JP6061077B2 - 超音波探傷方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探傷方法及び装置に係り、詳しくは被検体に内在するきず等の欠陥の程度を超音波を用いて検査する超音波探傷方法及び装置に関する。

超音波探傷法を用いて被検体に内在するきず等の欠陥を検出する１つの方法として、一定の距離離間させた１組の探触子を対向して被検体の表面に配置し、一方の探触子から被検体に超音波を照射させ、被検体に内在するきず等の欠陥からの散乱波・回折波を他方の探触子で受信する方法がある。このような方法をＴＯＦＤ（Time Of Flight Diffraction）法という。ＴＯＦＤ法では、扇状に広がる超音波ビームを照射して幅広い領域を探傷し、欠陥からの散乱波・回折波を受信する方法が使用されており、受信した信号強度に基づいて欠陥の有無や大きさを推定することが可能である。このような探傷法を用いた欠陥の評価は、ボイラや原子プラント等、多くの製品で用いられている。

ところで、被検体に内在するきずが点在している場合に、上述したＴＯＦＤ法でこのようなきずを推定しようとすると、反射波・回折波が干渉するため、得られた信号強度から点在するきずの大きさやその状態を評価することが困難であった。このため、被検体内に点在する微小なきずを評価する手法が求められていた。

点在するきずを評価する手法として、角柱状の被検査材に超音波探触子を配設して複数方向から超音波を入射させて探傷を行い、得られた反射パルスの波形の位相から、当該被検査材に内在する内部空孔の有無やその大きさを求める方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−２０７０２８号公報

しかしながら、上記特許文献に開示された技術は、ＴＯＦＤ法への拡張が困難である。また、角柱状の被検査材のみを対象としており、形状の異なる対象物や、探触子の設置に制約のある対象物には適用できないという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、被検体に内在するきず等の欠陥が点在している場合でも、当該欠陥の評価をより的確に行うことのできる超音波探傷方法及び装置を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１の超音波探傷方法は、被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して、送信用探触子から超音波を送信して前記きずからの散乱波及び回折波を発生させ、発生した散乱波及び回折波を複数の振動子からなる受信用探触子で受信する工程と、前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する工程と、分割した格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設けて前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した各信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする工程と、前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する工程と、を有し、前記分割する工程は、前記格子のそれぞれに対し、格子を介した前記送信用探触子から前記各振動子までの超音波の伝搬時間を遅延時間として求める工程をさらに有し、前記ゲート幅は、信号強度を求める格子に隣接する各格子のうち、予め定められた振動子からの距離が最も近い格子における遅延時間と、前記予め定められた振動子からの距離が最も遠い格子における遅延時間とに基づいて求められることを特徴とする。

請求項２の超音波探傷方法では、請求項１において、前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち、最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる各格子の信号強度の平均値に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする。

請求項３の超音波探傷方法では、請求項１において、前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる格子の中で、予め定められた閾値を超える信号強度を有する格子の数に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする。

請求項４の超音波探傷装置は、被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して、超音波を送信する送信用探触子と、複数の振動子からなり、前記きずに超音波が照射されることにより発生する散乱波及び回折波を受信する受信用探触子と、前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する分割手段と、分割された格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設け、前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする信号処理手段と、前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する評価手段と、を備え、前記分割手段は、前記格子のそれぞれに対し、格子を介した前記送信用探触子から前記各振動子までの超音波の伝搬時間を遅延時間として求め、前記信号処理手段は、信号強度を求める格子に隣接する各格子のうち、予め定められた振動子からの距離が最も近い格子における遅延時間と、前記予め定められた振動子からの距離が最も遠い格子における遅延時間とに基づいて前記ゲート幅を求めることを特徴とする。

請求項１の超音波探傷方法及び請求項４の超音波探傷装置によれば、超音波探傷を行い、探傷領域のうちの評価領域を格子状に分割して、格子のそれぞれについて各振動子が受信した信号波形を抽出して合成した信号波形の信号強度を求め、評価領域に存在するきずの程度を評価する。

これにより、評価領域の信号強度をより詳細に求めることができるので、評価領域に存在するきずの大きさや点在の状態をより的確に把握することができる。
また、送信用探触子と受信用探触子とを被検体上で走査する必要はないので、被検体と各探触子との接触状態によるノイズの発生が低減し、評価領域の信号強度を精度よく求めることができる。

