JP4437656B2

JP4437656B2 - 超音波探傷装置

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Publication number: JP4437656B2
Application number: JP2003344435A
Authority: JP
Inventors: 光浩神岡; 譲高濱; 康二道場; 英幸平澤
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-10-02
Also published as: JP2005106782A

Description

本願発明は、溶接継手等の検査部を超音波によって非破壊検査する超音波探傷装置に関するものであり、詳しくは、ＴＯＦＤ法により非破壊検査する超音波探傷装置に関するものである。

従来より、溶接継手等はその信頼性を確認するためにブローホール等の欠陥の有無が検査されている。このように検査部の欠陥を検査する手段として、非破壊検査の超音波探傷検査（ＵＴ）が知られている。この超音波探傷検査は、被検査体の表面に探触子を密着させ、この探触子から被検査体に入射させた超音波の反射波または回折波によって欠陥を検出するものであり、入射させた超音波の反射波または回折波を検出するまでの時間によって欠陥の位置を知ることができる。

図２０は超音波探傷方法の一例を示す図であり、(a) は超音波探傷方法の模式図、(b) はその探傷波形の模式図である。この超音波探傷方法は、一般にＴＯＦＤ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法と呼ばれている。図示する例は、このＴＯＦＤ法によって被検査体１００の被検査部である溶接継手部１０１を検査する例であり、溶接継手部１０１の両側に送信探触子１０２Ａと受信探触子１０２Ｂとを対称配置し、送信探触子１０２Ａから溶接継手部１０１の溶接線方向と直交する方向に超音波を入射し、その反射を受信探触子１０２Ｂで受けて超音波探傷検査を行っている。

この例の場合、溶接継手部１０１から所定距離離れた位置から送信した超音波によって、被検査体１００の全板厚方向を検査するように構成されている。このような超音波探傷方法によると、送信探触子１０２Ａから発した超音波が被検査体１００の表面を伝わって受信探触子１０２Ｂで検出されるラテラル波ａと、被検査体１００の底面で反射した底面反射波ｂと、これらの間で欠陥１０３で回折した回折波の上端波ｃと下端波ｄとを受信探触子１０２Ｂで検知し、この信号によって、欠陥１０３の存在と欠陥１０３の位置を検出している。また、この例の場合、溶接継手部１０１に沿って超音波探触子１０２Ａ，１０２Ｂを移動させることにより、溶接継手部１０１の溶接線方向の全線を超音波探傷する。

しかし、このＴＯＦＤ法の探傷画像は、従来のパルス反射法による探傷画像に比べてノイズが高く、検査員がノイズを欠陥と誤判定したり、欠陥判定に時間を要しているのが実状である。ノイズ（妨害エコー）としては、表面を伝搬するラテラル波、底面反射波、溶接金属中で発生する材料ノイズ等があり、検査員による欠陥判定が難しい。

そこで、ＴＯＦＤ法での欠陥判定が容易に行えるように、オーステナイト系鋼の粗粒材を超音波探傷した時の超音波探傷信号を波形分離した後、位相の一致しないノイズエコーをゼロに近くし、位相の一致する欠陥部エコーを掛け合わせて増幅させることによって欠陥部エコーを高Ｓ／Ｎ比で検出しようとするものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、超音波検査信号に対して方向多次元型基底を用いてウェーブレット変換を行い、そのウェーブレット変換係数から特徴抽出を行い、その特徴量から超音波信号の評価対象が、きずエコーか疑似エコーかを確実に判別できるようにしたもの（例えば、特許文献２参照。）や、被検査対象物から得られる超音波エコー信号を回転型ウェーブレット変換することにより疑似エコーを低減させて不良個所を精度よく検出できるようにしたものもある（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００２−１３９４７９号公報（第３，５頁、図２）特開２００１−１６５９１２号公報（第２頁、図２）特開２００３−６６０１７号公報（第２頁、図１）

しかしながら、前記した特許文献１の場合、複数の周波数帯域で欠陥からの超音波エコーが無いような検査対象物では、検査のために複数に分離した波形を掛け合わせるので、１つでも欠陥信号が０であった場合、Ｓ／Ｎ比が向上するどころか、欠陥信号が０となり欠陥信号が全く得られなくなる場合があり、安定した欠陥検査ができなくなるおそれがある。

