(57)【要約】【課題】  超音波探傷法により得られるきず分布と放射線透過試験法により得られるきず分布との相関を得ることが可能な内部欠陥の評価方法を提供すること。【解決手段】  本発明に係る内部欠陥の評価方法は、超音波探傷により試験体内部に存在する内部欠陥の空間分布を反映した探傷データを取得する探傷工程と、１又は２以上の監視領域内にある探傷データをＺ方向に投影し、各監視領域毎にそれぞれ２次元きず情報を取得する２次元きず情報取得工程と、各２次元きず情報をそれぞれ同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換する判定用データ変換工程と、各監視領域毎にそれぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、各判定用データと各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、試験体の品質を判定する判定工程とを備えている。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体に対して超音波探傷を行い、前記試験体内部に存在する内部欠陥の空間分布を反映した探傷データを取得する探傷工程と、
１又は２以上の監視領域内にある前記探傷データをＺ方向に投影し、前記各監視領域毎に、それぞれ２次元きず情報を取得する２次元きず情報取得工程と、
前記各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換する判定用データ変換工程と、
前記各監視領域毎に、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、前記各判定用データと、前記各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、前記試験体の品質を判定する判定工程とを備えた内部欠陥の評価方法。
【請求項２】
前記試験体は、放射線透過試験が行われるべき方向がＹ方向であり、
前記探傷工程は、前記試験体のＸＹ面から超音波を入射させることにより前記探傷データを取得するものである請求項１に記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項３】
前記２次元きず情報取得工程は、
（イ）前記探傷データを処理し、前記試験体内部の３次元きず情報を取得する３次元きず情報取得工程と、
（ロ）前記３次元きず情報から１又は２以上の前記監視領域を切り出すマスク工程と、
（ハ）前記各監視領域内にある前記３次元きず情報のＺ方向の最大値又は積算値をＺ方向に投影し、それぞれ前記２次元きず情報に変換する２次元きず情報変換工程とを備えた請求項１又は２に記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項４】
前記マスク工程の前又は後に、前記３次元きず情報の感度を補正する感度補正工程をさらに備えた請求項３に記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項５】
前記２次元きず情報取得工程は、
（イ）１又は２以上の前記監視領域内にある前記探傷データのＺ方向の最大値を取得する最大値取得工程と、
（ロ）前記各最大値をＺ方向に投影し、それぞれ前記２次元きず情報に変換する２次元きず情報変換工程とを備えた請求項１から４までのいずれかに記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項６】
前記最大値取得工程の前又は後に、前記探傷データ又は前記最大値の感度を補正する感度補正工程をさらに備えた請求項５に記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項７】
前記判定用データ変換工程は、
（イ）前記各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる２値化しきい値を用いて２値化し、１又は２以上の２値化データを取得する２値化工程と、
（ロ）前記各２値化データのＹ方向の最大値又は積算値をＹ方向に投影し、１又は２以上の１次元きず情報に変換する１次元きず情報変換工程と、
（ハ）前記各１次元きず情報が、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の前記判定しきい値を超えるＸ方向の指示長さ（判定用データ）を算出する指示長さ算出工程とを備え、
前記判定工程は、算出された前記各指示長さと、前記各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容指示長さ（許容データ）とを対比し、前記試験体の品質を判定するものである請求項１から６までのいずれかに記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項８】
前記判定用データ変換工程は、
（イ）前記各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる２値化しきい値を用いて２値化し、１又は２以上の２値化データを取得する２値化工程と、
（ロ）前記各２値化データの総面積に対する前記２値化しきい値を超える領域の面積率（判定用データ）を算出する面積率算出工程とを備え、
前記判定工程は、算出された前記各面積率と、前記各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容面積率（許容データ）とを対比し、前記試験体の品質を判定するものである請求項１から７までのいずれかに記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項９】
前記判定用データ変換工程は、前記各２次元きず情報の平均強度（判定用データ）を算出する平均強度算出工程からなり、
前記判定工程は、算出された前記各平均強度と、前記各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容平均強度（許容データ）とを対比し、前記試験体の品質を判定するものである請求項１から８までのいずれかに記載の内部欠陥の評価方法。
【請求項１０】
前記試験体は、高マンガン鋳鋼品である請求項１から９までのいずれかに記載の内部欠陥の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部欠陥の評価方法に関し、さらに詳しくは、試験体の内部に存在する未開口割れ、鋳巣等の内部欠陥を評価するための内部欠陥の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊検査は、素材や製品を破壊することなく、きずの有無、位置、大きさ、あるいは、その材質等を調べる検査手法である。非破壊検査は、素材や製品を破壊する必要がないので、出荷前の製品検査、あるいは現場に設置した後の対象物の品質評価、寿命予測等に用いられている。
【０００３】
非破壊検査手法としては、放射線透過試験法、超音波探傷法、浸透探傷試験法、渦流探傷試験法等が知られている。これらの内、浸透探傷試験法及び渦流探傷試験法は、主として、表面欠陥の検査に適した手法である。一方、放射線透過試験法及び超音波探傷法は、主として、内部欠陥の検出に適した手法である。そのため、溶接部、鋳造品等の内部に形成された割れ、ブローホール、鋳巣等の検出には、放射線透過試験法又は超音波探傷法を用いるのが一般的である。
【０００４】
放射線透過試験法は、物体に放射線を照射し、透過した放射線の強度変化から欠陥の状態を調べる検査方法である。物質を透過する放射線の強度は、物質の種類と厚さによって変化するが、欠陥の内面形状にはあまり依存しないので、放射線透過試験法は、内面形状が不規則な欠陥（例えば、鋳巣）であっても高い精度で検出することができる。また、放射線の透過方向に沿って複数の欠陥が並んでいる場合には、その程度が透過した放射線の強度変化となって現れるので、試験体内部のきず情報を比較的容易に得られるという利点がある。
【０００５】
これに対し、超音波探傷法は、超音波を試験体の表面から内部に伝搬させ、欠陥で反射された超音波を検出することによって欠陥の有無を調べる検査方法である。超音波探傷法は、探触子を走査させる方向を最適化することによって、試験体内部のきず情報を比較的容易に取得することができる。しかしながら、超音波は直進性があるために、超音波の進行方向に沿って複数の欠陥が並んでいる場合には、超音波の進行方向に対して下流側の欠陥を検出しにくいという問題があった。
