(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検査位置から被検査体に超音波を送信し、検査位置毎に反射超音波信号を受信して得られた超音波検査データを得て、前記超音波検査データ毎の極大値を抽出し、前記極大値の連続性を検出して前記極大値について前記検査位置に対応する軌跡を演算して特徴量とする特徴量演算手段と、
き裂からの反射超音波信号の極大値の特徴量を収容するき裂特徴量データベースと、
前記超音波検査データにおける前記極大値に関するデータと、前記き裂特徴量データベースに収容されたき裂からの反射超音波信号の極大値の特徴量とを比較・評価してき裂の有無及びき裂の端部位置の判定を行うき裂判定手段と、を具備し、
前記き裂判定手段は、前記軌跡がレベルの異なる２つの極大値を有すると評価した場合にき裂有りと判定する
ことを特徴とする超音波検査データ評価装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波検査データ評価装置において、
前記き裂判定手段は、前記軌跡の前記２つの極大値のうち、レベルが高い極大値が所定以上のレベルである場合にき裂有りと判定することを特徴とする超音波検査データ評価装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の超音波検査データ評価装置において、
前記軌跡の前記２つの極大値のうち、レベルが低い極大値に対応する検査位置に基づいて前記き裂の深さを計測するき裂計測手段を具備したことを特徴とする超音波検査データ評価装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の超音波検査データ評価装置において、
前記き裂判定手段は、前記軌跡の前記２つの極大値のうち、レベルが低い極大値が存在する検査位置が、前記軌跡の端部から所定の検査位置数の範囲内に存在する場合にき裂有りと判定することを特徴とする超音波検査データ評価装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の超音波検査データ評価装置において、
被検査体を２次元で走査した際に、第１の位置において１次元で走査した第１の位置のき裂検出情報と、当該第１の位置に隣接する位置において１次元で走査した隣接位置のき裂検出情報とから、前記第１の位置でき裂有りと判定され、前記第１の位置に隣接する位置でき裂有りと判定されなかった場合に、当該第１の位置でのき裂有りとの判定は誤判定とするき裂確認手段を有することを特徴とする超音波検査データ評価装置。
【請求項６】
複数の検査位置から被検査体に超音波を送信し、検査位置毎に反射超音波信号を受信して得られた超音波検査データから、前記超音波検査データ毎の極大値を抽出し、前記極大値の連続性を検出して前記極大値について前記検査位置に対応する軌跡を演算して特徴量とする工程と、
前記超音波検査データにおける前記極大値に関するデータと、き裂特徴量データベースに収容されたき裂からの反射超音波信号の極大値の特徴量とを比較・評価してき裂の有無及びき裂の端部位置の判定を行うき裂判定工程とを具備し、
前記き裂判定工程では、前記軌跡がレベルの異なる２つの極大値を有すると評価した場合にき裂有りと判定する
ことを特徴とする超音波検査データ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体に超音波を送信し、反射超音波信号を受信して得られた超音波検査データから被検査体のき裂を検出する超音波検査データ評価装置及び超音波検査データ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超音波検査装置は、被検査体に超音波を送信して、き裂等からの反射超音波信号を受信し、受信した超音波検査データから被検査体のき裂等を検出するための装置である。このような超音波検査装置は、例えば、原子炉のシュラウドのき裂検査等に使用されている。超音波検査データは、き裂からの反射信号の他に、被検査体によって、超音波の複数の伝播経路からの反射信号、ノイズ等の影響により複雑なものとなることが多い。従って、この複雑な超音波検査データから、き裂を検出するためには、熟練した検査員の技量に頼っているのが現状である。
【０００３】
超音波検査方法の例を図８を用いて説明する。被検査体２１を検査する場合には、超音波探傷器２２により高圧のパルス電圧をかけ、超音波２３を送受信する超音波センサ２４を検査面上で走査して超音波信号２５の変化を観察する。き裂２６からの反射と思われるエコーがあった場合には、その場所を中心に走査してエコーの変化からき裂の先端を識別する。検査対象面が平面など単純な形状であり検査範囲が狭く、想定される欠陥がスリット等のように単純な形状である等、限定された条件での超音波探傷である場合には、超音波データに対して例えば時間ゲートおよび閾値をかける程度の処理で欠陥を十分精度良く検出できる可能性がある。
