(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を用いて試験体内部の反射源を検査する超音波検査装置において、
超音波を発生する第１の振動子と、
上記第１の振動子により発生された超音波を、内部に反射源を有する試験体内に送信する送信用探触子と、
上記試験体内部に有する反射源で反射された上記送信用探触子により送信された超音波を受信する受信用探触子と、
上記受信用探触子により受信された超音波を受信し所定の信号に変換する第２の振動子と、
第１と第２の振動子と送信用探触子と受信用探触子と上記送信用探触子から上記試験体への超音波入射点である第１の表面位置と上記試験体から上記受信用探触子への超音波入射点である第２の表面位置と上記反射源との位置関係情報に基づき、上記送信用探触子の振動子中心点から上記第１の表面位置までの間の第１の表面位置を含む上記送信用探触子の面と平行方向に対する第１の距離と、上記試験体表面と上記反射源との第２の距離との相関関係情報を算出する第１の算出部と、
上記第１の算出部により算出された相関関係情報に基づいて、上記第２の距離に対する、上記第１の振動子により発生される超音波が順に上記送信用探触子と上記第１の表面位置と上記反射源と上記反射源により反射され伝搬される上記第２の表面位置と上記受信用探触子とを経由して上記第２の振動子に伝搬するまでの理論超音波伝搬時間を算出する第２の算出部と、
上記第１の振動子により発生される超音波が順に上記送信用探触子と上記第１の表面位置と上記反射源と上記反射源により反射され伝搬される上記第２の表面位置と上記受信用探触子とを経由して上記第２の振動子に伝搬するまでの実測超音波伝搬時間を測定する測定部と、
上記第２の算出部により算出された理論超音波伝搬時間と上記測定部により測定された実測超音波伝搬時間とが一致する上記第２の距離を上記反射源の試験体表面からの深さと判断する判断部と
を備えたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
上記第２の算出部は、上記第１の振動子から上記第２の振動子への伝搬時間と上記第２の距離との関係を予め計算し、上記第１の振動子から上記第２の振動子への伝搬時間と上記第２の距離との関係を計測テーブルとして予め記憶部に記憶しておき、上記計測テーブルを用いることにより、上記測定部が測定した上記実測超音波伝搬時間から上記第２の距離を得ることを特徴とする請求項１記載の超音波検査装置。
【請求項３】
上記超音波検査装置は、所定の表示ドットを有する表示器を装備し、
上記計測テーブルは、上記表示器の表示ドットのピッチを１データ基準として構成し、上記測定部が測定した上記実測超音波伝搬時間に対応する上記第２の距離に比例するように上記表示ドットの位置を決定して記憶部に記憶し、上記超音波検査装置は、さらに、上記第２の距離が実際の試験体内の深さに比例したスケールで上記表示器に表示する表示手段を具備したことを特徴とする請求項２記載の超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、物体の非破壊検査手法として用いられ、送受信探触子間において試験体内部に存在する欠陥を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、欠陥の深さや大きさを定量的に把握する機能を有するＴＯＦＤ法（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、以下ＴＯＦＤ法と称す）による超音波検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
試験体中の欠陥の検出、位置、寸法測定に関して「きずの検出、位置および寸法評価に関する超音波ＴＯＦＤ法の校正および設定の指針」がイギリス規格（ＢＳ７７０６）にある（非特許文献１参照）。
【０００３】
ＴＯＦＤ法とは、構造物の内部に超音波を入射し、内部の反射源（欠陥）の上端及び下端で発生した回折波の伝搬時間から、その深さや大きさを定量的に把握しようとするものである（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
図１１は、ＴＯＦＤ法における超音波ビームの伝搬経路を示す図である。
図１１において、１は送信用探触子、３は受信用探触子、５は試験体、７は試験体内部に存在する反射源（欠陥：Ｄ）である。ＴＯＦＤ法において超音波が伝搬する波は、４１の試験体表面を伝わる表面伝搬波（Ｗｓ）、４２の反射源（欠陥）上端部からの回折波（Ｗｕ）、４３の反射源（欠陥）下端部からの回折波（Ｗｌ）および４４の試験体底面から反射する底面反射波（Ｗｂ）があり、それぞれの波に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である試験体表面伝搬時間４５（Ｔｓ）、反射源上端回折伝搬時間４６（Ｔｕ）、反射源下端回折伝搬時間４７（Ｔｌ）、試験体底面反射伝搬時間４８（Ｔｂ）が異なることから、その時間を計測することによって欠陥の位置や大きさを把握するものである。
【０００５】
図１２は従来のＴＯＦＤ法における超音波ビームの伝搬時間と反射源位置の関係を説明する図である。
図１２において、２は送信振動子、４は受信振動子、６は送信用探触子１から試験体５への超音波入射点、８は試験体５から受信用探触子３への超音波入射点を示す。いま送信用探触子１と受信用探触子３とを反射源７を挟んだ位置に配置し、送受探触子入射点間の水平距離である互いの入射点間隔３１が２Ｓの距離で離れていると仮定する。送信用探触子１の下の固定された点（入射点６）で超音波エネルギーが試験体５に送信され、超音波エネルギーが反射源７の先端で反射し受信用探触子３の固定された点（入射点８）から受信したときの伝搬時間をＴｆとすると、以下の計算式が成り立つ。
【０００６】
【数１】
0003713007.tif 000002
【０００７】
ここで、
Ｌｔｔ：送信入射点から反射源位置までの伝搬距離３５
Ｌｔｒ：反射源位置から受信入射点までの伝搬距離３６
Ｖｔ：試験体５の縦波音速３０
ｄ：試験体表面下から反射源Ｄまでの深さ２４
Ｓ：探触子の入射点から送受探触子入射点間の中心位置までの水平距離３２
Ｘ：両探触子入射点の間の中心位置と反射源Ｄの位置との偏っている水平距離３３
伝搬時間Ｔｆの値は、Ｘがゼロのときに最小となり、（１）式は以下の計算式で表される。
【０００８】
【数２】
0003713007.tif 000003
【０００９】