【０００６】
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、複数の圧電体層がマトリックス状に独立して形成された超音波トランスデューサと、任意の圧電体層を駆動可能な駆動部と、任意の圧電体層を駆動させることにより、照射対象から反射される反射エコーを複数の圧電体層で受信し、その際に発生する電気信号を検出する検出部と、検出された電気信号から検査対象の状態を可視化する処理部とを備えた超音波検査装置が開示されている。同文献には、圧電体層として、厚さ０．１μｍ〜１００μｍであるチタン酸バリウム又はジルコン酸チタン酸鉛を用いると、高い周波数を有する超音波を発生させることができ、解像度が向上する点が記載されている。
【０００７】
また、非特許文献１には、圧電素子をマトリックス状に配置した超音波カメラを備えた３Ｄ超音波検査装置が開示されている。同文献には、このような超音波カメラによって数千〜数万の波形を瞬時に収集し、画像合成処理することによって、検査対象の内部を３次元的に高速で画像化できる点が記載されている。
【０００８】
さらに、非特許文献２には、微小な超音波振動子を多数配列したアレイ探触子から、タイミングを変えて超音波を発信させ、これを合成したビームを特定方向に送信したり、あるいは、所定の深さに収束させるフェーズドアレイ法が開示されている。同文献には、フェーズドアレイ法は、任意の多様なビーム角と焦点距離を持つビームをコンピュータ制御で作り出せるので、複雑な対象部位を正確にねらった探傷が可能となる点が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１４９２１３号公報
【非特許文献１】http://www.toshiba.co.jp/efort/market/camera/example.htm
【非特許文献２】http://rd-tech.co.jp/thchno.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
放射線透過試験は、欠陥の内面形状や試験体の組織による影響が少ないので、不規則な内面形状を有する欠陥（例えば、鋳巣）、あるいは、粗大結晶粒組織を有する試験体内部の欠陥であっても、比較的高い精度で検出が可能である。そのため、これらが問題となる製品（例えば、鋳造品）の出荷前の最終検査には、放射線透過試験法が一般に用いられている。
【００１１】
しかしながら、放射線透過試験法は、放射線を扱う関係上、実施に際して環境上の配慮が必要となる。また、試験体の一方から放射線を照射し、その反対側にフィルムあるいは蛍光板を配置しなければならないという物理的な制約もある。そのため、製品を現場に設置した後、製品の品質劣化、寿命予測等を非破壊で検査する必要が生じた場合であっても、環境上の理由及び／又は物理的な制約から、現場において放射線透過試験を実施できない場合がある。
【００１２】
これに対し、超音波探傷法は、放射線透過試験法と異なり、環境上の制約を受けることはない。また、少なくとも試験体の一方の表面に探触子を配置するだけで検査することができ、探触子の形状も任意に選択することができるので、物理的な制約も少ない。さらに、上述した種々の方法を用いると、欠陥の３次元情報であっても取得することができる。
【００１３】
しかしながら、パルス反射法で得られた信号強度は、反射源の反射率に大きく依存する。そのため、従来の方法では、超音波の減衰や散乱が大きいときには、欠陥の位置、大きさ等の正確な検出が困難となる場合がある。さらに、超音波探傷法で得られた結果と、放射線透過試験法で得られた結果との間の相関は小さく、相関を得るための手法も確立されていない。従って、出荷時の検査が放射線透過試験法で規格化されている製品を現場に設置した後、製品の再検査が必要となった場合において、現場において放射線透過試験を使用できないときには、製品の品質劣化、寿命予測等の正確な評価が困難であるという問題がある。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、超音波の減衰や散乱が大きい場合であっても、欠陥の有無を正確に評価することが可能な内部欠陥の評価方法を提供することにある。また、本発明が解決しようとする他の課題は、超音波探傷法により得られるきず分布と放射線透過試験法により得られるきず分布との相関を得ることが可能な内部欠陥の評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明に係る内部欠陥の評価方法は、試験体に対して超音波探傷を行い、前記試験体内部に存在する内部欠陥の空間分布を反映した探傷データを取得する探傷工程と、１又は２以上の監視領域内にある前記探傷データをＺ方向に投影し、前記各監視領域毎に、それぞれ２次元きず情報を取得する２次元きず情報取得工程と、前記各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換する判定用データ変換工程と、前記各監視領域毎に、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、前記各判定用データと、前記各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、前記試験体の品質を判定する判定工程とを備えていることを要旨とする。この場合、前記試験体は、放射線透過試験が行われるべき方向がＹ方向であり、前記探傷工程は、前記試験体のＸＹ面から超音波を入射させることにより前記探傷データを取得するものが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
監視領域内にある探傷データをＺ方向に投影して２次元きず情報を取得し、これを指示長さ、面積率、平均強度等の判定用データに変換すると、欠陥のある領域とない領域を明瞭に区別することが可能となる。そのため、超音波の減衰や散乱が大きい場合であっても、製品の品質の良否を判定することができる。
【００１７】
また、試験体の放射線透過試験がＹ方向から行われる場合において、試験体のＸＹ面から超音波を入射させると、放射線透過試験法と相関のある２次元きず情報が得られる。これを判定用データに変換し、判定用データと判定しきい値に対応する許容データとを対比すれば、放射線透過試験法との相関のある品質判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明に係る内部欠陥の評価方法は、探傷工程と、２次元きず情報取得工程と、判定用データ変換工程と、判定工程とを備えている。
【００１９】
初めに、探傷工程について説明する。探傷工程は、試験体に対して超音波探傷を行い、試験体内部に存在する内部欠陥の空間分布を反映した探傷データを取得する工程である。本発明において、試験体の形状、材質等は、特に限定されるものではなく、種々の形状、材質等を有する試験体に対して適用することができる。特に、試験体が高マンガン鋳鋼品である場合、超音波の減衰が大きく、しかも散乱の大きい欠陥が発生しやすいが、本発明に係る方法を用いると、製品の品質を精度良く判定することができる。
【００２０】
また、探傷方法、探触子の構造等も特に限定されるものではなく、試験体の形状、検査目的等に応じて、種々の探傷方法及び探触子を用いることができる。例えば、図１に示すように、試験体１０が矩形状である場合には、試験体１０のＸＹ面に探触子１２を配置し、探触子１２を用いてＸＹ面を走査すれば良い。走査方法は、特に限定されるものではなく、ジグザグ走査、横方形走査、縦方形走査等、種々の走査方法を用いることができる。また、探傷方法は、試験体内部に存在する内部欠陥の空間分布を反映した探傷データが得られるものであれば良い。具体的には、垂直探傷法、斜角探傷法等、試験体１０の形状、探触子１２の構造、検査目的等に応じて、最適な方法を選択する。
【００２１】
例えば、探触子１２として、１個の圧電素子を備えたものを用いる場合、送信用探触子と受信用探触子からなる１組又は２組以上の探触子を用い、垂直探傷法を用いて探傷データを取得するのが好ましい。また、例えば、探触子１２として、複数個の圧電素子を備えたもの（例えば、圧電素子がマトリックス状に配置されたマトリックス型探触子）を用いる場合、１個の探触子を用いて垂直探傷法により探傷データを取得しても良く、あるいは、１組若しくは２組以上の探触子を用いて垂直探傷法により探傷データを取得しても良い。さらに、探触子１２の機械的な走査に代えて、探触子１２として、多数配列させた微小な圧電素子からタイミングを変えて超音波を発信させることが可能なアレイ探触子を用い、電気的に走査させるようにしても良い。
