(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に超音波を入射し前記被検査物の不連続部で反射された前記超音波の反射エコーを反射エコー検出手段によって検出する反射エコー検出工程と、前記被検査物に超音波を入射し前記不連続部からの回折波を前記反射エコー検出手段とは別に設けられた回折波検出手段によって検出する回折波検出工程とを有し、前記反射エコー検出工程と前記回折波検出工程とを同時に行うことを特徴とする超音波検査方法。
【請求項２】
前記反射エコー検出工程と前記回折波検出工程とを同一の検査部分に沿って連続的に行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査方法。
【請求項３】
被検査物に超音波を入射し前記被検査物の不連続部で反射された前記超音波の反射エコーを検出する反射エコー検出手段と、前記被検査物に超音波を入射し前記不連続部からの回折波を検出する回折波検出手段と、前記反射エコー検出手段及び前記回折波検出手段を検査部分に沿って同時に移動させる走査手段と、前記走査手段を制御する制御手段とを備え、
前記反射エコー検出手段と前記回折波検出手段とはそれぞれ別個に設けられていることを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管などの溶接部の欠陥検査に好適な超音波検査方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば配管の溶接部の検査はＸ線透過試験によって行われることが多かった。Ｘ線透過試験は、試験結果と溶接部の強度との関係に基づいて作成された基準が、長期間に渡り構造物の安全性を保証してきた実績があり、また検査結果をフィルムとして残せるという記録性があり、これによって、溶接部の検査に多用されていたのである。
【０００３】
一方、溶接部の欠陥検査において、超音波探傷検査は事業者が必要に応じて行う自主的な検査と位置ずけられていたが、最近は手動又は自動の探触子を備えた超音波探傷装置が開発され、多くの実用化例が紹介されている。更に、これらの超音波探傷装置には、検査結果を記録できるようにしたものもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の超音波探傷装置においては、欠陥部の板厚方向の位置を正確に検出することは困難であった。これは、超音波探傷法が、広がりを持つ超音波を用いるためである。欠陥の板厚方向の位置を正確に検出することができれば、溶接部の設計などにフィードバックすることにより、より高度な溶接設計が期待できる。
【０００５】
そこで、欠陥の板厚方向の位置を検出する方法として、ＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｒｅｃｔｉｏｎ）法が開発されている。このＴＯＦＤ法は、溶接部などに超音波を放射したとき、欠陥部などの不連続部があると、この不連続部で超音波が回折するので、この回折波を検出して不連続部のないところを直線的に通過してきた超音波との時間差を求めることにより、不連続部の位置を検出するものであり、不連続部の板厚方向の位置を正確に検出することができる。しかし、このＴＯＦＤ法は、定性的な検査法で欠陥の検出状態は高くなく、この方法のみの適用に問題があった。また、画面も見難く、欠陥の識別が困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、このような問題点を解決することにあり、欠陥の板面方向の位置及び板厚方向の位置を容易に且つ高精度に検出することが可能であり、且つ結果の判断を容易にすることが可能な超音波検査方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は超音波検査方法であり、前述の技術的課題を解決するために以下のように構成されている。すなわち、本発明の超音波検査方法は、被検査物に超音波を入射し前記被検査物の不連続部で反射された前記超音波の反射エコーを検出する反射エコー検出工程と、前記被検査物に超音波を入射し前記被検査物の前記不連続部からの回折波を検出する回折波検出工程とを有し、前記反射エコー検出工程と前記回折波検出工程とを同時に行うことを特徴とする。
【０００８】
