WO2015001624A1

WO2015001624A1 - 超音波探傷方法、超音波探傷装置ならびにパネル構造体の溶接部検査方法

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Publication number: WO2015001624A1
Application number: PCT/JP2013/068197
Authority: WO
Inventors: 聡北澤; 将裕三木; 小林　善宏; 紀朗後藤; 雅己小方
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-08

Abstract

複雑な断面形状を有する部材の溶接部（４０４）の検査を、現実的に利用可能な演算装置を利用して実現できる超音波探傷方法、超音波探傷装置を実現する。また、上記複雑な断面形状を有する部材同士が溶接で接合されることにより形成されたパネル構造体の溶接部（４０４）あるいは溶接線（２１０）の検査を、現実的に利用可能な演算装置を利用して実現できる超音波探傷方法あるいは超音波探傷装置を実現する。検査の関心領域であるＲＯＩ(４０２）を被検査部材の形状に起因する超音波の反射波、あるいは回折波が発生するような位置を含めて溶接線（２１０）に設定し、このＲＯＩ（４０２）を含む領域の探傷画像（４０１）を取得して溶接欠陥の有無を検査する。

Description

超音波探傷方法、超音波探傷装置ならびにパネル構造体の溶接部検査方法

　本発明は、固体を検査対象とする超音波探傷技術に係り、特に、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ方式による溶接部の超音波探傷技術に関するものである。

　大型構造物の多くは複数の部材を溶接で組み合わせて製造されることが多い。例えば、鉄道分野では長尺の形材を溶接によって接合してパネル構造体を形成し、このパネル構造体同士を更に接合して製造されている。
近年、鉄道車両においては、ダブルスキンと呼ばれる形材を接合して車両を製造する場合が多くなっている。ダブルスキン形材とは、対向する２枚の面板をリブで接続した断面形状を有する中空押出形材のことであるが、これを用いて鉄道車両を構成すると一枚板を接合したパネルよりも強度が高まるため、梁や柱などを省略でき、従って従来よりも構造を簡素化できる。しかしながら、ダブルスキン形材の場合、２枚の面板の両側から溶接を施工するため検査すべき溶接線の総距離が非常に長くなり、検査に要する工数および検査コストが従来よりも増大する。従って、信頼性を損なわずにいかに効率良く検査するかが製造上の課題となっている。

　一方、鉄やアルミなどの金属材料からなる工業用部品を非破壊で検査する代表的な方法として超音波探傷が良く知られている。特に、溶接部を有する工業構造物の場合には、母材に比べ脆弱となり易い溶接部の健全性担保が構造物の信頼性に直結するため、非破壊検査は非常に重要なプロセスと位置付けられている。溶接部の欠陥には融合不良、スラグ巻込み、凝固割れ、ブローホールなど様々な種類があるが、その多くは超音波探傷で検出可能である。溶接部の内部を検査する非破壊検査技術としてはＸ線やガンマ線などの放射線を用いた方法もあるが、超音波探傷は比較的簡易な装置で実施可能であり、被ばくのリスクも無いため、製造現場などで頻繁に用いられている。

　超音波探傷法は、被検査部に超音波を送波し、欠陥部で反射あるいは回折される超音波エコーをエコー信号として検出する技術であるが、実際の検査では欠陥エコーに重畳してノイズも観測される。観測されるノイズは材料内部の金属組織での超音波散乱に起因する林状エコー（反射信号波形を出力すると樹木が林立しているかのように多数の信号ピークが観測されるため、このように呼ばれる）と、材料内面の多重反射に起因する形状エコーに大別される。溶接部は母材に比べ林状エコーが多く出る傾向があるため、欠陥エコーとの識別はさらに難しくなる。ノイズと欠陥エコーを識別することは難しく、特に鉄道車両用の形材の場合、形材の断面形状が複雑であり、ノイズの混じった観測エコーから欠陥エコーをいかに精度よく抽出するかが従来からの課題である。

　特許文献１には、被検体の溶接線に沿ってフェーズドアレイ方式の超音波探傷を行って得られる超音波画像から、被検体の形状起因による超音波エコー像を消去し、当該形状起因のエコー像が消去された超音波画像に現れる欠陥エコーが他の欠陥エコーと同一の欠陥に起因するか否かを所定の基準によって判断して欠陥を同定する超音波探傷方法が開示されている。
また、特許文献２には、溶接線に沿ってマルチアレイ探触子を配置し、溶接線の直交方向の複数点で探傷画像を取得して欠陥検査を行う超音波探傷手法が開示されている。

特開２００７－２９８４６８号公報特開２００２－１４０８２号公報

　特許文献１あるいは特許文献２に開示される被検査部材の形状は、単純なＴ字継手あるいは板材形状の継手であり、これらの文献に開示される超音波探傷手法を複雑な断面形状の部材の超音波探傷に適用すると、溶接部周辺で発生するノイズが多すぎて欠陥有無の判定に多大の時間を要する。あるいは、現実的に利用可能なコンピュータ（いわゆるＰＣレベルの演算装置）では欠陥有無の判定処理を行うことができない。

