JP6223864B2 - 超音波探傷方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャープ波を用いて超音波難透過材を探傷する超音波探傷方法に関するものである。

従来、周波数が変化するチャープ信号を送信パルス信号として送信するチャープ信号送信部を備える超音波送受信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この超音波送受信装置では、チャープ信号に対応する超音波パルスを超音波探触子から被検体へ入射する。また、超音波探触子は、入射した超音波パルスの反射波を受信し、受信した反射波をエコー信号に変換してパルス圧縮部及び参照信号作成部へ送出する。参照信号作成部は、送信パルス信号（ＦＭ信号）またはエコー信号に対応した任意の参照信号を作成する。そして、パルス圧縮部は、エコー信号と参照信号との間の相関処理を行う。

特開平７−１６７８４４号公報

ところで、超音波探傷を行う探傷対象物としては、超音波が透過し難い、ステンレス鋼鋳造材などの超音波難透過材がある。この超音波難透過材に超音波を照射すると、超音波難透過材の内部に形成された欠陥部から超音波が反射し、また、超音波難透過材を構成する結晶粒界から超音波が反射される。ここで、特許文献１の超音波送受信装置を用いて、超音波難透過材の超音波探傷を行う場合、相関処理に用いられる参照信号を送信パルス信号とすると、相関処理されたエコー信号は、欠陥部からの反射波を検出すると共に、結晶粒界からの反射波を検出する。このため、特許文献１の構成では、送信パルス信号を参照信号としているため、超音波難透過材の特性を考慮した波形により相関処理ができず、相関処理後の反射波には、結晶粒界からの反射波がノイズ（粒界ノイズ）として生じてしまい、欠陥部の検出精度が低くなる可能性がある。

そこで、本発明は、探傷対象物が超音波難透過材であっても、超音波難透過材の内部に形成される欠陥部を、精度良く検出することができる超音波探傷方法を提供することを課題とする。

本発明の超音波探傷方法は、所定の帯域内で周波数が変調される超音波であるチャープ波を、超音波難透過材に入射して超音波探傷を行う超音波探傷方法であって、単位時間における前記チャープ波の波数を設定する波数設定工程と、前記チャープ波の周波数を変調する度合いである周波数変調度を設定する変調度設定工程と、前記波数設定工程において設定される前記波数と、前記変調度設定工程において設定される前記周波数変調度となる前記チャープ波を、前記超音波難透過材で構成される試験体に対して入射させる第１チャープ波入射工程と、前記試験体で反射された前記チャープ波である反射波を受信する第１反射波受信工程と、前記波数設定工程において設定される前記波数と、前記変調度設定工程において設定される前記周波数変調度となる前記チャープ波を、前記超音波難透過材で構成される探傷対象物に対して入射させる第２チャープ波入射工程と、前記探傷対象物で反射された前記チャープ波である反射波を受信する第２反射波受信工程と、前記第１反射波受信工程において受信した前記反射波の波形を基準波形とし、前記基準波形に基づいて、前記第２反射波受信工程において受信した前記反射波を相関処理する相関処理工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、試験体から反射された反射波の波形を基準波形として用いることで、粒界ノイズ等のノイズ、つまり、超音波難透過材の特性によって発生するノイズを考慮した基準波形を用いることができる。このため、ノイズを考慮した基準波形に基づいて、探傷対象物から反射された反射波を相関処理することで、相関処理後の反射波に生じるノイズを抑制することができる。これにより、ノイズを抑制した分、探傷対象物の内部に形成される欠陥部を、精度良く検出することができる。なお、チャープ波は、指数関数的（対数的）に周波数が変化する、チャープ波であってもよいし、一次関数的（線形的）に周波数が変化する、チャープ波であってもよい。

