(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材同士の溶接部を検査する超音波探傷装置において、
前記溶接部に超音波を送波しかつ受波する超音波探触子と、
当該超音波探触子で受波した超音波を反射エコー信号に変換する制御系と、
前記超音波探触子を移動して当該超音波探触子から送波される超音波の前記溶接部への入射位置を変更する機構系と、
前記反射エコー信号に基づき前記溶接部の欠陥を検出する探傷制御器とを備え、
当該探傷制御器は、前記反射エコー信号から所定の基準信号を抽出し、当該基準信号を用いて求められる超音波の反射源と前記超音波探触子との距離と、前記反射エコー信号を用いて求められる超音波の反射源と前記超音波探触子との距離を比較することにより、直射法に基づく欠陥検出と一回反射法に基づく欠陥検出とを切り替え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、
前記基準信号が管面内エコーであることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項３】
部材同士の溶接部を検査する超音波探傷装置において、
前記溶接部に超音波を送波しかつ受波する超音波探触子と、
当該超音波探触子で受波した超音波を反射エコー信号に変換する制御系と、
前記超音波探触子を移動して当該超音波探触子から送波される超音波の前記溶接部への入射位置を変更する機構系と、
前記反射エコー信号に基づき前記溶接部の欠陥を検出する探傷制御器とを備え、
当該探傷制御器は、前記反射エコー信号から管面内エコーを抽出し、当該管面内エコーから求められる超音波の反射位置と前記反射エコー信号のうち当該管面内エコー以外の反射エコー信号から求められる超音波の反射位置とを比較することにより、直射法に基づく欠陥検出と一回反射法に基づく欠陥検出とを切り替えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波探傷装置において、
前記探傷制御器は、前記直射法に基づく欠陥検出のしきい値と前記一回反射法に基づく欠陥検出のしきい値とが格納された記憶手段を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】
部材同士の溶接部を検査する超音波探傷装置において、
前記溶接部に超音波を送波しかつ受波する超音波探触子と、
当該超音波探触子で受波した超音波を反射エコー信号に変換する制御系と、
前記超音波探触子を移動して当該超音波探触子から送波される超音波の前記溶接部への入射位置を変更する機構系と、
前記反射エコー信号に基づき前記溶接部の欠陥を検出する探傷制御器とを備え、
前記探傷制御器は、
反射エコー信号から管内面エコーを抽出し、管内面エコーと超音波探触子の超音波入射位置との距離を算出する管内面エコー測定部と、
反射エコー信号から欠陥エコーを抽出し、欠陥エコーと超音波探触子の超音波入射位置との距離を算出する欠陥エコー測定部と、
前記２つの距離を比較するエコー距離比較部と、
前記エコー距離比較部での結果より直射法に基づく欠陥検出と一回反射法に基づく欠陥検出とを切り替えて欠陥判定を行う欠陥判定部を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波探傷装置において、
前記反射エコー信号が画像として表示される表示器を備え、
さらに前記超音波探傷器は、前記溶接部の形状情報を記憶する検査条件データベースを備え、
前記表示器には、前記反射エコー信号による画像と前記溶接部の形状情報とが重畳して表示されることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波探傷装置において、
前記探傷制御器は、
前記形状情報と前記反射エコー信号による画像との位置合わせを、管面内エコーを指標として行う位置合わせ部を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波探傷装置において、
前記超音波探触子が超音波アレイセンサであることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波探傷装置において、
前記超音波探触子が２つ以上から成り、前記超音波探触子を溶接線直交方法に配置して、前記各超音波探触子の屈折角は異なる角度を有していることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１０】
管材と板材で構成され、管材に板材端辺を接触させるように配置し、管材と板材の間を二方向から溶接により接合する溶接部を検査対象とする超音波探傷方法において、
前記検査部に超音波を送波および受波する超音波探触子を前記板材の上に配置して、