【０００４】
しかしながら、実際の超音波検査では、検査面は凹凸があり、き裂の形状についてもSCC（Stress  Corrosion  Cracking：応力腐食割れ）等のように複雑な形状をしている場合を対象にしていることが多い。このため、上記のように単純な方法で検査を自動化することは難しく、熟練した検査員が手動でデータを見ながら欠陥を検出している。また、検査範囲が広範囲の場合には、探触子を移動機構に乗せて走査し、検査位置情報と共に超音波検査データを採取している。１次元方向の走査は複数の探触子を並べて配置し電子的に走査する方法もある。このようにして得られた超音波信号を解析することによりき裂の位置、深さなどを求めている。
【０００５】
超音波検査では、１度の検査で検査可能な範囲は狭いため、一定の面積を持った範囲を検査するためには、超音波検査データ量は膨大になり、データから欠陥データを求めるデータ処理作業量も同様に膨大である。
【０００６】
従って、超音波検査を行うためには熟練した作業員が膨大な超音波データを手作業で評価する必要がある。また、この評価作業では、検査員による技量による評価のばらつきが発生するため、複数の検査員が複数回数の評価を行っているのが現状であり、検査効率の向上が望まれている。
【０００７】
検査効率を上げるための超音波検査データの評価装置としては、タイムゲートの掛け方を工夫し、ニューラルネットワークを利用してき裂の有無を判定するというものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１７１００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の技術では、超音波信号中のノイズや擬似エコーにより、自動で精度良くデータ評価を行うことが困難であるという課題があった。また、上記したように、ニューラルネットワークを用いてき裂の有無を判定を行う技術では、き裂端部の位置の同定等は行うことができず、き裂有りとなったデータについての評価は、検査員が手動で行わなければならないという課題があった。また、この技術は、１点での検査を対象としており、走査を必要とする面積をもった範囲の検査についての評価は難しいという課題があった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、き裂の有無、き裂端部の位置等を従来に比べて精度良く自動的に検出可能な超音波検査データ評価装置及び超音波検査データ評価方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超音波検査データ評価装置の一態様は、複数の検査位置から被検査体に超音波を送信し、検査位置毎に反射超音波信号を受信して得られた超音波検査データを得て、前記超音波検査データ毎の極大値を抽出し、前記極大値の連続性を検出して前記極大値について前記検査位置に対応する軌跡を演算して特徴量とする特徴量演算手段と、き裂からの反射超音波信号の極大値の特徴量を収容するき裂特徴量データベースと、前記超音波検査データにおける前記極大値に関するデータと、前記き裂特徴量データベースに収容されたき裂からの反射超音波信号の極大値の特徴量とを比較・評価してき裂の有無及びき裂の端部位置の判定を行うき裂判定手段と、を具備し、前記き裂判定手段は、前記軌跡がレベルの異なる２つの極大値を有すると評価した場合にき裂有りと判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の超音波検査データ評価方法の一態様は、複数の検査位置から被検査体に超音波を送信し、検査位置毎に反射超音波信号を受信して得られた超音波検査データから、前記超音波検査データ毎の極大値を抽出し、前記極大値の連続性を検出して前記極大値について前記検査位置に対応する軌跡を演算して特徴量とする工程と、前記超音波検査データにおける前記極大値に関するデータと、き裂特徴量データベースに収容されたき裂からの反射超音波信号の極大値の特徴量とを比較・評価してき裂の有無及びき裂の端部位置の判定を行うき裂判定工程とを具備し、前記き裂判定工程では、前記軌跡がレベルの異なる２つの極大値を有すると評価した場合にき裂有りと判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、き裂の有無、き裂端部の位置等を従来に比べて精度良く自動的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】
【００１２】
