JP3759110B2 - 超音波探傷方法とその装置 - 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１１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、超音波の交軸点（ビーム中心）から離れると超音波強度が低下して安定した検査ができないため、送信探触子と受信探触子との組み合わせからなる超音波探傷チャンネル（この明細書では、一対の送信探触子と受信探触子との組み合わせを「超音波探傷チャンネル」という）を複数設けたＴＯＦＤ装置を用い、これらの超音波探傷チャンネルの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を厚み方向に変化させ、それぞれが探傷可能な超音波強度の範囲で厚み方向の別範囲を走査することによって被検査体の全厚みを検査している。この場合、それぞれの超音波探傷チャンネルで探傷した結果の探傷画像は別々の画面に表示され、検査者がそれらの画像を見て欠陥評価している。
【０００６】
さらに、このようなＴＯＦＤ装置による超音波探傷に加え、パルス反射装置による超音波探傷を行う場合もある。例えば、ＴＯＦＤ装置によって被検査体の所定深さよりも深い部分を超音波探傷し、表面近くをパルス反射装置によって超音波探傷して、被検査体の全厚み方向を超音波探傷する。この場合も、ＴＯＦＤ装置による探傷結果とパルス反射装置による探傷結果とは別々の画面に表示され、検査者がそれらの画像を見て欠陥評価している。
【０００７】
なお、この種の従来技術として、複数回のＴＯＦＤ法で得られ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、１回目の測定で得られたＤスコープ画像と、２回目以降の測定で得られたＤスコープ画像とを比較し、その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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１６２３９０号公報（図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したように、複数チャンネルのＴＯＦＤ装置、及びＴＯＦＤ装置とパルス反射装置とを併用した探傷装置による探傷結果がそれぞれ探触子の数だけ別々に表示されているため、検査者がそれら複数の画像から一つの探傷画像を想像しながら欠陥評価をする必要があり、正確な探傷が行えない。
【００１０】
また、このように複数の画像から一つの探傷画像を想像しながら超音波探傷する場合、その検査者の経験によって判断が異なる場合があり、安定した超音波探傷が困難になって、欠陥評価の精度を低下させる場合がある。
【００１１】
しかも、ＴＯＦＤ装置の探傷画像は、時間とスキャン位置との関係で表されているために、現実の対象である板厚とスキャン位置との関係として視覚的に理解するためには熟練度を要する。
【００１２】
その上、時間とスキャン位置との関係で表示された複数の画像を合成する場合、同一欠陥を探傷しても、探触子間距離が異なれば超音波が伝播した時間は変化するため、時間とスキャン位置との関係で表示された画像では異なる時間軸上に欠陥像が表示されてしまう。一般に、複数チャンネルを用いる場合のＴＯＦＤ探傷は、チャンネルごとに異なる板厚深さ方向の狙い位置を持たせるために、探触子間距離をチャンネルごとに変える必要がある。そのため、このようにして得られたＴＯＦＤ探傷結果の合成を困難にしている。
【００１３】
なお、前記特許文献１の場合、複数回測定したＤスコープ画像を単に表示するものであり、板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解することができるものではない。
【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、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し、該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信して被検査体の厚み方向を超音波探傷し、該超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換し、該変換した超音波探傷画像に被検査体の表面部をパルス反射法で検査したパルス反射画像を合成して全体の探傷画像を得るようにしている。このようにすれば、被検査体をＴＯＦＤ法とパルス反射法とによって精度よく超音波探傷し、超音波探傷した結果を厚み方向距離に対応させた１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００１５】
また、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し、該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信して被検査体の厚み方向の異なる範囲を超音波探傷し、該それぞれの超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換し、該変換した複数の超音波探傷画像を被検査体の厚み方向に合成して全体の探傷画像を得るようにしてもよい。このようにすれば、被検査体の厚みが大きい場合に、厚み方向を異なる一対の探触子によって探傷し、それぞれの超音波探傷結果を合成して被検査体の厚み方向を１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００１６】
さらに、前記超音波探傷方法により得られた探傷画像に、探触子から発した超音波パルスの反射を変換したパルス反射画像を合成して全体の探傷画像を得るようにすれば、被検査体の全厚み方向をＴＯＦＤ法とパルス反射法との合成画像によって精度高く超音波探傷することができる。
【００１７】
また、前記いずれかの超音波探傷方法において、被検査体のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより複数の探傷画像を得て、該複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を得るようにすれば、任意に三次元で断面できる探傷画像を見て、より高い欠陥評価を行うことができる。
【００１８】
さらに、前記超音波探傷方法によって得られた三次元の探傷画像の任意断面を取り出して欠陥評価するようにすれば、検査者が異なっても探傷画像の任意断面を選択して見て、高い欠陥評価精度の超音波探傷を行うことができる。
【００１９】
また、前記超音波探傷方法において、超音波探傷に適した被検査体の適正厚み範囲ごとに探傷する送信探触子と受信探触子とからなる複数の超音波探傷チャンネルで、被検査体の厚み方向の異なる位置をそれぞれ超音波探傷することによりそれぞれの厚み方向位置の探傷画像を得て、これらの探傷画像に基づいて三次元の探傷画像を得るようにすれば、探傷途中で厚みが変化したり、探触子の交換等の探傷条件が変化するような被検査体であっても、連続した探傷画像を三次元で提示することができる。
【００２０】
一方、本願発明の超音波探傷装置は、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信する一対の探触子と、該一対の探触子で被検査体の厚み方向を超音波探傷する探傷器と、該一対の探触子で超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換する変換部と、該変換した超音波探傷画像に被検査体の表面部をパルス反射法で検査したパルス反射画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部と、該合成した全体の探傷画像を表示する表示部とを備えている。このようにすれば、探傷器によって被検査体をＴＯＦＤ法とパルス反射法とで精度よく超音波探傷し、超音波探傷した結果を変換部で線形表示の探傷画像に変換して合成部で合成することにより、１つの探傷画像としてモニターテレビ等の表示部で見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００２１】
また、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信する一対の探触子と、該一対の探触子を複数配置して被検査体の厚み方向の異なる範囲を超音波探傷する探傷器と、該それぞれの一対の探触子で超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換する変換部と、該変換した複数の超音波探傷画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部と、該合成した全体の探傷画像を表示する表示部とを備えたものでもよい。このようにすれば、被検査体の厚みが大きい場合に、厚み方向を異なる一対の探触子によって探傷し、それぞれの超音波探傷結果を合成して被検査体の厚み方向を１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００２２】
