(57)【要約】【課題】探傷結果の３次元表示において、雑エコーを除去し、欠陥エコーおよび評価に必要な形状エコーのみを表示できるようにした超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することにある。【解決手段】超音波センサ１０１は、検査対象１００に超音波を送信し、また、検査対象から現れる反射波を検知すると共に、複数の圧電振動子を備える。３次元表示部１０３には、検査対象の３次元形状データを３次元探傷データとを重ねて表示する。計算機１０２Ａは、基準となる検査対象（リファレンス）から取得した反射超音波信号に基づき、リファレンスと同一材質および同一形状である他の検査対象から取得した反射超音波信号を補正し、３次元表示部１０３にリファレンスと検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データを表示する。【選択図】図１
2010107285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に超音波を送信し、また、検査対象から現れる反射波を検知すると共に、複数の圧電振動子を備えた超音波センサと、
前記超音波センサの各圧電振動子に送信信号を供給するパルサーと、
前記超音波センサの各圧電振動子から受信信号を入力するレシーバと、
前記各圧電振動子毎に異なった遅延時間を前記送信信号と前記受信信号に設定する遅延時間制御部と、
前記超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、
前記データ収録部で収録した波形から３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、
前記検査対象の３次元形状データを前記３次元探傷データとを重ねて表示する３次元表示部を備え、
前記計算機は、基準となる検査対象から取得した反射超音波信号に基づき、前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から取得した反射超音波信号を補正し、前記３次元表示部に前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データを表示することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記計算機は、前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から同一条件で取得した反射超音波信号において、前記基準となる検査対象から取得した反射超音波信号が極値をとる位置と同一な位置およびその前後の指定した区間の信号値を、前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号の最大値よりも十分に小さな値に設定することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項３】
請求項１記載の超音波探傷装置において、
前記計算機は、前記３次元表示部に、前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データおよび、前記３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項４】
複数の圧電振動子を備えた超音波センサを用いて、検査対象に超音波を送信し、また、検査対象からの反射波により、前記検査対象の内部を検査する超音波探傷方法であって、
基準となる検査対象から取得した反射超音波信号に基づき、前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から取得した反射超音波信号を補正し、前記３次元表示部に前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データを表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波探傷方法において、
前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から同一条件で取得した反射超音波信号に対して、前記基準となる検査対象から取得した反射超音波信号が極値をとる位置と同一な位置およびその前後の指定した区間の信号値を、前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号の最大値よりも十分に小さな値に設定することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項６】
請求項４に記載の超音波探傷方法において、
前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データおよび、任意の一つ又は複数の３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項７】
検査対象に超音波を送信し、また、検査対象から現れる反射波を検知すると共に、複数の圧電振動子を備えた超音波センサと、
前記超音波センサの各圧電振動子に送信信号を供給するパルサーと、
前記超音波センサの各圧電振動子から受信信号を入力するレシーバと、
前記各圧電振動子毎に異なった遅延時間を前記送信信号と前記受信信号に設定する遅延時間制御部と、
前記超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、
前記データ収録部で収録した波形から３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、
任意の一つ又は複数の３次元形状データを前記３次元探傷データとを重ねて表示する３次元表示部を備え、
前記計算機は、前記３次元表示部で指定した３次元領域に含まれる前記３次元探傷データを非表示とすることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波探傷装置において、
前記計算機は、前記３次元表示部に、３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項９】
複数の圧電振動子を備えた超音波センサを用いて、検査対象に超音波を送信し、また、検査対象からの反射波により、前記検査対象の内部を検査する超音波探傷方法であって、
