(57)【要約】【課題】  検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能な出力データを生成する。【解決手段】  ログアンプ部５のゲイン及びリニアアンプ部６のゲインの両方でエコーの強度を調整し、強さの異なる複数のエコーの表示上の高さバランスを画像化に合わせて最適に調整した出力データを生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探触子から超音波を検査対象物に送信し、前記検査対象物からの反射波のデータを前記探触子で受信データとして受信するようにした超音波探傷装置に用いられ、前記探触子の前記受信データに対して所定の増幅状況の出力データを生成する出力データ生成装置において、
前記探触子によって受信された、低い強度から高い強度までの前記反射波の受信データに対して、所定の増幅状況の出力データを設定する際に、
低い強度の前記反射波における受信データに対する出力データの増幅状況に比べ、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況を抑制するように、前記出力データを調整する調整手段を備えた
ことを特徴とする出力データ生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の出力データ生成装置において、
前記調整手段は、
前記探触子によって受信された前記反射波の前記受信データに基づいて対数圧縮により圧縮データを生成することで、所定の増幅状況の前記出力データを対数データとして設定する
ことを特徴とする出力データ生成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の出力データ生成装置において、
前記調整手段は、
前記探触子によって受信された前記反射波の受信データに基づいて比例関係の比例増幅出力データを設定し、
高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況を、低い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況よりも抑制するため、前記対数データに対し、前記比例増幅出力データを関連させる
ことを特徴とする出力データ生成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の出力データ生成装置において、
前記調整手段は、
前記対数データに対し、前記比例増幅出力データを関連させる際に、
低い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも高い値に設定し、
高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも低い値に設定することで、
低い強度の前記反射波における受信データに対する出力データの増幅状況に比べ、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況を抑制する
ことを特徴とする出力データ生成装置。
【請求項５】
検査対象物に送信した超音波の反射波の情報を用いて前記検査対象物内を探傷するための断面画像を生成する超音波探傷装置であって、
超音波を前記検査対象物に送信して、前記検査対象物からの前記反射波のデータを受信する探触子と、
請求項１から請求項４の何れかに記載の出力データ生成装置と、
前記出力データ生成装置で生成された出力データから断面画像を生成して表示部に表示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。
【請求項６】
探触子により、検査対象物に超音波を送信すると共に、超音波の反射波を受信データとして受信し、
前記探触子によって受信された、低い強度から高い強度までの前記反射波の受信データを対数圧縮により圧縮して対数データを生成する一方、
前記探触子によって受信された前記反射波の受信データに基づいて比例関係の比例増幅出力データを生成し、
低い強度の前記反射波における受信データに対する対数データの増幅状況に比べ、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する対数データの増幅状況を抑制するように、前記比例増幅出力データを関連させて前記対数データを調整して出力データとし、
前記出力データに基づいて前記検査対象物の断面画像を生成して表示する
ことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波探傷方法において、
前記対数データに対し、前記比例増幅出力データを関連させる際に、
低い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも高い値に調整し、
高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも低い値に調整する
