(57)【要約】【課題】被探傷材の予め定めた基準方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを高精度に検出可能な超音波探傷方法を提供する。【解決手段】無指向性人工きずを設けて形成した第１試験材を準備する工程と、一次元アレイ型超音波探触子１を用いて第１試験材を探傷することで複数の第１試験材探傷データを生成し、該生成した複数の第１試験材探傷データに基づき無指向性人工きずデータを生成する工程と、無指向性人工きずデータに基づき補正係数を算出する工程と、超音波探触子１を用いて被探傷材Ｐ１を探傷することで被探傷材探傷データを生成する工程と、被探傷材探傷データに前記算出した補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の被探傷材探傷データを生成する工程と、補正後の被探傷材探傷データを用いて被探傷材の傾斜きずを検出する工程とを含む。【選択図】図１
2019086288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被探傷材の予め定めた基準方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する超音波探傷方法であって、
前記被探傷材と同等の材料に無指向性人工きずを設けて形成した第１試験材を準備する準備工程と、
前記第１試験材を探傷することで、第１試験材探傷データを生成する第１試験材探傷データ生成工程と、
前記生成した第１試験材探傷データに基づき、無指向性人工きずデータを生成する無指向性人工きずデータ生成工程と、
前記生成した無指向性人工きずデータに基づき、補正係数を算出する補正係数算出工程と、
前記被探傷材を探傷することで、被探傷材探傷データを生成する被探傷材探傷データ生成工程と、
前記生成した被探傷材探傷データに前記算出した補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の被探傷材探傷データを生成する補正工程と、
前記補正後の被探傷材探傷データを用いて前記被探傷材の傾斜きずを検出する傾斜きず検出工程と、
を含むことを特徴とする超音波探傷方法。  
【請求項２】
前記超音波探傷方法は、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置して前記被探傷材の互いに略直交する２方向に沿って相対移動させ、前記超音波探触子から前記被探傷材に対して超音波を送信し、前記超音波探触子が前記被探傷材からエコーを受信して得られる探傷信号に基づき、前記傾斜きずを検出する超音波探傷方法であって、
前記準備工程で準備する前記第１試験材は、前記被探傷材と材質及び断面寸法が同等であり、
前記準備工程で前記第１試験材に設けられる無指向性人工きずは、その周縁の接線方向と前記第１試験材の前記基準方向との成す角度が、少なくとも前記傾斜きず検出工程で検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角までの範囲で連続的に変化するきずであり、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置して前記第１試験材の前記互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷することで、前記第１試験材についての探傷信号から得られる前記第１試験材探傷データを生成し、
前記無指向性人工きずデータ生成工程において、前記生成した第１試験材探傷データに基づき、前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の強度に関わる前記無指向性人工きずデータを生成し、
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置して前記被探傷材の前記互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷することで、前記被探傷材についての探傷信号から得られる前記被探傷材探傷データを生成する、
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３】
前記準備工程において、前記無指向性人工きずを設けた前記第１試験材に前記被探傷材の検出対象とする傾斜きずを模擬したノッチを更に設け、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記ノッチを更に設けた前記第１試験材を探傷することで、前記ノッチの探傷信号から得られるノッチ探傷データを生成し、
前記生成したノッチ探傷データに基づき、前記被探傷材探傷データ生成工程における前記超音波探触子の探傷感度を設定するか、又は、前記傾斜きず検出工程における前記傾斜きずを検出するためのしきい値を設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
前記準備工程において、前記被探傷材と材質及び断面寸法が同等の材料に前記被探傷材の検出対象とする傾斜きずを模擬したノッチを設けて形成した第２試験材を準備し、
前記超音波探触子を前記第２試験材の外面に対向配置して前記第２試験材の前記互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて前記第２試験材を探傷することで、前記第２試験材についての探傷信号から得られる第２試験材探傷データを生成する第２試験材探傷データ生成工程を更に含み、
前記生成した第２試験材探傷データに基づき、前記被探傷材探傷データ生成工程における前記超音波探触子の探傷感度を設定するか、又は、前記傾斜きず検出工程における前記傾斜きずを検出するためのしきい値を設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷方法。
【請求項５】
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記第１試験材の断面についての探傷信号に信号処理を施すことで、前記第１試験材探傷データとして、前記第１試験材の断面についての複数の第１試験材断面画像を生成し、
前記無指向性人工きずデータ生成工程において、前記生成した複数の第１試験材断面画像を合成することで、前記無指向性人工きずデータとして、無指向性人工きず画像を生成し、
前記補正係数算出工程において、前記生成した無指向性人工きず画像における前記無指向性人工きずに対応する合成きず画素領域内の各画素の濃度に補正係数を用いた補正を施した場合に前記合成きず画素領域内の各画素の濃度が互いに同等となる前記補正係数を、前記合成きず画素領域内の各画素毎に算出し、
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記被探傷材の断面についての探傷信号に信号処理を施すことで、前記被探傷材探傷データとして、前記被探傷材の断面についての被探傷材断面画像を生成し、
前記補正工程において、前記被探傷材断面画像における前記合成きず画素領域に対応する補正画素領域内の各画素の濃度に、前記算出した各画素の補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の被探傷材断面画像を生成し、
前記傾斜きず検出工程において、前記補正後の被探傷材断面画像を用いて前記被探傷材の傾斜きずを検出する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波探傷方法。
【請求項６】
前記補正係数算出工程において、前記合成きず画素領域内の画素の最大濃度をＡとし、前記合成きず画素領域内の各画素の濃度をＢとすると、以下の式（１）に基づき、前記合成きず画素領域内の各画素毎に補正係数Ｘを算出し、
前記補正工程において、前記補正画素領域内の各画素の濃度をＣとすると、以下の式（２）に基づき、補正後の各画素の濃度Ｄを算出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波探傷方法。
Ｘ＝２０・ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）  ・・・（１）
Ｄ＝Ｃ・１０（Ｘ／２０）  ・・・（２）
【請求項７】
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記第１試験材探傷データとして、所定の探傷条件毎に前記第１試験材の断面についての探傷信号の最大強度を生成し、
前記無指向性人工きずデータ生成工程において、前記生成した所定の探傷条件毎の最大強度に基づき、前記無指向性人工きずデータとして、前記所定の各探傷条件と前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度との対応関係を生成し、
前記補正係数算出工程において、前記生成した対応関係における前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度に補正係数を用いた補正を施した場合に前記各最大強度が互いに同等となる前記補正係数を、前記各探傷条件毎に算出し、
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記被探傷材探傷データとして、所定の探傷条件での前記被探傷材の断面についての探傷信号の最大強度を生成し、
前記補正工程において、前記所定の探傷条件での前記被探傷材の断面についての探傷信号の最大強度に、前記算出した当該所定の探傷条件の補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の探傷信号の最大強度を生成し、
前記傾斜きず検出工程において、前記補正後の探傷信号の最大強度を用いて前記被探傷材の傾斜きずを検出する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波探傷方法。
【請求項８】
前記補正係数算出工程において、前記対応関係における前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度の最大値をＡとし、前記対応関係における前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度をＢとすると、以下の式（１）に基づき、前記各探傷条件毎に補正係数Ｘを算出し、
前記補正工程において、前記所定の探傷条件での前記被探傷材の断面についての探傷信号の最大強度をＣとすると、当該所定の探傷条件の補正係数Ｘを用いて、以下の式（２）に基づき、補正後の探傷信号の最大強度Ｄを算出する、
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波探傷方法。
Ｘ＝２０・ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）  ・・・（１）
Ｄ＝Ｃ・１０（Ｘ／２０）  ・・・（２）
【請求項９】
前記被探傷材及び前記第１試験材は、断面略円形であり、
前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の軸方向であり、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷し、
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する、
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の超音波探傷方法。
【請求項１０】
前記被探傷材及び前記第１試験材は、平面視矩形の板材であり、
前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の長手方向であり、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷し、
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する、