また、前記反射エコー検出工程における探触子と前記回折波検出工程における探触子とを一体的に移動させること、前記反射エコー検出工程と前記回折波検出工程とは、同一の欠陥検出用画像を作成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る超音波検査装置は、被検査物に超音波を入射し前記被検査物の不連続部で反射された前記超音波の反射エコーを検出する反射エコー検出手段と、前記被検査物に超音波を入射し前記不連続部からの回折波を検出する回折波検出手段とを有し、前記反射エコー検出手段と前記回折波検出手段とを一体的に構成して、同一の検査部分に沿って同時に移動させることを特徴とする。
【００１０】
（作用）
本発明に係る超音波検査方法によれば、反射エコー検出工程により溶接欠陥の板面方向の位置を検出すると同時に、回折波検出工程により溶接欠陥の板厚方向の位置を正確に検出することができる。
【００１１】
また、反射エコー検出工程で検出した欠陥と、回折波検出工程によって検出した欠陥との位置合わせが容易になるので、欠陥の３時限方向の位置を正確に検出できる。また、前記反射エコー検出工程と前記回折波検出工程とで、同一の欠陥検出用画像を作成する場合には、両方の工程を一度にデータ処理することができるので、判定の自動化が容易になる。
【００１２】
更に、本発明に係る超音波検査装置によれば、反射エコー検出手段と回折波検出手段との移動が容易になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波検査方法及び装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る超音波検査装置１の機能ブロックを示す。この超音波検査装置１は、被検査物である例えば配管２の溶接部３の内外に存在する空間、異物、融合不良など正規の材質と異なる不連続部３１（図５）の板面方向の位置を検出する反射エコー検出手段１０と、不連続部３１の板圧方向の位置を検出する回折波検出手段１１と、これらの反射エコー検出手段１０及び回折波検出手段１１を溶接部３に沿って移動させる走査手段１２と、走査手段１２を制御する制御手段１３とを備えている。
【００１５】
また、この超音波検査装置１は、反射エコー検出手段１０及び回折波検出手段１１で検出された不連続部３１が欠陥であるか否かを判別する欠陥識別支援装置１４と、欠陥識別支援装置１４で判別された欠陥を所定の基準によって分類する欠陥分類手段１５と、この欠陥分類手段１５の分類結果を出力する出力手段１６と、欠陥識別支援装置１４及び欠陥分類手段１５における処理データを記憶する記憶手段１７とを備えている。
【００１６】
反射エコー検出手段１０は、被検査物２に超音波を入射したとき、欠陥すなわち不連続部３１（図５）があると、この不連続部３１における音速がその周囲の正常な材質における音速と異なることを利用したものであり、溶接部３に超音波を入射して不連続部３１から反射してきた反射エコーを検出する。この反射エコーを、別の手段で分析することにより、不連続部３１の板面方向の位置を識別することができる。この反射エコー検出手段１０は、従来の超音波探傷装置で使用していたものを使用することができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１７】
また、回折波検出手段１１は周知のＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  ＦｌｉｇｈｔＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法を利用したものである。このＴＯＦＤ法では、図２に示すように、被検査物２の検査部分、ここでは溶接部３の両側に超音波の発振プロープ１１ａと受信プロープ１１ｂとを配置する。そして、発振プロープ１１ａから溶接部３の厚さを全体的にカバーできる角度で超音波を放射する。
【００１８】
そうすると、受信プロープ１１ｂでは、最短距離を通過してきたラテラル波Ｓａと、不連続部３１の上端で回折した回折波Ｓｂと、不連続部３１の下端で回折した回折波Ｓｃと、被検査物２の底部で反射した反射エコーＳｄとを受信する。受信波形を図３に示す。ここで、ラテラル波Ｓａと回折波Ｓｂ，Ｓｃとの受信時間差が、被検査物２の表面から、不連続部３１の上端と下端の距離に相当する。したがって、この時間差を解析することにより不連続部３１の板厚方向の位置を正確に検出できるのである。
【００１９】
また、このようにして検出した回折波を、図４に示すように濃淡で示すことにより、不連続部３１を識別しやすくすることができる。なお、図４の横軸は深さを示し、縦軸は測定点の基準点からの距離を示す。この回折波検出手段１１と上述の反射エコー検出手段１０とは、一体的に構成されており、同時に移動するようになっている。
