JP5890437B2 - 超音波探傷方法および超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷方法および超音波探傷装置 Download PDF

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Description

本発明は、超音波探傷方法および超音波探傷装置に関し、特に、被検査体中の欠陥の高さを測定可能な超音波探傷方法および超音波探傷装置に関する。
被検査体中における欠陥(例えば、傷、割れ、溶接部の溶け込み不良等)の高さ(サイズ)を精度よく測定することは、被検査体の安全性評価、寿命予測等の精度を向上させる上で重要である。
従来、超音波探傷試験により欠陥の高さを測定する方法として、欠陥の端部からの反射波を捉え、反射波のピーク値における伝播時間と超音波の屈折角とから欠陥の高さを求める端部エコー法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。端部エコー法の一つの方法として、一つの超音波探触子を用いる一探触子法が知られており、主に斜角探傷で欠陥のコーナ部からの反射波(コーナエコー)を捉えた後、当該探触子を欠陥のほうに走査することによって、コーナエコーより短い伝播時間で端部エコーが検出でき、それを認識することで幾何学的な計算により欠陥の高さを測定する。しかし、小さな欠陥においては、端部エコーが出現しにくく、また、欠陥の端部からの反射波であることを認識するためには高度な知識と技量が必要である。
特許文献1には、端部からのエコーの検出率を高めるために、フェーズドアレイ超音波探傷を用いた超音波探傷装置が開示されている。この超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法は、端部エコーが最大感度で得られる位置で送信探触子をフェーズドアレイ探傷により収束距離を制御し、送信側探触子の前方に配置した固定角の受信探触子で端部エコーを受信し、送信位置と端部エコー最大検出点を結んだ多数の直線の交点を欠陥端部として求める方法である。
また、特許文献2には、縦波斜角探触子を用いて、縦波、横波、モード変換波及びクリーピング波による画像から欠陥の大きさを求める超音波試験方法および超音波試験装置が開示されている。
特開平11−248690号公報 特開2006−322900号公報
社団法人日本非破壊検査協会編、「超音波探傷試験III」、2001年版、社団法人日本非破壊検査協会、2001年6月11日、p.130−133
しかしながら、特許文献1に記載の超音波探傷装置では、送信探触子と固定角の受信探触子とから構成される探触子構造体を端部エコーが最大感度で得られる位置となるように走査させるための走査機構が必要となる。このため、超音波探傷装置の構成が複雑となるとともに、多数の計算により欠陥のサイジングを行うため、検査員が特許文献1に記載の超音波探傷装置を用いて簡便に検査することができないようになっていた。
また、特許文献2に記載の超音波試験方法および超音波試験装置では、各々の反射モードによる欠陥からの反射波を認識し、かつ探触子の位置から幾何学的に計算して欠陥の大きさを求めることが必要である。このため、検査員に超音波探傷に関する高度な知識や技量を要求するとともに、解析に要する時間が長くなっていた。
そこで、本発明は、被検査体中の欠陥の高さを簡便に精度よく測定可能な超音波探傷方法および超音波探傷装置を提供することを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明は、被検査体へ伝播させる超音波の屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する欠陥までの伝播時間毎に、前記欠陥からの反射波の強度を表示する第1の画像を生成する超音波探傷方法であって、前記第1の画像における前記欠陥からの反射波の強度が所定の閾値以上となる領域の広さに基づく反射画像度数を演算する度数演算ステップと、欠陥の高さと前記反射画像度数との関係を示す校正曲線に基づくとともに、前記度数演算ステップにより演算された前記反射画像度数に基づいて、前記欠陥の高さを推定する欠陥高さ推定ステップと、を有することを特徴とする超音波探傷方法である。
