JP4038463B2 - 超音波探傷画像表示方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探傷装置の超音波探触子を走査して得られた超音波探傷結果を画像表示する方法と装置とに係る。

従来の超音波探傷方法としては、タービンロータの超音波探傷において走査方向（周方向）の座標軸と直交する方向に超音波の路程の座標を設定して探傷画像を二次元表示させる超音波探傷方法が公知である（例えば、特許文献１参照）。これは、あらかじめ超音波探傷装置のモニタの画面上で表示する周方向の探傷範囲を設定しておいてこの範囲で超音波探触子を走査させ各周位置での超音波の路程の座標を表示するものであり、被検査体側の周方向範囲が移動するのではなく、超音波探触子又はアレイプローブ側の路程上の信号が固定された周方向位置で表示されるものである。

特開２００２−３１０９９８号公報

この従来の技術の場合、より広い超音波探傷範囲をモニタ画面上に表示するためには、改めて超音波探傷範囲を設置する必要があり、連続的に広い範囲を同一スケールでモニタ画面上に表示できず、広い範囲を表示させる場合にはスケールを縮小する必要があり、その場合には表示結果が小さくなって表示画面上での欠陥識別性が低下する恐れがあると考えられる上、表示が座標表示となるので、被検査体の断面形状との相関が認識しにくい。

本発明は、超音波探傷結果を被検査体の断面形状との相関において認識しやすくすることを目的とする。

本発明による超音波探傷装置の超音波探傷画像表示装置は、超音波探傷装置の超音波探触子で被検査体に対して超音波を送受信した結果に基づいて生成された超音波波形データを記憶する波形記憶メモリと、前記被検査体の断面形状と基準マーカーとを表す形状データを記憶した形状データメモリと、前記超音波探触子の走査位置に対応した位置を表す信号を位置データとして発生する位置信号発生器と、前記波形記憶メモリと前記形状データメモリと前記位置信号発生器からの各データを入力として、前記超音波波形データに基づいてＢスコープ表示の画像データを生成すると共に、前記走査位置に対応した前記Ｂスコープ表示の画像データと前記形状データとを加算処理して加算処理画像データを生成する演算回路と、前記加算処理画像データに基づいて画像を表示するモニタとを備えている。このような超音波探傷画像表示装置によって、超音波探傷装置によるＢスコープ表示画像と、前記Ｂスコープ表示画像の表示領域に対応した被検査体形状を表す画像とを重ね合わせて表示する超音波探傷画像表示方法が成されるようになる。

その超音波探傷画像表示方法の一層具体的な方法として、超音波探傷装置の超音波探触子を被検査体に対して走査させて得られた超音波探傷結果をＢスコープ表示画像でモニターの画面上に表示する超音波探傷画像表示方法において、前記Ｂスコープ表示画像を前記画面上に表示させ、これと同時にあらかじめ被検査体形状と基準マーカーを登録して構成されている前記被検査体の形状を表す画像を前記Ｂスコープ表示画像と重ねて前記画面上に表示させ、前記走査で移動した超音波探触子の位置に応じて前記被検査体の形状を表す画像をスクロールさせて前記Ｂスコープ表示画像と前記被検査体の形状を表す画像の表示領域を一致するように制御する方法が採用できる。

本発明によれば、Ｂスコープで超音波探傷した結果を被検査体の形状情報との相対関係で容易に把握できるため、検査員の探傷結果の評価が容易となり、検査作業の大幅な効率向上と検査精度，信頼性の向上を実現できる。

以下、本発明の一実施例を各図に基づいて説明する。図１に示す超音波探傷装置は、超音波探傷装置本体２７と、その超音波探傷装置本体２７に接続されている超音波探触子４と、その超音波探傷装置本体２７に接続されている走査装置の各エンコーダ３１，３２と、その超音波探傷装置本体２７に接続されているモニタと、その超音波探傷装置本体２７に接続されているデータ収録装置１４とから構成されている。

超音波探触子４は、送受信用の複数の超音波振動子５を並べて備えており、超音波探傷装置本体２７から供給された電気信号で励起された超音波振動子５（以下、単に振動子５という。）はその電気信号を超音波に変換して被検査体(以下、単に被検体と略称する。)に超音波を入射したり、被検査体内から反射してきた超音波を受信して電気信号に変換して超音波探傷装置本体２７に供給したりできる。このような超音波探触子４は、アレイプローブともいう。以下、超音波探触子４をアレイプローブ４という。

