(57)【要約】【課題】被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる超音波探傷方法およびその装置ならびにその結果物たる鋼材を提供する。【解決手段】所定の移動ピッチＤ毎に探触子１を被探傷材Ｐの表面に沿って相対移動させ、探触子１から被探傷材Ｐの表面に略垂直に超音波Ｗを送信するとともに、反射波Ｅを受信して探傷信号を得る。得られた探傷信号における底面エコーＧに基づいて基準位置Ｈを設定し、前記移動ピッチＤ毎の探傷信号を前記基準位置Ｈが揃うように位置調整して合成することにより、２次元画像データを作成し、当該２次元画像データにおいて前記基準位置Ｈより前方の領域についてきずを抽出する。【選択図】図１
2008070325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の移動ピッチ毎に探触子を被探傷材の表面に沿って相対移動させ、探触子から被探傷材の表面に対して略垂直に超音波を送受信することによって得られる探傷信号に基づき探傷を行う超音波探傷方法であって、
得られた探傷信号における底面エコーに基づいて基準位置を設定し、
前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより、２次元画像データを作成し、
当該２次元画像データにおける前記基準位置より前方の領域についてきずを抽出することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
前記基準位置は、底面エコーの最大値または最小値の直前または直後にあるゼロクロス位置とすることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷方法。
【請求項３】
前記底面エコーと所定の参照信号波形とを相互相関演算することにより得られる信号波形から前記基準位置を設定することを特徴とする請求項１または２記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
前記探傷信号を第１の増幅度で増幅したものを用いて前記基準位置を設定する一方、
前記探傷信号波形で第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で増幅したものを用いて前記２次元画像データを作成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探傷方法。
【請求項５】
所定の移動ピッチ毎に被探傷材の表面に沿って相対移動する探触子であって、前記相対移動方向に対して略垂直に超音波を送信するとともに、反射波を受信して探傷信号を得る探触子と、
得られた探傷信号における底面エコーに基づいて基準位置を設定する基準位置設定手段と、
前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより２次元画像データを作成する２次元画像データ作成手段と、
当該２次元画像データにおいて前記基準位置より前方の領域についてきずを抽出するきず抽出手段とを具備することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】
前記基準位置を設定するべく、前記探傷信号を第１の増幅度で増幅する第１増幅器と、
前記２次元画像データを作成するべく、前記探傷信号を第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で増幅する第２増幅器とを具備することを特徴とする請求項５記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探傷方法により検査されたことを特徴とする鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探触子が被探傷材に対して相対的に移動しながら超音波を送受信し、受信信号から管材や板材等の被探傷材の内部を探傷する方法およびその実施に使用する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材（鋼板、鋼片、鋼管、棒鋼等）などの製品を検査する手段として、超音波探傷および磁粉探傷が併用され、それらの探傷結果によって品質管理あるいは品質保証がなされる場合が多い。超音波探傷および磁粉探傷それぞれの使い分けとして、表面下から内部のきず検出には超音波探傷が適用され、表面のワレ等は磁粉探傷にて検出される。ここで、磁粉探傷においては、表面ワレを検出するため、グラインダーを用いた研削等の手入れにより、表面ワレを除去することが可能である。一方、超音波探傷においては、内部のきずも検出されるため、手入れ（きずの除去）が可能か否かを判断するためには、検出されたきずの位置、深さ等を正確に把握する必要がある。
【０００３】
また、製品の検査においては、製造ラインを流れてくる被探傷材を逐次、迅速に探傷する、いわゆるオンライン探傷が要求され、超音波探触子が被探傷材に対して相対的に高速移動しながら探傷を行うことが多い。そのため、製品の形状不良や設備のガタ等により探触子と被探傷材との距離がその都度変化することによって、超音波が被探傷材中に適切に入射されずに探傷信号の強度や時間軸上の位置が変動する場合がある。また、周辺の設備が発するノイズが探傷信号上に重畳する場合もある。このような場合には、きずの存在、位置等が不明確となり、適切な探傷を行うことができないという問題があった。例えば、外乱によって、きず信号の検出に必要なゲートの制御を不安定にしたり、ノイズをきず信号と誤って判定したりといった問題が生じ得る。したがって、製品のオンライン探傷においては、このような種々の外乱に対して安定した探傷およびきず判定を行うことが望まれる。