以下、本発明に係る超音波検査データ評価装置及び超音波検査データ評価方法の実施形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して第１の実施形態について説明する。本実施形態では、極大値の特徴量として検査位置走査に伴う極大値の動き（軌跡）を用いる。
【００１３】
本実施形態の超音波検査データ評価装置は、各検査位置における超音波検査データ１から極大値を抽出し、この極大値のデータとして、移動した検査位置との極大値の連続性を検出し検査位置走査時の極大値の軌跡を求める特徴量演算装置２と、き裂有り／無し時それぞれの反射超音波信号の特徴量を示すき裂特徴量を収容するき裂特徴量データベース３と、特徴量演算装置２の出力と、き裂特徴量データベース３内のデータとを比較してき裂の有無の判定及び端部位置の同定を行うき裂判定装置４と、同定した端部位置からき裂の深さや位置を計測するき裂計測装置５と、計測結果を表示、保存する結果表示・保存装置６とを具備している。なお、これらの機能は１台の計算機で実現可能なものである。
【００１４】
次に、超音波検査データ１の極大値に基づくき裂の判定手法について説明する。ここでは、超音波検査を１方向（１次元）に走査して実施した場合について説明する。この１次元の走査は、図８に示したように、１つの超音波センサを１次元で移動させる方法、又は複数（例えば２５６個）の超音波センサが１列に配列されたフェーズドアレーセンサによって計測する方法により行うことができる。走査に従い変化する超音波検査データ例を図２に示す。図２において、１０個のグラフは、夫々pos1−10の１０箇所の走査位置における反射超音波信号の波形を示しており、縦軸が超音波のレベル（％）、横軸が時間（μｓ）を示している。この場合、pos1−10の各ポジション（走査位置）の間隔は、１ｍｍ以下程度となっている。反射超音波信号は、検査対象で反射した波が１波のみ反射して戻ってくれば良いのであるが、実際に採取する反射超音波信号はダンピングの影響等で複雑なデータになる。しかし、意味があるのは最初の１波、すなわち極大値のみである。
【００１５】
図２に示したデータは複雑な波形であるが、意味のある波として極大値のみに注目すればよい。なお、図２において、５μｓ付近の極大値は表面等からの反射波であり、き裂判定には使用しない。８〜１５μｓ近傍がき裂のある可能性がある領域とすると、表示された超音波検査データである超音波波形の極大値のみに注目し、極大値の位置が走査に従いどのように変化するかによってき裂の端部位置を同定する。
【００１６】
図２に示した超音波データの場合、極大値と考えられる点を円で囲んで示している。このうち、走査位置がpos2,3,4,8,10において、点線の円で囲った点は、走査位置がpos1,5,6,7,9では現れない、かつレベルで２０％未満の小さな点であるため、ノイズと判定することができる。
【００１７】
一方、実線の円で囲った点はpos1−10の走査位置で連続して現れるため、き裂からの超音波信号であると判定することができる。この極大値の動きを調べると、この極大値は、pos1からpos10に従って、まずpos3で極大値を取り、pos4で一旦小さくなり、その後超音波信号のレベルはpos10まで増加し続け、pos10ではレベル５４％と明らかにノイズとは異なるレベルの信号となる。なお、図には示さないがpos10以降もレベルは増加し続け、pos14で最大値(83%)となり、その後の位置では信号レベルは減少し、検査対象の表面からの信号と区別がつかなくなる。
【００１８】
Pos1より手前の点では極大値が存在しない。極大値の最大の点pos10（pos14）を基準点とすると、pos1に向かって極大値は、pos4で極小値、pos3で再び極大値をとる。このような極大値の軌跡を縦軸をレベル（％）、横軸を時間（μｓ）とした図３に示す。このような極大値の動き（軌跡）からpos3の位置をき裂の先端（端部）からの超音波信号であると判定することができる。
【００１９】
このように、超音波探触子を走査して得た複数の超音波検査データから、極大値のつながりを把握してき裂位置等を同定することができる。ここでは１方向に走査した例を示したが、面積を持った範囲を検査する場合には２方向へ走査する必要がある。
【００２０】
上記の例の場合、以下の事項から、「き裂有り」との判定を行うことができる。
（１）レベルの高い極大値１がある（pos14）
（２）連続した極大値がある（pos10〜pos1の走査による）
（３）連続した極大値の変化の中で極大値２がある(pos3)
（４）極大値２のレベルは低く、連続する極大値の端の方にある。
き裂の形状、深さにより極大値の動きは異なる為、間隔や動きそのものが、図３に示した軌跡と他のき裂からの軌跡とが完全に一致することはほぼないと考えられる。従って、き裂からのエコーの極大値の軌跡をパターン化して、採取データとの一致度からき裂の有無および深さを同定する必要がある。
【００２１】