また、前記第１反射波受信工程では、前記波数設定工程において設定される前記波数と、前記変調度設定工程において設定される前記周波数変調度とを異ならせながら、前記第１チャープ波入射工程を繰り返し行うことで、前記基準波形となる前記反射波を複数受信し、前記相関処理工程では、複数の前記基準波形のそれぞれに基づいて、前記第２反射波受信工程において受信した前記反射波を相関処理することで、相関処理された複数の前記反射波を生成しており、前記相関処理工程において相関処理された複数の前記反射波の波形と、前記反射波の波形に対応する複数の前記基準波形とに基づいて、ノイズ値をそれぞれ導出するノイズ導出工程と、算出した前記ノイズ値のうち、最も小さい前記ノイズ値の前記基準波形に対応する前記波数及び前記周波数変調度となるように、前記チャープ波を設定するチャープ波設定工程と、をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、チャープ波の波数及び周波数変調度を、探傷対象物に応じて適切に設定することができる。このため、相関処理後の反射波に生じるノイズを、より好適に抑制することができるため、探傷対象物の内部に形成される欠陥部を、より精度良く検出することができる。なお、ノイズ値としては、例えば、相関処理後の反射波と反射波に対応する基準波形とを用いて得られるＳ／Ｎ（Ｓ／Ｎ比）である。

また、前記波数設定工程において異ならせる前記波数は、１０波以上であることが好ましい。

この構成によれば、チャープ波の波数を１０波以上とすることで、相関処理後の反射波に生じるノイズを、より好適に抑制することができるため、探傷対象物の内部に形成される欠陥部を、より精度良く検出することができる。

また、前記波数設定工程において異ならせる前記波数は、２９波以下であることが好ましい。

この構成によれば、チャープ波の波数を２９波以下、つまり３０波未満とすることで、反射波を検出するにあたり時間分解能を相対的に高めることができるため、受信する反射波を精度良く識別して検出することができる。

また、前記チャープ波は、指数関数的に周波数が変化する、下記する（１）式及び（２）式に基づいて設定されており、前記波数をＮ、前記チャープ波の周波数変調度であるチャープ比をＣｒ、前記チャープ波の中心周波数をｆｃ、中心周波数ｆｃの所定の波数からｘ番目の波数における前記チャープ波の周波数をｆ（ｘ）とすると、
ｆ（ｘ）＝ｆｃ×Ｒ^ｘ ・・・（１）
Ｒ＝Ｃｒ^{（１／（Ｎ−１））} ・・・（２）
と表され、前記チャープ比Ｃｒは、Ｃｒ≧４またはＣｒ≦４^−１であることが好ましい。

この構成によれば、チャープ波のチャープ比をＣｒ≧４またはＣｒ≦４^−１とすることで、相関処理後の反射波に生じるノイズを、より好適に抑制することができるため、探傷対象物の内部に形成される欠陥部を、より精度良く検出することができる。

また、前記試験体は、反射波を効率よく得るため、鍛造材であることが好ましい。

この構成によれば、鍛造材の試験体を形成することで、試験体から得られる反射波の基準波形を、探傷対象物の材料特性を考慮したものとすることができることから、相関処理後の反射波に生じるノイズをより好適に抑制することができる。

また、前記探傷対象物が、鋳造材である場合、前記試験体は、鍛造材であることが好ましい。

この構成によれば、試験体として鍛造材を用いることで、試験体から得られる反射波を容易に検出することができ、作業効率を向上させることができる。

本発明の超音波探傷装置は、上記の超音波探傷方法で用いられる前記チャープ波を、前記試験体及び前記探傷対象物に入射させると共に、前記探傷対象物で反射された反射波を受信する探触子と、前記試験体から得られた前記基準波形に基づいて、前記探触子で受信した前記反射波を相関処理する相関処理部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、試験体から反射された反射波の波形を基準波形として用いることで、超音波難透過材の特性によって発生するノイズを考慮した基準波形を用いることができる。このため、ノイズを考慮した基準波形に基づいて、探傷対象物から反射された反射波を相関処理することで、相関処理後の反射波に生じるノイズを抑制することができる。これにより、ノイズを抑制した分、探傷対象物の内部に形成される欠陥部を、精度良く検出することができる。