また、本発明は、探触子から被検査体へ伝播させる超音波の屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する欠陥までの伝播時間毎に、前記欠陥からの反射波の強度を表示する第1の画像を生成する探傷画像生成手段を備える超音波探傷装置であって、前記第1の画像における前記欠陥からの反射波の強度が所定の閾値以上となる領域の広さに基づく反射画像度数を演算する反射画像度数演算手段と、欠陥の高さと前記反射画像度数との関係を示す校正曲線に基づくとともに、前記反射画像度数演算手段により演算された前記反射画像度数に基づいて、前記欠陥の高さを推定する欠陥高さ推定手段と、を更に備えることを特徴とする超音波探傷装置である。
本発明によれば、被検査体中の欠陥の高さを簡便に精度よく測定可能な超音波探傷方法および超音波探傷装置を提供することができる。
本実施形態に係る超音波探傷装置の構成図である。 本実施形態に係る超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法を説明するためのフローチャートである。 試験片の人工欠陥の探傷検査を説明する図である。 人工欠陥の探傷検査により得られた探傷画像(Bスコープ)の例であり、(a)は欠陥深さ0.6mmの例であり、(b)は欠陥深さ1.5mmの例である。 (a)は縦波70°を用いた超音波探傷を示す模式図であり、(b)は縦波70°を用いて生成した校正曲線の例である。 (a)はクリーピング波を用いた超音波探傷を示す模式図であり、(b)はクリーピング波を用いて生成した校正曲線の例である。 被検査体の欠陥の探傷検査を説明する図である。 欠陥の探傷検査により得られた探傷画像(Bスコープ)の例である。 被検査体を切断して測定した溶接欠陥の実際の高さと、本処理により推定した欠陥高さ推定値との関係を示すグラフである。 Aスコープの一例である。 欠陥高さh1の人工欠陥からのコーナエコーにおける反射エコー強度とパルス幅との関係を説明する図である。 欠陥高さh2の人工欠陥からのコーナエコーにおける反射エコー強度とパルス幅との関係を説明する図である。 エコー高さと欠陥高さとの相関関係を示すグラフの一例である。
以下、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
≪超音波探傷装置1≫
まず、図1を用いて本実施形態の超音波探傷装置1について説明する。図1は、本実施形態に係る超音波探傷装置1の構成図である。
図1に示すように、超音波探傷装置1は、超音波探触子プローブ2と、超音波送受信器3と、アナログ/テジタル変換器(以下「A/D変換器」という。)4と、コンピュータ5と、操作入力部6と、画像表示部7と、を備えている。
そして、超音波探傷装置1は、超音波探触子プローブ2を被検査体100に設置した状態で、超音波探触子プローブ2から被検査体100に超音波Uを送信して、被検査体100の欠陥101からの反射波を超音波探触子プローブ2で受信することにより、被検査体100の探傷検査を行うとともに、被検査体100の欠陥101の板厚方向の高さ(以下、「欠陥高さh」という。)を推定することができるようになっている。
なお、図1において、欠陥101は、被検査体100の表面から肉厚方向にあるものを一例として図示している。
<超音波探触子プローブ2>
超音波探触子プローブ2は、超音波送受信器3から送信波形(送信信号)が印加されることにより超音波Uを送信し、また、超音波探触子プローブ2で反射波を受信して、その受信波形(受信信号)を超音波送受信器3に出力することができるようになっている。
超音波探触子プローブ2は、複数の超音波探触子21を有している。複数の超音波探触子21は、1次元または2次元的に配列され、フェーズドアレイ(Phased Array)探触子を構成している。超音波探触子21は、例えば圧電素子によって構成され、超音波を送信・受信する機能を有している。なお、超音波探触子21は、単独の探触素子(圧電素子)で構成されていてもよく、複数の探触素子(圧電素子)を並列接続して1つの探触子として構成されていてもよく、送信用の探触素子(圧電素子)および受信用の探触素子(圧電素子)を並列接続して1つの探触子として構成されていてもよい。
なお、本実施形態に係る超音波探傷装置1は、フェーズドアレイを用いて、超音波探触子プローブ2の各超音波探触子21を送信波形(送信信号)により励起させるタイミングを適宜異ならせて、被検査体100を伝播する超音波Uの屈折角θを連続的に変更(例えば、屈折角θ=0°〜85°)することができるようになっているものとして説明するが、これに限られるものではない。