【０００４】
ここで、超音波探傷の方法としては、一般的に斜角探傷法、表面波探傷法および垂直探傷法が挙げられる。図１２および図１３は従来例の超音波探傷法を説明するための図である。まず、斜角探傷法では、図１２に示すように、被探傷材の表面に対して所定の角度で超音波を入射し、配置された探触子の下を相対的に被探傷材が移動しながら、探傷を行う。この場合、超音波ビームが広がっているため、探傷信号におけるきずエコーの伝搬時間と探触子および被探傷材の位置関係からきずの深さを評価することは困難である。具体的には、図１２（ａ）に示すように、被探傷材表面の超音波ビームの照射範囲内にあるきずａ，ｂはきずの深さ位置が実際は異なっているが、伝搬距離が等しいため、図１２（ｂ）に示すように、探傷信号波形上では時間軸上の同一位置にきずエコーＦ−ａ，Ｆ−ｂとして出現してしまう。このように、斜角探傷法では伝搬時間から一意にきずの位置を評価することができない。また、表面波探傷法では、被探傷材の表面に接触媒質を塗布しながら、被探傷材の表面を伝搬する表面波を用いて探傷を行う。この表面波は特に表面においてエネルギーが強く、被探傷材内部に行くにしたがって、エネルギーが低下する特徴を有する。そのため、きずとして検出不要な微小な表面ワレを検出（過検出）するといった問題や、塗布した接触媒質の溜まり等から反射したエコーをきずエコーとして誤って検出するといった問題によって、本来ならば品質上問題のない被探傷材をも不合格判定とし、歩留まりや生産性を低下させてしまう。
【０００５】
一方、磁粉探傷で検出可能な表面ワレの検出を抑制しつつ、表面下に内在するきずを探傷する方法として垂直探傷法がある。垂直探傷法においては、被探傷材の表面あるいは対向する底面に対して垂直に超音波を入射し、配置された探触子の下を所定の移動ピッチ毎に被探傷材が相対的に移動しながら、探傷を行う。表面に略垂直に発生するワレに対しては、ワレの面に対して略平行に超音波が当たるため、超音波が当たる面積が小さくなり、きずエコーはほとんど反射されない。このため、表面ワレの検出が抑制される。
【０００６】
ここで、この垂直探傷法において表面下近傍のきずを検出するためには、入射側の面からの反射信号として観測される表面エコー近傍を評価する方法がある。しかし、表面エコーはきずエコーに比べてエコー強度が著しく大きい上に、表面エコーの立ち上がり直後にきずエコーが発生するため、きずエコーが表面エコーに埋もれてしまい、きずエコーを検出することができない場合がある。これに対し、表面エコーに埋もれたきずエコーを抽出する方法として、隣り合う探傷位置で得られた探傷信号波形との差分をとることによって、一方がきずのない波形、他方が表面エコーにきずエコーが重畳している波形である場合、表面エコーがキャンセルされ、きずエコーのみを抽出することができる（特許文献１参照）。この方法では、きずの無い場所では安定して一定の表面エコーの信号波形が観測されることが前提となるが、現実的には、前述の通り、被探傷材の形状不良や搬送のガタなどにより、きずが無い場合でも表面エコーの出現位置や波形が変化する場合がある。このため、それらの波形の差分演算では何らかの成分が残存し、きずであると誤って判定する可能性がある。
【０００７】
一方、垂直探傷法において表面下近傍のきずを検出するためには、超音波を入射する側とは反対側の面からの反射信号として観測される底面エコー近傍を評価する方法も可能である。これは、超音波を入射する側とは反対側の面すなわち底面近傍にきずが存在する場合、まず微弱なきずエコーが観測された後に底面エコーが立ち上がるため、ゲインを大きくとることによって、底面エコーの前部にきずエコーを検出することができるものであり、一般的に広くこの方法が採用されている。このようにして得られた探傷信号からきずを抽出する方法としては、所定の位置に所定のしきい値の監視ゲートを設定しておき、このゲート内でしきい値を超過する信号が観測された場合、きずとして検出される。このような垂直探傷法を用いたオンライン探傷においては、先に述べたように探傷信号の強度や時間軸上の位置の変動およびノイズの影響をできるだけ少なくし、安定したきず検出、すなわち安定したゲート設定・制御を行うことが必要となってくる。
【０００８】
その一つの解決手段として、表面エコーＳではなく、図１３に示すような、底面エコーＢの先頭位置を検知し、次回のＮ＋１の探傷信号においてきず検出用ゲート（検出範囲）Ｇ−Ｆの最終位置を前回の探傷信号における底面エコーＢの先頭位置から所定の距離Ｃだけ離すことにより被探傷材の寸法変動に追従する制御を行う方法が公知である（特許文献２参照）。しかし、図１３（ａ）に示すように、搬送ガタにより急峻な底面エコーＢの位置が変動した場合、Ｎ＋１の探傷信号において、きず検出用ゲートＧ−Ｆが底面から離れて、ゲートＧ−Ｆと底面エコーＢとの間に未検出領域Ａが生じてしまったり、その次の探傷信号（Ｎ＋２）において、きず検出用ゲートＧ−Ｆ内に底面エコーＢの一部が侵入（きずエコーとして誤検出され得る）したりすることが考えられる。また、信号強度の強弱が変動した場合、例えば、図１３（ｂ）に示すように、Ｎ＋１の探傷信号において底面エコーＢにおける先頭位置の信号強度が低下すると、きず検出用ゲートＧ−Ｆの基準位置が後方にずれる（すなわち底面エコーＢの先頭位置が実際より後方に誤検出される）こととなり、Ｎ＋２の探傷信号において底面エコーＢの一部をきずエコーと誤検出してしまうことが考えられる。