また、この特許文献１の場合、ＴＯＦＤ法超音波探傷で必ず発生するラテラル波及び底面反射エコー（いずれも妨害エコー）を除去することができず、表面付近及び底面付近の欠陥を容易に検出することができない。したがって、この特許文献１を適用しただけでは欠陥信号のＳ／Ｎ比を向上させることが困難な場合がある。

さらに、前記特許文献２，３は、ウェーブレット変換を行って不良個所を精度よく検出しようとすることは記載されているが、これらはＴＯＦＤ法による超音波探傷ではないため、本願発明のようなＴＯＦＤ法において容易に欠陥判定を行うことができるものではない。

そのため、ＴＯＦＤ法による超音波探傷において、その検査結果を評価する場合に、容易に欠陥を判定できる超音波探傷装置が切望されている。

さらに、前記ウェーブレット解析による超音波探傷方法で強調した欠陥信号を予め想定される強度で閾値処理を行って二値化データとし、該二値化データとした欠陥信号に前記ウェーブレット解析による処理を行う前の超音波信号を乗算することにより欠陥信号を強調するようにしてもよい。

また、この超音波探傷方法で強調した欠陥信号に対し、予め想定される強度で閾値処理を行うことにより欠陥信号を強調するようにすれば、欠陥抽出の作業を自動化することもできる。

本願発明の超音波探傷装置は、被検査体の検査部両側に送信探触子と受信探触子とを対称配置し、該送信探触子から被検査体内に超音波を送信して被検査体内からの超音波エコーを受信探触子で受信して検査部をＴＯＦＤ法によって走査する計測装置を設け、該計測装置に、前記被検査体内に欠陥が存在した場合の欠陥信号と類似するウエーブレット関数を用いてウェーブレット解析を行い、該ウェーブレット解析した結果から前記欠陥信号を取り出すのに適したウェーブレット解析次数を使用して前記受信探触子で受信した超音波エコーを再構成させて欠陥信号を強調するウェーブレット処理装置を具備させた超音波探傷装置に、前記被検査体に応じて探触子の配置から幾何学計算で得られる底面反射波が現れる位置近傍で、予め設定した底面反射波の閾値を超える超音波エコーを検出し、該超音波エコーの立ち上がり位置よりも時間的に遅れて現れる超音波エコーの強度をゼロとすることにより底面反射波を除去する底面反射波除去装置と、前記被検査体内を伝搬する超音波の減衰及び指向性によって低下する超音波強度の変化に従って、該被検査体の深さ方向における各伝播時間で同じ強度となるように、計測した超音波エコーを増幅させて微弱な信号を強調するようにした超音波信号補正装置と、走査方向の超音波の広がりによって生じる曲線状の信号が現れる位置を、前記送信探触子と受信探触子の配置と走査位置から、予め被検査体の深さごとに対応した曲線式として求め、該曲線式を用いて合成開口処理を行うことにより探触子の走査方向に検出される曲線状の欠陥信号を頂点に集中させて増幅する合成開口装置と、送信探触子と受信探触子との走査方向の各位置で得られた超音波信号の平均値を求め、前記各位置で得られた超音波信号から該平均値を減算することによってラテラル波を除去して欠陥信号を強調させるラテラル波除去装置とを具備させ、前記底面反射波除去装置と超音波信号補正装置と合成開口装置とラテラル波除去装置のいずれか単独又は複数の組み合わせで欠陥信号を強調し、該強調した欠陥信号を前記ウェーブレット処理装置で強調する機能を前記計測装置に具備させてもよい。この場合、複数の処理の組み合わせによって効果的な欠陥検出ができる。

また、前記超音波探傷装置において、前記計測装置に、ウェーブレット解析による超音波探傷装置で強調した欠陥信号を予め想定される強度で閾値処理を行って二値化データとする二値化データ処理部と、該二値化データとした欠陥信号に前記ウェーブレット解析による処理を行う前の超音波信号を乗算する乗算部とを具備させてもよい。

さらに、この超音波探傷装置において、前記計測装置に、前記超音波探傷装置で強調した欠陥信号に対し、予め想定される強度で閾値処理を行う閾値制御部を設けてもよい。この場合、欠陥の自動検出も可能となる。