例えば、超音波探触子プローブ2の各超音波探触子の角度を物理的に変更し、超音波Uの入射角を連続的に可変させることにより、被検査体100を伝播する超音波Uの屈折角θを連続的に可変させることができる可変角型探触子(図示せず)を用いた構成であってもよい。
<超音波送受信器3>
超音波送受信器3は、コンピュータ5(後記する中央制御部50)の探傷開始指令に基づいて超音波探触子プローブ2から超音波Uを送信するために、各超音波探触子21に送信波形(送信信号)を印加するようになっている。また、各超音波探触子21が受信した反射波の受信波形(受信信号)を増幅してA/D変換器4に出力するようになっている。
このため、超音波送受信器3は、送受信器制御部31と、信号発生器32と、送信側アンプ33と、受信側アンプ34と、を備えている。
送受信器制御部31、信号発生器32および送信側アンプ33は、超音波Uを発生させるために超音波探触子プローブ2の該当する各超音波探触子21に送信波形(送信信号)を印加するための機構である。受信側アンプ34は、各超音波探触子21から受信した受信波形(受信信号)を増幅してA/D変換器4に出力するための機構である。
送受信器制御部31は、コンピュータ5(後記する中央制御部50)の探傷開始指令に基づいて、信号発生器32に励起信号を発生させる。信号発生器32で発生した励起信号は、送信側アンプ33で増幅され、送信波形(送信信号)として、超音波探触子プローブ2の各超音波探触子21に出力される。
ここで、送受信器制御部31は、信号発生器32で励起信号を発生させるタイミングを制御して、超音波探触子21を励起させるタイミングを制御することにより、超音波探触子プローブ2から被検査体100に入射し、被検査体100を伝播する超音波Uの屈折角θを制御することができるようになっている。
また、各超音波探触子21が受信した反射波の受信波形(受信信号)は、受信側アンプ34で増幅され、A/D変換器4に出力される。
<A/D変換器4>
A/D変換器4は、超音波送受信器3の受信側アンプ34で増幅されたアナログ信号(受信波形、受信信号)を、デジタル信号(デジタル波形)に変換し、コンピュータ5(後記する探傷画像生成部51)に出力する機能を有している。なお、A/D変換器4としては、例えば、市販の外付けA/D変換器、またはコンピュータ組み込み式のボードタイプのA/D変換器等が利用できる。
<コンピュータ5>
コンピュータ5は、中央制御部50と、探傷画像生成部51と、反射画像度数演算部52と、校正曲線生成部53と、欠陥高さ推定部54と、少なくとも探傷画像551および校正曲線552を記憶する記憶部55と、を備えている。
なお、コンピュータ5は、例えば、電源投入時等のイニシャルブートプログラムが格納されているROM(Read Only Memory)(図示せず)、ワーキングメモリとして使用されるRAM(Random Access Memory)(図示せず)、OS(Operations System)や各種アプリケーションプログラムなどが格納されるとともに記憶部55として機能するHDD(Hard Disc Drive)(図示せず)、演算処理部としてのCPU(Central Processing Unit)(図示せず)等を備え、CPU(図示せず)が、各種アプリケーションプログラムを実行することにより、中央制御部50、探傷画像生成部51、反射画像度数演算部52、校正曲線生成部53、欠陥高さ推定部54として機能するようになっている。
中央制御部50は、超音波探傷装置1の全体を制御するようになっている。
探傷画像生成部51は、A/D変換器4から出力された各超音波探触子21のデジタル信号(デジタル波形)を、オフセット時間を調整して加算し、Aスコープ(A−スキャンともいう。)を生成する。ここで、Aスコープとは、受信した超音波信号の振幅(反射エコー強度)と反射源までの伝播時間との関係を示す波形である。
また、探傷画像生成部51は、超音波Uの屈折角θごとに生成したAスコープから、Bスコープ(B−スキャンともいう。)を生成する。ここで、Bスコープとは、超音波ビームの伝播方向(屈折角θ)に対するAスコープ情報により表示される二次元画像、y−z平面のセクタスキャンによる断面画像である。
探傷画像生成部51で生成されたAスコープおよびBスコープは、探傷画像551として記憶部55に記憶されるようになっている。
