(57)【要約】【課題】従来に比べて検査漏れを抑制でき、且つ検査効率を従来に比べて高めることができる超音波探傷装置および超音波による検査方法を提供する。【解決手段】超音波プローブ１に設けられたマーカ８と、配管２に設けられ、位置検出センサユニット４とマーカ８との間の距離を検出する超音波距離計６、および位置検出センサユニット４に対するマーカ８の垂直平面方向の変位を検出する光学カメラ５を有する位置検出センサユニット４と、配管２の探傷データを求めるデータ収録判定部３０ｆ、およびマーカ８の位置を求めるプローブ位置算出部３０ｃを有する計算装置３０と、探傷データおよびマーカ８の位置を表示する表示装置５０と、を備えた。【選択図】  図１
2018205091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に対して超音波による非破壊検査を行うための超音波探傷装置であって、
超音波プローブと、
前記超音波プローブから超音波を発生させるとともに、前記検査対象から反射した超音波の信号を処理する超音波送受信装置と、
前記検査対象または前記超音波プローブのうち少なくともいずれか一方に設けられた位置検出センサユニットと、
前記検査対象と前記超音波プローブのうち、少なくとも前記位置検出センサユニットが設けられていない側に設けられたマーカと、
前記超音波送受信装置によって処理された信号から前記検査対象の探傷データを求める探傷データ演算部、および、前記位置検出センサユニットの出力信号を取り込み、取り込んだ出力信号に基づいて前記マーカの位置を求めるプローブ位置算出部を有する計算装置と、
前記計算装置で求められた前記探傷データと前記マーカの位置とを関連付けて記憶する記憶装置と、
前記計算装置で求められた前記探傷データおよび前記マーカの位置を表示する表示装置と、を備え、
前記位置検出センサユニットは、前記位置検出センサユニットと前記マーカとの間の距離を検出する第１センサ、および前記位置検出センサユニットに対する前記マーカの垂直平面方向の変位を検出する第２センサを有する
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、
前記検査対象の形状情報を入力するための入力装置を更に備え、
前記計算装置の前記プローブ位置算出部は、
前記位置検出センサユニットの出力信号から前記マーカの３次元位置座標を算出する位置算出処理、
前記入力装置によって入力された前記形状情報を取り込み、取り込んだ前記形状情報と前記位置算出処理により算出された前記マーカの３次元位置座標とに基づいて前記検査対象に対する前記マーカの３次元位置を表示させる表示処理、を実行する
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記超音波プローブは、検査者が前記検査対象の表面に沿って移動させる手動走査式である
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波探傷装置において、
前記計算装置は、前記超音波プローブと前記検査対象との音響結合状態を判定する音響結合性判定部を更に有する
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記位置検出センサユニットと前記マーカのうち、前記超音波プローブ側でない側に設けられた前記位置検出センサユニットまたは前記マーカは、前記検査対象に対して固定具により固定されている
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記検査対象に前記位置検出センサユニットが複数設けられ、前記超音波プローブに前記マーカが設けられた
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記検査対象に前記マーカが複数設けられ、前記超音波プローブに前記位置検出センサユニットが設けられた
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記位置検出センサユニットの第１センサは、レーザ距離計と超音波距離計とのうち少なくともいずれか一方である
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項９】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記位置検出センサユニットの第２センサは、カメラである
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１０】
検査対象に対して超音波による非破壊検査を行う検査方法であって、
前記検査対象または超音波プローブのうち少なくともいずれか一方に位置検出センサユニットを、前記検査対象と前記超音波プローブのうち、少なくとも前記位置検出センサユニットが設けられていない側にマーカを設置する設置ステップと、
