JP6275926B2 - 超音波を介して不均一材料中の欠陥を検出および特徴付けるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、材料の非破壊試験に関し、より正確には、超音波による不均一材料中の欠陥の検出および特徴付けに関する。

超音波は、材料の非破壊試験を実施するために一般に使用される。これを行うために、超音波トランスデューサは、調査される材料の表面上に設置されて使用され、材料に超音波を発信する。これらの波動は材料を通って伝播し、材料の構造に従って材料により反射される。トランスデューサは、これらの波動を受信し、波動の分析により材料中の任意の欠陥を検出することが可能になる。

しかしながら、不均一材料、すなわち、この材料中に超音波の波長のオーダの結晶粒度を有する多結晶材料に対して、材料構造による超音波の拡散の現象が顕著となる。この拡散は、その場合、構造ノイズ、すなわち、トランスデューサによって受信され、および欠陥によって反射される波動が伝達するであろう特性と類似の特性を呈する、無視できない振幅の超音波信号の発生につながることがあり、したがって、材料中に実際に存在する欠陥を検出する能力の低下につながることがある。

実際には、有用な信号を形成する欠陥特徴の時間的およびスペクトル特性と類似の時間的およびスペクトル特性を構造ノイズが有する限り、時間または周波数フィルタリング、デコンボリューションまたはウェーブレットベースの投影により超音波信号を処理するための従来手法は効果的でないことがわかる。

米国特許出願公開第２００７／０００６６５１号明細書は、信号の選択された部分の周波数スペクトルの振幅と基準振幅との比較に基づく、超音波を用いた非破壊試験のための方法を説明する。この出願は、異なる位置において測定を行うことの可能性に言及し、および空間的意味で平均である測定信号を取得するためのこれらの測定の組合せを説明する。しかしながら、このような方法は完全に満足できるものではなく、信号はノイズが多いままである。

本発明は、収集されたデータに影響を与える構造ノイズを低減することを可能にする、超音波によって不均一材料中の欠陥を検出するための方法を提案するという目的を有する。

この目的のために、超音波によって不均一材料中の欠陥を検出および特徴付けるための方法であって、
−材料に対して設置された超音波発信トランスデューサから超音波を発信するステップと、
−前記材料に関して異なる位置で超音波受信トランスデューサにより、超音波受信トランスデューサの位置に対して時間の関数として材料中を伝播する超音波の振幅を表す複数の時間的信号を取得するステップと
を含む方法であって、
−超音波受信トランスデューサの異なる位置に対応する時間的信号の空間的平均電力を表す時間的関数を決定するステップであって、時間的信号の空間的平均電力を表す時間的関数は、一般式
であり、式中、α、βおよびγは非ゼロであり、ｘ（ｚ，ｔ）は超音波受信トランスデューサの位置ｚに対して時間の関数として材料中を伝播する音の振幅を表す時間的信号であり、およびｍ（ｔ）は時間の関数である、時間的関数を決定するステップと、
−正規化された時間的信号を取得するために前記時間的関数を用いて時間的信号を正規化するステップと、
−前記正規化された時間的信号に基づいて材料の欠陥を検出および特徴付けるステップと
を含む方法が提案される。

