超音波プローブの位置特定方法
【課題】検体に対する超音波プローブの位置を正しく特定できる方法を提供することを目的とする。
【解決手段】配管２０，２０に対する位置がＰ１である球体１３と、配管２０，２０に対する位置がＰ２である第２目印と、を含む被検体に超音波プローブ２から検査音波を照射して被検体の表面形状を計測する（ステップ（ａ））。次に、計測された配管２０，２０の表面形状の結果から、超音波プローブ２に対する球体１３の位置ｐ１及び球体１４の位置ｐ２を特定（ステップ（ｂ））。次に、位置Ｐ１及び位置Ｐ１と位置ｐ１及び位置ｐ２を照合することで、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（ステップ（ｃ））。
【解決手段】配管２０，２０に対する位置がＰ１である球体１３と、配管２０，２０に対する位置がＰ２である第２目印と、を含む被検体に超音波プローブ２から検査音波を照射して被検体の表面形状を計測する（ステップ（ａ））。次に、計測された配管２０，２０の表面形状の結果から、超音波プローブ２に対する球体１３の位置ｐ１及び球体１４の位置ｐ２を特定（ステップ（ｂ））。次に、位置Ｐ１及び位置Ｐ１と位置ｐ１及び位置ｐ２を照合することで、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（ステップ（ｃ））。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷法に用いられる超音波プローブ（又は超音波探触子）の被検体に対する位置を特定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷法による検査対象（被検体）として、溶接により接合された配管がある。溶接部の信頼性を評価するために、欠陥の有無や溶接形状を超音波探傷法により定期的に検査する。超音波プローブから媒質を介して超音波を照射し、被検体の中を伝播して裏面や傷部分で反射してきた超音波を超音波プローブで受信し、受信した超音波に対応した検出信号を信号処理して、欠陥の有無、溶接形状を検査する。
配管を接合する溶接部には、裏面に裏波が形成されているものがある。超音波探傷はこの裏波に対応する反射波も捉えられるが、欠陥と裏波とを区別して検査するために、裏波の形状を正しく特定する必要がある。通常、裏波の形状を検査するために、被検体に対して垂直に超音波を照射して溶接形状の検査をする「垂直法」が採用されている。この検査の際に、被検体に対して入射される超音波の入射位置制度が高いことが要求される。そのために、被検体に対する超音波プローブの位置が正しく特定される必要がある。
【０００３】
特許文献１は超音波プローブの位置特定について以下のステップ１〜３からなる提案を行なっている。
ステップ１：超音波プローブを走査範囲内に置かれた水平板と対向させてから、超音波プローブを所定の角度で回転させ、その時得られる反射エコーレベルが最大となる点を探し、超音波プローブの垂直状態を検出する。
ステップ２：この垂直状態下で走査範囲内に置かれた球体の中心座標値を基準座標値として検出する。
ステップ３：この基準座標値に基づき被検体に対する超音波プローブの位置、つまり被検体と超音波プローブの相対位置を表す位置データを設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２３７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、被検体が置かれる水槽内に目印となる水平板と球体を設置するものであるから、水槽に対する超音波プローブの位置を正しく特定できる。しかし、被検体が所定の位置からずれて水槽に置かれると、水平板と球体に基づいて位置データを正しく取得したところで、被検体に対する超音波プローブの位置を正しく特定することにはならない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、被検体に対する超音波プローブの位置を正しく特定できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、超音波プローブの位置を特定するための目印（平板、球体）を水槽内に設けるのではなく、被検体上の既知の位置Ｐに設けられた目印を超音波探傷により位置を特定する。超音波探傷により特定された目印の位置ｐは、超音波プローブに対する相対的な位置を示すが、実際には既知の位置Ｐと一致するので、位置Ｐと位置ｐを照合することで、被検体に対する超音波プローブの相対的な位置を正しく特定できることになる。
すなわち本発明は、被検体上の位置Ｐが既知の目印を含む被検体に超音波プローブから検査音波を照射して被検体の表面形状を計測するステップ（ａ）と、計測された被検体の表面形状の結果から、超音波プローブに対する目印の位置ｐを特定するステップ（ｂ）と、位置Ｐと位置ｐに基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定するステップ（ｃ）と、を備えることを特徴とする超音波プローブの位置特定方法である。
【０００７】
超音波プローブの位置特定方法は、いくつかの異なる形態で実施することができる。
そのために、一つ目の形態は、被検体の２箇所に目印を設ける。各々を第１目印、第２目印とし、被検体に対する各々の位置をＰ１、Ｐ２とする。ステップ（ａ）では、第１目印及び第２目印を含む被検体に超音波プローブから検査音波を照射して被検体の表面形状を計測する。ステップ（ｂ）では、計測された被検体の表面形状の結果から、超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１及び第２目印の位置ｐ２を特定する。次いで、ステップ（ｃ）では、位置Ｐ１及び位置Ｐ１と位置ｐ１及び位置ｐ２に基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【０００８】
一つ目の形態が、溶接部を介して突合せ端が接合された配管を超音波探傷の対象とする場合、溶接部を挟む両側に、配管の軸線方向に沿って第１目印と第２目印を設けることが好ましい。
【０００９】
二つ目の形態は、目印を１箇所とするが、もう一つの目印の代替として超音波プローブの傾きｓを計測する。そして、ステップ（ｃ）において、位置Ｐ１、位置ｐ１及び傾きｓに基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【００１０】
三つ目の形態は、目印を１箇所とするが、もう一つの目印の代替として超音波探傷以外の手法で被検体の表面形状を計測する。そして、ステップ（ｃ）において、位置Ｐ１、位置ｐ１及び超音波探傷以外の手法で計測された被検体の表面形状に基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【００１１】
四つ目の形態は、目印を１箇所とするが、もう一つの目印の代替として超音波プローブの被検体上の位置Ｐ３を特定する。そして、ステップ（ｃ）において、位置Ｐ１、位置ｐ１及び位置Ｐ３に基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検体上の既知の位置Ｐと超音波探傷により特定された目印の位置ｐを照合することで、被検体に対する超音波プローブの位置を正しく特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図２】目印である球体が置かれた配管の平面図である。
【図３】第１実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示す。
【図５】第１実施形態において、（ａ）は配管上の原点Ｏ、位置Ｐ１、Ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ａ）から抜き出して示した図、（ｂ）は超音波プローブ上の原点ｏ、位置ｐ１、ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ｂ）から抜き出して示した図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を照合した図である。