前記超音波プローブから超音波を発生させるとともに、前記検査対象から反射した超音波の信号を処理する超音波送受信ステップと、
前記超音波送受信ステップによって処理された信号から前記検査対象の探傷データを求める探傷データ演算処理、および、前記位置検出センサユニットの出力信号を取り込み、取り込んだ出力信号に基づいて前記マーカの位置を求めるプローブ位置算出処理を実行する計算ステップと、
前記計算ステップで求められた前記探傷データおよび前記マーカの位置を表示する表示ステップと、を有し、
前記位置検出センサユニットとして、前記位置検出センサユニットと前記マーカとの間の距離を検出する第１センサ、および前記位置検出センサユニットに対する前記マーカの垂直平面方向の変位を検出する第２センサを有するものを用いる
ことを特徴とする超音波による検査方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波による検査方法において、
前記検査対象の形状情報を入力するための入力ステップを更に有し、
前記計算ステップの前記プローブ位置算出処理では、前記位置検出センサユニットの出力信号から前記マーカの３次元位置座標を算出する位置算出処理を実行し、
前記表示ステップでは、前記入力ステップによって入力された前記形状情報を取り込み、取り込んだ前記形状情報と前記位置算出処理により算出された前記マーカの３次元位置座標とに基づいて前記検査対象に対する前記マーカの３次元位置を表示させる表示処理を実行する
ことを特徴とする超音波による検査方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の超音波による検査方法において、
前記超音波プローブを、検査者が前記検査対象の表面に沿って移動させる
ことを特徴とする超音波による検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊検査手法の一種である超音波を利用した超音波探傷装置および超音波による検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブの操作性がよいこと、形状変化のある検査対象にも対応できること、スキャナの取り付け時間を要しないことなどを実現することができる探傷装置の一例として、特許文献１には、プローブ位置情報を採取する手段を、プローブに結合され、ボールの回転をローラを介してエンコーダに伝えるボール式のものであって、プローブが検査対象の表面上を移動するときにプローブとともに移動してボールが検査対象の表面上を転動することによりエンコーダがボールの回転検出信号を出力する構成のマウススキャナと、エンコーダの回転検出信号に基づいて検査対象の表面上のプローブの位置を求めるエンコーダ出力装置と、を有する探傷装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７０７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子力プラントや火力プラントにおける配管や容器等の検査対象に対する非破壊検査において、超音波探傷装置が用いられている。超音波探傷装置には、検査者が超音波プローブを移動させる手動走査式と、走査装置（スキャナ）で超音波プローブを移動させる自動走査式がある。
【０００５】
手動走査式の超音波探傷装置は、一般的に、超音波プローブで受信した超音波の波形を表示するようになっている。そして、検査者は、表示された超音波の波形から検査対象に欠陥が存在するかを判断し、その結果を紙等で記録する。
【０００６】
自動走査式の超音波探傷装置は、プローブの位置情報を取得するようになっている。具体的に説明すると、走査装置は、例えばレールやガイドケーブル等で構成されており、プローブをＸ軸方向のみ移動させる１軸タイプ、プローブをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる２軸タイプ、プローブを３つ以上の軸方向（三次元空間）に移動させる多軸タイプがある。そして、例えばエンコーダを用い、各軸方向におけるプローブの移動量を回転量に変換して検出し、その検出結果に基づいてプローブの位置情報を取得する。
【０００７】
どちらの走査方式においても、超音波プローブからの波形信号に対し所定の処理を行って波形データ（例えば、超音波の路程と波高値の関係からなる離散データ）を取得し、この波形データをプローブの位置情報と対応づける。その上で、波形データおよびプローブの位置情報に基づいて探傷データ（例えば、超音波の反射位置と波高値の関係からなる離散データ）を作成し、探傷データを表示するようになっている。
【０００８】