【００２２】
なお、本発明において、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」及び「Ｚ方向」とは、後述するデータ処理の方向を便宜的に定めるために用いられているものであって、必ずしもＸＹ面が超音波の入射面である場合（すなわち、Ｚ方向が超音波の入射方向である場合）に限定するものではない。但し、放射線透過試験との相関のある探傷データを取得するためには、放射線透過試験が行われるべき方向（又は、面）に対して垂直な方向（又は、面）から超音波探傷を行うのが好ましい。例えば、放射線透過試験が行われる方向がＹ方向である場合、超音波の入射面は、ＸＹ面が好ましい。
【００２３】
次に、２次元きず情報取得工程について説明する。２次元きず情報取得工程は、１又は２以上の監視領域内にある探傷データをＺ方向に投影し、各監視領域毎に、それぞれ２次元きず情報を取得する工程である。このような２次元きず情報を取得する方法には、種々の方法があるが、以下のような方法が好適である。
【００２４】
２次元きず情報を取得するための第１の方法は、３次元きず情報取得工程と、マスク工程と、感度補正工程と、２次元きず情報変換工程とを備えている。
【００２５】
３次元きず情報取得工程は、探傷工程で得られた探傷データを処理し、試験体内部の３次元きず情報を取得する工程である。ここで、「３次元きず情報」とは、試験体内部に存在する内部欠陥の大きさ及び形状と、その位置（すなわち、空間分布）とを備えた情報をいう。この場合、探傷データを取得する方法は、特に限定されるものではなく、試験体の形状、検査目的等に応じて、種々の方法を用いることができる。具体的には、上述した垂直探傷法、マトリックス型探触子を用いる方法、アレイ探触子を用いる方法等が好適である。
【００２６】
探傷データを所定の計算プログラムを用いて処理すると、欠陥の空間分布を反映した３次元きず情報が得られる。この場合、探傷データの処理方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。探傷データの処理方法としては、具体的には、開口合成法、フェーズドアレイ法等が好適な一例として挙げられる。
【００２７】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に、取得された３次元きず情報の模式図を示す。探触子で検出された探傷データを所定の方法を用いてコンピュータで処理すると、図２に示すように、試験体１０の内部に存在する欠陥１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…の位置、大きさ、形状等を示す３次元きず情報が得られる。試験体１０内の欠陥は、ランダムに並んでおり、その一部は、Ｚ方向に並んでいる場合もある。図２中の欠陥１０ｂ、及び欠陥１０ｃは、このような状態を模式的に表したものである。
【００２８】
このような試験体１０に対して、１個の圧電素子を備えた１個の探触子を用い、Ｚ方向のみから垂直探傷した場合において、超音波の入射側に位置する欠陥１０ｂの反射率が欠陥１０ｃの反射率より低いとき（すなわち、欠陥１０ｂにおける超音波の散乱が大きいとき）には、図２（ａ）に示すように、欠陥１０ｂに起因する弱い反射エコーのみが検出され、欠陥１０ｃに起因する強い反射エコーは検出されない。しかしながら、上述した種々の方法を用いて３次元きず情報を取得した場合には、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、欠陥１０ｃに起因する反射エコーも３次元きず情報内に記録されることになる。
【００２９】
また、試験体１０に入射した超音波は、試験体１０の表面及び底面において反射され、それぞれ表面エコー及び底面エコーとして観測される。この場合、試験体１０の中央部分では、欠陥による反射エコーと表面エコー及び底面エコーとを分離するのは比較的容易である。しかしながら、試験体１０の外周部分においては、その分離が困難な場合が多く、表面の凹凸、表面形状等に起因する反射エコーが観測される場合がある。図２中、試験体１０の外周のクロスハッチング領域は、このような内部欠陥以外の反射源に起因する反射エコーが観測された状態を模式的に表したものである。
【００３０】
なお、３次元きず情報取得工程は、少なくとも後述するデータ処理が可能なデータ構造を有する３次元きず情報を取得できれば良く、図２に例示するような映像化は、必ずしも必要ではない。しかしながら、３次元きず情報を映像化すると、不可抗力によって検出された予期しない反射エコーを肉眼で判別・排除することができるので、判定精度が向上するという利点がある。
【００３１】
次に、感度補正工程について説明する。感度補正工程は、取得された３次元きず情報の感度を補正する工程である。試験体１０内部の欠陥１０ａ、１０ｂ…に起因する反射エコーの大きさは、主として、欠陥１０ａ、１０ｂ…の内面形状、大きさ等に依存するが、試験体１０に入射する超音波の強度等、他の要因にも依存する。これらの要因は、探触子から送信される超音波の強度や、探触子と試験体との接触状態によっても変化する。
【００３２】
そこで、感度補正工程においては、このような欠陥以外の要因によって生じた反射エコーの変動を補正する。補正方法は、特に限定されるものではなく、３次元きず情報の取得方法、試験体の材質等に応じて、最適な方法を選択すればよい。具体的には、無欠陥領域からの反射エコー強度（Ｂ）に対する欠陥に起因する反射エコー強度（Ａ）の比（＝Ａ／Ｂ）を取る方法、底面からの反射エコー強度（Ｃ）に対する欠陥エコー強度（Ａ）の比（＝Ａ／Ｃ）を取る方法、超音波の伝播距離に応じて一定の係数をかける方法等が好適な一例として挙げられる。
【００３３】
なお、感度補正を行うと、品質判定の精度が向上するという利点があるが、試験体の形状、３次元きず情報の取得方法、検査目的等によっては、欠陥に起因する反射エコーの強度を直接用いても、十分な精度を有する判定が可能な場合がある。そのような場合には、感度補正工程を省略しても良い。また、感度補正を行う場合、感度補正工程は、後述するマスク工程の前に行っても良く、あるいは、マスク工程の後に行っても良い。
【００３４】
次に、マスク工程について説明する。マスク工程は、必要に応じて感度が補正された３次元きず情報から１又は２以上の監視領域を切り出す工程である。ここで、「監視領域」とは、試験体内部の領域の内、検査を行う領域を言う。上述したように、取得された３次元きず情報には、内部欠陥以外の反射源に起因する反射エコーが含まれている場合がある。このような内部欠陥以外の情報を含んだまま、後工程においてデータの処理を行うと、誤判定の原因となる。
【００３５】
そこで、マスク工程においては、取得された３次元きず情報から監視領域外にある情報を削除する。３次元きず情報の内、どの部分を監視領域とするかは、試験体の形状、検査目的等に応じて任意に選択することができる。なお、監視領域を切り出すと、監視領域外に存在する欠陥の検出はできなくなる。しかしながら、監視領域外の欠陥の評価が必要な場合には、新たに監視領域を設定するか、他の非破壊検査法を併用すれば良いので、特に問題はない。
【００３６】
監視領域の切り出し方法は、特に限定されるものではなく、試験体の形状、３次元きず情報の取得方法等に応じて、最適な方法を選択する。例えば、試験体の形状及び内部欠陥以外の反射源に起因する反射エコーの出現パターンが既知である場合には、評価装置に予め試験体の形状及び所定パターンの監視領域を入力しておき、取得された３次元きず情報から所定のパターンに従って監視領域を自動的に切り出せば良い。
【００３７】
また、例えば、試験体の形状及び／又は内部欠陥以外の反射源に起因する反射エコーの出現パターンが未知である場合には、取得された３次元きず情報をモニタに表示させる。次いで、内部欠陥以外の反射源に起因する反射エコーを目視により判定し、これを３次元きず情報から手動で削除すれば良い。
【００３８】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に、図２に示す３次元きず情報から切り出された監視領域の模式図を示す。図３に示す例においては、３次元きず情報の内、表面から一定の深さ以上にある内部領域が監視領域となっている。また、それ以外の表面近傍の領域（すなわち、図２中のクロスハッチング領域）は、３次元きず情報から削除されている。
【００３９】