さらに、前記超音波探傷装置に、探触子から発した超音波パルスの反射を、該超音波が被検査体内を伝播した時間から厚み方向距離に対応付けて線形表示のパルス反射画像に変換するパルス変換部を設け、前記合成部に、該変換したパルス反射画像に前記合成部で被検査体の厚み方向に合成した複数の超音波探傷画像を合成して全体の探傷画像を得る機能を具備させれば、被検査体の全厚み方向をＴＯＦＤ法とパルス反射法との合成画像によって精度高く超音波探傷することができる。
【００２３】
その上、前記いずれかの超音波探傷装置に、被検査体のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより得られる複数の探傷画像を記録する記録部と、該複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を合成する合成部とを具備させれば、複数の探傷画像から得られた三次元の探傷画像を見ながら、より精度の高い欠陥評価を行うことができる。
【００２４】
また、前記超音波探傷装置に、合成部で合成した三次元の探傷画像の任意断面を取り出して表示する機能を具備させれば、複数の探傷画像から得られた三次元の探傷画像を任意に断面した探傷画像を得ることができ、検査者が異なっても欠陥評価精度の高い超音波探傷を行うことができる。
【００２５】
さらに、前記超音波探傷装置において、超音波探傷に適した被検査体の適正厚み範囲ごとに探傷する送信探触子と受信探触子とからなる複数の超音波探傷チャンネルを具備し、該複数の超音波探傷チャンネルで被検査体の厚み方向の異なる位置をそれぞれ超音波探傷することにより得られるそれぞれの厚み方向位置の探傷画像を得て、これらの探傷画像に基づいて三次元の探傷画像を得るように構成すれば、探傷途中で厚みが変化したり、探触子の交換等の探傷条件が変化するような被検査体であっても、連続した探傷画像を三次元で提示することができ、安定した欠陥評価が可能となる。
【００２６】
【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は本願発明の第１実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図であり、図２は同超音波探傷方法のフローチャートである。図３は同超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。
【００２７】
この第１実施形態では、複数チャンネルのＴＯＦＤ法を行う場合、チャンネル毎にある一定以上の欠陥検出性能を発揮できる厚み範囲が限定されているので、２つの各チャンネルが有する適正厚み範囲ごとの画像を抽出することにより、厚み方向全域にわたって均質な欠陥検出性能が保証できるようにし、これらの画像を合成することによって一つの画像として欠陥評価が可能なようにしている。なお、この第１実施形態は、ＴＯＦＤ法による２つの超音波探傷チャンネルの探傷画像を合成する例であるが、１つの超音波探傷チャンネルであっても、３つ以上の超音波探傷チャンネルであってもよい。
【００２８】
図１に示すように、被検査体１０の探傷部１１を挟んで送信探触子１２，１３と受信探触子１４，１５とからなる２つの超音波探傷チャンネル１６，１７が設けられている。この例では、被検査体１０の厚み方向を２つの超音波探傷チャンネル１６，１７で検査するように構成されており、内側に設けられた超音波探傷チャンネル１６で厚み方向上部を、外側に設けられた超音波探傷チャンネル１７で厚み方向下部を検査するように配置されている。この実施形態では、これら超音波探傷チャンネル１６，１７が、複数チャンネルデータが取得可能な探傷器に接続されている。
【００２９】
図２に示すように、このような構成の超音波探傷チャンネル１６，１７による超音波探傷は、超音波探傷チャンネル１６によるＴＯＦＤデータの取得１(i) 、リニアスケール変換１(ii) 、観察範囲のみの抽出１(iii) と、超音波探傷チャンネル１７によるＴＯＦＤデータの取得２(iv) 、リニアスケール（線形表示）変換２(v) 、観察範囲のみの抽出２(vi) とを行い、１，２・・・，ｎの観察範囲の合成(vii) 、をする。なお、図２のフローチャートでは、２つ以上の超音波探傷チャンネル（図では「ｎ」）を使用する場合の(viii) 〜(x) も示している。
【００３０】
前記ＴＯＦＤデータをリニアスケール変換する画像変換手法として、この実施形態では、時間軸を厚み方向距離に変換する方法を採用している。この方法は、ＴＯＦＤ法によって得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）が、超音波強度を時間とスキャン位置との関係（以下、単に「時間−スキャン位置」とも表示）で表示されるものであるため、この画像において、時間と厚み方向距離（深さ）を１対１に対応付けて線形表示に変換するものである。
【００３１】
この変換する厚み方向距離（深さ）ｄは、被検査体内を超音波が伝播した時間をｔ、被検査体内の超音波の音速をＶ、探触子間隔をＳとすると、
【００３２】
【数１】
ｄ＝１／２・（（ｔ・Ｖ）2−Ｓ2）1/2
で表され、この数式によって求められたデータによって画像が描かれる。
【００３３】
このようなＴＯＦＤ法によって得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）は、波の像を平面に変換する時に、超音波強度の高い方を「白色」、超音波強度の低い方を「黒色」、その間の超音波強度を「灰色」で表示することにより、グレースケールの探傷画像として表すことができる。
【００３４】
また、このように変換される超音波探傷チャンネル１６，１７のＴＯＦＤ画像を合成する方法としては、時間−スキャン位置で表示された複数の探傷画像の時間軸を厚み方向距離に変換することで、厚み方向あるいはスキャン方向に画像合成をすることが可能である。
【００３５】
これら時間−スキャン位置で表示された複数の探傷画像の時間軸を厚み方向距離に変換する変換部や、変換した超音波探傷画像にパルス反射画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部としては、パーソナルコンピュータ等の演算装置が用いられる。
【００３６】
図３に示すように、前記グレースケールで描かれた各超音波探傷チャンネル１６，１７の探傷画像は、図３(a) のように、それぞれの超音波探傷チャンネル１６，１７によって検査されて抽出された観察範囲の探傷画像１８，１９が別々に求められ、これらの探傷画像１８，１９を前記したように合成することによって、図３(b) に示すように、１つになった探傷画像２０を得ることができる。この図において、ｆは表面波、ｇは底面波、ｅは欠陥を示している。
【００３７】
つまり、時間−スキャン位置で表示されるＴＯＦＤ画像の時間軸をリニアな厚み軸に変換することで、複数のＴＯＦＤ画像の合成を厚み方向で可能とし、厚み−スキャン位置関係を表示することができる。この表示する表示部としては、モニターテレビ等の一般的な画像表示手段が用いられる。これにより、検査者が、視覚的に厚みとスキャン位置との関係を理解することが容易に可能となって、一つの画像上で欠陥表示・欠陥評価ができるため、評価時間の短縮や、熟練を要することなく安定した超音波探傷を行うことができる。この例では、表面波ｆと底面波ｇとの間に表示されている欠陥ｅの深さ位置や長手方向位置を視覚的に認識することが容易に可能であることがわかる。
【００３８】
図４は本願発明の第２実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図であり、図５は同超音波探傷方法のフローチャートである。図６は同超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。この第２実施形態は、前記第１実施形態のＴＯＦＤ法による超音波探傷に加え、パルス反射法による超音波探傷を行う例である。また、この第２実施形態では、ＴＯＦＤ法の超音波探傷チャンネル１６で被検査体１０の厚み方向の浅い部分、超音波探傷チャンネル１７で厚み方向の深い部分、パルス反射法の超音波探傷チャンネル２１，２２（各探触子）で被検査体１０の表面部分を超音波探傷するようにしている。これにより、各チャンネル１６，１７，２１，２２における超音波探傷に適した範囲（交軸点を中心心とした所定範囲）の適正厚み範囲ごとの画像を抽出し、合成することによって厚み方向全域にわたって均質な欠陥検出性能が保証できた複数のＴＯＦＤ画像を一つの画像にして欠陥評価をできるようにしている。この実施形態では、これら超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２が、複数チャンネルデータが取得可能な探傷器と接続されている。