上述した自動走査式の超音波探傷装置では、検査結果が位置情報と関連付けられているので、検査結果の記録の精度や再現性の点で優れている。しかし、走査装置にモータ類等を搭載することから、走査装置が大型化する。そのため、狭隘部の検査に適していない、との課題がある。また、検査対象の形状変化部分への対応が容易でない、との課題がある。具体的には、走査装置がレール等で構成されていると、直管の表面に沿ってプローブを移動させることが容易であるものの、エルボや管台の表面に沿ってプローブを移動させることが容易でない、との課題がある。
【０００９】
これに対し、手動走査式の超音波探傷装置は、狭隘部の検査に適しているうえ、検査対象の形状変化部分への対応も容易である。しかし、一般的には、検査結果が位置情報と関連付けられていないので、検査結果の記録の精度や再現性の点で課題が生じる。そこで、例えば特許文献１には、配管に接触する探触子周辺に探触子位置検出手段としてエンコーダを配置して、配管表面の走査距離を算出して探触子の移動軌跡と探傷結果を同時収録することが記載されている。
【００１０】
しかしながら、上記した特許文献１においては、探触子位置の把握手段を接触式のものを採用していることから、人による配管走査において配管と探触子が離れた場合に位置を把握できないことが予想される。これに対処するためには機械的な拘束、例えばスキャナ機構の追加等が考えられるが、その設置に時間を要する、または走査自由度を損ねる可能性があり、手動走査式の利点がほとんど得られなくなる、との課題がある。
【００１１】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、従来に比べて検査漏れを抑制でき、且つ検査効率を従来に比べて高めることができる超音波探傷装置および超音波による検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、検査対象に対して超音波による非破壊検査を行うための超音波探傷装置であって、超音波プローブと、前記超音波プローブから超音波を発生させるとともに、前記検査対象から反射した超音波の信号を処理する超音波送受信装置と、前記検査対象または前記超音波プローブのうち少なくともいずれか一方に設けられた位置検出センサユニットと、前記検査対象と前記超音波プローブのうち、少なくとも前記位置検出センサユニットが設けられていない側に設けられたマーカと、前記超音波送受信装置によって処理された信号から前記検査対象の探傷データを求める探傷データ演算部、および、前記位置検出センサユニットの出力信号を取り込み、取り込んだ出力信号に基づいて前記マーカの位置を求めるプローブ位置算出部を有する計算装置と、前記計算装置で求められた前記探傷データと前記マーカの位置とを関連付けて記憶する記憶装置と、前記計算装置で求められた前記探傷データおよび前記マーカの位置を表示する表示装置と、を備え、前記位置検出センサユニットは、前記位置検出センサユニットと前記マーカとの間の距離を検出する第１センサ、および前記位置検出センサユニットに対する前記マーカの垂直平面方向の変位を検出する第２センサを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来に比べて検査漏れを抑制でき、且つ検査効率を従来に比べて高めることができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の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２Ａ】本発明の第１の実施形態による配管に設置する固定機構を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態による位置検出センサユニットを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による超音波プローブに設けるプローブホルダを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の超音波プローブ位置を表示するモニタ画面の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による超音波による探傷方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態による超音波プローブ位置算出処理を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２の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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の超音波探傷装置および超音波による検査方法の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞  
