JP4595979B2

JP4595979B2 - 放射線非破壊検査システム及び配管の検査方法

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Publication number: JP4595979B2
Application number: JP2007250402A
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Inventors: 名雲　　靖; 淳額賀; 上村　　博; 紀行定岡; 小治郎小平
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Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2010-12-08
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Description

本発明は、放射線非破壊検査システム及び配管の検査方法に関する。

原子力プラントや火力プラント，化学プラント等に設置された配管のように、特定の場所に据え付けられた構造物の内部を可視化して検査する非破壊検査方法として、非特許文献１，２の技術が開示されている。

濱田、片山、「配管肉厚検査装置」、東芝レビュー Vol.61, No.6, pp.68-71 (2006) B. Redmer, et. al, "MOBILE 3D-X-RAY TOMOGRAPHY FOR ANALYSIS OF PLANAR DEFECTS IN WELDS BY "TOMOCAR","16th WCNDT proceedings (2004)

しかし、非特許文献１，２に開示の技術では、検査時間が長くなり、検査効率が低下するという問題があった。

そこで本発明の目的は、プラント等に据え付けられた配管等の放射線撮影による非破壊検査において、検査効率を向上することにある。

本発明は、検査対象であるプラントに設置された配管を挟んで対向配置された放射線源及び放射線検出器と、前記配管に沿って前記放射線源及び前記放射線検出器を並進走査させる放射線撮影装置と、前記放射線撮影装置によって、第１検査対象の投影部と、前記放射線源に対して前記第１検査対象と異なる深さ位置にある第２検査対象の投影部とを含む透過画像データを取得する制御演算装置を備えた放射線非破壊検査システムであって、前記制御演算装置は、前記透過画像データを取り込む画像取込装置と、前記放射線撮影装置の位置を制御する制御装置と、前記画像取込装置から送信された前記透過画像データを保存する透過画像データ格納装置と、前記透過画像データ格納装置からの前記透過画像データに基づき画像再構成を要する前記配管の部位を判定する判定装置と、前記透過画像データに基づき前記配管の断層像又は３次元立体像を再構成する画像再構成装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、プラント等に据え付けられた配管等の放射線撮影による非破壊検査において、検査効率を向上することができる。

原子力プラントや火力プラント，化学プラント等に設置された配管のように、特定の場所に据え付けられた構造物の内部を可視化して検査する非破壊検査方法に、Ｘ線やγ線などの放射線を利用する放射線透過試験（Radiographic Testing、以下「ＲＴ」と呼ぶ）がある。ＲＴとは、検査対象となる構造物（以下、「被検体」と呼ぶ）に対して照射した放射線を、被検体を挟んで放射線源の反対側に設置した放射線検出器で計測し、被検体の２次元透過画像を撮影する方法である。ＲＴによる検査では、撮影した透過画像を用いて被検体内部の状況の確認や寸法計測などを実施する。

ＲＴによるプラント配管の減肉を検査する装置として、〔非特許文献１〕がある。この文献では、Ｃ字型アームと呼ぶ支持機構に放射線源と高感度のイメージインテンシファイア（放射線検出器）を取り付け、プラント配管を走査する。そして、配管の透過画像を撮影し、その透過画像から減肉量を測定している。

放射線を用いた別の非破壊検査方法として、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）がある。産業用のＸ線ＣＴ装置は、一般的にＸ線源および放射線検出器を固定し、それらの間に配置した円盤上に設置した被検体を回転させる。そして、被検体を回転させながら放射線を被検体に照射することで、被検体の全周方向から透過画像を撮影し、画像再構成により被検体の断層像を得る。ＲＴによる透過画像との違いは、被検体内部の３次元像が得られることにある。このため、被検体の内部構造について、より詳細な位置情報を取得できる。

また、配管を非破壊検査するための放射線ＣＴ装置として、配管溶接部の継ぎ目を検査する装置を開示した〔非特許文献２〕がある。この装置は、ラミノグラフィと呼ばれる撮影方法に基づく撮影装置である。ラミノグラフィは、被検体を挟んで対向するように設置された放射線源および放射線検出器が、互いに平行かつ反対方向に相対運動することにより、放射線源及び放射線検出器の運動方向と平行な断層像を撮影する方法である。放射線源の移動距離に対して、放射線検出器の移動距離を変化させることで、放射線源から見た撮影断層面の深さを変えることができる。〔非特許文献２〕の装置ではラミノグラフィの撮影原理を基本としたものであり、小型のＸ線源および放射線検出器を、配管に装着した移動装置に取り付けて撮影を実施する。撮影は、放射線検出器を固定した状態で、Ｘ線源を配管の周方向に回転、あるいは配管の長軸方向に走査することにより実施される。

