JP7433172B2 - 超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラム - Google Patents
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Description
図1は、実施形態にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図である。また、図2は、検査対象物の一例を示す説明図である。本実施形態において、検査対象物は、溶接部2において互いに接続された配管1である。配管1は、表面1aおよび内面1bを有しており、溶接部2は、配管1の表面1aよりも突出する余剰盛り部分を有している。なお、本実施形態において、「配管1の表面1a」は、溶接部2の表面も含むものとする。以下の説明において、配管1の表面1aおよび内面1bを、適宜、配管1の「形状部」と称する。なお、検査対象物が配管1とは異なり、内面1bを有さない場合、形状部は、検査範囲内におけるすべての表面部分、または表面部分および表面部分と対向する裏面部分を意味するものとする。
超音波検査装置100は、検査対象物の内部欠陥を検出する(探傷する)ための検査装置(探傷装置)である。本実施形態において、超音波検査装置100は、配管1の溶接部2における内部欠陥を検出する。本実施形態にかかる超音波検査装置100は、図1に示すように、探傷器10と、計算部20と、操作・表示部30とを備える。
探傷器10は、リニアアレイプローブ11と、パルサー(振動子)12と、レシーバー13と、データ記憶部14と、制御素子切替部15とを有する。リニアアレイプローブ11は、図2に示すように、複数(N個)の探触子110を有する。本実施形態において、複数の探触子110は、リニアアレイ型に配置される。なお、複数の探触子110の配置構成は、これに限られない。以下の説明では、i番目(iは、1からNまでの整数)の探触子110を探触子110iと称する。各探触子110は、発信器としてのパルサー12および受信器としてのレシーバー13に接続されている。探触子110と検査対象物としての配管1との間には、超音波信号Sを伝播可能な媒質Aで満たされている。各探触子110は、図1の白抜き矢印に示すように、パルサー12から発信される超音波信号Sを検査対象物としての配管1の溶接部2へと、媒質Aを介して送信する。また、各探触子110は、媒質Aを介して、配管1の溶接部2から反射してきた超音波信号Sを受信して、レシーバー13へと送る。レシーバー13へと送られた超音波信号Sは、データ記憶部14で記憶される。制御素子切替部15は、後述する計算部20の制御部21からの指示に従って、複数の探触子110のうち、パルサー12からの超音波信号Sを発信させる探触子110を切り替える。
計算部20は、本実施形態において、探傷器10とは別体に設けられ、探傷器10に接続された演算処理装置である。計算部20は、例えば外部接続のパーソナルコンピュータである。なお、計算部20は、探傷器10と一体に設けられてもよい。計算部20は、制御部21と、記憶部22と、第一演算処理部23と、第二演算処理部24とを有する。
制御部21は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などで構成された演算処理装置である。制御部21は、探傷器10の制御素子切替部15と、記憶部22と、第二演算処理部24と、後述する操作・表示部30の検査条件設定部32に接続されている。制御部21は、記憶部22に記憶されているプログラムをメモリにロードして、プログラムに含まれる命令を実行する。より詳細には、制御部21は、検査条件設定部32から、ユーザーにより設定される検査条件の情報を取得する。制御部21は、取得した検査条件の情報に基づいて、制御素子切替部15を制御して、リニアアレイプローブ11の各探触子110から順次、検査対象物としての配管1へと超音波信号Sを発信させ、配管1から反射した超音波信号Sのデータ収集を行う。制御部21は、データ収集が終了すると、第二演算処理部24へと、収集したデータの各種処理の実行を命令する。
本実施形態において、超音波信号Sのデータ収集には、いわゆるフルマトリクスキャプチャー(以下、「FMC」と称する。)による手法が用いられる。FMCとは、1つの探触子110から発せられて検査対象物から反射した超音波信号Sをすべての探触子110で受信する手順を、すべての探触子110において行うデータ収集法である。より詳細には、制御部21は、リニアアレイプローブ11の複数の探触子110のうちの一つから配管1へと超音波信号Sを発信させる。そして、配管1から反射してきた超音波信号Sは、すべての探触子110で受信され、レシーバー13を介してデータ記憶部14で記憶される。このとき、リニアアレイプローブ11の複数の探触子110の個数をN個とすれば、データ記憶部14には、配管1から反射した超音波信号SについてN個のデータが記憶される。次に、制御部21は、前回のタイミングで超音波信号Sを発生させた探触子110とは異なる探触子110から、同様に超音波信号Sを発信させる。その結果、データ記憶部14には、配管1から反射してきた超音波信号Sについて、新たにN個のデータが記憶される。この処理は、N個の探触子110のすべてから超音波信号Sが発信されるまで繰り返される。その結果、データ記憶部14には、配管1から反射した超音波信号SについてN×N個のマトリックス型のデータが記憶されることになる。この超音波信号SについてのN×N個のマトリックス型データが、配管1を超音波信号Sでスキャンしたデータとなる。
記憶部22は、超音波検査装置100における各種処理に要するデータ(プログラム)を記憶する。記憶部22は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置である。記憶部22は、探傷器10のデータ記憶部14と、第一演算処理部23と、第二演算処理部24とに接続されている。記憶部22は、上述したFMCにより収集されたN×N個の超音波信号Sのデータをデータ記憶部14から受信して記憶する。記憶部22は、記憶した超音波信号Sのデータを第一演算処理部23および第二演算処理部24の要請に応じて、これらに送信する。
