欠陥状態表示装置およびその方法

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	欠陥状態表示装置およびその方法
【発明者】	【氏名】小張裕二
【要約】	【課題】被検体内部の欠陥を定量的に表示することができる欠陥状態表示方法を提供する。【解決手段】被検体に超音波を照射して被検体からの音波情報を検出する段階と、検出した音波情報から欠陥を検出する段階と、検出した欠陥の位置を所定深さごとに分けたれたレイヤー１，２，…上に登録する段階と、レイヤー１，２，…を重ね合わせて、欠陥の登録位置が重なり合うかまたは隣接する位置にある欠陥を連結する段階と、を有することを特徴とする欠陥状態表示方法。

【特許請求の範囲】
【請求項１】被検体に超音波を照射して該被検体からの音波情報を検出する音波検出手段と、検出した音波情報から欠陥を検出し、該検出した欠陥の位置を所定深さごとに分けられた平面上に登録して、該平面を重ね合わせ、欠陥の登録位置が平面間で重なり合うかまたは隣接する位置にある欠陥を連結する欠陥状態処理手段と、該欠陥状態処理手段による処理結果に基づいて、欠陥状態を表示する表示手段と、を有することを特徴とする欠陥状態表示装置。
【請求項２】前記欠陥状態処理手段は、少なくとも隣接する２枚以上の平面を順次重ね合わせることにより、各平面に登録され、その位置が重なるかまたは隣接している欠陥の連結を行い、前記被検体の深さ方向についての欠陥の連結状態から欠陥の度合を判定して前記表示手段に出力することを特徴とする請求項１記載の欠陥状態表示装置。
【請求項３】前記欠陥状態処理手段は、少なくとも２枚以上の平面を重ね合わせた後、欠陥として登録されている点の膨脹、圧縮処理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の欠陥状態表示装置。
【請求項４】被検体に超音波を照射して該被検体からの音波情報を検出する段階と、該検出した音波情報から欠陥を検出する段階と、該検出した欠陥の位置を所定深さごとに分けたれた平面上に登録する段階と、該平面を重ね合わせて、欠陥の登録位置が重なり合うかまたは隣接する位置にある欠陥を連結する段階と、欠陥の連結結果に基づいて欠陥状態を表示する段階と、を有することを特徴とする欠陥状態表示方法。
【請求項５】前記欠陥を連結する段階は、少なくとも隣接する２枚以上の平面を順次重ね合わせることにより、各平面に登録され、その位置が重なるかまたは隣接している欠陥の連結を行い、前記被検体の深さ方向についての欠陥の連結状態から欠陥の度合を判定して前記表示手段に出力することを特徴とする請求項４記載の欠陥状態表示方法。
【請求項６】前記欠陥を連結する段階は、少なくとも２枚以上の平面を重ね合わせた後、欠陥として登録されている点の膨脹、圧縮処理を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項４または５記載の欠陥状態表示方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に超音波を照射して該被検体からの音波情報に基づいて検出された該被検体に内在する欠陥を表示する欠陥状態表示装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】被検体内部の非破壊検査方法として超音波検査法はよく利用されている方法である。
【０００３】従来の超音波による欠陥検査方法の代表的な方法としては、超音波の入射方向と垂直な平面（超音波入射方向をＺ方向として、これに垂直な平面をＸＹ平面とする）で見るＣスケール法と、超音波の入射方向（深さ方向）の断面で見るＢスケール法とがある。
【０００４】Ｃスケール法は、超音波を発射し、かつそのエコー（被検体からの反射音波情報）を受信する探触子を、ＸＹ平面上でＸ方向とＹ方向に順次移動させ、エコー強度がしきい値を超えた場所を欠陥としてＸＹ平面上に表示する方法である。
