JP4839338B2 - 超音波探傷装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、非破壊検査法の一種である超音波探傷法を実施するための超音波探傷装置及び方法に係り、特に、アレイ型超音波センサを使用した超音波探傷装置及び方法に関する。

近年、各種構造材などを検査対象とした超音波探傷法では、フェーズドアレイ法や開口合成法などに代表されるように、検査対象内部を高精度に短時間で画像化して検査する探傷方法が開発されている（例えば、非特許文献１参照)。

まず、フェーズドアレイ法は、圧電振動素子を複数個配列した、いわゆるアレイ型超音波センサを使用し、各圧電振動素子から送信される超音波の波面が干渉し合成波面を形成して伝播していくという原理に基づいたものであり、従って、各圧電振動素子の超音波送信タイミングを遅延制御し、それぞれのタイミングをずらすことで、超音波の入射角度が制御でき、超音波を集束させることができる。

また、超音波の受信に際しても、各圧電振動素子で受信した反射超音波をずらして加算することで、送信時と同様、超音波の受信入射角度を制御したり、焦点を合わせて超音波を受信したりすることができる。

このフェーズドアレイ法としては、一次元アレイセンサの圧電振動子を直線的に走査するリニアスキャン方式や、超音波の送信と受信方向を扇状に変化させるセクタスキャン方式が一般的に知られている。また、圧電振動子が格子状に並んだ二次元アレイセンサを用いると、３次元的に任意の位置に焦点を合わせることができ、検査対象に合わせたスキャン方式が可能となる。何れの方式の場合も、超音波センサを動かすことなく超音波を高速にスキャンしたり、超音波センサを交換することなく超音波の入射角度や集束深さの位置を任意に制御したりすることができ、従って高速且つ高精度の検査が可能な技術である。

また、開口合成法は、検査対象内に波動が広く拡散するようにして超音波を送信し反射超音波信号を受信した場合、受信された反射超音波の音源となる欠陥の位置は、超音波を送信し受信した圧電振動素子の位置を中心とし、反射超音波の伝播距離を半径とした円弧上に存在するという原理に基づいたものである。このため、圧電振動素子の位置を順次変えて超音波の送信と受信を行い、各位置における受信波形を、電子計算機上で演算して円弧状に広げることにより、超音波反射源となる欠陥の存在位置に前記の円弧の交点が集中し、欠陥の位置を特定することができる。電子計算機での演算処理内容に付いては、非特許文献１に記載されているものである。

複数の圧電振動素子を配列したセンサを用いるこれらの方法では、センサを移動しなくても欠陥の反射超音波信号を３次元的に取得することが可能であるが、反射超音波信号から３次元的な反射位置を特定するためには、空間的に位置の異なる複数の反射強度分布の二次元画像から推定する方法や、反射強度分布を３次元データに変換した後に立体表示するなどして推定する。

例えばフェーズドアレイ法のリニアスキャンやセクタスキャンの場合には、既知の走査ピッチに対応した複数の二次元反射強度画像が取得できるため、画面上で順次画像を切り替えて表示することで、反射波が出現する方向を特定することができる。しかし、上記以外の任意の３次元的なスキャンに対してはこの方法では限界がある。

このような場合には複数の方向からの反射超音波信号に内挿処理などを施して３次元格子状のデータを作成し、これをボリュームレンダリングやサーフェスレンダリングといった方法で画像表示したりする。格子状のデータに変換せずに３次元的な点群として画像表示する方法もある。いずれも３次元探傷データとして保存しているため、測定後に検査者が任意の方向から３次元探傷データを確認することができる（例えば、非特許文献２参照)。

しかし、反射強度分布のピークが検査対象の端面や境界面での反射によるものか、欠陥での反射によるものかを、これらの３次元探傷データだけから判断するのは難しい。特に複雑な形状の検査対象の場合には形状に依存する反射超音波信号（形状エコー）が多数現れるため、熟練者でも判別は困難である。このため、検査対象の３次元形状データを３次元探傷データと一緒に表示するソフトウェアが開発されている。この二つのデータを重ね合わせて比較することにより、形状エコーと欠陥からのエコー（欠陥エコー）の判別が容易となる。３次元形状データとしては別途汎用のＣＡＤ（Computer Aided Design）で作成したデータを読込んで用いる場合が多い（例えば、非特許文献２参照)。

特開平６−１０２２５８号公報 近藤倫正、大橋由昌、実森彰郎 共著 ディジタル信号処理シリーズ１２巻 「計測・センサにおけるディジタル信号処理」 １４３頁〜１８６頁 １９９３年５月２０日 昭晃堂発行 Potts, A. ; McNab, A.; Reilly, D.; Toft, M., "Presentation and analysis enhancements of the NDT Workbench a software package for ultrasonic NDT data", REVIEW OF PROGRESS IN QUANTITATIVE NONDESTRUCTIVE EVALUATION; Volume 19, AIP Conference Proceedings, Volume 509, pp. 741-748 (2000)