【００２０】
図１において、走査部１２は、例えば溶接部３の溶接施工時に溶接棒の移動に用いたレール４を利用して、反射エコー検出手段１０及び回折波検出手段１１を溶接部３に沿って移動させる。制御手段１３は、走査部１２の例えばモータなどの駆動手段（図示せず）を制御して、反射エコー検出手段１０及び回折波検出手段１１を配管２の軸心方向及び円周方向に少なくとも２種類のピッチで、ジクザグ状に走行させる。
【００２１】
欠陥識別支援装置１４は、反射エコー検出手段１０で検出された反射エコーから後述のセルを作成する反射エコー用セル作成手段２０と、回折波検出手段１１で検出された回折波からセルを作成する回折波用セル作成手段２１と、欠陥存在エリア設定手段２２と、欠陥識別手段２３と、表示手段２４と、補正手段２５とを備えている。
【００２２】
反射エコー用セル作成手段２０では、図５に示すように反射エコー検出手段１０で検出された全ての不連続部３１を、溶接部３の表面に相当する平面３２に投影した図を作成する。そして、この投影図を表示手段２４に表示する。
【００２３】
このときには、図６に示すように検出された不連続部３１からの反射パルスの波形もＡスコープとして表示する。また、図７に示すように溶接部３の長手方向の断面に相当する平面１５０と、溶接部の幅方向の断面に相当する平面１５１に、検出された全ての不連続部３１を投影した図をＢスコープとして表示する。そして、上述の平面３２に全ての不連続部３１を投影した図は、図８に示すようにＣスコープとして表示する。
【００２４】
回折波用セル作成手段２１では、図９に示すように回折波検出手段１１で検出された全ての不連続部３１を、溶接部３の長手方向の断面に相当する平面１５２に投影した図と、溶接部３の幅方向の断面に相当する平面１５３に投影した図とを作成し、これを表示手段２４にＤスコープとして表示する。
【００２５】
なお、上述のＡスコープとして反射エコーを表示する場合は、図１０に示すように欠陥検査範囲１２０を所定の大きさ、例えば一辺が１ｍｍの大きさの立方体のブロック１２１に分割し、各ブロック１２１内で検出された不連続部３１、すなわち反射エコーの大きさを記録する。この反射エコーは、各ブロック１２１に対して左右の探傷方向において直射及び反射の合計４種類記録される。欠陥検査範囲１２０は、溶接によって欠陥が発生する可能性のある熱影響部を適宜指定することができる。
【００２６】
このようにして、不連続部３１を表面３２に投影した後、図１１に示すようにこの表面３２上で不連続部３１が連続する範囲をセル３３ａ、３３ｂ・・・として作成する。すなわち、溶接部３の不連続部３１は３次元方向に複数存在するが、これを２次元方向、本例では溶接部３の表面３２上に投影したとき、表面３２上で不連続部３１の連続する範囲がセル３３ａ、３３ｂ・・・となる。
【００２７】
欠陥存在エリア設定手段２２は、図１１のセル３３ａ、３３ｂ・・・の分布に基づいて、次に説明する方法で欠陥が存在する可能性が有ると判断される欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・を設定する。すなわち、この欠陥存在エリア設定手段２２では、不連続部３１からの反射エコーを規定の検出レベル、例えば−６ｄＢでカットする。次に、取り出された反射エコーに対する超音波の入射方向と反射位置とを分析し、欠陥である可能性が認められる範囲を欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・とする。
【００２８】
欠陥識別手段２３では、次に説明するように欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・内のセル３３ａ、３３ｂ・・・が欠陥エコーか、それとも配管の表面を表す形状エコーかを識別する。すなわち、この欠陥識別手段２３では、まず、図１２に示すように検査時における反射エコー検出用探触子１０の溶接部３のビードに対する接近限界距離ａ、ｂ、標準ビード幅Ｃ、探傷板厚Ｄ及び反射エコー検出用探触子１０の最近接位置における超音波３５、３７の入射角θとに基づいて、次のようにして欠陥探傷断面の設定及びそのエリア分けを行う。
【００２９】
