(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電振動子からなる超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置と、
前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子に接続され、信号発生部からの駆動信号により、１以上の圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、
前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を音響伝播媒体を介して検査対象物に入射させ、前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子のそれぞれで時間差を持って受信される反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、
前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波に対して検出された時間差を持つ複数の前記反射エコーの電気信号を並列演算処理により、前記検査対象物の内部の画像情報を生成する信号処理部とを備え、
前記超音波プローブ装置は、
前記信号処理部で生成した画像情報に基づく画像として少なくとも前記検査対象物の検査領域における断面像によって前記超音波トランスジューサが前記検査領域における検査対象面に正対していることを表示する表示装置と、
検査の開始の指示、検査の終了の指示、および前記断面像を生成する際の画像化開始位置の調整を含む検査条件の設定を行う入力装置と、
を備えたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
前記表示装置で表示する画像は、前記検査対象物の前記反射エコーのエコー波形像を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記表示装置で表示する画像は、前記検査対象物の深さ方向のエコーピーク値を抽出して生成した画像を含むことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記表示装置で表示する画像は、前記検査対象物からの前記反射エコーの深さ情報を抽出して生成した画像を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記表示装置で表示する画像は、前記検査対象物からの前記反射エコーから前記検査対象物の情報を抽出して演算した結果表示を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【請求項６】
超音波検査装置の装置本体に接続される超音波プローブ装置において、
ボックス状のプローブホルダと、
前記プローブホルダに組み込まれた複数の圧電振動子を有する超音波トランスジューサと、
前記プローブホルダに組み込まれて前記装置本体で生成した画像情報に基づく画像として少なくとも前記検査対象物の検査領域における断面像によって前記超音波トランスジューサが前記検査領域における検査対象面に正対していることを表示する表示装置と、
前記プローブホルダに組み込まれて検査の開始の指示、検査の終了の指示、および前記断面像を生成する際の画像化開始位置の調整を含む検査条件の設定を行う入力装置とを有し、
前記超音波トランスジューサと前記表示装置と前記入力装置とは前記プローブホルダ内に一体的に組み付けられたことを特徴とする超音波プローブ装置。
【請求項７】
前記表示装置で表示する画像は、検査対象物の反射エコーのエコー波形像を含むことを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ装置。
【請求項８】
前記表示装置で表示する画像は、検査対象物の深さ方向のエコーピーク値を抽出して生成した画像を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の超音波プローブ装置。
【請求項９】
前記表示装置で表示する画像は、検査対象物からの反射エコーの深さ情報を抽出して生成した画像を含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の超音波プローブ装置。
【請求項１０】
前記表示装置で表示する画像は、検査対象物からの反射エコーから前記検査対象物の情報を抽出して演算した結果表示を含むことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の超音波プローブ装置。
【請求項１１】
複数の圧電振動子からなる超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置と、
前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子に接続され、信号発生部からの駆動信号により、１以上の圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、
前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を音響伝播媒体を介して検査対象物に入射させ、前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子のそれぞれで時間差を持って受信される反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、
前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波に対して検出された時間差を持つ複数の前記反射エコーの電気信号を並列演算処理により、前記検査対象物の内部の画像情報を生成する信号処理部とを備え、
前記超音波プローブ装置は、
前記信号処理部で生成した画像情報に基づく画像として少なくとも前記検査対象物の検査領域における断面像によって前記超音波トランスジューサが前記検査領域における検査対象面に正対していることを表示する表示装置と、