したがって反射源７までの深さｄは下式で表される。
【００１０】
【数３】
0003713007.tif 000004
【００１１】
図１３はＴＯＦＤ法における一般的な受信波形と伝搬時間の関係を示す図である。
図１３において、欠陥からの反射波の伝搬時間Ｔｆと表面波（ラテラル波）の伝搬時間Ｔｓとの差をＴｄとするとＴｆ＝Ｔｓ＋Ｔｄであり、一方Ｔｓ＝２Ｓ／Ｖｔであるから、（３）式は表面波との伝搬時間差Ｔｄを基準に以下の計算式で表される。
【００１２】
【数４】
0003713007.tif 000005
【００１３】
このように一般的なＴＯＦＤ法においては、試験体５の音速Ｖｔと探触子間距離２Ｓを既知として、表面波との伝搬時間差Ｔｄを測定することにより、比較的容易に欠陥深さ（高さ）の値を得ることが可能となる。
【００１４】
【非特許文献１】
Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ＢＳ７７０６（１９９３）
【非特許文献２】
三原毅著「ＴＯＦＤ法の原理と規格」、超音波ＴＥＣＨＮＯ／２０００．５  ＶＯＬ．１２  ＮＯ．５  日本工業出版、平成１２年５月１５日、ｐ．４−７
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では（１）から（４）式の展開に示すように、超音波が固定された点で試験体内に入射すること、および超音波ビームの伝搬時間は、探触子内の超音波発生源、受信源である振動子間で測定しているにもかかわらず、入射点間とすることを前提にして計算している。本来、送受信探触子間の超音波ビームの伝搬経路は、表面波の入射点と試験体内部の反射源への超音波ビームの入射点とは異なっている、すなわち、入射点が一定ではなく、また、伝搬時間も探触子内の超音波発生源、受信源である振動子を起点として考えるべきものである。
超音波ビームは、試験体内部の反射源位置により伝搬経路が変わり、このとき試験体表面において、送信された超音波ビームは変化した位置から試験体の中に入射および試験体から受信探触子に入射する。
また、伝搬時間は、探触子内の超音波発生源、受信源である振動子間で測定しているにもかかわらず、欠陥からの反射波の伝搬時間Ｔｆと表面波（ラテラル波）の伝搬時間Ｔｓとの差Ｔｄを用いることにより、入射点間の伝搬時間の差だけが残り、探触子内の伝搬時間があたかも相殺されたかのように見えるが、実際は、入射点位置が表面波と試験体内部の反射源への超音波とで異なるから上記差Ｔｄを用いても探触子内の伝搬時間が完全には相殺されない。
このことにより、従来の計算式では探触子内の伝搬時間を正確に用いていないことと、入射点の位置の変動が反射源の位置（深さ）の変動につながることなどにより、得られる結果に誤差が生まれることになる。
【００１６】
一方、欠陥検出段階での一般的な表示方法として、欠陥または溶接部に沿ってビーム方向に対して垂直に一対の探触子を走査する方法であるＤ走査表示がある。
図１４は、従来のＴＯＦＤ法による超音波検査装置における表示機能の説明図である。
図１４に、この走査方法で集められたデータを式（４）で計算し画像化したものを示す。
図１４において、１６は表示画面上に表示された画像を示し、送受信探触子を紙面に垂直に走査した結果として、その走査方向１７に沿って試験体表面波の軌跡５１、反射源上端回折波軌跡５２、反射源下端回折波軌跡５３、試験体底面波の軌跡５４が表される。
【００１７】
このようにして得られた波の伝搬時間を縦軸に取って表示する従来の画像化手法では、縦軸が伝搬時間であるため、試験体の厚さと欠陥の深さの関係を比例的に一致させることができないことから、欠陥の深さを評価する上で視認性を欠いていた。
【００１８】
本発明は、従来のような誤差を解消し、高精度の超音波検査装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、視認性にすぐれた超音波検査装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波検査装置は、
第１の振動子を有し上記第１の振動子から発生する超音波を試験体に入射する送信用探触子と、
第２の振動子を有し試験体からの超音波を上記第２の振動子を用いて採取する受信用探触子と、
上記送信用探触子と上記受信用探触子とに接続され送信用探触子を電気的に駆動および受信用探触子からの電気信号を検出する手段を備え、送受信探触子間での試験体内部に存在する反射源を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、反射源の位置と大きさとの内少なくとも１つを把握する超音波探傷器と
を用いたＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法による超音波検査装置において、
上記送信用探触子の第１の振動子から出た超音波が試験体に入射され試験体内部の反射源で反射した後、上記受信用探触子の第２の振動子に到るまでの伝搬時間と、上記試験体表面から反射源までの深さとの関係を予め算出する算出手段と、
上記算出手段により予め算出された上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係に基づいて、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子の各々の振動子間の伝搬時間から、上記反射源の深さを求めて出力する演算計測手段と
を具備したことを特徴とする。
【００２１】
また、上記算出手段は、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係を予め計算し、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係を計測テーブルとして予め記憶部に記憶しておき、上記計測テーブルを用いることにより、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記反射源の深さを得ることを特徴とする。
【００２２】
上記超音波探傷器は、所定の表示ドットを有する表示器を装備し、
上記計測テーブルは、超音波探傷器に装備されている表示器の表示ドットのピッチを１データ基準として構成し、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応する上記反射源の深さに比例するように上記表示ドットの位置を決定して記憶部に記憶し、上記超音波探傷器は、さらに、上記反射源の深さが実際の試験体内の深さに比例したスケールで上記表示器に表示する表示手段を具備したことを特徴とする。
