(57)【要約】【課題】フェーズドアレイ超音波探傷において、感度補正が可能な探傷領域を全域に対して補正することができ、超音波探傷の視認性を向上させることが可能となることを特徴とする超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することにある。【解決手段】フェーズドアレイ探傷を行う超音波探傷装置において、校正試験体の情報、探傷領域情報、センサ性能情報、反射体情報を入力する入力部と、前記入力情報から前記探傷領域の相対感度校正曲線を計算する演算部と、前記入力情報より校正測定値を収録する条件を計算する演算部と、前記校正測定値を収録して記憶する演算部と、前記校正測定値と前記相対感度校正曲線より絶対感度校正曲線を計算する演算部と、前記絶対感度校正曲線を測定値に乗算または加算する演算部と、前記乗算または加算演算結果を表示する表示部と、を備える超音波探傷装置【選択図】図１
2016118514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイ探傷を行う超音波探傷装置において、
校正試験体の情報、探傷領域情報、センサ性能情報、反射体情報を入力する入力部と、
前記入力情報から前記探傷領域の相対感度校正曲線を計算する演算部と、
前記入力情報より校正測定値を収録する条件を計算する演算部と、
前記校正測定値を収録して記憶する演算部と、
前記校正測定値と前記相対感度校正曲線より絶対感度校正曲線を計算する演算部と、
前記絶対感度校正曲線を測定値に乗算または加算する演算部と、
前記乗算または加算演算結果を表示する表示部と、
を備える超音波探傷装置
【請求項２】
請求項１において、
前記相対感度校正曲線を計算する演算部は、前記入力情報を用いて超音波センサの各素子の境界面での透過率、校正試験体内の伝搬減衰、反射体の指向性を計算して、前記各素子の計算結果を加算または積分して前記探傷領域の相対感度校正曲線を計算する演算部であることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記乗算または加算演算を実施する前後の測定結果を同時にかつ同一画面に表示する表示部を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項４】
校正試験体の情報、探傷領域情報、センサ性能情報、反射体情報を入力し、
前記入力情報より、前記探傷領域の内の相対感度校正曲線を演算し、
前記演算結果より、絶対値の校正測定点の候補を算出し、表示し、
前記校正測定点または他の校正測定点で校正用の振幅値を収録し、
前記相対感度校正曲線と前記振幅値を用いて絶対感度校正曲線を演算し、
前記感度校正曲線を加算または乗算して測定値を表示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、超音波探傷に用いられる超音波探傷装置及び超音波探傷方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造材等を検査対象とする超音波探傷法では、従来から超音波の送信と受信に単一の素子からなる超音探触子が用いられている。このような超音波探傷法では、検査対象内部の欠陥等により反射された超音波信号が検出されると、その超音波信号の伝搬時間と超音波探触子の位置に基づいて欠陥の検出が行われている。このとき、ユーザは超音波探触子を移動することによって、被検体を走査し、欠陥から反射される超音波を得ることができる位置を探る。このとき、欠陥から反射される超音波の信号は、各走査点で収録して映像化することにより、当該欠陥の同定を容易にできるようになる。このような超音波探傷法は、動作原理が単純明快であり、装置も比較的簡便で済むので、一般的な欠陥検査によく用いられている。さらに、映像化を用いる超音波探傷法では、超音波の送信と受信に複数の素子からなる超音波探触子を用いて、その送信及び受信のタイミングを電子的に制御することにより、超音波ビームを電子走査して高速に映像化するフェーズドアレイ超音波探傷法がある。これらの探傷法では、映像化された探傷結果より、欠陥からの反射信号を目視により同定していたため、視認性向上の施策が必要であった。
【０００３】
電子走査による映像化の探傷法には、電子制御により垂直方向に超音波を集束させて、送信及び受信する素子を順次切り替えて映像化するＢ画像(B-scan)表示法や、送信及び受信に使用する素子は一定にして、斜角方向に超音波ビームを電子走査するＳ画像(S-scan)表示法などがある。いずれの方法でも、路程（伝搬距離）が異なる同一形状の欠陥からの反射信号は、路程の長さに応じて伝搬減衰や散乱減衰が異なるため、反射信号の振幅値が異なる。さらに、Ｓ画像表示法では、同一路程長さにある欠陥からの反射信号でも、斜角方向毎に素子の指向性が異なるため、反射信号の振幅値が異なることがあり、視認性が低下していた。
【０００４】
