(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信し、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源図形を表示する超音波探傷結果の表示方法において、
探触子を走査しながら送受信を繰り返して送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、１ライン走査の探傷データからＢスコープ図形データを作成し、前記Ｂスコープ図形データに基いて再生領域を求めると共に、前記被検査体中を伝播する指定モードの超音波の音速Ｖと探傷に使用する超音波の周波数ｆからｋ＝ｎ×２πｆ／Ｖ（ｎは自然数）として求められる波数ｋの参照波を前記探傷データに対し数値的に干渉させてホログラムを作成し、前記ホログラムの作成に用いたと同様の波数ｋを用いて前記指定モードの音速が前記探傷データの音速と一致する場合に前記再生領域にホログラム再生を行い、再生像を画面表示することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。
【請求項２】
請求項１において、前記指定モードの超音波音速は縦波および横波の値を設定し、各音速による再生像を重畳表示することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。
【請求項３】
請求項１において、前記指定モードの超音波の音速は縦波、横波の他に、縦波と横波の平均値を設定し、各音速による再生像を重畳表示することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。
【請求項４】
請求項１、２または３において、前記再生領域は、前記Ｂスコープ図形データの各点を超音波の屈折角θだけ回転させて求めることを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。
【請求項５】
請求項１、２、３または４において、前記参照波にｃｏｓ関数を用い、その位相を前記波数ｋと前記エコーの伝播距離から決定し、かつ、前記超音波の伝播速度の逆数として定まる前記波数ｋを整数倍して可変設定することを特徴とする超音波探傷結果の表示方法。
【請求項６】
被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信する超音波探触子と、前記探触子を被検査体上の所定の走査経路に従って走査する探触子移動機構と、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源の図形データを作成する探傷図形表示処理機構と、作成された図形データを画面表示する表示装置を備える超音波探傷装置において、
前記探傷図形表示処理機構は、前記探触子移動機構で走査される前記探触子から送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、１ライン走査の探傷データからＢスコープ図形データを作成し、前記Ｂスコープ図形データに基いて再生領域を求めると共に、前記被検査体中を伝播する指定モードの超音波の音速Ｖと探傷に使用する超音波の周波数ｆからｋ＝ｎ×２πｆ／Ｖ（ｎは自然数）として求められる波数ｋの参照波を前記探傷データに対し数値的に干渉させてホログラムを作成し、前記ホログラムの作成に用いたと同様の波数ｋを用いて前記指定モードの音速が前記探傷データの音速と一致する場合に前記再生領域にホログラム再生を行い、再生像を画面表示することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項７】
請求項６において、前記表示装置は、前記指定モードの超音波の被検査体中の音速を任意に選択するための入力画面を具備していることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項８】
請求項６または７において、前記探傷図形表示処理機構は、前記参照波の前記波数ｋを整数倍して可変設定する手段を設けていることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項９】
請求項６、７または８において、前記指定モードの超音波音速が複数指定される場合に、前記表示装置は、各音速による再生像が一致あるいは近接した場合に、一致した再生像同士を、一致しない再生像とは異なる色を用いて表示することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１０】
請求項６、７または８において、前記指定モードの超音波音速が複数指定される場合に、前記表示装置は、各音速による再生像が、一致あるいは近接した場合にのみ、その再生像を表示することを特徴とする超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探傷結果の表示技術に関わり、特に、超音波ホログラフィ法による表示方法及び超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探傷結果の表示には、従来からＡスコープ法（Ａスキャン図形）、Ｂスコープ法（Ｂスキャン図形）及びＣスコープ法（Ｃスキャン図形）が用いられている。Ｂスコープ法は、Ａスコープ図形を輝度変調して線で表し、検査対象上における位置と音波伝播時間を直角座標（Ｘ、Ｚ軸）に表示し、探傷結果を被検査体の断面図として表現することができる。Ｃスコープ法は、探傷結果を被検査体の上から見た平面図（Ｘ、Ｙ軸）の形式で表現する。ＢスコープやＣスコープによる探傷結果の表示は、本来３次元形状である被検査体の探傷結果をある平面に射影した２次元でしか表示できない。
【０００３】