【０００５】また、Ｂスケール法は、ＸＹ平面のいずれか一方向に探触子を移動させ、断面、すなわち、Ｚ軸上でしきい値を超えた部分を欠陥として表示する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波による欠陥検査では、被検体自体と、巣や亀裂などとの音響インピーダンスの違いから欠陥を検出している。このため、超音波が欠陥により全反射すると、超音波の入射方向に対し、欠陥背面には超音波が届かない部分ができる。このため超音波の届かない部分ができる方向には、Ｃスケール法でもＢスケール法でも欠陥がどこまで繋がっているのか、その大きさがよく分からないという問題があった。
【０００７】Ｂスケール法では、欠陥の連結がどの方向に向いているか不明の場合、あらゆる方向の断面（被検体表面だけではなく、横からも検査する必要がある）を見ることで、欠陥の連結状態を把握することも可能であるが、これでは検査時間が非常に多くかかるため実用的でない。
【０００８】そこで、本発明の目的は、被検体内部の欠陥の大きさが分かるようにした欠陥状態表示装置およびその方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１０】（１）被検体に超音波を照射して該被検体からの音波情報を検出する音波検出手段と、検出した音波情報から欠陥を検出し、該検出した欠陥の位置を所定深さごとに分けられた平面上に登録して、該平面を重ね合わせ、欠陥の登録位置が平面間で重なり合うかまたは隣接する位置にある欠陥を連結する欠陥状態処理手段と、該欠陥状態処理手段による処理結果に基づいて、欠陥状態を表示する表示手段と、を有することを特徴とする欠陥状態表示装置。
【００１１】（２）前記欠陥状態処理手段は、少なくとも隣接する２枚以上の平面を順次重ね合わせることにより、各平面に登録され、その位置が重なるかまたは隣接している欠陥の連結を行い、前記被検体の深さ方向についての欠陥の連結状態から欠陥の度合を判定して前記表示手段に出力することを特徴とする。
【００１２】（３）前記欠陥状態処理手段は、少なくとも２枚以上の平面を重ね合わせた後、欠陥として登録されている点の膨脹、圧縮処理を行うことを特徴とする。
【００１３】（４）被検体に超音波を照射して該被検体からの音波情報を検出する段階と、該検出した音波情報から欠陥を検出する段階と、該検出した欠陥の位置を所定深さごとに分けたれた平面上に登録する段階と、該平面を重ね合わせて、欠陥の登録位置が重なり合うかまたは隣接する位置にある欠陥を連結する段階と、欠陥の連結結果に基づいて欠陥状態を表示する段階と、を有することを特徴とする欠陥状態表示方法。
【００１４】（５）前記欠陥を連結する段階は、少なくとも隣接する２枚以上の平面を順次重ね合わせることにより、各平面に登録され、その位置が重なるかまたは隣接している欠陥の連結を行い、前記被検体の深さ方向についての欠陥の連結状態から欠陥の度合を判定して前記表示手段に出力することを特徴とする。
【００１５】（６）前記欠陥を連結する段階は、少なくとも２枚以上の平面を重ね合わせた後、欠陥として登録されている点の膨脹、圧縮処理を行う段階をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１７】請求項１記載の本発明による欠陥状態表示装置によれば、検出した欠陥を深さごとに分けられた平面上に登録して、平面間で登録された欠陥の位置が重なり合うかまたは隣接する位置にある欠陥を連結し、これを欠陥状態として表示することとしたので、連結された欠陥から、その欠陥の大きさが分かるようになる。したがって、被検体の加工後に不具合が発生する危険性を検出された欠陥の大きさから定量的に判定することが可能となる。
【００１８】請求項２記載の本発明による欠陥状態表示装置によれば、少なくとも隣接する２枚以上の平面を順次重ね合わせて欠陥を連結し、被検体の深さ方向の欠陥の連結状態から欠陥の度合を判定することとしたので、欠陥の大きさを定量的に判定するとともに、その欠陥の度合に応じてリークの危険度の判定を行うことも可能となる。
【００１９】請求項３記載の本発明による欠陥状態表示装置によれば、少なくとも２枚以上の平面を重ね合わせた後、欠陥として登録されている点の膨脹、圧縮処理を行うこととしたので、単独で存在している欠陥と、大きな欠陥とを確実に分離することができる。
