JP4690934B2

JP4690934B2 - 超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラム

Info

Publication number: JP4690934B2
Application number: JP2006126477A
Authority: JP
Inventors: 正和上林; 啓勝浦; 圭二服部; 敬渡邊
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP2007298386A

Description

本発明は、超音波探傷検査によって得られるデータを処理する技術に関する。

金属材料の溶接部などの対象の内部構造を検査するために、超音波探傷検査が用いられている。超音波探傷検査において、対象内部に傷が存在すると、その傷の位置と形状が超音波のエコー像として得られる。

超音波探傷検査において、本来の検査対象である傷に由来するエコー像だけでなく、対象の形状に由来するエコー像が検出される。この形状エコーを検査対象から自動的に除去することができれば、検査の効率、精度及び均質性（誰が検査しても同じ結果が得られること）が向上する。

高精度な超音波探傷においては、膨大な量の検査データが生成される。こうした検査データから形状エコーを短時間で除去することを可能にする技術が望まれている。

特許文献１には、溶接鋼管溶接部の品質検査方法が記載されている。この文献には、溶接鋼管溶接部の超音波探傷に際し、厚肉材を含めて、有害きずのみを確実に捕捉することができる溶接鋼管溶接部の品質検査方法を提供することが課題に掲げられている。
特開２００６‐３０２１８号公報

本発明の目的は、超音波探傷において形状エコーを高速に識別する超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラムを提供することである。
本発明の他の目的は、超音波探傷において形状エコーを高精度で識別することを可能にする超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、超音波探傷において検査員のスキルに依存する識別結果のばらつきを抑制する超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラムを提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による超音波探傷データ処理装置（５２）は、超音波探傷によって検査される対象（２）の形状を示す形状（１８）データを記憶する形状データ記憶部（５４）と、超音波探傷によって得られた対象のデータにおいて、エコーが所定の基準を満たす領域を傷候補領域（３３）として抽出する傷候補領域抽出部（５６）と、傷候補領域のうち、形状データに基づいて設定される形状ゲート領域（３０）に重なる領域を形状候補領域（３４）として抽出する形状候補領域（３４）抽出部（５８）と、形状候補領域（３４）をエコー高さが極小の部分を境界として分割する分割処理によって被分割形状候補領域（３４）を生成する被分割形状候補領域生成部（５９）と、被分割形状候補領域（３４）の位置を代表する代表点を設定する代表点設定部（６２）と、代表点が形状データに基づいて設定された設定領域（３０）に含まれるとき被分割形状候補領域（３４）を形状エコーであると判定する形状エコー判定部（７０）とを備える。

本発明による超音波探傷データ処理装置（５２）において、分割処理は、超音波探傷に用いられるビームの路程方向に形状候補領域（３４）を分割するＡスコープ分離処理（Ｓ１０）を含む。

本発明による超音波探傷データ処理装置（５２）において、分割処理は更に、Ａスコープ分離処理の後に、Ｂスコープにおいて路程方向に垂直な方向に形状候補領域（３４）を更に分割するフォーカルロー方向分離処理（Ｓ１４）を含む。ここで、Ｂスコープにおいて超音波探傷のビームの進行方向である路程方向に垂直な方向がフォーカルロー方向と呼ばれる。

本発明による超音波探傷データ処理装置（５２）において、フォーカルロー方向分離処理は、路程方向に垂直なフォーカルロー方向の各位置に対応して、形状候補領域（３４）の路程方向におけるエコー高さの最大値を抽出する最大値抽出処理と、形状候補領域（３４）を最大値の垂直方向の分布における谷の位置を境界として分割することによって被分割形状候補領域（３４）を生成する谷部抽出処理とを含む。

本発明による超音波探傷データ処理装置（５２）において、フォーカルロー方向分離処理は、形状候補領域の内部のエコー高さのデータのうち所定値以下のデータを除いた有効値データの、超音波探傷に用いられるデータの路程方向についての平均値である路程方向平均値の分布を算出する路程方向平均値算出処理と、前記有効値データの、前記路程方向に垂直な垂直方向の分布のうちの谷の位置を境界として分割することによって前記被分割形状候補領域を生成する谷部抽出処理とを含む。

本発明による超音波探傷データ処理方法は、超音波探傷によって検査される対象の形状に関する形状データ（１８）を取得するステップ（Ｓ１）と、超音波探傷によって得られた対象のデータにおいて、エコーが所定の基準を満たす領域を傷候補領域（３３）として抽出する傷候補領域抽出ステップ（Ｓ４）と、傷候補領域のうち、形状データに基づいて設定される形状ゲート領域（３０）に重なる領域を形状候補領域（３４）として抽出するステップ（Ｓ６）と、形状候補領域（３４）をエコー高さが極小の部分を境界として分割する分割処理によって被分割形状候補領域（３４）を生成するステップと、被分割形状候補領域（３４‐１〜３４‐４）の位置を代表する代表点を設定する代表点設定ステップ（Ｓ１８）と、代表点が形状データに基づいて設定された設定領域（３０）に含まれるとき被分割形状候補領域（３４‐１〜３４‐４）を形状エコーであると判定するステップ（Ｓ２０）とを備える。

本発明による超音波探傷データ処理方法において、代表点設定ステップ（Ｓ１８）は、被分割形状候補領域（３４‐１〜３４‐４）の中からエコー高さのピークを複数抽出するステップ（Ｓ３２）と、複数のピークによって囲まれる領域の中から所定の方法により代表点を決定するステップ（Ｓ３８、Ｓ４０）とを備える。

本発明による超音波探傷データ処理方法において、分割処理は更に、Ａスコープ分離処理の後に、Ｂスコープにおいて路程方向に垂直な方向に形状候補領域（３４）を更に分割するフォーカルロー方向分離処理（Ｓ１４）を含む。