　よって本発明の目的は、複雑な断面形状を有する部材の溶接部の検査を、現実的に利用可能な演算装置を利用して実現できる超音波探傷方法、超音波探傷装置を実現することにある。
また、本発明の別の目的は、上記複雑な断面形状を有する部材同士が溶接で接合されることにより形成されたパネル構造体の溶接部あるいは溶接線の検査を、現実的に利用可能な演算装置を利用して実現できる超音波探傷方法あるいは超音波探傷装置を実現することにある。

　本発明は、被検査対象である部材において、当該部材の形状に起因する超音波の反射波あるいは回折波が発生するような位置を含めて、検査の関心領域であるＲＯＩを部材の溶接線に設定し、このＲＯＩを含む領域の探傷画像を取得して溶接欠陥の有無を検査することにより、上記の課題を解決する。

　ＲＯＩを設定して検査を行うため、データ処理の負荷が軽減され、同時にＲＯＩ以外の領域に現れるノイズの影響を避けることができる。

実施例１の超音波探傷方法の概要を説明するフロー図である。実施例１の超音波探傷装置において、センサ部を溶接線上に配置した状態を示す上面図である。実施例１の超音波探傷装置において、センサ部を溶接線上に配置した状態を示す正面図である。実施例１の超音波探傷装置のセンサ部の側面図である。実施例１の超音波探傷装置におけるセンサ部からの超音波入射位置と、得られる探傷画像および被検査部材の断面形状を対比して示す説明図である。実施例１の超音波探傷装置で得られる欠陥信号とリファレンス信号の一例を対比させて示した図である。実施例１において得られる探傷画像の一例を示す図である。実施例１の超音波探傷方法のパターン認識処理のフロー図である。実施例１の超音波探傷方法のパターン認識処理のフロー図である。実施例１の超音波探傷方法のパターン認識処理の説明図である。実施例１の超音波探傷方法の欠陥長さ算出方法を示す説明図である。実施例２の超音波探傷方法で得られるピークパターン画像の説明図である。実施例２の超音波探傷方法のパターン認識処理のフロー図である。実施例２の超音波探傷方法のパターン認識処理のフロー図である。実施例３の超音波探傷装置において、センサ部を溶接線上に配置した状態を示す上面図である。実施例３の超音波探傷装置のセンサ部の側面図である。

　（実施例１）
以下、図面を参照して本実施形態について説明する。なお、以下では本実施例の目的達成のために必要な範囲を模式的に示し、本実施例の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する個所については公知技術によるものとする。

　図１は本実施例の欠陥検出方法を実施するための処理フローを示すフロー図であるが、処理フローの説明に先立ち、まず図１に示す欠陥検出方法を使用するのに好適なハードウェアの構成について図２、図３および図４を用いて説明する。
図２は超音波探傷装置のセンサ部を溶接線２１０の上面から見た図であり、図３は当該センサ部を溶接線２１０上に配置した状態を、被検査部材の断面から示す正面図である。センサ部は基本的にアレイ探触子２０１と、センサ部の移動量の計測手段として備えられた回転式エンコーダ２０４から構成されている。回転式エンコーダ２０４はケーシング２０６ａに格納されている。

　本実施例のセンサ部には、超音波送波用のアレイ探触子が備えられている。アレイ探触子２０１は、圧電素子が溶接線２１０に垂直方向に複数並んで内部に配置される構造を有しており、超音波を送波あるいは受波できる。
アレイ探触子２０１はケーシング２０３ａに格納されており、溶接線２１０の側面から溶接部へ超音波を入射できる向きに配置される。ケーシング２０３ａおよび２０３ｂには、センサ部を移動させる移動手段として、車輪２０７ａ、２０７ｂが各々備えられている。車輪２０７ａは回転式エンコーダ２０４に連結されており、車輪２０７ａは被検体に直接接触しているため、センサ部の移動距離に伴って回転する。回転式エンコーダ２０４は、データ処理装置２１２に対しケーブル２０５を介して、車輪２０７ａの回転量に応じて規則的に信号を出力する。これにより、データ処理装置２１２は、センサ部の位置と測定データを一対一に対応づけて把握できる。ケーシング２０６ａはケーシング２０３ａと連結されている。

　さらに、溶接線２１０を挟んで向かい側にもケーシング２０６ｂおよびケーシング２０３ｂが配置されており、これらはブリッジ２０９で連結されている。また、ケーシング２０６ｂには車輪２０７ｂが取り付けられており、車輪２０７ａと対になってセンサ部が溶接線２１０の近傍に安定して設置されるような構成となっている。
センサ部にはハンドル２０８が取り付けられており、これを握ってセンサ部を溶接線方向２１１に容易に移動させることができる。ハンドル２０８を用いてセンサ部を動かす代わりに、センサ部をスキャナ装置などの機器に連結して動かしても勿論構わない。

　アレイ探触子２０１はケーブル２０２を介して超音波送受信装置２１３に接続されており、超音波送受信装置２１３からの駆動信号に基づきフェーズドアレイ方式で超音波を発信し、これを溶接線２１０部に伝播させ、これにより現れる反射波を検出し、受信信号を再び超音波送受信装置２１３に送信する。