本願発明は、以上の手段により、ＴＯＦＤ法による超音波探傷において、その検査結果を容易に評価して欠陥を判定することが可能となる。

以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明を適用するＴＯＦＤ法に係る超音波探傷装置の一実施形態を示す構成図である。以下の実施形態でも、被検査部として溶接継手部を例に説明する。

図示するように、この超音波探傷装置１は、被検査体２の検査部である溶接継手部３の両側に送信探触子４と受信探触子５とが対称配置され、送信探触子４から溶接継手部３の走査方向（矢印で示す）と直交する方向に超音波ｕを入射し、その回折波ｒｕを受信探触子５で受信することによって溶接継手部３を超音波探傷するように構成されている。すなわち、一定の位置関係に配置された送信探触子４と受信探触子５とを被検査体２の表面上で走査させながら超音波を送信、受信することによって連続的な超音波信号を得るＴＯＦＤ法の超音波探傷装置１である。

前記送信探触子４と受信探触子５とは、配線６によって計測装置７に設けられた超音波送受信器８に接続されている。計測装置７には、Ａ／Ｄ変換器９が設けられており、記録装置１０に探傷結果データが記録されている。また、この記録装置１０に記録されたデータは、信号処理装置１１によって信号処理され、ディスプレイ等の表示装置１２で表示できるように構成されている。この表示装置１２は、前記計測装置７にも接続されており、計測装置７からの信号も表示できるように構成されている。

図２は本願発明の第１実施形態に係る超音波探傷装置に備えられた各装置を示すブロック図である。この第１実施形態の超音波探傷装置１（図１）には、底面反射波除去装置１３と超音波信号補正装置１４と合成開口装置１５とラテラル波除去装置１６と、ウェーブレット処理装置１７とＳ／Ｎ比強調処理装置１８と欠陥抽出処理装置１９とが設けられている。この第１実施形態では、前記底面反射波除去装置１３と超音波信号補正装置１４と合成開口装置１５とラテラル波除去装置１６とは、単独又は複数が選択的に組み合わされて使用され、これらによって強調された欠陥信号に対し、ウェーブレット処理装置１７とＳ／Ｎ比強調処理装置１８と欠陥抽出処理装置１９とで処理する場合を示している。

図３は本願発明の第２実施形態に係る超音波探傷装置に備えられた各装置を示すブロック図である。この第２実施形態の超音波探傷装置１（図１と同じ）では、前記図２に示す第１実施形態の超音波探傷装置１における各装置１３〜１９で連続的に欠陥信号処理を行っている。以下、この第２実施形態の各装置１３〜１９による信号処理の流れと、各装置による処理を詳細に説明する。

図４は本願発明の超音波探傷装置による超音波探傷方法で超音波探傷する被検査体の一例を示す図面であり、(a) は平面図、(b) は側面図、(c) はＡ−Ａ断面図である。図５は被検査体を超音波探傷した計測生データを示すグラフであり、図６は図５に示す被検査体を超音波探傷した計測生データの画像の写真である。図７は図５に示す計測生データに底面反射波除去処理を行う点を示したグラフであり、図８は図５に示す計測生データに底面反射波除去処理を行った画像の写真である。図９は被検査体の深さ方向と超音波強度との関係を示すグラフである。図１０は合成開口処理の原理を示す図面であり、(a) は合成開口処理前のデータを示す模式図、(b) は合成開口処理後のデータを示す模式図である。図１１は合成開口処理するためのデータ取得例を示す図面であり、(a) はデータ取得位置を示す模式図、(b) は取得したデータ一覧表の図面である。図１２は図８に示す底面反射波除去処理を行ったデータに合成開口処理を行った画像の写真である。図１３は図１２に示す合成開口処理を行ったデータにラテラル波除去処理を行った画像の写真である。図１４は基底関数を用いて５次のウェーブレット解析した結果の変換係数と、該変換係数を用いて欠陥部を含む超音波信号を処理した結果とを示すオシロ波形の写真であり、（イ）〜（ホ）は変換係数、（ヘ）〜（ヌ）は結果を示している。図１５は図１４に示すデータに変換係数を用いて欠陥を強調したデータを示すグラフであり、図１６は図１３に示すラテラル波除去処理を行ったデータにウェーブレット解析を行った画像の写真である。図１７は図１６に示すウェーブレット解析を行った画像の信号を閾値処理して二値化データとしたウェーブレット雑音処理の画像の写真であり、図１８は図１７に示すウェーブレット雑音処理を行った二値化データに、前記図１３に示すラテラル波除去処理を行った信号とを掛け合わせてＳ／Ｎ強調処理を行った画像の写真である。図１９は図１８に示すＳ／Ｎ強調処理を行ったデータに対して欠陥抽出処理を行った画像の写真である。

