(57)【要約】【課題】手探傷において探触子が被検査体の表面上のどの位置で浮いた場合でも確実に探触子の位置を検出することができる超音波探傷装置を提供する。【解決手段】作業員Ｍが把持した超音波探触子２を被検査体１の表面１ａに沿って移動させて被検査体１の表面１ａの各移動位置における被検査体１内の探傷を行う超音波探傷装置において、被検査体１の表面１ａに沿って位置する超音波探触子２に付したマーカー２１を一対のカメラ４Ａ，４Ｂで撮影し、撮影画像のずれに基づいて三角測量で検出したマーカー１の位置と、当該位置における探傷信号の強度をモニター画面３１上に表示する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子を被検査体の表面に沿って移動させて前記被検査体の表面の各移動位置における被検査体内の探傷を行う超音波探傷装置において、前記被検査体の表面に沿って位置する前記超音波探触子の位置を三角測量で検出する位置検出手段と、前記検出された位置と当該位置における探傷信号の強度を前記被検査体の表面に対応する二次元画面上に表示する表示手段とを備える超音波探傷装置。
【請求項２】
前記超音波探触子にはマーカーが付設されており、前記位置検出手段は一対のカメラを備えて、各カメラで撮影した前記マーカーの画像のずれに基づいて三角測量で前記マーカーの位置を検出するように設定されている請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記位置検出手段は、前記被検査体の表面を含む三次元空間内で前記マーカーの位置を検出するように設定されている請求項２に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記表示手段は、前記被検査体の表面を所定の大きさの格子で分割した格子領域を形成して、前記格子領域の各格子内の各位置で検出された探傷信号のうち最も強度の大きい値を当該各格子に表示するように設定されている請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記表示手段は、前記最も強度の大きい値に応じた色又は濃淡を選択して前記格子を着色するように設定されている請求項４に記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記表示手段は、前記超音波探触子が前記被検査体の表面から離れる等によって探傷が行われなかった前記格子についてこれを着色しないように設定されている請求項４又は５に記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記格子は四角形状であり、その一辺の長さが１〜５０ｍｍである請求項４ないし６のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記超音波探触子は作業者が把持して使用されるものである請求項１ないし７のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波探傷装置に関し、いわゆる手探傷を行う超音波探傷装置において、特に手探傷における被検査体の走査済み領域と未走査領域とを作業者に分かりやすく可視化することで、手探傷における未走査領域の発生を未然に防止するものである。
【背景技術】
【０００２】
手探傷は、超音波探触子（以下、単に探触子という）を検査員が把持して被検査体の表面に沿って移動させることによって被検査体内の探傷を行うもので、ビレット等の大型の被検査体を簡便に検査することができる。この際に探触子が被検査体の表面のどこに位置しているかを正確に検出する必要があり、例えば引用文献１では、探触子に回転体を設け、被検査体を移動させた際に被検査体の表面上を転動する上記回転体の回転量を検出することによって超音波探触子の移動位置を決定するようにした超音波探傷装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２２５２７４