超音波探傷装置本体２７内には、次のような電気・電子機器を有している。即ち、電子スキャン装置である制御回路１により送信遅延回路２を制御して遅延時間の異なるトリガ信号を送信信号発生回路３の２４ＣＨの各ＣＨに与えてパルス信号を発生させ、このパルス信号をアレイプローブ４の複数の超音波振動子５に時系列に送信し、アレイプローブ４の振動子５を励起させるものである。

この励起により発生した超音波が被検体中に伝播して、被検体内に欠陥などの超音波をさえぎるものがある場合、その超音波はその欠陥などの超音波をさえぎるものより反射する。その超音波の反射波はアレイプローブ４の振動子５で受信され、電気信号に変換されたうえでこの電気信号がプリアンプ６で増幅され、その後にＡ／Ｄ回路７によりデジタル信号に変換される。

デジタル信号に変換された信号は、遅延回路８によりオフセット時間を調整し加算回路９で加算され、超音波探傷結果の波形データとして波形記憶メモリ１０に保存される。この波形データは、あらかじめ入力しておいた形状データメモリ１１の形状データ及びアレイプローブ４の位置を特定するエンコーダ３１，３２からの信号を基にした位置信号発生器１２からの位置データとともに演算回路１３に送られ、モニタ２８に表示される。また、演算回路１３による演算結果の画像データをデータ収録装置１４に格納できる。

より具体的に説明すると、金属製の被検体１５ａの中央部に溶接部開先１５ｂの溶接部１７を設け、更に模擬欠陥として横穴１８を付与しているものを超音波探傷の対象にして、この横穴１８を超音波で検出するため、アレイプローブ４の振動子５側を被検体１５ａに接触させる。アレイプローブ４の振動子５からの超音波を効率よく伝達、或いは受信させるためアレイプローブ４と被検体１５ａの間に水やマシン油等の接触媒質１６を薄く塗布する。

アレイプローブ４を走査する走査装置として、駆動部台２１で支持されたＸ軸方向駆動機構２０とＹ軸方向駆動機構１９とを備えている。アレイプローブ４は、Ｙ軸方向駆動機構１９に装着され、Ｙ軸方向駆動機構１９はさらにＸ軸方向駆動機構２０に装着される。アレイプローブ４は、Ｘ軸方向駆動機構２０によりＸ方向に、Ｙ軸方向駆動機構１９によりＹ方向に駆動される。Ｘ軸方向駆動機構２０は、支えとしての駆動部台２１に設置される。アレイプローブ４からは、超音波２２が超音波ビームセクタ範囲２３で被検体１５ａに伝達され模擬欠陥としての横穴１８等の反射体がある場合、反射波が得られる。例えば、ここで反射体は、被検体１５ａの底面及び横穴１８であり、反射波は被検体底面からの反射波２４あるいは横穴１８からの反射波２５がこれに相当する。これらの反射波は、アレイプローブ４の振動子５により受信され、振動子５で反射波が電気信号に変換されて超音波信号ケーブル２６により超音波探傷装置本体２７に伝達される。その超音波探傷結果としてモニタ２８に反射体画像２９，３０を表示する。アレイプローブ４の位置は、Ｘ軸方向駆動機構２０及びＹ軸方向駆動機構１９に取付けられて、駆動量に応じた信号がエンコーダ３１，３２からエンコーダ信号ケーブル３３，３４を通して超音波探傷装置本体
２７に伝達される。

ここでＸ軸方向駆動機構２０によりアレイプローブ４をＸ方向に走査させた際に得られる従来のＢスコープ画像を図３に示す。実物の動きを図３のａ１，ａ２及びａ３に示す。各アレイプローブ４の位置（１），（２）及び（３）の位置でのＢスコープ表示を図３のｂ１，ｂ２及びｂ３に示す。アレイプローブ４と反射体との位置関係が異なるため、反射体の画像の位置が右から左へ移動していることがわかる。しかしながら、被検体１５ａの底面の反射体画像２９及び横穴１８の反射体画像３０の被検体１５ａにおける相対位置は、本Ｂスコープ上において被検体１５ａの位置を識別するための基準線や溶接形状などの位置基準になる目安がないため、反射体の位置を被検体１５ａの検査断面のどのへんに位置して存在しているかのイメージが困難で位置判断が困難である。