検査の開始の指示、検査の終了の指示、および前記断面像を生成する際の画像化開始位置の調整を含む検査条件の設定を行う入力装置とを備え、
前記超音波プローブ装置を検査対象物の所望の検査位置に配置し、
前記入力装置から検査条件を設定入力し、
前記表示装置で所望の表示が得られるまで、前記前記超音波プローブ装置の配置と、前記入力装置から検査条件の設定入力を繰り返し、
前記表示装置の表示を調整すると、前記入力装置から検査の開始を入力し、
前記超音波プローブ装置を前記検査対象物の所望の範囲を走査しつつ、前記検査対象物を探傷し、
前記検査対象物の所望の範囲を検査し終わると、前記入力装置から検査の終了を入力することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項１２】
前記入力装置から検査条件を設定入力する際、および前記入力装置から検査の開始、終了を指示する際に、前記超音波プローブ装置を把持したまま行うことを特徴とする請求項１１に記載の超音波検査方法。
【請求項１３】
前記検査対象物の前記反射エコーのエコー波形像、または前記検査対象物の断面像を前記表示装置に表示して、前記入力装置から検査条件を設定入力することを特徴とする請求項１１または１２に記載の超音波検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の内部構造、欠陥状態や接合部の状態を超音波を用いて非破壊検査する超音波検査技術に係り、特に、検査対象物内の欠陥・剥離・ボイドや接合部の剥れ等の状態を可視化する超音波検査装置、超音波検査装置に用いられる超音波プローブ装置、および超音波検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の超音波検査技術には、特開２００３−１４９２１３号公報（特許文献１）、特開２００４−５３３６０号公報（特許文献２）、および特開２００６−３１７４１７号公報（特許文献３）、および特開平８−１２２３０９号公報（特許文献４）に開示された超音波検査装置がある。
【０００３】
この超音波検査装置は、多数の圧電変換素子（圧電振動子）をマトリクス状あるいはアレイ状（リニア状）に平面配置した超音波トランスジューサを備え、この超音波トランスジューサから検査対象物に送受信される超音波を用いて検査対象物の内部構造や欠陥、ボイド、酸化膜、剥れ等の状態を可視化し、検査対象物を破壊せずに検査することができる。
【０００４】
一般に超音波検査装置の装置本体と超音波トランスジューサとは、数メートル程度の長さを有する信号ケーブルを介して接続されている。このような超音波検査装置を用いて検査対象物の検査を行う際には、超音波検査装置を使用する操作者（検査員）は、検査対象物の表面で超音波トランスジューサを精密な位置合わせや走査をしながら、検査対象物の検査位置から離れた場所に配置された超音波検査装置の装置本体が有する表示装置の表示を確認しつつ超音波検査を行う必要があった。
【０００５】
超音波トランスジューサの精密な位置合わせや走査などの操作は、細心の注意が必要である。離れた場所に配置された超音波検査装置の装置本体が有する表示装置の表示を確認しつつ超音波トランスジューサの操作を行うことは、超音波検査装置を使用する操作者（検査員）にとって非常に困難を伴う作業である。また、この表示装置を検査対象物の近傍に配置しても、超音波検査装置を使用する操作者（検査員）は、超音波トランスジューサと表示装置との間で交互に視線を変えて超音波トランスジューサの操作と表示装置の表示の確認とを行う必要があるため、基本的な作業の煩雑さや困難さを解消することはできない。
【０００６】
特に、超音波検査装置を使用する操作者（検査員）が手動で超音波トランスジューサを操作しつつ検査対象物の検査を行う場合には、正確、精密な検査の結果を得るためには大変な労力を要するものであり、超音波検査装置を使用する検査は必ずしも容易ではなかった。
【０００７】
そこで、超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置に、表示装置と、表示装置に表示された画像の切替スイッチとを一体的に備えた超音波検査装置が知られる（例えば、特許文献４）。
【特許文献１】特開２００３−１４９２１３号公報
【特許文献２】特開２００４−５３３６０号公報
【特許文献３】特開２００６−３１７４１７号公報
【特許文献４】特開平８−１２２３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の超音波検査装置は、多数の圧電変換素子を配設した圧電変換部から構成される超音波トランスジューサを用いているが、この従来の超音波検査装置で検査対象物の検査を行なう場合、従来の超音波検査装置の装置本体が有する表示装置の表示を確認しつつ超音波トランスジューサを操作しなければならない。
【０００９】
例えば従来の超音波検査装置では、検査対象物の表面で超音波トランスジューサを走査しながら検査を行う場合、超音波トランスジューサと装置本体が有する表示装置との間で煩雑に視線を変えて超音波トランスジューサの操作と表示装置の表示の確認とをする必要があり、表示装置を確認している間に超音波トランスジューサの走査位置がずれるあるいは超音波トランスジューサに注目するあまり表示装置の表示が異常なことに気づかずに検査を続けることがあった。すなわち、検査対象物に超音波トランスジューサを用いた超音波検査では、検査対象物の内部構造や欠陥、ボイド、酸化膜、剥れ等の状態を可視化した表示装置の表示の状態を確認し、これをフィードバックしつつ超音波トランスジューサの走査を行う必要がある場合が主であるが、従来の超音波検査装置では困難な作業である。
【００１０】
このため、超音波検査装置を用いて、フィールドや製造工程の現場にて検査対象物の内部状態を有効的に正確に超音波検査することが困難であった。
【００１１】
