(57)【要約】【課題】きずの位置や個数を正確に算出可能な超音波探傷方法を提供する。【解決手段】本発明は、複数のアレイ型超音波探触子を用いて被探傷材を探傷する工程と、超音波探触子毎に断面についての２次元画像を生成する工程と、超音波探触子毎の２次元画像を合成して、被探傷材の断面全体の全体２次元画像を生成する工程と、被探傷材の長手方向の複数の断面についての全体２次元画像を合成して、被探傷材全体の全体３次元画像を生成する工程とを含む。探傷工程において、複数の超音波探触子の探傷領域のいずれもが重複する部分である重複探傷領域を有するように、複数の超音波探触子を配置する。全体２次元画像生成工程において、超音波探触子毎の２次元画像の重複探傷領域内に位置する所定の基準位置が全て一致するように２次元画像を合成することで、全体２次元画像を生成する。【選択図】図４
2019132663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子をそれぞれ具備する複数のアレイ型超音波探触子を被探傷材の側面に対向するように配置し、前記複数のアレイ型超音波探触子を前記被探傷材の長手方向に相対移動させることで前記被探傷材を探傷する探傷工程と、
前記探傷工程において前記複数のアレイ型超音波探触子からそれぞれ出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記アレイ型超音波探触子毎に前記被探傷材の長手方向に直交する方向の断面についての２次元画像を生成する２次元画像生成工程と、
前記２次元画像生成工程において生成された前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像を合成して、前記被探傷材の断面全体の２次元画像である全体２次元画像を生成する全体２次元画像生成工程と、
前記全体２次元画像生成工程において生成された前記被探傷材の長手方向の複数の断面についての前記全体２次元画像を合成して、前記被探傷材全体の３次元画像である全体３次元画像を生成する全体３次元画像生成工程とを含み、
前記探傷工程において、前記被探傷材の長手方向から見た場合に前記複数のアレイ型超音波探触子の探傷領域のいずれもが重複する部分である重複探傷領域を有するように、前記複数のアレイ型超音波探触子を配置し、
前記全体２次元画像生成工程において、前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像の前記重複探傷領域内に位置する所定の基準位置が全て一致するように前記２次元画像を合成することで、前記全体２次元画像を生成する、
ことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
複数の振動子をそれぞれ具備する複数のアレイ型超音波探触子を被探傷材の側面に対向するように配置し、前記複数のアレイ型超音波探触子を前記被探傷材の長手方向に相対移動させることで前記被探傷材を探傷する探傷工程と、
前記探傷工程において前記複数のアレイ型超音波探触子からそれぞれ出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記アレイ型超音波探触子毎に前記被探傷材の長手方向に直交する方向の断面についての２次元画像を生成する２次元画像生成工程と、
前記２次元画像生成工程において生成された前記被探傷材の長手方向の複数の断面についての前記２次元画像を合成して、前記アレイ型超音波探触子毎に前記被探傷材の３次元画像を生成する３次元画像生成工程と、
前記３次元画像生成工程において生成された前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像を合成して、前記被探傷材全体の３次元画像である全体３次元画像を生成する全体３次元画像生成工程とを含み、
前記探傷工程において、前記被探傷材の長手方向から見た場合に前記複数のアレイ型超音波探触子の探傷領域のいずれもが重複する部分である重複探傷領域を有するように、前記複数のアレイ型超音波探触子を配置し、
前記全体３次元画像生成工程において、前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像の前記重複探傷領域内に位置する所定の基準位置が全て一致するように前記３次元画像を合成することで、前記全体３次元画像を生成する、
ことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項３】
前記被探傷材の側面の形状を測定する形状測定工程を更に含み、
前記全体２次元画像生成工程において、前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像における前記基準位置の座標を算出し、該算出した基準位置が全て一致するように前記２次元画像を合成することで、前記全体２次元画像を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
前記全体２次元画像生成工程において、
前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像における前記基準位置の座標を算出し、前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角と、前記算出した基準位置と前記アレイ型超音波探触子の所定位置との相対位置関係とに基づき、前記算出した基準位置が全て一致するように前記２次元画像に対して座標変換を施して前記２次元画像を合成することで、前記全体２次元画像を生成する、請求項３に記載の超音波探傷方法。
ただし、前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角は、前記被探傷材の側面の形状が変形していない設計通りの理想状態であるときの前記アレイ型超音波探触子の姿勢を基準とし、前記形状測定工程において前記被探傷材の側面の形状を測定した際の前記アレイ型超音波探触子の姿勢の前記基準からの傾き角を意味する。
【請求項５】
前記被探傷材の側面の形状を測定する形状測定工程を更に含み、
前記全体３次元画像生成工程において、前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像における前記基準位置の座標を算出し、該算出した基準位置が全て一致するように前記３次元画像を合成することで、前記全体３次元画像を生成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷方法。
【請求項６】
前記全体３次元画像生成工程において、
前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像における前記基準位置の座標を算出し、前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角と、前記算出した基準位置と前記アレイ型超音波探触子の所定位置との相対位置関係とに基づき、前記算出した基準位置が全て一致するように前記３次元画像に対して座標変換を施して前記３次元画像を合成することで、前記全体３次元画像を生成する、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波探傷方法。
ただし、前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角は、前記被探傷材の側面の形状が変形していない設計通りの理想状態であるときの前記アレイ型超音波探触子の姿勢を基準とし、前記形状測定工程において前記被探傷材の側面の形状を測定した際の前記アレイ型超音波探触子の姿勢の前記基準からの傾き角を意味する。
【請求項７】
前記被探傷材は断面略矩形の鋼片であり、
前記探傷工程において、前記鋼片の４つの側面にそれぞれ対向するように、４つの前記アレイ型超音波探触子を配置する、
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷方法に関する。特に、本発明は、きずの位置や個数を正確に算出可能な超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波探傷によって算出した鋼片におけるきずの位置や個数などの情報は、製品の品質保証（合格・不合格判定）に活用されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、鋼片におけるきずの位置や個数などの情報は、鋼片の造り込み情報を反映していることから、製鋼工程での製造パラメータの良否判断にも活用されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２に記載のような超音波探触子を複数個配置して用いる超音波探傷方法では、空間分解能に乏しいため、きずの位置や個数を正確に算出できないという問題がある。各超音波探触子の寸法を小さくして、配置する超音波探触子の個数を増やすだけでは、送信される超音波の指向性が広くなるだけで空間分解能は向上しない。