また、図３に示すように、３次元きず情報から１個の監視領域を切り出しても良く、あるいは、２個以上の監視領域を切り出しても良い。例えば、鋳造品は、その材質、形状等に応じて、種々の部位に種々の欠陥が発生する場合がある。しかも、組織が粗大化している場合が多く、同一形状かつ同一種類の欠陥が発生した場合であっても、表面からの深さに応じて、反射エコーの強度も異なる。このような場合には、複数個の監視領域を設定するのが好ましい。複数個の監視領域を設定すると、監視領域毎に異なる判定基準を適用するのが容易となるので、精度の高い判定を行うことができる。
【００４０】
複数個の監視領域を設定する場合、その設定方法は、特に限定されるものではなく、検査目的、試験体の形状等に応じて任意に選択することができる。例えば、超音波の入射面から深さ方向に沿って複数個の監視領域を設定しても良く、あるいは、入射面の面内方向に沿って複数個の監視領域を設定しても良い。さらに、これらを組み合わせても良い。この場合、各監視領域は、互いに重なっていても良く、あるいは、各監視領域の間隔がゼロ又は一定の有限な値になっていても良い。さらに、重なりの程度及び／又は間隔の大きさは、各監視領域について同一であっても良く、あるいは、各監視領域毎に異なっていても良い。
【００４１】
図４に、複数個の監視領域が設定された試験体の一例を示す。図４において、試験体は、鋳造レール２０からなる。また、鋳造レール２０の上面をＸＹ面とし、高さ方向をＺ方向とする。
【００４２】
ＸＹ面からＺ方向に向かって、レール頭部２０ａの表層部及び中間部、並びにレール頭部２０ａと起立部２０ｂの境界線（以下、これを「くびれ部」という）に対応する位置に、それぞれ、上部監視領域２２ａ、中間監視領域２２ｂ及び下部監視領域２２ｃの３つの監視領域を設定する。この場合、各監視領域の大きさ、位置、間隔等は、鋳造レール２０の形状、検査目的等に応じて任意に選択することができる点は、上述した通りである。なお、このような監視領域の設定方法は、鋳造レール以外の試験体に対しても適用できる。
【００４３】
次に、２次元きず情報変換工程について説明する。２次元きず情報変換工程は、各監視領域内にある３次元きず情報のＺ方向の最大値又は積算値をＺ方向に投影し、それぞれ２次元きず情報に変換する工程である。ここで、「Ｚ方向の最大値をＺ方向に投影する」とは、ある座標（Ｘ０、Ｙ０）におけるＺ方向の反射エコー強度の内、その最大値を座標（Ｘ０、Ｙ０）における２次元きず情報として代表させることをいい、「Ｚ方向の積算値をＺ方向に投影する」とは、Ｚ方向の反射エコー強度の積算値を座標（Ｘ０、Ｙ０）における２次元きず情報として代表させることをいう。いずれを用いるかは、試験体の形状、材質、検査の目的等に応じて選択する。
【００４４】
例えば、相対的に大きな欠陥を検出する場合、あるいは、試験体がノイズの発生しにくい形状及び／又は材質を有している場合には、２次元きず情報として、Ｚ方向の最大値又は積算値のいずれを用いても、精度の高い判定を行うことができる。一方、相対的に小さな欠陥を検出する場合、あるいは、試験体がノイズの発生しやすい形状及び／又は材質を有している場合には、２次元きず情報として、Ｚ方向の最大値を取るのが好ましい。このような場合に積算値を取ると、ノイズも積算され、判定精度が低下するので好ましくない。
【００４５】
図５に、図３に示す監視領域内の最大値をＺ方向に投影した２次元きず情報の模式図を示す。図５において、欠陥１０ａ、１０ｄ及び１０ｅは、Ｚ方向に他の欠陥がないので、これらの反射エコー強度がそのままＸＹ平面上に投影されている。一方、欠陥１０ｂ及び１０ｃは、Ｚ方向に垂直に並んでいるので、欠陥１０ｂと欠陥１０ｃが重なっている領域については、反射エコー強度の小さい欠陥１０ｂではなく、反射エコー強度の大きい欠陥１０ｃの値が最大値として選択され、ＸＹ平面上に投影されている。
【００４６】
なお、複数個の監視領域を設定する場合、図２〜図３、及び図５に示す手順に従い、各監視領域毎に、Ｚ方向の最大値又は積算値をＺ方向に投影すればよい。例えば、図４に示すように、上部監視領域、中間監視領域及び下部監視領域の３つの監視領域を設定した場合には、それぞれ、各監視領域内の探傷データをＺ方向に投影し、それぞれ、上部２次元きず情報、中間２次元きず情報及び下部２次元きず情報に変換すればよい。
【００４７】
２次元きず情報を取得する第２の方法は、いわゆる「Ｃスコープデータ」を用いる方法であり、最大値取得工程と、感度補正工程と、２次元きず情報変換工程とを備えている。
【００４８】
最大値取得工程は、１又は２以上の監視領域内にある探傷データのＺ方向の最大値を取得する工程である。第２の方法は、探傷データの内、監視領域（ゲート）内にあるＺ方向の最大値のみを取得し、３次元きず情報の取得は行われない。この点が第１の方法とは異なる。また、３次元きず情報が取得されないので、探傷データの取得は、最大値を投影する方向、すなわちＸＹ面から超音波を入射させることにより行う必要がある。
【００４９】
なお、第２の方法において、１個又は複数個の監視領域を設定しても良い点、入射面から深さ方向に沿って及び／又は入射面の面内方向に沿って複数個の監視領域を設定しても良い点、並びに、監視領域の重なり及び／又は間隔は任意に設定できる点は、第１の方法と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
感度補正工程は、取得された探傷データ又は最大値の感度を補正する工程である。なお、感度補正工程は、最大値取得工程の前に行っても良く、あるいは、後に行っても良い。また、感度の補正方法として種々の方法を用いることができる点、及び、検査目的に応じて感度補正工程を省略しても良い点は、第１の方法における感度補正工程と同様であるので説明を省略する。
【００５１】
２次元きず情報変換工程は、１又は２以上の監視領域内にある各最大値を、それぞれＺ方向に投影し、それぞれ２次元きず情報に変換する工程である。第２の方法における２次元情報変換工程は、Ｚ方向に投影すべきデータが、監視領域内にある探傷データから直接取得されたＺ方向の最大値である点を除き、第１の方法における２次元きず情報変換工程と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
次に、判定用データ変換工程について説明する。判定用データ変換工程は、２次元きず情報取得工程によって取得された各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換する工程である。２次元きず情報を判定用データに変換する方法には、種々の方法があるが、特に以下のような方法が好適である。
【００５３】
２次元きず情報を判定用データに変換する第１の方法は、判定用データとして「指示長さ」を用いる方法であり、２値化工程と、１次元きず情報変換工程と、指示長さ算出工程とを備えている。
【００５４】
初めに、２値化工程について説明する。２値化工程は、１又は２以上の２次元きず情報を、それぞれ、同一又は異なる２値化しきい値を用いて２値化し、１又は２以上の２値化データを取得する工程である。ここで、「２値化しきい値」とは、ノイズと欠陥に起因する反射エコーとを区別するための値をいう。２値化しきい値の値は、ノイズの大きさ、検出したい欠陥の大きさ等に応じて、最適な値を選択すれば良い。
【００５５】
また、２以上の監視領域を設定する場合、２値化しきい値は、各監視領域について同一であっても良く、あるいは、各監視領域毎に異なっていても良い。特に、図４に示すように、Ｚ方向に複数個の監視領域を設定する場合において、超音波の入射面をＸＹ面とするときには、入射面から監視領域までの深さによって超音波の散乱及び／又は減衰の程度が異なるので、監視領域毎に異なる２値化しきい値を用いるのが好ましい。
【００５６】
具体的には、２次元きず情報を適当な大きさを有する微少領域に分割する。次いで、各微少領域について、反射エコー強度が２値化しきい値を越えているか否かを判定する。そして、反射エコー強度が２値化しきい値を越えていない場合には、その微少領域に第１の数値（例えば、「０」）を与え、２値化しきい値を越えている場合には、その微少領域に第２の数値（例えば、「１」）を与える。
【００５７】
図６に、図５に示す２次元きず情報を２値化することにより得られる２値化データの模式図を示す。図６に示すように、２次元きず情報を２値化することによって、ノイズ（図５中のハッチング領域）が除去され、欠陥に起因する反射エコーのみが２値化データの中に残ることになる。また、２値化しきい値を最適化することにより、欠陥１０ｃだけでなく、欠陥１０ｂに起因する相対的に弱い反射エコーを２値化データに反映させることができる。
【００５８】