溶接部方向に向かって超音波を入射し、
前記超音波探触子を前記板材の上で移動して、
前記超音波探触子で受波した反射エコー信号から所定の基準信号を抽出し、当該基準信号を用いて求められる超音波の反射源と前記超音波探触子との距離と、前記反射エコー信号を用いて求められる超音波の反射源と前記超音波探触子との距離を比較することにより、直射法に基づく欠陥検出と一回反射法に基づく欠陥検出とを切り替えることを特徴とした超音波探傷方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波探傷方法において、
前記基準信号が管面内エコーであることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項１２】
管材と板材で構成され、管材に板材端辺を接触させるように配置し、管材と板材の間を二方向から溶接により接合する溶接部を検査対象とする超音波探傷方法において、
前記検査部に超音波を送波および受波する超音波探触子を前記板材の上に配置して、
溶接部方向に向かって超音波を入射し、
前記超音波探触子を前記板材の上で移動して、
前記反射エコー信号から管面内エコーを抽出し、当該管面内エコーから求められる超音波の反射位置と前記反射エコー信号のうち当該管面内エコー以外の反射エコー信号から求められる超音波の反射位置とを比較することにより、直射法に基づく欠陥検出と一回反射法に基づく欠陥検出とを切り替え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、溶接施工時に発生する欠陥、あるいはそれらに起因して生じた割れ等を検査する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】
溶接部では溶接施工に起因して溶接欠陥がまれに発生する。そのため、溶接部に対して、適切な非破壊検査を行うことで、その品質を保証している。一般的な溶接部の非破壊検査方法としては、放射線透過法あるいは超音波探傷法が挙げられる。
【０００３】
図２Ａに示すような管材１と板材２を溶接する場合、継手の溶接には高度な施工技術が要求され、溶接欠陥も比較的発生しやすいため、非破壊検査による品質保証が重要である。管材と板材の溶接部の超音波探傷法に関わる従来技術としては、例えば特許文献１がある。
【０００４】
特許文献１に開示される発明によれば、少なくとも一個の垂直探傷子を中心として複数の斜角探傷子を同心円状に配置した複合探傷子（超音波探触子３）を用いる。この複合探傷子のセンサ面は曲面をなしており、この曲面部を管材内壁面に当て、管内側から管外側に向かって超音波４を照射（送波）し、反射波を検出（受波）することにより溶接欠陥検査を行う。上記複合探傷子を管材の内壁面に沿って回転状に移動させることにより、管材の周方向に超音波を走査し、検査を行う。また、上記複合探傷子を管材の軸方向に移動させながら超音波を照射することにより、管材の軸方向の検査を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３７１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される方法では、管材内部に超音波探触子を挿入する必要があり、それに付随して、管材の軸中心と回転移動機構の回転中心を一致させるための回転機構と、回転機構本体を管材内面に押圧固定するための加圧機構が必要となる。さらに、実際に探傷を開始する前に、超音波探触子を管内に挿入後、加圧機構を加圧操作して超音波探触子を管材内に保持する作業が必要である。
【０００７】
また、この方法では、管材内に装置を挿入する必要があるため、回転機構本体及び加圧機構を備えた挿入機構が必要となる。管材が管軸方向に長い場合には超音波探触子の挿入機構が長大化し、機構の構成および制御が複雑になる。
【０００８】
このような問題を鑑みると、探傷のための超音波は管外側から照射する方が望ましい。しかし、板材と管材との溶接部に対して管外側から超音波検査をする場合、物理的に超音波を直接送波できない箇所が生じる。以下具体的に説明する。
【０００９】
溶接部の目的探傷範囲を超音波で走査するためには、何らかの基準軸に沿って超音波探触子を移動する必要がある。例えば、図２Ｂに示すように、超音波探触子を板材２に沿って移動させた場合、板材２の裏面側で溶接部が板材２と直接接触していない領域に超音波非照射範囲７が生じる。この領域には、超音波探触子からの超音波を直接送波できず、また超音波を送波する屈折角も固定されているために、この範囲は実質的に検査ができないことになる。
【００１０】
