JP2005331439A - 探傷信号の分析方法及び分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させ、データ分析の手間の軽減が可能な探傷信号の分析方法及び分析装置を提供する。
【解決手段】
入力される探傷信号１８をフィルタリング処理する空間フィルタ装置１１と、欠陥エコーの見本特徴量データ及び疑似エコーの見本特徴量データを備えた見本特徴量データベース１５と、見本特徴量データベース１５と探傷信号又はフィルタリング処理した後の探傷信号から求めた特徴量とをマッチングして分析する自動分析装置１４と、探傷信号又はフィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に最適な表示を行う最適表示装置１６と、探傷信号又はフィルタリング処理した後の探傷信号の表示画面に被検体モデルの画像を表示する相対位置表示装置１７とを有する分析装置１０として、欠陥エコーを抽出、分析する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波又はレーダを用いた探傷装置における、探傷信号の分析方法及び分析装置に関する。

図６は、一般的な超音波探傷装置の構成を示す概略構成図である。同図に示すように、探傷装置１の超音波送受信部１ａから、鉄鋼材料等の被検体２に直接または水等の遅延材を介して取付けられたセンサである探触子３へ、一定周期Ｔ₀を有するパルス信号を送出する。探触子３は、受信したパルス信号を超音波パルスに変換して、被検体２へ印加する。

被検体２内へ印加された超音波パルスは、被検体２の底面や欠陥２ａ等で反射し、再度、探触子３で受波される。探触子３は、反射波を電気信号に変換して、超音波送受信部１ａへ送信する。超音波送受信部１ａは、その電気信号を増幅して探傷信号であるエコー信号として表示部１ｂへ送出すると共に、記録部１ｃに記録する。

記録部１ｃに記録された探傷信号は、ネットワーク又は記録媒体経由で分析装置４に送られる。分析装置４は、このエコー信号に対して種々の信号処理及び分析を実施し、信号処理結果および欠陥の有無（分析結果）等を出力する。

このような構成の超音波探傷装置において、超音波送受信部１ａから出力されるエコー信号には、欠陥エコーの他に多くのノイズが含まれる。このエコー信号に含まれるノイズが大きいと、探傷結果の信頼性が大きく損なわれる。このノイズは大きく分けて電気性ノイズと材料性ノイズと形状ノイズの３種類がある。

電気性ノイズは、探触子３や超音波送受信部１ａおよび接続ケーブルなどに電磁波が混入することに起因する外部ノイズや、超音波送受信部１ａ内に組込まれた増幅器等が発生する内部ノイズ等で構成される。

一方、材料性ノイズとしては、例えば、被検体２の材料の結晶粒界で超音波が散乱し、欠陥以外からも反射波が探触子３へ戻ってきて、散乱エコーとしてエコー信号に含まれるノイズがある。このような被検体材料の結晶粒界からの散乱に起因するエコー信号を林状エコーと呼び、被検体の欠陥に起因する欠陥エコーではなく、疑似エコーと呼ばれる。また、形状ノイズは、被検体２の形状に依存して発生するエコーをいう。

エコー信号に含まれるこれらのノイズを低減して、欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させることは、超音波探傷を高精度で実施する上で極めて重要である。この疑似エコーを低減する対策として、広帯域幅を有した超音波パルスを被検体に入射して得られたエコー信号から周波数フィルタを用いて疑似エコーを除去することが提唱されている。これは、林状エコーの周波数に比較して欠陥エコーの周波数が低くなっていることを前提として利用している（下記、特許文献１を参照。）。

特開平２−１８６２６１号公報 特開平６−２０７９２８号公報

しかしながら、上述したエコー信号に対する信号処理手法を採用した分析装置においても、まだ解消すべき次のような課題があった。すなわち、従来方法では、欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させるため、一次元かつ時系列のバンドパスフィルタ処理や加算平均処理（超音波を入射した深さ方向に対する信号処理）が行われている。

したがって、上述する方法では、電気的ノイズには有効であるが、そのほかのノイズに対しては効果が低い。また、欠陥エコーの周波数は林状エコーの周波数に比べて低いとは限らないため、時系列一次元のバンドパスフィルタでは、林状エコーと欠陥エコーとを完全に分離できず、抽出される欠陥エコーはいまだＳ／Ｎ比を向上させる余地のあるものであった。

