(57)【要約】【課題】ＴＯＦＤ法による探傷を容易且つ高精度に行うことが可能な超音波信号処理システムの提供。【解決手段】被検体１に配置した送信斜角探触子２から送信した超音波を受信斜角探触子３により受信することにより、ＴＯＦＤ法に基づく被検体１内に存在する欠陥４に起因した超音波信号を処理するシステムにおいて、信号処理プログラム７の実行により、超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出し、この検出された円弧模様に基づき欠陥４の存在を指示表示する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に配置した送信探触子から送信した超音波を受信探触子により受信することにより前記被検体内に存在する欠陥に起因した超音波信号を処理する超音波信号処理システムにおいて、
前記超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理手段と、
この画像処理手段により検出された円弧模様に基づき前記欠陥の存在を指示表示する表示手段と
を具備することを特徴とする超音波信号処理システム。
【請求項２】
被検体に配置した送信探触子から送信した超音波を受信探触子により受信することにより前記被検体内に存在する欠陥に起因した超音波信号を処理する超音波信号処理方法において、
前記超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理ステップと、
この画像処理ステップにより検出された円弧模様に基づき前記欠陥の存在を指示表示する表示ステップと
を具備することを特徴とする超音波信号処理方法。
【請求項３】
前記画像処理ステップは、フィルタサイズが操作方向と路程方向とで規定され且つ当該フィルタサイズにおける円弧領域と他領域とを識別する円弧フィルタを用いて前記円弧模様を自動検出するステップを具備することを特徴とする請求項２記載の超音波信号処理方法。
【請求項４】
前記円弧フィルタは、前記円弧領域と前記他領域とを所定の特徴量に基づき識別するものであることを特徴とする請求項３記載の超音波信号処理方法。
【請求項５】
前記画像処理ステップは、異なるフィルタサイズの複数の円弧フィルタを用意し、前記円弧模様を前記複数の円弧フィルタの特徴量に基づきの識別するものであることを特徴とする請求項４記載の超音波信号処理方法。
【請求項６】
前記円弧模様を前記円弧フィルタの特徴量に基づき識別するに際し、線形判別法を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の超音波信号処理方法。
【請求項７】
前記円弧模様を前記円弧フィルタの特徴量に基づき識別した後、当該識別結果をさらに人手により補正することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の超音波信号処理方法。
【請求項８】
前記表示ステップは、横方向エコー高さ平均値を用いて前記欠陥の存在を指示表示することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の超音波信号処理方法。
【請求項９】
コンピュータに、
ＴＯＦＤ法により被検体を超音波走査して得た超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理ステップと、
この画像処理ステップにより検出された円弧模様に基づき前記被検体内の欠陥の存在を指示表示する表示ステップと
を実行させる超音波信号処理プログラム。
【請求項１０】
コンピュータに、
ＴＯＦＤ法により被検体を超音波走査して得た超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理ステップと、
この画像処理ステップにより検出された円弧模様に基づき前記被検体内の欠陥の存在を指示表示する表示ステップと
を実行させる超音波信号処理プログラムを記録した記録媒体。
【請求項１１】
被検体に配置される送信探触子と、
前記被検体に前記送信探触子と距離を存して配置され、前記送信探触子から送信した超音波を受信する受信探触子と、
前記送信探触子を送信駆動する送信手段と、
前記受信探触子を受信駆動する受信手段と、
この受信部より得られる超音波受信信号をＢスコープ表示処理すると共に当該処理に基づき得られるＢスコープ上の円弧模様を自動検出する信号処理手段と、
この信号処理手段により検出された円弧模様に基づき前記被検体内に存在する欠陥の存在を指示表示する表示手段と
を具備することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１２】