【００３９】
図４に示すように、具体的に構成としては、前記第１実施形態と同様に、被検査体１０の探傷部１１を挟んで送信探触子１２，１３と受信探触子１４，１５とからなる超音波探傷チャンネル１６，１７が２つ設けられており、これらの超音波探傷チャンネル１６，１７で、被検査体１０の厚み方向を検査するようにしている。内側に設けられた超音波探傷チャンネル１６で厚み方向上部を、外側に設けられた超音波探傷チャンネル１７で厚み方向下部を検査するように配置されている。
【００４０】
そして、この実施形態では、超音波探傷チャンネル１６によって検査が難しい被検査体１０の表面部をパルス反射法によって検査するように、パルス反射探触子２３，２４が探傷部１１を挟んで対向するように設けられている。なお、探傷部１１が幅方向に広い場合は、これらのパルス反射探触子２３，２４を幅方向に移動させて検査するように構成してもよい。
【００４１】
図５に示すように、このような構成の超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２による超音波探傷は、超音波探傷チャンネル１６，１７によるＴＯＦＤデータの取得１・・・，ｎ(xi) 、リニアスケール変換１・・・，ｎ(xii) 、観察範囲のみの抽出１・・・，ｎ(xiii) 、１，２・・・，ｎの観察範囲の合成(xiv)、をするとともに、パルス反射探触子２３，２４によるパルス反射データの取得１・・・，ｎ(xv) 、Ｂスケール（断面）画像変換１・・・，ｎ（波形強度にしきい値を設定し、欠陥部分のみ抽出し、画像化する）(xvi)、をし、これらの、ＴＯＦＤ合成画像とパルス反射Ｂスコープ画像の重ね合わせ(xvii) 、を行うことによって、１つの全体的な探傷画像を得るようにしている。なお、図５のフローチャートでは、２つ以上の超音波探傷チャンネル（図では「ｎ」）を使用する場合として記載しているが、この実施形態では、１と２のみでよい。
【００４２】
このＴＯＦＤデータとパルス反射データとをリニアスケール変換する画像変換手法としては、上述した第１実施形態と同様に、時間軸を厚み方向距離に変換する方法が採用される。つまり、得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）が、超音波強度を時間−スキャン位置で表示したものであるため、この画像において、時間と厚み方向距離（深さ）を１対１に対応付けて線形表示に変換される。なお、数式は上述した［数式１］と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００４３】
この実施形態でも、ＴＯＦＤ法によって得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）とパルス反射法によって得られる探傷画像とを、波の像を平面に変換する時に、超音波強度の高い方を「白色」、超音波強度の低い方を「黒色」、その間の超音波強度を「灰色」で表示することにより、グレースケールの探傷画像として表示することができる。この表示する表示部としては、モニターテレビ等の一般的な画像表示手段が用いられる。
【００４４】
図６に示すように、前記グレースケールで描かれた各超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２の探傷画像は、図６(a) のように、それぞれの超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２によって検査されて抽出された観察範囲の探傷画像２５，２６，２７，２８が別々に求められ、これらの探傷画像２５，２６，２７，２８を前記したように合成することによって、図６(b) に示すように、１つになった探傷画像２９として得ることができる。この図において、ｆは表面波、ｇは底面波、ｅは欠陥を示している。ｈとｊはパルス反射波の両端を示している。
【００４５】
つまり、時間−スキャン位置で表示されるＴＯＦＤ画像は、時間軸をリニアな厚み軸に変換し、厚み方向のＢスコープで表示されるパルス反射法で計測した結果は、前記リニアな厚み軸に変換したＴＯＦＤ画像に重ね合わせられる。この時、設定したしきい値以上のエコー高さデータを重ねることによって、ＴＯＦＤ法とパルス反射法の探傷結果を１つの画面として見て欠陥評価することが可能になる。
【００４６】
その結果、複数チャンネルのＴＯＦＤ画像及びパルス反射画像からなる異なる複数の探傷データによる欠陥検出を行った結果が、一つの画像上で表示・評価できるため、検査者は、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷を行うことができる。しかも、この実施形態では、パルス反射画像を合成することによって、上述した第１実施形態よりも詳細な超音波探傷が可能となり、より超音波探傷試験の精度を向上させることができる。この例でも、表面波ｆと底面波ｇとの間に表示されている欠陥ｅの深さ位置や長手方向位置を視覚的に認識することが容易に可能であることがわかる。
【００４７】
なお、この第２実施形態では、上述した第１実施形態において合成されたＴＯＦＤ法の２つの超音波探傷チャンネル１６，１７と、パルス反射法の超音波探傷チャンネル２１，２２とを用いた例を示したが、ＴＯＦＤ法の超音波探傷チャンネル１６（１７）が１つで、パルス反射法の超音波探傷チャンネル２１（２２）が１つの場合や、他の組み合わせであってもよく、超音波探傷チャンネルの数は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４８】
図７は本願発明の第３実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図であり、図８は同超音波探傷方法によりＴＯＦＤ画像を得る場合のフローチャートである。図９は図８のＴＯＦＤ画像を模式的に示した探傷画像の模式図であり、(a) は探傷部の長手方向を検査した探傷画像の模式図、(b) は探傷部の幅方向をスキャンした探傷画像の模式図である。この第３実施形態は、上述したＴＯＦＤ法による超音波探傷方法で探傷部のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより、複数の探傷画像を得て、この複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を得るようにするものである。
【００４９】
図７に示すように、この実施形態では、被検査体１０の探傷部１１の長手方向Ｘと幅方向Ｙとで、走査ライン３０，３１を一定ピッチでずらせて複数回の検査を行い、それらのデータを利用している。なお、図では走査ライン３０，３１（スキャン位置）を模式的に示している。
【００５０】
図８に基づいて、探傷部１１の長手方向Ｘを検査する例を説明する。まず、ＴＯＦＤデータの取得１(xviii) 、を行うことにより、走査ライン３０ａ位置（図７）におけるデータ取得を行う。その後、探触子を走査ラインから一定ピッチ（例えば、１ｍｍ以下）ずらす(xix) 。その走査ライン３０ｂで、ＴＯＦＤデータの取得２(xx) 、を行うことにより、走査ライン３０ｂ位置（図７）におけるデータ取得を行う。その後、探触子を走査ラインから一定ピッチ（例えば、１ｍｍ以下）ずらす(xxi) 。このように探触子（図示せず）の走査ライン３０を一定ピッチずらしてはＴＯＦＤデータの取得を行い、ＴＯＦＤデータの取得ｎ(xxii) 、を行うことにより、走査ライン３０ｎ位置（図７）におけるデータ取得を行う。このようにして、１回のスキャンで得られる１つの探傷画像を、スキャン位置を任意にずらせて複数回スキャンすることで、複数得る。そして、これらの複数画像を組み合わせることにより、ＴＯＦＤ三次元データの合成(xxiii) 、を行って三次元画像として合成する。つまり、あるピッチ毎に探傷画像を描き、これらを合成することにより三次元の探傷画像を描いている。
【００５１】
図９(a) は、図８に示すフローチャートの手順によって図７に示す走査ライン３０側で、探傷部１１の長手方向Ｘで複数回の検査を行って取得したＴＯＦＤデータをリニアスケール変換した探傷画像３２を示すものであり、各検査位置での探傷画像３２ａ〜３２ｎが示されている。また、図９(b) は、図７に示す走査ライン３１側で、探傷部１１の幅方向Ｙで複数回の検査を行って取得したＴＯＦＤデータをリニアスケール変換した探傷画像３３を示すものであり、各検査位置での探傷画像３３ａ〜３３ｎが示されている。この図においても、ｆは表面波、ｇは底面波、ｅは欠陥を示している。この探傷部１１の幅方向Ｙを検査する手順は、前記図８に示すフローチャートと同様に行われるため、その説明は省略する。なお、これらの探傷画像も模式的に示したものであり、図では数枚程度の探傷画像を示しているが、実際には更に多くの探傷画像が求められる。このリニアスケール変換する手法も、上述した第１実施形態と同様に、時間軸を厚み方向距離に変換する方法が採用される。
【００５２】
