JP7233646B2 - 超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラム - Google Patents

超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラムに関する。
従来、超音波信号により検査対象物をスキャンし、検査対象物について種々の検査を行う検査方法に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、複数の探触子を用いたフルマトリックス捕捉（ＦＭＣ：ＦＵＬＬ Ｍａｔｒｉｘ Ｃａｐｔｕｒｅ）スキャンにより検査対象物としての導管を超音波信号でスキャンしたデータを取得し、取得したデータをトータルフォーカス法（ＴＦＭ：Ｔｏｔａｌ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）などの波形合成処理法を用いて処理して、スキャン範囲における導管を描画し、導管の肉厚を検査する手法が開示されている。
特許第６２２４５９４号公報
上記特許文献１に記載の手法は、導管の肉厚を検査するための手法であり、導管の表面（超音波検査用のプローブから近い面および遠い面）の位置を、上述したＦＭＣ／ＴＦＭによるデータ収集、処理により特定している。しかしながら、導管の表面位置を特定するため、キャニーエッジによる検出法、エッジの膨張、細線化の処理、誤認識ピクセルのトリミング、水平端部近似処理といった複数の処理を行っているため、計算に要する時間が長くなってしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検査対象物について超音波検査を行う検査方法について、処理の計算負荷を低減させることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査方法であって、超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップとを備え、前記データ合成ステップは、前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップとを含むことを特徴とする。
この構成により、検査対象物の全体ではなく、表面を含む画像を作成し、作成した画像から最大のピクセル強度を示すピクセルを抽出するだけで、検査対象物の表面形状を特定することができる。そのため、検査対象物の表面形状の特定に複雑な処理を要さない。
また、前記一次描画ステップは、前記検査対象物の表面が含まれる範囲を予め規定した所定範囲において、前記画像を描画することが好ましい。
この構成により、検査対象物の表面とは異なる位置（すなわち検査対象物の内部）から反射した超音波信号を除外して表面を含む画像を作成することができるため、計算精度を向上させることが可能となる。
また、前記形状特定ステップは、前記ピクセル強度が最大となる前記ピクセルのうち、前記ピクセル強度が所定の閾値以上であるものを抽出することが好ましい。
この構成により、ピクセル強度が所定の閾値未満となる検査対象物の表面については、超音波信号が複数の探触子の範囲外に反射して検査対象物の内部には入射しなかった位置であると推定し、この表面位置を表面形状の特定から除外することができる。その結果、特定した表面形状を用いた後の処理の際に、必要のない表面形状の位置データを用いることなく、処理を実行することができるため、計算負荷をさらに低減させることが可能となる。
また、前記データ合成ステップは、前記形状特定ステップで特定した前記表面形状のうち、前記探触子から任意の前記ピクセルまでの超音波信号の伝播時間が最小となる位置を算出し、算出した前記表面形状の位置を通る経路を超音波信号の伝播経路とする経路算出ステップと、前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータについて、前記経路算出ステップで算出した前記伝播経路に基づいて、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルを一致させて振幅値を合成する振幅値合成ステップとをさらに備えることが好ましい。
この構成により、各探触子から発信された超音波信号が検査対象物の内部で反射した（振幅値が増大した）タイミングおよび位置を一致させて振幅値を合成した超音波信号の反射波形の結果を得ることができる。それにより、検査対象物の内部欠陥の位置を検出することができる。また、データ収集ステップにおいて取得した超音波信号のデータ群を用いることで、検査対象物の表面形状を特定した後、連続的に処理を行うことができるため、検査のリアルタイム性を向上させることが可能となる。
また、前記形状特定ステップで特定した前記表面形状に沿って、前記複数の探触子の配列方向に沿って形成される超音波信号の送受信面を湾曲させ、前記データ収集ステップ、前記一次描画ステップおよび前記形状特定ステップを再び実行することが好ましい。
この構成により、形状特定ステップで特定した検査対象物の表面形状に沿って、複数の探触子の送受信面を湾曲させるため、端部に配置される探触子において、より多くの超音波信号の反射波を捕捉することができる。その結果、再び実行される形状特定ステップにおいて、表面形状の端部における形状をより精度良く特定することが可能となる。
また、前記形状特定ステップは、前記延在方向と直交する方向にそって前記ピクセル強度を連続値とし、前記連続値に微分フィルタを施した値に基づいて、前記ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、前記微分フィルタは、前記表面が形成する凹凸面の端部では、中央部に比べて、より感度の高い微分フィルタであることが好ましい。
この構成により、表面形状の端部において、ピクセル強度の連続値に、より感度の高い微分フィルタを施した値に基づいて、ピクセル強度が最大となるピクセルを精度良く特定することができる。その結果、検査対象物の表面形状をより精度良く特定することが可能となる。
また、前記一次描画ステップは、前記ピクセルごとに、最も強い超音波信号を送受信した前記探触子の座標と前記最も強い超音波信号の送受信時間とに基づいて、前記検査対象物の前記表面の傾斜角を推定し、前記ピクセルごとに、推定した前記傾斜角に基づいて超音波信号の前記表面に対する入射角および反射角を算出し、前記入射角と前記反射角とが近似する超音波信号のデータに強調補正をかけて、前記画像を描画することが好ましい。
この構成により、一つの探触子から送信されて他の探触子で受信した超音波信号のうち、検査対象物の表面に対する入射角および反射角が近似する超音波信号、すなわち強い超音波信号を特定することができる。そして、特定した強い超音波信号のデータに強調補正をかけて画像を作成することができる。その結果、一次描画ステップにおいて、検査対象物の表面をより精度良く描画することができ、後の形状特定ステップにおいて、表面形状をより精度良く特定することが可能となる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査装置であって、超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子と、前記複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集処理と、前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成処理を実行する演算処理部とを備え、前記演算処理部は、前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画処理と、前記一次描画処理で描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定処理とを実行することを特徴とする。
この構成により、検査対象物の全体ではなく、表面を含む画像を作成し、作成した画像から最大のピクセル強度を示すピクセルを抽出するだけで、検査対象物の表面形状を特定することができる。そのため、検査対象物の表面形状の特定に複雑な処理を要さない。
また、前記演算処理部は、前記形状特定処理で特定した前記表面形状のうち、前記探触子から任意の前記ピクセルまでの超音波信号の伝播時間が最小となる位置を算出し、算出した前記表面形状の位置を通る経路を超音波信号の伝播経路とする経路算出処理と、前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータについて、前記経路算出処理で算出した前記伝播経路に基づいて、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルを一致させて振幅値を合成する振幅値合成処理とをさらに実行することが好ましい。
この構成により、各探触子から発信された超音波信号が検査対象物の内部で反射した（振幅値が増大した）タイミングおよび位置を一致させて振幅値を合成した超音波信号の反射波形の結果を得ることができる。それにより、検査対象物の内部欠陥の位置を検出することができる。また、データ収集ステップにおいて取得した超音波信号のデータ群を用いることで、検査対象物の表面形状を特定した後、連続的に処理を行うことができるため、検査のリアルタイム性を向上させることが可能となる。
また、前記演算処理部は、ＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ－Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）用いて、計算速度を向上させることができる。ＧＰＵは、少なくとも一つ必要であるが、複数のＧＰＵを並列して使用することも可能である。
また、前記演算処理部は、前記形状特定処理で特定した前記表面形状に沿って、前記複数の探触子の送受信面が湾曲した状態で、前記データ収集処理、前記一次描画処理および前記形状特定処理を再び実行することが好ましい。