板材２の表面側の溶接部であれば、理屈の上では、溶接余盛の上から超音波探触子を当てて超音波を送波することは可能である。しかしながら、溶接余盛には凹凸があり、超音波探触子と溶接部の接触状態が分からないため、超音波の送信および受信方向を予測することが困難である。したがって、溶接余盛は、実質的に超音波の非照射領域（超音波非照射範囲８）であり、検査ができない。
【００１１】
以上説明した管材と板材同士の溶接はあくまで例示であり、超音波の非照射領域という課題は、他の形状の部材間の溶接時にも生じうる。
【００１２】
そこで本願発明は、部材間の溶接部であって、超音波を直接照射できない領域、または凹凸等の理由により超音波探触子を安定して接触させることが実質的に困難な領域の超音波検査が可能な超音波探傷装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明においては、溶接欠陥検査に際し、超音波探触子から直接送波されて超音波の反射波（反射エコー）の他に、超音波の走査範囲の特定個所で反射されて溶接部へ入射した超音波に起因する反射波も検出する。そして、ある反射エコーが欠陥に該当するかどうかの欠陥判定基準を使い分けることにより、欠陥を検出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、溶接部における従来技術では探傷できなかった領域の溶接欠陥検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】第１の実施形態の超音波探傷装置における超音波探触子の配置図である。
【図１Ｂ】第１の実施形態の超音波探傷装置の全体構成図である。
【図２Ａ】管材と板材の溶接部に対する従来の超音波探傷方法を示した図である。
【図２Ｂ】本発明の課題の説明図である。
【図３】第１の実施形態の探傷制御器１７の機能ブロック図である。
【図４】第１の実施形態におけるフェーズドアレイ法による探傷画像の一例である。
【図５】第１の実施形態における超音波探傷装置の制御処理内容を表すフローチャート図である。
【図６Ａ】第２の実施形態の超音波探傷装置における超音波探触子の配置図である。
【図６Ｂ】第２の実施形態の超音波探傷装置の全体構成図ある。
【図７】第３の実施形態における探傷制御器１７の機能ブロック図である。
【図８】第３の実施形態の探傷制御器１７の動作を示すフローチャート図である。
【図９】超音波の屈折角と板厚の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施例１）
以下、第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１Ａは、管材と板の溶接部と、それに設置した超音波探傷装置とその配置図であり、管材１と板材２とが溶接部５によって溶接されている状態を管材１の断面方向から示す図である。管材１の長手方向は紙面垂直方向であり、溶接線および溶接部５が、紙面垂直方向に連続して形成されている。
【００１８】
溶接部５は、管材１に板材２の端辺を接触させるように配置し、管材と板材の間を二方向から溶接により接合するような部位である。一般に、このような溶接部は余盛りを設けて溶接されている場合が多く、溶接部表面が溶接施工状態のままとなっていることも多い。管外面から超音波検査を行う場合には、溶接余盛上に超音波探触子を配置すると正しい検査および評価ができない。これは、溶接の凹凸から超音波探触子と溶接部の接触状態が分からないため、超音波の送信および受信方向の予測が困難なためである。そこで、本実施形態における超音波探傷装置は、溶接余盛上に超音波探触子を配置せず、溶接部全範囲を検査できる構成を採用している。そのために複数の入射角度を持った超音波を用いて入射及び受信して検査を行う。
【００１９】
図１Ａおよび図１Ｂに示した装置は、超音波探触子３、探触子移動機構１１、アーム１２、探触子支持具１３、ガイドレール１４を含む駆動系９と、探触子移動制御器１５及び超音波探傷器１６等を含む超音波探触子走査器１０と、当該超音波探触子走査器を更に制御し、探傷検査全体を統括制御する探傷制御器１７と、表示器１８などにより構成されている。なお、探触子移動制御器１５及び超音波探傷器１６を超音波探触子走査器として一体構成せずに、別々に構成してもよい。
【００２０】
超音波探触子３は、板材２の上面に設置され、超音波４を板材２から入射して溶接部５を検査する。超音波探触子３と板材２は、油やグリセリンペーストなどの接触媒質を介して接触する。
【００２１】
まず、駆動系９について説明する。ここで、以下の説明においては、管材の軸方向をＸ方向、板材平面部と平行であって管材の軸方向と垂直な方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向と垂直な方向をＺ方向とする。
【００２２】
