特許 6197458 欠陥検査装置、欠陥検査方法、プログラム及び記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6197458

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】欠陥検査装置、欠陥検査方法、プログラム及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/04 20060101AFI20170911BHJP

   G01N 29/44 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/04

   G01N29/44

【請求項の数】20

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2013-162675(P2013-162675)

(22)【出願日】2013年8月5日

(65)【公開番号】特開2015-31637(P2015-31637A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2016年4月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090273

【弁理士】

【氏名又は名称】國分 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】永田 泰昭

(72)【発明者】

【氏名】山中 一司

(72)【発明者】

【氏名】小原 良和

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１８５８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２１５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６２２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００４１５９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１６８５１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子と、
前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信手段と、
反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信手段と、
前記走査した前記内表面の位置を第１方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第２方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成手段と、
前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段とを有し、
前記送信手段から送信される超音波ビームの時間波形は、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、前記３つの局所ピークの絶対値のうち前記第２の局所ピークの絶対値が一番大きく、
前記欠陥判定手段は、
前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、
前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第４の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定することを特徴とする欠陥検査装置。

【請求項2】

前記第１の局所ピークが正であることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。

【請求項3】

前記第１の局所ピークが負であることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。

【請求項4】

前記欠陥検査画像生成手段は、前記欠陥検査画像を生成する際に、前記反射超音波ビームの振幅値が正の第１閾値よりも大きい値の位置の色を白色とし、前記反射超音波ビームの振幅値が前記第１閾値よりも小さい負の第２閾値よりも小さい値の位置の色を黒色とし、
前記欠陥判定手段は、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第１の白色、第１の黒色、第２の白色の次に第２の黒色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査装置。

【請求項5】

前記欠陥検査画像生成手段は、前記欠陥検査画像を生成する際に、前記反射超音波ビームの振幅値が正の第１閾値よりも大きい値の位置の色を白色とし、前記反射超音波ビームの振幅値が前記第１閾値よりも小さい負の第２閾値よりも小さい値の位置の色を黒色とし、
前記欠陥判定手段は、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第１の黒色、第１の白色、第２の黒色の次に第２の白色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査装置。

【請求項6】

前記欠陥検査画像において、前記第２方向は、前記反射超音波ビームを前記受信手段で受信した時刻に関する情報を示しており、
前記欠陥検査画像において、前記第１の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と前記第２の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をＡとし、前記第２の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻をＢとし、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査装置。

【請求項7】

前記欠陥検査画像において、前記第２方向は、前記反射超音波ビームを前記受信手段で受信した時刻に関する情報を示しており、
前記欠陥検査画像において、前記第１の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻と前記第２の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻との中間の時刻をＡとし、前記第２の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻をＢとし、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出手段を更に有することを特徴とする請求項５に記載の欠陥検査装置。

【請求項8】

前記欠陥検査画像生成手段は、前記反射超音波ビームの振幅値を前記超音波ビームの中心軌跡上に割り当てて、前記欠陥検査画像を生成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。

【請求項9】

前記欠陥検査画像を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。

【請求項10】

管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を備え、前記溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置による欠陥検査方法であって、
前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信ステップと、
反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信ステップと、
前記走査した前記内表面の位置を第１方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第２方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成ステップと、
前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップとを有し、
前記送信ステップで送信する超音波ビームの時間波形は、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、前記３つの局所ピークの絶対値のうち前記第２の局所ピークの絶対値が一番大きく、
前記欠陥判定ステップは、
前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、
前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第４の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定することを特徴とする欠陥検査方法。

【請求項11】

前記第１の局所ピークが正であることを特徴とする請求項１０に記載の欠陥検査方法。

【請求項12】

前記第１の局所ピークが負であることを特徴とする請求項１０に記載の欠陥検査方法。

【請求項13】

前記欠陥検査画像生成ステップでは、前記欠陥検査画像を生成する際に、前記反射超音波ビームの振幅値が正の第１閾値よりも大きい値の位置の色を白色とし、前記反射超音波ビームの振幅値が前記第１閾値よりも小さい負の第２閾値よりも小さい値の位置の色を黒色とし、
前記欠陥判定ステップは、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第１の白色、第１の黒色、第２の白色の次に第２の黒色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項１１に記載の欠陥検査方法。

【請求項14】

前記欠陥検査画像生成ステップでは、前記欠陥検査画像を生成する際に、前記反射超音波ビームの振幅値が正の第１閾値よりも大きい値の位置の色を白色とし、前記反射超音波ビームの振幅値が前記第１閾値よりも小さい負の第２閾値よりも小さい値の位置の色を黒色とし、
前記欠陥判定ステップは、前記欠陥検査画像において、前記溶接鋼管の前記内表面から前記外表面に向かう方向に、第１の黒色、第１の白色、第２の黒色の次に第２の白色が現れる位置に前記欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項１２に記載の欠陥検査方法。

【請求項15】

前記欠陥検査画像において、前記第２方向は、前記反射超音波ビームを前記受信ステップで受信した時刻に関する情報を示しており、
前記欠陥検査画像において、前記第１の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と前記第２の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をＡとし、前記第２の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻をＢとし、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出ステップを更に有することを特徴とする請求項１３に記載の欠陥検査方法。

【請求項16】

前記欠陥検査画像において、前記第２方向は、前記反射超音波ビームを前記受信ステップで受信した時刻に関する情報を示しており、
前記欠陥検査画像において、前記第１の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻と前記第２の黒色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻との中間の時刻をＡとし、前記第２の白色が現れる位置のうち前記反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻をＢとし、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて前記欠陥のサイズを算出する欠陥サイズ算出ステップを更に有することを特徴とする請求項１４に記載の欠陥検査方法。

【請求項17】

前記欠陥検査画像生成ステップでは、前記反射超音波ビームの振幅値を前記超音波ビームの中心軌跡上に割り当てて、前記欠陥検査画像を生成することを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。

【請求項18】

前記欠陥検査画像を表示手段に表示する表示ステップを更に有することを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。

【請求項19】

請求項１０乃至１８のいずれか１項に記載の欠陥検査方法における各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項20】

請求項１９に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法、当該欠陥検査方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、当該プログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関するものである。なお、本明細書においては、本発明における溶接鋼管として電縫鋼管に適用した例について説明を行うが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えばアーク溶接鋼管などの他の溶接鋼管であってもよい。

【背景技術】

【0002】

まず、電縫鋼管の一般的な製造方法について説明する。
図１６は、一般的な電縫鋼管の製造方法の一例を示す模式図である。
図１６（ａ）に示すように、一般的な電縫鋼管の製造方法においては、帯状の鋼板（帯鋼）２０１を、方向２０２に向かって連続的に搬送しながら、多数のロール群（図示せず）により管状に成形し、その突合せ端面２０３を高周波コイル２０４による誘導加熱又はコンタクトチップ（図示せず）による直接通電加熱により溶融するとともに、スクイズロール２０５によりアップセットを加えることで、突合せ端面２０３を溶接して溶接部２１０を形成する。このようにして、図１６（ｂ）に示すように、溶接部２１０が管軸方向２２０に形成された電縫鋼管２００が製造される。

【0003】

電縫鋼管２００では溶接部２１０の品質が非常に重要であり、電縫鋼管２００の製造工程においては、一般に超音波斜角探傷によって溶接部２１０に欠陥が存在するか否かのオンライン探傷が行われている。

【0004】

図１７及び図１８は、一般的な超音波斜角探傷法の一例を示す模式図である。
図１７及び図１８には、図１６（ｂ）に示した電縫鋼管２００の断面（より詳細には、電縫鋼管２００の断面のうちの溶接部２１０付近）が示されている。

【0005】

図１７に示す超音波斜角探傷法では、超音波ビームの送受信を行う超音波探傷子２５１が、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇの外側であって電縫鋼管２００の外表面２００Ｇから所定の距離だけ離れた位置に設置されている。そして、図１７に示す超音波斜角探傷法では、この超音波探傷子２５１から、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇにおける溶接部２１０の非形成領域に対して超音波ビームを出力し、当該超音波ビームを電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで一度反射させて溶接部２１０に送信し、反射した超音波ビームを超音波探傷子２５１で受信し、受信した超音波ビームを解析して溶接部２１０に欠陥が存在するか否かを検査する。

