(57)【要約】【課題】構造物の超音波探傷において発生する電気ノイズを低減することの可能な超音波探傷方法を提供する。【解決手段】複数の振動子から構成されるアレイ探触子を使用して超音波を構造物に照射し、構造物の欠陥等の反射体による超音波エコーの出力信号を受信する検査工程(S1)と、検査工程で受信した各出力信号を演算処理装置に入力し、各出力信号に含まれる電気ノイズを相関処理により低減するノイズ低減工程(S3)とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に超音波を照射して該構造物を検査するフェーズドアレイ法を用いた超音波探傷方法において、
複数の振動子から構成されるアレイ探触子を使用して超音波を前記構造物に照射し、前記構造物に内在する欠陥部による超音波エコーの出力信号を受信する検査工程と、
該検査工程で受信した各出力信号を演算処理装置に入力し、各出力信号に含まれる電気ノイズを相関処理により低減するノイズ低減工程と、
を備えることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
前記ノイズ低減工程は、前記相関処理を行う前に前記複数の振動子からの各出力信号を合成する合成処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の超音波探傷方法。
【請求項３】
前記相関処理では、相関処理関数として所定のＳＮ比を有する実信号を使用することを特徴とする、請求項１または２に記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
構造物に超音波を照射して該構造物を検査するフェーズドアレイ法を用いた超音波探傷装置において、
複数の振動子から構成されるアレイ探触子を使用して超音波を前記構造物に照射し、前記構造物に内在する欠陥部による超音波エコーの出力信号を受信する検査手段と、
該検査工程で受信した各出力信号を演算処理装置に入力し、各出力信号に含まれる電気ノイズを相関処理により低減するノイズ低減手段と、
を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】
前記ノイズ低減手段は、前記相関処理を行う前に前記複数の振動子からの各出力信号を合成する合成処理を行うことを特徴とする、請求項４に記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷方法及び超音波探傷装置に係り、詳しくは構造物の超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷の１つであるフェーズドアレイ探傷法は、複数の振動子とレシーバーとを１対１で配置し、振動子に印加する入力信号電圧のタイミングをずらすことで、超音波ビームの向きを変えたり、超音波ビームを絞ったりすることができる。このようなフェーズドアレイ探傷法では高検出、高精度の探傷が可能であり、探傷結果の画像化も可能であるため、構造物の内部欠陥の検査等に使用され、例えばボイラや原子力プラント等、多くの製品で利用されている。
【０００３】
一方、超音波を入射させると減衰する高減衰材、例えば粉末成型体や多孔質成型体に対しては、超音波の透過性が悪いため高感度で超音波探傷を行う必要がある。この場合、感度を上げることにより電気ノイズの影響を受けやすくなるため、高減衰材にある欠陥からの超音波エコーを検出しにくいという問題がある。
このような電気ノイズを低減する信号処理の手法として、従来、ウェーブレットを使用する方法や（特許文献１）、周波数フィルタを使用する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３７１３６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１では、ウェーブレットの計算に必要な各パラメータついて開示されていないため、計測者による算出誤差が大きくなり、必ずしも電気ノイズを良好に低減できるわけではないという問題がある。
また、周波数フィルタを使用する場合、周波数フィルタの種類は非常に多いため、受信した出力信号に含まれる電気ノイズの低減に好適なフィルタの調査が必要となり、調査に時間を要するため作業効率が悪くなり好ましくない。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、構造物の超音波探傷において発生する電気ノイズを低減することの可能な超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１の超音波探傷方法は、構造物に超音波を照射して該構造物を検査するフェーズドアレイ法を用いた超音波探傷方法において、複数の振動子から構成されるアレイ探触子を使用して超音波を前記構造物に照射し、前記構造物に内在する欠陥部による超音波エコーの出力信号を受信する検査工程と、該検査工程で受信した各出力信号を演算処理装置に入力し、各出力信号に含まれる電気ノイズを相関処理により低減するノイズ低減工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の超音波探傷方法では、請求項１において、前記ノイズ低減工程は、前記相関処理を行う前に前記複数の振動子からの各出力信号を合成する合成処理を行うことを特徴とする。