この構成により、形状特定処理で特定した検査対象物の表面形状に沿って、複数の探触子の送受信面を湾曲させるため、端部に配置される探触子において、より多くの超音波信号の反射波を捕捉することができる。その結果、再び実行される形状特定処理において、表面形状の端部における形状をより精度良く特定することが可能となる。
また、前記形状特定処理は、前記延在方向と直交する方向にそって前記ピクセル強度を連続値とし、前記連続値に微分フィルタを施した値に基づいて、前記ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、前記微分フィルタは、前記表面が形成する凹凸面の端部では、中央部に比べて、より感度の高い微分フィルタであることが好ましい。
この構成により、表面形状の端部において、ピクセル強度の連続値に、より感度の高い微分フィルタを施した値に基づいて、ピクセル強度が最大となるピクセルを精度良く特定することができる。その結果、検査対象物の表面形状をより精度良く特定することが可能となる。
また、前記一次描画処理は、前記ピクセルごとに、最も強い超音波信号を送受信した前記探触子の座標と前記最も強い超音波信号の送受信時間とに基づいて、前記検査対象物の前記表面の傾斜角を推定し、前記ピクセルごとに、推定した前記傾斜角に基づいて超音波信号の前記表面に対する入射角および反射角を算出し、前記入射角と前記反射角とが近似する超音波信号のデータに強調補正をかけて、前記画像を描画することが好ましい。
この構成により、一つの探触子から送信されて他の探触子で受信した超音波信号のうち、検査対象物の表面に対する入射角および反射角が近似する超音波信号、すなわち強い超音波信号を特定することができる。そして、特定した強い超音波信号のデータに強調補正をかけて画像を作成することができる。その結果、一次描画ステップにおいて、検査対象物の表面をより精度良く描画することができ、後の形状特定ステップにおいて、表面形状をより精度良く特定することが可能となる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、超音波信号を伝播させる媒質を介して、検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップと、を備え、前記データ合成ステップは、前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップとを含むことを特徴とする上記各ステップをコンピュータに実行させる。
この構成により、検査対象物の全体ではなく、表面を含む画像を作成し、作成した画像から最大のピクセル強度を示すピクセルを抽出するだけで、検査対象物の表面形状を特定することができる。そのため、検査対象物の表面形状の特定に複雑な処理を要さない。
図１は、実施形態にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、第二演算処理部においてＴＦＭによるデータ処理を行う計算領域の一部を模式的に示した説明図である。 図３は、実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、一次描画ステップで作成された配管の表面を含む画像の一例を示す説明図である。 図５は、ピクセル強度をプロットした例を示す説明図である。 図６は、ピクセル強度が最大となる各ピクセルの座標を示す説明図である。 図７は、任意の探触子から任意のピクセルまでの超音波信号の伝播経路の一例を示す説明図である。 図８は、任意の探触子から任意のピクセルまで到達する間の超音波信号の波形の一例を示す説明図である。 図９は、第二実施形態にかかる超音波検査装置の概略を示す説明図である。 図１０は、第二実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順の要部の一例を示すフローチャートである。 図１１は、第四実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順の要部の一例を示すフローチャートである。 図１２は、最も強い強度の超音波信号を送受信した探触子の一例を示す説明図である。 図１３は、超音波信号の入射角および反射角の一例を示す説明図である。 図１４は、第五実施形態にかかる超音波検査装置および超音波検査方法の要部を模式的に示す説明図である。 図１５は、第六実施形態にかかる超音波検査装置の要部を模式的に示す説明図である。
以下に、本発明にかかる超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図である。本第一実施形態において、検査対象物は、溶接部２（図２参照）において互いに接続された配管１である。溶接部２は、配管１の表面１ａよりも突出する余剰盛り部分を有している（図２参照）。なお、「配管１の表面１ａ」は、溶接部２の表面も含む。第一実施形態にかかる超音波検査装置１００は、配管１を検査対象物として、余剰盛り部分を有する溶接部２における欠陥を検出するための検査装置（探傷装置）である。
超音波検査装置１００は、図１に示すように、探傷器１０と、計算部２０と、操作・表示部３０とを備える。探傷器１０は、リニアアレイプローブ１１と、パルサー１２と、レシーバー１３と、データ記憶部１４と、制御素子切替部１５とを有する。
リニアアレイプローブ１１は、複数（Ｎ個）の探触子１１０（図２参照）を有する。第一実施形態において、複数の探触子１１０は、リニアアレイ型に配置される。なお、複数の探触子１１０の配置構成は、これに限られない。以下の説明では、ｉ番目（ｉは、１からＮまでの整数）の探触子１１０を探触子１１０ｉと称する。各探触子１１０は、発信器としてのパルサー１２および受信器としてのレシーバー１３に接続されている。探触子１１０と検査対象物としての配管１との間には、超音波信号Ｓを伝播可能な媒質で満たされている。各探触子１１０は、図１の白抜き矢印に示すように、パルサー１２から発信される超音波信号Ｓを検査対象物としての配管１の溶接部２へと、媒質を介して送信する。また、各探触子１１０は、媒質を介して、配管１の溶接部２から反射してきた超音波信号Ｓを受信して、レシーバー１３へと送る。レシーバー１３へと送られた超音波信号Ｓは、データ記憶部１４で記憶される。制御素子切替部１５は、後述する計算部２０の制御部２１からの指示に従って、複数の探触子１１０のうち、パルサー１２からの超音波信号Ｓを発信させる探触子１１０を切り替える。
探触子１１０と検査対象物としての配管１との間を満たす媒質は、超音波を伝播可能なものであれば、いかなるものであってもよい。媒質は、例えば超音波透過ゲル、水等を用いることができる。媒質として例えば超音波透過ゲルを用いた場合、配管１の表面に超音波透過ゲルのポケットを適切な力で押しつけて当接させることで、溶接部２が複雑な形状であったとしても、超音波透過ゲルが溶接部２の形状に応じて変形する。それにより、配管１とリニアアレイプローブ１１との間を隙間なく媒質で満たすことができる。ここでは、説明の簡略化のため、探触子１１０と配管１との間が単一の媒質で満たされているものとする。それにより、リニアアレイプローブ１１と配管１との間で、媒質を介して超音波信号Ｓが伝播される。
計算部２０は、第一実施形態において、探傷器１０とは別体に設けられ、探傷器１０に接続された演算処理装置である。計算部２０は、例えば外部接続のパーソナルコンピュータである。なお、計算部２０は、探傷器１０と一体に設けられてもよい。計算部２０は、制御部２１と、記憶部２２と、第一演算処理部２３と、第二演算処理部２４とを有する。
制御部２１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などで構成された演算処理装置である。制御部２１は、探傷器１０の制御素子切替部１５と、記憶部２２と、第二演算処理部２４と、後述する操作・表示部３０の検査条件設定部３２に接続されている。制御部２１は、記憶部２２に記憶されているプログラムをメモリにロードして、プログラムに含まれる命令を実行する。より詳細には、制御部２１は、検査条件設定部３２から、ユーザーにより設定される検査条件の情報を取得する。制御部２１は、取得した検査条件の情報に基づいて、制御素子切替部１５を制御して、リニアアレイプローブ１１の各探触子１１０から順次、検査対象物としての配管１へと超音波信号Ｓを発信させ、配管１から反射した超音波信号Ｓのデータ収集を行う。制御部２１は、上記ＦＭＣによるデータ収集が終了すると、第二演算処理部２４へと、収集したデータの各種処理の実行を命令する。
第一実施形態において、超音波信号Ｓのデータ収集には、いわゆるフルマトリクスキャプチャー（以下、「ＦＭＣ」と称する。）による手法が用いられる。ＦＭＣとは、１つのリニアアレイプローブ１１のうち、探触子（振動子）１１０から発せられて検査対象物から反射した超音波信号Ｓをすべての探触子（振動子）１１０で受信する手順を素子数分繰り返し、１つのリニアアレイプローブ１１のうち、すべての探触子（振動子）１１０における送受信データを取得するデータ収集法である。より詳細には、制御部２１は、リニアアレイプローブ１１の複数の探触子１１０のうちの一つから配管１へと超音波信号Ｓを発信させる。そして、配管１から反射してきた超音波信号Ｓは、すべての探触子１１０で受信され、レシーバー１３を介してデータ記憶部１４で記憶される。このとき、リニアアレイプローブ１１の複数の探触子１１０の個数をＮ個とすれば、データ記憶部１４には、配管１から反射した超音波信号ＳについてＮ個のデータが記憶される。次に、制御部２１は、前回のタイミングで超音波信号Ｓを発生させた探触子１１０とは異なる（例えば隣り合う）探触子１１０から、同様に超音波信号Ｓを発信させる。その結果、データ記憶部１４には、配管１から反射してきた超音波信号Ｓについて、新たにＮ個のデータが記憶される。この処理は、Ｎ個の探触子１１０のすべてから超音波信号Ｓが発信されるまで繰り返される。その結果、データ記憶部１４には、配管１から反射した超音波信号ＳについてＮ×Ｎ個のマトリックス型のデータが記憶されることになる。この超音波信号ＳについてのＮ×Ｎ個のマトリックス型データが、配管１を超音波信号Ｓでスキャンしたデータとなる。