図１は、本実施例に係る超音波探傷装置の模式図である。 図２は、試験体の二面図である。 図３は、波数に応じて変化するチャープ波の周波数を示すグラフである。 図４は、チャープ波のチャープ比とＳ／Ｎとの関係を示す表である。 図５は、チャープ波の波数とＳ／Ｎとの関係を示す表である。 図６は、本実施例に係る超音波探傷装置を用いて行われる超音波探傷作業に関するフローチャートである。 図７は、所定のチャープ波を入射させることにより得られる基準波形の一例を示す図である。 図８は、所定のチャープ波を入射させることにより得られる基準波形の一例を示す図である。 図９は、所定のチャープ波を入射させることにより得られる相関処理前の探傷結果の一例を示す図である。 図１０は、所定のチャープ波を入射させることにより得られる相関処理後の探傷結果の一例を示す図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。

図１は、本実施例に係る超音波探傷装置の模式図である。本実施例の超音波探傷装置１は、超音波が透過し難い超音波難透過材に超音波を照射しており、超音波として、所定の周波数帯域において周波数が変化するチャープ波を用いている。この超音波探傷装置１によりチャープ波が照射されるものとしては、試験体７及び探傷対象物であり、探傷対象物としては、モックアップ８及び主冷却材管等の被検査体９である。そして、被検査体９は、超音波難透過材を用いて構成されている。なお、詳細は後述するが、試験体７及びモックアップ８は、チャープ波の特性を設定するために使用されるものであり、被検査体９は、所定の特性に設定されたチャープ波を照射して検査する検査対象となるものである。先ず、図１を参照して、超音波探傷装置１について説明する。

図１に示すように、超音波探傷装置１は、探触子５と、探触子５に接続される制御装置６とを備えている。探触子５は、チャープ波を照射する照射部と、反射したチャープ波を反射波として受信する受信部とを含んで構成されている。探触子５は、例えば、０．５ＭＨｚ（５００ｋＨｚ）〜１．０ＭＨｚ（１０００ｋＨｚ）となる中心周波数を持った低周波数の超音波を照射可能となっている。制御装置６は、所定の特性となるチャープ波を探触子５から照射するためのパルス信号を探触子５へ向けて出力する。また、制御装置６には、探触子５で受信した反射波のパルス信号が入力される。さらに、制御装置６は、後述する基準波形と、受信した反射波の波形とに基づく相関処理を行う。

ここで、被検査体９について説明する。被検査体９としては、例えば、主冷却材管(MCP:Main Coolant Pipe)であり、ステンレス鋼を用いた鋳造材となっている。ステンレス鋼鋳造材は、超音波難透過材となっており、この被検査体９に超音波を照射すると、被検査体９の内部に形成された欠陥部から超音波が反射し、また、被検査体９を構成するステンレス鋼の結晶粒界から超音波が反射される。このため、被検査体９から得られる反射波には、結晶粒界からの反射波がノイズ（粒界ノイズ）として生じてしまい、欠陥部からの反射波が相対的に小さくなってしまい、欠陥部の検出精度が低くなってしまう。この被検査体９を超音波探傷するにあたり、本実施例では、試験体７及びモックアップ８を用いて超音波探傷を行っている。

次に、図２を参照して、試験体７について説明する。図２は、試験体の二面図である。試験体７は、被検査体９と同様の材料であるステンレス鋼が用いられ、被検査体９とは異なる鍛造材を用いて構成されている。試験体７は、相関処理で用いられる基準波形を採取するために用いられる。また、試験体７から得られた基準波形は、被検査体９で使用されるチャープ波の特性を評価するために用いられる。

図２に示すように、試験体７は、外面が所定の曲率半径の曲面となるＲ部７ａを有している。このＲ部７ａには、探触子５からチャープ波が照射され、探触子５は、Ｒ部７ａから反射されたチャープ波を反射波として受信する。このように、超音波探傷装置１は、被検査体９の特性を考慮した基準波形を試験体７から得られる。また、チャープ波を試験体７のＲ部７ａに照射することで、反射波の取得が容易となるため、作業の効率化が図れる。