このようにして得られた探傷画像３２，３３を合成して三次元画像が得られると、その三次元画像の任意断面の画像情報を取り出すことができるため、探傷部１１を任意断面した距離−超音波強度関係を画面に表示することができる。これにより、欠陥評価する場合に様々な角度からの画像で精度良く欠陥評価をすることができる。しかも、検査者は一つの三次元画像上で表示・評価できるため、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷を行うことができる。この場合も、三次元探傷画像を表示する表示部としては、モニターテレビ等の一般的な画像表示手段が用いられる。
【００５３】
なお、被検査体１０の厚みが大きい場合には、上述した第１実施形態と同様に、厚み方向を異なる超音波探傷チャンネル１６，１７によって検査し、それぞれの超音波探傷チャンネル１６，１７で検査したＴＯＦＤデータから三次元画像を作成するようにすればよい。
【００５４】
図１０は、本願発明の第４実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートであり、図８に示すＴＯＦＤ画像にパルス反射画像を合成する例のフローチャートを示している。この第４実施形態は、前記第３実施形態におけるＴＯＦＤ法の超音波探傷と同様に、上述したパルス反射法で、探傷部１１のスキャン位置を複数回ずらせて行うことにより、パルス反射データの取得１・・・，ｎ(xxiv) 、を行い、これらのパルス反射データを、Ｂスコープ（断面）画像変換１・・・，ｎ、及び、Ｃスコープ（平面）画像変換１・・・，ｎ、（波形強度にしきい値を設定し、欠陥部分のみを抽出するようにし、画像化する。Ｂ，Ｃスコープで三次元データ）(xxv) 、を作成する。この時のしきい値は、欠陥以外のノイズを除去する値に設定される。
【００５５】
一方、上述した図８に示すフローチャートの手順で得られた、合成ＴＯＦＤ三次元データ(xxvi) 、を、１走査ラインごとのリニアスケール変換(xxvii) 、することにより、ＴＯＦＤ三次元リニアスケール変換画像取得(xxviii) 、し、ＴＯＦＤ三次元リニアスケール変換画像とパルス反射Ｂ，Ｃスコープ画像の重ね合せ(xxix) 、を行うことにより、ＴＯＦＤ画像とパルス反射画像との複数の探傷画像を組み合わせた三次元の探傷画像を得ることができる。
【００５６】
このようにして三次元画像が得られると、その三次元画像の任意断面の画像情報を取り出すことができるため、例えば、横断面や縦断面の探傷画像等を任意に三次元で断面して、この探傷部１１を任意断面した画像から詳細に欠陥評価することができる。しかも、検査者が異なっても、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷を行うことができる。その上、この実施形態では、パルス反射画像３２，３３を合成することによって、上述した第３実施形態よりも詳細な超音波探傷が可能となり、より超音波探傷試験の精度を向上させることができる。この例によれば、上述した実施形態と同様に、表面波と底面波との間に欠陥が表示され、その欠陥の深さ位置や長手方向位置を三次元で視覚的に認識することが可能となる。
【００５７】
さらに、上述したように、時間−スキャン位置で表示されるＴＯＦＤ画像の時間軸をリニアな厚み軸に変換することで、異なる厚みの複数のＴＯＦＤ画像の合成がスキャン方向で可能となるので、厚み−スキャン位置の関係で画像を表示することができる。このように厚み−スキャン位置の関係で三次元の探傷画像を得ることにより、探傷途中で厚みが変化したり、探触子の交換等の探傷条件が変化した場合であっても、連続した探傷画像を提示することができる。
【００５８】
この場合も、得られた三次元の探傷画像の任意断面の画像を取り出して表示できるようにすれば、検査者が代わっても容易に探傷画像の任意断面を選択して見ることができ、超音波探傷の評価精度を向上させることができる。また、検査者が異なっても、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷が行える。
【００５９】
なお、上述した各実施形態を組み合わせることによって、様々な実施形態を実現することができ、探傷条件等に応じて適宜決定すればよい。
【００６０】
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。
【００６１】
【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。
【００６２】
超音波探傷した結果を厚み方向距離に対応させた１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図である。
【図２】図１に示す超音波探傷方法のフローチャートである。
【図３】図１に示す超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。
【図４】本願発明の第２実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図である。
【図５】図４に示す超音波探傷方法のフローチャートである。
【図６】図４に示す超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。
【図７】本願発明の第３実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図である。
【図８】図７に示す超音波探傷方法によりＴＯＦＤ画像を得る場合のフローチャートである。
【図９】図８のＴＯＦＤ画像を模式的に示した探傷画像の模式図であり、(a) は探傷部の長手方向を検査した探傷画像の模式図、(b) は探傷部の幅方向をスキャンした探傷画像の模式図である。
【図１０】本願発明の第４実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートであり、図８に示すＴＯＦＤ画像にパルス反射画像を合成する例のフローチャートを示している。
【図１１】 (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】
１０…被検査体
１１…探傷部
１２，１３…送信探触子
１４，１５…受信探触子
１６，１７…超音波探触子
１８，１９…探傷画像
２０…探傷画像
２１，２２…超音波探傷チャンネル
２３，２４…パルス反射探触子
２５，２６，２７，２８…探傷画像
２９…探傷画像
３０，３１…走査ライン
３２，３３…探傷画像
ｅ…欠陥
ｆ…表面波
ｇ…底面波
【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１１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、超音波の交軸点（ビーム中心）から離れると超音波強度が低下して安定した検査ができないため、送信探触子と受信探触子との組み合わせからなる超音波探傷チャンネル（この明細書では、一対の送信探触子と受信探触子との組み合わせを「超音波探傷チャンネル」という）を複数設けたＴＯＦＤ装置を用い、これらの超音波探傷チャンネルの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を厚み方向に変化させ、それぞれが探傷可能な超音波強度の範囲で厚み方向の別範囲を走査することによって被検査体の全厚みを検査している。この場合、それぞれの超音波探傷チャンネルで探傷した結果の探傷画像は別々の画面に表示され、検査者がそれらの画像を見て欠陥評価している。
【０００６】
さらに、このようなＴＯＦＤ装置による超音波探傷に加え、パルス反射装置による超音波探傷を行う場合もある。例えば、ＴＯＦＤ装置によって被検査体の所定深さよりも深い部分を超音波探傷し、表面近くをパルス反射装置によって超音波探傷して、被検査体の全厚み方向を超音波探傷する。この場合も、ＴＯＦＤ装置による探傷結果とパルス反射装置による探傷結果とは別々の画面に表示され、検査者がそれらの画像を見て欠陥評価している。
【０００７】
なお、この種の従来技術として、複数回のＴＯＦＤ法で得られ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、１回目の測定で得られたＤスコープ画像と、２回目以降の測定で得られたＤスコープ画像とを比較し、その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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１６２３９０号公報（図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したように、複数チャンネルのＴＯＦＤ装置、及びＴＯＦＤ装置とパルス反射装置とを併用した探傷装置による探傷結果がそれぞれ探触子の数だけ別々に表示されているため、検査者がそれら複数の画像から一つの探傷画像を想像しながら欠陥評価をする必要があり、正確な探傷が行えない。