本発明の超音波探傷装置および超音波による検査方法の第１の実施形態を、図１乃至図６を用いて説明する。
【００１７】
本実施形態では、配管の超音波探傷において機械式走査装置を用いずに探触子位置を把握する超音波探傷装置やそれを好適に用いた配管の超音波による検査方法について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示すとおり、本発明の一実施形態による超音波探傷装置１００は、検査対象である配管２に対して超音波による非破壊検査を行うための装置である。超音波探傷装置１００は、主に、超音波プローブ１と、固定機構３と、超音波送受信装置２０と、計算装置３０と、記憶装置４０と、表示装置５０と、入力装置６０と、から構成される。
【００２０】
超音波探傷装置１００のうち、計算装置３０はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）や電子部品を搭載した基板等から構成される。記憶装置４０はハードディスクやＲＡＭから構成され、表示装置５０はＰＣ用ディスプレイ等から、入力装置６０はマウスやキーボード、タッチパネル等から構成される。
【００２１】
超音波探傷用に配管２に対して超音波の送受信を行う超音波プローブ１は、検査員が手で保持して配管２の表面に沿って移動させる、いわゆる手動走査を行うものであり、モータ等の駆動部を有した機械式の走査機構を有していない。これにより、機械式走査機構をプローブ周辺に設置する必要がなく、狭隘部やエルボ管のような形状変化部にも適用可能であるものとなっている。
【００２２】
超音波プローブ１は、電気配線を介して超音波送受信装置２０に接続されている。超音波プローブ１は圧電素子（図示省略）を備えており、超音波送受信装置２０から電気配線を介して圧電素子に電圧が印加されて圧電素子が振動することにより超音波を発生して配管２へ出射するとともに配管２からの超音波の反射エコーを圧電素子で検知し、この検知信号（探傷信号）を超音波送受信装置２０へ送出する。
【００２３】
超音波送受信装置２０は、超音波プローブ１から超音波を発生させるとともに、配管２から反射した超音波の信号を処理するであり、超音波送受信装置２０は電気配線を介して超音波プローブ１、および計算装置３０に接続されている。
【００２４】
超音波送受信装置２０は、超音波を発振するパルサおよび超音波を受信するレシーバを備えており、超音波プローブ１から送られてくる探傷信号を処理することによって、例えばＡスコープの様な波形データとして探傷データを生成し、計算装置３０内の一時記憶手段である探傷データメモリ３０ｄに記憶される。
【００２５】
なお、本実施形態においては、単一の圧電素子による超音波の送受信を例として説明するが、超音波プローブ１に備わる圧電素子は１つに限定するものではない。複数の圧電素子が１次元的、または２次元的に配列されたアレイプローブを用い、超音波送受信装置２０内において超音波送受信のタイミングを制御することで超音波ビームの送受信方向を電子操作するフェーズドアレイ法等を用いた場合は、超音波ビームの送受信方向ごとに複数の探傷データを探傷データメモリ３０ｄに記憶する。
【００２６】
固定機構（固定具）３は、超音波プローブ１の位置を検出するためのセンサを内蔵した装置である。その詳細について図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは本実施形態に係る配管に設置する固定機構を示す図、図２Ｂは位置検出センサユニットを示す図である。
【００２７】
図１および図２Ａに示すように、固定機構３には、複数の位置検出センサユニット４が設置されており、位置検出センサユニット４が配管２に対して固定機構３により固定されている。
【００２８】
図２Ｂに示すように、各々の位置検出センサユニット４は、位置検出センサユニット４とマーカ８との間の距離（図１におけるＹ方向の距離）を検出する第１センサとしての超音波距離計６、および位置検出センサユニット４に対するマーカ８の垂直平面方向の変位（図１におけるＸ方向およびＺ方向の位置）を検出する第２センサとしての光学カメラ５を内蔵している。
【００２９】
なお、位置検出センサユニット４の第１センサは、超音波距離計６の代わりにレーザ距離計６Ａを用いることができる。また、超音波距離計６とレーザ距離計６Ａの両方を用いることができる。
【００３０】
本実施形態では、位置検出センサユニット４を配管２の円周方向に複数設置しているが、光学カメラ５と超音波距離計６の仕様に応じて計測可能範囲が異なること、配管２のサイズやその存在空間の制約条件が検査対象箇所に応じて異なることから、固定機構３の形状や位置検出センサユニット４の員数は図１，２Ａに示す限りではない。
【００３１】
各位置検出センサユニット４に内蔵した超音波距離計６や光学カメラ５の電源・信号ケーブルは、固定機構３内でまとめられ、電気配線を介して接続された計算装置３０に対して出力される。
【００３２】
図３は、本実施形態に係る超音波プローブ１に設けるプローブホルダ７を示す図である。図３に示すように、プローブホルダ７は、超音波プローブ１の外側に設けられており、その外表面には位置検出センサユニット４に内蔵した光学カメラ５と超音波距離計６で計測するためのマーカ８を有している。
【００３３】
マーカ８について詳しく述べる。マーカ８は、超音波距離計６が位置検出センサユニット４と超音波プローブ１との間の距離を測定し、かつ光学カメラ５が位置検出センサユニット４に対するマーカ８の垂直平面方向の変位を検出するための目印であり、光学カメラ５での視認性が高く、かつ超音波の反射率の高い部材で構成される。光学カメラ５に対しては、複数のＬＥＤ、蛍光テープ、特徴を有する幾何学模様等、カメラ画像に映りこむ周囲環境と異なる特徴を有する部材で構成される。また、超音波距離計６に対しては、超音波の入射角度によらず音を反射可能な半球、周囲の他の反射体と異なる表面粗さを有した材料等で構成される。
【００３４】
図１に戻り、入力装置６０は、検査対象である配管２の外周面の形状を表す関数や配管２の内周面の形状を表す関数等の形状データや、探傷対象エリア、探傷条件、解析条件の入力および操作を実施するための装置である。
【００３５】
計算装置３０は、超音波プローブ１および超音波送受信装置２０に配線を介して接続されており、各種演算処理を実行するためのＣＰＵ等を搭載した基板を有している装置である。この計算装置３０は、収録条件設定部３０ａ、位置検出センサ信号取込部３０ｂ、プローブ位置算出部３０ｃ、探傷データメモリ３０ｄ、音響結合性判定部３０ｅ、およびデータ収録判定部（探傷データ演算部）３０ｆ等を有している。
【００３６】
収録条件設定部３０ａは、入力装置６０で入力された、検査対象の形状情報として、例えばＣＡＤデータや関数等を記憶している。本実施形態では、配管２の外周面の形状を表す関数および配管２の内周面の形状を表す関数等を記憶している。
【００３７】
位置検出センサ信号取込部３０ｂは、超音波距離計６や光学カメラ５の出力信号を取り込む部分である。位置検出センサ信号取込部３０ｂの仕様は、超音波距離計６や光学カメラ５の出力信号に合わせて適宜選択される。例えば、アナログ出力タイプの超音波距離計６や光学カメラ５の場合、デジタル変換をするコンバータが選択される。デジタル出力の超音波距離計６や光学カメラ５の場合、シリアル、ＬＡＮ、ＵＳＢ等が選択される。
【００３８】
プローブ位置算出部３０ｃは、位置検出センサ信号取込部３０ｂにおいて取り込んだ位置検出センサユニット４内の光学カメラ５および超音波距離計６の出力信号に基づいてマーカ８の位置を求める部分である。このプローブ位置算出部３０ｃは、位置検出センサユニット４の出力信号からマーカ８の３次元位置座標を算出する位置算出処理を実行する。また、収録条件設定部３０ａに記憶された形状情報と上述の位置算出処理により算出されたマーカ８の３次元位置座標とに基づいて配管２に対するマーカ８の３次元位置を特定し、その位置を表示装置５０において表示させる表示処理を実行する。
【００３９】
ここで、プローブ位置算出部３０ｃにおける光学カメラ５の出力画像を用いたＸ座標とＺ座標の算出方法について簡単に説明する。本実施形態では、光学カメラ５が配管２の円周状に複数設けられていることから、Ｘ座標とＺ座標の算出には、カメラ映像から抜き出された少なくとも２枚の静止画像を用いる。この２枚の画像は、同じカメラで異なる時刻に取得されたもの、異なるカメラで同一時刻に取得されたもののどちらを利用してもよい。いずれの場合においても、プローブホルダ７のマーカ８位置を算出するのに、ステレオカメラの原理を用いる。
【００４０】
探傷データメモリ３０ｄは、超音波送受信装置２０から入力された波形データを一時的に記憶する部分である。
【００４１】
音響結合性判定部３０ｅは、探傷データメモリ３０ｄに記憶された波形データに基づいて超音波プローブ１と検査対象である配管２との音響結合状態（接触状態）を判定する部分である。
【００４２】
データ収録判定部３０ｆは、超音波送受信装置２０によって処理された波形データから配管２の探傷データを求める部分である。データ収録判定部３０ｆは、求めた探傷データの情報とプローブ位置算出部３０ｃにおける位置算出処理で求めたマーカ８の位置の情報とを関連付けた状態で記憶装置４０および表示装置５０に対して出力する。
【００４３】
記憶装置４０は、解析条件や計算装置３０で求められた探傷データとマーカ８の位置とを関連付けて記憶する装置である。
【００４４】
表示装置５０は、探傷結果等の各種情報、例えば計算装置３０で求められた探傷データおよびマーカ８の位置を表示する装置であり、データ収録済みエリア通知部５０ａ、探傷結果表示部５０ｂ、およびプローブ位置確認画面５０ｃを有している。