超音波探触子３は、探触子移動機構１１が支持されたアーム１２内に配された探触子支持具１３で保持されている。超音波探触子３の溶接線直交方向（図１Ａまたは図１Ｂ中のＹ方向）の移動は、探触子支持具１３がアーム１２に沿って移動することで可能である。また、超音波探触子３の溶接線平行方向（図１Ｂ中のＸ方向）の移動は、探触子移動機構１１の移動により可能である。本実施形態では、探触子移動機構１１は、板材上に設置したガイドレール１４上に配置しガイドレール１４に沿ってＸ方向に移動する。この時、探触子移動機構１１および探触子支持具１３の移動は探触子移動制御器１５で制御する。このように簡単な設備構成で検査ができることも、本実施形態の特徴の一つである。
【００２３】
本実施形態では、超音波探触子３として超音波アレイセンサを用いる。超音波アレイセンサは、複数の超音波振動素子から構成され、その超音波振動素子への印加電圧時間を調整する電子的走査により、超音波の送波方向や焦点位置を調整できる。一方、形状角部や欠陥などの特徴点で反射された送波超音波を超音波振動素子で受波すると、超音波振動素子毎の受信時間差と被検材内の音速から反射源の位置を特定することができる。このような超音波の送波・受波手法をフェーズドアレイ法という。
【００２４】
また、前述の印加電圧時間をプログラム化して順次変えることで、超音波を走査することができる。これにより、超音波アレイセンサの移動範囲を最小限にして、広範囲を検査できるため、検査時間の短縮が可能である。従来の技術と比較すると、従来例では超音波探触子は溶接部全域に超音波４が到達するように移動させる必要があるため、図２Ａに図示したように超音波探触子の周方向走査（移動）に時間を要する。一方、本実施形態の管外側からの超音波検査によれば、超音波探触子の移動による走査条件と超音波アレイセンサの電子的な走査条件の両者を適正化して、溶接部全範囲を検査できる最適な走査条件を決定できるため、検査時間の短縮を図ることができる。
【００２５】
次に、超音波探触子走査器１０および探傷制御器１７について説明する。超音波探傷器１６は超音波探触子３に接続され、超音波の送波の制御および反射エコーを受波し、受波した反射エコーを電気信号に変換し、デジタル化して記録し、反射エコー信号として探傷制御器１７に送る。
【００２６】
探触子移動制御器１５は、ガイドレール１４上の探触子移動機構１１の移動（超音波探触子３のＸ軸方向の移動）及びアーム１２上の探触子支持具１３の移動（超音波探触子３のＹ軸方向移動）を制御して、超音波探触子３の位置を調整する。
【００２７】
探傷制御器１７は、超音波探傷器１６での超音波の送信指示及び受信波の数値解析、記録とともに、探傷結果情報（超音波探触子３の位置情報と受信波の情報を含む）を演算処理する。本実施形態の探傷制御器は、上記演算処理のプログラムを格納するメモリ１７Ａと上記演算処理を実行するプロセッサ１７Ｂを備えており、プロセッサがプログラムを実行することにより、各種の機能が実現される。探触子移動制御器１５及び探傷制御器１７は、互いに連携して制御を行う。
【００２８】
表示器１８は、探傷制御器１７及び探触子移動制御器１５からの出力信号に基づき、超音波探触子３の位置や探傷結果等を表示する。
【００２９】
図３に、探傷制御器１７に形成される機能ブロック図を示す。探傷制御器１７のメモリ内に格納されたプログラムをプロセッサが実行することにより、探傷制御器１７には、超音波測定部１７ａ、管内面エコー測定部１７ｂ、検査条件データベース１７ｃ、欠陥エコー測定部１７ｄ、エコー距離比較部１７ｅ、欠陥判別部１７ｆ、欠陥判定基準データベース１７ｇといった機能ブロックが形成される。
【００３０】
超音波測定部１７ａは、探触子移動制御器１５から送信される探触子位置情報、超音波探傷器１６から送信される反射エコー信号を受信、記憶する。
【００３１】
管内面エコー測定部１７ｂは、超音波測定部１７ａで記憶した受信信号から、後述する管内面エコーを抽出し、その表示位置から超音波探触子の超音波入射点位置から管内面エコーまでの距離Ｌを算出する。
【００３２】
検査条件データベース１７ｃは、検査対象の各種寸法、図面など形状情報の記憶、超音波探触子および超音波の走査範囲情報、該当検査部の探傷基準感度情報を保持する。また、超音波測定部１７ａでの探触子位置情報や受信信号を記憶する。
【００３３】
欠陥エコー測定部１７ｄは、検査条件データベース１７ｃから呼び出した基準強度に対して、基準強度以上の信号強度であるエコーを欠陥エコーとして抽出する。また、超音波探触子の超音波入射点位置から欠陥エコーまでの距離Ｆを算出する。
【００３４】
エコー距離比較部１７ｅは、管内面エコー測定部１７ｂで得た超音波探触子の超音波入射点位置から管内面エコーまでの距離Ｌと、欠陥エコー測定部１７ｄで得た超音波探触子の超音波入射点位置から欠陥エコーまでの距離Ｆを比較する。
【００３５】