反射画像度数演算部52は、探傷画像551(Bスコープ)から反射画像度数Dを演算するようになっている。なお、反射画像度数Dについては、後記する。
校正曲線生成部53は、反射画像度数Dと欠陥高さhの相関関係を示す校正曲線552を生成する機能を有している。なお、記憶部55に校正曲線552があらかじめ入力されている超音波探傷装置1においては、校正曲線生成部53はなくてもよい。
欠陥高さ推定部54は、反射画像度数Dおよび校正曲線552に基づいて、欠陥高さhを推定する機能を有している。
記憶部55は、探傷画像生成部51で生成された探傷画像551(Aスコープ、Bスコープ)および校正曲線生成部53で生成された校正曲線552を記憶する機能を有している。なお、校正曲線552は、予め入力されていてもよい。
<操作入力部6、画像表示部7>
コンピュータ5(中央制御部50)は、キーボード、マウス等の操作入力部6と接続されており、検査員(オペレータ)が操作入力部6を操作することにより指示を受け付けることができるようになっている。
コンピュータ5(中央制御部50)は、画像表示部7と接続されており、探傷画像生成部51で生成された探傷画像551(Aスコープ、Bスコープ)、欠陥高さ推定部54で推定された欠陥高さh等を、画像表示部7に表示させることができるようになっている。
なお、コンピュータ5、操作入力部6、画像表示部7は、一体に形成されたラップトップコンピュータ、タブレット端末、PDA(Personal Digital Assistant;携帯情報端末)等であってもよい。
≪超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法≫
次に、図2を用いて本実施形態の超音波探傷装置1を用いた超音波探傷方法(欠陥高さ推定方法)について説明する。図2は、本実施形態に係る超音波探傷装置1を用いた超音波探傷方法を説明するためのフローチャートである。
なお、以下の説明において、被検査体100の欠陥101として、溶接欠陥であるY開先部の初層の溶け込み不足による欠陥101(図7参照)を例に説明する。
ここで、図2に示すフローチャートの説明に先立って、本実施形態に係る超音波探傷装置1を用いた超音波探傷方法の前提などを、図3を用いて説明する。
図3は、試験片200の人工欠陥201の探傷検査を説明する図である。
まず、探傷検査を行う被検査体100と材質および板厚の等しい試験片200に、初層の溶け込み不足による欠陥(欠陥101)を模擬して、放電加工によりスリット(人工欠陥201)を形成する。なお、以下の説明において、試験片200は、板厚12mmの炭素鋼とした。
また、試験片200に形成された人工欠陥201の欠陥高さhは、あらかじめ測定され、既知であるものとする。もしくは、人工欠陥201の探傷検査(後述する図2のステップS101)の後に、試験片200を切断して人工欠陥201の欠陥高さhを測定してもよい。そして、試験片200は、欠陥高さhが異なる人工欠陥201が複数形成されているものとする。
検査員は、超音波探傷装置1の超音波探触子プローブ2を試験片200に設置して、図2に示す処理を超音波探傷装置1(中央制御部50)に実行させる。
ステップS101において、中央制御部50は、超音波送受信器3の送受信器制御部31に探傷開始指令を送信して、試験片200の人工欠陥201の超音波探傷検査を実行する。
図3に示すように、フェーズドアレイ超音波探傷により、試験片200への屈折角θ(図1参照)を連続的に変えてセクタスキャン(例えば、屈折角θ=0°〜85°)することにより超音波探傷検査を行う。なお、フェーズドアレイ超音波探傷による場合、縦波、横波、モード変換波およびクリーピング波を発生させることができる縦波70°(屈折角θ=70°の縦波)を用いることにより、屈折角θ=0°〜85°でセクタスキャン画像を得て、複数モードによる人工欠陥201からの画像を得ることができる。
そして、探傷画像生成部51は、探傷画像551(Bスコープ)を生成する。図4は、人工欠陥201の探傷検査により得られた探傷画像(Bスコープ)の例であり、(a)は欠陥深さh=0.6mmの例であり、(b)は欠陥深さh=1.5mmの例である。なお、欠陥(人工欠陥201)からの反射画像の表示は、反射エコー強度を色諧調表示することで、識別性を向上させている。ただし、図4の例においては、紙面の都合上、反射エコー強度が高いほど白く、反射エコー強度が低いほど黒くなるように図示している。