【０００４】
上記の問題に対し、複数の振動子を具備するアレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法が提案されている。具体的には、アレイ型超音波探触子を鋼片の側面に対向するように配置し、アレイ型超音波探触子が鋼片からエコーを受信することで出力される探傷信号に信号処理（開口合成処理やＴＦＭ（Total Focusing Method）など）を施すことで、鋼片の長手方向に直交する方向の断面についての２次元画像を生成し、この２次元画像を用いてきずを検出する超音波探傷方法が提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。２次元画像化手法として用いられる開口合成処理やＴＦＭは、アレイ型超音波探触子に対向する方向の被探傷材の断面の座標空間をメッシュに分割し、アレイ型超音波探触子で同時に多点計測した反射源からの探傷信号の伝搬時間と振幅値を、被探傷材とアレイ型超音波探触子との位置関係及び音速情報に基づいて、所定のメッシュ内に積算させることで反射源の像を再構成する手法である。
上記のアレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法によれば、高い空間分解能を有する２次元画像を生成できるため、各アレイ型超音波探触子の探傷領域内単独では、きずの位置や個数を正確に算出することが可能である。
【０００５】
しかしながら、従来のアレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法には以下に述べるような問題がある。以下、図１及び図２を適宜参照しつつ、従来のアレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法の問題について説明する。
【０００６】
図１及び図２は、従来のアレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法の問題点を説明する説明図である。
図１（ａ）に示すように、１つのアレイ型超音波探触子１から送信された超音波は、シュー５及び接触媒質（図示せず）を介して、アレイ型超音波探触子１に対向する鋼片ＢＬの側面から鋼片ＢＬの内部に入射する。そして、鋼片ＢＬに存在するきず等で反射したエコーは、接触媒質（図示せず）及びシュー５を介してアレイ型超音波探触子１で受信され、探傷信号として出力される。ここで、超音波を鋼片ＢＬの側面に対して略垂直に送受信する垂直探傷を行う場合、図１（ｂ）に示す探傷信号波形のように、送信エコー（送信パルス）Ｔに次いで強大な表面エコーＳが観測され、５波から１０波程度（距離に換算すると側面から数ｍｍ〜十数ｍｍ）は表面エコーＳが持続する。このため、表面エコーＳが持続する領域にきずが存在する場合、きずエコーが表面エコーＳに埋没して探傷することができない。すなわち、表面エコーＳが持続する領域が不感帯になる。なお、鋼片ＢＬの底面（アレイ型超音波探触子１を配置した側面と反対側の側面）近傍にきずが存在する場合、時間軸上で底面エコーＢの前方にきずエコーが出現するため、きずエコーが底面エコーに埋没することなく底面直前まで探傷可能である。
【０００７】
鋼片ＢＬの断面全体を探傷するには、例えば、複数のアレイ型超音波探触子１を用いて互いに異なる方向から鋼片ＢＬを探傷することで、各アレイ型超音波探触子１の不感帯を補う方法が考えられる。具体的には、図１（ｃ）に示すように、４つの各アレイ型超音波探触子１（１Ａ〜１Ｄ）を鋼片ＢＬの４つの各側面に対向するように配置する。そして、図１（ａ）に示すように、深さ方向（各アレイ型超音波探触子１と鋼片ＢＬとの対向方向）については鋼片ＢＬの中心Ｃよりやや各アレイ型超音波探触子１寄りの深さから底面までの範囲で、幅方向（各アレイ型超音波探触子１と鋼片ＢＬとの対向方向に直交する方向）については両側面に亘る範囲に探傷領域Ａを設定すればよい。これにより、各アレイ型超音波探触子１の不感帯を他のアレイ型超音波探触子１の探傷領域Ａで補うことが可能である。また、各アレイ型超音波探触子１の探傷領域Ａが互いに重複する部分を有することになるため、未探傷領域が生じるおそれを回避可能である。
【０００８】
前述のように、各アレイ型超音波探触子の探傷領域内単独では、きずの個数を正確に算出可能である。しかしながら、上記のように探傷領域Ａが互いに重複する部分を有する複数のアレイ型超音波探触子１を用いて探傷する場合に、アレイ型超音波探触子１毎に独立してきずの個数を算出したのでは、きずの位置によっては個数を重複して算出してしまうという問題がある。
【０００９】
例えば、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、鋼片ＢＬの中心にきずＦが発生していると、このきずＦは、アレイ型超音波探触子１Ａの探傷領域ＡＡ内に位置する（図２（ａ））。また、きずＦは、アレイ型超音波探触子１Ｂの探傷領域ＡＢ内にも位置する（図２（ｂ））。また、きずＦは、アレイ型超音波探触子１Ｃの探傷領域ＡＣ内にも位置する（図２（ｃ））。さらに、きずＦは、アレイ型超音波探触子１Ｄの探傷領域ＡＤ内にも位置する（図２（ｄ））。したがい、この場合、アレイ型超音波探触子１毎に独立してきずＦの個数を算出すると、実際には１個のきずＦしか発生していないにも関わらず、４個のきずが発生していると、間違った個数を算出してしまう。
図２（ｅ）に示す領域Ａ４では、４つのアレイ型超音波探触子１の探傷領域Ａが重複している。また、領域Ａ３では、３つのアレイ型超音波探触子１の探傷領域Ａが重複している。さらに、領域Ａ２では、２つのアレイ型超音波探触子１の探傷領域Ａが重複している。前述の鋼片ＢＬの中心にあるきずＦのように、領域Ａ４内に位置するきずは、実際の個数の４倍の個数に算出されてしまう。同様に、領域Ａ３内に位置するきずは、実際の個数の３倍の個数に算出され、領域Ａ２内に位置するきずは、実際の個数の２倍の個数に算出されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５８−２４８５８号公報
【特許文献２】特開平１−２９７５５１号公報
【特許文献３】特開昭６２−９７５９号公報
【特許文献４】特開２０１１−２０３０３７号公報
【特許文献５】特開２００９−２３６６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、きずの位置や個数を正確に算出可能な超音波探傷方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は、第１の方法として、以下の各工程を含むことを特徴とする超音波探傷方法を提供する。
（１）探傷工程：複数の振動子をそれぞれ具備する複数のアレイ型超音波探触子を被探傷材の側面に対向するように配置し、前記複数のアレイ型超音波探触子を前記被探傷材の長手方向に相対移動させることで前記被探傷材を探傷する。
（２）２次元画像生成工程：前記探傷工程において前記複数のアレイ型超音波探触子からそれぞれ出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記アレイ型超音波探触子毎に前記被探傷材の長手方向に直交する方向の断面についての２次元画像を生成する。
（３）全体２次元画像生成工程：前記２次元画像生成工程において生成された前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像を合成して、前記被探傷材の断面全体の２次元画像である全体２次元画像を生成する。
（４）全体３次元画像生成工程：前記全体２次元画像生成工程において生成された前記被探傷材の長手方向の複数の断面についての前記全体２次元画像を合成して、前記被探傷材全体の３次元画像である全体３次元画像を生成する。
そして、前記探傷工程において、前記被探傷材の長手方向から見た場合に前記複数のアレイ型超音波探触子の探傷領域のいずれもが重複する部分である重複探傷領域を有するように、前記複数のアレイ型超音波探触子を配置することを特徴とする。
また、前記全体２次元画像生成工程において、前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像の前記重複探傷領域内に位置する所定の基準位置が全て一致するように前記２次元画像を合成することで、前記全体２次元画像を生成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法によれば、探傷工程において、複数のアレイ型超音波探触子を用いて被探傷材を探傷し（被探傷材に対して超音波を送受信して探傷信号を出力し）、２次元画像生成工程において、複数のアレイ型超音波探触子からそれぞれ出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで２次元画像を生成する。次いで、全体２次元画像生成工程及び全体３次元画像生成工程を実行することで、被探傷材全体の３次元画像である全体３次元画像を生成する。このように、本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法は、アレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法であるため、高い空間分解能を有する２次元画像を生成することができ、最終的に生成される全体３次元画像を用いてきずの位置を正確に算出することが可能である。