また、従来の超音波検査装置は、超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置に、表示装置と、表示装置に表示された画像の切替スイッチとを一体的に備えたことで、表示装置に表示された画像を確認しつつ、超音波トランスジューサを走査させることが可能であった。しかし、超音波プローブ装置が所望の位置に配置された状態で、検査の開始および終了を行うためには、表示装置の画像を見ながら開始および終了の入力を行える必要がある。また、表示装置に表示される画像が、検査対象物を適切に検査可能な画像にするためには、超音波検査装置の検査条件を適切に変更し、選択する必要がある。
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置をフィールドや製造工程の現場で手軽に操作して、検査対象物の内部欠陥、剥離、ボイドや接合部の剥れの内部検査を効率よく正確に行なうことができる超音波検査装置、超音波検査装置に用いられる超音波プローブ装置、および超音波検査方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、超音波検査装置の本体から超音波プローブ装置をセパレートさせて小型・コンパクト化し、ポータブル化が可能な超音波検査装置および超音波検査装置に用いられる超音波プローブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、複数の圧電振動子からなる超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置と、前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子に接続され、信号発生部からの駆動信号により、１以上の圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を音響伝播媒体を介して検査対象物に入射させ、前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子のそれぞれで時間差を持って受信される反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波に対して検出された時間差を持つ複数の前記反射エコーの電気信号を並列演算処理により、前記検査対象物の内部の画像情報を生成する信号処理部とを備え、前記超音波プローブ装置は、前記信号処理部で生成した画像情報に基づく画像として少なくとも前記検査対象物の検査領域における断面像によって前記超音波トランスジューサが前記検査領域における検査対象面に正対していることを表示する表示装置と、検査の開始の指示、検査の終了の指示、および前記断面像を生成する際の画像化開始位置の調整を含む検査条件の設定を行う入力装置と、をさらに備えるものである。
【００１５】
本発明に係る超音波プローブ装置は、上述した課題を解決するために、超音波検査装置の装置本体に接続される超音波プローブ装置において、ボックス状のプローブホルダと、前記プローブホルダに組み込まれた複数の圧電振動子を有する超音波トランスジューサと、前記プローブホルダに組み込まれて前記装置本体で生成した画像情報に基づく画像として少なくとも前記検査対象物の検査領域における断面像によって前記超音波トランスジューサが前記検査領域における検査対象面に正対していることを表示する表示装置と、前記プローブホルダに組み込まれて検査の開始の指示、検査の終了の指示、および前記断面像を生成する際の画像化開始位置の調整を含む検査条件の設定を行う入力装置とを有し、前記超音波トランスジューサと前記表示装置と前記入力装置とは前記プローブホルダ内に一体的に組み付けられたものである。
【００１６】
本発明に係る超音波検査方法は、複数の圧電振動子からなる超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置と、前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子に接続され、信号発生部からの駆動信号により、１以上の圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を音響伝播媒体を介して検査対象物に入射させ、前記超音波トランスジューサの複数の圧電振動子のそれぞれで時間差を持って受信される反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、前記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波に対して検出された時間差を持つ複数の前記反射エコーの電気信号を並列演算処理により、前記検査対象物の内部の画像情報を生成する信号処理部とを備え、前記超音波プローブ装置は、前記信号処理部で生成した画像情報に基づく画像として少なくとも前記検査対象物の検査領域における断面像によって前記超音波トランスジューサが前記検査領域における検査対象面に正対していることを表示する表示装置と、検査の開始の指示、検査の終了の指示、および前記断面像を生成する際の画像化開始位置の調整を含む検査条件の設定を行う入力装置とを備え、前記超音波プローブ装置を検査対象物の所望の検査位置に配置し、前記入力装置から検査条件を設定入力し、前記表示装置で所望の表示が得られるまで、前記超音波プローブ装置の配置と、前記入力装置から検査条件の設定入力を繰り返し、前記表示装置の表示を調整すると、前記入力装置から検査の開始を入力し、前記超音波プローブ装置を前記検査対象物の所望の範囲を走査しつつ、前記検査対象物を探傷し、前記検査対象物の所望の範囲を検査し終わると、前記入力装置から検査の終了を入力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る超音波検査装置、超音波検査装置に用いられる超音波プローブ装置、および超音波検査方法によれば、超音波トランスジューサを備えた超音波プローブ装置をフィールドや製造工程の現場で手軽に操作して、検査対象物の内部欠陥、剥離、ボイドや接合部の剥れの内部検査を効率よく正確に行なうことができる超音波検査装置、超音波検査装置に用いられる超音波プローブ装置、および超音波検査方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る超音波検査装置、超音波検査装置に用いられる超音波プローブ装置、および超音波検査方法について図１から図４を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る超音波検査装置を示した簡略的な全体構成図である。