【0006】

図１８に示す超音波斜角探傷法は、例えば下記の特許文献１に記載されている手法である。具体的に、図１８に示す超音波斜角探傷法では、超音波ビームの送受信を行う超音波探傷子２５２が、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇにおける溶接部２１０の非形成領域に設置されている。そして、図１８に示す超音波斜角探傷法では、この超音波探傷子２５２から溶接部２１０に直射で超音波ビームを送信し、反射した超音波ビームを超音波探傷子２５２で受信して、受信した超音波ビームを解析して溶接部２１０に欠陥が存在するか否かを検査する。

【0007】

また、下記の特許文献２には、超音波ビームの送信用と受信用とで別の超音波探傷子を設ける、いわゆるタンデム探傷法の技術が開示されている。
また、下記の特許文献３には、溶接鋼管の溶接部の外側上面に超音波探傷子を設ける超音波探傷法の技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６−４７０２６号公報

【特許文献2】特許第４５４４２４０号公報

【特許文献3】特開平１０−１８５８８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

微小な欠陥を検出するためには、なるべく高周波の超音波を利用することが有利であるが、この場合、被検体中での超音波の伝播距離が長いと超音波の減衰が大きくなる。そして、超音波の減衰が大きくなると、超音波の受信信号が小さくなるため、ノイズ成分との区別がしにくくなり、欠陥の検出が困難になる。

【0010】

この点、上述した図１７や図１８等に示す超音波探傷法では、電縫鋼管中における超音波の伝播距離を短くするのにも限界があり、微小な欠陥を検出する手法としては不十分であった。

【0011】

また、特許文献３には、上述したように溶接鋼管の溶接部の外側上面に超音波探傷子を設ける超音波探傷法の技術が開示されているが、０．５ｍｍ以下の表面近くの微小欠陥の検出やその寸法（サイズ）の評価には限界があった。

【0012】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、微小な欠陥の検出も可能とする仕組み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】

【0013】

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

【0014】

本発明の欠陥検査装置は、管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置であって、前記溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子と、前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信手段と、反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信手段と、前記走査した前記内表面の位置を第１方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第２方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成手段と、前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段とを有し、前記送信手段から送信される超音波ビームの時間波形は、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、前記３つの局所ピークの絶対値のうち前記第２の局所ピークの絶対値が一番大きく、前記欠陥判定手段は、前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、前記欠陥検査画像生成手段によって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信手段が受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第４の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定する。

【0015】

本発明の欠陥検査方法は、管軸方向に溶接部が形成された溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を備え、前記溶接鋼管に含まれる欠陥を検査する欠陥検査装置による欠陥検査方法であって、前記溶接鋼管の前記外表面における前記溶接部の外側から入射し、前記溶接鋼管の内表面付近における少なくとも前記溶接部を前記内表面に沿って集束点を変化させながら周方向に走査する超音波ビームを、前記フェイズドアレイ探触子から送信する送信ステップと、反射した前記超音波ビームを反射超音波ビームとして、前記フェイズドアレイ探触子を介して受信する受信ステップと、前記走査した前記内表面の位置を第１方向にとり、前記溶接鋼管の前記外表面から前記内表面に向かう方向を第２方向にとって、前記反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する欠陥検査画像生成ステップと、前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像をもとに欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップとを有し、前記送信ステップで送信する超音波ビームの時間波形は、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、前記３つの局所ピークの絶対値のうち前記第２の局所ピークの絶対値が一番大きく、前記欠陥判定ステップは、前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有する領域に欠陥が存在しないと判定し、前記欠陥検査画像生成ステップによって生成された欠陥検査画像の領域のうち、前記受信ステップで受信した超音波ビームの時間波形が、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第４の局所ピークを有する領域に欠陥が存在していると判定する。

【0016】

本発明のプログラムは、前記欠陥検査方法における各ステップをコンピュータに実行させるためのものである。

【0017】

本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムを記憶したものである。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、微小な欠陥の検出も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成の一例を示す図である。

【図2】本発明の実施形態を示し、図１に示すフェイズドアレイ探触子を用いた欠陥検査の様子を示す模式図である。

【図3-1】本発明の実施形態を示し、図１に示す受信部で受信した、ある１つの反射超音波ビームの受信波形の一例を示す図である。

【図3-2】本発明の実施形態を示し、図１に示す送信部から送信された超音波ビーム（送信波）の送信波形の一例を示す図である。

【図3-3】本発明の実施形態を示し、図３−１に示す反射超音波ビームの受信波形となる原理を説明するための図である。

【図4】本発明の実施形態を示し、図１に示す欠陥検査画像生成部による欠陥検査画像生成処理を説明するための模式図である。

【図5】本発明の実施形態を示し、図１に示す欠陥サイズ算出部による欠陥サイズ算出処理を説明するための模式図である。

【図6】本発明の実施形態に係る欠陥検査装置による欠陥検査方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図7】本発明に係る実施形態の実施例を示し、欠陥検査に用いた電縫鋼管のサンプルを示す図である。

【図8】図７（ａ）に示す第１のサンプル鋼管について行った、水浸点集束探傷子を用いた欠陥探傷試験を説明する図である。

【図9】本発明に係る実施形態の実施例を示し、図１及び図２に示すフェイズドアレイ探触子と、図７（ａ）及び図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管との位置関係を示す図である。

【図10】本発明に係る実施形態の実施例を示し、図９に示す実験により得られた欠陥検査画像を示す図である。

【図11】本発明に係る実施形態の実施例を示し、図１０に示す−４．５°のフェイズドアレイ探触子と第１のサンプル鋼管との位置関係において、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験を説明する図である。

【図12】本発明に係る実施形態の実施例を示し、図９においてフェイズドアレイ探触子の位置をＹ方向に±１．０ｍｍ動かして、本発明に係る欠陥検査方法により得られた欠陥検査画像を示す図である。

【図13】本発明に係る実施形態の実施例を示し、図９においてフェイズドアレイ探触子の位置をＺ方向に±１．０ｍｍ動かして、本発明に係る欠陥検査方法により得られた欠陥検査画像を示す図である。

【図14】本発明に係る実施形態の実施例を示し、図７（ｂ）に示す第２のサンプル鋼管を使用して、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験結果を示す図である。

【図15】本発明に係る実施形態の実施例を示し、図１４に示す実験における欠陥サイズ算出方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図16】一般的な電縫鋼管の製造方法の一例を示す模式図である。

【図17】一般的な超音波斜角探傷法の一例を示す模式図である。

【図18】一般的な超音波斜角探傷法の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。

【0021】

図１は、本発明の実施形態に係る欠陥検査装置１００の概略構成の一例を示す図である。この欠陥検査装置１００は、溶接鋼管の一種である電縫鋼管２００に含まれる欠陥を検査するための装置である。
また、図２は、本発明の実施形態を示し、図１に示すフェイズドアレイ探触子１１０を用いた欠陥検査の様子を示す模式図である。なお、図２において、図１に示す構成及び図１６（ｂ）に示す構成と同様の構成には、同じ符号を付している。

【0022】

本実施形態においては、欠陥検査装置１００は、電縫鋼管２００の管軸方向（図２の２２０）に形成された溶接部２１０に含まれる欠陥を検査する場合を想定した例について説明を行う。また、図１には、図２に示した電縫鋼管２００の断面（より詳細には、電縫鋼管２００の断面のうちの溶接部２１０付近）が示されている。

【0023】

本実施形態に係る欠陥検査装置１００は、図１及び図２に示すように、フェイズドアレイ探触子１１０と、制御処理装置１２０を有して構成されている。
また、制御処理装置１２０は、図１に示すように、被検体条件入力部１２１と、送受信条件設定部１２２と、送受信制御部１２３と、送信部１２４−１と、受信部１２４−２と、受信信号処理部１２５と、欠陥検査画像生成部１２６と、欠陥判定部１２７と、欠陥サイズ算出部１２８と、記録・表示部１２９を有して構成されている。なお、図１に示す例では、送信部１２４−１と受信部１２４−２とが独立した構成として図示しているが、例えば、これらを１つの送受信部１２４として構成してもよい。