記憶部２２は、超音波検査装置１００における各種処理に要するデータ（プログラム）を記憶する。記憶部２２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置である。記憶部２２は、探傷器１０のデータ記憶部１４と、第一演算処理部２３と、第二演算処理部２４とに接続されている。記憶部２２は、上述したＦＭＣにより収集されたＮ×Ｎ個の超音波信号Ｓのデータをデータ記憶部１４から受信して記憶する。記憶部２２は、記憶した超音波信号Ｓのデータを第一演算処理部２３および第二演算処理部２４の要請に応じて、これらに送信する。
第一演算処理部２３は、例えばＣＰＵにより構成された演算処理装置である。第一演算処理部２３は、記憶部２２と、第二演算処理部２４と、操作・表示部３０の計算条件設定部３３と、計算結果表示部３１とに接続されている。第一演算処理部２３は、記憶部２２に記憶されているプログラムをメモリにロードして、プログラムに含まれる命令を実行する。第一演算処理部２３は、計算条件設定部３３から検査条件に基づいて設定される計算条件の情報を取得する。第一演算処理部２３は、取得した計算条件を第二演算処理部２４に送信する。また、第一演算処理部２３は、第二演算処理部２４で計算された結果を計算結果表示部３１に送信する。
第二演算処理部２４は、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により構成された演算処理装置である。第二演算処理部２４は、制御部２１と、記憶部２２と、第一演算処理部２３とに接続されている。第一実施形態において、第二演算処理部２４は、いわゆるＧＰＧＰＵにより、ＧＰＵを用いて画像作成処理以外の処理も行う。それにより、計算速度を向上させることができる。ＧＰＵは、少なくとも一つ必要であるが、複数のＧＰＵを並列して使用することも可能である。第二演算処理部２４は、記憶部２２から、上述したＦＭＣにより収集されたＮ×Ｎ個の超音波信号Ｓのデータを受信する。第二演算処理部２４は、制御部２１からの命令および第一演算処理部２３からの計算条件の情報に応じて、Ｎ×Ｎ個の超音波信号Ｓのデータ、すなわち配管１をスキャンしたデータについて、トータルフォーカス法（以下、「ＴＦＭ」と称する。）により処理して合成し、合成結果に基づいて配管１の内部を描画した計算結果を作成する。ＴＦＭは、ＦＭＣにより収集された超音波信号Ｓのデータを解析し、超音波信号Ｓを合成する種々の手法である。第一実施形態にかかる超音波検査方法で用いるＴＦＭの詳細については後述する。
図２は、第二演算処理部においてＴＦＭによるデータ処理を行う計算領域の一部を模式的に示した説明図である。なお、図２を含む以下の説明では、簡略化のため、計算領域を二次元で示すが、実際の計算は三次元領域にて行われる。また、図２では、リニアアレイプローブ１１の複数の探触子１１０が一列に並んだ例を記載しているが、複数の探触子１１０の配置構成は、これに限られない。第二演算処理部２４は、図２に示すように、格子状に区切られた複数のピクセルＰを含む計算領域において、ピクセルＰごとに、ＦＭＣにより収集されたＮ×Ｎ個の超音波信号Ｓの振幅値を上記ＴＦＭによって合成する処理を行う。第一実施形態において、複数のピクセルＰは、検査対象物である配管１の表面１ａの延在方向（図２の左右方向）である方向ｅ１と、配管１の表面１ａの延在方向と直交する方向（図２の上下方向）である方向ｅ２とに沿って、格子状に区切られている。なお、図２で示す複数のピクセルＰは、計算領域の一部を示すものであり、実際には配管１の内部領域のみならず、リニアアレイプローブ１１から配管１の間の領域についても、同様に複数のピクセルＰに区切られた計算領域である。第一実施形態において、第二演算処理部２４は、複数のピクセルＰを含む単位ボクセル（図示省略）ごとに、コアが一つずつ割り当てられている。第二演算処理部２４は、単位ボクセルごとにＴＦＭによる計算処理を並列的に実行し、配管１の内部を描画した計算結果を作成する。第二演算処理部２４は、作成した計算結果を第一演算処理部２３へと送信する。
操作・表示部３０は、検査結果を表示するための表示機能と、ユーザーインターフェースとしての入力操作機能とを兼ね備えた装置である。操作・表示部３０は、例えばタッチパネル式のディスプレイを用いることができる。操作・表示部３０は、第一実施形態において、探傷器１０とは別体に設けられ、計算部２０に接続されている。なお、操作・表示部３０は、探傷器１０と一体に設けられてもよい。また、操作・表示部３０は、タッチパネル式のディスプレイに限られず、検査結果を表示するための表示機能と、ユーザーインターフェースとしての操作機能とを別体に設けるものであってもよい。
操作・表示部３０は、図１に示すように、計算結果表示部３１と、検査条件設定部３２と、計算条件設定部３３とを有する。計算結果表示部３１は、計算部２０の第一演算処理部２３に接続されている。計算結果表示部３１は、第二演算処理部２４により計算されて第一演算処理部２３から受信した計算結果、すなわち配管１の内部の描画結果をユーザーに対して表示する。検査条件設定部３２は、ユーザーが検査条件を設定するユーザーインターフェースである。検査条件は、例えば、リニアアレイプローブ１１の複数の探触子１１０の配置構成、媒質の種類といった情報を含む。また、検査条件は、例えば、検査対象物が配管１の溶接部２であること、配管１のサイズ（肉厚）、配管１を構成する材料の種類といった情報を含む。計算条件設定部３３は、ユーザーから入力された検査条件に基づいて、計算条件を設定し、計算部２０の第一演算処理部２３へと送信する。計算条件は、上記検査条件の情報に応じて第二演算処理部２４で演算処理を行う際に必要となる各種条件である。計算条件は、例えば、図２に複数のピクセルＰで一部を模式的に示す計算領域の情報を含む。
次に第一実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順について説明する。図３は、第一実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。図３に示す処理手順は、計算部２０の制御部２１、第一演算処理部２３および第二演算処理部２４が記憶部２２に記憶されたプログラムを実行することにより行われる。図３に示す処理手順は、探傷器１０を配管１の溶接部上の所定位置に位置決めした状態で実行される。
計算部２０は、ステップＳ１として、制御部２１によりデータ収集ステップ（データ収集処理）を実行する。データ収集ステップは、上記ＦＭＣにより、検査対象物としての配管１を超音波信号でスキャンするステップである。上述したように、制御部２１は、１つの探触子１１０から発せられて検査対象物から反射した超音波信号をすべての探触子１１０で受信する手順を、すべての探触子１１０において行う。これにより、データ記憶部１４には、配管１から反射してきた超音波信号、すなわち配管１をスキャンしたデータについて、Ｎ×Ｎ個のマトリックス型のデータが記憶される。
次に、計算部２０は、データ収集ステップで収集した超音波信号ＳのデータをＴＦＭにより処理して合成するデータ合成ステップとして、ステップＳ２からステップＳ５の処理を実行する。ステップＳ２からステップＳ５の処理は、計算部２０の制御部２１の命令により、第二演算処理部２４により実行される。また、ステップＳ２からステップＳ５の処理は、上述したように、第二演算処理部２４にて割り当てられた単位ボクセルごとに並列的に実行する。
第二演算処理部２４は、ステップＳ２として、一次描画ステップ（一次描画処理）を実行する。一次描画ステップは、データ収集ステップで収集した超音波信号Ｓのデータに基づいて、複数のピクセルＰで区切られた領域に配管１の表面１ａを含む画像Ｍを描画するステップである。図４は、一次描画ステップで作成された配管の表面を含む画像の一例を示す説明図である。図４に例示する画像Ｍは、図２において破線で囲んだ範囲を対象としている。図４に例示する画像Ｍは、データ収集ステップでＦＭＣにより収集した超音波信号Ｓの振幅値を、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルＰの位置を合わせて合成し、合成した振幅値に関連した強度値を算出して計算領域にマッピングすることで、描画することができる。この処理は、周知のＴＦＭによる手法を用いて実行することができる。また、一次描画ステップは、ＴＦＭ法以外の手法を用いて実行することも可能である。一次描画ステップは、例えば、逆散乱イメージング法（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ：ＩＳＩＭ）により、受信エコーを周波数領域で合成する手法を用いることもできる。さらに、一次描画ステップは、ＴＦＭによる波形再合成処理に限らず、フェーズドアレイ法や垂直ＵＴ法で表面形状を描画することもできる。第二演算処理部２４は、図２において二点鎖線で挟んだ範囲として例示するように、配管１の表面位置を予め規定した所定範囲Ｈにおいて画像Ｍを作成する。所定範囲Ｈは、例えば、超音波信号Ｓが、探触子１１０と配管１との間に満たされた媒質Ａを介してリニアアレイプローブ１１と配管１の表面位置との距離を伝播する時間に基づいて定められる。それにより、ＦＭＣにより収集した超音波信号Ｓのうち、媒質Ａを伝播して配管１の表面位置から反射したものについてのみ合成処理を行って、配管１の表面１ａを含む画像Ｍを作成することができる。
第二演算処理部２４は、ステップＳ３として、形状特定ステップ（形状特定処理）を実行する。形状特定ステップは、一次描画ステップで描画した画像Ｍにおいて、複数のピクセルＰのうち、配管１の表面１ａの延在方向と直交する方向ｅ２に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルＰを抽出し、抽出したピクセルＰの位置を配管１の表面形状として特定するステップである。複数のピクセルＰのうち、方向ｅ２に沿って並ぶものとは、方向ｅ２に沿った列に含まれるピクセルＰを意味する。なお、方向ｅ２に沿って並ぶ複数のピクセルＰは、方向ｅ２に沿って一列に並ぶ複数のピクセルＰだけではなく、方向ｅ２に沿って二列以上に並ぶ複数のピクセルＰで構成されてもよい。