【００２０】請求項４記載の本発明による欠陥状態表示方法によれば、検出した欠陥を深さごとに分けられた平面上に登録して、平面間で登録された欠陥の位置が重なり合うかまたは隣接する位置にある欠陥を連結し、これを欠陥状態として表示することとしたので、連結された欠陥から、その欠陥の大きさが分かるようになる。したがって、被検体の加工後に不具合が発生する危険性を検出された欠陥の大きさから定量的に判定することが可能となる。
【００２１】請求項５記載の本発明による欠陥状態表示方法によれば、少なくとも隣接する２枚以上の平面を順次重ね合わせることにより欠陥を連結し、被検体の深さ方向の欠陥の連結状態から欠陥の度合を判定することとしたので、欠陥の大きさを定量的に判定するとともに、その欠陥の度合に応じてリークの危険度の判定を行うことも可能となる。
【００２２】請求項６記載の本発明による欠陥状態表示方法によれば、少なくとも２枚以上の平面を重ね合わせた後、欠陥として登録されている点の膨脹、圧縮処理を行うこととしたので、単独で存在している欠陥と、大きな欠陥とを確実に分離することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００２４】図１は本発明を適用した欠陥状態表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２５】この欠陥状態表示装置は超音波欠陥検査装置と一体であり、超音波を被検体１４に対して発射し、かつそのエコーを受信する探触子１１と、この探触子１１を移動させるための移動装置１５と、探触子１１が受信したエコーを検出してこれを増幅するパルサーレシーバ１６と、信号処理を行う欠陥状態処理手段としての信号処理装置１７と、信号処理の結果を表示する表示手段としてのディスプレイ１８とからなる。
【００２６】この装置による基本的な超音波探傷動作は、まず、被検体１４を水１３を満たした水槽１２内に浸漬し、その上で、探触子１１を被検体１４に当てて（または近傍で）探触子１１から所定の周波数の超音波を発射する。このように探触子１１と被検体１４との間の超音波伝達媒体を水とすることでインピーダンス特性を高めるようにしている。このとき超音波の発射方向は被検体表面に対し垂直でもよいし、あるいは角度をつけて斜めに発射してもよい。これにより被検体１４の表面と、内部に欠陥などがあればそこからの反射音波があるので、これを探触子１１内の音響受信器が捕らえて、電気信号に変え、レシーバ１６へ送信する。レシーバ１６では、信号を増幅し、信号処理装置１７へ送る。信号処理装置１７では後述する各処理を行い、その結果に基づいて、例えば後述する欠陥の連結状態や欠陥度合を欠陥状態としてディスプレイ１８に表示する。このような動作を、移動装置１５によって探触子１１を一定の間隔で移動させながら実行する。
【００２７】ここで、探触子１１から発射する超音波の周波数は、一般的に周波数が高い程細かな欠陥を検出することができる。例えば被検体が鋳造品（例えば自動車エンジンヘッドなど）の場合、約５～１５ＭＨ範囲、特に１０ＭＨｚの超音波を使用することで、約０．３ｍｍ程度の大きさの巣や亀裂を検出することができる。
【００２８】以下、信号処理装置１７により行われる処理について説明する。
【００２９】信号処理装置１７では得られたエコーから、主に、（ａ）予め決めた深さ範囲ごとにエコー波形を分離して、（ｂ）その中から予め定められたしきい値以上のエコーを欠陥エコーと判定し、（ｃ）欠陥エコーを深さごとに分けられたレイヤーに欠陥点として登録し、（ｄ）レイヤーから欠陥の連結状態を算出する。
【００３０】その他、信号処理装置７では、移動指令や信号のフィルタ処理なども行っている。
【００３１】以下、さらに詳細に説明する。
【００３２】（ａ）予め決めた深さ範囲ごとにエコー波形を分離する処理この処理は、探触子１１が受信したエコーを予め決めた深さ範囲ごとに分離するものである。
【００３３】図２はエコー波形の一例を示す図面である。この図のようにエコー波形は、被検体１４の表面からの反射Ｓと被検体１４内部からの反射Ｆがあり、これを図示するように深さ１、深さ２、…、深さＮなどのように、予め決めた深さ範囲ごとに分離する。検出されたエコーがどの深さからのエコーであるかは、そのエコーの速度（または到達時間）から求める。