しかしながら、通常は３次元探傷データと３次元形状データは別々の座標系で作られているため、これらを重ねて表示する場合には必ず表示位置の補正が必要となる。また、３次元探傷データの表示に用いる検査対象内の音速の理論値と実測値が異なることに起因する表示寸法の補正も必要となる。これらの補正が正しく行われないと３次元探傷データと３次元形状データの相関が確認できず、形状エコーと欠陥エコーの識別ができない。従来は検査者が表示装置に対して位置補正や音速補正に関する情報を入力し、あるいは直接３次元探傷データや３次元形状データを加工する等して、識別可能な状態になるまで補正作業を繰り返し行っていたが、これらの作業には多大な時間を要するという問題があった。

なお、２次元探傷データと２次元形状データを重ね合わせて表示することは、知られている（例えば、特許文献１の第６頁右欄第３４〜４０行参照）。特許文献１は、重ね合わせの具体的手法については記載してないが、原点座標を一致させることにより重ね合わせる旨の記載はある。しかしながら、一般に、２次元探傷データの原点と２次元形状データの原点は異なることが多く、単に、原点座標を一致させても両者を重ね合わせることはできないものである。また、特許文献１は、２次元の探傷データと形状データの重ね合わせに関するものであり、特許文献１の出願当時は３次元の探傷データを得る技術が無く、３次元の探傷データと形状データの重ね合わせについては知られていないものである。３次元の探傷データと形状データの重ね合わせには、２次元とは異なり、両者の傾きをも考慮する必要がある。

本発明の目的は、３次元探傷データと３次元形状データの表示位置合わせを容易にし、欠陥エコーと形状エコーの識別を迅速にできる超音波探傷装置及び方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の圧電振動子を備えた超音波センサと、該超音波センサの各圧電振動子に送信信号を供給するパルサーと、前記超音波センサの各圧電振動子素子から受信信号を入力するレシーバと、前記各圧電振動子毎に異なった遅延時間を前記送信信号と前記受信信号に設定する遅延制御部と、前記超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、前記データ収録部で収録した波形から検査対象に対する探傷結果である３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、前記検査対象の３次元形状データと前記３次元探傷データとを表示する３次元表示部とを有する超音波探傷装置であって、前記計算機は、前記３次元形状データと前記３次元探傷データの相対的な表示位置を補正する位置補正手段を備え、前記位置補正手段は、前記３次元探傷データ内の選択した点とそれに対応する前記３次元形状データ内の点とで定義されるベクトルを複数定義し、これらの複数のベクトルから求まる平均ベクトルに沿って前記３次元探傷データまたは前記３次元形状データの表示位置を前記平均ベクトルのノルムだけ移動し、前記３次元表示部に、前記３次元形状データと前記３次元探傷データとを重ねて表示するようにしたものである。
かかる構成により、３次元探傷データと３次元形状データの表示位置合わせを容易にし、欠陥エコーと形状エコーの識別を迅速にできるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記計算機は、前記３次元形状データと前記３次元探傷データの相対的な表示寸法を補正する寸法補正手段を備え、前記寸法補正機能は、前記３次元探傷データ内の選択した二点の座標間の距離の絶対値と、前記３次元形状データ内の選択した二点の距離の絶対値とが一致するように、前記３次元探傷データと前記３次元形状データの相対的な表示寸法を補正するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記位置補正手段は、前記３次元探傷データから複数の点を選択するにあたって、前記３次元探傷データに対して指定された範囲内にある前記３次元探傷データ内の点の内、前記データの強度が大きい順に前記３次元表示部に表示するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記計算機は、前記３次元探傷データと重ねて表示させる３次元形状データを作成するデータ作成手段を備えるようにしたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記計算機は、前記３次元探傷データの任意の位置の切断面を示す平面を、前記３次元探傷データと共に前記３次元表示部に表示するようにしたものである。

（６）上記目的を達成するために、本発明は、超音波センサで受信した複数の超音波波形から作成した３次元探傷データ内の選択した複数の点と、前記点の各々に対応した前記３次元形状データ内の選択した複数の点で定義される複数のベクトルから求まる平均ベクトルに沿って前記３次元探傷データまたは前記３次元形状データの表示位置を前記平均ベクトルのノルムだけ移動して表示するようにしたものである。
かかる方法により、３次元探傷データと３次元形状データの表示位置合わせを容易にし、欠陥エコーと形状エコーの識別を迅速にできるものとなる。