他に、欠陥エコーを抽出のための方法としては、信号振幅の閾値処理（絶対閾値、相対閾値又はＤＡＣなど距離に応じた相対閾値）が行われているが、抽出目標である欠陥エコーの見逃しを減らそうとして閾値を下げると、欠陥以外の要因からのノイズエコーの検出数も多くなり、過剰抽出が増えるため、より精度の高い欠陥エコーの抽出方法が望まれている。

また、探傷方法として、被検体の表面におけるスキャン方向であるＸ，Ｙ成分とした２次元スキャンや、更に超音波入射角の成分を加えたフェーズドアレイセンサによる探傷方法がある。しかしながらこれらの方法では、多数の時系列データが得られるため、当該データをＢスコープ表示して分析する際に、全てのデータを相手に、手動で最適な表示位置を選択して分析していたのでは、非常に時間がかかる。

更に、２次元スキャンやフェーズドアレイセンサによる探傷方法では、上述するように、多数の時系列データが得られるため、処理すべきデータ量が膨大になる。したがって、分析装置の動作に時間がかかり、またデータ転送に時間がかかった。

本発明は、上述する状況に鑑みてなされたものであり、抽出する欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させ、分析すべきエコー信号を自動的に最適化してデータ分析に伴う手間を軽減することができる探傷信号の分析方法及び分析装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る探傷信号の分析方法は、
センサを移動させ、又は超音波又はレーダの入射角を変化させて、被検体に超音波又はレーダを入射して得られる探傷信号を分析する分析方法において、
前記探傷信号を多次元の空間フィルタによりフィルタリング処理し、欠陥エコーを抽出することを特徴とする探傷信号の分析方法である。

多次元の空間フィルタとは、２次元以上の空間フィルタであり、空間的な特定の形状を取り除くフィルタである。探傷信号を多次元の空間フィルタによりフィルタリング処理することにより、電気ノイズ、林状エコー、形状エコー等の疑似エコーを低減して、抽出する欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させる。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
前記多次元の空間フィルタは、前記被検体の形状又は組織に由来する疑似エコーをフィルタリングする機能を有することを特徴とする探傷信号の分析方法である。

被検体からの形状エコー信号としては、被検体の形状に由来する疑似エコー、例えばパイプ状の被検体のパイプ径やパイプ形状の変化、あるいは溶接近傍に存在するシーニングとよばれる形状等に由来する疑似エコーがあることが知られている。このような被検体の形状に由来する特有の疑似エコーは、形状の分布が一様と分かっている方向、例えばシーニングの場合には溶接部に沿った方向の疑似エコーを除去して、欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させる。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
前記多次元の空間フィルタは、モフォロジー型フィルタ又はメディアン型フィルタであることを特徴とする探傷信号の分析方法である。

空間フィルタとして、モフォロジー型フィルタ又はメディアン型フィルタを用いることにより、フィルタリング前後の欠陥エコーの信号波形の変化を抑制する。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
更に、前記欠陥エコーの見本信号及び／又は前記疑似エコーの見本信号またはその特徴量からなるデータベースと、前記探傷信号またはその特徴量または前記フィルタリング処理した後の探傷信号またはその特徴量とをマッチングして分析することを特徴とする探傷信号の分析方法である。

経験則、又はシミュレーション等により予め知られている欠陥エコー、疑似エコーの見本信号またはその特徴量をデータベース化しておき、得られた探傷信号またはその特徴量をデータベース情報と比較することにより、分析の精度を向上させる。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分とからなることを特徴とする探傷信号の分析方法である。

被検体の表面上で探触子を２次元でスキャンする、いわゆる２次元スキャンの探傷方法（得られる探傷信号は、時間成分を加えた３次元信号となる。）に本発明を適用した例である。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分と、前記超音波又はレーダの入射方向である入射角成分からなることを特徴とする探傷信号の分析方法である。

