(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体中に超音波を入射し、前記被検査体内の反射源で反射して戻る反射エコーを受信する探触子と、
前記被検査体の溶接線に沿っての各位置において前記溶接線に直交する方向に所定のピッチで前記探触子を走査する走査手段と、
前記走査手段による走査時に前記探触子で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置とを求める第一処理手段と、
前記第一処理手段で得られた結果を用いて、前記溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定する第二処理手段と、
前記溶接線に垂直な各断面毎に前記第二処理手段で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、前記第一処理手段で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する欠陥識別手段と、
前記欠陥識別手段で得られた結果を出力する出力手段と、
を具備することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記第二処理手段は、前記溶接線に垂直なある断面においてエコー高さが最大であるピークを求めた場合、その求めたピークに対応する反射源の位置と当該断面に隣り合う断面において前回の走査で特定した形状エコーの位置を当該断面上に投影した位置との間の距離を算出し、その算出した距離が所定の基準値以下であるときに、その反射源の位置を当該断面における形状エコーの位置として特定し、一方、その算出した距離が前記基準値より大きいときに、前回の走査で特定した形状エコーの位置を当該断面上に投影した位置を、当該断面における形状エコーの位置として特定することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記第二処理手段が特定する形状エコーの位置は、前記探触子が走査する側と反対側に形成された溶接部の余盛の位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
一対の前記探触子が前記溶接線を挟んで両側に配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
被検査体の溶接線に沿っての各位置において前記溶接線に直交する方向に所定のピッチで探触子を走査しながら、前記探触子から前記被検査体中に超音波を入射し、前記被検査体内の反射源で反射して戻る反射エコーを前記探触子で受信する第一工程と、
前記探触子で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置とを求める第二工程と、
前記第二工程で得られた結果を用いて、前記溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定する第三工程と、
前記溶接線に垂直な各断面毎に前記第三工程で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、前記第二工程で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する第四工程と、
前記第四工程で得られた結果を出力する第五工程と、
を具備することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項６】
前記第三工程では、前記溶接線に垂直なある断面においてエコー高さが最大であるピークを求めた場合、その求めたピークに対応する反射源の位置と当該断面に隣り合う断面において前回の走査で特定した形状エコーの位置を当該断面上に投影した位置との間の距離を算出し、その算出した距離が所定の基準値以下であるときに、その反射源の位置を当該断面における形状エコーの位置として特定し、一方、その算出した距離が前記基準値より大きいときに、前回の走査で特定した形状エコーの位置を当該断面上に投影した位置を、当該断面における形状エコーの位置として特定することを特徴とする請求項５に記載の超音波探傷方法。
【請求項７】
前記第三工程で特定する形状エコーの位置は、前記探触子が走査する側と反対側に形成された溶接部の余盛の位置であることを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波探傷方法。
【請求項８】
一対の前記探触子が前記溶接線を挟んで両側に配置されていることを特徴とする請求項５、６又は７に記載の超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の溶接箇所における欠陥を超音波を用いて非破壊で検査するための超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼材の溶接箇所に生じうる欠陥を非破壊で検査する装置として、超音波探傷装置が知られている。かかる超音波探傷装置は、探触子を用いて、被検査体内の欠陥の検査を行うものである。被検査体には溶接部の溶接線と平行にガイドレールが取り付けられ、探触子はこのガイドレールに平行な方向及び直交する方向に沿って移動することができる。この探触子は、超音波を被検査体中に入射させ、被検査体内の反射源で反射された超音波（反射エコー）を受信するものである。超音波は、被検査体中を伝播しているときに、欠陥や溶接部の余盛等の不均一な部分があると、それを反射源として反射される。このため、探触子が受信する反射エコーには、欠陥で反射された欠陥エコーだけでなく、溶接部の余盛で反射された形状エコー等が含まれる。