ステップS102において、中央制御部50は、画像表示部7に探傷画像生成部51で生成した探傷画像551(Bスコープ)(図4(a)、図4(b)参照)を表示して、Bスコープの中から検査員に人工欠陥201の反射エコーに対応する反射画像202(図4(a)、図4(b)参照)を選択させる。
ステップS103において、反射画像度数演算部52は、人工欠陥201の反射エコーに対応する反射画像202の反射画像度数Dを演算する。
ここで、反射画像度数Dは、Bスコープ上の人工欠陥201の反射エコーに対応する反射画像202のうち、反射エコー強度が、あらかじめ設定された所定の反射エコー強度を超える画像度数(画素数、面積値)とする。
図4(a)の例において、欠陥深さh=0.6mmに対して、反射画像度数D=303であった。また、図4(b)の例において、欠陥深さh=1.5mmに対して、反射画像度数D=468であった。
そして、反射画像度数演算部52は、欠陥深さhと反射画像度数Dとを対応付けて、記憶部55に記録する。
ステップS104において、中央制御部50は、全ての人工欠陥201の探傷検査が終了したか否かを判定する。
全ての人工欠陥201の探傷検査が終了していない場合(S104・No)、中央制御部50の処理は、ステップS105に進む。ステップS105において、中央制御部50は、例えば、画像表示部7に超音波探触子プローブ2の移動を指示する画面を表示して、検査員に、超音波探傷装置1の超音波探触子プローブ2を次の人工欠陥201の探傷位置に移動(再設置)させる。そして、ステップS101に戻り、次の人工欠陥201の超音波探傷検査を行うようになっている。
一方、全ての人工欠陥201の探傷検査が終了した場合(S104・Yes)、中央制御部50の処理は、ステップS106に進む。
ステップS106において、校正曲線生成部53は、記憶部55に記録された複数の欠陥深さhと反射画像度数Dとの関係を近似する近似式を生成する。
ステップS107において、校正曲線生成部53は、生成した近似式の回帰分析を行い、相関係数R値を算出する。
ステップS108において、校正曲線生成部53は、近似式の相関係数R2 値が0.8以上であるか否かを判定する。なお、相関係数R2 値が0.8以上であれば、一般に近似式が成立する可能性が高いといわれている値である。
相関係数R2 値が0.8以上でない場合(S108・No)、校正曲線生成部53の処理はステップS106に戻り、近似式を再度生成する。もしくは、図2の破線で示す矢印のように、ステップS101に戻り、人工欠陥201の超音波探傷検査からやり直してもよい。
相関係数R2 値が0.8以上である場合(S108・Yes)、校正曲線生成部53は、近似式を校正曲線552として記憶部55に記憶して、中央制御部50の処理は、ステップS109に進む。
ここで、ステップS106からステップS108の処理により得られた人工欠陥201の欠陥高さhと反射画像度数Dとの関係を示す校正曲線552の例を示す。図5は、縦波70°を用いて生成した校正曲線552の例である。また、別の例として、図6は、クリーピング波を用いて生成した校正曲線552の例である。
図5に示す縦波70°を用いて生成した校正曲線552の例において、近似式はD=−50h2 +379.2h+48.08で相関係数R2 値は0.955となった。また、図6に示すクリーピング波を用いて生成した校正曲線552の例において、近似式はD=−1.0903h2 +67.722h+40.249で相関係数R2 値は0.9788となった。いずれにおいても高い相関が得られた。
ステップS109を開始する前に、検査員は、図7に示すように、超音波探傷装置1の超音波探触子プローブ2を被検査体100に設置する。
図2に戻り、ステップS109において、中央制御部50は、超音波送受信器3の送受信器制御部31に探傷開始指令を送信して、被検査体100の欠陥101の超音波探傷検査を実行する。そして、探傷画像生成部51は、探傷画像551(Bスコープ)を生成する。なお、ステップ109における探傷検査と、ステップS101における探傷検査とは、検査対象が試験片200の人工欠陥201から検査体100の欠陥101に変更された点を除けば同様であるため、説明を省略する。
ステップS109の欠陥101の探傷検査により得られた探傷画像(Bスコープ)の例を図8に示す。
ステップS110において、中央制御部50は、画像表示部7に探傷画像生成部51で生成した探傷画像551(Bスコープ)(図8参照)を表示して、Bスコープの中から検査員に欠陥101の反射エコーに対応する反射画像102(図8参照)を選択させる。