【図６】第２実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図７】第２実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示す。
【図９】第２実施形態において、（ａ）は配管上の原点Ｏ、位置Ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ａ）から抜き出して示した図、（ｂ）は超音波プローブ上の原点ｏ、位置ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ｂ）から抜き出して示した図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を照合した図である。
【図１０】第３実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図１１】第３実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｃ）はレーザにより配管の表面形状を計測した結果を示す。
【図１３】第３実施形態において、（ａ）は超音波探傷による計測結果をレーザによる計測結果に重ね合わせる様子を示し、（ｂ）は（ａ）の結果を示し、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を照合した図である。
【図１４】第４実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図１５】第４実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図１６】第４実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を説明する。なお、本実施形態は、溶接された配管２０，２０からなる被検体を例にするが、他の被検体を対象にできることは言うまでもない。
本実施形態は、超音波探傷装置１を用いて実施される。超音波探傷装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波送受信制御部３と、処理部４と、表示部５と、を備えている。
【００１５】
超音波探傷装置１は、溶接部１０を介して突合せ溶接により接続された配管２０，２０を被検体とし、溶接部１０の欠陥の有無、溶接形状を検査する。溶接部１０は、配管２０，２０の表面側（配管２０，２０の外周面側）に余盛１１が形成されており、裏面側（配管２０，２０の外周面側）に裏波１２が形成されている。
超音波探傷装置１により配管２０，２０を検査する場合には、超音波プローブ２から超音波を出力すると共に反射してきた超音波を超音波プローブ２で受信し、受信した超音波に対応した検出信号を基に、溶接部１０を含む配管２０，２０の表面、裏面の形状を可視化することで、目視により欠陥の有無、溶接形状を判定できる。ただしその前提として、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置が特定されている必要がある。本実施形態は、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定する方法を提供する。
【００１６】
超音波探傷装置１は、微小な超音波振動子を多数配列したフェーズドアレイ（Phased Array）型の超音波プローブ２を採用する。
超音波プローブ２は、超音波送受信制御部３からの指令に基づいて、所定の周波数の超音波を発振し、発振した超音波を配管２０，２０に向けて照射する。超音波の照射は、超音波送受信制御部３の指令に基づいて、各超音波振動子の駆動順序が１個ずつ又は複数個ずつ決定され、各超音波振動子は所定のタイミングで駆動されて超音波を発振させる。超音波プローブ２はまた、配管２０，２０から反射した超音波を受信し、受信した超音波に対応する電気信号（超音波信号）を超音波送受信制御部３へ送信する超音波受信部を有する。なお、超音波プローブ２と配管２０，２０の間には、水、その他の音響媒質が存在するが、図示を省略している。
【００１７】
超音波送受信制御部３は、超音波プローブ２での超音波の送受信の制御として、超音波プローブ２で所定の周波数の超音波を発振させて配管２０，２０へ向けて送信する。一方で、超音波送受信制御部３は、超音波プローブ２から配管２０，２０で反射した超音波に対応する超音波信号を受信する。
【００１８】
処理部４はいくつかの役割を果たす。
処理部４は、超音波送受信制御部３から超音波信号を受け取り、これを例えば開口合成法（ＳＡＦＴ：Synthetic Aperture Technique）により信号処理して、配管２０，２０の表面形状データを生成する。
また、処理部４は、配管２０，２０上に原点Ｏ（Ｘ＝０，Ｙ＝０）を有する二次元座標系を備えている。また、処理部４は、後述する球体１３，１４が置かれた配管２０，２０上の位置Ｐ１、Ｐ２を保持する。この位置情報は、例えば図４（ａ）に示されるように、Ｐ１＝（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）とする。位置Ｐ１、Ｐ２に関する情報は、図示しない入力手段、例えばキーボードから処理部４に入力される。
さらに、処理部４は、表面形状データから、超音波プローブ２に対する球体１３，１４の位置ｐ１、ｐ２を抽出する。この位置情報は、例えば図４（ｂ）に示されるように、ｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２）とする。
さらにまた、処理部４は、位置Ｐ１＝（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）と位置ｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２）を照合することにより、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する。この位置特定の詳細は後述する。
【００１９】
表示部５は、処理部４で生成された表面形状データに基づいて配管２０，２０の表面形状を表示する。表示部５は他に、配管２０，２０に対する球体１３，１４の位置情報（Ｐ１＝（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２））、及び超音波プローブ２に対する球体１３，１４の位置情報（ｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２））を表示することができる。さらに表示部５は、特定された配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を表示することができる。
【００２０】
＜超音波プローブ２の位置特定手順＞
さて、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する手順を図１〜図４を参照して説明する。
はじめに、図１、図２に示すように、被検体である配管２０，２０に目印となる球体１３，１４を置く（図３ ステップＳ１０１）。球体１３，１４は、溶接部１０を跨いでその両側に、配管２０，２０の軸線Ｃ方向に沿って置かれる。溶接部１０上に球体１３，１４を置いてもよいが、第１実施形態では溶接部１０の検査結果に影響を与えないようにするために、溶接部１０を跨いでその両側に球体１３，１４を置く。
また、超音波プローブ２からの超音波が照射される範囲に球体１３，１４が含まれるように球体１３，１４は相互の間隔が設定される。球体１３，１４の両者を確実に検知するためである。したがって、溶接部１０の余盛１１の軸線方向の寸法をＬ１、超音波プローブ２から配管２０，２０上に照射される超音波の範囲の軸線方向の寸法をＬ２、球体１３，１４の軸線方向の間隔をＬ３とすると、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２の関係が成り立つように、球体１３，１４が置かれる。
目印としての球体１３，１４は超音波の入射角度によって反射率が変化しない点で本発明にとって好ましい。ただし、本発明の目印は球体に限らず、超音波探傷装置１により識別できるのであれば、他の形状の物体を目印に用いることができる。