本発明による超音波探傷データ処理方法において、フォーカルロー方向分離処理（Ｓ１４）は、路程方向に垂直なフォーカルロー方向の各位置に対応して、形状候補領域（３４）の路程方向におけるエコー高さの最大値を抽出する最大値抽出処理と、形状候補領域（３４）を最大値の垂直方向の分布における谷の位置を境界として分割することによって被分割形状候補領域（３４‐１〜３４‐４）を生成する谷部抽出処理とを含む。

本発明における超音波探傷データ処理方法において、フォーカルロー方向分離処理は、形状候補領域の内部のエコー高さのデータのうち所定値以下のデータを除いた有効値データの、超音波探傷に用いられるデータの路程方向についての平均値である路程方向平均値の分布を算出する路程方向平均値算出処理と、有効値データの、路程方向に垂直な垂直方向の分布のうちの谷の位置を境界として分割することによって被分割形状候補領域を生成する谷部抽出処理とを含む。

本発明による超音波探傷データ処理プログラムは、本発明による超音波探傷データ処理方法をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、超音波探傷において形状エコーを高速に識別する超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラムが提供される。
更に本発明によれば、超音波探傷において形状エコーを高精度で識別することを可能にする超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラムが提供される。
更に本発明によれば、超音波探傷において検査員のスキルに依存する識別結果のばらつきを抑制する超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラムが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、超音波探傷検査を説明するための図である。超音波探傷検査において、プローブ６が検査対象２に向けられる。図１の左図に示すように、プローブ６は超音波を発生する多数の励起素子８を備える。プローブ６は、励起素子８を制御することによりフェイズドアレイ超音波探傷を行う。

プローブ６は、互いに隣接する複数の励起素子８を含む同時励起素子１０を単位として励起素子８を励起する。第ｎ番目の同時励起素子１０に対して、第ｎ＋１番目の同時励起素子１０は、励起素子８の配列方向の第１の向きにｉ個の励起素子８だけずれた励起素子８のグループとして設定される。同時励起素子１０は、電子的に制御された角度に発生される合成波面によりフェイズドアレイ超音波探傷を行う。

図１の右図に示すように、超音波探傷装置は、こうした構成のプローブ６である第１プローブ６‐１、第２プローブ６‐２及び第３プローブ６‐３を備える。第１プローブ６‐１は、溶接線４の上方から垂直探傷を行う。溶接線４は、紙面に垂直な方向に延長する。第２プローブ６‐２は、第１プローブ６‐１に対して、溶接線４から第１の方向にずれた位置に配置され、溶接線４に向いて斜めに配置されて斜角探傷を行う。第３プローブ６‐３は、溶接線４から第１の方向と反対の方向にずれた位置に配置され、溶接線４に向いて斜めに配置されて斜角探傷を行う。

図２は、超音波探傷装置が検査対象２に超音波探傷を行うことによって生成するエコーのＡスコープ波形を示す。複数の同時励起素子１０にそれぞれ対応して、複数のＡスコープ波形１４‐１〜１４‐Ｎが生成される。横軸はビーム路程、即ち合成波面１２に垂直な方向の超音波ビームの距離を示す。縦軸は複数のＡスコープ波形１４‐１〜１４‐Ｎに対して共通に規格化されたエコーの高さを示す。

図３は、複数のＡスコープ波形１４‐１〜１４‐Ｎを並べて、ビーム路程に対して垂直方向のエコー高さを可視化した図である。ビーム路程は、検査対象２の表面に対する屈折角（即ち入射角）だけ傾けて、左上から右下にかけて路程が長くなるように配置されている。こうした配置では、縦方向の距離が検査対象２のプローブ６が当てられている側面からの深さに対応する。

図３の横軸は、Ａスコープ波形１４‐１〜１４‐Ｎが、探傷ステップのピッチ、即ち一つの同時励起素子１０とその隣りの（即ち、最も重なりが大きい）同時励起素子１０との位置の差をピッチとして配列されていることを示す。ビーム路程をｘ軸、探傷ステップのピッチをｙ軸とすると、ｚ軸方向はエコー高さを示す。図３の上方のピークの集合は形状エコー１５、即ち傷でなく検査対象２の材質の形状によって発生したエコーの例を示す。図３の下方のピークの集合は傷を示す欠陥指示エコー１７の例を示す。

図４は、Ｂスコープ波形１６を示す。Ｂスコープ波形１６は、図３に示されたＡスコープ波形１４‐１〜１４‐Ｎの配列において、エコー高さに代えて輝度を用いた画像に対応する。Ｂスコープ波形１６により、図１の溶接線４に垂直な断面の超音波探傷の結果が視覚的にチェックされる。

超音波探傷装置により、検査対象２の検査データとして、Ａスコープ波形１４及びＢスコープ波形１６が生成される。本実施の形態における超音波探傷データ処理装置、方法及びプログラムは、こうした検査データにおけるエコー波形から、検査対象２の形状に由来する部分を自動的に取り除くために用いられる。

図１５は、超音波探傷データ処理装置の構成を示す。超音波探傷データ処理装置５２は、形状データ記憶部５４、傷候補領域抽出部５６、形状候補領域抽出部５８、被分割形状候補領域生成部５９、領域代表点設定部６２及び形状エコー判定部７０を含む。被分割形状候補領域生成部５９は、Ａスコープ分離部６０とフォーカルロー方向分離部６１とを含む。領域代表点設定部６２は、幾何中心抽出部６３、ピークエコー抽出部６４、ピーク領域生成部６６及びピークエコー中心生成部６８を含む。超音波探傷データ処理装置５２は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータによって好適に実現される。その場合、形状データ記憶部５４は、コンピュータが備える読み取り装置が記憶装置から形状データを読み込んでハードディスクに例示される記憶媒体に書き込むことによって実現される。傷候補領域５６〜形状エコー判定部７０は、コンピュータが備える記憶装置に書き込まれたソフトウェアとして実現され、コンピュータが備える演算制御装置が読み取り実行することにより各々の機能が実現される。