【００１４】
また、本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法によれば、探傷工程において、被探傷材の長手方向から見た場合に複数のアレイ型超音波探触子の探傷領域のいずれもが重複する部分である重複探傷領域を有するように、複数のアレイ型超音波探触子を配置し、全体２次元画像生成工程において、アレイ型超音波探触子毎の２次元画像の重複探傷領域内に位置する所定の基準位置（例えば、被探傷材の中心位置）が全て一致するように２次元画像を合成する。具体的には、例えば、２次元画像生成工程においてアレイ型超音波探触子毎に生成した複数の２次元画像のそれぞれに対して回転や平行移動の座標変換を施すことで、各２次元画像の所定の基準位置を全て一致させた後、全体２次元画像を構成する各画素の濃度が、対応する各２次元画像を構成する各画素の最大濃度に等しくなるように、全体２次元画像を生成する。これにより、各２次元画像にきずが存在しているとしても、それらが同じきずである場合には、生成した全体２次元画像には１つのきずしか存在しないことになる。したがい、最終的に生成される全体３次元画像を用いてきずの個数を正確に算出することが可能である。
【００１５】
なお、各２次元画像の所定の基準位置（例えば、被探傷材の中心位置）は、被探傷材の形状・寸法や、被探傷材と各アレイ型超音波探触子との位置関係に基づき、幾何学的に算出可能である。
また、アレイ型超音波探触子としては、一方向に配列された複数の振動子を具備する１次元アレイ型超音波探触子の他、直交する二方向にマトリックス状に配列された複数の振動子を具備する２次元アレイ型超音波探触子を用いることができる。
【００１６】
なお、アレイ型超音波探触子として２次元アレイ型超音波探触子を用いる場合、本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法の２次元画像生成工程においては、２次元画像が被探傷材の長手方向について複数同時に生成されることになる。２次元画像生成工程における「２次元画像を生成する」とは、このように被探傷材の長手方向について複数同時に２次元画像を生成する場合も含む概念である。
同様に、アレイ型超音波探触子として２次元アレイ型超音波探触子を用いる場合、本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法の全体２次元画像生成工程においては、全体２次元画像が被探傷材の長手方向について複数同時に生成されることになる。全体２次元画像生成工程における「全体２次元画像を生成する」とは、このように被探傷材の長手方向について複数同時に全体２次元画像を生成する場合も含む概念である。
【００１７】
上記本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法では、全体２次元画像生成工程において、アレイ型超音波探触子毎の２次元画像を合成して、被探傷材の断面全体の２次元画像である全体２次元画像を先に生成した後、全体３次元画像生成工程において、被探傷材の長手方向の複数の断面についての全体２次元画像を合成して、全体３次元画像を生成している。
しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、アレイ型超音波探触子毎の２次元画像を被探傷材の長手方向の複数の断面について合成して３次元画像を先に生成した後、このアレイ型超音波探触子毎の３次元画像を合成して全体３次元画像を生成することも可能である。
【００１８】
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、第２の方法として、以下の各工程を含むことを特徴とする超音波探傷方法を提供する。
（１）探傷工程：複数の振動子をそれぞれ具備する複数のアレイ型超音波探触子を被探傷材の側面に対向するように配置し、前記複数のアレイ型超音波探触子を前記被探傷材の長手方向に相対移動させることで前記被探傷材を探傷する。
（２）２次元画像生成工程：前記探傷工程において前記複数のアレイ型超音波探触子からそれぞれ出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記アレイ型超音波探触子毎に前記被探傷材の長手方向に直交する方向の断面についての２次元画像を生成する。
（３）３次元画像生成工程：前記２次元画像生成工程において生成された前記被探傷材の長手方向の複数の断面についての前記２次元画像を合成して、前記アレイ型超音波探触子毎に前記被探傷材の３次元画像を生成する。
（４）全体３次元画像生成工程：前記３次元画像生成工程において生成された前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像を合成して、前記被探傷材全体の３次元画像である全体３次元画像を生成する。
そして、前記探傷工程において、前記被探傷材の長手方向から見た場合に前記複数のアレイ型超音波探触子の探傷領域のいずれもが重複する部分である重複探傷領域を有するように、前記複数のアレイ型超音波探触子を配置することを特徴とする。
また、前記全体３次元画像生成工程において、前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像の前記重複探傷領域内に位置する所定の基準位置が全て一致するように前記３次元画像を合成することで、前記全体３次元画像を生成することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第２の方法に係る超音波探傷方法によっても、第１の方法に係る超音波探傷方法と同様に、きずの位置や個数を正確に算出可能である。
【００２０】
ここで、本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法において、前述のように、各２次元画像の所定の基準位置（例えば、被探傷材の中心位置）は、被探傷材の形状・寸法や、被探傷材と各アレイ型超音波探触子との位置関係に基づき、幾何学的に算出可能である。
しかしながら、例えば、被探傷材が鋼片である場合、圧延工程の設定不良等に起因して、鋼片の形状・寸法が設計値からずれることもある。このように、被探傷材の形状・寸法が設計値からずれる場合には、設計値通りであることを前提として幾何学的に算出される各２次元画像の基準位置（理想状態での基準位置）も実際の基準位置からずれる場合がある。このずれ量が大きいと、各２次元画像の基準位置が全て一致するように各２次元画像を合成する際に誤差が生じ、きずの個数を正確に算出できなくなる可能性もある。
上記の可能性を回避するには、被探傷材の側面の形状を測定し、その測定結果に応じて、実際の基準位置の座標を算出することが好ましい。
【００２１】
すなわち、本発明の第１の方法に係る超音波探傷方法において、好ましくは、前記被探傷材の側面の形状を測定する形状測定工程を更に含み、前記全体２次元画像生成工程において、前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像における前記基準位置の座標を算出し、該算出した基準位置が全て一致するように前記２次元画像を合成することで、前記全体２次元画像を生成する。
【００２２】
上記の好ましい方法によれば、測定した被探傷材の実際の側面の形状に基づき、各２次元画像の実際の基準位置の座標を算出し、算出した基準位置が全て一致するように各２次元画像を合成するため、各２次元画像を合成する際の誤差が低減され、被探傷材の形状・寸法が設計値からずれる場合であっても、きずの個数を正確に算出可能である。
【００２３】
上記の好ましい方法において、具体的には、前記全体２次元画像生成工程において、前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記２次元画像における前記基準位置の座標を算出し、前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角と、前記算出した基準位置と前記アレイ型超音波探触子の所定位置との相対位置関係とに基づき、前記算出した基準位置が全て一致するように前記２次元画像に対して座標変換を施して前記２次元画像を合成することで、前記全体２次元画像を生成することが好ましい。
ただし、前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角は、前記被探傷材の側面の形状が変形していない設計通りの理想状態であるときの前記アレイ型超音波探触子の姿勢を基準とし、前記形状測定工程において前記被探傷材の側面の形状を測定した際の前記アレイ型超音波探触子の姿勢の前記基準からの傾き角を意味する。