【００２１】
次に、配管２０，２０に対する球体１３，１４の位置を特定する（図３ ステップＳ１０３）。
この位置を特定するためには、図４（ａ）に示すように、配管２０，２０上に二次元座標の原点Ｏ（Ｘ＝０，Ｙ＝０）を定め、この原点を基準にした球体１３，１４の位置を計測すればよい。原点Ｏは球体１３，１４を置く前から、例えば、図１、図２に示すように定めておくことができる。原点は配管２０，２０に刻印をしておくことによって可視化できる。この原点を基準にして計測された球体１３，１４の位置は、図４（ａ）に示すように、原点Ｏを基準とする二次元座標上のＰ１（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）に表される。
なお、Ｐ１（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）を配管２０，２０上に予め定めておき、そこに球体１３，１４を置くことで、配管２０，２０に対する球体１３，１４の位置を特定することもできる。
【００２２】
次に、超音波プローブ２を配管２０，２０に対向させた（図３ ステップＳ１０５）後に、超音波プローブ２から配管２０，２０に向けて超音波を照射することで、配管２０，２０の表面形状を計測する（図３ Ｓ１０７）。このとき、超音波プローブ２は超音波が溶接部１０を漏れなく照射されるように、配管２０，２０の軸線方向に沿って置かれる。表面形状の計測結果は、例えば図４（ｂ）の線図Ｄ１として得られる。線図Ｄ１は、中央が上に突となる部分が余盛１１に対応し、また、余盛１１を挟んだ両側の突の部分が球体１３，１４に対応することを示している。なお、この計測の過程で裏波１２に対応する超音波を超音波プローブ２は受信するが、本実施形態はこの超音波信号を計測結果に反映する必要がない。
【００２３】
次に、表面形状の計測結果（線図Ｄ１）から、超音波プローブ２に対する球体１３，１４の位置を特定する（図３ ステップＳ１０９）。この位置の特定は、線図Ｄ１を読み込んだ処理部４が行う。特定された位置は、図４（ｂ）に示すように、超音波プローブ２上に原点を置く二次元座標上に、例えばｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２）と表される。
【００２４】
以上のようにして、本実施形態は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標αにおける球体１３，１４の位置Ｐ１、Ｐ２、及び、超音波プローブ２上に原点を置く二次元座標βにおける球体１３，１４の位置ｐ１、ｐ２を得る。位置Ｐ１と位置ｐ１、位置Ｐ２と位置ｐ２は実際には一致するから、位置Ｐ１と位置ｐ１、及び、位置Ｐ２と位置ｐ２を照合することで、二次元座標β上の位置（原点ｏを含む）を二次元座標α上に表すことができる。
【００２５】
これを視覚的に示したのが、図５である。
図５（ａ）は、配管２０，２０上の原点Ｏ、位置Ｐ１、Ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ａ）から抜き出したものであり、図５（ｂ）は超音波プローブ２上の原点ｏ、位置ｐ１、ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ｂ）から抜き出して示したものである。
図５（ｂ）に示される原点ｏ、位置ｐ１、ｐ２を、相対的な位置関係を維持したままで、図５（ａ）に示される位置Ｐ１、Ｐ２に位置ｐ１、ｐ２を一致させるように平行移動と回転を組み合わせて移動、つまり照合させる。そうすると、図５（ｃ）に示すように、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における移動後の原点ｏの位置が例えば（Ｘｎ３，Ｙｎ３）として表される。
位置（Ｘｎ３，Ｙｎ３）は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標α上における超音波プローブ２上の特定の部位についてのものであるが、超音波プローブ２の形状、寸法は既知であるから、超音波プローブ２上のいかなる部位の位置も二次元座標α上の位置、つまり配管２０，２０に対する位置として表すことができる。このようにして、被検体である配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（図３ ステップＳ１１１）。
【００２６】
以上のようにして配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置が特定されたならば、溶接部１０の検査を超音波探傷により行う。この検査は公知の手法に従って行うことができる。
【００２７】
以上説明したように、第１実施形態によれば、被検体である配管２０，２０に置かれた目印に基づいて超音波プローブ２の位置を特定できるので、超音波プローブ２に対して被検体が置かれた状態に関わらず、被検体に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定できる。
また、前述した本特許文献１は、水槽内に目印（水平板と球体）を設置することが必要であるために局部水浸法による超音波探傷に適用することができないのに対して、本実施形態は、被検体に目印を設けるものであるから、局部水浸法による超音波探傷にも適用できる。
【００２８】
［第２実施形態］
以上説明した第１実施形態では目印として２つの球体１３，１４を設けたが、本発明はこれに限定されず、配管２０，２０に１つの目印を設けるだけでも、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の正しい位置を特定できる。以下、その例を第２実施形態として説明する。
第２実施形態は、図６に示すように、１つの球体１３を配管２０，２０上に設けるのに加えて、超音波プローブ２に傾斜角センサ６を設ける。傾斜角センサ６は、水平面に対する超音波プローブ２の傾斜角θを検出する。傾斜角センサ６で検出された傾斜角θは、処理部４に送られる。なお、球体１３の代わりに球体１４を設けてもよい（第３実施形態、第４実施形態も同様）。
【００２９】
第２実施形態も、以下の点を除いて第１実施形態と同様の手順で超音波プローブ２の位置の特定が行われる。
図７に示すように、ステップＳ２０３において、球体１３の位置Ｐ１のみが特定される。その結果は、図８（ａ）に示す通りである。
また、ステップＳ２０７において、表面形状を計測する際に、傾斜角センサ６で検出された超音波プローブ２の傾斜角θを検出する。処理部４はこの傾斜角θを取得する。表面形状の計測結果は、図８（ｂ）の線図Ｄ２のように、余盛１１に対応する突部、球体１３に対応する突部を備える。
なお、図７に示すステップＳの番号が図３と同じものは、第１実施形態と同じ処理を行うことを意味する。以下も同様である。
【００３０】
計測結果から球体１３の位置ｐ１を第１実施形態と同様に特定した（図９ ステップＳ２０９）後に、以下のようにして被検体である配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（図９ ステップＳ２１１）。
図９（ａ）は、配管２０，２０上の原点Ｏ、位置Ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ａ）から抜き出して示したものであり、図９（ｂ）は超音波プローブ２上の原点ｏ、位置ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ｂ）から抜き出して示したものである。
図９（ｂ）に示される原点ｏと位置ｐ１を、相対的な位置関係を維持したままで、図９（ａ）に示される位置Ｐ１に位置ｐ１を一致させるように平行移動させ、さらに、原点Ｏを中心にして原点ｏを傾斜角θに相当する角度だけ回転させて照合する。回転後の原点ｏの位置（Ｘｎ４，Ｙｎ４）は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における超音波プローブ２上の特定の部位の位置を示す。
【００３１】