　フェーズドアレイ法は、電子走査法または電子スキャン法とも呼ばれ、超音波発生の契機となる電気信号をアレイ探触子の素子毎に所定の時間だけ遅延させて与える（素子毎に与える所定の遅延の組合せをディレイパターンと呼ぶ）。アレイ探触子の各素子から発生した超音波は重ね合わされ合成波を形成するが、電気的な制御でディレイパターンを変えるだけで、合成波の送受信角度や入射位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う焦点位置などの条件を高速に変化させることができる。
従来は、入射位置を変えるために探触子を左右前後にジグザグに動かし、送受信角度を変えるために探触子そのものやくさび（ウェッジとも呼ばれる）を交換する必要があったが、フェーズドアレイ法では電子制御でこれらを行えるため、非常に効率よく検査を行うことができる。更に、各送受信角度の波形から生成した画像で検査結果を確認できるため、検査結果の評価も効率良く正確に行えるという特徴も持つ。
また、先に述べた電子制御で溶接部の欠陥エコーをより強く受信できる最適な送受信角度、入射位置、焦点を容易に選択することができ、さらに、エコーの強度変化を波形ではなく画像で判断できるため、従来法よりも溶接部の検査を効率良く行うことが可能となる。

　超音波送受信装置２１３は得られたデータをデータ処理装置２１２に送信し、データ処理装置２１２は必要に応じて画像を生成しティスプレイに表示させる。データ処理装置２１２内は、基本的にはＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭより構成されている。ＲＯＭにはＣＰＵを制御するプログラムが書き込まれており、ＣＰＵはこのプログラムに従って回転式エンコーダ２０４からデータを読み込んだり、超音波送受信装置２１３とデータの授受をしながら演算処理を行っている。

　図３は当該センサ部を溶接線２１０上に配置した状態を、被検査部材の断面図も含めて示す正面図である。本実施例の検査対象であるダブルスキン形材のパネル構造体は、中空押出形材３００ａと３００ｂを嵌合し、その上下の開先部に溶接を施工して形成されている。中空押出形材３００ｂは一対の面板（一方の面板を面板３０１ｂとする）がリブ３０２ｂによって接続された構造を有する。一方、中空押出形材３００ａは、一対の面板（一方の面板を面板３０１ａとする）がリブ３０２ａによって接続された構造を有するが、面板３０１ａの端部の下部に、更にその外側に突出した板部３０３が備えられている。板部３０３は、中空押出形材は３００ｂと３００ａを接合のために突き合わせた際に、面板３０１ｂとリブ３０２ｂによって構成される凹部に嵌合し、溶接の際、面板３０１ｂの裏板として作用する。
従って、中空押出形材３００ｂはメス側、中空押出形材３００ａはオス側の部材である。上記パネル構造体上に、溶接線２１０を跨ぐようにケーシングを設置し、超音波を溶接余盛りの下部に形成された溶接部に対して側方から超音波を送波し、さらに送波超音波の反射エコーを受波する。なお、図２に示したハンドル２０８は、図３では図示を省略した。

　図４はセンサ部を側面から見た図である。アレイ探触子２０１はケーシング２０３ａやケーシング２０３ｂよりも下方に突き出しており、アレイ探触子２０１が被検体に接触するのをケーシング２０３ａやケーシング２０３ｂが妨げない構造になっている。また、ケーシング２０３ａとアレイ探触子２０１の結合部はバネを用いたジンバル構造となっており、ハンドル２０８でアレイ探触子２０１を下方に押し付けた際に、アレイ探触子２０１が被検体表面に正しい角度で接触できるような構造となっている。
次に、図１を用いて本実施例の超音波探傷方法を実施するための処理フローを説明する。なお、特に断らない限り、以下の説明において動作の主体はデータ処理装置２１２であり、装置の操作者が介在する動作の場合は、その旨説明する。

　（ステップＳ０）
初めにＲＯＩを設定する。ここでＲＯＩとは、Ｒｅｇｉｏｎ　Ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔの略であり、検査の関心領域の意味である。
図５は、本実施例の超音波入射位置と、得られる探傷画像および被検査部材の断面形状を対比して示す説明図である。図では、ケーシング２０６ａを被検体表面４０３に押し当て、ケーシング内の超音波アレイ探触子２０１から溶接線２１０下部の検査部に対して超音波を送波し、発生する超音波エコーを受波して得られる探傷画像４０１が示されている。なお、図５ではセンサ部の片側のみを示した。得られる探傷画像の代表例として、図５では入射位置４０６ａから超音波を送波した場合に得られる図を示した。

　通常は超音波送受信装置２１３の機能上の制約もあり、探傷画像４０１のように、検査の対象領域である溶接部（溶接ビード）４０４を、余裕を持って含むように探傷データを収録する。しかし、溶接部の欠陥判定に実際に用いる範囲は、探傷画像４０１の溶接部４０４近傍のみである。操作者が目視で判定を行う際には、おのずと溶接部４０４近傍以外の領域は無視しているが、データ処理装置２１２に自動判定させる場合には、欠陥判定に使用する範囲を操作者がＲＯＩ４０２のように事前に指定する方が良い。
指定しない場合でもデータ処理装置２１２の処理は可能であるが、誤判定の確立が高くなる。溶接部４０４近傍以外には、センサの内部反射に起因するセンサ近傍のノイズや、溶接線２０１の余盛り部内部での多重反射信号が多く含まれており、これらの発生は探傷位置によってばらつきがあるため誤判定の原因となる。