探傷結果の３次元的な表示を実現するためには、受信された超音波の強度だけでなく、超音波の位相情報に注目した探傷方法及び表示方法を行う必要があり、光学ホログラフィの原理を応用した、超音波ホログラフィ法が知られている。
【０００４】
光ホログラフィ法の原理は、レーザ光のような位相の揃った光を物体に入射し、物体から散乱される光の位相情報を、入射光と散乱光の干渉模様としてフィルムに記録し、その後、そのフィルムに光を当てることで、再び散乱光の位相情報を再現する。一般に、物体からの散乱光と入射波の干渉模様（物体の３次元幾何情報である）をフィルムに記録したものをホログラム、物体からの反射波と干渉させる光（この例では入射波）を参照波と呼び、ホログラムに光を当てて干渉情報を再現することをホログラムの再生、ホログラム再生のためにホログラムに当てた光を再生参照波と呼ばれる。
【０００５】
初期の超音波ホログラフィ法は、光学ホログラフィと同様、受信波と参照波を干渉させてホログラムを作成していた。この方法を用いて探傷結果を表示することで、３次元的な映像を得ることができる。しかし、参照波と干渉させるのに、数μ秒から数１０μ秒のパルス幅を持った超音波（sin波）を使用するため、sin波を送信するための発振器や電力増幅器が必要となり装置が大型化する。また、時間的に広がった送信波を用いるために、通常の鋭いパルス波を用いる場合に比べて、受信波の時間分解能が低下し異なる反射位置からの波を弁別しにくくなり、探傷結果の測定精度が低下する。
【０００６】
初期の超音波ホログラフィ法の問題点を解決する方法として、ディジタル方式超音波ホログラフィ探傷方法（特開昭５４−８５８４号）がある。ディジタル方式超音波ホログラフィ探傷方法は、送信波にスパイク状のパルスエコーを用い、参照波との干渉の代わりに、受信波とクロックパルスとのコインシデンスによってホログラムを作成する。このため、装置の小型化や、受信波の時間分解能を高めて探傷結果の測定精度の向上が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波探傷結果の表示技術では、上述した２次元、３次元の表現形式とは別に、超音波のモード変換によって生じる探傷結果の誤認の問題がある。被検査体に送信された超音波は、例えば、水中から縦波の超音波を鋼中に入射すると、鋼中では縦波のみならずモード変換した横波の超音波も伝播する。このモード変換を利用すれば、縦波では到達できない位置を横波で検査することが可能になる。ところが、被検査体内部の反射源（傷など）の個数が１つであっても、送信に使用した超音波モードによるエコーと、モード変換により生じたエコーの両方が探触子で受信され、あたかも複数個の反射源が存在するかのようにインジケーション（図形）が現われる。
【０００８】
この問題点は、上述したディジタル方式超音波ホログラフィ探傷方法によっても解決できない。つまり、反射源から複数個のエコーが受信される場合、それらのエコーのうち、探傷に用いたモード（例えば、縦波）によるエコーとモード変換により生じたモード（例えば、横波）によるエコーを識別できない。そのため、探傷結果に基づいた反射源の位置及び個数を正しく表示することができず、超音波探傷結果の診断に誤りを生じやすく、検査員は高度の熟練を要求されることになる。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来の超音波ホログラフィ法の問題点を克服し、複数のモードによる超音波の探傷結果から実際に存在する反射源（傷）を識別し、実際に即した正しい探傷図形を２次元または３次元で表示する、信頼性の高い超音波探傷結果の映像表示方法及び超音波探傷装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信し、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源図形を表示する超音波探傷結果の表示方法において、探触子を走査しながら送受信を繰り返して送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、１ライン走査の探傷データからＢスコープ図形データを作成し、前記Ｂスコープ図形を再生領域とすると共に、前記探傷データに対し波数ｋの参照波を数値的に干渉させてホログラムを作成し、前記再生領域に指定モードの超音波の音速を用いてホログラム再生を行い、再生像を画面表示することを特徴とする。なお、画面表示は２次元または３次元による。また、前記探傷データに前記エコーの信号強度を含んでもよい。
【００１１】
これによれば、各エコーの実際の音速と、指定モードの超音波によるホログラム再生の音速が一致する場合にのみ、ホログラム参照波の位相が揃ってホログラム再生像が結像され、音速が不一致の場合は再生像が得られないため、本来反射源のない位置にあらわれる反射源のインジケーションが自動的に消去され、実際に存在する反射源の映像が正しい位置に表示される。
【００１２】
なお、前記所定モードの超音波は通常は縦波で、入射縦波のモード変換による横波も用いられる。一方、前記指定モードの超音波音速は縦波および／または横波の値を設定し、あるいは、前記指定モードの超音波の音速は縦波、横波の他に、縦波と横波の平均値を設定し、複数の指定モードによる再生像は重畳表示される。この場合、同一の反射源からの再生像は一致または近接する。
【００１３】
また、前記再生領域は、前記Ｂスコープ図形データの各点を超音波の屈折角θだけ回転させて求める。これにより、超音波の広がりの影響が低減される。
【００１４】
また、前記参照波にｃｏｓ関数を用い、その位相を前記波数ｋと前記エコーの伝播距離から決定し、かつ、前記超音波の伝播速度の逆数として定まる前記波数ｋを整数倍して可変設定することを特徴とする。これによれば、参照波に振動波のcos関数を用いるので、反射波データとの数値的な干渉効果が得やすい。また、波数ｋをｎ倍して可変し、再生像を適切な解像度に調整することができる。