以上説明したことから明らかなように、目印（球体１３）を一箇所だけに置いた場合でも、超音波プローブ２に対して被検体が置かれた状態に関わらず、被検体に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定できる。
【００３２】
［第３実施形態］
第３実施形態も、配管２０，２０には１つの目印（球体１３）を設けることで、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の正しい位置を特定する方法に関する。
図１０、図１１に示されるように、第３実施形態においても、傾斜角センサ６による傾斜角θの検知を除いて、第２実施形態と同様の手順を実施する。したがって、配管２０，２０に球体１３を置いて超音波探傷により表面形状を計測した結果、その結果に基づく超音波プローブ２に対する球体１３の位置の特定が得られることを第３実施形態は前提とする。
【００３３】
第３実施形態は、超音波探傷により配管２０，２０の表面形状を計測するのと同じ範囲を、超音波探傷とは異なる他の表面形状計測方法、例えばレーザビームＬＢを用いた表面形状計測法により計測する（図１０（ｂ）、図１１ ステップＳ３１０）。計測結果は、例えば図１２（ｃ）に線図Ｄ３として示す通りである。なお、図１２（ａ）、（ｂ）は、各々図８（ａ）、（ｂ）と同じ計測結果（１つの球体１３）を示している。
【００３４】
超音波探傷による計測結果及びレーザによる計測結果が揃ったならば、両者を比較することで被検体である配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（図１１ ステップＳ３１１）。比較は、以下のように行なう。
図１３（ａ）に示すように、超音波探傷による計測結果（線図Ｄ２，図１２（ｂ））を、レーザによる計測結果（線図Ｄ３，図１２（ｃ））に重ね合わせる。その際、球体１３に対応する突部分を一致させるように平行移動させるとともに、一致させた突部分を中心に超音波探傷による計測結果を回転させる。このとき、超音波プローブ２上の原点ｏと位置ｐ１の相対的な位置関係は維持される。その結果は、図１３（ｂ）に示す通りである。次いで、図１３（ｂ）に示される原点ｏと位置ｐ１の相対的な位置関係を維持したままで、図１２（ａ）に示される位置Ｐ１に位置ｐ１を一致させるように平行移動させる。図１３（ｃ）に示されるように、移動後の原点ｏの位置（Ｘｎ５，Ｙｎ５）は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における超音波プローブ２上の特定の部位の位置を示す。
【００３５】
以上説明したことから明らかなように、目印（球体１３）を一箇所だけに置いた場合でも、超音波プローブ２に対して被検体が置かれた状態に関わらず、被検体に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定できる。
【００３６】
［第４実施形態］
次に、局部水浸法による超音波探傷に本発明を適用する例を第４実施形態として説明する。
図１４に示されるように、局部水浸法は、音響媒質が充填されたケース７の中の所定位置に超音波プローブ２が配置される。そして、超音波探傷を行なう際に、このケース７を被検体である配管２０，２０に接触させる。なお、第４実施形態も、配管２０，２０に設置するのは１つの球体１３とする点で第２実施形態、第３実施形態と同じであり、ケース７の位置を特定することの手順を除くと、第２実施形態と同様の手順を実施する（図１５）。
【００３７】
第４実施形態は、ケース７が配管２０，２０に接触する（図１５ ステップＳ４０５）部位の位置Ｐ３を特定する（図１５ ステップＳ４０７）。これは、球体１３の位置の特定と同様に行えばよい。なお、特定された位置Ｐ３を（Ｘｎ３，Ｙｎ３）とする。この位置Ｐ３（Ｘｎ３，Ｙｎ３）は、配管２０，２０上に原点Ｏを置く二次元座標上に示されるものであり、第１実施形態の球体１４を代替するものと捉えることができる。したがって、配管２０，２０上に原点Ｏがある二次元座標において、位置Ｐ１（Ｘｎ１，Ｙｎ１）と位置Ｐ３（Ｘｎ３，Ｙｎ３）が既知となる。この位置関係を図１６（ａ）に示す。
一方で、超音波プローブ２上に原点Ｏを置く二次元座標上の球体１３の位置ｐ１（ｘｎ１，ｙｎ１）が得られることは第１実施形態などで説明した通りであり、図１６（ｂ）に再掲する。また、配管２０，２０に接触するケース７の部位の超音波プローブ２に対する位置は予め計測できるから既知であり、それをｐ３（Ｘｎ３，Ｙｎ３）として図１６（ｂ）に示すように加える。
【００３８】
後は第１実施形態と同様に、図１６（ｂ）に示される原点ｏ、位置ｐ１及び位置ｐ４を、相対的な位置関係を維持したままで、図１６（ａ）に示される位置Ｐ１、Ｐ３に位置ｐ１、ｐ４を一致させるように平行移動と回転を組み合わせて移動させる。そうすると、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上におけるケース７上の特定の位置を得ることができる。ケース７内おける超音波プローブ２の位置は既知であるから、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における超音波プローブ２の位置を特定できる。
【００３９】
以上、第１実施形態〜第４実施形態で示したように、本実施形態によると、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の正しい位置、換言すると超音波探傷における正しい計測位置を特定することができるので、後に行なわれる実際の超音波探傷による配管２０，２０（溶接部１０）の検査を適切に行なうことができる。
【００４０】
以上説明した実施形態では、溶接部１０を備えた配管２０，２０を被検体としたが、これに限らず超音波探傷で検査される被検体に本発明を広く適用することができる。
また、以上説明した実施形態では、フェーズドアレイ型の超音波プローブ２を用いたが、単一の超音波振動子からなるシングルプローブを用いることができる。この場合には、シングルプローブを走査することで、必要な検査領域に漏れなく超音波を照射する。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 超音波探傷装置
２ 超音波プローブ
３ 超音波送受信制御部
４ 処理部
５ 表示部
６ 傾斜角センサ
７ ケース
１０ 溶接部
１１ 余盛
１２ 裏波
１３，１４ 球体
２０ 配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷法に用いられる超音波プローブ（又は超音波探触子）の被検体に対する位置を特定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷法による検査対象（被検体）として、溶接により接合された配管がある。溶接部の信頼性を評価するために、欠陥の有無や溶接形状を超音波探傷法により定期的に検査する。超音波プローブから媒質を介して超音波を照射し、被検体の中を伝播して裏面や傷部分で反射してきた超音波を超音波プローブで受信し、受信した超音波に対応した検出信号を信号処理して、欠陥の有無、溶接形状を検査する。
配管を接合する溶接部には、裏面に裏波が形成されているものがある。超音波探傷はこの裏波に対応する反射波も捉えられるが、欠陥と裏波とを区別して検査するために、裏波の形状を正しく特定する必要がある。通常、裏波の形状を検査するために、被検体に対して垂直に超音波を照射して溶接形状の検査をする「垂直法」が採用されている。この検査の際に、被検体に対して入射される超音波の入射位置制度が高いことが要求される。そのために、被検体に対する超音波プローブの位置が正しく特定される必要がある。
【０００３】
特許文献１は超音波プローブの位置特定について以下のステップ１〜３からなる提案を行なっている。
ステップ１：超音波プローブを走査範囲内に置かれた水平板と対向させてから、超音波プローブを所定の角度で回転させ、その時得られる反射エコーレベルが最大となる点を探し、超音波プローブの垂直状態を検出する。
ステップ２：この垂直状態下で走査範囲内に置かれた球体の中心座標値を基準座標値として検出する。