次に、１次元きず情報変換工程について説明する。１次元きず情報変換工程は、各２値化データのＹ方向の最大値又は積算値をＹ方向に投影し、１又は２以上の１次元きず情報に変換する工程である。２値化データをＹ方向に投影することによって、試験体の内部に３次元的に分散している欠陥の量をＸの関数として表すことができる。
【００５９】
この場合、１次元きず情報の値（縦軸の数値）には、投影値を直接用いても良く、あるいは、規格化された投影値を用いても良い。規格化の方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。例えば、Ｙ方向の全域に渡って２値化しきい値を超える欠陥が存在すると仮定した場合の投影値に対する、実測された投影値の割合（以下、これを「指示割合」という。）を百分率（％）で表しても良い。
【００６０】
図７（ａ）に、図６に示す２値化データから取得された１次元きず情報の模式図を示す。図７（ａ）において、縦軸は、２値化データのＹ方向への投影値であって、規格化されたもの（指示割合）を示す。図７（ａ）に示すように、１次元きず情報の縦軸の値は、３次元きず情報を反映しており、ある座標ＸにおけるＹＺ平面内に存在する欠陥の大きさが大きくなるほど、及び／又は、欠陥の量が多くなるほど、高い値を示す。
【００６１】
次に、指示長さ算出工程について説明する。指示長さ算出工程は、各１次元きず情報が、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を超えるＸ方向の指示長さ（判定用データ）を算出する工程である。ここで、「判定しきい値」とは、試験体の合否を判定する基準値をいう。判定しきい値は、検査目的に応じて任意に選択することができる。判定しきい値は、同一の監視領域に対して１個設定しても良く、あるいは、複数個設定しても良い。また、判定しきい値は、各監視領域について同一としても良く、あるいは、各監視領域毎に異なっていても良い。但し、放射線透過試験との相関を得るためには、放射線透過試験の判定基準に対応するように、判定しきい値の種類及び個数を定めるのが好ましい。
【００６２】
例えば、放射線透過試験においては、フィルム上に撮影された欠陥の長さ及び濃さによって、試験体が所定の等級に分類される。この場合、欠陥の長さは、放射線の照射面に対して垂直な面に投影された欠陥の寸法に対応し、濃さは、放射線の照射方向に延びる欠陥の長さ及び／又は欠陥の量に対応している。
【００６３】
これに対し、放射線透過試験が行われるべき方向に対して垂直方向から超音波探傷を行った場合、１次元きず情報の縦軸の投影値は、Ｙ方向に分布する欠陥の長さ及び／又は欠陥の量にほぼ対応した値となる。また、１次元きず情報がある一定の値を超えるＸ方向の長さ（指示長さ）は、Ｘ方向に対して垂直な方向に投影された欠陥の長さにほぼ対応した値となる。
【００６４】
従って、例えば、放射線透過試験において、欠陥の長さ及び濃さについて３段階の基準が設けられる場合には、本発明に係る方法において、３段階の判定しきい値を設け、各判定しきい値について、それぞれ、指示長さを算出すれば良い。この時、判定しきい値の値を最適化すれば、放射線透過試験と相関のある判定結果が得られる。
【００６５】
図７（ａ）に示す例においては、縦軸の投影値に関し、それぞれ、Ｌ線、Ｍ線、及びＨ線の３段階の判定しきい値が設けられている。また、１次元きず情報がＬ線、Ｍ線及びＨ線を越えるＸ方向の長さが、それぞれ、指示長さＸＬ、指示長さＸＭ、及び指示長さＸＨとして算出されている。
【００６６】
２次元きず情報を判定用データに変換する第２の方法は、判定用データとして「面積率」を用いる方法であり、２値化工程と、面積率算出工程とを備えている。これらの内、２値化工程は、第１の方法と同様であるので、説明を省略する。
【００６７】
面積率算出工程は、各２値化データの総面積に対する２値化しきい値を超える領域の面積率（判定用データ）を算出する工程である。なお、複数個の監視領域を設定した場合には、各監視領域毎に面積率を算出する。また、面積率の算出は、判定しきい値を考慮することなく、そのまま算出される。さらに、面積率を算出する場合、２次元きず情報を取得する「Ｚ方向」は、必ずしも、超音波の入射方向である必要はなく、「Ｘ方向」又は「Ｙ方向」が超音波の入射方向であっても良い。このようにして得られた面積率は、超音波の入射面を最適化することによって放射線透過試験の結果と対応した値となり、しかも、超音波の散乱及び／又は減衰が大きい場合であっても、ある監視領域内の欠陥の有無を相対的に高い精度で判定することができる。
【００６８】
２次元きず情報を判定用データに変換する第３の方法は、各２次元きず情報の平均強度を算出する平均強度算出工程からなる。ここで、「平均強度」とは、２次元きず情報内にある反射エコー強度の平均値を言う。すなわち、平均強度算出工程は、取得された各２次元情報を２値化することなく、そのまま平均強度を算出する点に特徴がある。なお、複数個の監視領域を設定した場合には、各監視領域毎に平均強度を算出する。また、平均強度の算出は、判定しきい値を考慮することなく、そのまま算出される。さらに、平均強度を算出する場合、２次元きず情報を取得する「Ｚ方向」は、必ずしも、超音波の入射方向である必要はなく、「Ｘ方向」又は「Ｙ方向」が超音波の入射方向であっても良い。このようにして得られた平均強度は、放射線透過試験の結果と必ずしも対応するものではないが、超音波の散乱及び／又は減衰が大きい場合であっても、ある監視領域内の欠陥の有無を相対的に高い精度で判定することができる。
【００６９】
なお、複数個の監視領域を設定する場合、上述した手順に従い、各監視領域毎に、同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データの取得を行えばよい。例えば、図４に示すように、上部２次元きず情報、中間２次元きず情報及び下部２次元きず情報の３つの２次元きず情報を取得した場合には、各監視領域毎に、同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データ（指示長さ、面積率及び／又は平均強度）を算出すればよい。
【００７０】
次に、判定工程について説明する。判定工程は、各監視領域毎に、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、各判定用データと、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、試験体の品質を判定する工程である。判定方法は、判定用データの数及び／又は種類に応じて最適なものを選択する。
【００７１】
例えば、判定用データとして「指示長さ」を用いる場合、具体的には、判定しきい値及びこれに対応する１又は２以上の許容指示長さ（許容データ）と試験体の品質とを関連づける参照データ（判定テーブル）を予め定めておき、この参照データと実際に算出された指示長さとを対比することによって、品質の判定を行う。
【００７２】
予め定められた判定しきい値及びこれに対応する許容指示長さと、試験体の品質の判定基準との関係は、試験体の材質及び形状、検査の目的等に応じて任意に選択することができる。一般に、ある一定の判定しきい値に対する指示長さが短くなるほど、欠陥の少ない良品であることを意味する。また、１つの監視領域に対し、１つの判定しきい値を設定し、これに対応する１個の許容指示長さを設定しても良く、あるいは、複数個の許容指示長さを設定しても良い。２以上の判定しきい値を用いる場合も同様である。さらに、各監視領域毎に、異なる判定しきい値及び／又は異なる許容指示長さを設定しても良い。
【００７３】
図７（ｂ）に、判定テーブルの一例を示す。図７（ｂ）に示す例において、Ｈ線、Ｍ線及びＬ線（判定しきい値）を越える指示長さの実測値ＸＨ、ＸＭ、及びＸＬが、それぞれ、Ｈ線、Ｍ線及びＬ線（判定しきい値）に対して許容される許容指示長さＬ１（ｍｍ）、Ｌ２（ｍｍ）、及びＬ３（ｍｍ）（但し、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）より短い場合には、「１級」と判定される。
【００７４】
同様に、Ｈ線、Ｍ線及びＬ線を越える指示長さが、それぞれ、許容指示長さＬ２（ｍｍ）、Ｌ３（ｍｍ）及びＬ４（ｍｍ）（但し、Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４）より短い場合には、「２級」と判定され、Ｈ線、Ｍ線及びＬ線を越える指示長さが、それぞれ、許容指示長さＬ３（ｍｍ）、Ｌ４（ｍｍ）及びＬ５（ｍｍ）（但し、Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５）より短い場合には、「３級」と判定される。さらに、Ｈ線、Ｍ線及びＬ線を越える指示長さが、それぞれ、許容指示長さＬ４（ｍｍ）、Ｌ５（ｍｍ）及びＬ６（ｍｍ）（但し、Ｌ４＜Ｌ５＜Ｌ６）より短い場合には、「４級」と判定される。