ステップS111において、反射画像度数演算部52は、欠陥101の反射エコーに対応する反射画像102の反射画像度数Dを演算する。
ここで、反射画像度数Dは、図8に示すBスコープ上の欠陥101の反射エコーに対応する反射画像102のうち、反射エコー強度が、あらかじめ設定された所定の反射エコー強度を超える画像度数(画素数、面積値)とする。
図8の例において、反射画像度数D=344であった。
ステップS112において、欠陥高さ推定部54は、ステップS111で演算した反射画像度数Dと、校正曲線552(ステップS101からステップS108の処理により生成された近似式)とから、欠陥101の欠陥高さhを推定する。
図8の例において、欠陥101の欠陥高さh=1.0mmとなった。
ステップS113において、中央制御部50は、全ての探傷位置の探傷検査が終了したか否かを判定する。
全ての探傷位置の探傷検査が終了していない場合(S113・No)、中央制御部50の処理は、ステップS114に進む。ステップS114において、中央制御部50は、例えば、画像表示部7に超音波探触子プローブ2の移動を指示する画面を表示して、検査員に、超音波探傷装置1の超音波探触子プローブ2を被検査体100の次の探傷位置に移動(再設置)させる。そして、ステップS109に戻り、次の探傷位置の超音波探傷検査を行うようになっている。
一方、全ての探傷位置の探傷検査が終了した場合(S113・Yes)、中央制御部50の処理を終了する。
ここで、図9に、被検査体100を切断して測定した溶接欠陥(欠陥101)の実際の高さ(横軸)と、図2に示す処理により推定した欠陥高さhの推定値(縦軸)との関係を示す。回帰分析の結果、欠陥101の実際の高さ(横軸)と推定値(縦軸)とは、直線で近似でき、相関係数R2 値は0.9606となり、高い相関が得られた。
このように、超音波探傷検査により得られた探傷画像551(Bスコープ)から演算された反射画像度数Dと、予め求めておいた校正曲線552とから、欠陥101の欠陥高さhを簡便に精度よく測定(推定)することができる。
≪作用・効果≫
本実施形態に係る超音波探傷装置Sを用いた超音波探傷方法の作用・効果について、従来の超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法と比較しつつ説明する。
本実施形態に係る超音波探傷装置Sによれば、1つの欠陥101の欠陥高さhを推定する際、特許文献1に記載の超音波探傷装置のように、走査機構により超音波探触子を被検査体の表面に沿って(図1における左右方向)移動させることなく超音波探傷と欠陥の高さを推定することができる。このため、特許文献1に記載の超音波探傷装置のような走査機構が不要となることにより、超音波探傷装置の構成が簡便となるとともに、被検査体100への超音波探触子プローブ2の取り付け・取り外しも容易となる。
また、本実施形態に係る超音波探傷装置Sは、反射画像度数Dと予め求めておいた校正曲線552とから、欠陥101の欠陥高さhを推定することができるので、複雑な計算は不要であり、特許文献1に記載の超音波探傷装置と比較して、短時間で欠陥101の欠陥高さhを推定することができる。また、特許文献2に記載の超音波試験方法および超音波試験装置のように、検査員に超音波探傷に関する高度な知識や技量を要求することなく、簡便に精度よく欠陥101の欠陥高さhを測定(推定)することができる。
ここで、人工欠陥201(欠陥101)からの反射エコー強度と、欠陥高さhとの関係について説明する。
図10は、ステップS101(図2参照)で測定したAスコープの一例であり、横軸は反射源までの伝播時間を示し、縦軸は反射エコー強度を示す。
人工欠陥201(欠陥101)からの反射エコー203は、反射エコー強度Hが大きいほど反射エコー203のパルス幅Wが大きくなる。なお、図10において、パルス幅Wは、反射画像度数Dを演算する際に(ステップS103、S111参照)、用いたあらかじめ設定された所定の反射エコー強度における伝播時間軸方向の幅としたが、ベース部分の幅や半値幅などであってもよい。
図11および図12は、人工欠陥201(スリット)からのコーナエコーにおける反射エコー強度とパルス幅との関係を説明する図である。図11(a)は欠陥高さh1における超音波探傷を示す模式図であり、図11(b)は欠陥高さh1のコーナエコーにおける反射エコー強度H1とパルス幅W1を示す模式図である。図12(a)は欠陥高さh2(h2>h1とする。)における超音波探傷を示す模式図であり、図12(b)は欠陥高さh2のコーナエコーにおける反射エコー強度H2とパルス幅W2を示す模式図である。
