JP7120917B2

JP7120917B2 - 超音波探傷方法及び装置

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Publication number: JP7120917B2
Application number: JP2018245628A
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Inventors: 聡北澤; 秀孝小室; 潤一郎長沼; 和也江原
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
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Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2022-08-17
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Description

本発明は、複数の圧電素子を有するアレイセンサを用いる超音波探傷方法及び装置に関する。

超音波探傷方法は、原子力プラント等で用いられる非破壊検査方法であり、その一つとして、フェーズドアレイ（Phased Array：ＰＡ）法がある。ＰＡ法では、複数の圧電素子を有するアレイセンサを用いる。そして、例えば縦波を利用して探傷する場合は、縦波音速を用いて圧電素子毎に演算された遅延時間により、複数の圧電素子からの複数の超音波の送信タイミング（すなわち、複数の素元波の位相）を制御して、それらの合成波である超音波ビームの焦点位置を制御する。焦点位置に反射源が存在する場合、反射源で反射された超音波が複数の圧電素子で受信されて、複数の波形信号に変換される。そして、前述した遅延時間により、複数の波形信号の時間軸を調整しつつ、複数の波形信号を合成して、合成波形信号を生成する。そして、複数の焦点位置にそれぞれ対応する複数の合成波形信号の強度（振幅）に基づいて、強度の分布を示す探傷画像を生成する。

超音波探傷方法の課題の一つとして、探傷画像の評価がある。例えば、上述したように縦波を利用して探傷する場合は、探傷画像に現れた縦波エコー（真性エコー）により、欠陥の有無を評価する。詳細には、縦波エコーが既知の反射源とは異なる位置に現れていれば、未知の反射源（すなわち、欠陥）が存在すると判定し、その位置も評価する。しかし、探傷画像には、縦波エコー以外の擬似エコー（詳細には、例えば横波エコー又はモード変換エコー）が、実際の反射位置とは異なる位置にしばし現れる。真性エコーと擬似エコーを識別することは、専門知識をもった者でも難しい。例えば、非特許文献１は、アレイセンサを移動するか若しくは超音波の周波数が異なるアレイセンサを併用して他の探傷画像を生成し、複数の探傷画像からエコーを識別する方法を開示している。

なお、縦波エコーとは、圧電素子から反射源へ縦波として伝播し、その後、反射源から圧電素子へ縦波として伝播した超音波を示すものである。横波エコーとは、圧電素子から反射源へ横波として伝播し、その後、反射源から圧電素子へ横波として伝播した超音波を示すものである。モード変換エコーとは、圧電素子から反射源へ縦波及び横波のうちの一方として伝播し、その後、反射源から圧電素子へ縦波及び横波のうちの他方として伝播した超音波を示すものである。

ところで、近年、新たな超音波探傷方法として、フルマトリクスキャプチャー（Full Matrix Capture：ＦＭＣ）／トータルフォーカンシングメソッド（Total Focusing Method：ＴＦＭ）又は開口合成法（Synthetic Aperture Focusing Technique：ＳＡＦＴ）と呼ばれる手法が注目を集めている。この方法では、ＰＡ法と同様、複数の圧電素子を有するアレイセンサを用いる。そして、複数の圧電素子のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して制御することにより、送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録する。すなわち、複数の圧電素子を同時に駆動して合成波を送信するのでなく、１つの圧電素子を駆動して素元波を送信する。また、複数の波形信号を合成した合成信号を収録するのでなく、送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録する。

そして、検査対象物内の位置毎に、その位置で超音波が反射されたと仮定した場合の超音波の伝播時間に基づき、その位置に対応する複数の波形信号の強度を抽出して合算し、合算した強度の分布を示す探傷画像を生成する。一般的に、超音波の伝播時間を演算するための音速は、縦波音速又は横波音速を用いる。

「超音波探傷試験III 2017」、一般社団法人日本非破壊検査協会

上述した通り、超音波探傷の専門知識をもった者でも、探傷画像のエコーを識別することは難しい。また、非特許文献１に記載の方法では、検査時間がかかるばかりか、専門知識をもった者しか、探傷画像のエコーを識別できない。