そこで、あらかじめ被検体１５ａとＢスコープ表示の相対位置が把握できる基準として被検体１５ａの底面の位置表示３５，溶接部開先１５ｂの表示３６及び被検体１５ａの中心線表示３７等のデータを被検体１５ａの形状データとして超音波探傷装置本体２７の形状データメモリ１１に入力しておき、この形状データがＢスコープ表示上でエンコーダ
３１，３２に基づく位置信号に連動して自動で動くように超音波探傷装置本体２７でデータ処理を行えば、アレイプローブ４の各Ｘ方向位置でのＢスコープ表示上にアレイプローブ４の位置に応じた基準位置が表示されるため、相対位置を容易に把握できる。

図４に上記の基準を考慮した実物の動きをｃ１，ｃ２及びｃ３に対する各アレイプローブの位置（１），（２）及び（３）の位置でのＢスコープ表示をｄ１，ｄ２及びｄ３に示す。位置（１）ではＢスコープ表示中央の点線の右側に溶接部開先の位置の表示３６及び被検体１５ａの中心位置表示３７があるのに対しアレイプローブ４が位置（２），（３）と移動するのに伴い、溶接部開先の位置の表示３６及び被検体１５ａの被検体中心位置表示３７がそれぞれＢスコープ表示の中央，左側と移動していくため、被検体１５ａと各反射体画像２９，３０との相対位置を容易に把握できる。

上述のように、超音波波形データを演算回路１３で演算した結果と被検体の形状データとの重ね合せによるモニターへの画像表示に係る画像処理ステップを図５に示す。まず図２に示す形態において駆動部原点２０ａを（０，０）としてアレイプローブ４をＸ方向に走査してＹ方向にピッチ送りするような矩形走査２０ｂを行う場合アレイプローブ４の位置座標ＱをＱ（Ｘ，Ｙ）とするアレイプローブ４が任意の位置座標Ｑｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）にある場合、エンコーダ３１，３２の位置信号に応じた位置信号発生器１２からの信号により制御回路１から同期信号が発生して（ステップＳ０１）、アレイプローブ４から波形データを加算回路９を通して波形記憶メモリに収録し、収録した波形記憶データを演算回路１３に読み出して（ステップＳ０２）、図６の（ｂ）に示すようなＢスコープ画像４１，４２及び４３を演算する（ステップＳ０３）。

４０はアレイプローブ４が位置座標Ｑｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）にある場合の波形記憶データの範囲である。これと同時に制御回路１から同期信号により位置信号発生器１２ｂの値を読み出して（ステップＳ０４）、図６の（ａ）に示すようなあらかじめ形状データメモリ
１１に入力しておいた走査装置のＹ位置に応じた形状データ３８のうち、Ｙ＝Ｙｎにおける形状データＰ（Ｘ，Ｔ）の中からＸｎをアレイプローブ４の中心位置としたＸ方向のＢスコープ表示範囲ΔＸと被検体１５ａの深さ方向のＢスコープ表示範囲ΔＴに相当する形状データの読取り範囲３９を演算し（ステップＳ０５）、形状データの読取り範囲３９に応じた形状データＰ（Ｘ，Ｔ）を波形データメモリより演算回路１３に読み出す（ステップＳ０６）。

ここで演算回路１３に読み出された波形データＰ（Ｘ，Ｔ）とステップＳ０３で演算された位置座標Ｑｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）のＢスコープ画像４１，４２及び４３を加算処理する
（ステップＳ０７）。その結果として図６の（ｃ）に示すようなＢスコープ画像と形状データの重なりあった加算処理画像４４のデータを得る。