【特許文献２】特開平９−１５９６５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の探傷装置では探触子を被検査体の表面から浮かせると回転体が回転しないため探触子の移動位置を正確に決定できない。特にビレット等の被検査体の表面に凹凸やうねりがあると、往々にして検査員が把持する探触子が被検査体表面から浮いて移動位置の検出に誤差を生じやすいという問題があった。そこで、例えば特許文献２では、磁気センサを内蔵させた探触子を磁気スケールに沿って移動させることによって探触子が被検査体表面から浮いても正確に探触子の位置を測定できるようにした超音波探傷装置が提案されている。しかし、特許文献２に記載の従来装置では一次元方向での移動位置しか測定できないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、手探傷において探触子が被検査体の表面上のどの位置で浮いた場合でも確実に探触子の位置を検出することができる超音波探傷装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために本第１発明では、超音波探触子（２）を被検査体（１）の表面（１ａ）に沿って移動させて前記被検査体（１）の表面（１ａ）の各移動位置における被検査体（１）内の探傷を行う超音波探傷装置において、前記被検査体（１）の表面（１ａ）に沿って位置する前記超音波探触子（２）の位置を三角測量で検出する位置検出手段（３６）と、前記検出された位置と当該位置における探傷信号の強度を前記被検査体（１）の表面（１ａ）に対応する二次元画面上に表示する表示手段（３１）とを備える。
【０００７】
本第１発明においては、超音波探傷装置の位置を三角測量で検出しているから、探触子を移動させる際に被検査体の表面上から浮いて当該表面から離間した場合でも確実に探触子の位置を検出することができる。
【０００８】
本第２発明では、前記超音波探触子（２）にはマーカー（２１）が付設されており、前記位置検出手段（３６）は一対のカメラ（４Ａ，４Ｂ）を備えて、各カメラ（４Ａ，４Ｂ）で撮影した前記マーカー（２１）の画像のずれに基づいて三角測量で前記マーカー（２１）の位置を検出するように設定されている。
【０００９】
本第２発明においては、カメラ画像のずれによって超音波探触子に付したマーカーの位置を容易に検出することができる。
【００１０】
本第３発明では、前記位置検出手段（３６）は、前記被検査体（１）の表面（１ａ）を含む三次元空間内で前記マーカー（２１）の位置を検出するように設定されている。
【００１１】
本第３発明においては、カメラで認識される平面に対して被検査体の表面が傾斜している場合でもマーカーの位置を正確に検出することができる。
【００１２】
本第４発明では、前記表示手段（３１）は、前記被検査体（１）の表面（１ａ）を所定の大きさの格子で分割した格子領域（Ｇ）を形成して、前記格子領域（Ｇ）の各格子内の各位置で検出された探傷信号のうち最も強度の大きい値を当該各格子に表示するように設定されている。
【００１３】
本第４発明においては、欠陥が検出された位置や超音波探触子が移動時に被検査体表面から浮いて探傷がなされなかった位置を容易に確認することができる。
【００１４】
本第５発明では、前記表示手段（３１）は前記最も強度の大きい値に応じた色又は濃淡を選択して前記格子を着色するように設定されている。なお、ここで「着色」とは必ずしも色彩を付与することを意味するものではなく、所定の明度のみを付与するものも含む。
【００１５】
本第５発明においては、欠陥が検出された位置や超音波探触子が移動時に被検査体表面から浮いて探傷がなされなかった位置をさらに容易に確認することができる。
【００１６】
本第６発明では、前記表示手段（３１）は、前記超音波探触子（２）が前記被検査体（１）の表面から離れる等によって探傷が行われなかった格子についてこれを着色しないように設定されている。
【００１７】
本第６発明においては、表面研磨等によって除去する必要のある表面疵等が生じている位置（格子）を容易に特定することができる。
【００１８】
本第７発明では、前記格子は四角形状であり、その一辺の長さが１〜５０ｍｍである。
【００１９】
本第７発明によれば、作業者が探触子を把持して被検査体の上面に沿って走査する範囲をより正確に把握することができる。
【００２０】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明の超音波探傷装置によれば、手探傷において探触子が被検査体の表面上のどの位置で浮いて当該表面上から離間した場合でも確実に探触子の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態を示す、超音波探傷装置の全体斜視図、および被検査体上での超音波探触子の走査方向を示す図である。