欠陥判別部１７ｆは、欠陥エコー測定部１７ｄで抽出したエコーに対して、エコー距離比較部１７ｅの結果に基づいて、欠陥判定基準データベース１７ｇで保有する欠陥判定基準情報を選定する。そして、欠陥エコー測定部１７ｄで抽出したエコーに対して、補修等が必要な有害な欠陥であるか否かを、欠陥判定基準に基づいて判別を行う。
【００３６】
欠陥判定基準データベース１７ｇは、後述の直射法と１回反射法に対する欠陥判定基準を記憶しており、欠陥判別部１７ｆに欠陥判定基準情報を提供する。
【００３７】
欠陥判別部１７ｆでの欠陥判別結果や、探傷制御器１７の各部で得られた数値は、表示器１８に適宜表示する。
【００３８】
なお、本実施形態では、探傷制御器１７の機能ブロックをソフトウェア実装した形態について説明したが、プロセッサとメモリに替えて、図３の各機能ブロックの専用ハードウェアが探傷制御器１７に実装されていてもよい。
【００３９】
次に、本実施例の超音波探傷装置で得られる検査画像例と信号の特徴について記す。
【００４０】
はじめに、本検査対象におけるフェーズドアレイ法における検査画像例を、図４を用いて説明する。図４は、セクタスキャン方式による検査画像例である。本図は、右上方向から左下方向に向かって超音波を照射した場合に得られる画面の一例であり、実線で示した扇状図形の範囲２１が超音波受信画像に相当する。一方、図４中の点線は、管材１、板材２、溶接部５および超音波探触子３の輪郭線を示す。図中右上の頂点部は超音波探触子３からの超音波入射点位置である。超音波の屈折角は、図４の紙面鉛直下向き方向への超音波の照射角度を屈折角０度として、紙面左方向への照射角度を屈折角９０度として定義される。また、送波超音波の走査範囲は超音波探傷器１６で制御することができるため、扇状図形の角度および路程（表示長さ範囲）は最大範囲内で自由に調整することができる。よって、走査範囲を調整して検査範囲が包括できるようにする。このように、広範囲を一括して検査および表示できるのがフェーズドアレイ法の特徴であり、超音波探触子および超音波の走査方法を適正化することで検査時間の短縮が図れる。
【００４１】
受信画像の中には、複数の特徴的な信号が表示される。例えば、管材の超音波探傷画像の場合、管面内エコーという反射エコーが存在する。管内面エコー２２は、管材内壁面での反射に起因する反射エコーであり、超音波アレイセンサから照射されたビームが管材の内壁面で反射され、この反射波が超音波アレイセンサで受波されることにより得られる信号である。この管内面エコー２２は面からの反射信号であるため、信号強度は強く、溶接部に欠陥がない場合でも、常に受信できる信号である。また、超音波の管材への入射角度が垂直に近いほど信号強度は強くなる。
【００４２】
図１に示す超音波探傷装置では超音波探触子３をＹ方向およびＸ方向に走査して検査するため、超音波探触子３の検査対象に対する位置を管理することが重要である。一般に、溶接部材の特定点（板材の角部等）を座標基準点として設定することが多いが、本実施形態では、超音波探傷画像から超音波探触子３のＹ方向位置を特定できる。前述の通り、超音波受信画像２１の輪郭線形状は扇状図形であり、扇状図形の要の部分、つまり右上頂点が超音波探触子３からの超音波入射点（板材２の上面）であることになる。また、管内面エコー２２の反射位置は必ず管材１の内壁面であることから、探傷画像上に検査対象の形状情報である輪郭線を表示すると、図中点線で示す位置となる。
【００４３】
また、管内面エコー２２は円筒面からの反射信号であるため、超音波探触子３の位置に応じて、Ｙ方向およびＺ方向の形状情報への探傷画像の重ね合わせ位置が変わってくるが、超音波探触子３の入射点位置の情報と管内面エコー２２の２つを用いれば、形状情報と探傷画像の重ね合わせ位置を確定することが可能である。従って、管内面エコー２２は、この検査対象と検査画像の位置調整をする上で重要なエコーであり、これにより超音波探触子３の位置を特定できる。本実施形態の場合、接合部材が平面形状ではなく曲面を有する管材であるため、板材上の超音波探触子から送波された超音波が管内面で反射する方向である管内反射方向の予測が困難であるが、探傷結果と形状情報の位置合わせを行うことで、超音波の管内面交差位置とその位置での法線方向に基づいた管内反射方向の予測が行えるようになる。このように、管内面エコーと超音波探触子の超音波入射位置に従って形状情報の位置合わせを行うことも、本実施形態の特徴の一つである。
【００４４】