本発明の目的は、探傷画像のエコーを容易に識別することができる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、複数の圧電素子を有するアレイセンサを用い、前記複数の圧電素子のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して、前記送信素子から検査対象物に超音波を送信させると共に、前記検査対象物で反射された超音波が前記受信素子で受信されて変換された波形信号を取得することにより、前記送信素子と前記受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録し、前記検査対象物内の位置毎に、前記位置で超音波が反射されたと仮定した場合の前記送信素子と前記受信素子の組合せに応じた超音波の伝播時間に基づき、前記位置に対応する前記複数の波形信号の強度を抽出して合算し、合算した強度の分布を示す探傷画像を生成する超音波探傷方法において、前記超音波の伝播時間を演算するための音速として、縦波音速、横波音速、及びそれらの平均である中間音速のうちのいずれかを含む少なくとも３つの音速を選択的に用いることにより、少なくとも３つの探傷画像を生成し、前記少なくとも３つの探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた少なくとも３つのエコーに対してそれらの面積を演算し、前記少なくとも３つのエコーのうちの面積が最小となるエコーを選択し、選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速、横波音速、及び中間音速のうちのいずれかを用いて生成されたか否かにより、前記エコーを識別する。

本発明によれば、探傷画像のエコーを容易に識別することができる。

本発明の第１の実施形態における超音波探傷装置の構成を表すブロック図である。本発明の第１の実施形態における送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を表す図である。本発明の第１の実施形態における検査対象物内の超音波の伝播経路の一例を表す図である。本発明の第１の実施形態における超音波探傷装置の処理手順を表すフローチャートである。本発明の第１の実施形態における複数の探傷画像の具体例を表す図である。本発明の第１の実施形態における複数の探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた複数のエコーを表す図である。本発明の第１の実施形態における注目エコーの面積の推移の一例を表す図である。本発明の第１の実施形態における注目エコーの面積の推移の他の例を表す図である。本発明の第２の実施形態における超音波探傷装置の処理手順を表すフローチャートである。本発明の第３の実施形態における超音波探傷装置の処理手順を表すフローチャートである。

本発明は、フルマトリクスキャプチャー（ＦＭＣ）／トータルフォーカンシングメソッド（ＴＦＭ）又は開口合成法（ＳＡＦＴ）と呼ばれる手法を利用するものである。本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における超音波探傷装置の構成を表すブロック図である。図２は、本実施形態における送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を表す図である。図３は、本実施形態における検査対象物内の超音波の伝播経路の一例を表す図である。

本実施形態の超音波探傷装置は、複数（Ｎ個）の圧電素子１１を有するアレイセンサ１２と、アレイセンサ１２を制御して複数の波形信号を収録する超音波探傷器１３と、超音波探傷器１３で収録された複数の波形信号に基づいて探傷画像を生成する計算機１４と、計算機１４で生成された探傷画像等を表示する表示装置１５（ディスプレイ）とを備えている。超音波探傷器１３は、パルサ１６、レシーバ１７、データ収録部１８を有している。データ収録部１８は、例えばハードディスク又はメモリで構成されている。計算機１４は、プログラムを記憶するＲＯＭ１９と、プログラムに従って処理を実行するＣＰＵ２０と、処理結果を記憶するＲＡＭ２１とを有している。計算機１４には、キーボード２２やマウス２３等の入力装置が接続されている。

超音波探傷器１３は、複数の圧電素子１１のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して制御することにより、送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録するようになっている。

詳しく説明すると、まず、パルサ１６は、送信素子として１番目の圧電素子１１を選択し、この圧電素子１１に駆動信号（電気信号）を出力する。これにより、圧電素子１１から検査対象物１０に超音波（素元波）を送信させる。その後、各圧電素子１１は、検査対象物１０の反射源９（欠陥）で反射された超音波を受信し、波形信号に変換してレシーバ１７に出力する。レシーバ１７は、送信素子として１番目の圧電素子１１が選択された場合の受信素子として例えば全ての圧電素子１１を選択し、Ｎ個の圧電素子１１から入力したＮ個の波形信号Ｗ_１１，Ｗ_１２，…，Ｗ_１Ｎをデータ収録部１８に出力する。

次に、パルサ１６は、送信素子として２番目の圧電素子１１を選択し、この圧電素子１１から超音波を送信させる。その後、レシーバ１７は、送信素子として２番目の圧電素子１１が選択された場合の受信素子として例えば全ての圧電素子１１を選択し、Ｎ個の圧電素子１１から入力したＮ個の波形信号Ｗ_２１，Ｗ_２２，…，Ｗ_２Ｎをデータ収録部１８に出力する。このようにして送信素子と受信素子の組合せを切り替えながら、波形信号を取得する。最終的に、パルサ１６は、送信素子としてＮ番目の圧電素子１１を選択し、この圧電素子１１から超音波を送信させる。レシーバ１７は、送信素子としてＮ番目の圧電素子１１が選択された場合の受信素子として例えば全ての圧電素子１１を選択し、Ｎ個の圧電素子１１から入力したＮ個の波形信号Ｗ_Ｎ１，Ｗ_Ｎ２，…，Ｗ_ＮＮをデータ収録部１８に出力する。