３次元表示部で指定した３次元領域に含まれる３次元探傷データを非表示とすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波探傷方法において、
前記３次元表示部に、３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊検査技法の一種である超音波探傷装置及び超音波探傷方法に係り、特に、アレイ型超音波センサを使用した超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種構造材などを検査対象とした超音波探傷法では、フェーズドアレイ法や開口合成法などに代表されるように、検査対象内部を高精度に短時間で画像化して検査する探傷方法が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
フェーズドアレイ法は、圧電振動素子を複数個配列した、いわゆるアレイ型超音波センサを使用し、各圧電振動素子から送信される超音波の波面が干渉し合成波面を形成して伝播していくという原理に基づいたものである。従って、各圧電振動素子の超音波送信タイミングを遅延時間制御し、それぞれのタイミングをずらすことで、超音波の入射角度が制御でき、超音波を集束させることができる。
【０００４】
また、超音波の受信に際しても、各圧電振動素子で受信した反射超音波をずらして加算することで、送信時と同様、超音波の受信入射角度を制御したり、焦点を合わせて超音波を受信したりすることができる。
【０００５】
このフェーズドアレイ法としては、一次元アレイセンサの圧電振動子を直線的に走査するリニアスキャン方式や、超音波の送信と受信方向を扇状に変化させるセクタスキャン方式が一般的に知られている。また、圧電振動子が格子状に並んだ二次元アレイセンサを用いると、３次元的に任意の位置に焦点を合わせることができ、検査対象に合わせたスキャン方式が可能となる。何れの方式の場合も、超音波センサを動かすことなく超音波を高速にスキャンしたり、超音波センサを交換することなく超音波の入射角度や集束深さの位置を任意に制御したりすることができ、従って高速且つ高精度の検査が可能な技術である。
【０００６】
また、開口合成法は、検査対象内に波動が広く拡散するようにして超音波を送信し反射超音波信号を受信した場合、受信された反射超音波の音源となる欠陥の位置は、超音波を送信し受信した圧電振動素子の位置を中心とし、反射超音波の伝播距離を半径とした円弧上に存在するという原理に基づいたものである。このため、圧電振動素子の位置を順次変えて超音波の送信と受信を行い、各位置における受信波形を、電子計算機上で演算して円弧状に広げることにより、超音波反射源となる欠陥の存在位置に前記の円弧の交点が集中し、欠陥の位置を特定することができる。電子計算機での演算処理内容に付いては、非特許文献１に記載されている。
【０００７】
複数の圧電振動素子を配列したセンサを用いるこれらの方法では、センサを移動しなくても欠陥の反射超音波信号を３次元的に取得することが可能であるが、反射超音波信号から３次元的な反射位置を特定するためには、空間的に位置の異なる複数の反射強度分布の二次元画像から推定する方法や、反射強度分布を３次元データに変換した後に立体表示するなどして推定する。例えば、フェーズドアレイ法のリニアスキャンやセクタスキャンの場合には、既知の走査ピッチに対応した複数の２次元反射強度画像が取得できるため、画面上で順次画像を切り替えて表示することで、反射波が出現する方向を特定することができる。しかし、上記以外の任意の３次元的なスキャンに対してはこの方法では限界がある。
【０００８】
このような場合には複数の方向からの反射超音波信号に内挿処理などを施して３次元格子状のデータを作成し、これをボリュームレンダリングやサーフェスレンダリングといった方法で画像表示する方法が知られている。３次元格子状のデータ構造としてはボクセルと呼ばれる複数の立方体を３次元的に配列させたデータ構造が、扱いも容易であることから、最も用いられている。これは構造格子とも呼ばれる。ボクセルの他にも、空間的に格子配列の位置が規則正しく並んでいない格子が用いられることもあるが、ボクセルに比べ表示方法がやや難しい。これらは非構造格子と呼ばれ、代表的なものとしては、六面体格子、四面体格子、三角柱（プリズム）格子、四角錐（ピラミッド）格子が挙げられる。また、格子状のデータに変換せずに３次元的な点群として表示する方法もある。これらは、いずれも３次元探傷データとして保存しているため、測定後に検査者が任意の方向から３次元探傷データを確認することができる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００９】
しかし、反射強度分布のピークが検査対象の端面や境界面での反射によるものか、欠陥での反射によるものかを、これらの３次元探傷データだけから判断するのは難しい。検査対象の３次元形状データを３次元探傷データと一緒に表示し、この二つのデータを重ね合わせて比較することにより、形状に依存する反射超音波信号（形状エコー）と欠陥からの反射超音波信号（欠陥エコー）の判別を容易とする技術も開発されている。３次元形状データとしては別途汎用のＣＡＤ（Computer Aided Design）で作成したデータを読込んで用いる場合が多い（例えば、非特許文献２参照）。
【００１０】
【非特許文献１】近藤倫正、大橋由昌、実森彰郎  共著  ディジタル信号処理シリーズ１２巻  「計測・センサにおけるディジタル信号処理」  １４３頁〜１８６頁  １９９３年５月２０日  昭晃堂発行