図５および図６を参照しながら、形状特定ステップについて詳細に説明する。図５は、ピクセル強度をプロットした例を示す説明図であり、図６は、ピクセル強度が最大となる各ピクセルの座標を示す説明図である。図５においては、方向ｅ２に沿ったピクセルＰの列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７を方向ｅ１に沿って並べ、列Ｐ１～Ｐ７に含まれるピクセルＰのピクセル強度をプロットしている。図示するように、列Ｐ１～Ｐ７ごとに、各ピクセルＰのピクセル強度をプロットした点を繋ぐと、波形のように表すことができる。この波形の振幅値に基づいて、列Ｐ１～Ｐ７ごとに、最もピクセル強度が大きいピクセルＰを抽出することができる。第二演算処理部２４は、図４に示す画像Ｍに含まれるすべてのピクセルＰについて、ピクセルＰの列ごとに、ピクセル強度が最大となるものを抽出する。その結果、図６に示すように、抽出されたピクセルＰは、方向ｅ１に沿って並ぶ点群データとなる。第二演算処理部２４は、図６に示す点群データを、配管１の表面形状として特定する（配管１の表面座標として設定する）。
ここで、第二演算処理部２４は、形状特定ステップにおいて、ピクセル強度が最大となるピクセルＰを上述した手順で抽出するとき、所定の閾値以上のピクセル強度のピクセルＰのみを抽出する。所定の閾値は、配管１の表面１ａで反射された超音波信号Ｓが、主としてリニアアレイプローブ１１の複数の探触子１１０の範囲外に向けて反射したと推定することが可能な値として、予め定められる。超音波信号Ｓが主としてリニアアレイプローブ１１の複数の探触子１１０の範囲外に向けて反射した場合、その超音波信号Ｓは配管１の内部に入射していないと推定することができる。そのため、所定の閾値未満のピクセル強度のピクセルＰの位置は、後の処理において配管１の表面形状（表面座標）として取り扱う必要がなく、このピクセルＰを除外することができる。
ステップＳ１からステップＳ３の処理において配管１の表面形状を特定すると、第二演算処理部２４は、ステップＳ４として、経路算出ステップ（経路算出処理）を実行する。経路算出ステップは、形状特定ステップで特定した表面形状のうち、探触子１１０から任意のピクセルＰまでの超音波信号Ｓの伝播時間が最小となる位置を算出し、算出した表面形状の位置を通る経路を超音波信号Ｓの伝播経路とするステップである。
図７および図８を参照しながら、経路算出ステップの詳細について説明する。図７は、任意の探触子から任意のピクセルまでの超音波信号の伝播経路の一例を示す説明図であり、図８は、任意の探触子から任意のピクセルまで到達する間の超音波信号の波形の一例を示す説明図である。図７において、座標軸を方向ｅ１，ｅ２としたとき、任意（ｉ番目）の探触子１１０ｉの座標を（Ｚｉ１，Ｚｉ２）とし、任意のピクセルＰｋの座標を（Ｘｋ１，Ｘｋ２）とし、超音波信号Ｓが通過する配管１の表面座標を（Ｙｋｉ１，Ｙｋｉ２）とする。また、ここでは、配管１の内部を「媒質Ｂ」として扱うものとする。また、図８においては、任意のピクセルＰｋの位置において溶接部２の内部に欠陥があった場合の超音波信号Ｓの波形を示す。
図７および図８に示すように、探触子１１０ｉから発信された超音波信号Ｓは、媒質Ａと媒質Ｂとの境界である配管１の表面１ａにおいて屈折し（図８の時刻ｔ１）、溶接部２の内部（媒質Ｂ）へと入射し、ピクセルＰｋの位置に到達する（図８の時刻ｔ２）。このとき、超音波信号Ｓが探触子１１０ｉからピクセルＰｋの位置に到達するまでの伝播時間Ｔは、次式（１）により算出することができる。式（１）中の“Ｃａ”は、媒質Ａにおける音速であり、“Ｃｂ”は、媒質Ｂ（配管１）における音速である。
Ｔ＝Ｓｑｒｔ（（Ｚｉ１－Ｙｋｉ１）２＋（Ｚｉ２－Ｙｋｉ２）２）／Ｃａ＋Ｓｑｒｔ（（Ｙｋｉ１－Ｘｋ１）２＋（Ｙｋｉ２－Ｘｋ２）２）／Ｃｂ …（１）
いま、任意の探触子１１０ｉの座標（Ｚｉ１，Ｚｉ２）および任意のピクセルＰｋの座標（Ｘｋ１，Ｘｋ２）は予め定められる値であるため、式（１）中で未知の値は配管１の表面座標（Ｙｋｉ１，Ｙｋｉ２）のみである。ここで、超音波信号Ｓは、探触子１１０ｉからピクセルＰｋの位置に到達するまでに最短となる伝播経路を通ると考えることができる。これは、フェルマーの原理に基づくものである。したがって、形状特定ステップにおいて特定した配管１の表面座標のうち、式（１）で算出される伝播時間Ｔが最小となる座標を、超音波信号Ｓが媒質Ａから配管１の内部（媒質Ｂ）に入射した位置とすることができる。これにより、任意の探触子１１０ｉの座標（Ｚｉ１，Ｚｉ２）、任意のピクセルＰｋの座標（Ｘｋ１，Ｘｋ２）および配管１の表面座標（Ｙｋｉ１，Ｙｋｉ２）のすべてが定まるため、超音波信号Ｓの伝達経路を決定することができる。第二演算処理部２４は、上記伝播経路の決定手順に従って、各探触子１１０から発信された超音波信号Ｓが、計算領域に含まれる各ピクセルＰに到達するまでの伝播経路を、すべて算出する。
第二演算処理部２４は、ステップＳ５として、振幅値合成ステップ（振幅値合成処理）を実行する。振幅値合成ステップは、データ収集ステップで収集した超音波信号Ｓのデータについて、経路算出ステップで算出した伝播経路に基づいて、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルを一致させて振幅値を合成するステップである。すなわち、経路算出ステップで各ピクセルＰへの超音波信号Ｓの伝播経路が決定されれば、式（１）に基づいて各ピクセルＰへの超音波信号Ｓの伝播時間Ｔも決定される。そのため、データ収集ステップでＦＭＣにより収集した各超音波信号Ｓのデータにおいて、振幅値が増大しているタイミング（図８に示す例では、時刻ｔ２）と、式（１）で算出される伝播時間Ｔとを照らし合わせることで、超音波信号ＳがいずれのピクセルＰの位置で反射されたかを決定することができる。そこで、第二演算処理部２４は、データ収集ステップでＦＭＣにより収集したすべての超音波信号Ｓのデータについて、伝播時間Ｔが一致する超音波信号Ｓの振幅値を、対応するピクセルＰにおいて合成する。
第二演算処理部２４は、ステップＳ６として、描画ステップを実行する。描画ステップは、振幅値合成ステップで合成した振幅値に関連した強度値を算出して計算領域にマッピングすることで、配管１の内部を描画した計算結果を算出するステップである。第二演算処理部２４は、配管１の内部を描画した計算結果を、第一演算処理部２３を介して操作・表示部３０の計算結果表示部３１へと送信する。それにより、ユーザーが計算結果表示部３１に映し出された計算結果を参照することができる。
以上説明したように、第一実施形態にかかる超音波検査方法、超音波検査装置１００およびプログラムでは、検査対象物としての配管１の全体ではなく、表面１ａを含む画像Ｍを作成し、作成した画像Ｍから最大のピクセル強度を示すピクセルＰを抽出するだけで、配管１の表面形状を特定することができる。そのため、配管１の表面形状の特定に複雑な処理を要さない。したがって、第一実施形態にかかる超音波検査方法、超音波検査装置１００およびプログラムによれば、ＦＭＣ／ＴＦＭにより検査対象物について超音波検査を行う検査方法について、処理の計算負荷を低減させることができる。
また、一次描画ステップ（一次描画処理。ステップＳ２）は、配管１の表面１ａが含まれる範囲を予め規定した所定範囲Ｈにおいて、画像Ｍを描画する。
この構成により、配管１の表面１ａとは異なる位置（すなわち配管１の内部）から反射した超音波信号Ｓを除外して表面１ａを含む画像Ｍを作成することができるため、計算精度を向上させることが可能となる。
また、形状特定ステップ（形状特定処理。ステップＳ３）は、ピクセル強度が最大となるピクセルＰのうち、ピクセル強度が所定の閾値以上であるものを抽出する。
この構成により、ピクセル強度が所定の閾値未満となる検査対象物の表面１ａについては、超音波信号Ｓが複数の探触子１１０の範囲外に反射して配管１の内部には入射しなかった位置であると推定し、この表面位置を表面形状の特定から除外することができる。その結果、特定した表面形状を用いた後の処理の際に、必要のない表面形状の位置データを用いることなく、処理を実行することができるため、計算負荷をさらに低減させることが可能となる。
また、データ合成ステップ（ステップＳ２からステップＳ５）は、形状特定ステップで特定した表面形状のうち、探触子１１０から任意のピクセルＰまでの超音波信号Ｓの伝播時間Ｔが最小となる位置を算出し、算出した表面形状の位置を通る経路を超音波信号Ｓの伝播経路とする経路算出ステップ（経路算出処理。ステップＳ４）と、前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータについて、前記経路算出ステップで算出した前記伝播経路に基づいて、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルを一致させて振幅値を合成する振幅値合成ステップ（振幅値合成処理。ステップＳ５）とをさらに備える。
この構成により、各探触子１１０から発信された超音波信号Ｓが配管１の内部で反射した（振幅値が増大した）タイミングおよび位置を一致させて振幅値を合成した超音波信号Ｓの反射波形の結果を得ることができる。それにより、配管１の内部欠陥の位置を検出することができる。また、データ収集ステップにおいて取得した超音波信号Ｓのデータ群を用いることで、配管１の表面形状を特定した後、連続的に処理を行うことができるため、検査のリアルタイム性を向上させることが可能となる。
また、第二演算処理部２４は、少なくとも一つのピクセルＰを含む単位ボクセルごとに割り当てられた複数のコアを含み、複数のコアを用いて、単位ボクセルごとに形状特定処理を並列に実行する。また、第二演算処理部２４は、複数のコアを用いて、単位ボクセルごとに経路算出処理および振幅値合成処理を並列に実行する。
この構成により、計算速度を向上させることができる。なお、形状特定処理、経路算出処理および振幅値合成処理は、単一のコアにより処理されてもよい。