次に、モックアップ８について説明する。モックアップ８は、被検査体９を模擬した形状となっており、このモックアップ８の内部には、人工的に形成した人工欠陥部が形成されている。このモックアップ８は、被検査体９で使用されるチャープ波の特性を評価するために用いられる。なお、チャープ波の特性を評価（し設定）する方法については後述する。

なお、試験体７及びモックアップ８は、検査対象となる被検査体９に応じて適宜用意してもよい。例えば、被検査体９が直管である場合には、直管用の試験体７及びモックアップ８を用意し、被検査体９がエルボ管（曲管）である場合には、エルボ管用の試験体７及びモックアップ８を用意し、被検査体９が溶接部である場合には、溶接部用の試験体７及びモックアップ８を用意してもよい。

ここで、図３を参照して、本実施例で使用されるチャープ波について説明する。図３は、波数に応じて変化するチャープ波の周波数を示すグラフである。上記したようにチャープ波は、所定の周波数帯域において周波数が変化しており、また、図３に示すように、縦軸となる周波数が指数関数的（対数的）に変化している。ここで、指数関数的に変化するチャープ波は、その特性を設定するパラメータとして波数及びチャープ比がある。波数は、単位時間当たりに照射されるチャープ波において形成される波の数である。また、チャープ比は、周波数を対数的に変調する度合いとなる周波数変調度である。

具体的に、チャープ波は、下記する（１）式及び（２）式に基づいて設定されている。ここで、波数をＮ、チャープ比をＣｒ、チャープ波の中心周波数をｆｃ、中心周波数ｆｃの所定の波数からｘ番目の波数における前記チャープ波の周波数をｆ（ｘ）とすると、
ｆ（ｘ）＝ｆｃ×Ｒ^ｘ ・・・（１）
Ｒ＝Ｃｒ^{（１／（Ｎ−１））} ・・・（２）
と表される。

ここで、チャープ波の波数Ｎを１１とし、チャープ比Ｃｒを４^−１＝０．２５とし、中心周波数ｆｃを１０００ｋＨｚとすると、チャープ波の周波数は、図３に示すように変調される。つまり、中心周波数ｆｃを６番目の波数の周波数（ｆ６）とすると、ｆ（１）〜ｆ（５）は、７番目から１１番目の波数の周波数（ｆ７〜ｆ１１）となり、ｆ（−１）〜ｆ（−５）は、５番目から１番目の波数の周波数（ｆ５〜ｆ１）となる。そして、チャープ波は、ｆ１における周波数が２０００ｋＨｚとなり、ｆ６における周波数が１０００ｋＨｚとなり、ｆ１１における周波数が５００ｋＨｚとなり、波数が増えるにつれて周波数が指数関数的に小さくなるように変調される。

次に、図４及び図５を参照して、被検査体９に照射されるチャープ波の特性の評価について説明する。チャープ波の特性の評価は、ノイズ値であるＳ／Ｎに基づいて行われる。図４は、チャープ波のチャープ比とＳ／Ｎとの関係を示す表であり、図５は、チャープ波の波数とＳ／Ｎとの関係を示す表である。ここで、Ｓ／Ｎは、その値が高ければ、検出精度の良いものとなる。先ず、Ｓ／Ｎの導出の方法について説明する。

Ｓ／Ｎは、所定の波数及び所定のチャープ比となるチャープ波を試験体７に照射することで得られる反射波の波形と、試験体７に照射したチャープ波と同じ特性（波数及びチャープ比）となるチャープ波をモックアップ８に照射することで得られる反射波の波形とに基づいて導出される。具体的に、試験体７にチャープ波を照射することで得られる反射波の波形を基準波形とし、この基準波形の最大エコーレベル（反射波の最大振幅）を平均した値をＳ／ＮのＮ値（Ｎｏｉｓｅ）とする。また、モックアップ８にチャープ波を照射することで得られる反射波の波形を、基準波形を用いて相関処理し、相関処理後に得られる反射波の波形の最大欠陥エコーレベル（モックアップ８の人工欠陥部から反射される反射波の最大振幅）を、Ｓ／ＮのＳ値（Ｓｉｇｎａｌ）とする。