（７）上記（６）において、好ましくは、超音波センサで受信した複数の超音波波形から作成した３次元探傷データ内の選択した二点の座標間の距離の絶対値と、３次元形状データ内の選択した二点の座標間の距離の絶対値の総和が一致するように、前記３次元探傷データと前記３次元形状データの相対的な表示寸法を補正するようにしたものである。
（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、前記データ収録部で収録した波形から検査対象に対する探傷結果である３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、前記検査対象の３次元形状データと前記３次元探傷データとを表示する３次元表示部とを有する超音波探傷装置であって、前記計算機は、前記３次元形状データと前記３次元探傷データの相対的な表示位置を補正する位置補正手段を備え、前記位置補正手段は、前記３次元探傷データ内の選択した点とそれに対応する前記３次元形状データ内の点とで定義されるベクトルを複数定義し、これらの複数のベクトルから求まる平均ベクトルに沿って前記３次元探傷データまたは前記３次元形状データの表示位置を前記平均ベクトルのノルムだけ移動し、前記３次元表示部に、前記３次元形状データと前記３次元探傷データとを重ねて表示するようにしたものである。
かかる構成により、３次元探傷データと３次元形状データの表示位置合わせを容易にし、欠陥エコーと形状エコーの識別を迅速にできるものとなる。

本発明によれば、３次元探傷データと３次元形状データの表示位置合わせを容易にし、欠陥エコーと形状エコーの識別を迅速にできるものとなる。

以下、図１〜図１１を用いて、本発明の一実施形態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。
最初に、図１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成を示すシステムブロック図である。

本実施形態の超音波探傷装置は、検査対象１００に超音波を入射するアレイ型超音波センサ１０１と、送・受信部１０２と、受信信号及び探傷画像を表示する表示部１０３とから構成されている。

アレイ型超音波センサ１０１は、図示のように、基本的には超音波を発生し受信する複数個の圧電振動素子１０４で構成される。アレイ型超音波センサ１０１は、検査対象１００の探傷面に設置された後、送・受信部１０２から供給される駆動信号により超音波１０５を発生し、これを検査対象１００内に伝播させ、これにより現れる反射波を検知して受信信号を送・受信部１０２に入力する。

送・受信部１０２は、アレイ型超音波センサ１０１により超音波の送信と受信を行うものである。送・受信部１０２は、計算機１０２Ａと、遅延時間制御部１０２Ｂと、パルサー１０２Ｃと、レシーバ１０２Ｄと、データ収録部１０２Ｅと、マウス１０２Ｆと、キーボード１０２Ｇとを備える。パルサー１０２Ｃは駆動信号をアレイ型超音波センサ１０１に供給し、これにより、アレイ型超音波センサ１０１から入力される受信信号をレシーバ１０２Ｄが処理する。

計算機１０２Ａは、基本的には、ＣＰＵ１０２Ａ１と、ＲＡＭ１０２Ａ２と、ＲＯＭ１０２Ａ３とから構成されている。ＲＯＭ１０２Ａ３には、ＣＰＵ１０２Ａ１を制御するプログラムが書き込まれている。ＣＰＵ１０２Ａ１は、このプログラムに従ってデータ収録部１０２Ｅから必要とされる外部データを読込んだり、あるいは又ＲＡＭ１０２Ａ２との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理し、必要に応じて処理したデータをデータ収録部１０２Ｅへ出力する。

また、ＣＰＵ１０２Ａ１は、遅延時間制御部１０２Ｂとパルサー１０２Ｃとレシーバ１０２Ｄを制御し、必要な動作が得られるようにするものである。遅延時間制御部１０２Ｂは、パルサー１０２Ｃから出力される駆動信号のタイミングとレシーバ１０２Ｄによる受信信号の入力タイミングの双方を制御し、これによりフェーズドアレイ方式によるアレイ型超音波センサ１０１の動作が得られる。

ここにいうフェーズドアレイ方式によるアレイ型超音波センサ１０１の動作とは、超音波１０５の焦点深さと入射角度１０６を制御して超音波を送信し受信する動作のことであり、これによりレシーバ１０２Ｄからデータ収録部１０２Ｅに受信信号が供給されることになる。そこで、データ収録部１０２Ｅは、供給された受信信号を処理し、収録データとして収録すると同時に、計算機１０２Ａにデータを送る。これにより、計算機１０２Ａは、各圧電振動素子で得られた波形を遅延時間に応じて合成処理し、各超音波の入射角度ごとの波形に適当な内挿処理を施し、ピクセルと呼ばれる２次元正方格子を単位としたピクセル形式の２次元探傷データや、ボクセルと呼ばれる３次元立方格子を単位としたボクセル形式の３次元探傷データを作成し、それを画像化し表示部１０３に表示させる動作を実行する。

表示部１０３は、２次元探傷データを表示する２次元表示画面１０３Ｂと、３次元探傷データを表示する３次元表示画面１０３Ｃと、各圧電振動子の波形信号を表示する波形表示画面１０３Ａとを備えている。なお、図１には、表示部１０３は一つしか示していないが、波形表示画面１０３Ａと、２次元表示画面１０３Ｂと、３次元表示画面１０３Ｃとは、複数の表示部に分担させて表示してもよいものである。

表示部１０３上の３次元表示画面１０３Ｃには、３次元探傷データが表示される。このとき、計算機１０２Ａに接続されたマウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇを用いた入力により、任意の表示寸法で表示することができる。表示寸法を変えるための拡大率は、検査者がキーボード１０２Ｇから数値入力することができる。また、マウス１０２Ｆとキーボード１０２Ｇからの入力により表示色や透明度も任意に変えることができる。表示色は反射強度に応じて変えることが可能である。この場合の表示色パターンは複数準備してあり、検査者が用途に応じて選択できる。