請求項３の超音波探傷方法では、請求項１または２において、前記相関処理では、相関処理関数として所定のＳＮ比を有する実信号を使用することを特徴とする。
【０００８】
請求項４の超音波探傷装置は、構造物に超音波を照射して該構造物を検査するフェーズドアレイ法を用いた超音波探傷装置において、複数の振動子から構成されるアレイ探触子を使用して超音波を前記構造物に照射し、前記構造物に内在する欠陥部による超音波エコーの出力信号を受信する検査手段と、該検査工程で受信した各出力信号を演算処理装置に入力し、各出力信号に含まれる電気ノイズを相関処理により低減するノイズ低減手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の超音波探傷装置では、請求項４において、前記ノイズ低減手段は、前記相関処理を行う前に前記複数の振動子からの各出力信号を合成する合成処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の超音波探傷方法によれば、複数の振動子から構成されるアレイ探触子を使用して超音波を構造物に照射し、構造物に内在する欠陥部による超音波エコーの出力信号を受信する検査工程と、検査工程で受信した各出力信号に含まれる電気ノイズを演算処理装置で相関処理により低減するノイズ低減工程とを備える。
【００１１】
また、請求項４の超音波探傷装置によれば、複数の振動子から構成されるアレイ探触子を使用して超音波を構造物に照射し、構造物に内在する欠陥部による超音波エコーの出力信号を受信する検査手段と、検査手段で受信した各出力信号に含まれる電気ノイズを演算処理装置で相関処理により低減するノイズ低減手段とを備える。
従って、相関処理により各出力信号に含まれる電気ノイズを低減することにより、反射体となる欠陥信号を精度よく検出することができるので、検査精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る超音波探傷装置の概略構成図である。
【図２】探触子内に配置した各振動子に印加する入力信号電圧のタイミングをずらして超音波ビームの焦点深度により探傷するフェーズドアレイ法の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る構造物の超音波探傷方法を示すフローチャートである。
【図４】超音波探傷方法による信号処理調査を行うための概略構成図である。
【図５】（Ａ）はパルスレシーバにて受信した各出力信号を合成処理した後に相関処理を行った信号処理結果を示したグラフ、（Ｂ）は各出力信号を相関処理を行った後に合成処理した信号処理結果を示したグラフ、（Ｃ）は各出力信号を合成処理した信号処理結果を示したグラフ、（Ｄ）は各出力信号を周波数フィルタに通過させた後に合成処理した信号処理結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る超音波探傷装置を含む概略構成図である。
超音波探傷装置１はフェーズドアレイ法を使用しており、例えば構造物内部の欠陥情報を取得するための装置である。
【００１４】
超音波探傷装置１は、入力信号電圧を発生するパルス発生器４、パルス発生器４に接続され、後述する各振動子に入力信号電圧を印加することにより超音波を発生させて構造物２に照射し、欠陥部２ａからの超音波エコーを受信して電気信号に変換するアレイ探触子６、アレイ探触子６に接続され、アレイ探触子６で変換された電気信号を受信するパルスレシーバ８、パルスレシーバ８で受信した電気信号、即ち出力信号をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１０、Ａ／Ｄ変換器１０に接続された演算処理装置１２、及び演算処理装置１２に接続され、演算処理装置１２での処理結果等を出力するモニタ１８を備える。
【００１５】
構造物２に配置されたアレイ探触子６は、図２に示すように、内部に複数の振動子６ａが配置して設けられており、パルス発生器４から印加された入力信号電圧により各振動子６ａが振動して超音波を発生する。ここで、アレイ探触子６は、振動子６ａに入力信号電圧を印加するタイミングをずらすことにより、超音波ビームの方向や焦点深度Ｐfを変えることができる。
演算処理装置１２は中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと略す）１４やメモリ１６から構成される。メモリ１６はＲＡＭ、ＲＯＭ等を含んで構成されており、各プログラムが格納されている。
【００１６】
以下、このように構成された超音波探傷装置１の本発明に係る超音波探傷方法について説明する。
図３は、構造物２の超音波探傷方法を示すフローチャートであり、以下同フローチャートに基づいて説明する。なお、以下に述べるステップＳ２、Ｓ３の各処理は、メモリ１６に格納されているプログラムを実行することによって行われる。
【００１７】
ステップＳ１では、アレイ探触子６から構造物２に超音波を照射し、構造物２内の欠陥部２ａからの超音波エコーをアレイ探触子６、パルスレシーバ８を介して出力信号として受信する。これにより、当該出力信号がＡ／Ｄ変換器１０でアナログ／デジタル変換されて演算処理装置１２へ入力される（検査工程、検査手段）。ここで、パルス発生器４からアレイ探触子６へ入力される入力信号はパルス波である。