欠陥探傷断面の設定においては、先ずセル表示範囲Ｘ１，Ｘ２の内側に溶接ビード３の中心軸線４１からＡ方向及びＢ方向に所定の距離だけ離れた位置に中心軸線４１と平行な直線４２、４３を引き、中心軸線４１と直線４２、４３との間を欠陥抽出範囲Ｙ１，Ｙ２とする。この欠陥抽出範囲Ｙ１，Ｙ２は、溶接ビード３と溶接による熱影響部とを含めたものであり、欠陥発生の可能性があると考えられる必要最小限の範囲である。
【００３０】
次に、欠陥抽出範囲Ｙ１，Ｙ２の断面内に、配管２の裏面から距離Ｌだけ離れた直線４４と、溶接ビード３の中心軸線４１からＡ方向又はＢ方向に所定の距離Ｚ１，２だけ離れた直線４５、４６と、配管２の上面を結ぶ直線４７とを引く。これらの距離Ｌ，Ｚ１，Ｚ２は、予め実験によって溶接方法及び配管２の肉厚を変えて最適な値を設定し、これをデータベース化しておき、実際の溶接時に溶接方法及び配管２の肉厚に応じてデータベースから最も効果的な数値を選定するようになっている。直線３６は、配管２の裏面に相当する。
【００３１】
この後、図１３に示すように直線４２、４７、４６、３６で囲まれる範囲を３個のエリアＨ１，Ｍ１，Ｌ１に分割する。エリアＨ１は直線３５、４６、４７で囲まれる範囲、エリアＭ１は直線４６、３５、４７、４２、４４で囲まれる範囲、エリアＬ１は直線４６、４４、４２、３６で囲まれる範囲である。
【００３２】
同様に直線４５、４７、４３、３６で囲まれる範囲を３個のエリアＨ２，Ｍ２，Ｌ２に分割する。ここで、エリアＨ２は直線４７、４５、３７で囲まれる範囲、エリアＭ２は直線４５、３７、４７、４３、４４で囲まれる範囲、エリアＬ２は直線４５、４４、４３、３６で囲まれる範囲である。
【００３３】
次に、各エリアＨ１，Ｈ２，Ｍ１，Ｍ２，Ｌ１，Ｌ２毎に検出された反射エコーが欠陥エコーかそれとも形状エコーかを識別する。この場合は、先ず検出された反射エコーを次のようにして４グループに分けする。すなわち、このグループ分けは、図１４に示すように超音波３５、３７の入射方向と、入射された超音波３５、３７の反射条件との組み合わせによって行うもので、本例では入射方向として溶接部３の図中左側のＡ方向と、図中右側のＢ方向とに分ける。また、反射条件としては、直射と一回反射とに分ける。直射とは、超音波検出手段１０から入射された超音波３５、３７が配管２の裏面３６で反射せず不連続部３１に直接入射された場合（図中の実線）である。
【００３４】
一回反射とは、超音波検出手段１０から入射された超音波３５、３７が裏面３６で一回反射して不連続部３１に入射された場合（図中の破線）である。すなわち、ここでは、検出された反射エコーがＡ方向から直射された超音波３５（実線）によるもの、Ａ方向から一回反射された超音波３５（破線）によるもの、Ｂ方向から直射された超音波３７（実線）によるもの、Ｂ方向から一回反射された超音波３７（破線）によるものの合計４グループに分けられる。
【００３５】
次に、グループ分けされた反射エコーから所定レベル以下の反射エコー、すなわち、ノイズによると思われる反射エコーを識別する。ここで用いられるノイズフィルター１３０の一例を図１５に示す。このノイズフィルター１３０は、欠陥からの反射エコー以外のエコー及び判定上無視できるエコーを取り除くものであり、例えばＡ方向の直射エコーが入力すると（ステップ１３１）、このエコーをフィルターエコーレベルによって識別する（ステップ１３２）。ここでは、所定値以下のものと所定値を越えるものとを区別する。
【００３６】
次に、所定値を越えるエコーのグループ化処理を行う（ステップ１３３）。ここでは、セル画像の集合である３次元データより検出レベル（規格で決まっている）でのデータの繋がり及び切れ目を読みとり、１つのエコーの範囲を求めている。なお、ここではまだ４種類の３次元データでそれぞれ行っている。この４種類の結果を合成して判定処理を行うのは、後述のステップ１４０である。
【００３７】
ステップ１３３でグループ化処理を行った後、フィルターサイズによる識別を行う（ステップ１３４）。ここでは、ステップ１３３でグループ化処理をした結果、極めて小さいサイズのグループになった場合は、そのグループは欠陥よりのエコーから作られたものではなく、ノイズである可能性が大きく、また、サイズが小さいため判定に影響を与えないので、欠陥から区別する。また、グループ化処理で１グループになったものが何個のデータによって形成されているかを求めて処理を行う。
【００３８】