第一実施形態では、探触子１１０と配管１との間に満たされた媒質を単一のものとしたが、媒質の構成は、これに限られない。媒質は、超音波信号Ｓを伝播可能でさえあれば、いかなるものであってもよい。媒質は、空気であってもよい。
また、媒質は、単一の媒質に限られず、複数の媒質を含んでもよい。複数の媒質を用いる場合には、各媒質の種類および配置位置に対応させて、データ合成ステップ（ステップＳ２～ステップＳ５）の各処理を実行すればよい。
また、検査対象物を完全水深または局部水深させることで、リニアアレイプローブ１１と検査対象物との間の空間を水で満たし、水を媒質として超音波信号Ｓを伝播させてもよい。
第一実施形態では、配管１の内部の欠陥を検出するものとしたが、第一実施形態にかかる超音波検査方法および超音波検査装置１００の適用対象は、これに限られない。例えば、第一実施形態にかかる超音波検査方法および超音波検査装置１００は、配管１の肉厚を測定する場合にも、適用することができる。すなわち、配管１の表面（外面）１ａの形状を形状特定ステップで特定し、後の処理において、配管１の内面から反射される超音波信号について同様の合成処理を行えば、配管１の表面（外面）１ａから内面までを描画した画像を作成することができる。これにより、配管１の溶接部２についての探傷検査と、配管１の肉厚測定とを、１回のデータ収集ステップで収集したデータに基づいて行うことができる。その結果、検査に必要となる時間を短縮することができ、配管１が配設されるプラント施設の点検のための停止時間の短縮を図ることが可能となる。
また、検査対象物は、配管１に限られず、探傷器１０を載置可能であり超音波信号によってスキャン可能なものでさえあれば、いかなるものであってもよい。
［第二実施形態］
次に、第二実施形態にかかる超音波検査装置および超音波検査方法について説明する。ここで、上述したように、一次描画ステップで描画した画像Ｍにおいて、方向ｅ２に沿ったピクセルＰの列Ｐ１～Ｐ７ごとに、各ピクセルＰのピクセル強度をプロットした点を繋ぐと、波形のような連続値として表すことができる（例えば図５参照）。ピクセル強度の連続値は、配管１の溶接部２によって形成される凹凸面２Ａ（図９参照）において、その中央点２Ｃ（図９参照）に比べて、端部すなわち始点２Ｓ（図９参照）および終点２Ｅ（図９参照）の近傍で、波高さが小さくなる傾向となる。これは、図３のステップＳ１のデータ収集ステップにおいて、各探触子１１０から発信されて凹凸面２Ａの端部で反射された超音波信号Ｓを各探触子１１０で捕捉する量が、中央点２Ｃ近傍に比べて少なくなることによる。その結果、凹凸面２Ａの端部近傍では、ノイズ成分を多く検出する可能性があり、凹凸面２Ａの端部近傍における表面形状を精度良く特定することができない可能性がある。
第二実施形態では、以下に説明する装置構成および処理によって、凹凸面２Ａの端部を含む表面形状を精度良く特定する。図９は、第二実施形態にかかる超音波検査装置の概略を示す説明図である。第二実施形態にかかる超音波検査装置２００は、超音波検査装置１００のリニアアレイプローブ１１に代えて、リニアアレイプローブ４１を備えている。超音波検査装置２００の他の構成は、超音波検査装置１００と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
リニアアレイプローブ４１は、リニアアレイプローブ１１と同様に、パルサー１２およびレシーバー１３に接続された複数（Ｎ個）の探触子１１０を有している。複数の探触子１１０が形成する超音波信号Ｓを送受信する送受信面１１０Ａがリニアアレイプローブ４１の下端面の一部を形成する。そして、リニアアレイプローブ４１は、図９に示すように、複数の探触子１１０の配列方向（図９における左右方向）において湾曲自在なフレキシブルアレイプローブである。言い換えると、複数の探触子１１０により形成される送受信面１１０Ａが配列方向において湾曲自在である。リニアアレイプローブ４１は、図９に示す例では、湾曲した状態で、配管１の溶接部２が形成する凹凸面２Ａを覆う程度の大きさに形成される。リニアアレイプローブ４１は、図９に白抜き矢印で示すように、配列方向に沿った所定の押し付け力が付与されることで、複数の探触子１１０が形成する送受信面１１０Ａが湾曲する。
次に、第二実施形態にかかる超音波検査方法の要部について、図９および図１０を参照しながら説明する。図１０は、第二実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順の要部の一例を示すフローチャートである。より詳細には、図１０は、リニアアレイプローブ４１を湾曲させた際の各探触子１１０の座標を補正する処理手順の一例を示す。図１０に示す処理手順は、図３に示す形状特定ステップと経路算出ステップとの間に実行される。
計算部２０の第二演算処理部２４は、図３に示すステップＳ１のデータ収集ステップからステップＳ３の形状特定ステップまでの実行によって配管１の表面形状を特定すると、ステップＳ１１として、特定した表面形状に基づいて、凹凸面２Ａの始点２Ｓ、終点２Ｅ、中央点２Ｃの座標点を特定する。凹凸面２Ａの始点２Ｓ、終点２Ｅ、中央点２Ｃは、特定した表面形状の各ピクセルＰの座標から特定される。
次に、第二演算処理部２４は、ステップＳ１２として、凹凸面２Ａの曲率半径Ｒｓを算出する。凹凸面２Ａの曲率半径Ｒｓは、次式（２）、（３）を用いてニュートン法により算出される。式（２）中の“ｄ１”は、凹凸面２Ａの弦長、すなわち始点２Ｓから終点２Ｅまでの直線距離である。また、式（３）中の“ｈ”は、凹凸面２Ａの中央点２Ｃにおける矢高であり、凹凸面２Ａ以外の表面１ａの鉛直方向における座標との差分から算出される。なお、式（２）、（３）中の“θ”は、凹凸面２Ａの中心角である。“ｄ１”と“ｈ”の値が決定されれば、ニュートン法により曲率半径Ｒｓおよび“θ”も近似値として算出される。
ｄ１＝２・Ｒｓ・ｓｉｎ（θ／２） …（２）
ｈ＝Ｒｓ・（１－ｃｏｓ（θ／２） …（３）
次に、第二演算処理部２４は、ステップＳ１３として、複数の探触子１１０の送受信面１１０Ａの曲率半径Ｒｅを算出する。ここでの曲率半径Ｒｅは、複数の探触子１１０の送受信面１１０Ａを凹凸面２Ａにあわせて湾曲させるべき指令値としての値である。指令値としての曲率半径Ｒｅは、次式（４）にしたがって算出される。式（４）中の“Ｇ”は、図９に示すように、配管１の凹凸面２Ａ以外の表面１ａから送受信面１１０Ａの下端までの距離（ギャップ）である。
Ｒｅ＝Ｒｓ＋Ｇ …（４）
次に、第二演算処理部２４は、ステップＳ１４として、送受信面１１０Ａの押し付け量Ｘの値を算出する。押し付け量Ｘは、複数の探触子１１０の送受信面１１０Ａを上記曲率半径Ｒｅで湾曲させるために、リニアアレイプローブ４１を配列方向に沿って押し付ける量であり、次式（５）にしたがって算出される。式（５）中の“Ｌ”は、送受信面１１０Ａの弧長すなわち初期長さであり、式（５）中の“ｄ２”は、送受信面１１０Ａの弦長すなわち端部の探触子１１０の直線距離である。“ｄ２”は、式（６）にしたがって算出することができる。
Ｘ＝Ｌ－ｄ２ …（５）
ｄ２＝２・Ｒｅ・ｓｉｎ（Ｌ／Ｒｅ） …（６）
このようにして押し付け量Ｘが決定されると、リニアアレイプローブ４１が押し付け量Ｘで湾曲するように、リニアアレイプローブ４１に押し付け力を付与する。それにより、図９に示すように、リニアアレイプローブ４１が湾曲し、複数の探触子１１０が形成する送受信面１１０Ａが曲率半径Ｒｅで湾曲することで、凹凸面２Ａに沿った形状となる。なお、リニアアレイプローブ４１への押し付け力の付与は、制御部２１によって制御される図示しない駆動装置により行われればよい。
次に、第二演算処理部２４は、ステップＳ１５として、複数の探触子１１０の座標を補正する。すなわち、複数の探触子１１０の送受信面１１０Ａが曲率半径Ｒｅで湾曲した状態における各探触子１１０の座標を押し付け量Ｘの値に基づいて算出し、算出した座標を各探触子１１０の座標に設定する。
そして、第二演算処理部２４は、ステップＳ１６からステップＳ１８として、図３に示すステップＳ１のデータ取集ステップ、ステップＳ２の１次描画ステップおよびステップＳ３の形状特定ステップを再び実行する。これにより、図９に示すように、凹凸面２Ａの端部近傍で反射した超音波信号Ｓを、送受信面１１０Ａが凹凸面２Ａに沿った曲率半径Ｒｅで湾曲した複数の探触子１１０によって、より良好に捕捉することができる。すなわち、再び実行されるステップＳ１６のデータ取集ステップにおいて、凹凸面２Ａの端部近傍で反射された超音波信号Ｓをより多く捕捉することができる。その結果、再び実行されるステップＳ１７の１次描画ステップおよびステップＳ１８の形状特定ステップにおいて、凹凸面２Ａの端部近傍を含め、配管１の表面形状をより精度良く特定することが可能となる。
なお、第二実施形態では、図３のステップＳ１のデータ収集ステップからステップＳ３の形状特定ステップを一度おこなった後に、図１０に示す処理を実行するものとした。ただし、ステップＳ１のデータ収集ステップにより収集された超音波信号Ｓのデータに基づいて、周知のＴＦＭ処理によって配管１の表面形状の座標を特定し、特定した表面形状の座標を用いて、図１０の処理を実行してもよい。
［第三実施形態］
次に、第三実施形態にかかる超音波検査装置および超音波検査方法について説明する。第三実施形態にかかる超音波検査方法では、図３に示す形状特定ステップにおいて、以下に説明する処理を実行する。第三実施形態では、計算部２０における処理内容が異なることを除き、図１に示す超音波検査装置１００と装置構成に変更はないため、装置構成の説明は省略する。
第三実施形態において、計算部２０の第二演算処理部２４は、形状特定ステップＳ３において、微分フィルタを用いてピクセル強度が最大となるピクセルＰを抽出する。すなわち、上述したように、一次描画ステップで描画した画像Ｍにおいて、方向ｅ２（表面１ａの延在方向に直交する方向）に沿ったピクセルＰの列Ｐ１～Ｐ７ごとに、各ピクセルＰのピクセル強度をプロットした点を繋ぐと、波形のような連続値として表すことができる（図５参照）。第三実施形態では、この連続値に微分フィルタを施した値に基づいて、ピクセル強度が最大となるピクセルＰを抽出する。すなわち、微分フィルタを施すことにより、図５に例示する波形の連続値について、その変化量を得ることができ、変化量が大きいピクセルＰほど、ピクセル強度が強いピクセルＰであると特定することができる。そこで、図５に例示する波形の連続値について、所定の微分フィルタを施し、最も変化量が大きいピクセルＰを、ピクセル強度が最も強いピクセルＰであると特定する。