本発明は、有利には、単独でまたは任意の技術的に可能な組み合わせでとられる、以下の特徴、
・ｍ（ｔ）＝０、または
、またはｍ（ｔ）＝中央値_ｚ｛ｘ（ｚ，ｔ）｝のいずれかであり、および
・α＝２かつγ＝０．５、またはα＝１かつγ＝１のいずれかであり、および
・
、または
、またはβ＝１であり、式中、Ｎ_ｚは位置の数であり、Ｎ_ｚは２より大きく、
− ｍ（ｔ）＝０、α＝２、γ＝０．５、
であり、時間的関数は、受信トランスデューサの異なる位置の時間的信号の空間的標準偏差σ（ｔ）であり、前記位置は、前記位置の高度ｈおよび前記位置の角度θ、
によって定義され、
−前記時間的関数ｆ（ｔ）を用いた時間的信号ｘ（ｚ，ｔ）の正規化は、前記時間的関数による前記時間的信号の除算
に対応し、
−受信トランスデューサの位置に対して時間の関数として材料中を伝播する音の振幅を表す時間的信号は、受信トランスデューサの位置に対して時間の関数として材料中を伝播する音の振幅を表すＡタイプ時空間表現であり、
−欠陥の検出は、超音波受信トランスデューサの各位置に対して、この位置に対応する正規化された時間的信号の絶対値の経時的な最大値を選択することにより、少なくとも１つのＣタイプ空間表現を決定するステップを含み、
−欠陥の検出は、ローパス空間フィルタを用いて前記少なくとも１つのＣタイプ空間表現を空間的にフィルタリングするステップを含み、
−欠陥の検出は、一方では、位置に対してＣタイプ空間表現がとる値とＣタイプ空間表現の値の平均との差の絶対値と、他方では、Ｃタイプ空間表現の値の標準偏差との比率の検出閾値と比較するステップを含み、
−時間的関数の決定前に、
−各超音波受信トランスデューサ位置に対して、この位置に対応する時間的信号の絶対値の経時的な最大値を選択することにより、少なくとも１つのＣタイプ空間表現が決定され、
−各測定位置における構造ノイズの平均レベルを取得するために、このＣタイプ空間表現に前処理二次元ローパス空間フィルタが適用され、
−各時間的信号は、前記時間的信号が関連付けられる測定位置における構造ノイズの平均レベルで除算される
ことによって完成される。

本発明は、同様に、プログラムがコンピュータ上で実行されると本発明による方法を実行するためのプログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。

本発明は、非限定的な実施例として与えられ添付の概略図を参照して解説される、好ましい実施形態に関する以下の説明によってよりよく理解される。

それぞれ縦方向および円周方向の欠陥の検出に特化した、プローブによる管の検査を例示する。 それぞれ縦方向および円周方向の欠陥の検出に特化した、プローブによる管の検査を例示する。 構造ノイズの標準偏差の変動を到着時間の関数として例示する。 構造ノイズの標準偏差の変動を到着時間の関数として例示する。 構造ノイズの空間的変動性を低減するためのさまざまな前処理ステップを例示するＣタイプ表現の実施例である。 構造ノイズの空間的変動性を低減するためのさまざまな前処理ステップを例示するＣタイプ表現の実施例である。 構造ノイズの空間的変動性を低減するためのさまざまな前処理ステップを例示するＣタイプ表現の実施例である。 正規化前の、超音波受信トランスデューサの各位置に対する、この位置に対応する時間的信号の絶対値の経時的な最大値の選択に対応するＣタイプ表現の実施例である。 時間的信号の空間的標準偏差を用いた正規化後の図４のＣタイプ表現を例示する。 一方では、図５のＣタイプ表現の値とこれらの値の平均との差の絶対値と、他方では、図５のＣタイプ表現の値の標準偏差との比率のＣタイプ表現を例示する。

例示目的で、以下の説明は、超音波トランスデューサを用いた、原子炉の容器の底面を貫通するための管の非破壊試験に関連してなされる。トランスデューサ測定値を取得するこのような方法は、特にいわゆる飛行時間回折（ＴＯＦＤ）の技法を実施するために広く行われており、その取得プロトコルを本発明のために使用することができる。

原子炉の容器の底面を貫通するための管の検査は、原子力部門に特有のいくつかの制約を受けることになる。第１に、この環境は、材料の経時変化を早める傾向があり、第２に、構造破損の結果は、いかなる欠陥も可能な限り早急に検出されなければならないようなものである。さらに、これらの貫通管への接近可能性がそれらの内部に制限されるため、管の外部からの検査は想定しづらいため、管の厚さ全体を管の内部の面から検査することが必要になる。

容器の底面を貫通するための管は、通常、インコネル、すなわち、主としてニッケル、クロム、および鉄に基づき、同様に銅、マンガンおよびモリブデン、ならびに任意選択で他の成分を一般により少ない量で含有する合金で作られている。それは、非破壊試験で使用される超音波の波長に相当するサイズの粒子を有する構造を有する不均一材料である。例として、非破壊試験で一般に使用される超音波の周波数は、０．１〜５０ＭＨｚの範囲とすることができ、２〜１０ＭＨｚ帯が最も頻繁に使用される。したがって、波長は、この帯域において、実用的な目的のために鋼鉄またはアルミニウムなどの金属に対して３ｍｍ〜０．５ｍｍである。方法は必ずしも不均一材料に限定されないが、それに有利な用途があることに留意されたい。