【００４５】
データ収録済みエリア通知部５０ａは、収録条件設定部３０ａに記憶された配管２の形状データとプローブ位置算出部３０ｃで求められた超音波プローブ１の位置データとから、配管２と、その配管２における探傷予定領域と、超音波探傷を既に実施した領域と、未実施の領域とを表示する画面である。
【００４６】
探傷結果表示部５０ｂは、計算装置３０のデータ収録判定部３０ｆにおいて求められた探傷データを表示する画面である。
【００４７】
プローブ位置確認画面５０ｃは、配管２と超音波プローブ１との位置関係を表示する画面である。その詳細について図４を用いて以下説明する。図４は、本実施形態に係る超音波探傷装置の超音波プローブ位置を表示するモニタ画面の構成を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、プローブ位置確認画面５０ｃには、座標データ表示部１０１、３次元プローブ位置表示部１０２が設けられており、座標データ表示部１０１にはプローブ位置算出部３０ｃにおける位置算出処理で算出されたＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の数値が表示される。また、３次元プローブ位置表示部１０２には、予め読み込んだ検査対象である配管２の形状データ１０３に加えて、プローブ１０５や、プローブ１０５の移動軌跡１０４が表示される。
【００４９】
次に、本実施形態に係る配管２に対する超音波による非破壊検査を行う検査方法の詳細について図５および図６を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る超音波による探傷方法を説明するフローチャートである。
【００５０】
図５において、最初に、配管２に位置検出センサユニット４を、超音波プローブ１にマーカ８を設置、固定する（ステップＳ１１、設置ステップ）。
【００５１】
次いで、超音波プローブ１を、検査者が配管２の表面に沿って移動させながら、超音波プローブ１から超音波を発生させるとともに、配管２から反射した超音波の信号を処理する（ステップＳ１２、超音波送受信ステップ）。
【００５２】
次いで、ステップＳ１２において処理された信号から配管２の探傷データを求める探傷データ演算処理を実行する（ステップＳ１３、計算ステップ）。またこのステップＳ１３では、位置検出センサユニット４の出力信号を取り込み、取り込んだ出力信号に基づいてマーカ８の３次元位置座標を算出するプローブ位置算出処理を実行する。
【００５３】
次いで、ステップＳ１３で求めた探傷データおよびマーカ８の位置を表示する（ステップＳ１４、表示ステップ）。このステップＳ１４では、予め入力された配管２の形状情報を取り込み、取り込んだ形状情報と位置算出処理により算出されたマーカ８の３次元位置座標とに基づいて配管２に対するマーカ８の３次元位置を表示させる。
【００５４】
次いで、探傷対象エリアすべてで探傷が終了したか否かを判定する（ステップＳ１５）。終了したと判定されたときは勝利を終了する。これに対し終了していないと判定されたときは処理をステップＳ１２に戻し、探傷データの取得を継続する。
【００５５】
次いで、図５のステップＳ１３における超音波プローブ位置算出処理について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る超音波プローブ位置算出処理を説明するフローチャートである。本処理は、図１に示した計算装置３０内のプローブ位置算出部３０ｃに好適に実装されるものである。
【００５６】
図６において、まず、検査対象である配管２の形状情報を入力する（ステップＳ１０１、入力ステップ）。この形状情報は、設計データまたは現場で計測した実形状データである。
【００５７】
次に、超音波距離計６の信号出力を読み込む（ステップＳ１０２）とともに、光学カメラ５の出力画像を取り込む（ステップＳ１０３）。ここで、すべてのセンサ信号の出力は、同時刻に一括取込したものを本処理の入力データとする。なお、このステップＳ１０２とＳ１０３とは順不同である。
【００５８】
次いで、ステップＳ１０２で読み込んだ超音波距離計６の信号から、Ｙ座標、すなわち超音波プローブ１が固定機構３に対する垂直方向の位置を算出する（ステップＳ１０４）。一般的に、超音波距離計は音の伝播時間差、すなわち音を発信してから反射信号を受信するまでの時間差と、空気中を伝播する音速から反射体までの距離を算出する原理であり、本実施形態でも同様の原理のものである。
【００５９】
また、ステップＳ１０３で取り込んだ光学カメラ５の出力画像から、Ｘ座標とＺ座標、すなわち超音波プローブ１の固定機構３に対しての水平方向の位置を算出する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０４とＳ１０５も順不同である。