なお、これらの３次元描画アルゴリズムは、例えばグラフィックス・アプリケーション向けの業界標準のグラフィックス・アプリケーション・プログラミング・インタフェース（グラフィックスＡＰＩ）であるＯｐｅｎＧＬ（登録商標）やＤｉｒｅｃｔＸ（登録商標）というライブラリの中で実現されており、これらのグラフィックスＡＰＩをプログラム中で用いて、表示する物体の形状や視点、表示位置などの必要な情報を与えればディスプレイ上の任意の位置に、任意の色、透明度、大きさで３次元形状を描画することが容易にできる。

また、３次元表示画面１０３Ｃには、検査対象１００の形状を表す３次元形状データが３次元探傷データと同時に表示される。３次元形状データは、計算機１０２Ａの外部から読込まれる。また、マウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇを用いて、検査者が３次元表示画面１０３Ｃ上で作成することもできる。作成操作の詳細は、図７を用いて後述する。

特に、検査対象１００のＣＡＤ（Computer Aided Design）データが存在している場合には、これを読込んで表示させることができる。ＣＡＤデータのフォーマットは、市販のＣＡＤソフトウェアで入出力可能なデータ形式となっている。例えば多くのＣＡＤソフトウエァで読込み・出力可能なＳＴＬ（STereoLithography）形式を使用する。ＳＴＬ形式は、物体の表面を多数の三角形の集合で表現したものであり、ＳＴＬファイル内にはこれらの三角形の面法線ベクトルと３つの頂点の座標値が書き込まれている。グラフィックスＡＰＩを用いてＳＴＬ形式のファイルから３次元形状データ２０２を表示させることは、複数の三角形を描画することで容易に実現できる。

また、複数の３次元形状データを同時に３次元表示画面１０３Ｃに表示することもできる。選択された３次元形状データは、計算機１０２Ａに接続されたマウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇからの入力により、３次元探傷データとは独立して、それぞれ任意の視点で、任意の位置に、任意の寸法で表示することができる。

また、検査者は、マウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇを用いた入力により表示色や透明度も３次元探傷データとは独立してそれぞれ任意に変えることができる。これにより３次元形状データと３次元探傷データが重なっていても検査者が見易いような表示にすることができる。また、必要に応じて３次元形状データの表示・非表示を切り替えることもできる。

通常は、３次元探傷データと３次元形状データの座標系は異なるため、これらを重ねて表示した初期状態では双方は、全く異なる位置に表示される。超音波入射位置などの初期情報を与えた場合でも、例えば検査対象内の音速が実測値と理論値で若干異なることなどにより、表示に関する位置や寸法の補正作業が必要である。

既に述べたように、３次元探傷データと３次元形状データは、それぞれ独立して任意の位置に任意の表示寸法で表示できるため、検査者が試行錯誤して３次元探傷データと３次元形状データが所望の相対的な位置や表示寸法になるように調整することもできる。しかし、この作業には時間と手間がかかるため、以下に述べる位置補正機能と寸法補正機能を用いると作業が非常に容易となる。

次に、図２〜図４を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの位置補正方法について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの位置補正方法の処理内容を示すフローチャートである。図３及び図４は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの位置補正方法の説明図である。

位置補正方法とは、３次元形状データと３次元探傷データの相対的な位置が、両者が重なるような所望の状態にするための機能である。

図２のステップＳ１において、検査者は、基準点を指定する。例えば、図３に示すような、３次元探傷データ２０１の中の任意の点２０１Ａの座標が３次元形状データ２０２内の任意の点２０２Ａの座標と一致するように３次元探傷データ２０１を平行移動させたい場合、検査者は、まずマウス１０２Ｆで３次元表示画面１０３Ｃを見ながら基準点２０１Ａと基準点２０２Ａを選択する。

３次元表示画面１０３Ｃ上での点の選択は、次のようにして行う。まずマウス１０２Ｆで３次元表示画面１０３Ｃ上で３次元探傷データ２０１上の第一の基準点としたい位置をクリックした後、斜め方向にドラッグすると、矩形の領域が選択される。その矩形領域に描かれている３次元探傷データ２０１に含まれる点がそれぞれの識別番号を持って計算機のＲＡＭ１０２Ａ２に読込まれる。なお、識別番号は、矩形領域に含まれる探傷データの内、データ点の絶対値が大きい順（強度の大きいものから小さいものの順）に番号を付与する。

図２のステップＳ２において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、微小領域内に含まれる点が複数ある場合は、これらの複数の点の内の第１の点を、候補点として３次元表示画面１０３Ｃ表示する。

そして、ステップＳ３において、候補点は、検査者が、マウス１０２Ｆまたはキーボード１０２Ｇの入力で指示し、所望のデータ点でない場合には、ステップＳ２に戻り、次の候補点を、識別番号の順に画面上に順次色が変わって表示する。

