(57)【要約】【課題】オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金等の溶接部における欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定し、機器・部材の健全性を確保できるようにする。【解決手段】オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接部について、複数の振動子から成るアレイ型超音波探触子を用いて超音波送受信し、検出信号に対して高速フーリエ変換、ウェーブレット変換、最大エントロピー法処理などの信号処理を行なう。これらの特徴量を特性値データとして抽出し、特性値データの差異から欠陥信号と溶接部組織信号の識別を行なうことにより、欠陥識別を行なう。【選択図】  図１
2005351660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接部を検査対象とする超音波探傷検査方法であって、前記溶接部を含む被検体に複数個の振動子からなるアレイ型超音波探触子を設置する工程と、前記被検体の形状および寸法、溶接部の材料、溶接条件等を基に前記アレイ型超音波探触子の任意の１個または複数の振動子を超音波の送信用振動子群および受信用振動子群として選択して探傷条件を設定する工程と、前記送信用振動子群および受信用振動子群を用いて前記被検体の検査対象部位に超音波ビームを集束および偏向させ、前記送信用振動子群および受信用振動子群を電子的に走査する工程と、前記送受信用振動子により検出された超音波波形を信号処理し、その信号の特性値を求める工程と、この信号処理工程で求めた特性値に基づいて、き裂等の欠陥から検出された欠陥信号と溶接部組織等の材料ノイズからの反射信号とを識別する工程と、前記信号処理結果および信号識別結果を出力する工程とを備えたことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
前記アレイ型超音波探触子を用いて前記被検体に対して超音波ビームを送受信させるときに、前記送信用振動子群および前記受信用振動子群を構成する振動子数を同一に設定し、かつ前記超音波ビームの前記被検体への送信角度および受信角度を同一に設定して、リニア走査またはセクタ走査の探傷を行ない、検出した超音波波形を信号処理し、得られた特性値に基づいて、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別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】
前記アレイ型超音波探触子を用いて前記被検体に対して超音波ビームを送受信させるときに、超音波送信時に前記被検体への入射角を所定の角度に設定して超音波を入射させ、受信時には前記被検体内部の所定の位置を音源として受信できるように受信角度を設定し、かつ前記音源の位置を前記被検体の探傷範囲すべてを網羅するように順次変化させて探傷し、前記各音源での探傷毎に検出した超音波波形を信号処理し、得られた特性値に基づいて、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別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４】
検出した超音波波形の信号処理として、受信時の探傷角度に対するエコー振幅値分布処理を行ない、この分布をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の超音波探傷方法。
【請求項５】
検出した超音波波形の信号処理として、高速フーリエ変換処理を行ない、得られた特性値をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の超音波探傷方法。
【請求項６】
高速フーリエ変換処理の特性値として、スペクトル分布の半価幅、中心周波数、ピーク周波数またはスペクトル面積の少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項５記載の超音波探傷方法。
【請求項７】
検出した超音波波形の信号処理として、ウェーブレット変換処理を行ない、得られた特性値をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の超音波探傷方法。
【請求項８】
検出した超音波波形の信号処理として、最大エントロピー法による信号処理を行ない、得られた特性値をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の超音波探傷方法。
【請求項９】
最大エントロピー法による信号処理の特性値として、スペクトル分布の中心周波数、ピーク周波数、半価幅を用い、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項８記載の超音波探傷方法。
【請求項１０】
検出した超音波波形の信号処理として、スプリットスペクトラム法による信号処理を行ない、得られた特性値をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の超音波探傷方法。
【請求項１１】
オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接部の超音波探傷装置であって、前記溶接部を含む被検体に複数個の振動子からなるアレイ型超音波探触子を設置する探触子設置手段と、前記アレイ型超音波探触子を移動させる移動手段と、前記被検体の形状および寸法、溶接部の材料、溶接条件等を基に前記アレイ型超音波探触子の任意の１個または複数の振動子を超音波の送信用振動子群および受信用振動子群として選択することを含む探傷条件を設定する探傷条件設定段と、前記送信用振動子群および受信用振動子群を用いて前記被検体の検査対象部位に超音波ビームを集束および偏向させる制御手段と、前記送信用振動子群および受信用振動子群を電子的に走査する走査手段と、前記送受信用振動子群により検出された超音波波形を信号処理し、その信号の特性値を求める信号処理手段と、この信号処理手段で求めた特性値に基づいて、き裂等の欠陥から検出された欠陥信号と溶接部組織等の材料ノイズからの反射信号とを識別する信号識別手段と、これら信号処理手段による信号処理結果および信号識別手段による信号識別結果を出力する表示手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥信号と溶接部組織からの反射信号との識別が困難なオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金等の溶接部の欠陥検査を効率的かつ高精度で行なうことができる超音波探傷方法および超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば発電プラントのガスタービン設備等で用いられている高耐熱材料であるオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接部は、温度、溶接残留応力などの運転環境により経年的に劣化・損傷し、割れなどの欠陥が生じる場合がある。これらの欠陥を検出し、寸法を高精度に測定して評価することは、ガスタービン用高温機器・構造物等の安定的な運用にとって極めて重要な事項である。
【０００３】
従来、溶接部の欠陥検査法としては一般に、一つの振動子からなる斜角探触子を用いて溶接部を探傷し、欠陥からの反射波を検出して、欠陥位置、欠陥深さを求めるパルス反射法が主に適用されている（例えば日本工業規格の鋼溶接部の超音波探傷法（ＪＩＳ  Ｚ３０６０−１９９６））。
【０００４】
しかし、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金などの同種あるいは異種金属で構成される溶接部の溶接金属部では、溶接により結晶粒が粗大化し、柱状晶組織が生成されるため、被検体への超音波入射時には超音波減衰や歪曲が生じることが知られている。そして、上記のパルス反射法を適用した場合には、欠陥からの反射波が溶接部組織の材料ノイズ波形に埋もれ、欠陥波形を検出できない場合、あるいは柱状晶組織などの材料からの擬似波形を誤って欠陥波形と認識する場合がある。また、欠陥波形を検出できても欠陥位置、欠陥深さを正確に測定できない場合がある。
【０００５】
一方、複数個の振動子からなるアレイ型超音波探触子を用いる欠陥検査方法も知られている（例えば、特許文献１等）。しかし、従来では、このアレイ型超音波探触子を被検体に直接、あるいはアクリル、マシン油、水等の音響媒体を介して設置し、リニア走査による探傷あるいはセクタ走査による探傷を用いて欠陥検査する場合において、前記パルス反射法と同様に、検出信号を欠陥から検出された信号であるか、あるいは溶接組織の材料ノイズから検出された信号であるかを識別できない場合がある。
【特許文献１】特開平９−２５７７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金などの同種あるいは異種金属で構成される溶接部の溶接金属部では、溶接により結晶粒が粗大化して柱状晶組織が生成され、被検体への超音波入射時には超音波減衰や歪曲が生じるため、一つの振動子からなる斜角探触子を用いたパルス反射法を適用した場合には、欠陥からの反射波が溶接部組織の材料ノイズ波形に埋もれ、欠陥波形を検出できない場合、あるいは柱状晶組織などの材料からの擬似波形を誤って欠陥波形と認識する場合がある。また、欠陥波形を検出できても欠陥位置、欠陥深さを正確に測定できない場合がある。
【０００７】
一方、アレイ型超音波探触子を用いた通常の超音波探傷法についても、パルス反射法と同様に、検出信号を欠陥から検出された信号であるか、あるいは溶接組織の材料ノイズから検出された信号であるかを識別できない場合がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、欠陥信号と溶接部組織からの反射信号との識別が困難なオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金等の溶接部の欠陥検査を効率的かつ高精度で行なうことができ、特に欠陥位置および欠陥深さを高精度で測定することができる超音波探傷方法および超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、請求項１に係る発明では、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接部を検査対象とする超音波探傷