【０００３】
超音波探傷装置は、探触子で受信した反射エコーに基づいて、そのエコー高さと反射源の位置とを特定する。このとき、反射源の位置は、溶接線上の所定位置を原点とする座標系において定められる。具体的には、まず、探触子に対する反射源の位置を求めた後、ガイドレール上の所定の位置に対する探触子の位置、ガイドレールと溶接線との間隔、溶接部の余盛の幅等に基づいて、当該座標系における反射源の位置を演算する。超音波探傷装置は、各反射源と溶接部との位置関係を調べることにより、各反射源が欠陥である否かを識別する。そして、各欠陥の位置にそのエコー高さをプロットした探傷画像を作成し、表示装置の画面上に表示する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、ガイドレールはマグネットにより被検査体に取り付けられるので、ガイドレールの取り付け精度があまりよくない。また、溶接部の余盛も常に一定の幅を有しているわけではなく、ある程度のばらつきがある。さらに、被検査体によっては被検査体内部の音速が一様でないことがあり、その場合には、探傷屈折角度が探傷中に変わってしまうことがある。上述したように、従来の超音波探傷装置では、溶接線上の所定位置を原点とする座標系において反射源の位置を特定しているので、ガイドレールの取り付け誤差、余盛の幅のばらつき、屈折角度のずれ等があると、当該座標系における反射源の位置も正確に求めることはできない。このため、例えば、欠陥エコーを形状エコーと判断したり、逆に、形状エコーを欠陥エコーと判断したりして、欠陥の識別を高精度で行うことができないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、欠陥か否かの識別を高精度で行うことができる超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る超音波探傷装置は、被検査体中に超音波を入射し、前記被検査体内の反射源で反射して戻る反射エコーを受信する探触子と、前記被検査体の溶接線に沿っての各位置において前記溶接線に直交する方向に所定のピッチで前記探触子を走査する走査手段と、前記走査手段による走査時に前記探触子で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置とを求める第一処理手段と、前記第一処理手段で得られた結果を用いて、前記溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定する第二処理手段と、前記溶接線に垂直な各断面毎に前記第二処理手段で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、前記第一処理手段で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する欠陥識別手段と、前記欠陥識別手段で得られた結果を出力する出力手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る超音波探傷方法は、被検査体の溶接線に沿っての各位置において前記溶接線に直交する方向に所定のピッチで探触子を走査しながら、前記探触子から前記被検査体中に超音波を入射し、前記被検査体内の反射源で反射して戻る反射エコーを前記探触子で受信する第一工程と、前記探触子で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置とを求める第二工程と、前記第二工程で得られた結果を用いて、前記溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定する第三工程と、前記溶接線に垂直な各断面毎に前記第三工程で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、前記第二工程で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する第四工程と、前記第四工程で得られた結果を出力する第五工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である超音波探傷装置の概略構成ブロック図、図２はその超音波探傷装置における走査装置の概略平面図、図３はその超音波探傷装置における探触子の走査の仕方を説明するための図、図４はその探触子で受信するデータの収録範囲を説明するための図である。
【００１１】
かかる超音波探傷装置は、図１、図２及び図３に示すように、二つの探触子１０，１０と、各探触子毎に設けられた走査装置２０と、ＡＤ変換部３０，３０と、記憶部４０と、制御部５０と、表示装置６０とを備えるものである。