ステップ３：この基準座標値に基づき被検体に対する超音波プローブの位置、つまり被検体と超音波プローブの相対位置を表す位置データを設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２３７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、被検体が置かれる水槽内に目印となる水平板と球体を設置するものであるから、水槽に対する超音波プローブの位置を正しく特定できる。しかし、被検体が所定の位置からずれて水槽に置かれると、水平板と球体に基づいて位置データを正しく取得したところで、被検体に対する超音波プローブの位置を正しく特定することにはならない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、被検体に対する超音波プローブの位置を正しく特定できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、超音波プローブの位置を特定するための目印（平板、球体）を水槽内に設けるのではなく、被検体上の既知の位置Ｐに設けられた目印を超音波探傷により位置を特定する。超音波探傷により特定された目印の位置ｐは、超音波プローブに対する相対的な位置を示すが、実際には既知の位置Ｐと一致するので、位置Ｐと位置ｐを照合することで、被検体に対する超音波プローブの相対的な位置を正しく特定できることになる。
すなわち本発明は、被検体上の位置Ｐが既知の目印を含む被検体に超音波プローブから検査音波を照射して被検体の表面形状を計測するステップ（ａ）と、計測された被検体の表面形状の結果から、超音波プローブに対する目印の位置ｐを特定するステップ（ｂ）と、位置Ｐと位置ｐに基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定するステップ（ｃ）と、を備えることを特徴とする超音波プローブの位置特定方法である。
【０００７】
超音波プローブの位置特定方法は、いくつかの異なる形態で実施することができる。
そのために、一つ目の形態は、被検体の２箇所に目印を設ける。各々を第１目印、第２目印とし、被検体に対する各々の位置をＰ１、Ｐ２とする。ステップ（ａ）では、第１目印及び第２目印を含む被検体に超音波プローブから検査音波を照射して被検体の表面形状を計測する。ステップ（ｂ）では、計測された被検体の表面形状の結果から、超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１及び第２目印の位置ｐ２を特定する。次いで、ステップ（ｃ）では、位置Ｐ１及び位置Ｐ１と位置ｐ１及び位置ｐ２に基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【０００８】
一つ目の形態が、溶接部を介して突合せ端が接合された配管を超音波探傷の対象とする場合、溶接部を挟む両側に、配管の軸線方向に沿って第１目印と第２目印を設けることが好ましい。
【０００９】
二つ目の形態は、目印を１箇所とするが、もう一つの目印の代替として超音波プローブの傾きｓを計測する。そして、ステップ（ｃ）において、位置Ｐ１、位置ｐ１及び傾きｓに基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【００１０】
三つ目の形態は、目印を１箇所とするが、もう一つの目印の代替として超音波探傷以外の手法で被検体の表面形状を計測する。そして、ステップ（ｃ）において、位置Ｐ１、位置ｐ１及び超音波探傷以外の手法で計測された被検体の表面形状に基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【００１１】
四つ目の形態は、目印を１箇所とするが、もう一つの目印の代替として超音波プローブの被検体上の位置Ｐ３を特定する。そして、ステップ（ｃ）において、位置Ｐ１、位置ｐ１及び位置Ｐ３に基づいて、被検体に対する超音波プローブの位置を特定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検体上の既知の位置Ｐと超音波探傷により特定された目印の位置ｐを照合することで、被検体に対する超音波プローブの位置を正しく特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図２】目印である球体が置かれた配管の平面図である。
【図３】第１実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示す。
【図５】第１実施形態において、（ａ）は配管上の原点Ｏ、位置Ｐ１、Ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ａ）から抜き出して示した図、（ｂ）は超音波プローブ上の原点ｏ、位置ｐ１、ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ｂ）から抜き出して示した図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を照合した図である。
【図６】第２実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図７】第２実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示す。
【図９】第２実施形態において、（ａ）は配管上の原点Ｏ、位置Ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ａ）から抜き出して示した図、（ｂ）は超音波プローブ上の原点ｏ、位置ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ｂ）から抜き出して示した図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を照合した図である。
【図１０】第３実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図１１】第３実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｃ）はレーザにより配管の表面形状を計測した結果を示す。
【図１３】第３実施形態において、（ａ）は超音波探傷による計測結果をレーザによる計測結果に重ね合わせる様子を示し、（ｂ）は（ａ）の結果を示し、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を照合した図である。
【図１４】第４実施形態において、超音波探傷装置が被検体である配管に対向して配置される様子を示す図である。
【図１５】第４実施形態における超音波プローブの位置特定方法の手順を示すフローチャートである。
【図１６】第４実施形態において、（ａ）は配管（被検体）に対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示し、（ｂ）は超音波プローブに対する球体（目印）の位置を示す二次元座標を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を説明する。なお、本実施形態は、溶接された配管２０，２０からなる被検体を例にするが、他の被検体を対象にできることは言うまでもない。
本実施形態は、超音波探傷装置１を用いて実施される。超音波探傷装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波送受信制御部３と、処理部４と、表示部５と、を備えている。
【００１５】
超音波探傷装置１は、溶接部１０を介して突合せ溶接により接続された配管２０，２０を被検体とし、溶接部１０の欠陥の有無、溶接形状を検査する。溶接部１０は、配管２０，２０の表面側（配管２０，２０の外周面側）に余盛１１が形成されており、裏面側（配管２０，２０の外周面側）に裏波１２が形成されている。