しかしながら、上記の各手法にはそれぞれ以下の課題があった。

ＲＴは撮影方向によって、検査対象である配管に生じた減肉部の見え方が変わってしまうという問題がある。これは、実際には３次元構造の被検体を２次元の透過画像として撮影することにより、撮影方向の奥行き情報が重ねあわされるためである。そのため、ＲＴでは、配管の減肉部を観察できるような撮影方向を探索するために、被検体を複数の方向から撮影する必要があり、この作業には通常数分〜数十分程度かかっていた。

またＣＴは、被検体を回転させるか、あるいは放射線源および放射線検出器を被検体の周りに回転させる必要がある。しかし、プラントに設置された配管の場合、配管を回転させることは不可能である。また、配管の周囲は狭隘であり、放射線源および放射線検出器を配管の周囲に回転させる余裕はないのが通常である。すなわち、原子力プラントや火力プラント、さらには化学プラント等の配管のように、狭隘な場所に据え付けられた状態にある構造物には、従来のようなＣＴ撮影ができないという課題があった。

また、ラミノグラフィによる配管の断層撮影では、放射線検出器を固定して断層撮影を実施するため、１回の撮影範囲は放射線検出器の検出器サイズに依存する。放射線検出器のサイズは数十センチメートルである。１回の撮影時間が数分の場合には、数メートルに及ぶ配管全体の撮影時間が膨大になる。また、放射線源あるいは放射線検出器の走査が複雑であり、アライメント作業に時間がかかる。

また、ラミノグラフィでは、画像の再構成によって複数の断層像または３次元立体像を生成する場合、ＲＴと比較して計算時間が長く、データ容量も大きくなるという問題がある。被検体である配管の検査領域が数メートルと長い場合、検査領域全体の断層像または３次元立体像を生成させると、計算時間，データ容量共に膨大になる恐れがあり、検査効率を損なう可能性がある。

上記問題を回避するために、先に配管の全長に渡って透過画像を撮影し検査場所を特定した後に、ＣＴ撮影を実施する方法が考えられる。これは、医療用のＸ線ＣＴ装置において実施されている方法である。しかし、この方法では、検査場所を特定する透過画像撮影と、ＣＴ撮影が別工程となる。また、透過画像データと画像再構成用のＣＴ撮影データとは別のデータとなるため、検査時間、データ容量についての問題は依然として残る。

特に、原子力プラントの定期検査において配管検査を行う場合、プラントを長期間停止することが困難のため、配管検査に要する時間を短縮化して、検査効率を向上させることが求められる。

以下、本発明の実施例について、発電プラントなどに設置されている保温材を装着した配管を被検体として、説明する。

図２は、本発明の一実施例におけるシステム図を示す。本図で示すシステムは、放射線撮影装置１１、および制御演算装置１２より構成される。放射線撮影装置１１は、放射線源１、放射線検出器２、およびこれらを支持するスキャナ装置３を備える。このスキャナ装置３は、放射線源１と放射線検出器２の位置関係を保持したまま、保温材９９が装着された配管１０の長軸方向に並進走査する機能を有する。なお、本実施例の放射線検出器２は、２次元放射線検出器を使用する。また、制御演算装置１２は、放射線検出器２で撮影した複数の透過画像データ５１を取り込む画像取込装置２０，スキャナ装置３や放射線源１，放射線検出器２を制御する制御装置２１，取り込んだ複数の透過画像データ５１を格納する透過画像データ格納装置３１，複数の透過画像データ５１を透過画像データ格納装置３１から読み込み、それらを静止画あるいは動画としてＰＣなどのモニタ上に表示し、表示された画像に基づき、操作者が画像再構成の要否判定結果や画像再構成領域を入力するための判定装置２４，被検体の断層像あるいは３次元立体像を再構成するための画像再構成装置２２，再構成された被検体の断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）を格納する再構成画像格納装置３２から構成されている。また、使用者の利便性を考慮し、断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）を用いた画像計測を実施する画像計測ソフトウェア等を搭載した画像計測装置２３を必要に応じて追加可能である。

図１は、本発明における検査方法のフローチャートを示す。本発明の検査方法は、撮影により透過画像データを取得する撮影フロー２００１と、取得した透過画像データに基づく画像再構成の要否判定および画像再構成を実施する画像処理フロー２００２とから構成される。