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の超音波探傷方法。
【請求項１１】
前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の径方向に延びる断面略円形の穴である、
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波探傷方法。
【請求項１２】
前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の厚み方向に延びる断面略円形の穴である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波探傷方法。
【請求項１３】
前記被探傷材及び前記第１試験材は、断面略円形であり、
前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の径方向であり、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷し、
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する、
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の超音波探傷方法。
【請求項１４】
前記被探傷材及び前記第１試験材は、平面視矩形の板材であり、
前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の厚み方向であり、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷し、
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する、
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の超音波探傷方法。
【請求項１５】
前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の軸方向に延びる断面略円形の穴である、
ことを特徴とする請求項１３に記載の超音波探傷方法。
【請求項１６】
前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の長手方向に延びる断面略円形の穴である、
ことを特徴とする請求項１４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、一次元アレイ型超音波探触子等の超音波探触子を用いて、管など断面略円形の被探傷材や、平面視矩形の板材である被探傷材を超音波探傷する方法に関する。特に、本発明は、断面略円形の被探傷材の軸方向など、予め定めた基準方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを高精度に検出可能な超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の振動子が一列に配列された一次元アレイ型超音波探触子を用いた超音波探傷方法として、複数の振動子が被探傷材からエコーを受信して得られる探傷信号に信号処理を施すことで、被探傷材の一次元アレイ型超音波探触子に対向する方向の断面についての探傷信号の２次元画像である断面画像を生成し、該断面画像を用いてきずを検出する超音波探傷方法が知られている。この断面画像の生成方法としては、例えば、開口合成法、ゾーンフォーカス法、ダイナミックデプスフォーカス法等が知られている。この断面画像では、探傷信号の強度（振幅）が画素の濃度として表され、探傷信号の強度が大きいほど画素の濃度が高いのが一般的である。
【０００３】
一方、特許文献１には、一次元アレイ型超音波探触子（特許文献１では、フェイズドアレイ探触子）が具備する各振動子（特許文献１では、エレメント）からの超音波の送受信を制御し、傾斜きずを検出する超音波探傷方法が提案されている。
傾斜きずを精度良く検出するため、特許文献１に記載の超音波探傷方法に上記の開口合成法等の断面画像生成方法を適用することが考えられる。具体的には、例えば、被探傷材が断面略円形であり、被探傷材の軸方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する場合には、一次元アレイ型超音波探触子が具備する複数の振動子の配列方向が被探傷材の軸方向に沿うように一次元アレイ型超音波探触子を被探傷材の外面に対向配置した状態で、複数の振動子から被探傷材に対して超音波を送信し、複数の振動子が被探傷材からエコーを受信して得られる探傷信号に信号処理を施すことで、被探傷材の断面についての探傷信号の断面画像を生成し、該断面画像を用いて被探傷材の傾斜きずを検出することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、傾斜きずの傾斜角（傾斜きずの延びる方向と被探傷材の予め定めた基準方向との成す角度）に応じて傾斜きずからのエコーが最大強度となる超音波の伝搬経路が異なることや、一次元アレイ型超音波探触子の指向性に起因して、送信した超音波の波面の広がり方向（振動子の配列方向）のエネルギーが不均一であること等の理由により、互いに同じ寸法（長さ、幅、深さ）の傾斜きずであっても、傾斜きずの傾斜角や、一次元アレイ型超音波探触子と傾斜きずとの位置関係に応じて、傾斜きずからのエコー強度が異なり、断面画像における傾斜きずに対応するきず画素領域の濃度が異なることが分かった。これは、前述した例のように、被探傷材が断面略円形であり、被探傷材の軸方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する場合に限らず、被探傷材が断面略円形であり、被探傷材の径方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する場合も同様である。また、被探傷材が平面視矩形の板材であり、被探傷材の長手方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する場合や、被探傷材が平面視矩形の板材であり、被探傷材の厚み方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する場合も同様である。
被探傷材の品質保証においては、きずの有害度（きずの寸法）に応じて被探傷材の良否判定を行うことが求められる場合も多いが、上記のように、傾斜きずの寸法が互いに同じであるにも関わらず、傾斜きずの傾斜角等に応じて、傾斜きずからのエコー強度が異なったり、きず画素領域の濃度が異なると、傾斜きずを検出するために探傷信号に設定する強度のしきい値や、断面画像に設定する濃度のしきい値を適切に設定することが困難となる。
【０００５】
断面画像におけるきず画素領域の濃度の不均一を補正する方法として、例えば、特許文献２に記載の方法が提案されている。
特許文献２に記載の方法は、振動子配列方向に沿った複数の位置に人工きずを設けた対比試験片を探傷して断面画像を生成し、この断面画像における各人工きずに対応する画素の濃度を用いて補間演算することで、振動子配列方向のきず画素濃度分布を推定し、推定したきず画素濃度分布から補正係数分布を取得する。そして、実際の被探傷材について得られた断面画像を、取得した補正係数分布を用いて補正する方法である。
【０００６】
特許文献２に記載の方法を断面画像を用いた傾斜きずの超音波探傷に適用する場合、少なくとも検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角までの範囲でそれぞれが異なる傾斜角を有する複数の人工きずを設ける必要がある。設けることが可能な人工きずの傾斜角は有限であるため、人工きずを設けていない傾斜角については補間演算をせざるを得ない。しかしながら、本発明者らが検討したところ、傾斜きずの傾斜角に応じたきず画素領域の濃度変化の傾向は予め予想することが困難であるため、補間演算を精度良く行うことも困難である。傾斜角の異なる多数の人工きずを設けることも考えられるが、キャリブレーションに要する時間の増大や、人工きずを設けるコストの増加等を考えると、現実的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２２８６４０号公報
【特許文献２】特開２０１４−５５８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、一次元アレイ型超音波探触子等の超音波探触子を用いて、被探傷材の予め定めた基準方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを高精度に検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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、被探傷材の予め定めた基準方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する超音波探傷方法であって、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）準備工程：前記被探傷材と同等の材料に無指向性人工きずを設けて形成した第１試験材を準備する。
（２）第１試験材探傷データ生成工程：前記第１試験材を探傷することで、第１試験材探傷データを生成する。
（３）無指向性人工きずデータ生成工程：前記生成した第１試験材探傷データに基づき、無指向性人工きずデータを生成する。
（４）補正係数算出工程：前記生成した無指向性人工きずデータに基づき、補正係数を算出する。
（５）被探傷材探傷データ生成工程：前記被探傷材を探傷することで、被探傷材探傷データを生成する。
（６）補正工程：前記生成した被探傷材探傷データに前記算出した補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の被探傷材探傷データを生成する。
（７）傾斜きず検出工程：前記補正後の被探傷材探傷データを用いて前記被探傷材の傾斜きずを検出する。
【００１０】
具体的には、本発明に係る超音波探傷方法は、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置して前記被探傷材の互いに略直交する２方向に沿って相対移動させ、前記超音波探触子から前記被探傷材に対して超音波を送信し、前記超音波探触子が前記被探傷材からエコーを受信して得られる探傷信号に基づき、前記傾斜きずを検出する超音波探傷方法である。
前記準備工程で準備する前記第１試験材は、前記被探傷材と材質及び断面寸法が同等である。
前記準備工程で前記第１試験材に設けられる無指向性人工きずは、その周縁の接線方向と前記第１試験材の前記基準方向との成す角度が、少なくとも前記傾斜きず検出工程で検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角までの範囲で連続的に変化するきずである。
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置して前記第１試験材の前記互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷することで、前記第１試験材についての探傷信号から得られる前記第１試験材探傷データを生成する。
前記無指向性人工きずデータ生成工程において、前記生成した第１試験材探傷データに基づき、前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の強度に関わる前記無指向性人工きずデータを生成する。
前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置して前記被探傷材の前記互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷することで、前記被探傷材についての探傷信号から得られる前記被探傷材探傷データを生成する。