【0024】

フェイズドアレイ探触子１１０は、図１及び図２に示すように、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇの外側に設置され（より具体的には、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇの外側であって電縫鋼管２００の外表面２００Ｇから所定の距離だけ離れた溶接部２１０の上方の位置に設置され）、複数の超音波振動子１１１が配列されて形成されている。ここで、本実施形態においては、フェイズドアレイ探触子１１０には、例えばＭ個の超音波振動子１１１が設けられているものとする。
また、フェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間には、図２に示すように、超音波ビーム１１２（図１に示す超音波ビーム１１２−１〜１１２−Ｎ）を効率的に伝播させるための媒体として水が存在している。
また、フェイズドアレイ探触子１１０の超音波振動子１１１は、図２に示すように、超音波ビーム１１２を管軸方向２２０に集束させるための湾曲面を有している。

【0025】

図１に示す被検体条件入力部１２１は、被検体である電縫鋼管２００の条件（被検体条件）を入力する処理を行う。例えば、被検体条件入力部１２１は、ユーザにより操作入力された被検体条件を制御処理装置１２０内に入力する処理を行う。ここで、被検体条件としては、例えば、電縫鋼管２００の外径（直径）や管厚み、造管速度などが挙げられる。

【0026】

図１に示す送受信条件設定部１２２は、被検体条件入力部１２１により入力された被検体条件に基づいて、送受信条件を設定する処理を行う。例えば、送受信条件設定部１２２は、送受信条件として、水距離（フェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの距離）や、送受信で使用するチャネル数（送受信で使用する超音波振動子１１１の数）、送信波のエネルギー値、内表面２００Ｎに集束させる送信波の集束深さ・角度範囲・角度切り替えピッチ、受信信号の増幅度、１回の受信で受信信号を収録する時間幅、ｎ回目と（ｎ＋１）回目の送受信を行う時間間隔等を設定する。

【0027】

図１に示す送受信制御部１２３は、送受信条件設定部１２２で設定された送受信条件に基づいて、送信部１２４−１、受信部１２４−２及びフェイズドアレイ探触子１１０を制御する。

【0028】

以下の表１に、送受信条件設定部１２２で設定される送受信条件の一例と、その送受信条件に応じた送受信制御部１２３による制御内容の一例を示す。

【0029】

【表1】

【0030】

ここで、本実施形態においては、送受信制御部１２３は、表１に示す「送受信で使用するチャネル数」の送受信条件に対して、フェイズドアレイ探触子１１０に設けられているＭ個の超音波振動子１１１を設定するものとする。

【0031】

図１に示す送信部１２４−１は、送受信制御部１２３による制御に基づいて、フェイズドアレイ探触子１１０（より具体的には、Ｍ個の超音波振動子１１１）から各超音波ビーム１１２−１〜１１２−Ｎを送信する処理を行う。具体的に、送信部１２４−１は、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇにおける溶接部２１０の外側から入射し、電縫鋼管２００の内表面付近（内表面２００Ｎ付近）における少なくとも溶接部２１０を内表面２００Ｎに沿って集束点を変化させながら走査する超音波ビーム１１２−１〜１１２−Ｎを、フェイズドアレイ探触子１１０から送信する。

【0032】

図１に示す受信部１２４−２は、送受信制御部１２３による制御に基づいて、反射した各超音波ビーム１１２−１〜１１２−Ｎを各反射超音波ビームとして、フェイズドアレイ探触子１１０（より具体的には、Ｍ個の超音波振動子１１１）を介して受信する処理を行う。

【0033】

図１に示す受信信号処理部１２５は、受信部１２４−２で受信した各反射超音波ビーム（受信信号）を処理する。例えば、受信信号処理部１２５は、各反射超音波ビームごとに、Ｍ個の超音波振動子１１１を介して受信したＭ個の受信信号を加算して、１つの合成受信信号とする処理を行う。

【0034】

図１に示す欠陥検査画像生成部１２６は、超音波ビーム１１２−１〜１１２−Ｎで走査した電縫鋼管２００の内表面２００Ｎの位置を第１方向（例えば水平方向）にとり、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇから内表面２００Ｎに向かう方向を第２方向（例えば鉛直方向）にとって、受信部１２４−２で受信した各反射超音波ビームの振幅値に基づく欠陥検査画像を生成する処理を行う。ここで、欠陥検査画像生成部１２６による欠陥検査画像生成処理について、図３−１及び図４を用いて以下に説明する。

【0035】

図３−１は、本発明の実施形態を示し、図１に示す受信部１２４−２で受信した（より具体的には、図１に示す受信信号処理部１２５で信号処理を行った後の）、ある１つの反射超音波ビームの受信波形の一例を示す図である。
ここで、図３−１の横軸は、受信部１２４−２で受信した時間を示している。また、図３−１の縦軸は、反射超音波ビームの振幅値を示し、図３−１では、反射超音波ビームの振幅レベルが±１００％の範囲に収まるように図示している。

【0036】

また、図３−１には、欠陥検査画像を生成する際の白黒の階調の決定における具体例が示されている。図３−１に示す例では、反射超音波ビームの振幅値が正の第１閾値３０１である２０（％）よりも大きい値の位置の色を白色とし、反射超音波ビームの振幅値が前記第１閾値３０１よりも小さい負の第２閾値３０２である−２０（％）よりも小さい値の位置の色を黒色とする例が示されている。また、図３−１に示す例では、反射超音波ビームの振幅値が、第１閾値３０１である２０（％）と第２閾値３０２である−２０（％）との間の値の位置の色を灰色とする例が示されている。なお、図３−１は、欠陥検査画像を生成する際の白黒の階調の決定における一例を示したものに過ぎず、他の方法によって白黒の階調を決定してもよい。また、本実施形態においては、図３−１において、反射超音波ビームの振幅値が第１閾値３０１である２０（％）よりも大きい値の位置の色を白色と定めているが、この白色範囲のうち、反射超音波ビームの振幅値がより大きいほど白色の濃度を濃くして、白色に階調を持たせる態様も本実施形態に含まれる。同様に、本実施形態においては、図３−１において、反射超音波ビームの振幅値が第２閾値３０２である−２０（％）よりも小さい値の位置の色を黒色と定めているが、この黒色範囲のうち、反射超音波ビームの振幅値がより小さいほど黒色の濃度を濃くして、黒色に階調を持たせる態様も本実施形態に含まれる。

【0037】

また、図３−１では、第１の白色、第１の黒色及び第２の白色が現れる部分が、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで反射した反射超音波ビームの受信信号を示し、第２の黒色が現れる部分が、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎ付近に存在する欠陥で反射した反射超音波ビームの受信信号を示している。これについて、以下に、図３−２及び図３−３を用いて詳細に説明を行う。

【0038】

図３−２は、本発明の実施形態を示し、図１に示す送信部１２４−１から送信された超音波ビーム（送信波）の送信波形の一例を示す図である。この図３−２において、横軸は時間を示し、縦軸は送信波の振幅値を示している。図３−２に示すように、超音波ビームの送信波形は、正の極性の第１の局所ピーク３２１を有し、その後に、負の極性の第２の局所ピーク３２２を有し、更にその後に、正の極性の第３の局所ピーク３２３を有するものである。即ち、第２の局所ピーク３２２を挟んで、その直前に第１の局所ピーク３２１、直後に第３の局所ピーク３２３を有するものである。ここで、フェイズドアレイ探触子１１０の特性上、３つの局所ピークの絶対値のうち、第２の局所ピーク３２２の絶対値が一番大きな値となる。また、図３−２の例に示すように、超音波ビームの送信波形は、第１の局所ピーク３２１の前に、負の極性の小さな振幅値の落ち込みを示すことがあるが、このような小さな振幅値の落ち込みの有無は、以下で説明する本願発明の欠陥検査には影響しない。
また、図３−３は、本発明の実施形態を示し、図３−１に示す反射超音波ビームの受信波形となる原理を説明するための図である。

【0039】

図３−３（ａ）は、電縫鋼管２００の断面を示す図である。図３−３（ａ）には、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎ付近に欠陥が存在している場合を図示している。
図３−３（ｂ）は、図３−２に示す超音波ビーム（送信波）が、図３−３（ａ）に示す欠陥の欠陥先端部で反射した反射超音波ビームの受信波形の一例を示している。この図３−３（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は当該反射超音波ビームの振幅値を示している。この図３−３（ｂ）に示す反射超音波ビームの受信波形は、図３−２に示す超音波ビーム（送信波）の送信波形に準じたものとなっている。
図３−３（ｃ）は、図３−２に示す超音波ビーム（送信波）が、図３−３（ａ）に示す電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで反射した反射超音波ビームの受信波形の一例を示している。この図３−３（ｃ）において、横軸は時間を示し、縦軸は当該反射超音波ビームの振幅値を示している。この図３−３（ｃ）に示す反射超音波ビームの受信波形は、図３−２に示す超音波ビーム（送信波）の送信波形に準じたものとなっている。