このような管の検査は、一般に２つのタイプのプローブを用いてなされる。一方のプローブが縦方向の欠陥を検出するのに適しており、いわゆるＴＯＦＤ−Ｌ縦方向信号を与えるのに対して、他方のプローブは円周方向の欠陥を検出するのに適しており、いわゆるＴＯＦＤ−Ｃ円周信号を与える。２つのプローブは、例えば、らせん状に管の内面を掃引することができる。

図１ａおよび図１ｂは、２つのタイプの超音波プローブによる管１０の走査を例示する。図１ａは、このように、この管１０の内壁１１に面して配置された、管１０を検査するＴＯＦＤ−Ｌ（縦方向）タイプのプローブ１を示し、プローブ１は管１０の内壁１１の湾曲に従う。管１０は、ここでは切欠きの形態で提示される欠陥１３を有する。プローブ１の発信トランスデューサ１４および受信トランスデューサ１５は、管１０の縦軸に垂直に他方に対して向けられるように配置される。したがって、それらは管１０の前記縦軸に垂直な平面に位置している。

図１ｂは、欠陥１３を有する、管１０を検査するＴＯＦＤ−Ｃ（円周）タイプのプローブ２を示す。ＴＯＦＤ−Ｃプローブ２は、この管１０の内壁１１に面して配置され、プローブ２は管１０の内壁１１の湾曲に従う。ＴＯＦＤ−Ｃプローブ２の発信トランスデューサ２４および受信トランスデューサ２５は、管１０の縦軸に一列に並ぶように配置される。したがって、それらは管１０の前記縦軸に平行な平面に位置している。

両方のプローブタイプについて、測定方法は、説明する検出方法と同様に類似している。したがって、一方のタイプのプローブまたは他方のタイプのプローブ、さもなければ両方を使用することが可能である。超音波は、材料に対して設置された超音波発信トランスデューサ１４、２４から発信される。プローブは管を掃引し、高度ｈおよび角度θにより識別される複数の位置に対して超音波のショットが発射され、反射した信号は、超音波受信トランスデューサ１５、２５により受信される。例えば、測定のために、高度増分は０．５ｍｍとすることができ、回転増分は１．４４°とすることができる。

このように取得されるデータは、高度ｈおよび角度θに関連した時間の関数として振幅によって定義される。本発明者らは、高度ｈおよび角度θによって定義されるｚ位置を記述する。本発明者らは、したがって、
−ｘ_Ｌ（ｈ，θ，ｔ）またはｘ_Ｌ（ｚ，ｔ）、ＴＯＦＤ−Ｌプローブ１によって受信される時間的信号、および
−ｘ_Ｃ（ｈ，θ，ｔ）またはｘ_Ｃ（ｚ，ｔ）、ＴＯＦＤ−Ｃプローブ２によって受信される時間的信号
を記述する。

このデータから、いくつかのタイプの表現：
−データがｘ_{ＬまたはＣ（ｈ，θ）}（ｔ）またはｘ_{ＬまたはＬ（ｚ）}（ｔ）と記述される、プローブ位置に対する時間的信号である、表現ＡまたはＡスキャン、
−以下のいずれか：
・所与の高度に対する２次元、角度／時間での信号：ｘ_{ＬまたはＣ（ｈ）}（θ，ｔ）、または
・所与の角度に対する２次元、角度／時間での信号：ｘ_{ＬまたはＣ（θ）}（ｈ，ｔ）
とすることができる、表現ＢまたはＢスキャン、
−プローブの各位置に対して測定された（絶対値での）最大振幅に対応する２次元での信号
または
である、表現ＣまたはＣスキャン
を構築することができる。さらなる便宜のために、それらが均等である限りにおいて、残りの文章で、研究される信号を取得したプローブの縦方向または円周方向の向きに関するインデックス（ＬまたはＣ）は省略される。