【０００９】
これに対し、急峻な位置変動や強弱の変動に対して安定した探傷を実現する方法として探傷信号を２次元に展開、すなわち画像化し画像処理を施す探傷方法として板波探傷法が公知である（特許文献３参照）。この方法では底面エコーに相当するエッジエコーの位置変動や強弱変動に対して、安定して底面位置を決定することが可能である。しかしながら、底面エコーに相当するエッジエコーときずエコーとが近接している場合、きずエコーがエッジエコーと重なるため、エッジエコーの一部と判断されたり、きずエコーとエッジエコーとの干渉の仕方によって十分な信号強度が得られず検出されないといった問題が生じ得る。
【特許文献１】特開２００２−２４３７０３号公報
【特許文献２】特開昭５８−６１４６２号公報
【特許文献３】特許第２９３２９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる従来技術に鑑みなされたものであり、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる超音波探傷方法およびその装置ならびにその結果物たる鋼材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】
【００１１】
本発明に係る超音波探傷方法は、所定の移動ピッチ毎に探触子を被探傷材の表面に沿って相対移動させ、探触子から被探傷材の表面に対して略垂直に超音波を送受信することによって得られる探傷信号に基づき探傷を行う超音波探傷方法であって、得られた探傷信号における底面エコーに基づいて基準位置を設定し、前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより、２次元画像データを作成し、当該２次元画像データにおける前記基準位置より前方の領域についてきずを抽出することを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成の超音波探傷方法によれば、被探傷材の表面に沿って探触子を所定の移動ピッチ毎に相対移動させ、被探傷材の表面に対して略垂直な方向に向けて探触子から超音波を送信する。送信された超音波は、被探傷材の探触子に近い側の端部である表面、遠い側の端部である底面およびきずが存在すればきず部分でエコーとなって反射され、探触子に順次受信され、探傷信号となる。
【００１３】
ここで、受信した探触子の移動ピッチ毎の探傷信号において、底面エコー部分に基づいて基準位置が設定される。そして、移動ピッチ毎の探傷信号がそれぞれ設定された基準位置が揃うように位置調整された上で合成され、２次元画像データが作成される。こうして作成された２次元画像データにおいて、設定された基準位置より前方の領域についてきずが抽出される。なお、底面エコーとは、被探傷材の超音波が入射される側とは反対側の面からの反射信号波形を意味する。
【００１４】
このように、探触子の移動ピッチ毎の探傷信号を底面エコーに基づいた基準位置で揃えることにより、被探傷材の位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材の位置が修正された２次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコー等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置が被探傷材の端部を基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーを基準位置とし、きずの抽出が基準位置より前方の領域（時間軸上の基準位置より早い時間領域）で行われるため、底面エコーの影（基準位置より後方の領域にできる波形の広がり）にきずエコーが埋もれることなく容易に抽出することができる。したがって、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。
【００１５】
好ましくは、前記基準位置は、底面エコーの最大値または最小値の直前または直後にあるゼロクロス位置とするように構成される。
【００１６】
この場合、底面エコーを示す波長のうち最も大きい波形の直前または直後にあるゼロクロス位置（正から負または負から正に変化する点）が基準位置とされる。したがって、底面エコーの最大波形を基準とすることで、基準位置の誤検出を防止するとともに、その最大波形前後のゼロクロス位置を基準位置とすることで、基準位置の設定誤差を少なくすることができる。
【００１７】
好ましくは、前記底面エコーと所定の参照信号波形とを相互相関演算することにより得られる信号波形から前記基準位置を設定するように構成される。
【００１８】
この場合、探触子の移動ピッチ毎に得られた探傷信号の底面エコーと予め用意された参照信号波形とが相互相関演算される。この相互相関により得られた信号波形から基準位置が設定される。相互相関演算により、底面エコーにおけるエコー強度の変動等が生じていた場合においても、より適切な基準位置を割り出すことができるため、より高精度に位置合わせを行うことができる。
【００１９】
好ましくは、前記探傷信号を第１の増幅度で増幅したものを用いて前記基準位置を設定する一方、前記探傷信号波形で第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で増幅したものを用いて前記２次元画像データを作成するように構成される。