データ収録部１８は、上述のようにして取得したＮ^２個の波形信号（図２参照）を、対応する送信素子と受信素子の組合せの情報と共に収録する。理論的には波動の相反性で波形信号Ｗ_ｍｎ＝波形信号Ｗ_ｎｍ（但し、ｍ＝１，２，…，Ｎ、ｎ＝１，２，…，Ｎ）が成り立つため、波形信号Ｗ_ｍｎと波形信号Ｗ_ｎｍのうちの一方を除いて、（Ｎ^２＋Ｎ）／２個の波形信号を収録してもよい。しかし、圧電素子や回路の特性によって波動の相反性が成立しない場合があるため、本実施形態ではＮ^２個の波形信号を収録する。但し、例えば検査領域を限定したい場合や不良な圧電素子が存在する場合など、必要に応じて、送信素子と受信素子の組合せを変更してもよい。

計算機１４は、検査対象物１０内の位置毎に、その位置で超音波が反射されたと仮定した場合の送信素子と受信素子の組合せに応じた超音波の伝播時間に基づき、その位置に対応する複数の波形信号の強度（振幅）を抽出して合算し、合算した強度の分布を示す探傷画像を生成する。

詳しく説明すると、図３で示すように検査対象物１０内の位置（ｘｉ，ｚｉ）に反射源９が存在すると仮定すれば、送信素子２４からの超音波が伝播経路Ｆ１に沿って伝播し、反射源９で反射された超音波が伝播経路Ｆ２に沿って伝播して受信素子２５で受信される。送信素子２４の位置（ｘｍ，ｚｍ）とすれば、送信素子２４から反射源９までの超音波の伝播時間τｍｉは、下記の式（１）で与えられる。また、受信素子２５の位置（ｘｎ，ｚｎ）とすれば、反射源９から受信素子２５までの超音波の伝播時間τｎｉは、下記の式（２）で与えられる。したがって、送信素子２４から受信素子２５までの超音波の伝播時間は（τｍｉ＋τｎｉ）で与えられる。

検査対象物１０内の位置（ｘｉ，ｚｉ）毎に、送信素子と受信素子の組合せに応じた超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）に基づき、位置（ｘｉ，ｚｉ）に対応する複数の波形信号の強度Ｗ_ｎｍ（τｍｉ＋τｎｉ）を抽出して合算する。すなわち、下記の式（３）を用いて、検査対象物１０内の位置（ｘｉ，ｚｉ）に対応する強度（合算値）Ｓｉを算出する。そして、強度Ｓｉを画素値に変換して、強度Ｓｉの分布を示す探傷画像を生成する。

ここで、式（１）及び式（２）中の音速Ｃとして縦波音速Ｃ_Ｌを選択した場合、例えば後述の図５（ａ）で示すような探傷画像２６Ａを生成する。この探傷画像２６Ａの反射源９の位置には縦波エコー（真性エコー）が現れるものの、反射源９とは異なる位置に縦波エコー以外の擬似エコー（詳細には、例えば図５（ａ）で示す横波エコー、又は図示しないモード変換エコー）がしばし現れる。本実施形態の大きな特徴として、計算機１４は、探傷画像のエコーを識別する機能を有しており、その詳細を説明する。

図４は、本実施形態における超音波探傷装置の処理手順を表すフローチャートである。図５（ａ）は、本実施形態におけるメイン探傷画像の具体例を表す図であり、図５（ｂ）～図５（ｄ）は、本実施形態におけるサブ探傷画像の具体例を表す図である。なお、図５（ａ）～図５（ｄ）においては、便宜上、アレイセンサ１２及び反射源９の位置を示す。

まず、ステップＳ１０１にて、超音波探傷器１３は、複数の圧電素子１１のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して制御することにより、送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録する。その後、ステップＳ１０２に進み、計算機１４は、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして縦波音速Ｃ_Ｌを用いて、メイン探傷画像２６Ａ（図５（ａ）参照）を生成する。表示装置１５は、計算機１４で生成されたメイン探傷画像２６Ａを表示する。その後、ステップＳ１０３に進み、検査者は、キーボード２２やマウス２３を操作して、メイン探傷画像２６Ａに現れた複数のエコー２７Ａ，２８Ａから注目エコーを指定する。