超音波探傷装置１により配管２０，２０を検査する場合には、超音波プローブ２から超音波を出力すると共に反射してきた超音波を超音波プローブ２で受信し、受信した超音波に対応した検出信号を基に、溶接部１０を含む配管２０，２０の表面、裏面の形状を可視化することで、目視により欠陥の有無、溶接形状を判定できる。ただしその前提として、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置が特定されている必要がある。本実施形態は、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定する方法を提供する。
【００１６】
超音波探傷装置１は、微小な超音波振動子を多数配列したフェーズドアレイ（Phased Array）型の超音波プローブ２を採用する。
超音波プローブ２は、超音波送受信制御部３からの指令に基づいて、所定の周波数の超音波を発振し、発振した超音波を配管２０，２０に向けて照射する。超音波の照射は、超音波送受信制御部３の指令に基づいて、各超音波振動子の駆動順序が１個ずつ又は複数個ずつ決定され、各超音波振動子は所定のタイミングで駆動されて超音波を発振させる。超音波プローブ２はまた、配管２０，２０から反射した超音波を受信し、受信した超音波に対応する電気信号（超音波信号）を超音波送受信制御部３へ送信する超音波受信部を有する。なお、超音波プローブ２と配管２０，２０の間には、水、その他の音響媒質が存在するが、図示を省略している。
【００１７】
超音波送受信制御部３は、超音波プローブ２での超音波の送受信の制御として、超音波プローブ２で所定の周波数の超音波を発振させて配管２０，２０へ向けて送信する。一方で、超音波送受信制御部３は、超音波プローブ２から配管２０，２０で反射した超音波に対応する超音波信号を受信する。
【００１８】
処理部４はいくつかの役割を果たす。
処理部４は、超音波送受信制御部３から超音波信号を受け取り、これを例えば開口合成法（ＳＡＦＴ：Synthetic Aperture Technique）により信号処理して、配管２０，２０の表面形状データを生成する。
また、処理部４は、配管２０，２０上に原点Ｏ（Ｘ＝０，Ｙ＝０）を有する二次元座標系を備えている。また、処理部４は、後述する球体１３，１４が置かれた配管２０，２０上の位置Ｐ１、Ｐ２を保持する。この位置情報は、例えば図４（ａ）に示されるように、Ｐ１＝（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）とする。位置Ｐ１、Ｐ２に関する情報は、図示しない入力手段、例えばキーボードから処理部４に入力される。
さらに、処理部４は、表面形状データから、超音波プローブ２に対する球体１３，１４の位置ｐ１、ｐ２を抽出する。この位置情報は、例えば図４（ｂ）に示されるように、ｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２）とする。
さらにまた、処理部４は、位置Ｐ１＝（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）と位置ｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２）を照合することにより、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する。この位置特定の詳細は後述する。
【００１９】
表示部５は、処理部４で生成された表面形状データに基づいて配管２０，２０の表面形状を表示する。表示部５は他に、配管２０，２０に対する球体１３，１４の位置情報（Ｐ１＝（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２））、及び超音波プローブ２に対する球体１３，１４の位置情報（ｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２））を表示することができる。さらに表示部５は、特定された配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を表示することができる。
【００２０】
＜超音波プローブ２の位置特定手順＞
さて、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する手順を図１〜図４を参照して説明する。
はじめに、図１、図２に示すように、被検体である配管２０，２０に目印となる球体１３，１４を置く（図３ ステップＳ１０１）。球体１３，１４は、溶接部１０を跨いでその両側に、配管２０，２０の軸線Ｃ方向に沿って置かれる。溶接部１０上に球体１３，１４を置いてもよいが、第１実施形態では溶接部１０の検査結果に影響を与えないようにするために、溶接部１０を跨いでその両側に球体１３，１４を置く。
また、超音波プローブ２からの超音波が照射される範囲に球体１３，１４が含まれるように球体１３，１４は相互の間隔が設定される。球体１３，１４の両者を確実に検知するためである。したがって、溶接部１０の余盛１１の軸線方向の寸法をＬ１、超音波プローブ２から配管２０，２０上に照射される超音波の範囲の軸線方向の寸法をＬ２、球体１３，１４の軸線方向の間隔をＬ３とすると、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２の関係が成り立つように、球体１３，１４が置かれる。
目印としての球体１３，１４は超音波の入射角度によって反射率が変化しない点で本発明にとって好ましい。ただし、本発明の目印は球体に限らず、超音波探傷装置１により識別できるのであれば、他の形状の物体を目印に用いることができる。
【００２１】
次に、配管２０，２０に対する球体１３，１４の位置を特定する（図３ ステップＳ１０３）。
この位置を特定するためには、図４（ａ）に示すように、配管２０，２０上に二次元座標の原点Ｏ（Ｘ＝０，Ｙ＝０）を定め、この原点を基準にした球体１３，１４の位置を計測すればよい。原点Ｏは球体１３，１４を置く前から、例えば、図１、図２に示すように定めておくことができる。原点は配管２０，２０に刻印をしておくことによって可視化できる。この原点を基準にして計測された球体１３，１４の位置は、図４（ａ）に示すように、原点Ｏを基準とする二次元座標上のＰ１（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）に表される。
なお、Ｐ１（Ｘｎ１，Ｙｎ１）、Ｐ２＝（Ｘｎ２，Ｙｎ２）を配管２０，２０上に予め定めておき、そこに球体１３，１４を置くことで、配管２０，２０に対する球体１３，１４の位置を特定することもできる。
【００２２】
次に、超音波プローブ２を配管２０，２０に対向させた（図３ ステップＳ１０５）後に、超音波プローブ２から配管２０，２０に向けて超音波を照射することで、配管２０，２０の表面形状を計測する（図３ Ｓ１０７）。このとき、超音波プローブ２は超音波が溶接部１０を漏れなく照射されるように、配管２０，２０の軸線方向に沿って置かれる。表面形状の計測結果は、例えば図４（ｂ）の線図Ｄ１として得られる。線図Ｄ１は、中央が上に突となる部分が余盛１１に対応し、また、余盛１１を挟んだ両側の突の部分が球体１３，１４に対応することを示している。なお、この計測の過程で裏波１２に対応する超音波を超音波プローブ２は受信するが、本実施形態はこの超音波信号を計測結果に反映する必要がない。
【００２３】
次に、表面形状の計測結果（線図Ｄ１）から、超音波プローブ２に対する球体１３，１４の位置を特定する（図３ ステップＳ１０９）。この位置の特定は、線図Ｄ１を読み込んだ処理部４が行う。特定された位置は、図４（ｂ）に示すように、超音波プローブ２上に原点を置く二次元座標上に、例えばｐ１＝（ｘｎ１，ｙｎ１）、ｐ２＝（ｘｎ２，ｙｎ２）と表される。
【００２４】
以上のようにして、本実施形態は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標αにおける球体１３，１４の位置Ｐ１、Ｐ２、及び、超音波プローブ２上に原点を置く二次元座標βにおける球体１３，１４の位置ｐ１、ｐ２を得る。位置Ｐ１と位置ｐ１、位置Ｐ２と位置ｐ２は実際には一致するから、位置Ｐ１と位置ｐ１、及び、位置Ｐ２と位置ｐ２を照合することで、二次元座標β上の位置（原点ｏを含む）を二次元座標α上に表すことができる。
【００２５】
これを視覚的に示したのが、図５である。