ここで、図４を参照して、チャープ波の波数を固定し、チャープ波のチャープ比を変化させたときのＳ／Ｎについて説明する。なお、図４では、チャープ波の波数Ｎを、「１０」に固定し、チャープ比Ｃｒを、「０．２５」、「０．５」、「１．０」、「２．０」、「４．０」に変化させている。ここで、チャープ比Ｃｒが「１．０」の場合には、周波数の変化はない（つまり、チャープ波ではない）ことから、チャープ波に代えてバースト波としている。また、チャープ波は、そのチャープ比Ｃｒが１よりも大きくなるにつれて、波数の増加に伴って周波数が指数関数的に大きくなるように変化し、また、変化する周波数の帯域幅も広くなる。一方で、チャープ波は、チャープ比Ｃｒが１よりも小さくなるにつれて、波数の増加に伴って周波数が指数関数的に小さくなるように変化し、また、変化する周波数の帯域幅は広くなる。また、図４に示すＳ／Ｎは、複数のＳ／Ｎを平均した平均Ｓ／Ｎとなっている。

図４に示すように、チャープ比Ｃｒが「（１^±１＝）１．０」の場合、平均Ｓ／Ｎは、計測することができなかった。また、チャープ比Ｃｒが「１．０」に近い「（２^−１＝）０．５」の場合、平均Ｓ／Ｎは、「１．６０」となり、チャープ比Ｃｒが「１．０」に近い「（２^１＝）２．０」の場合、平均Ｓ／Ｎは、「１．６４」となることが確認された。一方で、チャープ比Ｃｒが「１．０」から遠い「（４^−１＝）０．２５」の場合、平均Ｓ／Ｎは、「１．７８」となり、チャープ比Ｃｒが「１．０」から遠い「（４^１＝）４．０」の場合、平均Ｓ／Ｎは、「１．７３」となることが確認された。

そして、各チャープ比の平均Ｓ／Ｎを平均した値は、「１．６９」となることから、「１．６９」よりも大きい平均Ｓ／Ｎとなるチャープ比Ｃｒ「０．２５」及び「４．０」を、被検査体９に使用可能なチャープ比として、チャープ波の特性を設定可能としている。

続いて、図５を参照し、チャープ波のチャープ比を固定し、チャープ波の波数を変化させたときのＳ／Ｎについて説明する。なお、図５では、チャープ波のチャープ比Ｃｒを、「０．２５」及び「４．０」に固定し、波数Ｎを、「１０」、「２０」、「３０」、「４０」に変化させている。なお、図５に示すＳ／Ｎは、図４と同様に、複数のＳ／Ｎを平均した平均Ｓ／Ｎとなっている。

図５に示すように、チャープ比Ｃｒが「０．２５」の場合、波数「１０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．７８」となり、波数「２０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．７７」となり、波数「３０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．８４」となり、波数「４０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．７９」となることが確認された。また、チャープ比Ｃｒが「４．０」の場合、波数「１０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．７３」となり、波数「２０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．７２」となり、波数「３０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．７３」となり、波数「４０」の平均Ｓ／Ｎは、「１．７４」となることが確認された。

ここで、各波数の平均Ｓ／Ｎは、有意な差が認められず、また、波数の変化によるＳ／Ｎの大幅な増減もないことが確認された。一方で、探触子５により受信する反射波を検出するにあたり、波数が多くなると時間分解能が低くなってしまうことから、反射波の識別性を向上させるには、波数は少ないほうがよい。このため、波数の少ない「１０」及び「２０」を、被検査体９に使用可能な波数として、チャープ波の特性を設定可能としている。

次に、図６を参照して、上記のように構成される超音波探傷装置１を用いて行われる超音波探傷作業（超音波探傷方法）について説明する。この超音波探傷作業では、被検査体９に適したチャープ波の特性を評価して設定する前準備を行ってから、設定したチャープ波を用いて被検査体９の超音波探傷を行っている。