好ましくは、方法を続行する前に、構造ノイズの空間的変動性を低減し、したがって後続の処理の有効性を改善するために前処理が使用される。この目的で、本発明者らは、前述の通り、超音波受信トランスデューサの各位置に対して、この位置に対応する時間的信号の絶対値の経時的な最大値を選択することにより、少なくとも１つのＣタイプ空間表現を最初に決定する。図３ａは、垂直軸が、ここでは０．５ｍｍのプローブ増分で表示される高度を表し、水平軸が、ここでは１．４４°の角度増分で表示される角度θを表す、Ｃタイプ表現またはＣスキャンを例示する。この図３ａでは、次の図３ｂおよび図３ｃと同様に、暗色は低値を示し、一方で明色は高値を示す。本発明者らは、ゾーンの平均レベルによって互いに区別可能な少なくとも４つのゾーンを区別することができ、プローブの０〜約５０角度増分の角度に対応する第１のゾーン３１は低い平均値（暗色）を有し、約５０角度増分〜約１５０角度増分の角度に対応する第２のゾーン３２は高い平均レベル（明色）を有し、約１５０角度増分〜約２００角度増分の角度に対応する第３のゾーン３３は低い平均レベル（暗色）を有し、約２００角度増分〜約２５０角度増分の角度に対応する第４のゾーン３４は高い平均レベル（明色）を有する。

各測定位置における構造ノイズの平均レベルを取得するために、このＣタイプ空間表現に前処理２次元ローパス空間フィルタが適用される。一方が高度ｈに対するものであり、他方が角度θに対するものである２つのカットオフ周波数は、構造ノイズのレベルが比較的一定であると予想される距離の逆数に対応するように選択される。上記の実施例をとると、これは、カットオフ周波数および１／５０プローブ増分または１／７２度^−１を与える。

図３ｂは、前処理２次元ローパス空間フィルタによるそのフィルタリング後の図３ａのＣスキャンに対応する平均構造ノイズ値の画像を例示する。ここで、ゾーンの平均レベルによって互いに区別可能な４つのゾーンを見ることができ、０〜約５０角度増分の角度に対応する第１のゾーン４１は低い平均値（暗色）を有し、約５０角度増分〜約１５０角度増分の角度に対応する第２のゾーン４２は高い平均値（明色）を有し、約１５０角度増分〜約２００角度増分の角度に対応する第３のゾーン４３は低い平均値（暗色）を有し、約２００角度増分〜約２５０角度増分の角度に対応する第４のゾーン４４は高い平均値（明色）を有する。

各測定位置における構造ノイズの平均レベルは、このように取得される。各時間的信号、すなわち各Ａスキャンは、その後、前記時間的信号が関連付けられる測定位置における構造ノイズの平均レベルで除算される。測定位置ｚにおける構造ノイズの平均レベルをＰ（ｚ）と記述し、かつ前述のＡスキャンの表記法をとることにより、これは、このように前処理されたＡスキャンに対して
を与える。

Ａスキャン中の構造ノイズの空間的変動性のこの任意選択の前処理後、Ａスキャン中の構造ノイズの時間的変動性をここで扱うことができる。Ａタイプ表現は、超音波トランスデューサ１５、２５の位置に対して時間の関数として材料を通って伝播する音の振幅を表す複数の時間的信号に対応する。これらの時間的信号に基づいて、欠陥検出が実施されることになる。

図１ａおよび図１ｂでは、超音波のさまざまな軌道が表される。超音波は、発信トランスデューサ１４、２４によって発信され、管１０の内壁１１において管１０に侵入し、その後、前記管１０の材料を通って伝播する。第１の軌道１６、２６は、受信トランスデューサ１５、２５の方向に欠陥１３によって回折される超音波に対する短経路を構成する。第２の軌道１７、２７は、受信トランスデューサ１５、２５の方向に管１０の外壁１２によって反射される超音波に対する長径路を構成する。

異なる測定信号（Ａスキャン、ＢスキャンまたはＣスキャン）がそれから構築される、受信トランスデューサ１５、２５によって受信される超音波に対して、このようにさまざまな軌道が可能である。しかしながら、超音波の軌道が長いほど、材料の粒子の相互作用が大きくなる。これは、波動の飛行時間とともに、したがって波動の受信時間とともに増加する構造ノイズ電力として現れる。