第一演算処理部23は、例えばCPUにより構成された演算処理装置である。第一演算処理部23は、記憶部22と、第二演算処理部24と、操作・表示部30の計算条件設定部33と、計算結果表示部31とに接続されている。第一演算処理部23は、記憶部22に記憶されているプログラムをメモリにロードして、プログラムに含まれる命令を実行する。第一演算処理部23は、計算条件設定部33から検査条件に基づいて設定される計算条件の情報を取得する。第一演算処理部23は、取得した計算条件を第二演算処理部24に送信する。また、第一演算処理部23は、第二演算処理部24で計算された結果を計算結果表示部31に送信する。
第二演算処理部24は、GPU(Graphics Processing Unit)により構成された演算処理装置である。第二演算処理部24は、制御部21と、記憶部22と、第一演算処理部23とに接続されている。本実施形態において、第二演算処理部24は、いわゆるGPGPUにより、GPUを用いて画像作成処理以外の処理も行う。それにより、計算速度を向上させることができる。GPUは、少なくとも一つ必要であるが、複数のGPUを並列して使用することも可能である。第二演算処理部24は、記憶部22から、上述したFMCにより収集されたN×N個の超音波信号Sのデータを受信する。第二演算処理部24は、制御部21からの命令および第一演算処理部23からの計算条件の情報に応じて、N×N個の超音波信号Sのデータ、すなわち配管1をスキャンしたデータについて、トータルフォーカス法(以下、「TFM」と称する。)により処理して合成し、合成結果に基づいて配管1の内部を描画した計算結果を作成する。TFMは、FMCにより収集された超音波信号Sのデータを解析し、超音波信号Sを合成する種々の手法である。
操作・表示部30は、検査結果を表示するための表示機能と、ユーザーインターフェースとしての入力操作機能とを兼ね備えた装置である。操作・表示部30は、例えばタッチパネル式のディスプレイを用いることができる。操作・表示部30は、本実施形態において、探傷器10とは別体に設けられ、計算部20に接続されている。なお、操作・表示部30は、探傷器10と一体に設けられてもよい。また、操作・表示部30は、タッチパネル式のディスプレイに限られず、検査結果を表示するための表示機能と、ユーザーインターフェースとしての操作機能とを別体に設けるものであってもよい。
次に実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順について説明する。図3は、実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。図3に示す処理手順は、計算部20の制御部21、第一演算処理部23および第二演算処理部24が記憶部22に記憶されたプログラムを実行することにより行われる。図3に示す処理手順は、探傷器10を配管1の溶接部上の所定位置に位置決めした状態で実行される。
次に、第二実施形態にかかる超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラムについて説明する。第二実施形態にかかる超音波検査方法は、図3のステップS10のデータ収集ステップにおける処理が異なる点で第一実施形態と相違する。したがって、第二実施形態にかかる超音波検査装置は、図1に示す第一実施形態の超音波検査装置と構成面では相違しないため、説明を省略する。第二実施形態にかかる超音波検査方法は、記憶部22に記憶されたプログラムにしたがって、計算部20により実行される。
次に、第三実施形態にかかる超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラムについて説明する。図11は、第三実施形態にかかる超音波検査方法の処理の一例を示すフローチャートである。第三実施形態にかかる超音波検査装置は、図11に示す処理を実行することを除き、図1に示す第一実施形態の超音波検査装置と構成面では相違しないため、説明を省略する。第三実施形態にかかる超音波検査方法は、記憶部22に記憶されたプログラムにしたがって、計算部20により実行される。
次に、第四実施形態にかかる超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラムについて説明する。図12は、第四実施形態にかかる超音波検査装置の要部の一例を示す模式図である。上記第一実施形態から第三実施形態では、主として、二次元平面に複数の探触子110が並んだリニアアレイプローブ11を利用した計算処理について説明してきた。図12に示す超音波検査装置は、図示するように、三次元平面においてマトリクスアレイ状に複数の探触子110が並んだマトリクスアレイプローブ61を備えている。第三実施形態にかかる超音波検査装置の他の装置構成は、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
1a 表面
1b 内面
2 溶接部
10 探傷器
11 リニアアレイプローブ
12 パルサー
13 レシーバー
14 データ記憶部
15 制御素子切替部
20 計算部
21 制御部
22 記憶部
23 第一演算処理部
24 第二演算処理部
30 操作・表示部
31 計算結果表示部
32 検査条件設定部
33 計算条件設定部
61 マトリクスアレイプローブ
70 電力供給部
100 超音波検査装置
110 探触子
C 可変コンデンサ
ch1,chN チャンネル
D,D1,D2 内部欠陥
R 可変抵抗
M 一次画像
M´ 二次画像
P ピクセル
X 第一配列方向
Y 第二配列方向
Claims (13)