【００１１】
本発明によれば、準備工程において、被探傷材と材質及び断面寸法が同等の材料に無指向性人工きずを設けて形成した第１試験材を準備する。この無指向性人工きずは、その周縁の接線方向と第１試験材の基準方向との成す角度が、少なくとも傾斜きず検出工程で検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角までの範囲で連続的に変化するきずである。好ましくは、最大傾斜角よりも十分に大きい範囲で連続的に変化するきずとされる。このため、第１試験材探傷データ生成工程において、超音波探触子で第１試験材を探傷すると、単一の無指向性人工きずであっても、少なくとも検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角までの範囲でそれぞれが異なる傾斜角を有する複数の人工きずを設けて探傷した場合と同等の第１試験材探傷データが得られることになる。
【００１２】
次いで、本発明によれば、無指向性人工きずデータ生成工程において、第１試験材探傷データに基づき無指向性人工きずデータを生成し、補正係数算出工程において、生成した無指向性人工きずデータに基づき、補正係数を算出する。すなわち、この補正係数は、それぞれが異なる傾斜角を有する複数の人工きずを設けて探傷した場合と同等の第１試験材探傷データを用いて算出されるため、被探傷材探傷データ生成工程において被探傷材についての探傷信号から生成した被探傷材探傷データに対して、補正工程において前記補正係数を用いた補正を施せば、傾斜きずの傾斜角に関わらず、傾斜きずが互いに同じ寸法であれば、同等の探傷信号の強度を有する被探傷材探傷データに補正できることが期待できる。
したがい、傾斜きず検出工程において、補正後の被探傷材探傷データを用いて被探傷材の傾斜きずを検出する際、しきい値を適切に設定することが可能である。
【００１３】
以上のように、本発明によれば、超音波探触子を用いて、被探傷材の予め定めた基準方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを高精度に検出可能である。
なお、本発明の第１試験材探傷データ生成工程では、被探傷材を探傷する際と同等の探傷条件で第１試験材を探傷することが好ましいが、この探傷条件には、以下のような内容を含む。
（１）超音波探触子と材料（被探傷材、第１試験材）の外面との離間距離や、材料の基準方向（軸方向など）から見た超音波の屈折角など、超音波探触子と材料との配置関係。
（２）超音波探触子が具備する各振動子の制御方法（各振動子の超音波の送受信タイミングの制御など）。
（３）探傷信号の２次元画像である断面画像を生成する場合には、開口合成法、ゾーンフォーカス法、ダイナミックデプスフォーカス法など、断面画像生成方法の種類。
本発明では、第１試験材探傷データ生成工程において、上記のような探傷条件を被探傷材を探傷する際と同等にして第１試験材を探傷し、第１試験材探傷データを生成することにより、補正の精度を高めることが可能である。
なお、本発明における「傾斜きず」には、傾斜角が０°のきず（すなわち、被探傷材の基準方向に対して平行に延びるきず）も含まれる。
【００１４】
ここで、本発明者らが検討した結果によれば、無指向性人工きずとしての断面略円形の穴を探傷する場合に必要となる超音波探触子の探傷感度（探傷信号の増幅度）と、被探傷材の検出対象とする実際の傾斜きずを探傷する場合に必要となる超音波探触子の探傷感度とは、大きな差があることが分かった。具体的には、断面略円形の穴と実際の傾斜きずとについて同等の強度の探傷信号を得るには、実際の傾斜きずを探傷する場合の超音波探触子の探傷感度を無指向性人工きずを探傷する場合の超音波探触子の探傷感度よりも小さくする必要のあることが分かった。或いは、探傷感度を同等に設定する場合には、実際の傾斜きずを検出するためのしきい値を無指向性人工きずを検出するためのしきい値よりも高める必要のあることが分かった。
したがい、仮に、第１試験材探傷データ生成工程において第１試験材を探傷する（無指向性人工きずを探傷する）際の探傷感度と同じ探傷感度に設定した超音波探触子を用いて、被探傷材探傷データ生成工程において被探傷材を探傷すると、検出する必要のない浅い傾斜きずや傾斜きず以外のノイズを過検出してしまうおそれがある。傾斜きず検出工程において無指向性人工きずを検出するためのしきい値で傾斜きずを検出する場合にも、同様に過検出が生じるおそれがある。
【００１５】
上記のような過検出のおそれを低減するには、前記準備工程において、前記無指向性人工きずを設けた前記第１試験材に前記被探傷材の検出対象とする傾斜きずを模擬したノッチを更に設け、前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記ノッチを更に設けた前記第１試験材を探傷することで、前記ノッチの探傷信号から得られるノッチ探傷データを生成し、前記生成したノッチ探傷データに基づき、前記被探傷材探傷データ生成工程における前記超音波探触子の探傷感度を設定するか、又は、前記傾斜きず検出工程における前記傾斜きずを検出するためのしきい値を設定することが好ましい。
【００１６】
上記の好ましい方法によれば、第１試験材に、無指向性人工きずを設けることに加えて傾斜きずを模擬したノッチを設け、この第１試験材を探傷することでノッチの探傷信号から得られるノッチ探傷データを用いて、超音波探触子の探傷感度を設定するか、又は傾斜きずを検出するためのしきい値を設定するため、過検出のおそれを低減可能である。
【００１７】
なお、上記の好ましい方法では、第１試験材に無指向性人工きず及び傾斜きずを模擬したノッチを設けているが、これに限るものではなく、無指向性人工きずを設けた第１試験材とは別にノッチを設けた第２試験材を用意し、この第２試験材を用いて超音波探触子の探傷感度を設定したり、傾斜きずを検出するためのしきい値を設定することも可能である。
すなわち、前記準備工程において、前記被探傷材と材質及び断面寸法が同等の材料に前記被探傷材の検出対象とする傾斜きずを模擬したノッチを設けて形成した第２試験材を準備し、前記超音波探触子を前記第２試験材の外面に対向配置して前記第２試験材の前記互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて前記第２試験材を探傷することで、前記第２試験材についての探傷信号から得られる第２試験材探傷データを生成する第２試験材探傷データ生成工程を更に含み、前記生成した第２試験材探傷データに基づき、前記被探傷材探傷データ生成工程における前記超音波探触子の探傷感度を設定するか、又は、前記傾斜きず検出工程における前記傾斜きずを検出するためのしきい値を設定することも可能である。
【００１８】
本発明に係る超音波探傷方法において、探傷信号から得られる断面画像を用いて傾斜きずを検出する場合には、前述の各工程を以下のような手順にすることが好ましい。
すなわち、前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記第１試験材の断面についての探傷信号に信号処理を施すことで、前記第１試験材探傷データとして、前記第１試験材の断面についての複数の第１試験材断面画像を生成する。
また、前記無指向性人工きずデータ生成工程において、前記生成した複数の第１試験材断面画像を合成することで、前記無指向性人工きずデータとして、無指向性人工きず画像を生成する。
また、前記補正係数算出工程において、前記生成した無指向性人工きず画像における前記無指向性人工きずに対応する合成きず画素領域内の各画素の濃度に補正係数を用いた補正を施した場合に前記合成きず画素領域内の各画素の濃度が互いに同等となる前記補正係数を、前記合成きず画素領域内の各画素毎に算出する。
また、前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記被探傷材の断面についての探傷信号に信号処理を施すことで、前記被探傷材探傷データとして、前記被探傷材の断面についての被探傷材断面画像を生成する。
また、前記補正工程において、前記被探傷材断面画像における前記合成きず画素領域に対応する補正画素領域内の各画素の濃度に、前記算出した各画素の補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の被探傷材断面画像を生成する。
さらに、前記傾斜きず検出工程において、前記補正後の被探傷材断面画像を用いて前記被探傷材の傾斜きずを検出する。
【００１９】
上記の好ましい方法によれば、前記第１試験材探傷データ生成工程において、超音波探触子で第１試験材を探傷して第１試験材の断面についての複数の第１試験材断面画像を生成すると、単一の無指向性人工きずであっても、少なくとも検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角までの範囲でそれぞれが異なる傾斜角を有する複数の人工きずを設けて探傷した場合と同等の断面画像が得られることになる。また、各第１試験材断面画像は、被探傷材を探傷する場合と同様に、超音波探触子を第１試験材の互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて第１試験材を探傷することで生成される。このため、各第１試験材断面画像における無指向性人工きずに対応するきず画素領域の位置も変化し、無指向性人工きずデータ生成工程において、各第１試験材断面画像を合成（例えば、各第１試験材断面画像内の対応する各画素の濃度を加算する処理）して生成される無指向性人工きず画像には、特許文献２のように複数の異なる位置に互いに同じ寸法の人工きずを設けて探傷する場合と同様に、超音波探触子と無指向性人工きずとの位置関係を変更して探傷した場合のきず画素領域（各第１試験材断面画像のきず画素領域が合成された合成きず画素領域）が含まれることになる。
【００２０】
次いで、上記の好ましい方法によれば、補正係数算出工程において、無指向性人工きず画像における無指向性人工きずに対応する合成きず画素領域内の各画素の濃度に補正係数を用いた補正を施した場合に合成きず画素領域内の各画素の濃度が互いに同等となる補正係数を、合成きず画素領域内の各画素毎に算出する。すなわち、この補正係数を用いて合成きず画素領域内の各画素の濃度を補正すれば、種々の傾斜角を有する人工きず（無指向性人工きず）であっても、また、超音波探触子と無指向性人工きずとの位置関係に関わらず、互いに同じ無指向性人工きずであれば、合成きず画素領域内の各画素が同等の濃度になることになる。
【００２１】
そして、上記の好ましい方法によれば、被探傷材探傷データ生成工程において、超音波探触子を被探傷材の互いに略直交する２方向に沿って相対移動させて被探傷材を探傷することで、被探傷材の断面についての被探傷材断面画像を生成し、補正工程において、被探傷材断面画像における合成きず画素領域に対応する補正画素領域内の各画素の濃度に、補正係数算出工程で算出した各画素の補正係数を用いて補正を施す。このため、補正後の被探傷材断面画像における補正画素領域内に傾斜きずに対応する画素領域が存在した場合、この傾斜きずの傾斜角に関わらず、また、超音波探触子と傾斜きずとの位置関係に関わらず（補正後の被探傷材断面画像における傾斜きずに対応する画素領域の位置に関わらず）、傾斜きずが互いに同じ寸法であれば、同等の濃度になることが期待できる。
したがい、傾斜きず検出工程において、補正後の被探傷材断面画像を用いて被探傷材の傾斜きずを検出する際、補正後の被探傷材断面画像に設定する濃度のしきい値を適切に設定することが可能である。
【００２２】
上記の好ましい方法において、更に好ましくは、前記補正係数算出工程において、前記合成きず画素領域内の画素の最大濃度をＡとし、前記合成きず画素領域内の各画素の濃度をＢとすると、以下の式（１）に基づき、前記合成きず画素領域内の各画素毎に補正係数Ｘを算出し、前記補正工程において、前記補正画素領域内の各画素の濃度をＣとすると、以下の式（２）に基づき、補正後の各画素の濃度Ｄを算出する。