【非特許文献２】Potts, A. ; McNab, A.; Reilly, D.; Toft, M., “Presentation and analysis enhancements of the NDT Workbench a software package for ultrasonic NDT data", REVIEW OF PROGRESS IN QUANTITATIVE NONDESTRUCTIVE EVALUATION: Volume 19. AIP Conference Proceedings, Volume 509, pp. 741-748 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特に検査対象の形状が複雑な場合には、超音波が検査対象内で多重反射し、形状エコーが多数現れるため、探傷結果を３次元形状データと重ね合わせたとしても、形状エコーと欠陥エコーとの判別は容易ではない。実際の探傷作業において、欠陥判定の評価に必要なエコーは、欠陥エコーおよび、３次元形状データとの位置関係を把握するための限られた形状エコーのみである。３次元表示の視点方向によっては、これらの評価に必要なエコーと、それ以外の不要なエコー（雑エコー）が重なって表示され、雑エコーが評価の妨げとなる場合があるという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、探傷結果の３次元表示において、雑エコーを除去し、欠陥エコーおよび評価に必要な形状エコーのみを表示できるようにした超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、検査対象に超音波を送信し、また、検査対象から現れる反射波を検知すると共に、複数の圧電振動子を備えた超音波センサと、前記超音波センサの各圧電振動子に送信信号を供給するパルサーと、前記超音波センサの各圧電振動子から受信信号を入力するレシーバと、前記各圧電振動子毎に異なった遅延時間を前記送信信号と前記受信信号に設定する遅延時間制御部と、前記超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、前記データ収録部で収録した波形から３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、前記検査対象の３次元形状データを前記３次元探傷データとを重ねて表示する３次元表示部を備え、前記計算機は、基準となる検査対象から取得した反射超音波信号に基づき、前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から取得した反射超音波信号を補正し、前記３次元表示部に前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データを表示するようにしたものである。  
かかる構成により、探傷結果の３次元表示において、雑エコーを除去し、欠陥エコーおよび評価に必要な形状エコーのみを表示できるものとなる。
【００１４】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記計算機は、前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から同一条件で取得した反射超音波信号において、前記基準となる検査対象から取得した反射超音波信号が極値をとる位置と同一な位置およびその前後の指定した区間の信号値を、前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号の最大値よりも十分に小さな値に設定するようにしたものである。
【００１５】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記計算機は、前記３次元表示部に、前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データおよび、前記３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示するようにしたものである。
【００１６】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の圧電振動子を備えた超音波センサを用いて、検査対象に超音波を送信し、また、検査対象からの反射波により、前記検査対象の内部を検査する超音波探傷方法であって、基準となる検査対象から取得した反射超音波信号に基づき、前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から取得した反射超音波信号を補正し、前記３次元表示部に前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データを表示するようにしたものである。  
かかる方法により、探傷結果の３次元表示において、雑エコーを除去し、欠陥エコーおよび評価に必要な形状エコーのみを表示できるものとなる。
【００１７】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から同一条件で取得した反射超音波信号に対して、前記基準となる検査対象から取得した反射超音波信号が極値をとる位置と同一な位置およびその前後の指定した区間の信号値を、前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号の最大値よりも十分に小さな値に設定するようにしたものである。
【００１８】
（６）上記（４）において、好ましくは、前記基準となる検査対象と前記検査対象の差異に起因する反射超音波信号から生成した３次元探傷データおよび、任意の一つ又は複数の３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示するようにしたものである。
【００１９】
（７）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、検査対象に超音波を送信し、また、検査対象から現れる反射波を検知すると共に、複数の圧電振動子を備えた超音波センサと、前記超音波センサの各圧電振動子に送信信号を供給するパルサーと、前記超音波センサの各圧電振動子から受信信号を入力するレシーバと、前記各圧電振動子毎に異なった遅延時間を前記送信信号と前記受信信号に設定する遅延時間制御部と、前記超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、前記データ収録部で収録した波形から３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、任意の一つ又は複数の３次元形状データを前記３次元探傷データとを重ねて表示する３次元表示部を備え、前記計算機は、前記３次元表示部で指定した３次元領域に含まれる前記３次元探傷データを非表示とするようにしたものである。  
かかる構成により、探傷結果の３次元表示において、雑エコーを除去し、欠陥エコーおよび評価に必要な形状エコーのみを表示できるものとなる。