図５（ａ）は、配管２０，２０上の原点Ｏ、位置Ｐ１、Ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ａ）から抜き出したものであり、図５（ｂ）は超音波プローブ２上の原点ｏ、位置ｐ１、ｐ２をその相対的な位置関係を維持したままで図４（ｂ）から抜き出して示したものである。
図５（ｂ）に示される原点ｏ、位置ｐ１、ｐ２を、相対的な位置関係を維持したままで、図５（ａ）に示される位置Ｐ１、Ｐ２に位置ｐ１、ｐ２を一致させるように平行移動と回転を組み合わせて移動、つまり照合させる。そうすると、図５（ｃ）に示すように、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における移動後の原点ｏの位置が例えば（Ｘｎ３，Ｙｎ３）として表される。
位置（Ｘｎ３，Ｙｎ３）は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標α上における超音波プローブ２上の特定の部位についてのものであるが、超音波プローブ２の形状、寸法は既知であるから、超音波プローブ２上のいかなる部位の位置も二次元座標α上の位置、つまり配管２０，２０に対する位置として表すことができる。このようにして、被検体である配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（図３ ステップＳ１１１）。
【００２６】
以上のようにして配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置が特定されたならば、溶接部１０の検査を超音波探傷により行う。この検査は公知の手法に従って行うことができる。
【００２７】
以上説明したように、第１実施形態によれば、被検体である配管２０，２０に置かれた目印に基づいて超音波プローブ２の位置を特定できるので、超音波プローブ２に対して被検体が置かれた状態に関わらず、被検体に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定できる。
また、前述した本特許文献１は、水槽内に目印（水平板と球体）を設置することが必要であるために局部水浸法による超音波探傷に適用することができないのに対して、本実施形態は、被検体に目印を設けるものであるから、局部水浸法による超音波探傷にも適用できる。
【００２８】
［第２実施形態］
以上説明した第１実施形態では目印として２つの球体１３，１４を設けたが、本発明はこれに限定されず、配管２０，２０に１つの目印を設けるだけでも、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の正しい位置を特定できる。以下、その例を第２実施形態として説明する。
第２実施形態は、図６に示すように、１つの球体１３を配管２０，２０上に設けるのに加えて、超音波プローブ２に傾斜角センサ６を設ける。傾斜角センサ６は、水平面に対する超音波プローブ２の傾斜角θを検出する。傾斜角センサ６で検出された傾斜角θは、処理部４に送られる。なお、球体１３の代わりに球体１４を設けてもよい（第３実施形態、第４実施形態も同様）。
【００２９】
第２実施形態も、以下の点を除いて第１実施形態と同様の手順で超音波プローブ２の位置の特定が行われる。
図７に示すように、ステップＳ２０３において、球体１３の位置Ｐ１のみが特定される。その結果は、図８（ａ）に示す通りである。
また、ステップＳ２０７において、表面形状を計測する際に、傾斜角センサ６で検出された超音波プローブ２の傾斜角θを検出する。処理部４はこの傾斜角θを取得する。表面形状の計測結果は、図８（ｂ）の線図Ｄ２のように、余盛１１に対応する突部、球体１３に対応する突部を備える。
なお、図７に示すステップＳの番号が図３と同じものは、第１実施形態と同じ処理を行うことを意味する。以下も同様である。
【００３０】
計測結果から球体１３の位置ｐ１を第１実施形態と同様に特定した（図９ ステップＳ２０９）後に、以下のようにして被検体である配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（図９ ステップＳ２１１）。
図９（ａ）は、配管２０，２０上の原点Ｏ、位置Ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ａ）から抜き出して示したものであり、図９（ｂ）は超音波プローブ２上の原点ｏ、位置ｐ１をその相対的な位置関係を維持したままで図８（ｂ）から抜き出して示したものである。
図９（ｂ）に示される原点ｏと位置ｐ１を、相対的な位置関係を維持したままで、図９（ａ）に示される位置Ｐ１に位置ｐ１を一致させるように平行移動させ、さらに、原点Ｏを中心にして原点ｏを傾斜角θに相当する角度だけ回転させて照合する。回転後の原点ｏの位置（Ｘｎ４，Ｙｎ４）は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における超音波プローブ２上の特定の部位の位置を示す。
【００３１】
以上説明したことから明らかなように、目印（球体１３）を一箇所だけに置いた場合でも、超音波プローブ２に対して被検体が置かれた状態に関わらず、被検体に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定できる。
【００３２】
［第３実施形態］
第３実施形態も、配管２０，２０には１つの目印（球体１３）を設けることで、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の正しい位置を特定する方法に関する。
図１０、図１１に示されるように、第３実施形態においても、傾斜角センサ６による傾斜角θの検知を除いて、第２実施形態と同様の手順を実施する。したがって、配管２０，２０に球体１３を置いて超音波探傷により表面形状を計測した結果、その結果に基づく超音波プローブ２に対する球体１３の位置の特定が得られることを第３実施形態は前提とする。
【００３３】
第３実施形態は、超音波探傷により配管２０，２０の表面形状を計測するのと同じ範囲を、超音波探傷とは異なる他の表面形状計測方法、例えばレーザビームＬＢを用いた表面形状計測法により計測する（図１０（ｂ）、図１１ ステップＳ３１０）。計測結果は、例えば図１２（ｃ）に線図Ｄ３として示す通りである。なお、図１２（ａ）、（ｂ）は、各々図８（ａ）、（ｂ）と同じ計測結果（１つの球体１３）を示している。
【００３４】
超音波探傷による計測結果及びレーザによる計測結果が揃ったならば、両者を比較することで被検体である配管２０，２０に対する超音波プローブ２の位置を特定する（図１１ ステップＳ３１１）。比較は、以下のように行なう。
図１３（ａ）に示すように、超音波探傷による計測結果（線図Ｄ２，図１２（ｂ））を、レーザによる計測結果（線図Ｄ３，図１２（ｃ））に重ね合わせる。その際、球体１３に対応する突部分を一致させるように平行移動させるとともに、一致させた突部分を中心に超音波探傷による計測結果を回転させる。このとき、超音波プローブ２上の原点ｏと位置ｐ１の相対的な位置関係は維持される。その結果は、図１３（ｂ）に示す通りである。次いで、図１３（ｂ）に示される原点ｏと位置ｐ１の相対的な位置関係を維持したままで、図１２（ａ）に示される位置Ｐ１に位置ｐ１を一致させるように平行移動させる。図１３（ｃ）に示されるように、移動後の原点ｏの位置（Ｘｎ５，Ｙｎ５）は、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における超音波プローブ２上の特定の部位の位置を示す。
【００３５】
以上説明したことから明らかなように、目印（球体１３）を一箇所だけに置いた場合でも、超音波プローブ２に対して被検体が置かれた状態に関わらず、被検体に対する超音波プローブ２の位置を正しく特定できる。
【００３６】
［第４実施形態］
次に、局部水浸法による超音波探傷に本発明を適用する例を第４実施形態として説明する。
図１４に示されるように、局部水浸法は、音響媒質が充填されたケース７の中の所定位置に超音波プローブ２が配置される。そして、超音波探傷を行なう際に、このケース７を被検体である配管２０，２０に接触させる。なお、第４実施形態も、配管２０，２０に設置するのは１つの球体１３とする点で第２実施形態、第３実施形態と同じであり、ケース７の位置を特定することの手順を除くと、第２実施形態と同様の手順を実施する（図１５）。