　よって、ＲＯＩは必要最小限の領域に留めるのが望ましい。例えば、図５に示すＲＯＩ４０２は、溶接部４０４と、形状エコー４０７に代表されるような、被検査部材の内部での超音波の反射や回折に起因する、断面形状に特徴的な四つの形状エコーを含み、深さ方向は溶接部分の部材厚さを、余裕を持って含む範囲に設定している。特に、形状エコー４０７は面板３０１ｂと裏板３０３の界面での反射信号であり、溶接線に沿ってセンサを移動させた場合に常に画像上の一定の位置に表示されるものである。形状エコー４０７の強度を探傷中に監視することにより、超音波送受信装置２１３の出力安定性や、超音波アレイ探触子２０１が被検体表面４０３に的確に接触しているかを確認することができる。

　また、探傷画像を用いる欠陥判定処理を行う場合は、一般的に画像サイズが小さい、すなわち画素数が少ない方が、データ処理装置２１２が実行する演算量が少ないため、欠陥判定の処理時間が短縮し、検査速度の観点で有利である。
ＲＯＩ４０２は被検査部材の断面形状に対して操作者が一度指定すればよい。指定したＲＯＩ４０２は、データ処理装置２１２内のＲＡＭやＲＯＭまたは外部の記憶領域に記憶され、次回探傷時に自動的に読みだされるため、被検査部材の断面形状が変わらない場合は、ステップＳ０を略しても構わない。ＲＯＩを設定するか否かの選択は操作者が実施する。

　（ステップＳ１）
変数Ｌにゼロを代入し初期化しておく。ここで変数Ｌとは、データ処理装置２１２内のＲＡＭまたはＲＯＭに確保されたプログラム上の変数を意味し、欠陥の長さを算出するために用いる。

　（ステップＳ２）
装置の操作者はセンサ部を溶接線２１０の検査位置に移動させる。なお図３に示す通り、センサ部は既に溶接線２１０に対して跨るように配置されており、前述の検査位置とは溶接線方向２１１に交差する方向の所定位置とする。

　（ステップＳ３）
この検査位置におけるＬの値をプログラム内の別の変数等の記憶領域へ出力する。同時にディスプレイ等に外部出力しても構わない。

　（ステップＳ４）
本ステップで超音波の入射位置が指定される。ここでいう超音波の入射位置とはアレイ探触子２０１によってセクタスキャンを行う際の入射点であり、圧電素子に与えるディレイパターンの制御によって溶接線２１０と交差する方向に複数箇所設定される。入射位置としては、本実施例では、例えば、図５に示すように入射位置４０６ａ、入射位置４０６ｂ、入射位置４０６ｃのように３か所設定する。
ここで、図５は、本実施例の超音波入射位置と、得られる探傷画像および被検査部材の断面形状を対比して示す説明図である。図では、ケーシング２０６ａを被検体表面４０３に押し当て、ケーシング内の超音波アレイ探触子２０１から溶接線２１０下部の検査部に対して超音波を送波し、発生する超音波エコーを受波して得られる探傷画像４０１が示されている。

　なお、図５ではセンサ部の片側のみを示した。得られる探傷画像の代表例として、図５では入射位置４０６ａから超音波を送波した場合に得られる図を示した。射点を移動させる範囲は、実用的には数ｍｍオーダーで十分であり、またこれらの入射位置はディレイパターンを切り替えることにより、電子的に移動させることができる。
入射点位置は被検査部材の断面形状や溶接線の幅に対して最適になるように操作者が設定する。ただし、設定した入射点位置に対応するディレイパターンは、データ処理装置２１２内のＲＡＭやＲＯＭまたは外部の記憶領域に記憶され、次回探傷時に自動的に読みだされるため、被検査部材の断面形状や溶接線の幅が変わらない場合は、ステップＳ４を省略しても構わない。入射点位置を設定するか否かの選択は操作者が実施する。

　（ステップＳ５）
先に述べたフェーズドアレイ方式により、探傷画像を取得する。図５に示した探傷画像４０１は本ステップにて取得される画像である。検査の対象領域である溶接部（溶接ビード）４０４は、溶接線２１０の下部におおよそ逆三角形形状に形成されており、この領域に向かって所定の入射位置から超音波を送波して探傷画像が得られる。既述の通り、図５には入射位置４０６ａで超音波エコーを受波して取得した探傷画像４０１が示されているが、分かりやすさのため、被検査対象であるダブルスキン用形材断面の外形線を白抜きの点線で探傷画像に重畳して示してある。探傷画像４０１中、溶接部４０４は裏板３０３の紙面右上方に形成されている。また、裏板３０３と面板３０１ｂの当接面は溶接が行われないため部材間の未溶着領域になっており、面板３０１ｂと裏板３０３の界面となっている。

　探傷画像４０１中、複数のエコーが白黒のコントラストで白く表示されているが、エコー４０５が欠陥エコーであり、それ以外は形状エコーまたは林状エコーである。ここで、裏板３０３の紙面左上方に非常に強いコントラストが表れているが、これは上記面板３０１ｂと裏板３０３の界面によって反射された形状エコー４０７であり、本実施例の断面形状の溶接部材に特徴的に表れる形状起因のエコーである。本実施例の溶接部材は長手方向に一様な形状を有しているため、上記形状エコー４０７は部材の長手方向に渡って一様に出現するエコーであり、欠陥有無を判定する際の参照信号として使用することができる。