本発明に係る超音波探傷装置を示す概略構成図である。 送信用探触子及び受信用探触子の概略図である。 本発明に係る超音波探傷方法を示すフローチャートである。 評価領域を格子状に分割する一例を示す図である。 メッシュのゲート幅を求める一例を示す図である。 （Ａ）は１番目の振動子が受信した信号波形、（Ｂ）は２番目の振動子が受信した信号波形、（Ｃ）はｍ番目の振動子が受信した信号波形、（Ｄ）はｎ番目の振動子が受信した信号波形に、それぞれゲート幅を設定した図である。 （Ａ）は１番目の振動子が受信した信号波形、（Ｂ）は２番目の振動子が受信した信号波形を（Ａ）の信号波形の位相に合わせた信号波形、（Ｃ）はｍ番目の振動子が受信した信号波形を（Ａ）の信号波形の位相に合わせた信号波形、（Ｄ）はｎ番目の振動子が受信した信号波形を（Ａ）の信号波形の位相に合わせた信号波形の図である。 各振動子が受信した信号波形を合成した合成波形を表す図である。 各メッシュの最大エコー強度に基づいて作成された探傷画像の一例を示す図である。 （Ａ）は３つの横穴が形成された被検体の概略図、（Ｂ）は９つの横穴が形成された被検体の概略図である。 実施例における探傷試験の概略図である。 （Ａ）は３つの横穴が形成された被検体の探傷画像、（Ｂ）は９つの横穴が形成された被検体の探傷画像である。 きずの面積率とエコー強度の相対値との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る超音波探傷装置１０の概略構成図である。超音波探傷装置１０は、例えばボイラ等の構造物の被検体１に内在する、点在する析出物等の微小なきず２からなる欠陥部４を検出して評価するための装置である。図１に示すように、超音波探傷装置１０は、パルス発生器１２、送信用探触子１４、受信用探触子１６、パルスレシーバ１８、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）２０、演算装置２２、及びモニタ２８を備える。

送信用探触子１４は、所定の周波数の超音波を送信するパルス発生器１２に接続され、パルス発生器１２から送信された超音波を被検体１に照射する。
受信用探触子１６は、パルスレシーバ１８に接続され、欠陥部４からの回折波を受信する。

図２に送信用探触子１４及び受信用探触子１６の概略図を示す。送信用探触子１４と受信用探触子１６とは一定距離離間し、互いに対向して配置されている。送信用探触子１４は１つの振動子１４ａからなり、パルス発生器１２から入力された入力信号により振動子１４ａが振動して超音波を発生する。図示しないが、送信用探触子１４から被検体１に照射される超音波ビームは扇状に広がるので、より広い範囲を探傷することが可能となる。
受信用探触子１６は複数の振動子１６ａからなり、各振動子１６ａで欠陥部４からの回折波を受信する。本実施形態では、受信用探触子１６としてアレイ探触子を使用する。受信用探触子１６にアレイ探触子を使用することで、被検体１上で送信用探触子１４及び受信用探触子１６を走査しなくても、探傷画像を生成することが可能となるので、欠陥部４の位置を特定することができる。なお、振動子１６ａのそれぞれは直線状に配置されていてもよく、格子状や円形状に配置されていてもよい。

受信用探触子１６で受信された回折波は、パルスレシーバ１８で電気信号に変換される。電気信号に変換された回折波は、Ａ／Ｄ変換器２０でデジタル信号に変換され、演算装置２２で信号処理される。
演算装置２２は、信号処理部２４と、画像生成部２６とを備える。信号処理部２４は、回折波の信号波形を信号処理して被検体１に内在する欠陥部４の評価を行う。画像生成部２６は、信号処理部２４での信号処理結果に基づいて探傷画像を生成し、モニタ２８に表示する。なお、信号処理部２４で信号処理した信号波形をモニタ２８に表示するようにしてもよい。また、図示しないが、演算装置２２はＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを有している。

以下、このように構成された超音波探傷装置１０を用いて、被検体１を検査する超音波検査方法について説明する。図３には、本発明に係る超音波探傷方法のフローチャートを示しており、当該フローチャートに基づいて以下に説明する。なお、以下に説明するステップＳ２以降の処理は、演算装置２２で行われるものである。