【００２０】
（８）上記（７）において、好ましくは、前記計算機は、前記３次元表示部に、３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示するようにしたものである。
【００２１】
（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の圧電振動子を備えた超音波センサを用いて、検査対象に超音波を送信し、また、検査対象からの反射波により、前記検査対象の内部を検査する超音波探傷方法であって、３次元表示部で指定した３次元領域に含まれる３次元探傷データを非表示とするようにしたものである。  
かかる方法により、探傷結果の３次元表示において、雑エコーを除去し、欠陥エコーおよび評価に必要な形状エコーのみを表示できるものとなる。
【００２２】
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記３次元表示部に、３次元形状データを前記３次元探傷データと重ねて表示するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、探傷結果の３次元表示において、雑エコーを除去し、欠陥エコーおよび評価に必要な形状エコーのみを表示できるようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【００２５】
本実施形態の超音波探傷装置は、検査対象１００に超音波を入射するアレイ型超音波センサ１０１、送・受信部１０２と、受信信号及び探傷画像を表示する表示部１０３で構成されている。
【００２６】
アレイ型超音波センサ１０１は、図示のように、基本的には超音波を発生し受信する複数個の圧電振動素子１０４で構成される。アレイ型超音波センサ１０１は、検査対象１００の探傷面に設置される。アレイ型超音波センサ１０１は、送・受信部１０２から供給される駆動信号により超音波１０５を発生し、これを検査対象１００内に伝播させ、これにより現れる反射波を検知して受信信号を送・受信部１０２に入力する。
【００２７】
送・受信部１０２は、アレイ型超音波センサ１０１により超音波の送信と受信を行うもので、計算機１０２Ａと、遅延時間制御部１０２Ｂと、パルサー１０２Ｃと、レシーバ１０２Ｄと、データ収録部１０２Ｅを備える。送・受信部１０２は、パルサー１０２Ｃが駆動信号をアレイ型超音波センサ１０１に供給し、また、アレイ型超音波センサ１０１から入力する受信信号をレシーバ１０２Ｄが処理する。
【００２８】
計算機１０２Ａは、基本的には、ＣＰＵ１０２Ａ１と、ＲＡＭ１０２Ａ２と、ＲＯＭ１０２Ａ３と、外部メモリ１０２Ａ４より構成されている。ＲＯＭ１０２Ａ３には、ＣＰＵ１０２Ａ１を制御するプログラムが書き込まれている。ＣＰＵ１０２Ａ１は、このプログラムに従ってデータ収録部１０２Ｅから必要とされる外部データを読込んだり、ＲＡＭ１０２Ａ２や外部メモリ１０２Ａ４との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理し、必要に応じて処理したデータをデータ収録部１０２Ｅに出力する。
【００２９】
また、ＣＰＵ１０２Ａ１は、遅延時間制御部１０２Ｂと、パルサー１０２Ｃと、レシーバ１０２Ｄとを制御し、必要な動作が得られるようにする。遅延時間制御部１０２Ｂは、パルサー１０２Ｃから出力される駆動信号のタイミングと、レシーバ１０２Ｄによる受信信号の入力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アレイ型超音波センサ１０１の動作が得られるようにする。
【００３０】
ここにいうフェーズドアレイ方式によるアレイ型超音波センサ１０１の動作とは、超音波１０５の焦点深さと入射角度１０６を制御して超音波を送信し受信する動作のことであり、これによりレシーバ１０２Ｄからデータ収録部１０２Ｅに受信信号が供給されることになる。そこで、データ収録部１０２Ｅは、供給された受信信号を処理し、収録データとして収録すると同時に計算機１０２Ａにデータを送る。これにより、計算機１０２Ａは、各圧電振動素子で得られた波形を遅延時間に応じて合成処理し、各超音波の入射角度ごとの波形に適当な内挿処理を施し、ピクセル形式で代表される２次元正方格子を単位とした２次元探傷データや、ボクセル形式で代表される３次元立方格子を単位とした３次元探傷データを作成し、それを画像化し、表示部１０３に表示する動作を実行する。
【００３１】
表示部１０３は、２次元探傷データを表示する２次元表示画面１０３Ｂと、３次元探傷データを表示する３次元表示画面１０３Ｃと、および各圧電振動子の波形信号を表示する波形表示画面１０３Ａとを備えている。また、図１には表示部１０３は一つしか示していないが、波形表示画面１０３Ａと２次元表示画面１０３Ｂ、および、３次元表示画面１０３Ｃは、複数の表示部に分担させて表示してもよい。
【００３２】
ここで、図２を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における３次元表示画面１０３Ｃの表示例について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置における３次元表示画面の表示例の説明図である。
【００３３】
表示部１０３上の３次元表示画面１０３Ｃには、図２に示すように、３次元探傷データ２０１が表示されるが、このとき、計算機１０２Ａに接続されたマウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇを用いた入力により、任意の表示寸法で表示することができる。このとき、表示寸法を変えるための拡大率は検査者がキーボード１０２Ｇから数値入力することもできる。表示色や透明度はボクセル格子単位で与えられるが、マウス１０２Ｆとキーボード１０２Ｇからの入力により表示色や透明度は反射強度に応じて変えることができる。表示色のカラーパターンは複数準備してあり、検査者が用途に応じて選択できる。
【００３４】
尚、これらの３次元描画アルゴリズムは、例えばグラフィックス・アプリケーション向けの業界標準のグラフィックス・アプリケーション・プログラミング・インタフェース（グラフィックスＡＰＩ）であるＯｐｅｎＧＬ（登録商標）やＤｉｒｅｃｔＸ（登録商標）に代表されるライブラリの中で実現されており、これらのグラフィックスＡＰＩをプログラム中で用いて、表示する物体の形状や視点、表示位置などの必要な情報を与えればディスプレイ上の任意の位置に、任意の色、透明度、大きさで３次元形状を描画することが容易にできる。