図５は、超音波探傷データ処理装置が実行する超音波探傷データ処理方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１：超音波探傷データ処理装置５２は、検査対象２の検査データを読み込む。超音波探傷データ処理装置５２は更に、検査対象２の形状（異なる素材が接触する面又は溶接部に例示される、傷に由来しないエコー像が発生する領域）を示す形状データを読み込んで、検査データと位置対応して重ね合わせた画像データを作成し、形状データ記憶部５４に格納する。

ステップＳ２：超音波探傷データ処理装置５２は、評価ゲートと形状認識ゲートとを、作業用画像に対して設定する。この設定は、所定のアルゴリズムにより自動的に、あるいは入力装置からの入力操作に応答して行われる。図６Ａ〜Ｄはこの設定を説明するための図である。図６Ａは、プローブと検査対象２との位置関係を示す。簡略のために第１プローブ６‐１のみが描かれている。

図６Ｂは、評価ゲート２０の設定について説明するための図である。評価ゲート２０は、検査対象２のうちの一部である検査される対象となる領域を示す。第１プローブ６‐１は、検査対象２の表面に垂直な方向を路程方向とするビームを発生する。評価ゲート２０は、検査対象領域の開始点を一端とし、形状１８に対してビームの路程方向に設定されたオフセット量２２だけ検査対象２の内部に侵入した位置を他端とした幅に設定される。そのオフセット量２２は、同時励振素子１０の位置に依存して設定される。

図６Ｃは、形状認識ゲートについて説明するための図である。形状認識ゲートは、検査対象２のうち形状１８を示すエコー像を傷を示すエコー像と区別して認識する処理である形状認識処理の対象となる領域を示す。形状認識ゲートは、次のように設定される。形状１８に対してビームの路程方向に設定された量αだけ検査対象２の表面、即ち第１プローブ６‐１に近い方向にずれた位置に、形状認識ゲート上端２４が設定される。形状１８に対してビームの路程方向に設定された量βだけ検査対象２の内部に侵入した位置に、形状認識ゲート下端２６が設定される。形状認識ゲート上端２４と形状認識ゲート下端２６との間の領域が形状認識ゲートである。

図６Ｄは、評価ゲート２０と形状認識ゲート３０のデータ構成を示す。ある同時励起素子１０（図６ＤのＦ１で付番される）に対して、ビーム路程Ｗに対応する値として、評価ゲート２８と形状認識ゲート３０とが設定される。形状認識ゲート３０は、評価ゲート２８の部分領域である。評価ゲート２０と形状認識ゲート３０とは、複数の同時励起素子１０の各々（図６ＤのＦ１、Ｆ２、Ｆ３等によって示される）に対して設定される。

ステップＳ４：傷候補領域抽出部５６は断面内領域認識処理を実行する。断面内領域認識処理は、Ｂスコープ波形１６において所定の強度のエコー像が存在する領域を抽出する処理である。図７Ａは、断面内領域認識処理が行われた画像データを示す。傷候補領域抽出部５６は、評価ゲート２０の内部のエコー群のうち所定の基準を満たす部分を、傷エコーを示している領域の候補である傷候補領域３３として抽出する。所定の基準は、例えばエコー高さが所定の基準値よりも高いという基準である。

本実施形態では、傷候補領域３３は、Ｂスコープ画像において、超音波ビームの路程方向と垂直な２辺及び平行な２辺を有する長方形であるように定義される。その代わりに、エコー像３２の輪郭が抽出され、その輪郭の内部の領域が、傷候補領域３３として定義されることも可能である。

傷候補領域３３は、図７Ａに例示されるように、人間がＢスコープ画像を見れば区別できる複数の山を含んでいることがある。これらの複数の山のうち、ある山は傷エコーを現し、他の山は形状エコーを現している可能性がある。

ステップＳ６：超音波探傷データ処理装置５２は、傷候補領域３３の領域範囲が形状認識ゲート３０の内部にあるか外部にあるかを判定する。傷候補領域３３は、一部が形状認識ゲート３０に重なっている場合、形状認識ゲート３０の内部にあると判定される。傷候補領域３３が形状認識ゲート３０の外部にある場合、傷候補領域３３は傷を示していると判定される（ステップＳ８）。形状候補領域抽出部５８は、形状認識ゲート３０の内部にある傷候補領域３３を、形状によるエコーである可能性のある領域である形状候補領域３４として抽出し、ステップＳ１０以降の処理を実行する（ステップＳ６ＹＥＳ）。

ステップＳ１０：Ａスコープ分離部６０は、形状候補領域をビーム路程方向に分離する処理であるＡスコープ分離を実行する。図７Ｂは、Ａスコープ分離を説明するための図である。図７Ｂの例では、路程に垂直なフォーカルロー方向の中央付近において、Ａスコープ波形が２つのピークを有する形状である。Ａスコープ分離部６０は、こうした条件を満たす形状候補領域を、路程方向に分割する。

図８Ａ、８Ｂは、Ａスコープ分離をより詳しく説明するための図である。図８Ａは、あるフォーカルローｉのＡスコープ波形３８ｉを示す。このＡスコープ波形３８ｉには、形状候補ピーク４０と傷ピーク４２の２つのピークが認められる。この２つのピークは裾野においてつながっている。

Ａスコープ分離部６０は、形状認識ゲート３０の内部においてエコー高さが最大値を示す形状候補ピーク４１を抽出する。そして、形状候補ピーク４１の高さに対して所定の割合の高さ（例えば形状候補ピーク４１の高さ−Ａデシベル、Ａは所定値）をカット閾値として設定する。そして、ビーム路程のうちエコー高さがカット閾値よりも小さい部分のエコーを切り捨てる。