【００２３】
本発明の超音波検査装置は、
超音波を発生する第１の振動子を有する送信用探触子と、
超音波を受信する第２の振動子を有する受信用探触子と、
第１の振動子から発生した超音波が試験体に入射する試験体の表面位置と試験体内部の反射源の位置との関係を算出し、第１の振動子から発生した超音波が第２の振動子に伝搬するまでの伝搬時間を計測し、算出された試験体の表面位置と反射源の位置との関係と計測された伝搬時間とに基づいて、試験体内部の反射源の位置を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、上記検出手段は、第１の振動子から発生した超音波が第２の振動子に伝搬する伝搬経路における、第１の振動子から試験体表面までの超音波の伝搬時間と、試験体表面から試験体内部の反射源までの超音波の伝搬時間と、反射源から受信用探触子までの超音波の伝搬時間と、受信用探触子から第２の振動子までの超音波の伝搬時間との合計を上記伝搬時間として計測し、伝搬時間と上記反射源の試験体表面からの深さとの関係を予め求めておき、上記計測された伝搬時間から上記反射源の試験体表面からの深さを求めて出力する出力手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の超音波検査装置は、超音波を用いて試験体内部の反射源を検査する超音波検査装置において、
超音波を発生する第１の振動子と、
上記第１の振動子により発生された超音波を、内部に反射源を有する試験体内に送信する送信用探触子と、
上記試験体内部に有する反射源で反射された上記送信用探触子により送信された超音波を受信する受信用探触子と、
上記受信用探触子により受信された超音波を受信し所定の信号に変換する第２の振動子と、
第１と第２の振動子と送信用探触子と受信用探触子と上記試験体の第１の表面位置と上記試験体の第２の表面位置と上記反射源との位置関係情報に基づき、第１の振動子と送信用探触子との所定の接触点から送信用探触子と第１の表面位置との所定の接触点までの間の所定の方向に対する第１の距離と、上記試験体表面と上記反射源との第２の距離との相関関係情報を算出する第１の算出部と、
上記第１の算出部により算出された相関関係情報に基づいて、上記第２の距離に対する、上記第１の振動子により発生される超音波が順に上記送信用探触子と上記第１の表面位置と上記反射源と上記反射源により反射され伝搬される上記第２の表面位置と上記受信用探触子とを経由して上記第２の振動子に伝搬するまでの理論超音波伝搬時間を算出する第２の算出部と、
上記第１の振動子により発生される超音波が順に上記送信用探触子と上記第１の表面位置と上記反射源と上記反射源により反射され伝搬される上記第２の表面位置と上記受信用探触子とを経由して上記第２の振動子に伝搬するまでの実測超音波伝搬時間を測定する測定部と、
上記第２の算出部により算出された理論超音波伝搬時間と上記測定部により測定された実測超音波伝搬時間とが一致する上記第２の距離を上記反射源の試験体表面からの深さと判断する判断部と
を備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明の超音波検査装置は、
超音波を発生する第１の振動子を有する送信用探触子と、
超音波を受信する第２の振動子を有する受信用探触子と、
スネルの法則と第１の振動子から発生した超音波が第２の振動子に伝搬するまでの伝搬時間とに基づいて、試験体内部の反射源の位置を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における反射源位置の演算機能を説明する原理図である。
本実施の形態１においては、反射源（欠陥）の深さｄを求める方法として、図１に示したように探触子の屈折角、二つの探触子の入射点間距離、超音波伝搬時間から深さを演算する方式を採用している。
図１において、１は送信用探触子、２は送信振動子、３は受信用探触子、４は受信振動子、５は試験体、７は試験体内の反射源（欠陥）、２１は探触子の振動子中央とケース先端までの水平距離（Ｌｏ）、２２は探触子の振動子中央とアタッチメント表面までの高さ（ｈ）、２３は反射源７と探触子先端間の水平距離（Ｌｘ）、２４は反射源７の深さ（ｄ）、２５は探触子の振動子中央から反射源までの水平距離（Ｌ）、２６は反射源７が（Ｘｔ、Ｙｔ）にある場合の入射点位置と振動子中央との水平距離（ｐ）、２７は反射源が（Ｘｔ、Ｙｔ）にある場合の入射角度（αｐ）、２８は反射源が（Ｘｔ、Ｙｔ）にある場合の屈折角度（θｐ）、２９はアタッチメントの縦波音速（Ｖａ）、３０は試験体の縦波音速（Ｖｔ）である。また、３４は送信振動子中央から送信入射点までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌａｔ）、３５は送信入射点から反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌｔｔ）、３６は反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）から受信入射点までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌｔｒ）、３７は受信入射点から受信振動子中央までの超音波ビーム伝搬距離（Ｌａｒ）、３８は送信振動子から反射源を経由し受信振動子までの超音波伝搬時間（Ｔｚ）である。
図１において、送信用探触子１と受信用探触子３とは、反射源７の位置を中心に対称に配置されている。
【００２８】
図１に示した関係から、入射角αｐと屈折角θｐは次式で表される。
【００２９】
【数５】
0003713007.tif 000006
【００３０】
ここで、
Ｐ：試験体表面における探触子の振動子中心直下点と入射点Ｐｘ間の距離
ｈ：試験体表面から探触子の振動子中心までの高さ
ｄ：試験体表面から反射源までの深さ
またＬ＝Ｌｏ＋Ｌｘであり、
Ｌｏ：探触子の振動子中心から探触子端面までの距離
Ｌｘ：探触子端面から反射源位置までの水平距離
一方、スネルの法則から下式（７）が成立する。
【００３１】
【数６】
0003713007.tif 000007
【００３２】
ここで
Ｖａ：探触子アタッチメント内の縦波音速
Ｖｔ：試験体内の縦波音速
式（５）および（６）を式（７）に代入すると下式（８）が得られる。
【００３３】
【数７】
0003713007.tif 000008
