JP7349390B2 - 溶接部の超音波検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を用いて溶接部を検査する装置に関し、特に未溶着部の高さを測定する超音波検査装置に関する。

被検査体の内部欠陥を検出する非破壊検査法の１つとして、超音波探傷法が様々な産業分野で多く用いられている。超音波探傷法による欠陥検出は、超音波が欠陥で反射する現象を利用して行われる。超音波探傷法では、超音波を送信・受信する超音波探触子を被検査体の表面に配置し、超音波探触子から超音波パルスを送信し、その反射エコーを超音波探触子で受信し、受信した反射エコーを信号処理することで、被検査体の内部の欠陥の有無を判定する。

超音波検査装置は、溶接部を備える被検査体に対して超音波探傷を行うことがある。溶接には、母材を厚さ方向の全長にわたって溶け込ます施工（完全溶け込み）と、母材を厚さ方向の途中まで溶け込ます施工がある。後者の施工は、溶接時に火花が母材を突き抜けるのや溶金が垂れて部品が焼損するのを防ぐために実施され、溶接で接合された２つの母材間にノッチと呼ばれる未溶着部が残る。溶接部に応力が加わる構造体では、母材の厚さに対するノッチの高さ（母材の厚さ方向の長さ）の割合で静強度や疲労強度が変わってくるため、溶接施工後のノッチの高さを知りたいというニーズがある。

超音波を用いて溶接部を検査する技術は、例えば、特許文献１、２に記載のものが知られている。

特許文献１に記載の超音波検査方法では、予め作成した試験体のエコーの高さ（反射波の強さ）を抽出したマスターデータを作成し、実製品の溶接部のスリット部（ノッチ）のエコー高さを測定して、この測定値をマスターデータと照合して溶接状態の良否を判定する。

特許文献２に記載の欠陥高さ推定方法では、校正用試験体を用いて超音波探傷を行って感度校正レベルを予め設定しておき、被検査体に超音波を送信して面状欠陥の欠陥エコーを検出した後、校正用試験体の反射面積と、感度校正レベルと、面状欠陥の検出位置における超音波ビーム径とを係数にもつ算出式を用いて、検出された欠陥エコーから面状欠陥の欠陥高さを推定する。

特開２００４－３３３３８７号公報 特開２０１０―４３９８９号公報

特許文献１、２に記載の技術では、被検査体の溶接部を実際に検査する前に、予め用意した試験体に対して超音波探傷を行って事前にデータを取得する必要がある。このため、溶接部の検査に工数と時間がかかるともに、検査手順が複雑になる。

本発明の目的は、試験体を用いて事前にデータを取得せず、簡易な手順で被検査体の未溶着部（ノッチ）の高さを測定できる、溶接部の超音波検査装置を提供することである。

本発明による溶接部の超音波検査装置は、複数の超音波素子を備え、２つの母材が溶接で接合された溶接部を備える被検査体に対して電子走査により超音波探傷を行う超音波探触子と、制御部とを備える。前記被検査体は、前記母材の間の未溶着部であるノッチを有する。前記制御部は、前記超音波探触子が超音波探傷を行って得られた探傷画像を生成し、前記探傷画像に設定された第１の探索範囲の中に、前記ノッチの一端の位置を求め、前記制御部が前記探傷画像に設定した第２の探索範囲の中に、前記ノッチの他端の位置を求め、前記ノッチの前記一端の位置と前記他端の位置から、前記一端と前記他端の間の距離である前記ノッチの高さを求める。

本発明によると、試験体を用いて事前にデータを取得せず、簡易な手順で被検査体の未溶着部の高さを測定できる、溶接部の超音波検査装置を提供することができる。

本発明の実施例による超音波検査装置を用いて被検査体のノッチの高さを測定する手順を示す図である。 超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する画面の例を示す図である。 超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する画面の例を示す図である。 溶接部の開先の例を示す図である。 超音波探触子が設置された被検査体の例を示す図である 超音波検査装置が生成した超音波探傷画像の例である。 超音波探傷画像に第１の探索範囲を設定する画面の例を示す図である。 反射エコーの全てを含む第１のウインドウの例を示す図である。 図８Ａの超音波探傷画像より低感度の探傷画像において、反射エコーの全てを含む第１のウインドウの例を示す図である。 図８Ｂの超音波探傷画像より低感度の探傷画像において、反射エコーの全てを含む第１のウインドウの例を示す図である。 図８Ｃの超音波探傷画像より低感度の探傷画像において、第１のウインドウの例を示す図である。 反射エコーの全てを含む第２のウインドウの例を示す図である。 図９Ａの超音波探傷画像より低感度の探傷画像において、反射エコーの全てを含む第２のウインドウの例を示す図である。 図９Ｂの超音波探傷画像より低感度の探傷画像において、反射エコーの全てを含む第２のウインドウの例を示す図である。 図９Ｃの超音波探傷画像より低感度の探傷画像において、第２のウインドウの例を示す図である。 ノッチ高さの測定結果の表示画面の例を示す図である。 本発明の実施例による超音波検査装置の全体構成を示すブロック図である。 図１のステップ１００における、超音波探傷の条件を設定する手順の例を示す図である。