Ｘ＝２０・ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）  ・・・（１）
Ｄ＝Ｃ・１０（Ｘ／２０）  ・・・（２）
【００２３】
上記の更に好ましい方法によれば、例えば、合成きず画素領域内にある一の画素の濃度Ｂが最大濃度Ａに等しい（すなわち、Ｂ＝Ａである）場合、式（１）により、補正係数Ｘ＝０となり、式（２）により、Ｄ＝Ｃとなる。すなわち、補正画素領域内の当該一の画素に対応する画素の濃度は補正前後で変化しないことになる。一方、合成きず画素領域内にある他の画素の濃度Ｂが最大濃度Ａの１／１０である（すなわち、Ｂ＝０．１Ａである）場合、式（１）により、補正係数Ｘ＝２０となり、式（２）により、Ｄ＝１０・Ｃとなる。すなわち、補正前の濃度を１０倍にする補正が施されることになる。換言すれば、合成きず画素領域内にある画素の濃度を全て最大濃度Ａに統一するような補正が、被探傷材断面画像における補正画素領域内の各画素に施されることになる。このため、被探傷材に存在する傾斜きずが互いに同じ寸法であれば、補正画素領域内の当該傾斜きずに対応する画素領域の濃度が同等になり、精度良く傾斜きずを検出可能になることが期待できる。
【００２４】
本発明に係る超音波探傷方法において、探傷信号から得られる断面画像を用いずに、探傷信号そのものを用いて傾斜きずを検出する場合には、前述の各工程を以下のような手順にすることが好ましい。
すなわち、前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記第１試験材探傷データとして、所定の探傷条件毎に前記第１試験材の断面についての探傷信号の最大強度を生成する。
また、前記無指向性人工きずデータ生成工程において、前記生成した所定の探傷条件毎の最大強度に基づき、前記無指向性人工きずデータとして、前記所定の各探傷条件と前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度との対応関係を生成する。
また、前記補正係数算出工程において、前記生成した対応関係における前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度に補正係数を用いた補正を施した場合に前記各最大強度が互いに同等となる前記補正係数を、前記各探傷条件毎に算出する。
また、前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記被探傷材探傷データとして、所定の探傷条件での前記被探傷材の断面についての探傷信号の最大強度を生成する。
また、前記補正工程において、前記所定の探傷条件での前記被探傷材の断面についての探傷信号の最大強度に、前記算出した当該所定の探傷条件の補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の探傷信号の最大強度を生成する。
さらに、前記傾斜きず検出工程において、前記補正後の探傷信号の最大強度を用いて前記被探傷材の傾斜きずを検出する。
【００２５】
上記の好ましい方法によれば、補正工程において、所定の探傷条件での被探傷材の断面についての探傷信号の最大強度に、当該所定の探傷条件の補正係数を用いて補正を施すことで、傾斜きずの傾斜角に関わらず、傾斜きずが互いに同じ寸法であれば、同等の探傷信号の最大強度になることが期待できる。
したがい、傾斜きず検出工程において、補正後の探傷信号の最大強度を用いて被探傷材の傾斜きずを検出する際、補正後の最大強度に設定する強度のしきい値を適切に設定することが可能である。
なお、上記の好ましい方法において、第１試験材探傷データ生成工程で「所定の探傷条件毎に前記第１試験材の断面についての探傷信号の最大強度を生成する」際の所定の探傷条件としては、超音波探触子が一次元アレイ型超音波探触子であり、この一次元アレイ型超音波探触子をセクタースキャンする際の超音波の波面の偏向角を例示できる。
【００２６】
上記の好ましい方法において、更に好ましくは、前記補正係数算出工程において、前記対応関係における前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度の最大値をＡとし、前記対応関係における前記無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度をＢとすると、以下の式（１）に基づき、前記各探傷条件毎に補正係数Ｘを算出し、前記補正工程において、前記所定の探傷条件での前記被探傷材の断面についての探傷信号の最大強度をＣとすると、当該所定の探傷条件の補正係数Ｘを用いて、以下の式（２）に基づき、補正後の探傷信号の最大強度Ｄを算出する。
Ｘ＝２０・ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）  ・・・（１）
Ｄ＝Ｃ・１０（Ｘ／２０）  ・・・（２）
【００２７】
上記の更に好ましい方法によれば、被探傷材に存在する傾斜きずが互いに同じ寸法であれば、補正後の探傷信号の最大強度が同等になり、精度良く傾斜きずを検出可能になることが期待できる。
【００２８】
本発明に係る超音波探傷方法を断面略円形の被探傷材に適用し、被探傷材の軸方向に対して傾斜した傾斜きずを検出する場合、前述の各工程を以下のような手順にすることが好ましい。
すなわち、前記被探傷材及び前記第１試験材は、断面略円形であり、前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の軸方向である場合、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷する。
また、前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する。
【００２９】
そして、上記の好ましい方法において、前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の径方向（第１試験材が管である場合は肉厚方向）に延びる断面略円形の穴であることが更に好ましい。
【００３０】
断面略円形の穴は、その周縁の接線方向が３６０°連続的に変化する。このため、傾斜きず検出工程で検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角が如何なる値であろうとも、断面略円形の穴の周縁の接線方向と第１試験材の基準方向（軸方向）との成す角度は、傾斜きず検出工程で検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角までの範囲で連続的に変化することになる。断面略円形の穴は、容易に加工できる点で、第１試験材に設ける無指向性人工きずとして好ましい。
【００３１】
また、本発明に係る超音波探傷方法を平面視矩形の板材である被探傷材に適用し、被探傷材の長手方向に対して傾斜した傾斜きずを検出する場合、前述の各工程を以下のような手順にすることが好ましい。
すなわち、前記被探傷材及び前記第１試験材は、平面視矩形の板材であり、前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の長手方向である場合、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷する。
また、前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する。
【００３２】
そして、上記の好ましい方法において、前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の厚み方向に延びる断面略円形の穴であることが更に好ましい。
【００３３】
また、本発明に係る超音波探傷方法を断面略円形の被探傷材に適用し、被探傷材の径方向に対して傾斜した傾斜きずを検出する場合、前述の各工程を以下のような手順にすることが好ましい。
すなわち、前記被探傷材及び前記第１試験材は、断面略円形であり、前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の径方向である場合、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷する。
また、前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する。
【００３４】
そして、上記の好ましい方法において、前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の軸方向に延びる断面略円形の穴であることが更に好ましい。
【００３５】
さらに、本発明に係る超音波探傷方法を平面視矩形の板材である被探傷材に適用し、被探傷材の厚み方向に対して傾斜した傾斜きずを検出する場合、前述の各工程を以下のような手順にすることが好ましい。
すなわち、前記被探傷材及び前記第１試験材は、平面視矩形の板材であり、前記基準方向は、前記被探傷材及び前記第１試験材の厚み方向である場合、
前記第１試験材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記第１試験材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記第１試験材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記第１試験材を探傷する。
また、前記被探傷材探傷データ生成工程において、前記超音波探触子を前記被探傷材の外面に対向配置した状態で、前記超音波探触子を前記被探傷材の長手方向及び短手方向に沿って相対移動させて前記被探傷材を探傷する。
【００３６】
そして、上記の好ましい方法において、前記無指向性人工きずは、前記第１試験材の長手方向に延びる断面略円形の穴であることが更に好ましい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、一次元アレイ型超音波探触子等の超音波探触子を用いて、被探傷材の予め定めた基準方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを高精度に検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波探傷方法に用いる超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】評価試験において、内面に設けた各傾斜きずを探傷した際に生成された断面画像の例を示す。
【図３】図２に示す各断面画像における傾斜きずに対応するきず画素領域Ｆ内の画素の最大濃度と、傾斜きずの傾斜角θとの関係を示す図である。
【図４】第１試験材探傷データ生成工程における複数の第１試験材断面画像生成手順を説明する説明図である。
【図５】第１試験材探傷データ生成工程で生成する複数の第１試験材断面画像の例を示す。
【図６】無指向性人工きず画像の例を示す。
【図７】補正係数算出工程の手順を説明する説明図である。
【図８】補正工程の手順を説明する説明図である。
【図９】第１実施形態に係る超音波探傷方法による補正の効果を確認する試験の条件及び方法を説明する説明図である。
【図１０】図９に示す試験の結果を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る超音波探傷方法による補正の効果を確認する試験の条件及び方法、並びに第１試験材探傷データ生成工程の結果の例を示す図である。
【図１２】図１１に示す試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。第１実施形態では、探傷信号から得られる断面画像を用いて傾斜きずを検出する場合について、第２実施形態では、探傷信号から得られる断面画像を用いずに、探傷信号そのものを用いて傾斜きずを検出する場合について、それぞれ説明する。