検査方法であって、前記溶接部を含む被検体に複数個の振動子からなるアレイ型超音波探触子を設置する工程と、前記被検体の形状および寸法、溶接部の材料、溶接条件等を基に前記アレイ型超音波探触子の任意の１個または複数の振動子を超音波の送信用振動子群および受信用振動子群として選択して探傷条件を設定する工程と、前記送信用振動子群および受信用振動子群を用いて前記被検体の検査対象部位に超音波ビームを集束および偏向させ、前記送信用振動子群および受信用振動子群を電子的に走査する工程と、前記送受信用振動子により検出された超音波波形を信号処理し、その信号の特性値を求める工程と、この信号処理工程で求めた特性値に基づいて、き裂等の欠陥から検出された欠陥信号と溶接部組織等の材料ノイズからの反射信号とを識別する工程と、前記信号処理結果および信号識別結果を出力する工程とを備えたことを特徴とする超音波探傷方法を提供する。
【００１０】
請求項２に係る発明では、前記アレイ型超音波探触子を用いて前記被検体に対して超音波ビームを送受信させるときに、前記送信用振動子群および前記受信用振動子群を構成する振動子数を同一に設定し、かつ前記超音波ビームの前記被検体への送信角度および受信角度を同一に設定して、リニア走査またはセクタ走査の探傷を行ない、検出した超音波波形を信号処理し、得られた特性値に基づいて、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷方法を提供する。
【００１１】
請求項３に係る発明では、前記アレイ型超音波探触子を用いて前記被検体に対して超音波ビームを送受信させるときに、超音波送信時に前記被検体への入射角を所定の角度に設定して超音波を入射させ、受信時には前記被検体内部の所定の位置を音源として受信できるように受信角度を設定し、かつ前記音源の位置を前記被検体の探傷範囲すべてを網羅するように順次変化させて探傷し、前記各音源での探傷毎に検出した超音波波形を信号処理し、得られた特性値に基づいて、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷方法を提供する。
【００１２】
請求項５に係る発明では、検出した超音波波形の信号処理として、高速フーリエ変換処理を行ない、得られた特性値をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の超音波探傷方法を提供する。
【００１３】
請求項６に係る発明では、高速フーリエ変換処理の特性値として、スペクトル分布の半価幅、中心周波数、ピーク周波数またはスペクトル面積の少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項５記載の超音波探傷方法を提供する。
【００１４】
請求項７に係る発明では、検出した超音波波形の信号処理として、ウェーブレット変換処理を行ない、得られた特性値をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の超音波探傷方法を提供する。
【００１５】
請求項８に係る発明では、検出した超音波波形の信号処理として、最大エントロピー法による信号処理を行ない、得られた特性値をもとに、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の超音波探傷方法を提供する。
【００１６】
請求項９に係る発明では、最大エントロピー法による信号処理の特性値として、スペクトル分布の中心周波数、ピーク周波数、半価幅を用い、き裂などの欠陥から検出された信号と溶接部組織からの反射信号とを識別することを特徴とする請求項８記載の超音波探傷方法を提供する。
【００１７】
請求項１１に係る発明では、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接部の超音波探傷装置であって、前記溶接部を含む被検体に複数個の振動子からなるアレイ型超音波探触子を設置する探触子設置手段と、前記アレイ型超音波探触子を移動させる移動手段と、前記被検体の形状および寸法、溶接部の材料、溶接条件等を基に前記アレイ型超音波探触子の任意の１個または複数の振動子を超音波の送信用振動子群および受信用振動子群として選択することを含む探傷条件を設定する探傷条件設定段と、前記送信用振動子群および受信用振動子群を用いて前記被検体の検査対象部位に超音波ビームを集束および偏向させる制御手段と、前記送信用振動子群および受信用振動子群を電子的に走査する走査手段と、前記送受信用振動子群により検出された超音波波形を信号処理し、その信号の特性値を求める信号処理手段と、この信号処理手段で求めた特性値に基づいて、き裂等の欠陥から検出された欠陥信号と溶接部組織等の材料ノイズからの反射信号とを識別する信号識別手段と、これら信号処理手段による信号処理結果および信号識別手段による信号識別結果を出力する表示手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接部の超音波探傷検査において、複数の振動子から成るアレイ型超音波探触子を用いて超音波送受信し、検出信号に対して高速フーリエ変換、ウェーブレット変換、最大エントロピー法処理などの信号処理を行ない、その特徴量を特性値データとして抽出し、特性値データの差異から欠陥信号と溶接部組織信号の識別を行なうことにより、欠陥識別が可能となり、さらに検出波形データの各種演算処理により、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。即ち、前記の溶接部に対してこのような探傷を行なうことにより、高精度の検査が可能となり、機器・部材の健全性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお以下の実施形態では、例えばニッケル基超合金であるインコネル（ＩＮ７３８ＬＣ（商品名）等）を母材とする金属同士の突合せ溶接部を対象とし、その溶接金属内部の欠陥検査を行なう場合について説明する。