【００７５】
判定しきい値として、１個若しくは２個の値を用いる場合、又は、４個以上の値を用いる場合も同様であり、与えられた判定しきい値と、これに対応する許容指示長さに応じて、複数個の等級に分類すればよい。また、各監視領域毎に異なる判定しきい値を用いる場合も同様である。
【００７６】
また、例えば、判定用データとして「面積率」を用いる場合、具体的には、算出された各面積率と、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容面積率（許容データ）とを対比し、試験体の品質を判定する。一般に、面積率が小さくなるほど、欠陥の少ない良品であることを示す。具体的には、１又は２以上の判定しきい値及びこれらにそれぞれ対応する１又は２以上の許容面積率と試験体の品質とを関連づける参照データ（判定テーブル）を予め定めておき、この参照データと実際に算出された面積率とを対比すれば良い。
【００７７】
また、例えば、判定用データとして「平均強度」を用いる場合、具体的には、算出された各平均強度と、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容平均強度（許容データ）とを対比し、試験体の品質を判定する。一般に、平均強度が小さくなるほど、欠陥の少ない良品であることを示す。具体的には、１又は２以上の判定しきい値及びこれらにそれぞれ対応する１又は２以上の許容平均強度と試験体の品質とを関連づける参照データ（判定テーブル）を予め定めておき、この参照データと実際に算出された平均強度とを対比すれば良い。
【００７８】
なお、上述した指示長さ、面積率、平均強度等を用いた判定は、これらすべてを１個の監視領域に対して行っても良く、あるいは、これらの内のいずれか１つを１個の監視領域に対して行っても良い。また、例えば、図４に示すように、上部監視領域、中間監視領域及び下部監視領域を設定した場合には、これらについてそれぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、各監視領域について算出された各判定用データと、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比すればよい。この場合、監視領域毎に異なる種類の判定用データ、判定用しきい値及び／又は許容データを用いても良い。
【００７９】
次に、本発明に係る内部欠陥の評価方法の作用について説明する。超音波探傷法を用いて得られた探傷データを処理することによって３次元きず情報を取得し、１又は２以上の監視領域にある３次元きず情報をＺ方向に投影すると、欠陥の空間分布を反映した１又は２以上の２次元きず情報が得られる。同様に、１又は２以上の監視領域内にある探傷データの最大値を取得し、これをＺ方向に投影すると、欠陥の空間分布を反映した１又は２以上の２次元きず情報が得られる。さらに、放射線透過試験が行われるべき方向がＹ方向である場合において、ＸＹ面を超音波の入射面とすると、欠陥の空間分布を反映し、かつ放射線透過試験と相関のある２次元きず情報が得られる。
【００８０】
次に、２次元きず情報をＹ方向に投影すると、欠陥の空間分布を反映し、かつ放射線透過試験と相関のある１次元きず情報が得られる。次いで、ある一定の判定しきい値を設け、得られた１次元きず情報からその判定しきい値を越える指示長さを算出すれば、欠陥の空間分布を間接的に評価することができる。また、超音波の入射方向及び判定しきい値を最適化すれば、放射線透過試験と相関のある判定結果を得ることができる。同様に、取得された２次元きず情報を面積率、平均強度等の判定用データに変換し、これと判定しきい値に対応する許容データとを対比すれば、欠陥の空間分布を間接的に評価することができる。
【００８１】
また、所定の監視領域内にある２次元きず情報を取得し、これを用いて指示長さ、面積率及び／又は平均強度を算出すると、欠陥の反射エコーが明瞭に観測されない場合であっても、欠陥の程度（大きさ、数等）が、指示長さ、面積率及び／又は平均強度の増減となって表れる。そのため、超音波の散乱及び／又は減衰が大きい場合であっても、製品の良否を高い精度で判定することができる。
【００８２】
さらに、試験体の材質、形状等に応じて、複数個の監視領域を設定し、各監視領域毎に最も適した１又は２以上の判定データを算出し、各監視領域毎に最も適した１又は２以上の判定しきい値を適用すれば、部位によって欠陥の種類及び程度が異なる場合、並びに／又は、超音波の散乱及び／若しくは減衰が大きい場合であっても、試験体の品質を高い精度で判定することができる。
【００８３】
例えば、図４に示すように、試験体が鋳造レールである場合において、レール頭部の表層部に鋳巣が発生したときには、試験体の表面からある一定の深さ以内にある内部の領域のみを監視領域に設定すると、表層部の鋳巣を見落とす場合がある。また、表層部の鋳巣のみを問題とする場合において、表層部以外の領域を含む広い監視領域を設定すると、表層部の鋳巣の量を過小評価する場合がある。
【００８４】
これに対し、表層部近傍に上部監視領域を設定し、上部監視領域のみについて２次元きず情報を取得すると、表層部近傍に発生した欠陥情報のみを含む判定用データが得られる。そのため、これに対して適切な判定しきい値を設定すれば、表層部近傍の欠陥の有無を高い精度で判定することができる。
【００８５】
同様に、レール頭部の中間部及び下部に、それぞれ、中間監視領域及び下部監視領域を設定し、これらの領域のみについて２次元きず情報を取得すると、これらの領域に発生した欠陥情報のみを含む判定用データが得られる。そのため、これに対して適切な判定しきい値を設定すれば、超音波の散乱及び／又は減衰が大きい場合であっても、中間部における鋳巣、あるいは下部における水平裂等、レール内部に存在する欠陥に起因する製品の良否を高い精度で判定することができる。
【００８６】
本発明に係る方法は、環境上の配慮が不要であるので、出荷前の製品検査のみならず、現場における品質劣化や寿命予測のための評価に使用することができる。また、検査に際しては、少なくとも１個の探触子を試験体の一方の面に配置するだけでよいので、物理的制約も少ない。さらに、超音波の入射方向及び判定しきい値を最適化すれば、放射線透過試験との高い相関も得られる。
【００８７】
そのため、出荷前の最終検査が放射線透過試験で規格化されている製品の現場における再検査に対して本発明を適用すれば、対象物を設置してから現在に至るまでに生じた品質劣化の評価や、寿命予測を容易、かつ比較的正確に行うことが可能となる。
【００８８】
次に、本発明に係る方法に用いられる内部欠陥評価用プログラムについて説明する。図８及び図９に、そのフローチャートの一例を示す。まず、ステップ１（以下、単に「Ｓ１」という。）において、探傷データが入力された否かが判断される。探傷データの入力がない場合には、そのまま待機する。一方、探傷データが入力された場合には、Ｓ２に進む。
【００８９】
Ｓ２においては、３次元きず情報を取得するか否かが判断される。３次元きず情報を取得しない場合には、Ｓ８に進む。一方、３次元きず情報を取得する場合には、Ｓ３に進む。Ｓ３においては、試験体に対して超音波探傷を行うことによって取得された探傷データを処理し、試験体内部の３次元きず情報を取得する（３次元きず情報取得手順）。この場合、探傷データの処理方法として、種々の方法を用いることができる点、及び放射線透過試験が行われる方向がＹ方向である場合において、ＸＹ面を超音波の入射面とすると放射線透過試験と相関のある探傷データが得られる点は、上述したとおりである。
【００９０】
次に、Ｓ４において、感度補正をするか否かが判断される。感度補正が不要である場合には、そのままＳ６に進む。一方、感度補正が必要である場合には、Ｓ５に進み、そこで３次元きず情報の感度を補正する（感度補正手順）。この場合、感度補正の方法として種々の方法を用いることができる点、及び感度補正手順と後述するマスク手順（Ｓ６）とを入れ替えても良い点は、上述した通りである。
【００９１】
次に、Ｓ６において、必要に応じて感度補正が行われた３次元きず情報から１又は２以上の監視領域を切り出す（マスク手順）。この場合、監視領域は、任意に設定できる点、及び、監視領域の切り出しは、モニタを見ながら手動で行っても良く、あるいは、予め入力されたデータに基づいて自動的に行っても良い点は、上述した通りである。さらに、Ｓ７において、各監視領域内の３次元きず情報のＺ方向の最大値又は積算値をＺ方向に投影し、それぞれ２次元きず情報に変換する（２次元きず情報変換手順）。