この現象を特徴付けるために、本発明者らは、材料に対する受信トランスデューサの異なる位置に対応する時間的信号の空間的平均電力を表す時間的関数を前記信号の伝播時間の関数として決定する。用語「空間的平均電力」は、所与の時点ｔにおける大きさ、この場合には瞬時電力の、空間での、すなわちｚまたは（ｈ，θ）に沿った平均を意味すると理解される。時間的関数はこの空間的平均電力を表しており、それは、時間的関数が空間的平均電力に直接的または間接的に関連することができ、その結果として、空間的標準偏差など、この空間的平均電力と均等でないが、この空間的平均電力に関連した大きさに基づくことができることを意味する。すべての場合において、この時間的関数は、各時点ｔに対して、この時点ｔにおいて空間にわたって時間的信号がとる値を考慮に入れた前記空間にわたる総和を伴う。

空間的に平均されるのは実際には電力であり、測定信号ではないことに留意するべきである。したがって、対象の時間的関数は、時点ｔにおいて超音波受信トランスデューサの異なる位置に対応する時間的信号のこの時点ｔにおける電力の平均を表す値をとる時間依存信号である。

この時間的関数は、一般式
を有し、式中、α、βおよびγは非ゼロであり、ｘ（ｚ，ｔ）は超音波受信トランスデューサの（高度および角度によって定義される）位置ｚに対して時間の関数として材料中を伝播する音の振幅を表す時間的信号であり、ｔは超音波の飛行時間または伝播の時間であり、およびｍ（ｔ）は時間の関数である。

本発明者らは、
・ｍ（ｔ）＝０、または
、すなわち空間上の信号ｘの平均、またはｍ（ｔ）＝中央値_ｚ｛ｘ（ｚ，ｔ）｝のいずれか、および
・好ましくは、標準偏差に対応するα＝２かつγ＝０．５、または平均絶対偏差に対応するα＝１かつγ＝１のいずれか、および
・好ましくは
または
またはβ＝１
を選択することができ、式中、Ｎ_ｚは、２より大きい、考慮に入れられる位置の数である。

したがって、ｍ（ｔ）＝０、α＝２、γ＝０．５、
をとると、時間的関数は、受信トランスデューサの異なる位置の時間的信号の空間的標準偏差σ（ｔ）であり、前記位置は、前記位置の高度ｈおよび前記位置の角度θ、
によって定義される。

好ましくは、それから時間的関数が決定される受信トランスデューサの異なる位置は、研究される材料の部分に対応し、その全体には対応しない。したがって、時間的関数はこれらの材料部分のそれぞれに対して決定される。このように処理される材料部分は、ブロック処理の場合のように並置することができるが、好ましくは、各測定位置に対して、材料上の前記位置を取り囲むゾーンから決定される時間的関数が存在するように、材料部分は互いに重なり合い、それぞれ測定位置上に中心がある。

考慮に入れられる材料の部分の範囲は、構造ノイズの空間的変動性に依存し、したがって測定信号の電力の空間的変動性に依存する。例として、前記位置を取り囲むゾーンは、高さで１００個の測定点または位置、および角度で１００個の測定点に及び得る。０．５ｍｍの高さでの測定増分および１．４４度の角度増分で、本発明者らは、したがって高さで５０ｍｍおよび幅で１５０度に及ぶ材料部分を取得する。

図２ａおよび図２ｂは、管１０の表面上の位置に対して、プローブＬ（図２ａ）およびプローブＣ（図２ｂ）への到着時間の関数として時間的信号の空間的標準偏差を例示する。管１０はごくわずかな欠陥のみを含むため、標準偏差の時間的変動は本質的に構造ノイズに起因する。標準偏差は、少なくとも最初、信号の到着時間とともに増加し、したがって、超音波の発信とプローブによる超音波の受信との間の時間とともに構造ノイズの電力に影響を与えることが観察される。