【００２０】
超音波検査装置１０は、装置本体１１と、ポータブルタイプで携帯可能に構成されたハンディタイプの超音波プローブ装置１２とを分散させて構成され、可撓性の信号ケーブル１３で超音波プローブ装置１２は装置本体１１に接続される。超音波検査装置１０は、検査対象物１４の内部構造や欠陥形状を精細に画像化できる超音波カメラとして機能する。
【００２１】
超音波プローブ装置１２の重量、ポータブル性について例示的に説明する。超音波プローブ装置１２は手の平サイズで１ｋｇ以下、具体的には数百ｇの重量を有する。超音波プローブ装置１２は操作者（検査員）がグリップして手動走査することができる大きさ、形状、重量となっている。
【００２２】
超音波検査装置１０を構成する装置本体１１は、信号発生部１７と、駆動素子選択部１８と、信号検出回路１９と、信号処理部２０と、第１の表示装置２１と、制御回路２２と、第１の入力装置２３とを備える。
【００２３】
信号発生部１７は、超音波プローブ装置１２が有する超音波トランスジューサ（超音波センサ）２５を駆動させる駆動信号を発生する。
【００２４】
駆動素子選択部１８は、信号発生部１７からの駆動信号を選択し、超音波トランスジューサ２５の圧電振動子（圧電変換素子）２６を選択的に駆動させる。
【００２５】
信号検出回路１９は、超音波トランスジューサ２５から発振される超音波Ｕが検査対象物１４の検査領域２８（ターゲット領域）に照射され、この検査領域２８からの反射エコーを電気信号として超音波トランスジューサ２５を介して検出する。
【００２６】
信号処理部２０は、信号検出回路１９で検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理して超音波画像情報（画像情報）を生成する。また、信号処理部２０は、信号検出回路１９で検出された反射エコーの電気信号を増幅する増幅器３１ａ、３１ｂ、…３１ｉと、この増幅された反射エコーの電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂ、…３２ｉと、このデジタル信号に変換された反射エコーの電気信号から検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像情報を生成する並列プロセッサ３３ａ、３３ｂ、…３３ｉと、この並列プロセッサ３３ａ、３３ｂ、…３３ｉが生成した複数の超音波画像情報を統合した統合超音波画像情報を生成する統合プロセッサ３４とを備える。
【００２７】
第１の表示装置２１および第２の表示装置３６は、表示部、演算部、記憶部等で構成されており、信号処理部２０で処理された超音波画像情報をもとに必要に応じた面像を生成して表示する。
【００２８】
また、第１の表示装置２１および第２の表示装置３６は、予め入力してある閾値との比較処理を行ない、異常を検知して表示する。
【００２９】
制御回路２２は、信号発生部１７と駆動素子選択部１８と信号検出回路１９と信号処理部２０と第１の表示装置２１と第２の表示装置３６との動作を制御し、超音波の発信、受信、画像化、表示等の一連の動作を制御する。
【００３０】
制御回路２２は、第１の入力装置２３から検査開始の指示入力を受けると、検査対象物１４の検査領域２８における統合超音波画像情報を生成するために、先ず信号発生部１７に超音波トランスジューサ２５の駆動信号の発生を指示する。また、制御回路２２は、超音波トランスジューサ２５を構成する複数の圧電振動子２６から駆動信号を供給する圧電振動子２６を選択するため、駆動素子選択部１８に駆動信号を供給する圧電振動子２６を選択して指示する。
【００３１】
圧電振動子２６が駆動されると検査対象物１４の検査領域２８に超音波Ｕが発信され、この超音波Ｕに基づく反射エコーが圧電振動子２６に受信されて電気信号に変換される。この反射エコーは複数の圧電振動子２６により同時に受信されるが、制御回路２２が信号検出回路１９に指示して圧電振動子２６を選択することにより、超音波画像情報を生成するために必要な反射エコーを選択する。
【００３２】
また、制御回路２２は、超音波Ｕに基づく反射エコーの電気信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、並列プロセッサおよび統合プロセッサによる統合超音波画像情報化（可視化）をするため、信号処理部２０に反射エコーの電気信号の増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化の一連の処理を指示する。
【００３３】
さらに、制御回路２２は、可視化した情報を第１の表示装置２１に表示するための制御指令を送る。
【００３４】
第１の入力装置２３は、制御回路２２に検査の開始、終了、画像切り替え、等の指示入力、あるいは検査条件の設定入力を行い超音波検査装置１０の操作を行わせる。
【００３５】
超音波検査装置１０を構成する超音波プローブ装置１２は、超音波Ｕを送受信させる超音波トランスジューサ２５と、第２の表示装置３６と、装置本体１１が備える制御回路２２に検査の開始、終了等の指示入力あるいは検査条件の設定入力などの操作入力を行い超音波検査装置１０の操作を行う第２の入力装置３７とをプローブホルダ３８内に一体的に備える。また、装置本体１１が備える制御回路２２から、統合超音波画像情報を表示するための制御指令が第２の表示装置３６に送られる。
【００３６】
超音波トランスジューサ２５は、圧電変換素子としての多数の圧電振動子２６をｍ行ｎ列のマトリクス状に整列配置された圧電変換部３９を有し、この圧電変換部３９はマトリクスセンサである超音波センサを構成している。圧電変換部３９は圧電振動子２６をマトリクス状に配設される代りに、一列にあるいは十字のライン状（アレイ状）にアレイ配列させ、アレイセンサを構成してもよい。超音波トランスジューサ２５を構成する超音波センサは、マトリクスセンサであっても、アレイセンサであってもよい。