【００３４】
一方、アタッチメント内ビーム伝搬時間距離Ｌａを下式（９）にて求める。
【００３５】
【数８】
0003713007.tif 000009
【００３６】
また、入射点から反射源までのビーム伝搬距離Ｌｔを下式（１０）にて求める。
【００３７】
【数９】
0003713007.tif 000010
【００３８】
式（１０）において、Ｌは、振動子中央から反射源までの距離、ｄは、反射源の深さである。
次に、送信振動子中央から反射源を経由して受信振動子までの超音波伝搬時間Ｔａは下式（１１）で求められる。
【００３９】
【数１０】
0003713007.tif 000011
【００４０】
式（９）および式（１０）を式（１１）に代入すると、下式（１２）が得られる。
【００４１】
【数１１】
0003713007.tif 000012
【００４２】
ここで（８）式と（１２）式とはＰ及びｄの二元四次の連立方程式となるため、一般の数値計算にて解を求めることはできない。そこでＰを変化させたときのｄの値を（８）式から求め、またそのときの伝搬時間を（１２）式から予め求めておくものとする。
Ｐが変化したとしても屈折角θｐは９０度までが限度であり、そのときｓｉｎθｐ＝１となること、および式（５）、（７）とからＰの最大値Ｐｍには下式（１３）が成り立つ。
【００４３】
【数１２】
0003713007.tif 000013
【００４４】
（１３）式を解いて
【００４５】
【数１３】
0003713007.tif 000014
【００４６】
したがってＰの値を０〜Ｐｍまで変化させた伝搬時間Ｔａおよび反射源までの深さｄを求めておけば、実際に計測した伝搬時間から反射源の深さを知ることができる。
【００４７】
図２は、超音波検査装置の外観図である。
図２において、９は、超音波探傷器、１５は、表示画面、１００は、超音波検査装置である。送信用探触子１、受信用探触子３は、図１と同様である。
送信用探触子１と受信用探触子３とは、それぞれケーブルで超音波探傷器９に接続されている。超音波探傷器９は、表示画面１５を備えている。超音波検査装置１００は、送信用探触子１と受信用探触子３と超音波探傷器９とを備えている。
【００４８】
図３は、この実施の形態１を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置の構成図である。
図３において６は送信用探触子から試験体への超音波入射点（試験体の表面位置、第１の表面位置の一例である）、８は試験体から受信用探触子への超音波入射点（第２の表面位置の一例である）、１０は送信用探触子を駆動する送信回路（電気的に駆動する手段の一例である）、１１は受信用探触子からの信号を検出する受信回路（電気信号を検出する手段の一例である）、１２は送受信間の伝搬時間を測定する伝搬時間測定回路（測定部の一例である）、１３は伝搬時間から反射源の位置を求める演算回路（算出手段の一例である）、１４は演算結果から反射源の位置を決定する確定回路（演算計測手段、判断部の一例である）、１６は表示画面上の表示画像、１９は、計測テーブル記憶回路、２０は、表示手段（出力手段の一例でもある）、１３３は、算出部（第１の算出部の一例である）、１３４は、算出部（第２の算出部の一例である）、１８１は、計測テーブルである。送信用探触子１、送信振動子２（第１の振動子の一例である）、受信用探触子３、受信振動子４（第２の振動子の一例である）、試験体５、試験体内の反射源７、反射源７の深さ２４（第２の距離の一例である）、送信振動子中央から送信入射点までの超音波ビーム伝搬距離３４、送信入射点から反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）までの超音波ビーム伝搬距離３５、反射源位置（Ｘｔ，Ｙｔ）から受信入射点までの超音波ビーム伝搬距離３６は、図１と同様である。超音波探傷器９、超音波による検査結果を図示する表示画面１５（表示器の一例である）は、図２と同様である。入射点間隔３１、探触子の入射点から探触子間の中心までの距離３２は、図１２と同様である。反射源７は、例えば、試験体内の欠陥、傷、空洞、溶接不良部、異物等であるがこれに限るものではない。超音波の反射源と成り得るものであれば構わない。
演算回路１３は、算出部１３３、算出部１３４、計測テーブル記憶回路１９、計測テーブル１８１を有している。
送信回路１０と受信回路１１と伝搬時間測定回路１２と演算回路１３と確定回路１４とを有する回路群は、検出手段の一例である。表示手段２０は、表示画面１５を有する。
超音波探傷器９は、送信回路１０と受信回路１１と伝搬時間測定回路１２と演算回路１３と確定回路１４と表示手段２０とを有している。
送信用探触子１は、振動子２を有している。
受信用探触子３は、振動子４を有している。
【００４９】
図３において、送信回路１０で送信振動子２を駆動した時刻と受信振動子４からの信号を受信回路１１で受信した時刻との時間差を１２の伝搬時間測定回路１２で測定する。その実測伝搬時間Ｔａ（実測超音波伝搬時間の一例である）を入力とし、反射源位置演算回路１３においては、与えられた、入射点位置と振動子との距離Ｐ（第１の距離の一例である）の値から（８）式および（１２）式を使って反射源深さｄ、仮想伝搬時間Ｔｋ（理論超音波伝搬時間の一例である）を導き出す。この演算は式（１４）で決められる範囲においてＰを変化させながら繰返し行われ、ＴｋがＴａと一致したところで確定信号ｇとともに、その時の反射源深さｄを出力する。反射源位置確定回路１４においては確定信号ｇに基ずいて反射源深さｄを確定し、表示画面１５に画像１６を出力する。
【００５０】
すなわち、超音波を用いて試験体内部の反射源を検査する超音波検査装置１００において、
振動子２は、超音波を発生する。
送信用探触子１は、上記振動子２により発生された超音波を、内部に反射源７を有する試験体５内に送信する。
受信用探触子３は、上記試験体５内部に有する反射源７で反射された上記送信用探触子１により送信された超音波を受信する。
振動子４は、上記受信用探触子３により受信された超音波を受信し電気信号（所定の信号の一例である）に変換する。
算出部１３３は、振動子２，４と送信用探触子１と受信用探触子３と上記試験体５の超音波入射点６と上記試験体５の超音波入射点８と上記反射源７との位置関係情報である、例えば、定数Ｌ，ｈに基づき、振動子２と送信用探触子１との所定の接触点から送信用探触子１と試験体５の表面位置との所定の接触点である超音波入射点６までの間の所定の方向（ここでは、水平方向）に対する距離Ｐと、上記試験体５表面と上記反射源７との距離である深さｄとの相関関係情報を式（８）より算出する。