本明細書では、溶接で接合された２つの母材の間の未溶着部を「ノッチ」と呼び、ノッチの、母材の厚さ方向（溶接の深さ方向）の長さを「ノッチの高さ」と呼ぶ。未溶着部とは、溶接部において、金属が溶けて接合していない、母材の間の部分のことである。

本発明による溶接部の超音波検査装置は、複数の超音波素子を備えるフェーズドアレイ型の超音波探触子を備え、超音波探傷によって被検査体のノッチの高さを測定することができる。ノッチの高さを求めることで、溶金の溶け込み状態を把握し、溶接部の溶接状態の良否を判定することができる。

本発明による超音波検査装置は、超音波探傷画像に探索範囲を設定し、この探索範囲の中にノッチの端部の位置を求めてノッチの高さを求める。超音波探傷の感度が低くなると、超音波探傷画像に見られる、ノッチの端部での反射エコーの大きさ（反射エコーの発生領域）が小さくなる。

本発明の好ましい実施形態では、超音波探傷の感度の低下により反射エコーの大きさが小さくなるのに合わせて、超音波探傷画像に設定する探索範囲を小さくしていき、ノッチの端部の位置を求める。超音波検査装置は、複数の感度で超音波探傷を行って複数の超音波探傷画像を生成し、探索範囲を設定する超音波探傷画像を、感度の高い超音波探傷で得られたものから感度の低い超音波探傷で得られたものに変えていき、これに合わせて超音波探傷画像に設定する探索範囲を段階的に小さくしていくのが好ましい。ノッチの端部の位置は、感度の低下と探索範囲の縮小という手順を繰り返すことで絞り込まれて求められる。

本発明による超音波検査装置は、被検査体の試験体が不要であり、試験体を用いて事前にデータを取得しないので、簡易な手順で被検査体のノッチの高さを測定できる。また、本発明による溶接部の超音波検査装置は、被検査体のノッチの高さを測定するのに、電子走査をし、機械走査をしないので、簡易な機構を備え、高速に走査することができるという効果も備える。

以下、本発明の実施例による溶接部の超音波検査装置を、図面を用いて説明する。

本発明の実施例１による溶接部の超音波検査装置を、図１から図１２を用いて説明する。

図１１は、本実施例による超音波検査装置の全体構成を示すブロック図である。本実施例による超音波検査装置は、被検査体２００に超音波を入射する超音波探触子２０３と、送受信部６００と、表示部５００を備え、被検査体２００の溶接部を検査する。

被検査体２００は、２つの母材が溶接で接合された溶接部を備え、母材の間の未溶着部であるノッチを有する。溶接部には、開先が設けられている。

超音波探触子２０３は、超音波を発生するとともに、被検査体２００から戻ってきた超音波を受信する複数個の超音波素子（圧電振動素子）を備える。すなわち、超音波探触子２０３は、複数の超音波素子を備えるフェーズドアレイ型の超音波センサであり、被検査体２００に対して電子走査により超音波探傷を行うことができる。

超音波探触子２０３は、被検査体２００の探傷面に設置された後、送受信部６００から供給される駆動信号により超音波を発生し、発生した超音波を被検査体２００に伝播させる。また、超音波探触子２０３は、被検査体２００に伝播させた超音波により現れる反射波を検知して、この反射波の受信信号を送受信部６００に出力する。

送受信部６００は、パルサー６０３、レシーバー６０４、遅延時間制御部６０２、制御部６０１、及びデータ収集部６０５を備え、超音波探触子２０３により超音波の送信と受信を行う。

パルサー６０３は、駆動信号を超音波探触子２０３に供給する。レシーバー６０４は、超音波探触子２０３が送受信部６００に出力した受信信号を入力する。遅延時間制御部６０２は、駆動信号を超音波探触子２０３の各超音波素子に供給するタイミングを制御し、複数の超音波素子が超音波を発生する時間差（遅延時間）を制御する。

制御部６０１は、超音波検査装置が被検査体２００に超音波探傷を行えるように、パルサー６０３、レシーバー６０４、遅延時間制御部６０２、及びデータ収集部６０５を制御する。例えば、制御部６０１は、遅延時間制御部６０２とパルサー６０３が駆動信号を出力するタイミングと、レシーバー６０４が受信信号を入力するタイミングの双方を制御し、これによりフェーズドアレイ方式による超音波探触子２０３の動作が得られるようにする。