ステップＳ１では、パルス発生器１２で発生させた超音波を送信用探触子１４を介して被検体１内に伝搬させ、被検体１の超音波探傷を実施する。詳しくは、送信用探触子１４の振動子１４ａに対してパルス発生器１２から所定の周波数の超音波を送信し、振動子１４ａをその周波数で振動させて被検体１内に超音波を伝搬させ、欠陥部４からの回折波を受信用探触子１６の各振動子１６ａで受信する。受信された回折波はパルスレシーバ１８で電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器２０でデジタル信号に変換されて演算装置２２に入力される。

ステップＳ２では、上記ステップＳ１で被検体１を超音波探傷した探傷領域のうち、欠陥部４のエコー強度（信号強度）を評価したい評価領域を決定し、当該評価領域を複数の格子状のメッシュに分割して、メッシュ毎の遅延時間を求める。ここで、評価領域はきず２の発生形態に応じて決定され、且つきず２が存在する可能性のある領域を含むように決定する。各メッシュＭにおける遅延時間の求め方については、図４に一例としてメッシュＭ１における遅延時間の求め方を示しており、図４に基づいて以下に説明する。探傷領域から評価領域Ｒを決定した後、評価領域Ｒを所定の大きさの格子状に分割し、送信用探触子１４から送信された超音波がメッシュＭ１に到達するまでの遅延時間と、メッシュＭ１で反射したその超音波が各振動子１６ａ₁〜１６ａ_nで受信されるまでのそれぞれの遅延時間とから、メッシュＭ１における各振動子１６ａ₁〜１６ａ_nのそれぞれの遅延時間を求める。

例えばメッシュＭ１において、メッシュＭ１に最も近い振動子１６ａ₁の遅延時間は、送信用探触子１４からメッシュＭ１までの伝搬時間と、メッシュＭ１から振動子１６ａ₁までの伝搬時間とを加算した時間となる。同様に、メッシュＭ１から最も離れている振動子１６ａ_nの遅延時間は、送信用探触子１４からメッシュＭ１までの伝搬時間と、メッシュＭ１から振動子１６ａ_nまでの伝搬時間とを加算した時間となる。

なお、図４に示す振動子１６ａ_m（ｍは１以上の整数）は、振動子１６ａ₁〜１６ａ_nの中央に位置する振動子である。また、評価領域Ｒは２次元の平面である。さらに、各メッシュＭの一辺の長さは、送信用探触子１４から被検体１に送信される超音波の波長以下とするのが好ましく、超音波の波長の１／２以下とするのがより好ましい。メッシュＭの一辺の長さを超音波の波長より長くすると、きず２の大きさや点在の状態を正しく評価できなくなる可能性があるため、好ましくない。

ステップＳ３では、メッシュＭのゲート幅を求める。詳しくは、図５に一例としてメッシュＭ１のゲート幅を求める場合の概略図を示しており、図５に基づいて以下に説明する。メッシュＭ１のゲート幅を求める場合、メッシュＭ１に隣接する８つのメッシュＭのうち、基準となる振動子１６ａ_x（ｘは１〜ｎのうちのいずれか）における遅延時間の最大値ｔ_MAX、最小値ｔ_MINを探索し、その遅延時間ｔ_MAX、ｔ_MINに基づいてゲート幅を求める。図５では、基準となる振動子として振動子１６ａ₁〜１６ａ_nの中央に位置する振動子１６ａ_mを選択している。そして、メッシュＭ１に隣接する８つのメッシュＭのうち、振動子１６ａ_mからの距離が最も遠いメッシュＭ_MAXの遅延時間が遅延時間の最大値ｔ_MAXとなり、最も近いメッシュＭ_MINの遅延時間が遅延時間の最小値ｔ_MINとなる。この遅延時間ｔ_MAX、ｔ_MINと、メッシュＭ１の振動子１６ａ_mにおける遅延時間ｔ_M1とを用いて、以下に示す式（１）、（２）からゲート幅ｔα、ｔβを求める。
ｔα＝（ｔ_M1−ｔ_MIN）／２ ・・・（１）
ｔβ＝（ｔ_MAX−ｔ_M1）／２ ・・・（２）