撮影フロー２００１において、スキャナ装置３は放射線源１および放射線検出器２を配管の長手方向に移動して、並進走査を開始する（処理２００３）。放射線源１は現在のスキャナ位置において放射線を出射し、配管を透過した放射線が放射線検出器２に入射することで透過画像を撮影する（処理２００４）。画像取込装置２０が放射線検出器２から取り込んだ透過画像データは透過画像データ格納装置３１に保存される（処理２００５）。そして、制御装置２１がスキャナ装置３を配管の長軸方向に指定距離だけ移動させ（処理２００６）、スキャナ装置３が配管の終端に到達しているか判定する（処理２００７）。処理２００７において、スキャナ装置３が配管の終端に到達していない場合、処理２００４に戻り、現在のスキャナ位置における透過画像を撮影する。一方、スキャナ装置３が配管の終端に到達した場合、撮影は終了する（処理２００８）。

画像処理フロー２００２では、透過画像データ格納装置３１に保存された透過画像データを読み出し、必要に応じて判定装置２４の画面に表示する（処理２００９）。読み出された透過画像データに基づき、画像再構成の要否を判定して、結果を判定装置２４に入力する（処理２０１０）。判定方法の具体例については、後述する。検査対象に欠陥等が見つかり画像再構成が必要な場合（処理２０１１）、画像の再構成を実施するために、画像再構成装置２２に指示を出す（処理２０１２）。画像の再構成方法の詳細については後述する。そして、読み出した透過画像データが配管（検査対象）の終端の場合、処理は終了とし、終端でなければ読出し処理２００９を繰り返す（処理２０１３）。なお、処理２０１１において画像再構成が不要と判断した場合、その透過画像データが配管の終端におけるデータであるか否か判定する（処理２０１３）。

本フローチャートでは、撮影と画像処理を並行に実施しているが、撮影が全て終了してから画像処理を実施してもよい。

本発明の一構成要素である放射線撮影装置１１の一具体例、および該放射線撮影装置１１により撮影された複数の透過画像データ５１から被検体の断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）を生成する方法について述べる。

図３は、放射線撮影装置１１及び制御演算装置１２の具体例を示す。本具体例は、放射線源１および放射線検出器２をＣ字型アーム３ａにより保持し、Ｃ字型アーム３ａをガイドレール３ｂ上において走査させるものである。ガイドレール３ｂは床面上に設置された支持脚３ｃにより、保温材（図示せず）を装着した配管１０の長軸方向に沿うように配置される。また、Ｃ字型アーム３ａは配管１０の外周面に沿うように形成されており、配管１０を挟んで放射線源１と放射線検出器２が対向配置される。

Ｃ字型アーム３ａが配管の長軸方向に一定距離だけ移動するごとに、放射線源１が配管に放射線を出射する。Ｃ字型アーム３ａが配管を走査中に放射線検出器２が撮影した透過画像データ５１は、放射線検出器２から画像取込装置２０に随時取り込まれる。具体例に示すような放射線撮影装置１１による撮影の様子の例を図４に示す。簡単のため、図４ではスキャナ装置３を省略している。

図５に画像再構成に必要となる透過画像データの収集範囲を示す。簡単のため、図は２次元撮影の場合を示してある。３次元撮影の場合は、この２次元での考え方を拡張したものである。図の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、放射線源１および放射線検出器２が左から右に向かって並進走査する場合を考える。また、被検体として板状の物体１０ａを考え、この物体１０ａの内部の点１０ｂに着目する。

内部の点１０ｂを透過する放射線５は、図５（ａ）に示す方向で並進走査を開始し、図５（ｂ）の方向による透過を経て図５（ｃ）に示す方向にて終了する。放射線の開き角をθとすると、この並進走査の間に内部の点１０ｂを透過する放射線５の角度範囲もθとなる。一般に、ＣＴ撮影により断層像を画像再構成するためには、被検体に対して１８０°〜３６０°の方向から放射線を透過させる必要がある。これに対して、本発明の放射線撮影装置１１では放射線の透過方向は角度θとなる。このθは放射線源１の放射角または放射線検出器２の検出面の大きさにより決まり、４０°〜６０°程度となる。このような条件下において画像再構成をするためには、投影角度が制限された状態で画像再構成を行う手法（Limited Angle画像再構成）が必要となる。

Limited Angle画像再構成手法はこれまでに多数提案されている。以下ではその一手法であるDigital Tomosynthesis（ＤＴＳ）法を例として、画像再構成の方法を説明する。もちろん、他のLimited Angle画像再構成手法を適用することも可能である。

図６にＤＴＳ法による画像再構成の原理を示す。簡単のため、放射線源１のみが並進移動し、放射線検出器２は固定している場合を考える。被検体は厚さのない円形の被検体１０ｃおよび矩形の被検体１０ｄとする。被検体１０ｃおよび被検体１０ｄは放射線源１から放射線検出器２に向かう方向軸に垂直であって、放射線検出器２に平行に配置されているものとする。また、被検体１０ｃおよび被検体１０ｄは、放射線源１からの距離が異なるものとする。