フェーズドアレイ方式による超音波探触子２０３の動作とは、超音波の焦点深さと入射角度を制御して超音波を送信し受信する動作のことである。この動作により、レシーバー６０４からデータ収集部６０５に受信信号が供給される。

データ収集部６０５は、レシーバー６０４から供給された受信信号を収集して処理し、制御部６０１に収集データとして出力する。

制御部６０１は、各超音波素子が得た受信信号の波形を遅延時間に応じて合成処理し、超音波の入射角度ごとの波形を画像処理して、表示部５００に出力する。

表示部５００は、受信信号と探傷画像を表示する。また、表示部５００は、後述するように、超音波探傷の条件を設定する画面などの作業者が超音波検査装置に情報を入力するための画面や、超音波検査装置が作業者に必要な情報を出力するための画面などを表示する。

さらに、超音波検査装置は、マウスなどの、作業者が超音波検査装置に情報を入力するための入力装置を備えてもよい。

図１は、本実施例による超音波検査装置を用いて被検査体２００のノッチの高さを測定する手順を示す図である。

ステップ１００で、作業者は、超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する。作業者は、被検査体２００（母材）についての情報（例えば、母材の材料や形状についての情報）や、被検査体２００の溶接部の開先についての情報（例えば、開先の位置や形状についての情報）などを用いて、事前に超音波探傷の条件を決めておく。そして、作業者は、超音波探傷の条件を超音波検査装置に入力する。作業者は、被検査体２００や開先についての情報なども超音波検査装置に入力することができる。

図１２は、図１のステップ１００における、超音波探傷の条件を設定する作業者の手順の例を示す図である。

ステップ７０１で、超音波探傷に使用する超音波探触子２０３を選択する。使用する超音波探触子２０３は、例えば、超音波探触子２０３の番号で選択する。

ステップ７０２で、被検査体２００の材料定数（母材中での音速）を設定する。

ステップ７０３で、超音波探触子２０３において同時に励振する超音波素子の数（同時励振数）を設定する。

ステップ７０４で、探傷範囲、すなわち屈折角度の最大値と最小値を設定する。また、超音波探傷の細かさ、すなわち屈折角度のピッチを設定する。

ステップ７０５で、超音波の焦点深さ（焦点距離）を設定する。

ステップ７０６で、超音波の取り込み路程を設定する。

ステップ７０７で、超音波の強さに関係するパルス電圧を設定する。

ステップ７０８で、超音波の周波数に関係するパルス幅を設定する。

ステップ７０９で、超音波を何回発生させるかに関係するバースト回数を設定する。

ステップ７１０で、超音波の感度（ゲイン）のうち、ベースゲイン、プリアンプゲイン、及びデジタルゲインを設定する。

ステップ７１１で、超音波の感度（ゲイン）のうち、最大ゲイン、最小ゲイン、及びゲインピッチを設定する。最大ゲインと最小ゲインは、感度の可変範囲を定める値である。ゲインピッチは、最大ゲインと最小ゲインの間でのゲインの値の間隔を定める値である。ゲインピッチの値により、異なる感度で行う超音波探傷の数、すなわち複数の感度での超音波探傷で得られた超音波探傷画像の枚数が定まる。

また、作業者は、探傷結果の表示方法を設定することもできる。

以上の超音波探傷の条件は、図２と図３に示すような設定画面にて設定される。

図２と図３は、表示部５００が表示する、超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する画面の例を示す図である。作業者は、表示部５００に表示された「条件設定１」の画面（図２）と「条件設定２」の画面（図３）により、超音波探傷の条件を超音波検査装置に入力する。

作業者は、超音波探傷の条件として、例えば、使用する超音波探触子２０３について、周波数、超音波素子のサイズとピッチと数、屈折角度（探傷範囲）の最大値と最小値とピッチ、焦点距離、同時励振数、母材中での音速、及び超音波の取り込み路程などを設定する（図２）。音速は、ノッチの始端や終端の座標の算出に必要である。さらに、作業者は、超音波探傷の条件として、ベースゲイン、プリアンプゲイン、及びデジタルゲインというゲインについての項目（ゲイン１）と、最大ゲイン、最小ゲイン、及びゲインのピッチというゲインについての項目（ゲイン２）を設定する（図３）。超音波探傷の条件には、パルス電圧と、パルス幅と、バースト回数と、探傷結果の表示方法（表示モード）なども含まれ、作業者は、これらの条件も設定することができる（図３）。

本実施例による超音波検査装置は、複数の感度で超音波探傷を行い、それぞれの感度での超音波探傷で得られた超音波探傷画像を生成して、被検査体２００のノッチの高さを測定する。作業者がゲイン２の項目（最大ゲイン、最小ゲイン、及びゲインのピッチ）を入力することで、本実施例による超音波検査装置は、複数の感度で超音波探傷を行うことができる。

