればよいかを導くことができるようにしている。具体的には、探触子配置（交軸点の位置）と欠陥４の深さが変化したときの欠陥４からの超音波強度Ｈの関係を求め、この関係に基づいて、被検査体１の板厚に応じて、回折波の強度が十分に得られる探触子５の配置の組み合わせを決定できるようにしている。
【００３７】
ところで、上述した方法で求められた欠陥深さｖと超音波強度Ｈとの関係は、実験結果を得た材料における内部の減衰等を考慮しているため、同じ材料であれば適用できるが、他の材料に適用する場合には、実験した材料の特性と、新たに検査する材料との特性とから、新たな材料の特性に応じたデータに変換しなければ利用できない。
【００３８】
そこで、図８に示す図４のグラフから作成した基本データを示すグラフのように、ある材料の実験結果から材料特有の補正要素を取除いた基本データ（以下「マスターデータ」という。）を作成する。そして、このマスターデータに検査する材料の特性を加味することにより、その材料に応じたデータを得ることができるようにする。つまり、ある特性の材料で実験した結果からどのような材料にでも適用できるようなデータを得るようにする。
【００３９】
このマスターデータとしては、超音波２の距離減衰を補正することによって得ることができる。例えば、前記した図６に示すように、交軸点３と欠陥４との間に距離差Δｄがあるとすると、超音波強度Ｈは、Ｈ＝ｆ（Δｄ）で示されるが、欠陥までの伝播距離Ｗｍｍと減衰との関係の減衰係数αとで超音波強度を補正する必要があり、欠陥までの距離Ｗによる減衰を含む補正要素αＷで補正した超音波強度Ｈｓは、Ｈｓ＝ｆ（Δｄ）＋αＷ、で求めることができる。この補正要素には、被検査体１の材質に応じた減衰係数が用いられるため、補正された超音波強度Ｈｓは、その材料の距離減衰が取除かれたデータとなる。
【００４０】
このように、ある材料の所定位置に設けた欠陥４に対して、複数の探触子配置で超音波強度を求め、そのデータから、探触子配置を固定して欠陥４が移動した場合のデータを作成し（上述した図４）、そのデータから被検査体１の材料に応じた減衰因子を取除くことにより、純粋な欠陥深さｖと交軸点３との位置ずれと超音波強度との関係のデータを導き出しておけば、このデータをマスターデータ１２（図８）として前記コンピュータ等の記憶部に記憶させておくことにより、材料が異なっても、その材料の特性で補正すれば、その材料に応じたデータを容易に作成することができ、実験することなく材料に応じたデータを容易に作成することができる。
【００４１】
また、このようなマスターデータ１２を用意しておくことにより、任意の欠陥位置と交軸点３の超音波強度曲線を容易に得ることが可能となる。
【００４２】
さらに、このようにして実験結果のデータからマスターデータ１２を作成することにより、このマスターデータ１２を被検査体１の材料に応じて補正すれば、例えば、被検査体１が高減衰材やノイズの高い材料等であっても、それらの材料等について探触子５の配置と欠陥４からの超音波強度との関係を計算で求めることができ、迅速に最小数の超音波探触子５で効果的な超音波探傷を行うことが可能となる。
【００４３】
なお、ある欠陥４に対して実験を行う際にノイズの強度も求めておき、回折波の強度の代わりにＳＮ比を用いてもよい。
【００４４】
また、探触子５および被検査体１の材料毎に探触子５の配置と超音波強度Ｈとの関係を求め、それらのデータをデータベースとして事前に準備しておくことで、被検査体１が決定した段階で、その被検査体１に応じた補正処理を行うことで容易に最適探触子配置が決定できる。また、この手順にしたがって最適探触子配置を導く自動計算プログラムを作成し、装置に組み込むことも容易にできる。これらはオフラインで計算しても良く、コンピュータ等の装置を用いることによって達成することができる。
【００４５】
図９は本願発明の超音波探傷方法による探傷結果の画像を模式的に表現した説明図であり、図１０は同超音波探傷結果に基づいて図７のグラフにしきい値を設定する例を示すグラフである。図１１は図１０に示すしきい値を設定したグラフを平面的に示す棒グラフである。
【００４６】
図９に示すように、前記したようにして超音波探傷した結果はモニタ画面８等に表示されるが、この探傷結果には、欠陥４と欠陥以外のノイズを含んだ状態で表示される。そこで、図１０に示すように、ノイズを除いて欠陥４を検出できる程度の超音波強度にしきい値９を設定し、このしきい値９を越えている範囲での超音波強度Ｈの変化を検出したら欠陥４であると認識するようにしている。このしきい値９としては、超音波強度の絶対値を用いる他、無欠陥材料のノイズと超音波強度のＳＮ比で設定することも可能である。この場合、ノイズ計測はＴＯＦＤ画像エリア指定の強度分布状況を計測することによって行うと有効である。
【００４７】