【００３５】
また、３次元表示画面１０３Ｃには、検査対象１００の形状を表す３次元形状データ２０２が３次元探傷データ２０１と同時に表示される。３次元形状データ２０２は、計算機１０２Ａの外部から読込む。特に、検査対象１００のＣＡＤデータが存在している場合には、これを読込んで表示させることができる。ＣＡＤデータのフォーマットは、市販のＣＡＤソフトウェアで入出力可能なデータ形式となっている。例えば多くのＣＡＤソフトウエァで読込み・出力可能なＳＴＬ（ＳＴｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）形式を使用する。ＳＴＬ形式は物体の表面を多数の三角形の集合で表現したものであり、ＳＴＬファイル内にはこれらの三角形の面法線ベクトルと３つの頂点の座標値が書き込まれている。グラフィックスＡＰＩを用いてＳＴＬ形式のファイルから３次元形状データ２０２を表示させることは、複数の直線や三角形を描画することで容易に実現できる。３次元形状データは図２のように輪郭のみを表示することも可能であるし、外面を塗りつぶして不透明、もしくは半透明な表示とすることも可能である。これらは三角形を描画する際に、グラフィックスＡＰＩに実装されている描画関数に与える透明度の値を変えることで容易に実現できる。これにより３次元形状データ２０２と３次元探傷データ２０１が重なっていても検査者が見易いような表示にすることができる。また、必要に応じて３次元形状データ２０２の表示・非表示を切り替えることもできる。
【００３６】
また、図には示していないが、複数の３次元形状データ２０２を同時に３次元表示画面１０３Ｃに表示することもできる。
【００３７】
選択された３次元形状データ２０２は、計算機１０２Ａに接続されたマウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇからの入力により、３次元探傷データ２０１とは独立して、それぞれ任意の視点で、任意の位置に、任意の寸法で表示することができる。
【００３８】
ここで、フェーズドアレイ法によって得られた三次元探傷画像から、検査対象内部の欠陥の位置や寸法計測などの評価を行う場合を考える。一般的には、探傷画像には、検査対象内部での超音波の反射に基づく形状エコーと、欠陥からの反射による欠陥エコーが表示される。形状エコーには、反射の際の超音波のモード変換によって入射超音波と異なる振動モードの波も含まれる。すなわち、縦波から横波へ、横波から縦波へと変換された超音波である。また、欠陥エコーや形状エコーの他にも、測定条件によってはグレーティングローブというアレイセンサ特有の擬似信号に起因するエコー（雑エコー）も表示されることがある。評価のためには、当然、欠陥エコーを画面上に明瞭に表示させる必要があるが、これらの形状エコーや雑エコーが奥行き方向に重なってしまい、欠陥エコーの確認が困難となる場合がある。３次元表示の視線方向を変えれば重なり合いは解消される場合もあるが、所望の角度で重なり合い無く、視認性良く表示できる保障は無い。これは、検査対象の形状が複雑になるほど深刻な問題となる。形状が複雑な場合には、検査対象内部で多重反射が起こるため、欠陥エコーの周囲に多数の多重反射による形状エコーが表示される。
【００３９】
実際の探傷作業において、欠陥判定の評価に必要なエコーは、欠陥エコーおよび、３次元形状データとの位置関係を把握するための限られた形状エコーのみである。検査対象の形状が複雑な場合に、超音波が検査対象内で多重反射することによって多数現れる形状エコーは、評価に不要なエコー（雑エコー）である。
【００４０】
ここで、図３を用いて、従来の超音波探傷装置における検査対象が複雑形状の場合の３次元表示画面１０３Ｃの表示例について説明する。  
図３は、従来の超音波探傷装置における検査対象が複雑形状の場合の３次元表示画面の表示例の説明図である。
【００４１】
図３は、検査対象が複雑形状の場合の３次元表示画面１０３Ｃの例を示している。ここでは、３次元探傷データ３０１と３次元形状データ３０２を同時に表示している。
【００４２】
エコーとしては、欠陥エコー３０３と、通常の反射による形状エコー３０４と、それら以外に多重反射に起因する複数の形状エコー（符号３０３，３０４で示されるもの以外で楕円形状に示されているもの）が図示されている。欠陥エコー３０３以外は形状エコーであるが、通常の反射による形状エコー３０４意外にも、図示のように多重反射に起因する複数の形状エコーが表示されている。したがって、視線方向によっては完全に欠陥エコー３０３と周囲の形状エコーが重なってしまい、欠陥エコー３０３が確認できなくなる。
【００４３】
この例の場合、評価に必要なエコー（評価エコー）は、欠陥エコー３０３および形状エコー３０４である。形状エコー３０４は検査対象の角部での反射によって常に現れる形状エコーであり、３次元形状データ３０２と３次元探傷データ３０１の相対位置が正しいことを確認するために有用なエコーである。
【００４４】
本実施形態による評価エコー抽出方法では、評価に必要な形状エコーと欠陥エコーのみ、あるいは欠陥エコーのみを表示させるようにすることができるため、欠陥の有無や位置の確認作業が非常に容易となる。
【００４５】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法について説明する。  
図４は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の内容を示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法によって得られる３次元表示画面の表示例の説明図である。
【００４６】
この評価エコー抽出方法は、検査者がマウス操作によって表示領域を限定させることにより実現される。
【００４７】
ステップＳ１において、検査者は、まず、３次元表示画面１０３Ｃにおいて、非表示としたい欠陥エコーおよび雑エコーが、評価エコーである形状エコー３０４および欠陥エコー３０３と重ならないような視線方向にマウス１０２Ｆを用いて調整する。
【００４８】