上記２次元スキャンに加えて、超音波又はレーダの入射方向を変化させてスキャニングする、いわゆるフェーズドアレイセンサを用いた探傷方法（得られる探傷信号は、入射角成分を加えた４次元信号となる。）に本発明を適用した例である。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーを含む表示となるように前記Ｘ，Ｙ成分及び時間成分からなる空間中の最適断面を自動で選択処理することを特徴とする探傷信号の分析方法である。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーに向く入射方向となるように前記入射角成分を自動で選択処理することを特徴とする探傷信号の分析方法である。

Ｘ，Ｙ成分及び時間成分からなる空間中の最適断面、更には入射角成分を自動で選択処理する方法としては、例えば、収束計算を繰り返したり、主成分分析をしたりすることにより実現することができ、これにより、分析の手間を軽減し、また処理するデータ量を削減する。

また、上述する探傷信号の分析方法において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号を表示する際に、前記被検体のモデルを対応させて表示することを特徴とする探傷信号の分析方法である。

探傷信号のみでは、分析対象のエコーの発生位置や反射方向等を把握することが難しいため、探傷信号を表示する画面上に、被検体モデルの画像を重ね合わせたり、被検体モデルに探傷信号をはりつけて表示したり、また別ウインドウで表示したりする。これにより、被検体の特有の形状に基づく疑似エコーを推定するなど、疑似エコー源や欠陥エコー源の可能性を判断しやすくして、分析の手間を軽減する。

上記課題を解決する本発明に係る探傷信号の分析装置は、
センサを移動させ、又は超音波又はレーダの入射角を変化させて、被検体に超音波又はレーダを入射して得られる探傷信号を分析する分析装置において、
前記探傷信号を多次元の空間フィルタによりフィルタリング処理するフィルタリング手段を有し、前記欠陥エコーを抽出することを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
前記多次元の空間フィルタは、前記被検体の形状又は組織に由来する疑似エコーをフィルタリングする機能を有することを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
前記多次元の空間フィルタは、モフォロジー型フィルタ又はメディアン型フィルタであることを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
更に、前記欠陥エコーの見本信号及び／又は前記疑似エコーの見本信号またはその特徴量からなるデータベースを有し、当該データベースと、前記探傷信号またはその特徴量または前記フィルタリング処理した後の探傷信号またはその特徴量とをマッチングして分析する自動分析手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分とからなることを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分と、前記超音波又はレーダの入射方向である入射角成分からなることを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーを含む表示となるように前記Ｘ，Ｙ成分及び時間成分からなる空間中の最適断面を自動で選択処理する最適断面選択手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーに向く入射方向となるように前記入射角成分を自動で選択処理する最適入射角選択手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置である。

また、上述する探傷信号の分析装置において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号を表示する際に、前記被検体のモデルを対応させて表示する相対位置表示手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置である。

本発明に係る探傷信号の分析方法、分析装置によれば、
センサを移動させ、又は超音波又はレーダの入射角を変化させて、被検体に超音波又はレーダを入射して得られる探傷信号を分析する分析方法、分析装置において、
前記探傷信号を多次元の空間フィルタによりフィルタリング処理し、欠陥エコーを抽出することとしたので、
林状エコー、形状エコー等の疑似エコーを低減して、抽出する欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
前記多次元の空間フィルタは、前記被検体の形状又は組織に由来する疑似エコーをフィルタリングする機能を有することとしたので、
形状や組織の分布が一様と分かっている方向の疑似エコーをフィルタリング、除去して、欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
前記多次元の空間フィルタは、モフォロジー型フィルタ又はメディアン型フィルタであることとしたので、
フィルタリング前後の欠陥エコーの信号波形の変化を抑制することができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
更に、前記欠陥エコーの見本信号及び／又は前記疑似エコーの見本信号またはその特徴量からなるデータベースと、前記探傷信号またはその特徴量または前記フィルタリング処理した後の探傷信号またはその特徴量とをマッチングして分析することとしたので、
分析の精度を向上させることができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分とからなることとしたので、
被検体の表面上で探触子を２次元でスキャンする、いわゆる２次元スキャンの探傷方法（得られる探傷信号は、時間成分を加えた３次元信号となる。）に本発明を適用することができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分と、前記超音波又はレーダの入射方向である入射角成分からなることとしたので、
上記２次元スキャンに加えて、超音波又はレーダの入射方向を変化させてスキャニングする、いわゆるフェーズドアレイセンサを用いた探傷方法（得られる探傷信号は、入射角成分を加えた４次元信号となる。）に本発明を適用することができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーを含む表示となるように前記Ｘ，Ｙ成分及び時間成分からなる空間中の最適断面を自動で選択処理することとしたので、
分析の手間を軽減し、また処理するデータ量を削減することができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーに向く入射方向となるように前記入射角成分を自動で選択処理することとしたので、
分析の手間を軽減し、また処理するデータ量を削減することができる。