例えば、特許文献１では、距離に基づく補正および走査角度に基づく補正等の感度補正を画像メモリからの画像データに施すことで、不健全部の識別を容易にし、見落としを防止することができる超音波診断装置が公開されている。
【０００５】
また、特許文献２では、反射波のピーク振幅の最大値を確定するための所定の猶予時間を予め設定して測定を行うことにより、１回の測定において、複数の該最大値の情報を取得することができる超音波非破壊検査装置が公開されている。この装置により、距離または走査角度に基づく感度補正について、検査者の作業量を軽減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−６２１３８号公報
【特許文献２】特開２００６−１７５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電子走査による映像化の探傷では、斜角方向に超音波ビームを電子走査するため、同一路程にある欠陥からの反射信号でも、斜角方向毎に振幅値が異なることがあり、視認性が低下していた。
【０００８】
特許文献１の超音波診断装置では、距離に基づく補正および走査角度に基づく補正等の感度補正を画像メモリからの画像データに施すことで、不健全部の識別を容易にし、見落としを防止している。しかしながらが、感度補正値の入力は、元画像を表示装置で観察しながら距離に基づく補正データをキーボードから打ち込むか、既知の感度補正値を入力する方法が記載されているが、元画像で認識できない、または見落としてしまうといった欠陥からの反射信号がないように、補正点の全数認識が課題となる。また、その補正点（校正点）が多い場合の対策が示されていない。補正点が多い場合の簡素的な補正方法が課題となる。
【０００９】
また、特許文献２の超音波非破壊検査装置では、反射波のピーク振幅の最大値を確定するための所定の猶予時間を予め設定して測定を行うことにより、１回の測定において、複数の該最大値の情報を取得することができる超音波非破壊検査装置を提供し、補正点が多い場合においても、検査者の作業量を軽減していた。しかしながら、電子走査の各路程で得られる反射波のピーク振幅の最大値の差が、装置の補正範囲を超えている探傷系においては、探傷領域を見直し、最初から補正手順をやり直す必要があったことが課題となる。また、補正点が多い場合は、やり直しの確率が増加すること、さらに、感度補正が可能な探傷領域を判断することが課題となる。
【００１０】
そこで、本発明は、フェーズドアレイ超音波探傷において、感度補正が可能な探傷領域を全域に対して補正することができ、超音波探傷の視認性を向上させることが可能な超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の超音波探傷装置は、校正試験体の情報、探傷領域情報、センサ性能情報、反射体情報を入力する入力部と、前記入力情報から前記探傷領域の相対感度校正曲線を計算する演算部と、前記入力情報より校正測定値を収録する条件を計算する演算部と、前記校正測定値を収録して記憶する演算部と、前記校正測定値と前記相対感度校正曲線より絶対感度校正曲線を計算する演算部と、前記絶対感度校正曲線を測定値に乗算または加算する演算部と、前記乗算または加算演算結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、探傷領域全域に対して感度補正を行い、視認性を向上させて、欠陥検出性を向上できる。さらに、感度補正が可能な領域を判定し、簡素化された手順で感度補正を行うことができ、補正作業時間を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１による超音波探傷装置の構成を示す図である。
【図２】実施例１による超音波探傷装置の一部の構成を示す図である。
【図３】実施例１による超音波探傷装置の一部の構成を示す図である。
【図４】実施例１によるフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜４を用いて、本発明の実施例による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。
【実施例１】
【００１５】
最初に、図１を用いて、本実施例１による超音波探傷装置の構成について説明する。図１は、実施例１による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
実施例１による超音波探傷装置は、超音波センサ１００と、送信及び受信部１０１と、制御部１０２と、表示部１０３と演算部１０４から構成される。
【００１７】
探傷対象は、例えば、物体にあるキズや欠陥などである。超音波を用いた非破壊検査の場合、超音波を送信及び受信した時間情報により、キズや欠陥の有無、さらにキズや欠陥がある場合はそれらの位置を得ることができる。
【００１８】