【００１５】
上記した本発明の方法を実現する装置は、被検査体に所定モードの超音波を送信し、内部の傷等による反射源から反射されたエコーを受信する超音波探触子と、前記探触子を被検査体上の所定の走査経路に従って走査する探触子移動機構と、前記エコーの受信時間から前記反射源の位置を求めて反射源の図形データを作成する探傷図形表示処理機構と、作成された図形データを画面表示する表示装置を備える超音波探傷装置であって、前記探傷図形表示処理機構は、前記探触子移動機構で走査される前記探触子から送受信位置毎に前記エコーの受信時間を含む探傷データを収集し、１ライン走査の探傷データからＢスコープ図形データを作成し、前記Ｂスコープ図形を再生領域とし、指定モードの超音波の音速を用いて超音波ホログラフィ法によるホログラム像の再生を行い、再生像を２次元または３次元で画面表示することを特徴とする。
【００１６】
前記表示装置は、前記指定モードの超音波の被検査体中の音速を任意に選択するための入力画面を具備し、表示する再生像を任意に、かつ１から複数、選択できるようにしている。また、前記探傷図形表示処理機構は、前記参照波の波数ｋを整数（ｎ）倍して可変設定する手段を設け、再生像の解像度を任意に調整可能としている。
【００１７】
また、前記指定モードの超音波音速が複数指定される場合に、前記表示装置は、各音速による再生像が一致あるいは近接した場合に、一致した再生像同士を、一致しない再生像とは異なる色を用いて表示する。あるいは、各音速による再生像が、一致あるいは近接した場合にのみ、その再生像を表示することを特徴とする。これにより、本来反射源のない位置にあらわれる反射源のインジケーションと、実際に反射源のある位置にあらわれる反射源のインジケーションが明確に区別され、反射源の映像を位置精度よく表示させることができる。
【００１８】
図１を参照して、本発明による超音波探傷結果の映像表示方法の概略の手順を説明する。（ａ）は探傷模式図で、探触子１０１から被検査体１０２に超音波を斜角入射し、反射源３から受信された縦波１０４及び横波１０５のエコー信号を探触子１０１で受信する。（ｂ）は探傷結果のＡスコープ図形で横軸に時間ｔ、縦軸に信号強度である振幅Ａをとり、超音波の送信パルス１０６、被検査体１０２の表面エコー１０７、底面エコー１１０及び反射源１０３からの縦波エコー１０８、横波エコー１０９を示している。なお、反射源１０３で縦波からモード変換した横波エコーがある受信される場合は、エコー１０８とエコー１０９の間に位置する。
【００１９】
（ｃ）はＢスコープ図形で横軸Ｘに探触子１０１の走査位置、縦軸Ｚに探触子１０１から反射源１０３までの超音波伝播距離を、Ｘ軸の１ライン分について２次元で示している。縦波エコー及び横波エコーによる反射源は、それぞれインジケーション１１５、１１６として示される。（ｄ）はホログラム再生領域の計算結果で、Ｂスコープによるインジケーション１１５、１１６は各々の１点毎に超音波の屈折角θだけ回転され、再生領域１１７、１１８となる。
【００２０】
（ｅ）はホログラムの作成を示し、各点のエコー信号のデータに参照波（cos関数）を数値的に干渉させ、一致或は不一致を記録することで、ホログラムを作成する。すなわち、エコー信号の受信時間に比例する量である片道伝播距離（Ｚij）を基に、処理開始位置１２１から処理終了位置１２２で定められる探傷領域の間の各送受信位置（ｘi，ｙj）において、数値的に参照波と干渉させたホログラムＨ（ｘi,ｙj）を、１ライン（１次元）について集積するとホログラム１２７、１２８が得られる。
【００２１】
（ｆ）は再生像の作成と表示で、ホログラムＨから再生領域に指定モードの音速毎に像再生する。例えば、指定モードが縦波の再生像１２９と横波の再生像１３０が表示される。一方、反射源１０３で縦波から横波にモード変換した反射波によるエコーの再生像１３１は指定モードの選択外となって消去される。
【００２２】
このように、超音波のモード変換等による実際のエコーの音速と一致しない虚像は消去され、実際の探傷に作用した縦波及び／又は横波のエコーによる再生像が正しい位置に再現でき、同一反射源であれば同一または近似位置に表示されるので、反射源の数や位置の誤認が防止できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の複数の実施例について図面を用いて詳細に説明する。以下では、Ｂスコープ図形データを対象に、本発明の超音波ホログラフィ法により補正された図形表示の実施例を説明する。Ｂスコープ図形は、検査対象上における位置と片道音波伝播距離を直角座標に表示するものである。
【００２４】
〔実施例１〕
図２は、実施例１による超音波探傷システムの機能ブロック図を示す。本システムは、探触子１０１、探触子移動機構１１０及び超音波探傷器１２０を有する探傷機構と、超音波ホログラフィ法による図形表示を行う探傷図形表示処理機構２００に大別される。探傷図形表示処理機構２００は画像表示装置２０１、画像表示データ演算装置２０２、記憶媒体２０３、制御装置２０４、ピーク検出処理演算部２０５、データ記憶部２０６、探傷データメモリ２０７、Ａ／Ｄ変換器２０８及び受信器２０９から構成される。
【００２５】
超音波探触子１０１は、探触子移動機構１１０により被検査対１０２のＸＹ平面上を走査径路に沿って走査される。超音波探傷器１２０は、被検査体１０２の材質あるいは映像化したい反射源１０３の大きさに対して、適切な周波数のパルス信号を発信して探触子１０１を励振し、超音波を発生させる。例えば、被検査体１０２がステンレス鋼、映像化したい反射源１０３が数ｍｍ程度であった場合、発信信号として５ＭＨｚの周波数を用いる。
【００２６】