次に、各グループの最大エコー位置を検出し（ステップ１３５）、続いて最大エコー位置分類処理を行う（ステップ１３６）。ここでは、各グループの最大エコー位置を求め、その位置が上述の６個のエリアＨ１，Ｈ２，Ｍ１，Ｍ２，Ｌ１，Ｌ２のどこにあるか求める。グループ内に最大エコーが２点あった場合には、グループの中心に近い方を採用する。そして、次に各グループの最大反射エコーをまとめて（ステップ１３７）、各グループの最大反射エコーをその位置によって欠陥か否かを識別する（ステップ１３８）。
【００３９】
次に、各グループの最大反射エコーをデータベースに記憶されている識別基準に照合してこれが欠陥エコーであるか否かを識別する（ステップ１３９）。この識別基準は実験によって得られるもので、上述の６個のエリアＨ１，Ｈ２，Ｍ１，Ｍ２，Ｌ１，Ｌ２毎にそれぞれ別個に規定することができる。
【００４０】
すなわち、この識別基準は、例えば図１３のＭ２エリアについて説明すると、Ａ方向から入射された超音波３５の不連続部３１ａによる一回反射（破線）グループによる最大反射エコーが、Ｂ方向から入射された超音波３７の直射（実線）グループ、又は一回反射（破線）グループによる最大反射エコーとして検出されている場合には、これを欠陥エコーとし、この欠陥エコーに対応する不連続部３１ａは欠陥であると規定する。
【００４１】
これに対して、Ａ方向の一回反射グループでは最大反射エコーとして検出されても、Ｂ方向からの直射グループ又は一回反射グループでは反射エコーとして検出されていない場合には、この反射エコーは形状エコーであり欠陥エコーではない、すなわち、ここで検出された不連続部３１ａは欠陥ではないと規定する。
【００４２】
上述の識別基準は、Ｍ２エリアについては妥当であるが、例えば反対側のＭ１エリアでは異なる結果となる。つまり、Ｍ１エリアの不連続部３１ｂは、Ａ方向からの一回反射グループで最大反射エコーが検出され、Ｂ方向からの直射グループ又は一回反射グループでは最大反射エコーが検出されないが、不連続部３１ｂは欠陥なのでこの場合には欠陥エコーであると識別しなければならない。したがって、Ｍ１エリアの識別基準はＭ２エリアの識別基準とは異なることになる。他のエリアについても同様であり、上述のように各エリア毎に識別基準を設定するのである。この欠陥エコー識別処理は、欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・内の全てのセル３３ａ、３３ｂ・・・について行われる。
【００４３】
図１５のステップ１３９で識別基準との比較により欠陥識別が行われた後、グループ化処理が行われる（ステップ１４０）。ここでは、ステップ１３８で欠陥であると識別されたグループの４種類のデータを１つのグループ群として最大エコー高さ、グループの領域を求める。次に、最終エコーレベル、寸法による識別処理を行う（ステップ１４１）。ここでは、規格で書かれているレベルまで感度を落としたときにグループの領域より平面上の寸法を求める。そして、これを規格と比較して最終的に欠陥か否かを判定する。精度良く欠陥を識別するため、規定の感度より高い感度で探傷及び処理を行うこともできる。この処理は技術者が行う。最後に欠陥以外の反射エコーを欠陥と区別する（ステップ１４２）。
【００４４】
なお、上述の説明はＡ方向の直射エコーについてのものであるが、これ以外のＡ方向の１回反射エコー、Ｂ方向の直射エコー、Ｂ方向の１回反射エコーについても同様であり、その説明は省略する。
【００４５】
図１において、表示手段２４は反射エコー用セル作成手段２０及び回折波用セル作成手段２１の出力、欠陥存在エリア設定手段２２の出力又は欠陥識別手段２３の出力のうち、任意のものを同時に又は別々に表示する。この出力手段２４としては、ＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などを使用することができる。
【００４６】
補正手段２５は、反射エコー用セル作成手段２０、回折波用セル作成手段２１、欠陥存在エリア設定手段２２又は欠陥識別手段２３の出力を補正するためのもので、例えばキーボードやマウスなどを使用することができる。この補正手段２５の操作は、表示手段２４を見ながら行うことができる。
【００４７】
分類手段１５は、欠陥識別支援装置１４の欠陥識別手段２３から出力された欠陥を、所定の基準によって分類する。出力手段１６は分類手段１５の欠陥分類を出力するもので、プリンタなどを使用することができる。記憶手段１７は、少なくとも反射エコー用セル作成手段２０、回折波用セル作成手段２１、欠陥存在エリア設定手段２２、欠陥識別手段２３又は分類手段１５の出力を記憶するもので、これらの出力を全て記憶することもできる。
【００４８】