なお、ゲート幅は以下の式（３）から求めてもよい。
ｔα＝ｔβ＝（ｔ_MAX−ｔ_MIN）／４ ・・・（３）
また、本ステップで基準とする振動子１４ａ_xは、振動子１４ａ_mに限られず、振動子１６ａ₁〜１６ａ_nの中から選択される。

ステップＳ４では、振動子１６ａ₁〜振動子１６ａ_nで受信したメッシュＭ１からの回折波の各信号波形に上記ステップＳ３で求めたゲート幅ｔα、ｔβを設定して、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形をそれぞれ抽出する。図６（Ａ）に振動子１４ａ₁の信号波形、図６（Ｂ）に振動子１６ａ₂の信号波形、図６（Ｃ）に振動子１６ａ_mの信号波形、図６（Ｄ）に振動子１６ａ_nの信号波形をそれぞれ示す。図６（Ａ）では、振動子１６ａ₁が受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１６ａ₁の遅延時間ｔ₁を基準にして、遅延時間ｔ₁より早い側にゲート幅ｔα、遅延時間ｔ₁より遅い側にゲート幅ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。図６（Ｂ）も図６（Ａ）と同様に振動子１６ａ₂が受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１６ａ₂の遅延時間ｔ₂を基準にして、ゲート幅ｔα、ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。図６（Ｃ）も図６（Ａ）と同様に振動子１６ａ_mが受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１６ａ_mの遅延時間ｔ_mを基準にして、ゲート幅ｔα、ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。図６（Ｄ）も図６（Ａ）と同様に振動子１６ａ_nが受信した信号波形において、上記ステップＳ２で求めた振動子１６ａ_nの遅延時間ｔ_nを基準にして、ゲート幅ｔα、ｔβをそれぞれ設定し、ゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出する。

例えば送信用探触子１４と受信用探触子１６とを被検体１に配置する位置と、被検体１内を伝搬する超音波の音速とが予め判っている場合には回折波の信号波形が現れる伝搬時間を求めることができるので、ゲート幅ｔα、ｔβを設けなくても信号波形を抽出することは可能となる。しかしながら、被検体１に対する送信用探触子１４と受信用探触子１６との配置位置がずれてしまったり、被検体１内を伝搬する超音波の音速が若干変化してしまったりする場合には、求めた伝搬時間も本来現れる回折波の伝搬時間からずれてしまう。従って抽出する信号波形の部分も本来抽出すべき信号波形の部分からずれてしまうため好ましくない。しかしながら、ゲート幅ｔα、ｔβを設定して信号波形を抽出することによって、送信用探触子１４及び受信用探触子１６を配置する位置がずれてしまったり被検体１内を伝搬する超音波の音速がずれてしまったりする場合でも、後述するエコー強度を求めるために必要な部分の信号波形を抽出することができる。

また、各振動子１６ａ₁〜１６ａ_nが受信した信号波形に対してゲート幅を設定せずに信号波形を抽出する場合、信号が所々抜けてしまうため、後述するような探傷画像を生成すると離散的な画像になってしまい、きず２を過小評価してしまう可能性がある。しかし、各振動子１６ａ₁〜１６ａ_nが受信した信号波形に対してゲート幅ｔα、ｔβに含まれる信号波形を抽出することで、信号の抜けが低減されるので信号が滑らかに変化し、これらの信号に基づいて生成した探傷画像は滑らかに変化する画像となり、欠陥部２をより適切に評価することができる。

ステップＳ５では、上記ステップＳ４で抽出した信号波形を合成して、上記ステップＳ３で選択されたメッシュＭのエコー強度（信号強度）Ｅsを求める。詳しくは、図７（Ａ）〜（Ｄ）及び図８を用いて説明する。図７（Ａ）は振動子１６ａ₁の信号波形、（Ｂ）は（Ａ）の信号波形と位相を合わせた振動子１６ａ₂の信号波形、（Ｃ）は（Ａ）の信号波形と位相を合わせた振動子１６ａ_mの信号波形、（Ｄ）は（Ａ）の信号波形と位相を合わせた振動子１６ａ_nの信号波形、図８は各振動子１６ａ₁〜１６ａ_nの信号波形を合成した合成波形をそれぞれ示している。