【００１２】
この超音波探傷装置は、被検査体２の溶接部４における欠陥を検出するためのものである。特に、本実施形態では、被検査体２として、二つの平板状の鋼材の間にＶ形開先を設け、それらを突合せ溶接したものを用いることにする。このとき、開先部には表面から溶着金属が盛り上がった余盛が形成される。例えば、図３に示すように、鋼材の上側には幅広の余盛ができ、その下側には幅狭の余盛ができる。
【００１３】
尚、以下では、溶接部４の溶接線と平行な方向をＸ方向、被検査体２の表面に平行な方向であってＸ方向と直交する方向をＹ方向、そして、Ｘ方向とＹ方向とに直交する被検査体４の深さ方向をＺ方向とする。ここで、溶接線とは、溶接部を一つの線として表すときの仮想線のことである。
【００１４】
探触子１０は、超音波を被検査体２中に入射し、被検査体２内の反射源で反射して戻る超音波（反射エコー）を受信するものである。この探触子１０としては、公知のものを使用することができるので、ここでは探触子１０の構造についての詳細な説明を省略する。
【００１５】
走査装置２０は、探触子１０を被検査体２上で走査するものであり、図２に示すように、ガイドレール２１と、腕部２２とを有する。走査装置２０は、ガイドレール２１が溶接部４の溶接線と平行になるように被検査体２上に設置される。ここで、ガイドレール２１と溶接部４の溶接線との間隔は予め所定の間隔に設定される。
【００１６】
また、腕部２２はガイドレール２１に直交する方向（Ｙ方向）に伸びており、ガイドレール２１に沿って移動することができる。この腕部２２には、探触子１０が取り付けられており、腕部２２上を移動することできる。したがって、探触子１０は、腕部２２の移動を制御することによりＸ方向に沿って移動し、また、探触子１０自体の移動を制御することによりＹ方向に沿って移動する。かかる腕部２２及び探触子１０の移動は、制御部５０により制御される。このため、制御部５０は、ガイドレール２１上の所定の基準位置に対する腕部２２（探触子１０）のＸ方向位置、及びその基準位置に対する探触子１０のＹ方向位置を容易に算出することができる。
【００１７】
本実施形態では、図３に示すように、走査装置２０、したがって探触子１０を幅広の余盛が形成された側に配置することにする。ここで、探触子１０が配置された側と同じ被検査体２の側を「表側」と言い、探触子１０が配置された側と反対の被検査体２の側を「裏側」と言うことにする。また、裏側の余盛のことを「裏波」とも称する。
【００１８】
二つの探触子１０，１０は、図３に示すように、溶接部４の両側に配置される。一般に、溶接部４の余盛の形状は波うっており、凹凸が激しい。このため、溶接部４の欠陥を調べるのに、余盛の表面に略垂直に進行する超音波を用いたのでは、超音波はうまく溶接部４内に入っていかない。これに対し、被検査体２の母材の方は略一定の形状をしている。このため、母材の表面に対して斜めに進行する超音波を用いて、溶接部４の欠陥を調べることにしている。いわゆる斜角探傷である。
【００１９】
各探触子１０は、いわゆる縦方形走査により移動される。すなわち、探触子１０は、図３において太い矢印で示すように、Ｘ方向に沿って所定の走査間隔だけ移動し、そのＸ方向位置においてＹ方向に沿って所定のピッチで移動する。そして、探触子１０は、Ｙ方向に沿って所定のピッチだけ移動する度に探傷動作を行う。
【００２０】
探傷動作が開始すると、まず、探触子１０は超音波を発生する。探触子１０から発生した超音波は、探触子１０と被検査体４との境界面で屈折して被検査体４内に入る。ここで、境界面での探傷屈折角は、境界面への入射角、被検査体４内を伝播する超音波の音速により、スネルの法則から求められる。被検査体４内に入った超音波は、溶接部４に向かって伝播する。そして、探触子１０は、その超音波が反射源で反射して戻ってきた反射エコーを受信する。
【００２１】
探傷屈折角は一定であるので、探触子１０が溶接部４に近いところに位置しているときには、溶接部４の浅い位置を探傷でき、探触子１０が溶接部４から遠いところに位置しているときには、溶接部４の深い位置を探傷できる。特に、溶接部４の表側の表面を探傷する場合には、探触子１０を溶接部４から遠く離れたところに位置しておき、被検査体２の裏側の表面で一回反射した超音波を用いることになる。このように、探触子１０をあるＸ方向位置においてＹ方向に沿って所定のピッチで走査して、探傷することにより、当該Ｘ方向位置における溶接部４の深さ方向に渡って欠陥を検査することができる。本実施形態では、二つの探触子１０，１０を用いて、かかる探傷動作を各探触子１０毎に行う。
【００２２】
図５（ａ）は探触子１０があるＸ方向位置及びＹ方向位置に位置するときに得られた波形データの一例を示す図である。図５（ａ）において縦軸はエコー高さを、横軸はビーム路程を表す。ビーム路程とは、超音波が入射点から反射源まで被検査体２中を通過した距離のことである。被検査体２内を伝播する超音波の音速は略一定であるので、ビーム路程はその距離だけ伝播するのに要した時間を表しているとも言える。
【００２３】