　つまり、欠陥が被検査部材の長手方向のどこに存在するかを事前に知ることはできないため、欠陥エコーが検出できたとしても、当該欠陥エコーが正常なアレイ探触子の動作により得られたものか、あるいは異常なアレイ探触子の動作により得られたものかを何らかの参照信号無しに判別することはできない。そこで、上記形状エコー４０７を参照信号として使用することによって、溶接欠陥の判定が初めて可能となる。

　前述のＲＯＩは、上記形状エコー４０６の発生源となる領域を必ず含むように設定される（本実施例では、図５中の４０２がＲＯＩに相当する）。通常は、探傷画像４０１の範囲は、実際に検査したい領域、すなわち溶接線２１０の直下領域よりも少し広めに設定するため、ＲＯＩ４０２を設定し、以降の処理はこの部分だけを用いる。これにより、データ処理の負荷が軽減され、同時にＲＯＩ４０２以外の領域に現れるノイズの影響を避けることができる。

　図６には、探傷画像から抽出された溶接欠陥位置のエコー信号の溶接線の長手方向（センサ移動方向）に対する変化を形状エコー４０６のエコー信号と対比して示す。溶接欠陥が存在しない領域でも形状エコー４０６の信号は常に表れており、よって参照信号（リファレンス信号）として使用可能であることが示されている。

　（ステップＳ６）
探傷画像４０１には強度の大きなエコーの他にも、強度の弱い林状エコーや電気的ノイズに起因する微弱なエコーが多数現れるため、ある閾値以下の画素値はゼロとしてしまうのが望ましい。この場合の閾値は、例えば、強度の大きなエコーが表れていない領域の画素値の平均を基準として決めることができる。通常は装置と被検体が決まれば固定としてよい。

　このようにして得られたＲＯＩ画像を図７に示す。図７は三か所の入射位置Ａ、Ｂ、Ｃにおいて取得した正常パターン画像５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃおよび探傷画像５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃである。ここで、正常パターン画像とは欠陥が無いと分かっている被検体を測定して得られた画像であり、探傷画像とは欠陥が内在する可能性がある被検体を測定して得られた画像である。よって、例えば、欠陥エコー５０３ａや５０３ｂが現れる。また、入射位置Ａ、Ｂ、Ｃは、例えば図７の入射位置４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃに対応している。

　ここで重要なことは、欠陥エコーが探傷画像５０２ａおよび５０２ｂには表示されているが、５０２ｃには表示されていないことである。すなわち超音波の送受信方向、入射位置、および欠陥が存在する位置の三者の関係によっては、欠陥が検出されない場合も有りうることを示している。これは、通常、溶接欠陥の形状は複雑であるため、反射超音波の強度もそれに応じて複雑な挙動を示すことが主な原因である。入射位置のずれ、すなわちアレイ探触子２０１と溶接線２１０の相対的な位置ずれは、センサ部の設置誤差や溶接線２１０自体の歪みが原因で起こる。ステップＳ４で入射点位置を複数設定することにより、これらの問題を回避することができる。

　（ステップＳ７およびステップ８）
ステップ６で得られた正常パターン画像と探傷画像を入射位置ごとに比較し、同一か否かを判断する。比較処理はデータ処理装置２１２内のプログラム上でパターン認識アルゴリズムを用いて行う。本実施例では、複数の入射位置における画像で比較処理を行うため、入射位置のずれによる欠陥見落としを防ぐことができる。

　パターン認識とは画像・音声などの雑多な情報を含むデータの中から、意味を持つ対象を選別して取り出す処理である。パターン認識アルゴリズムには様々なものが考案されているが、例えばＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズム（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｂｏｏｓｔｉｎｇの略であり、アダブーストあるいはエイダブーストと読む）が代表的である。ＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムを用いた正常パターン画像と探傷画像の比較処理について、図８を用いて説明する。

　画像認識は、学習フェーズと認識フェーズの２つから成る。学習フェーズではデータ処理装置２１２に認識させたい正常パターン画像を学習させる処理を行い、認識フェーズではデータ処理装置２１２に正常パターン画像と探傷画像が同一かどうかを判断させる。図８のステップ６０１からステップ６０３までは検査作業の前に終了させておくステップである。ステップ６０１で溶接線２１０の欠陥エコーの無い位置の探傷画像を複数入力する。ステップ６０２ではステップＳ５のＲＯＩ４０２と同じＲＯＩ領域を指定する。次にステップ６０３で、これらのＲＯＩ画像を学習させ、ステップＳ７で入力する正常パターンＲＯＩ画像を作成する。

　ここでの学習とは、ＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムに基づき、データ処理装置２１２上のプログラムに機械的に学習させることを意味しており、人の行為は介在しない。学習アルゴリズムの詳細は公知であるため、ここには改めて記載はしない。ステップＳ８は、ステップＳ８－1で入力された探傷画像に対しステップＳ８－２でＲＯＩ領域を抽出し、ステップＳ８－３で正常パターンＲＯＩ画像とＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムに基づいた比較処理を行い、ステップＳ８－４で判定結果を出力する。