ステップ１０１で、作業者は、超音波探触子２０３を被検査体２００に設置する。

図４は、溶接部の開先の例を示す図である。図４には、溶接される２つの母材２０１ａ、２０１ｂに設けられたＵ形の開先２０２を示している。

図５は、超音波探触子２０３が設置された被検査体２００の例を示す図である。被検査体２００は、図４に示した２つの母材２０１ａ、２０１ｂが溶接されており、溶金２０４で２つの母材２０１ａ、２０１ｂが接合されている。溶金２０４の、母材２０１ａ、２０１ｂの表面から盛り上がった部分が余盛２０９である。溶接で接合された２つの母材２０１ａ、２０１ｂの間には、ノッチ２０６と呼ばれる未溶着部が存在する。

図５において、母材２０１ａ、２０１ｂの厚さ方向、すなわち開先２０２の溝の深さ方向を「高さ方向」と呼び、高さ方向の長さを「高さ」と呼ぶ。母材２０１ａ、２０１ｂの高さ方向に存在する２つの面のうち、余盛２０９が形成されていない方の面を底面２１０と呼ぶ。溶金２０４の高さ方向の端部のうち、余盛２０９が形成されていない方の端部を底部２１１と呼ぶ。

ノッチ２０６は、母材２０１ａと母材２０１ｂの間を、母材２０１ａ、２０１ｂの底面２１０から溶金２０４の底部２１１に向かって、高さ方向に延伸する。ノッチ２０６の高さ方向の両端のうち、底面２１０に位置する一端をノッチ始端２０７と呼び、底部２１１に位置する他端をノッチ終端２０５と呼ぶ。

図５において、ノッチ始端２０７とノッチ終端２０５の間の距離が、求めたいノッチ２０６の高さ（ノッチ高さ２０８）である。

作業者は、ステップ１００で設定した超音波探傷の条件と、開先２０２についての情報（例えば、開先の位置や形状についての情報）と、溶金２０４の形状を考慮し、ノッチ始端２０７とノッチ終端２０５が存在する領域が探傷されるように、超音波探触子２０３を被検査体２００（母材２０１ａ、２０１ｂ）に設置する。図５には、２本の点線２１２ａ、２１２ｂで、超音波探触子２０３の探傷範囲３０３を示している。

ステップ１０２で、超音波検査装置は、被検査体２００に超音波探傷を行う。超音波探触子２０３は、ステップ１００で設定した複数の感度で超音波探傷を行う。超音波検査装置の制御部６０１は、それぞれの感度での超音波探傷波形を収集する。

ステップ１０３で、超音波検査装置の制御部６０１は、ステップ１０２で収集した超音波探傷波形に基づき、複数の感度での超音波探傷で得られた複数の超音波探傷画像を生成する。これら複数の超音波探傷画像は、ステップ１０２で超音波探触子２０３が超音波探傷を行ったそれぞれの感度での超音波探傷画像である。超音波探傷画像では、ノッチ始端２０７とノッチ終端２０５のそれぞれで発生した反射エコーが得られる。

図６は、超音波検査装置が生成した超音波探傷画像の例である。図６の超音波探傷画像３００には、ノッチ始端２０７（図５）で発生した反射エコー３０１と、ノッチ終端２０５で発生した反射エコー３０２を示している。超音波探触子２０３は、ノッチ始端２０７とノッチ終端２０５が含まれる探傷範囲３０３を探傷し、制御部６０１は、反射エコー３０１と反射エコー３０２が表示された超音波探傷画像３００を生成する。

まず、超音波検査装置は、超音波探傷画像３００の中でノッチ始端２０７の位置を求める。

ステップ１０４で、作業者は、開先２０２についての情報を基に、ノッチ始端２０７の概ねの位置を予め求めておく。作業者は、ノッチ始端２０７の概ねの位置を求めるのに、目視で得られた溶金２０４の形状も利用することができる。作業者は、求めたノッチ始端２０７の概ねの位置を超音波検査装置に入力することができる。

ステップ１０５で、ステップ１０３で生成した超音波探傷画像３００のうちの１つの超音波探傷画像３００に、第１の探索範囲が設定される。第１の探索範囲は、ノッチ始端２０７の概ねの位置を含む範囲であり、超音波探傷画像３００中に、ノッチ始端２０７の概ねの位置を含むように第１のウインドウを設置することで設定される。この超音波探傷画像３００は、ステップ１０３で生成した超音波探傷画像３００のうち、最も感度の高い超音波探傷で得た画像であるのが好ましい。

図７は、超音波探傷画像３００に第１の探索範囲を設定する画面の例を示す図である。この画面は、超音波検査装置の表示部５００が表示する。第１の探索範囲は、ノッチ始端２０７の概ねの位置を含むように第１のウインドウ４０１が超音波探傷画像３００中に設置されることで、設定される。なお、第１のウインドウ４０１は、反射エコー３０１の全てを含むように設置されなくてもよい。表示部５００は、超音波探傷画像３００に設定された第１の探索範囲（第１のウインドウ４０１）を、超音波探傷画像３００に表示する。