【００３７】
超音波トランスジューサ２５の各圧電振動子２６には、信号発生部１７で発生した駆動信号が駆動素子選択部１８により選択されて加えられる。駆動素子選択部１８の選択により各圧電振動子２６の駆動順序が１個ずつあるいは複数個ずつ決定され、各圧電振動子２６は所要の駆動タイミングで駆動されて超音波Ｕを発振させる。
【００３８】
また、各圧電振動子２６から発振された超音波Ｕは、検査対象物１４の検査領域２８に照射され、検査領域２８の密度的境界層から一部が反射して反射エコーとなる。この反射エコーは、超音波センサである超音波トランスジューサ２５（マトリクスセンサ）で受信される。
【００３９】
超音波トランスジューサ２５は超音波センサ面である発受信面、具体的には、検査対象物１４側に液体あるいは固体の音響伝播媒体であるシュー部材４０が密着される。シュー部材４０と検査対象物１４との間には超音波Ｕの音響的整合をとるカップラント４１が設けられる。カップラント４１には、揮発性の低いゲル状の液体で形成される。音響伝播媒体であるシュー部材４０が液体の場合には、カップラント４１は不要となる。
【００４０】
また、シュー部材４０は全体的にボックス状となり、その開口面積は、検査対象物１４の検査領域２８の大きさに応じて形成され、音響伝播媒体であるシュー部材４０の高さは、圧電振動子２６から発振される超音波の発振角度（拡がり角度）により決定される。
【００４１】
検査対象物１４の検査領域２８は、超音波検査装置１０が発振する超音波Ｕにより非破壊に内部検査される。検査対象物１４は、２枚以上の板状構造物を重ね合せて積層した多層構造物であってもよい。また、検査対象物１４は、金属材料であっても、樹脂材料であってもよい。
【００４２】
超音波トランスジューサ２５に駆動信号を作用させる信号発生部１７は、圧電振動子２６の圧電体を駆動させて超音波を発生させるべく、外部電圧の印加により、パルス状あるいは連続した駆動信号を発生させる。駆動素子選択部１８により圧電変換部３９を駆動させ、ｉ行ｊ列目の圧電振動子２６が選択されると、選択されたｉ行ｊ列目の圧電振動子２６に駆動信号が所要のタイミングで加えられる。駆動素子選択部１８は、駆動すべき１つまたは複数の圧電振動子２６を所要のタイミングで順次選択しており、選択された圧電振動子２６に信号発生部１７からの駆動信号が加えられると、圧電振動子２６から検査対象物１４に向けて超音波Ｕが発振される。
【００４３】
超音波トランスジューサ２５（マトリクスセンサ）は圧電振動子２６のｍ行ｎ列が、例えば１０×１０個であるとすると、１００個の圧電振動子２６がマトリクス状に平面（２次元）配設され、各圧電振動子２６ｉｊ（ｉ＝１〜１０、ｊ＝１〜１０）が駆動素子選択部１８により順次駆動される。各圧電振動子２６に駆動信号が順次加えられるとその駆動タイミングで各圧電振動子２６から超音波Ｕが順次発振される。各圧電振動子２６から順次発振された超音波の反射エコーを超音波トランスジューサ２５で順次受信され、その受信信号である反射エコーを電気信号（電気エコー信号）として信号ケーブル１３を介して信号検出回路１９に送られる。
【００４４】
超音波トランスジューサ２５の各圧電振動子２６から順次発振された超音波Ｕは、音響伝播媒体としてのシュー部材４０を通り、カップラント４１を経て検査対象物１４の検査領域２８内部に入射され、検査領域２８の各境界層で反射する。
【００４５】
検査対象物１４の表面１４ａ、境界面、底面１４ｂ、内部欠陥４２等の各境界層で反射された超音波の反射エコー（図中上向き破線矢印で示した。）は、検査対象物１４からシュー部材４０を経て超音波トランスジューサ２５の各圧電振動子２６に時間差をもってそれぞれ受信され、各圧電振動子２６を振動させて電気信号（電気エコー信号）に変換される。この電気エコー信号は、続いて信号ケーブル１３を介して信号検出回路１９に入力されて圧電振動子２６毎に検出される。
【００４６】
信号検出回路１９は信号ケーブル１３を介して超音波トランスジューサ２５の各圧電振動子２６に整列状態で接続され、圧電変換部３９の各圧電振動子２６で発生する電気エコー信号は、信号ケーブル１３を介して信号検出回路１９に導かれる。また、この信号ケーブル１３を利用して信号発生部１７からの駆動信号が駆動素子選択部１８を介して圧電変換部３９の各圧電振動子２６に導かれる。
【００４７】
この超音波検査装置１０は、超音波トランスジューサ２５の各圧電振動子２６のうち、ｍ行ｎ列目の圧電振動子２６に駆動信号が加えられると、この圧電振動子２６が作動して圧電体としての超音波が発生し、この超音波Ｕを発振させる。発振された超音波Ｕはシュー部材４０やカップラント４１を経て検査対象物１４の検査領域２８に照射される。検査対象物１４の検査領域２８に照射された超音波Ｕは、検査領域２８の密度的境界層から一部が反射して反射エコーとなる。この反射エコーは、カップラント４１、シュー部材４０を通って超音波トランスジューサ２５（マトリクスセンサ）に戻され、各圧電振動子２６に時間差を持ってそれぞれ受信される。各圧電振動子２６による圧電変換により、反射エコーは電気信号（電気エコー信号）となって信号検出回路１９に信号ケーブル１３を介して送られ、検出される。信号検出回路１９は、超音波トランスジューサ２５で発生する反射エコーの電気信号を検出するものである。
【００４８】
信号検出回路１９で検出された電気エコー信号のうち、検査に必要な複数の電気エコー信号は、信号処理部２０を構成するそれぞれの増幅器３１ａ、３１ｂ、…３１ｉに導かれる。
【００４９】
増幅器３１ａ、３１ｂ、…３１ｉは、導かれた電気エコー信号を増幅して、信号処理部２０のＡ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂ、…３２ｉに供給する。Ａ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂ、…３２ｉは増幅されたアナログ信号である電気エコー信号をデジタル信号にＡ／Ｄ変換し、デジタルエコー信号として信号処理部２０の並列プロセッサ３３ａ、３３ｂ、…３３ｉに導く。並列プロセッサ３３ａ、３３ｂ、…３３ｉは、Ａ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂ、…３２ｉから導かれたデジタルエコー信号を処理し、検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像情報を生成する。並列プロセッサ３３ａ、３３ｂ、…３３ｉが生成した複数の超音波画像情報は統合プロセッサ３４で統合して一体化されて統合超音波画像情報が生成され、第１の表示装置２１に導かれる。