【００４０】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係る超音波探傷方法に用いる超音波探傷装置の構成について説明する。
［第１実施形態に係る超音波探傷装置の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波探傷方法に用いる超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。図１では、被探傷材及び第１試験材が断面略円形の管であり、軸方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する（基準方向が被探傷材及び第１試験材の軸方向である）場合を例に挙げて図示している。図１（ａ）は管の軸方向から見た図を、図１（ｂ）は管の軸方向に略直交する方向から見た斜視正面図を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、一列に配列された複数の振動子１０を具備する一次元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・信号処理手段２とを備えている。
【００４１】
超音波探触子１は、複数の振動子１０の配列方向が被探傷材Ｐ１の軸方向（図１のＸ方向）に沿うように、被探傷材Ｐ１の外面に対向配置される。具体的には、超音波探触子１は、例えば、被探傷材Ｐ１と共に、水などの接触媒質が溜められた槽内に配置される。これにより、超音波探触子１が具備する各振動子１０から送信された超音波は、接触媒質を介して被探傷材Ｐ１に入射され、被探傷材Ｐ１からのエコーは、接触媒質を介して各振動子１０に受信される。
【００４２】
超音波探触子１は、適宜の駆動機構（図示せず）によって、被探傷材Ｐ１の軸方向及び周方向に沿って相対移動し、これにより、被探傷材Ｐ１の全面が探傷される。具体的には、超音波探触子１は、例えば、一軸ステージに取り付けられており、一軸ステージが駆動することによって、被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って移動する。一方、被探傷材Ｐ１は、例えば、被探傷材Ｐ１の下方に配置された回転ローラによって支持され、回転ローラが回転することによって周方向に回転する。超音波探触子１が被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って移動すると共に、被探傷材Ｐ１が周方向に回転することにより、超音波探触子１の探傷範囲は被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って螺旋状に移動することになる。この際、超音波探触子１の移動速度及び被探傷材Ｐ１の回転速度は、螺旋状に移動する超音波探触子１の探傷範囲が被探傷材Ｐ１の外面全体をカバーできるように（未探傷領域が生じないように）設定され、これにより被探傷材Ｐ１の全面を探傷可能とされている。
なお、上記の例では、超音波探触子１が被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って移動し、被探傷材Ｐ１が周方向に回転する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、超音波探触子１が被探傷材Ｐ１の周方向に沿って回転し、被探傷材Ｐ１が軸方向に移動する態様や、超音波探触子１の位置を固定し、被探傷材Ｐ１が周方向に回転しながら軸方向に移動する態様や、被探傷材Ｐ１の位置を固定し、超音波探触子１が被探傷材Ｐ１の周方向に沿って回転しながら被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って移動する態様など、超音波探触子１が被探傷材Ｐ１に対して被探傷材Ｐ１の軸方向及び周方向に沿って相対移動する限りにおいて、種々の態様を採用可能である。
【００４３】
制御・信号処理手段２は、超音波探触子１が具備する各振動子１０からの超音波の送受信を制御すると共に、各振動子１０が被探傷材Ｐ１からエコーを受信して得られる探傷信号に信号処理を施すことで、被探傷材Ｐ１の断面についての探傷信号の断面画像（例えば、開口合成像）を生成し、該断面画像を用いて被探傷材Ｐ１の軸方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する。
【００４４】
制御・信号処理手段２は、一次元アレイ型超音波探触子を用いた一般的な超音波探傷装置でも慣用されている、超音波を送受信する振動子１０の選択・切り替えを行う（一度に使用する振動子１０の選択・切り替えを行う）スイッチング回路や、選択された振動子１０から超音波を送信させるためのパルサー、選択された振動子１０に被探傷材Ｐ１からのエコーを受信させるためのレシーバー、レシーバーから出力される探傷信号を増幅する増幅器、増幅器から出力された探傷信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器など、一般的な超音波探傷装置と同様の公知の構成要素を具備する。また、制御・信号処理手段２は、パルサー、レシーバー及びＡ／Ｄ変換器に接続された汎用のパーソナルコンピュータを具備する。このパーソナルコンピュータには、Ａ／Ｄ変換器からデジタルデータが入力されると共に、パルサー及びレシーバーを制御（各振動子１０の超音波の送受信タイミングの制御など）したり、入力されたデジタルデータを２次元画像化する演算（開口合成演算など）を行うための所定のプログラムがインストールされている。また、このパーソナルコンピュータは、２次元画像である断面画像を表示するためのモニターを具備する。
【００４５】
なお、第１実施形態に係る超音波探傷装置１００では、図１に示すように、超音波探触子１の被探傷材Ｐ１に対向する側と反対側に超音波の仮想集束点Ｃが位置するように、制御・信号処理手段２によって各振動子１０の送信タイミングが制御されることで、超音波探触子１から被探傷材Ｐ１に対して扇形の波面の超音波が一度に送信される場合を例に挙げる。また、制御・信号処理手段２が行う２次元画像化の手法が開口合成法である場合を例に挙げる。
【００４６】
以上に説明した構成を有する超音波探傷装置１００を用いて、第１実施形態に係る超音波探傷方法は実行される。以下、第１実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。
【００４７】
［第１実施形態に係る超音波探傷方法の内容］
最初に、超音波探傷装置１００を用いて、傾斜角度の異なる複数の傾斜きずを探傷して得られた断面画像を、補正せずにそのまま評価した結果について説明する。
被探傷材Ｐ１（外径：１９３．７ｍｍ、肉厚：１２．７ｍｍの管）の内面及び外面に、傾斜きずとして、傾斜角θ＝０°、１５°、３０°、４５°のノッチ（長さ：１２．７ｍｍ、深さ：被探傷材Ｐ１の肉厚の５％）を設け、超音波探傷装置１００を用いて、静止した状態の被探傷材Ｐ１の各傾斜きずを探傷し、断面画像（開口合成像）を生成した。
【００４８】
図２は、上記の評価試験において、内面に設けた各傾斜きずを探傷した際に生成された断面画像の例を示す。図２（ａ）は傾斜角θ＝０°の傾斜きずを探傷した際に生成された断面画像を、図２（ｂ）は傾斜角θ＝１５°の傾斜きずを探傷した際に生成された断面画像を、図２（ｃ）は傾斜角θ＝３０°の傾斜きずを探傷した際に生成された断面画像を、図２（ｄ）は傾斜角θ＝４５°の傾斜きずを探傷した際に生成された断面画像を示す。各断面画像の横軸は被探傷材Ｐ１の軸方向位置を、縦軸は被探傷材Ｐ１の肉厚方向位置を示す。なお、図２に示す断面画像は、実際には、制御・信号処理手段２が具備するモニターにおいて、各画素の濃度に応じて異なる色が付されて表示されている。本明細書に添付の図２はモノクロ表示であるため分かり難いが、傾斜きずに対応するきず画素領域Ｆ内の画素の濃度は他の画素領域内の画素の濃度に比べて高くなっており、その高い濃度に対応する色が色付けされている。後述の図５、図６、図７、図８についても同様である。
図３は、図２に示す各断面画像における傾斜きずに対応するきず画素領域Ｆ内の画素の最大濃度と、傾斜きずの傾斜角θとの関係を示す図である。図３の縦軸であるきず画素領域Ｆ内の画素の最大濃度は、傾斜きずの傾斜角θ＝０°の場合の最大濃度を基準にして、ｄＢ単位に換算している。なお、図３には、外面に設けた各傾斜きずを探傷した場合の同様の結果についても図示している。
【００４９】
図３に示すように、互いに同じ寸法の傾斜きずであっても、傾斜きずの傾斜角θに応じて、断面画像における傾斜きずに対応するきず画素領域Ｆの濃度が異なることが分かる。また、傾斜きずの傾斜角θに応じたきず画素領域Ｆの濃度変化の傾向は予め予想することが困難であることが分かる。したがい、傾斜きずを検出するために断面画像に設定する濃度のしきい値を適切に設定することが困難である。
このため、第１実施形態に係る超音波探傷方法では、傾斜きずが互いに同じ寸法であれば、断面画像におけるきず画素領域が同等の濃度になるように、以下に説明する工程を含むことを特徴としている。
【００５０】
第１実施形態に係る超音波探傷方法は、少なくとも、準備工程と、第１試験材探傷データ生成工程と、無指向性人工きずデータ生成工程と、補正係数算出工程と、被探傷材探傷データ生成工程と、補正工程と、傾斜きず検出工程と、を含む。以下、各工程について、順次説明する。
【００５１】
（準備工程）
準備工程では、被探傷材Ｐ１と材質及び断面寸法（外径、内径）が同等の材料に無指向性人工きずを設けて形成した管である第１試験材を準備する。この第１試験材に設けられる無指向性人工きずは、その周縁の接線方向と第１試験材の基準方向（軸方向）との成す角度が、少なくとも後述の傾斜きず検出工程で検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角θｍａｘまでの範囲で連続的に変化するきずである。より具体的には、超音波探触子１を用いて第１試験材を探傷する際に、きずに入射する超音波の波面に直交する方向から見たきずの周縁が、その接線方向が上記のように変化するきずである。例えば、傾斜きずの最大傾斜角θｍａｘ（絶対値）が４５°であるとすれば、準備工程では、無指向性人工きずの周縁の接線方向と第１試験材の基準方向（軸方向）との成す角度θｆが、少なくとも−４５°≦θｆ≦４５°の範囲で連続的に変化するようなきずを設けることを意味する。
【００５２】
上記のような無指向性人工きずとしては、例えば、第１試験材の径方向（肉厚方向）に延びる断面略円形の穴が好適に用いられる。断面略円形の穴は、その周縁の接線方向が３６０°連続的に変化する。このため、後述の傾斜きず検出工程で検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角θｍａｘが如何なる値であろうとも、断面略円形の穴の周縁の接線方向と第１試験材の基準方向（軸方向）との成す角度は、最大傾斜角θｍａｘまでの範囲で連続的に変化することになる。断面略円形の穴は、容易に加工できる点で、第１試験材に設ける無指向性人工きずとして好ましい。ただし、本発明の準備工程で第１試験材に設ける無指向性人工きずは、これに限られるものではなく、断面略半円形の穴など、種々の人工きずを無指向性人工きずとして設けることが可能である。
【００５３】
なお、本実施形態では、好ましい方法として、準備工程において、無指向性人工きずを設けた第１試験材に被探傷材Ｐ１の検出対象とする傾斜きずを模擬したノッチを更に設ける。具体的には、例えば、第１試験材の無指向性人工きずを設けた部位とは別の部位に、検出対象とする傾斜きずの最大傾斜角θｍａｘの範囲の傾斜角θ（例えば、θ＝０°、４５°など）を有するノッチを少なくとも１つ設ける。
【００５４】
（第１試験材探傷データ生成工程）
図４は、第１試験材探傷データ生成工程における複数の第１試験材断面画像生成手順を説明する説明図である。図４は、超音波探触子１と第１試験材Ｐ２との対向方向（本実施形態では上下方向）から見た図である。