【００２０】
図１は、超音波探傷装置の構成を示す説明図である。この図１に示すように、被検体１としての突合せ溶接構造物は、前記材料を母材１ａとする１対の部財を溶接金属１ｂにより接合した構成とされており、この溶接金属１ｂの内部に、例えば底面側にて開口した欠陥１ｃが生じているものとする。この被検体１の外側には、水に代表される接触媒質Ｃを介して、複数の振動子Ａ（１），Ａ（２），…，Ａ（ｉ），…，Ａ（ｎ）からなるアレイ型超音波探触子２が設置される。
【００２１】
アレイ型超音波探触子２は、探触子設置手段としてのセンサ保持機構３によって保持されており、このセンサ保持機構３は、アレイ型超音波探触子２と被検査対象部位１との距離を適正な位置に設置するための探触子設置手段およびそのアレイ型超音波探触子２を適正な位置に移動させる駆動手段としての駆動機構４に連結されている。駆動機構４の移動量および移動方法などは駆動機構制御装置５により制御される。
【００２２】
駆動制御装置５は、後述する他の手段とともに、全体制御用の制御装置６により制御されるようになっている。この制御装置６は、探傷条件等の各種情報が格納されたデータベースＤＢ１からの情報に基づいて、各種の指令を出力するものである。
【００２３】
アレイ型超音波探触子２は、その任意の１個または複数個の振動子を送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）および受信用振動子群Ｇ（ｒ１），Ｇ（ｒ２），…，Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｒｎ）としてそれぞれ選択することができる。
【００２４】
送信用振動子群Ｇ（ｐ１）…Ｇ（ｐｎ）の各振動子には超音波を発生させる超音波送信器群８が接続されるとともに、受信用振動子群Ｇ（ｒ１）…Ｇ（ｒｎ）の各振動子には超音波信号波形を受信させる超音波受信器群９が接続されている。そして、制御装置６からの指令に基づいて作動する遅延時間制御器７で超音波送信器群８および超音波受信器群９の各振動子を制御することにより、検査対象部位の所定の位置に超音波ビームを集束および偏向することができるようになっている。また、設定した送信用振動子群Ｇ（ｐ１）…Ｇ（ｐｎ）および受信用振動子群Ｇ（ｒ１）…Ｇ（ｎ）は、所定の電子走査により被検体を探傷することができる。
【００２５】
すなわち、制御装置６、遅延時間制御器７、超音波送信器群８および超音波受信器群９等により、被検体１の形状および寸法、溶接部の材料、溶接条件等を基にアレイ型超音波探触子の任意の１個または複数の振動子を超音波の送信用振動子群および受信用振動子群として選択する等の探傷条件を設定する探傷条件設定段と、送信用振動子群および受信用振動子群を用いて被検体１の検査対象部位に超音波ビームを集束および偏向させる制御手段と、送信用振動子群および受信用振動子群を電子的に走査する走査手段とが構成される。
【００２６】
さらに、これら電子走査により得られた超音波受信波形が信号処理手段としての信号処理器１０にて信号処理され、信号処理にて得られた特性値に基づいて信号識別手段としての信号識別器１１により、検出信号が欠陥からの信号であるか、あるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。この識別は、データベースＤＢ２に格納されているデータに基づいて行なわれる。
【００２７】
すなわち、検出信号が欠陥の場合には、欠陥位置、欠陥深さなどの欠陥情報を算出することも可能であり、さらに信号処理結果および識別処理結果は表示手段としての表示装置１２に出力あるいは表示することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、アレイ型超音波探触子２から被検体への探傷において水を代表とする接触媒質Ｃを使用しているが、直接接触式の探傷、またはアクリルを代表とする樹脂を媒質として使用する探傷を実施することもできる。
【００２９】
図２は、上述した超音波探傷装置を使用して実施される超音波探傷方法の手順を示すフローチャートである。
【００３０】
この図２に示すように、まず、過去の運転履歴などに基づいて、溶接部構造物の対象部位が選定される（Ｓ１０１）。次に、溶接部の材料、開先形状、溶接条件などに基づいて、予めデータベースＤＢ１に格納しておいた探傷条件が選定される（Ｓ１０２）。選定される探傷条件とは、例えば送信駆動素子数、受信駆動素子数、送信入射角度、受信入射角度、収束位置、探触子と被検体１との距離等である。この探傷条件としての送信入射角度、受信入射角度等については、後に詳述する。
【００３１】