所望の点が候補として表示された時点で、ステップＳ４において、検査者はマウス１０２Ｆまたはキーボード１０２Ｇの入力により点を決定する。

次に、図２のステップＳ５において、他の基準点があるか否かを判定する。ここでは、３次元形状データ２０２に含まれる第１の基準点も選択する必要があるため、ステップＳ１〜Ｓ４の処理により、図３の探傷データ２０１における第１の基準点２０１Ａに対応する、３次元形状データ２０２における第１の基準点２０２Ａを選択し、決定する。例えば、３次元形状データ２０２がＳＴＬ形式である場合は、選択される点は３次元形状データ２０２を構成する三角形の頂点のいずれかとなる。選択された点の識別番号や位置情報をＲＡＭ１０２Ａ２に読込むアルゴリズムは既にＯｐｅｎＧＬ等のグラフィックスＡＰＩで実現されており、そこで提供されている関数を使えば容易に実現できる。

さらに、本実施形態では、探傷データ２０１及び３次元形状データ２０２において、それぞれ少なくとも２つの基準点を用いるようにしているため、探傷データ２０１における第２の基準点２０１Ｂに対応する、３次元形状データ２０２における第２の基準点２０２Ｂを選択し、決定する。

ここで、選択する基準点は、例えば、３次元探傷データ２０１上の超音波入射点２０１Ｂと３次元形状データ２０２上のセンサ設置点（超音波入射位置）２０２Ｂであったり、点２０１Ａのような３次元探傷データ２０１上の原因が既知の形状エコーのピーク点およびその周囲の点と、点２０２Ａのような３次元形状データ２０２の端面上の点などである。その他、例えば、図３に示したような、３次元探傷データ２０１上の基準点２０１Ｃ、基準点２０１Ｄと、３次元形状データ２０２上の基準点２０２Ｃ、基準点２０２Ｄなども基準点として用いることができる。基準点の数が増えるほど、３次元探傷データと３次元形状データとをより一致させることができる。

対応する基準点の組み合わせは、自動的に、基準点２０１Ａと基準点２０２Ａ、および基準点２０１Ｂと基準点２０２Ｂ、および基準点２０１Ｃと基準点２０２Ｃ、および基準点２０１Ｄと基準点２０２Ｄと設定される。この時、選択された基準点は、３次元表示画面１０３Ｃ上で色が変わって表示される。

次に、図２のステップＳ６において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、これらの複数の基準点から３次元探傷データの移動ベクトルを算出する。ここで、３次元探傷データ２０１上の点と３次元形状データ２０２上の対応する点の組み合わせがＮ個あり、i番目の組み合わせの点の座標をそれぞれ（Ｘi1、Ｙi1、Ｚi1）、（Ｘi２、Ｙi２、Ｚi２）とすると、移動ベクトルは各組み合わせから求めた移動ベクトルの平均となり、以下の式（１）で求まる。

次に、ステップＳ７において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、３次元探傷データ２０１を式（１）に基づく移動ベクトルだけ、平行及び回転移動させ、図４に示すように、移動後の位置に再描画する。なお、３次元形状データ２０２を移動させるようにしてもよいものである。

次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの寸法補正方法について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの寸法補正方法の処理内容を示すフローチャートである。図６は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの寸法補正方法の説明図である。

図２〜図４にて説明した位置補正機能だけでは３次元探傷データ２０１と３次元形状データ２０２の一致が不十分な場合には、寸法補正機能を用いる。

例えば、図６に示すように、３次元探傷データ２０１内の基準点２０１Ｂと基準点２０１Ｄの間の距離と、それに対応した３次元形状データ２０２内の基準点２０２Ｂと基準点２０２Ｄの間の距離とが一致するように３次元探傷データ２０１の表示寸法を変更したい場合について説明する。

図５のステップＳ１１〜Ｓ１５の処理内容は、図２のステップＳ１〜Ｓ５と同様である。

そこで、図５のステップＳ１１〜Ｓ１５により、検査者は、マウス１０２Ｆで３次元表示画面１０３Ｃ上の、３次元探傷データ２０１内の二点及び、３次元形状データ２０２内の二点の順番で選択する。

なお、３次元探傷データ２０１内、３次元形状データ２０２内での選択の順番は任意で構わない。この時、選択された基準点は、３次元表示画面１０３Ｃ上で色が変わって表示される。選択する基準点は、例えば、３次元探傷データ２０１上の超音波入射点２０１Ｂと３次元形状データ２０２上のセンサ設置点２０２Ｂであったり、基準点２０１Ｄのような３次元探傷データ２０１上の原因が既知の形状エコーのピーク点およびその周囲の点と、基準点２０２Ｄのような３次元形状データ２０２の端面上の点などである。