被検体１０ｃ，１０ｄは、放射線源１が並進走査する際の各位置に対応して、図に示すような透過画像データ５１が撮影される。これらの透過画像データ５１から円形の被検体１０ｃを含む断面を再構成する場合、各透過画像データ５１における被検体１０ｃの投影部が重ね合わさるように各透過画像データ５１を移動させた後、全ての透過画像データ５１を重ね合わせる。この処理により、円形の像が鮮明となる。各透過画像データ５１の移動量は、各透過画像データ５１を撮影する間の放射線源１の移動量、放射線源１と円形の被検体１０ｃを含む断面との距離、および円形の被検体１０ｃを含む断面と放射線検出器２との距離により決まる。また、各透過画像データ５１における被検体１０ｄの投影部は、上記透過画像データ５１の移動および重ね合わせ処理により、不鮮明な像となる。この結果、円形の被検体１０ｃと矩形の被検体１０ｄとにコントラスト差が発生し、被検体１０ｃの再構成画像である断層像５２を生成することができる。

また、放射線源１に対して被検体１０ｃと異なる深さ位置にある被検体１０ｄも、前述の再構成方法と同じ手法で再構成画像を生成できる。

このように、配管をスクリーニングするために撮影する配管の透過画像を用いて、配管の断層像又は３次元画像を再構成することができるため、データの取り直しが必要ない。そのため、検査時間を短縮でき、検査効率を向上させることが可能である。

放射線撮影装置１１およびＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合の例を図７に示す。この場合に再構成画像５２は、図に示すように、放射線源１から放射線検出器２に向かう軸と平行な法線ベクトルを持つ断面として生成される。また、放射線源１と放射線検出器２の間に、放射線源１からの距離が異なる複数枚の再構成画像５２が生成される。この再構成画像５２を放射線源１から放射線検出器２に向かう軸方向に積み上げることで３次元立体像５３を構築できる。

図８に画像再構成（図１の処理２０１２）の処理フローを示す。初めに入力データ名や演算パラメータなどの演算条件を入力する条件入力処理１００１が実行される。次に、入力された演算条件に基づき、画像再構成装置２２が放射線撮影装置１１により撮影された透過画像データ５１およびエアデータ５２をそれぞれ透過画像データ格納装置３１から読み込む、透過画像データ読込処理１００２、エアデータ読込処理１００３が実行される。この透過画像データ読込処理１００２、エアデータ読込処理１００３では、配管の欠陥部の状態を確認するために画像の再構成を必要とする配管の部位を撮影した第１の透過画像データと、第１の透過画像データの前後で撮影された第２の透過画像データを読み込む。なお、エアデータとは、被検体がない状態で撮影したデータのことであり、減衰のない放射線強度を取得したものである。このデータは次の処理において使用する。

次に、対数変換処理１００４が実行される。対数変換処理とは、減衰のない放射線強度と被検体を透過して減衰した放射線強度との比を対数変換する処理であり、（式１）で表される。

ここでＩ_ou,vは、放射線検出器１２上の位置（ｕ，ｖ）において放射線検出素子により検出された減衰のない放射線強度を、Ｉ_u,vは同位置において検出された減衰のある放射線強度を表す。またμは材質や放射線エネルギに依存した線減衰係数を、ｔは放射線の透過経路を表す。画像の再構成は、（式１）の左辺を入力値としてμの空間分布を求める処理である。続いて、前処理１００５が実行される。前処理１００５では、多数の検出素子間におけるばらつきや欠陥のある素子に対する補正や装置に依存した補正などを実施する。この前処理１００５は、場合に応じて対数変換処理１００４の前で実施してもよい。

以上の処理の後、逆投影演算処理１００６が実行される。逆投影演算処理は、これまでに補正、変換したデータを２次元または３次元の空間にマッピング（逆投影）する処理である。先に説明したＤＴＳ法では、透過画像データの移動および重ねあわせ処理に対応する。この逆投影演算により最終的に２次元断層像または３次元立体像（再構成画像）が生成される。

以上説明した放射線撮影装置１１およびLimited Angle画像再構成手法を用いることで、一度撮影した透過画像データから、改めて画像再構成演算用のデータを取り直すことなく画像の再構成が可能である。

また、放射線撮影装置１１およびLimited Angle画像再構成手法を利用することにより、配管の断層像および立体像の取得が可能となるため、従来のＲＴと比較して配管減肉の位置や量を精度良く検出することができる。そして、検査対象となる配管の長さが数メートルに及ぶ場合であっても、短時間で撮影が可能である。更に、ＲＴと同様に保温材を配管に装着したままでの撮影が可能なため、検査の開始や終了時に、保温材を脱着する工程を省略できるため、検査効率を向上させることができる。