- 複数の探触子から検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記複数の探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、
前記複数の探触子で送受信された超音波信号について、通過する領域に関わらず音速を所定値に設定して、スキャンした前記データに基づいて前記検査対象物の形状部および内部を含む一次画像を描画するステップと、
前記一次画像内で、前記検査対象物の内部欠陥の有無を評価するステップと、
前記一次画像内で前記検査対象物に内部欠陥が含まれると評価された場合、前記音速を前記超音波信号が通過する領域ごとに対応した値に設定して、前記検査対象物の形状部および内部を含む二次画像を描画するステップと、
を備える超音波検査方法。 - 前記一次画像を描画するステップは、前記所定値が1つの値である請求項1に記載の超音波検査方法。
- 前記一次画像を描画するステップは、前記所定値が予め設定した範囲毎に設定された異なる値である請求項1に記載の超音波検査方法。
- 前記内部欠陥の有無を評価するステップの前に、前記一次画像内における前記形状部の位置に基づいて、前記形状部を認識できるか否かを判定するステップをさらに備え、
前記形状部を認識できると判定されるまで、前記音速の前記所定値を変更して前記一次画像を描画するステップ以降の処理を繰り返す請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の超音波検査方法。 - 前記検査対象物の前記形状部を認識できるか否かを判定するステップは、前記検査対象物に関して蓄積されたデータベースに基づいて、機械学習により前記形状部を認識できる範囲を更新した上で判定する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
- 前記データを収集するステップは、前記探触子の有効周波数帯のうち、最も高周波数の超音波信号が前記探触子から送信されるように、前記探触子の振動子に印加する電圧のパルス幅を設定する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
- 前記内部欠陥の有無を評価するステップの後に、前記一次画像内における前記内部欠陥の位置に基づいて、前記内部欠陥が適切に描画されているか否かを判定するステップをさらに備え、
前記内部欠陥が適切に描画されていると判定されるまで、前記探触子の有効周波数帯の範囲内で超音波信号が送信されるように、前記探触子に印加する電圧のパルス幅を変更して前記データを取得するステップ以降の処理を繰り返す請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の超音波検査方法。 - 前記パルス幅の変更は、前記内部欠陥が前記形状部に近いほど、前記探触子から送信される超音波信号を高周波数とする傾向である請求項7に記載の超音波検査方法。
- 前記パルス幅の変更は、前記内部欠陥と前記探触子との距離が遠いほど、前記探触子から送信される超音波信号を低周波数とする傾向である請求項7に記載の超音波検査方法。
- 超音波信号を伝播させる媒質を介して、検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子と、
前記複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集し、収集した超音波信号のデータを処理して合成する演算処理部とを備え、
前記演算処理部は、
前記複数の探触子から検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記複数の探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集し、
前記複数の探触子で送受信された超音波信号について、通過する領域に関わらず音速を所定値に設定して、スキャンした前記データに基づいて前記検査対象物の形状部および内部を含む一次画像を描画し、
前記一次画像内で、前記検査対象物の内部欠陥の有無を評価し、
前記一次画像内で前記検査対象物に内部欠陥が含まれると評価された場合、前記音速を前記超音波信号が通過する領域ごとに対応した値に設定して、前記検査対象物の形状部および内部を含む二次画像を描画する超音波検査装置。 - 前記複数の探触子は、マトリクスアレイ状に配列されており、
前記探触子の第一配列方向において、前記探触子ごとに異なる電圧を印加可能に異なるチャンネルが割り当てられ、
前記探触子の第一配列方向と直交する第二配列方向において、前記探触子に同じ前記チャンネルが割り当てられる請求項10に記載の超音波検査装置。 - 前記複数の探触子は、
前記第二配列方向において、前記探触子ごとに印加される電圧を変更するための可変抵抗および可変コンデンサが接続されている請求項11に記載の超音波検査装置。 - 複数の探触子から検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記複数の探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、
前記複数の探触子で送受信された超音波信号について、通過する領域に関わらず音速を所定値に設定して、スキャンした前記データに基づいて前記検査対象物の形状部および内部を含む一次画像を描画するステップと、
前記一次画像内で、前記検査対象物の内部欠陥の有無を評価するステップと、
前記一次画像内で前記検査対象物に内部欠陥が含まれると評価された場合、前記音速を前記超音波信号が通過する領域ごとに対応した値に設定して、前記検査対象物の形状部および内部を含む二次画像を描画するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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