上述のように、この超音波検査装置１では、欠陥の可能性がある全ての不連続部３１を削除することなくグループ分けを行い、更に欠陥探傷範囲Ｙ１，Ｙ２を６個のエリアＨ１，Ｈ２，Ｍ１，Ｍ２，Ｌ１，Ｌ２に分け、各エリアにおいてＡ方向及びＢ方向の２方向における直射及び一回反射の合計４グループの反射エコーを検出し、各反射エコーを識別基準と照合することによって欠陥エコーを検出するので、データ処理を自動的に行うことができ、欠陥を短時間で正確に検出することができる。
【００４９】
また、セル、欠陥存在エリア、欠陥エコーを表示し、これを検査技術者が見て補正の要否を判断すると共に、補正が必要な場合は補正データを入力して補正することができるので、システムとしての柔軟性を高めて信頼性を上げることができる。更に、処理されたデータを記録手段１７に記録できるので、データの再現性に優れている。
【００５０】
図１６は、この超音波検査装置１の構成を示す。この超音波検査装置１は、全体の制御及びデータ処理を行う総合制御ユニット５１と、超音波の送受信を行う超音波パルサーレシーバユニット５２と、探触子を制御するスキャナー制御ユニット５３と、探触子であるスキャナー５４とを備えている。
【００５１】
総合制御ユニット５１は、各部の制御及びデータ処理を行うＣＰＵ６１と、各部の動作タイミングを管理するタイミング回路６２と、Ａ／Ｄ変換器６３と、モニター６４と、検出データを記憶するハードディスク６５と、波形保存用のＰＤ６６と、データ入力用のキーボード６７及びマウス６８とを備えている。
【００５２】
ＣＰＵ６１は、上述のセル作成手段２１、欠陥エリア設定手段２２、欠陥識別手段２３、分類手段１５として機能する。また、モニター６４は表示手段２４として機能し、ハードディスク６５及びＰＤ６６は記憶手段１７として機能する。キーボード６７及びマウス６８は、補正手段２５として機能する。超音波パルサーレシーバユニット５２は、４ｃｈメインアンプ７１と、２ｃｈメインアンプ７２と、６ｃｈリモートパルサーレシーバ７３とを備えている。
【００５３】
スキャナー制御ユニット５３は、探触子走査コントローラ７５と、位置信号出力用のＩ／Ｆ７６と、走査制御用のＣＰＵ７７と、制御ソフト格納用のＲＯＭ７８とを備えている。探触子走査コントローラ７５、ＣＰＵ７７及びＲＯＭ７８は、上述の制御手段１３として機能する。
【００５４】
スキャナー５４は、探触子走査機構部８１と、反射エコー検出用探触子１０及び回折波検出用探触子１１と、音異方性測定用探触子８３と、ビード位置検出部８４とを備えている。探触子走査機構部８１は上述の走査手段１２として機能し、反射エコー検出用探触子１０、回折波検出用探触子１１、音異方性測定用探触子８３及びビード位置検出部８４をレール４（図１）に沿って移動させる。
【００５５】
反射エコー検出用探触子１０は、溶接部３に超音波を入射してその反射エコーを検出する。回折波検出用探触子１１は、溶接部３に超音波を入射して不連続部３１で回折した回折波を検出する。また、ビード位置検出部８４は、溶接部３の位置を検出する。このビード位置検出部８４の検出結果に基づいて、探触子走査機構部８１が制御される。表１は、上述の各部の仕様を示す。
【００５６】
【表１】
0003719879.tif 000002
【００５７】
次に、この超音波検査装置１による欠陥探傷処理の一例について、図１７以下を参照して詳細に説明する。図１７は、超音波検査装置１による欠陥探傷処理１００の手順を示す。この欠陥探傷処理１００においては、まず、溶接部３の一次探傷が行われる（ステップ１０１）。
【００５８】
この一次探傷では、図１８に示すようにスキャナー５４（図１６）の反射エコー検出用探触子１０及び回折波検出用探触子１１（図１６は受信プロープ１１ｂのみ図示、発振プロープ１１ａは溶接部３の反対側を受信プロープ１１ｂと同様のピッチで走査する）と、音異方性測定用探触子８３が比較的粗いピッチ、例えば配管２の軸心方向に５ｍｍピッチの往復移動で走査されると共に、円周方向に５ｍｍピッチで走査され、データ収録点８５において反射エコー及び回折波が検出される。なお、反射エコー検出用探触子１０及び回折波検出用探触子１１と音異方性測定用探触子８３は、所定の間隔を保持して走査される。ビード位置検出部８４（図示せず）は、配管２の円周方向にのみ走査される。
【００５９】