【００５０】
信号検出回路１９あるいは信号処理部２０にマルチプレクサ（図示省略）を搭載した場合、複数台の並列プロセッサ３３ａ、３３ｂ、…３３ｉや統合プロセッサ３４は不要となり、１台の並列プロセッサで統合超音波画像情報を作成できる。
【００５１】
信号処理部２０でデジタル化された反射エコー（デジタルエコー信号）を処理して生成された統合超音波画像情報は第１の表示装置２１に送られて、この第１の表示装置２１にて画像化処理され画像表示される。
【００５２】
一方、超音波プローブ装置１２は、プローブホルダ３８内に超音波トランスジューサ２５とともに第２の表示装置３６が一体的に備えられる。信号処理部２０でデジタル化された超音波エコー信号を処理して生成された統合超音波画像情報は第２の表示装置３６にも送られて、この第２の表示装置３６にて画像化処理され画像表示される。
【００５３】
第２の表示装置３６は、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ(発光ダイオード)、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、ＶＦＤ（蛍光表示管）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）などのフラットパネルディスプレイを使用することができる。
【００５４】
第１の表示装置２１および第２の表示装置３６は、第１の入力装置２３または第２の入力装置３７からの指示入力に対応して生成された統合超音波画像情報を信号処理部２０から受信する一方、制御回路２２からの制御信号に基づき検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像を表示できる。
【００５５】
第１の表示装置２１および第２の表示装置３６に表示される超音波画像は、検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコー波形像（ＡスコープまたはＡスキャン）、検査対象物１４の検査領域２８における断面像（ＢスコープまたはＢスキャン）、検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコーピーク値の二次元像（ＣスコープまたはＣスキャン）、検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコー深さの二次元像（ＤスコープまたはＤスキャン）および検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコー情報（表面、欠陥、底面）を抽出して演算した結果情報から少なくとも１つの画像により生成される。
【００５６】
第２の表示装置３６に表示される検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコー波形像（ＡスコープまたはＡスキャン）のピーク位置を確認することで、検査対象物１４の検査領域２８における表面１４ａ、内部欠陥４２あるいは底面１４ｂを超音波プローブ装置１２側で確認することができる。
【００５７】
また、第２の表示装置３６に表示される検査対象物１４の検査領域２８における断面像（ＢスコープまたはＢスキャン）により、超音波トランスジューサ２５が検査対象物１４の検査領域２８における検査対象面に正対しているかあるいは検査対象物１４の検査領域２８における表面１４ａ、内部欠陥４２、底面１４ｂを超音波プローブ装置１２側で確認することができる。
【００５８】
さらに、第２の表示装置３６に表示される検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコーピーク値の二次元像（ＣスコープまたはＣスキャン）により検査対象物１４の検査領域２８におけるエコー強度の二次元像を超音波プローブ装置１２側で確認することができる。
【００５９】
さらにまた、第２の表示装置３６に表示される検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコー深さの二次元像（ＤスコープまたはＤスキャン）により、検査対象物１４の検査領域２８の深さ情報の二次元像を超音波プローブ装置１２側で確認することができる。
【００６０】
第２の表示装置３６に表示される検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコー情報（表面１４ａ、内部欠陥４２、底面１４ｂ）を抽出して演算した結果情報により、検査対象物１４の検査領域２８における欠陥の大きさや位置などの各種情報を超音波プローブ装置１２側で確認することができる。
【００６１】
第２の入力装置３７は、例えばトグル機能を有する押しボタンスイッチにより構成され、１回目のオンで超音波検査装置１０による検査を開始し、２回目のオンで超音波検査装置１０による検査を終了することで、１つの押しボタンスイッチで超音波検査装置１０の基本的な操作を行えるよう構成できる。また、第２の入力装置３７は、例えばトグル機能を有する切替スイッチを備える。切替スイッチにより第２の表示装置３６に表示される超音波画像を順次に切り替えることができる。さらに、第２の入力装置３７は、例えば加算スイッチと、減算スイッチとから構成された一対の押しボタンスイッチを備える。第２の入力装置３７は、この一対の押しボタンスイッチから検査条件の設定入力が行われる。検査条件は、例えば超音波トランスジューサ２５のゲイン設定や、超音波画像情報の生成に用いられるデジタルエコー信号を平均化する際のサンプリング回数の設定や、検査対象物１４の検査領域２８における断面像（ＢスコープまたはＢスキャン）を生成する際の画像化開始位置の調整などである。第２の入力装置３７では、一対の押しボタンスイッチで、これらの検査条件の設定値を加算または減算しつつ、検査条件の設定入力が行われる。