以下、これらの図面に基いて、前記各装置１３〜１９を備えた超音波探傷装置１による具体的な超音波探傷方法を説明する。

図４に示すように、この第２実施形態では、被検査体２に予め３個の人工欠陥５１，５２，５３を設け、これらの欠陥５１，５２，５３を検査する例を説明する。図４に示すような被検査体２を超音波探傷した場合、被検査体２内に存在する欠陥５１，５２，５３からの欠陥信号２１、表面を伝搬するラテラル波６４、底面からの底面反射波６５を含む図５に示すような超音波エコーの計測生データが得られる。この計測生データの超音波エコーを、強弱を波形で示した図のプラス側を白色、マイナス側を黒色とし、その間を灰色の中間調で色変換してディスプレー上に表示すると、図６に示すような画像として表示される。この画像は、受信した超音波エコーの生データであるため、欠陥５１，５２，５３からの超音波エコーによって現れる欠陥画像６１，６２，６３、被検査体２に内在する雑音の超音波エコー（ノイズエコー）、被検査体２の表面を伝搬するラテラル波６４、被検査体２の底面からの底面反射波６５が含まれている。以下、このような計測生データから超音波信号中の欠陥信号強度を大きくし、他の信号強度を小さくすることでＳ／Ｎ比を向上させ、容易に欠陥を判定できるようにする方法を説明する。

前記図３に示す底面反射波除去装置１３は、欠陥の検出に有害な底面反射波の指示模様を除去する装置である。この底面反射波除去装置１３では、ＴＯＦＤ法において、探触子４，５の配置から幾何学計算で得られる底面反射波が現れる位置近傍において、予め設定した閾値を超えるエコー（底面反射波）を検出し、そのエコーの立ち上がり位置（超音波エコーの零クロス位置）を求める。そして、この位置を底面反射波の開始位置とし、この位置よりも時間的に遅れて現れる超音波エコーの強度を０とすることにより底面反射波を除去有している。

底面反射波除去装置１３による具体的な処理としては、図７に示すように、探傷結果は検査対象物の厚み方向に相当する時間と超音波信号の強度で表され、底面からの反射波エコーの強度は非常に大きな強度を有している。そこで、このことに着目し、探触子の配置や板厚から算出される検査対象物の板厚相当の時間ｔｂ（底面）位置から、数ミリ（例えば、５ｍｍ）相当の時間Δｔだけさかのぼった、ｔｂ−Δｔ以降で、超音波エコーが予め設定した閾値強度ｐｂを超える位置ｔｃを求める。この位置ｔｃから、今度は表面方向（図の左方向）に超音波エコーの強度が０と交差する位置ｔｚを求める。そして、この０との交差位置ｔｚ（零クロス位置）から底面方向（図の右方向）の信号を検査対象物の底面反射波とみなし、ｔｚから底面方向の信号をすべて０とすることで底面反射波を除去するようにしている。このように底面反射波除去を実施すると、図８に示すように、図６の下部に表示されていた底面反射波６５が除去された画像となる。

前記図３に示す超音波信号補正装置１４は、検査対象物内を伝搬する超音波ビームの指向性及び欠陥までの距離を考慮して、超音波信号を増幅させ微弱な欠陥信号を強調する装置である。この超音波信号補正装置１４では、ＴＯＦＤ法において、検査体中を伝搬する超音波の減衰及び指向性によって低下する超音波の強度変化に従って、各伝播時間で同じ強度となるように計測した超音波信号を増幅させている。