第１試験材探傷データ生成工程では、図４に示すように、超音波探触子１を第１試験材Ｐ２の外面に対向配置して第１試験材Ｐ２の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて第１試験材Ｐ２を探傷することで、第１試験材Ｐ２の断面についての探傷信号から得られる第１試験材探傷データとしての複数の第１試験材断面画像を生成する。具体的には、無指向性人工きず（本実施形態では、第１試験材Ｐ２の内面から肉厚方向に延びる断面略円形の穴）に対応するきず画素領域が何れの断面画像にも存在するように、超音波探触子１を第１試験材Ｐ２の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて第１試験材Ｐ２を探傷する。これにより、制御・信号処理手段２によって第１試験材Ｐ２の断面についての複数の２次元画像である第１試験材断面画像を生成する。すなわち、超音波探触子１の各相対移動位置において第１試験材断面画像を生成し、超音波探触子１の相対移動位置を順次変更することで複数の第１試験材断面画像を得る。
【００５５】
この際、第１試験材Ｐ２は、被探傷材Ｐ１を探傷する際と同等の探傷条件で探傷する。具体的には、超音波探触子１と第１試験材Ｐ２の外面との離間距離を、被探傷材Ｐ１を探傷する際の超音波探触子１と被探傷材Ｐ１の外面との離間距離と同等に設定する。また、第１試験材Ｐ２の軸方向から見た超音波の屈折角を、被探傷材Ｐ１を探傷する際の被探傷材Ｐ１の軸方向から見た超音波の屈折角（図１（ａ）に示す角度α）と同等に設定する。また、制御・信号処理手段２における各振動子１０の制御方法（各振動子１０の超音波の送受信タイミングの制御など）を同等にし、超音波探触子１から第１試験材Ｐ２に対して扇形の波面の超音波が一度に送信されるように設定する。さらに、被探傷材Ｐ１を探傷する際と同様に、制御・信号処理手段２において探傷信号を２次元画像化する手法として開口合成法を用いる。なお、開口合成法の具体的内容については、例えば、特開２０１４−５５８８５号公報に記載のような公知の方法を適用可能であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００５６】
ただし、第１試験材探傷データ生成工程で生成する第１試験材断面画像は、後述のように、合成して補正係数の算出に用いるものである。このため、各第１試験材断面画像における無指向性人工きずに対応するきず画素領域の位置が小さいピッチで変化するように、超音波探触子１を第１試験材Ｐ２の軸方向及び周方向に沿って相対移動させる速度を、被探傷材Ｐ１を探傷する際の速度よりも低速にすることが好ましい。或いは、超音波探触子１を第１試験材Ｐ２の軸方向及び周方向に沿って間欠的に（移動と停止とを繰り返すように）相対移動させる場合には、第１試験材断面画像を生成する停止位置のピッチを小さくすることが好ましい。
【００５７】
図５は、第１試験材探傷データ生成工程で生成する複数の第１試験材断面画像の例を示す。各第１試験材断面画像の横軸は第１試験材の軸方向位置を、縦軸は第１試験材の肉厚方向位置を示す。図５に示すように、各第１試験材断面画像は、超音波探触子１を第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて第１試験材を探傷することで生成されるため、各第１試験材断面画像における無指向性人工きずに対応するきず画素領域Ｆの位置も超音波探触子１の相対移動位置に応じて変化することになる。
【００５８】
本実施形態では、好ましい方法として、第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチを更に設けた第１試験材を探傷することで、ノッチの探傷信号から得られるノッチ探傷データを生成する。具体的には、無指向性人工きずの場合と同様に、超音波探触子１を第１試験材の外面に対向配置して第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて第１試験材を探傷することで、第１試験材に設けられたノッチの探傷信号から得られるノッチ探傷データとしての複数のノッチ断面画像を生成する。より具体的には、準備工程で設けた傾斜きずを模擬したノッチに対応する画素領域が何れの断面画像にも存在するように、超音波探触子１を第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて第１試験材を探傷する。これにより、制御・信号処理手段２によって第１試験材の断面についての複数の２次元画像であるノッチ断面画像を生成する。すなわち、超音波探触子１の各相対移動位置においてノッチ断面画像を生成し、超音波探触子１の相対移動位置を順次変更することで複数のノッチ断面画像を得る。
【００５９】
第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチ断面画像を生成する際、超音波探触子１の探傷感度を適宜変更し、各探傷感度で生成されたノッチ断面画像を比較することにより、ノッチを検出するのに適した探傷感度を特定する。或いは、超音波探触子１の探傷感度は一定のままとし、生成されたノッチ断面画像においてノッチを検出するのに適したしきい値を特定する。
【００６０】
（無指向性人工きずデータ生成工程）
無指向性人工きずデータ生成工程では、生成した複数の第１試験材探傷データに基づき、無指向性人工きずに対応する探傷信号の強度に関わる無指向性人工きずデータを生成する。具体的には、本実施形態では、制御・信号処理手段２によって図５に示すような複数の第１試験材断面画像を合成する（各第１試験材断面画像内の対応する各画素の濃度を加算する）ことで、図６に示すような無指向性人工きずデータとしての無指向性人工きず画像を生成する。無指向性人工きず画像の横軸は第１試験材の軸方向位置を、縦軸は第１試験材の肉厚方向位置を示す。図６に符号ＦＴで示す領域が、無指向性人工きず画像における無指向性人工きずに対応する合成きず画素領域である。合成きず画素領域ＦＴは、後述のように、補正係数の算出に用いるものであるため、無指向性人工きず画像の横軸方向にも縦軸方向にもできるだけ広がっていることが好ましい。合成きず画素領域ＦＴの横軸方向の広がりは、各第１試験材断面画像を生成する際の超音波探触子１の第１試験材の軸方向に沿った相対移動距離の範囲に応じて変化し、合成きず画素領域ＦＴの縦軸方向の広がりは、各第１試験材断面画像を生成する際の超音波探触子１の第１試験材の周方向に沿った相対移動距離の範囲に応じて変化する。したがい、無指向性人工きず画像における合成きず画素領域ＦＴが無指向性人工きず画像の横軸方向にも縦軸方向にもできるだけ広がるように、第１試験材の軸方向及び周方向に沿った超音波探触子１の相対移動距離の範囲を設定することが好ましい。
【００６１】
（補正係数算出工程）          
補正係数算出工程では、生成した無指向性人工きずデータ（無指向性人工きず画像）に基づき、補正係数を算出する。具体的には、無指向性人工きず画像における合成きず画素領域ＦＴ内の各画素の濃度に補正係数を用いた補正を施した場合に合成きず画素領域ＦＴ内の各画素の濃度が互いに同等となる前記補正係数を、制御・信号処理手段２が合成きず画素領域ＦＴ内の各画素毎に算出する。以下、より具体的に説明する。
【００６２】
図７は、補正係数算出工程の手順を説明する説明図である。図７（ａ）は無指向性人工きず画像の例を、図７（ｂ）は合成きず画素領域ＦＴを抽出した例を、図７（ｃ）は合成きず画素領域ＦＴ内の各画素の補正係数を画像で表示した例を示す。
図７に示すように、本実施形態の補正係数算出工程では、図７（ａ）に示す無指向性人工きず画像の各画素のうち、所定のしきい値を超える濃度を有する画素を合成きず画素領域ＦＴとして抽出し、残りの画素をノイズ成分として濃度を０にする（図７（ｂ））。なお、図７（ｂ）では、合成きず画素領域ＦＴ以外の画素（図７（ｂ）の上方に位置する画素）も抽出されているが、本例では、管の内面近傍が探傷範囲と予め設定されており、抽出された合成きず画素領域ＦＴ以外の画素は探傷範囲外であるため、補正係数算出には使用しない。
そして、本実施形態の補正係数算出工程では、抽出した合成きず画素領域ＦＴ内の画素の最大濃度をＡとし、合成きず画素領域ＦＴ内の各画素の濃度をＢとすると、以下の式（１）に基づき、合成きず画素領域ＦＴ内の各画素毎に補正係数Ｘを算出する。
Ｘ＝２０・ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）  ・・・（１）
【００６３】
図７（ｃ）は、上記の式（１）に基づき合成きず画素領域ＦＴ内の各画素毎に算出した補正係数Ｘを所定の換算式に従い各画素の濃度に換算して表示している。なお、探傷範囲（本例では管の内面近傍）内の画素であって且つ合成きず画素領域ＦＴ外の画素については、上記の式（１）で表わされる補正係数Ｘは算出せずに、後述の補正工程において補正後の濃度が全て０となるように補正する。
算出された補正係数Ｘは、制御・信号処理手段２に記憶される。
【００６４】
（被探傷材探傷データ生成工程）
被探傷材探傷データ生成工程では、超音波探触子１を被探傷材Ｐ１の外面に対向配置して被探傷材Ｐ１の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて被探傷材Ｐ１を探傷することで、制御・信号処理手段２によって被探傷材Ｐ１の断面についての探傷信号から得られる被探傷材探傷データを生成する。すなわち、本実施形態では、被探傷材Ｐ１の断面についての２次元画像である被探傷材断面画像を生成する。
前述の第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチを検出するのに適した探傷感度を特定した場合、被探傷材探傷データ生成工程では、超音波探触子１の探傷感度として、この特定した探傷感度を用いる。すなわち、第１試験材探傷データ生成工程で特定した探傷感度を設定した超音波探触子１で被探傷材Ｐ１を探傷する。
【００６５】
（補正工程）
補正工程では、生成した被探傷材探傷データ（被探傷材断面画像）に算出した補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の被探傷材探傷データ（被探傷材断面画像）を生成する。具体的には、制御・信号処理手段２によって、被探傷材Ｐ１の被探傷材断面画像における合成きず画素領域ＦＴに対応する補正画素領域内の各画素の濃度に、補正係数算出工程で算出した各画素の補正係数Ｘを用いて補正を施すことで、補正後の被探傷材断面画像を生成する。被探傷材Ｐ１の被探傷材断面画像は、超音波探触子１の相対移動に伴って逐次生成されるため、補正後の被探傷材断面画像も逐次生成されることになる。以下、補正工程について、より具体的に説明する。
【００６６】
図８は、補正工程の手順を説明する説明図である。図８（ａ）は被探傷材Ｐ１の被探傷材断面画像の例を、図８（ｂ）は補正後の被探傷材断面画像の例を示す。
本実施形態の補正工程では、図８（ａ）に示す被探傷材断面画像における補正画素領域（図７に示す合成きず画素領域ＦＴと同座標に位置する画素領域）内の各画素の濃度に、補正係数算出工程で算出され記憶されている各画素の補正係数を用いて制御・信号処理手段２が補正を施し、図８（ｂ）に示す補正後の被探傷材断面画像を生成する。本実施形態の補正工程では、補正画素領域内の各画素の濃度をＣとすると、以下の式（２）に基づき、補正後の各画素の濃度Ｄを算出する、
Ｄ＝Ｃ・１０（Ｘ／２０）  ・・・（２）
なお、実際には、制御・信号処理手段２は、補正画素領域内の各画素の濃度だけではなく、探傷範囲（本例では管の内面近傍）内の全ての画素の濃度に対して補正演算を行う。ただし、前述のように、探傷範囲内の画素であって且つ合成きず画素領域ＦＴ外の画素については、補正後の濃度が全て０となるように補正する。
また、上記の式（２）に基づき算出した補正後の濃度Ｄが、制御・信号処理手段２で設定可能な濃度の最大値（例えば、濃度を８ビットで表わす場合、最大値は２５５）を超える場合には、予め式（１）で算出する補正係数Ｘの値を一律に小さく設定（例えば、Ｘ−６などに設定）しておけばよい。
【００６７】
図８（ａ）に示すきずに対応するきず画素領域Ｆと、図８（ｂ）に示すきず画素領域Ｆとを比較すれば、補正によってきず画素領域Ｆ内の画素の濃度が変化していることが分かる。