【0040】

送信波の伝播距離が、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎよりも欠陥の欠陥先端部までの方が短いため、図３−３（ｂ）に示す反射超音波ビームは、図３−３（ｃ）に示す反射超音波ビームよりも時間的に早く受信部１２４−２で受信される。
そして、図３−３（ａ）に示す欠陥を有する電縫鋼管２００に対して図３−２に示す超音波ビーム（送信波）を送信した場合には、図３−３（ｄ）に示すように、図３−３（ｂ）に示す反射超音波ビームの受信波形と図３−３（ｃ）に示す反射超音波ビームの受信波形とを合成した受信波形が、実際の反射超音波ビームの受信波形として受信部１２４−２で受信されることになる。この図３−３（ｄ）に示す反射超音波ビームの受信波形は、図３−１に示す反射超音波ビームの受信波形を模式的に図示したものに相当する。
例えば、図３−３（ａ）に示す電縫鋼管２００において欠陥が存在しない場合には、図３−３（ｂ）に示す反射超音波ビームの受信波形は得られないため、この場合、受信部１２４−２で受信する反射超音波ビームの受信波形は、図３（ｃ）に示すものとなる。

【0041】

図４は、本発明の実施形態を示し、図１に示す欠陥検査画像生成部１２６による欠陥検査画像生成処理を説明するための模式図である。
図４（ａ）には、図３−１に示した反射超音波ビームの受信波形のうち、時間が５５．４μｓ〜５５．８μｓの間のみのものを抽出して図示したものである。図４（ａ）において、図４（ａ）に示す反射超音波ビームをＷ_nとし、時間が５５．４μｓの際の反射超音波ビームＷ_nの振幅値をＷ_n（１）とし、それ以降の反射超音波ビームＷ_nの振幅値をＷ_n（２），・・・とする。また、図４において、反射超音波ビームＷ_nの各振幅値間は、反射超音波ビームＷ_nのサンプリング周期である。

【0042】

図４（ｂ）には、欠陥検査画像を形成するための複数のメッシュからなるメッシュ構造が示されている。このメッシュ構造は、フェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間に介在する水中を超音波ビームが伝播した際の反射超音波ビームＷ_nの振幅値に基づく色を付与するための第１メッシュ群４１０と、電縫鋼管２００の内部を超音波ビームが伝播した際の反射超音波ビームＷ_nの振幅値に基づく色を付与するための第２メッシュ群４２０からなる。図４（ｂ）に示すメッシュ構造の一番左の列のメッシュ群には、図１に示す超音波ビーム１１２−１を送信した際のその反射超音波ビームＷ₁の振幅値に基づく色が付与され、図４（ｂ）に示すメッシュ構造の一番右の列のメッシュ群には、図１に示す超音波ビーム１１２−Ｎを送信した際のその反射超音波ビームＷ_Nの振幅値に基づく色が付与される。即ち、このメッシュ構造は、超音波ビーム１１２−１〜１１２−Ｎで走査した電縫鋼管２００の内表面２００Ｎの位置を第１方向である横方向（水平方向）にとり、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇから内表面２００Ｎに向かう方向を第２方向である縦方向（より具体的には、上から下に向かう鉛直方向）にとっている。また、第２メッシュ群４２０において、各列ごとの各メッシュの側面の角度は、対応する超音波ビームの屈折角に応じた角度となっている。

【0043】

例えば、図４（ａ）に示す反射超音波ビームＷ_nの各振幅値が得られた場合、図４（ａ）に示す反射超音波ビームＷ_nの各振幅値は、例えば電縫鋼管２００の内部を超音波ビームが伝播した際の反射超音波ビームＷ_nの振幅値であるため、図４（ｂ）に示すように、ｎ番目の列のメッシュ群に上から順に、Ｗ_n（１）の振幅値に基づく色、Ｗ_n（２）の振幅値に基づく色、・・・のようにして色が付与される。同様にして、反射超音波ビームＷ_n-1の振幅値については、図４（ｂ）に示すように、ｎ−１番目の列のメッシュ群に上から順に、Ｗ_n-1（１）の振幅値に基づく色、Ｗ_n-1（２）の振幅値に基づく色、・・・のようにして色が付与される。このように、図４（ｂ）に示すメッシュ構造には、各反射超音波ビームの時間ごとの各振幅値に基づく色が鉛直方向（列方向）に順次付与されるため、このメッシュ構造の鉛直方向（より具体的には、上から下に向かう方向）は、時間の経過（より具体的には、反射超音波ビームＷ_nを受信部１２４−２で受信した時刻に関する情報）を示しているともいえる。この図４（ｂ）に示すメッシュ構造は、フェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの距離や超音波ビームの伝播速度などから得られる時間情報を考慮して、第１メッシュ群４１０にはフェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間に介在する水中を超音波ビームが伝播した際の振幅値に基づく色が付与されるように、また、第２メッシュ群４２０には電縫鋼管２００の内部を超音波ビームが伝播した際の振幅値に基づく色が付与されるように、予め、欠陥検査画像生成部１２６で設定されているものである。

【0044】

以上のようにして、図４（ｂ）に示すメッシュ構造に、各反射超音波ビームの各振幅値に基づく色を付与すると、例えば図４（ｃ）に示すような欠陥検査画像が得られる。なお、図４（ｃ）に示す欠陥検査画像では、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎに相当する位置よりも下側の領域については、重要ではないため一部省略している。

【0045】

ここで、再び、図１の説明に戻る。
図１に示す欠陥判定部１２７は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像に基づいて、欠陥が存在するか否かの判定を行う。具体的に、欠陥判定部１２７は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像において、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎから外表面２００Ｇに向かう方向に、第１の白色、第１の黒色、第２の白色の次に第２の黒色が現れる位置に欠陥が存在すると判定する。図４（ｃ）に示す欠陥検査画像では、領域４０１で示す箇所に欠陥が存在していると判定される。この欠陥判定は、図３−１〜図３−３を用いて以下のように説明することができる。

【0046】

本実施形態においては、送信部１２４−１は、図３−２に示すような送信波を送信しており、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎ付近に欠陥が存在しない場合には、内表面２００Ｎから反射される反射超音波ビームは、送信波と同じ波形のものが受信部１２４−２で受信される。
また、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎ付近に欠陥が存在する場合には、図３−３を用いて説明したように、時刻Ｂの地点に反射超音波ビームの波形が現れる。この場合、図４（ｃ）に示す欠陥検査画像で考えると、図３−１で示したように、第２の黒色として示されることになる。

【0047】

図３−１に示す反射超音波ビームの波形では、右から左に向かう方向が電縫鋼管２００の内表面２００Ｎから外表面２００Ｇに向かう方向に相当する。図３−３を用いて説明したように、内表面２００Ｎに相当する振幅値は、図３−１に示す右から左に向かう方向に、第１の白色に係る振幅値、第１の黒色に係る振幅値、第２の白色に係る振幅値で構成される。そして、内表面２００Ｎ付近に欠陥が存在する場合には、第２の白色に係る振幅値の次に（より具体的には、第２の白色に係る振幅値よりも時間的に前に）、第２の黒色に係る振幅値が出現する。

【0048】

ここで、再び、図１の説明に戻る。
図１に示す欠陥サイズ算出部１２８は、欠陥判定部１２７において欠陥が存在すると判定された場合に、その欠陥のサイズを算出する処理を行う。具体的に、欠陥サイズ算出部１２８は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像において、第１の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と第２の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をＡ（図３−１のＡ）とし、第２の黒色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小値（即ち、最も黒色の濃度が高い）の位置に相当する時刻をＢ（図３−１のＢ）とし、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて欠陥のサイズを算出する。具体的に、図５及び図３−１を用いて説明を行う。