　ステップＳ８－４で正常パターンＲＯＩ画像と同一と判断された場合はステップＳ８ｂに進み、次の入射位置に関してステップＳ４からステップＳ８までを繰り返す。ただし最後の入射位置である場合はステップ１３へ進む。
ステップＳ８－４で正常パターンＲＯＩ画像と異なると判断された場合はステップＳ９に進む。

　（ステップＳ９およびステップＳ１０）
ステップＳ９では、再度ＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムに基づいたパターン認識処理が行われる。図９を用いて詳細を説明する。ステップ７０１からステップ７０３までは検査作業の前に終了させておくステップである。まず、一つ若しくは複数の入力探傷画像において、個々のエコーだけを含む画像を切り出して保存する。

　例えば、図１０に示した探傷画像５０２ａの場合であれば、小画像８０１、８０２、８０３、８０４、８０５が生成される。これらを入力画像とし、ステップ７０３でＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムに基づきエコー形状の学習を行う。エコーの形状にはばらつきがあるが、概ね細長い楕円形状として認識される。これを標準エコー形状画像とする。ステップＳ９－１で入力された探傷画像は、ステップＳ９－２でＲＯＩ画像として切り出され、ステップＳ９－３において、ステップＳ１０で入力された標準エコ－形状画像と、ＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムに基づき比較される。ここではＲＯＩ画像全体でなく、個々のエコーが比較処理されるため、Ｓ９－４では個々のエコーの座標が求められる。エコー座標としては、エコーのピーク画素の座標や、個々のエコー画像の中央値を用いる。

　ここで、常に表示されていないエコー、すなわち欠陥エコーの座標だけを変数Ｑ（Ｘ，Ｙ）に出力する。常に表示されているか否かの判断は、例えば、画像のＸ座標、Ｙ座標にある程度の範囲を設け、エコーの座標がその範囲内に常に納まっているかで判断するのがよい。その際、範囲は形状エコーと欠陥エコーが十分分離できる程度に設定する。

　（ステップＳ１１）
欠陥エコーの座標Ｑにおける強度値を保存する。画像の場合、強度値は画素値である。欠陥エコーが複数ある場合には、強度値も複数保存する。強度値の代わりに個々のエコー画像の全ての画素の積算値や平均値を用いてもよい。

　（ステップＳ１２）
最後の入射位置かを判定する。最後の入射位置でない場合はステップＳ４へ戻り、最後の入射位置の場合はステップ１３へ進む。

　（ステップＳ１３）
いずれかの入射位置において欠陥有りの判定があった場合は、変数Ｌに１を加算する。全ての入射位置で欠陥有りの判定があった場合でも、一つの入射位置でのみ欠陥有りの判定があった場合でも、一度のセンサ部移動でＬに加算される値は１である。Ｌに１を加算しないのは、いずれの入射位置においても欠陥無しの判定があった場合のみである。

　（ステップＳ１４）
センサの位置が溶接線２１０の端部、もしくは測定所望範囲の終端に達しているかどうかを判定し、達している場合は処理を終了する。
図１１を用いてＬの出力値から欠陥長さを算出する方法を説明する。図１１は、溶接線方向２１１にアレイ探触子２０１を移動させながらデータを収録し、本実施例の処理により出力したＬの値を示している。欠陥が存在しない領域ではＬは初期値０のままであるが、欠陥存在範囲９０１に差し掛かるとセンサ移動ごとに１ずつ増加し、欠陥存在範囲９０１を超えた時点で５となる。本実施例の場合は、ステップＳ２でセンサを移動させた後にステップＳ３においてＬの値を出力するため、欠陥存在範囲９０１とＬの増加領域がずれることに注意する必要がある。

　欠陥存在範囲９０１の後方では５を維持するが、欠陥存在範囲９０２に差し掛かると再び増加に転じ６となり、欠陥存在範囲９０２を超えた時点で７となる。一つ前のセンサ位置のＬの値との差ΔＬを計算すると、０と１だけの数列が得られる。１が連続している領域が欠陥存在範囲であり、１の数列の長さから１引いた値に実際のセンサ移動ピッチｐをかけたものが欠陥の実長さとなる。図４の場合は欠陥存在範囲９０１と欠陥存在範囲９０２の実長さは、それぞれ４ｐとｐと見積もられる。ただし、この場合も欠陥存在範囲９０１と欠陥存在範囲９０２の位置は、センサ移動ピッチｐだけセンサの進行方向とは逆方向にずれることに注意する必要がある。
以上の方法により、溶接内の欠陥検出性を維持しつつ、高速に溶接線に沿った検査を行うことが可能となる。

　（実施例２）
第２の実施形態について説明する。第１の実施形態は、ステップ６においてＲＯＩの正常パターン画像と探傷画像をノイズレベル以下の信号を削除した後、ステップＳ８において、それらを直接比較していたが、第２の実施形態は、それぞれをピークパターン画像に変換した後に比較する例である。図１２、図１３、および図１４を用いて詳細を説明する。