次に、図１の画像処理フロー２００２について、図９で詳細に説明する。この検査フローは、判定装置２４で被検体の各部分について画像再構成の要否を判定し、配管の３次元立体像を再構成する領域を限定するものである。

まず、判定装置２４が複数の透過画像データ５１を透過画像データ格納装置３１から読み出す（処理１１０１）。読み出した複数の透過画像データ５１を判定装置２４の画面上に表示する（処理１１０２）。複数の透過画像データ５１は、画面上において静止画または動画で表示される。操作者は表示された複数の透過画像データ５１を目視確認し、配管の立体形状を観察するために配管の３次元画像を再構成する必要があるか否か判断する（処理１１０３〜１１０４）。再構成の要否判定は、操作者の判断基準に基づいて実行してもよいし、何らかの基準を基準書であらかじめ決めておき、それに基づいて実行してもよい。３次元画像（又は２次元断面像）を再構成する必要がある場合には、画面に表示された複数の透過画像データ５１上で、判定装置２４が備える入力装置を介して画像を再構成する領域を指定し（処理１１０５）、画像再構成を実行する命令を画像再構成装置２２に出す（処理１１０６〜１１０７）。これをスキャン終端まで実施する（処理１１０８）。また、画像の再構成が不要の場合には、処理１１０８へ遷移し、処理を継続する。

図１０および図１１に複数の透過画像データを判定装置２４の画面上に表示した画面の一例を示す。この図では、透過画像読込ボタン６０を押下することで、透過画像データ格納装置３１から透過画像データを読み込み、複数の透過画像データ５１を画面上に動画として表示する。図６に示すように、透過画像データ５１は放射線源１と放射線検出器２との間に位置する被検体１０ｃ及び１０ｄを深さ方向に重ね合わせた画像となる。そのため、配管の２次元画像や３次元画像を再構成しなくとも、透過画像データ５１における濃淡表示で配管の減肉部６３を表示することが出来る。また、減肉などの欠陥が生じた配管の箇所を透過画像によってスクリーニングすることで２次元画像や３次元画像を再構成する領域を絞り込むことができるため、画像再構成の演算量を低減することが可能である。更に、配管全長に渡って再構成する必要もないため、２次元画像や３次元画像を保存する再構成画像格納装置の記憶容量を削減することも出来る。そのため、配管の検査効率を向上することが可能である。

操作者は透過画像データ５１を確認し、配管の減肉部６３を見つけた場合には、配管の３次元画像で減肉部６３を確認するために動画を停止するボタン６１を押下する。そして、画像再構成の要否を判定するボタン６２を押下して判定結果を入力する。

画像の再構成が必要と判断した場合には、画面が図１１に遷移する。この画面上で、ＰＣに接続されたマウスなどの入力装置を用いてポインタ６４で再構成領域６５を指定し、ボタン６６を押下して演算を実行する。ボタン６６を押下することで、画像再構成装置２２に対して画像の再構成を行う指令を出す。再構成領域６５を指定する際には、配管の減肉部６３を囲むように、矩形で指定すれば良い。

図１２は、透過画像の再構成領域６５に相当する配管部位について２次元断層像または３次元立体像を画面上に表示した結果である。２次元断層像又は３次元立体像を再構成することで、配管の減肉部６３の立体的形状を容易に確認することが出来る。このように、透過画像データにおいて配管の減肉など欠陥が疑われる箇所のみを２次元断層像又は３次元立体像で確認することにより、配管全長に渡って２次元断層像又は３次元立体像を再構成する必要がなく、検査時間を大幅に短縮し、検査効率を向上させることができる。また、データ容量が大きい再構成画像の生成を配管の一部に限定することで、再構成画像格納装置の記憶容量を低減することも可能である。

再構成領域の指定方法は、前記入力装置による領域指定のほかに、演算条件に基づき自動で指定する方法（図１３）もある。図１３に画像再構成に使用する透過画像データの範囲の一例を示す。図１３では、画像の再構成が必要と判定された第１の透過画像データ５１ａを基準として、透過画像データ５１ａの走査方向の長さｌ（mm）、放射線源１および放射線検出器２の移動速度ｖ（mm／sec）、放射線検出器２の撮影速度（１秒間に撮影する画像の数）ｆ（frame／sec）から、画像再構成に使用する透過画像データの範囲を決定する方法が考えられる。ここでは、画像の再構成が必要と判定された第１の透過画像データ５１ａを図１３の中央部とし、その前後（５１ｂ，５１ｃ）でそれぞれ使用する第２の透過画像データの数を（式２）により算出する。