図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、振動子１６ａ₂〜１６ａ_nの各信号波形の位相を振動子１６ａ₁の信号波形の位相に合わせた後、振動子１６ａ₁〜１６ａ_nの各信号波形を加算平均により合成し、図８に示すような合成波形を得る。この合成波形の最大値がメッシュＭ１におけるエコー強度Ｅsとなる。
なお、上述したステップＳ３〜Ｓ５は、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭについて行われる。

ステップＳ６では、評価領域Ｒにおける各メッシュＭの信号強度Ｅsに基づいて探傷画像を生成する。図９に探傷画像の一例を示すように、各メッシュＭにおける信号強度Ｅsが反映された探傷画像を生成する。図９に示す画像は、色が濃くなるほど信号強度が強いことを示している。図９に示すように、画像化することでもきず２の大きさや点在の状態等をより詳細に評価することができる。また、送信用探触子１４及び受信用探触子１６を配置するだけで探傷画像を生成することができるので、被検体１上で送信用探触子１４及び受信用探触子１６を走査する場合に比べて、被検体１と送信用探触子１４及び受信用探触子１６との接触状態によるノイズの影響が低減される。従って、より精度のよい探傷画像を得ることができる。

ステップＳ７では、各メッシュＭで求められたエコー強度Ｅsに基づいて欠陥部４を評価する。詳しくは、評価領域Ｒ内の各メッシュＭにおけるエコー強度Ｅsの平均値Ｅs_aveを求め、その平均値Ｅs_aveから欠陥部４の状態を評価する。欠陥部４に複数のきず２が点在している場合には、複数のきず２が点在していない場合と比べてエコー強度Ｅsの平均値Ｅs_aveが増大するので、平均値Ｅs_aveを求めることで欠陥部４におけるきず２の大きさや点在の状態（程度）、即ちきず２が連続したり密集したりして形成されているその状態を評価することができる。ここで、エコー強度の平均値Ｅs_aveは、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭにおけるエコー強度Ｅsの平均値としてもよいが、評価領域Ｒに含まれるメッシュＭのうち、最大のエコー強度を有するメッシュを含む所定の領域に含まれるメッシュＭのエコー強度の平均値とするのが好ましい。

なお、本ステップでは、エコー強度Ｅsが所定の閾値を超えるメッシュの数、当該メッシュの数の割合、エコー強度Ｅsが所定の閾値を超えるメッシュの面積、及び当該面積の割合の少なくともいずれかに基づいて欠陥部４の評価を行ってもよい。メッシュ数から評価する場合、評価領域Ｒにある各メッシュＭのうち、予め定められた閾値を超えるエコー強度Ｅsを有するメッシュＭの数（以下、メッシュ数という）Ｎを求める。欠陥部４に複数のきず２が密集している場合には、きず２が密集していない場合と比べてメッシュ数Ｎが増加するので、メッシュ数Ｎを求めることで欠陥部４におけるきず２の大きさや点在の状態を評価することができる。ここで、メッシュ数Ｎは、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭから求めてもよいが、評価領域Ｒに含まれるメッシュＭのうち、最大のエコー強度を有するメッシュＭを含む所定の領域から求めるのが好ましい。なお、本ステップで使用される閾値は、予めメモリ等に設定されていてもよく、ユーザにより設定される値であってもよい。

また、評価領域Ｒに含まれる全てのメッシュＭの数に対するメッシュ数Ｎの割合、またはメッシュＭを含む所定の領域に含まれるメッシュの数に対するメッシュ数Ｎの割合を求め、きず２の大きさや点在の状態を評価してもよい。さらに、閾値を超えたメッシュＭの面積から、きず２の大きさや点在の状態を評価してもよい。また、評価領域Ｒの面積に対する閾値を超えたメッシュＭの面積の割合、またはメッシュＭを含む所定の領域に含まれるメッシュＭの面積に対する閾値を超えたメッシュＭの面積の割合から、きず２の大きさや点在の状態を評価してもよい。