図８Ｂは、切り捨て処理が行われた後のＡスコープ波形３８´ｉを示す。形状候補ピーク４１と傷ピーク４２とは分離されている。但し、この段階では形状候補ピーク４１と傷ピーク４２とは傷エコーか形状エコーか判定されていない。

ステップＳ１２：形状Ａスコープ分離が行われた後、傷候補領域抽出部５６は、再び断面内領域認識処理を実行する。その結果、図７Ａにおいて同一の形状候補領域３４に含まれていた路程方向に隣接するピークが分離された領域認識が達成される。この様子が図７Ｃに示されている。形状候補領域３４は、第１の形状候補領域３４‐１と第２の形状候補領域３４‐２とに分離されて認識されている。

ステップＳ１４：フォーカルロー方向分離部６１は、形状Ａスコープ分離が行われた傷候補領域をフォーカルロー方向に分離する処理であるフォーカルロー方向分離を実行する。図７Ｄは、フォーカルロー方向分離を説明するための図である。図７Ｄの例では、形状候補領域３４‐２のＢスコープ波形は、フォーカルロー方向に２つのピークを有する形状である。フォーカルロー方向分離部６１は、こうした条件を満たす形状候補領域を、フォーカルロー方向に分割する。

図９Ａ、９Ｂ、９Ｃを参照して、フォーカルロー方向分離部６１の動作についてより詳細に説明する。図９Ａは、処理対象である形状候補領域３４‐２を示す。形状候補領域３４‐２の路程がある一定値であるＬｉｎｅ１においてフォーカルロー方向の断面を見ると、図９Ｂの上図のエコー高さ分布４０‐Ｌ１に示される１つのエコーピークが観察される。形状候補領域３４‐２の路程が別の一定値であるＬｉｎｅ２においてフォーカルロー方向の断面を見ると、図９Ｂの下図のエコー高さ分布４０‐Ｌ２に示される１つのエコーピークが、Ｌｉｎｅ１の場合よりも右際に位置して観察される。

フォーカルロー方向分離部６１は、以下の動作を行う。
（ａ）最大値抽出処理：形状候補領域３４‐２のフォーカルロー方向の各位置に対応して、路程方向におけるエコー高さの最大値を抽出する。即ち、形状候補領域３４‐２のエコー高さを路程方向に射影したときの最大値を結んだ線である最大値曲線を抽出する。これにより、図９Ｃのエコー高さ分布４０‐Ｌ３に示されるように２つのエコーピークを含む画像が生成される。
（ｂ）最大値曲線のうち極小の部分（図９Ｃの谷の部分）を境界として形状候補領域３４‐２を分割することによって、被分割形状候補領域が生成される。図７Ｅに、生成された被分割形状候補領域３４‐３、３４‐４が示されている。

図１０を参照して、フォーカルロー方向分離部６１が上記（ｂ）の処理で行う極小部分の認識処理について説明する。フォーカルロー方向分離部６１は、以下の３パターンの認識方法のうちのいずれかを用いて、最大値曲線の谷の部分（図９Ｃの最大値曲線の極小となる位置の近傍の部分）の認識処理を行う。

条件（１）：
ｉ−１＞ｉ＜ｉ＋１
が満たされるとき、フォーカルロー方向の位置がｉで示される位置のＡスコープ波形１４をゼロ値にすることにより、形状候補領域３４がフォーカルロー方向に分離される。上記式におけるｉ−１，ｉ，ｉ＋１は、それぞれフォーカルロー方向の位置がｉ−１，ｉ，ｉ＋１の最大値曲線のエコー高さを示す。この条件は、図１０に実線で示された条件（１）のように、フォーカルロー方向の位置ｉにおいて最大値曲線が谷（極小）であることを示す。これにより、最大値曲線の浅い谷で形状候補領域３４が分離される。この条件は、判定のために必要な計算量が少ないため、高速処理に向いている。

条件（２）：
ｉ−１＞ｉ＜ｉ＋１且つｉ−２＞ｉ＜ｉ＋２
が満たされるとき、フォーカルローがｉで示される位置のＡスコープ波形１４をゼロ値にすることにより、形状候補領域３４がフォーカルロー方向に分離される。この条件は、図１０の条件（２）に示されているように、最大値曲線が、フォーカルロー方向の位置ｉにおいて、フォーカルロー方向の位置ｉ−１，ｉ＋１及びそれらの外側に隣接するフォーカルロー方向の位置ｉ−２，ｉ＋２よりも小さいことを示す。これにより、最大値曲線の若干浅い谷で形状候補領域３４が分離される。この条件は、条件（１）の場合よりもノイズの影響を低減するのに適している。

条件（３）：
ｉ−１＞ｉ＜ｉ＋１且つｉ−２＞ｉ−１且つｉ＋１＜ｉ＋２
が満たされるとき、フォーカルローがｉで示される位置のＡスコープ波形１４をゼロ値にすることにより、形状候補領域３４がフォーカルロー方向に分離される。この条件（３）は、図１０の条件（３）に示されているように、最大値曲線が、フォーカルロー方向の位置ｉにおいて、周囲の２つのフォーカルロー方向の位置の範囲で最も小さい値であることを示す。これにより、最大値曲線の深い谷で形状候補領域３４が分離される。この条件は、形状エコーと傷エコーの境界が明瞭であると思われる場合に適している。

ステップＳ１６：フォーカルロー方向分離が行われた後、傷候補領域抽出部５６は、再び断面内領域認識処理を実行する。その結果、図７Ｄにおいて同一の形状候補領域３４に含まれていたフォーカルロー方向に隣接するピークが分離された領域認識が達成される。この様子が図７Ｅに示されている。形状候補領域３４‐２は、形状候補領域３４‐３と形状候補領域３４‐４とに分離されて認識されている。