次に、ステップＳ２において、検査者は、３次元表示画面１０３Ｃにおいて、マウス１０２Ｆを用いて非表示としたい欠陥エコーおよび雑エコーを含む非表示領域を指定する。指定方法としては、たとえば、マウス１０２Ｆで３次元表示画面１０３Ｃ上の二点を指定し、その二点を結ぶ直線を対角線とする長方形（正方形を含む）の２次元領域３０５（図３）を決定する。２次元領域３０５が決定されると、計算機１０２Ａ（図１）は、その２次元領域３０５を視線方向に沿った奥行き方向に押し出して作られる３次元領域の直方体を非表示領域とする。この場合の奥行き長さは、３次元探傷データ２０１を含む十分な長さに設定する。３次元探傷データ２０１の寸法と座標は事前に与えられているため、奥行き長さは簡単に求められる。また、マウス１０２Ｆで指定した３次元表示画面１０３Ｃ上の二点の座標は、ＯｐｅｎＧＬ等のグラフィックスＡＰＩの組み込み関数によって簡単に得ることができる。非表示領域の指定は直方体でなくてもよい。たとえば、３次元表示画面１０３Ｃで最初に指定する２次元領域３０５が円、楕円、または複数の直線で構成される任意の多角形であってもよい。奥行き方向への押し出し方は長方形の場合と同様である。
【００４９】
次に、ステップＳ３において、非表示領域を最終的に決定する前に、計算機１０２Ａは、ステップＳ２で指定した２次元領域３０５が直線や破線、点線などで囲まれて３次元表示画面１０３Ｃに表示する。尚、このステップは、ステップＳ２で２次元領域３０５を奥行き方向へ押し出す処理の前でもよい。
【００５０】
次に、ステップＳ４において、検査者は、ステップＳ３で３次元表示画面１０３Ｃに示された２次元領域３０５が所望の領域かどうかを判断する。所望の領域であれば画面上のＯＫボタンをマウス１０２Ｆでクリックするか、キーボード１０２Ｇからのリターン入力により次のステップへ進む。所望の領域でない場合には、画面上のＮＧボタンをマウス１０２Ｆでクリックするか、キーボード１０２Ｇからの再指定入力により、ステップＳ２に戻り、再び２次元領域３０５を指定し直し、２次元領域３０５が所望の領域となるまで、これらのステップを繰り返す。
【００５１】
次に、ステップＳ５において、計算機１０２Ａは、ステップＳ４で３次元表示画面１０３Ｃに示された２次元領域３０５が所望の領域であった場合は、これで非表示領域を決定する。
【００５２】
次に、ステップＳ６において、計算機１０２Ａは、非表示領域の中に３次元探傷データ２０１を構成する各ボクセルが、含まれるか否かを判定する。これは各ボクセルの座標値と、非表示領域を指定している空間領域の関係を調べることによって簡単に判定できる。全てのボクセルについてこの判定を行う。これらの判定結果は、たとえば非表示領域にボクセルが含まれる場合は１、含まれない場合は０などとし、ＲＡＭ１０２Ａ２または外部メモリ１０２Ａ４に記録する。
【００５３】
次に、ステップＳ７において、計算機１０２Ａは、ステップＳ６の結果に基づき、３次元表示画面１０３Ｃに３次元探傷データ２０１を再描画する。この際、ステップＳ６で非表示領域に含まれると判定されたボクセルは透明にする。ＯｐｅｎＧＬ等のグラフィックスＡＰＩではボクセル毎に透明度を指定することが可能となっているため、この機能を用いれば容易に実現できる。
【００５４】
次に、ステップＳ８において、検査者は、更に非表示としたい領域がある場合、３次元表示画面１０３Ｃ上のボタンを追加指定マウス１０２Ｆでクリックするか、キーボード１０２Ｇからの追加指定入力によりステップＳ１に戻り、再度、ステップＳ１からステップＳ７までの処理を繰り返す。非表示としたい領域が無い場合は、３次元表示画面１０３Ｃ上の終了ボタンをマウス１０２Ｆでクリックするか、キーボード１０２Ｇからの終了入力により作業を終了する。
【００５５】
以上の処理により、図５のように形状エコー３０３と欠陥エコー３０４のみを３次元表示画面に表示させることができる。尚、これらの処理は３次元形状データ３０２の描画には影響を与えないものである。
【００５６】
以上説明した本実施形態によれば、３次元表示部で指定した３次元領域に含まれる３次元探傷データを非表示とすることができるため、検査対象に欠陥が含まれる場合には、その欠陥に起因するエコーおよび形状の特徴点を表す任意の形状エコーを表示させることができるため、欠陥の有無の判別作業や解析作業を迅速に行うことができる。
【００５７】
次に、図６〜図１０を用いて、本発明の他の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の構成は、図１に示したものと同様である。  
図６は、本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の内容を示すフローチャートである。図７〜図９は、本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の原理説明図である。図１０は、本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法によって得られる３次元表示画面の表示例の説明図である。
【００５８】
本実施形態の評価エコー抽出方法は、欠陥が無い健全な状態の検査対象と、それと同一形状で、欠陥の有無が未知な検査対象を準備し、それらの探傷データを比較することにより、欠陥が有る場合には欠陥エコーのみを抽出する。
【００５９】
なお、以下の説明では、特に断りが無い限り欠陥が無い健全な状態の検査対象を「リファレンス」と称し、欠陥の有無が未知な検査対象を単に「検査対象」と称する。
【００６０】
リファレンスと検査対象が全く同一形状であり、且つアレイ型超音波センサ１０１を設置する位置も、双方で全く同一であるような理想的な場合は、両者の信号の差異は基本的に欠陥エコーのみとなるため、単純な差分処理でもよいが、一般的には製作誤差による両者の形状の微妙な違いや、センサの設置位置の微小な差により、同じ形状エコーであっても、表示される位置や強度が僅かに異なる。そのため、単純な差分処理で完全に形状エコーを除去することは困難である。
【００６１】
本実施形態の評価エコー抽出方法によれば、これらの影響を受けずに形状エコーを完全に除去することができる。
【００６２】
図６のステップＳ１１において、計算機１０２Ａは、リファレンスを用いて各路程の反射超音波の波形信号を取得する。
【００６３】
ここで、図７を用いて、３次元的に超音波を送・受信した場合の、超音波の路程７０１について説明する。図７に示すように、アレイ型超音波センサ１０１から検査対象１００に発せられた超音波の路程７０１は、入射点７０２から放射状に分布する。分布の仕方は、各圧電振動素子に与える遅延時間に依存する。