ステップＳ１０４に進み、計算機１４は、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして少なくとも２つの他の音速を選択的に用いて、少なくとも２つのサブ探傷画像を生成する。なお、表示装置１５は、計算機１４で生成されたサブ探傷画像を表示してもよい。

前述した少なくとも２つの他の音速は、縦波音速Ｃ_Ｌより高い音速と、縦波音速Ｃ_Ｌより低い音速を含むことが好ましい。また、少なくとも２つの他の音速は、固定されているか、若しくは、キーボード２２やマウス２３の操作によって設定される。具体的には、例えばキーボード２２やマウス２３の操作によって音速の可変範囲や可変間隔が入力され、これに基づいて他の音速が設定される。

他の音速の数、すなわち、サブ探傷画像の数は、エコーの変化を認識するために多いほうが好ましいものの、多くなれば計算負荷が増えることを考慮する必要がある。本実施形態における複数のサブ探傷画像は、図５（ｂ）～図５（ｄ）で示すサブ探傷画像２６Ｂ～２６Ｄを含む。図５（ｂ）で示すサブ探傷画像２６Ｂは、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして中間音速Ｃ_Ｍ（詳細には、縦波音速Ｃ_Ｌと横波音速Ｃ_Ｔの平均であり、Ｃ_Ｌ＞Ｃ_Ｍ＞Ｃ_Ｔ）を用いて生成されたものである。図５（ｃ）で示すサブ探傷画像２６Ｃは、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして横波音速Ｃ_Ｔを用いて生成されたものである。図５（ｄ）で示すサブ探傷画像２６Ｄは、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして音速Ｃ_Ｓ（但し、Ｃ_Ｔ＞Ｃ_Ｓ）を用いて生成されたものである。

ステップＳ１０５に進み、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ａの注目エコーに対して同一の反射源に起因するものとして関連付けられる、サブ探傷画像の注目エコーを抽出する。具体的には、例えばメイン探傷画像２６Ａの注目エコーとしてエコー２７Ａが指定されていた場合、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２７Ｂ、サブ探傷画像２６Ｃのエコー２７Ｃ、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２７Ｄ等を抽出する。また、例えばメイン探傷画像２６Ａの注目エコーとしてエコー２８Ａが指定されていた場合、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２８Ｂ、サブ探傷画像２６Ｃのエコー２８Ｃ、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２８Ｄ等を抽出する。

サブ探傷画像の注目エコーを抽出する方法について説明する。計算機１４は、画像の生成に用いられた音速が近い２つの探傷画像を順次選択し、２つの探傷画像にそれぞれ現れて位置や面積が近い２つのエコーを、同一の反射源に起因するものとして抽出する。このようにして抽出された注目エコーが多くなれば、スプライン法や最小二乗法などを用いて、図６で示すように注目エコーの位置を通る軌跡２９を演算し、この軌跡２９の近傍に位置するエコーを、同一の反射源に起因するものとして抽出する。なお、エコーの位置とは、例えばエコー強度のピーク値の位置であり、エコーの面積（有効面積）とは、例えばエコー強度のピーク値からその５０％まで変化する領域の面積である。

ステップＳ１０６に進み、計算機１４は、メイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積を演算する。なお、表示装置１５は、計算機１４で演算されたメイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積（図７又は図８参照）を表示してもよい。その後、ステップＳ１０７に進み、計算機１４は、メイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積のうち、メイン探傷画像の注目エコーの面積が最小であるか否かを判定する（言い換えれば、面積が最小となる注目エコーを選択し、選択した注目エコーが現れた探傷画像が縦波音速を用いて生成されたか否かを判定する）。

例えばメイン探傷画像２６Ａの注目エコーとしてエコー２７Ａが指定されていた場合、ステップＳ１０６にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ａのエコー２７Ａの面積、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２７Ｂの面積、サブ探傷画像２６Ｃのエコー２７Ｃの面積、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２７Ｄの面積等を演算する。これらの面積は、図７で示すような傾向をとる。すなわち、メイン探傷画像２６Ａのエコー２７Ａの面積が最小となるから（言い換えれば、面積が最小となるエコー２７Ａが現れた探傷画像が縦波音速を用いて生成されているから）、ステップＳ１０７の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１０８に移る。ステップＳ１０８にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ａのエコー２７Ａが縦波エコー（真性エコー）であると判定し、その判定結果を表示装置１５に表示する。