ところで、探触子１０が受信する反射エコーには、欠陥エコー、形状エコーや遅れエコーが含まれる。欠陥エコーとは、超音波がきず等の欠陥で反射して探触子１０に戻ってきたエコーのことである。形状エコーとは、超音波が溶接部４の余盛で反射して探触子１０に戻ってきたエコーのことである。これは溶接部４の形状に起因するために「形状」エコーと言われている。特に、探触子１０から発せられた超音波は、被検査体２の裏側表面で反射せずに、裏側の幅狭の余盛に直接入射したときに、そこで反射して大きなエコーとして探触子１０に戻ってくる。以下では、この裏側の余盛からの形状エコーのことを、「裏波エコー」とも称することにする。通常、形状エコーのエコー高さは、欠陥エコーのエコー高さよりも高いが、欠陥の程度によっては、欠陥エコーのエコー高さのほうが高い場合もある。
【００２４】
次に、遅れエコーについて説明する。図６は遅れエコーを説明するための図である。いま、図６（ａ）に示すように、超音波が探触子１０から裏側の余盛に直接入射する場合を考える。このとき、図６（ｂ）に示すように、裏側の余盛から大きな形状エコーＥ10だけでなく、典型的には、その形状エコーＥ10の他に少し遅れて、二つぐらいのエコーＥ11，Ｅ12が探触子１０に戻ってくる。これらのエコーＥ11，Ｅ12が「遅れエコー」である。この遅れエコーＥ11，Ｅ12は次のようにして発生したものである。探触子１０が発生する超音波としては横波を用いている。それが裏側の余盛に入射したときにそのまま反対方向に反射して探触子１０に戻る横波が、形状エコーＥ10である。また、超音波が裏側の余盛に入射したときには、いろいろな方向に反射する縦波や横波が発生する。ここで発生した縦波のうちには、例えば、表側の余盛に向かって伝播し、そこで反射して縦波として裏側の余盛に戻った後、裏側の余盛で反射して横波となって探触子１０に戻るものがある。このルートで戻ってきたのが遅れエコーＥ11である。また、裏側の余盛で発生した横波のうちには、例えば、表側の余盛に向かって伝播し、そこで反射して裏側の余盛に戻った後、裏側の余盛で反射して探触子１０に戻るものがある。このルートで戻ってきたのが遅れエコーＥ12である。
【００２５】
このように、反射エコーには、欠陥エコー、形状エコー、遅れエコー等が含まれており、溶接部４の検査に際しては、反射エコーの中から欠陥エコーを正確に識別する必要がある。
【００２６】
ＡＤ変換部３０は、探触子１０が受信した反射エコーの探傷波形データをＡＤ変換して、デジタルの波形データにするものである。例えば、エコー高さは１バイトのデータであり、０から２５５までの値をとる。このデジタルの波形データは、記憶部４０に記憶される。
【００２７】
ところで、探触子１０で受信された探傷波形データには、溶接部４から遠く離れたところで反射された反射エコーについてのデータも含まれている。探傷波形データはすべて記憶部４０に保存しておくことが望ましいが、これではデータ量がとても多くなってしまう。このため、本実施形態では、図４に示すように、溶接部４を含む所定のデータ収録範囲Ｒ１内から戻ってきた反射エコーについてのデータのみを記憶部４０に記憶することにする。反射エコーがかかるデータ収録範囲Ｒ１内から戻ってきたものか否かは、探触子１０の位置とビーム路程により判断することができる。
【００２８】
制御部５０は、探触子１０の走査を制御したり、探触子１０で得られたデータを処理するものである。この制御部５０は、図１に示すように、ピーク検出手段（第一処理手段）５１と、探傷画像データ作成手段５２と、裏波エコー検出手段（第二処理手段）５３と、欠陥識別手段５４と、探傷画像作成手段５５とを有する。
【００２９】
ピーク検出手段５１は、探触子１０で受信された反射エコーに基づいて、各ピークのエコー高さと各ピークに対応する反射源の位置（エコー位置）とを求めるものである。探傷画像データ作成手段５２は、ピーク検出手段５１で得られた各エコー位置及びエコー高さを用いて、探傷画像データを作成するものである。裏波エコー検出手段５３は、探傷画像データを用いて、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークのエコー位置に基づいて当該ＹＺ平面における裏波エコーの位置を特定するものである。また、欠陥識別手段５４は、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面毎に、裏波エコー検出手段５３で特定した裏波エコーの位置を原点とするＸＹＺ基準座標系を設定し、ピーク検出手段５１で求めた各エコー位置をＸＹＺ基準座標系における位置座標で表し、且つ、ＸＹＺ基準座標系で表されたエコー位置が所定の欠陥識別範囲内に含まれているときに当該エコーを欠陥エコーであると識別するものである。探傷画像作成手段５５は、欠陥識別手段５４で識別された各欠陥エコーや形状エコー、遅れエコー等について、そのエコー位置にエコー高さをプロットした探傷画像を作成するものである。
【００３０】
表示装置６０は、裏波エコー検出手段５３や欠陥識別手段５４で得られた結果を表示したり、探傷画像作成手段５５で作成された探傷画像を表示したりするものである。
【００３１】