　図１２はＲＯＩの正常パターン画像と探傷画像をピークパターン画像に変換したものを示している。図中に示した黒丸がピーク位置を示している。これらはステップＳ６で抽出された各エコーのピーク画素を中心として描かれた円である。ピーク位置１００３ａおよび１００３ｂは欠陥エコーピーク位置であり、それ以外は形状エコー、もしくは林状エコーピーク位置である。林状エコーはステップ６においてほぼ削除されているため、ほとんどは形状エコーのピーク位置と考えてもよい。

　ＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムに基づいた学習フェーズは以下のようになる。図１３のステップ１１０１において入力された欠陥エコーの無い一つ以上の探傷画像から、ステップ１１０２でＲＯＩを抽出し、各エコーのピーク値を中心としてエコーピークパターン画像を作成する。ピーク位置を円で表現する場合の半径は、エコーの広がりと同程度かそれ以下に設定するのが好ましい。次に、ステップ１１０３において、ＡｄａＢｏｏｓｔアルゴリズムに基づいて、ピークパターン画像の学習を行い、ステップＳ７’において最終的に正常ピークパターン画像を得る。これらを各入射位置について求めたものが、図１２の正常ピークパターン画像１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃである。

　ステップＳ８’の認識フェーズも学習フェーズと同様にステップＳ８’－１で入力された探傷画像から、ステップＳ８’－２においてＲＯＩを抽出し、探傷ピークパターン画像を作成する。図１２の１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃが各入射位置の探傷ピークパターン画像を示している。これらをステップＳ８’－３において入射位置ごとに正常ピークパターン画像と比較し、ステップＳ８’－４において入射位置ごとの認識結果を得る。ピークパターン画像を用いることにより、エコー形状の学習フェーズを省略できるため、ステップＳ９も図１４に示すように簡略化される。

　図９のステップＳ１０に示す標準エコー形状画像を入力する代わりに、図１４に示すステップＳ１０’のピークマーカー画像を用いることができる。ピークマーカーとはピーク位置を示すために用いた図形であり、例えば円である。ステップＳ９’－１で入力された探傷画像から、ステップＳ９’－２においてＲＯＩを抽出し、探傷ピークパターン画像を作成する。これらをステップＳ９’－３においてピーク位置マーカ画像と比較し、ステップＳ９’－４において各ピークの座標を得ることができる。

　探傷画像の代わりに、ピークパターン画像を用いることにより、エコーの広がりや形状による比較処理の誤判定を低減させることができる。ステップＳ８およびステップＳ９以外は第１の実施形態と全く同様であるため説明は省略する。
以上の方法により、溶接内の欠陥検出性を維持しつつ、高速に溶接線に沿った検査を行うことが可能となる。

　（実施例３）
第３の実施形態について説明する。第１の実施形態および第２の実施形態では、センサ部にアレイ探触子が一つだけ設置されていたが、第３の実施形態ではアレイ探触子を２つ備えたセンサ部を用いて検査を行う。図１５に本実施例のセンサ部を溶接線上に配置した状態を示す上面図を、図１６に本実施例のセンサ部の側面図をそれぞれ示す。図１５に示されるように、本実施例のセンサ部では、第１のアレイ探触子２０１とば第２アレイ探触子１３０１が溶接線２１０を跨ぐように配置されている。
アレイ探触子１３０１はケーシング２０３ｂと連結されており、連結方法はアレイ探触子２０１とケーシング２０３ａの場合と同様である。アレイ探触子１３０１で受信された信号はケーブル１３０２を介して超音波送受信装置２１３へ伝送される。その他の構造は第１の実施形態および第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。処理フローは、入射位置がアレイ探触子二つ分に増える以外は、第１の実施形態および第２の実施形態と同様である。

　溶接線２１０の両側から超音波を入射させることにより、欠陥の検出精度がより高まり、検査の信頼性が向上する。
以上の方法により、溶接内の欠陥検出性を維持しつつ、高速に溶接線に沿った検査を行うことが可能となる。

　２０１：アレイ探触子、２０２：ケーブル、２０３ａ、２０３ｂ、２０６ａ、２０６ｂ：ケーシング、２０４：回転式エンコーダ、２０５：ケーブル、２０７ａ、２０７ｂ：車輪、２０８：ハンドル、２０９：ブリッジ、２１０：溶接線、２１１：溶接線方向、２１２：データ処理装置、２１３：超音波送受信装置、３００ａ，３００ｂ：中空押出形材、３０１ａ，３０１ｂ：面板、３０２ａ，３０２ｂ：リブ、３０３：板材（裏板）、３０４：溶接ビード、４０１：探傷画像、４０２：ＲＯＩ、４０３：被検体表面、４０４：溶接部、４０５：欠陥エコー、４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ：超音波の入射位置、４０７：形状エコー