また、上述する探傷信号の分析方法、分析装置において、
前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号を表示する際に、前記被検体のモデルを対応させて表示することとしたので、
被検体の特有の形状に基づく疑似エコーを推定するなど、疑似エコー源か欠陥エコー源かの可能性を判断しやすくして、分析の手間を軽減し、かつ分析精度を向上させることができる。

以下、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明の実施形態にかかる探傷信号の分析方法を実施する分析装置の概略構成図である。

＜本実施形態に係る分析装置の構成＞
同図に示すように、本実施形態に係る分析装置１０は、分析装置１０に入力される探傷信号１８をフィルタリング処理する空間フィルタ装置１１（フィルタリング手段）と、欠陥エコーの見本特徴量データ及び疑似エコーの見本特徴量データを備えた見本特徴量データベース１５と、見本特徴量データベース１５と探傷信号又はフィルタリング処理した後の探傷信号から求めた特徴量とをマッチングして分析する自動分析装置１４（自動分析手段）と、探傷信号をＢスコープ表示する際に最適な表示を行う最適表示装置１６と、探傷信号又はフィルタリング処理した後の探傷信号の表示画面に被検体モデルの画像を表示する相対位置表示装置１７（相対位置表示手段）とからなる。

空間フィルタ装置１１は、多次元（２次元以上）の空間フィルタであり、種類としては、例えばモフォロジー型のフィルタ装置１２ａやメディアン型のフィルタ装置１２ｂがある。また、特に被検体の形状に由来する疑似エコーをフィルタリングする形状ノイズフィルタ装置１３も有し、形状ノイズフィルタ装置１３についてもモフォロジー型やメディアン型１３ａがある。

最適表示装置１６としては、探傷信号のＸ，Ｙ成分及び時間成分を最適化の対象にした最適断面選択装置１６ａ（最適断面選択手段）や、探傷信号の超音波入射角成分を最適化の対象にした最適入射角選択装置１６ｂ（最適入射角選択手段）がある。分析装置１０には、探傷信号１８が入力され、装置内で種々の信号処理された後、分析結果１９が出力される。

＜探傷信号の種類＞
探傷信号１８には、例えば、１次元スキャンした探傷信号、２次元スキャンした探傷信号やフェーズドアレイ超音波探傷装置により得られる探傷信号等がある。２次元スキャンとは、被検体の表面において探触子を２次元でスキャンして探傷する方法であり、探傷信号は、被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、被検体へ入射した超音波の深さ方向である時間ｔ成分（定義域が合計３次元の信号である。）とからなる。

また、フェーズドアレイによる探傷方法とは、上述する２次元スキャンに加えて、更に被検体に対する超音波入射角を変化させながら探傷する方法であり、探傷信号は、被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、被検体へ入射した超音波の深さ方向である時間ｔ成分と、超音波の入射方向である入射角θ成分（定義域が合計４次元の信号である。）とからなる。

＜空間周波数によるフィルタリング処理＞
図２は、空間周波数によるフィルタリング処理を説明する説明図である。同図には、得られた探傷信号のうち、時間成分ｔとスキャン方向の成分Ｘとを変化させたときの探傷信号の値Ｖを示す表示、すなわちＢスコープ表示（Ｖ＝Ｖ（ｔ，Ｘ））を示している。なお、スキャン方向の成分Ｘ及びＹを固定して時間成分ｔに対する探傷信号の値Ｖの表示を、Ａスコープ表示（Ｖ＝Ｖ（ｔ））という。更に、成分Ｘ，Ｙ及び時間成分ｔを変化させたときの探傷信号の値Ｖを示す表示を、Ｃスコープ表示（Ｖ＝Ｖ（ｔ，Ｘ，Ｙ））という。