【図２】演算装置内で形成される格子領域の概念的斜視図である。
【図３】格子領域を形成した効果を説明する概念図である。
【図４】演算装置内での処理を示すフローチャートである。
【図５】探傷時のＡスコープ受信信号の波形図である。
【図６】モニター画面の表示の一例を示す正面図である。
【図７】モニター画面の表示の他の例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００２４】
図１（１）には超音波探傷装置の全体構成を示す。図１（１）において、探傷の対象となる被検査体１は本実施形態では略直方体のビレットである。作業員Ｍが手で公知の探触子を把持して被検査体１の上面に沿ってその平面内で、図１の矢印で示すように通常は被検査体１の幅方向へ探触子２を往復移動させつつ被検査体１の長手方向へ移動させて走査する。そして各移動位置にて探触子２から下方の被検査体１内へ超音波が出力され、その反射波が探触子２で受信されて、受信信号が探触子２から探傷器本体へ送られる。なお、探触子２には位置検出用のマーカー２１が付着されている。なお、図１（２）には、図１（１）の被検査体１上での探触子２の往復移動方向すなわち走査方向を拡大して示す。
【００２５】
演算装置を含む探傷器本体３６は矩形の筐体３内に収容されており、当該筐体３の検査員Ｍに面する側面にはモニタ画面３１が設けられている。筐体３はその頂面から上方へ延びる支柱３２がホイストクレーン装置３３に連結されて、被検査体１の上方をその長手方向へ延びる天井レール３４に沿って移動可能となっている。検査員Ｍは筐体３に設けた取手３５を掴んで筐体３を被検査体１の長手方向の適当位置へ移動させることができる。
【００２６】
支柱３２の途中には複数（本実施形態では一対）のカメラ４Ａ，４Ｂが被検査体１に向けて設置されている。探触子２のマーカー２１が各カメラ４Ａ，４Ｂで撮影され、その画像のずれを元にして本実施形態では三角測量の原理でマーカー２１までの距離（すなわち探触子２までの距離）が演算される。
【００２７】
ここで、本実施形態では探傷器本体３６の演算装置内で後述するように、図２に示すような、被検査体１の上面（表面）が位置する範囲をカバーするように三次元の格子領域Ｇが設定される。なお、格子の段数や各格子の大きさは、必要とされる位置測定精度に応じて適宜設定されるが、格子は四角形状とし、その一辺の長さを１〜５０ｍｍとすることで、作業者が探触子を把持して被検査体１の上面に沿って走査する範囲をより正確に把握できるようになり、最適化される。ここで、三次元の格子領域を設定したのは、カメラ４Ａ，４Ｂが認識している平面（図１のｘ−ｙ面）と被検査体１の表面の傾きが一致しないことがあるためである。
【００２８】
これを図３（１）で説明する。カメラ４Ａ，４Ｂが認識している平面（ｘ−ｙ面、すなわちモニタ画面３１に表示される面）に対して被検査体１の表面１ａがθの角度を有していると、上記表面１ａ上で探触子２を距離Ｌだけ移動させても、カメラ４Ａ，４Ｂで測定される移動距離は濃色の格子領域に対応したＬ´（＝Ｌ・cosθ）と実際より短くなってしまう。
【００２９】
これに対して本実施形態では、図３（２）に示すように、カメラ４Ａ，４Ｂが認識している平面に対して被検査体１の表面１ａが傾斜していても、ｚ軸方向を含めた三次元の格子領域Ｇで移動距離を測定するため、実際の移動距離Ｌに近い濃色の格子領域に対応した移動距離Ｌ´を得ることができる。そして、移動距離Ｌ´を座標回転によってカメラ４Ａ，４Ｂが認識している平面に移すことによって、モニタ画面３１上に探触子２の移動位置（移動量）を正確に示すことが可能になる。なお、図３の格子の大きさは理解を容易にするために過大に描いてある。
【００３０】
図４には超音波探傷装置で探傷を行う場合の操作およびこれに応じた演算装置内での処理を示す。最初に探触子２を被検査体１の探傷開始位置に置く（ステップ１０１）。この探傷開始位置はビレットの場合には例えば図１の上面左端中央である。続いて筐体３に設けられた図略の開始ボタンを押すと（ステップ１０２）、既述のように演算装置内で上記探傷開始位置を原点とする三次元の格子領域Ｇ（図２）が設定される（ステップ１０３）。
【００３１】
続いて探触子２のマーカー２１の座標を取得するとともに（ステップ１０４）、当該座標位置において探触子２から被検査体１内へ超音波を出力して、この時のＡスコープ受信信号を得る（ステップ１０５）。Ａスコープ受信信号の一例を図５に示す。