一方、例えばメイン探傷画像２６Ａの注目エコーとしてエコー２８Ａが指定されていた場合、ステップＳ１０６にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ａのエコー２８Ａの面積、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２８Ｂの面積、サブ探傷画像２６Ｃのエコー２８Ｃの面積、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２８Ｄの面積等を演算する。これらの面積は、図８で示すような傾向をとる。すなわち、サブ探傷画像２６Ｃのエコー２８Ｃの面積が最小となるから（言い換えれば、面積が最小となるエコー２８Ｃが現れた探傷画像が縦波音速を用いて生成されていないから）、ステップＳ１０７の判定がＮＯとなり、ステップＳ１０９に移る。ステップＳ１０９にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ａのエコー２８Ａが擬似エコーであると判定し、その判定結果を表示装置１５に表示する。

以上のように本実施形態においては、メイン探傷画像のエコーを容易に識別することができる。そして、メイン探傷画像の縦波エコー（真性エコー）により、欠陥の有無や位置を評価することができる。

本発明の第２の実施形態を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態における超音波探傷装置の処理手順を表すフローチャートである。本実施形態は、超音波の伝播時間を演算するための音速として横波音速を用いて、メイン探傷画像を生成する実施形態である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

まず、ステップＳ２０１にて、超音波探傷器１３は、複数の圧電素子１１のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して制御することにより、送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録する。その後、ステップＳ２０２に進み、計算機１４は、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして横波音速Ｃ_Ｔを用いて、メイン探傷画像２６Ｃ（図５（ｃ）参照）を生成する。表示装置１５は、計算機１４で生成されたメイン探傷画像２６Ｃを表示する。その後、ステップＳ２０３に進み、検査者は、キーボード２２やマウス２３を操作して、メイン探傷画像２６Ｃに現れた複数のエコー２７Ｃ，２８Ｃから注目エコーを指定する。

ステップＳ２０４に進み、計算機１４は、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして少なくとも２つの他の音速を選択的に用いて、少なくとも２つのサブ探傷画像を生成する。なお、表示装置１５は、計算機１４で生成されたサブ探傷画像を表示してもよい。

前述した少なくとも２つの他の音速は、横波音速Ｃ_Ｔより高い音速と、横波音速Ｃ_Ｔより低い音速を含むことが好ましい。また、少なくとも２つの他の音速は、固定されているか、若しくは、キーボード２２やマウス２３の操作によって設定される。他の音速の数、すなわち、サブ探傷画像の数は、エコーの変化を認識するために多いほうが好ましいものの、多くなれば計算負荷が増えることを考慮する必要がある。本実施形態における複数のサブ探傷画像は、図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｄ）で示すサブ探傷画像２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｄを含む。

ステップＳ２０５に進み、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ｃの注目エコーに対して同一の反射源に起因するものとして関連付けられる、サブ探傷画像の注目エコーを抽出する。具体的には、例えばメイン探傷画像２６Ｃの注目エコーとしてエコー２７Ｃが指定されていた場合、サブ探傷画像２６Ａのエコー２７Ａ、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２７Ｂ、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２７Ｄ等を抽出する。また、例えばメイン探傷画像２６Ｃの注目エコーとしてエコー２８Ｃが指定されていた場合、サブ探傷画像２６Ａのエコー２８Ａ、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２８Ｂ、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２８Ｄ等を抽出する。

ステップＳ２０６に進み、計算機１４は、メイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積を演算する。なお、表示装置１５は、計算機１４で演算されたメイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積（図７又は図８参照）を表示してもよい。その後、ステップＳ２０７に進み、計算機１４は、メイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積のうち、メイン探傷画像の注目エコーの面積が最小であるか否かを判定する（言い換えれば、面積が最小となる注目エコーを選択し、選択した注目エコーが現れた探傷画像が横波音速を用いて生成されたか否かを判定する）。

例えばメイン探傷画像２６Ｃの注目エコーとしてエコー２８Ｃが指定されていた場合、ステップＳ２０６にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ｃのエコー２８Ｃの面積、サブ探傷画像２６Ａのエコー２８Ａの面積、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２８Ｂの面積、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２８Ｄの面積等を演算する。これらの面積は、図８で示すような傾向をとる。すなわち、メイン探傷画像２６Ｃのエコー２８Ｃの面積が最小となるから（言い換えれば、面積が最小となるエコー２８Ｃが現れた探傷画像が横波音速を用いて生成されているから）、ステップＳ２０７の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２０８に移る。ステップＳ２０８にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ｃのエコー２８Ｃが横波エコー（真性エコー）であると判定し、その判定結果を表示装置１５に表示する。