次に、ステップＳ１６において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、これらの基準点から、３次元探傷データの拡大率を算出する。例えば、点２０１Ｂの座標を（Ｘ１Ｂ、Ｙ１Ｂ、Ｚ１Ｂ）、点２０１Ｄの座標を（Ｘ１Ｄ、Ｙ１Ｄ、Ｚ１Ｄ）、また点２０２Ｂの座標を（Ｘ２Ｂ、Ｙ２Ｂ、Ｚ２Ｂ）、点２０２Ｄの座標を（Ｘ２Ｄ、Ｙ２Ｄ、Ｚ２Ｄ）とすると、拡大率は、以下の式（２）で求まる。

次に、ステップＳ１７において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、３次元探傷データ２０１を式（２）で示した拡大率だけ補正された寸法で、再描画する。なお、逆に、３次元形状データ２０２を式（２）の拡大率の逆数の縮小率で補正して、再表示してもよいものである。

次に、図７〜図９を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による３次元形状データの作成方法について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元形状データの作成方法の処理内容を示すフローチャートである。図８及び図９は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元形状データの作成方法の説明図である。

前述のように、３次元形状データ２０２は、計算機１０２Ａの外部から読込むのではなく、検査者がマウス１０２Ｆやキーボード１０２Ｇの操作により３次元表示画面１０３Ｃを見ながら計算機１０２Ａ上で作成することもできる。

図７のステップＳ２１において、検査者は、操作画面上で表示させたい基本図形を選択する。基本図形は、例えば平面、立法体、直方体、球、円錐、円筒などがある。

次に、ステップＳ２２において、検査者は、基本図形の寸法を入力する。寸法は、任意の数値を入力することが可能である。

そして、ステップＳ２３において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、選択した基本図形を、３次元表示画面１０３Ｃの初期位置に描画する。なお、初期位置はどこでも構わない。

描画された後、前述の位置補正機能や寸法補正機能により、基本図形と３次元探傷データ２０１との相対的な位置や寸法を所望の状態に合わせる。複数の基本図形に対してこれらの操作を順次繰り返すことにより、検査対象１００の外形をある程度形成することができる。もちろん、描画するのは検査対象の探傷面や底面や側面といった代表的な部分だけでもよいものである。

なお、ＯｐｅｎＧＬ等のグラフィックスＡＰＩには平面、立法体、直方体、球、円錐、円筒といった図形を描画する機能が備わっているため、これらの図形描画はグラフィックスＡＰＩを使用すれば容易に実現できる。

このとき、図８に示すように、３次元表示画面１０３Ｃは、３次元探傷データ２０１の座標系の二軸に平行な平面、例えばＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面、Ｚ−Ｘ平面の反射強度分布を表示させる断面表示画面３０４を持っており、断面表示画面３０４にはＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面、Ｚ−Ｘ平面の反射強度分布を表示する画面３０１Ａ、画面３０２Ａ、画面３０３Ａがある。このとき、図９に示すように、これらの平面の位置を示す平面３０１Ｂ、３０２Ｂ、３０３Ｂが３次元表示画面１０３Ｃ上に３次元探傷データ２０１と３次元形状データ２０２と共に表示される。これにより検査者はどの部分の断面を表示しているかの確認が容易になる。

また、３次元探傷データの任意の位置の切断面を示す平面が、３次元探傷データと共に３次元表示部に表示されるため、３次元探傷データを前記３次元形状データと照らし合わせて形状エコーか欠陥エコーかを判別する作業が効率良く行われ、検査対象に対する欠陥の位置を容易に迅速に特定できる。

例えば、３次元探傷データがボクセル形式の場合は、データ構造がＸ，Ｙ，Ｚ軸に沿って等間隔となっているため、Ｘの値をボクセル単位で指定することにより、そのＸに対応するＹ−Ｚ平面の反射強度分布、すなわちボクセル値の分布は容易に求まる。同様にＹの値を指定してＺ−Ｘ平面や、Ｚの値を指定してＸ−Ｙ平面の反射強度分布も容易に求まる。図９に示すような平面３０１Ｂ、３０２Ｂ、３０３ＢはＯｐｅｎＧＬ等のグラフィックスＡＰＩの平面描画機能を用いれば容易に表示できる。

次に、図１０を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による任意の２点間の距離計測方法について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による任意の２点間の距離計測方法の処理内容を示すフローチャートである。

図８において、断面表示画面３０４では、検査者が計算機１０２Ａに接続されたマウス１０２Ｆで任意の二点、例えば点３０５Ａと点３０５Ｂを指定することにより、その二点間の距離３０６が断面表示画面３０４上に３０６の位置のような指定した点の近傍に表示される。点３０５Ａと点３０５Ｂの指定方法は、前述のＯｐｅｎＧＬ等のグラフィックスＡＰＩを用いて３次元探傷データや３次元形状データの点を指定する方法と同様である。

図１０のステップＳ３１において、検査者は、マウス１０２Ｆで画面３０１Ａ上で点３０５Ａの位置をクリックする。

すると、ステップＳ３２において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、クリックした点を含むある面積を持った微小領域内に含まれるピクセルの内、最もクリックした座標に近い点を、計算機のＲＡＭ１０２Ａ２に読込む。