超音波センサ１００は、主に圧電材料を電極で挟みこんだ構造をする超音波振動子１００Ａからなる。送信及び受信部１０１はパルサ１０１Ａと、複数のレシーバ１０１Ｂとを備える。パルサ１０１Ａは、超音波センサ１００に電圧を印加する。それにより、超音波振動子１００Ａから超音波が送信されて物体を伝搬する。その超音波は、探傷対象で反射して物体を再び伝搬して、超音波振動子１００Ａに到達する。複数のレシーバ１０１Ｂは、超音波プローブ１００Ａによって受信した超音波を、アナログ・デジタル変換して受信信号とする。
【００１９】
制御部１０２は、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａと、記憶装置１０２Ｂと、加算回路１０２Ｃとを備える。複数のレシーバ１０１Ｂで処理された電気信号は、加算回路１０２Ｃに伝送されて加算処理される。制御及び処理用コンピュータ１０２Ｂは、受信した信号を収録するとともに処理を行う。記憶装置１０２Ｂは、受信信号の情報やレシーバの使用個数の情報などを保持している。
【００２０】
表示部１０３は、使用する超音波センサの情報、超音波センサと検査体の間に備えるシュー情報、感度補正に用いる校正試験体情報、欠陥やきず等の反射体情報等を入力する入力部１０３Ａと相対感度校正曲線の演算結果や受信信号及び検査画像を表示する出力部１０３Ｂを備えるものである。
【００２１】
演算部１０４は、計算器１０４Ａと校正器１０４Ｂからなる。計算器１０４Ａは、入力された超音波センサの情報、超音波センサと検査体の間に備えるシュー情報、感度補正に用いる校正試験体情報、欠陥やきず等の反射体情報、探傷条件等を制御部１０２から転送して、感度補正に用いる相対感度校正曲線を計算する。
【００２２】
校正器１０４Ｂは、記憶装置１０２Ｂより、探傷前に収録または入力した探傷領域内の特定の振幅値を読み込み、また計算器１０４Ａで計算した相対感度校正曲線を読み込み、前記特定の振幅値の位置にある相対感度校正曲線の感度補正値を、前記特定の振幅値を用いて加算または乗算を行い、絶対値補正係数を算出する。この絶対値補正係数を相対感度校正曲線に加算または乗算することにより、絶対感度校正曲線を得る。
【００２３】
超音波センサの情報は、周波数、素子数、素子寸法、密度、縦波音速、横波音速等である。シューの情報は、寸法、密度、縦波音速、横波音速等である。校正試験体の情報は、寸法、密度、縦波音速、横波音速、減衰特性等である。反射体の情報は、寸法、密度、縦波音速、横波音速、形状等である。探傷条件は、路程、電子走査範囲（開始位置、終了位置）、電子走査ステップ数等である。
【００２４】
相対感度校正曲線は、探傷条件より探傷領域内の全ピクセル点について感度補正値が計算される。相対感度校正曲線の計算では、まず、前記超音波センサ情報、シュー情報、校正試験体情報、反射体情報、探傷条件等により、電子走査角度毎の路程に反射信号が計算される。その後、路程毎に反射信号の路程間の振幅値は、直線補間方法、スプライン補間方法、多項式近似曲線補間方法などの補間方法により算出される。
【００２５】
校正器１０４Ｂで演算した絶対感度校正曲線は、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａに転送され、記憶装置１０２Ｂに記憶される。探傷時に加算回路１０２Ｃで生成された信号に対して、絶対感度校正曲線を加算または乗算し、表示部１０３に転送し、出力部１０３Ｂで探傷結果を表示する。
【００２６】
以上説明したように、本実施例によれば、感度補正が可能な探傷領域を全域に対して補正することができ、超音波探傷の視認性を向上させることが可能となる。さらに、感度補正が可能な領域を判定し、簡素化された手順で感度補正を行うことができ、補正作業時間を低減することが可能となる。
【実施例２】
【００２７】
次に図１及び図２を用いて、本実施例２による超音波探傷装置の構造について説明する。図１と図２は、本実施例２による超音波探傷装置の構成を示す図である。
【００２８】
本実施例２による超音波探傷装置は、超音波センサ１００と、送信及び受信部１０１と、制御部１０２と、表示部１０３と演算部１０４から構成される。超音波センサ１００と、送信及び受信部１０１と、制御部１０２と、演算部１０４は実施例１と同様の構成である。
【００２９】
表示部１０３は、入力部１０３Ａと出力部１０３Ｂからなる。入力部１０３Ａには、超音波センサの情報の入力部２０１Ａ、超音波センサと検査体の間に備えるシュー情報の入力部２０１Ｂ、感度補正に用いる校正試験体情報の入力部２０１Ｃ、欠陥やきず等の反射体情報の入力部２０１Ｄ、探傷条件の入力部２０１Ｅが存在し、数値入力やＣＡＤデータの読込みファイル等を入力する。出力部１０３Ｂには、入力情報を基にした校正体系の電子走査領域画像２０２が表示される。画像２０２は、超音波センサ２０２Ａ、シュー２０２Ｂ、校正試験体２０２Ｃ、反射体２０２Ｄ、探傷条件により選択された構成領域２０２Ｅからなる。これらの描画には、主に寸法、形状、員数などを用いる。一方、超音波センサの周波数や各種材料の密度、縦波音速、横波音速などの画像２０２に反映されない情報は、出力部２０３に表示することができる。