【0049】

図５は、本発明の実施形態を示し、図１に示す欠陥サイズ算出部１２８による欠陥サイズ算出処理を説明するための模式図である。この図５には、図４（ｃ）に示す欠陥検査画像の領域４０１における拡大図が示されている。
図５は、図4（ｂ）に示すメッシュで形成されているが、欠陥サイズ算出部１２８は、まず、図３−１に示すように内表面２００Ｎの内側で欠陥に対応する第２の黒色が出現する反射超音波ビームを抽出する。そして、欠陥サイズ算出部１２８は、抽出した反射超音波ビームのうち、第２の黒色が内表面から一番時間的に離れている反射超音波ビームＷ_n（図３−１）を選択する。
次いで、欠陥サイズ算出部１２８は、選択した反射超音波ビームＷ_nにおいて、第１の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻と第２の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻との中間の時刻をＡ（図３−１のＡ）とし、第２の黒色に対応する振幅値のうちの最小の振幅値における時刻をＢ（図３−１のＢ）とする。そして、欠陥サイズ算出部１２８は、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて欠陥のサイズＳを算出する。
より詳細に、欠陥検査画像の鉛直方向（上下方向）は、図３−１及び図４に示すように反射超音波ビームの時刻に関する情報であるため、欠陥サイズ算出部１２８は、まず、｜Ａ−Ｂ｜から時間Δｔを求める。次いで、欠陥サイズ算出部１２８は、時間Δｔと、電縫鋼管２００の鋼材における超音波ビーム（反射超音波ビーム）の音速とに基づいて、欠陥サイズＳを算出する。

【0050】

ここで、再び、図１の説明に戻る。
図１に示す記録・表示部１２９は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像や、欠陥判定部１２７による欠陥判定結果、欠陥サイズ算出部１２８による欠陥サイズ算出結果等を、記録したり表示したりする処理を行う。さらに、記録・表示部１２９は、必要に応じて、各種のデータや各種の情報を記録したり表示したりする処理を行う。

【0051】

次に、本実施形態に係る欠陥検査装置１００による欠陥検査方法の処理手順について説明する。

【0052】

図６は、本発明の実施形態に係る欠陥検査装置１００による欠陥検査方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。この図６に示すフローチャートの説明においては、図１に示す欠陥検査装置１００の構成を用いて説明を行う。なお、図６に示すフローチャートの処理を開始するのに当たっては、予め、被検体条件入力部１２１による被検体条件の入力、及び、送受信条件設定部１２２による送受信条件の設定がなされているものとする。

【0053】

まず、ステップＳ１０１において、送受信制御部１２３は、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎの集束点位置番号ｎをｎ＝１からｎ＝Ｎまでとし、送受信するチャネル数（送受信する超音波振動子１１１の数）Ｍ（各集束点位置ｎについて同一の値）をそれぞれ設定する。ここで、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎの集束点位置番号ｎにおける１〜Ｎは、図１に示す電縫鋼管２００の内表面２００Ｎに示された走査方向に対応する。

【0054】

続いて、ステップＳ１０２において、送受信制御部１２３は、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号ｎに１を設定する。

【0055】

続いて、ステップＳ１０３において、送信部１２４−１は、番号ｎの集束点位置にＭ個の超音波振動子１１１で超音波ビーム１１２−ｎを送信する処理を行う。次いで、受信部１２４−２は、同じＭ個の超音波振動子１１１で反射した超音波ビーム１１２−ｎを反射超音波ビームとして受信する処理を行う。

【0056】

続いて、ステップＳ１０４において、受信信号処理部１２５は、ステップＳ１０３においてＭ個の超音波振動子１１１を介して受信したＭ個の受信信号を加算して、１つの合成受信信号（Ｗ_n）とする。これを反射超音波ビームＷ_nとする。

【0057】

続いて、ステップＳ１０５において、送受信制御部１２３は、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号ｎがＮより小さいか否かを判断する。この判断の結果、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号ｎがＮより小さい場合には（Ｓ１０５／ＹＥＳ）、ステップＳ１０１で設定された集束点位置の全ての集束点位置については未だ超音波ビームを送信していないと判定し、ステップＳ１０６に進む。

【0058】

ステップＳ１０６に進むと、送受信制御部１２３は、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号ｎに１を加算して、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号ｎを変更する。そして、変更した送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号ｎについて、ステップＳ１０３以降の処理を再度行う。

【0059】

一方、ステップＳ１０５の判断の結果、送信対象の超音波ビームの集束点位置を示す番号ｎがＮ以上である場合には（Ｓ１０５／ＮＯ）、ステップＳ１０１で設定された集束点位置の全ての集束点位置について超音波ビームを送信したと判定し、ステップＳ１０７に進む。なお、ステップＳ１０７に進む際には、反射超音波ビームＷ₁〜Ｗ_NまでのＮ個の反射超音波ビームの波形が収集されていることになる。

【0060】

ステップＳ１０７に進むと、欠陥検査画像生成部１２６は、処理対象の反射超音波ビームＷ_nにおける番号ｎに１を設定する。

【0061】

続いて、ステップＳ１０８において、欠陥検査画像生成部１２６は、反射超音波ビームＷ_nの振幅値データを、番号ｎの超音波ビーム１１２−ｎの中心軌跡上に割り当てる処理を行う。例えば、欠陥検査画像生成部１２６は、反射超音波ビームＷ₁の振幅値データについては、図１に示す番号１の超音波ビーム１１２−１の中心軌跡１１２−１Ｃ上に割り当て、反射超音波ビームＷ_C（１＜Ｃ＜Ｎ）の振幅値データについては、図１に示す超音波ビーム１１２−Ｃの中心軌跡１１２−ＣＣ上に割り当て、反射超音波ビームＷ_Nの振幅値データについては、図１に示す番号Ｎの超音波ビーム１１２−Ｎの中心軌跡１１２−ＮＣ上に割り当てる。

【0062】

続いて、ステップＳ１０９において、欠陥検査画像生成部１２６は、欠陥検査画像を形成するためのメッシュに、反射超音波ビームＷ_nの振幅値データに基づく色を付与する。具体的には、図３−１及び図４を用いて上述したように、図３−１に示す振幅値と色の階調との関係に基づいて、図４（ｂ）に示すメッシュ構造に、反射超音波ビームＷ_nの振幅値データに基づく色を付与する。

【0063】

続いて、ステップＳ１１０において、欠陥検査画像生成部１２６は、処理対象の反射超音波ビームＷ_nにおける番号ｎがＮより小さいか否かを判断する。この判断の結果、処理対象の反射超音波ビームＷ_nにおける番号ｎがＮより小さい場合には（Ｓ１１０／ＹＥＳ）、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理を経て収集された反射超音波ビームＷ₁〜Ｗ_Nの全ての反射超音波ビームについては未だ処理が行われていないと判定し、ステップＳ１１１に進む。

【0064】

ステップＳ１１１に進むと、欠陥検査画像生成部１２６は、処理対象の反射超音波ビームＷ_nにおける番号ｎに１を加算して、処理対象の反射超音波ビームＷ_nにおける番号ｎを変更する。そして、変更した処理対象の反射超音波ビームＷ_nにおける番号ｎについて、ステップＳ１０８以降の処理を再度行う。

【0065】

一方、ステップＳ１１０の判断の結果、処理対象の反射超音波ビームＷ_nにおける番号ｎがＮ以上である場合には（Ｓ１１０／ＮＯ）、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理を経て収集された反射超音波ビームＷ₁〜Ｗ_Nの全ての反射超音波ビームについて処理が行われたと判定し、ステップＳ１１２に進む。なお、ステップＳ１１２に進む際には、例えば図４（ｂ）に示すメッシュ構造に、反射超音波ビームＷ₁〜Ｗ_Nまでの全ての反射超音波ビームの振幅値データに基づく色が付与され、例えば図４（ｃ）に示すような欠陥検査画像が生成されている。

【0066】

続いて、ステップＳ１１２において、欠陥判定部１２７は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像に基づいて、欠陥が存在するか否かの判定を行う。具体的に、欠陥判定部１２７は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像において、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎから外表面２００Ｇに向かう方向に、第１の白色、第１の黒色、第２の白色の次に第２の黒色が現れる位置に欠陥が存在すると判定する。図４（ｃ）に示す欠陥検査画像では、領域４０１で示す箇所に欠陥が存在していると判定される。