探触子移動機構１１０として、例えばステッピングモータを使用する。制御装置２０４は、入力装置２０８からデータ記憶部２０６に入力された探傷条件、例えば探傷開始位置、探傷終了位置、探触子移動ピッチ、走査径路等のデータに従って、探触子移動機構１１０を制御する。また、探触子１０１を移動させながら、探触子位置をデータ記憶部２０６に記憶する。
【００２７】
探触子１０１からの超音波は被検査体１０２に入射され、内部を伝播して反射（或は透過）したエコー信号が、再び探触子１０１で受信され、電気信号に変換される。探触子１０１で受信された信号は、受信器２０９を経てＡ／Ｄ変換器２０８でデジタル信号に変換され、送受信時間及び波高値等が探傷データメモリ２０７に記憶される。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器２０８は、超音波の周波数及び被検査体内の伝播音速に対して、サンプリング周波数及びサンプリング点数を適切に選択する。例えば、５ＭＨｚの超音波を使用し、ステンレス鋼に縦波超音波を入射して検査する場合、サンプリング周波数を２５Ｍから１００ＭＨｚ、サンプリング点数を１０２４から４０９６とする。デジタル化された超音波信号は、探傷データメモリ２０７に一旦、格納され、ピーク検出処理演算部２０５が所定の時間領域（被検査体１０２の表面と底面の間の時間差領域）で、しきい値以上の受信波形のピークを検出し、波形毎に受信時間を求めて、画像表示データ演算装置２０２に送る。
【００２９】
探傷条件や画像表示処理に用いるパラメータは、入力装置２０８によってデータ記憶部２０６に設定される。パラメータには、後述する画像表示処理の特徴的処理に必須な音速データ２０６１や、再生像の解像度を調整するための波数ｋの倍数ｎ２０６２を含む。また、データ記憶部２０６には、制御装置２０４から送られてくる探触子位置（ｘ，ｙ）や超音波の送信時間Ｔ0 が記憶され、画像表示データ演算装置２０２で使用される。
【００３０】
画像表示データ演算装置２０２は、収集した探傷データを基に画像データの演算処理を行ない、１ライン走査の探傷に対する画像データをＢスコープで表示する。そして、探触子１０１が探傷領域内の走査を継続している間中、収集した探傷データの演算処理と探傷結果表示を繰り返す。１ラインまたは全探傷領域の走査が終了した後、走査径路における探傷結果から本発明の超音波ホログラフィ法による画像データを作成し、２次元または３次元図形による探傷結果の表示を行う。
【００３１】
図３は、超音波探傷システムのハード構成を示す外観図である。探傷図形表示処理機構２００は、計算機１０、ディスプレイ装置１１、計算機本体とバスで接続されたインターフェース装置１３から構成される。インターフェース装置１３は、Ａ／Ｄ変換器２０８でデジタル変換された超音波信号を演算装置２０２の演算部に受け渡す。また、探触子移動機構１１０を制御装置２０４により制御し、かつ探触子１０１の位置データを収録しデータ記憶部２０６に受け渡す。
【００３２】
探傷図形表示処理機構２００に対する入力装置２１０として、キーボードやポインティングデバイスを用いる。図４にパラメータ入力画面の一例を示す。この画面により、被検査体や媒質の材質と音速が設定される。例えば、被検査体がSUS304の場合、その縦波音速ＶL＝6000m/s、横波音速ＶT＝3000m/sである。また、媒質が水の場合、その縦波音速ＶL＝1500m/sである。
【００３３】
図５に、本実施例の超音波探傷システムのオンライン処理の概略フローを示す。まず、初期パラメータを読み込む（Ｓ１０）。探傷図形表示処理機構２００は、入力装置２０８からの初期パラメータを取り込み、データ記憶部２０６に記憶する。また、画像表示データ演算装置２０２が処理に用いる、音速を含むパラメータをデータ記憶部２０６から読み込む。そして、探触子１０１が探傷開始位置にセットされて、探傷が開始され（Ｓ２０）、これと共に画像表示データ演算装置２０２のオンライン処理が実行される。
【００３４】
図７は、超音波探傷の初期設定に関するデータであり、探傷に用いる超音波の周波数ｆ、被検査体１０２の縦波及び横波音速Ｖ、超音波の屈折角θ、Ａ／Ｄ変換器２０８のサンプリング周波数ｆsample、Ｘ軸Ｙ軸それぞれの探触子走査ピッチδｘ，δｙ、ＸＹ平面の探傷開始位置ｘ0，ｙ0、終了位置ｘe，ｙe等を含む。
【００３５】
画像表示データ演算装置２０２は、制御装置２０４が発行する探触子位置、本例では送受信位置と超音波送信パルスの送信時間、ピーク検出処理を経た超音波受信データの受信時間からなる探傷データを収集し（Ｓ３０）、サンプリング点、さらに１ラインの画像データの演算処理（１）を行う（Ｓ４０）。ここでは、Ｂスコープ図形データの作成が行なわれ、画像データメモリ２０３に蓄積されるとともに、画面表示装置２０１にＢスコープ表示を行う（Ｓ５０）。この処理は、制御装置２０４から探傷終了が通知されるまで（Ｓ６０）、つまり探触子１０１が探傷終了位置に到達するまで繰り返される。
【００３６】
図８は、探傷結果に関するデータであり、探触子位置信号Ｘｉ，Ｙｉ、送信時間Ｔ0、受信波形のうちピーク検出処理演算部２０５で検出されたピーク波形の受信時間Ｔij,m 及び受信信号強度Iij,m を含む。
【００３７】
図９に、ピーク検出処理演算部の検出波形を示す。ピーク検出処理演算部２０５は、信号強度がしきい値以上で、表面エコーから底面エコーの時間領域にあるピーク波形を検出する。図示例では、反射源１０３からの縦波と横波それぞれによる受信信号を検出している。縦波ピークの受信時間はＴij1 ，横波ピークの受信時間はＴij2 である。
【００３８】
画像表示データ演算装置２０２は探傷が終了すると、画像データメモリ２０３からＢスコープ図形データを取り出し、超音波ホログラフィ法による演算処理（２）を行い（Ｓ７０）、ホログラフ再生像による反射源図形の２次元または３次元表示を行う（Ｓ８０）。
【００３９】