【００１０】
また、このように複数の画像から一つの探傷画像を想像しながら超音波探傷する場合、その検査者の経験によって判断が異なる場合があり、安定した超音波探傷が困難になって、欠陥評価の精度を低下させる場合がある。
【００１１】
しかも、ＴＯＦＤ装置の探傷画像は、時間とスキャン位置との関係で表されているために、現実の対象である板厚とスキャン位置との関係として視覚的に理解するためには熟練度を要する。
【００１２】
その上、時間とスキャン位置との関係で表示された複数の画像を合成する場合、同一欠陥を探傷しても、探触子間距離が異なれば超音波が伝播した時間は変化するため、時間とスキャン位置との関係で表示された画像では異なる時間軸上に欠陥像が表示されてしまう。一般に、複数チャンネルを用いる場合のＴＯＦＤ探傷は、チャンネルごとに異なる板厚深さ方向の狙い位置を持たせるために、探触子間距離をチャンネルごとに変える必要がある。そのため、このようにして得られたＴＯＦＤ探傷結果の合成を困難にしている。
【００１３】
なお、前記特許文献１の場合、複数回測定したＤスコープ画像を単に表示するものであり、板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解することができるものではない。
【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、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し、該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信して被検査体の厚み方向を超音波探傷し、該超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換し、該変換した超音波探傷画像に被検査体の表面部をパルス反射法で検査したパルス反射画像を合成して全体の探傷画像を得るようにしている。このようにすれば、被検査体をＴＯＦＤ法とパルス反射法とによって精度よく超音波探傷し、超音波探傷した結果を厚み方向距離に対応させた１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００１５】
また、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し、該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信して被検査体の厚み方向の異なる範囲を超音波探傷し、該それぞれの超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換し、該変換した複数の超音波探傷画像を被検査体の厚み方向に合成して全体の探傷画像を得るようにしてもよい。このようにすれば、被検査体の厚みが大きい場合に、厚み方向を異なる一対の探触子によって探傷し、それぞれの超音波探傷結果を合成して被検査体の厚み方向を１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００１６】
さらに、前記超音波探傷方法により得られた探傷画像に、探触子から発した超音波パルスの反射を変換したパルス反射画像を合成して全体の探傷画像を得るようにすれば、被検査体の全厚み方向をＴＯＦＤ法とパルス反射法との合成画像によって精度高く超音波探傷することができる。
【００１７】
また、前記いずれかの超音波探傷方法において、被検査体のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより複数の探傷画像を得て、該複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を得るようにすれば、任意に三次元で断面できる探傷画像を見て、より高い欠陥評価を行うことができる。
【００１８】
さらに、前記超音波探傷方法によって得られた三次元の探傷画像の任意断面を取り出して欠陥評価するようにすれば、検査者が異なっても探傷画像の任意断面を選択して見て、高い欠陥評価精度の超音波探傷を行うことができる。
【００１９】
また、前記超音波探傷方法において、超音波探傷に適した被検査体の適正厚み範囲ごとに探傷する送信探触子と受信探触子とからなる複数の超音波探傷チャンネルで、被検査体の厚み方向の異なる位置をそれぞれ超音波探傷することによりそれぞれの厚み方向位置の探傷画像を得て、これらの探傷画像に基づいて三次元の探傷画像を得るようにすれば、探傷途中で厚みが変化したり、探触子の交換等の探傷条件が変化するような被検査体であっても、連続した探傷画像を三次元で提示することができる。
【００２０】
一方、本願発明の超音波探傷装置は、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信する一対の探触子と、該一対の探触子で被検査体の厚み方向を超音波探傷する探傷器と、該一対の探触子で超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換する変換部と、該変換した超音波探傷画像に被検査体の表面部をパルス反射法で検査したパルス反射画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部と、該合成した全体の探傷画像を表示する表示部とを備えている。このようにすれば、探傷器によって被検査体をＴＯＦＤ法とパルス反射法とで精度よく超音波探傷し、超音波探傷した結果を変換部で線形表示の探傷画像に変換して合成部で合成することにより、１つの探傷画像としてモニターテレビ等の表示部で見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００２１】
また、送信探触子から超音波を被検査体内に送信し該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信する一対の探触子と、該一対の探触子を複数配置して被検査体の厚み方向の異なる範囲を超音波探傷する探傷器と、該それぞれの一対の探触子で超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換する変換部と、該変換した複数の超音波探傷画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部と、該合成した全体の探傷画像を表示する表示部とを備えたものでもよい。このようにすれば、被検査体の厚みが大きい場合に、厚み方向を異なる一対の探触子によって探傷し、それぞれの超音波探傷結果を合成して被検査体の厚み方向を１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことができる。
【００２２】
さらに、前記超音波探傷装置に、探触子から発した超音波パルスの反射を、該超音波が被検査体内を伝播した時間から厚み方向距離に対応付けて線形表示のパルス反射画像に変換するパルス変換部を設け、前記合成部に、該変換したパルス反射画像に前記合成部で被検査体の厚み方向に合成した複数の超音波探傷画像を合成して全体の探傷画像を得る機能を具備させれば、被検査体の全厚み方向をＴＯＦＤ法とパルス反射法との合成画像によって精度高く超音波探傷することができる。
【００２３】
その上、前記いずれかの超音波探傷装置に、被検査体のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより得られる複数の探傷画像を記録する記録部と、該複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を合成する合成部とを具備させれば、複数の探傷画像から得られた三次元の探傷画像を見ながら、より精度の高い欠陥評価を行うことができる。
【００２４】
また、前記超音波探傷装置に、合成部で合成した三次元の探傷画像の任意断面を取り出して表示する機能を具備させれば、複数の探傷画像から得られた三次元の探傷画像を任意に断面した探傷画像を得ることができ、検査者が異なっても欠陥評価精度の高い超音波探傷を行うことができる。
【００２５】
さらに、前記超音波探傷装置において、超音波探傷に適した被検査体の適正厚み範囲ごとに探傷する送信探触子と受信探触子とからなる複数の超音波探傷チャンネルを具備し、該複数の超音波探傷チャンネルで被検査体の厚み方向の異なる位置をそれぞれ超音波探傷することにより得られるそれぞれの厚み方向位置の探傷画像を得て、これらの探傷画像に基づいて三次元の探傷画像を得るように構成すれば、探傷途中で厚みが変化したり、探触子の交換等の探傷条件が変化するような被検査体であっても、連続した探傷画像を三次元で提示することができ、安定した欠陥評価が可能となる。
【００２６】