【００３７】
第４実施形態は、ケース７が配管２０，２０に接触する（図１５ ステップＳ４０５）部位の位置Ｐ３を特定する（図１５ ステップＳ４０７）。これは、球体１３の位置の特定と同様に行えばよい。なお、特定された位置Ｐ３を（Ｘｎ３，Ｙｎ３）とする。この位置Ｐ３（Ｘｎ３，Ｙｎ３）は、配管２０，２０上に原点Ｏを置く二次元座標上に示されるものであり、第１実施形態の球体１４を代替するものと捉えることができる。したがって、配管２０，２０上に原点Ｏがある二次元座標において、位置Ｐ１（Ｘｎ１，Ｙｎ１）と位置Ｐ３（Ｘｎ３，Ｙｎ３）が既知となる。この位置関係を図１６（ａ）に示す。
一方で、超音波プローブ２上に原点Ｏを置く二次元座標上の球体１３の位置ｐ１（ｘｎ１，ｙｎ１）が得られることは第１実施形態などで説明した通りであり、図１６（ｂ）に再掲する。また、配管２０，２０に接触するケース７の部位の超音波プローブ２に対する位置は予め計測できるから既知であり、それをｐ３（Ｘｎ３，Ｙｎ３）として図１６（ｂ）に示すように加える。
【００３８】
後は第１実施形態と同様に、図１６（ｂ）に示される原点ｏ、位置ｐ１及び位置ｐ４を、相対的な位置関係を維持したままで、図１６（ａ）に示される位置Ｐ１、Ｐ３に位置ｐ１、ｐ４を一致させるように平行移動と回転を組み合わせて移動させる。そうすると、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上におけるケース７上の特定の位置を得ることができる。ケース７内おける超音波プローブ２の位置は既知であるから、配管２０，２０上に原点を置く二次元座標上における超音波プローブ２の位置を特定できる。
【００３９】
以上、第１実施形態〜第４実施形態で示したように、本実施形態によると、配管２０，２０に対する超音波プローブ２の正しい位置、換言すると超音波探傷における正しい計測位置を特定することができるので、後に行なわれる実際の超音波探傷による配管２０，２０（溶接部１０）の検査を適切に行なうことができる。
【００４０】
以上説明した実施形態では、溶接部１０を備えた配管２０，２０を被検体としたが、これに限らず超音波探傷で検査される被検体に本発明を広く適用することができる。
また、以上説明した実施形態では、フェーズドアレイ型の超音波プローブ２を用いたが、単一の超音波振動子からなるシングルプローブを用いることができる。この場合には、シングルプローブを走査することで、必要な検査領域に漏れなく超音波を照射する。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 超音波探傷装置
２ 超音波プローブ
３ 超音波送受信制御部
４ 処理部
５ 表示部
６ 傾斜角センサ
７ ケース
１０ 溶接部
１１ 余盛
１２ 裏波
１３，１４ 球体
２０ 配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体上の位置Ｐが既知の目印を含む被検体に超音波プローブから検査音波を照射して被検体の表面形状を計測するステップ（ａ）と、
計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する前記目印の位置ｐを特定するステップ（ｂ）と、
前記位置Ｐと前記位置ｐに基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定するステップ（ｃ）と、
を備えることを特徴とする超音波プローブの位置特定方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印と、前記被検体に対する位置がＰ２である第２目印と、を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１及び第２目印の位置ｐ２を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１及び位置Ｐ２と位置ｐ１及び位置ｐ２に基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項３】
前記被検体が、溶接部を介して突合せ端が接合された配管であり、
前記溶接部を挟む両側に、前記配管の軸線方向に沿って前記第１目印と前記第２目印を設ける、
請求項２に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１と位置ｐ１及び計測された前記超音波プローブの傾きｓに基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１と位置ｐ１及び超音波探傷以外の手法で計測された前記被検体の表面形状に基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項６】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１と位置ｐ１及び前記超音波プローブの前記被検体上の位置Ｐ３に基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項１】
被検体上の位置Ｐが既知の目印を含む被検体に超音波プローブから検査音波を照射して被検体の表面形状を計測するステップ（ａ）と、
計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する前記目印の位置ｐを特定するステップ（ｂ）と、
前記位置Ｐと前記位置ｐに基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定するステップ（ｃ）と、
を備えることを特徴とする超音波プローブの位置特定方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印と、前記被検体に対する位置がＰ２である第２目印と、を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１及び第２目印の位置ｐ２を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１及び位置Ｐ２と位置ｐ１及び位置ｐ２に基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項３】
前記被検体が、溶接部を介して突合せ端が接合された配管であり、
前記溶接部を挟む両側に、前記配管の軸線方向に沿って前記第１目印と前記第２目印を設ける、
請求項２に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１と位置ｐ１及び計測された前記超音波プローブの傾きｓに基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１と位置ｐ１及び超音波探傷以外の手法で計測された前記被検体の表面形状に基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【請求項６】
前記ステップ（ａ）は、前記被検体に対する位置がＰ１である第１目印を含む前記被検体に前記超音波プローブから前記検査音波を照射して被検体の表面形状を計測し、
前記ステップ（ｂ）は、計測された前記被検体の表面形状の結果から、前記超音波プローブに対する第１目印の位置ｐ１を特定し、
前記ステップ（ｃ）は、前記位置Ｐ１と位置ｐ１及び前記超音波プローブの前記被検体上の位置Ｐ３に基づいて、前記被検体に対する前記超音波プローブの位置を特定する、
請求項１に記載の超音波プローブの位置特定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−６１２３８（Ｐ２０１３−６１２３８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９８０４（Ｐ２０１１−１９９８０４）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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