同様にして、ステップＳ３３，Ｓ３４において、点３０５Ｂを選択し、その座標を読み込む。

次に、ステップＳ３５において、ＣＰＵ１０２Ａ１は、選択された二点の座標から距離を算出し、ステップＳ３６において、画面に表示する。

なお、これらの処理は、図８の画面３０２Ａまたは画面３０３Ａでも同様である。

次に、図１１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の他の構成について説明する。
図１１は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の他の構成を示すシステムブロック図である。

図１に示した例は、フェーズドアレイ法によって３次元探傷データが得られた場合を示しているが、本発明はフェーズドアレイ以外の方法，例えば、開口合成法によって得られた３次元探傷データにも適用できる。

図１１は、開口合成法による超音波探傷装置の構成を示している。

本例の超音波探傷装置は、検査対象１００に超音波を入射するアレイ型超音波センサ１０１と、送・受信部１０２と、受信信号及び探傷画像を表示する表示部１０３とから構成されている。

アレイ型超音波センサ１０１は、図示のように、基本的には超音波を発生し受信する複数個の圧電振動素子１０４で構成される。アレイ型超音波センサ１０１は、検査対象１００の探傷面に設置された後、送・受信部１０２から供給される駆動信号により超音波１０５Ｂを発生し、これを検査対象１００内に伝播させ、これにより現れる反射波を検知して受信信号を送・受信部１０２に入力する。

アレイ型超音波センサ１０１の個々の圧電振動素子１０４は、駆動信号制御部からパルサーを介して発せられる駆動信号により所要のタイミングで順次駆動され、圧電振動素子１０４から発生された超音波の反射波を、複数の圧電振動素子１０４で２次元的に受信し、受信信号は送・受信部１０２のレシーバ１０２Ｄに入力される。

すなわち、アレイ型超音波センサ１０１の個々の圧電振動素子１０４は、圧電振動素子１０４の総数分の反射波をそれぞれ受信することになる。

レシーバ１０２Ｄに入力された信号は、順次、データ収録部１０２Ｅに収録データとして収録され、収録データを用いて計算機１０２Ａは各圧電振動素子１０４で得られた波形を開口合成によって３次元画像化処理し、表示部１０３に表示される。

計算機１０２Ａは、基本的にはＣＰＵ１０２Ａ１と、ＲＡＭ１０２Ａ２と、ＲＯＭ１０２Ａ３とから構成されている。ＲＯＭ１０２Ａ３には、ＣＰＵ１０２Ａ１を制御するプログラムが書き込まれており、ＣＰＵ１０２Ａ１は、このプログラムに従ってデータ収録部１０２Ｅから必要とされる外部データを読込んだり、あるいは又ＲＡＭ１０２Ａ２との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理し、必要に応じて処理したデータをデータ収録部１０２Ｅへ出力する。

計算機１０２Ａによる開口合成で生成された３次元探傷データ２０１を３次元形状データ２０２と共に表示し処理する方法は、図２〜図１０にて説明した方法と同様の方法である。

以上説明したように、本実施形態によれば、３次元形状データと３次元探傷データの相対的な表示位置を補正する位置補正機能を備えることで、３次元探傷データを３次元形状データと照らし合わせて形状エコーか欠陥エコーかを判別する作業が効率良く行われ、検査対象に対する欠陥の位置を容易に迅速に特定できる。

また、３次元形状データと３次元探傷データの相対的な表示寸法を補正する寸法補正機能を備えることで、３次元探傷データを３次元形状データと照らし合わせて形状エコーか欠陥エコーかを判別する作業が効率良く行われ、検査対象に対する欠陥の位置を容易に迅速に特定できる。

また、指定した範囲内にある３次元探傷データ内のデータ点の位置を、データ点の絶対値が大きい順に３次元表示部に表示することで、補正を行うための座標指定が容易となり、３次元探傷データを３次元形状データと照らし合わせて形状エコーか欠陥エコーかを判別する作業が効率良く行われ、検査対象に対する欠陥の位置を容易に迅速に特定できる。

また、３次元形状データを作成するデータ作成手段を備えることで、３次元探傷データを３次元形状データと照らし合わせて形状エコーか欠陥エコーかを判別する作業が効率良く行われ、検査対象に対する欠陥の位置を容易に迅速に特定できる。

また、３次元探傷データの任意の位置の切断面を示す平面が、３次元探傷データと共に３次元表示部に表示されるため、３次元探傷データを前記３次元形状データと照らし合わせて形状エコーか欠陥エコーかを判別する作業が効率良く行われ、検査対象に対する欠陥の位置を容易に迅速に特定できる。

本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの位置補正方法の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの位置補正方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの位置補正方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの寸法補正方法の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元探傷データと３次元形状データの寸法補正方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元形状データの作成方法の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元形状データの作成方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による３次元形状データの作成方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置による任意の２点間の距離計測方法の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波探傷装置の他の構成を示すシステムブロック図である。