次に加算処理画像４４のデータを表示モニタ２８ヘ転送してモニタ２８に加算処理した画像を表示する（ステップＳ０８）。エンコーダ３１，３２からの信号に変化が生じ位置信号発生器１２からそれに応じた信号が制御回路１に送られた場合、ステップＳ０２に戻り同様の処理を継続する（ステップＳ０９のＹＥＳ）。なお、制御回路１は一定周期で位置信号発生器１２の変化を監視する。これにより超音波探傷時にリアルタイムで形状データが移動できる。また、制御回路１から探傷終了の信号が演算回路１３に送られた場合
（ステップＳ０９のＮＯ）、演算を停止する（ステップＳ１０）。演算回路１３は図５の各ステップを実行するようにプログラムが設定されているコンピュータによって成されても良い。

本発明の実施例に係る超音波探傷装置の全体説明図である。 （ａ）図は、本発明の実施例による被検査体に対する超音波探傷作業の実施状態を示した全体図、（ｂ）図は、（ａ）図の被検査体部分のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）図は、(ｂ)図の被検査体と超音波探触子との接触関係を（ｂ）図の右側面からみて示した図である。 従来の表示法によるＢスコープ画像の説明図である。 本発明の実施例による表示法によるＢスコープ画像の説明図である。 本発明の実施例による超音波探傷装置の画像処理ステップのフローチャート図である。 本発明の実施例による超音波探傷装置における画像に関する演算処理の解説図である。

符号の説明

１…制御回路、２…送信遅延回路、３…送信信号発生回路、４…超音波探触子又はアレイプローブ、５…振動子、６…プリアンプ、７…Ａ／Ｄ回路、８…遅延回路、９…加算回路、１０…波形記憶メモリ、１１…形状データメモリ、１２…位置信号発生器、１３…演算回路、１４…データ収録装置、１５ａ…被検体、１５ｂ…溶接部開先、１６…接触媒質、１７…溶接部、１８…横穴、１９…Ｙ軸方向駆動機構、２０…Ｘ軸方向駆動機構、20ａ…駆動部原点、２０ｂ…矩形走査、２１…駆動部台、２２…超音波、２３…超音波ビームセクタ範囲、２４…被検体底面からの反射波、２５…横穴からの反射波、２６…超音波信号ケーブル、２７…超音波探傷装置本体、２８…モニタ、２９，３０…反射体画像、３１，３２…エンコーダ、３３，３４…エンコーダ信号ケーブル、３５…被検体底面の位置表示、３６…溶接部開先の位置の表示、３７…被検体中心線の表示、３８…形状データメモリ１１に入力しておいたスキャナのＹ位置に応じた形状データ、３９…形状データの読取り範囲、４０…位置座標Ｑｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）にある場合の波形記憶データの範囲、４１，４２，４３…位置座標Ｑｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）におけるＢスコープ画像、４４…加算処理画像。

Claims (2)

1. 超音波探傷装置の超音波探触子を被検査体に対して走査させて得られた超音波探傷結果
   をＢスコープ表示画像でモニタの画面上に表示する超音波探傷画像表示方法において、
   前記Ｂスコープ表示画像を前記画面上に連続的に表示させると同時にあらかじめ被検査
   体形状と基準マーカーを登録して構成されている前記被検査体の形状を表す画像を前記Ｂ
   スコープ表示画像と重ねて前記画面上に表示させ、
   前記走査で移動した超音波探触子の位置に応じて前記被検査体の形状を表す画像をスク
   ロールさせて前記Ｂスコープ表示画像と前記被検査体の形状を表す画像の表示領域を一致
   するように制御する超音波探傷画像表示方法。
2. 超音波探傷装置の超音波探触子で被検査体に対して超音波を送受信した結果に基づいて
   生成された超音波波形データを記憶する波形記憶メモリと、
   前記被検査体の断面形状と基準マーカーとを表す形状データを記憶した形状データメモ
   リと、
   前記超音波探触子の走査位置に対応した位置を表す信号を位置データとして発生する位
   置信号発生器と、
   前記波形記憶メモリと前記形状データメモリと前記位置信号発生器からの各データを入
   力として、前記超音波波形データに基づいてＢスコープ表示の画像データを生成すると共
   に、前記走査位置に対応した前記Ｂスコープ表示の画像データと前記形状データとを加算
   処理して加算処理画像データを生成する演算回路と、
   前記加算処理画像データに基づいて画像を表示するモニタと、
   を備えた超音波探傷画像表示装置。

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