【0067】

続いて、ステップＳ１１３において、欠陥サイズ算出部１２８は、ステップＳ１１２の欠陥判定において、欠陥ありと判定されたか否かを判断する。この判断の結果、ステップＳ１１２の欠陥判定において欠陥ありと判定された場合には（Ｓ１１３／ＹＥＳ）、ステップＳ１１４に進む。

【0068】

ステップＳ１１４に進むと、欠陥サイズ算出部１２８は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像において、第１の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻と第２の白色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻との中間の時刻をＡ（図３−１のＡ）とし、第２の黒色が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小値の位置に相当する時刻をＢ（図３−１のＢ）とし、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて欠陥のサイズを算出する。
上述したように、図５には、図４（ｃ）に示す欠陥検査画像の欠陥領域４０１における拡大図が示されている。上述したように、図５は、図4（ｂ）に示すメッシュで形成されており、その鉛直方向（上下方向）は、図３−１及び図４に示すように反射超音波ビームの時刻に関する情報である。
欠陥サイズ算出部１２８は、まず、図３−１に示すように内表面２００Ｎの内側で欠陥に対応する第２の黒色が出現する反射超音波ビームを抽出する。そして、欠陥サイズ算出部１２８は、抽出した反射超音波ビームのうち、第２の黒色が内表面から一番時間的に離れている反射超音波ビームＷ_n（図３−１）を選択する。
次いで、欠陥サイズ算出部１２８は、図３−１に示す反射超音波ビームＷ_nにおいて、第１の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻と第２の白色に対応する振幅値のうちの最大の振幅値における時刻との中間の時刻をＡ（図５のＡの地点に相当）とし、第２の黒色に対応する振幅値のうちの最小の振幅値における時刻をＢ（図５のＢの地点に相当）とする。そして、欠陥サイズ算出部１２８は、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて欠陥のサイズＳを算出する。この際、欠陥検査画像の鉛直方向（上下方向）は、図３−１及び図４に示すように反射超音波ビームの時刻に関する情報であるため、欠陥サイズ算出部１２８は、まず、｜Ａ−Ｂ｜から時間Δｔを求める。次いで、欠陥サイズ算出部１２８は、時間Δｔと、電縫鋼管２００の鋼材における超音波ビーム（反射超音波ビーム）の音速とに基づいて、欠陥サイズＳを算出する。具体的に、欠陥サイズ算出部１２８は、Ｓ＝（電縫鋼管２００の鋼材における超音波ビーム（反射超音波ビーム）の音速）×（時間Δｔ）÷２を計算することにより、欠陥サイズＳを算出する。ここで、２で除算しているのは、時間Δｔは超音波ビームの往復の時間に相当する量であるため、片道の時間として計算するためである。

【0069】

ステップＳ１１４の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ１１３で欠陥なしと判断された場合には（Ｓ１１３／ＮＯ）、ステップＳ１１５に進む。

【0070】

ステップＳ１１５に進むと、記録・表示部１２９は、欠陥検査画像生成部１２６で生成された欠陥検査画像や、ステップＳ１１２の欠陥判定部１２７による欠陥判定結果、ステップＳ１１４の欠陥サイズ算出部１２８による欠陥サイズ算出結果等を、記録したり表示したりする処理を行う。なお、ステップＳ１１３において欠陥なしと判断され、ステップＳ１１４の欠陥サイズ算出部１２８による欠陥サイズ算出処理が行われなかった場合には、その結果の記録や表示は行われない。
その後、図６のフローチャートの処理を終了する。

【0071】

以上のステップＳ１０１〜Ｓ１１５の処理を得ることにより、本実施形態に係る欠陥検査装置１００による欠陥検査方法の処理が終了する。

【0072】

［実施例］
次に、上述した本発明の実施形態を踏まえた具体的な実施例について説明を行う。

【0073】

図７は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、欠陥検査に用いた電縫鋼管２００のサンプルを示す図である。
具体的に、図７（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１は、その直径が１０２ｍｍ、その管厚みが３．４ｍｍ、管軸方向の長さが３００ｍｍである。なお、図７（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１では、管軸方向の左端面の位置をＸ＝０ｍｍとし、管軸方向の右端面の位置をＸ＝３００ｍｍとするＸ座標系を設定する。
また、図７（ｂ）に示す第２のサンプル鋼管２００−２は、その直径が１０２ｍｍ、その管厚みが３．４ｍｍ、管軸方向の長さが６００ｍｍである。なお、図７（ｂ）に示す第２のサンプル鋼管２００−２では、管軸方向の左端面の位置をＸ＝０ｍｍとし、管軸方向の右端面の位置をＸ＝６００ｍｍとするＸ座標系を設定する。

【0074】

図８は、図７（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１について行った、水浸点集束探傷子を用いた欠陥探傷試験を説明する図である。

【0075】

図８（ａ）には、図７（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１が示されている。ここで、図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１において、管軸方向の左端面の位置をＸ＝０ｍｍとし、管軸方向の右端面の位置をＸ＝３００ｍｍとするＸ座標系は設定されている。

【0076】

この図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１において、Ｘ＝７０ｍｍ〜Ｘ＝２３０ｍｍの範囲について、図８（ｃ）に示す水浸点集束探傷子を用いて４５°斜角探傷による欠陥探傷を行った。この欠陥探傷は、第１のサンプル鋼管２００−１の欠陥の位置を確認するための試験であり、水浸点集束探傷子から送信する超音波ビームの周波数を５０ＭＨｚとして行った。また、この図８（ｃ）に示す水浸点集束探傷子を用いた欠陥探傷では、溶接部２１０を中心に第１のサンプル鋼管２００−１を外周面２００Ｇの周方向に±５°回転させてスキャンした。この欠陥探傷試験の結果得られたＣスキャン画像を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に示すＣスキャン画像において、横軸はＸ座標系（Ｘ＝７０ｍｍ〜Ｘ＝２３０ｍｍ）を示し、縦軸はスキャンの回転範囲（−５°〜＋５°）を示している。また、図８（ｂ）に示すＣスキャン画像において、白く示された部分が欠陥として検出された部分である。ここで、Ｃスキャン画像とは、超音波探傷時に一般的に使用される名称であり、探傷する対象である被検体の２次元的な位置と、その位置での奥行き方向の超音波受信信号の最大値を表示したものであり、２次元投影した欠陥の分布を示すものである。なお、５０ＭＨｚの高周波数の水浸点集束探傷子を用いるこの方法は、分解能が高いので微小な欠陥検出は可能であるが、溶接部２１０を探傷するためには、電縫鋼管２００を周方向に回転させるか、または、探触子を周方向に移動させて探傷を行う必要があるため、オンラインでの実用化は困難である。

【0077】

次に、図７（ａ）及び図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１に対して、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験を行った。

【0078】

図９は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図１及び図２に示すフェイズドアレイ探触子１１０と、図７（ａ）及び図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１との位置関係を示す図である。図９に示す実験では、フェイズドアレイ探触子１１０と第１のサンプル鋼管２００−１の外表面２００Ｇにおける溶接部２１０との間の距離（水中伝播距離）を４０ｍｍとした。また、図９に示す実験では、第１のサンプル鋼管２００−１の溶接部２１０の中心位置上にフェイズドアレイ探触子１１０の中心位置がくる場合を０°として、外周面２００Ｇの周方向に−９．０°〜＋９．０°の範囲を１．５°刻みにスキャンした。具体的には、第１のサンプル鋼管２００−１を外周面２００Ｇの周方向に−９．０°〜＋９．０°の範囲で回転させて実験を行った。

【0079】

図１０は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図９に示す実験により得られた欠陥検査画像を示す図である。
ここで、図１０（ａ）には−９．０°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｂ）には−７．５°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｃ）には−６．０°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｄ）には−４．５°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｅ）には−３．０°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｆ）には−１．５°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｇ）には０°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｈ）には＋１．５°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｉ）には＋３．０°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｊ）には＋４．５°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｋ）には＋６．０°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｌ）には＋７．５°の場合の欠陥検査画像を示し、図１０（ｍ）には＋９．０°の場合の欠陥検査画像を示している。