従来、例えば探傷信号をＶ＝Ｖ（ｔ，Ｘ）とするとき、成分Ｘごとの探傷信号、すなわち時系列信号Ｖ（ｔ）にバンドパスフィルタ等を適用していた。この方法では、上述する課題を有していた。

図２に示すように、定義域を時間成分ｔ、成分Ｘの２次元としてみると、欠陥エコー３０はある程度広い分布（低周波数）を有しているのに対して、電気ノイズや林状エコー等の疑似エコー３１は狭い分布（高周波数）を有している。

したがって、この場合には、空間フィルタ装置１１として、２次元の空間周波数によるフィルタであって、高周波数をフィルタリングする装置を適用することで、電気ノイズや林状エコー等の疑似エコー３１を低減して、抽出される欠陥エコー３０のＳ／Ｎ比を向上させることができる。なお、定義域が２次元よりも大きい次元の探傷信号を対象とした場合には、更に多次元の空間フィルタを用いて、フィルタリング処理すればよい。

＜モフォロジー型・メディアン型のフィルタ装置＞
また、空間フィルタ装置１１としては、モフォロジー型のフィルタ装置１２ａやメディアン型のフィルタ装置１２ｂ等の形状フィルタ装置が好ましい。

モフォロジー型フィルタやメディアン型フィルタについては、例えば、２次元の定義域を有する探傷信号Ｖ（ｔ，Ｘ）にこれらのフィルタをかけた結果をＦ（ｔ，Ｘ）とすると下記のように示される。

モフォロジー型フィルタ

（Ｗｔ，Ｗｘは定数）

メディアン型フィルタ

（Ｗｔ，Ｗｘは定数）

図３は、帯域フィルタとに比較において、形状フィルタによるフィルタリング処理の一例を示す概念図である。なお、同図ではＡスコープ表示におけるフィルタリングの効果を説明している。同図に示すように、原信号は斜めにドリフトするベース上にピークを有する波形であるが、この斜めにドリフトしたベースを時間成分ｔ軸に合わせるためのフィルタリングとして、帯域フィルタや形状フィルタを用いる方法がある。

帯域フィルタによるフィルタリングでは、原信号のピーク波形を抽出することができるもののピーク波形が変形してしまうのに対して、形状フィルタによるフィルタリングでは、ピーク波形の変形を抑制しつつピーク波形を抽出することができる。形状フィルタを用いることによって、フィルタリングによる欠陥エコーの波形特徴の変形を抑えることができる。

＜形状ノイズフィルタ装置＞
図４は、被検体の形状に由来する特有の疑似エコーの一例を説明する図である。同図には、溶接部を有するパイプ状の被検体（同図（ａ））と、図４（ａ）に示すＡ−Ａ断面図（同図（ｂ））と、被検体の表面を２次元スキャンしたときの探傷信号Ｖ（Ｘ，Ｙ，ｔ）（同図（ｃ））を示してある。同図に基づいて、形状ノイズフィルタ装置１３について説明する。

パイプ状の被検体２０に溶接部２２がある場合、溶接部２２の近傍には切削して肉厚を薄くした部分であるシーニング２３がある場合がある。シーニング２３はパイプ状の被検体２０の一周（Ｘ成分方向）に亘ってパイプ内面に形成されているため、シーニング２３からの疑似エコー（シーニングエコー３２）は、探傷信号において、溶接部２２の方向であるＸ成分の方向に沿う疑似エコーとして発生する。

したがって、溶接部２２に沿った方向のシーニングエコー３２をフィルタリング、除去して、欠陥エコー３０のＳ／Ｎ比を向上させることができる。なお、シーニングエコー３２は図４（ｃ）のＸ成分の方向に低周波数の探傷信号であり、溶接部２２に沿う向きの低周波成分を除去することにより、欠陥エコー３０を抽出することができる。