【００６２】
超音波プローブ装置１２に第２の表示装置３６と第２の入力装置３７とを備えたことで、超音波検査装置１０による非破壊検査を行う際に、超音波画像の確認と超音波検査装置１０の操作とを、超音波トランスジューサ２５を有する超音波プローブ装置１２で一貫して行うことが可能となる。検査対象物１４を検査する操作者（検査員）は超音波プローブ装置１２にのみ着目するだけで検査を行うことができる。
【００６３】
図２は、本発明に係る超音波検査装置の超音波プローブ装置を構成するプローブホルダの一例を示した簡略的な構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【００６４】
図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、プローブホルダ３８は、ボックス形状であり、検査対象物１４に超音波Ｕを発振する方向、本実施形態のプローブホルダ３８では下方に向かって開口を有する超音波センサ収容室４３が形成される。超音波トランスジューサ２５は、検査対象物１４に超音波Ｕを発振する方向、本実施形態のプローブホルダ３８では下方に向かって超音波トランスジューサ２５の超音波センサ面が臨むように超音波センサ収容室４３に収容される。また、超音波センサ収容室４３に収容された超音波トランスジューサ２５の超音波センサ面とプローブホルダ３８が検査対象物１４に向けられる面（下面）との間にはシュー部材４０が設けられる。シュー部材４０はプローブホルダ３８の下面よりも突出して設けられ、超音波プローブ装置１２が検査対象物１４上で操作される際にプローブホルダ３８の下面よりも先にシュー部材４０が検査対象物１４に当接するよう構成される。シュー部材４０の開口面積は、検査対象物１４の検査領域２８の大きさに応じて形成され、シュー部材４０の高さは、圧電振動子２６から発振される超音波の発振角度（拡がり角度）により決定されるので、超音波センサ収容室４３の開口面積と深さはシュー部材４０の開口面積と高さと超音波トランスジューサ２５のサイズにより所要に形成される。
【００６５】
また、プローブホルダ３８の上面には第２の表示装置３６が設けられる。超音波プローブ装置１２が検査対象物１４上で操作される際に、超音波プローブ装置１２の操作者（検査員）は第２の表示装置３６により検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像を確認しつつ超音波プローブ装置１２を容易に操作できる。
【００６６】
さらに、プローブホルダ３８の背面には第２の入力装置３７が設けられる。超音波プローブ装置１２が検査対象物１４上で操作される際に、超音波プローブ装置１２の操作者（検査員）は第２の表示装置３６により検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像を確認しつつ第２の入力装置３７により検査の開始、終了等の指示入力あるいは検査条件の設定入力を行いつつ超音波検査装置１０の操作ができる。
【００６７】
なお、プローブホルダ３８を使用する検査対象物１４の形状や検査時の検査対象物１４の検査面の方向によってプローブホルダ３８における超音波センサ収容室４３の開口方向、第２の表示装置３６を設ける面、第２の入力装置３７を設ける面の構成を最適化してプローブホルダ３８を形成することができる。
【００６８】
次に、本実施形態に係る超音波検査装置１０を用いた超音波検査の方法について説明する。
【００６９】
図３は、本発明に係る超音波検査装置を用いた超音波検査方法の様子を示した概略図である。
【００７０】
図３に示すように、操作者（検査員）Ｍは、超音波検査装置１０を用いて、検査対象物１４の超音波検査を行うに当たり、先ず、超音波検査装置１０を検査対象物１４の周囲に配置し、もしくは検査対象物１４を超音波検査装置１０の近傍に配置する。
【００７１】
図４は、本発明に係る超音波検査装置を用いた超音波検査方法の一例を示したフローチャートである。
【００７２】
図４に示すように、先ず、ステップＳ１では、操作者（検査員）Ｍは、超音波検査装置１０を構成する超音波プローブ装置１２を検査対象物１４の所望の検査位置に配置する。具体的には、操作者（検査員）Ｍは、その手に超音波プローブ装置１２のプローブホルダ３８を把持し、プローブホルダ３８の下面を検査対象物１４に向けて、所望の検査位置に超音波プローブ装置１２を配置する。
【００７３】
次に、ステップＳ２では、操作者（検査員）Ｍは、第２の入力装置３７の加算スイッチと、減算スイッチとから構成された一対の押しボタンスイッチから検査条件の設定入力を行う。具体的には、操作者（検査員）Ｍは、その手に超音波プローブ装置１２のプローブホルダ３８を把持しつつ、第２の入力装置３７の加算スイッチまたは減算スイッチを操作して例えば超音波トランスジューサ２５のゲイン設定や、超音波画像情報の生成に用いられるデジタルエコー信号を平均化する際のサンプリング回数の設定や、検査対象物１４の検査領域２８における断面像（ＢスコープまたはＢスキャン）を生成する際の画像化開始位置の調整などを行う。
【００７４】
次に、ステップＳ３では、操作者（検査員）Ｍは、第２の表示装置３６を目視して、所望の表示が得られた否かを判断して検査条件を調整する。所望の表示が得られた場合は、ステップＳ４に進み、その他の場合には、ステップＳ１に戻ってステップＳ３までを繰り返して検査条件を調整する。この際に、操作者（検査員）Ｍは、第２の入力装置３７の切替スイッチを操作して、第２の表示装置３６に表示された超音波画像を順次に切り替えて所望の表示が得られたか否かの判断を行う。所望の表示が得られたか否かの判断は、第２の表示装置３６に、検査対象物１４の検査領域２８における超音波Ｕの反射エコー波形像（ＡスコープまたはＡスキャン）や、検査対象物１４の検査領域２８における断面像（ＢスコープまたはＢスキャン）を表示して行われる。
【００７５】
次に、ステップＳ４では、操作者（検査員）Ｍは、第２の入力装置３７の押しボタンスイッチを操作して、超音波検査の開始を入力する。