また、アレイ型超音波探触子の所定位置としては、アレイ型超音波探触子の中心位置を例示できる。アレイ型超音波探触子にシューが取り付けられている場合、アレイ型超音波探触子の中心位置はシューの中心位置を意味する。
【００２４】
本発明の第２の方法に係る超音波探傷方法においても同様に、好ましくは、前記被探傷材の側面の形状を測定する形状測定工程を更に含み、前記全体３次元画像生成工程において、前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像における前記基準位置の座標を算出し、該算出した基準位置が全て一致するように前記３次元画像を合成することで、前記全体３次元画像を生成する。
【００２５】
上記の好ましい方法によれば、測定した被探傷材の実際の側面の形状に基づき、各３次元画像の基準位置の座標を算出し、算出後の基準位置が全て一致するように各３次元画像を合成するため、各３次元画像を合成する際の誤差が低減され、被探傷材の形状・寸法が設計値からずれる場合であっても、きずの個数を正確に算出可能である。
【００２６】
上記の好ましい方法において、具体的には、前記全体３次元画像生成工程において、前記形状測定工程において測定した前記被探傷材の側面の形状に基づき、前記アレイ型超音波探触子毎の前記３次元画像における前記基準位置の座標を算出し、前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角と、前記算出した基準位置と前記アレイ型超音波探触子の所定位置との相対位置関係とに基づき、前記算出した基準位置が全て一致するように前記３次元画像に対して座標変換を施して前記３次元画像を合成することで、前記全体３次元画像を生成することが好ましい。
前記アレイ型超音波探触子の理想状態からの傾き角の意味は、前述の通りである。また、アレイ型超音波探触子の所定位置の例示は、前述の通りである。
【００２７】
本発明の第１及び第２の方法に係る超音波探傷方法を適用する前記被探傷材が断面略矩形の鋼片である場合、前記探傷工程において、前記鋼片の４つの側面にそれぞれ対向するように、４つの前記アレイ型超音波探触子を配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、きずの位置や個数を正確に算出可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のアレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法の問題点を説明する説明図である。
【図２】従来のアレイ型超音波探触子及び２次元画像化手法を用いた超音波探傷方法の問題点を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る超音波探傷方法を実施するための超音波探傷装置の概略構成を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る超音波探傷方法の概略工程を示すフロー図である。
【図５】図４に示す全体２次元画像生成工程Ｓ１３の具体的手順を説明する説明図である。
【図６】被探傷材である鋼片ＢＬの形状変形例を模式的に示す図である。
【図７】好ましい全体２次元画像生成工程Ｓ１３の具体的手順を説明する説明図である。
【図８】好ましい全体２次元画像生成工程Ｓ１３の具体的手順を説明する説明図である。
【図９】超音波探触子の理想状態からの傾き角を説明する説明図である。
【図１０】第２実施形態に係る超音波探傷方法の概略工程を示すフロー図である。
【図１１】図１０に示す全体３次元画像生成工程Ｓ２４の具体的手順を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態について、被探傷材が断面略矩形の鋼片である場合を例に挙げて説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態について説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る超音波探傷方法を実施するための超音波探傷装置の概略構成を示す図である。図３（ａ）は、全体構成を示す側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢符Ｙの方向から見た図である。ただし、図３（ｂ）では、制御・信号処理装置２、速度計３及び形状測定装置４の図示は省略している。図３（ｃ）は、アレイ型超音波探触子周辺の詳細を示す拡大図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、超音波探傷装置１００は、アレイ型超音波探触子（以下、適宜「超音波探触子」と略称する）１と、制御・信号処理装置２とを備える。また、第１実施形態の超音波探傷装置１００は、好ましい構成として、速度計３と、形状測定装置４とを備える。
【００３２】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、超音波探触子１は、搬送ローラＲによって長手方向（Ｙ方向）に搬送される断面略矩形の鋼片ＢＬの各側面に対向するように４つ（超音波探触子１Ａ〜１Ｄの４つ）配置されている。第１実施形態の各超音波探触子１は、一方向に配列された複数（例えば、６４個）の振動子１１を具備する１次元アレイ型超音波探触子とされている。各超音波探触子１は、振動子１１の配列方向が鋼片ＢＬの各側面に沿うように（Ｙ方向に垂直なＸ方向又はＺ方向に沿うように）、なお且つ、鋼片ＢＬの長手方向から見た場合に４つの超音波探触子１の探傷領域のいずれもが重複する部分である重複探傷領域を有するように、配置されている。
【００３３】
また、図３（ａ）に示すように、４つの超音波探触子１は、鋼片ＢＬの長手方向について互いに位置をずらして（各超音波探触子１から送信される超音波のビーム幅以上の間隔を隔てて）配置されている。
４つの超音波探触子１を鋼片ＢＬの長手方向について同じ位置に配置することも可能である。しかしながら、４つの超音波探触子１から同時に超音波を送受信する場合、一の超音波探触子１から送信した超音波が他の超音波探触子１で受信されることでノイズが生じる。このため、４つの超音波探触子１を鋼片ＢＬの長手方向について同じ位置に配置する場合には、４つの超音波探触子１から超音波を送受信するタイミングをずらす必要があり、必要な探傷時間が増加する。
第１実施形態のように、４つの超音波探触子１を鋼片ＢＬの長手方向について互いに位置をずらして配置することにより、４つの超音波探触子１から同時に超音波を送受信することができ、高速に探傷可能である。
【００３４】
さらに、図３（ｃ）に示すように、超音波探触子１Ａには、樹脂製のシュー５が取り付けられており、シュー５と鋼片ＢＬの側面（超音波探触子１Ａに対向する側面）Ｂ１との間に水などの接触媒質Ｗが導入される。超音波探触子１Ａから送信された超音波は、シュー５及び接触媒質Ｗを介して、鋼片ＢＬの側面Ｂ１から鋼片ＢＬの内部に入射し、鋼片ＢＬに存在するきず等で反射したエコーが、接触媒質Ｗ及びシュー５を介して超音波探触子１Ａで受信される。シュー５には、倣いローラ６が取り付けられている。超音波探触子１Ａから超音波を送受信する鋼片ＢＬの側面Ｂ１に隣接する一方の側面Ｂ２に倣いローラ６が接触することで、鋼片ＢＬに曲がりが生じていたとしても、シュー５ひいては超音波探触子１Ａが鋼片ＢＬに追従して所定位置に位置決めされる。図３（ｃ）では、便宜上、超音波探触子１Ａのみを例に挙げて説明したが、他の超音波探触子１Ｂ〜１Ｄについても同様である。
【００３５】
制御・信号処理装置２は、４つの各超音波探触子１からの超音波の送受信を制御すると共に、４つの各超音波探触子１から出力される探傷信号に対して信号処理（第１実施形態では、開口合成処理）を施すことで、鋼片ＢＬの長手方向（Ｙ方向）に直交する方向の断面（ＸＺ平面）についての２次元画像（第１実施形態では、開口合成像）を生成する。
制御・信号処理装置２は、パルサー、レシーバー、増幅器、Ａ／Ｄ変換器、波形メモリなど、いわゆる超音波探傷用の探傷器が具備する公知の手段を備えることで超音波の送受信を制御する。また、制御・信号処理装置２には、波形メモリに記憶された探傷信号に対して信号処理を施すことで２次元画像を生成する等の所定のプログラムがインストールされている。２次元画像化手法に用いられる信号処理（開口合成処理等）については、例えば、前述した特許文献５に記載のような公知の内容を適用できるため、ここではその具体的な内容の記載を省略する。
【００３６】
速度計３は、鋼片ＢＬの長手方向への搬送速度を測定する装置であり、例えば、レーザドップラ速度計等の非接触式速度計を好適に用いることができる。ただし、速度計３はこれに限るものではなく、例えば、搬送ローラＲに取り付けられ搬送ローラＲの回転速度を測定するパルスジェネレータと、搬送ローラＲの回転速度を鋼片ＢＬの搬送速度に換算する演算部とを具備する構成を採用することも可能である。速度計３で測定した鋼片ＢＬの搬送速度は、制御・信号処理装置２に入力される。