【００２０】
この場合、基準位置を設定する際に第１の増幅度で増幅された探傷信号が使用される。そして、２次元画像データを作成する際に第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で増幅された探傷信号が使用される。つまり、基準位置を設定する際には、比較的大きい波形を有する底面エコーが十分に拡大される程度の増幅度で増幅されることにより、基準位置設定がより容易かつ高精度に行われ、きずの抽出を行うべく２次元画像データを作成する際には、より小さいきずエコーを十分に検出可能なように、より大きい増幅度で増幅されることにより、きずの抽出をより高精度に行うことができる。
【００２１】
また、本発明に係る超音波探傷装置は、所定の移動ピッチ毎に被探傷材の表面に沿って相対移動する探触子であって、前記相対移動方向に対して略垂直に超音波を送信するとともに、反射波を受信して探傷信号を得る探触子と、得られた探傷信号における底面エコーに基づいて基準位置を設定する基準位置設定手段と、前記移動ピッチ毎の探傷信号を前記基準位置が揃うように位置調整して合成することにより２次元画像データを作成する２次元画像データ作成手段と、当該２次元画像データにおいて前記基準位置より前方の領域についてきずを抽出するきず抽出手段とを具備することを特徴とするものである。
【００２２】
上記構成の超音波探傷装置によれば、探触子が所定の移動ピッチ毎に被探傷材の表面に沿って相対移動し、前記移動ピッチ毎に探触子の相対移動方向に対して略垂直に超音波を送信することにより、被探傷材内に当該被探傷材の表面に対して略垂直な超音波が送信される。送信された超音波は、被探傷材の探触子に近い側の端部である表面、遠い側の端部である底面およびきずが存在すればきず部分でエコーとなって反射され、探触子に順次受信されることにより探傷信号が得られる。
【００２３】
ここで、受信した探触子の移動ピッチ毎の探傷信号において、基準位置設定手段により、底面エコー部分に基づいて基準位置が設定される。そして、２次元画像データ作成手段により、移動ピッチ毎の探傷信号がそれぞれ設定された基準位置が揃うように位置調整された上で合成され、２次元画像データが作成される。こうして作成された２次元画像データにおいて、きず抽出手段により、設定された基準位置より前方の領域（時間軸上の基準位置より早い時間領域）についてきずの抽出が行われる。
【００２４】
このように、探触子の移動ピッチ毎の探傷信号を底面エコーに基づいた基準位置で揃えることにより、被探傷材の位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材の位置が修正された２次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコー等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置が被探傷材の端部を基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーを基準位置とし、きずの抽出が底面エコーより前方の領域（時間軸上の底面エコーより早い時間領域）で行われるため、底面エコーの影（基準位置より後方の領域にできる波形の広がり）にきずエコーが埋もれることなく容易に判定することができる。したがって、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。
【００２５】
好ましくは、前記基準位置を設定するべく、前記探傷信号を第１の増幅度で増幅する第１増幅器と、前記２次元画像データを作成するべく、前記探傷信号を第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で増幅する第２増幅器とを具備するように構成される。
【００２６】
この場合、基準位置を設定する際に第１増幅器により第１の増幅度で探傷信号が増幅される。そして、２次元画像データを作成する際に第２増幅器により第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で探傷信号が増幅される。つまり、基準位置を設定する際には、比較的大きい波形を有する底面エコーが十分に拡大される程度の増幅度で増幅されることにより、基準位置設定がより容易かつ高精度に行われ、きずの抽出を行うべく２次元画像データを作成する際には、より小さいきずエコーを十分に検出可能なように、より大きい増幅度で増幅されることにより、きずの抽出をより高精度に行うことができる。
【００２７】
また、本発明に係る被探傷材は、上記記載の超音波探傷方法により検査されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る超音波探傷方法、超音波探傷装置および被探傷材によれば、探触子の移動ピッチ毎の探傷信号を底面エコーに基づいた基準位置で揃えることにより、被探傷材の位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材の位置が修正された２次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコー等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置が被探傷材の端部を基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーを基準位置とし、きずの抽出が基準位置より前方の領域（時間軸上の基準位置より早い時間領域）で行われるため、底面エコーの影（基準位置より後方の領域にできる波形の広がり）にきずエコーが埋もれることなく容易に判定することができる。したがって、被探傷材の位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る超音波探傷方法および超音波探傷装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る第１実施形態における超音波探傷装置を示す概略ブロック図である。