【００６８】
（傾斜きず検出工程）
傾斜きず検出工程では、補正後の被探傷材探傷データを用いて被探傷材Ｐ１の傾斜きずを検出する。すなわち、図８（ｂ）に示すような補正後の被探傷材断面画像を用いて、制御・信号処理手段２が被探傷材Ｐ１の傾斜きずを検出する。具体的には、補正後の被探傷材断面画像を予め設定した所定のしきい値と比較し、所定のしきい値を超える濃度を有する画素を傾斜きずとして検出する。
前述の第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチを検出するのに適したしきい値を特定した場合、傾斜きず検出工程では、この特定したしきい値を用いる。
【００６９】
以上に説明した第１実施形態に係る超音波探傷方法によれば、準備工程において、被探傷材Ｐ１と材質及び断面寸法が同等の管に無指向性人工きずを設けて形成した第１試験材を準備し、第１試験材探傷データ生成工程において、超音波探触子１で第１試験材を探傷して第１試験材断面画像を生成する。このため、単一の無指向性人工きずであっても、それぞれが異なる傾斜角を有する複数の人工きずを設けて探傷した場合と同等の断面画像が得られることになる。また、各第１試験材断面画像は、被探傷材Ｐ１を探傷する場合と同様に、超音波探触子１を第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて第１試験材を探傷することで生成される。このため、各第１試験材断面画像におけるきず画素領域Ｆの位置も変化し、無指向性人工きずデータ生成工程において、各第１試験材断面画像を合成して生成される無指向性人工きず画像には、複数の位置に互いに同じ寸法の無指向性人工きずを設けて探傷する場合と同様に、超音波探触子１と無指向性人工きずとの位置関係を変更して探傷した場合のきず画素領域（合成きず画素領域ＦＴ）が含まれることになる。
【００７０】
次いで、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、補正係数算出工程において、無指向性人工きず画像における合成きず画素領域ＦＴ内の各画素の濃度に補正係数を用いた補正を施した場合に合成きず画素領域ＦＴ内の各画素の濃度が互いに同等となる補正係数を、合成きず画素領域ＦＴ内の各画素毎に算出する。すなわち、この補正係数を用いて合成きず画素領域ＦＴ内の各画素の濃度を補正すれば、種々の傾斜角を有する人工きず（無指向性人工きず）であっても、また、超音波探触子１と無指向性人工きずとの位置関係に関わらず、互いに同じ無指向性人工きずであれば、合成きず画素領域ＦＴ内の各画素が同等の濃度になることになる。
【００７１】
そして、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、被探傷材探傷データ生成工程において、超音波探触子１を被探傷材Ｐ１の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて被探傷材Ｐ１を探傷することで、被探傷材Ｐ１の断面についての被探傷材断面画像を生成し、補正工程において、被探傷材Ｐ１の断面についての被探傷材断面画像における合成きず画素領域ＦＴに対応する補正画素領域内の各画素の濃度に、補正係数算出工程で算出した各画素の補正係数を用いて補正を施す。このため、被探傷材Ｐ１の断面についての補正後の被探傷材断面画像における補正画素領域内に傾斜きずに対応する画素領域Ｆが存在した場合、この傾斜きずの傾斜角に関わらず、また、超音波探触子１と傾斜きずとの位置関係に関わらず（補正後の被探傷材断面画像におけるきず画素領域Ｆの位置に関わらず）、傾斜きずが互いに同じ寸法であれば、同等の濃度になることが期待できる。
したがい、傾斜きず検出工程において、補正後の被探傷材断面画像を用いて被探傷材Ｐ１の傾斜きずを検出する際、補正後の被探傷材断面画像に設定するしきい値を適切に設定することが可能である。
【００７２】
以上のように、第１実施形態に係る超音波探傷方法によれば、超音波探触子１によって得られる探傷信号の断面画像（補正工程における補正後の断面画像）を用いて、管の軸方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを高精度に検出可能である。
なお、本実施形態では、被探傷材Ｐ１及び第１試験材が管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、被探傷材Ｐ１及び第１試験材が断面略円形の棒材である場合にも適用可能である。
【００７３】
また、本実施形態では、断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する場合（基準方向が被探傷材Ｐ１の軸方向である場合）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、断面略円形の被探傷材Ｐ１の径方向（肉厚方向）に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出する場合（基準方向が被探傷材Ｐ１の径方向である場合）にも適用可能である。ただし、この場合には、超音波探触子１が具備する複数の振動子１０の配列方向が被探傷材Ｐ１や第１試験材の周方向に沿うように超音波探触子１を被探傷材Ｐ１や第１試験材の外面に対向配置した状態で探傷する必要がある。また、この場合に第１試験材に設ける無指向性人工きずは、第１試験材の軸方向に延びる断面略円形の穴とすることが好ましい。
【００７４】
また、超音波探傷装置１００は、断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜きずを検出可能であるものの、超音波探傷装置１００が検出可能な傾斜きずの傾斜角には実際には範囲が存在する。このため、超音波探触子１の配置方向（複数の振動子１０の配列方向）は、検出対象とする傾斜きずの傾斜角に基づいて設定される。本実施形態では、断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に対して傾斜した方向に延びる検出対象とする傾斜きずの傾斜角が、断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って配置された超音波探触子１を具備する超音波探傷装置１００の検出可能な範囲内である場合について説明したが、本発明はこれに限られることはない。すなわち、断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に対して傾斜した方向に延びる検出対象とする傾斜きずの傾斜角が、超音波探傷装置１００が検出可能な傾斜きずの傾斜角の範囲内である場合、超音波探触子１は断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って配置することが好ましい。一方、断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に対して傾斜した方向に延びる検出対象とする傾斜きずの傾斜角が、超音波探傷装置１００が検出可能な傾斜きずの傾斜角の範囲を超えている場合、超音波探触子１は周方向に沿って配置することが好ましい。具体的には、超音波探傷装置１００が検出可能な傾斜きずの傾斜角の範囲が±４５°の範囲であって、検出対象とする傾斜きずが断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に対して±４５°の範囲内で傾斜する場合、基準方向が被探傷材Ｐ１及び第１試験材の軸方向となり、超音波探触子１は断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に沿って配置される。一方、超音波探傷装置１００が検出可能な傾斜きずの傾斜角の範囲が±４５°の範囲であって、検出対象とする傾斜きずが断面略円形の被探傷材Ｐ１の軸方向に対して±４５°の範囲を超えて傾斜する場合（傾斜きずが断面略円形の被探傷材Ｐ１の周方向に対して±４５°の範囲で傾斜する場合）、基準方向が被探傷材Ｐ１及び第１試験材の周方向となり、超音波探触子１は断面略円形の被探傷材Ｐ１の周方向に沿って配置される。
【００７５】
さらに、本発明は、被探傷材Ｐ１及び第１試験材が断面略円形である場合に限るものではなく、被探傷材Ｐ１及び第１試験材が平面視矩形の板材である場合にも適用可能である。被探傷材Ｐ１及び第１試験材が平面視矩形の板材のとき、傾斜きずが被探傷材Ｐ１の長手方向に対して傾斜した方向に延びる場合（基準方向が被探傷材Ｐ１の長手方向である場合）には、超音波探触子１が具備する複数の振動子１０の配列方向が被探傷材Ｐ１や第１試験材の長手方向に沿うように超音波探触子１を被探傷材Ｐ１や第１試験材の外面に対向配置した状態で探傷することになる。また、傾斜きずが被探傷材Ｐ１の長手方向に対して傾斜した方向に延びる場合、第１試験材に設ける無指向性人工きずは、第１試験材の厚み方向に延びる断面略円形の穴とすることが好ましい。
一方、被探傷材Ｐ１及び第１試験材が平面視矩形の板材のとき、傾斜きずが被探傷材Ｐ１の厚み方向に対して傾斜した方向に延びる場合（基準方向が被探傷材Ｐ１の厚み方向である場合）には、超音波探触子１が具備する複数の振動子１０の配列方向が被探傷材Ｐ１や第１試験材の短手方向に沿うように超音波探触子１を被探傷材Ｐ１や第１試験材の外面に対向配置した状態で探傷することになる。また、傾斜きずが被探傷材Ｐ１の厚み方向に対して傾斜した方向に延びる場合、第１試験材に設ける無指向性人工きずは、第１試験材の長手方向に延びる断面略円形の穴とすることが好ましい。
【００７６】
以下、被探傷材Ｐ１及び第１試験材として平面視矩形の板材Ｓを用いて、第１実施形態に係る超音波探傷方法による補正の効果を確認する試験を行った結果について説明する。
図９は、試験の条件及び方法を説明する説明図である。図９に示すように、板材Ｓの底面側から厚み方向に延びる断面略円形の穴を設けて、これを無指向性人工きずとして用いた（本実施形態の準備工程に相当）。この無指向性人工きずを板材Ｓに対向配置した超音波探触子１を用いて探傷することにより、複数の第１試験材断面画像を生成し、これらを合成することで無指向性人工きず画像を生成した（本実施形態の第１試験材探傷データ生成工程及び無指向性人工きずデータ生成工程に相当）。次いで、生成した無指向性人工きず画像における合成きず画素領域内の各画素毎に、式（１）によって補正係数を算出した（本実施形態の補正係数算出工程に相当）。
【００７７】
一方、同じ板材Ｓの別の部位に、超音波探触子１が具備する振動子配列方向（図９の板材Ｓの長手方向であるＸ方向）に対して傾斜角０〜４５°の範囲で傾斜する複数の傾斜きず（人工きず）を板材Ｓの底面側に設け、超音波探触子１を用いて探傷することにより、傾斜きず毎に被探傷材断面画像を生成した（本実施形態の被探傷材探傷データ生成工程に相当）。次いで、この各被探傷材断面画像における補正画素領域（合成きず画素領域に対応する領域）内の各画素の濃度に、算出した各画素の補正係数を用いて、式（２）で表わされる補正を施すことで、補正後の被探傷材断面画像を生成した（本実施形態の補正工程に相当）。
【００７８】
そして、補正前後の各被探傷材断面画像に対して、傾斜きずに対応するきず画素領域内の画素の最大濃度と、傾斜きずの傾斜角との関係を評価した。
【００７９】
図１０は、上記試験の結果を示す図である。図１０の縦軸であるきず画素領域内の画素の最大濃度は、傾斜きずの傾斜角が０°の場合の最大濃度を基準にして、ｄＢ単位に換算している。
図１０に示すように、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、補正を施すことにより、互いに同じ寸法の傾斜きずであればその傾斜角に関わらず、被探傷材断面画像における傾斜きずに対応するきず画素領域の濃度変化を±１ｄＢ以内に抑えられることを確認できた。
【００８０】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る超音波探傷方法について、第１実施形態に係る超音波探傷方法との相違点を中心にして説明し、同じ点については基本的に説明を割愛する。