【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は本願発明の第１実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図であり、図２は同超音波探傷方法のフローチャートである。図３は同超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。
【００２７】
この第１実施形態では、複数チャンネルのＴＯＦＤ法を行う場合、チャンネル毎にある一定以上の欠陥検出性能を発揮できる厚み範囲が限定されているので、２つの各チャンネルが有する適正厚み範囲ごとの画像を抽出することにより、厚み方向全域にわたって均質な欠陥検出性能が保証できるようにし、これらの画像を合成することによって一つの画像として欠陥評価が可能なようにしている。なお、この第１実施形態は、ＴＯＦＤ法による２つの超音波探傷チャンネルの探傷画像を合成する例であるが、１つの超音波探傷チャンネルであっても、３つ以上の超音波探傷チャンネルであってもよい。
【００２８】
図１に示すように、被検査体１０の探傷部１１を挟んで送信探触子１２，１３と受信探触子１４，１５とからなる２つの超音波探傷チャンネル１６，１７が設けられている。この例では、被検査体１０の厚み方向を２つの超音波探傷チャンネル１６，１７で検査するように構成されており、内側に設けられた超音波探傷チャンネル１６で厚み方向上部を、外側に設けられた超音波探傷チャンネル１７で厚み方向下部を検査するように配置されている。この実施形態では、これら超音波探傷チャンネル１６，１７が、複数チャンネルデータが取得可能な探傷器に接続されている。
【００２９】
図２に示すように、このような構成の超音波探傷チャンネル１６，１７による超音波探傷は、超音波探傷チャンネル１６によるＴＯＦＤデータの取得１(i) 、リニアスケール変換１(ii) 、観察範囲のみの抽出１(iii) と、超音波探傷チャンネル１７によるＴＯＦＤデータの取得２(iv) 、リニアスケール（線形表示）変換２(v) 、観察範囲のみの抽出２(vi) とを行い、１，２・・・，ｎの観察範囲の合成(vii) 、をする。なお、図２のフローチャートでは、２つ以上の超音波探傷チャンネル（図では「ｎ」）を使用する場合の(viii) 〜(x) も示している。
【００３０】
前記ＴＯＦＤデータをリニアスケール変換する画像変換手法として、この実施形態では、時間軸を厚み方向距離に変換する方法を採用している。この方法は、ＴＯＦＤ法によって得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）が、超音波強度を時間とスキャン位置との関係（以下、単に「時間−スキャン位置」とも表示）で表示されるものであるため、この画像において、時間と厚み方向距離（深さ）を１対１に対応付けて線形表示に変換するものである。
【００３１】
この変換する厚み方向距離（深さ）ｄは、被検査体内を超音波が伝播した時間をｔ、被検査体内の超音波の音速をＶ、探触子間隔をＳとすると、
【００３２】
【数１】
ｄ＝１／２・（（ｔ・Ｖ）2−Ｓ2）1/2
で表され、この数式によって求められたデータによって画像が描かれる。
【００３３】
このようなＴＯＦＤ法によって得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）は、波の像を平面に変換する時に、超音波強度の高い方を「白色」、超音波強度の低い方を「黒色」、その間の超音波強度を「灰色」で表示することにより、グレースケールの探傷画像として表すことができる。
【００３４】
また、このように変換される超音波探傷チャンネル１６，１７のＴＯＦＤ画像を合成する方法としては、時間−スキャン位置で表示された複数の探傷画像の時間軸を厚み方向距離に変換することで、厚み方向あるいはスキャン方向に画像合成をすることが可能である。
【００３５】
これら時間−スキャン位置で表示された複数の探傷画像の時間軸を厚み方向距離に変換する変換部や、変換した超音波探傷画像にパルス反射画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部としては、パーソナルコンピュータ等の演算装置が用いられる。
【００３６】
図３に示すように、前記グレースケールで描かれた各超音波探傷チャンネル１６，１７の探傷画像は、図３(a) のように、それぞれの超音波探傷チャンネル１６，１７によって検査されて抽出された観察範囲の探傷画像１８，１９が別々に求められ、これらの探傷画像１８，１９を前記したように合成することによって、図３(b) に示すように、１つになった探傷画像２０を得ることができる。この図において、ｆは表面波、ｇは底面波、ｅは欠陥を示している。
【００３７】
つまり、時間−スキャン位置で表示されるＴＯＦＤ画像の時間軸をリニアな厚み軸に変換することで、複数のＴＯＦＤ画像の合成を厚み方向で可能とし、厚み−スキャン位置関係を表示することができる。この表示する表示部としては、モニターテレビ等の一般的な画像表示手段が用いられる。これにより、検査者が、視覚的に厚みとスキャン位置との関係を理解することが容易に可能となって、一つの画像上で欠陥表示・欠陥評価ができるため、評価時間の短縮や、熟練を要することなく安定した超音波探傷を行うことができる。この例では、表面波ｆと底面波ｇとの間に表示されている欠陥ｅの深さ位置や長手方向位置を視覚的に認識することが容易に可能であることがわかる。
【００３８】
図４は本願発明の第２実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図であり、図５は同超音波探傷方法のフローチャートである。図６は同超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。この第２実施形態は、前記第１実施形態のＴＯＦＤ法による超音波探傷に加え、パルス反射法による超音波探傷を行う例である。また、この第２実施形態では、ＴＯＦＤ法の超音波探傷チャンネル１６で被検査体１０の厚み方向の浅い部分、超音波探傷チャンネル１７で厚み方向の深い部分、パルス反射法の超音波探傷チャンネル２１，２２（各探触子）で被検査体１０の表面部分を超音波探傷するようにしている。これにより、各チャンネル１６，１７，２１，２２における超音波探傷に適した範囲（交軸点を中心心とした所定範囲）の適正厚み範囲ごとの画像を抽出し、合成することによって厚み方向全域にわたって均質な欠陥検出性能が保証できた複数のＴＯＦＤ画像を一つの画像にして欠陥評価をできるようにしている。この実施形態では、これら超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２が、複数チャンネルデータが取得可能な探傷器と接続されている。
【００３９】
図４に示すように、具体的に構成としては、前記第１実施形態と同様に、被検査体１０の探傷部１１を挟んで送信探触子１２，１３と受信探触子１４，１５とからなる超音波探傷チャンネル１６，１７が２つ設けられており、これらの超音波探傷チャンネル１６，１７で、被検査体１０の厚み方向を検査するようにしている。内側に設けられた超音波探傷チャンネル１６で厚み方向上部を、外側に設けられた超音波探傷チャンネル１７で厚み方向下部を検査するように配置されている。
【００４０】
そして、この実施形態では、超音波探傷チャンネル１６によって検査が難しい被検査体１０の表面部をパルス反射法によって検査するように、パルス反射探触子２３，２４が探傷部１１を挟んで対向するように設けられている。なお、探傷部１１が幅方向に広い場合は、これらのパルス反射探触子２３，２４を幅方向に移動させて検査するように構成してもよい。
【００４１】
図５に示すように、このような構成の超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２による超音波探傷は、超音波探傷チャンネル１６，１７によるＴＯＦＤデータの取得１・・・，ｎ(xi) 、リニアスケール変換１・・・，ｎ(xii) 、観察範囲のみの抽出１・・・，ｎ(xiii) 、１，２・・・，ｎの観察範囲の合成(xiv)、をするとともに、パルス反射探触子２３，２４によるパルス反射データの取得１・・・，ｎ(xv) 、Ｂスケール（断面）画像変換１・・・，ｎ（波形強度にしきい値を設定し、欠陥部分のみ抽出し、画像化する）(xvi)、をし、これらの、ＴＯＦＤ合成画像とパルス反射Ｂスコープ画像の重ね合わせ(xvii) 、を行うことによって、１つの全体的な探傷画像を得るようにしている。なお、図５のフローチャートでは、２つ以上の超音波探傷チャンネル（図では「ｎ」）を使用する場合として記載しているが、この実施形態では、１と２のみでよい。
【００４２】
このＴＯＦＤデータとパルス反射データとをリニアスケール変換する画像変換手法としては、上述した第１実施形態と同様に、時間軸を厚み方向距離に変換する方法が採用される。つまり、得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）が、超音波強度を時間−スキャン位置で表示したものであるため、この画像において、時間と厚み方向距離（深さ）を１対１に対応付けて線形表示に変換される。なお、数式は上述した［数式１］と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００４３】