これは、上述のように、超音波の短い飛行時間に対して、可能な拡散経路がほとんどないからである。他方、長い飛行時間に対して、超音波がとる多くの異なる対応する拡散経路が存在する。総受信信号は拡散される超音波の総和であり、受信電力は、各拡散のより大きい減衰にもかかわらず、長い飛行時間に対するものとなる。信号の減衰は、しかしながら、図２ａおよび図２ｂの曲線のわずかな最後の減少で示されるように、標準偏差によって表される信号の分散と同様に、より長い飛行時間上で観察される。

時間的信号の空間的平均電力を表す時間的関数は、その後、時間的信号を正規化するために使用される。より正確には、時間的信号ｘ（ｚ，ｔ）の振幅は、時間的関数ｆ（ｔ）で除算され、
となる。

したがって、使用される時間的関数を標準偏差σ（ｔ）とすると、プローブによって探される欠陥のタイプを示すインデックスＬまたはＣを省略して、データがｘ_{（ｈ，θ）}（ｔ）と記述される、プローブ位置に対する時間的信号であるＡスキャン信号を正規化することが可能である。

正規化は、材料中の任意の欠陥に起因する有用な信号と構造ノイズとのコントラストの向上を可能にする。その後、これらの正規化されたＡスキャンから正規化されたＢスキャンを構築することが可能である。超音波受信トランスデューサの各位置に対して、この位置に対応する正規化された時間的信号の経時的な最大値
または
を選択することにより、これらの正規化されたＡスキャンから正規化されたＣスキャンを構築することが同様に可能である。したがって、この場合、この実施例における標準偏差により、時間的信号の空間的平均電力を表す、時間的関数による時間的信号の正規化から派生する信号が取得される。

図４および図５は、超音波受信トランスデューサの各位置に対する、この位置に対応する時間的信号の絶対値の経時的な最大値の選択に対応する、Ｃタイプ表現、すなわちＣスキャンの実施例についての正規化の実施を例示する。前と同じように、垂直軸は、ここでは０．５ｍｍのプローブ増分で表示される高度を表し、水平軸は、ここでは１．４４°の角度増分で表示される角度を表す。この図４および同様に図５では、暗色は低値を示し、一方で明色は高値を示す。

図４は、したがって、この正規化前のＣスキャンの一実施例である。値の彩色によって可視化される、ランダムに見える値の分布が観察される。他方、図２ａおよび図２ｂの形状と類似の形状を有する、時間的信号の空間的標準偏差を用いた正規化後の図４のＣタイプ表現を例示する図５では、取り囲んでいる領域より高い値で区別される２つのセット５１および５２がＣスキャンの中央で強調表示される。本発明者らは、このように、これらの２つのセットに対応する２つの欠陥の存在を強調表示した。

派生信号中の欠陥の特徴を検出することにより、欠陥を検出および特徴付けることが依然として必要である。この点について、欠陥の検出および特徴付けは、好ましくは、時間的信号またはＢスキャンなどの時空間信号よりむしろ、Ｃスキャンなどの２次元空間信号を用いて行われる。具体的には、欠陥の断面形状がどのようなものであるとしても、例えば、それが矩形の切欠きであるか半楕円形の切欠きであるかにかかわらず、Ｃスキャン上の欠陥の投影は、縦方向の切欠きに対して垂直であるか、または円周方向の切欠きに対して水平である直線の線分であり、さもなければ、例えば、管内で円周方向および縦方向に同時に斜めに延びる亀裂の場合のように、２つの組合せである。２つの空間次元でのＣタイプ空間表現の使用は、したがって、検出される欠陥の断面形状に非依存であることを可能にする。

切欠きなどの欠陥は、数十ミリメートルを超えて延びることがある。この特徴におけるＣスキャンの点は、したがって互いに相関しており、すなわち、それらは欠陥におけるいくつかの空間的に隣接した位置にわたってコヒーレンスを呈する。他方、Ｃスキャン中に欠陥特徴がない場合、ノイズのみにより、Ｃスキャンは任意の点の周りではるかに弱い相関を呈する。したがって、各切欠きは、切欠きが出現する角度および／または高度に従うＣスキャン上の空間的持続性によって識別することができる。

さらに、ＣタイプまたはＬタイプのＴＯＦＤプローブの構成は、同様に空間的持続性につながる。具体的には、受信される超音波信号は、欠陥が発信トランスデューサ１４、２４と受信トランスデューサ１５、２５との間に位置している限り、欠陥によって影響を受ける（図１ａおよび図１ｂを参照されたい）。結果として、欠陥の持続性は、Ｃスキャン上で欠陥周辺のいくつかの位置（高度、角度）において観察され得る。