【００３７】
形状測定装置４は、鋼片ＢＬの側面の形状を測定する装置であり、例えば、２次元レーザ距離計を好適に用いることができる。第１実施形態の形状測定装置４は、上下に一対の２次元レーザ距離計４Ａ、４Ｂから構成されている。形状測定装置４で測定した鋼片ＢＬの側面の形状は、制御・信号処理装置２に入力される。
【００３８】
以下、上記の構成を有する超音波探傷装置１００を用いた第１実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。
図４は、第１実施形態に係る超音波探傷方法の概略工程を示すフロー図である。図４に示すように、第１実施形態に係る超音波探傷方法は、探傷工程Ｓ１１、２次元画像生成工程Ｓ１２、全体２次元画像生成工程Ｓ１３及び全体３次元画像生成工程Ｓ１４を含む。また、第１実施形態に係る超音波探傷方法は、好ましい方法として、形状測定工程Ｓ１０及びきず検出・きず個数算出工程Ｓ１５を含む。形状測定工程Ｓ１０は必ずしも実行しなくてもよいが、鋼片ＢＬの形状・寸法が設計値から大きくずれる場合があるときには実行した方が好ましい。以下、各工程Ｓ１０〜Ｓ１５について順次説明する。最初に形状測定工程Ｓ１０を実行しない場合について説明する。
【００３９】
探傷工程Ｓ１１では、４つの超音波探触子１を鋼片ＢＬの長手方向に相対移動させることで鋼片ＢＬを探傷する。すなわち、４つの超音波探触子１から鋼片ＢＬに対して超音波を送受信して探傷信号を出力する。本実施形態では、４つの超音波探触子１から同じタイミングで超音波を送受信している。４つの超音波探触子１から出力された探傷信号は、制御・信号処理装置２に入力され、記憶される。第１実施形態では、４つの超音波探触子１を静止する一方、鋼片ＢＬを搬送ローラＲによって長手方向に搬送することで、４つの超音波探触子１を鋼片ＢＬの長手方向に相対移動させている。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、鋼片ＢＬを静止し、４つの超音波探触子１を鋼片ＢＬの長手方向に移動させる方法を採用することも可能である。
【００４０】
２次元画像生成工程Ｓ１２では、制御・信号処理装置２が、探傷工程Ｓ１１において４つの超音波探触子１からそれぞれ入力され記憶された探傷信号に対して信号処理（開口合成処理）を施す。これにより、超音波探触子１毎に鋼片ＢＬの長手方向に直交する方向の断面（ＸＺ平面）についての２次元画像（開口合成像）が生成される。
【００４１】
全体２次元画像生成工程Ｓ１３では、制御・信号処理装置２が、２次元画像生成工程Ｓ１２において生成された超音波探触子１毎の２次元画像を合成して、鋼片ＢＬの断面全体の２次元画像である全体２次元画像を生成する。前述のように、４つの超音波探触子１は鋼片ＢＬの長手方向について互いに位置をずらして配置されているため、２次元画像生成工程Ｓ１２において同じタイミングで生成される超音波探触子１毎の２次元画像は、鋼片ＢＬの長手方向の位置が異なる。このため、全体２次元画像生成工程Ｓ１３において、制御・信号処理装置２は、速度計３で測定した鋼片ＢＬの搬送速度に基づき、鋼片ＢＬの長手方向の同じ位置についての各２次元画像を選択し、これら選択した各２次元画像を合成する。
具体的には、全体２次元画像生成工程Ｓ１３では、制御・信号処理装置２が、超音波探触子１毎の２次元画像の重複探傷領域内に位置する所定の基準位置（第１実施形態では、鋼片ＢＬの中心位置）が全て一致するように２次元画像を合成することで、全体２次元画像を生成する。例えば、２次元画像生成工程Ｓ１３において、超音波探触子１毎に生成した複数の２次元画像のそれぞれに対して座標変換を施すことで、各２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）を全て一致させた後、全体２次元画像を構成する各画素の濃度が、対応する各２次元画像を構成する各画素の最大濃度に等しくなるように、全体２次元画像を生成する。以下、この点につき、図５を参照しつつ、より具体的に説明する。
【００４２】
図５は、全体２次元画像生成工程Ｓ１３の具体的手順を説明する説明図である。
図５（ａ）に示すように、超音波探触子１Ａについて生成される２次元画像は、超音波探触子１Ａの探傷領域Ａ（ＡＡ）内に存在する鋼片ＢＬの断面を含んでいる。いずれの超音波探触子１についても、探傷領域Ａは、深さ方向（超音波探触子１と鋼片ＢＬとの対向方向）については鋼片ＢＬの中心よりやや超音波探触子１寄りの深さから底面までの範囲で、幅方向（超音波探触子１と鋼片ＢＬとの対向方向に直交する方向）については両側面に亘る範囲に設定されている。したがい、この２次元画像は、鋼片ＢＬの形状・寸法や、鋼片ＢＬと超音波探触子１Ａとの位置関係に基づき、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃを含んでいる。
【００４３】
ここで、図５（ａ）の左図に示すように、全体２次元画像生成前の超音波探触子１Ａについて生成される２次元画像の座標系が、超音波探触子１Ａの中心（本実施形態の場合は、シュー５が取り付けられているため、具体的にはシュー５の中心）が鋼片ＢＬと接する点ＯＡ（０，０）をＸａＺａ座標の原点とするＸａＹａＺａ直交座標系であるとする。そして、超音波探触子１Ａと鋼片ＢＬとの対向方向についての鋼片ＢＬの設計寸法を２Ｌ、超音波探触子１Ａと鋼片ＢＬとの対向方向に直交する方向についての鋼片ＢＬの設計寸法を２Ｍとする。このとき、鋼片ＢＬの形状（矩形）・寸法が設計値通りの理想状態である場合、本実施形態で基準位置とする鋼片ＢＬの中心位置ＣのＸａＺａ座標はＣ（０，−Ｌ）となる。
一方、図５（ａ）の右図に示すように、生成される全体２次元画像の座標系が鋼片ＢＬの中心位置Ｃ（０，０）をＸＺ座標の原点とするＸＹＺ直交座標系（ＹはＹａと共通）であるとする。
この場合、超音波探触子１Ａについて生成されるＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，−Ｌ）がＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，０）に一致するように、ＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像を座標変換する。
【００４４】
上記のような座標変換としては、下記の式（１）で表わされるアフィン変換を例示できる。
【数１】
2019132663.tif 000003
座標変換が回転である場合、回転角をθ（ここでは、反時計回りを正の値とする）とすると、上記式（１）の係数ｅ＝ｃｏｓθ、ｇ＝−ｓｉｎθ、ｆ＝ｓｉｎθ、ｈ＝ｃｏｓθ、ｊ＝０、ｋ＝０となる。
また、座標変換が平行移動である場合、ｅ＝ｃｏｓ０°＝１、ｇ＝−ｓｉｎ０°＝０、ｆ＝ｓｉｎ０°＝０、ｈ＝ｃｏｓ０°＝１、ｊ＝Ｘ方向の移動量、ｋ＝Ｙ方向の移動量となる。
【００４５】
図５（ａ）に示す例の場合、ＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像の基準位置Ｃ（０，−Ｌ）は、以下の式（１Ａ）に従い、ＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置Ｃ（０，０）に変換されることになる。
【数２】
2019132663.tif 000004
【００４６】
図５（ｂ）に示すように、超音波探触子１Ｂについて生成される２次元画像は、超音波探触子１Ｂの探傷領域Ａ（ＡＢ）内に存在する鋼片ＢＬの断面を含んでいる。そして、この２次元画像も、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃを含んでいる。
図５（ｂ）の左図に示すように、全体２次元画像生成前の超音波探触子１Ｂについて生成される２次元画像の座標系が、超音波探触子１Ｂの中心（本実施形態の場合は、シュー５が取り付けられているため、具体的にはシュー５の中心）が鋼片ＢＬと接する点ＯＢ（０，０）をＸｂＺｂ座標の原点とするＸｂＹｂＺｂ直交座標系（ＹｂはＹと共通）であるとする。このとき、鋼片ＢＬの形状・寸法が設計値通りの理想状態である場合、本実施形態で基準位置とする鋼片ＢＬの中心位置ＣのＸｂＺｂ座標はＣ（０，−Ｍ）となる。
この場合、超音波探触子１Ｂについて生成されるＸｂＹｂＺｂ直交座標系の２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，−Ｍ）がＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，０）に一致するように、ＸｂＹｂＺｂ直交座標系の２次元画像を座標変換する。
【００４７】
図５（ｂ）に示す例の場合、座標変換がアフィン変換であると、ＸｂＹｂＺｂ直交座標系の２次元画像の基準位置Ｃ（０，−Ｍ）は、以下の式（１Ｂ）に従い、ＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置Ｃ（０，０）に変換されることになる。
【数３】
2019132663.tif 000005