算出部１３４は、上記算出部１３３により算出された相関関係情報に基づいて、上記深さｄに対する、上記振動子２により発生される超音波が順に上記送信用探触子１と上記超音波入射点６と上記反射源７と上記反射源７により反射され伝搬される上記超音波入射点８と上記受信用探触子３とを経由して上記振動子４に伝搬するまでの仮想伝搬時間Ｔｋを式（１２）より算出する。
測定回路１２は、上記振動子２により発生される超音波が順に上記送信用探触子１と上記超音波入射点６と上記反射源７と上記反射源７により反射され伝搬される上記超音波入射点８と上記受信用探触子３とを経由して上記振動子４に伝搬するまでの実測超音波伝搬時間Ｔａを測定する。
確定回路１４は、上記算出部１３４により算出された仮想伝搬時間Ｔｋと上記測定回路１２により測定された実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致する上記深さｄを上記反射源７の試験体５表面からの深さと判断する。
【００５１】
図４は図３における反射源位置演算回路１３および反射源位置確定回路１４の機能を説明するための動作ブロック図である。
図４における、
ステップ（１）において、演算回路１３は、定数Ｖａ、Ｖｔ、ｈ、Ｌを入力し、セットする。
ステップ（２）において、演算回路１３は、距離Ｐに初期値０を入力設定する。
ステップ（３）において、演算回路１３における算出部１３３は、ステップ（２）で入力されたＰとステップ（１）で入力された定数Ｖａ、Ｖｔ、ｈ、Ｌとを式（８）に入力して深さｄを算出する。
ステップ（４）において、演算回路１３における算出部１３４は、ステップ（２）で入力された距離Ｐの値とステップ（３）で算出された深さｄと定数Ｖａ、Ｖｔ、ｈ、Ｌとを式（１２）に入力し、理論超音波伝搬時間Ｔｋ（式（１２）ではＴａと表示されている）を算出する。
ステップ（５）において、演算回路１３は、測定回路１２から実際に測定した実測超音波伝搬時間Ｔａを入力する。演算回路１３は、ステップ（４）で算出された理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致するかどうかを判断する。一致する場合には、ステップ（７）へ、一致しない場合にはステップ（６）へ進む。
ステップ（６）において、演算回路１３は、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致しない場合、距離Ｐの値に所定の値（例えば数値１）を加算し、ステップ（３）へ進む。
ステップ（７）において、確定回路１４は、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致する場合、ステップ（３）で算出された深さｄを入力する。そして、入力されたｄを反射源の深さと確定する。すなわち、確定回路１４は、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致する値ｄを上記反射源７の試験体５表面からの深さと判断する。確定回路１４は、確定したｄの値を表示手段２０が有する表示画面１５に出力する。
ステップ（５）で、理論超音波伝搬時間Ｔｋと入力した実測超音波伝搬時間Ｔａとが一致するまで、図４における処理を繰り返す。
Ｐの値は通常０からスタートし、許容精度から決まる一定のピッチで変化していく。また、図中（４）項のＴａとＴｋとの比較も、その差が一定の範囲内であれば一致していると見なして以後の演算を停止し確定信号ｇを出力するようにしても構わない。
【００５２】
以上のように、超音波検査装置１００は、超音波を発生する振動子２を有する送信用探触子１と、超音波を受信する振動子４を有する受信用探触子３と、振動子２から発生した超音波が試験体５に入射する超音波入射点６と試験体５内部の反射源７の位置の一例である深さｄとの関係を算出し、振動子２から発生した超音波が振動子４に伝搬するまでの伝搬時間を計測し、算出された超音波入射点６の位置と反射源７の深さｄとの関係と計測された伝搬時間Ｔａとに基づいて、試験体５内部の反射源７の位置を検出する検出手段とを備えている。
また、上記検出手段は、振動子２から発生した超音波が振動子４に伝搬する伝搬経路における、振動子２から試験体表面までの超音波の伝搬時間と、試験体５表面から試験体５内部の反射源７までの超音波の伝搬時間と、反射源７から受信用探触子３までの超音波の伝搬時間と、受信用探触子３から振動子４までの超音波の伝搬時間との合計を上記伝搬時間Ｔａとして計測し、伝搬時間Ｔａと上記反射源７の試験体５表面からの深さｄとの関係を予め求めておき、上記計測された伝搬時間Ｔａから上記反射源７の試験体表面からの深さｄを求めて出力する出力手段の一例である表示画面１５を備えている。
【００５３】
以上のように、実施の形態１におけるＴＯＦＤ法による超音波検査装置１００は、送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され試験体内部の反射源７で反射した後、受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、試験体表面から反射源７までの深さｄとの関係を幾何学的に演算する手段を有し、送受信探触子間の伝搬時間から反射源の深さｄを精密に求めて出力するようにしたものである。
【００５４】
以上のように、実施の形態１における超音波検査装置１００は、超音波を発生する振動子２を有する送信用探触子１と、超音波を受信する振動子４を有する受信用探触子３と、スネルの法則と振動子２から発生した超音波が振動子４に伝搬するまでの伝搬時間とに基づいて、試験体５内部の反射源７の位置を検出する検出手段とを備えている。
【００５５】
以上のように、実施の形態１における超音波検査装置１００は、振動子２を有し上記振動子２から発生する超音波を試験体５に入射する送信用探触子１と、
振動子４を有し試験体５からの超音波を上記振動子４を用いて採取する受信用探触子３と、
上記送信用探触子１と上記受信用探触子３とに接続され送信用探触子１を電気的に駆動および受信用探触子３からの電気信号を検出する手段を備え、送受信探触子間での試験体５内部に存在する反射源７を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、反射源７の位置と大きさとの内少なくとも１つを把握する超音波探傷器９と
を用いたＴＯＦＤ法による超音波検査装置１００において、