ここで、第三実施形態では、凹凸面２Ａ（図９参照）の位置ごとに異なる微分フィルタを用いて、ピクセル強度が最も強いピクセルＰを特定する。上述したように、ピクセル強度の連続値は、凹凸面２Ａの中央点２Ｃに比べて、端部である始点２Ｓおよび終点２Ｅ近傍ほど、波高さが小さくなる傾向にある。そのため、端部である始点２Ｓおよび終点２Ｅ近傍ほど、より感度の高い微分フィルタを用いることが好ましい。第三実施形態では、凹凸面２Ａの中央点２Ｃ近傍では、数１および数２に示される１次微分フィルタを用いる。数１は、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタであり、数２は、Ｓｏｂｅｌフィルタである。中央点２Ｃ近傍では、ＰｒｅｗｉｔｔフィルタおよびＳｏｂｅｌフィルタのいずれを用いてもよい。一方、凹凸面２Ａの端部である始点２Ｓおよび終点２Ｅ近傍では、数３に示される２次微分フィルタを用いる。数３の２次微分フィルタは、ラプラシアンフィルタである。
Figure 0007233646000001
Figure 0007233646000002
Figure 0007233646000003
このように、凹凸面２Ａの端部である始点２Ｓおよび終点２Ｅでは、中央点２Ｃに比べて、より変化量に対する感度が高い２次微分フィルタを用いることで、ピクセル強度の連続値の波高さが小さくとも、最もピクセル強度が高いピクセルＰを精度良く抽出することができる。したがって、図３に示すステップＳ３の形状特定ステップにおいて、凹凸面２Ａの端部（エッジ部分）を含む配管１の表面形状を、より精度良く特定することが可能となる。
［第四実施形態］
次に、第四実施形態にかかる超音波検査装置および超音波検査方法について説明する。第四実施形態にかかる超音波検査方法では、図３に示す一次描画ステップにおいて、以下に説明する処理を実行する。第四実施形態では、計算部２０における一次描画ステップの処理内容が異なることを除き、図１に示す超音波検査装置１００と装置構成に変更はないため、装置構成の説明は省略する。図１１は、第四実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順の要部の一例を示すフローチャートである。
計算部２０の第二演算処理部２４は、ステップＳ２１として、図３のデータ収集ステップで収集した超音波信号Ｓのデータのうち、最も強い強度の超音波信号Ｓを受信した探触子１１０、および、当該最も強い強度の超音波信号Ｓを送信した探触子１１０の座標を特定する。図１２は、最も強い強度の超音波信号を送受信した探触子の一例を示す説明図である。図示するように、配管１の凹凸面２Ａにおける任意のピクセルで反射した最も強い強度の超音波信号Ｓを、探触子１１１で送信し、探触子１１４で受信したとする。このとき、第二演算処理部２４は、探触子１１１および探触子１１４の座標を特定する。なお、凹凸面２Ａにおける任意のピクセルで反射された最も強い超音波信号Ｓは、データ収集ステップで収集した超音波信号Ｓのデータのうち、例えば図８の時刻ｔ１に示すように、凹凸面２Ａで反射されたことで振幅値が増大しているものを抽出して特定することができる。同様に、凹凸面２Ａにおけるすべてのピクセルについて、最も強い強度の超音波信号Ｓを受信した探触子１１０、および、当該最も強い強度の超音波信号Ｓを送信した探触子１１０の座標を特定する。
次に、第二演算処理部２４は、ステップＳ２２として、ステップＳ２１で特定した探触子１１０の座標に基づいて、任意のピクセルごとに、凹凸面２Ａの仮想傾斜角φを算出（推定）する。仮想傾斜角φは、延在方向に対する傾斜角であり、最も強い超音波信号Ｓを送受信した探触子１１０の座標と、当該最も強い超音波信号Ｓの送受信に要した時間とに基づいて算出される。第二演算処理部２４は、凹凸面２Ａにおけるすべてのピクセルについて、同様の手法により、仮想傾斜角φを算出する。言い換えると、凹凸面２Ａの形状が仮想傾斜角φによって特定される。
次に、第二演算処理部２４は、ステップＳ２３として、各探触子１１０から発信され、凹凸面２Ａで反射されて他の探触子１１０で受信した超音波信号Ｓの入射角αと反射角βとを算出する。図１３は、超音波信号の入射角および反射角の一例を示す説明図である。ステップＳ２２において、凹凸面２Ａの仮想傾斜角φが算出されていることから、延在方向に対して仮想傾斜角φで傾斜する仮想傾斜面３が規定される。図１３に示すように、仮想傾斜面３に直交する直交面４に対して、超音波信号Ｓがなす角が入射角αおよび反射角βとなる。第二演算処理部２４は、凹凸面２Ａにおけるすべてのピクセルで反射された超音波信号Ｓの入射角αと反射角βとを算出する。
次に、第二演算処理部２４は、ステップＳ２４として、すべての超音波信号Ｓのデータについて、ステップＳ２３で算出した入射角αと反射角βとが近似する超音波信号Ｓを特定する。入射角αと反射角βとが近似する超音波信号Ｓとは、凹凸面２Ａにおける各ピクセルで反射された超音波信号Ｓのうち、入射角αと反射角βとが最も近いものであることを意味する。また、入射角αと反射角βとの差分が所定値以下であることを条件としてもよい。このように、入射角αと反射角βとが近似する超音波信号Ｓは、一般的には、凹凸面２Ａで反射された最も強い超音波信号Ｓとなる傾向にある。なお、ステップＳ２４は、入射角αと反射角βとが最も近い値となった超音波信号Ｓのみならず、２番目、３番目以降に近い値となった超音波信号Ｓも含めて特定するものであってもよい。
第二演算処理部２４は、ステップＳ２５として、ステップＳ２４で特定した入射角αと反射角βとが近似する超音波信号Ｓについて、強調補正を実行する。すなわち、入射角αと反射角βとが近似すると特定された超音波信号Ｓについて、波高値（振幅値）に所定の補正係数ｋを乗算した補正波高値を算出する。
第二演算処理部２４は、ステップＳ２６として、ステップＳ２５で強調補正を行った超音波信号Ｓ、すなわち波高値が補正波高値とされた超音波信号Ｓを含むすべてのデータを用いて、画像Ｍ（図４参照）を描画する。すなわち、強調補正を行った超音波信号Ｓを含むすべてのデータについて、その振幅値を、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルの位置をあわせて合成し、合成した振幅値に関連した強度値を算出して計算領域にマッピングする。
なお、ステップＳ２５の処理は、上記の強調補正に加えて、または、上記の強調補正に代えて、ステップＳ２４で特定した入射角αと反射角βとが近似する超音波信号Ｓ以外の超音波信号Ｓをデータ群から除外する処理であってもよい。それにより、ステップＳ２６において、入射角αと反射角βとが近似する超音波信号Ｓのみを用いて画像Ｍを描画してもよい。
以上のように、第四実施形態では、一つの探触子１１０から送信されて他の探触子１１０で受信した超音波信号Ｓのうち、配管１の表面１ａ（凹凸面２Ａ）に対する入射角αおよび反射角βが近似する超音波信号Ｓ、すなわち強い超音波信号Ｓを特定することができる。そして、特定した強い超音波信号Ｓのデータに強調補正をかけて画像Ｍを作成することができる。その結果、一次描画ステップにおいて、端部近傍を含む配管１の表面１ａ（凹凸面２Ａ）をより精度良く描画することができ、後の形状特定ステップにおいて、表面形状をより精度良く特定することが可能となる。
なお、図１１に示すステップＳ２１からステップＳ２４までの処理を行い、入射角αと反射角βとが近似する超音波信号Ｓを特定した後、当該超音波信号Ｓを送受信する探触子１１０のみを用いて再び図３に示すステップＳ１のデータ収集ステップを実行し、収集した超音波信号Ｓのデータを合成して画像Ｍを描画してもよい。
［第五実施形態］
次に、第五実施形態にかかる超音波検査装置および超音波検査方法について説明する。図１４は、第五実施形態にかかる超音波検査装置および超音波検査方法の要部を模式的に示す説明図である。第五実施形態にかかる超音波検査装置５００は、図示するように、リニアアレイプローブ１１が表面１ａの全方向に沿って移動自在とされている。超音波検査装置５００の他の構成は、超音波検査装置１００と同様であるため、説明を省略する。また、以下の説明ではリニアアレイプローブ１１が表面１ａの全方向に沿って移動する場合について説明を行う。
第五実施形態では、図１４に示すように、リニアアレイプローブ１１の長さが配管１の凹凸面２Ａよりも、延在方向において短いものを想定する。そして、ユーザーは、図１４に破線および実線矢印で示すように、凹凸面２Ａの範囲をカバーするように、リニアアレイプローブ１１を表面１ａの延在方向に沿って複数回移動させる。超音波検査装置５００は、リニアアレイプローブ１１を延在方向に沿って移動させる図示しない装置を備え、制御部２１がユーザーの指示に従って、図示しない装置を駆動させてリニアアレイプローブ１１を移動させる。
リニアアレイプローブ１１の移動に伴う複数の探触子１１０の座標は、リニアアレイプローブ１１の移動量に基づいて算出する。リニアアレイプローブ１１の移動量は、いかなる手段により計測されてもよい。例えば、図示しないエンコーダを用いて、初期位置からの移動量を計測してもよいし、撮影装置（カメラ）によってリニアアレイプローブ１１を撮影しつつ、画像処理を用いて移動量を算出してもよい。また、リニアアレイプローブ１１内で複数の探触子１１０を移動自在としておき、複数の探触子１１０のみを延在方向に沿って移動させてもよい。その場合、リニアアレイプローブ１１自体の長さは、凹凸面２Ａの範囲をカバーする必要がある。