検出された反射エコーから欠陥を検出するに際しては、管内面エコー２２を基準として、その他の反射エコーに対して発生位置を特定し、欠陥であるか否かの判定を行う。超音波アレイセンサの入射点位置から管内面エコー２２までの距離をＬとする。例えば、検査対象において図４中の位置２３に欠陥Ａがある場合は、超音波探触子３から送波された超音波が溶接部での欠陥Ａで反射され、超音波探触子３で欠陥エコーＡとして受波される。欠陥エコーＡに起因する反射エコー信号は、画像上にコントラスト差として表示される。このように、超音波探触子から照射された超音波が欠陥で反射され、当該反射エコーが超音波探触子で直接検出される超音波探傷方法を直射法という。欠陥Ａの反射エコーのように屈折角が小さい範囲における直射法による受信信号は、超音波探触子３の入射点位置から欠陥Ａ（位置２３）までの距離をＦ１とすると、Ｆ１＜Ｌの関係が成り立つ。
【００４５】
一方、検査対象において図４中の位置２５に欠陥Ｂがある場合は、超音波が到達しないため、直射法によっては反射エコーを受波できない。しかし、超音波探触子３から照射された超音波は管材１の内壁面で反射して溶接部の位置２５に到達し、反射波が同じ経路を逆進して超音波探触子３で受波される。受波した反射エコーは、欠陥Ｂの反射エコーとして表示される。このように、超音波探触子から送波された超音波が何らかの要件で反射して欠陥に到達し、反射エコーが超音波探触子で受信される超音波探傷方法を１回反射法という。ここで、１回反射法による受信信号では、超音波アレイセンサの入射点位置から欠陥Ｂ（位置２４）までの距離をＦ２としたとき、Ｆ２＞Ｌの関係が成り立つ。
【００４６】
一般に、フェーズドアレイ法を含む超音波検査の結果表示では、１回反射して検出された反射エコーも、反射を考慮せず、超音波が直進しているものとして表示される。つまり、本実施形態の場合、超音波探触子３には、直射法に相当する反射エコーと１回反射法に相当する反射エコーが混在した状態で検出される。したがって、正しい溶接欠陥検出を行うためには、検出された反射エコー信号から、両者を正しく判別する必要がある。この判別作業は、次の点で重要である。
１）欠陥位置を正しく判断する
２）直射法と１回反射法では反射波の信号強度に差が生じるため、異なる欠陥判定基準に基づいて欠陥認定をする必要性がある
【００４７】
本実施形態では、上述の超音波入射点と反射位置の距離と超音波入射点と管内面エコーの反射位置間の距離との関係、すなわち、超音波探触子の位置と管内面エコーの反射位置間の距離Ｌを指標として、２種類のエコーを判別する。本実施形態の管材と板材の溶接部の検査において、管面内エコーを指標として用いることは重要である。例えば板材の超音波探傷検査であれば、図９に示すように、板材に入射させる超音波の屈折角と板厚は超音波探触子３の位置が変化しても常に固定である。この場合、超音波の入射点と反射源との距離をｗ、超音波屈折角をθとしたとき、直射法による反射エコーの場合にはｗcosθが板厚ｔを超えることはない。したがって、一回反射法による反射エコーを判別するためには、単純に板厚を判別指標として用いればよい。
【００４８】
一方、本実施形態の管材と板材の溶接部の検査においては、図４から容易に理解できるように、超音波探触子３の位置が変化すれば、超音波の入射点から反射点までの距離が変わる。さらに、超音波の入射点が固定だったとしても超音波アレイセンサ等により超音波を走査すれば、屈折角も変化する。したがって、超音波の入射点や屈折角が時々刻々変化するような走査方式においては、必ず観測されるような反射エコーを判別指標として選ぶことが、直射法の反射エコーと１回反射法の反射エコーを判別する上で重要である。本実施例の管面内エコーは、管材と板材の溶接部に限られず、管材と管材の溶接部あるいは管材と不定形状の部材間の溶接部の検査などに対しても適用することができる。また、この判別手法は、セクタスキャン方式以外の画像取得方式、例えばリニアスキャン方式に対しても適用することができる。
【００４９】
次に、超音波探傷装置の駆動系と制御系の連携動作について説明する。上述した超音波探傷装置の動作と制御手順を、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における超音波探傷装置での制御処理内容を表すフローチャートである。なお、この制御処理は、探触子移動制御器１５、超音波探傷器１６および探傷制御器１７の内部メモリに予め記憶されたプログラムに基づいて実施されるものである。
【００５０】
まず、ステップＳ１００において、超音波測定部１７ａでの検査対象への超音波照射により得られたエコーに対して、管内面エコー測定部１７ｂにより管内面エコーの抽出を行う。管内面エコーは、上述のように本実施形態の検査では非常に重要な信号である。また、検査対象形状および超音波探触子の走査位置によって、移動する信号であるため、管内面エコーの動きおよび検査画像上の出現位置を学習、記憶する必要がある。あるいは、検査の準備走査段階で、管内面エコーにマークを付して、探触子走査時に追跡する方法でも良い。このとき、超音波アレイセンサの入射点位置から管内面エコーまでの距離Ｌを抽出、記憶する。