一方、例えばメイン探傷画像２６Ｃの注目エコーとしてエコー２７Ｃが指定されていた場合、ステップＳ２０６にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ｃのエコー２７Ｃの面積、サブ探傷画像２６Ａのエコー２７Ａの面積、サブ探傷画像２６Ｂのエコー２７Ｂの面積、及びサブ探傷画像２６Ｄのエコー２７Ｄの面積等を演算する。これらの面積は、図７で示すような傾向をとる。すなわち、サブ探傷画像２６Ａのエコー２７Ａの面積が最小となるから（言い換えれば、面積が最小となるエコー２７Ａが現れた探傷画像が横波音速を用いて生成されていないから）、ステップＳ２０７の判定がＮＯとなり、ステップＳ２０９に移る。ステップＳ２０９にて、計算機１４は、メイン探傷画像２６Ｃのエコー２７Ｃが擬似エコーであると判定し、その判定結果を表示装置１５に表示する。

以上のように本実施形態においては、メイン探傷画像のエコーを容易に識別することができる。そして、メイン探傷画像の横波エコー（真性エコー）により、欠陥の有無や位置を評価することができる。

本発明の第３の実施形態を、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態における超音波探傷装置の処理手順を表すフローチャートである。本実施形態は、超音波の伝播時間を演算するための音速として中間音速を用いて、メイン探傷画像を生成する実施形態である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

まず、ステップＳ３０１にて、超音波探傷器１３は、複数の圧電素子１１のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して制御することにより、送信素子と受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録する。その後、ステップＳ３０２に進み、計算機１４は、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして中間音速Ｃ_Ｍを用いて、メイン探傷画像を生成する。表示装置１５は、計算機１４で生成されたメイン探傷画像を表示する。その後、ステップＳ３０３に進み、検査者は、キーボード２２やマウス２３を操作して、メイン探傷画像に現れた複数のエコーから注目エコーを指定する。

ステップＳ３０４に進み、計算機１４は、超音波の伝播時間（τｍｉ＋τｎｉ）を演算するための音速Ｃとして少なくとも２つの他の音速を選択的に用いて、少なくとも２つのサブ探傷画像を生成する。なお、表示装置１５は、計算機１４で生成されたサブ探傷画像を表示してもよい。

前述した少なくとも２つの他の音速は、中間音速Ｃ_Ｍより高い音速と、中間音速Ｃ_Ｍより低い音速を含むことが好ましい。また、少なくとも２つの他の音速は、固定されているか、若しくは、キーボード２２やマウス２３の操作によって設定される。他の音速の数、すなわち、サブ探傷画像の数は、エコーの変化を認識するために多いほうが好ましいものの、多くなれば計算負荷が増えることを考慮する必要がある。

ステップＳ３０５に進み、計算機１４は、メイン探傷画像の注目エコーに対して同一の反射源に起因するものとして関連付けられる、サブ探傷画像の注目エコーを抽出する。

ステップＳ３０６に進み、計算機１４は、メイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積を演算する。なお、表示装置１５は、計算機１４で演算されたメイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積を表示してもよい。その後、ステップＳ３０７に進み、計算機１４は、メイン探傷画像及びサブ探傷画像の注目エコーの面積のうち、メイン探傷画像の注目エコーの面積が最小であるか否かを判定する（言い換えれば、面積が最小となる注目エコーを選択し、選択した注目エコーが現れた探傷画像が中間音速を用いて生成されたか否かを判定する）。

例えばメイン探傷画像の注目エコーの面積が最小である場合（言い換えれば、面積が最小となる注目エコーが現れた探傷画像が中間音速を用いて生成されている場合）、ステップＳ３０７の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ３０８に移る。ステップＳ３０８にて、計算機１４は、メイン探傷画像の注目エコーがモード変換エコー（真性エコー）であると判定し、その判定結果を表示装置１５に表示する。

一方、例えばサブ探傷画像の注目エコーの面積が最小である場合（言い換えれば、面積が最小となる注目エコーが現れた探傷画像が中間音速を用いて生成されていない場合）、ステップＳ３０７の判定がＮＯとなり、ステップＳ３０９に移る。ステップＳ３０９にて、計算機１４は、メイン探傷画像の注目エコーが擬似エコーであると判定し、その判定結果を表示装置１５に表示する。

以上のように本実施形態においては、メイン探傷画像のエコーを容易に識別することができる。そして、メイン探傷画像のモード変換エコー（真性エコー）により、欠陥の有無や位置を評価することができる。