上記送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され試験体５内部の反射源７で反射した後、上記受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、上記試験体５表面から反射源７までの深さとの関係を予め算出する演算回路１３と、
上記演算回路１３により予め算出された上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源７の深さとの関係に基づいて、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子の各々の振動子間の伝搬時間から、上記反射源７の深さを求めて出力する確定回路１４とを具備したことを特徴とする。
【００５６】
実施の形態２．
図５は、この実施の形態２を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置における反射源位置演算回路１３の構成図である。
図５において、１８は与えられた定数に従って入射点距離Ｐの変化による反射源深さｄ、伝搬時間Ｔｋの関係を一覧表にする計測テーブル作成回路である。作成したテーブルを記憶し、保持する計測テーブル記憶回路（記憶部の一例である）１９、計測テーブル１８１は、図３と同様である。演算回路１３は、計測テーブル作成回路１８、計測テーブル記憶回路１９を有している。計測テーブル作成回路１８は、計測テーブル１８１を有している。その他の構成は、図３と同様である。
【００５７】
この実施の形態２によれば図５に示した構成において、検査する装置の状態および試験体５に関して決まっている定数Ｖａ，Ｖｔ，ｈ，Ｌを入力し、各入射点距離Ｐ毎の伝搬時間Ｔｋと反射源深さｄを予め求めておけば、実測伝搬時間Ｔａに一番近いＴｋに該当する反射源深さｄを即座に計測テーブル１８１から得ることができることとなる。
演算回路１３は、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源７の深さとの関係を予め計算する。
計測テーブル作成回路１８は、上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源の深さｄとの関係を計測テーブル１８１として作成する。
計測テーブル記憶回路１９は、計測テーブル１８１を予めに記憶する。
演算回路１３は、上記計測テーブル１８１を用いることにより、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記反射源の深さを得る。
【００５８】
以上のように、実施の形態２におけるＴＯＦＤ法による超音波検査装置は、計測手段として幾何学的に求めた実施の形態１に係る送受信探触子間の伝搬時間と上記反射源の深さとの関係を予め計算した上で計測テーブルとして記憶しておき、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記反射源の深さが対応して直ぐ得られるようにしたものである。
【００５９】
実施の形態３．
図６は、この実施の形態３を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置における計測テーブルの一例を示す図である。
図６において、計測テーブル１８１は、表示位置、反射源深さ、入射点位置、試験体内伝搬距離、伝搬時間を項目に有している。表示位置は、表示画面１５の表示ドット数で表される。反射源深さは、ｄ（単位はｍｍ）で表される。入射点位置は、Ｐ（単位はｍｍ）で表される。試験体内伝搬距離は、Ｌｔ（単位はｍｍ）で表される。伝搬時間は、Ｔｋ（単位はμｓ）で表される。
計測テーブル１８１は、図５の計測テーブル記憶回路１９に保持されるものである。このテーブルにおいては、表示画面１５の表示ドットのピッチ毎に反射源深さｄを割り当て、それに対応した伝搬時間Ｔｋを演算してまとめたものとする。
【００６０】
図７は、実施の形態３における表示機能の説明図である。
図７において、送信用探触子１、受信用探触子３、試験体５、試験体内部に存在する反射源７（欠陥：Ｄ）は、図３と同様である。ＴＯＦＤ法において超音波が伝搬する波である、試験体表面を伝わる表面伝搬波（Ｗｓ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である試験体表面伝搬時間４５（Ｔｓ）、欠陥上端部からの回折波（Ｗｕ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である反射源上端回折伝搬時間４６（Ｔｕ）、欠陥下端部からの回折波（Ｗｌ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である反射源下端回折伝搬時間４７（Ｔｌ）、試験体底面から反射する底面反射波（Ｗｂ）に対応する送受信探触子間の超音波伝搬時間である試験体底面反射伝搬時間４８（Ｔｂ）は、図１４と同様である。
図７において、１６は表示画面上に表示された画像を示し、送受信探触子を紙面に垂直に走査した結果として、送受信探触子の走査方向１７に沿って試験体表面波の軌跡である試験体表面伝搬波表示５１、反射源上端回折波の軌跡である反射源上端回折波表示５２、反射源下端回折波の軌跡である反射源下端回折波表示５３、試験体底面波の軌跡である試験体底面反射波表示５４が表される。
【００６１】
上記超音波探傷器９は、所定の表示ドットを有する表示器の一例である表示画面１５を装備している。
上記計測テーブル１８１は、超音波探傷器９に装備されている表示画面１５の表示ドットのピッチを１データ基準として構成し、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応する上記反射源７の深さに比例するように上記表示ドットの位置を決定して計測テーブル記憶回路１９に記憶する。
上記超音波探傷器９における表示手段２０は、さらに、上記反射源７の深さが実際の試験体５内の深さに比例したスケールで上記表示画面１５に表示する。
【００６２】
この実施の形態３によれば、実測伝搬時間Ｔａに最も近い伝搬時間Ｔｋをテーブルから取り出すことによって、反射源深さｄを得るとともに表示画面１５に対する表示位置を即座に決めることができる。
【００６３】
その結果、検査個所に沿って探触子を走査させるＤ走査における欠陥検出段階での表示手法として図７に示すように、縦軸を試験体の厚さとし、欠陥（反射源）の深さと表示位置の関係が一致するようにすることが可能となる超音波検査装置を実現するものである。