図６に、画像データの演算処理の詳細フローを示す。まず、Ｓ４０の画像データ演算（１）として、被検査体の伝播速度を読み込む（Ｓ４０１）。本実施例では、縦波速度ＶLと横波速度ＶTの２つである。次に、ピーク検出された探傷データから、Ｂスコープ図形データを作成して図形データメモリ２０３に記憶する（Ｓ４０２）。
【００４０】
図１０に、Ｂスコープ図形データの一例を示す。Ａ／Ｄ変換において何番目（ｉ，ｊ）のデータ点数か、ピーク検出において何番目（ｍ）のエコーかを示すインデックス（ｉ，ｊ，ｍ）と、信号の送受信位置（ｘｉ，ｙｉ）、送信時間（Ｔ0）及びピーク検出されたエコーの受信時間（Ｔij,m）を含む。なお、本例の探触子１０１は媒質（水）を介さず、被検査体１０２に直接、当接している。
【００４１】
図１２を参照しながら、Ｂスコープ図形作成の方法を説明する。探触子移動機構１１０からの探触子１０１の位置信号（Ｘij，Ｙij）と、Ｘ，Ｙ軸の移動ピッチ（δx，δy）から超音波送受信位置（ｘi，ｙj）を数１で計算し、送信時間Ｔ0と受信時間Ｔij,1，Ｔij,2及びＡ／Ｄ変換器２０８のサンプリング周波数（ｆsample）から、送受信位置（ｘi，ｙj）における探触子１０１から反射源１０３までの片道伝播時間△ｔij,1，△ｔij,2を数２で計算する。
【００４２】
【数１】
0003730429.tif 000002
【００４３】
【数２】
0003730429.tif 000003
【００４４】
次に、片道伝播時間△ｔij,m と検査体１０２中の伝播速度Ｖから、ｍ番目のエコーに対する送受信位置（ｘi，ｙj）の表面から反射源１０３までの片道伝播距離Ｚij,m を数３で計算し、Ｂスコープ図形の１点のデータを求める。なお、ｍ番目のエコーとは、ピーク検出処理演算部２０５によって選択される時間領域内に存在するエコーの順番である。受信されるエコーの数は、反射源の数や超音波の屈折角によって変わる。
【００４５】
【数３】
0003730429.tif 000004
【００４６】
ここで、探傷に使用する音速Ｖは縦波音速ＶL及び横波音速ＶTとする。この点データを走査経路の１ライン（ｙj を一定として、ｘi のｉ＝始点〜終点まで走査）について集積すると、反射源１０３に対し縦波音速ＶLを用いた演算結果である図形１１５と、横波音速ＶTによる図形１１６が表示される。
【００４７】
次に、画像データ演算（２）の処理（Ｓ７０）を、ホログラム再生領域の計算（Ｓ７０１）、ホログラム作成（Ｓ７０２）、ホログラム再生演算（Ｓ７０３）、音速毎の画像表示データの作成（Ｓ７０４）の順で説明する。本実施例では、まず縦波音速ＶL、ついで横波速度ＶTで演算処理する。
【００４８】
図１３に、ホログラム再生領域作成の説明図を示す。数３によって得たＢスコープ図形データは、ＸＺ座標における点の集合（図形１１５，１１６）として表現される。この１点１点に対して、その点をＸ軸に射影した点を中心として、超音波の屈折角θに等しい角度で回転変換を行う。
【００４９】
超音波の屈折角θにより、Ｂスコープ図形１１５，１１６の各点を回転させ、ＸＺ断面におけるホログラム再生領域１１７，１１１８を数４により求める。さらに、走査軸Ｙの値ｙj を変え、各ｙに対してＸＺ断面におけるホログラム再生領域を作成する。ホログラム再生領域のデータは、図形データメモリ２０３に一時記憶される。
【００５０】
【数４】
0003730429.tif 000005
【００５１】
これによれば、Ｂスコープ図形全体を同時に回転するのではなく、各点は各々と送受信位置（ｘi，ｙj）を結ぶ線からθだけ回転されるので、回転後の図形１１７及び１１８はそれぞれ回転前の図形１１５、１１６よりも、その占める領域が小さくなり、実際の反射源に対する図形（インジケーション）の誤差が、この回転処理によって小さくできる。
【００５２】
図１４に、ホログラム作成の説明図を示す。本実施例はパルス波を用いた超音波ホログラフィ法を採用している。従来の方法は、送信波にパルス波を用い、受信されるパルス波の受信時間と、参照波に相当するクロックパルスとの一致或は不一致を記録することで、ホログラムを作成している。これに対し、本実施例では、参照波に相当するものとしてクロックパルスを用いず、例えばcos関数のような振動関数を用い、受信パルス波の受信時間をcos関数の引数とすることで、参照波と受信波を干渉させる効果を数値的に与え、ホログラムを作成する。
【００５３】
本実施例によるホログラムＨは、数５の演算によって作成される。すなわち、受信時間に比例する量である片道伝播距離（Ｚij）を基に、処理開始位置１２１から処理終了位置１２２で定められる探傷領域の間の各送受信位置（ｘi，ｙj）において、数値的に参照波と干渉させたホログラムＨ（ｘi,ｙj）を数５により作成する。
【００５４】
【数５】
0003730429.tif 000006
【００５５】
数５において、数値的な干渉に用いる参照波（cos関数）の波数ｋとして、ｋ＝ｎ×２πｆ／Ｖを用いる。ただし、Ｖは鋼中を伝播するモードの超音波音速、ｆは探傷に使用する超音波の周波数、ｎは自然数である。ｎ＝１の場合、送信される超音波の周波数と計算上の参照波の周波数が同じになり、ｋ＝２π／λとなる。ｎの値を大きくすることで、より高い周波数を持つ参照波との干渉を数値的に計算することができる。
【００５６】
ここで、数５の導出過程を数６〜数９により説明する。被検査体１０２に数６に示す角振動数ω（＝２π／ｆ）の超音波を送信すると、反射源１０３により数７に示すエコーが受信される。ここで、ｒは受信間での伝播距離である。この受信エコーの位相情報を取り出すために、角振動数ω（＝２π／ｆ）を持つ参照波（cos波）を数値的に与えると、干渉波の強度分布は数９により計算できる。数９で、位相情報を持つ干渉項（cos関数部）が数５の関数部に相当し、この干渉項を計算してホログラムとする。
【００５７】
【数６】
0003730429.tif 000007