【００７６】
次に、ステップＳ５では、操作者（検査員）Ｍは、第２の表示装置３６を目視しつつ、超音波プローブ装置１２を検査対象物１４の所望の範囲を移動して、検査領域２８を探傷する。具体的には、操作者（検査員）Ｍは、その手に超音波プローブ装置１２のプローブホルダ３８を把持しつつ、検査対象物１４の表面１４ａに沿って、検査対象物１４の所望の範囲に超音波プローブ装置１２を走査して、第２の表示装置３６に表示された超音波画像を目視しつつ、内部欠陥４２の有無を検査する。
【００７７】
次に、ステップＳ６では、操作者（検査員）Ｍは、検査対象物１４の所望の範囲を検査し終わると、第２の入力装置３７の押しボタンスイッチを操作して、超音波検査の終了を入力する。
【００７８】
超音波検査装置１０は、超音波センサを備えた超音波カメラとして機能し、数千から数万の反射エコーの超音波波形を瞬時に収集し、画像合成処理により、検査対象物１４の内部欠陥４２（接合領域の状態や溶接欠陥の有無や状態）を高速で画像化並列演算処理することができる。
【００７９】
また、超音波検査装置１０は、検査対象物１４の内部構造を高感度・高解像度の２次元または３次元の超音波画像として迅速に取り出して表示させることができ、１画像当り１秒から数１０秒の高速検査が可能である。
【００８０】
超音波検査装置１０および超音波検査装置１０を用いた超音波検査方法は、自動車業界、航空業界、鉄道業界の溶接部の保全状態や溶接欠陥有無の探傷やプラント業界や造船業界の溶接部の状態観察に応用することができる。
【００８１】
本実施形態の超音波検査装置１０によれば、装置本体１１から可撓性の信号ケーブル１３を介して超音波プローブ装置１２が電気的に接続され、超音波プローブ装置１２は手の平サイズのプローブホルダ３８内に超音波トランスジューサ２５と第２の表示装置３６と第２の入力装置３７とを一体的に収納したので、超音波プローブ装置１２を検査対象物１４の表面に沿って手軽かつ容易に手動操作させつつ、第２の表示装置３６により検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像を確認できる。すなわち、超音波検査装置１０を使用する操作者（検査員）Ｍは視線を変えることなく超音波トランスジューサ２５のみに注目して超音波検査が可能になり、検査が容易となる。
【００８２】
また、超音波プローブ装置１２が有するプローブホルダ３８内に超音波トランスジューサ２５と第２の表示装置３６と第２の入力装置３７とを一体的に収納したので、信号処理部２０から第２の表示装置３６に表示される超音波画像により、検査対象物１４上で超音波トランスジューサ２５の走査に伴う検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像の変化をリアルタイムに確認できるので、超音波検査装置１０を使用する操作者（検査員）Ｍは視線を変えずに即座に検査対象物１４の内部欠陥４２（剥離、ボイド等）や接合部の剥れの内部状況を確認できるとともに、超音波画像の状況をフィードバックしながら検査を行うことが可能となる。
【００８３】
さらに、プローブホルダ３８内に超音波トランスジューサ２５と第２の表示装置３６と第２の入力装置３７とを一体的に収納したので、信号処理部２０から第２の表示装置３６に表示される超音波画像により、検査対象物１４上で超音波トランスジューサ２５の走査に伴う検査対象物１４の内部状態を可視化した超音波画像の変化をリアルタイムに確認しつつ第２の入力装置３７により超音波検査装置１０を操作できるので、超音波検査装置１０を使用する操作者（検査員）Ｍは視線を変えずに即座に検査対象物１４の内部欠陥４２（剥離、ボイド）や接合部の剥れの内部状況を確認できるとともに、超音波画像の状況をフィードバックしながら超音波検査装置１０を操作して検査を行うことが可能となる。
【００８４】
さらにまた、検査対象物１４の検査の目的やプローブホルダ３８の形状等に合わせて適切な表示方法による第２の表示装置３６を設け、検査に有用な情報を集約して表示することで検査を大幅に簡便、容易化することが可能となる。
【００８５】
本実施形態に係る超音波検査装置１０、超音波トランスジューサ２５、および超音波検査装置１０を用いた超音波検査方法によれば、フィールドや製造工程の現場で手軽に操作して、検査対象物１４の内部欠陥４２（剥離、ボイド）や接合部の剥れの内部検査を効率よく正確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る超音波検査装置を示す簡略的な全体構成図。
【図２】本発明に係る超音波検査装置の超音波プローブ装置を構成するプローブホルダの一例を示す簡略的な構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図。
【図３】本発明に係る超音波検査装置を用いた超音波検査方法の様子を示した概略図。
【図４】本発明に係る超音波検査装置を用いた超音波検査方法の一例を示したフローチャート。
【符号の説明】
【００８７】
１０  超音波検査装置
１１  装置本体
１２  超音波プローブ装置
１３  信号ケーブル
１４  検査対象物
１４ａ  表面
１４ｂ  底面
１７  信号発生部
１８  駆動素子選択部
１９  信号検出回路
２０  信号処理部
２１  第１の表示装置
２２  制御回路
２５  超音波トランスジューサ
２３  第１の入力装置
２６  圧電振動子（圧電変換素子）
２８  検査領域（ターゲット領域）
３１ａ、３１ｂ、…３１ｉ  増幅器
３２ａ、３２ｂ、…３２ｉ  Ａ／Ｄ変換器
３３ａ、３３ｂ、…３３ｉ  並列プロセッサ
３４  統合プロセッサ
３６  第２の表示装置
３７  第２の入力装置
３８  プローブホルダ
３９  圧電変換部
４０  シュー部材（音響伝播媒体）
４１  カップラント
４２  内部欠陥
４３  超音波センサ収容室
【図１】
0005582689.tif 000002
【図２】
0005582689.tif 000003
【図３】
0005582689.tif 000004
【図４】
0005582689.tif 000005