そして、図１１に示すように、前記しきい値９によって設定された欠陥検出が可能な範囲をそれぞれ棒グラフ１３で表すことにより、被検査体１の厚み方向に、超音波探触子５の配置とその配置によって超音波探傷可能な範囲とが平面的に表される。このように表された超音波探傷可能な範囲から、目的とする超音波探傷する範囲を設定すれば、その交軸点３と欠陥検出可能範囲から、最低限、どの交軸点の配置の組み合わせを選択すればよいかを判断することができる。この例の場合、図の下側から交軸点１、交軸点２、交軸点３、交軸点４が表示されており、全板厚を検査するためには、交軸点１と交軸点４とを選択すれば最小数の超音波探触子５で検査することができる（右矢印で示す）。これにより、最小の超音波探触子５の数で、被検査体１の超音波探傷しようとする範囲（板厚全体等）の欠陥検出を安定して行うことが可能となる。なお、棒グラフで表すか否かは、検査者が視覚で探傷する厚みに応じて棒グラフから検出に最適な配置を選択する場合に有効であり、コンピュータ等の演算装置で自動的に検出する構成の場合には、図９のデータから検出してもよい。
【００４８】
以上のように、この実施形態では、超音波２の交軸点３位置を中心に計測して、超音波強度が交軸点位置から離れて弱くなったら、隣接する超音波探触子５によって欠陥４を検出することができるようにしており、その手順として、欠陥位置固定で探触子位置を変化させた実験データから超音波強度の変化を取得し、このデータを、交軸点深さと欠陥深さの相対位置関係に置き換え、このデータを、欠陥深さと交軸点深さの相対位置関係に置き換え、このデータから探触子を固定して欠陥位置が変化した場合のデータを作成し、計画している交軸点位置を設定し、超音波強度の変化を求め、このデータのしきい値以上から棒グラフを作成し、探傷する板厚に応じて棒グラフから探触子配置を選択する、ようにしている。
【００４９】
この超音波探触子の配置を自動的に選択する場合、被検査体１の板厚を全てカバーする条件を抽出して最適条件を求めるとすると、各交軸点３のしきい値をまたぐ範囲を検出可能範囲として求める。この時、探触子チャンネル数は可能な限り少ない方がよいので、最初に全板厚をカバーするチャンネルがないかを探す。すなわち、全板厚にわたって検出しきい値を越える超音波強度を与えるグラフを探す。これを満足しなければ、次に２つのチャンネルで全板厚にわたって検出しきい値を越える超音波強度を与えるグラフを探す。そして、２つの超音波探触子５でこれを繰り返し、無ければ３つの超音波探触子５で探す。その後、同様にして順次探触子５を増やして探し、最小数で検出可能な超音波探触子５の配置を探す。
【００５０】
以上のように、被検査体１が決定した場合、板厚全域にわたって回折波強度を最適にする探触子配置あるいはチャンネル数を合理的に決定することができるので、例えば、裏面近くの欠陥や板厚中央部の欠陥を重点的に検査する場合、その重点部分の超音波強度（又はＳＮ比）が高くなるような探触子配置を決定することができ、欠陥の見落としを防ぐことができる。
【００５１】
また、被検査体１の種類と探触子５の種類毎に、板厚全域にわたって超音波強度を最適にする探触子配置あるいはチャンネル数を合理的に決定することができる。
【００５２】
さらに、被検査体１と探触子５が決定した場合、最適な探傷条件（回折波強度を最適にする探触子配置あるいはチャンネル数）を即時に決定することができ、自動化装置としての機能を増すこともできる。
【００５３】
なお、前記実施の形態では、欠陥深さが変化した場合の超音波強度の変化を求めるために、複数の補正要素によって補正しているが、減衰係数による補正のみを行った場合でも可能であり、本願発明における補正要素は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００５６】
被検査体の厚み方向の所定範囲を効果的に検査することができるので、被検査体の厚み方向の正確な評価結果が得られる超音波探傷を効率良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態における超音波探傷方法の交軸点深さと超音波強度との関係を示す説明図である。
【図２】図１に示す超音波探傷方法におけるフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートにおける交軸点深さと欠陥深さとの関係を示すグラフである。
【図４】図２のフローチャートにおける欠陥深さと交軸点深さとの関係を示すグラフである。
【図５】図２のフローチャートにおいて、交軸点深さを固定し欠陥深さが変化した場合の欠陥深さと超音波強度との関係を示すグラフである。
【図６】図２のフローチャートにおける補正要因の説明図である。
【図７】図２のフローチャートにおいて、計画している交軸点位置を設定した場合の超音波強度変化を示すグラフである。
【図８】図４のグラフから作成したマスターデータを示すグラフである。
【図９】本願発明の超音波探傷方法による探傷結果の画像を模式的に表現した説明図である。
【図１０】図９の超音波探傷結果に基づいて図７のグラフにしきい値を設定する例を示すグラフである。
【図１１】図１０に示すしきい値を設定したグラフを平面的に示す棒グラフである。
【図１２】 (a) は超音波探傷方法の一例を示す模式図であり、(b) はその探傷波形の模式図である。
【符号の説明】
１…被検査体
２…超音波
３…交軸点
４…欠陥
５…超音波探触子
６…超音波伝播経路
７…超音波ビーム中心
８…モニタ画面
９…しきい値
１０，１１…曲線
１２…マスターデータ
ｖ…欠陥深さ
Ｈ…超音波強度
Claims (9)