なお、第１の実施形態において、計算機１４は、「縦波音速」を用いて１つのメイン探傷画像を生成し、「縦波音速」以外の他の音速を用いて少なくとも２つのサブ探傷画像を生成し、これらの探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた少なくとも３つのエコーに対してそれらの面積を演算し、少なくとも３つのエコーのうちの面積が最小となるエコーを選択し、選択したエコーがメイン探傷画像に現れていれば、エコーが「縦波エコー」であると判定し、選択したエコーがサブ探傷画像に現れていれば、エコーが「擬似エコー」であると判定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、「横波音速」を用いて生成されたサブ探傷画像を有する場合、計算機１４は、擬似エコーが現れたサブ探傷画像が「横波音速」を用いて生成されたか否かにより、擬似エコーが「横波エコー」であるか否かを判定し、その判定結果を表示装置１５に表示してもよい。また、例えば、「中間音速」を用いて生成されたサブ探傷画像を有する場合、計算機１４は、擬似エコーが現れたサブ探傷画像が「中間音速」を用いて生成されたか否かにより、擬似エコーが「モード変換エコー」であるか否かを判定し、その判定結果を表示装置１５に表示してもよい。

また、第２の実施形態において、計算機１４は、「横波音速」を用いて１つのメイン探傷画像を生成し、「横波音速」以外の他の音速を用いて少なくとも２つのサブ探傷画像を生成し、これらの探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた少なくとも３つのエコーに対してそれらの面積を演算し、少なくとも３つのエコーのうちの面積が最小となるエコーを選択し、選択したエコーがメイン探傷画像に現れていれば、エコーが「横波エコー」であると判定し、選択したエコーがサブ探傷画像に現れていれば、エコーが「擬似エコー」であると判定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、「縦波音速」を用いて生成されたサブ探傷画像を有する場合、計算機１４は、擬似エコーが現れたサブ探傷画像が「縦波音速」を用いて生成されたか否かにより、擬似エコーが「縦波エコー」であるか否かを判定し、その判定結果を表示装置１５に表示してもよい。また、例えば、「中間音速」を用いて生成されたサブ探傷画像を有する場合、計算機１４は、擬似エコーが現れたサブ探傷画像が「中間音速」を用いて生成されたか否かにより、擬似エコーが「モード変換エコー」であるか否かを判定し、その判定結果を表示装置１５に表示してもよい。

また、第３の実施形態において、計算機１４は、「中間音速」を用いて１つのメイン探傷画像を生成し、「中間音速」以外の他の音速を用いて少なくとも２つのサブ探傷画像を生成し、これらの探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた少なくとも３つのエコーに対してそれらの面積を演算し、少なくとも３つのエコーのうちの面積が最小となるエコーを選択し、選択したエコーがメイン探傷画像に現れていれば、エコーが「モード変換エコー」であると判定し、選択したエコーがサブ探傷画像に現れていれば、エコーが「擬似エコー」であると判定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、「縦波音速」を用いて生成されたサブ探傷画像を有する場合、計算機１４は、擬似エコーが現れたサブ探傷画像が「縦波音速」を用いて生成されたか否かにより、擬似エコーが「縦波エコー」であるか否かを判定し、その判定結果を表示装置１５に表示してもよい。また、例えば、「横波音速」を用いて生成されたサブ探傷画像を有する場合、計算機１４は、擬似エコーが現れたサブ探傷画像が「横波音速」を用いて生成されたか否かにより、擬似エコーが「横波エコー」であるか否かを判定し、その判定結果を表示装置１５に表示してもよい。

なお、以上においては、特に説明しなかったが、計算機１４は、別の方法を用いてエコーを識別することにより、上述したエコーの識別結果を確認してもよい。具体的には、少なくとも３つの探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた少なくとも３つのエコーのうち、既知の反射源の位置に最も近くに現れたエコーを選択し、選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速、横波音速、及び中間音速のうちのいずれかを用いて生成されたか否かにより、エコーを識別してもよい。例えば図６で示されたエコー２８Ａ～２８Ｄを用いて具体的に説明すると、仮に反射源９の位置が既知であれば、この位置に最も近くに現れたエコー２８Ｃを選択し、このエコー２８Ｃが現れた探傷画像２６Ｃが横波音速を用いて生成されたか否かにより、エコー２８Ａ～２８Ｄが横波エコーであるか否かを確認してもよい。