次に、本実施形態の超音波探傷装置において探触子１０で得られたデータの処理手順を説明する。図７は本実施形態の超音波探傷装置において波形データの処理手順を説明するためのフローチャートである。また、図８は裏波エコー位置の検出方法を説明するための図、図９は欠陥識別範囲を説明するための図、図１０は探傷画像の作成方法を説明するための図である。
【００３２】
制御部５０は、探触子１０の走査及び探傷動作が終了し、記憶部４０に波形データが格納された後、図７のフローに従った処理を実行する。最初に、制御部５０のピーク検出手段５１は、波形データに基づいて各ピークのエコー高さとエコー位置を求める（Ｓ１）。具体的には、ピーク検出手段５１は、まず、図５（ａ）に示すような波形データから各ピークを見い出し、各ピークについてエコー高さとビーム路程とを抽出する。例えば、ピークＰ0 については、そのエコー高さがＥ0 、ビーム路程がＷ0 である。また、ピークＰ1 については、そのエコー高さがＥ1 、ビーム路程がＷ1 である。次に、ピーク検出手段５１は、各ピークに対して、その抽出したビーム路程と探傷屈折角とを用いて、エコー位置を算出する。ここで算出するエコー位置は、ガイドレール２１上の基準位置を原点とするＸＹＺ座標系で表したものであり、上述のＸＹＺ基準座標系で表したものではない。例えば、探傷屈折角がθである場合、図５（ｂ）に示すように、ピークＰ0について、超音波の入射点から反射源までのＹ方向距離はＹ＝Ｗ0 × sinθで、そのＺ方向距離はＺ＝Ｗ0 × cosθで与えられる。そして、探触子１０のＸＹＺ座標系における位置は既知であるので、これにより、ピークＰ0 についてのエコー位置を求めることができる。その後、こうして得られたエコー位置に当該エコー高さを対応させ、記憶部４０に記憶する。ピーク検出手段５１は、図５（ａ）に示すような波形データのすべてのピークに対して同様の処理を行う。
【００３３】
次に、探傷画像データ作成手段５２は、探傷画像データを作成する（Ｓ２）。まず、探傷画像データ作成手段５２は、図１０に示すようにデータ収録範囲Ｒ１を所定サイズのセルに分割する。ここで、セルは、一辺の長さが１ｍｍの立方体とするのが基本であるが、任意に設定可能である。次に、探傷画像データ作成手段５２は、ピーク検出手段５１により記憶部４０に保存された各ピークについて、ＸＹＺ座標系における座標で表されたエコー位置に対応するセルに当該エコー高さをセットすることにより探傷画像データを作成する。このとき、異なる探傷点における波形データのピークが同じセルにセットする必要が生じた場合には、エコー高さの高い方のデータをセットするものとする。こうして作成された探傷画像データは、記憶部４０に保存される。
【００３４】
次に、裏波エコー検出手段５３は、探傷画像データを用いて、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上における裏波エコーの位置を求める（Ｓ３）。この裏波エコー位置を求める処理は次にようにして行われる。裏波の存在するおおよその位置というのは予め分かっている。裏波エコー検出手段５３は、図８（ａ）に示すように、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上において、その裏波の存在するおおよその位置Ｐを含むようにして裏波エコー検出範囲Ｒ２を設定する。例えば、裏波の存在するおおよその位置Ｐとしては、探触子１０と反対側にある母材における開先の下部をとればよい。実際には余盛が拡がっているため、裏波の位置は多少変動するが、これはあまり厳密に考える必要はない。裏波エコー検出範囲Ｒ２をある程度大きく設定することで対応できるからである。また、裏波エコー検出範囲Ｒ２は、例えば、その裏波の存在するおおよその位置Ｐを中心とし一辺の長さ６ｍｍの正方形の範囲に設定される。この裏波エコー検出範囲Ｒ２は任意に設定することができる。裏波エコー検出手段５３は、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上において、裏波エコー検出範囲Ｒ２内でエコー高さが最大となる位置（最大エコー位置）を求める。通常、裏波エコーのエコー高さは欠陥エコーのエコー高さよりも大きいので、こうして求められた最大エコー位置は裏波エコー位置であると考えられる。
【００３５】
ところで、裏波エコー検出範囲Ｒ２内に大きな欠陥があったりすると、その欠陥エコーのエコー高さが裏波エコーのエコー高さよりも大きいことがある。この場合、単純に最大エコー位置を裏波エコー位置とすると、欠陥エコー位置を裏波エコー位置としてしまう。通常、裏波エコー位置はＸ方向から見たときに一定の範囲内に収まっており、この範囲に含まれないエコー位置は裏波エコー位置と考えることはできない。本実施形態では、最大裏波エコースキップ距離ｒを設定し、ＹＺ平面上において所定の位置を中心として最大裏波エコースキップ距離ｒを半径とする円の内部を、裏波エコー位置が存在する範囲としている。この最大裏波エコースキップ距離ｒは任意に設定可能である。
【００３６】