この実施形態でも、ＴＯＦＤ法によって得られる探傷画像（Ｄスコープ画像）とパルス反射法によって得られる探傷画像とを、波の像を平面に変換する時に、超音波強度の高い方を「白色」、超音波強度の低い方を「黒色」、その間の超音波強度を「灰色」で表示することにより、グレースケールの探傷画像として表示することができる。この表示する表示部としては、モニターテレビ等の一般的な画像表示手段が用いられる。
【００４４】
図６に示すように、前記グレースケールで描かれた各超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２の探傷画像は、図６(a) のように、それぞれの超音波探傷チャンネル１６，１７，２１，２２によって検査されて抽出された観察範囲の探傷画像２５，２６，２７，２８が別々に求められ、これらの探傷画像２５，２６，２７，２８を前記したように合成することによって、図６(b) に示すように、１つになった探傷画像２９として得ることができる。この図において、ｆは表面波、ｇは底面波、ｅは欠陥を示している。ｈとｊはパルス反射波の両端を示している。
【００４５】
つまり、時間−スキャン位置で表示されるＴＯＦＤ画像は、時間軸をリニアな厚み軸に変換し、厚み方向のＢスコープで表示されるパルス反射法で計測した結果は、前記リニアな厚み軸に変換したＴＯＦＤ画像に重ね合わせられる。この時、設定したしきい値以上のエコー高さデータを重ねることによって、ＴＯＦＤ法とパルス反射法の探傷結果を１つの画面として見て欠陥評価することが可能になる。
【００４６】
その結果、複数チャンネルのＴＯＦＤ画像及びパルス反射画像からなる異なる複数の探傷データによる欠陥検出を行った結果が、一つの画像上で表示・評価できるため、検査者は、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷を行うことができる。しかも、この実施形態では、パルス反射画像を合成することによって、上述した第１実施形態よりも詳細な超音波探傷が可能となり、より超音波探傷試験の精度を向上させることができる。この例でも、表面波ｆと底面波ｇとの間に表示されている欠陥ｅの深さ位置や長手方向位置を視覚的に認識することが容易に可能であることがわかる。
【００４７】
なお、この第２実施形態では、上述した第１実施形態において合成されたＴＯＦＤ法の２つの超音波探傷チャンネル１６，１７と、パルス反射法の超音波探傷チャンネル２１，２２とを用いた例を示したが、ＴＯＦＤ法の超音波探傷チャンネル１６（１７）が１つで、パルス反射法の超音波探傷チャンネル２１（２２）が１つの場合や、他の組み合わせであってもよく、超音波探傷チャンネルの数は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４８】
図７は本願発明の第３実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図であり、図８は同超音波探傷方法によりＴＯＦＤ画像を得る場合のフローチャートである。図９は図８のＴＯＦＤ画像を模式的に示した探傷画像の模式図であり、(a) は探傷部の長手方向を検査した探傷画像の模式図、(b) は探傷部の幅方向をスキャンした探傷画像の模式図である。この第３実施形態は、上述したＴＯＦＤ法による超音波探傷方法で探傷部のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより、複数の探傷画像を得て、この複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を得るようにするものである。
【００４９】
図７に示すように、この実施形態では、被検査体１０の探傷部１１の長手方向Ｘと幅方向Ｙとで、走査ライン３０，３１を一定ピッチでずらせて複数回の検査を行い、それらのデータを利用している。なお、図では走査ライン３０，３１（スキャン位置）を模式的に示している。
【００５０】
図８に基づいて、探傷部１１の長手方向Ｘを検査する例を説明する。まず、ＴＯＦＤデータの取得１(xviii) 、を行うことにより、走査ライン３０ａ位置（図７）におけるデータ取得を行う。その後、探触子を走査ラインから一定ピッチ（例えば、１ｍｍ以下）ずらす(xix) 。その走査ライン３０ｂで、ＴＯＦＤデータの取得２(xx) 、を行うことにより、走査ライン３０ｂ位置（図７）におけるデータ取得を行う。その後、探触子を走査ラインから一定ピッチ（例えば、１ｍｍ以下）ずらす(xxi) 。このように探触子（図示せず）の走査ライン３０を一定ピッチずらしてはＴＯＦＤデータの取得を行い、ＴＯＦＤデータの取得ｎ(xxii) 、を行うことにより、走査ライン３０ｎ位置（図７）におけるデータ取得を行う。このようにして、１回のスキャンで得られる１つの探傷画像を、スキャン位置を任意にずらせて複数回スキャンすることで、複数得る。そして、これらの複数画像を組み合わせることにより、ＴＯＦＤ三次元データの合成(xxiii) 、を行って三次元画像として合成する。つまり、あるピッチ毎に探傷画像を描き、これらを合成することにより三次元の探傷画像を描いている。
【００５１】
図９(a) は、図８に示すフローチャートの手順によって図７に示す走査ライン３０側で、探傷部１１の長手方向Ｘで複数回の検査を行って取得したＴＯＦＤデータをリニアスケール変換した探傷画像３２を示すものであり、各検査位置での探傷画像３２ａ〜３２ｎが示されている。また、図９(b) は、図７に示す走査ライン３１側で、探傷部１１の幅方向Ｙで複数回の検査を行って取得したＴＯＦＤデータをリニアスケール変換した探傷画像３３を示すものであり、各検査位置での探傷画像３３ａ〜３３ｎが示されている。この図においても、ｆは表面波、ｇは底面波、ｅは欠陥を示している。この探傷部１１の幅方向Ｙを検査する手順は、前記図８に示すフローチャートと同様に行われるため、その説明は省略する。なお、これらの探傷画像も模式的に示したものであり、図では数枚程度の探傷画像を示しているが、実際には更に多くの探傷画像が求められる。このリニアスケール変換する手法も、上述した第１実施形態と同様に、時間軸を厚み方向距離に変換する方法が採用される。
【００５２】
このようにして得られた探傷画像３２，３３を合成して三次元画像が得られると、その三次元画像の任意断面の画像情報を取り出すことができるため、探傷部１１を任意断面した距離−超音波強度関係を画面に表示することができる。これにより、欠陥評価する場合に様々な角度からの画像で精度良く欠陥評価をすることができる。しかも、検査者は一つの三次元画像上で表示・評価できるため、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷を行うことができる。この場合も、三次元探傷画像を表示する表示部としては、モニターテレビ等の一般的な画像表示手段が用いられる。
【００５３】
なお、被検査体１０の厚みが大きい場合には、上述した第１実施形態と同様に、厚み方向を異なる超音波探傷チャンネル１６，１７によって検査し、それぞれの超音波探傷チャンネル１６，１７で検査したＴＯＦＤデータから三次元画像を作成するようにすればよい。
【００５４】
図１０は、本願発明の第４実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートであり、図８に示すＴＯＦＤ画像にパルス反射画像を合成する例のフローチャートを示している。この第４実施形態は、前記第３実施形態におけるＴＯＦＤ法の超音波探傷と同様に、上述したパルス反射法で、探傷部１１のスキャン位置を複数回ずらせて行うことにより、パルス反射データの取得１・・・，ｎ(xxiv) 、を行い、これらのパルス反射データを、Ｂスコープ（断面）画像変換１・・・，ｎ、及び、Ｃスコープ（平面）画像変換１・・・，ｎ、（波形強度にしきい値を設定し、欠陥部分のみを抽出するようにし、画像化する。Ｂ，Ｃスコープで三次元データ）(xxv) 、を作成する。この時のしきい値は、欠陥以外のノイズを除去する値に設定される。
【００５５】
一方、上述した図８に示すフローチャートの手順で得られた、合成ＴＯＦＤ三次元データ(xxvi) 、を、１走査ラインごとのリニアスケール変換(xxvii) 、することにより、ＴＯＦＤ三次元リニアスケール変換画像取得(xxviii) 、し、ＴＯＦＤ三次元リニアスケール変換画像とパルス反射Ｂ，Ｃスコープ画像の重ね合せ(xxix) 、を行うことにより、ＴＯＦＤ画像とパルス反射画像との複数の探傷画像を組み合わせた三次元の探傷画像を得ることができる。
【００５６】