- 所定厚の被検査体の所定位置に設けた欠陥に対し、複数の所定位置に配置した超音波探触子により所定の超音波強度で超音波探傷し、該超音波探傷したそれぞれの超音波探触子配置における超音波強度から超音波交軸点深さと超音波強度との関係を求め、該超音波交軸点深さと超音波強度との関係を前記所定厚の被検査体における超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係に置き換え、該超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する超音波探傷方法。
- 請求項１記載の超音波探傷方法において、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係と超音波強度との関係において、超音波強度が所定のしきい値を超える、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を求め、被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにした超音波探傷方法。
- 請求項２記載の超音波探傷方法において、しきい値として、超音波強度の絶対値または無欠陥被検査体におけるノイズと超音波強度とのＳＮ比を使用して検査するようにした超音波探傷方法。
- 請求項１記載の超音波探傷方法において、欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を、超音波が被検査体内を伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素で補正することにより該欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係の基本データを作成し、該基本データを検査する被検査体に応じた補正要素で補正することにより該被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を作成し、該欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択するようにした超音波探傷方法。
- 請求項４記載の超音波探傷方法において、補正要素として、被検査体の材料に応じた減衰特性を使用して前記基本データを作成し、該基本データを検査する被検査体に応じた減衰特性で補正するようにした超音波探傷方法。
- 請求項５記載の超音波探傷方法において、前記補正要素に加え、欠陥をとらえたビームとビーム中心とのずれの補正、および、欠陥先端部への超音波の入射角の差による補正を行って前記基本データを作成するようにした超音波探傷方法。
- 所定厚の被検査体の所定位置に設けた欠陥に対し、複数の所定位置に配置した超音波探触子により所定の超音波強度で超音波探傷し、該超音波探傷したそれぞれの超音波探触子配置における超音波強度から超音波交軸点深さと超音波強度との関係を求める検出部と、
該超音波交軸点深さと超音波強度との関係を前記所定厚の被検査体における超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係に置き換える演算部と、
該演算部で演算した結果を記憶する記憶部と、
被検査体の超音波探傷する位置に応じて該記憶部に記憶された超音波交軸点深さと欠陥深さとの相対位置関係と超音波強度との関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する選択部とを備えた超音波探傷装置。 - 請求項７記載の超音波探傷装置において、
前記記憶部に、種々の被検査体内を超音波が伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素を記憶させ、
前記演算部に、該種々の被検査体から検査する被検査体を選択することにより、前記記憶部に記憶した補正要素で該選択した被検査体に応じた欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を演算する機能を具備させ、
前記選択部に、該演算した欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する機能を具備させた超音波探傷装置。 - 請求項７記載の超音波探傷装置において、
前記演算部に、前記欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係と超音波強度との関係を、超音波が種々の被検査体内を伝搬する際に該被検査体に応じた補正要素で補正して基本データを作成する機能と、検査する被検査体に応じた補正要素で前記基本データを補正して該被検査体の欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係を演算する機能を具備させ、
前記選択部に、該補正した欠陥深さと超音波交軸点深さとの相対位置関係から被検査体の超音波探傷する位置に適した超音波探触子の配置を選択する機能を具備させた超音波探傷装置。
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