【００３０】
本発明に係る超音波探傷装置は、図１に示すように、所定の移動ピッチＤ毎に被探傷材Ｐの表面に沿って相対移動する探触子であって、前記相対移動方向Ｘに対して略垂直に超音波Ｗを送信するとともに、反射波Ｅを受信して探傷信号を得る探触子１と、得られた探傷信号に基づいて画像処理を行う画像処理部２とを具備する。画像処理部２は、探触子１で得られた探傷信号における底面エコーＧ（被探傷材Ｐの超音波Ｗが入射される側の面Ｐｓとは反対側の面Ｐｂからの反射信号波形）に基づいて基準位置Ｈを設定する基準位置設定手段２１と、前記移動ピッチＤ毎の探傷信号を前記基準位置Ｈが揃うように位置調整して合成することにより２次元画像データを作成する２次元画像データ作成手段２２と、当該２次元画像データにおいて前記基準位置Ｈより前方の領域についてきずの抽出を行うきず抽出手段２３とを具備する。
【００３１】
なお、本実施形態においては、上記構成に加えて、探触子１に超音波Ｗを送信するための送信パルスを提供するパルサー１１と、受信した探傷信号を増幅する増幅器１２と、その上で、所定の帯域にフィルタリングするフィルタ１３と、画像処理部２における画像処理の途中および結果を表示する表示装置３とを具備する。また、画像処理部２は、探傷信号をＡＤ変換するＡＤ変換器２４と、当該ＡＤ変換された探傷信号が一時記憶されるメモリ２５と、２次元画像データを作成するために使用される画像メモリ２６とを具備する。画像処理部２の各種演算および命令は、所定のプログラムに基づいてＣＰＵ２０により制御される。ＣＰＵ２０とメモリ２５および画像メモリ２６とは信号バス２７を介して相互に通信可能に構成される。本実施形態において、ＣＰＵ２０は、基準位置判定手段２１、２次元データ作成手段２２およびきず抽出手段２３をも兼ねる。すなわち、画像処理部２は、一般的な汎用コンピュータにより実現可能である。もちろん、専用の画像処理装置により構成されてもよい。また、増幅器１２およびフィルタ１３は、画像処理部２においてなされる（画像処理される）こととしてもよいし、専用の増幅装置およびフィルタ装置を用いることとしてもよい。
【００３２】
上記構成の超音波探傷装置によれば、探触子１が所定の移動ピッチＤ毎に被探傷材Ｐの表面Ｐｓに沿って相対移動する。本実施形態においては、固定された探触子１の超音波出力方向下方においてＸ方向に被探傷材Ｐが搬送されることにより実現される。探触子１は、搬送される被探傷材Ｐに対して、前記移動ピッチＤ毎に探触子１の相対移動方向Ｘに対して略垂直に超音波Ｗを送信することにより、被探傷材Ｐ内に当該被探傷材Ｐの表面に対して略垂直に超音波Ｗが送信される。送信された超音波Ｗは、被探傷材Ｐの探触子１に近い側の端部である表面Ｐｓ、遠い側の端部である底面Ｐｂおよびきずが存在すればきず部分ｆでエコーとなって反射され、その反射波Ｅが探触子１に順次受信されて探傷信号となる。探触子１から出力された探傷信号は、増幅器１２およびフィルタ１３を経て画像処理部２に入力され、ＡＤ変換器２４でＡＤ変換された後、メモリ２５に記憶される。
【００３３】
ここで、画像処理部２における処理の方法について説明する。図２は図１の超音波探傷装置の画像処理部における処理方法を示すフローチャートである。まず、上記のような画像処理部２のメモリ２５に記憶された探触子１の移動ピッチＤ毎の探傷信号において、ＣＰＵ２０が基準位置設定手段として機能し、底面エコー部分Ｇに基づいて基準位置Ｈが設定される（ステップＳ１）。
【００３４】
図３は図１の超音波探傷装置において得られる探傷信号波形を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、被探傷材Ｐの表面（底面Ｐｂ）近傍にきずがある場合、探傷信号波形は図３（ｂ）に示すような波形となる。これは、図３（ｃ）に示すように、大きな底面エコーＧの前方に微弱なきずエコーＦが重畳した形となる。なお、本実施形態において実際に下記の基準位置Ｈを設定する際には、図３（ｄ）に示すように、微弱なきずエコーＦが強調されるように、探傷信号は、増幅器１２により底面エコーＧが飽和する程度の大きさの増幅度（ゲイン）に増幅されている。
【００３５】
したがって、きずの無いときの探傷波形との差異があるのは、底面エコーＧの先頭部分であり、最大または最小のピーク位置、およびピーク位置前後のゼロクロス位置についてはほとんど変化が見られない。また、エコーに強弱がある場合であっても、伝搬時間は変化しないため、最大または最小のピーク位置、およびピーク位置前後のゼロクロス位置についてはほとんど変化しない。したがって、メモリ２５に記憶された探傷信号に対し、底面エコーＧの最大値または最小値の直前または直後にあるゼロクロス位置を基準位置Ｈとして検出する。本実施形態においては、底面エコーＧにおいて最初に信号強度が飽和している位置（最大値）を検出し、その直前のゼロクロス位置を基準位置Ｈとして検出する。これにより、寸法変化、エコー強度の強弱、搬送ガタまたは表面きず等がある場合であっても安定した基準位置Ｈを設定することができる。