第２実施形態に係る超音波探傷方法も、第１実施形態に係る超音波探傷方法と同様に、一次元アレイ型超音波探触子１と、制御・信号処理手段２とを備える超音波探傷装置１００を用いて実行されるが、第２実施形態に係る超音波探傷方法では、第１実施形態のように探傷信号から得られる断面画像を用いずに、探傷信号（信号波形）そのものを用いて傾斜きずを検出する。
第２実施形態に係る超音波探傷方法も、第１実施形態に係る超音波探傷方法と同様に、少なくとも、準備工程と、第１試験材探傷データ生成工程と、無指向性人工きずデータ生成工程と、補正係数算出工程と、被探傷材探傷データ生成工程と、補正工程と、傾斜きず検出工程とを含む。準備工程では、第１実施形態と同様に、無指向性人工きずを設けた第１試験材の別の部位に、検出対象とする傾斜きずを模擬したノッチを設けることが好ましい。第２実施形態に係る超音波探傷方法は、準備工程より後の各工程の具体的な内容が第１実施形態と異なる。具体的には、以下の通りである。
【００８１】
第２実施形態では、第１試験材探傷データ生成工程において、第１試験材探傷データとして、所定の探傷条件毎に第１試験材の断面についての探傷信号の最大強度を生成する。この所定の探傷条件として、本実施形態では、超音波探触子１をセクタースキャンする際の超音波の波面の偏向角γを用いている。
また、第２実施形態でも、第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチを更に設けた第１試験材を探傷することで、ノッチの探傷信号から得られるノッチ探傷データを生成することが好ましい。第２実施形態では、超音波探触子１を第１試験材の外面に対向配置して第１試験材の軸方向及び周方向に沿って相対移動させて第１試験材を探傷することで、第１試験材に設けられたノッチの探傷信号から得られるノッチ探傷データとして、所定の探傷条件毎に第１試験材の断面についての探傷信号の最大強度（ノッチについての探傷信号の最大強度）を生成する。第１試験材探傷データ生成工程において、第１試験材の断面についての探傷信号の最大強度（ノッチについての探傷信号の最大強度）を生成する際、超音波探触子１の探傷感度を適宜変更し、各探傷感度で生成された探傷信号の最大強度を比較することにより、ノッチを検出するのに適した探傷感度を特定する。或いは、超音波探触子１の探傷感度は一定のままとし、生成された探傷信号の最大強度においてノッチを検出するのに適したしきい値を特定する。
【００８２】
また、第２実施形態では、無指向性人工きずデータ生成工程において、生成した所定の探傷条件毎の最大強度に基づき、無指向性人工きずデータとして、所定の各探傷条件（偏向角γ）と無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度との対応関係を生成する。
また、第２実施形態では、補正係数算出工程において、生成した対応関係における無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度に補正係数を用いた補正を施した場合に各最大強度が互いに同等となる補正係数を、各探傷条件毎に算出する。
【００８３】
また、第２実施形態では、被探傷材探傷データ生成工程において、被探傷材探傷データとして、所定の探傷条件（偏向角γ）での被探傷材Ｐ１の断面についての探傷信号の最大強度を生成する。前述の第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチを検出するのに適した探傷感度を特定した場合、被探傷材探傷データ生成工程では、超音波探触子１の探傷感度として、この特定した探傷感度を用いる。すなわち、第１試験材探傷データ生成工程で特定した探傷感度を設定した超音波探触子１で被探傷材Ｐ１を探傷する。
また、第２実施形態では、補正工程において、所定の探傷条件（偏向角γ）での被探傷材Ｐ１の断面についての探傷信号の最大強度に、算出した当該所定の探傷条件（偏向角γ）の補正係数を用いて補正を施すことで、補正後の探傷信号の最大強度を生成する。
さらに、第２実施形態では、傾斜きず検出工程において、補正後の探傷信号の最大強度を用いて被探傷材Ｐ１の傾斜きずを検出する。前述の第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチを検出するのに適したしきい値を特定した場合、傾斜きず検出工程では、この特定したしきい値を用いる。
【００８４】
そして、第２実施形態の補正係数算出工程においては、前記対応関係における無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度の最大値をＡとし、前記対応関係における無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度をＢとすると、以下の式（１）に基づき、各探傷条件（偏向角γ）毎に補正係数Ｘを算出する。
また、第２実施形態の補正工程においては、所定の探傷条件（偏向角γ）での被探傷材Ｐ１の断面についての探傷信号の最大強度をＣとすると、当該所定の探傷条件（偏向角γ）の補正係数Ｘを用いて、以下の式（２）に基づき、補正後の探傷信号の最大強度Ｄを算出する。
Ｘ＝２０・ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）  ・・・（１）
Ｄ＝Ｃ・１０（Ｘ／２０）  ・・・（２）
【００８５】
以下、被探傷材Ｐ１及び第１試験材として平面視矩形の板材Ｓを用いて、第２実施形態に係る超音波探傷方法による補正の効果を確認する試験を行った結果等について説明する。
最初に、第２実施形態に係る超音波探傷方法における第１試験材探傷データ生成工程の内容及び結果の例について説明する。
図１１は、第２実施形態に係る超音波探傷方法による補正の効果を確認する試験の条件及び方法、並びに第１試験材探傷データ生成工程の結果の例を示す図である。図１１（ａ）は、補正の効果を確認する試験の条件及び方法を示し、図１１（ｂ）は、第１試験材探傷データ生成工程の結果の例を示す。
図１１（ａ）に示すように、板材Ｓの底面側から厚み方向に延びる断面略円形の穴を設けて、これを無指向性人工きずとして用いた（本実施形態の準備工程に相当）。この無指向性人工きずを板材Ｓに対向配置した超音波探触子１を用いて偏向角γを０〜３２°の範囲で２°ピッチで変更しながらセクタースキャンで順次探傷することにより、偏向角γ毎に各測定点での無指向性人工きずに対応する探傷信号の強度を複数生成し、これら複数の強度を互いに比較することで、偏向角γ毎の探傷信号の最大強度（第１試験材探傷データに相当）を生成した（本実施形態の第１試験材探傷データ生成工程に相当）。そして、これらに基づき、各偏向角γと無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度との対応関係を生成した（本実施形態の無指向性人工きずデータ生成工程に相当）。
一方、同じ板材Ｓの別の部位に、超音波探触子１が具備する振動子配列方向（図１１（ａ）の板材Ｓの長手方向であるＸ方向）に対して傾斜角０〜４５°の範囲で７．５°ピッチで傾斜する複数のノッチを板材Ｓの底面側に設け、超音波探触子１を用いて前述と同様のセクタースキャンで探傷することにより、偏向角γ毎に各測定点でのノッチに対応する探傷信号の強度を複数生成し、これら複数の強度を互いに比較することで、偏向角γ毎の探傷信号の最大強度（ノッチ探傷データに相当）を生成した（本実施形態の第１試験材探傷データ生成工程に相当）。
【００８６】
図１１（ｂ）において「○」でプロットしたデータは、第１試験材探傷データ生成工程において、各偏向角γで探傷したときの無指向性人工きずに対応する探傷信号の最大強度を示す。換言すれば、「〇」でプロットしたデータは、無指向性人工きずデータ生成工程によって生成した、各偏向角γと無指向性人工きずに対応する探傷信号の各最大強度との対応関係を示している。また、「◇」でプロットしたデータは、第１試験材探傷データ生成工程において、各偏向角γで探傷したときの各ノッチに対応する探傷信号の最大強度を示す。各ノッチに対応する探傷信号の最大強度の近傍に記載の数値は各ノッチの傾斜角θを表している。図１１（ｂ）の縦軸である探傷信号の最大強度は、傾斜角θ＝０°のノッチを偏向角γ＝０°で探傷したときの探傷信号の最大強度を基準（０ｄＢ）にして、ｄＢ単位に換算している。
図１１（ｂ）に示すように、傾斜きずを模擬したノッチを探傷する場合と、無指向性人工きずを探傷する場合とで、セクタースキャンの偏向角γに応じた探傷信号の最大強度の変化の傾向は同様になるものの、超音波探触子１の探傷感度が同等であれば、探傷信号の最大強度は１８ｄＢ程度の大きな差があることが分かった。このため、前述のように、第１試験材探傷データ生成工程において、ノッチを検出するのに適した探傷感度か、ノッチを検出するのに適したしきい値を特定する必要がある。図１１（ｂ）に示す結果からすれば、ノッチを検出するのに適した探傷感度は、無指向性人工きずを検出するのに適した探傷感度よりも１８ｄＢ程度小さくなる。また、ノッチを検出するのに適したしきい値は、無指向性人工きずを検出するのに適したしきい値よりも１８ｄＢ程度高くなる。そして、被探傷材探傷データ生成工程で、第１試験材探傷データ生成工程で特定した探傷感度を超音波探触子１の探傷感度として用いるか、傾斜きず検出工程で、第１試験材探傷データ生成工程で特定したしきい値を用いる必要がある。以下に示す例では、被探傷材探傷データ生成工程で、第１試験材探傷データ生成工程で特定した探傷感度を超音波探触子１の探傷感度として用いている。
【００８７】
本試験では、上記のようにして生成した対応関係（図１１（ｂ）において、「〇」でプロットしたデータ）を用いて、偏向角γ毎に、式（１）によって補正係数を算出した（本実施形態の補正係数算出工程に相当）。
また、準備工程で第１試験材に設け、第１試験材探傷データ生成工程で用いた複数のノッチを被探傷材Ｐ１（板材Ｓ）に存在する傾斜きずと考え、図１１（ｂ）において「◇」でプロットしたデータを被探傷材Ｐ１についての偏向角γ毎の探傷信号の最大強度としても用いた（本実施形態の被探傷材探傷データ生成工程に相当）。
次いで、この所定の偏向角γでの探傷信号の最大強度に、算出した当該所定の偏向角γの補正係数を用いて、式（２）で表わされる補正を施すことで、補正後の探傷信号の最大強度を生成した（本実施形態の補正工程に相当）。
【００８８】
図１２は、上記試験の結果を示す図である。図１２には、各偏向角γで探傷したときの各傾斜きず（ノッチ）の探傷信号の最大強度の補正前後の値を示している。図１２に示すように、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、補正前には傾斜角θに応じて最大で４．４ｄＢの最大強度の差があったものが、補正を施すことで、互いに同じ寸法の傾斜きずであればその傾斜角θに関わらず、２．０ｄＢ以下の最大強度の差に抑えられることを確認できた。
【００８９】
なお、第１及び第２実施形態に係る超音波探傷方法では、超音波探触子として、一列に配列された複数の振動子１０を具備する一次元アレイ型超音波探触子１を用いる例について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、マトリックス状に配列された複数の振動子を具備する二次元アレイ型超音波探触子を用いることも可能である。また、単一の振動子を具備する超音波探触子を一次元又は二次元に複数配置したものを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・一次元アレイ型超音波探触子
２・・・制御・信号処理手段
１０・・・振動子
１００・・超音波探傷装置
Ｐ１・・・被探傷材
Ｐ２・・・第１試験材
【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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