被検体からの疑似エコー信号としては、溶接部分に存在する特有のシーニングエコーの他に、被検体の形状に由来する疑似エコー、例えばパイプ状の被検体のパイプ径やパイプ形状の変化に由来する疑似エコーがあることが知られている。

このような被検体の形状に由来する特有の疑似エコーについても、シーニングエコー３２と同様に、形状の分布が一様と分かっている方向の疑似エコーを除去して、欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

＜２次元スキャンによる探傷検査＞
２次元スキャンによる探傷検査により得られた探傷信号について、上述するような各種の空間フィルタリング処理を行うことにより、例えば、われ欠陥のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

われ欠陥を検出することを目的とした探傷検査の場合、２次元スキャンによる探傷信号は、われ欠陥の方向に連続的な分布を有する。この方向の空間周波数の高周波成分を低減することにより、われ欠陥のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

＜フェーズドアレイによる探傷検査＞
また、フェーズドアレイによる探傷検査により得られた探傷信号については、更に、溶接部ノイズなどを低減し、欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させることができる。図５は、フェーズドアレイセンサによる探傷信号の一例を説明する図である。斜角探傷検査の場合、欠陥からのエコーは、コーナーエコー（同図（ａ））と、端部エコー（同図（ｂ））の２種類がある。

同図に示すように、コーナーエコー及び端部エコーは、超音波の入射角θの変化（θ１→θ２）に対して、急激なエコー変化を生じないことが知られている。これに対して、例えば溶接部２２からの面反射による溶接部エコーなどの場合には、入射角θの変化に対するエコー変化率が大きい。

したがって、信号定義域として、入射角の次元を加えた探傷信号に対して、空間フィルタを適用することにより、溶接部エコー、他には形状エコーなどを低減して、欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させることができる。なお、入射角に対してエコー変化率が大きいということは、入射角成分に対して周波数が高いということであり、溶接部エコー等のフィルタリング処理には、入射角に対して高周波成分を除去する空間フィルタを用いる。

＜自動分析装置＞
上述するように多次元用の空間フィルタ装置１１により、探傷検査により得られた探傷信号から、欠陥エコーや疑似エコーを抽出することができる。探傷信号又はこれらフィルタリング処理後の探傷信号は、自動分析装置１４により自動分析される。

見本特徴量データベース１５は、経験則、又はシミュレーション等により予め知られている欠陥エコー、疑似エコーの見本信号の特徴量をデータベース化したものである。自動分析装置１４により、得られた探傷信号の特徴量をデータベース情報と比較することにより、分析の精度を向上させることができる。

マッチング方法としては、例えば、まず、見本信号及び探傷信号の波形特徴を分析することにより各信号の特徴量を算出する。特徴量としては、信号強度比や、周波数範囲等がある。次に、各信号の特徴量を比較して比較処理することにより、自動分析を行う。

＜最適表示装置＞
最適表示装置１６は、例えば、２次元スキャン探傷方法やフェーズドアレイセンサによる探傷方法で得られた探傷信号について、欠陥エコーを含む表示となるような最適なＸ，Ｙ成分及び時間成分からなる空間中の最適断面を自動で選択処理する最適断面選択装置１６ａ（最適断面選択手段）や、更にフェーズドアレイセンサによる探傷方法については、欠陥エコーに向く入射方向となるように入射角成分を自動で選択処理する最適入射角選択装置１６ｂ（最適入射角選択手段）がある。

一般に探傷信号の分析では、探傷信号をＡスコープ表示、Ｂスコープ表示又はＣスコープ表示によりあらゆる断面表示を行って分析するが、莫大なデータ量を処理することや、これらの表示を手動で行っているため大変な手間がかかる。

そこで、最適断面選択装置１６ａは、２次元スキャンした探傷信号（Ｘ，Ｙ成分及び時間成分ｔからなる３次元信号）の２次元への最適射影方向を求め分析対象とする。すなわち、探傷信号またはフィルタリング処理した後の探傷信号Ｂスコープ表示する際に、欠陥エコーを含む表示となるように最適断面を自動で選択処理する。