ことを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷装置に用いられる出力データ生成装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来より、超音波探傷試験法は、放射性透過試験法と比較して、構造物の板厚方向の欠陥位置測定及び欠陥の深さ測定が簡便に行なえる試験法として、原子力発電プラントの供用期間中検査などの非破壊検査において広く用いられている。具体的には、超音波探傷試験法は、探触子から送信した超音波ビームの反射波（エコー）を用いて構造物内部の欠陥を検出測定する試験法であり、簡便な操作性、被ばくのおそれがない非侵襲性などの利点を備えている。
【０００４】
このため、超音波探傷試験法は、ステンレス鋼配管溶接部において粒界型応力腐食割れ（IGSCC: Inter-granular stress corrosion cracking）の検出及び欠陥深さ測定を行なうことが可能な実用的非破壊試験法として重要な役割を果たしている。
【０００５】
ここで、工業分野における溶接構造物の超音波探傷試験法では、横穴などの標準反射体からの反射波の高さを基準（基準エコー高さ）とし、基準エコー高さに対するエコー高さ及びエコーの出現する範囲により、ＩＧＳＣＣなどの欠陥が溶接構造物内にあるか否かを判定している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、配管溶接部の探傷で得られるエコーは、溶接部の形状に起因するエコーを含んでいる。すなわち、配管溶接部は、図７に示すように、溶接金属（Weld metal）、溶接部の裏波（Root）及び内面テーパ加工部（Counter bore）からなり、探傷部位の形状が複雑となるため、配管溶接部の探傷で得られるエコーは、溶接部近傍に発生した欠陥の「亀裂開口部（Crack bottom）」及び「亀裂先端部（Crack tip）」に由来するエコーと、溶接金属、裏波及び内面テーパ加工部に由来するエコーとを含んでいる。なお、図７は、配管溶接部を説明するための図である。
【０００７】
また、オーステナイト系ステンレス鋼溶接部のように、溶接金属組織が超音波の難透過材である場合は、超音波の屈折及び散乱により、溶接金属内、あるいは母材と溶接金属との境界部で比較的大きな散乱エコーが発生する。
【０００８】
このように、超音波探傷試験法において、配管溶接部の探傷により得られるエコーは、欠陥に由来するエコーの他に、溶接部の形状に由来するエコーと、溶接金属に由来する散乱エコーとを含んでいるため、単純にエコー高さのみから欠陥であるか否かを判定することが困難であり、実際には、経験を積んだ検査員が、エコー高さ、反射源の位置及び長さ、探傷部位の形状などを考慮して、欠陥とそれ以外の反射源との判別を行なっている。
【０００９】
このため、検査員の負担軽減と、検査の信頼性向上とを目指して、欠陥エコーとその他のエコーとを区別する技術の開発が進められている。例えば、近年、フェーズドアレイを用いて超音波探傷を行なうフェーズドアレイ装置により、ＩＧＳＣＣなどの欠陥部位を映像化する技術が開発されている。具体的には、フェーズドアレイ装置は、フェーズドアレイ各素子の励振タイミングを調整して超音波ビームの焦点を合わせると同時に、励振位置を移動することにより、欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を生成して、生成した断面画像をモニタに表示する。
【００１０】
ところで、上記したフェーズドアレイ装置は、超音波ビームを電子的に制御する特殊機能を備えた装置であり、通常の超音波探傷装置に比べ高価であるために、未だ広く用いられるには至っていない。
【００１１】
このため、上記した従来の技術は、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することができないという課題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＪＩＳ規格Ｚ３０６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能な出力データを生成することができる出力データ生成装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能とな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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の出力データ生成装置は、探触子から超音波を検査対象物に送信し、前記検査対象物からの反射波のデータを前記探触子で受信データとして受信するようにした超音波探傷装置に用いられ、前記探触子の前記受信データに対して所定の増幅状況の出力データを生成する出力データ生成装置において、前記探触子によって受信された、低い強度から高い強度までの前記反射波の受信データに対して、所定の増幅状況の出力データを設定する際に、低い強度の前記反射波における受信データに対する出力データの増幅状況に比べ、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況を抑制するように、前記出力データを調整する調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る本発明の出力データ生成装置は、請求項１に記載の出力データ生成装置において、前記調整手段は、前記探触子によって受信された前記反射波の前記受信データに基づいて対数圧縮により圧縮データを生成することで、所定の増幅状況の前記出力データを対数データとして設定することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に係る本発明の出力データ生成装置は、請求項２に記載の出力データ生成装置において、前記調整手段は、前記探触子によって受信された前記反射波の受信データに基づいて比例関係の比例増幅出力データを設定し、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況を、低い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況よりも抑制するため、前記対数データに対し、前記比例増幅出力データを関連させることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に係る本発明の出力データ生成装置は、請求項３に記載の出力データ生成装置において、前記調整手段は、前記対数データに対し、前記比例増幅出力データを関連させる際に、低い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも高い値に設定し、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも低い値に設定することで、低い強度の前記反射波における受信データに対する出力データの増幅状況に比べ、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データの増幅状況を抑制することを特徴とする。
【００１９】
このため、広範囲の強度の反射波のデータに対し、反射波を飽和させずに表示できる出力データとすることができ、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能な出力データを生成することができる。
【００２０】
上記目的を達成するための請求項５に係る本発明の超音波探傷装置は、検査対象物に送信した超音波の反射波の情報を用いて前記検査対象物内を探傷するための断面画像を生成する超音波探傷装置であって、超音波を前記検査対象物に送信して、前記検査対象物からの前記反射波のデータを受信する探触子と、請求項１から請求項４の何れかに記載の出力データ生成装置と、前記出力データ生成装置で生成された出力データから断面画像を生成して表示部に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するための請求項６に係る本発明の超音波探傷方法は、探触子により、検査対象物に超音波を送信すると共に、超音波の反射波を受信データとして受信し、前記探触子によって受信された、低い強度から高い強度までの前記反射波の受信データを対数圧縮により圧縮して対数データを生成する一方、前記探触子によって受信された前記反射波の受信データに基づいて比例関係の比例増幅出力データを生成し、低い強度の前記反射波における受信データに対する対数データの増幅状況に比べ、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する対数データの増幅状況を抑制するように、前記比例増幅出力データを関連させて前記対数データを調整して出力データとし、前記出力データに基づいて前記検査対象物の断面画像を生成して表示することを特徴とする。
【００２２】
そして、請求項７に係る本発明の超音波探傷方法は、請求項６に記載の超音波探傷方法において、前記対数データに対し、前記比例増幅出力データを関連させる際に、低い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも高い値に調整し、高い強度の前記反射波における前記受信データに対する前記出力データを、前記比例増幅出力データよりも低い値に調整することを特徴とする。
【００２３】
このため、広範囲の強度の反射波のデータに対し、反射波を飽和させずに表示できる出力データを得て、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能な出力データを生成することが可能になる出力データ生成装置を備えた超音波探傷装置及び超音波探傷方法を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の出力データ生成装置は、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能な出力データを生成することが可能になる。
【００２５】
本発明の超音波探傷装置及び超音波探傷方法は、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例に係る出力データ生成装置を備えた超音波探傷装置の概念構成図である。
【図２】配管溶接部の状況を説明する概略図である。
【図３】リニアアンプ及びログアンプの表示状況の説明図である。
【図４】入力信号と出力信号の関係を出力電圧で表すグラフである。
【図５】本発明の一実施例に係る出力データ生成装置で得られた出力信号を用いて生成された断面画像の説明図である。
【図６】通常のリニアアンプで得られた出力信号を用いて生成された断面画像の説明図である。