そして、図５（ｂ）の右図に示すように、前述のようにＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ａについて生成された座標変換後の２次元画像）と、ＸｂＹｂＺｂ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ｂについて生成された座標変換後の２次元画像）とを合成する。この合成画像を構成する各画素のうち、超音波探触子１Ａについて生成された座標変換後の２次元画像と、超音波探触子１Ｂについて生成された座標変換後の２次元画像との重複領域（図５（ｂ）の右図のハッチングを施した領域）にある画素の濃度は、いずれかの２次元画像の画素のうち濃度の大きい方の画素の濃度に設定される。合成画像を構成する各画素のうち、重複領域以外にある画素の濃度は、いずれかの２次元画像の画素の濃度に設定される。
【００４８】
図５（ｃ）に示すように、超音波探触子１Ｃについて生成される２次元画像は、超音波探触子１Ｃの探傷領域Ａ（ＡＣ）内に存在する鋼片ＢＬの断面を含んでいる。そして、この２次元画像も、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃを含んでいる。
図５（ｃ）の左図に示すように、全体２次元画像生成前の超音波探触子１Ｃについて生成される２次元画像の座標系が、超音波探触子１Ｃの中心（本実施形態の場合は、シュー５が取り付けられているため、具体的にはシュー５の中心）が鋼片ＢＬと接する点ＯＣ（０，０）をＸｃＺｃ座標の原点とするＸｃＹｃＺｃ直交座標系（ＹｃはＹと共通）であるとする。このとき、鋼片ＢＬの形状・寸法が設計値通りの理想状態である場合、本実施形態で基準位置とする鋼片ＢＬの中心位置ＣのＸｃＺｃ座標はＣ（０，−Ｌ）となる。
この場合、超音波探触子１Ｃについて生成されるＸｃＹｃＺｃ直交座標系の２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，−Ｌ）がＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，０）に一致するように、ＸｃＹｃＺｃ直交座標系の２次元画像を座標変換する。
【００４９】
図５（ｃ）に示す例の場合、座標変換がアフィン変換であると、ＸｃＹｃＺｃ直交座標系の２次元画像の基準位置Ｃ（０，−Ｌ）は、以下の式（１Ｃ）に従い、ＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置Ｃ（０，０）に変換されることになる。
【数４】
2019132663.tif 000006
そして、図５（ｃ）の右図に示すように、前述のようにＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ａについて生成された座標変換後の２次元画像）と、前述のようにＸｂＹｂＺｂ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ｂについて生成された座標変換後の２次元画像）と、ＸｃＹｃＺｃ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ｃについて生成された座標変換後の２次元画像）とを合成する。この合成画像を構成する各画素のうち、超音波探触子１Ａ〜１Ｃについて生成された座標変換後の各２次元画像の重複領域にある画素の濃度は、いずれかの２次元画像の画素のうち最も大きい画素の濃度（最大濃度）に設定される。合成画像を構成する各画素のうち、重複領域以外にある画素の濃度は、いずれかの２次元画像の画素の濃度に設定される。
【００５０】
図５（ｄ）に示すように、超音波探触子１Ｄについて生成される２次元画像は、超音波探触子１Ｄの探傷領域Ａ（ＡＤ）内に存在する鋼片ＢＬの断面を含んでいる。そして、この２次元画像も、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃを含んでいる。
図５（ｄ）の左図に示すように、全体２次元画像生成前の超音波探触子１Ｄについて生成される２次元画像の座標系が、超音波探触子１Ｄの中心（本実施形態の場合は、シュー５が取り付けられているため、具体的にはシュー５の中心）が鋼片ＢＬと接する点ＯＤ（０，０）を原点とするＸｄＹｄＺｄ直交座標系（ＹｄはＹと共通）であるとする。このとき、鋼片ＢＬの形状・寸法が設計値通りの理想状態である場合、本実施形態で基準位置とする鋼片ＢＬの中心位置ＣのＸｄＺｄ座標はＣ（０，−Ｍ）となる。
この場合、超音波探触子１Ｄについて生成されるＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，−Ｍ）がＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃ（０，０）に一致するように、ＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像を座標変換する。
【００５１】
図５（ｄ）に示す例の場合、座標変換がアフィン変換であると、ＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像の基準位置Ｃ（０，−Ｍ）は、以下の式（１Ｄ）に従い、ＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の基準位置Ｃ（０，０）に変換されることになる。
【数５】
2019132663.tif 000007
そして、図５（ｄ）の右図に示すように、前述のようにＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ａについて生成された座標変換後の２次元画像）と、前述のようにＸｂＹｂＺｂ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ｂについて生成された座標変換後の２次元画像）と、前述のようにＸｃＹｃＺｃ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ｃについて生成された座標変換後の２次元画像）と、ＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像を座標変換した２次元画像（超音波探触子１Ｄについて生成された座標変換後の２次元画像）とを合成する。この４つの２次元画像を合成した合成画像が全体２次元画像である。全体２次元画像を構成する各画素の濃度は、いずれかの２次元画像の画素のうち濃度の最も大きい画素の濃度（最大濃度）に設定される。
【００５２】
なお、以上に説明した座標変換により、鋼片ＢＬの同じ位置に対応する各超音波探触子について生成される２次元画像における位置は、基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）に限らず、全て全体２次元画像における同じ位置に変換される。
例えば、超音波探触子１Ａについて生成されるＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像の原点ＯＡ（０，０）は、以下の式（１Ｅ）に従い、ＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の位置（０，Ｌ）に変換されることになる。
【数６】
2019132663.tif 000008
一方、ＸａＹａＺａ直交座標系における原点ＯＡ（０，０）は、超音波探触子１Ｄについて生成されるＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像では位置（Ｌ，−Ｍ）になる。この超音波探触子１Ｄについて生成されるＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像の位置（Ｌ，−Ｍ）は、以下の式（１Ｆ）に従い、ＸＹＺ直交座標系の全体２次元画像の同じ位置（０，Ｌ）に変換されることになる。
【数７】
2019132663.tif 000009
【００５３】
以上に説明した手順により、全体２次元画像生成工程Ｓ１３では、制御・信号処理装置２が、超音波探触子１毎の２次元画像の重複探傷領域内に位置する所定の基準位置（第１実施形態では、鋼片ＢＬの中心位置Ｃ）が全て一致するように２次元画像を合成することで、全体２次元画像を生成する。
【００５４】
全体３次元画像生成工程Ｓ１４では、制御・信号処理装置２が、全体２次元画像生成工程Ｓ１３において生成された鋼片ＢＬの長手方向の複数の断面についての全体２次元画像を合成して、鋼片ＢＬ全体の３次元画像である全体３次元画像を生成する。具体的には、制御・信号処理装置２は、速度計３で測定した鋼片ＢＬの搬送速度に基づき、鋼片ＢＬの長手方向に所定のピッチ（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍピッチなど）で全体２次元画像を生成し、この所定のピッチで生成された全体２次元画像を合成して、全体３次元画像を生成する。
【００５５】