先ず、前準備において、超音波探傷装置１に用いられる探触子５が選定される（ステップＳ１）。探触子５としては、上記したように、低周波数の超音波を照射可能なものを選定する。続いて、探触子５から照射されるチャープ波の中心周波数ｆｃが設定される（ステップＳ２）。中心周波数ｆｃは、例えば、１０００ｋＨｚとする。

続いて、単位時間当たりに照射されるチャープ波の波数が設定される（ステップＳ３：波数設定工程）。この波数設定工程Ｓ３において設定可能な波数は、図５で説明したように、「１０」または「２０」である。この後、チャープ波の周波数変調度であるチャープ比が設定される（ステップＳ４：変調度設定工程）。この変調度設定工程Ｓ４において設定可能なチャープ比は、図４で説明したように、「０．２５」または「４．０」である。

チャープ波の波数及びチャープ比が設定されると、制御装置６は、設定されたチャープ波を探触子５から試験体７に照射する（第１チャープ波入射工程）と共に、探触子５は、試験体７から反射されたチャープ波を反射波として受信する（第１反射波受信工程）。そして、制御装置６は、受信した反射波の波形を基準波形として採取する（ステップＳ５）。

続いて、制御装置６は、波数設定工程Ｓ３及び変調度設定工程Ｓ４において設定されたチャープ波を、探触子５からモックアップ８に照射する（第２チャープ波入射工程）と共に、探触子５は、モックアップ８から反射されたチャープ波を反射波として受信する（第２反射波受信工程）ことで、モックアップ８の超音波探傷を行う（ステップＳ６）。

この後、制御装置６は、モックアップ８から受信した反射波を、ステップＳ５において採取した基準波形を用いて相関処理する（ステップＳ７：相関処理工程）。そして、制御装置６は、上記したＳ／Ｎの導出の方法に基づいて、波数設定工程Ｓ３及び変調度設定工程Ｓ４において設定された波数及びチャープ比に関するＳ／Ｎを導出する（ステップＳ８：ノイズ導出工程）。つまり、制御装置６は、試験体７にチャープ波を照射することで採取した基準波形の最大エコーレベルを平均した値をＮ値とし、モックアップ８にチャープ波を照射することで得られた相関処理後の反射波の波形の最大欠陥エコーレベルをＳ値として、Ｓ／Ｎを導出する。

次に、制御装置６は、波数及びチャープ比の全ての組み合わせに関するＳ／Ｎを導出したか否かを判断する（ステップＳ９）。具体的に、制御装置６は、波数「１０」及びチャープ比「０．２５」の組み合わせ、波数「１０」及びチャープ比「４．０」の組み合わせ、波数「２０」及びチャープ比「０．２５」の組み合わせ、波数「２０」及びチャープ比「４．０」の組み合わせの、計４通りのＳ／Ｎを導出したか否かを判断する。

制御装置６は、ステップＳ９において、全ての組み合わせのＳ／Ｎを導出していないと判断すると（ステップＳ９：Ｎｏ）、Ｓ／Ｎを導出していない波数及びチャープ比の組み合わせとなるように、ステップＳ３に進んで、再びステップＳ３からステップＳ８を実行する。一方で、制御装置６は、ステップＳ９において、全ての組み合わせのＳ／Ｎを導出したと判断すると（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、Ｓ／Ｎが最も高い（ノイズが最も小さくなる）波数及びチャープ比となるように、チャープ波を設定する（ステップＳ１０：チャープ波設定工程）。

そして、制御装置６は、チャープ波設定工程Ｓ１０において設定したチャープ波を用いて、被検査体９の超音波探傷を実行する（ステップＳ１１）。つまり、制御装置６は、Ｓ／Ｎが最も高くなる波数及びチャープ比に設定されたチャープ波を、探触子５から被検査体９に照射する（第２チャープ波入射工程）と共に、探触子５は、被検査体９から反射されたチャープ波を反射波として受信する（第２反射波受信工程）ことで、被検査体９の超音波探傷を行う。そして、制御装置６は、被検査体９から受信した反射波を、Ｓ／Ｎが最も高くなるチャープ波を試験体７に照射することで、ステップＳ５において採取した基準波形を用いて相関処理する。これにより、相関処理後の反射波は、ノイズが低減された反射波となる。