Ｘ，Ｙ成分及び時間成分ｔからなる最適断面を自動で選択処理する方法としては、例えば、収束計算を繰り返したり、主成分分析をしたりすることにより実現することができ、これにより、分析の手間を軽減し、また処理するデータ量を削減する。

収束計算を繰り返す方法は、各表示面に射影したエコー密度を評価値として、評価値が最大となるように収束計算する。自動分析装置１４により検出した欠陥エコーを対象として、射影方向のＸ，Ｙ成分及び時間成分ｔを変化させて、分布空間を射影する断面をイタレーションさせることにより、断面内に含まれるエコー密度が最も高くなる面を計算して、最適断面を選択する。

また、主成分分析による方法は、自動分析装置１４により検出した欠陥エコーを対象として、探傷信号値を確率密度として（例えば、信号の値が高いところを高い確率密度とする。）、主成分分析により主成分軸とこれに直交する第２軸を求め、これらの軸を含む面を最適断面として選定する。

また、最適入射角選択装置１６ｂは、探傷信号またはフィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、欠陥エコーに向く入射方向となるように入射角成分θを自動で選択処理する。最適な入射角成分θを求める方法としては、上述する収束計算を繰り返す方法や主成分分析による方法等が挙げられる。

＜相対位置表示装置＞
相対位置表示装置１７は、画面に表示した探傷信号またはフィルタリング処理した後の探傷信号（各スコープ表示）と被検体のモデルを対応させて表示する機能を有する。これらの探傷信号のみでは、分析対象エコーが被検体のいずれの箇所からのエコーであるか、またいずれの角度から反射した信号であるか等を把握することが難しいため、探傷信号を表示する画面上に、例えば、被検体モデルの画像を重ね合わせたり、被検体モデルに探傷信号又はフィルタリング信号をはりつけて表示したり、また別ウインドウで表示したりする。

相対位置表示装置１７により、探傷信号と被検体の立体形状（検査空間）の位置を対応づけ、信号源の位置を同画面に表示された被検体モデルで確認することにより、被検体の特有の形状に基づく疑似エコーを推定するなど、疑似エコー源や欠陥エコー源の可能性を判断しやすくして、分析精度を向上させ、かつ分析の手間を軽減することができる。

なお、上述する実施形態では、超音波を利用した探傷方法について説明したが、これに限られず、レーダを利用した探傷方法についても適用することができる。すなわち、レーダを利用して得られた探傷信号を図１に示す探傷信号１８として、分析装置１０に入力すればよい。

本発明の実施形態にかかる探傷信号の分析方法を実施する分析装置の概略構成図である。 空間周波数によるフィルタリング処理を説明する説明図である。 帯域フィルタとの比較において、形状フィルタによるフィルタリング処理の一例を示す概念図である。 被検体の形状に由来する特有の疑似エコーの一例を説明する図である。 フェーズドアレイセンサによる探傷信号の一例を説明する図である。 一般的な超音波探傷装置の構成を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 探傷装置
１ａ 超音波送受信部
１ｂ 表示部
１ｃ 記録部
２ 被検体
２ａ 欠陥
３ 探触子
４ 分析装置

１０ 分析装置
１１ 空間フィルタ装置（多次元用）
１２ａ モフォロジー型フィルタ装置
１２ｂ メディアン型フィルタ装置
１３ 形状ノイズフィルタ装置
１３ａ モフォロジー型・メディアン型
１４ 自動分析装置
１５ 見本特徴量データベース
１６ 最適表示装置
１６ａ 最適断面選択装置
１６ｂ 最適入射角選択装置
１７ 相対位置表示装置
１８ 探傷信号
１９ 分析結果
２０ 被検体
２１ 探触子
２２ 溶接部
２３ シーニング
２４ 欠陥
３０ 欠陥エコー
３１ 疑似エコー
３２ シーニングエコー
３３ 林状エコー

Claims (18)