【００３２】
図５において、Ａスコープ受信信号には探傷ゲートＲ１と底面ゲートＲ２が設定されている。底面ゲートＲ２内の波高値が閾値Ｔｈ以上である場合には十分な底面エコーがあった、すなわち超音波が十分な大きさで被検査体１内へ出力されたものとされる。一方、底面ゲートＲ２の波高値が閾値Ｔｈを下回った場合には探触子２が被検出体１の表面から離れる等によって超音波が十分な大きさで被検査体１内へ出力されなかったものとされる。
【００３３】
一方、探傷ゲートＲ１内の波高値Ｈmaxは、被検査体１内に欠陥が無い場合には小さく（図５（１））、欠陥がある場合には大きくなる（図５（２））。本実施形態では後述するように波高値Ｈmaxの大きさに応じて異なる色を選択してモニタ画面３１に表示するようにしている。
【００３４】
すなわち、ステップ１０６で、底面ゲートＲ２内の波高値が閾値Ｔｈ以上である場合にはステップ１０７以下の処理へ進み、底面ゲートＲ２内の波高値が閾値Ｔｈに達しない場合には、ステップ１０８でＡスコープ受信信号を破棄してこの時の探傷結果を無視する。
【００３５】
ステップ１０７では上記マーカー２１の座標に相当する格子を選択し、続くステップ１０９では探傷ゲート内の最大値Ｈmaxを取得する。ステップ１１０では上記格子が既に着色されているか確認し、着色されていない場合には最大値Ｈmaxの大きさに応じて予め定められた色を選択してモニタ画面３１上の上記格子を当該色で着色する（ステップ１１１，１１２）。そして、ステップ１１３で格子とＡスコープ受信信号を関連付けて保存する。ステップ１１４では筐体に設けられた図略の終了ボタンが押されたか確認して、押されていれば処理を完了し、押されていなければステップ１０４以下の処理へ戻る。
【００３６】
上記ステップ１１０で格子が既に着色されている場合には、その着色に応じた最大値Ｈmaxの値とステップ１０９で取得した新たな最大値Ｈmaxの値を比較して（ステップ１１５）、新たな最大値Ｈmaxの方が大きければこの時の格子の着色と当該格子に関連付けられたＡスコープ受信信号を破棄して（ステップ１１６）、ステップ１１１以下の処理を行う。上記ステップ１１５で新たな最大値Ｈmaxが格子に既に設定されている値に等しいか小さければステップ１０８へ進む。
【００３７】
このようにして探触子２の移動位置に対応した格子が着色されたモニタ画面３１の表示一例を図６に示す。実際には各格子の着色は、探傷ゲートＲ１内の最大値Ｈmaxの値に応じて青系から赤系へ変化しているが、図６には着色の明度のみを示す。各格子の位置は前述のように確実に探触子２の移動位置を示すものになっており、図６で着色されず白抜きで残っている格子はこの位置で探触子２が被検出体１の表面から離れる等によって探傷がされなかったことを示している。なお、被検査体１の表面に疵等がある個所では探触子２で探傷することができない上に、その疵は表面研磨等によって除去する必要がある。そこで、白抜きで残っている格子から表面疵の位置を特定することができるから有用である。そして、着色された格子のうち薄色の格子はこの位置で被検査体１内に欠陥が生じていないことを示し、濃色の格子はこの位置で被検査体１内に欠陥が生じていることを示している。なお、他の実施形態として、図７（１）に示すように、色彩を付与せず白黒の濃淡のみでモニタ画面３１上に表示するようにしても良い。
【００３８】
被検査体たるビレットの長さがカメラの撮影範囲を越えた場合には、筐体を天井レールに沿って適当距離移動させ、この時の移動距離分だけｘ座標をオフセットさせれば良い。
【００３９】
カメラ４Ａ，４Ｂが認識している平面と被検査体１の表面１ａが常に一致している場合には三次元の格子領域Ｇを設定する必要はなく、二次元の格子領域を設定すれば良い。
上記実施形態では各格子内の探傷信号のうち最も強度の大きい値に応じた色を選択して当該格子内を着色するようにしたが、図７（２）に示すような色彩あるいは濃淡に対応した数値を直接表示するようにしても良い。また、必ずしも格子状の表示を採用する必要はない。
【符号の説明】
【００４０】
１…被検査体、１ａ…上面（表面）、２…超音波探触子、２１…マーカー、３１…モニタ画面（表示手段）、３６…探傷器本体（位置検出手段）、Ｇ…格子領域、Ｍ…作業員。
【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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