この超音波信号補正装置１４による具体的な処理は、図９に示すよに、被検査体２の内部を伝播する超音波信号が、その指向性及び被検査体内の減衰により、超音波信号のエネルギーの強い交軸点２０（例えば、図１に示す超音波ｕ、回折波ｒｕの位置）の前後の深さ方向では信号強度は強く、交軸点２０から離れる浅い部分（図の左側）ではエネルギーが弱く、また深い部分（図の右側）ではエネルギーが弱いのと距離減衰により信号強度が弱くなるような特性を持っているので、図９に示した特性に従って、各伝播時間における超音波強度が同じとなるように信号強度の弱い部分（交軸点から浅い部分と深い部分）を増幅させて、被検査体２内の減衰が大きい部分からの欠陥信号を良好に検出できるようにする。なお、図９に示す特性は一例であり、この特性は被検査体２に応じて実験で求めることができる。

前記図３に示す合成開口装置１５は、深さを考慮した合成開口によって、走査して得られる欠陥部に発生する曲線状の指示模様を欠陥部に集中させ欠陥からの信号を強調する装置である。この合成開口装置１５では、ＴＯＦＤ法において、予め深さごとの曲線式を求めた後、この曲線式を用いて合成開口を行い曲線状の指示模様を欠陥部に集中させて欠陥の信号を増幅させている。これにより、欠陥位置の検出精度の向上及びＳ／Ｎ比を向上させている。

具体的には、図１０(a) に示すように、被検査体２内にある欠陥５１，５２，５３からの超音波信号は、照射する超音波が空間的に広がりを有しているため、移動させる送信探触子４及び受信深触子５が欠陥５１，５２，５３の直上に達するまで、及び達した後、実際の欠陥５１，５２，５３の深さｄｒより見かけ上深い位置ｄｉ（斜め方向距離）に欠陥が存在するかのように計測される。そのため、送信深触子４及び受信探触子５を被検査体２の表面上を走査させて得られる欠陥信号は、図１０(a) の下部に示すような曲線状の欠陥信号２１として計測される。そこで、図１０(b) に示すように、この曲線状の欠陥信号２１を曲線の頂点に集中させた欠陥信号２２とする手法として合成開口処理を行う。この合成開口処理を実施する方法として、一般に参照となる曲線を用いてフーリエ解析する方法等があるが、これらは計測された欠陥信号までの時間（又は距離、深さ）が一定であることが前提になっており、超音波探傷のように欠陥信号までの距離（深さ）が異なって曲線の形状が変化する場合には一つの参照となる曲線を用いてフーリエ変換する方法は適用することができない。そのため、図１１(a) に示すように、検査部３の直上からのずれ量（この例では、−３ｍｍ〜＋３ｍｍ）と計測深さｘとの関係から、被検査体２に応じた超音波伝播速度等を考慮して各ずれ量（−３ｍｍ〜＋３ｍｍ）の各サンプリングでの計測深さｘを計算し、図１１(b) に示すように、距離ごとに変化する曲線式の行列を探触子配置と信号が得られた位置から求めたテーブルとして作成しておく。そして、実際に計測された各欠陥信号２１に対して、各距離（この例では、−３ｍｍ〜＋３ｍｍ）に対応した信号を足し合わせることにより曲線の頂点に信号を集中させ、深さが異なる欠陥（反射源）でも良好に合成開口で信号を集中させた欠陥信号２２を得ることが可能となる。このような合成開口処理は、前記合成開口装置１５によって行われる。図１１(a) では、ｘ＝０．２とｘ＝３５．０の位置での数値を記載している。この合成開口処理を実施した超音波信号を画像として表示すると、図１２に示すような画像となり、欠陥信号６１，６２，６３がより明確に表示された画像となる。

前記図３に示すラテラル波除去装置１６は、欠陥の検出に有害な被検査体２の表面を伝搬するラテラル波の指示模様を除去する装置である。このラテラル波除去装置１６では、ＴＯＦＤ法において、走査方向の各位置で得られた超音波信号の平均値を、各位置で得られた超音波信号から減算することによって、欠陥の検出に妨害となるラテラル波を除去している。

このラテラル波除去装置１６による具体的なラテラル波除去としては、スキャンによって得られた超音波信号をすべて加算して、計測回数で割った平均値を参照信号とする。この参照信号を、それぞれの位置で得られた超音波信号から減算しラテラル波を除去している。図１３に示すように、ラテラル波除去を実施した超音波信号の画像には、図１２の上部に表示されていた検査対象物の表面を伝搬するラテラル波が消えた画像となる。