【００５１】
ステップＳ１１０では、探傷制御器１７のメモリ内に格納されたプログラムの動作によりエコー強度のしきい値の設定を行う。エコー強度のしきい値（Ａ０）は、検査条件データベース１７ｃから探傷部位に応じて数値を抽出し、欠陥エコー測定部１７ｄに設定する。
【００５２】
ステップＳ１２０では、欠陥エコーの検出を行う。ここは、欠陥エコー測定部１７ｄでの動作であり、受信信号におけるエコー強度（Ａ）がステップＳ１１０で設定したしきい値（Ａ０）を超えた信号を欠陥として抽出する。
【００５３】
ステップＳ１３０では、欠陥エコー測定部１７ｄがステップＳ１２０で抽出された欠陥エコーに対して、超音波アレイセンサの入射点位置から欠陥エコー（厳密には欠陥エコーの反射源。以下同様）までの距離Ｆ（図４におけるＦ１あるいはＦ２）を求める。
【００５４】
ステップＳ１４０では、エコー距離比較部１７ｅにおいて欠陥距離の判定が実行される。つまり、ステップＳ１００で抽出した超音波アレイセンサの入射点位置から管内面エコーまでの距離Ｌと、ステップＳ１３０で抽出した超音波アレイセンサの入射点位置から欠陥エコーまでの距離Ｆを比較する。このとき、Ｌ＞Ｆならば、ステップＳ１５０に示す直射法に基づいた診断を行う。また、Ｌ≦ＦならばステップＳ１９０に示す１回反射法に基づいた診断を行う。つまり、反射エコー信号の反射源位置を間接的に推定できることになり、これにより直射法の適用対象か１回反射法の適用対象かを判別することができる。
【００５５】
ステップＳ１５０では、欠陥判定基準データベース１７ｇから直射法に関する欠陥判定基準Ｉが探傷制御器１７のメモリ内に格納されたプログラムに呼び出され、欠陥判別部１７ｆに設定される。そして、ステップＳ１６０では、前記基準に基づいて欠陥判定を行う。ここで、欠陥判別部１７ｆで欠陥ありと判断されたものはステップＳ１７０に進み、欠陥の位置情報が欠陥部として探傷制御器１７に格納される。あるいは、表示部１８に「溶接部の補修要」等と言ったアラーム表示を行ってもよい。欠陥判別部１７ｆで欠陥なしと判断されたものはステップＳ１８０となり、健全部として扱う。
【００５６】
ステップＳ１９０は、ステップＳ１４０において１回反射法に基づいた診断を行う必要があるとされた反射エコーに対して実施され、欠陥判定基準データベース１７ｇから１回反射法に関する欠陥判定基準IIが探傷制御器１７のメモリ内に格納されたプログラムに呼び出され、欠陥判別部１７ｆに設定される。そして、ステップＳ２００では、前記基準に基づいて欠陥判定を行う。ここでの判定結果により、前述のステップＳ１７０あるいはステップＳ１８０の処置を行う。そして、ステップＳ１７０の判定あるいはステップＳ１８０の判定を経て、検査は終了となる。
【００５７】
本実施形態では、管材と板の溶接部に対して管外側からの超音波検査が可能となり、検査の高速化と簡便化が実現される。また、直射法に基づいた診断と１回反射法に基づいた診断とをそれぞれ異なる判定基準に基づいて行うため、より精度の高い検査結果が得られる。
【００５８】
（実施例２）
第２の実施形態について、図６を用いて説明する。この実施形態では、超音波探触子の支持および移動形態として、多軸型ロボットアームのようなマニピュレータ１９を用いている。従来の管内面からの超音波検査では、ロボットアームが長大化することやその支持荷重が大きくなることで実現が難しかったが、管外面からの検査であれば支持構造物の容量や動作範囲の自由度が増すため、マニピュレータの適用が可能になる。このとき、超音波探触子の位置取得やマニピュレータの走査指示は、マニピュレータ制御器２０が行う。マニピュレータ制御器２０では、第１の実施形態における探触子移動制御器１５の機能を備え、かつマニピュレータへの動作指示を与える。
【００５９】
また、図６では２つの超音波斜角探触子３ａ、３ｂを用いた検査例としている。超音波斜角探触子は、フェーズドアレイ法のように木目細やかな超音波走査はできないが、超音波斜角探触子の数を多くして超音波の本数を増やせば、第１の実施形態での検査方法と同様の効果が得られる。この実施形態の特徴は、２つの超音波斜角探触子が異なる屈折角を持つ組み合わせとすることである。例えば、超音波斜角探触子３ａの屈折角を３０度、超音波斜角探触子３ｂの屈折角を６０度のようにする。このとき、２つの超音波斜角探触子のビーム到達範囲が、探触子をＹ方向に走査した場合を考慮したときに、検査対象である溶接部全範囲に届くように屈折角の選定を行う。また、今回選定した屈折角の組み合わせでは、管内面エコーは屈折角が小さい超音波斜角探触子３ａで検出することができる。超音波探傷器１６では超音波斜角探触子３ａ及び３ｂに超音波の送信及び受信の制御を行う。超音波斜角探触子３ａ及び３ｂの検査体への入射角度が異なるため、それぞれ異なる角度での探傷結果を得ることができる。