また、画像の再構成が不要と判定された場合には、図１１の画面には遷移せず、動画表示を再開する。

発電プラント等における配管検査の場合、配管管壁の減肉状況や配管内部に混入した異物を探索する目的が考えられる。この際、透過画像データでは撮影方向の情報が全て重ねあわされて表示されるために、減肉の初期段階や小さい異物などを識別することが難しい場合が多い。そこで、画面上に表示された複数の透過画像データを確認し、疑わしいと思われる箇所については画像の再構成が必要との判定を下し、断層像または立体像を再構成し、より詳細に検査するような運用が望ましい。

図１４に本発明の別の実施例におけるシステム図を示す。本図に示すシステムでは、図２の判定装置２４に替えて、要否判定を支援するための参照用データを入力する参照データ入力手段として、被検体の材質または線減衰係数μ、被検体の寸法を入力する入力装置２６および減衰量計算プログラム２８を記憶した記憶装置２７を設置してある。

図１５に本実施例の処理フローを示す。本フローは実施例１の画像処理フロー（図９）に対して、処理１１０１の前に処理１２０１および処理１２０２が追加され、処理１１０２，１１０３の代わりに処理１２０３を加え、判定条件が処理１２０４となっている。

処理１２０１は、被検体の材質または減衰係数μ、被検体の寸法を入力装置２６で入力する処理である。処理１２０２は、（式３）および処理１２０１の入力から被検体を透過した場合の放射線強度Ｉ_rを減衰量計算プログラム２８で計算する処理である。

ここで、Ｉ_oは減衰のない場合の放射線強度を、ｔは放射線が被検体を透過した長さを表す。ｔは処理１２０１で入力した被検体の寸法を用いる。また、処理１２０１において材質を入力した場合、あらかじめ記憶装置２７に格納された材質に対応する減衰係数のデータベースを参照し、μの値に変換する。

処理１２０３では、前記参照用データと前記透過画像データ格納装置に保存された前記透過画像データとを比較するデータ比較手段として、処理１２０２で算出したＩ_rと透過画像の各画素における放射線強度Ｉとを比較する。（式３）によるＩ_rの計算は、透過画像の各画素におけるＩと比較するために、装置の幾何形状を考慮し、透過画像の各画素位置に対応して計算する必要がある。

比較結果に基づき任意の差異の有無を判定する差異判定手段として、処理１２０４による判定条件では、操作者が経験などに基づきあらかじめ設定したしきい値を用い、この値を超える場合に画像の再構成を実施するものとする。

処理１１０５は、第一の実施例で述べた方法を利用できる。

以上のように、処理１２０４に基づく判定条件を使用することにより、目視では発見が難しい配管の欠陥部も、正確に判定することが可能となる。

本実施例に拠れば、被検体形状が立方体や円筒など単純な場合に、透過長さｔを幾何計算により求めることができるので、処理を単純，高速化できる。

図１６に本発明の別の実施例におけるシステム図を示す。本図に示すシステムでは、図１４の入力装置２６および記憶装置２７に替えて、被検体のＣＡＤデータを用いてシミュレーションを実施する演算装置２９、および被検体のＣＡＤデータやシミュレーションプログラムを記憶した記憶装置３０を設置してある。

図１７に本実施例の処理フローを示す。本フローは実施例２にある画像処理フローにおいて、処理１２０１，１２０２に代わり処理１３０１〜１３０３とし、処理１２０３，１２０４に代わり、それぞれ処理１３０４，１３０５になっている。

処理１３０１は、被検体のＣＡＤデータを記憶装置３０に入力する処理である。処理１３０２は、被検体の材質または減衰係数を記憶装置３０に入力する処理である。処理１３０３は、入力されたデータや値を用いて演算装置２９で放射線の透過を計算により模擬するシミュレーションを実施する。そして、演算装置２９がＣＡＤデータにおける透過画像データを計算する処理である。

図１８は、処理１３０３において演算装置２９でＣＡＤデータを用いたシミュレーションの概要を表した図を示す。簡単のために、点線で示すＣＡＤデータ８１の断面に対する２次元でのシミュレーションを示している。ＣＡＤデータ８１の断面画像は、ラスタライズ処理等により２次元のビットマップ画像７１として生成する。図の右にある拡大図に示すように、ビットマップ画像は微小な正方格子により区切られている。シミュレーションでは、放射線源１の放射線放出点と放射線検出器２の各素子を結ぶ放射線透過経路５ａがビットマップ画像７１の各格子を横切る際の長さと、各格子における画素値に対応したμの値との積を求める。各格子における積値を放射線透過経路５ａが横切る全ての格子にわたって加算する。シミュレーションによって算出される放射線検出器２の各素子における放射線強度Ｉ_sは（式４）により計算される。