本実施例では、上記き裂の有無及び、き裂の端部位置を判定する特徴量をデータベース化し、図４に示すように、以下の手順で求める極大値の軌跡の特徴量をデータベースと比較することでき裂の判定を自動化する。
【００２２】
まず、特徴量演算装置２は、超音波データを入力する（１０１）。次に、特徴量演算装置２は、入力された各超音波データから次のようにして、各検査位置での極大値データ（極大値及びその位置）を求める（１０２）。すなわち、特徴量演算装置２は、まず、各超音波データData(t)からｎ点内の最大値を求める。なお、ここでは簡単の為、ｔ＝ｎ×Nとする。
Data2(t’)＝Data（ｔ）〜Data（ｔ＋ｎ）の最大値
次にｎ点での間引き処理を行う。
Data3(N)＝Data2(N)
次に間引きしたデータの極大値を検出する。
Data3(N-1) < Data3(N) かつ Data3(N) > Data3(N+1)のとき
Max_pos(i)＝N
Max_lv(i)＝Data3(N)    （iは検出された極大値の数）
（Max_pos(i)：極大値として求められた位置、Max_lv(i)：求めた極大値）
この処理により、各検査位置での極大値データを求めることができる。なお、間引き処理を行ったため、元データ：Data(Max_pos(i)×ｎ)とMax_lv(i)にはずれが生じることがあり極大値として求められた位置を補正する必要がある。
【００２３】
次に、特徴量演算装置２は、以下のようにしてき裂からの信号の極大値の軌跡を求める（１０３）。すなわち、走査により検査位置が移動するが、この２個の検査位置でそれぞれ極大値がいくつか検出されている場合において、同じ反射源からの極大値信号を検出する。これは、極大値が得られる位置、いくつかのルールに適合する場合に同じ反射源からの信号と考えることとする。ルールの一例を以下に示す。
（Ｉ）pos1における極大値の位置Max_pos1(m)と、pos2における極大値の位置Max_pos2(n)との位置のずれが閾値以下である場合。
（II）複数の位置で同様の処理を繰り返し、ｘ点以上連続した検査位置で連続した極大値が検出されること。
ノイズは連続的に現れないため、上記の処理によりき裂からの信号の極大値の軌跡のみを求めることができる。
【００２４】
次に、き裂判定装置４において、特徴量演算装置２で演算された極大値の軌跡（特徴量）が、き裂特徴量データベース３の中にあるき裂の特徴と一致するかを比較、演算し、き裂の有無を判定する（１０４）。ここでまず、き裂特徴量データベース３について説明する。き裂特徴量データベース３は前記した評価方法を数値化する。例えば、上記した、
（１）レベルの高い極大値１がある（pos14）
（２）連続した極大値がある（pos10〜pos1の走査による）
（３）連続した極大値の変化の中で極大値２がある(pos3)
（４）極大値２のレベルは低く、連続する極大値の端の方にある。
を数値化すると以下のようになる。
（１）極大値の軌跡の最大レベルがａ％以上
（２）軌跡を構成する点数がｂ点以上
（３）軌跡の中に極大値が２点ある
（４）軌跡の両端からｃ点以内にレベルｄ％以下の極大値がある。
なお、ａ〜ｄの数値は超音波検査方法によって変わってくる固定の閾値である。き裂の特徴量として他にも、
（５）極大値のレベルがｅ％以上の点がｆ点以上続く
（６）軌跡の傾きがｇ以上
等の条件を設定し、以下の（イ）、（ロ）の条件を満たすデータをき裂として認識するものとする。
（イ）（１）〜（４）の条件を満たす場合にはき裂が有り、その端部の位置は極大値２の位置である。
（ロ）（１）、（２）、（５）の条件を満たす場合にはき裂が有り、その端部の位置は最も時間の長い点である。
【００２５】
き裂判定装置４では、特徴量演算装置２で演算された特徴量が、き裂特徴量データベース３の中にあるき裂の特徴と一致するかを比較、演算し、き裂の有無を判定する。例えば、上記した図３の軌跡の例の場合、採取したデータは（１）〜（４）の条件を満たしているため、このデータにはき裂が存在する。
【００２６】
そして、き裂が存在する場合は、続いてき裂の端部の位置を求める（１０５）。上記した場合では、き裂の端部は極大値２であると判断する。なお、き裂が無いと判断された場合は、結果表示・保存装置６によってその結果を表示し保存する（１０７）。
【００２７】
次に、き裂計測装置５では、き裂の端部が極大値２であること、および探傷条件よりき裂の深さや位置を自動で計測する（１０６）。例えば、pos2の位置の時間をｔ、検査対象が音速５６００ｍ/ｓの鋼材で、探傷角度として４５度を設定している場合には、き裂の深さは以下の演算で求めることができる。
ｔ（μｓ）×５６００（ｍ/ｓ）×ｓｉｎ４５（度）×０．５
【００２８】