次に、図１７に示すように総合制御ユニット５１（図１６）のＣＰＵ６１において、検出された反射エコー及び回折波に対応する不連続部３１が同一面に投影されて、反射エコーによるセル３３ａ、３３ｂ・・・（図１１）、及び回折波によるセル（図示せず）が作成され（ステップ１０２）、続いて欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・が設定される（ステップ１０３）。セル３３ａ、３３ｂ・・・、及び欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・はモニター６４（図１６）に表示される。
【００６０】
次に、モニター６４に表示された欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・を補正ア３４ａ、３４ｂ・・・はモニター６４（図１６）に表示される。次に、モニター６４に表示された欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・を補正する必要が有るか否かが、検査技術者によって判断される（ステップ１０４）。ここで、補正する必要があると判断された場合は、次にキーボード６７（図１６）又はマウス６８から補正データが入力されて、欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・が補正される（ステップ１０５）。
【００６１】
次に、二次探傷が行われる（ステップ１０６）。この二次探傷は、図１１に示すように欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂ・・・及びその両側の所定の範囲Ｗ内の反射エコーを更に細かく検出するもので、スキャナー５４の反射エコー検出用探触子１０、回折波検出用探触子１１及び異方性測定用探触子８３を一次探傷より細かいピッチ、例えば配管２の軸心方向及び円周方向に１ｍｍピッチで走査して反射エコーを検出する。
【００６２】
次に、図１７に示すように検出された反射エコーに対応する不連続部３１のセル４０ａ〜４０ｇを作成する（ステップ１０７）。続いて、セル４０ａ〜４０ｇ内の反射エコーが欠陥エコーか否かの識別が行われる（ステップ１０８）。セル４０ａ〜４０ｇはモニター６４に表示され、例えばセル４０ｂが欠陥エコーの場合はこれが例えば色分けなどによって識別される。この後、上述したＴＯＦＤ法によって欠陥の深さの判断が行われる（ステップ１０９）。
【００６３】
次に、モニター６４に表示された欠陥エコー４０ｂを補正する必要が有るか否かを検査技術者が判断し（ステップ１１０）、補正する必要があると判断した場合はキーボード６７又はマウス６８から補正データを入力して補正する（ステップ１１１）。次に、この欠陥エコーが所定の基準によって等級分類され（ステップ１１２）、その分類結果がプリントアウトされて（ステップ１１３）、この欠陥探傷処理１００が終了する。
【００６４】
この欠陥探傷処理１００では、一次探傷（ステップ１０１）によって欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂを設定（ステップ１０３）し、この欠陥存在エリア３４ａ、３４ｂより所定の範囲２Ｗだけ広い部分を二次探傷（ステップ１０６）することによって欠陥エコーを識別している（ステップ１０８）ので、最初から細かいピッチで探傷する場合に比べて、探傷時間を大幅に短縮することができる。また、ＴＯＦＤ法によって欠陥の深さを判断しているので（ステップ１０９）、欠陥の位置を正確に検出することができる。
【００６５】
なお、上述の実施形態では粗いピッチで一次探傷を行い、細かいピッチで二次探傷を行う場合について説明したが、初めから細かいピッチで探傷することもできる。また、反射エコー検出用探触子１０で検出された反射エコー、及び回折波検出用探触子１１で検出された回折波は、その一部をデータ処理に用いることによってデータ処理時間を短縮することができる。
【００６６】
例えば、図２０（Ａ）に示すように横軸に時間、縦軸に反射エコーの高さを取った場合、例えば５ＭＨｚの超音波周波数で１００ＭＨｚサンプリングする場合には、超音波１波内の検出データは２０個となる。この２０個のデータを１０データ毎の最高値を検出し、反射エコーの波形を形成すると、同図（Ｂ）に示すようにデータ処理に使用するデータ数は１００ＭＨｚでサンプリングされた場合の１０％になり、データ処理時間を大幅に短縮することができる。この場合、反射エコー検出で最も重要なエコー高さは変化せず正確にとらえることができる。また、時間軸上の位置の変化はきわめて微少であり、検査結果への影響はない。回折波についても同様の処理を行う。
【００６７】