第五実施形態において、計算部２０は、リニアアレイプローブ１１を複数回移動させるごとに、図３に示すステップＳ１のデータ収集ステップおよびステップＳ２からステップＳ５のデータ合成ステップを実行する。それにより、リニアアレイプローブ１１の移動位置ごとに、配管１の内部を描画した計算結果を得る。計算部２０は、リニアアレイプローブ１１の移動位置ごとに得た計算結果をすべて合成することで、リニアアレイプローブ１１の移動範囲すべての計算結果を合成した配管１の内部の描画結果を得ることができる。
この構成により、複数の探触子１１０全体を移動させながら複数回にわたって実行したデータ収集ステップおよびデータ合成ステップの計算結果の重ねあわせにより、配管１の検査を行うことができる。すなわち、リニアアレイプローブ１１の長さが配管１の凹凸面２Ａよりも延在方向において短いとしても、凹凸面２Ａの端部を含み配管１の表面形状をより精度良く特定し、特定した表面形状に基づいて、配管１の内部の描画結果を精度良く得ることが可能となる。
以上のように、第五実施形態では、複数の探触子１１０全体を移動させながら複数回にわたって実行したデータ収集ステップおよびデータ合成ステップの計算結果の重ねあわせにより、配管１の検査を行う形態を示した。ただし、単一の探触子を複数回に分けて移動させることにより、複数回の移動ごとにデータ収集ステップを実行し、データ合成ステップにおいて収集したデータを重ね合わせた計算結果を取得してもよい。
［第六実施形態］
次に、第六実施形態にかかる超音波検査装置および超音波検査方法について説明する。図１５は、第六実施形態にかかる超音波検査装置の要部を模式的に示す説明図である。上記第一実施形態から第五実施形態では、主として、二次元平面に複数の探触子１１０が並んだリニアアレイプローブ１１（およびリニアアレイプローブ４１）を利用した計算処理について説明してきた。図１５に示す超音波検査装置６００は、図示するように、三次元平面においてマトリクスアレイ状に複数の探触子１１０が並んだマトリクスアレイプローブ６１を備えている。超音波検査装置６００の他の装置構成は、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
マトリクスアレイプローブ６１は、Ｎ個の探触子１１０がＮ列に並んで配置される。そのため、マトリクスアレイプローブ６１を用い、図３に示すステップＳ１のデータ収集ステップを実行すると、超音波信号Ｓについて、１列ごとにＮ×Ｎ個のマトリクス型のデータが収集されることになる。すなわち、すべての探触子１１０では、Ｎ×Ｎ×Ｎ個のデータが収集されることになり、この超音波信号ＳについてのＮ×Ｎ×Ｎ個のデータが配管１を超音波信号Ｓでスキャンしたデータとなる。
第六実施形態では、計算部２０は、上述した超音波信号ＳについてのＮ×Ｎ×Ｎ個のデータを用いて、図３に示すステップＳ１のデータ収集ステップおよびステップＳ２からステップＳ５のデータ合成ステップを実行する。この構成により、三次元空間において、ステップＳ１のデータ収集ステップおよびステップＳ２からステップＳ５のデータ合成ステップを実行し、配管１の内部の描画結果をより広い範囲で、精度良く得ることができる。
なお、上述した第二実施形態から第六実施形態の構成は、すべて同時に実施されてもよい。
１ 配管
１ａ 表面
２ 溶接部
２Ａ 凹凸面
２Ｃ 中央点
２Ｅ 終点
２Ｓ 始点
３ 仮想傾斜面
４ 直交面
１０ 探傷器
１１，４１ リニアアレイプローブ
１２ パルサー
１３ レシーバー
１４ データ記憶部
１５ 制御素子切替部
２０ 計算部
２１ 制御部
２２ 記憶部
２３ 第一演算処理部
２４ 第二演算処理部
３０ 操作・表示部
３１ 計算結果表示部
３２ 検査条件設定部
３３ 計算条件設定部
６１ マトリクスアレイプローブ
１００，２００，５００，６００ 超音波検査装置
１１０ 探触子
１１０Ａ 送受信面
Ａ，Ｂ 媒質
Ｍ 画像
Ｐ，Ｐｋ ピクセル
Ｐ１～Ｐ７ 列
Ｓ 超音波信号

Claims (13)

  1. 検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査方法であって、
    超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップと
    を備え、
    前記データ合成ステップは、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、
    前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップと
    を含み、
    前記データ合成ステップは、
    前記形状特定ステップで特定した前記表面形状のうち、前記探触子から任意の前記ピクセルまでの超音波信号の伝播時間が最小となる位置を算出し、算出した前記表面形状の位置を通る経路を超音波信号の伝播経路とする経路算出ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータについて、前記経路算出ステップで算出した前記伝播経路に基づいて、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルを一致させて振幅値を合成する振幅値合成ステップと
    をさらに備えることを特徴とする超音波検査方法。
  2. 検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査方法であって、
    超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップと
    を備え、
    前記データ合成ステップは、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、
    前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップと
    を含み、
    前記形状特定ステップで特定した前記表面形状に沿って、前記複数の探触子の配列方向に沿って形成される超音波信号の送受信面を湾曲させ、前記データ収集ステップ、前記一次描画ステップおよび前記形状特定ステップを再び実行することを特徴とする超音波検査方法。
  3. 検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査方法であって、
    超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップと
    を備え、
    前記データ合成ステップは、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、
    前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップと
    を含み、
    前記一次描画ステップは、
    前記ピクセルごとに、最も強い超音波信号を送受信した前記探触子の座標と前記最も強い超音波信号の送受信時間とに基づいて、前記検査対象物の前記表面の傾斜角を推定し、
    前記ピクセルごとに、推定した前記傾斜角に基づいて超音波信号の前記表面に対する入射角および反射角を算出し、
    前記入射角と前記反射角とが近似する超音波信号のデータに強調補正をかけて、前記画像を描画することを特徴とする超音波検査方法。
  4. 前記一次描画ステップは、前記検査対象物の表面が含まれる範囲を予め規定した所定範囲において、前記画像を描画することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  5. 前記形状特定ステップは、前記ピクセル強度が最大となる前記ピクセルのうち、前記ピクセル強度が所定の閾値以上であるものを抽出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  6. 前記形状特定ステップは、前記延在方向と直交する方向にそって前記ピクセル強度を連続値とし、前記連続値に微分フィルタを施した値に基づいて、前記ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、
    前記微分フィルタは、前記表面が形成する凹凸面の端部では、中央部に比べて、より感度の高い微分フィルタであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  7. 検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査装置であって、
    超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子と、
    前記複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集処理と、前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成処理を実行する演算処理部と
    を備え、
    前記演算処理部は、
    前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画処理と、
    前記一次描画処理で描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定処理と
    を実行し、
    前記演算処理部は、
    前記形状特定処理で特定した前記表面形状のうち、前記探触子から任意の前記ピクセルまでの超音波信号の伝播時間が最小となる位置を算出し、算出した前記表面形状の位置を通る経路を超音波信号の伝播経路とする経路算出処理と、
    前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータについて、前記経路算出処理で算出した前記伝播経路に基づいて、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルを一致させて振幅値を合成する振幅値合成処理と
    をさらに実行することを特徴とする超音波検査装置。
  8. 検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査装置であって、