ステップＳ１８：領域代表点設定部６２は、形状候補領域３４‐１、３４‐３、３４‐４の各々に対して、領域代表点の設定を行う。設定の方法としては、以下に説明する２パターンのうちのいずれかが選択される。
第１の設定方法では、領域代表点設定部６２は、形状候補領域３４のエコー高さが最大値をとる位置に応じて領域代表点４９を決定する。

領域代表点を設定する第２の方法について、図１３を参照して説明がなされる。
ステップＳ３２：ピークエコー抽出部６４は、形状候補領域３４の内部におけるエコーレベルのピーク位置を算出する。

ステップＳ３４：算出されたエコーレベルのピーク点が１つである場合（ステップＳ３４ＮＯ）、ピークエコー抽出部６４は、そのピーク点を領域代表点として設定する（ステップＳ３６）。算出されたエコーレベルのピーク点が２つ以上ある場合、ピークエコー抽出部６４は、ステップＳ３８以下の処理を実行する。

ステップＳ３８：ピーク領域生成部６６は、図１１に示されているように、形状候補領域３４（領域ｉ）からピークエコー領域４７を抽出する。ピークエコー領域４７とは、その内部の全ての位置において、エコー高さが飽和して上限値をとる連続した領域のことである。ピーク点が２つ以上存在する場合、エコー高さが上限値に飽和する連続した領域が存在する。ピーク領域生成部６６は、この領域をピークエコー領域４７として抽出する。

ステップＳ４０：ピークエコー中心生成部６８は、そのピークエコー領域４７の中心を領域代表点４９として定義する。一実施形態では、ピークエコー領域４７の重心が領域代表点４８として定義され得る。他の実施形態では、図１２に示されているように、ピークエコー領域４７に外接するピーク矩形領域４８が定義され、その対角点の交点が、領域代表点４９として決定され得る。

第２の設定方法では、図１６に示されているように、ピークエコー中心生成部６８は、形状候補領域３４のそれぞれについて、有効値データの路程方向平均値の分布及び有効値データの垂直方向平均値の分布を算出し、算出された路程方向平均値の分布及び垂直方向平均値の分布から領域代表点４９を決定する。ここで有効値データとは、形状候補領域３４の各位置のエコー高さのデータのうち所定値以下のデータのことである。以下の説明において、所定値は”０”に設定される。ステップＳ１０においてカット閾値よりも小さい部分のエコーを切り捨てる処理が実行されているときには、所定値は”０”に設定されることが望ましい。

有効値データの路程方向平均値は、各フォーカルローについて定義される値である。ある形状候補領域３４についての、あるフォーカルローの有効値データの路程方向平均値は、当該フォーカルローの当該形状候補領域３４の内部の位置に相当する路程の有効値データの平均値である。有効値データの路程方向平均値の算出では、エコー高さが”０”であるデータは使用されないことに留意されたい。形状候補領域３４が、エコー像３２の輪郭として定義されている場合には、エコー高さの路程方向平均値がそのまま、有効値データの路程方向平均値である。例えば、あるフォーカルロー”ｉ”の有効値データの路程方向平均値Ａｖｅ_１（ｉ）は、下記式で定義される：

ここで、Ｎ_１は、フォーカルロー”ｉ”の各路程のうち、形状候補領域３４の内部にあり、且つ、エコー高さが”０”でない路程の数であり、Ｅｃｈｏ（ｐ）は、路程ｐのエコー高さであり、Σ_ｐは、形状候補領域３４の内部にあり、且つ、エコー高さが”０”でない路程についての和を表している。有効値データの路程方向平均値が形状候補領域３４に関与する全てのフォーカルローについて算出され、これにより、有効値データの路程方向平均値の分布が得られる。

一方、有効値データの垂直方向平均値は、路程方向に垂直に規定された各ラインについて定義される値である。ある形状候補領域３４についてのあるラインの有効値データの垂直方向平均値は、当該ライン上の当該形状候補領域３４の内部の位置に相当する各点の有効値データの平均値である。有効値データの垂直方向平均値の算出でも、エコー高さが”０”であるデータは使用されないことに留意されたい。形状候補領域３４が、エコー像３２の輪郭として定義されている場合には、エコー高さの垂直方向平均値がそのまま、有効値データの路程方向平均値である。例えば、あるラインＬｉｎｅｊの有効値データの路程方向平均値Ａｖｅ_２（ｊ）は、下記式で定義される：

ここで、Ｎ_２は、ラインＬｉｎｅｊ上の点のうち、形状候補領域３４の内部にあり、且つ、エコー高さが”０”でない点の数であり、Ｅｃｈｏ（ｑ）は、ラインＬｉｎｅｊ上の点ｑのエコー高さであり、Σ_ｑは、形状候補領域３４の内部にあり、且つ、エコー高さが”０”でない点についての和を表している。有効値データの垂直方向平均値が形状候補領域３４に関与する全てのラインについて算出され、これにより、有効値データの垂直方向平均値の分布が得られる。

算出された路程方向平均値の分布及び垂直方向平均値の分布から領域代表点４９が決定される。領域代表点４９は、形状候補領域３４のうち、路程方向平均値の分布のピークの位置にある路程方向に延伸する直線と、垂直方向平均値の分布のピークの位置にあるラインの交点として定義される。

領域代表点が設定された後の動作について、図５のフローチャートに戻って説明する。
ステップＳ２０：形状エコー判定部７０は、領域代表点が形状認識ゲート３０の外部に位置する形状候補領域３４を抽出し（ステップＳ２０ＮＯ）、その形状候補領域３４のエコーを欠陥に由来する傷エコーであると判定する（ステップＳ２２）。図１４の例では、形状候補領域５０‐２は領域代表点（長方形の幾何中心）４４‐２が形状認識ゲート３０の外部に位置するため、傷エコーとして判定される。