【００３０】
これら入力された情報を基に、相対感度校正曲線は、探傷条件より探傷領域内の全ピクセル点について感度補正値が計算される。相対感度校正曲線の計算では、まず、前記超音波センサ情報、シュー情報、校正試験体情報、反射体情報、探傷条件等により、電子走査角度毎の路程に反射信号が計算される。
【００３１】
前記計算は、（1）素子毎に超音波が伝搬する際の境界面での透過および反射のエネルギー分配と、（2）材料内での超音波の伝搬減衰量、（3）反射体の形状が持つ超音波の指向性に由来する反射信号強度を算出する。
【００３２】
（1）における境界面でのエネルギー分配は、超音波センサとシューの境界面、シューと校正試験体との境界面、校正試験体と反射体との境界面が対象となる。各物体の寸法、形状、音速により超音波の伝搬路が算出でき、各境界面での透過角度、反射角度が求まる。さらに、密度を用いて音響インピーダンス差を考慮することにより、反射縦波、反射横波、透過縦波、透過横波のエネルギー分配率が求まる。
【００３３】
（2）における校正試験体内の超音波の伝搬減衰量は、既知の値を入力するか、単位長さあたりの減推量を入力して、路程と積算させるか等により算出する。シュー内の減衰量が既知の場合は入力し、未知の場合は無視しても良い。その場合、無視できるシューを選択することが望ましい。
【００３４】
（3）における反射体の形状が持つ超音波の指向性に由来する反射信号強度は、反射体の形状、超音波の周波数、校正試験体の音速を用いて計算する。反射体をいくつかの離散点源として、各点源の超音波の指向性を積分して反射体の信号強度とする。離散点源の間隔は、波長の１／１０以下にすることが望ましい。
【００３５】
これら、素子毎に超音波が伝搬する際の境界面での透過および反射のエネルギー分配と、材料内での超音波の伝搬減衰量、反射体の形状が持つ超音波の指向性に由来する反射信号強度の算出のあと、それぞれを加算または積分して素子毎の相対感度を算出し、それを電子制御のタイミングを考慮して、送信及び受信素子全体で１つの超音波ビームの信号になるように加算または積分する。なお、上記に加えて、超音波センサ素子の指向性、パルス波またはバースト波またはチャープ波などの送信波の種類、アレイ化による複数素子の挙動因子、各素子の感度ばらつきなどについて考慮することで精度を向上した検査が可能となる。
【００３６】
前述の計算を反射体の位置を変えて同様に計算する。反射体を補正領域全体に設置することを想定して計算をすることが可能である。ただし、計算量が膨大となるため反射体の位置を数箇所選択して計算することが望ましい。反射体の設置を選択しなかった箇所については、路程毎に反射信号の路程間の振幅値は、直線補間方法、スプライン補間方法、多項式近似曲線補間方法などの補間方法により算出する。
【００３７】
これにより、算出した相対感度校正曲線を出力部１０３Ｂの暗礁領域２０２Ｅに表示させることができる。この表示を用いて、絶対感度校正曲線を算出するための振幅値を測定する位置を確認できる。
【００３８】
校正器１０４Ｂで演算した絶対感度校正曲線は、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａに転送され、記憶装置１０２Ｂに記憶される。探傷時に加算回路１０２Ｃで生成された信号に対して、絶対感度校正曲線を加算または乗算し、表示部１０３に転送し、出力部１０３Ｂで探傷結果を表示する。
【００３９】
本実施例２による超音波探傷装置は、実施例１と同様の効果を得る。
【００４０】
以上説明したように、本実施例によれば、感度補正が可能な探傷領域を全域に対して補正することができ、超音波探傷の視認性を向上させることが可能となる。さらに、感度補正が可能な領域を判定し、簡素化された手順で感度補正を行うことができ、補正作業時間を低減することが可能となる。
【実施例３】
【００４１】
次に図１〜図３を用いて、本実施例３による超音波探傷装置の構造について説明する。図１〜図３は、本実施例３による超音波探傷装置の構成を示す図である。
【００４２】
本実施例による超音波探傷装置は、超音波センサ１００と、送信及び受信部１０１と、制御部１０２と、表示部１０３と演算部１０４から構成される。超音波センサ１００と、送信及び受信部１０１と、制御部１０２と、演算部１０４は実施例１と同様の構成である。
【００４３】
各部の構成及び動作は実施例１及び実施例２と同様である。
【００４４】
表示部１０３の出力１０３Ｂは、感度補正が完了した後、探傷画面を表示する際に、探傷条件及び探傷画面を表示する。探傷画面には、感度補正効果が有効、無効または同時表示のモードを示すモード表示画像３０１Ａ、補正感度値表示画像３０１Ｂ、ゲイン値表示画像３０１Ｃ、一般設定表示画像３０１Ｄ、電子走査領域画像３０１Ｅが表示される。