【００１８】
ステップＳ２では、演算処理装置１２に入力された各出力信号に対して合成処理を行い、１つの出力信号に合成する。
詳しくは、複数の振動子６ａから超音波を照射することにより、欠陥部２ａに反射して出力される出力信号も振動子６ａの数だけ受信されるため、次の相関処理を行う前に複数の出力信号を１つの信号に合成する。
【００１９】
ステップＳ３では、合成された信号に対して相関処理を行う（ノイズ低減工程、ノイズ低減手段）。
詳しくは、合成された信号に対して相関処理関数を使用して相関処理を行い、合成された信号に含まれる電気ノイズを低減する。この際、相関処理関数として使用するのはメモリ１６に格納されている参照波である。当該参照波とは、構造物２の所定の深さ（例えば、５０ｍｍ）に欠陥部２ａを設けた場合の実信号であり、所定のＳＮ比（例えば、１０．７）を有する実信号である。なお、参照波のＳＮ比をよくするために電気ノイズを抑制する必要があるので、欠陥部２ａの深さは比較的浅い方がよい。
【００２０】
上述した方法で、図４に概略構成図を示すように、欠陥部２ａが形成された構造物２として高減衰体にアレイ探触子６を配設し、パルスレシーバ８にて受信した出力信号の信号処理調査を行った。ここに、欠陥部２ａは２０ｍｍ四方の穴であり、アレイ探触子６を配設した構造物２の面から欠陥部２ａまでの深さＤは１１０ｍｍである。相関処理に使用した参照波は、構造物２の深さ５０ｍｍに欠陥部２ａを設けた場合の実信号であり、ＳＮ比は１０．７である。
【００２１】
また、構造物２として使用可能な高減衰体は、例えば圧粉成型されたセラミックスグリーン体等の粉末成型体、コンクリートまたはセラミックス系複合材料等の多孔質成型体、ステンレス鋼の鋳物または溶接部、繊維強化プラスチック、または炭素繊維強化炭素複合材料等である。
【００２２】
調査した結果を図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す。ここで、図５（Ａ）は上述したようにパルスレシーバ８にて受信した各出力信号を合成処理した後に相関処理を行った場合の信号処理結果を示すグラフである。比較例として、図５（Ｂ）は受信した各出力信号を相関処理した後に合成処理を行った場合の信号処理結果を示すグラフ、図５（Ｃ）は受信した各出力信号を合成処理した場合の信号処理結果を示すグラフ、図５（Ｄ）は受信した各出力信号を周波数フィルタを通過させた後に合成処理を行った場合の信号処理結果を示すグラフである。なお、図５（Ｄ）で使用した周波数フィルタは、無限インパルス応答フィルタ（以下、ＩＩＲフィルタと略す）である。
【００２３】
図５（Ａ）、（Ｂ）によれば、受信した各出力信号に相関処理を実施することで、図５（Ｃ）のように相関処理を実施しなかった場合と比べて電気ノイズＳnが良好に低減されており、欠陥信号Ｓdが精度よく検出されていることがわかる。また、ＩＩＲフィルタを使用した図５（Ｄ）は図５（Ｃ）に比べて電気ノイズＳnが低減されているものの、やはり図５（Ａ）、（Ｂ）の方が図５（Ｄ）よりも電気ノイズＳnの低減幅が大きいことがわかる。
【００２４】
そして、図５（Ａ）によれば、図５（Ｂ）と比較しても電気ノイズＳnが良好に低減されており、ＳＮ比に大きな違いは見られないことがわかる。つまり、各出力信号を合成処理した後に相関処理を行った場合でも、各出力信号を相関処理した後に合成処理を行った場合と同様、電気ノイズＳnが良好に低減されて欠陥信号Ｓdを精度よく検出可能である。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、複数の振動子６ａから構成されるアレイ探触子６を構造物２に配置し、各振動子６ａから超音波を照射して欠陥部２ａからの超音波エコーを出力信号として受信し、受信した出力信号を演算処理装置１２へ入力し、参照波を使用して相関処理を行うようにしている。
【００２６】
これにより、電気ノイズＳnを良好に低減して欠陥信号Ｓdを精度よく検出することができるので、検査精度を向上させることができる。
特に、受信した各出力信号を１つの信号に合成処理した後に相関処理を行うので、相関処理に要する時間は１／振動子数となり、検査精度を維持したまま信号処理時間を短縮することができ、作業効率を向上させることができる。従って、検査精度を向上させるために振動子６ａが増加される場合でも、信号処理時間の短縮が可能である。
【００２７】
さらに、相関処理関数に参照波としてＳＮ比の高い実信号を使用することにより、良好に電気ノイズＳnを低減することができ、検査精度を向上させることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に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で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  超音波探傷装置
２  構造物
２ａ  欠陥部
４  パルス発生器
６  アレイ探触子
８  パルスレシーバ
１０  Ａ／Ｄ変換器
１２  演算処理装置
【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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