ステップＳ２４：形状エコー判定部７０は、領域代表点が形状認識ゲート３０の内部に位置する形状候補領域３４を抽出し（ステップＳ２０ＹＥＳ）、その形状候補領域３４のエコーを形状エコーであると判定する。図１４の例では、形状候補領域５０‐１、５０‐３は、領域代表点４４‐１、４４‐３が形状認識ゲート３０の内部に位置するため、形状エコーとして判定される。形状エコー判定部７０は、形状エコーを消去したＡスコープ波形及びＢスコープ波形を作成し、ディスプレイに表示する。この表示画面を参照することにより、形状エコーが消去された見易い超音波探傷検査の結果を得ることができる。

上述の形状識別処理では、図５に示されているように、ステップＳ１０においてエコー像を路程方向に分離する処理（Ａスコープ分離処理）が行われた後に、ステップＳ１４においてエコー像をフォーカルロー方向（路程方向に垂直な方向）に分離する処理（フォーカルロー方向分離処理）が行われている。その代わりに、図１７に示されているように、エコー像をフォーカルロー方向に分離する処理（ステップＳ１０’）が行われた後、エコー像を路程方向に分離する処理（ステップＳ１４’）が行われ得る。

この場合、ステップＳ１０’では、エコー像を分離する方向が異なる点以外、Ａスコープ分離処理と同じ処理により、エコー像がフォーカルロー方向に分離される。即ち、ステップＳ１０’における処理では、図１８Ａに示されているように、Ａスコープデータ３８ｉの代わりに、路程方向に垂直な方向に規定された各ラインＬＩＮＥ１，２…に沿ったエコー高さの分布のデータを使用して上述のＡスコープ分離処理と同様の処理が行われる。これにより、図１８Ｂに示されているように、エコー高さの分布の谷の部分で、エコー像がフォーカルロー方向に分離される。図１８Ｂの例では、エコー像３２−１が、フォーカルロー方向に隣接する２つのエコー像３２−４、３２−５に分離される。エコー像３２−５は、路程方向に並んで重なっている２つのエコー像３２−１、３２−３からなるが、ステップＳ１０’におけるエコー像をフォーカルロー方向に分離する処理では分離されない。ステップＳ１０’のエコー像をフォーカルロー方向に分離する処理の後、再び断面内領域認識処理が実行される（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の断面内領域認識処理の後、エコー像を路程方向に分離する処理（ステップＳ１４’）が行われる。エコー像を分離する方向が異なる点以外、フォーカルロー分離処理と同じ処理により、エコー像が路程方向に分離される。即ち、ステップＳ１４’における処理では、各ラインに沿ったエコー高さの分布のデータの代わりに、Ａスコープデータを使用して上述のフォーカルロー分離処理と同様の処理が行われる。より具体的には、形状候補領域３４に定義されたラインのそれぞれについて、形状候補領域３４の内部におけるエコー高さの最大値を抽出し、ラインと形状候補領域３４の内部におけるエコー高さの対応を表す最大値曲線を抽出する。言い換えれば、最大値曲線は、形状候補領域３４の各位置におけるエコー高さをフォーカルロー方向に射影したときの最大値を結んだ線である。更に、図１８Ｃに示されているように、最大値曲線の谷の部分（図９Ｃの最大値曲線の極小となる位置の近傍の部分）を境界として形状候補領域３４が分割され、形状候補領域が新たに定義される。図１８Ｃの例では、形状候補領域３４−５が路程方向に分割され、形状候補領域３４‐１、３４‐３が新たに定義される。更に、ステップＳ１４’のエコー像を路程方向に分離する処理によって新たに定義された形状候補領域３４のそれぞれについてその内部においてエコー高さが最大値を示すピークを抽出し、抽出されたピークの高さに対して所定の割合の高さをカット閾値として設定する。更にＡスコープ分離部６０は、形状候補領域３４に関連するＡスコープデータの、エコー高さがカット閾値よりも小さい各路程のエコー高さのデータを０に置換する切り捨て処理を行う。これにより、エコー像が路程方向に分離される。例えば図１８Ｄの例では、エコー像３２−５がエコー像３２−１、３２−４に分離される。

ステップＳ１４’が行われた後、再び断面内領域認識処理が実行され（ステップＳ１６）。その結果、図１８Ｄに示されているように、路程方向にずれながら重なっていたエコー像３２−１、３２−３が分離して認識され、更に、エコー像３２−１、３２−３のそれぞれについて、形状候補領域３４‐１と形状候補領域３４‐３とが別々に定義される。以降の処理は、上述の形状識別処理と同様である。

Ａスコープの波形は、欠陥や形状エコーの立ち上がりにおいて波高値にばらつきが多い。このばらつきが大きい場合には、図17に示されるようにフォーカルロー方向の分離を先に、路程方向の分離を後に行ったほうが、適切な分割が可能である。