【００５８】
【数７】
0003730429.tif 000008
【００５９】
【数８】
0003730429.tif 000009
【００６０】
【数９】
0003730429.tif 000010
【００６１】
数５で、参照波数ｋを変えるｎの値を大きくすると、より高い周波数を持つ参照波との干渉を数値的に計算することができ、送信超音波の波長λよりも高い空間分解能を持つホログラムＨ（ｘi,ｙj）を作成することができる。分解能調整のためのｎは、ユーザが入力装置２１０からデータ記憶部２０６の波数倍数設定部２６０２に入力し、画像表示データ演算装置２０２が参照する。
【００６２】
図１５に、ホログラム再生における波数ｋの影響をイメージで示す。２つのピンホールによるホログラムとその再生像で、（ａ）は波数ｋが小さい場合、（ｂ）は波数ｋが大きい場合である。波数ｋが大きい場合は空間分解能が高く、ピンホールの存在に合致したシャープな再生像が得られている。
【００６３】
数５から求まるホログラムＨ（ｘi,ｙj）は、送受信位置ｘi,ｙjにおける１点、１点の値である。この各点の値を集積して、１次元ホログラム１２７，１２８が再生される。
【００６４】
ホログラムの再生方法は２通りあり、第１の方法は簡易な再生方法である。すなわち、１ライン走査の探傷の度に、１次元ホログラム１２７及び１２８を、ＸＺ断面におけるホログラム再生領域１１７，１１８上で像再生する。像再生はホログラム上の全点から、再生領域上の１点に対して、ホログラムの重みを付けた平面波を加算（積分）する。この操作を再生領域の全点に対して行う。再生領域の中で、反射源に近い部分では、ホログラムからの平面波の位相が揃い、積分値が大きくなり再生像が結像する。
【００６５】
この再生像を２次元表示すると、図１（ｆ）の画面が得られる。さらに、ＸＺ断面での再生像をＹ軸方向に重ね合わせて、３次元的な再生像Ｇを作成すれば、３次元の表示も可能である。この方法によれば、像再生に必要な計算時間及びメモリを大幅に削減できるので、探傷結果表示の簡易な方法として採用される。
【００６６】
第２の再生方法は、より高精度な再生方法である。ＸＺ断面におけるホログラム再生領域（面）１１７，１１８及びホログラム１２７、１２８を、探傷が終了するまでデータ記憶部２０６に記憶し、探傷終了後に再生領域を２次元的に再構成し、ＸＹ平面上の探傷領域に割り付けられた２次元ホログラムを再生する。
【００６７】
第２の方法によるホログラム再生の計算式を数１０に示す。第１の再生方法の場合と同様、ホログラム上の全点から、再生領域上の１点に対して、ホログラムＨで重み付けた球面波（ｅの関数）を加算（積分）する。この操作を再生領域の全点に対して行う。ただし、積分領域は２次元である。再生領域の中で、反射源に近い部分では、ホログラムからの平面波の位相が揃い、積分値が大きくなり再生像Ｇが結像する。
【００６８】
【数１０】
0003730429.tif 000011
【００６９】
数１０の演算を計算機上で行うため、離散化して数値積分、或は式を変形して高速フーリエ変換などの計算手法を用いる。また、ホログラム再生計算に用いる再生参照波の波数ｋの値として、ホログラム作成に用いる参照波に対して使用した波数ｋと同様の値を使用する。ｋ＝ｎ×２πｆ／Ｖとして、ｎの値を大きくすることで、より高い周波数を持つ参照波との干渉によるホログラムを数値的に再生計算できる。この方法は、第１の再生方法と異なり、２次元的に再生処理を行うことになるため、必要となる時間及びメモリは大きくなるが、より精度の高い再生像を得ることができる。
【００７０】
縦波音速ＶL を用いたホログラム再生の演算結果は、反射源１０３に対し横波で入射して横波で反射、或いは縦波で入射し横波で反射した横波エコーによる再生像１３０、１３１は消去され、反射源１０３に対し縦波で入射し縦波で反射した図形１１５の再生像１２９のみが結像される。
【００７１】
一方、横波音速ＶT を用いたホログラム再生の結果は、縦波エコーによる図形１１５や反射時の横波変換による再生像は消去され、反射源１０３に対し横波で入射し、横波で反射した図形１１６に対する再生像１３０のみが得られる。これは、ホログラム作成処理と再生処理で使用される伝播音速が異なると、実際の反射源が存在する位置付近で再生波の位相が揃わず、互いに打ち消し合う結果となるためである。
【００７２】
本実施例では、再生像のデータを表示データとして、一旦、画像データメモリ２０３に記憶し（Ｓ７０４）、縦波及び横波の各再生像を重ね合わせて２次元または３次元による画像の表示を行う（Ｓ８０）。図１１に、記憶される再生像データの形式を示す。
【００７３】
２次元画像の重畳表示では、図１（ｆ）のように、一致あるいは近接した再生像１２９、１３０を同色とし、他の再生像と識別して画像表示装置２０１に出力する。或いは、再生像が一致した場合のみ画像表示装置２０１に出力する。これにより、実際の反射源に対する映像を正確に表示することができ、傷の数や位置を誤認することがなくなる。
【００７４】
図１６に、再生像として表示させたい画像を選択するメニュー画面の例を示す。表示画像をユーザに選択させる入力画面で、縦波音速として処理した場合に得られる画像データの表示、横波音速として処理した場合に得られる画像データの表示、縦波から横波にモード変換した音速で処理した場合に得られる画像データの表示などを選択でき、複数入力の場合は重畳表示となる。
【００７５】
最後に、ホログラム再生像の計算結果を３次元的な映像として表示する方法を説明する。図１７に３次元的表示のフローチャートを示す。予め、スレッシュホールドレベルＨmin を設定し、数１０で求めた再生像に対して、スレッシュホールドレベルＨmin を越えたか判定し（Ｓ7031）、越えた座標を再生像として採用する（Ｓ7032）。
【００７６】