前記図３に示すウェーブレット処理装置１７は、ウェーブレット解析により材料ノイズを低減し、欠陥を強調する装置である。このウェーブレット処理装置１７では、ＴＯＦＤ法において、欠陥信号と類似する基底関数を用いてウェーブレット変換を行った後、欠陥信号を取り出すのに適したウェーブレット変換次数のみを使用して超音波信号を再構成させ、欠陥信号を強調している。

このウェーブレット処理装置１７によりウェーブレット解析（時間周波数解析）する具体的な材料ノイズ除去としては、被検査体２内に欠陥が存在した場合の欠陥信号と形状の類似する基底関数（例えば、ＣＯＥＦ５）を選択し、この基底関数を用いて５次のウェーブレット解析を行って、各次数の変換係数を得る。この得られた各次数の変換係数としては、例えば図１４の（イ）〜（ホ）に示すようなオシロ波形で表示できる。そして、この変換係数を用いて欠陥部を含む超音波信号を処理する。この処理した結果としては、図１４の（へ）〜（ヌ）に示すようなオシロ波形で表示される。このように表示されたオシロ波形から、最もＳ／Ｎ比が高く、欠陥位置も妥当な位置に現れているものを決定する。この例の場合、欠陥を設けた位置に最も近い位置で欠陥信号が表示されているのは図１４（ト）であり、変換係数としては図１４（ロ）に示した次数ｄ４が有効であることが分かる。なお、基底関数や次数、ウェーブレット解析を行う公式等は、公知の手段を用いればよく、被検査体２に応じて設定すればよい。

さらに、欠陥以外のノイズを除去するために、この次数ｄ４の変換係数を予め想定される強度（図１４の場合は、例えば、２０）で閾値処理を行い、新たな変換係数を求める。この変換係数を用いて欠陥を強調した結果が図１５に示すグラフであり、欠陥信号を明確に残しつつノイズを低減することができる。このようにウェーブレット解析を行った結果の画像は、図１６に示すように、欠陥信号６１，６２，６３の部分が大きく強調された画像となる。

この実施形態では、このウェーブレット処理装置１７による欠陥強調処理を行う前に、上述した底面反射波除去装置１３による処理と、超音波信号補正装置１４による処理、合成開口装置１５による処理、及びラテラル波除去装置１６による処理を行っているので、最も好ましい状態に欠陥信号が強調されている。なお、これらの装置１３〜１６による処理は、図２に示すように単独または複数を組合せて行うことによっても欠陥信号の強調が可能であり、被検査体２の材質や厚み等に応じて適宜組み合わせて処理し、その強調された信号に対してウェーブレット処理装置１７でウェーブレット解析を行って欠陥信号を強調するようにしてもよい。

前記図３に示すＳ／Ｎ比強調処理装置１８は、前記ウェーブレット処理装置１７でウェーブレット解析で処理を行った結果を閾値処理し、この処理した信号に前記ウェーブレット解析を行う前の信号を掛け合わし、Ｓ／Ｎ比を強調する装置である。このＳ／Ｎ比強調処理装置１８では、前記ウェーブレット解析をして得られたＳ／Ｎ比強調された超音波信号に対して、予め想定される強度で閾値処理を行って、欠陥個所の候補を抽出した信号とウェーブレット解析を行う前の超音波信号とを乗算することにより、欠陥部を強調し、Ｓ／Ｎ比を向上させている。

前記図３に示す欠陥抽出処理装置１９は、前記Ｓ／Ｎ比強調処理装置１８で処理された結果に対して閾値処理を行って欠陥を抽出する装置である。この欠陥抽出処理装置１９による具体的な処理としては、前記Ｓ／Ｎ比強調処理装置１８で処理してＳ／Ｎ比を向上させた信号に対して、予め想定される強度で閾値処理を行って欠陥を抽出する。なお、閾値は、被検査体２の材質や厚み等に応じて決定すればよい。

前記図１６に示すように欠陥信号を強調した場合、欠陥以外の信号が強調されている箇所もあり、欠陥部分での十分なＳ／Ｎ比が得られない場合がある。そこで、さらにＳ／Ｎ比を向上させる処理方法として、図１６に示す画像に対して、予め想定される強度で閾値処理を行って１及び０の二値化データとする。この閾値処理を行った超音波エコーを画像として表示したものが図１７に示す画像であり、超音波エコーの強い部分と弱い部分とが明確に示される。