【００６０】
最後に、ステップＳ１０４とステップＳ１０５で算出したＸ，Ｙ，Ｚ座標を配管２の表面座標系へと変換する（ステップＳ１０６）。この変換では、ステップＳ１０１で読み込んだ検査対象形状情報も利用して、プローブ位置が配管表面１４にない場合でも、プローブ位置を表現できるようにしている。
【００６１】
このような処理によって、図４の３次元プローブ位置表示部１０２に示すような画面が表示される。
【００６２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００６３】
上述した本発明の第１の実施形態の超音波探傷装置１００や、超音波による検査方法によれば、位置検出センサユニット４とマーカ８との間の距離を検出する第１センサ、および位置検出センサユニット４に対するマーカ８の垂直平面方向の変位を検出する第２センサを有する位置検出センサユニット４により、超音波プローブ１の走査中の位置を高精度にかつ確実に検出することができる。そのため、位置データを参照して検査結果とその測定位置とを照合することにより、配管２の検査漏れ箇所を容易に特定することができ、再検査を必要な箇所のみで行うことができるため、従来に比べて検査漏れを抑制でき、且つ検査効率を従来に比べて高めることができる。
【００６４】
例えば超音波プローブ１が手動走査式であれば、手ぶれに起因するプローブの位置ズレや姿勢ズレが発生しやすい。そのため、プローブの位置情報を取得して探傷データを表示しても、検査漏れが発生していないかどうかを精度よく確認することが困難であることがある。また、プローブの移動速度を一定に保つことも容易でないため、一定の時間間隔で周期的に検査結果を収録しても、検査漏れが発生する可能性がある。かといって、検査漏れを抑制するために、プローブの移動速度を遅くすると、検査効率が低下する、との課題がある。これに対し、本実施形態の超音波探傷装置１００や、超音波による検査方法であれば、接触式の探触子位置把握手段や機械的拘束手段等の追加設備を用いることなく、配管２と探触子が離れた位置を容易に特定でき、作業時間の短縮および走査自由度の確保を図ることができる。
【００６５】
また、配管２の形状情報を入力するための入力装置６０を更に備え、計算装置３０のプローブ位置算出部３０ｃは、位置検出センサユニット４の出力信号からマーカ８の３次元位置座標を算出する位置算出処理、入力装置６０によって入力された形状情報を取り込み、取り込んだ形状情報と位置算出処理により算出されたマーカ８の３次元位置座標とに基づいて配管２に対するマーカ８の３次元位置を表示させる表示処理、を実行するため、表示された画面を確認することによって、検査者等が配管２と探触子が離れた位置等を容易に把握することができ、検査漏れを生じにくくすることができる。また、もし検査漏れが発生した場合であっても、検査が必要な箇所をより容易に特定できるため、速やかに検査を完了させることができる。
【００６６】
更に、超音波プローブ１は、検査者が配管２の表面に沿って移動させる手動走査式であることで、機械式走査機構を超音波プローブ１の周辺に設置する必要がなく、狭隘部やエルボ管のような形状変化部にも適用可能な超音波探傷装置や探傷方法とすることができる。
【００６７】
また、計算装置３０は、超音波プローブ１と配管２との音響結合状態を判定する音響結合性判定部３０ｅを更に有していることにより、より容易に超音波プローブ１の位置ズレや姿勢ズレによる検査漏れの発生個所を特定することができ、より速やかに検査を完了させることができる。
【００６８】
更に、位置検出センサユニット４は、配管２に対して固定機構３により固定されていることで、超音波プローブ１の位置の算出を容易かつ簡易に行うことができ、より検査効率を高めることができる。
【００６９】
また、配管２に位置検出センサユニット４が複数設けられ、超音波プローブ１にマーカ８が設けられたことにより、超音波プローブ１の位置検出精度をより高めることができ、検査効率を更に高めることができる。
【００７０】
更に、位置検出センサユニット４の第１センサは、レーザ距離計６Ａと超音波距離計６とのうち少なくともいずれか一方であることで、高精度に位置検出センサユニット４とマーカ８との間の距離を検出することができ、超音波プローブ１の位置検出精度をより高めることができる。
【００７１】
また、位置検出センサユニット４の第２センサは、光学カメラ５であることにより、位置検出センサユニット４に対するマーカ８の垂直平面方向の変位を高精度に検出することができ、超音波プローブ１の位置検出精度をより高めることができる。
【００７２】
＜第２の実施形態＞  
本発明の第２の実施形態の超音波探傷装置および超音波による検査方法について図７を用いて説明する。第１の実施形態と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施形態においても同様とする。