第１のウインドウ４０１は、作業者が設置してもよく、超音波検査装置の制御部６０１が設置してもよい。作業者が第１のウインドウ４０１を設置する場合には、作業者は、例えば、マウスカーソル５０１を用いて第１のウインドウ４０１の位置や大きさを定める。制御部６０１が第１のウインドウ４０１を設置する場合には、制御部６０１は、第１のウインドウ４０１の位置や大きさを、作業者が入力したノッチ始端２０７の概ねの位置や作業者が予め設定した値に基づいて、自動的に定める。

設置された第１のウインドウ４０１の位置（座標）や大きさは、例えば、第１の探索範囲を設定する画面に表示された入出力領域５０２に表示してもよい。作業者が第１のウインドウ４０１を設置する場合には、作業者は、第１のウインドウ４０１の位置（座標）や大きさの数値を入出力領域５０２に入力してもよい。また、制御部６０１が第１のウインドウ４０１を設置する場合には、作業者は、入出力領域５０２に数値を入力することで、制御部６０１が設置した第１のウインドウ４０１の位置（座標）や大きさを変更してもよい。

ステップ１０６で、制御部６０１は、超音波探傷画像３００中で、ノッチ始端２０７の位置を探索する。制御部６０１は、第１の探索範囲を移動させて、ノッチ始端２０７に起因する反射エコー３０１の全てを含むような第１の探索範囲の位置を求めることで、反射エコー３０１を探索して、ノッチ始端２０７の位置を探索する。すなわち、制御部６０１は、第１のウインドウ４０１を移動させて、反射エコー３０１の全てを含む第１のウインドウ４０１の位置を求める。具体的には、制御部６０１は、第１のウインドウ４０１内の輝度の総和が最大となるような第１のウインドウ４０１の位置を探索する。

図８Ａは、反射エコー３０１の全てを含む第１のウインドウ４０１ａの例を示す図である。図８Ａには、第１のウインドウ４０１ａの中心の座標４０２ａを示している。

ステップ１０７で、制御部６０１は、第１のウインドウ４０１ａの中心の座標４０２ａを求める。制御部６０１は、この座標４０２ａをノッチ始端２０７の暫定的な位置と決定する。すなわち、制御部６０１は、第１のウインドウ４０１ａの中にノッチ始端２０７の位置を暫定的に求める。

ステップ１０８で、制御部６０１は、ノッチ始端２０７の位置を求める超音波探傷画像３００を、より低感度の探傷画像３００に変更する。より低感度の探傷画像３００とは、ステップ１０３で生成した超音波探傷画像３００のうち、ステップ１０７でノッチ始端２０７の暫定的な位置を求めた超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像のことである。

ステップ１０９で、制御部６０１は、第１の探索範囲（第１のウインドウ４０１ａ）の大きさを縮小する。第１の探索範囲の大きさを縮小する割合は、任意に定めることができる。縮小された第１の探索範囲（第１のウインドウ４０１ａ）の位置は、縮小する前の第１の探索範囲の内部に含まれるのが好ましい。

図８Ｂは、図８Ａの超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像（より低感度の探傷画像３００）において、反射エコー３０１の全てを含む第１のウインドウ４０１ｂの例を示す図である。図８Ｂに示す第１のウインドウ４０１ｂは、図８Ａに示した第１のウインドウ４０１ａよりも大きさが小さい。図８Ｂには、第１のウインドウ４０１ｂの中心の座標４０２ｂを示している。

図８Ｂに示す、より低感度の探傷画像３００では、ノッチ始端２０７の反射エコー３０１の大きさは、図８Ａに示した、より感度の高い超音波探傷で得た画像（より高感度の探傷画像３００）におけるノッチ始端２０７の反射エコー３０１の大きさよりも小さい。そこで、制御部６０１は、ステップ１０９を実施し、第１の探索範囲の大きさを縮小する。

制御部６０１は、ステップ１０６からステップ１０９の手順を繰り返し、より低感度の探傷画像３００を用いて、第１の探索範囲（第１のウインドウ４０１ａ、４０１ｂ）の大きさを段階的に縮小していき、ノッチ始端２０７の暫定的な位置を繰り返し求めていく。

図８Ｃは、図８Ｂの超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像（より低感度の探傷画像３００）において、反射エコー３０１の全てを含む第１のウインドウ４０１ｃの例を示す図である。図８Ｃに示す第１のウインドウ４０１ｃは、図８Ｂに示した第１のウインドウ４０１ｂよりも大きさが小さい。図８Ｃには、第１のウインドウ４０１ｃの中心の座標４０２ｃを示している。