図１は、超音波探傷検査を説明するための図である。図２は、Ａスコープ波形を示す。図３は、複数のＡスコープ波形が並べられた図である。図４は、Ｂスコープ波形を示す。図５は、超音波探傷データ処理装置の動作を示す。図６Ａは、プローブと検査対象の位置関係を示す。図６Ｂは、評価ゲートを示す。図６Ｃは、形状認識ゲートを示す。図６Ｄは、評価ゲートと形状認識ゲートを示す。図７Ａは、領域認識処理が行われた画像を示す。図７Ｂは、Ａスコープ分離を実行中の画像を示す。図７Ｃは、Ａスコープ分離が行われた画像を示す。図７Ｄは、フォーカルロー方向分離を実行中の画像を示す。図７Ｅは、フォーカルロー方向分離が行われた画像を示す。図７Ｆは、形状エコーが識別された画像を示す。図８Ａは、Ａスコープ分離が行われる前のＡスコープ波形を示す。図８Ｂは、Ａスコープ分離が行われた後のＡスコープ波形を示す。図９Ａは、フォーカルロー方向分離を説明するための図である。図９Ｂは、フォーカルロー方向分離を説明するための図である。図９Ｃは、フォーカルロー方向分離を説明するための図である。図１０は、フォーカルロー方向分離の条件を示す。図１１は、領域代表点の設定を説明するための図である。図１２は、領域代表点の設定を説明するための図である。図１３は、領域代表点の設定方法を示す。図１４は、形状識別処理を示す。図１５は、超音波探傷データ処理装置の構成を示す。図１６は、領域代表点の設定方法を説明するための図である。図１７は、超音波探傷データ処理装置の動作を示す。図１８Ａは、フォーカルロー方向分離を実行中の画像を示す。図１８Ｂは、フォーカルロー方向分離が行われた画像を示す。図１８Ｃは、Ａスコープ分離を実行中の画像を示す。図１８Ｄは、Ａスコープ分離が行われた画像を示す。

符号の説明

２…検査対象
４…溶接線
６…プローブ
８…励振素子
１０…同時励振素子
１２…合成波面
１４…Ａスコープ波形
１６…Ｂスコープ波形
１８…形状
２０…評価ゲート
２２…オフセット量
２４…形状認識ゲート上端
２６…形状認識ゲート下端
２８…評価ゲート
３０…形状認識ゲート
３２…エコー像
３３…傷候補領域
３４…形状候補領域
３６…フォーカルロー方向ピーク
３８…Ａスコープ波形
４０…フォーカルロー方向エコー高さ分布
４１…形状候補ピーク
４２…傷ピーク
４４…幾何中心
４６…ピークエコー領域
４８…ピークエコー領域幾何中心
５０…形状候補領域
５２…超音波探傷データ処理装置