図１８に、再生像Ｈ（ｘｙｚ）のスレッシュホールドレベルＨmin を３次元的に示す。Ｈmin を越えた斜線部の再生像が表示される。これにより、参照波にcos波を用いたときの干渉効果をＨmin で２値化しているので、反射源１０３の位置に、再生像１２９（１３０）を正しく表示することができる。
【００７７】
再生像の３次元表示は、例えば再生像データをＶＲＭＬ形式で記述し、ＶＲＭＬブラウザで表示する。図１９にＶＲＭＬ形式によるデータの一例、図２０にＶＲＭＬブラウザで表示した画面の一例を示す。ＸＹＺ座標上で、被検査体１０２内の反射源１０３が３次元表示される。なお、入力装置２１０からの指示ポインタ２２０１で表示図形をドラッグし、ユーザの望む方向に表示画面を回転して、任意の方向からの射影像を得ることもできる。
【００７８】
以上、実施例１によれば、縦波音速と横波音速をそれぞれ用いてホログラムを作成、再生するので、再生演算に用いた音速と異なる伝播速度によるインジケーションに対しては、ホログラム再生参照波の位相がそろわず、ホログラム再生像が結像しない。このため、本来の反射源と異なる位置に現れる反射源のインジケーション（虚像）が消去され、実際の反射源のある位置に対応して、反射源の映像（実像）を表示できる。また、縦波及び横波で計算した各々の再生像を重ね合わせて表示することで、その重なりの程度から実在する反射源を高信頼に確認することができる。さらに、Ｂスコープデータを屈折角で回転補正してホログラム再生領域を求めているので、超音波の広がりの影響を低減し、位置精度よく反射源の映像を表示できる。
【００７９】
上述で、被検査体表面と反射源の間の超音波の片道伝播時間△ｔijを計算する数２は、超音波送信時間Ｔ0から被検査体表面までの伝播時間Ｔsを考慮している。この伝播時間Ｔsは探触子と被検査体間に介在する水などの媒質を伝播する時間である。従って、探触子を直接、被検査体に接触する場合は、Ｔs＝０となる。
【００８０】
次に、実施例１による他の適用例を説明する。この適用例は被検体中に複数個の反射源があるケースで、各反射源からの複数のエコーが受信される。この場合、複数のエコーからホログラムを作成、再生し、複数個の反射源をそれぞれ正しい位置に再生して表示する。
【００８１】
図２１は、本適用例による超音波ホログラフィ法を示す説明図で、図１の（ａ）〜（ｆ）に相応する。図２１（ａ）のように、被検査体１０２に複数の反射源４０３、４０４がある場合、（ｂ）のように反射源Ａからのエコー４０５と反射源Ｂからのエコー４０６によるＡスコープ表示データが得られる。上述のように、個々の反射源からは縦波と横波によるエコーが生じ、実際には３個以上のエコーとなることも多いので、受信エコーの数と反射源の数は１対１に対応しない。以下では説明を簡単にするために、１つの反射源から１つの音速のみによるエコーが得られるものとする。
【００８２】
送受信位置（ｘi,ｙj）における反射源Ａ、Ｂからのエコーを１ラインについて集積し、（ｃ）のＸＺ断面についてのＢスコープ図形が作成される。Ｂスコープによるインジケーション４０７、４０８は、（ｄ）のように屈折角θだけ回転してホログラム再生領域４０９、４１０を求める。
【００８３】
次に、数５を用いて、処理開始位置１２１から処理終了位置１２２で定められる探傷領域に、（ｅ）のようにホログラム４１３及び４１４を作成する。ここでは、超音波信号の受信時間を、例えばcos関数のような振動関数の引数とすることで、参照波と受信波の干渉項を数値的に計算し、ホログラムを作成する。数値的な干渉に用いる参照波の波数ｋの値として、ｋ＝ｎ×２πｆ／Ｖを用いる。用いるＶの値は所定モード、例えば縦波音速である。このように、本実施例のホログラム作成は、探傷により得られた複数のエコーが、複数の反射源によるか、単一の反射源によるかを考慮することなくホログラムを作成する。
【００８４】
次に、数１０によりホログラムの再生像を作成する。再生計算に用いる再生参照波の波数ｋの値は、ホログラム作成に用いる参照波に対して使用したものと同様の値である。所定モード、例えば縦波音速によるホログラム再生の結果、２つの再生像が得られれば、それらは異なる反射源Ａ，Ｂに対応している。つまり、縦波音速によらないホログラムは像再生の過程で消去される。さらに、横波音速を用いて、上記処理を繰り返せば同様の結果が得られるので、複数の反射源の位置を縦波と横波の両方から求め、信頼性の高い探傷を行うことが可能になる。
【００８５】
〔実施例２〕
次に、本発明の実施例２を説明する。実施例１との相違は、縦波から横波へのモード変換によるエコーが受信されるケースを考慮し、超音波ホログラフィ法に用いる音速Ｖとして、縦波音速、横波音速の外に、縦波と横波の平均音速を用いる点にある。
【００８６】
図２２に、実施例２の適用ケースをイメージで示す。被検査体の内部に反射源３０１を有しており、送受信位置の探触子１０１から縦波往復径路３０２によるエコーと、縦波から横波へモード変換した径路３０３によるエコーと、横波往復径路３０４によるエコーが受信されるケースである。図２３に、パラメータ入力画面を示す。ここでは、SUS304を被検査体とし、使用する音速として縦波音速、横波音速及び平均音速を用いる。平均音速は調和平均値Ｖave で数１１による。
【００８７】
【数１１】
0003730429.tif 000012
【００８８】
図２４に、Ａスコープ図形を示す。図９の場合に比べ、１番目の縦波エコーと３番目の横波エコーの間に、縦波からモード変換した横波による２番目のエコーが表われている。図２５はＢスコープ図形で、１番目、２番目及び３番目のエコーを、それぞれ１ライン分集積した３つの図形３０５、３０６、３０７が得られる。
【００８９】
図２６に、ホログラム再生領域を示す。ここでは、Ｂスコープ図形の図形３０５〜３０７の各点を屈折角θだけ回転させ、再生領域３０８〜３１０を求める。同図では、図形３０６に対する再生領域３０９のみを示している。