図11および図12に示すように、人工欠陥201(スリット)の欠陥高さがh1<h2の場合、反射エコー強度がH1<H2となる。また、パルス幅はW1<W2となる。
従来、反射エコー強度(ピークの高さ)と欠陥高さhとの相関関係を利用して、反射エコー強度H1、H2から欠陥高さh1,h2を推定する方法が知られている(例えば、非特許文献1、P127参照)。
しかし、人工欠陥201(スリット)の欠陥高さhが大きくなると、反射エコー強度(反射エコー高さ)が飽和することが知られている。図13に一例を示す。図13は、屈折角θ=45°、周波数5MHz、振動子寸法10mm×10mmとした場合、各きずの形状について、横軸をきずの幅、直径、または深さ(欠陥高さhに相当する。)とし、縦軸を相対エコー高さ(反射エコー強度Hに相当する。)としたグラフである。
図13に示すように、反射エコー強度Hから欠陥高さhを推定する場合、欠陥高さhが大きくなると、反射エコー強度Hが飽和してしまい欠陥高さhを精度よく推定することができなかった。
これに対し、本実施形態に係る超音波探傷装置1による超音波探傷方法によれば、反射画像度数Dから欠陥高さhを推定する。ここで、反射画像度数Dにおける超音波の伝搬時間方向における幅は、反射エコー203のパルス幅Wとなる。
このように、反射画像度数Dから欠陥高さhを推定することにより、図5(b)や図6(b)に示すように、欠陥高さhがより高い領域においても精度よく推定することができる。
≪変形例≫
なお、本実施形態に係る超音波探傷装置1は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
本実施形態に係る超音波探傷装置1において、反射画像度数Dは、Bスコープ(探傷画像551)上の欠陥101(反射欠陥201)の反射エコーに対応する反射画像102(202)のうち、反射エコー強度が、あらかじめ設定された所定の反射エコー強度を超える画像度数(画素数、面積値)とするものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、反射画像度数Dを各画素における反射エコー強度を積算した体積値としてもよい。
また、本実施形態に係る超音波探傷装置1において、被検査体100の欠陥101について超音波探傷検査(図2に示すステップS109からS114参照)を行う前に、試験片200の人工欠陥201について超音波探傷検査を行い校正曲線552を生成する(図2に示すステップS101からS108参照)ものとして説明したが、これに限られるものではない。
あらかじめ、超音波探傷検査が予想される被検査体100の材質、板厚ごとの校正曲線552をデータベースとして記憶部55に記憶しておき、被検査体100の超音波探傷検査前に、被検査体100の材質、板厚を入力してデータベースから該当する校正曲線552を読み込むものであってもよい。
1 超音波探傷装置
2 超音波探触子プローブ(探触子)
3 超音波送受信器
4 A/D変換器
5 コンピュータ
6 操作入力部
7 画像表示部
21 超音波探触子(探触子)
31 送受信器制御部
32 信号発生器
33 送信側アンプ
34 受信側アンプ
50 中央制御部
51 探傷画像生成部
52 反射画像度数演算部
53 校正曲線生成部
54 欠陥高さ推定部
55 記憶部
100 被検査体
101 欠陥
102 反射画像
200 試験片
201 人工欠陥
202 反射画像
551 探傷画像(画像)
552 校正曲線
U 超音波
θ 屈折角
h 欠陥高さ
D 反射画像度数
H 反射エコー強度

Claims (8)

  1. 被検査体へ伝播させる超音波の屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する欠陥までの伝播時間毎に、前記欠陥からの反射波の強度を表示する第1の画像を生成する超音波探傷方法であって、
    前記第1の画像における前記欠陥からの反射波の強度が所定の閾値以上となる領域の広さに基づく反射画像度数を演算する度数演算ステップと、
    欠陥の高さと前記反射画像度数との関係を示す校正曲線に基づくとともに、前記度数演算ステップにより演算された前記反射画像度数に基づいて、前記欠陥の高さを推定する欠陥高さ推定ステップと、を有する