【００９２】
一方、３次元きず情報を取得しない場合（Ｓ２：ＮＯ）には、Ｓ８に進み、１又は２以上の監視領域内にある探傷データのＺ方向の最大値を取得する（最大値取得手順）。次いで、必要に応じて（Ｓ９：ＹＥＳ）、Ｓ１０において最大値の感度を補正した後（感度補正手順）、Ｓ１１において、各最大値をＺ方向に投影し、それぞれ、２次元きず情報に変換する（２次元きず情報変換手順）。
【００９３】
なお、「２次元きず情報取得手順」とは、試験体に対して超音波探傷を行うことによって取得された、試験体内部に存在する内部欠陥の空間分布を反映した探傷データであって、１又は２以上の監視領域内にあるものをＺ方向に投影し、各監視領域毎に、それぞれ２次元きず情報を取得する工程をいい、Ｓ３〜Ｓ７及びＳ８〜Ｓ１１がこれに該当する。また、Ｓ３〜Ｓ７及びＳ８〜Ｓ１１は、いずれか一方のみを備えていても良い。
【００９４】
Ｓ７又はＳ１１において２次元きず情報が取得された後、図９のＳ２１に進む。Ｓ２１においては、判定用データとして指示長さを算出するか否かが判断される。指示長さを算出しない場合（Ｓ２１：ＮＯ）には、Ｓ３１に進む。一方、指示長さを算出する場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）には、Ｓ２２に進み、取得した各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる２値化しきい値を用いて２値化し、１又は２以上の２値化データを取得する（２値化手順）。この場合、各監視領域の２値化しきい値は、検査目的等に応じて任意に設定できる点は、上述した通りである。
【００９５】
次に、Ｓ２３において、各２値化データのＹ方向の最大値又は積算値をＹ方向に投影し、１又は２以上の１次元きず情報に変換する（１次元きず情報変換手順）。次いで、Ｓ２４において、各１次元きず情報が、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を超えるＸ方向の指示長さ（判定用データ）を算出する（指示長さ算出手順）。この場合、判定しきい値は、検査目的等に応じて、任意に設定することができる点、判定しきい値として、１個又は複数個の値を用いることができる点、及び監視領域毎に異なる判定しきい値を用いても良い点は、上述した通りである。
【００９６】
さらに、Ｓ２５において、算出された各指示長さと、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容指示長さ（許容データ）とを対比し、試験体の品質を判定する（判定手順）。判定は、具体的には、判定しきい値及び許容指示長さと試験体の品質とを関連づける判定テーブルを予め作製し、これと実測された各指示長さとを対比することにより行われる。この場合、判定しきい値及びこれに対応する許容指示長さは、検査の目的等に応じて、任意に選択することができる点は、上述した通りである。
【００９７】
指示長さによる判定が終了した場合、及び／又は、指示長さの算出を行わない場合（Ｓ２１：ＮＯ）には、Ｓ３１に進む。Ｓ３１では、面積率を算出するか否かが判断される。面積率を算出しない場合（Ｓ３１：ＮＯ）には、Ｓ４１に進む。一方、面積率を算出する場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）には、Ｓ３２に進む。
【００９８】
Ｓ３２において、取得された各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる２値化しきい値を用いて２値化し、１又は２以上の２値化データを取得する（２値化手順）。次いで、Ｓ３３において、各２値化データの総面積に対する２値化しきい値を超える領域の面積率（判定用データ）を算出する（面積率算出手順）。さらに、Ｓ３４において、算出された各面積率と、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容面積率（許容データ）とを対比し、試験体の品質を判定する（判定手順）。
【００９９】
面積率による判定が終了した場合、及び／又は、面積率の算出を行わない場合（Ｓ３１：ＮＯ）には、Ｓ４１に進む。Ｓ４１では、平均強度を算出するか否かが判断される。平均強度を算出しない場合（Ｓ４１：ＮＯ）には、Ｓ４４に進む。一方、平均強度を算出する場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）には、Ｓ４２に進む。
【０１００】
Ｓ４２において、取得された各２次元きず情報の平均強度（判定用データ）を算出する（平均強度算出手順）。次いで、Ｓ４３において、算出された各平均強度と、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容平均強度（許容データ）とを対比し、試験体の品質を判定する（判定手順）。
【０１０１】
平均強度による判定が終了した場合、及び／又は、平均強度の算出を行わない場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）には、Ｓ４４に進む。Ｓ４４では、次の監視領域があるか否かが判断される。次の監視領域がある場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）には、Ｓ２１に戻り、新たな監視領域について、上述した手順が繰り返される。一方、次の監視領域がない場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）には、判定が終了する。
【０１０２】
なお、「判定用データ変換手順」とは、各２次元きず情報を、それぞれ同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換する手順をいい、Ｓ２２〜Ｓ２４、Ｓ３２〜Ｓ３３、及びＳ４２がこれに該当する。また、「判定手順」とは、各監視領域毎に、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、各判定用データと、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、試験体の品質を判定する手順をいい、Ｓ２５、Ｓ３４及びＳ４３がこれに該当する。また、これらの判定用データ変換手順及びこれに対応する判定手順は、いずれか１つ又は２つを備えているものであっても良い。
【０１０３】
また、判定の基準となる参照データ（判定しきい値及びこれに対応する許容データ）は、検査毎に個別に入力しても良く、あるいは、図７（ｂ）に示すような１個又は２個以上の判定テーブルを予め記憶手段に記憶させておき、判定の際に必要なテーブルを自動的に呼び出すようにしても良い。
【０１０４】
また、図８及び図９に示す例においては、指示長さの算出（Ｓ２４）及び品質判定（Ｓ２５）、面積率の算出（Ｓ３３）及び品質判定（Ｓ３４）、並びに平均強度の算出（Ｓ４２）及び品質判定（Ｓ４３）をコンピュータ内で自動的に処理するようになっているが、Ｓ２３において変換された１次元きず情報、Ｓ３２において得られた２値化データ、あるいは、Ｓ７又はＳ１１で得られた２次元きず情報をそのまま「判定用データ」として出力し、出力されたこれらの情報に基づいて、手作業、目視等により指示長さ、面積率及び平均強度の算出、並びにこれらを用いた判定を行うようにしても良い。
【０１０５】
さらに、例えば、図４に示すように、探傷データから上部２次元きず情報、中間２次元きず情報、及び下部２次元きず情報を取得した場合には、判定用データ変換手順を用いて、上部２次元きず情報、中間２次元きず情報及び下部２次元きず情報を、それぞれ、同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換すれば良い。また、判定手順を用いて、上部監視領域、中間監視領域及び下部監視領域について、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、各判定用データと、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、試験体の品質を判定すればよい。
【０１０６】