そして、この閾値処理した図１７の画像信号と、前記図１３に示すウェーブレット解析を行う前の信号とを掛け合わせることにより、二値化して超音波エコー強度の大きな部分として示された部分（図１７の白色部分）をＳ／Ｎ比が向上した画像として得ることができる。この強調処理としては、例えば、超音波エコー強度の大きな部分（図１７の白色部分）を２倍にし、超音波エコー強度の小さい部分（図１７の灰色部分）を０．５倍にして表示するような処理が行われる。この実施形態では、探傷の妨害となるラテラル波や底面反射波を除去し、欠陥からの信号強度を高め、この処理を行うことによりノイズレベルを低くすることでＳ／Ｎ比の値を１０ｄＢ程度向上させることができる。このような処理を行うことにより、図１８に示すように、欠陥５１，５２，５３の大きさもほぼ判断できるような欠陥画像６１，６２，６３を得ることができ、欠陥５１，５２，５３の位置と大きさを迅速に把握することが可能となる。

図１９に示すように、前記図１８に示す画像のデータに対して予め想定される強度で閾値処理すると、図１９のように欠陥５１，５２，５３の部分のみを明確に表示することができるので、自動的に欠陥５１，５２，５３の有無を検出することも可能となる。

なお、前記装置１３〜１９は、上述した計測装置７内に備えられており、計測装置７を構成するコンピュータ等にこれらの装置の機能が備えられている。

以上のように、この実施形態の超音波探傷装置１によれば、底面反射波除去、減衰補正のための信号強度増幅、ラテラル波除去、合成開口処理方法による欠陥端部の指示模様の削除、ウェーブレット回折による材料内のノイズを除去する処理によって欠陥からの超音波信号強度を強調することができ、また、この実施形態では、このように欠陥を強調する処理を複数組み合わせて処理した結果に対して閾値処理を行い、欠陥候補像のみを抽出した信号に計測した超音波信号とを乗算することでＳ／Ｎ比を向上させるので、Ｓ／Ｎ比を向上させたＴＯＦＤ法の超音波エコー信号を得ることができ、不要な指示（擬似指示）まで評価する必要がなくなり検査時間の短縮が可能となる。しかも、上述した処理を行った探傷画像に対して、予め想定される強度以上の超音波信号のみを閾値処理で抽出するようにすれば、欠陥の自動的検出もできる。

なお、上述した実施形態では全ての処理を組み合わせて信号処理する例を示したが、上述したように、底面反射波除去と超音波信号補正と合成開口とラテラル波除去は単独でも複数を組み合わせて処理するように構成してもよく、上述した実施形態に限定されるものではない。

さらに、上述した実施形態は最良の実施形態の一例を示しており、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本願発明は、ＴＯＦＤ法による超音波探傷において欠陥エコーを容易に判定することができ、溶接継手等を探傷する欠陥抽出手法として好適な超音波探傷として利用することができる。