【図７】配管溶接部の状況を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１には本発明の一実施例に係る出力データ生成装置を備えた超音波探傷装置の概念構成、図２には配管溶接部の状況を説明する概略形状、図３にはリニアアンプ及びログアンプの表示状況、図４には入力信号と出力信号の関係を出力電圧で表すグラフ、図５には本発明の一実施例に係る出力データ生成装置で得られた出力信号を用いて生成された断面画像の状況、図６には通常のリニアアンプで得られた出力信号を用いて生成された断面画像の状況を示してある。
【００２８】
本発明の出力データ生成装置は、探触子から超音波を検査対象物に送信し、検査対象物からの反射波のデータを探触子で受信データとして受信するようにした超音波探傷装置に用いられ、探触子の受信データに対して所定の増幅状況の出力データを生成するものである。
【００２９】
検査対象物としては、図２に示す、配管溶接部が挙げられる。配管溶接部は、図２に示すように、溶接金属、溶接部の裏波および管内表面からなる。図２に示したＳＣＣ（応力腐食割れ：Stress Corrosion Cracking）は、溶接金属と配管の母材との境界面に沿って発生した配管溶接部における欠陥であり、ＳＣＣ開口部はＳＣＣの管内表面における起点であり、ＳＣＣ先端部はＳＣＣの配管内における終点である。
【００３０】
この検査対象範囲に超音波ビームを送信することにより、ＳＣＣ開口部から高い強度のエコーが得られ、管内表面から中強度のエコーが得られ、溶接金属と配管の母材との境界面、溶接部の裏波から低い強度のエコーが得られる。
【００３１】
これらのエコーの強度は広範囲であるため、断面画像を生成するための出力データを設定する際には、即ち、所定の増幅状況の出力データを設定する際には、調整を必要としている。つまり、低い強度から高い強度のエコーに対して、雑音を抑えてエコーの飽和がないように断面画像を生成するため、出力データを調整する必要がある。
【００３２】
本実施例の出力データ生成装置には、低い強度から高い強度までのエコーの受信データ（入力信号：例えば、0.00Vから1.00V）に対して、所定の増幅割合の出力データ（出力信号：0Vから100V）を設定する際に、低い強度のエコーにおける入力信号に対する出力信号の増幅割合(増幅状況)に比べ、高い強度のエコーにおける入力信号に対する出力信号の増幅割合を抑制するように、出力信号を調整する調整手段が備えられている。
【００３３】
図１に基づいて出力データ生成装置を備えた超音波探傷装置を説明する。
【００３４】
図１に示すように、超音波探傷装置１０は、超音波を送受信する超音波探触子（探触子）１と、探触子１を走査して位置情報を採取するスキャナ２を備えている。探触子１の入力信号に基づいて出力信号を生成する出力データ生成装置として信号生成部３が備えられ、信号生成部３で生成された出力信号に基づいて断面画像を生成して表示する表示手段４が備えられている。
【００３５】
信号生成部３には、調整手段としてログアンプ部５及びリニアアンプ部６が備えられている。表示手段４には、信号生成部３の出力信号に基づいて断面画像を生成する断面画像生成部７が備えられ、また、断面画像生成部７で生成された断面画像を表示する表示器８が備えられている。
【００３６】
ログアンプ部５では、探触子１の入力信号がゲイン調整されて対数圧縮（減衰・圧縮）により圧縮データが生成されて圧縮出力信号（対数データ）が生成される。リニアアンプ部６には、探触子１の入力信号に基づいて比例関係の比例増幅出力データとしての比例増幅出力信号が生成される。そして、ログアンプ部５で生成された圧縮出力信号は、リニアアンプ部６で比例増幅出力信号と関連付けされ、出力信号として断面画像生成部７に送られる。つまり、対数データに対し、比例増幅出力データを関連させるようになっている。
【００３７】
尚、ログアンプ部５とリニアアンプ部６の配置を逆の関係にすることも可能である。
【００３８】
断面画像生成部７では、信号生成部３で生成された出力信号に基づいて、即ち、高い強度のエコーから低い強度のエコーの分布に基づいて色調の異なる断面画像が生成される。例えば、高い強度のエコーに応じ、ＳＣＣ開口部の部位に、青色を基調とした画面に緑色から黄色で表される画像が得られる。また、低い強度のエコーに応じ、溶接金属と配管の母材との境界面、溶接部の裏波の部位に、青色を基調とした画面に白色で表される画像が得られる。
【００３９】
このため、広範囲の強度のエコーのデータに対し、エコーを飽和させずに表示できる出力信号とすることができ、検査対象物内の欠陥部位及び欠陥部位の周辺形状が明瞭に写し出された断面画像を簡便に表示することが可能な出力データを生成することができる。
【００４０】
図３、図４に基づいて信号生成部を具体的に説明する。
【００４１】
信号生成部３では、ログアンプ部５のゲイン及びリニアアンプ部６のゲインの両方でエコーの強度を調整するようにしている。これにより、強さの異なる複数のエコーの表示上の高さバランスを画像化に合わせて最適に調整することができる。ログアンプ部５では、入力信号の減衰及び対数圧縮を行い、対数圧縮を行った後に、リニアアンプ部６で調整を行って出力信号を生成する。
【００４２】