結果表示・保存装置６は、上記の結果を表示・保存し、検査員に情報を提示する（１０７）。なお、上記の例では、き裂特徴量データベース３として、き裂の特徴量をデータとして使用した場合について説明したが、データとして、き裂の無い場合の特徴量を使うこともできる。以上の処理により超音波データからき裂の有無、深さを自動で計測することができる。
【００２９】
次に、本発明に係る超音波検査データ評価装置の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。第２の実施形態の基本構成は、前述した第１の実施形態１と同様であり、対応する部分には同一の符号を付して重複した説明は省略する。この第２の実施形態は、き裂を自動判定した後に、き裂手動判定装置７により判定結果に検査員の判断を介入することを可能とし、さらに、き裂特徴量データベース３を手動で更新可能とする特徴量データ登録装置８を設けたものである。
【００３０】
上記の第１の実施形態では、き裂判定を自動化したが、き裂からの反射超音波は、き裂の形状、深さ等により異なり、き裂特徴量データベース３に収容された情報では判定できない、あるいは誤判定となる可能性がある。このため、第２の実施形態では、自動判定の結果を検査員に提示し、これを修正可能とすることによって判断を手動で行い誤判定を防止できるようにしたものである。この際、第１の実施形態で示した手法で得たき裂端部位置や極大値の軌跡を表示することで、誤判定かどうかを容易に判断可能なものとする。また、誤判定があった場合にはその理由を検討し、き裂特徴量データベース３を更新することで検出精度を向上することが可能になる。き裂特徴量データベース３は、検査員の判断により、特徴量データ登録装置８によって更新することができる。
【００３１】
次に、本発明に係る超音波検査データ評価装置の第３の実施形態について、図６を参照して説明する。第１の実施形態では、１次元走査の超音波探傷を対象としたが、第３の実施形態では、２次元走査を対象とする。この第３の実施形態は、第１の実施形態の構成に加え、隣接する走査位置での超音波検査データからのき裂判定結果を用いて、き裂の有無を判定するき裂確認装置９を具備している。
【００３２】
超音波検査は、まずｘ方向に走査し、その後ｙ方向に移動してｘ方向の走査を行うものとする。ｘ方向の走査については、第１の実施形態と同様な方法で、き裂の有無を自動判定する。ｙ方向のposy=y1での走査による超音波検査データからのき裂位置をposx=x1であるとする。次にｙ方向の位置posy=y2、y3、y4‥でのｘ方向の走査による超音波検査データでも同様にき裂の位置を検出する。
【００３３】
その結果が、図７に示すようにposy＝2,3,4,8,13,14でき裂が検出され、そのうちposy=13では2箇所でき裂が検出されたとする。き裂は３次元形状をしており連続した走査位置で検出されると考えられる。き裂確認装置９では、隣接したｙ方向の走査位置に連続してき裂が検出されるかを調べることにより、き裂計測装置で得た結果の判定の正誤を調べる。
【００３４】
posy=2,3,4で検出されたデータは、１個のき裂からの超音波信号であり、正確にき裂を検出したものであると考えることができる。posy=8で検出されたデータについては両隣であるposy=7およびposy=9でき裂が検出されないことより、誤検出であると判定する。posy=13についてはposx=1,7でき裂が検出されたものの,隣接するpos14ではposx=1でのみき裂が検出されており、き裂からの信号と考えられるのはposy13のposx=1の側のみであり、posy=13におけるposx=7のデータは誤判定と考えることができる。このように、２次元走査した超音波検査データを用いることでき裂の有無を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態の超音波検査データ評価装置の構成を示す図。
【図２】超音波信号の例を示す図。
【図３】求めた極大値の軌跡を示す図。
【図４】超音波検査データ評価の手順を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態の超音波検査データ評価装置の構成を示す図。
【図６】第３の実施形態の超音波検査データ評価装置の構成を示す図。
【図７】２次走査によって検出されたき裂位置の例を示す図。
【図８】超音波検査を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１…超音波検査データ、２…特徴量演算装置、３…き裂特徴量データベース、４…き裂判定装置、５…き裂計測装置、６…結果表示・保存装置、７…き裂手動判定装置、８…特徴量データ登録装置、９…き裂確認装置。
【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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