【００６０】
また、超音波斜角探触子３ａ、３ｂ、マニピュレータ１９、マニピュレータ制御器２０以外の装置は、第１の実施形態と同じ動作性能を持つ装置で構成できる。そのため、装置動作と動作連携は、第１の実施形態と同じになる。
【００６１】
第２の実施形態では、超音波振動素子毎の送信受信時間差の制御が不要となるため装置構成を簡便にできる。
【００６２】
（実施例３）
第３の実施形態について、以下に説明する。本実施形態における装置の全体構成および機能・動作は、第１の実施形態と大凡共通であるが、探傷制御器１７の機能が異なっている。装置構成を図７に、動作フローチャートを図８に、それぞれ示す。図７中、１７ａから１７ｇで示す機能ブロックは第１の実施形態と同じであるため説明は省略する。
【００６３】
位置合わせ部１７ｈは検査条件データベース１７ｃに記憶していた検査対象部の形状データを読み込む。また位置合わせ部１７ｈは形状データと管内面エコーの位置合わせを行う。エコー表示範囲指定部１７ｉは欠陥エコー注目範囲を指定する。
【００６４】
図８のフローチャートについては、ステップＳ１００からステップＳ２００の動作内容は第１の実施形態と同じであるが、ステップＳ１１０の後にステップＳ２１０からステップＳ２３０の動作が加わる。
【００６５】
ステップＳ２１０では、検査条件データベース１７ｃに記憶していた検査対象部の形状データを位置合わせ部１７ｈに読み込む。続いて、ステップＳ２２０では形状データと管内面エコーの位置合わせを行う。ここでは、センサ位置は板材面上であるため、形状データの移動は、一方向に限定されるため、形状図を平行移動させ、管内面エコーの最大値を形状線と一致させる方法で容易に合わせることができる。この位置合わせの動作状況は、表示器１８で確認できる。位置合わせにより、欠陥位置がより簡易に判別できるようになる。そして、ステップＳ２３０の欠陥エコー注目範囲の指示を行う。これは、欠陥が溶接部に発生するため、溶接部および超音波が１回反射した場合のエコー表示範囲が指示できる。これにより、欠陥抽出がより効率的かつ確実に実施できる。ステップＳ１２０以降の動作は第１の実施形態と同じである。
【００６６】
本実施形態の作用効果を説明する。本実施形態によれば、管材と板の溶接部に対して、溶接施工時に発生する欠陥、あるいはそれらに起因して生じた割れを検査する超音波探傷方法及び超音波探傷装置において、管外面に設置した板材面に超音波探触子を設置する。また、板材上に設置した超音波探触子が板材上を移動する探触子移動制御部と、超音波探触子から前記板材に超音波を照射および受信する超音波探傷器と、超音波探触子による探傷結果を表示する表示器と、検査結果画面に検査当該部の形状情報を表示し、超音波受信信号から抽出した管内面エコーと超音波入射位置に従って形状情報が移動する位置合わせ部と、探傷結果画面に表示された欠陥位置を形状情報と比較して、欠陥判定基準を切り替える欠陥判定部を備える。これにより、探触子の走査範囲の縮小化による検査時間の短縮、機構構成と制御の簡素化が図れる。さらに、探触子の接触状態の確認や、管材に蓋をした場合の検査も可能になる。
【符号の説明】
【００６７】
１  管材
２  板材
３  超音波探触子
３ａ、３ｂ  超音波斜角探触子
４、４ａ、４ｂ  超音波
５  溶接部
６  溶接余盛
９  駆動系
１０  超音波探触子走査器
１１  探触子移動機構
１２  アーム
１３  探触子支持具
１４  ガイドレール
１５  探触子移動制御器
１６  超音波探傷器
１７  探傷制御器
１７Ａ  メモリ
１７Ｂ  プロセッサ
１７ａ  超音波測定部
１７ｂ  管内面エコー測定部
１７ｃ  検査条件データベース
１７ｄ  欠陥エコー測定部
１７ｅ  エコー距離比較部
１７ｆ  欠陥判別部
１７ｇ  欠陥判定基準データベース
１７ｈ  位置合わせ部
１７ｉ  エコー表示範囲指定部
１８  表示器
１９  マニピュレータ
２０  マニピュレータ制御器
２１  超音波受信画像
２２  管内面エコー
２３、２４、２５  位置
【図１Ａ】
0005868198.tif 000002
【図１Ｂ】
0005868198.tif 000003
【図２Ａ】
0005868198.tif 000004
【図２Ｂ】
0005868198.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
0005868198.tif 000009
【図６Ｂ】
0005868198.tif 000010
【図７】
0005868198.tif 000011
【図８】
0005868198.tif 000012
【図９】
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