    ことを特徴とする超音波探傷方法。
  2. 被検査体へ伝播させる超音波の屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する欠陥までの伝播時間毎に、前記欠陥からの反射波の強度を表示する第1の画像を生成する超音波探傷方法であって、
    前記第1の画像における前記欠陥からの反射波の強度が所定の閾値以上となる領域の前記欠陥からの反射波の強度の和に基づく反射画像度数を演算する度数演算ステップと、
    欠陥の高さと前記反射画像度数との関係を示す校正曲線に基づくとともに、前記度数演算ステップにより演算された前記反射画像度数に基づいて、前記欠陥の高さを推定する欠陥高さ推定ステップと、を有する
    ことを特徴とする超音波探傷方法。
  3. 前記被検査体と材質および板厚が等しい試験片に人工欠陥を形成して、前記試験片へ伝播させる前記超音波の前記屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する前記人工欠陥までの伝播時間毎に、前記人工欠陥からの反射波の強度を表示する第2の画像を生成し、前記第2の画像における前記人工欠陥からの反射波に基づく前記反射画像度数を演算し、前記人工欠陥の高さおよび前記反射画像度数との関係に基づいて、前記校正曲線を生成する校正曲線生成ステップを更に有し、
    前記校正曲線生成ステップは、前記度数演算ステップの前に行われる
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波探傷方法。
  4. 探触子から被検査体へ伝播させる超音波の屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する欠陥までの伝播時間毎に、前記欠陥からの反射波の強度を表示する第1の画像を生成する探傷画像生成手段を備える超音波探傷装置であって、
    前記第1の画像における前記欠陥からの反射波の強度が所定の閾値以上となる領域の広さに基づく反射画像度数を演算する反射画像度数演算手段と、
    欠陥の高さと前記反射画像度数との関係を示す校正曲線に基づくとともに、前記反射画像度数演算手段により演算された前記反射画像度数に基づいて、前記欠陥の高さを推定する欠陥高さ推定手段と、を更に備える
    ことを特徴とする超音波探傷装置。
  5. 探触子から被検査体へ伝播させる超音波の屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する欠陥までの伝播時間毎に、前記欠陥からの反射波の強度を表示する第1の画像を生成する探傷画像生成手段を備える超音波探傷装置であって、
    前記第1の画像における前記欠陥からの反射波の強度が所定の閾値以上となる領域の前記欠陥からの反射波の強度の和に基づく反射画像度数を演算する反射画像度数演算手段と、
    欠陥の高さと前記反射画像度数との関係を示す校正曲線に基づくとともに、前記反射画像度数演算手段により演算された前記反射画像度数に基づいて、前記欠陥の高さを推定する欠陥高さ推定手段と、を更に備える
    ことを特徴とする超音波探傷装置。
  6. 前記校正曲線は、
    前記被検査体と材質および板厚が等しい試験片に人工欠陥を形成して、前記試験片へ伝播させる前記超音波の前記屈折角を変えて前記超音波を入射し、前記屈折角および前記超音波を反射する前記人工欠陥までの伝播時間毎に、前記人工欠陥からの反射波の強度を表示する第2の画像を生成し、前記第2の画像における前記人工欠陥からの反射波に基づく前記反射画像度数を演算し、前記人工欠陥の高さおよび前記反射画像度数との関係に基づいて生成される
    ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の超音波探傷装置。
  7. 前記探触子は、フェーズドアレイ型の超音波探触子である
    ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の超音波探傷装置。
  8. 前記探触子は、可変角型の超音波探触子である
    ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の超音波探傷装置。
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