    超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子と、
    前記複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集処理と、前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成処理を実行する演算処理部と
    を備え、
    前記演算処理部は、
    前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画処理と、
    前記一次描画処理で描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定処理と
    を実行し、
    前記演算処理部は、前記形状特定処理で特定した前記表面形状に沿って、前記複数の探触子の送受信面が湾曲した状態で、前記データ収集処理、前記一次描画処理および前記形状特定処理を再び実行することを特徴とする超音波検査装置。
  9. 検査対象物を超音波によりスキャンして検査する超音波検査装置であって、
    超音波信号を伝播させる媒質を介して、前記検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子と、
    前記複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集処理と、前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成処理を実行する演算処理部と
    を備え、
    前記演算処理部は、
    前記データ収集処理で収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画処理と、
    前記一次描画処理で描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定処理と
    を実行し、
    前記一次描画処理は、
    前記ピクセルごとに、最も強い超音波信号を送受信した前記探触子の座標と前記最も強い超音波信号の送受信時間とに基づいて、前記検査対象物の前記表面の傾斜角を推定し、
    前記ピクセルごとに、推定した前記傾斜角に基づいて超音波信号の前記表面に対する入射角および反射角を算出し、
    前記入射角と前記反射角とが近似する超音波信号のデータに強調補正をかけて、前記画像を描画することを特徴とする超音波検査装置。
  10. 前記形状特定処理は、前記延在方向と直交する方向にそって前記ピクセル強度を連続値とし、前記連続値に微分フィルタを施した値に基づいて、前記ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、
    前記微分フィルタは、前記表面が形成する凹凸面の端部では、中央部に比べて、より感度の高い微分フィルタであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の超音波検査装置。
  11. 超音波信号を伝播させる媒質を介して、検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップと、
    を備え、
    前記データ合成ステップは、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、
    前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップと
    を含み、
    前記データ合成ステップは、
    前記形状特定ステップで特定した前記表面形状のうち、前記探触子から任意の前記ピクセルまでの超音波信号の伝播時間が最小となる位置を算出し、算出した前記表面形状の位置を通る経路を超音波信号の伝播経路とする経路算出ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータについて、前記経路算出ステップで算出した前記伝播経路に基づいて、振幅値が増大しているタイミングおよびピクセルを一致させて振幅値を合成する振幅値合成ステップと
    をさらに備えることを特徴とする上記各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
  12. 超音波信号を伝播させる媒質を介して、検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップと、
    を備え、
    前記データ合成ステップは、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、
    前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップと
    を含み、
    前記形状特定ステップで特定した前記表面形状に沿って、前記複数の探触子の配列方向に沿って形成される超音波信号の送受信面を湾曲させ、前記データ収集ステップ、前記一次描画ステップおよび前記形状特定ステップを再び実行することを特徴とする上記各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
  13. 超音波信号を伝播させる媒質を介して、検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する複数の探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集するデータ収集ステップと、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータを処理して合成するデータ合成ステップと、
    を備え、
    前記データ合成ステップは、
    前記データ収集ステップで収集した超音波信号のデータに基づいて、格子状に区切られた複数のピクセルを含む領域に前記検査対象物の表面を含む画像を描画する一次描画ステップと、
    前記一次描画ステップで描画した画像において、前記複数のピクセルのうち、前記検査対象物の前記表面の延在方向と直交する方向に沿って並ぶものの中から、ピクセル強度が最大となるピクセルを抽出し、抽出した前記ピクセルの位置を前記検査対象物の表面形状として特定する形状特定ステップと
    を含み、
    前記一次描画ステップは、
    前記ピクセルごとに、最も強い超音波信号を送受信した前記探触子の座標と前記最も強い超音波信号の送受信時間とに基づいて、前記検査対象物の前記表面の傾斜角を推定し、
    前記ピクセルごとに、推定した前記傾斜角に基づいて超音波信号の前記表面に対する入射角および反射角を算出し、
    前記入射角と前記反射角とが近似する超音波信号のデータに強調補正をかけて、前記画像を描画することを特徴とする上記各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7323477B2 (ja) * 2020-02-25 2023-08-08 三菱重工業株式会社 超音波探触子、及び超音波探傷スキャナ
JP7495725B2 (ja) 2020-08-06 2024-06-05 国立大学法人愛媛大学 道路舗装内部の超音波映像化装置、方法、及びプログラム
JP7433172B2 (ja) * 2020-09-10 2024-02-19 三菱重工業株式会社 超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000028589A (ja) 1998-07-10 2000-01-28 Toshiba Corp ３次元超音波画像化装置
JP2001211319A (ja) 2000-01-28 2001-08-03 Fuji Photo Film Co Ltd 画像処理方法
JP2009276085A (ja) 2008-05-12 2009-11-26 Nikko Kensa Service Kk 曲面に追随する超音波探傷装置
JP2012255653A (ja) 2011-06-07 2012-12-27 Central Research Institute Of Electric Power Industry 超音波探傷試験体の表面形状同定方法、表面形状同定装置及び表面形状同定プログラム、並びに、超音波探傷試験体の表面形状同定処理を組み込んだ超音波探傷試験方法、超音波探傷試験装置及び超音波探傷試験プログラム
JP2013040924A (ja) 2011-07-15 2013-02-28 Toshiba Corp 超音波探傷装置及びその方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000028589A (ja) 1998-07-10 2000-01-28 Toshiba Corp ３次元超音波画像化装置
JP2001211319A (ja) 2000-01-28 2001-08-03 Fuji Photo Film Co Ltd 画像処理方法
JP2009276085A (ja) 2008-05-12 2009-11-26 Nikko Kensa Service Kk 曲面に追随する超音波探傷装置
JP2012255653A (ja) 2011-06-07 2012-12-27 Central Research Institute Of Electric Power Industry 超音波探傷試験体の表面形状同定方法、表面形状同定装置及び表面形状同定プログラム、並びに、超音波探傷試験体の表面形状同定処理を組み込んだ超音波探傷試験方法、超音波探傷試験装置及び超音波探傷試験プログラム
JP2013040924A (ja) 2011-07-15 2013-02-28 Toshiba Corp 超音波探傷装置及びその方法

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