【００６４】
以上のように、実施の形態３におけるＴＯＦＤ法による超音波検査装置は、実施の形態２に係る計測テーブル１８１が、超音波探傷器９に装備されている表示器の表示ドットのピッチ単位で構成され、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応して上記表示ドットを決定することにより、上記反射源の深さが実際の深さに比例したスケールで表示される画像表示手段を具備したものである。
【００６５】
実施の形態４．
実施の形態４では、上記各実施の形態における超音波検査装置１００の使用例、応用例を示す。超音波検査装置１００は、水平部材の反射源の位置を検出することはもちろんであるがその他にも使用できる。
図８は、管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
図８において、超音波検査装置１００、超音波探傷器９、送信用探触子１、受信用探触子３、探触子の走査方向１７は、上記各実施の形態と同様である。
図８においては、厚さｔを有する管を軸方向につなげるために周方向に溶接した場合に、溶接箇所に反射源７となる欠陥が存在するかを調べるため超音波検査装置１００を用いている例である。
送信用探触子１と受信用探触子３との中間位置に溶接箇所が来るように送信用探触子１と受信用探触子３とを配置する。配置後、上記各実施の形態で説明したように反射源の位置を検査する。１ヶ所の検査が済んだら探触子の走査方向１７に送信用探触子１と受信用探触子３とを移動し同様に反射源の位置を検査する。これを繰り返すことにより、管回り全体について反射源の存在と存在する場合に反射源の位置とを検査することができる。
【００６６】
また、超音波検査装置１００は、試験体（ここでは管）内部の欠陥を検査する以外にも試験体の厚さ（ここでは管の厚さｔ）を測定することもできる。超音波検査装置１００は、これに限るものではないが、例えば、厚さｔが５ｍｍ〜１００ｍｍの厚さを検出することができる。
【００６７】
図９は、管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
図９において、超音波検査装置１００、超音波探傷器９、送信用探触子１、受信用探触子３は、上記各実施の形態と同様である。
図９においては、管を周方向につなげるために半径方向に溶接した場合に、溶接箇所に反射源７となる欠陥が存在するかを調べるため超音波検査装置１００を用いている例である。
送信用探触子１と受信用探触子３との中間位置に溶接箇所が来るように送信用探触子１と受信用探触子３とを配置する。配置後、上記各実施の形態で説明したように反射源の位置を検査する。ここでは、送信用探触子１と受信用探触子３とが水平上に配置されていないが送信用探触子１と管の円との接線方向の角度γ１と受信用探触子３と管の円との接線方向の角度γ２とを考慮することで反射源の位置を検査することができる。
【００６８】
図１０は、海底障害物を超音波検査する例を示す図である。
図１０において、超音波検査装置１００、超音波探傷器９、送信用探触子１、受信用探触子３は、上記各実施の形態と同様である。
図１０においては、海面（水面）に送信用探触子１と受信用探触子３とを配置する。配置後、上記各実施の形態で説明したように反射源の位置を検査する。海底障害物も反射源となるため海底障害物の位置を検査することも可能である。
【００６９】
以上のように、上記各実施の形態における超音波検査装置１００は、超音波が伝搬するものと超音波の反射源と成り得るものとにより構成される試験体であれば反射源の位置、そして試験体の厚さ（深さ、所定方向の距離）を検出することができる。
【００７０】
以上のように、上記実施の形態における超音波検査装置１００は、超音波を試験体に入射する送信用探触子１および試験体５からの超音波を採取する受信用探触子３と、上記探触子に接続され送信用探触子１を電気的に駆動および受信用探触子３からの電気信号を検出する手段とを備え、送受信探触子間での試験体５内部に存在する反射源７である欠陥を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、欠陥の位置や大きさを定量的に把握する超音波探傷器９から構成されるＴＯＦＤ法による超音波検査装置において、上記送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され試験体５内部の反射源７で反射した後、上記受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、上記試験体５表面から反射源７までの深さとの関係をスネルの法則に従って幾何学的に算出する手段を具備し、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子の各々の振動子間の伝搬時間から、上記反射源７の深さを精密に求めて出力する演算計測手段を具備したことを特徴とする。
【００７１】
また、上記演算計測手段は、幾何学的に求めた上記送受信探触子の振動子間の伝搬時間と上記反射源７の深さとの関係を予め計算して計測テーブル１８１として記憶しておき、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応して上記反射源７の深さが直接得られるようにしたことを特徴とする。
【００７２】
また、上記計測テーブル１８１は、超音波探傷器９に装備されている表示器の表示ドットのピッチを１データ基準として構成され、超音波探傷器９で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間に対応する上記表示ドットの位置を決定することにより、上記反射源７の深さが実際の試験体内の深さに比例したスケールで表示される表示手段２０を具備したことを特徴とする。
【００７３】
以上のように、上記実施の形態は、上記送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され、試験体内部の反射源（欠陥）７で反射した後、上記受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と試験体表面から上記反射源７までの深さとの関係を計算する手段を具備し、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から、上記反射源の深さを正確に求めて出力する演算計測手段を備えることにより、高精度のＴＯＦＤ法による超音波検査装置を提供するものである。