【００３４】（ｂ）欠陥エコーの判定処理この処理は、深さごとに分離したエコーをそれぞれしきい値と比較して、欠陥からのエコー（欠陥エコー）であるかどうかを判定する。
【００３５】このとき、しきい値は、深さが深い程小さな値とする。これは、通常、被検体の内部から反射してきたエコーが、探触子に到達するまでの間に、被検体の振動吸収や外部への発散などによって減衰するので、しきい値をこの減衰量を考慮して設定するためである。
【００３６】なお、図２では被検体１４内部からの反射を、反射Ｆ一つだけとしているが、複数の反射がある場合もあり、その場合、各エコーがしきい値を越えていれば、当然、欠陥エコーも複数となる。
【００３７】（ｃ）欠陥エコーのレイヤーへの登録処理このレイヤーへの登録処理は、図３に示すように、先ほど図２に示したような深さ１，２，…Ｎに対応するＸＹ平面のレイヤー１，２，…，Ｎに、判定された欠陥エコーを欠陥点として登録する処理である。
【００３８】各レイヤーには、予めマトリックス上の番地が付与されており、移動装置５による探触子の移動位置からこのマトリックス内に欠陥エコーを登録する。
【００３９】（ｄ）欠陥の連結状態の算出処理この処理は、各レイヤーに登録された欠陥点が、単独の欠陥であるか連結した欠陥であるかを見付け出す処理である。この処理は、全ての欠陥点の登録後に行われる。
【００４０】これには、まず、各レイヤーのフィルタ処理を行う。フィルタ処理は、図４に示すように、レイヤー１とレイヤー２を重ね合わせたのち、欠陥点のエコーがしきい値を越えた部分について、膨脹、圧縮処理を行う。
【００４１】膨脹処理とは、レイヤーのマトリックス上でしきい値を越えている一点に対し、上下左右の４方向と斜め方向の合わせて８方向に、欠陥点を拡大する処理である。この膨脹処理により、近接している欠陥は一つの欠陥に統合されることになる。また、圧縮処理とは、これとは逆に、しきい値を越えた複数の点の集合体からなる部分を外側から縮小していく処理である。このような膨脹、圧縮を、例えば膨脹、圧縮共に同じ比率で行うと、各欠陥点が十分に離れていれば始めと同じ状態になるが、欠陥点が近接している場合、元の状態とはならずに連結した状態で残ることになる。
【００４２】このレイヤーの重ね合わせと膨脹、圧縮処理によって、各欠陥点が横方向（１つのレイヤー内）のみならず深さ方向で連結しているか否かを見ることができ、例えばこの処理を行った後、単独で存在している欠陥点については連結性が低い単独の欠陥であると判断できる。
【００４３】この処理は、レイヤー２と３、レイヤー３と４、…と各レイヤーごとに２枚のレイヤーを重ね合わせて順次に行う。
【００４４】続いて、重ね合わせた各レイヤーを統合する。これは、図４に示したようにレイヤー１と２を合わせてレイヤーＡとし、レイヤー２と３を合わせてレイヤーＢとし、…とする処理である。なお、ここでは説明のために最も深い位置にあるレイヤーをレイヤーＺとする。
【００４５】続いて、統合したレイヤーＡ、Ｂ、Ｃ…Ｚ間でそれぞれ同じ位置か、あるいは隣接している位置に欠陥が登録されているか否かを判定する。
【００４６】これによりレイヤー間で同じ位置や隣接する位置に欠陥が登録されていれば、それらの欠陥は、さらに複数のレイヤーに跨がり連結したものであると判断できる。例えばレイヤーＡとＢの間で同じ位置や隣接した位置に欠陥があれば、その欠陥はレイヤーＡとＢに跨がる欠陥、ひいては先のレイヤー１～３にまで繋がっている欠陥であると判断できる。また、レイヤーＡ，Ｂ，Ｃ…Ｚまで同じ位置や隣接する位置に欠陥があれば、被検体の表面から底面にまで欠陥が繋がっていると判断できる。
【００４７】このレイヤーの統合によって、例えば超音波の入射方向に対して欠陥の背後にある欠陥から直接反射が得られなくても、その直接反射が得られない欠陥の広がり具合などから、その欠陥の連結性を判断し、かつその大きさを計測することができる。