この空間コヒーレンスは、したがって、空間的に相関の少ない、ノイズを犠牲にして欠陥を表す有用な信号を強調表示するために利用される。この空間的相関を利用する空間フィルタは、したがって、Ｃスキャンを空間的にフィルタリングするためにＣスキャンにローパス空間フィルタを適用することにより、正規化から派生する信号に対して実施される。ローパス空間フィルタは、欠陥の特徴のレベルを維持しながら、構造ノイズの振幅の分布の空間的標準偏差によって特徴付けられる構造ノイズの変動性を軽減するように設計される。

Ｃスキャンは、時間的変数を有さない純粋に空間的な信号であり、フィルタは、何らの時間的な考慮も伴わないため、空間的なものとして知られる。空間フィルタは、角度成分θに適用される、すなわち各高度ｈに対して正規化された信号
がフィルタリングされる、および／または高度ｈの信号に対して適用される、すなわち各高度ｈに対して正規化された信号
がフィルタリングされる、１次元フィルタとすることができる。

ローパス空間フィルタの空間的カットオフ周波数は、本発明者らが検出することを求めている欠陥の最小サイズΔＬ_ｍｉｎの関数として、この最小サイズΔＬ_ｍｉｎの逆数であるように選択することができる。そのため、少なくとも１０ｍｍの欠陥を検出するために、空間的カットオフ周波数は、したがって、１００ｍ^−１未満であるように選択される。空間フィルタは、通常、バターワースフィルタである。

空間フィルタは、同様に、Ｃスキャン画像に適用される２次元ローパス空間フィルタとすることができる。２次元での周波数応答は、１次元空間フィルタと同じ方法において、探される欠陥の最小サイズに従って選択することができる。

このようにフィルタリングされたＣスキャンは、欠陥検出マップを取得することを可能にする。具体的には、特徴は、特に周囲と異なる振幅としてＣスキャン上に出現し、それは、欠陥を検出することだけでなく、欠陥の位置を特定することを同様に可能にする。これは、Ｃスキャンが空間表現であり、各点がその高度およびその角度によって位置を特定されるためである。

単純な検出方法は、所与の閾値を使用するものであり、Ｃスキャンの隣接した点のセットによる閾値の任意の超過が欠陥の存在を知らせる。

わずかにより精巧な検出方法は、Ｃスキャンが直接とる値、ｙ^{フィルタリング済}（ｚ）にではなく、一方では、位置に対してＣタイプ空間表現がとる値とＣタイプ空間表現の値の平均との差の絶対値と、他方では、Ｃタイプ空間表現の値の標準偏差との比率の検出閾値との比較に基づいている。前の表記法を使用すると、これは、
を与え、式中、ｙ^{フィルタリング済}（ｚ）は、位置ｚにおいてとられる、任意選択でフィルタリングされたＣスキャンの値であり、平均はＣスキャンの空間的平均であり、およびγはＣスキャンの値の標準偏差である。検出閾値は、例えば３とすることができる。

この方法は、さらにいっそう明確に欠陥を強調表示することを可能にする。例示目的で、図６は、論証を簡潔にするために、前述の空間的フィルタリングステップを実施することなく、この計算の実施を例示する。図６は、したがって、一方では、図５のＣタイプ表現の値とこれらの値の平均との差の絶対値と、他方では、図５のＣタイプ表現の値の標準偏差との比率に対応するＣスキャンを示す。高値の２つのセット５１および５２は、ここで再び見ることができるが、それらを取り囲むゾーンより３〜４倍高い値でそれらを取り囲むゾーンに対して強調表示することができる。したがって、欠陥の位置を特定することは容易である。

欠陥が高度および角度で位置を特定されると、位置を特定された欠陥の位置に対応する、正規化されたＡスキャン上の振幅ピークの位置は、欠陥の深度を決定することを可能にする。

説明された方法は、通常、プロセッサおよびメモリを備えたコンピュータによって実施される。この目的で、プログラムがコンピュータ上で実行されると本発明による方法を実行するためのプログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品が提供される。