裏波エコー検出手段５３は、今回、Ｘ方向位置ＸｎでのＹＺ平面において、最大エコー位置（Ｘｎ，Ｙｎ′，Ｚｎ′）を求めたときに、その求めた最大エコー位置（Ｘｎ，Ｙｎ′，Ｚｎ′）と、当該Ｘ方向位置ＸｎでのＹＺ平面に隣り合うＸ方向位置Ｘｎ−１でのＹＺ平面において前回の走査で特定した裏波エコー位置（Ｘｎ−１，Ｙｎ−１，Ｚｎ−１）をＸ方向位置ＸｎでのＹＺ平面上に投影した位置（Ｘｎ，Ｙｎ−１，Ｚｎ−１）との間の距離Ｄｎを算出する。すなわち、Ｄｎ＝｛（Ｙｎ−１−Ｙｎ′）２＋（Ｚｎ−１−Ｚｎ′）２｝１／２である。この距離Ｄｎが最大裏波エコースキップ距離ｒ以下であるときに、当該最大エコー位置（Ｘｎ，Ｙｎ′，Ｚｎ′）を、Ｘ方向位置ＸｎでのＹＺ平面における裏波エコー位置（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）であると判断する。一方、距離Ｄｎが最大裏波エコースキップ距離ｒよりも大きいときには、当該最大エコー位置（Ｘｎ，Ｙｎ′，Ｚｎ′）を欠陥エコー位置であると判断し、Ｘ方向位置ＸｎでのＹＺ平面における裏波エコー位置（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）としては、前回の走査で特定した裏波エコー位置（Ｘｎ−１，Ｙｎ−１，Ｚｎ−１）をＸ方向位置ＸｎでのＹＺ平面上に投影した位置（Ｘｎ，Ｙｎ−１，Ｚｎ−１）を採用する。こうして得られた各ＹＺ平面における裏波エコー位置を繋ぐことにより、裏波線が得られる。尚、チャンネル毎に、すなわち左右の探触子１０毎に、裏波エコー位置は異なる。
【００３７】
次に、欠陥識別手段５４は、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面において、裏波エコー位置を原点とするＸＹＺ基準座標系をとり、ピーク検出手段５１で求めた各エコーについてのエコー位置をＸＹＺ基準座標系における位置座標で表す（Ｓ４）。その後、欠陥識別手段５４は、ピーク検出手段５１で求めた各エコーについて、それが欠陥エコーであるか否かを識別する（Ｓ５）。これは次のようにして行われる。本実施形態では、図９に示すように、予め欠陥の識別範囲Ｒ３を設定している。この欠陥識別範囲Ｒ３は、欠陥が存在すると考えられる範囲であり、開先の形状に応じて定められる。例えば、Ｖ形開先の場合には、図９に示すように、開先の両端を一定距離だけ広げた範囲を欠陥識別領域Ｒ３としている。このように欠陥識別範囲Ｒ３に、開先を含むようにしてある程度余裕を持たせているのは、開先の位置を厳密に特定できないことによる。欠陥識別手段５４は、ＸＹＺ基準座標系で表された各エコー位置が、欠陥識別範囲Ｒ３に含まれるか否かを判断する。各エコー位置が欠陥識別範囲Ｒ３に含まれるときには、当該エコーを欠陥エコーと判断する。一方、当該エコーが欠陥識別範囲Ｒ３に含まれないときには、当該エコーを欠陥エコーでないと判断する。
【００３８】
尚、ＸＹＺ基準座標系において、Ｚ方向位置が原点から上側に一定の高さ位置との間にあって且つＹ方向位置が原点から当該探触子１０と反対側にある範囲、すなわち図９における範囲Ｒ０（斜線を施した範囲）に含まれるエコーについては、それがたとえ欠陥識別領域Ｒ３に含まれるときであっても、欠陥エコーであると判断しない。かかる範囲Ｒ０は裏波が存在すると考えられる範囲だからである。したがって、欠陥識別領域Ｒ３とは、厳密に言うと、図９における網掛けを施した範囲から、その網掛けを施した範囲と上記範囲Ｒ０との共通する部分を除いた範囲である。
【００３９】
また、裏波の近傍における欠陥の判断はあまり厳密に行う必要はない。当該裏波の近傍における欠陥は、当該探触子１０と反対側の探触子１０による探傷により、正確に判断することができるからである。
【００４０】
次に、探傷画像作成手段５５は、記憶部４０に保存されている探傷画像データや欠陥識別結果をもとに探傷画像を作成する（Ｓ６）。ここで、探傷画像データとしては、ＸＹＺ基準座標系における座標で表されたエコー位置に対応するセルに当該エコー高さをセットすることにより得られたものを用いる。具体的には、例えば、探傷画像データをもとにエコー高さに応じて色分けすることによりプロットする。これを各ピークエコーに対して行う。こうして、探傷画像が作成される。尚、探傷画像作成手段５５は、エコー高さが所定の値（しきい値）以上のピークエコーについてだけ、プロットするようにしてもよい。これにより、ノイズが原因と考えられるエコーを取り除くことができる。このしきい値は任意に設定可能である。
【００４１】
また、探傷画像として、図１０に示すような立体図を用いたのでは、オペレータは欠陥の評価をしにくいこともある。このため、各エコー高さをＸＹ面、ＹＺ面、ＺＸ面にそれぞれ投影して作成した三つの画像を作成することもできる。さらに、探傷画像作成手段５５は欠陥識別結果にもとづいて、欠陥のみをプロットするようにすることも可能である。
【００４２】
こうして作成された探傷画像は、表示装置６０に表示される（Ｓ７）。オペレータは、表示装置６０に表示された探傷画像を見ながら、欠陥の有無や、欠陥が発生している場合にはその欠陥が許容できるものであるか等を調べる。そして、オペレータは、最終的に当該被検査体２の合否を判定する。これで、図７の処理フローが終了する。
【００４３】