前記信号処理手段は、前記超音波受信信号を保存する保存手段を備え、前記円弧模様の自動検出の際に前記保存手段から前記超音波受信信号を呼び出すことを特徴とする請求項１１記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法と称される超音波探傷法によるＢスコープ表示に係る円弧模様の処理に適用されるシステム、方法、プログラム及び記憶媒体並びに超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探傷法の一つであるＴＯＦＤ法は、被検体に距離をもって配置した送信斜角探触子と受信斜角探触子とを用い、送信斜角探触子から超音波を被検体内に送信し、受信斜角探触子で被検体の表面近傍を伝搬した超音波信号と、被検体の底面に当たって反射してくる超音波信号と、被検体内に存在する欠陥に起因し該欠陥を反射源とした散乱波信号とを同時受信し、これら信号の伝搬時間差を求め、Ｂスコープ表示することにより、欠陥の位置及び欠陥指示高さに係る指示情報を求めるものである。
【０００３】
かかるＴＯＦＤ法は、図９（ａ）に示すように、被検体１に配置した送信探触子２から送信した超音波を受信探触子３により受信し、これを信号処理することにより、被検体１内に存在する欠陥４に関して図９（ｂ）に示すように、横方向を走査方向とし且つ縦方向を路程方向としたＢスコープ上で、欠陥４に起因した円弧模様が表れた指示情報が得られるものである。
【０００４】
また、超音波探傷法には、特許文献１又は特許文献２に示されるようなＴＯＦＤ法と異なる方法が知られている。
【０００５】
特許文献１は、探傷信号から得られた２次元画像からノイズに係る画像を除去する構成として、欠陥に起因する画像とノイズに係る画像との判別を必要としない板波超音波探傷方法及び装置を開示している。
【０００６】
特許文献２は、原子力発電設備のシュラウドの探傷に好適なシュラウド自動検査装置を開示し、欠陥の自動検出を可能としている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−０１５２１７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−３２６５８０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の技術において、欠陥が多数有る被検体をＴＯＦＤ法により探傷した場合、全ての円弧模様を人手にて指示検出し、それらを計測及び記録を行っていた。このため、探傷に多くの手間を要し、また人手にて指示検出するためにケアレスミスで円弧模様を見逃したり、誤って計測する等の問題が発生する虞がある。
【００１０】
本発明の目的は、ＴＯＦＤ法による探傷を容易且つ高精度に行うことが可能な超音波信号処理システム、方法、プログラム及び記憶媒体並びに超音波探傷装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、被検体に配置した送信探触子から送信した超音波を受信探触子により受信することにより前記被検体内に存在する欠陥に起因した超音波信号を処理する超音波信号処理システムにおいて、
前記超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理手段と、
この画像処理手段により検出された円弧模様に基づき前記欠陥の存在を指示表示する表示手段と
を具備することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、被検体に配置した送信探触子から送信した超音波を受信探触子により受信することにより前記被検体内に存在する欠陥に起因した超音波信号を処理する超音波信号処理方法において、
前記超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理ステップと、
この画像処理ステップにより検出された円弧模様に基づき前記欠陥の存在を指示表示する表示ステップと
を具備することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、
コンピュータに、
ＴＯＦＤ法により被検体を超音波走査して得た超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理ステップと、
この画像処理ステップにより検出された円弧模様に基づき前記被検体内の欠陥の存在を指示表示する表示ステップと
を実行させる超音波信号処理プログラム、である。
【００１４】
上記課題を解決するために本発明は、
コンピュータに、
ＴＯＦＤ法により被検体を超音波走査して得た超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出する画像処理ステップと、
この画像処理ステップにより検出された円弧模様に基づき前記被検体内の欠陥の存在を指示表示する表示ステップと
を実行させる超音波信号処理プログラムを記録した記録媒体、である。
【００１５】