本発明は、説明されかつ添付図面に表された実施形態に限定されない。本発明の保護の範囲から逸脱するいかなる方法も用いることなく、特にさまざまな要素の構成または技術的均等物の置換による修正に関して、修正形態がなお可能である。

Claims (10)

1. 超音波によって不均一材料（１０）中の欠陥を検出および特徴付けるための方法であって、
   −前記材料（１０）に対して設置された超音波発信トランスデューサ（１４、２４）から超音波を発信するステップと、
   −前記材料（１０）に関して異なる位置で超音波受信トランスデューサ（１５、２５）により、前記超音波受信トランスデューサの位置に対して時間の関数として前記材料中を伝播する前記超音波の振幅を表す複数の時間的信号を取得するステップと
   を含む方法において、
   −前記超音波受信トランスデューサ（１５、２５）の異なる位置に対応する前記時間的信号の空間的平均電力を表す時間的関数を決定するステップであって、前記時間的信号の前記空間的平均電力を表す前記時間的関数は、一般式
   であり、式中、α、βおよびγは非ゼロであり、ｘ（ｚ，ｔ）は前記超音波受信トランスデューサの位置ｚに対して時間の関数として前記材料中を伝播する前記音の前記振幅を表す前記時間的信号であり、およびｍ（ｔ）は時間の関数である、時間的関数を決定するステップと、
   −正規化された時間的信号を取得するために前記時間的関数を用いて前記時間的信号を正規化するステップと、
   −前記正規化された時間的信号に基づいて前記材料の前記欠陥を検出および特徴付けるステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. ・ｍ（ｔ）＝０、または
   、またはｍ（ｔ）＝中央値ｚ｛ｘ（ｚ，ｔ）｝のいずれかであり、および
   ・α＝２かつγ＝０．５、またはα＝１かつγ＝１のいずれかであり、および
   ・
   、または
   、またはβ＝１であり、式中、Ｎｚは位置の数であり、Ｎｚは２より大きい、請求項１に記載の方法。
3. ｍ（ｔ）＝０、α＝２、γ＝０．５、
   であり、前記時間的関数は、前記受信トランスデューサの異なる位置の前記時間的信号の空間的標準偏差σ（ｔ）であり、前記位置は、前記位置の高度ｈおよび前記位置の角度θ、
   によって定義される、請求項２に記載の方法。
4. 前記時間的関数ｆ（ｔ）を用いた時間的信号ｘ（ｚ，ｔ）の前記正規化は、前記時間的関数による前記時間的信号の除算
   に対応する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記受信トランスデューサの位置に対して時間の関数として前記材料中を伝播する前記音の前記振幅を表す時間的信号は、前記受信トランスデューサの位置に対して時間の関数として前記材料中を伝播する前記音の前記振幅を表すＡタイプ時空間表現である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記欠陥の前記検出は、前記超音波受信トランスデューサの各位置に対して、前記位置に対応する前記正規化された時間的信号の絶対値の経時的な最大値を選択することにより、少なくとも１つのＣタイプ空間表現を決定するステップを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記欠陥の前記検出は、ローパス空間フィルタを用いて前記少なくとも１つのＣタイプ空間表現を空間的にフィルタリングするステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記欠陥の前記検出は、一方では、位置に対して前記Ｃタイプ空間表現がとる値と前記Ｃタイプ空間表現の前記値の平均との差の絶対値と、他方では、前記Ｃタイプ空間表現の前記値の標準偏差との比率の検出閾値と比較するステップを含む、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記時間的関数の前記決定前に、
   −各超音波受信トランスデューサ位置に対して、前記位置に対応する前記時間的信号の絶対値の経時的な最大値を選択することにより、少なくとも１つのＣタイプ空間表現が決定され、
   −各測定位置における構造ノイズの平均レベルを取得するために、前記Ｃタイプ空間表現に前処理二次元ローパス空間フィルタが適用され、
   −各時間的信号は、前記時間的信号が関連付けられる前記測定位置における前記構造ノイズの前記平均レベルで除算される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. プログラムがコンピュータによって実行されると請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を実行するためのプログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品。