きず検出・きず個数算出工程Ｓ１５では、制御・信号処理装置２が、全体３次元画像生成工程Ｓ１４で生成された全体３次元画像に基づき、きずを検出し、検出したきずの個数を算出する。具体的には、所定のしきい値を超える濃度を有するボクセル領域を２値化してきずとして検出し、この検出したきずの個数を算出する。この際、必要に応じて、２値化したボクセル領域に対して膨張収縮処理等の公知の画像処理を適用することが好ましい。これにより、同じきずに対応するボクセル領域であるにも関わらず２値化によって分離した近接するボクセル領域を一つに纏めることができ、一つのきずとして正確に個数を算出できることが期待できる。
【００５６】
なお、形状測定工程Ｓ１０を実行する場合、形状測定工程Ｓ１０では、形状測定装置４によって鋼片ＢＬの側面の形状を測定する。そして、全体２次元画像生成工程Ｓ１３では、制御・信号処理装置２が、形状測定工程Ｓ１０において測定した鋼片ＢＬの側面の形状に基づき、超音波探触子１毎の２次元画像における基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃの座標を算出し、該算出した基準位置Ｃが全て一致するように２次元画像を合成することで、全体２次元画像を生成する。第１実施形態では、図４に示すように、探傷工程Ｓ１１より前に測定工程Ｓ１０を実行しているが、本発明はこれに限るものではない。測定工程Ｓ１０の結果は、全体２次元画像生成工程Ｓ１３で用いられるため、全体２次元画像生成工程Ｓ１３より前に実行すれば十分である。また、形状測定工程Ｓ１０を実行するために用いる形状測定装置４は、第１実施形態では各超音波探触子１よりも鋼片ＢＬの搬送方向上流側に配置しているが、これに限るものではなく、各超音波探触子１よりも鋼片ＢＬの搬送方向下流側に配置することも可能である。
【００５７】
以下、形状測定工程Ｓ１０において測定した鋼片ＢＬの側面の形状に基づき、全体２次元画像生成工程Ｓ１３において、超音波探触子１毎の２次元画像における基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃの座標を算出し、該算出した基準位置Ｃが全て一致するように２次元画像を合成することで、全体２次元画像を生成する点について、具体的に説明する。
【００５８】
図６は、被探傷材である鋼片ＢＬの形状変形例を模式的に示す図である。図６に示すように、圧延工程の設定不良等に起因して、鋼片ＢＬの形状が例えば矩形から菱形に変形することがある。このように、鋼片ＢＬが変形した場合、鋼片ＢＬの形状・寸法が設計値通りの理想状態であることを前提として幾何学的に算出される各２次元画像の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置）Ｃも実際の基準位置からずれる場合がある。このずれ量が大きいと、各２次元画像の基準位置Ｃが全て一致するように各２次元画像を合成する際に誤差が生じ、きずの個数を正確に算出できなくなる可能性もある。上記の可能性を回避するには、形状測定工程Ｓ１０において、鋼片ＢＬの側面の形状を測定し、その測定結果に応じて、全体２次元画像生成工程Ｓ１３において、実際の基準位置Ｃの座標を算出することが好ましい。
【００５９】
具体的には、例えば、形状測定工程Ｓ１０において、形状測定装置４を構成する一方の２次元レーザ距離計４Ａ（図３）で、鋼片ＢＬの側面Ｂ１、Ｂ２の形状を測定し、他方の２次元レーザ距離計４Ｂ（図３）で、鋼片ＢＬの側面Ｂ３、Ｂ４の形状を測定する。次いで、全体２次元画像生成工程Ｓ１３において、測定した側面Ｂ１〜Ｂ４の各形状を構成する各点にそれぞれ最小二乗法を適用して近似直線Ｌ１〜Ｌ４を算出する。次いで、各近似直線Ｌ１〜Ｌ４の交点Ｐ１〜Ｐ４を算出する。最後に、交点Ｐ１及び交点Ｐ３を通る直線と、交点Ｐ２及び交点Ｐ４を通る直線との交点を、実際の基準位置である鋼片ＢＬの中心位置Ｃ’として算出することが可能である。なお、各ＸｉＹｉＺｉ直交座標系（ｉ＝ａ〜ｄ）における実際の基準位置Ｃ’の座標は、形状測定装置４（２次元レーザ距離計４Ａ、４Ｂ）と、各超音波探触子１Ａ〜１Ｄとの位置関係に基づき、幾何学的に演算可能である。
本実施形態の好ましい方法では、前述のように、全体２次元画像生成工程Ｓ１３において、基準位置Ｃ’が全て一致するように２次元画像を合成することで、全体２次元画像を生成する。具体的には、超音波探触子１の理想状態からの傾き角と、基準位置Ｃ’とアレイ型超音波探触子１の所定位置（例えば、超音波探触子１の中心）との相対位置関係（例えば、基準位置Ｃ’から超音波探触子１の中心が鋼片ＢＬと接する点に向かうベクトル）とに基づき、基準位置Ｃ’が全て一致するように２次元画像に対して座標変換を施して２次元画像を合成することで、全体２次元画像を生成する。以下、この点につき、図７〜図９を参照しつつ、より具体的に説明する。
【００６０】
図７及び図８は、好ましい全体２次元画像生成工程Ｓ１３の具体的手順を説明する説明図である。
図７（ａ）に示すように、好ましい全体２次元画像生成工程Ｓ１３では、図７（ａ）の左図に示す全体２次元画像生成前の超音波探触子１Ａについて生成される２次元画像のＸａＹａＺａ直交座標系を、図７（ａ）の右図に示す全体２次元画像のＸＹＺ直交座標系に座標変換する。この際、図５（ａ）を参照して前述した理想状態の場合と異なり、基準位置Ｃではなく基準位置Ｃ’が一致するように座標変換することになる。
【００６１】
具体的には、まず、図７（ｂ）に示すように、ＸＹＺ直交座標系の原点（基準位置Ｃ’）に、ＸａＹａＺａ直交座標系の原点（超音波探触子１Ａの中心が鋼片ＢＬと接する点ＯＡ）が一致するように、ＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像を平行移動させる。次いで、図７（ｃ）に示すように、超音波探触子１Ａの理想状態からの傾き角θＡだけＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像を回転させる。傾き角の意味は後述する。最後に、ＸＹＺ直交座標系における超音波探触子１Ａの中心が鋼片ＢＬと接する点をＯＡ（ＸＯＡ，ＺＯＡ）とすると、図７（ｃ）の矢符で示すように、ＸＹＺ直交座標系における原点（基準位置Ｃ’）から点ＯＡ（ＸＯＡ，ＺＯＡ）に向かうベクトル分だけＸａＹａＺａ直交座標系の２次元画像を平行移動させることで、図７（ｄ）に示すＸＹＺ直交座標系の２次元画像（図７（ａ）の右図と同じ２次元画像）に座標変換する。
上記の座標変換を数式で表わすと、以下の式（１Ｇ）となる。
【数８】
2019132663.tif 000010
【００６２】
また、図８（ａ）に示すように、好ましい全体２次元画像生成工程Ｓ１３では、図８（ａ）の左図に示す全体２次元画像生成前の超音波探触子１Ｄについて生成される２次元画像のＸｄＹｄＺｄ直交座標系を、図８（ａ）の右図に示す全体２次元画像のＸＹＺ直交座標系に座標変換する。この際、図５（ｄ）を参照して前述した理想状態の場合と異なり、基準位置Ｃではなく基準位置Ｃ’が一致するように座標変換することになる。
【００６３】
具体的には、まず、図８（ｂ）に示すように、ＸＹＺ直交座標系の原点（基準位置Ｃ’）に、ＸｄＹｄＺｄ直交座標系の原点（超音波探触子１Ｄの中心が鋼片ＢＬと接する点ＯＤ）が一致するように、ＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像を平行移動させる。次いで、図８（ｃ）に示すように、理想状態の場合の回転角９０°（式（１Ｄ）参照）から超音波探触子１Ｄの理想状態からの傾き角θＤを減算した値である（９０°−θＤ）だけＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像を回転させる。傾き角の意味は後述する。最後に、ＸＹＺ直交座標系における超音波探触子１Ｄの中心が鋼片ＢＬと接する点をＯＤ（ＸＯＤ，ＺＯＤ）とすると、図８（ｃ）の矢符で示すように、ＸＹＺ直交座標系における原点（基準位置Ｃ’）から点ＯＤ（ＸＯＤ，ＺＯＤ）に向かうベクトル分だけＸｄＹｄＺｄ直交座標系の２次元画像を平行移動させることで、図８（ｄ）に示すＸＹＺ直交座標系の２次元画像（図８（ａ）の右図と同じ２次元画像）に座標変換する。
上記の座標変換を数式で表わすと、以下の式（１Ｈ）となる。
【数９】
2019132663.tif 000011
【００６４】
説明は省略するが、超音波探触子１Ｂについて生成される２次元画像のＸｂＹｂＺｂ直交座標系を全体２次元画像のＸＹＺ直交座標系に座標変換する場合や、超音波探触子１Ｃについて生成される２次元画像のＸｃＹｃＺｃ直交座標系を全体２次元画像のＸＹＺ直交座標系に座標変換する場合も、同様の手順で座標変換すればよい。
【００６５】
図９は、超音波探触子の理想状態からの傾き角を説明する説明図である。図９では、超音波探触子１Ａの理想状態からの傾き角θＡを例に挙げて説明するが、他の超音波探触子１Ｂ〜１Ｄについても、理想状態からの傾き角の意味は同じである。図９に示すように、超音波探触子１Ａの理想状態からの傾き角θＡは、図９（ａ）に示す鋼片ＢＬの側面の形状が変形していない理想状態（矩形）であるときの超音波探触子１Ａの姿勢を基準（０°）とし、図９（ｂ）に示す鋼片ＢＬの側面の形状が変形した状態（菱形）であるときの超音波探触子１Ａの姿勢の前記基準からの傾き角を意味する。