Claims

  部材同士の溶接線に対し超音波アレイ探触子から超音波を送波し、当該送波された送波超音波の反射波あるいは回折波を受波して得られる画像を用いて溶接欠陥の有無を検査する超音波探傷方法において、
  前記部材において前記溶接欠陥とは別に、前記部材の形状起因の超音波の反射波あるいは回折波が発生するような位置を含めて、検査の関心領域であるＲＯＩを前記溶接線に設定し、
  当該設定されたＲＯＩを含む領域に前記超音波を送波し、
  前記送波超音波の反射波あるいは回折波を受波することにより前記ＲＯＩを含む領域の探傷画像を取得し、
  欠陥が存在しない溶接線の断面から得られる基準探傷画像と前記探傷画像とを比較することにより前記溶接欠陥の有無を検査することを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記部材の形状起因の超音波の反射波あるいは回折波を前記溶接欠陥有無の判定の参照信号として使用することを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記ＲＯＩは、前記溶接線の長手方向に渡って一様に設定されることを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記溶接線の所定位置での前記探傷画像の取得後に、前記超音波アレイ探触子を前記溶接線の長手方向に移動させ、移動後の位置で再度探傷画像を取得することを繰り返して得られる複数の探傷画像を用いて、前記溶接欠陥の溶接線長手方向の長さである欠陥長さを測定することを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記溶接線と交差する方向に複数の探傷画像を取得し、当該複数の探傷画像を用いて前記溶接欠陥の有無を検査する超音波探傷方法。
  請求項５に記載の超音波探傷方法において、
  前記複数の探傷画像を構成する超音波エコー信号からピーク位置を抽出して複数のピークパターン画像を生成し、
  前記基準探傷画像を構成する超音波エコー信号からピーク位置を抽出して基準ピークパターン画像を生成し、
  当該複数のピークパターン画像と前記基準ピークパターン画像とをパターン認識処理で比較することにより、前記溶接線の欠陥有無を判定することを特徴とする超音波探傷方法。
  部材同士の溶接線の側方に配置され、当該溶接線に超音波を送波し、かつ当該送波された超音波の反射波を受波する超音波アレイ探触子と、
  前記溶接線に対して送波される送波超音波を制御し、かつ前記超音波アレイ探触子とで受波される反射波あるいは回折波を超音波エコー信号に変換する超音波送受信装置と、
  前記超音波エコー信号から得られる探傷信号と、欠陥が存在しない溶接線の断面から得られる基準探傷画像とを比較することにより、前記溶接線における溶接欠陥の有無を判定するデータ処理装置とを備え、
  当該データ処理装置は、前記部材において前記溶接欠陥とは別に、前記部材の形状起因の超音波の反射波あるいは回折波が発生するような位置を含めて、検査の関心領域であるＲＯＩを前記溶接線に設定することを特徴とする超音波探傷装置。
  請求項７に記載の超音波探傷装置において、
  前記データ処理装置は、
  前記部材の形状起因の超音波の反射波あるいは回折波を前記溶接欠陥有無の判定の参照信号として使用することを特徴とする超音波探傷装置。
請求項７に記載の超音波探傷装置において、
前記データ処理装置は、前記溶接線の長手方向に渡って一様なＲＯＩを設定することを特徴とする超音波探傷装置。
  請求項７に記載の超音波探傷装置において、
  前記超音波探触子アレイを前記溶接線の長手方向に沿って移動させる移動手段と、
  当該移動手段の移動量を計測する計測手段とを有し、
  前記データ処理装置は、
  前記計測手段によって得られる前記探傷画像の取得位置の位置情報と、前記溶接欠陥の有無の判定情報とを用いて、当該溶接欠陥の溶接線長手方向の長さである欠陥長さを測定することを特徴とする超音波探傷装置。
  請求項７に記載の超音波探傷装置において、
  前記データ処理装置は、
  複数の前記探傷画像を構成する超音波エコー信号からピーク位置を抽出して複数のピークパターン画像を生成し、
  前記基準探傷画像を構成する超音波エコー信号からピーク位置を抽出して基準ピークパターン画像を生成し、
  当該複数のピークパターン画像と前記基準ピークパターン画像とをパターン認識処理で比較することにより、前記溶接線の欠陥有無を判定することを特徴とする超音波探傷装置。
  第１の面板と当該面板に設けられた第１のリブとを備える第１のパネルと、第２の面板と当該第２の面板に設けられた第２のリブと前記第２の面板の下部に設けられ当該第２の面板端部よりも外側に突き出した裏板とを備える第２のパネルとを用い、
  前記第１の面板と前記第２の面板の端部同士を当接させ、前記裏板を前記第１の面板と第１のリブに嵌合させ、更に前記第１の面板と前記第２の面板の当接部を溶接して得られる溶接部を有すパネル構造体の溶接部検査方法であって、
  前記溶接部の側方に超音波アレイセンサを配置し、
  前記裏板と前記第１の面板および第１のリブの当接位置を含む領域を検査の関心領域であるＲＯＩとして前記溶接部に設定し、
  当該設定されたＲＯＩを含む領域に前記超音波を送波し、
  送波された前記超音波の反射波あるいは回折波を受波することにより前記ＲＯＩを含む領域の探傷画像を取得し、
  溶接欠陥が存在しない溶接部の断面から得られる基準探傷画像と前記探傷画像とを比較することにより溶接欠陥の有無を検査することを特徴とするパネル構造体の溶接部検査方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記部材の形状起因の超音波の反射波あるいは回折波を前記溶接欠陥の有無の判定の参照信号として使用することを特徴とするパネル構造体の溶接部検査方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記ＲＯＩは、前記溶接線の長手方向に渡って一様に設定されることを特徴とするパネル構造体の溶接部検査方法。