本願発明を適用するＴＯＦＤ法に係る超音波探傷装置の一実施形態を示す構成図である。本願発明の第１実施形態に係る超音波探傷装置に備えられた各装置を示すブロック図である。本願発明の第２実施形態に係る超音波探傷装置に備えられた各装置を示すブロック図である。本願発明の超音波探傷装置による超音波探傷方法で超音波探傷する被検査体の一例を示す図面であり、(a) は平面図、(b) は側面図、(c) はＡ−Ａ断面図である。被検査体を超音波探傷した計測生データを示すグラフである。図５に示す被検査体を超音波探傷した計測生データの画像の写真である。図５に示す計測生データに底面反射波除去処理を行う点を示したグラフである。図５に示す計測生データに底面反射波除去処理を行った画像の写真である。被検査体の深さ方向と超音波強度との関係を示すグラフである。合成開口処理の原理を示す図面であり、(a) は合成開口処理前のデータを示す模式図、(b) は合成開口処理後のデータを示す模式図である。合成開口処理するためのデータ取得例を示す図面であり、(a) はデータ取得位置を示す模式図、(b) は取得したデータ一覧表の図面である。図８に示す底面反射波除去処理を行ったデータに合成開口処理を行った画像の写真である。図１２に示す合成開口処理を行ったデータにラテラル波除去処理を行った画像の写真である。基底関数を用いて５次のウェーブレット解析した結果の変換係数と、該変換係数を用いて欠陥部を含む超音波信号を処理した結果とを示すオシロ波形の写真であり、（イ）〜（ホ）は変換係数、（ヘ）〜（ヌ）は結果を示している。図１４に示すデータに変換係数を用いて欠陥を強調したデータを示すグラフである。図１３に示すラテラル波除去処理を行ったデータにウェーブレット解析を行った画像の写真である。図１６に示すウェーブレット解析を行った画像の信号を閾値処理して二値化データとしたウェーブレット雑音処理の画像の写真である。図１７に示すウェーブレット雑音処理を行った二値化データに、前記図１３に示すラテラル波除去処理を行った信号とを掛け合わせてＳ／Ｎ強調処理を行った画像の写真である。図１８に示すＳ／Ｎ強調処理を行ったデータに欠陥抽出処理を行った画像の写真である。ＴＯＦＤ法の超音波探傷方法を示す図面であり、(a) は超音波探傷方法の一例を示す模式図であり、(b) はその探傷波形の模式図である。

符号の説明

１…超音波探傷装置
２…被検査体
３…溶接継手部
４…送信探触子
５…受信探触子
６…配線
７…計測装置
８…超音波送受信器
９…Ａ／Ｄ変換器
１０…記録装置
１１…信号処理装置
１２…表示装置
１３…底面反射波除去装置
１４…超音波信号補正装置
１５…合成開口装置
１６…ラテラル波除去装置
１７…ウェーブレット処理装置
１８…Ｓ／Ｎ強調処理装置
１９…欠陥抽出処理装置
２０…交軸点
２１…欠陥信号
２２…欠陥信号
５１，５２，５３…欠陥
６１，６２，６３…欠陥画像
６４…ラテラル波
６５…底面反射波
ｕ…超音波
ｒｕ…回折波

Claims

被検査体の検査部両側に送信探触子と受信探触子とを対称配置し、該送信探触子から被検査体内に超音波を送信して被検査体内からの超音波エコーを受信探触子で受信して検査部をＴＯＦＤ法によって走査する計測装置を設け、該計測装置に、前記被検査体内に欠陥が存在した場合の欠陥信号と類似するウエーブレット関数を用いてウェーブレット解析を行い、該ウェーブレット解析した結果から前記欠陥信号を取り出すのに適したウェーブレット解析次数を使用して前記受信探触子で受信した超音波エコーを再構成させて欠陥信号を強調するウェーブレット処理装置を具備させた超音波探傷装置に、
前記被検査体に応じて探触子の配置から幾何学計算で得られる底面反射波が現れる位置近傍で、予め設定した底面反射波の閾値を超える超音波エコーを検出し、該超音波エコーの立ち上がり位置よりも時間的に遅れて現れる超音波エコーの強度をゼロとすることにより底面反射波を除去する底面反射波除去装置と、
前記被検査体内を伝搬する超音波の減衰及び指向性によって低下する超音波強度の変化に従って、該被検査体の深さ方向における各伝播時間で同じ強度となるように、計測した超音波エコーを増幅させて微弱な信号を強調するようにした超音波信号補正装置と、
走査方向の超音波の広がりによって生じる曲線状の信号が現れる位置を、前記送信探触子と受信探触子の配置と走査位置から、予め被検査体の深さごとに対応した曲線式として求め、該曲線式を用いて合成開口処理を行うことにより探触子の走査方向に検出される曲線状の欠陥信号を頂点に集中させて増幅する合成開口装置と、
送信探触子と受信探触子との走査方向の各位置で得られた超音波信号の平均値を求め、前記各位置で得られた超音波信号から該平均値を減算することによってラテラル波を除去して欠陥信号を強調させるラテラル波除去装置とを具備させ、
前記底面反射波除去装置と超音波信号補正装置と合成開口装置とラテラル波除去装置のいずれか単独又は複数の組み合わせで欠陥信号を強調し、該強調した欠陥信号を前記ウェーブレット処理装置で強調する機能を前記計測装置に具備させた超音波探傷装置。