ところで、本発明者は、複数の試験体を作製し、それらの試験体について本実施形態の超音波探傷装置と従来の超音波探傷装置とを用いて欠陥を検出する実験を行った。図１１（ａ）は従来の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図、図１１（ｂ）は本実施形態の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図である。尚、図１１（ａ），（ｂ）において点線は開先を示している。
【００４４】
図１１（ａ），（ｂ）において、縦軸は深さ（Ｚ方向位置）、横軸は軸位置（Ｙ方向位置）を表す。但し、図１１（ａ）と同１１（ｂ）とでは、座標系の原点の位置が異なる。従来の超音波探傷装置を用いた場合には、ガイドレール２１上の所定の基準位置から推定した溶接線の位置をＹ方向位置の原点とし、ガイドレール２１上の基準位置をＺ方向位置の原点とするＹＺ座標系をとっている。したがって、従来の超音波探傷装置では、溶接線の位置を想定し、検出したエコー位置を、溶接線に対する相対位置としてプロットすることにより探傷画像を作成している。一方、本実施形態の超音波探傷装置を用いた場合には、上述したように、波形データから裏波エコー位置を求め、その裏波エコー位置を原点とするＹＺ基準座標系をとっている。
【００４５】
また、この実験では、各試験体として、一つの大きな欠陥を持つものを製作した。すなわち、ここで使用する試験体では、欠陥エコーのエコー高さが裏波エコーのエコー高さよりも大きい。また、各試験体における欠陥の位置はそれぞれ異なる。
【００４６】
本発明者等は次のようにして実験を行った。まず、各試験体について溶接部の探傷を行い、エコー位置を検出する。このエコー位置の情報から欠陥候補の領域が分かる。次に、この拡がりをもった欠陥候補の領域内における複数のエコーのうち、最大エコー高さを有するものを特定する。実際には、欠陥を領域としてそのまま特定するのが望ましいのであるが、ここでは、処理を簡略に行うため、最大エコー高さを有するエコーの位置（最大エコー位置）を、その試験体に含まれる欠陥候補の代表位置として特定する。そして、その最大エコー位置を、所定のＹＺ座標系においてプロットする。したがって、各試験体については一つの点がプロットされる。これをすべての試験体について行うことにより、図１１に示すようなグラフが得られる。尚、図１１では、説明を簡単にするため、一回反射したときの反射エコーを無視し、直射エコーのみを示している。
【００４７】
図１１に示す実験結果によれば、本実施形態の超音波探傷装置を用いた場合の方が、従来の超音波探傷装置を用いた場合に比べて、最大エコー位置の分布のばらつきが小さく、ほとんど溶接部４内に収まっていることが分かる。具体的には、最大エコー位置についての深さ方向の分布は、図１１（ａ）でも図１１（ｂ）でもそれ程変わらない。しかし、最大エコー位置についての軸方向の分布は、図１１（ａ）では−８ｍｍから＋３ｍｍの広い範囲に渡っているのに対し、図１１（ｂ）では０ｍｍから８ｍｍの狭い範囲に渡っている。このように、従来の超音波探傷装置を用いた場合には、最大エコー位置の分布がＹ方向に関して大きくばらついている。
【００４８】
超音波探傷装置は、かかる結果に基づいて各試験体のきず識別を実行するのであるが、図１１（ａ）の場合は、最大エコー位置が大きくばらついているために、試験体の合否判定がとても困難である。例えば、超音波探傷装置は、図１１中に示したような裏波の想定位置をもとに、裏波にも一定の幅があることから、その想定した裏波の位置を中心として、例えば上下左右に３ｍｍの範囲を裏波の存在する範囲と考える。このとき、この裏波の存在する範囲内にあるエコーを裏波エコーであると判断し、その裏波の存在する範囲外であって溶接部４内に存在するエコーだけを欠陥エコーであると判断することにすると、かなりの数の試験体は欠陥のない良品としてしまう。このように、従来の超音波探傷装置を用いた場合には、欠陥を精度よく識別することができない。
【００４９】
これに対して、図１１（ｂ）の場合は、想定裏波位置よりも当該探触子１０の側に存在するエコーを欠陥エコーであると判断することにより、ほとんどすべての試験体を欠陥品であると判定できる。したがって、本実施形態の超音波探傷装置では、従来のものに比べて、欠陥を高精度で識別することができる。
【００５０】
尚、欠陥を識別する際に、欠陥の絶対位置についての情報はあまり重要ではない。欠陥の絶対位置を知ることができても、その前提となる欠陥の有無を正確に判断できなければ、欠陥判定の精度を高めることができないからである。
【００５１】
本実施形態の超音波探傷装置では、裏波エコー検出手段が、ピーク検出手段で得られた結果を用いて、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面上においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応するエコー位置に基づいて当該断面における裏波エコー位置を特定した後、欠陥識別手段が、各Ｘ方向位置でのＹＺ平面毎に裏波エコー位置を原点とする基準座標系を設定し、ピーク検出手段で求めた各エコー位置を基準座標系における位置座標で表し、且つ、基準座標系を用いて表されたエコー位置が所定の範囲内に含まれているときに当該エコーを欠陥エコーであると識別する。これにより、ガイドレールの取り付け誤差、余盛の幅のばらつき、屈折角度のずれ等があっても、欠陥か否かの識別を高精度で行うことができる。