【0080】

図９に示す実験では、図１０に示すように、外周面２００Ｇの周方向に−６．０°〜＋７．５°の範囲で、内表面応答の変化が観察された。内表面応答の変化としては、変形や食い違いなどが観察された。図１０に示すように、内表面応答の変化は様々であるが、一方で広範囲で観察できる特徴を持つ。これは、第１のサンプル鋼管２００−１を回転することなく、欠陥を評価できる可能性があることを示している。

【0081】

図１１は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図１０に示す−４．５°のフェイズドアレイ探触子１１０と第１のサンプル鋼管２００−１との位置関係において、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験を説明する図である。

【0082】

図１１（ａ）は、図８（ｂ）に示すＣスキャン画像のうち、Ｘ＝８５ｍｍ〜Ｘ＝１６９ｍｍを含む範囲を抽出したＣスキャン画像である。この図１１（ａ）に示すＣスキャン画像では、図８（ｂ）に示すＣスキャン画像と同様、白く示された部分に欠陥が存在すると考えられることを示している。

【0083】

図１１（ｂ）は、本実験におけるフェイズドアレイ探触子１１０と第１のサンプル鋼管２００−１との位置関係を示す図であり、フェイズドアレイ探触子１１０と第１のサンプル鋼管２００−１との相対角度θｒを−４．５°に固定して実験を行ったことを示している。

【0084】

図１１（ｃ）は、図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１のＸ＝８５ｍｍの地点で、本発明に係る欠陥検査方法を用いて生成した欠陥検査画像を示す図である。また、図１１（ｄ）は、図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１のＸ＝９９ｍｍの地点で、本発明に係る欠陥検査方法を用いて生成した欠陥検査画像を示す図である。また、図１１（ｅ）は、図８（ａ）に示す第１のサンプル鋼管２００−１のＸ＝１６９ｍｍの地点で、本発明に係る欠陥検査方法を用いて生成した欠陥検査画像を示す図である。なお、図１１（ｃ）〜図１１（ｅ）に示す実験では、各地点において、送信する超音波ビームの集束深さを第１のサンプル鋼管２００−１の内表面２００Ｎに固定するとともに、内表面２００Ｎに沿った超音波ビームの走査における集束角度を−４５°〜＋４５°の範囲として０．５°刻みで走査を行った。

【0085】

図１１（ｃ）及び図１１（ｅ）に示す欠陥検査画像から欠陥が検出された。また、図１１（ｄ）に示す欠陥検査画像からは欠陥が検出されなかった。図１１（ｃ）〜図１１（ｅ）に示す実験結果は、図１１（ａ）に示す欠陥の検出結果に則したものであり、本発明に係る欠陥検査方法を用いた欠陥検査は有効であることが分かった。

【0086】

次に、実際の製造ラインにおいて生じ得る振動の影響について検証を行った。
実際の製造ラインでは、振動の影響により、フェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００との相対距離が±０．５ｍｍ程度変化することがある。そこで、図９において、フェイズドアレイ探触子１１０の位置をＹ方向及びＺ方向に±１．０ｍｍ動かして、本発明に係る欠陥検査方法を用いた欠陥検査を行った。

【0087】

図１２は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図９においてフェイズドアレイ探触子１１０の位置をＹ方向に±１．０ｍｍ動かして、本発明に係る欠陥検査方法により得られた欠陥検査画像を示す図である。
ここで、図１２（ａ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に−１．０ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１２（ｂ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に−０．５ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１２（ｃ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に０ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１２（ｄ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に＋０．５ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１２（ｅ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に＋１．０ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示している。
なお、図１２（ａ）〜図１２（ｅ）に示す欠陥検査画像では、内表面に相当する位置がずれて示されている。これは、フェイズドアレイ探触子１１０の位置をＹ方向に±１．０ｍｍ動かして欠陥検査を行った場合でも、欠陥検査画像生成部１２６で設定されている図４（ｂ）に示すメッシュ構造の鉛直方向の時間設定を変えていないためである。即ち、フェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に−１．０ｍｍ動かした場合には、フェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に０ｍｍ動かした場合と比べて、フェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００との相対距離が長くなるため、超音波ビームの伝播の時間も長くなり、その結果、内表面に相当する位置が下方に位置している。同様の趣旨で、フェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に＋１．０ｍｍ動かした場合には、フェイズドアレイ探触子１１０をＹ方向に０ｍｍ動かした場合と比べて、フェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００との相対距離が短くなるため、超音波ビームの伝播の時間も短くなり、その結果、内表面に相当する位置が上方に位置している。

【0088】

図１３は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図９においてフェイズドアレイ探触子１１０の位置をＺ方向に±１．０ｍｍ動かして、本発明に係る欠陥検査方法により得られた欠陥検査画像を示す図である。
ここで、図１３（ａ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＺ方向に−１．０ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１３（ｂ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＺ方向に−０．５ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１３（ｃ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＺ方向に０ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１３（ｄ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＺ方向に＋０．５ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示し、図１３（ｅ）にはフェイズドアレイ探触子１１０をＺ方向に＋１．０ｍｍ動かした場合の欠陥検査画像を示している。

【0089】

図１２及び図１３に示すように、いずれの欠陥検査画像からも欠陥が検出されたことから、振動の影響でフェイズドアレイ探触子１１０と電縫鋼管２００との相対距離が変化したとしても、本発明に係る欠陥検査方法を用いた欠陥検査は有効であることが分かった。

【0090】

次に、実際の製造ラインの電縫鋼管２００における造管速度を考慮した適用性について検証を行った。

【0091】

実際の製造ラインでの電縫鋼管２００における代表的な造管速度は、数百ｍｍ／ｓであるため、これに対応できるかを検証した。一般的なフェイズドアレイ探触子１１０における最大の繰り返し周波数は、おおよそ１０ｋＨｚ程度である。
内表面２００Ｎに沿った超音波ビームの走査における集束角度を−４５°〜＋４５°の範囲として０．５°刻みで走査を行う場合、１枚の欠陥検査画像の生成には、１８１回超音波ビームを送受信する必要がある。この場合、１枚の欠陥検査画像の生成に、１８１（回）÷１００００（Ｈｚ）＝０．０１８１（ｓ）かかるため、造管速度を仮に８００ｍｍ／ｓとすると、１枚の欠陥検査画像の生成の間に電縫鋼管２００は１４．４ｍｍ進んでしまう。

【0092】

そこで、例えば、内表面２００Ｎに沿った超音波ビームの走査における集束角度を±５°の範囲に限定して１．０°刻みで走査を行うとすると、１枚の欠陥検査画像の生成には、１１回超音波ビームを送受信する必要がある。この場合、１枚の欠陥検査画像の生成に、１１（回）÷１００００（Ｈｚ）＝０．００１１（ｓ）かかるため、造管速度を仮に８００ｍｍ／ｓとすると、１枚の欠陥検査画像の生成の間に電縫鋼管２００は０．８ｍｍ進むことになる。したがって、この場合、電縫鋼管２００の管軸方向に１ｍｍ程度の長さの微小な欠陥も検出可能である。

【0093】

次に、上述した実際の製造ラインでの電縫鋼管２００における造管速度を考慮した上で、図７（ｂ）に示す第２のサンプル鋼管２００−２を使用して、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験を行った。

【0094】

図１４は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図７（ｂ）に示す第２のサンプル鋼管２００−２を使用して、本発明に係る欠陥検査方法を用いた実験結果を示す図である。

【0095】

図１４（ａ）は、第２のサンプル鋼管２００−２の移動速度を４００ｍｍ／ｓとし、内表面２００Ｎ近傍（図３−１に示す時間ｔ＝５５．０μｓ〜５５．９μｓ）を管軸方向に高速スキャンした、反射超音波ビームＷ_nの２次元マップを示す画像である。ここで、反射超音波ビームＷ_nのｎは、１以上Ｎ以下の定数である。また、図１４（ａ）は、第２のサンプル鋼管２００−２の管軸方向を高速スキャンした画像のうち、第２のサンプル鋼管２００−２のＸ＝６８ｍｍ〜Ｘ＝４６８ｍｍを含む範囲を抽出した画像である。
また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す画像の領域１４０１における拡大図である。

【0096】

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示す画像からは、スキャン時のフェイズドアレイ探触子１１０の振動の影響による内表面応答の変動が確認された。しかしながら、このような内表面応答の変動にもかかわらず、内表面応答の第２ピーク（第２の白色）よりも早い時刻に、長さが約４０ｍｍもある暗部（第２の黒色）を特徴とする欠陥応答が確認された。