1. センサを移動させ、又は超音波又はレーダの入射角を変化させて、被検体に超音波又はレーダを入射して得られる探傷信号を分析する分析方法において、
   前記探傷信号を多次元の空間フィルタによりフィルタリング処理し、欠陥エコーを抽出することを特徴とする探傷信号の分析方法。
2. 請求項１に記載する探傷信号の分析方法において、
   前記多次元の空間フィルタは、前記被検体の形状又は組織に由来する疑似エコーをフィルタリングする機能を有することを特徴とする探傷信号の分析方法。
3. 請求項１又は２に記載する探傷信号の分析方法において、
   前記多次元の空間フィルタは、モフォロジー型フィルタ又はメディアン型フィルタであることを特徴とする探傷信号の分析方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載する探傷信号の分析方法において、
   更に、前記欠陥エコーの見本信号及び／又は前記疑似エコーの見本信号またはその特徴量からなるデータベースと、前記探傷信号またはその特徴量または前記フィルタリング処理した後の探傷信号またはその特徴量とをマッチングして分析することを特徴とする探傷信号の分析方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載する探傷信号の分析方法において、
   前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分とからなることを特徴とする探傷信号の分析方法。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載する探傷信号の分析方法において、
   前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分と、前記超音波又はレーダの入射方向である入射角成分からなることを特徴とする探傷信号の分析方法。
7. 請求項５又は６に記載する探傷信号の分析方法において、
   前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーを含む表示となるように前記Ｘ，Ｙ成分及び時間成分からなる空間中の最適断面を自動で選択処理することを特徴とする探傷信号の分析方法。
8. 請求項６に記載する探傷信号の分析方法において、
   前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーに向く入射方向となるように前記入射角成分を自動で選択処理することを特徴とする探傷信号の分析方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載する探傷信号の分析方法において、
   前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号を表示する際に、前記被検体のモデルを対応させて表示することを特徴とする探傷信号の分析方法。
10. センサを移動させ、又は超音波又はレーダの入射角を変化させて、被検体に超音波又はレーダを入射して得られる探傷信号を分析する分析装置において、
    前記探傷信号を多次元の空間フィルタによりフィルタリング処理するフィルタリング手段を有し、前記欠陥エコーを抽出することを特徴とする探傷信号の分析装置。
11. 請求項１０に記載する探傷信号の分析装置において、
    前記多次元の空間フィルタは、前記被検体の形状又は組織に由来する疑似エコーをフィルタリングする機能を有することを特徴とする探傷信号の分析装置。
12. 請求項１０又は１１に記載する探傷信号の分析装置において、
    前記多次元の空間フィルタは、モフォロジー型フィルタ又はメディアン型フィルタであることを特徴とする探傷信号の分析装置。
13. 請求項１０ないし１２のいずれかに記載する探傷信号の分析装置において、
    更に、前記欠陥エコーの見本信号及び／又は前記疑似エコーの見本信号またはその特徴量からなるデータベースを有し、当該データベースと、前記探傷信号またはその特徴量または前記フィルタリング処理した後の探傷信号またはその特徴量とをマッチングして分析する自動分析手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置。
14. 請求項１０ないし１３のいずれかに記載する探傷信号の分析装置において、
    前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分とからなることを特徴とする探傷信号の分析装置。
15. 請求項１０ないし１３のいずれかに記載する探傷信号の分析装置において、
    前記探傷信号は、前記被検体表面のスキャン方向であるＸ，Ｙ成分と、前記被検体へ入射した超音波又はレーダの深さ方向である時間成分と、前記超音波又はレーダの入射方向である入射角成分からなることを特徴とする探傷信号の分析装置。
16. 請求項１４又は１５に記載する探傷信号の分析装置において、
    前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーを含む表示となるように前記Ｘ，Ｙ成分及び時間成分からなる空間中の最適断面を自動で選択処理する最適断面選択手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置。
17. 請求項１５に記載する探傷信号の分析装置において、
    前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号をＢスコープ表示する際に、前記欠陥エコーに向く入射方向となるように前記入射角成分を自動で選択処理する最適入射角選択手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置。
18. 請求項１０ないし１７のいずれかに記載する探傷信号の分析装置において、
    前記探傷信号または前記フィルタリング処理した後の探傷信号を表示する際に、前記被検体のモデルを対応させて表示する相対位置表示手段を有することを特徴とする探傷信号の分析装置。

Images