【００７３】
図７に示すように、本実施形態の超音波探傷装置１００Ａは、マーカと位置検出センサユニットとの配置が第１の実施形態の超音波探傷装置１００とは反対となっており、検査対象である配管２にマーカ８Ａが複数設けられ、超音波プローブ１に位置計測用の位置検出センサユニット４Ａが複数設けられた構成となっている。
【００７４】
また、マーカ８Ａは、配管２に対してマーカ固定機構９（固定具）により固定されている。
【００７５】
その他の構成・動作は前述した第１の実施形態の超音波探傷装置１００と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。
【００７６】
本発明の第２の実施形態の超音波探傷装置１００Ａや超音波による検査方法においても、前述した第１の実施形態の超音波探傷装置１００や超音波による検査方法とほぼ同様な効果が得られる。
【００７７】
また、配管２にマーカ８Ａが複数設けられ、超音波プローブ１に位置検出センサユニット４Ａが設けられたことによっても、超音波プローブ１の位置検出精度をより高めることができ、検査効率を更に高めることができる。
【００７８】
＜その他＞  
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００７９】
例えば、検査対象が配管２の場合について説明したが、検査対象は配管２に限られず、配管２以外の任意の構造とすることができる。
【００８０】
また、超音波プローブ１が、検査者が移動させる手動走査式である場合について説明したが、手動走査式に限られず、自動走査式とすることができる。
【００８１】
更に、配管２に対して固定機構３により位置検出センサユニット４が固定される場合や、マーカ固定機構９によりマーカ８が固定される場合について説明したが、超音波プローブ１側でない側に設けられた位置検出センサユニット４やマーカ８は配管２に対して必ずしも固定されている必要はなく、移動するものとしてもよい。この場合、超音波プローブ１側でない側に設けられた位置検出センサユニット４やマーカ８の移動速度，方向を考慮して超音波プローブ１の位置を算出する。しかし、超音波プローブ１の位置の算出処理が複雑になるため、第１の実施形態および第２の実施形態のように固定機構３やマーカ固定機構９等により配管２に対して固定することが望ましい。
【００８２】
また、第１の実施形態のように配管２に位置検出センサユニット４が複数設けられた場合や、第２の実施形態のように配管２にマーカ８Ａが複数設けられた場合について説明したが、位置検出センサユニット４やマーカ８は複数である必要はなく、１つとすることができる。しかし、超音波プローブ１の位置の算出の精度をより高めるためには、第１の実施形態および第２の実施形態のように複数設けることが望ましい。
【００８３】
更に、第１の実施形態のように配管２に位置検出センサユニット４が、超音波プローブ１にマーカ８が設けられた場合や、第２の実施形態のように配管２にマーカ８Ａが、超音波プローブ１に位置検出センサユニット４Ａが設けられた場合について説明したが、位置検出センサユニット４は配管２側および超音波プローブ１側のいずれにも設けることができる。この場合は、マーカ８，８Ａは配管２側および超音波プローブ１側のいずれにも設ける。
【００８４】
また、プローブホルダ７，７Ａを介して超音波プローブ１に位置検出センサユニット４Ａやマーカ８が設けられ、固定機構３やマーカ固定機構９を介して配管２に位置検出センサユニット４やマーカ８Ａが設けられ多場合について説明したが位置検出センサユニット４，４Ａやマーカ８，８Ａは超音波プローブ１や配管２に対して直接設けることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１…超音波プローブ
２…配管（検査対象）
３…固定機構（固定具）
４，４Ａ…位置検出センサユニット
５…光学カメラ（第２センサ）
６…超音波距離計（第１センサ）
６Ａ…レーザ距離計（第１センサ）
７，７Ａ…プローブホルダ
８，８Ａ…マーカ
９…マーカ固定機構（固定具）
２０…超音波送受信装置
３０…計算装置
３０ａ…収録条件設定部
３０ｂ…位置検出センサ信号取込部
３０ｃ…プローブ位置算出部
３０ｄ…探傷データメモリ
３０ｅ…音響結合性判定部
３０ｆ…データ収録判定部（探傷データ演算部）
４０…記憶装置
５０…表示装置
６０…入力装置
５０ｃ…プローブ位置確認画面
１００，１００Ａ…超音波探傷装置
１０１…座標データ表示部
１０２…３次元プローブ位置表示部
１０３…検査対象形状データ
１０４…移動軌跡
１０５…プローブ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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