本発明における超音波信号処理システム、方法、プログラム及び記憶媒体によれば、被検体に配置した送信探触子から送信した超音波を受信探触子により受信することにより前記被検体内に存在する欠陥に起因した超音波信号を処理するに際し、超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出し、該検出した円弧模様に基づき前記欠陥の存在を指示表示するようにしたので、ＴＯＦＤ法による探傷を容易且つ高精度に行うことが可能となる。
【００１６】
上記課題を解決するために本発明に係る超音波探傷装置は、
被検体に配置される送信探触子と、
前記被検体に前記送信探触子と距離を存して配置され、前記送信探触子から送信した超音波を受信する受信探触子と、
前記送信探触子を送信駆動する送信手段と、
前記受信探触子を受信駆動する受信手段と、
この受信部より得られる超音波受信信号をＢスコープ表示処理すると共に当該処理に基づき得られるＢスコープ上の円弧模様を自動検出する信号処理手段と、この信号処理手段により検出された円弧模様に基づき前記被検体内に存在する欠陥の存在を指示表示する表示手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
本発明における超音波探傷装置によれば、被検体に配置した送信探触子から送信した超音波を受信探触子により受信することにより前記被検体内に存在する欠陥に起因した超音波信号を処理するに際し、超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出し、該検出した円弧模様に基づき前記欠陥の存在を指示表示するようにしたので、ＴＯＦＤ法による探傷を容易且つ高精度に行うことが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による超音波信号処理システムの一実施形態を説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のシステムは、ＴＯＦＤ法を実施する送信斜角探触子２、受信斜角探触子３及び探傷器５からのデータを取り込んで処理するコンピュータ６により構成されており、当該コンピュータ６にストアされた信号処理プログラム７の実行により本発明に係る超音波信号処理方法が実施される。
【００２０】
被検体１の一面側に送信探触子として例えば送信斜角探触子２が配置され、該送信斜角探触子２と距離を存して受信探触子として例えば受信斜角探触子３が配置される。
【００２１】
探傷器５に備わる送信部により送信斜角探触子２を駆動し、被検体１に超音波を送信する。受信斜角探触子３は、被検体１の表面近傍を伝搬した超音波信号と、被検体１の底面に当たって反射してくる超音波信号と、被検体１内に存在する欠陥４に起因し該欠陥を反射源とした散乱波信号とを同時受信し、探傷器５により、これら信号の伝搬時間差を求め、Ｂスコープ表示に係るデータ（ＴＯＦＤデータ）が得られる。このＴＯＦＤデータは、欠陥の位置及び欠陥指示高さに係る指示情報を示しており、欠陥４に対応した円弧模様が表れている。なお、ここで言う欠陥４は、超音波が反射し受信探触子からみて音源となり得るものを言い、具体的には亀裂、融合不良、介在物の巻き込み、気孔、溶接の形状など不連続状態が典型例である。
【００２２】
ＴＯＦＤデータは、コンピュータ６を介してデータ記憶装置（ＨＤＤ）８に保持され、コンピュータ６に予めストアされている信号処理プログラム７の実行により、円弧模様の自動検出のため画像処理を用いた自動認識処理と該画像処理により検出された円弧模様に基づき欠陥の存在を指示表示するため情報の生成とが行われ、モニタ９及び／又はプリンタ１０に出力する。
【００２３】
本発明では、図２に示すように、ステップＳ１にてＴＯＦＤデータ収集を行い、ステップＳ２で円弧模様の自動認識処理を実行し、ステップＳ３で手動補正処理を実行し、ステップＳ４でモニタ９及び／又はプリンタ１０に結果出力を行う、というものである。
【００２４】
次に図３を参照して本発明に係る超音波信号処理の詳細を説明する。図２のステップＳ１に相当するステップＴ１で、送信斜角探触子２、受信斜角探触子３及び探傷器５によりＴＯＦＤデータを収集し、該ＴＯＦＤデータはコンピュータ６を介してデータ記憶装置（ＨＤＤ）８に保持される。ここに、ＴＯＦＤデータは、横方向を走査方向とし且つ縦方向を路程方向としたＢスコープ上で、欠陥４に起因した円弧模様が表れた二次元データである。
【００２５】
図２におけるステップＳ２は、図３においてステップＴ２〜ステップＴ８からなる。ステップＴ２は、ＴＯＦＤデータに対して例えばフィルタサイズが走査方向６０画素、路程方向１２画素の円弧フィルタを適用するものであり、フィルタサイズが操作方向と路程方向とで規定され且つ当該フィルタサイズにおける円弧領域と他領域とを識別する円弧フィルタを用いて円弧模様を自動検出するる。ここで、円弧フィルタについて図４を参照して説明する。
【００２６】
図４において、ＴＯＦＤデータのＢスコープを、横が走査方向、縦が路程方向に対応する２次元画像と考え、また走査位置ｉ、路程位置ｊのエコー高さ１（ｉ，ｊ）を画素（ｉ，ｊ）の値と考える。
【００２７】