また、最大エコー強度と判定する基準となる閾値Ｅtを予めメモリ等に設定しておき、評価領域Ｒに含まれるメッシュＭの中で、閾値Ｅtを超えるエコー強度Ｅsを有するメッシュＭが複数存在する場合には、そのメッシュＭ毎に所定の領域を設定し、閾値Ｅtを超えるエコー強度Ｅsを有するメッシュＭを含む所定の領域におけるきず２の大きさや点在の状態を個々に評価するのが好ましい。

このように、本実施形態では、超音波探傷を行った探傷領域のうち、評価したい領域Ｒを格子状に分割し、メッシュＭ毎に各振動子１６ａが受信した信号波形を抽出して合成した信号波形の最大値を信号強度Ｅsとして求め、評価領域Ｒに内在するきず２を各エコー強度Ｅsに基づいて評価する。これにより、評価領域Ｒの信号強度がより細かく求められるので、当該信号強度から評価領域Ｒに存在するきず２の大きさや点在の状態等を容易に把握することができる。従って、欠陥部４が連続して点在するきず２からなる場合でも、欠陥部４でのきず２の程度をより正確に評価することができる。

以下、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
本発明に係る超音波探傷装置１０及び超音波探傷方法を用いて、模擬欠陥部が設けられた被検体１ａ、１ｂの模擬欠陥部の評価を行った。被検体１ａ、１ｂとして、鋼材を使用した。

図１０（Ａ）には、模擬欠陥部４ａとして被検体１ａの長手方向に３つの横穴２’が形成された被検体１ａ、図１０（Ｂ）には、模擬欠陥部４ｂとして９つの横穴２’が形成された被検体１ｂをそれぞれ示している。本実施例では、横穴２’の直径ｒが０．５ｍｍ、深さＤが２５ｍｍ、隣り合う横穴２’の中心位置の距離ｄ１、ｄ２はそれぞれ１ｍｍである。

図１１に探傷試験の概略図を示す。図１１に示すように、模擬欠陥部４ｂを挟むように、被検体１ｂ上に配置された斜角シュー３０に送信用探触子１４、送信用探触子１４と対向する側の斜角シュー３０に受信用探触子１６をそれぞれ設置して、送信用探触子１４から扇状に広がる超音波ビームを被検体１ｂに照射して超音波探傷を行い、模擬欠陥部４ｂの評価を行った。なお、図１１では例として模擬欠陥部４ｂが形成された被検体１ｂを示しているが、被検体１ａも同様の構成で探傷試験を行った。

そして、本発明に係る超音波探傷方法で模擬欠陥部４ａ、４ｂの評価を行った。詳しくは、評価領域Ｒの各メッシュＭの大きさを０．５ｍｍ×０．５ｍｍとして各メッシュにおけるエコー強度Ｅsを求め、エコー強度Ｅsに基づいて探傷画像を生成した。そして、評価領域Ｒの中で、予め定めたエコー強度の閾値を超えたメッシュＭの数Ｎを求めた。そして、被検体１ａで閾値を超えたメッシュ数Ｎ_Aを基準とし、被検体１ａ、１ｂでそれぞれ求めたメッシュ数Ｎから、メッシュ数の相対値Ｎ／Ｎ_Aを求めた。また、比較例として、従来のＴＯＦＤ法を用いて被検体１ａ、１ｂの探傷試験をそれぞれ行い、被検体１ａで測定したエコー高さを基準値Ｐ_Aとし、被検体１ａ、１ｂのエコー高さをそれぞれエコー高さＰとして、エコー高さの相対値Ｐ／Ｐ_Aを求めた。結果を図１２、図１３にそれぞれ示す。なお、従来のＴＯＦＤ法とは、送信用探触子と１つの振動子からなる受信用探触子とで被検体１ａ、１ｂに形成した横穴２’を挟み（図１１参照）、且つ横穴２’が送信用探触子及び受信用探触子の二等分線上にあるように、当該送信用探触子及び当該受信用探触子を対向配置して超音波探傷を行い、エコー高さを測定するものである。

図１２（Ａ）には２値化した被検体１ａの探傷画像、図１２（Ｂ）には２値化した被検体１ｂの探傷画像をそれぞれ示している。図１２（Ａ）の略中央にある白抜きの部分が模擬欠陥部４ａを示すきず指示、図１２（Ｂ）の略中央にある白抜きの部分が模擬欠陥部４ｂを示すきず指示である。図１２（Ａ）、（Ｂ）から、模擬欠陥部４ａよりも横穴２’が多く形成されている模擬欠陥部４ｂの方が、探傷画像のきず指示の面積が大きくなっていることが判る。