次に、選定された探傷条件をもとに、被検体１に対する探傷が行なわれ、欠陥１Ｃからの反射波などの超音波波形データが収録される（Ｓ１０３）。
【００３２】
そして、収録された波形データに基づき、後述する振幅値分布、高速フーリエ変換、ウェーブレット変換、最大エントロピー法処理、スプリットスペクトラム処理などの各信号処理が行なわれ、この信号処理によって得られた特性値が求められる（Ｓ１０４）。
【００３３】
さらに、信号処理結果は、予めデータベースＤＢ２に格納しておいたデータと比較され、検出信号が欠陥信号であるか、または溶接部組織の材料ノイズ信号であるかの識別が行なわれる（Ｓ１０５）。
【００３４】
そして、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５の結果に基づいて、受信信号が欠陥信号の場合には、欠陥位置あるいは欠陥深さ等の欠陥情報が算出され（Ｓ１０６）、最終的にこれらの結果が所定の形式で表示装置１２に出力表示される（Ｓ１０７）。
【００３５】
次に、図３〜図１０によって、超音波ビーム（ＵＢ）の送受信および信号処理等について詳しく説明する。
【００３６】
図３（ａ）は、アレイ型超音波探触子２を用いて被検体１への超音波送信を行なう方法に関する概念図である。図３（ａ）に示すように、アレイ型超音波探触子２を構成している多数の振動子Ａ（１）、…Ａ（ｎ）の中から選定した送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）を用い、被検体１に一定の入射角θに設定して超音波ビームを送信し、一方向（矢印ｄ方向）に沿う電子走査としてのリニア走査を行なう。
【００３７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した超音波送信を行なったときに、アレイ型超音波探触子２を用いて超音波受信を行なう場合に関する概念図である。この図３（ｂ）に示すように、受信用振動子群Ｇ（ｒ１），Ｇ（ｒ２），…，Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｒｎ）は、送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｐｎ）と同一の振動子数を設定し、受信時の受信角度についても、この送信時の入射角度θと同一に設定される。そして、一方向（矢印ｄ方向）に沿う電子走査としてのリニア走査による探傷を行なう。
【００３８】
このように、送受信とも同一の入射角度θに設定し、かつ受信用振動子群Ｇ（ｒ１），Ｇ（ｒ２），…，Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｒｎ）および送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｐｎ）を同一数に設定して互いに対応する形態で超音波ビーム（ＵＢ）の送受信を行なうことにより、検出対象位置の特定を容易に行なうことができる。
【００３９】
すなわち、一定の超音波送受信条件で探傷し、検出した波形データを用いて各種信号処理を行なうことにより、欠陥１ｃと材料ノイズの識別が可能となり、さらに欠陥１ｃの位置および欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。
【００４０】
図４（ａ）は、アレイ型超音波探触子２を用いて被検体１への超音波送信に関する別の概念図である。アレイ型超音波探触子２を構成している多数の振動子２の中から選定した送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）を用い、超音波相神事に被検体１への入射角θｐでリニア走査の探傷を行なう。
【００４１】
図４（ｂ）は、図４（ａ）で超音波送信したときに、アレイ型超音波探触子２を用いた超音波受信に関する概念図である。超音波受信時には、被検体１内部の所定の位置を音源として受信できるように各振動子Ａｉの受信角度をθｒ１，θｒ２，…，θｒｎに設定して探傷を行なう。
【００４２】
このような探傷を行なうことにより、対象位置において屈折角θに対する検出信号の変化を捉えることができる。なお、音源位置を被検体の探傷範囲のすべてを網羅するように順次変化させて探傷することで、探傷範囲すべての情報を得ることができる。
【００４３】
本実施形態によれば、適正な位置にアレイ型超音波探触子を設置し、アレイ型超音波探触子を移動することなく、適正な探傷条件で探傷し、検出した波形データの信号処理により欠陥を識別することができ、欠陥位置および欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。また、適正な探傷条件で探傷し、検出した波形データの信号処理により、欠陥と溶接部組織の材料ノイズを識別することができ、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。さらに、超音波送受信条件を入射角θを種々の設定とすることにより、欠陥と材料ノイズの識別が可能となり、さらに欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。
【００４４】
図５〜図９は、超音波探傷方法に関する各種信号処理の具体例を示す説明図である。
【００４５】
図５（Ａ）は、被検体１の溶接金属１ｂの内部にき裂が存在するときに、アレイ型超音波探触子２を用いた超音波受信に関する概念図である。