【００６４】
図８は、路程７０１に対応したリファレンスの波形信号の例を示している。波形信号はデータ収録部１０２Ｅの取り込み周波数に応じて、離散的な値として得られる。縦軸が信号強度、横軸が受信時刻を表す。音速が一定の場合には、横軸は入射点７０２からの距離を表すと考えても良い。波形が大きく振動している区間８０１は、アレイ型超音波センサ１０１近傍で超音波の音場が乱れている部分であり、欠陥の評価には不要な区間である。区間８０２は形状エコーに相当する。このような波形信号を全ての路程について取得し、計算機１０２ＡのＲＯＭ１０２Ａ３中もしくは外部メモリ１０２Ａ４に記憶する。
【００６５】
図８（ａ）は、ステップＳ１１によって取得された反射超音波の波形信号の一例を示している。
【００６６】
次に、ステップＳ１２において、計算機１０２Ａは、入射点７０２近傍の振動、およびノイズによる微小な振動を除去するために、各波形信号において、ｚｕ８（ａ）に示す区間８０１、および、信号強度の絶対値が閾値Ｉｔ以下の区間は、信号強度の値をゼロで置き換える。区間８０１は、アレイ型超音波センサ１０１の特性でほぼ決まるため、各路程に対して同一で良い。区間８０１および閾値Ｉｔの値は、検査者が波形表示画面１０３Ａを確認しながら、適当な値に設定することが可能である。また、閾値Ｉｔは全ての路程に対して同一でよいが、大きく設定し過ぎると必要な形状エコーの信号まで消去されてしまうため注意が必要である。この処理の結果、得られる波形は、たとえば図８（ｂ）のように、形状エコー以外は信号強度がゼロとなる。
【００６７】
次に、ステップＳ１３において、計算機１０２Ａは、各波形信号に、一般的な信号処理で用いられているローパスフィルタを掛ける。これにより、ノイズによる微小な振動を取り除かれ、滑らかな波形信号が得られる。ただし、最初からノイズによる影響が無視できる場合には、このステップは実施しなくてもよい。この処理の結果、得られる波形は、たとえば図８（ｃ）のようになる。
【００６８】
次に、ステップＳ１４において、計算機１０２Ａは、各波形信号を微分することにより、図８（ｄ）のような微分波形信号を得る。微分は一般的に用いられている離散的な数値データを微分するアルゴリズムを用いればよい。代表的なものとしてオイラー法、ルンゲ・クッタ法などがある。
【００６９】
次に、ステップＳ１５において、計算機１０２Ａは、ステップＳ１４により得られた各路程の微分波形信号について、図８（ｄ）に示すような、ゼロの値を取り、且つゼロ以外の値で挟まれた信号点の位置αｐｉを探し出し、ＲＯＭ１０２Ａ３上、または外部メモリ１０２Ａ４上に記憶する。位置αｐｉはｐ番目の路程の信号を、波形信号の端から順番に数えた時の番号であり、微分前の波形信号のｉ番目のピーク位置を表している。
【００７０】
次に、ステップＳ１６において、計算機１０２Ａは、検査対象を用いて、反射超音波信号を取得する。この際、リファレンスで信号を取得した時のセンサの設置位置、各路程、データの取り込み周波数等の探傷条件は全く同一に設定し、検査する物体のみが異なる状態とする。よって、３次元的に超音波を送・受信した場合の、路程は図７と同じとなる。
【００７１】
図９は、検査対象の各路程に対応した超音波の波形信号の例を示している。もし、検査対象内に欠陥が存在する場合には、図９（ｅ）に示すように、欠陥を横切る路程の波形信号には区間９０３のように、欠陥での反射信号が現れる。波形が大きく振動している区間９０１は、アレイ型超音波センサ１０１近傍で超音波の音場が乱れている部分であり、リファレンスで取得した波形信号と同一である。区間９０２には形状エコーに相当する信号が存在するが、これもリファレンスで取得した波形信号とほぼ同一である。しかし、前述のように、製作誤差による両者の形状の微妙な違いや、センサの設置位置の微小な差により、区間９０２のような形状エコーの出る位置や信号強度が僅かに異なることが多い。
【００７２】
次に、ステップＳ１７において、計算機１０２Ａは、入射点７０２近傍の振動、およびノイズによる微小な振動を除去するために、ステップＳ１２と同様に、各波形信号において、区間９０１、および信号強度の絶対値が閾値Ｉｔ以下の区間は、信号強度の値をゼロで置き換える。ただし、区間９０１は区間８０１と同一とし、閾値Ｉｔの値もステップＳ１２で用いた値と同一とする。この処理の結果、得られる波形は、たとえば図９（ｆ）のようになる。
【００７３】
次に、ステップＳ１８において、計算機１０２Ａは、リファレンスと検査対象の各波形信号を、同一路程毎に比較し処理する。図９に示したように、例えばαｐｉ番目および、その前後δ個の信号値，すなわち、基準となる検査対象から取得した反射超音波信号が極値をとる位置と同一な位置およびその前後の指定した区間の信号値はゼロ、もしくは欠陥エコーの信号強度の最大値よりも十分小さな値に設定する。δは、マウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇにより、事前に与えられているものとする。すなわち、上述の指定した区間はあらかじめ設定されているものとする。ここで、δは、リファレンスと検査対象の、製作誤差による形状の微妙な違いや、センサの設置位置の微小な差により生ずるピーク位置の差よりも大きく設定しなくてはならない。検査対象に応じて決定するべき値であるが、ほとんどの場合、一度決定すれば検査対象を変えない限り変える必要は無い。ここまでの処理により、波形信号には欠陥からの反射に起因するエコーのみが残り、得られる波形は、たとえば図９（ｇ）のようになる。
【００７４】
次に、ステップＳ１９において、計算機１０２Ａは、ステップＳ１８で得られた各波形信号を用い、３次元探傷データ３０１を作成する。これは従来行われている処理と同じである。
【００７５】
最後に、ステップＳ２０において、計算機１０２Ａは、得られた３次元探傷データ３０１を３次元表示画面１０３Ｃに３次元形状データ３０２に重ねて表示する。
【００７６】
以上の処理により、検査対象内に欠陥が存在する場合には、図１０のように、３次元表示画面１０３Ｃに欠陥エコー３０３のみが表示される。欠陥が存在しない場合には、３次元形状データ３０２以外は何も表示されない。よって、欠陥の有無が一目瞭然で確認でき、検査の効率が著しく向上する。
【００７７】