ここで、Ｉ_oは減衰のない場合の放射線強度を表す。μ_iは放射線透過経路５ａが横切るｉ番目の格子における線減衰係数を、ｔ_iはその格子を通過する長さを表す。

一方、処理１１０１では放射線検出器２が配管を撮像して得た透過画像データを透過画像データ格納装置３１から読み出す。

処理１３０４，１３０５において、配管を撮像して得られた透過画像データと、ＣＡＤデータのシミュレーションから得られた透過画像データとを比較して、画像の再構成が必要か否か判定する。その後の処理手順は、実施例２と同様である。

本実施例に拠れば、ＣＡＤデータからおこしたビットマップ画像を入力とすることができるため、配管の弁やソケットエルボなど形状が複雑なために単純な幾何計算が困難な場合であっても、処理が可能となる。また、以下の実施例に述べる同一品や同一ロット品を使用することができない場合であっても、処理が可能である。

図１９に本発明の別の実施例におけるシステム図を示す。本図に示すシステムでは、図１６の演算装置２９および記憶装置３０に替えて、透過画像データ同士を比較演算する演算装置４１、および事前に撮影した複数の透過画像データを記憶する記憶装置４２を設置してある。

図２０に本実施例の処理フローを示す。本フローは図１７の検査フローにおいて、処理１３０１〜１３０３に代わり処理１４０１となっている。処理１４０１は、本システムでの検査に先立ち、事前に同一品または同一ロット品を放射線撮影装置１１により撮影し、得られた複数の透過画像データ（Ｐ）５１を記憶装置４２に格納しておく処理である。また処理１４０２，１４０３は、それぞれ図１７の処理１３０４、１３０５と考え方は同じであり、比較に用いるデータが異なるだけである。

処理１１０１では、検査時に撮影した透過画像データ（Ｒ）を演算装置４１が透過画像データ格納装置３１から読み込む処理を行う。

処理１４０２及び処理１４０３では、演算装置４１において、事前に撮影した同一品または同一ロット品の透過画像データ（Ｐ）と、検査時に撮影した透過画像データ（Ｒ）を比較する。比較の結果、データの相違が一定の閾値を超えた場合に、画像の再構成を行う。この判定方法では、実製品に基づく判定が可能となる。また、同一品を撮影することにより、被検体の経時変化を捕らえることも可能である。

以上の実施例によれば、配管の欠陥部を透過画像で探索するスクリーニングのための透過画像と、断層像または３次元立体像を再構成するために必要なデータが同一であるため、データの取り直しがなく、検査時間を短くでき、検査効率を向上することができる。

また、透過画像を用いたスクリーニングにより、画像再構成を適用する領域を絞り込めるため、配管の全長に渡って画像を再構成する必要がない。そのため、画像を再構成する演算量を低減でき、検査効率を向上することができる。

また、透過画像を用いたスクリーニングにより、画像再構成を適用する領域を絞り込めるため、断層像または３次元立体像の生成に伴うデータ量を削減することができ、検査効率を向上することができる。

本実施例に拠れば、以下の効果がある。同一品の場合、欠陥部位以外では形状誤差が含まれないため、欠陥部位のみの変化を高精度に捕らえることが可能である。また同一ロット品の場合、同一ロット品間の形状誤差が少ないため、同一品を用いることができない場合であっても欠陥部位の特定を高精度に捕らえることが可能である。また、ＣＡＤデータが存在しないものであっても、処理が可能である。

本発明のシステムを用いることで、発電プラントに設置された配管だけでなく、航空機の翼など、大型の構造物に対しても放射線による検査が効率的に実施可能である。

本発明における検査方法全体のフロー図である。放射線非破壊検査システムを表したシステム図である。（実施例１）放射線非破壊検査システムで使用する放射線撮影装置の具体例である。放射線撮影装置による撮影の様子を説明した図である。放射線非破壊検査システムの画像再構成演算で使用する透過画像の収集範囲について説明した図である。画像再構成手法の一例について、その画像再構成の原理を説明した図である。放射線撮影装置及び画像再構成を配管に適用した例を説明した図である。画像再構成演算処理のフロー図である。実施例１の検査フロー図である。透過画像の表示例を説明した図である。透過画像において再構成領域を指定した図である。画像再構成演算結果の表示例を説明した図である。画像再構成演算に使用する透過画像の範囲を自動的に決定する方法の一例を説明した図である。放射線非破壊検査システムを表したシステム図である。（実施例２）実施例２の検査フロー図である。放射線非破壊検査システムを表したシステム図である。（実施例３）実施例３の検査フロー図である。ＣＡＤデータを利用したシミュレーションについて説明した図である。放射線非破壊検査システムを表したシステム図である。（実施例４）実施例４の検査フロー図である。