ここで、図７及び図８を参照して、所定のチャープ波を試験体７に入射させることで得られる基準波形について説明する。図７及び図８は、所定のチャープ波を入射させることにより得られる基準波形の一例を示す図である。なお、図７は、波数「１０」及びチャープ比「０．２５」のチャープ波であり、図８は、波数「２０」及びチャープ比「４．０」のチャープ波である。図７及び図８は、その横軸が時間となっており、その縦軸が、振幅となっている。

波数「１０」及びチャープ比「０．２５」のチャープ波を、試験体７に入射させることで得られる基準波形は、図７に示す波形となる。つまり、基準波形は、チャープ比Ｃｒが１よりも小さい「０．２５」であることから、照射開始時から照射終了時に向かって、その周波数が低くなるように変調され、このときの波数が１０波となる。

波数「２０」及びチャープ比「４．０」のチャープ波を、試験体７に入射させることで得られる基準波形は、図８に示す波形となる。つまり、基準波形は、チャープ比Ｃｒが１よりも大きい「４．０」であることから、照射開始時から照射終了時に向かって、その周波数が高くなるように変調され、このときの波数が２０波となる。

次に、図９及び図１０を参照して、所定のチャープ波を、被検査体９に入射させることで得られる相関処理前後の探傷結果について説明する。図９は、所定のチャープ波を入射させることにより得られる相関処理前の探傷結果の一例を示す図である。図１０は、所定のチャープ波を入射させることにより得られる相関処理後の探傷結果の一例を示す図である。なお、図９及び図１０は、波数「１０」及びチャープ比「４．０」のチャープ波を照射することによって得られる探傷結果となっている。

図９に示すように、探傷結果として得られる相関処理前の波形には、被検査体９の欠陥部から得られる信号（欠陥信号）の出力が小さい一方で、図１０に示すように、相関処理後の波形には、被検査体９の欠陥部から得られる信号（欠陥信号）の出力が大きくなっている。このため、被検査体９の内部に形成される欠陥部を、精度良く検出することが確認された。

以上のように、本実施例によれば、試験体７から反射された反射波の波形を基準波形として用いることで、被検査体９の結晶粒界によって発生するノイズ（粒界ノイズ）を考慮した基準波形とすることができる。このため、ノイズを考慮した基準波形に基づいて、モックアップ８及び被検査体９から反射された反射波を相関処理することで、相関処理後の反射波に生じるノイズを抑制することができる。これにより、ノイズを抑制した分、モックアップ８の内部に形成される人工欠陥部、及び被検査体９の内部に形成される欠陥部を、それぞれ精度良く検出することができる。

また、本実施例によれば、チャープ波の波数及び周波数変調度（チャープ比）を、被検査体９に応じて適切に設定することができる。このため、相関処理後の反射波に生じるノイズを、より好適に抑制することができるため、被検査体９の内部に形成される欠陥部を、より精度良く検出することができる。

また、本実施例によれば、チャープ波の波数を１０波以上とすることで、相関処理後の反射波に生じるノイズを、より好適に抑制することができるため、被検査体９の内部に形成される欠陥部を、より精度良く検出することができる。

また、本実施例によれば、チャープ波の波数を２９波以下、つまり３０波未満とすることができる。このため、探触子５により反射波を検出するにあたり、時間分解能を相対的に高めることができるため、探触子５によって受信する反射波を精度良く識別して検出することができる。

また、本実施例によれば、チャープ波のチャープ比をＣｒ≧４またはＣｒ≦４^−１とすることができる。このため、相関処理後の反射波に生じるノイズを、より好適に抑制することができるため、被検査体９の内部に形成される欠陥部を、より精度良く検出することができる。

また、本実施例によれば、鍛造材を用いて試験体７を形成することで、試験体７から得られる反射波の基準波形を、被検査体９の材料特性を考慮したものとすることができることから、相関処理後の反射波に生じるノイズをより好適に抑制することができる。