図１３には、本実施例で求めたメッシュ数の相対値Ｎ／Ｎ_Aときずの面積率との関係を示すグラフに、従来のＴＯＦＤ法から求めたエコー高さの相対値Ｐ／Ｐ_Aときずの面積率との関係を示すグラフに重ねて示している。ここで、横軸に示すきずの面積率は、上述した３．５ｍｍ×３．５ｍｍの範囲において横穴２’が占める面積の割合を示している。図１３に示すように、従来のＴＯＦＤ法では、きずの面積率が大きくなっても相対値Ｐ／Ｐ_Aはあまり変化していない。しかし、本発明に係る超音波探傷方法では、従来のＴＯＦＤ法で測定したエコー高さと比べてきずの面積率が大きくなると相対値Ｎ／Ｎ_Aが顕著に大きくなっていることが判る。

このように、本発明に係る超音波探傷方法を行うことで得られた探傷画像から、被検体に内在するきずの位置、大きさ、及び点在の状態を容易に把握できることが判る。また、エコー強度の平均値Ｅs_aveに基づいて、より正確にきずの程度を評価できることが判る。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、超音波探触子としてアレイ探触子１６を使用しているが、複数の振動子１６ａを有する探触子であれば、アレイ探触子１６に限られず使用可能である。

１、１ａ、１ｂ 被検体
２ きず
２’ 横穴
４、４ａ、４ｂ 欠陥部
１０ 超音波探傷装置
１４ 送信用探触子
１６ 受信用探触子
２２ 演算装置
２４ 信号処理部
２６ 画像生成部

Claims (4)

1. 被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して、送信用探触子から超音波を送信して前記きずからの散乱波及び回折波を発生させ、発生した散乱波及び回折波を複数の振動子からなる受信用探触子で受信する工程と、
   前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する工程と、
   分割した格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設けて前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した各信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする工程と、
   前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する工程と、
   を有し、
   前記分割する工程は、前記格子のそれぞれに対し、格子を介した前記送信用探触子から前記各振動子までの超音波の伝搬時間を遅延時間として求める工程をさらに有し、
   前記ゲート幅は、信号強度を求める格子に隣接する各格子のうち、予め定められた振動子からの距離が最も近い格子における遅延時間と、前記予め定められた振動子からの距離が最も遠い格子における遅延時間とに基づいて求められることを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち、最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる各格子の信号強度の平均値に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
3. 前記評価する工程では、前記評価領域にある全ての格子のうち最大の信号強度を有する格子を含む領域、または予め定められた大きさの信号強度を超える信号強度を有する格子毎に設けられた領域に含まれる格子の中で、予め定められた閾値を超える信号強度を有する格子の数に基づいて、前記きずの程度を評価することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
4. 被検体に内在する少なくとも１つ以上のきずに対して、超音波を送信する送信用探触子と、
   複数の振動子からなり、前記きずに超音波が照射されることにより発生する散乱波及び回折波を受信する受信用探触子と、
   前記被検体を超音波探傷した領域のうち、評価する領域となる評価領域を決定し、前記評価領域を格子状に分割する分割手段と、
   分割された格子のそれぞれについて、各振動子で受信した信号波形にゲート幅を設け、前記ゲート幅に含まれる信号波形をそれぞれ抽出し、抽出した信号波形を、位相を合わせて合成し、合成した信号波形を対応する格子の信号強度とする信号処理手段と、
   前記評価領域にある各格子の信号強度に基づいて、前記評価領域に内在するきずの程度を評価する評価手段と、
   を備え、
   前記分割手段は、前記格子のそれぞれに対し、格子を介した前記送信用探触子から前記各振動子までの超音波の伝搬時間を遅延時間として求め、
   前記信号処理手段は、信号強度を求める格子に隣接する各格子のうち、予め定められた振動子からの距離が最も近い格子における遅延時間と、前記予め定められた振動子からの距離が最も遠い格子における遅延時間とに基づいて前記ゲート幅を求めることを特徴とする超音波探傷装置。

Images