【００３６】
次に、ＣＰＵ２０が２次元画像データ作成手段２２として機能し、移動ピッチＤ毎の探傷信号がそれぞれ設定された基準位置Ｈが揃うように位置調整された上で合成され、２次元画像データが作成される（ステップＳ２）。
【００３７】
図４は図１の超音波探傷装置において得られる２次元画像データを説明するための図である。探傷信号は所定の移動ピッチＤ毎に得られる（図４（ａ））ため、これらの探傷信号のそれぞれを画像メモリ２６上に並べ、信号強度に応じてグレー階調またはカラー階調により２次元に展開して２次元画像データを作成する（図４（ｂ））。この結果は表示装置３上に出力される。本実施形態においては、図４（ｂ）に示すようにグレー階調で表示するため、信号強度の強いところが白色、信号強度の弱いところが黒色で表示される。
【００３８】
この際、図４に示されるように、前記ステップＳ１にて設定された各探傷信号の基準位置Ｈが揃うように横軸（時間軸）方向に各探傷信号がシフト処理される。この処理はユーザが手動で行うこととしてもよいし、プログラムにより、ＣＰＵ２０が基準位置Ｈを揃える処理を自動で行うこととしてもよい。
【００３９】
こうして作成された２次元画像データに対して、ＣＰＵ２０がきず抽出手段２３として機能し、設定された基準位置Ｈより前方の領域Ｒについてきずの抽出処理が行われる（ステップＳ３）。
【００４０】
ここで、きずのある場合の２次元画像とない場合の２次元画像とを比較しつつ説明する。図５は図１の超音波探傷装置で作成された２次元画像の例を示す図である。図５（ａ）はきずのある場合を示し、図５（ｂ）はきずのない場合を示す図である。なお、各図について所定の探傷位置（破線位置）における探傷信号のプロファイルをそれぞれ図の下方に示す。
【００４１】
きずのある位置では、図５（ａ）に示すように、きずエコーＦの影響により基準位置前方（すなわち、時間軸上の基準位置より早い時間領域）のゼロクロス位置と基準位置との間（以下、ゼロクロス間という）の幅Ｊ１が図５（ｂ）のきずのない位置におけるゼロクロス間の幅Ｊ２より大きくなっている。また、同様に、基準位置前方領域に負の方向への振れが見られる。なお、ノイズが発生した場合にも、同様の変化が見られる場合があるが、ノイズの場合は、ランダムに発生するため、探触子１の移動について連続する探傷信号波形において同様の位置に上記変化が連続で見られるか否か（言い換えると、２次元画像において縦方向に連続性が見られるか否か）で見分けられる。このように２次元画像上に現れたきず部分ｆが抽出される。
【００４２】
きず部分ｆの抽出処理の具体例について説明する。図６は基準位置前方の所定の大きさの領域について、きずのある部分ときずのない部分の信号の濃度分布を比較した図である。図６に示すように、きずのない部分は、濃度が略１２８（２５６階調の半分、すなわち、信号強度が略０）あたりに集中した分布を呈する。これに対し、きずのある部分は、これより濃度が高いまたは低い（図６においては低い）領域に集中した分布となる。
【００４３】
したがって、本実施形態においては、きず部分ｆの抽出処理として２次元画像データを２値化処理を行う（ステップＳ３１）。より具体的には、図６のようにきず部分ｆが濃度１２８より低い濃度領域となる場合は、１２８より低い所定値をしきい値として２値化される。図７は本実施形態における２値化処理を説明するための図である。
【００４４】
この場合、図７（ａ）のような２次元画像（データ）を２値化することにより、図７（ｂ）に示すように、きず部分ｆおよびわずかなノイズが現れることとなる。これにより、きず判定前にきず部分ｆをより明確にすることができ、より高精度なきずの抽出を行うことができる。この２値化された２次元画像データに対して、まず、ノイズ除去処理を行う（ステップＳ３２）。ノイズ除去処理としては、例えば、膨張・圧縮処理等が図７（ｂ）に示すような２値化された２次元画像に対して行われる。その結果、図７（ｃ）に示すように、微小な黒い領域が除去され、また微小な白抜き領域が塗りつぶされた２次元画像データが得られる。さらに、図７（ｃ）の結果において、一塊の（連続する）黒塗り部の面積等を算出し、所定の面積（画素数）以下はノイズとして除去する。この後、残った部分をきず部分ｆとして抽出する（ステップＳ３３、図７（ｄ））。本実施形態においては、ノイズ除去処理後の２次元画像データに対し、塗り潰し処理（所定の範囲内にある画素を１つの固まりとして塗り潰す処理）を行うことにより、図７（ｃ）に示すような、きず部分ｆがより明確に浮き立たされた２次元画像データを得ることができる。こうして表示装置３に表示された２次元画像データは、基準位置Ｈが揃っているため、きずの大きさ、位置および深さを瞬時に判定することができる。
【００４５】
このように、探触子１の移動ピッチＤ毎の探傷信号を底面エコーＧに基づいた基準位置Ｈで揃えることにより、被探傷材Ｐの位置変動や搬送ガタ等が生じても被探傷材Ｐの位置が修正された２次元画像データが作成されるため、きず判定領域に底面エコーＧ等が誤って入ること等の誤検出を防止することができる。また、基準位置Ｈが被探傷材Ｐの端部Ｐｂを基準とするため、抽出されたきずの位置を高精度に検出することができる。また、底面エコーＧを基準位置Ｈとし、きずの抽出が基準位置Ｈより前方の領域（時間軸上の基準位置Ｈより早い時間領域）で行われるため、底面エコーＧの影（基準位置Ｈより後方の領域にできる波形の広がり）にきずエコーＦが埋もれることなく容易に判定することができる。したがって、被探傷材Ｐの位置変動、搬送ガタまたはエコー強度の変動等の外乱が生じた場合であっても、安定して、表面近傍の表面下きずを確実に検出することができる。