【００４５】
モード表示画像３０１Ａでは、感度補正を有効とする場合、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａより絶対感度校正曲線が加算または乗算された測定値が表示部１０３へ転送されて表示される。感度補正を無効とする場合、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａより測定値がそのまま表示部１０３へ転送されて表示される。同時表示の場合、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａより測定値と絶対感度校正曲線が加算または乗算された測定値の両方が表示部１０３へ転送されて表示される。
【００４６】
以上説明したように、本実施例によれば、探傷時において、感度補正が可能な探傷領域を全域に対して補正していることを確認でき、さらに、感度補正処理前後の測定値を同時に見られるため、超音波探傷の視認性を向上させることが可能となる。
【実施例４】
【００４７】
次に図１〜図４を用いて、本実施例４による超音波探傷方法のフローについて説明する。図４は、実施例４による超音波探傷方法のフローチャートを示す図である。
【００４８】
ステップＳ１０において、感度補正（校正）を開始する。
【００４９】
次に、ステップＳ２０において、入力部１０３Ａより、超音波センサ情報、シュー情報、校正試験体情報、反射体情報、探傷条件を入力する。入力情報は、制御・処理用コンピュータ１０２Ａで処理されて、記憶装置１０２Ｃに保存される。
【００５０】
次に、ステップＳ３０において、記憶装置１０２Ｃに格納されていた入力情報を演算部１０４の計算器１０４Ａに転送して、相対感度校正曲線を計算する。具体的には（1）素子毎に超音波が伝搬する際の境界面での透過および反射のエネルギー分配と、（2）材料内での超音波の伝搬減衰量、（3）反射体の形状が持つ超音波の指向性に由来する反射信号強度を算出する。それぞれを加算または積分して素子毎の相対感度を算出し、それを電子制御のタイミングを考慮して、送信及び受信素子全体で１つの超音波ビームの信号になるように加算または積分する。計算した相対感度校正曲線は、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａに転送されて、記憶装置１０２Ｃに保存される。
【００５１】
そして、ステップＳ４０において、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａにて、絶対値の校正測定点の候補を算出し、表示部１０３に表示する。絶対値補正係数が求めやすい点を適宜抽出する。
【００５２】
そして、ステップＳ５０において、超音波センサ１００及び送信及び受信部１０１で測定した校正測定点の振幅値と記憶装置１０２Ｃに保存している相対感度校正曲線を、校正器１０４Ｂに転送して、絶対感度校正曲線を演算する。具体的には測定した校正測定点の振幅値と記憶装置１０２Ｃに保存している相対感度校正曲線の振幅が一定となるような絶対値補正係数を求め、この値を相対感度校正曲線に加算または乗算することにより、絶対感度校正曲線を得る。
【００５３】
そして、ステップＳ６０において、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａに転送し、記憶装置１０２Ｃに保存される。
【００５４】
そして、ステップＳ７０において、校正を終了し、探傷を開始する。探傷は、超音波センサ１００及び送信及び受信部１０１で測定した反射信号を、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａに転送し、記憶装置１０２Ｃに格納した絶対感度校正曲線を、制御及び処理用コンピュータ１０２Ａで加算または乗算して、表示部１０３に転送し、出力部１０３Ｂで表示する。
【００５５】
以上説明したように、本実施例によれば、感度補正が可能な探傷領域を全域に対して補正することができ、超音波探傷の視認性を向上させることが可能となる。さらに、感度補正が可能な領域を判定し、簡素化された手順で感度補正を行うことができ、補正作業時間を低減することが可能となる。
【００５６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１００…超音波センサ
１０１Ａ…超音波振動子
１０１…送信及び受信部
１０１Ａ…パルサ
１０１Ｂ…レシーバ
１０２…制御部
１０２Ａ…制御及び処理用コンピュータ
１０２Ｂ…記憶装置
１０２Ｃ…加算回路
１０３…表示部
１０３Ａ…入力部
１０３Ｂ…出力部
１０４…演算部
１０４Ａ…計算器
１０４Ｂ…校正器
【図１】
2016118514.tif 000003
【図２】
2016118514.tif 000004
【図３】
2016118514.tif 000005
【図４】
2016118514.tif 000006