【0097】

また、図１４（ｂ）に示す画像において、欠陥深さ（即ち、欠陥サイズＳ）を以下のようにして算出した。
まず、内表面応答の第１ピーク（第１の白色）に相当する時刻と内表面応答の第２ピーク（第２の白色）に相当する時刻との中間の時刻を時刻Ａとし、前記第２の黒色の位置であって反射超音波ビームＷ_nの振幅値が最小値の位置に相当する時刻を時刻Ｂとした。そして、｜Ａ−Ｂ｜から時間Δｔを求めると、０．１５μｓとなった。そして、電縫鋼管２００の鋼材における超音波ビーム（反射超音波ビーム）の音速を５９００ｍ／ｓとすると、欠陥深さ（即ち、欠陥サイズＳ）は、約０．４４ｍｍと算出された。断面を観察して検出される実際の欠陥サイズは、通常、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であるため、この実験結果は妥当な結果であると考えられる。

【0098】

次に、図１４に示す実験における欠陥サイズ算出方法の処理手順について説明する。

【0099】

図１５は、本発明に係る実施形態の実施例を示し、図１４に示す実験における欠陥サイズ算出方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【0100】

まず、ステップＳ２０１において、欠陥検査画像生成部１２６（或いは欠陥サイズ算出部１２８）は、反射超音波ビームＷ_nの２次元マップを生成する。具体的には、図１４（ａ）に示す反射超音波ビームＷ_nの２次元マップを示す画像を生成する。

【0101】

続いて、ステップＳ２０２において、欠陥判定部１２７（或いは欠陥サイズ算出部１２８）は、ステップＳ２０１で生成した２次元マップにおいて、内表面エコー近傍で乱れのある部分（欠陥）を抽出する。具体的には、第２のサンプル鋼管２００−２の内表面２００Ｎから外表面２００Ｇに向かう方向に、第１の白色、第１の黒色、第２の白色の次に第２の黒色が現れる部分を欠陥として抽出する。

【0102】

続いて、ステップＳ２０３において、欠陥サイズ算出部１２８は、内表面エコーが存在する時刻Ａを検出する。具体的に、ここでは、図１４（ｂ）に示すように、内表面応答の第１ピーク（第１の白色）に相当する時刻と内表面応答の第２ピーク（第２の白色）に相当する時刻との中間の時刻を時刻Ａとする。

【0103】

続いて、ステップＳ２０４において、欠陥サイズ算出部１２８は、内表面エコーが存在する時刻よりも前で、反射超音波ビームＷ_nの振幅値が最小値である時刻Ｂを検出する。ここでは、図１４（ｂ）に示す時刻Ｂを検出する。

【0104】

続いて、ステップＳ２０５において、欠陥サイズ算出部１２８は、｜Ａ−Ｂ｜から時間Δｔを求める。

【0105】

続いて、ステップＳ２０６において、欠陥サイズ算出部１２８は、時間Δｔと、第２のサンプル鋼管２００−２の鋼材における超音波ビーム（反射超音波ビーム）の音速とに基づいて、欠陥サイズＳを算出する。具体的に、欠陥サイズ算出部１２８は、Ｓ＝（第２のサンプル鋼管２００−２の鋼材における超音波ビーム（反射超音波ビーム）の音速）×（時間Δｔ）÷２を計算することにより、欠陥サイズＳを算出する。ここで、２で除算しているのは、時間Δｔは超音波ビームの往復の時間に相当する量であるため、片道の時間として計算するためである。
その後、図１５のフローチャートの処理を終了する。

【0106】

以上のステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理を得ることにより、図１４に示す実験における欠陥サイズ算出方法の処理が終了する。

【0107】

本発明の実施形態によれば、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇにおける溶接部２１０から入射し、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎ付近を走査する超音波ビームを用いて、欠陥検査を行うことにより、電縫鋼管２００中における超音波ビームの伝播距離を短くすることができるため、超音波ビームの減衰を抑えることができ、その結果、微小な欠陥の検出も可能となる。
また、本発明の実施形態において、図３−３（ｂ）に示す欠陥で反射した反射超音波ビームの受信波形は、欠陥の欠陥先端部が小さいため、微小な信号となる。したがって、時刻Ｂの検出は、反射超音波ビームの振幅値の局所的な最小値を検出することで可能となる。そして、｜Ａ−Ｂ｜を用いて欠陥のサイズを算出することにより、欠陥のサイズが小さく、また、図３（ｂ）に示す欠陥で反射した反射超音波ビームの受信波形と図３（ｃ）に示す内表面２００Ｎで反射した反射超音波ビームの受信波形とが完全に分離されていなくても、欠陥のサイズを算出することができる。例えば、上記特許文献３の技術では、時間的に完全に分離した受信波形を用いる必要があったため、例えば０．５ｍｍ以下の欠陥を検出することが困難であったが、本発明による欠陥検査方法によれば、例えば０．５ｍｍ以下の欠陥を検出することも可能となった。

【0108】

（その他の実施形態）
上述した本発明の実施形態では、図１に示すように、欠陥検査装置１００は、電縫鋼管２００の溶接部２１０に含まれる欠陥を検査する場合を想定した例について説明を行ったが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば、溶接部２１０に含まれる欠陥に加えて電縫鋼管２００の非溶接部における欠陥も検査する形態も本発明に含まれる。この場合、例えば、図１に示す送信部１２４−１は、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇにおける溶接部２１０から入射し、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎ付近における溶接部２１０及び非溶接部を内表面２００Ｎに沿って集束点を変化させながら走査する超音波ビーム１１２を、フェイズドアレイ探触子１２０から送信する形態を採る。

【0109】

また、送信部１２４−１から送信される超音波ビームの時間波形は、図３−２の波形に限定されるものではなく、正又は負の第１の局所ピークを有し、その後に、当該第１の局所ピークと逆の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、当該第１の局所ピークと同じ極性の第３の局所ピークを有するものであればよい。
したがって、図３−２の波形の正負を逆にした波形、即ち、負の極性の第１の局所ピークを有し、その後に、正の極性の第２の局所ピークを有し、更にその後に、負の極性の第３の局所ピークを有する波形であってもよい。この超音波ビームを送信部１２４−１から送信した場合、受信部１２４−２で受信する反射超音波ビームの受信波形も、図３−１に示す受信波形に対して振幅値の正負が逆になったものとなる。即ち、本例の場合、図３−１に示す第１の白色が「第１の黒色」となり、図３−１に示す第１の黒色が「第１の白色」となり、図３−１に示す第２の白色が「第２の黒色」となり、図３−１に示す第２の黒色が「第２の白色」となる。そして、本例の場合、欠陥判定部１２７は、欠陥検査画像において、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎから外表面２００Ｇに向かう方向に、「第１の黒色」、「第１の白色」、「第２の黒色」の次に「第２の白色」が現れる位置に欠陥が存在すると判定する形態を採る。また、本例の場合、欠陥サイズ算出部１２８は、欠陥判定部１２７で欠陥ありと判定されると、欠陥検査画像において、「第１の黒色」が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻と「第２の黒色」が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最小となる位置に相当する時刻との中間の時刻をＡとし、「第２の白色」が現れる位置のうち反射超音波ビームの振幅値が最大となる位置に相当する時刻をＢとし、｜Ａ−Ｂ｜に基づいて欠陥のサイズを算出する形態を採る。

【0110】

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。
即ち、上述した本発明の実施形態の制御処理装置１２０の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明に含まれる。

【0111】

なお、上述した本発明の実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【符号の説明】

【0112】

１００：欠陥検査装置、１１０：フェイズドアレイ探触子、１１１：超音波振動子、１１２−１〜１１２−Ｎ：超音波ビーム、１２０：制御処理装置、１２１：被検体条件入力部、１２２：送受信条件設定部、１２３：送受信制御部、１２４−１：送信部、１２４−２：受信部、１２５：受信信号処理部、１２６：欠陥検査画像生成部、１２７：欠陥判定部、１２８：欠陥サイズ算出部、１２９：記録・表示部、２００：電縫鋼管、２００Ｇ：外表面、２００Ｎ：内表面、２１０：溶接部

【図1】

【図2】

【図3-1】

【図3-2】

【図3-3】

【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17】

【図18】