【００６６】
この傾き角θＡは、超音波探触子１Ａが配置されている鋼片ＢＬの側面Ｂ１の傾きと同等であるため、例えば、形状測定工程Ｓ１０において測定した鋼片ＢＬの側面Ｂ１の傾き（近似直線Ｌ１）の傾きから算出することが可能である。また、２次元ＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いて鋼片ＢＬの長手方向から超音波探触子１Ａを撮像し、この撮像画像から超音波探触子１Ａの傾きを算出して傾き角θＡとすることも可能である。他の超音波探触子１Ｂ〜１Ｄの傾き角についても同様である。
【００６７】
また、超音波探触子１Ａの中心が鋼片ＢＬと接する点ＯＡ（ＸＯＡ，ＺＯＡ）の座標については、例えば、以下のようにして算出可能である。本実施形態のように、倣いローラ６を具備する構成の場合、図９に示す倣いローラ６が鋼片ＢＬと接する接点６１から、超音波探触子１Ａの中心が鋼片ＢＬと接する点ＯＡ（ＸＯＡ，ＺＯＡ）に向かう相対ベクトルは、倣いローラ６とシュー５との配置関係から一意に決まる。このため、倣いローラ６が鋼片ＢＬと接する接点６１の座標を算出できれば、点ＯＡ（ＸＯＡ，ＺＯＡ）を一意に算出可能である。接点６１の座標は、例えば、図９に示すように、形状測定結果から算出した近似直線Ｌ１から距離Ｗ（倣いローラ６とシュー５との配置関係から一意に決まる距離）だけ離れた直線Ｌ１’と、形状測定結果から算出した近似直線Ｌ２との交点として算出可能である。
或いは、傾き角θＡと同様に、鋼片ＢＬの長手方向から超音波探触子１Ａ（シュー５）を撮像した撮像画像に基づき、点ＯＡ（ＸＯＡ，ＺＯＡ）の座標を算出してもよい。
他の超音波探触子１Ｂ〜１Ｄの中心が鋼片ＢＬと接する点の座標についても同様である。
【００６８】
第１実施形態に係る超音波探傷方法によれば、２次元画像生成工程Ｓ１２で生成した各２次元画像にきずが存在しているとしても、それらが同じきずである場合には、全体２次元画像生成工程Ｓ１３で生成した全体２次元画像には１つのきずしか存在しないことになる。したがい、全体３次元画像生成工程Ｓ１４で最終的に生成される全体３次元画像を用いて、きず検出・きず個数算出工程Ｓ１５できずの位置を正確に検出することができると共に、きずの個数を正確に算出することが可能である。
【００６９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。
第２実施形態に係る超音波探傷方法を実施するための超音波探傷装置の構成は、図３に示す超音波探傷装置１００と同じである。
第１実施形態に係る超音波探傷方法では、全体２次元画像生成工程Ｓ１３において、超音波探触子１毎の２次元画像を合成して、鋼片ＢＬの断面全体の２次元画像である全体２次元画像を先に生成した後、全体３次元画像生成工程Ｓ１４において、鋼片ＢＬの長手方向の複数の断面についての全体２次元画像を合成して、全体３次元画像を生成している。
これに対し、第２実施形態に係る超音波探傷方法では、超音波探触子１毎の２次元画像を鋼片ＢＬの長手方向の複数の断面について合成して３次元画像を先に生成した後、この超音波探触子１毎の３次元画像を合成して全体３次元画像を生成する点だけが、第１実施形態と異なる。以下、第２実施形態に係る超音波探傷方法について、主に第１実施形態と異なる点を具体的に説明する。
【００７０】
図１０は、第２実施形態に係る超音波探傷方法の概略工程を示すフロー図である。図１０に示すように、第２実施形態に係る超音波探傷方法は、探傷工程Ｓ２１、２次元画像生成工程Ｓ２２、３次元画像生成工程Ｓ２３及び全体３次元画像生成工程Ｓ２４を含む。また、第２実施形態に係る超音波探傷方法も、好ましい方法として、形状測定工程Ｓ２０及びきず検出・きず個数算出工程Ｓ２５を含む。形状測定工程Ｓ２０は必ずしも実行しなくてもよい。
第２実施形態に係る超音波探傷方法の形状測定工程Ｓ２０、探傷工程Ｓ２１、２次元画像生成工程Ｓ２２及びきず検出・きず個数算出工程Ｓ２５は、それぞれ第１実施形態に係る超音波探傷方法の形状測定工程Ｓ１０、探傷工程Ｓ１１、２次元画像生成工程Ｓ１２及びきず検出・きず個数算出工程Ｓ１５と同じ内容であるため、説明を省略し、以下では、３次元画像生成工程Ｓ２３及び全体３次元画像生成工程Ｓ２４について説明する。
【００７１】
３次元画像生成工程Ｓ２３では、制御・信号処理装置２が、２次元画像生成工程Ｓ２２において生成された鋼片ＢＬの長手方向の複数の断面についての２次元画像を合成して、超音波探触子１毎に鋼片ＢＬの３次元画像を生成する。具体的には、制御・信号処理装置２は、速度計３で測定した鋼片ＢＬの搬送速度に基づき、鋼片ＢＬの長手方向に所定のピッチ（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍピッチなど）で超音波探触子１毎の２次元画像を生成し、この所定のピッチで生成された超音波探触子１毎の２次元画像を合成して、３次元画像を生成する。
【００７２】
全体３次元画像生成工程Ｓ２４では、制御・信号処理装置２が、３次元画像生成工程Ｓ２３において生成された超音波探触子１毎の３次元画像を合成して、鋼片ＢＬ全体の３次元画像である全体３次元画像を生成する。
具体的には、全体３次元画像生成工程Ｓ２４では、制御・信号処理装置２が、超音波探触子１毎の３次元画像の重複探傷領域内に位置する所定の基準位置（第２実施形態でも、鋼片ＢＬの中心位置）が全て一致するように３次元画像を合成することで、全体３次元画像を生成する。
【００７３】
図１１は、全体３次元画像生成工程Ｓ２４の具体的手順を説明する説明図である。
図１１（ａ）に示すように、超音波探触子１Ａについて生成される３次元画像は、超音波探触子１Ａの探傷領域ＡＡ（図５（ａ）参照）内に存在する鋼片ＢＬの断面を含んでいるため、鋼片ＢＬの形状・寸法や、鋼片ＢＬと超音波探触子１Ａとの位置関係に基づき、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃ１を含んでいる。
図示は省略するが、超音波探触子１Ｂについて生成される３次元画像は、鋼片ＢＬの形状・寸法や、鋼片ＢＬと超音波探触子１Ｂとの位置関係に基づき、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃ２を含んでいる。また、超音波探触子１Ｃについて生成される３次元画像は、鋼片ＢＬの形状・寸法や、鋼片ＢＬと超音波探触子１Ｃとの位置関係に基づき、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃ３を含んでいる。さらに、超音波探触子１Ｄについて生成される３次元画像は、鋼片ＢＬの形状・寸法や、鋼片ＢＬと超音波探触子１Ｄとの位置関係に基づき、幾何学的に算出される鋼片ＢＬの中心位置Ｃ４を含んでいる。
第１実施形態に係る超音波探傷方法の全体２次元画像生成工程Ｓ１３と同様に、全体３次元画像生成工程Ｓ２４では、制御・信号処理装置２が、超音波探触子１毎の３次元画像の重複探傷領域内に位置する所定の基準位置（鋼片ＢＬの中心位置Ｃ１〜Ｃ４）が全て一致するように、各３次元画像を回転・平行移動させて各３次元画像を合成することで、図１１（ｂ）に示すような全体３次元画像を生成する。
【００７４】
第２実施形態に係る超音波探傷方法によれば、３次元画像生成工程Ｓ２３で生成した各３次元画像にきずが存在しているとしても、それらが同じきずである場合には、全体３次元画像生成工程Ｓ２４で生成した全体３次元画像には１つのきずしか存在しないことになる。したがい、全体３次元画像を用いて、きず検出・きず個数算出工程Ｓ２５できずの個数を正確に算出することが可能である。
【００７５】
なお、以上に説明した第１、第２実施形態に係る超音波探傷方法では、被探傷材が断面略矩形の鋼片である場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、断面略円形の材料（鋼片、棒鋼、線材）など、種々の被探傷材に適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ・・・アレイ型超音波探触子
２・・・制御・信号処理装置
３・・・速度計
４・・・形状測定装置
１００・・・超音波探傷装置
ＢＬ・・鋼片
【図１】
2019132663.tif 000012
【図２】
2019132663.tif 000013
【図３】
2019132663.tif 000014
【図４】
2019132663.tif 000015
【図５】
2019132663.tif 000016
【図６】
2019132663.tif 000017
【図７】
2019132663.tif 000018
【図８】
2019132663.tif 000019
【図９】
2019132663.tif 000020
【図１０】
2019132663.tif 000021
【図１１】
2019132663.tif 000022