符号の説明

１放射線源
２放射線検出器
３スキャナ装置
３ａＣ字型アーム
３ｂガイドレール
３ｃ支持脚
５放射線
１０配管
１０ａ物体
１０ｃ，１０ｄ被検体
１１放射線撮影装置
１２制御演算装置
２２画像再構成装置
２３画像計測装置
２４判定装置
２６入力装置
２７記憶装置
２８減衰量計算プログラム
２９，４１演算装置
３０，４２記憶装置
３１格納装置
５１透過画像データ
５２再構成画像
５３３次元立体像
７１ビットマップ画像
８１ＣＡＤデータ
９９保温材
１００１〜１４０３処理

Claims

検査対象であるプラントに設置された配管の長手方向に沿って設置されたガイドレール上を移動し、前記配管を挟んで対向配置された放射線源及び２次元放射線検出器と、
前記放射線源及び２次元放射線検出器を前記配管に沿って並進走査させるために前記放射線源及び２次元放射線検出器を固定するＣ字型アームと、
前記Ｃ字型アームが移動する一定距離ごとに前記２次元放射線検出器から、第１検査対象の投影部と、前記放射線源に対して前記第１検査対象と異なる深さ位置にある第２検査対象の投影部とを含む透過画像データを取得する制御演算装置を備えた放射線非破壊検査システムであって、
前記制御演算装置は、
前記２次元放射線検出器から出力された前記透過画像データを取り込む画像取込装置と、
前記Ｃ字型アームの位置を制御する制御装置と、
前記画像取込装置が取り込んだ前記透過画像データを保存する透過画像データ格納装置と、
前記透過画像データ格納装置からの前記透過画像データに基づき画像再構成を要する前記配管の部位を特定する判定装置と、
前記判定装置で特定された配管の部位である、前記第１検査対象の投影部の情報に基づき、複数の前記透過画像データから前記第１検査対象部位を再構成すると共に、前記第２検査対象の投影部の情報に基づき、複数の前記透過画像データから前記第２検査対象部位を再構成することにより３次元立体像を再構成する画像再構成装置を備えることを特徴とする放射線非破壊検査システム。
請求項１記載の放射線非破壊検査システムであって、
前記判定装置は、前記配管の減衰係数及び寸法から算出した第１の放射線強度と、前記透過画像データ格納装置に保存された前記透過画像の各画素における第２の放射線強度とを比較して判定することを特徴とする放射線非破壊検査システム。
請求項１記載の放射線非破壊検査システムであって、
前記判定装置は、前記配管のＣＡＤデータに基づき算出された第１の放射線強度と、前記透過画像データ格納装置に保存された前記透過画像の各画素における第２の放射線強度とを比較して判定することを特徴とする放射線非破壊検査システム。
請求項１記載の放射線非破壊検査システムであって、
前記判定装置は、前記配管の同一品又は同一ロット品により得られた第１の放射線強度と、前記透過画像データ格納装置に保存された前記透過画像の各画素における第２の放射線強度とを比較して判定することを特徴とする放射線非破壊検査システム。
請求項１又は４記載の放射線非破壊検査システムであって、
前記判定装置には、前記透過画像データのうち前記断層像または立体像を再構成する空間領域を指定する入力手段を備えたことを特徴とする放射線非破壊検査システム。
請求項１又は４に記載の放射線非破壊検査システムであって、
前記判定装置は、要否判定を支援するための参照用データを入力する参照データ入力手段と、前記参照用データと前記透過画像データ格納装置に保存された前記透過画像データとを比較するデータ比較手段と、比較結果に基づき、操作者があらかじめ設定したしきい値に基づいて差異の有無を判定する差異判定手段を備えることを特徴とする放射線非破壊検査システム。
プラントに設置された配管の長軸方向に沿って放射線源と放射線検出器を並進走査させ、第１検査対象の投影部と、前記放射線源に対して前記第１検査対象と異なる深さ位置にある第２検査対象の投影部とを含む前記配管の透過画像データを複数枚取得する第１の工程と、
複数の前記透過画像データに基づき前記配管の断層像又は立体像を再構成する前記配管の部位を判定する第２の工程と、
判定された前記配管の部位である、前記第１検査対象の投影部の情報に基づき、複数の前記透過画像データから前記第１検査対象部位を再構成すると共に、前記第２検査対象の投影部の情報に基づき、複数の前記透過画像データから前記第２検査対象部位を再構成することにより３次元立体像を再構成し、配管の状況を検査する第３の工程とを備えた配管の検査方法。