また、使用するデータは最大高さだけでなく、最大値から所定の順位までの複数のデータを使用することもできる。ここで抽出された最大波高によって形成された反射エコー及び回折波は、記録されて残される。
【００６８】
なお、５ＭＨｚの超音波周波数では、データ収集のサンプリング周波数と、データ処理の精度及びデータ処理に要する時間を測定した結果、図２１に示すような結果が得られた。この結果から分かるように、サンプリング周波数が小さいほど転送時間が早くなるが、データ精度が低下する。逆に、サンプリング周波数が大きいほど転送時間が遅くなり、テータ精度が高くなる。
【００６９】
そして、データ転送速度とデータ精度の両方を実用可能程度にするためには、データ収集のサンプリング周波数を５０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚに選定するのが良く、特に１００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚが好ましい。この方法では、抽出周波数を下げても最大エコーをもらすことはないが、位置精度を良好にするため抽出周波数を５ＭＨｚ以上とする必要があり、特に１０ＭＨｚ以上が好ましい。２ＭＨｚの超音波周波数では抽出周波数も下げることができる。
【００７０】
また、上述の実施の形態では、図１６に示したように反射エコー検出用探触子１０と回折波検出用探触子１１とを別体としたが、これらの探触子を共通の探触子とし、電気的に切り替えて使うこともできる。更に、上述の実施形態では、本発明を配管の溶接部の検査に適用した場合について説明したが、本発明は各種の材料の溶接部の検査に適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波検査方法によれば、反射エコー検出工程により溶接欠陥の板面方向の位置を検出すると同時に、回折波検出工程により溶接欠陥の板厚方向の位置を検出することができるので、欠陥の位置を正確に検出でき、溶接設計などにも有効に活用できる。
【００７２】
また、前記反射エコー検出工程と前記回折波検出工程とを同一の検査部分に沿って連続的に行う場合には、反射エコー検出工程で検出した欠陥と、回折波検出工程によって検出した欠陥との位置合わせが容易になるので、処理時間を短縮できる。また、反射エコー検出工程と回折波検出工程とで、同一の欠陥判断画像を作成する場合には、欠陥識別作業の能率が向上する。
【００７３】
更に、本発明に係る超音波検査装置によれば、反射エコー検出手段と回折波検出手段との移動が容易になるので、構成を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波検査装置の機能ブロックを示す図である。
【図２】本発明に係る超音波検査装置の欠陥の板厚方向の位置検出方法を説明する図である。
【図３】本発明に係る超音波検査装置の欠陥の板厚方向の位置検出方法を説明する図である。
【図４】本発明に係る超音波検査装置の欠陥の板厚方向の位置検出方法を説明する図である。
【図５】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図６】反射エコーの波形を示す図である。
【図７】反射エコーの投影図である。
【図８】反射エコーの投影図である。
【図９】回折波の投影図である。
【図１０】セル作成用のブロックを示す図である。
【図１１】セルの分布状態を示す図である。
【図１２】欠陥探傷範囲のエリア分けの方法を示す図である。
【図１３】欠陥探傷範囲のエリアを示す図である。
【図１４】超音波の入射方向及び反射条件を示す図である。
【図１５】ノイズフィルターを示す図である。
【図１６】本発明に係る超音波検査装置の構成を示す図である。
【図１７】欠陥処理の手順を示す図である。
【図１８】探触子の走査方法を示す図である。
【図１９】二次探傷におけるセルの分布状態を示す図である。
【図２０】反射エコーの検出データを示す図である。
【図２１】サンプリング周波数とデータ転送時間及びデータ処理精度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  超音波検査装置
２  配管（被検査物）
１０  反射エコー検出用探触子
１１  回折波検出用探触子
３１  不連続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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