【００５２】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【００５３】
上記の実施形態では、探触子をＶ形開先における幅広の余盛の側に配置し、裏波エコー検出手段が幅狭の余盛における形状エコーの位置を検出する場合について説明したが、逆に、探触子を幅狭の余盛の側に配置し、幅広の余盛における形状エコーの位置を検出するようにしてもよい。一般に、裏波エコー検出手段は、開先の形状にかかわらず、溶接部の余盛における形状エコーの位置を検出すればよい。したがって、Ｖ形開先を有する被検査体だけでなく、例えばＸ形開先、Ｉ形開先を有する被検査体に対しても、本実施形態の超音波探傷装置を用いて欠陥を検出することができる。
【００５４】
また、上記の実施形態では、平板状の被検査体を用いた場合について説明したが、例えば、円筒状の被検査体に対しても本実施形態の超音波探傷装置を用いて欠陥を検出することができる。
【００５５】
また、上記の実施形態では、直交座標系において探触子の位置やエコー位置等を特定する場合について説明したが、例えば円筒座標系において探触子の位置やエコー位置等を特定するようにしてもよい。
【００５６】
更に、本発明の超音波探傷装置は、余盛における形状エコーの位置を検出することにより、余盛の有無や余盛の形状等に基づいて溶接の良否を判定する場合にも適用することができる。例えば、上記の実施形態において、裏波エコー検出手段で裏波線を求め、その裏波線の各Ｘ方向位置においてエコー高さを調べることにより、余盛の有無を知ることができる。溶接部の強度を確保するために、余盛がしっかりと形成されていることが要求される場合には、かかる余盛の有無を調べることによって溶接の良否を判定することができる。また、裏波線の形状を調べ、例えば、裏波線が蛇行したりしているときには、溶接が不良であると判断することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波探傷装置によれば、第二処理手段が、第一処理手段で得られた結果を用いて、溶接線に垂直な各断面においてエコー高さが最大であるピークを求め、その求めたピークに対応する反射源の位置に基づいて当該断面における溶接部からの形状エコーの位置を特定し、欠陥識別手段が、溶接線に垂直な各断面毎に第二処理手段で特定した形状エコーの位置を原点とする座標系を設定し、第一処理手段で求めた各反射源の位置を前記座標系における位置座標で表し、且つ、前記座標系を用いて表された反射源の位置が所定の範囲内に含まれているときに当該反射源を欠陥であると識別する。これにより、走査手段の取り付け誤差、余盛の幅のばらつき、屈折角度のずれ等があっても、欠陥か否かの識別を高精度で行うことができる。
【００５８】
また、本発明の超音波探傷装置では、第二処理手段が溶接部からの形状エコーの位置を特定することにより、余盛の有無や裏波線の形状を調べ、これに基づいて溶接の良否を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である超音波探傷装置の概略構成ブロック図である。
【図２】その超音波探傷装置における走査装置の概略平面図である。
【図３】その超音波探傷装置における探触子の走査の仕方を説明するための図である。
【図４】その探触子で受信するデータの収録範囲を説明するための図である。
【図５】（ａ）は波形データの一例を示す図、（ｂ）は波形データからエコー位置を求める処理を説明するための図である。
【図６】遅れエコーを説明するための図である。
【図７】本実施形態の超音波探傷装置において波形データの処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】裏波エコー位置の検出方法を説明するための図である。
【図９】欠陥の識別範囲を説明するための図である。
【図１０】探傷画像の作成方法を説明するための図である。
【図１１】（ａ）は従来の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図、（ｂ）は本実施形態の超音波探傷装置を用いたときの実験結果を示す図である。
【符号の説明】
２    被検査体
４    溶接部
１０    探触子
２０    走査装置
２１    ガイドレール
２２    腕部
３０    ＡＤ変換部
４０    記憶部
５０    制御部
５１    ピーク検出手段
５２    探傷画像データ作成手段
５３    裏波エコー検出手段
５４    欠陥識別手段
５５    探傷画像作成手段
６０    表示装置
【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】
0004431926.tif 000009
【図９】
0004431926.tif 000010
【図１０】
0004431926.tif 000011
【図１１】
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