Claims

検査される対象の形状を示す形状データを記憶する形状データ記憶部と、
超音波探傷によって得られた前記対象のデータにおいて、エコーが所定の基準を満たす領域を傷候補領域として抽出する傷候補領域抽出部と、
前記傷候補領域のうち、前記形状データに基づいて設定される形状認識ゲートに重なる領域を形状候補領域として抽出する形状候補領域抽出部と、
前記形状候補領域をエコー高さが極小の部分を境界として分割する分割処理によって被分割形状候補領域を生成する被分割形状候補領域生成部と、
前記被分割形状候補領域の位置を代表する代表点を設定する代表点設定部と、
前記代表点が前記形状データに基づいて設定された形状認識ゲートに含まれるとき前記被分割形状候補領域を形状エコーであると判定する形状エコー判定部
とを具備する
超音波探傷データ処理装置。
請求項１に記載された超音波探傷データ処理装置であって、
前記代表点設定部は、
前記被分割形状候補領域の中からエコー高さのピークを複数抽出するピークエコー抽出部と、
前記複数のピークによって囲まれる領域の中から所定の方法により前記代表点を決定するピークエコー中心生成部
とを備える
超音波探傷データ処理装置。
請求項２に記載された超音波探傷データ処理装置であって、
前記代表点設定部は、
前記被分割形状候補領域の内部のエコー高さのデータのうち所定値以下のデータを除いた有効値データの、前記超音波探傷に用いられるビームの路程方向についての平均値である路程方向平均値の分布を算出する路程方向平均値算出部と、
前記有効値データの、前記路程方向に垂直な垂直方向についての平均値である垂直方向平均値の分布を算出する垂直方向平均値算出部とを備え、
前記代表点を、前記路程方向平均値の分布のピークの位置にある路程方向に延伸する直線と、前記垂直方向平均値のピークの位置にある前記垂直方向に延伸する直線の交点として設定する
超音波探傷データ処理装置。
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載された超音波探傷データ処理装置であって、
前記分割処理は、前記超音波探傷に用いられるビームの路程方向に前記形状候補領域を分割するＡスコープ分離処理を含む
超音波探傷データ処理装置。
請求項４に記載された超音波探傷データ処理装置であって、
前記分割処理は更に、前記Ａスコープ分離処理の後に、Ｂスコープにおいて前記路程方向に垂直な方向に前記形状候補領域を更に分割するフォーカルロー方向分離処理を含む
超音波探傷データ処理装置。
請求項５に記載された超音波探傷データ処理装置であって、
前記フォーカルロー方向分離処理は、
前記路程方向に垂直な垂直方向の各位置に対応して、前記形状候補領域の前記路程方向におけるエコー高さの最大値を抽出する最大値抽出処理と、
前記形状候補領域を前記最大値の前記垂直方向の分布における谷の位置を境界として分割することによって前記被分割形状候補領域を生成する谷部抽出処理
とを含む
超音波探傷データ処理装置。
請求項５に記載された超音波探傷データ処理装置であって、
前記フォーカルロー方向分離処理は、
前記形状候補領域の内部のエコー高さのデータのうち所定値以下のデータを除いた有効値データの、前記超音波探傷に用いられるビームの路程方向についての平均値である路程方向平均値の分布を算出する路程方向平均値算出処理と、
前記有効値データの、前記路程方向に垂直な垂直方向の分布のうちの谷の位置を境界として分割することによって前記被分割形状候補領域を生成する谷部抽出処理
とを含む
超音波探傷データ処理装置。
検査される対象の形状に関する形状データを取得するステップと、
超音波探傷によって得られた前記対象のデータにおいて、エコーが所定の基準を満たす領域を傷候補領域として抽出する傷候補領域抽出ステップと、
前記傷候補領域のうち、前記形状データに基づいて設定される形状認識ゲートに重なる領域を形状候補領域として抽出するステップと、
前記形状候補領域をエコー高さが谷の位置を境界として分割する分割処理によって被分割形状候補領域を生成するステップと、
前記被分割形状候補領域の位置を代表する代表点を設定する代表点設定ステップと、
前記代表点が前記形状データに基づいて設定された形状認識ゲートに含まれるとき前記被分割形状候補領域を形状エコーであると判定するステップ
とを具備する
超音波探傷データ処理方法。
請求項８に記載された超音波探傷データ処理方法であって、
前記代表点設定ステップは、
前記被分割形状候補領域の中からエコー高さのピークを複数抽出するステップと、
前記複数のピークによって囲まれる領域の中から所定の方法により前記代表点を決定するステップ
とを備える
超音波探傷データ処理方法。
請求項８に記載された超音波探傷データ処理方法であって、
前記代表点設定ステップは、
前記被分割形状候補領域の内部のエコー高さのデータのうち所定値以下のデータを除いた有効値データの、前記超音波探傷に用いられるビームの路程方向についての平均値である路程方向平均値の分布を算出するステップと、
前記有効値データの、前記路程方向に垂直な垂直方向についての平均値である垂直方向平均値の分布を算出するステップと、
前記代表点を、前記路程方向平均値の分布のピークの位置にある路程方向に延伸する直線と、前記垂直方向平均値のピークの位置にある前記垂直方向に延伸する直線の交点として設定するステップ
とを備える
超音波探傷データ処理方法。
請求項８から１０のうちのいずれか１項に記載された超音波探傷データ処理方法であって、
前記分割処理は、前記超音波探傷に用いられるビームの路程方向に前記形状候補領域を分割するＡスコープ分離処理を含む
超音波探傷データ処理方法。
請求項１１に記載された超音波探傷データ処理方法であって、
前記分割処理は更に、前記Ａスコープ分離処理の後に、Ｂスコープにおいて前記路程方向に垂直な方向に前記形状候補領域を更に分割するフォーカルロー方向分離処理を含む
超音波探傷データ処理方法。
請求項１１に記載された超音波探傷データ処理方法であって、
前記分割処理は更に、前記Ａスコープ分離処理の前に、Ｂスコープにおいて前記路程方向に垂直な方向に前記形状候補領域を分割するフォーカルロー方向分離処理を含む
超音波探傷データ処理方法。
請求項１２に記載された超音波探傷データ処理方法であって、
前記フォーカルロー方向分離処理は、
前記路程方向に垂直な垂直方向の各位置に対応して、前記形状候補領域の前記路程方向におけるエコー高さの最大値を抽出する最大値抽出処理と、
前記形状候補領域を前記最大値の前記垂直方向の分布における谷の位置を境界として分割することによって前記被分割形状候補領域を生成する谷部抽出処理
とを含む
超音波探傷データ処理方法。
検査される対象の形状に関する形状データを取得するステップと、
超音波探傷によって得られた前記対象のデータにおいて、エコーが所定の基準を満たす領域を傷候補領域として抽出する傷候補領域抽出ステップと、
前記傷候補領域のうち、前記形状データに基づいて設定される形状認識ゲートに重なる領域を形状候補領域として抽出するステップと、
前記形状候補領域をエコー高さが極小の部分を境界として分割する分割処理によって被分割形状候補領域を生成するステップと、
前記被分割形状候補領域の位置を代表する代表点を設定する代表点設定ステップと、
前記代表点が前記形状データに基づいて設定された形状認識ゲートに含まれるとき前記被分割形状候補領域を形状エコーであると判定するステップ
とを具備する方法をコンピュータに実行させるための超音波探傷データ処理プログラム。
請求項１５に記載された超音波探傷データ処理プログラムであって、
前記代表点設定ステップは、
前記被分割形状候補領域の中からエコー高さのピークを複数抽出するステップと、
前記複数のピークによって囲まれる領域の中から所定の方法により前記代表点を決定するステップ
とを備える
超音波探傷データ処理プログラム。
請求項１５または１６に記載された超音波探傷データ処理プログラムであって、
前記分割処理は、前記超音波探傷に用いられるビームの路程方向に前記形状候補領域を分割するＡスコープ分離処理を含む
超音波探傷データ処理プログラム。
請求項１７に記載された超音波探傷データ処理プログラムであって、
前記分割処理は更に、前記Ａスコープ分離処理の後に、Ｂスコープにおいて前記路程方向に垂直な方向に前記形状候補領域を更に分割するフォーカルロー方向分離処理を含む
超音波探傷データ処理プログラム。
請求項１７に記載された超音波探傷データ処理プログラムであって、
前記分割処理は更に、前記Ａスコープ分離処理の前に、Ｂスコープにおいて前記路程方向に垂直な方向に前記形状候補領域を分割するフォーカルロー方向分離処理を含む
超音波探傷データ処理プログラム。
請求項１８または１９に記載された超音波探傷データ処理プログラムであって、
前記フォーカルロー方向分離処理は、
前記路程方向に垂直な垂直方向の各位置に対応して、前記形状候補領域の前記路程方向におけるエコー高さの最大値を抽出する最大値抽出処理と、
前記形状候補領域を前記最大値の前記垂直方向の分布における谷の位置を境界として分割することによって前記被分割形状候補領域を生成する谷部抽出処理
とを含む
超音波探傷データ処理プログラム。
請求項１８または１９に記載された超音波探傷データ処理プログラムであって、
前記フォーカルロー方向分離処理は、
前記形状候補領域の内部のエコー高さのデータのうち所定値以下のデータを除いた有効値データの、前記超音波探傷に用いられるビームの路程方向についての平均値である路程方向平均値の分布を算出する路程方向平均値算出処理と、
前記有効値データの、前記路程方向に垂直な垂直方向の分布のうちの谷の位置を境界として分割することによって前記被分割形状候補領域を生成する谷部抽出処理
とを含む
超音波探傷データ処理プログラム。