【００４６】
この例では、超音波受信時に、被検体１内部のき裂１ｃの先端位置を音源として受信できるように、受信角度（屈折角）をθｒ１，θｒ２，…，θｒｎに設定して探傷を行なう。検出波形は、模式的に図５（Ｂ）のように示され、検出波形の振幅値Ｈｎを求める。
【００４７】
屈折角θｒ１，θｒ２，…，θｒｎの探傷条件で検出された波形の振幅値を求め、受信時の屈折角に対する振幅値分布を求めると図５（Ｃ）のような振幅値分布が求められる。
【００４８】
このときの特性値として、例えば図５（Ｃ）に示すように半価幅Ｈｗを求めることができる。
【００４９】
これに対し、図６（Ａ）は、被検体１の溶接金属１ｂの内部にき裂が存在しないときに、アレイ型超音波探触子２を用いた超音波受信に関する概念図である。
【００５０】
超音波受信時には、図５（Ａ）の場合と同様に、被検体１内部の溶接部組織である柱状晶組織界面１ｄの位置を音源として受信できるように、受信角度（屈折角）をθｒ１，θｒ２，…，θｒｎに設定して探傷を行なう。検出波形は、模式的に図６（Ｂ）のように示され、前記界面の比較的広い範囲から反射されるため、き裂１ｃ先端からの信号波形（図５（Ｂ））に比べて波数も多い。
【００５１】
ここで、前記同様に屈折角θｒ１，θｒ２，…，θｒｎの探傷条件で検出された波形の振幅値Ｈｎを求め、受信時の屈折角に対する振幅値分布を求めると図６（Ｃ）のような振幅値分布が求められる。このときの特性値として、図６（Ｃ）に示すように半価幅Ｈｗを求めると、図５（ａ）の場合に比べて、この半価幅Ｈｗが広い。
【００５２】
このように、測定された半価幅Ｈｗは、予めデータベースＤＢ２として格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるか、あるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、検出信号の振幅値分布データから特性値を求め、この特性値データから欠陥識別を行なうことで適正な欠陥検出ができる。さらに検出波形データをもとに各種演算処理することで、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。
【００５４】
図７は、超音波探傷方法に関する他の具体例の説明図である。
【００５５】
図７（Ａ１），（Ｂ１）は、欠陥がある場合の検出波形および解析結果を示す説明図であり、図７（Ａ２），（Ｂ２）は、欠陥がない場合の検出波形および解析結果を示す説明図である。ここで、図７（Ａ１），（Ａ２）に示した欠陥信号については、検出波形として欠陥先端からの回折波を示しており、図７（Ｂ１），（Ｂ２）は、検出波形を用いた高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）結果の概念図である。ＦＦＴ処理により得られたスペクトル分布から、スペクトルの特性値として、例えば半価幅Ｈｗをそれぞれ求める。
【００５６】
このように測定された半価幅Ｈｗは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。
【００５７】
ここで、ＦＦＴ処理の特性値として、スペクトル分布の中心周波数、ピーク周波数など、ＦＦＴ処理にて得られた特性値を求め、この特性値データは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。
【００５８】
このように、本実施形態では、検出信号のＦＦＴ処理から特性値を求め、この特性値データから欠陥識別を行なうことで適正な欠陥検出ができる。さらに検出波形データをもとに各種演算処理することで、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。
【００５９】
この結果、図７（Ｂ１）に示すように、欠陥がある場合には、図７（Ｂ２）に比して、半価幅Ｈｗが小さく現われる。
【００６０】
なお、以上の例では解析に半価幅Ｈｗを適用したが、変形例として、Ｈｗ２５％振幅値を基に欠陥の識別を行なうようにしてもよい。即ち、中心周波数に対する面積Ｘピーク周波数によるエネルギ計算によりＨｗ２５％でも同様に行なうことができるからである。
【００６１】
図８は、超音波探傷方法に関する他の具体例の説明図である。
【００６２】
図８（Ａ１），（Ｂ１）は、欠陥がある場合の検出波形および解析結果を示す説明図であり、図８（Ａ２），（Ｂ２）は、欠陥がない場合の検出波形および解析結果を示す説明図である。ここで、解析としては、検出波形を用いたウェーブレット変換処理結果である。
【００６３】
欠陥信号では、検出波形として欠陥先端からの回折波を示しており、ウェーブレット変換処理により得られた処理結果から、特性値として例えば、ピーク分布数を求める。
【００６４】
溶接組織信号では、検出波形は溶接組織界面から受信波形を示しており、前記同様、ウェーブレット変換処理により得られた結果から、特性値として例えばピーク分布数を求める。
【００６５】
このように測定されたピーク分布数は、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。
【００６６】