【００７４】
以上のように、上記実施の形態は、送受探触子間の試験体内部に存在する反射源である欠陥を経由して伝搬する超音波の伝搬時間から、欠陥の位置や大きさを定量的に把握する超音波検査装置において、探触子の位置によって超音波の入射角や屈折角が変化した場合でも送信用探触子から出た超音波が試験体に入射され試験体内部の反射源で反射した後、受信用探触子に到るまでの伝搬時間と、試験体表面から反射源までの深さとの関係を正確に求めて出力するＴＯＦＤ法による超音波検査装置を提供する。その手段は、送信用探触子１の振動子２から出た超音波が試験体５に入射され、試験体内部の反射源７で反射した後、受信用探触子３の振動子４に到るまでの伝搬時間と、試験体表面から反射源までの深さとの関係を幾何学的に演算する手段を有し、送受信探触子間の伝搬時間から反射源の深さを精密に求めて出力する。
【００７５】
以上の説明において、各実施の形態の説明において「〜部」として説明したもの、測定回路１２、演算回路１３、確定回路１４は、一部或いはすべてコンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。
これらのプログラムは、例えば、Ｃ言語により作成することができる。或いは、ＨＴＭＬやＳＧＭＬやＸＭＬを用いても構わない。或いは、ＪＡＶＡ（登録商標）を用いて画面表示を行っても構わない。
また、各実施の形態の説明において「〜部」、測定回路１２、演算回路１３、確定回路１４として説明したものは、ＲＯＭに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェア或いは、ハードウェア或いは、ソフトウェアとハードウェアとファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。
また、上記各実施の形態を実施させるプログラムは、また、磁気ディスク装置、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｄｉｓｋ）、光ディスク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のその他の記録媒体による記録装置を用いても構わない。
また、表示画面１５は、ＣＲＴ表示装置、ＬＣＤ表示装置、その他の表示装置、プリンタ装置８７等の出力装置を用いても構わない。
また、図２において、超音波探傷器９は、表示画面１５上のタッチパネルによる入力手段と入力ボタンとポインタのスクロール等を行なう矢印キー等を有しているが、マウス、キーボード等の入力装置を備えていても構わない。
【００７６】
【発明の効果】
この発明によれば、送信用探触子内の振動子から出た超音波ビームが試験体内の反射源を経て受信用探触子内の振動子に到るまでの経路を幾何学的に求めた式から厳密に計算するようにしたことにより、反射源の深さや大きさを少ない誤差で正確に把握することができるようになる。
【００７７】
また、この発明によれば、予め超音波伝搬時間と反射源深さの関係を計算して表にまとめておく計測テーブルは、超音波探傷器に装備されている表示器の表示ドットのピッチ単位で構成され、超音波探傷器で検出した上記送受信探触子間の伝搬時間から上記表示ドットを決定することにより、上記反射源の深さが実際の深さに比例したスケールで表示されるため、試験体の内部状態を視認性良く正確に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１における反射源位置の演算機能を説明する原理図である。
【図２】  超音波検査装置の外観図である。
【図３】  この実施の形態１を示すＴＯＦＤ法による超音波検査装置の構成図である。
【図４】  反射源位置演算回路の動作説明図である。
【図５】  実施の形態２における反射源位置演算回路の構成図である。
【図６】  実施の形態３における反射源位置演算回路における計測テーブルの一例である。
【図７】  実施の形態３における表示機能の説明図である。
【図８】  管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
【図９】  管の胴部を超音波検査する例を示す図である。
【図１０】  海底障害物を超音波検査する例を示す図である。
【図１１】  ＴＯＦＤ法による超音波ビームの伝搬経路を示す図である。
【図１２】  従来のＴＯＦＤ法における超音波ビームの伝搬時間と反射源位置の関係を説明する図である。
【図１３】  ＴＯＦＤ法における受信波形と伝搬時間の関係を示す図である。
【図１４】  従来のＴＯＦＤ法による超音波検査装置における表示機能の説明図である。
【符号の説明】
１  送信用探触子、２  振動子、３  受信用探触子、４  振動子、５  試験体、６  超音波入射点、７  反射源、８  超音波入射点、９  超音波探傷器、１０送信回路、１１  受信回路、１２  測定回路、１３  演算回路、１４  確定回路、１５  表示画面、１６  表示画像、１７  探触子の走査方向、１８  計測テーブル作成回路、１９  計測テーブル記憶回路、２０  表示手段、２１  距離（Ｌｏ）、２２  高さ（ｈ）、２３  距離（Ｌｘ）、２４  反射源の深さ（ｄ）、２５  距離（Ｌ）、２６  距離（Ｐ）、２７  入射角度（αｐ）、２８  屈折角度（θｐ）、２９  縦波音速（Ｖａ）、３０  縦波音速（Ｖｔ）、３１  水平距離（２Ｓ）、３２  水平距離（Ｓ）、３３  水平距離（Ｘ）、３４  伝搬距離（Ｌａｔ）、３５  伝搬距離（Ｌｔｔ）、３６  伝搬距離（Ｌｔｒ）、３７  伝搬距離（Ｌａｒ）、３８  伝搬時間（Ｔａ）、４１  試験体表面伝搬波（Ｗｓ）、４２  反射源上端回折波（Ｗｕ）、４３  反射源下端回折波（Ｗｌ）、４４  試験体底面反射波（Ｗｂ）、４５  試験体表面伝搬時間（Ｔｓ）、４６  反射源上端回折伝搬時間（Ｔｕ）、４７  反射源下端回折伝搬時間（Ｔｌ）、４８  試験体底面反射伝搬時間（Ｔｂ）、５１  試験体表面伝搬波表示、５２  反射源上端回折波表示、５３  反射源下端回折波表示、５４  試験体底面反射波表示、１００  超音波検査装置、１３３，１３４  算出部、１８１計測テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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