また、本実施例によれば、被検査体９を模擬してモックアップ８を形成することができる。このため、モックアップ８から得られる反射波を、被検査体９に近いものとすることができるため、モックアップ８を用いたチャープ波の特性の評価を精度良く行うことができる。

また、本実施例によれば、試験体７として鍛造材を用いることで、試験体７から得られる反射波を容易に検出することができ、超音波探傷作業の作業効率を向上させることができる。このとき、試験体７は被検査体９を模擬して形成してもよい。

なお、本実施例では、指数関数的に変化するチャープ波を適用したが、この構成に限定されず、一次関数的に変化するチャープ波を適用してもよい。この場合、波数及び周波数変調度は、一次関数的に変化するチャープ波に適したものを設定することが好ましい。

１ 超音波探傷装置
５ 探触子
６ 制御装置
７ 試験体
７ａ Ｒ部
８ モックアップ
９ 被検査体

Claims (6)

1. 所定の帯域内で周波数が変調される超音波であるチャープ波を、超音波難透過材に入射して超音波探傷を行う超音波探傷方法であって、
   単位時間における前記チャープ波の波数を設定する波数設定工程と、
   前記チャープ波の周波数を変調する度合いである周波数変調度を設定する変調度設定工程と、
   前記波数設定工程において設定される前記波数と、前記変調度設定工程において設定される前記周波数変調度となる前記チャープ波を、前記超音波難透過材で構成される試験体に対して入射させる第１チャープ波入射工程と、
   前記試験体で反射された前記チャープ波である反射波を受信する第１反射波受信工程と、
   前記波数設定工程において設定される前記波数と、前記変調度設定工程において設定される前記周波数変調度となる前記チャープ波を、前記超音波難透過材で構成される探傷対象物に対して入射させる第２チャープ波入射工程と、
   前記探傷対象物で反射された前記チャープ波である反射波を受信する第２反射波受信工程と、
   前記第１反射波受信工程において受信した前記反射波の波形を基準波形とし、前記基準波形に基づいて、前記第２反射波受信工程において受信した前記反射波を相関処理する相関処理工程と、を備え、
   前記第１反射波受信工程では、前記波数設定工程において設定される前記波数と、前記変調度設定工程において設定される前記周波数変調度とを異ならせながら、前記第１チャープ波入射工程を繰り返し行うことで、前記基準波形となる前記反射波を複数受信し、
   前記相関処理工程では、複数の前記基準波形のそれぞれに基づいて、前記第２反射波受信工程において受信した前記反射波を相関処理することで、相関処理された複数の前記反射波を生成しており、
   前記相関処理工程において相関処理された複数の前記反射波の波形と、前記反射波の波形に対応する複数の前記基準波形とに基づいて、ノイズ値をそれぞれ導出するノイズ導出工程と、
   算出した前記ノイズ値のうち、最も小さい前記ノイズ値の前記基準波形に対応する前記波数及び前記周波数変調度となるように、前記チャープ波を設定するチャープ波設定工程と、をさらに備えることを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記波数設定工程において異ならせる前記波数は、１０波以上であ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. 前記波数設定工程において異ならせる前記波数は、２９波以下であることを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷方法。
4. 前記チャープ波は、指数関数的に周波数が変化する、下記する（１）式及び（２）式に基づいて設定されており、前記波数をＮ、前記チャープ波の前記周波数変調度であるチャープ比をＣｒ、前記チャープ波の中心周波数をｆｃ、前記中心周波数ｆｃの所定の波数からｘ番目の波数における前記チャープ波の周波数をｆ（ｘ）とすると、
   ｆ（ｘ）＝ｆｃ×Ｒ^ｘ ・・・（１）
   Ｒ＝Ｃｒ^{（１／（Ｎ−１））} ・・・（２）
   と表され、
   前記チャープ比Ｃｒは、Ｃｒ≧４またはＣｒ≦４^−１であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。
5. 前記試験体は、前記探傷対象物を模擬して形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。
6. 前記探傷対象物が、鋳造材である場合、
   前記試験体は、鍛造材であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。

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