ステップ１１０で、制御部６０１は、第１の探索範囲（第１のウインドウ４０１ｃ）の中に、ノッチ始端２０７の位置を確定できたか否かを判定する。

図８Ｄは、図８Ｃの超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像（より低感度の探傷画像３００）において、第１のウインドウ４０１ｄの例を示す図である。図８Ｄに示す第１のウインドウ４０１ｄは、図８Ｃに示した第１のウインドウ４０１ｃよりも大きさが小さい。

超音波探傷の感度を低くしていくと、図８Ｄに示すように、超音波探傷画像３００に、ノッチ始端２０７に起因する反射エコー３０１が映らなくなる。制御部６０１は、ノッチ始端２０７に起因する反射エコー３０１が超音波探傷画像３００からなくなったら、ノッチ始端２０７の位置を確定できたと判断する。そして、制御部６０１は、反射エコー３０１がなくなった超音波探傷画像３００の１つ前の超音波探傷画像３００で求めたノッチ始端２０７の暫定的な位置を、ノッチ始端２０７の位置として求める。

制御部６０１は、ノッチ始端２０７に起因する反射エコー３０１が超音波探傷画像３００からなくなり、ノッチ始端２０７の位置が確定するまで、ステップ１０６からステップ１０９の手順を繰り返す。すなわち、制御部６０１は、反射エコー３０１の大きさが小さくなるのに合わせて、第１の探索範囲（第１のウインドウ４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ）の大きさを縮小していき、ノッチ始端２０７の暫定的な位置を繰り返し求めることで、ノッチ始端２０７の位置を絞り込んでいって求める。

ステップ１１１で、制御部６０１は、求めたノッチ始端２０７の位置の座標を求める。制御部６０１は、超音波探傷画像３００の中の任意の位置を原点とすることで、ノッチ始端２０７の位置の座標を特定する。

次に、超音波検査装置は、超音波探傷画像３００の中でノッチ終端２０５の位置を求める。

ステップ１１２で、超音波検査装置の制御部６０１は、ステップ１０３で生成した超音波探傷画像３００のうちの１つの超音波探傷画像３００に、第２の探索範囲を設定する。第２の探索範囲は、ステップ１１０で求めたノッチ始端２０７の位置を含む範囲であり、超音波探傷画像３００中に、確定したノッチ始端２０７の位置を含むように第２のウインドウを設置することで設定される。この超音波探傷画像３００は、ステップ１０３で生成した超音波探傷画像３００のうち、最も感度の高い超音波探傷で得た画像であるのが好ましい。

ステップ１１３で、制御部６０１は、開先２０２についての情報を基に、ノッチ始端２０７からのノッチ２０６の延伸方向を推定して求める。すなわち、制御部６０１は、ノッチ始端２０７からのノッチ終端２０５がある方向を推定する。

ステップ１１４で、制御部６０１は、超音波探傷画像３００中で、ノッチ終端２０５の位置を探索する。制御部６０１は、第２の探索範囲（第２のウインドウ）を、ステップ１１２で超音波探傷画像３００に設定した位置から、ステップ１１３で求めたノッチ２０６の延伸方向に移動させる。制御部６０１は、第２の探索範囲をこのように移動させていき、ノッチ終端２０５に起因する反射エコー３０２の全てを含むような第２の探索範囲の位置を求めることで、反射エコー３０２を探索して、ノッチ終端２０５の位置を探索する。すなわち、制御部６０１は、第２のウインドウを移動させて、反射エコー３０２の全てを含む第２のウインドウの位置を求める。具体的には、制御部６０１は、第２のウインドウ内の輝度の総和が最大となるような第２のウインドウの位置を探索する。

図９Ａは、反射エコー３０２の全てを含む第２のウインドウ４０３ａの例を示す図である。図９Ａには、第２のウインドウ４０３ａの中心の座標４０４ａを示している。

ステップ１１５で、制御部６０１は、第２のウインドウ４０３ａの中心の座標４０４ａを求める。制御部６０１は、この座標４０４ａをノッチ終端２０５の暫定的な位置と決定する。すなわち、制御部６０１は、第２のウインドウ４０３ａの中にノッチ終端２０５の位置を暫定的に求める。

ステップ１１６で、制御部６０１は、ノッチ終端２０５の位置を求める超音波探傷画像３００を、より低感度の探傷画像３００に変更する。より低感度の探傷画像３００とは、ステップ１０３で生成した超音波探傷画像３００のうち、ステップ１１５でノッチ終端２０５の暫定的な位置を求めた超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像のことである。

ステップ１１７で、制御部６０１は、第２の探索範囲（第２のウインドウ４０３ａ）の大きさを縮小する。第２の探索範囲の大きさを縮小する割合は、任意に定めることができる。縮小された第２の探索範囲（第２のウインドウ４０３ａ）の位置は、縮小する前の第２の探索範囲の内部に含まれるのが好ましい。