ここで、ウェーブレット変換処理の特性値として、各ピーク分布の時間−周波数関数、各ピーク分布の中心周波数、ピーク周波数など、ウェーブレット変換処理にて得られた特性値を求め、この特性値データは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。
【００６７】
この結果、図８（Ｂ１）に示すように、欠陥がある場合には、図８（Ｂ２）に比して、時間−周波数の特徴量小さい範囲にまとまって現われる。
【００６８】
このように、本実施形態では、検出信号のウェーブレット変換処理から特性値を求め、この特性値データから欠陥識別を行なうことで適正な欠陥検出ができる。さらに検出波形データをもとに各種演算処理することで、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。
【００６９】
図９は、超音波探傷方法に関する他の具体例の説明図である。
【００７０】
図９（Ａ１），（Ｂ１）は、欠陥がある場合の検出波形および解析結果を示す説明図であり、図９（Ａ２），（Ｂ２）は、欠陥がない場合の検出波形および解析結果を示す説明図である。ここで、解析としては、検出波形を用いた最大エントロピー法による信号処理結果の概念図である。
【００７１】
欠陥信号では、検出波形として欠陥先端からの回折波を示しており、最大エントロピー法による信号処理により得られたスペクトル分布（ｂ）から、特性値として例えば、ピーク分布の中心周波数ｆ１を求める。
【００７２】
溶接組織信号では、検出波形は溶接組織界面から受信波形を示しており、前記同様、最大エントロピー法処理により得られたスペクトル分布（ｂ）から、特性値として例えばピーク分布の中心周波数ｆ２を求める。
【００７３】
このように測定された中心周波数は、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。
【００７４】
ここで、最大エントロピー法による信号処理の特性値として、スペクトル分布のピーク周波数、半価幅など、最大エントロピー法による信号処理にて得られた特性値を求め、この特性値データは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。
【００７５】
この結果、図９（Ｂ１）に示すように、欠陥がある場合には、図９（Ｂ２）に比して、中心周波数ｆ１でのピーク分布が小さい範囲で現われる。
【００７６】
このように、本実施形態では、検出信号の最大エントロピー法による信号処理から特性値を求め、この特性値データから欠陥識別を行なうことで適正な欠陥検出ができる。さらに検出波形データをもとに各種演算処理することで、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。
【００７７】
また、検出信号に対してスプリットスペクトラム法による信号処理を行ない、信号処理にて求め、求めた特性値データから欠陥識別を行なうことで適正な欠陥検出ができる。さらに検出波形データをもとに各種演算処理することで、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法を示すフローチャート。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は前記一実施形態の超音波探傷方法における超音波送受信方法を示す説明図。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は前記一実施形態の超音波探傷方法における超音波送受信方法を示す説明図。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、前記一実施形態の超音波探傷方法における欠陥からの検出信号の信号処理の例を示す説明図。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、前記一実施形態の超音波探傷方法における溶接部組織からの検出信号の信号処理の例を示す説明図。
【図７】（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ａ２）、（Ｂ２）は、前記一実施形態の超音波探傷方法における検出信号の信号処理として高速フーリエ変換処理による方法を示す説明図。
【図８】（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ａ２）、（Ｂ２）は、前記一実施形態の超音波探傷方法における検出信号の信号処理としてウェーブレット変換処理による方法を示す説明図。
【図９】（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ａ２）、（Ｂ２）は、前記一実施形態の超音波探傷方法における検出信号の信号処理として最大エントロピー法による方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００７９】
１…被検体、２…アレイ型超音波探触子、１ａ…母材、１ｂ…溶接金属、１ｃ…欠陥、Ｃ…接触媒質、Ａ（１），Ａ（２），Ａ（ｉ），Ａ（ｎ）…振動子、３…センサ保持機構、４…駆動機構、５…駆動機構制御装置。
【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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