【００４６】
本実施形態におけるきずの抽出処理として、２値化処理を行うこととしたが、これに限られない。ここで、他の例を示す。図８はきずの抽出処理の他の例を示す図である。図８の例においては、所定の領域毎に当該領域内の各画素の濃度についてヒストグラムを評価する。例えば、基準位置Ｈの前方領域を、所定の領域として５×５画素の微小領域毎に区切り、各微小領域毎に、きず部分ｆの可能性がある異常部であるか否かを判定する。例えば、微小領域が全体として前述の２値化におけるしきい値より高い場合は、きず部分ｆのない健全部であり、しきい値より低い場合は、きず部分ｆの可能性がある異常部であると判定する。
【００４７】
この際、図５（ａ）に示すように、きず部分ｆの存在する可能性がある場合は、ゼロクロス間の幅Ｊ１の変化により、基準位置Ｈの前方のゼロクロス線自体が直線とならない場合がある。このままでは、微小領域に区切る際に、底面エコー部分Ｇにより影響を受けた部分、すなわちゼロクロス間が微小領域内に含まれてしまう可能性がある。ゼロクロス間が微小領域内に含まれてしまうと、これをきず部分ｆとして誤検出してしまい、高精度のきずの抽出が困難になる。そこで、一旦、基準位置Ｈの前方のゼロクロス線が揃うように横軸方向に補正（前記移動ピッチＤ毎に検出された複数の水平ライン毎に補正してもよいし、別途新たに複数の水平線で区切った上で補正してもよい）し、その上で、微小領域を区切ることが好ましい。なお、基準位置Ｈの前方のゼロクロス線の補正時においてその補正量（水平方向移動量）を画像メモリ２６に記憶しておき、きずの抽出処理の後、当該補正量分を逆方向にシフトさせる（逆補正する）ことにより、基準位置Ｈに揃え直す。
【００４８】
きずの抽出処理において異常部であると判定された微小領域が隣合う場合、それらは一体であるとして連結され、連結された異常部の外周をラインで囲んで図８に示すように、表示装置３に表示する。この後、このラインで囲まれた面積が所定値以下である場合は、ノイズｎとして除去し、所定値以上である場合をきず部分ｆであるとして判定する。こうして、電気ノイズ等の種々のノイズによる影響を排除して、きず部分ｆを高精度に検出することができる。
【００４９】
続いて、きずの抽出処理として他の例をさらに示す。図９はきずの抽出処理の他の例を示す図である。図９の例においても上記実施形態と同様に底面エコーＧの最初の山部の直前のゼロクロス位置を基準位置Ｈとしている。また、そのさらに前方にある波形のゼロクロス位置Ｋを白線で強調している。そして、基準位置Ｈから前方にある白線Ｋまでの距離が予め設定した距離Ｌよりも大きいか否かを所定の水平ライン毎に判定し、設定した距離Ｌよりも大きい水平ラインをきず部分ｆが存在する可能性のある異常ラインとして判定する。異常ラインが連続した場合、その連続する数が予め設定したライン数を超えた場合、そのラインにはきず部分ｆが存在すると判定される。複数の水平ラインが所定のライン数以上連続して異常ラインと判定されたときのみきず部分ｆが存在すると判定することにより、突発的な電気ノイズ等を確実に除去し、きず部分ｆを高精度に検出することができる。
【００５０】
上記実施形態においては、基準位置Ｈを底面エコーＧの最大値の直前のゼロクロス位置としたが、また、底面エコーＧの最大値の直後のゼロクロス位置、底面エコーＧの最小値の直前直後のゼロクロス位置、または底面エコーＧの最大値または最小値を有する位置等、種々適用可能である。
【００５１】
ここで、ある探傷信号における底面エコーＧ近傍において、底面エコーＧを示す波形のうち、最大値を有する波形の前後の波形のピークが前記最大値と略同等であって、基準位置Ｈの選択が不安定となる場合、底面エコーＧと所定の参照信号波形とを相互相関演算することにより得られる信号波形から前記基準位置Ｈを設定することが好ましい。
【００５２】
相互相関演算は２つの信号波形の類似性の判別に利用される。相互相関演算を用いることにより、一方の信号波形のどの部分が他方の信号波形と似ているかを似ている部分の時間差を調べることにより判定することができる。一般的に、信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）をＡＤ変換した離散データが以下で示される。
【数１】
2008070325.tif 000003
このとき、相互相関関数Ｒｘｙ（ｊ）は次のように表される。
【数２】
2008070325.tif 000004
【００５３】
図１０は図１の超音波探傷装置において相互相関演算を用いた処理を説明するための図である。図１０（ａ）は参照信号波形ｇを示す図である。この参照信号波形ｇは、例えば、典型的な底面エコーを表したものであり、予め記憶されている。図１０（ｂ−１）はある位置における測定により得られた底面エコーＧ１を示し、図１０（ｃ−１）は別の位置における底面エコーＧ２を示す。図１０（ｃ−１）の波形は、他のエコーとの干渉等により波形形状がわずかに変化している。
【００５４】
ここで、例えば、波形の正の最大ピークを基準位置Ｈとする場合、図１０（ｂ−１）の波形では、２番目のピークを基準位置Ｈとして正しく認識できるが、図１０（ｃ−１）の波形では、１番目のピークが２番目のピークより大きくなってしまっており、１番目のピークを基準位置Ｈとして誤って認識してしまう。
【００５５】