【００４８】このようにして各レイヤーを統合した後、前述した単独の欠陥も含めて全ての欠陥の位置と大きさを登録する。そして、登録した各欠陥ごとにレイヤーの数を数えればその欠陥の大きさが分かる。例えば前記のようにレイヤーＡとＢに跨がる欠陥では、始めのレイヤー１～３までに対応する深さ１～３の大きさで、かつその位置にある欠陥であると分かる。この欠陥の登録に際して、例えば各欠陥に識別番号などを付与してもよい。
【００４９】図５および図６は、このようにして登録した欠陥のディスプレイ表示例を示す図面である。
【００５０】ここでは、図５に示すように、被検体１４の表面から見た状態で欠陥１～５が検出された場合、図６に示すように、各欠陥１～５が被検体１４の深さ方向（上面から底面）に対してどのような大きさや位置となっているかを示すようにしている。
【００５１】ここで、特に深さ方向の長さと対応させて欠陥度合を設定しておく、例えば上面から底面に至る最も長い欠陥を欠陥度合１（最もリーク危険度が高い欠陥）とする。そして、欠陥長さが短くなるに従って順に、欠陥度合２、３、…と設定して、信号処理装置１７内の記憶装置（不図示）に記憶させておき、ディスプレイ１８にて、図６に示す欠陥ごとに欠陥度合を表示する。
【００５２】また、例えば欠陥度合１についてのみ赤色表示するようにしてもよく、図６に示した例では欠陥３が赤色で表示され、その他は黒色表示となる。
【００５３】ここでまた、欠陥長さはレイヤーの数に対応しているので、前記欠陥長さに代えて、レイヤー数を信号処理装置１７にてカウントし、そのカウント値に応じて欠陥度合をディスプレイ１８に表示するようにしてもよい。
【００５４】このように欠陥の深さ方向の連結状態から欠陥度合を判定し、判定結果を欠陥状態としてディスプレイ１８に表示することで、例えば被検体を切削加工するような場合に、切削位置によっては欠陥によりエンジンオイルや冷却水などのリークの生じる可能性が高くなることが、切削加工後のリーク検査を待たずに判定することも可能になる。
【００５５】次に、以上説明した各処理の動作手順を説明する。
【００５６】図７は動作の流れを示すフローチャートである。
【００５７】まず、第１ポイントに探触子１１を移動して超音波探傷（超音波の発射とそのエコーの受信）を行う（Ｓ１）。
【００５８】続いて、受信したエコーとしきい値を比較して欠陥エコーであるか否かを判定して（Ｓ２）、欠陥エコーを欠陥点としてレイヤーごとに登録する（Ｓ３）。
【００５９】続いて、全ての探傷ポイントを検査したか否かを判断し（Ｓ４）、全てのポイントを検査していなければ、次のポイントへ探触子１１を移動する（Ｓ１０）。その後全てのポイントの検査が終了するまで、ステップＳ１～Ｓ４およびＳ１０を繰り返し実行する。
【００６０】ステップＳ４において、全ポイントの検査が終了していると判断された場合は、続いて、各レイヤーの重ね合わせ処理を行い（Ｓ５）、続いて、膨脹、圧縮処理を行う（Ｓ６）。
【００６１】そして、最後に、欠陥の連結状態と欠陥度合（リーク危険度）を算出して（Ｓ７）、その結果をディスプレイ１８上に表示して（Ｓ８）、処理を終了する。
【００６２】なお、本実施の形態では、信号処理装置１７にて欠陥の連結状態と欠陥度合を算出して、両者をディスプレイ１８に表示した場合を示したが、どちらか一方のみを算出して表示するようにしてもよい。
【００６３】以上説明したように、本実施形態では、超音波探傷により検出した欠陥をレイヤーごとに登録して、各レイヤーに跨がるような欠陥を連結して、これを表示することとしたので、容易にかつ迅速に欠陥の大きさが分かるようになる。

【出願人】	【識別番号】０００００３９９７【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【出願日】	平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【代理人】	【識別番号】１０００７２３４９【弁理士】【氏名又は名称】八田幹雄（外３名）
【公開番号】	特開２００１－１９４３５１（Ｐ２００１－１９４３５１Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－１６０７（Ｐ２０００－１６０７）