９反射源
１０検査対象物
１１圧電素子
１２アレイセンサ
１３超音波探傷器
１４計算機
２４送信素子
２５受信素子
２６Ａ～２６Ｄ探傷画像
２７Ａ～２７Ｄエコー
２８Ａ～２８Ｄエコー

Claims

複数の圧電素子を有するアレイセンサを用い、
前記複数の圧電素子のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して、前記送信素子から検査対象物に超音波を送信させると共に、前記検査対象物で反射された超音波が前記受信素子で受信されて変換された波形信号を取得することにより、前記送信素子と前記受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録し、
前記検査対象物内の位置毎に、前記位置で超音波が反射されたと仮定した場合の前記送信素子と前記受信素子の組合せに応じた超音波の伝播時間に基づき、前記位置に対応する前記複数の波形信号の強度を抽出して合算し、合算した強度の分布を示す探傷画像を生成する超音波探傷方法において、
前記超音波の伝播時間を演算するための音速として、縦波音速、横波音速、及びそれらの平均である中間音速のうちのいずれかを含む少なくとも３つの音速を選択的に用いることにより、少なくとも３つの探傷画像を生成し、
前記少なくとも３つの探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた少なくとも３つのエコーに対してそれらの面積を演算し、
前記少なくとも３つのエコーのうちの面積が最小となるエコーを選択し、選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速、横波音速、及び中間音速のうちのいずれかを用いて生成されたか否かにより、前記エコーを識別することを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速を用いて生成されたか否かにより、前記エコーが縦波エコーであるか否かを判定することを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記選択したエコーが現われた探傷画像が横波音速を用いて生成されたか否かにより、前記エコーが横波エコーであるか否かを判定することを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記選択したエコーが現われた探傷画像が中間音速を用いて生成されたか否かにより、前記エコーがモード変換エコーであるか否かを判定することを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記少なくとも３つのエコーのうちの既知の反射源の位置に最も近くに現れたエコーを選択し、選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速、横波音速、及び中間音速のうちのいずれかを用いて生成されたか否かにより、前記エコーを識別することを特徴とする超音波探傷方法。
複数の圧電素子を有するアレイセンサと、
前記複数の圧電素子のうちの送信素子と受信素子の組合せを選択して、前記送信素子から検査対象物に超音波を送信させると共に、前記検査対象物で反射された超音波が前記受信素子で受信されて変換された波形信号を取得することにより、前記送信素子と前記受信素子の組合せに対応する複数の波形信号を収録する超音波探傷器と、
前記検査対象物内の位置毎に、前記位置で超音波が反射されたと仮定した場合の前記送信素子と前記受信素子の組合せに応じた超音波の伝播時間に基づき、前記位置に対応する前記複数の波形信号の強度を抽出して合算し、合算した強度の分布を示す探傷画像を生成する計算機と、を備えた超音波探傷装置において、
前記計算機は、
前記超音波の伝播時間を演算するための音速として、縦波音速、横波音速、及びそれらの平均である中間音速のうちのいずれかを含む少なくとも３つの音速を選択的に用いることにより、少なくとも３つの探傷画像を生成し、
前記少なくとも３つの探傷画像にそれぞれ現れて同一の反射源に起因するものとして関連付けられた少なくとも３つのエコーに対してそれらの面積を演算し、
前記少なくとも３つのエコーのうちの面積が最小となるエコーを選択し、選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速、横波音速、及び中間音速のうちのいずれかを用いて生成されたか否かにより、前記エコーを識別することを特徴とする超音波探傷装置。
請求項６に記載の超音波探傷装置において、
前記計算機は、前記選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速を用いて生成されたか否かにより、前記エコーが縦波エコーであるか否かを判定することを特徴とする超音波探傷装置。
請求項６に記載の超音波探傷装置において、
前記計算機は、前記選択したエコーが現われた探傷画像が横波音速を用いて生成されたか否かにより、前記エコーが横波エコーであるか否かを判定することを特徴とする超音波探傷装置。
請求項６に記載の超音波探傷装置において、
前記計算機は、前記選択したエコーが現われた探傷画像が中間音速を用いて生成されたか否かにより、前記エコーがモード変換エコーであるか否かを判定することを特徴とする超音波探傷装置。
請求項６に記載の超音波探傷装置において、
前記計算機は、前記少なくとも３つのエコーのうちの既知の反射源の位置に最も近くに現れたエコーを選択し、選択したエコーが現れた探傷画像が縦波音速、横波音速、及び中間音速のうちのいずれかを用いて生成されたか否かにより、前記エコーを識別することを特徴とする超音波探傷装置。