以上のように、本実施形態によれば、基準となる検査対象（リファレンス）から取得した超音波波形に基づき、基準となる検査対象と同一材質および同一形状である他の検査対象から取得した超音波波形を補正し、３次元表示部に基準となる検査対象と検査対象の差異に起因する反射信号から生成した３次元探傷データを表示することで、検査対象に欠陥が含まれる場合には、その欠陥に起因するエコーのみが表示されるため、欠陥の有無の判別作業や解析作業を迅速に行うことができる。
【００７８】
また、３次元表示部に、基準となる検査対象と検査対象の差異に起因する超音波反射信号から生成した３次元探傷データおよび、３次元形状データを重ねて表示することができるため、検査対象に欠陥が含まれる場合には、その欠陥に起因するエコーのみが表示されるため、欠陥の有無の判別作業や解析作業を迅速に行うことができる。
【００７９】
次に、図１１を用いて、本発明の各実施形態に用いる超音波探傷装置の他の構成について説明する。  
図１１は、本発明の各実施形態に用いる超音波探傷装置の他の構成を示すブロック図である。
【００８０】
図１に示した超音波探傷装置は、フェーズドアレイ法によって３次元探傷データが得らるものであるが、本発明はフェーズドアレイ以外の方法によって得られた３次元探傷データにも適用できる。たとえば３次元探傷データが開口合成法によって得られた場合でも適用できる。
【００８１】
図１１は、３次元探傷データを開口合成法によって得る場合の超音波探傷装置の構成を示している。
【００８２】
本例の超音波探傷装置は、検査対象１００に超音波を入射するアレイ型超音波センサ１０１と、送・受信部１０２と、受信信号及び探傷画像を表示する表示部１０３とで構成されている。
【００８３】
アレイ型超音波センサ１０１は、図示のように、基本的には超音波を発生し受信する複数個の圧電振動素子１０４で構成され、検査対象１００の探傷面に設置された後、送・受信部１０２から供給される駆動信号により超音波１０５Ｂを発生し、これを検査対象１００内に伝播させ、これにより現れる反射波を検知して受信信号を送・受信部１０２に入力する働きをする。
【００８４】
アレイ型超音波センサ１０１の個々の圧電振動素子１０４は、駆動信号制御部からパルサーを介して発せられる駆動信号により所要のタイミングで順次駆動され、圧電振動素子１０４から発生された超音波の反射波を、複数の圧電振動素子１０４で２次元的に受信し、受信信号は送・受信部１０２のレシーバ１０２Ｄに入力される。すなわち、アレイ型超音波センサ１０１の個々の圧電振動素子１０４は、圧電振動素子１０４の総数分の反射波をそれぞれ受信することになる。
【００８５】
レシーバ１０２Ｄに入力された信号は、順次、データ収録部１０２Ｅに収録データとして収録され、収録データを用いて計算機１０２Ａは各圧電振動素子１０４で得られた波形を開口合成によって３次元画像化処理し、表示部１０３に表示する。
【００８６】
計算機１０２Ａは、基本的にはＣＰＵ１０２Ａ１と、ＲＡＭ１０２Ａ２と、ＲＯＭ１０２Ａ３と、外部メモリ１０２Ａ４とから構成されている。ＲＯＭ１０２Ａ３にはＣＰＵ１０２Ａ１を制御するプログラムが書き込まれており、ＣＰＵ１０２Ａ１はこのプログラムに従ってデータ収録部１０２Ｅから必要とされる外部データを読込んだり、あるいは又ＲＡＭ１０２Ａ２との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理し、必要に応じて処理したデータをデータ収録部１０２Ｅへ出力する。
【００８７】
計算機１０２Ａによる開口合成で生成された３次元探傷データ２０１を３次元形状データ２０２と共に表示し処理する方法、および評価エコー抽出方法は、前に説明した第１の実施形態で示した方法と同一の処理であるので、ここでの説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波探傷装置における３次元表示画面の表示例の説明図である。
【図３】従来の超音波探傷装置における検査対象が複雑形状の場合の３次元表示画面の表示例の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法によって得られる３次元表示画面の表示例の説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の原理説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の原理説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法の原理説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による超音波探傷装置を用いた評価エコー抽出方法によって得られる３次元表示画面の表示例の説明図である。
【図１１】本発明の各実施形態に用いる超音波探傷装置の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８９】
１００…検査対象
１０１…アレイ型超音波センサ
１０２…送・受信部
１０２Ａ…計算機
１０２Ａ１…ＣＰＵ
１０２Ａ２…ＲＡＭ
１０２Ａ３…ＲＯＭ
１０２Ａ４…外部メモリ
１０２Ｂ…遅延時間制御部
１０２Ｃ…パルサー
１０２Ｄ…レシーバ
１０２Ｅ…データ収録部
１０２Ｆ…マウス
１０２Ｇ…キーボード
１０３…表示部
１０３Ａ…波形表示部
１０３Ｂ…２次元表示画面
１０３Ｃ…３次元表示画面
１０４…圧電振動素子
１０５、１０５Ｂ…超音波
１０６…入射角度
２０１…３次元探傷データ
２０２…３次元形状データ
３０１…３次元探傷データ
３０２…３次元形状データ
３０３…欠陥エコー
３０４…形状エコー
３０５…２次元領域
７０１…路程
７０２…超音波入射点
８０１，８０２，９０１，９０２，９０３…区間
【図１】
2010107285.tif 000003
【図２】
2010107285.tif 000004
【図３】
2010107285.tif 000005
【図４】
2010107285.tif 000006
【図５】
2010107285.tif 000007
【図６】
2010107285.tif 000008
【図７】
2010107285.tif 000009
【図８】
2010107285.tif 000010
【図９】
2010107285.tif 000011
【図１０】
2010107285.tif 000012
【図１１】
2010107285.tif 000013