このようにして三次元画像が得られると、その三次元画像の任意断面の画像情報を取り出すことができるため、例えば、横断面や縦断面の探傷画像等を任意に三次元で断面して、この探傷部１１を任意断面した画像から詳細に欠陥評価することができる。しかも、検査者が異なっても、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷を行うことができる。その上、この実施形態では、パルス反射画像３２，３３を合成することによって、上述した第３実施形態よりも詳細な超音波探傷が可能となり、より超音波探傷試験の精度を向上させることができる。この例によれば、上述した実施形態と同様に、表面波と底面波との間に欠陥が表示され、その欠陥の深さ位置や長手方向位置を三次元で視覚的に認識することが可能となる。
【００５７】
さらに、上述したように、時間−スキャン位置で表示されるＴＯＦＤ画像の時間軸をリニアな厚み軸に変換することで、異なる厚みの複数のＴＯＦＤ画像の合成がスキャン方向で可能となるので、厚み−スキャン位置の関係で画像を表示することができる。このように厚み−スキャン位置の関係で三次元の探傷画像を得ることにより、探傷途中で厚みが変化したり、探触子の交換等の探傷条件が変化した場合であっても、連続した探傷画像を提示することができる。
【００５８】
この場合も、得られた三次元の探傷画像の任意断面の画像を取り出して表示できるようにすれば、検査者が代わっても容易に探傷画像の任意断面を選択して見ることができ、超音波探傷の評価精度を向上させることができる。また、検査者が異なっても、評価時間の短縮や、熟練を要することなく見落としや過検出を軽減して、安定した超音波探傷が行える。
【００５９】
なお、上述した各実施形態を組み合わせることによって、様々な実施形態を実現することができ、探傷条件等に応じて適宜決定すればよい。
【００６０】
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。
【００６１】
【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。
【００６２】
超音波探傷した結果を厚み方向距離に対応させた１つの探傷画像として見ることができるので、検査者が板厚と探傷結果との関係として視覚的に理解しながら高い精度で欠陥評価を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図である。
【図２】図１に示す超音波探傷方法のフローチャートである。
【図３】図１に示す超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。
【図４】本願発明の第２実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図である。
【図５】図４に示す超音波探傷方法のフローチャートである。
【図６】図４に示す超音波探触子による探傷画像の模式図であり、(a) は各超音波探触子における探傷画像の模式図、(b) はこれらの探傷画像を合成した後の探傷画像の模式図である。
【図７】本願発明の第３実施形態を示す超音波探傷装置における超音波探触子の正面図である。
【図８】図７に示す超音波探傷方法によりＴＯＦＤ画像を得る場合のフローチャートである。
【図９】図８のＴＯＦＤ画像を模式的に示した探傷画像の模式図であり、(a) は探傷部の長手方向を検査した探傷画像の模式図、(b) は探傷部の幅方向をスキャンした探傷画像の模式図である。
【図１０】本願発明の第４実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートであり、図８に示すＴＯＦＤ画像にパルス反射画像を合成する例のフローチャートを示している。
【図１１】 (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】
１０…被検査体
１１…探傷部
１２，１３…送信探触子
１４，１５…受信探触子
１６，１７…超音波探触子
１８，１９…探傷画像
２０…探傷画像
２１，２２…超音波探傷チャンネル
２３，２４…パルス反射探触子
２５，２６，２７，２８…探傷画像
２９…探傷画像
３０，３１…走査ライン
３２，３３…探傷画像
ｅ…欠陥
ｆ…表面波
ｇ…底面波
Claims (12)
- 送信探触子から超音波を被検査体内に送信し、該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信して被検査体の厚み方向を超音波探傷し、該超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換し、該変換した超音波探傷画像に被検査体の表面部をパルス反射法で検査したパルス反射画像を合成して全体の探傷画像を得る超音波探傷方法。
- 送信探触子から超音波を被検査体内に送信し、該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信して被検査体の厚み方向の異なる範囲を超音波探傷し、該それぞれの超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換し、該変換した複数の超音波探傷画像を被検査体の厚み方向に合成して全体の探傷画像を得る超音波探傷方法。
- 前記請求項２記載の超音波探傷方法により得られた探傷画像に、探触子から発した超音波パルスの反射を変換したパルス反射画像を合成して全体の探傷画像を得る超音波探傷方法。
- 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波探傷方法を、被検査体のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより複数の探傷画像を得て、該複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を得る超音波探傷方法。
- 前記請求項４記載の超音波探傷方法によって得られた三次元の探傷画像の任意断面を取り出して欠陥評価する超音波探傷方法。
- 前記請求項４記載の超音波探傷方法において、超音波探傷に適した被検査体の適正厚み範囲ごとに探傷する送信探触子と受信探触子とからなる複数の超音波探傷チャンネルで、被検査体の厚み方向の異なる位置をそれぞれ超音波探傷することによりそれぞれの厚み方向位置の探傷画像を得て、これらの探傷画像に基づいて三次元の探傷画像を得ることを特徴とする超音波探傷方法。
- 送信探触子から超音波を被検査体内に送信し該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信する一対の探触子と、該一対の探触子で被検査体の厚み方向を超音波探傷する探傷器と、該一対の探触子で超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換する変換部と、該変換した超音波探傷画像に被検査体の表面部をパルス反射法で検査したパルス反射画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部と、該合成した全体の探傷画像を表示する表示部とを備えた超音波探傷装置。
- 送信探触子から超音波を被検査体内に送信し該被検査体の内部からの回折波を受信探触子で受信する一対の探触子と、該一対の探触子を複数配置して被検査体の厚み方向の異なる範囲を超音波探傷する探傷器と、該それぞれの一対の探触子で超音波探傷する超音波が被検査体内を伝搬した時間と厚み方向距離とを対応付けて時間軸を厚み方向距離に変換した線形表示の超音波探傷画像に変換する変換部と、該変換した複数の超音波探傷画像を被検査体の厚み方向に合成する合成部と、該合成した全体の探傷画像を表示する表示部とを備えた超音波探傷装置。
- 前記請求項８記載の超音波探傷装置に、探触子から発した超音波パルスの反射を、該超音波が被検査体内を伝播した時間から厚み方向距離に対応付けて線形表示のパルス反射画像に変換するパルス変換部を設け、前記合成部に、該変換したパルス反射画像に前記合成部で被検査体の厚み方向に合成した複数の超音波探傷画像を合成して全体の探傷画像を得る機能を具備させた超音波探傷装置。
- 前記請求項７〜９のいずれか１項に記載の超音波探傷装置に、被検査体のスキャン位置をずらせて複数回行うことにより得られる複数の探傷画像を記録する記録部と、該複数の探傷画像を組み合わせることによって三次元の探傷画像を合成する合成部とを具備させた超音波探傷装置。
- 前記請求項１０記載の超音波探傷装置に、合成部で合成した三次元の探傷画像の任意断面を取り出して表示する機能を具備させた超音波探傷装置。
- 前記請求項１０記載の超音波探傷装置において、超音波探傷に適した被検査体の適正厚み範囲ごとに探傷する送信探触子と受信探触子とからなる複数の超音波探傷チャンネルを具備し、該複数の超音波探傷チャンネルで被検査体の厚み方向の異なる位置をそれぞれ超音波探傷することにより得られるそれぞれの厚み方向位置の探傷画像を得て、これらの探傷画像に基づいて三次元の探傷画像を得るように構成したことを特徴とする超音波探傷装置。
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