図９Ｂは、図９Ａの超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像（より低感度の探傷画像３００）において、反射エコー３０２の全てを含む第２のウインドウ４０３ｂの例を示す図である。図９Ｂに示す第２のウインドウ４０３ｂは、図９Ａに示した第２のウインドウ４０３ａよりも大きさが小さい。図９Ｂには、第２のウインドウ４０３ｂの中心の座標４０４ｂを示している。

図９Ｂに示す、より低感度の探傷画像３００では、ノッチ終端２０５の反射エコー３０２の大きさは、図９Ａに示した、より感度の高い超音波探傷で得た画像（より高感度の探傷画像３００）におけるノッチ終端２０５の反射エコー３０２の大きさよりも小さい。そこで、制御部６０１は、ステップ１１７を実施し、第２の探索範囲の大きさを縮小する。

制御部６０１は、ステップ１１４からステップ１１７の手順を繰り返し、より低感度の探傷画像３００を用いて、第２の探索範囲（第２のウインドウ４０３ａ、４０３ｂ）の大きさを段階的に縮小していき、ノッチ終端２０５の暫定的な位置を繰り返し求めていく。

図９Ｃは、図９Ｂの超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像（より低感度の探傷画像３００）において、反射エコー３０２の全てを含む第２のウインドウ４０３ｃの例を示す図である。図９Ｃに示す第２のウインドウ４０３ｃは、図９Ｂに示した第２のウインドウ４０３ｂよりも大きさが小さい。図９Ｃには、第２のウインドウ４０３ｃの中心の座標４０４ｃを示している。

ステップ１１８で、制御部６０１は、第２の探索範囲（第２のウインドウ４０３ｃ）の中に、ノッチ終端２０５の位置を確定できたか否かを判定する。

図９Ｄは、図９Ｃの超音波探傷画像３００を得たときの超音波探傷よりも感度の低い超音波探傷で得た画像（より低感度の探傷画像３００）において、第２のウインドウ４０３ｄの例を示す図である。図９Ｄに示す第２のウインドウ４０３ｄは、図９Ｃに示した第２のウインドウ４０３ｃよりも大きさが小さい。

超音波探傷の感度を低くしていくと、図９Ｄに示すように、超音波探傷画像３００に、ノッチ終端２０５に起因する反射エコー３０２が映らなくなる。制御部６０１は、ノッチ終端２０５に起因する反射エコー３０２が超音波探傷画像３００からなくなったら、ノッチ終端２０５の位置を確定できたと判断する。そして、制御部６０１は、反射エコー３０２がなくなった超音波探傷画像３００の１つ前の超音波探傷画像３００で求めたノッチ終端２０５の暫定的な位置を、ノッチ終端２０５の位置として求める。

制御部６０１は、ノッチ終端２０５に起因する反射エコー３０２が超音波探傷画像３００からなくなり、ノッチ終端２０５の位置が確定するまで、ステップ１１４からステップ１１７の手順を繰り返す。すなわち、制御部６０１は、反射エコー３０２の大きさが小さくなるのに合わせて、第２の探索範囲（第２のウインドウ４０３ａ、４０３ｂ、４０３ｃ）の大きさを縮小していき、ノッチ終端２０５の暫定的な位置を繰り返し求めることで、ノッチ終端２０５の位置を絞り込んでいって求める。

ステップ１１９で、制御部６０１は、求めたノッチ終端２０５の位置の座標を求める。制御部６０１は、ノッチ始端２０７の位置の座標を特定したときに用いた原点を使って、ノッチ終端２０５の位置の座標を特定する。

ステップ１２０で、制御部６０１は、ノッチ始端２０７の位置とノッチ終端２０５の位置の間の距離を求めることで、ノッチ高さ２０８（図５）を求める。制御部６０１は、ステップ１１１で求めたノッチ始端２０７の位置の座標と、ステップ１１９で求めたノッチ終端２０５の位置の座標から、ノッチ高さ２０８を算出する。

図１０は、超音波検査装置の表示部５００が表示する、ノッチ高さ２０８の測定結果の表示画面の例を示す図である。表示部５００は、超音波探傷画像３００の上に、算出したノッチ高さ２０８と、求めたノッチ始端２０７の位置２５０と、求めたノッチ終端２０５の位置２６０を表示する。表示部５００は、ノッチ高さ２０８と、ノッチ始端２０７の位置２５０の座標と、ノッチ終端２０５の位置２６０の座標を、測定結果の表示画面に数値で表示してもよい。