符号の説明

１００…検査対象
１０１…アレイ型超音波センサ
１０２…送・受信部
１０２Ａ…計算機
１０２Ａ１…ＣＰＵ
１０２Ａ２…ＲＡＭ
１０２Ａ３…ＲＯＭ
１０２Ｂ…遅延時間制御部
１０２Ｃ…パルサー
１０２Ｄ…レシーバ
１０２Ｅ…データ収録部
１０２Ｆ…マウス
１０２Ｇ…キーボード
１０３…表示部
１０３Ａ…波形表示部
１０３Ｂ…２次元表示画面
１０３Ｃ…３次元表示画面
１０４…圧電振動素子
１０５、１０５Ｂ…超音波
１０６…入射角度
２０１…３次元探傷データ
２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ…データ点
２０２…３次元形状データ
２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄ…データ点
２０３…座標系
２０４…指定３次元領域
２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ…選択候補点
３０１Ａ…Ｚ−Ｘ平面表示画面
３０２Ａ…Ｙ−Ｚ平面表示画面
３０３Ａ…Ｘ−Ｙ平面表示画面
３０４…断面表示画面
３０５Ａ、３０５Ｂ…点
３０６…二点間距離表示
３０７…外形
３０８…任意平面

Claims (8)

1. 複数の圧電振動子を備えた超音波センサと、該超音波センサの各圧電振動子に送信信号を供給するパルサーと、前記超音波センサの各圧電振動子素子から受信信号を入力するレシーバと、前記各圧電振動子毎に異なった遅延時間を前記送信信号と前記受信信号に設定する遅延制御部と、前記超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、前記データ収録部で収録した波形から検査対象に対する探傷結果である３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、前記検査対象の３次元形状データと前記３次元探傷データとを表示する３次元表示部とを有する超音波探傷装置であって、
   前記計算機は、前記３次元形状データと前記３次元探傷データの相対的な表示位置を補正する位置補正手段を備え、
   前記位置補正手段は、前記３次元探傷データ内の選択した点とそれに対応する前記３次元形状データ内の点とで定義されるベクトルを複数定義し、これらの複数のベクトルから求まる平均ベクトルに沿って前記３次元探傷データまたは前記３次元形状データの表示位置を前記平均ベクトルのノルムだけ移動し、前記３次元表示部に、前記３次元形状データと前記３次元探傷データとを重ねて表示することを特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記計算機は、前記３次元形状データと前記３次元探傷データの相対的な表示寸法を補正する寸法補正手段を備え、
   前記寸法補正機能は、前記３次元探傷データ内の選択した二点の座標間の距離の絶対値と、前記３次元形状データ内の選択した二点の距離の絶対値とが一致するように、前記３次元探傷データと前記３次元形状データの相対的な表示寸法を補正することを特徴とする超音波探傷装置。
3. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記位置補正手段は、前記３次元探傷データから複数の点を選択するにあたって、前記３次元探傷データに対して指定された範囲内にある前記３次元探傷データ内の点の内、前記データの強度が大きい順に前記３次元表示部に表示することを特徴とする超音波探傷装置。
4. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記計算機は、前記３次元探傷データと重ねて表示させる３次元形状データを作成するデータ作成手段を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
5. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記計算機は、前記３次元探傷データの任意の位置の切断面を示す平面を、前記３次元探傷データと共に前記３次元表示部に表示することを特徴とする超音波探傷装置。
6. 超音波センサで受信した複数の超音波波形から作成した３次元探傷データ内の選択した複数の点と、前記点の各々に対応した前記３次元形状データ内の選択した複数の点で定義される複数のベクトルから求まる平均ベクトルに沿って前記３次元探傷データまたは前記３次元形状データの表示位置を前記平均ベクトルのノルムだけ移動して表示することを特徴とする超音波探傷方法。
7. 請求項６に記載の超音波探傷方法において、さらに、
   超音波センサで受信した複数の超音波波形から作成した３次元探傷データ内の選択した二点の座標間の距離の絶対値と、３次元形状データ内の選択した二点の座標間の距離の絶対値の総和が一致するように、前記３次元探傷データと前記３次元形状データの相対的な表示寸法を補正することを特徴とする超音波探傷方法。
8. 超音波センサで受信した超音波波形を収録するデータ収録部と、前記データ収録部で収録した波形から検査対象に対する探傷結果である３次元探傷データを生成する画像処理用の計算機と、前記検査対象の３次元形状データと前記３次元探傷データとを表示する３次元表示部とを有する超音波探傷装置であって、
   前記計算機は、前記３次元形状データと前記３次元探傷データの相対的な表示位置を補正する位置補正手段を備え、
   前記位置補正手段は、前記３次元探傷データ内の選択した点とそれに対応する前記３次元形状データ内の点とで定義されるベクトルを複数定義し、これらの複数のベクトルから求まる平均ベクトルに沿って前記３次元探傷データまたは前記３次元形状データの表示位置を前記平均ベクトルのノルムだけ移動し、前記３次元表示部に、前記３次元形状データと前記３次元探傷データとを重ねて表示することを特徴とする超音波探傷装置。

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