即ち、入力信号（入力電圧）に対し、ログアンプ部５におけるログアンプの特性に応じた増幅率（対数圧縮したもの）と、リニアアンプ部６におけるリニアアンプの増幅率を乗じた信号が出力電圧として設定される。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、入力信号を対数圧縮処理したログアンプでの処理で表示した場合、反射源の種類の全てのエコーの強度の状況を表示することができる。反面、材料のノイズが大きくなると共に、エコーの強度の差が少なくなり、画像が不鮮明になる。
【００４４】
図３（ｂ）に示すように、入力信号をリニアアンプでの処理で表示した場合、エコーの強度の範囲が狭ければ、エコーの強度を容易に認識することができる。反面、反射源の種類によりエコーが飽和して最大の箇所を特定することができない。
【００４５】
本実施例では、ログアンプ部５のゲイン及びリニアアンプ部６のゲインの両方でエコーの強度を調整するようにしているので、図４に太実線で示すように、エコーを飽和させずに断面画像とすることができる出力信号を得ることができる。
【００４６】
図４に基づいて入力電圧と出力電圧との関係を説明する。
【００４７】
信号生成部３への入力電圧を、例えば、０Ｖから１.０Ｖとし、信号生成部３からの出力電圧を、例えば、０Ｖから１００Ｖとした。そして、ＳＣＣ開口部の入力電圧Ｂを、例えば、０.８Ｖと仮定し、ＳＣＣ先端部の入力電圧Ａを、例えば、０.１Ｖと仮定した。
【００４８】
ログアンプ部５の出力は図中一点鎖線で示す状況となり、リニアアンプ部６の出力は図中点線で示す直線状況となる。
【００４９】
ＳＣＣ開口部のログアンプ部５の出力の大きさ（出力電圧：高さ）はＢ１（例えば、２５％）となり、ＳＣＣ先端部の出力電圧（高さ）はＡ１（例えば、５％）となる。ＳＣＣ開口部のリニアアンプ部６の出力電圧（高さ）はＢ３（例えば、８０％）となり、ＳＣＣ先端部の出力電圧（高さ）はＡ３（例えば、１０％）となる。
【００５０】
一点鎖線で示したログアンプ部５の出力の状況に対し、点線で示したリニアアンプ部６の直線の出力の状況を加味する（リニアアンプ部６で所定倍に増幅する）ことにより、つまり、対数データに対し、比例増幅出力データを関連させ、例えば、数ｄＢ増幅した太線で示した出力が得られる。
【００５１】
これにより、ＳＣＣ開口部のログアンプ部５の出力電圧（高さ）はＢ２（例えば、７５％）となり、リニアアンプ部６の出力のＢ３よりも小さい（低い）値に調整される。そして、ＳＣＣ先端部の出力電圧（高さ）はＡ２（例えば、２５％）となり、リニアアンプ部６の出力のＡ３よりも大きい（高い）値に調整される。
【００５２】
つまり、低い強度から高い強度までのエコーの入力信号（受信データ）に対して、所定の増幅状況の出力信号（出力データ）を設定する際に、太線で示した出力に調整することにより、低い強度のエコー（ＳＣＣ先端部）における入力信号に対する出力信号の増幅状況に比べ、高い強度のエコー（ＳＣＣ開口部）における入力信号に対する出力信号の増幅状況を抑制するように、出力信号を調整することができる。
【００５３】
図４に太実線で示した状況の出力信号を用いて断面画像を生成することにより、図５に示すように、ＳＣＣ開口部、管内表面、ＳＣＣ先端部、溶接金属と配管の母材との境界面、溶接部の裏波の部位が明瞭に写し出された断面画像を得ることができる。
【００５４】
図４に点線で示したリニアアンプ部６だけの出力信号を用いて断面画像を生成すると、図６に示すように、高い強度のエコー（ＳＣＣ開口部）部位が飽和状態の濃い色に映し出される一方、管内表面、ＳＣＣ先端部、溶接金属と配管の母材との境界面、溶接部の裏波の部位は不明瞭な状態になる。
【００５５】
図４において、図中一点鎖線で示したログアンプ部５の出力に対し、感度を増加させると（数十ｄＢ増幅すると）、出力の曲線を上側に平行移動させた状態の出力曲線（二点鎖線で示してある）を得ることもできる。
【００５６】
上述した出力データ生成装置を用いた超音波探傷装置では、配管溶接部のＳＣＣ開口部やＳＣＣ先端部、周囲の溶接金属、溶接部の裏波および管内表面の形状を簡便に表示することが可能な出力データを生成し、これらを明瞭に写し出した断面画像を得ることができる。
【００５７】
上述した実施例では、検査対象物として配管溶接部を例に挙げて説明したが、検査対象物としては、橋梁や土木建築物、船舶、航空機、各種車両、鉄道軌道、プラント構造物等、あらゆる構造物を検査対象物とすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、超音波探傷装置に用いられる出力データ生成装置の産業分野で利用することができる。
【００５９】
また、本発明は、超音波探傷装置及び超音波探傷方法の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  超音波探触子
２  スキャナ
３  信号生成部
４  表示手段
５  ログアンプ部
６  リニアアンプ部
７  断面画像生成部
８  表示器
１０  超音波探傷装置
【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７】
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【図５】
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【図６】
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