次に、本発明に係る方法に用いられる内部欠陥の評価装置について説明する。内部欠陥の評価装置は、探傷手段と、演算手段とを備えている。探傷手段は、試験体に対して超音波探傷を行うためのものである。本発明において、探傷手段は、超音波探傷を用いて試験体内部に存在する内部欠陥の空間分布を反映した探傷データを取得できるものであれば良く、その構造は、特に限定されるものではない。
【０１０７】
具体的には、探傷手段として、欠陥の空間分布を測定可能な種々の超音波探傷装置をそのまま用いることができる。このような超音波探傷装置は、一般に、超音波を発生させるパルス発信器と、パルス発信器で発生させた超音波の送受信を行うための探触子と、探触子で受信された反射波を電気信号として検出する受信器と、受信器で捕らえた波形を表示する表示手段（モニタ）と、探触子を所定方向に所定の距離だけ移動させる移動手段を備えている。
【０１０８】
この場合、探触子として、１個の圧電素子を備えた探触子、マトリックス型探触子、又はアレイ探触子のいずれを用いても良い点、及び、走査方法、探傷方法、画像の合成方法等として、種々の方法を用いることができる点は、上述した通りである。また、放射線透過試験が行われるべき方向がＹ方向である場合、試験体のＸＹ面を超音波の入射面とすると、放射線透過試験と相関のある探傷データが得られる点も上述した通りである。
【０１０９】
演算手段は、探傷手段で得られた探傷データに基づいて、試験体の内部欠陥の有無を評価するためのものである。具体的には、演算手段として、図８及び図９に示すフローチャートを実行可能な内部欠陥判定用プログラムを記憶させたコンピュータが用いられる。探傷手段で検出された探傷データ（反射波の電気信号）は、演算手段に出力され、演算手段により所定の処理が行われる。
【０１１０】
すなわち、演算手段は、１又は２以上の監視領域内にある探傷データをＺ方向に投影し、各監視領域毎に、それぞれ２次元きず情報を取得する２次元きず情報取得手段と、各２次元きず情報を、それぞれ、同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換する判定用データ変換手段とを備えている。また、演算手段は、各監視領域毎に、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、各判定用データと、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、試験体の品質を判定する判定手段をさらに備えていても良い。
【０１１１】
なお、（１）２次元きず情報取得手段として、（Ａ）３次元きず情報取得手段、マスク手段、２次元きず情報変換手段、及び必要に応じて感度補正手段を備えたもの、あるいは、（Ｂ）最大値取得手段、２次元きず情報変換手段、及び必要に応じて感度補正手段を備えたもの、のいずれを用いても良い点、並びに
（２）判定用データ変換手段として、（Ａ）２値化手段、１次元きず情報取得手段、及び指示長さ算出手段を備えたもの、（Ｂ）２値化手段、及び面積率算出手段を備えたもの、あるいは、（Ｃ）平均強度算出手段を備えたもの、のいずれを用いても良い点は、上述した内部欠陥評価用プログラムと同様である。
【０１１２】
また、２次元きず情報取得手段、判定用データ変換手段、判定手段、３次元きず情報取得手段、マスク手段、２次元きず情報変換手段、感度補正手段、最大値取得手段、２値化手段、１次元きず情報変換手段、指示長さ算出手段、面積率算出手段、及び平均強度算出手段は、それぞれ、上述した内部欠陥判定用プログラムにおける２次元きず情報取得手順、判定用データ変換手順、判定手順、３次元きず情報取得手順、マスク手順、２次元きず情報変換手順、感度補正手順、最大値取得手順、２値化手順、１次元きず情報変換手順、指示長さ算出手順、面積率算出手順、及び平均強度算出手順の作用機能と同一であるので、説明を省略する。
【０１１３】
さらに、探傷データから上部２次元きず情報、中間２次元きず情報、及び下部２次元きず情報を取得した場合には、判定用データ変換手段を用いて、上部２次元きず情報、中間２次元きず情報及び下部２次元きず情報を、それぞれ、同一又は異なる１種又は２種以上の判定用データに変換すれば良い。また、判定手段を用いて、上部監視領域、中間監視領域及び下部監視領域について、それぞれ同一又は異なる１又は２以上の判定しきい値を設定し、各判定用データと、各判定しきい値に対して許容される１又は２以上の許容データとを対比し、試験体の品質を判定すればよい。
【０１１４】
上述した内部欠陥評価用プログラム及び内部欠陥の評価装置を用いて試験体の評価を行うと、欠陥の空間分布が反映された判定用データが得られる。そのため、ある一定の判定しきい値を設け、これに対応する許容データと判定用データとを対比すれば、超音波の散乱及び／又は減衰が大きい場合であっても、欠陥の有無を高い精度で検出することができる。さらに、超音波の入射面を最適化すれば、放射線透過試験の結果と相関を持つ判定用データが得られる。そのため、判定しきい値の値を最適化すれば、放射線透過試験と相関のある判定結果を得ることができる。
【実施例１】
【０１１５】
図１０に示すように、レール（高マンガン鋳鋼品）に対し、Ｚ方向から超音波探傷を行い、探傷データを得た。次いで、探傷データに対して、本発明に係る方法を用いてデータ処理を行い、Ｘ方向の１次元きず情報を取得した。なお、探傷試験条件及び探傷データの処理条件は、以下の通りである。
【０１１６】
使用した超音波探触子：２ＭＨｚ、１６×１６アレイ
カップリング材：ソニコート
画像の合成方法：開口合成法
監視領域のサイズ：４００ｍｍ×４８ｍｍ×５５ｍｍ
【０１１７】
次に、取得された１次元情報に基づいて、判定しきい値を超える指示長さを算出した。なお、判定しきい値は、指示割合で５０．０％（Ｈ線）、２５．０％（Ｍ線）、及び１２．５％（Ｌ線）の３水準とした。
【０１１８】
次に、同一のレールに対して、放射線透過試験を行った。なお、試験に際し、放射線は、図１０中のＹ方向から照射した。また、放射線透過試験条件は、以下の通りである。
Ｘ線装置：ライナック
Ｘ線の出力：６ＭｅＶ
増感紙：Ｆｒｏｎｔ  ０．３ｍｍ、Ｂａｃｋ  ０．３ｍｍ
フィルム：  Ｆｕｊｉ＃８０
【０１１９】
図１１に、放射線透過試験により得られた各レールの等級（ＲＴ等級）と、超音波探傷を応用した本発明に係る方法により得られた各レールの等級（ＵＴ等級）との関係を示す。図１１より、本発明に係る方法を用いた評価結果は、放射線透過試験による評価結果と良好な相関があることが分かる。図１１より求めた相関係数は、０．８であった。
【０１２０】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係る内部欠陥の評価方法は、溶接品、鋳造品等からなる試験体（例えば、タンク、配管、鉄道レール等）の出荷前及び現場における内部欠陥の評価に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】３次元きず情報を取得するための探傷方法の一例を示す模式図である。
【図２】３次元きず情報の一例を示す模式図である。
【図３】図２に示す３次元きず情報から監視領域が切り出された状態を示す模式図である。
【図４】複数個の監視領域が切り出された試験体の一例を示す模式図である。
【図５】図３の監視領域内の３次元きず情報をＺ方向に投影することにより得られる２次元きず情報の一例を示す模式図である。
【図６】図５の２次元きず情報を２値化することにより得られる２値化データの一例を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）は、図６に示す２値化データをＹ方向に投影することにより得られる１次元きず情報の一例を示す模式図であり、図７（ｂ）は、判定テーブルの一例である。
【図８】本発明に係る方法に用いられる内部欠陥評価用プログラムのフローチャートである。
【図９】図８に示すフローチャートの続きである。
【図１０】実施例１で用いた試験体の概略図である。
【図１１】放射線透過試験法による評価結果（ＲＴ等級）と、本発明に係る方法による評価結果（ＵＴ等級）との相関を示す図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０            試験体
１０ａ〜１０ｅ  欠陥
１２ａ〜１２ｃ  探触子
【図１】
2005156305.tif 000003
【図２】
2005156305.tif 000004
【図３】
2005156305.tif 000005
【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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