円弧模様の抽出のために、処理対称位置（着目位置）に対し、図示のような円弧状の領域を考える。この領域を処理対称位置を原点とし、円弧によるずれを内部に有した座標系（ｍ，ｗ）で示される２次元領域と考える。ここでｍは横方向（走査方向）、Ｗは縦方向（路程方向）となる。円弧によるずれ量については後述する。
【００２８】
円弧模様はこの領域において、縦方向標準偏差が横方向標準偏差に比べて大きくなると考えられる。そこで縦横の標準偏差の比を円弧Ｓ／Ｎフィルタの出力とし、また円弧模様では路程方向のピークが円弧状に連続することから、円弧領域における横方向エコー高さ平均値にも明確なピークが現れるものと考えられ、これが円弧模様とその他の模様の識別に有効作用する。
【００２９】
かかる識別において、ピークとその前後のエコー高さとの差分値を用いた特徴量を２つ定義する。これが円弧差分値特徴量と、円弧差分値Ｓ／Ｎ特徴量である。
【００３０】
以降に定義式を示す。なお図４の円弧領域が原画像をはみ出す場合は、その処理対象画素の出力値は０としている。
【００３１】
【数１】
2004257971.tif 000003
【００３２】
また、円弧によるずれ量について図５を参照して説明する。
円弧によるずれ量は、特定の信号源（音源）に対する走査方向のずれに応じた路程方向のずれ量をいい、このずれ量は図５の例では、以下のようにして求めることができる。
【００３３】
【数２】
2004257971.tif 000004
【００３４】
なお、異なるフィルタサイズの複数の円弧フィルタを用意し、円弧模様を複数の円弧フィルタの特徴量に基づきの識別することも可能である。
【００３５】
ステップＴ３は、円弧フィルタが適用されたＴＯＦＤデータに対し２値化処理を適用するものであり、後述の処理はこの２値化したデータに基づき行われる。なお、２値化に際しては例えば平均値＋２σの閾値を設定する。
【００３６】
ステップＴ４は、２値化したデータのうち路程方向のデータに膨張収縮処理を適用するものである。この処理により、路程方向に連続して表れる円弧模様を、一つのグループとして抽出することが可能となる。
【００３７】
ステップＴ５は、２値化したデータ又はその膨張収縮処理したデータの連結成分を得るためのラベリング処理である。
【００３８】
ステップＴ６は、特徴量計算処理であり、上述した円弧差分値特徴量と、円弧差分値Ｓ／Ｎ特徴量を計算する。
【００３９】
ステップＴ７は、上述した円弧差分値特徴量と、円弧差分値Ｓ／Ｎ特徴量、特徴量とに基づき円弧模様を識別するに際し、特徴量への重み付けやしきい値の決定のために線形判別分析（正準判別分析）を用いることにより、複数の特徴量の組合せがより適切になり識別率が向上する。
【００４０】
以上のステップを経てステップＴ８で識別結果が得られる。
【００４１】
次に、図３においてステップＴ９，Ｔ１０は、識別結果をさらに人手により補正するものであり、モニタ９に表示された識別結果を見ながら、図示しないキーボードやマウス等を操作して、識別結果をさらに人手により補正する。
【００４２】
ステップＴ１０は、識別結果をさらに人手により補正するものである。
【００４３】
ステップＴ１１は、識別結果について各領域から最も指示ピーク位置と思われる位置として、円弧Ｓ／Ｎ特徴量の最大位置を検索する。
【００４４】
ステップＴ１２は、識別結果について各領毎の指示情報を計測するものであり、ここで言う指示情報は、指示の走査位置、指示の深さ位置、深さ方向、長さ等を言う。また例えば図６に示すように、横方向エコー高さ平均値を用いて指示情報を求めることも可能である。
【００４５】
図７は、本実施形態の信号処理の変化を示しており、図７（ａ）は原データつまり円弧フィルタが適用される前のＴＯＦＤデータである。
【００４６】
図７（ｂ）は円弧フィルタが適用された後のデータである。
【００４７】
図７（ｃ）は２値化処理後のデータである。
【００４８】
図７（ｄ）は膨張収縮処理後のデータである。
【００４９】
以上述べた本実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、本実施形態においては、画像処理で円弧模様を自動検出し、その結果に基づいて指示情報を自動計測することから、人手作業の減少を図られ、コンピュータ処理による高速化が図れると共に人手に伴うケアレスミスが減少する効果が期待できる。
【００５０】
また、画像処理で円弧模様を自動検出するのに円弧フィルタを用い、該フィルタ画像を用いて２値化することから、指示模様である円弧模様領域のＳ／Ｎが向上し、より適切に指示領域を２値化できるようになる。
【００５１】
さらに、円弧フィルタ特徴量を用いて円弧模様を検出するようにしているので、円弧模様により敏感な特徴量を用いることにより、指示とノイズの識別率が向上する。
【００５２】
またフィルタサイズが異なる複数の円弧フィルタ特徴量を適宜用いることにより、指示領域以外であればフィルタサイズが異なるとばらつきが大きくなると考えられることから、指示とノイズとの識別率が一層向上するものとなる。
【００５３】