【００９０】
図２７はホログラム作成方法を示す。送受信位置（ｘi,ｙj）における片道伝播距離Ｚijから数５により演算し、処理開始位置から処理終了位置で定められる探傷領域に、ホログラム３１０１、３１０２及び３１０３を作成する。このとき、数値的な干渉に用いる参照波の波数ｋ＝ｎ×２πｆ／Ｖを用いる。この音速Ｖとして、縦波音速、横波音速、及び平均音速の３種を用いる。数１０によるホログラムの像再生も、縦波音速、横波音速、及び平均音速の３種を用いる。その計算結果を映像として表示する方法は、実施例１の場合と同様である。
【００９１】
実施例２によれば、被検体中の縦波、横波、及び縦波と横波の平均音速の３種を用いてホログラムを作成し、再生するので、被検査体内部で縦波と横波のモード変換が生じている場合でも、本来反射源のない位置に現れる虚像のインジケーションを自動的に消去できる。
【００９２】
また、被検査体に複数の反射源が存在し、かつ、被検体への超音波入射時のモード変換（例えば、縦波から横波）、反射源からの反射時のモード変換（縦波から横波、横波から縦波）が発生する場合にも、本実施例のように縦波、横波、及び縦波と横波の平均音速の３種を用いてホログラムを作成し、再生すれば、１つの反射源に対する各波音速の演算結果が同一ないしは近似位置を示すので、実際の反射源を正確に表示でき、信頼性の高い探傷が可能になる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｂスコープ表示データからホログラムを作成し再生する場合に、演算に用いる超音波音速を縦波または横波のモードに特定し、音速の一致する伝播経路のホログラムのみが像再生されるので、超音波のモード変換によって実在とは異なる位置に表われる虚像を消去でき、被検査体内部の傷の数と位置が正確に表示できる。
【００９４】
また、演算に用いる超音波音速を縦波及び横波、さらには縦波と横波の平均音速として、各音速に対応した像再生が行われる場合、それらを重畳表示することで１つの反射源に対する複数の演算結果を反映することができ、より高信頼な探傷結果の図形表示を実現できる。
【００９５】
また、Ｂスコープ表示データから再生領域を求めるに際し、超音波の屈折角に応じて各点を回転するので、超音波の広がりの影響を低減でき、反射源のより正確な位置と形状を再現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波ホログラフィ法の処理イメージを示す説明図。
【図２】本発明の一実施例による超音波探傷システムの構成を示すブロック図。
【図３】一実施例による超音波探傷システムのハード構成図。
【図４】実施例１における音速データの入力画面図。
【図５】一実施例による超音波探傷システムの概略の処理手順を示すフロー図。
【図６】本発明の超音波ホログラフィ法による処理の一実施例を示すフロー図。
【図７】初期パラメータの一例を示したデータフォーマット図。
【図８】探傷データの一例を示したデータフォーマット図。
【図９】探傷結果として得られるＡスコープ図形の説明図。
【図１０】Ｂスコープ図形データの一例を示したデータフォーマット図。
【図１１】ホログラム作成の一例を示したデータフォーマット図。
【図１２】探傷結果として得られるＢスコープ図形の説明図。
【図１３】ホログラムの再生領域を示す説明図。
【図１４】ホログラムの作成を示す説明図。
【図１５】参照波の波数の影響をイメージで示す概念図。
【図１６】実施例１のホログラフィ演算に使用する音速選択のメニュー画面図。
【図１７】ホログラム再生計算の結果から３次元画像データを作成する処理のフロー図。
【図１８】スレッシュホールドレベルの説明図。
【図１９】ＶＲＭＬ形式による３次元映像データの一例を示した説明図。
【図２０】ＶＲＭＬブラウザによる３次元映像の模式図。
【図２１】実施例１の他の適用例での処理イメージを示す説明図。
【図２２】本発明の実施例２による適用例の説明図。
【図２３】実施例２における音速データの入力画面図。
【図２４】実施例２の探傷結果として得られるＡスコープ図形の説明図。
【図２５】実施例２のＢスコープ図形の説明図。
【図２６】実施例２のホログラム再生領域の説明図。
【図２７】実施例２のホログラム作成の説明図。
【符号の説明】
１０…計算機、１１…ディスプレイ装置、１２…インターフェース装置、１０１…超音波探触子、１０２…被検査体、１０３…反射源、１０４…反射径路、１０５…反射径路、１０６…送信パルス、１０７…表面からのエコー、１０８…反射源からのエコー（縦波）、１０９…反射源からのエコー（横波）、１１０…底面からのエコー、１１１…表面からのエコー、１１２…底面からのエコー、１１３…探傷開始位置、１１４…探傷終了位置、１１５…図形（縦波）、１１６…図形（横波）、１１７……回転後データ（縦波）、１１８……回転後データ（横波）、１２１…処理開始位置、１２２…処理終了位置、１２３…片道伝播距離、１２４…再生領域、１２５…片道伝播距離、１２６…再生領域、１２７…ホログラム、１２８…ホログラム、１２９…再生像（縦波による縦波再生像）、１３０…再生像（横波による横波再生像）、１３１…再生像（縦波による横波再生像）、２００…探傷図形表示処理機構、２０１…画像表示装置、２０２…画像表示データ演算装置、２０３…画像データメモリ、２０４…制御装置、２０５…ピーク検出処理演算部、２０６…データ記憶部、２０６１…音速データ記憶部、２０７…探傷データメモリ、２０８…Ａ／Ｄ変換器、２０９…受信器、１１０…探触子移動機構、１２０…超音波探傷器。
【図１】
0003730429.tif 000013
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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