図１に示した手順では、ノッチ始端２０７の位置２５０をノッチ終端２０５の位置２６０よりも先に求める。この理由は、ノッチ終端２０５の位置２６０は、溶金２０４の形状（溶金２０４の底部２１１の位置）によって決まるので、どこにあるか推測するのが難しく、ノッチ終端２０５の概ねの位置を含むように第１の探索範囲（第１のウインドウ）を設定するのが困難だからである。このため、ノッチ始端２０７の位置２５０を求めてから、ノッチ終端２０５の位置２６０を求める。

なお、表示部５００は、図８Ａ～図８Ｄに示した第１のウインドウ４０１ａ～４０１ｄと第１のウインドウの中心の座標４０２ａ～４０２ｃと、図９Ａ～図９Ｄに示した第２のウインドウ４０３ａ～４０３ｄと第２のウインドウの中心の座標４０４ａ～４０４ｃを表示してもよく、表示しなくてもよい。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

２０１ａ、２０１ｂ…母材、２０２…開先、２０３…超音波探触子、２０４…溶金、２０５…ノッチ終端、２０６…ノッチ、２０７…ノッチ始端、２０８…ノッチ高さ、２０９…余盛、２００…被検査体、２１０…底面、２１１…底部、２１２ａ、２１２ｂ…探傷範囲を示す点線、２５０…ノッチ始端の位置、２６０…ノッチ終端の位置、３００…超音波探傷画像、３０１、３０２…反射エコー、３０３…探傷範囲、４０１、４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ…第１のウインドウ、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ…第１のウインドウの中心の座標、４０３ａ、４０３ｂ、４０３ｃ、４０３ｄ…第２のウインドウ、４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ…第２のウインドウの中心の座標、５０１…マウスカーソル、５０２…入出力領域、６００…送受信部、６０１…制御部、６０２…遅延時間制御部、６０３…パルサー、６０４…レシーバー、６０５…データ収集部。

Claims (6)

1. 複数の超音波素子を備え、２つの母材が溶接で接合された溶接部を備える被検査体に対して電子走査により超音波探傷を行う超音波探触子と、
   制御部と、
   を備え、
   前記被検査体は、前記母材の間の未溶着部であるノッチを有し、
   前記制御部は、
   前記超音波探触子が超音波探傷を行って得られた探傷画像を生成し、
   前記探傷画像に設定された第１の探索範囲の中に、前記ノッチの一端の位置を求め、
   前記制御部が前記探傷画像に設定した第２の探索範囲の中に、前記ノッチの他端の位置を求め、
   前記ノッチの前記一端の位置と前記他端の位置から、前記一端と前記他端の間の距離である前記ノッチの高さを求め、
   前記制御部が前記ノッチの高さを求める際に、
   前記超音波探触子は、複数の感度で超音波探傷を行い、
   前記制御部は、
   複数の前記感度での超音波探傷で得られた複数の前記探傷画像を生成し、
   複数の前記探傷画像のうちの１つの前記探傷画像に設定された前記第１の探索範囲の中に、前記ノッチの前記一端の位置を暫定的に求め、
   より前記感度の低い超音波探傷で得られた前記探傷画像を用いて、前記第１の探索範囲の大きさを縮小していって、前記ノッチの前記一端の位置を繰り返し求めていくことで、前記ノッチの前記一端の位置を求め、
   複数の前記探傷画像のうちの１つの前記探傷画像に前記第２の探索範囲を設定し、前記第２の探索範囲の中に、前記ノッチの前記他端の位置を暫定的に求め、
   より前記感度の低い超音波探傷で得られた前記探傷画像を用いて、前記第２の探索範囲の大きさを縮小していって、前記ノッチの前記他端の位置を繰り返し求めていくことで、前記ノッチの前記他端の位置を求める、
   ことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
2. 前記被検査体は、前記溶接部に開先が設けられており、
   前記制御部は、前記開先についての情報に基づいて、前記探傷画像に前記第１の探索範囲を設定する、
   請求項１に記載の溶接部の超音波検査装置。
3. 前記制御部は、前記ノッチの前記一端の位置に基づいて、前記探傷画像に前記第２の探索範囲を設定する、
   請求項１に記載の溶接部の超音波検査装置。
4. 前記被検査体は、前記溶接部に開先が設けられており、
   前記制御部は、前記探傷画像に設定した前記第２の探索範囲を、前記探傷画像に設定した位置から、前記開先についての情報から求めた前記ノッチの延伸方向に移動させていき、前記第２の探索範囲の中に前記ノッチの前記他端の位置を求める、
   請求項３に記載の溶接部の超音波検査装置。
5. 前記制御部が求めた前記ノッチの前記一端の位置と前記他端の位置を前記探傷画像に表示する表示部を備える、
   請求項１に記載の溶接部の超音波検査装置。
6. 前記探傷画像に設定された前記第１の探索範囲を前記探傷画像に表示する表示部を備える、
   請求項１に記載の溶接部の超音波検査装置。

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