さらに識別のための特徴量への重み付けやしきい値の決定のために線形判別分析（正準判別分析）を用いることにより、複数の特徴量の組合せがより適切になり識別率が向上する。
【００５４】
また識別結果の人手による補正機能を設けていることにより、自動による識別結果を補正する手段を提供することで、より高い精度の結果を得ることができる。
【００５５】
さらに、指示情報の計測に横方向エコー高さ平均値を用いることにより、平均値を用いることで局所的なノイズの影響を低減し、安定した指示情報計測が可能となる。
【００５６】
本発明において、識別結果の表示は各種の形態を採用することができる。例えば、処理結果を原画像に重ね合わせる形とすることができる。
【００５７】
また、円弧フィルタの出力がしきい値を超え、かつ円弧模様として識別されたラベルと、円弧模様として認識された各ラベルの中で、円弧差分値Ｓ／Ｎ特徴量の値が最も大きい位置をマーキングしたものと（例えば正方形で示し、その大きさは特徴量値の大きさに比例させる）、円弧フィルタの出力がしきい値を越えて、かつ円弧模様では無いと識別されたラベルとを色別で表示することで、円弧模様の中心として識別された領域と、円弧模様として認識された各ラベルの中で、円弧差分値Ｓ／Ｎ特徴量の値が最も大きい位置と、円弧では無い、つまりノイズと識別された領域とを、明確に判別が行われるようにすることができる。
【００５８】
上述した実施形態において、コンピュータ６は、単一のコンピュータ等のハードウエアとして構成する他に、一又は複数のコンピュータ又はこれらコンピュータの一部の機能により構成することができる。また本発明が実施される方法を、コンピュータにより実行するプログラムとして構成とすることもでき、さらに該プログラムを記録した記憶媒体をコンピュータに適用し、該コンピュータにて前記プログラムを実行するようにしても良い。さらに、図１に示すシステムにおけるＴＯＦＤデータは、オンライン又はオフラインで本発明のシステム、方法等により処理するができる。
【００５９】
また図８は、探傷器及び信号処理のためのコンピュータ等により一の超音波探傷装置を構成した場合の例であり、被検体１に配置される送信探触子２と、被検体１に送信探触子２と距離を存して配置され送信探触子２から送信した超音波を受信する受信探触子３と、探傷装置本体１１と、モニタ１２と、プリンタ１３とから構成されている。
【００６０】
探傷装置本体１１は、送信探触子２を送信駆動する送信部１１Ａと、受信探触子３を受信駆動する受信部１１Ｂと、この受信部１１Ｂより得られる超音波受信信号をＢスコープ表示処理すると共に当該処理に基づき得られるＢスコープ上の円弧模様を自動検出する信号処理手段として信号処理プログラム１１Ｄがストアされ且つ実行可能な信号処理部１１Ｃと、データ記憶部（ＨＤＤ）１１Ｅと、システムコントローラ１１Ｆとからなり、リアルタイム又は非リアルタイムでＴＯＦＤデータを取得して、図１に示す構成と同様な処理を行うことができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被検体に配置した送信探触子から送信した超音波を受信探触子により受信することにより前記被検体内に存在する欠陥に起因した超音波信号を処理するに際し、超音波信号に基づきＢスコープ上で表れる円弧模様を自動検出し、該検出した円弧模様に基づき前記欠陥の存在を指示表示するようにしたので、ＴＯＦＤ法による探傷を容易且つ高精度に行うことが可能な超音波信号処理システム、方法、プログラム及び記憶媒体並びに超音波探傷装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波信号処理システムの一実施形態の構成を示す図。
【図２】同システムにおける超音波信号処理方法の一例の概略を示すフロー図。
【図３】同方法の詳細を示すフロー図。
【図４】本発明における円弧フィルタを説明する図。
【図５】本発明における円弧ずれ量を説明する図。
【図６】指示情報の計測手法の一例を示す図。
【図７】本発明による超音波信号処理による画像処理の変化を示す図。
【図８】本発明による超音波探傷装置の一例を示す図。
【図９】ＴＯＦＤ法による探傷法を説明する図。
【符号の説明】
１…被検体、２…送信斜角探触子、３…受信斜角探触子、４…欠陥、５…探傷器、６…コンピュータ、７…信号処理プログラム、８…データ記憶装置（ＨＤＤ）、９…モニタ、１０…プリンタ、１１…超音波探傷装置、１１Ａ…送信部、１１Ｂ…受信部、１１Ｃ…信号処理部、１１Ｄ…信号処理プログラム、１１Ｅ…データ記憶装置（ＨＤＤ）、１１Ｆ…システムコントローラ、１２…モニタ、１３…プリンタ。
【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】
2004257971.tif 000010
【図７】
2004257971.tif 000011
【図８】
2004257971.tif 000012
【図９】
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