ここで、図１０（ｂ−２）、（ｃ−２）は、図１０（ａ−１）の参照信号波形ｇと図１０（ｂ−１）、（ｃ−１）のそれぞれの波形とを上記式に基づいて相互相関演算することにより得られた信号波形Ｇ’１，Ｇ’２を示すものである。相互相関演算を行うことにより、図１０（ｂ−２）、（ｃ−２）のいずれの波形Ｇ’１，Ｇ’２においても２番目のピークを基準位置Ｈとして正しく認識することができる。しかも、相互相関演算により得られた波形であっても、横軸は演算前と同じ位置であるため、相互相関演算後の波形Ｇ’１，Ｇ’２に基づいて基準位置Ｈを設定することにより、安定して基準位置を決定することができる。このように、相互相関演算により、底面エコーＧにおけるエコー強度の変動等が生じていた場合においても、より適切な基準位置を割り出すことができるため、より高精度に位置合わせを行うことができる。
【００５６】
上記実施形態においては、基準位置Ｈを設定する際に増幅器１２を用いて増幅することとしたが、さらに、２次元画像データを作成するに際し、基準位置Ｈを設定する際の増幅度（第１の増幅度）よりも大きい増幅度（第２の増幅度）を用いて増幅することとしてもよい。特に、上記のように基準位置Ｈを相互相関演算により設定した場合には、きずの抽出に再び演算前の探傷信号が必要となるため、有効である。図１１は本発明に係る第２実施形態における超音波探傷装置を示す概略ブロック図である。本実施形態が第１実施形態と異なる点は、前記基準位置Ｈを設定するべく、前記探傷信号を第１の増幅度で増幅する第１増幅器１２と、前記２次元画像データを作成するべく、前記探傷信号を第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で増幅する第２増幅器１４とを具備するように構成されることである。本実施形態においては、図１１に示すように、第１増幅器１２の経路と同様に、第２増幅器１４の後にもフィルタ１５が設けられ、フィルタリングされた探傷信号がＡＤ変換器２４でＡＤ変換された後、メモリ２５に記憶される。
【００５７】
この場合、基準位置Ｈを設定する際に第１増幅器１２により第１の増幅度で探傷信号が増幅される。そして、２次元データを作成する際に第２増幅器１４により第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で探傷信号が増幅される。つまり、基準位置Ｈを設定する際には、比較的大きい波形を有する底面エコーＧが十分に拡大される程度の増幅度で増幅されることにより、基準位置設定がより容易かつ高精度に行われ、きずの抽出を行うべく２次元画像データを作成する際には、より小さいきずエコーＦを十分に検出可能なように、より大きい増幅度で増幅されることにより、きずの抽出をより高精度に行うことができる。
【００５８】
なお、図１１の例においては、理解容易のため増幅器１２，１４を別の構成として記載したが、同じ増幅器において増幅度を切り替えることにより構成してもよい。フィルタ１３，１５についても同様である。また、逆にＡＤ変換器２４およびメモリ２５等を増幅器（増幅度）毎に別の構成としてもよい。
【００５９】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る第１実施形態における超音波探傷装置を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の超音波探傷装置の画像処理部における処理方法を示すフローチャートである。
【図３】図１の超音波探傷装置において得られる探傷信号波形を説明するための図である。
【図４】図１の超音波探傷装置において得られる２次元画像データを説明するための図である。
【図５】図１の超音波探傷装置で作成された２次元画像の例を示す図である。
【図６】基準位置前方のある所定の大きさの領域について、傷のある部分と傷のない部分の信号の濃度分布を比較した図である。
【図７】本実施形態における２値化処理を説明するための図である。
【図８】きずの抽出処理の他の例を示す図である。
【図９】きずの抽出処理の他の例を示す図である。
【図１０】図１の超音波探傷装置において相互相関演算を用いた処理を説明するための図である。
【図１１】本発明に係る第２実施形態における超音波探傷装置を示す概略ブロック図である。
【図１２】従来例の超音波探傷法を説明するための図である。
【図１３】従来例の超音波探傷法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    探触子
１２    （第１）増幅器
１４    第２増幅器
２１    基準位置設定手段
２２    ２次元画像データ作成手段
２３    きず抽出手段
Ｄ      移動ピッチ
Ｅ      反射波
Ｆ      きずエコー
Ｇ      底面エコー
Ｐ      被探傷材
Ｐｂ    底面
Ｗ      超音波
Ｘ      相対移動方向
【図１】
2008070325.tif 000005
【図２】
2008070325.tif 000006
【図３】
2008070325.tif 000007
【図６】
2008070325.tif 000008
【図１０】
2008070325.tif 000009
【図１１】
2008070325.tif 000010
【図１２】
2008070325.tif 000011
【図１３】
2008070325.tif 000012
【図４】
2008070325.tif 000013
【図５】
2008070325.tif 000014
【図７】
2008070325.tif 000015
【図８】
2008070325.tif 000016
【図９】
2008070325.tif 000017