(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に超音波を送信し前記検査対象で反射した超音波を受信する第１の方向に沿って配された複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブと、
前記複数の超音波素子のそれぞれに超音波を発生する振動を生ぜしめる電位差を印加可能な電位差印加部と、
前記検査対象の表面に沿った第１プローブ設置位置において前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第１のディジタル超音波波形データ、および前記第１プローブ設置位置と重畳する領域を含む第２プローブ設置位置において前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第２のディジタル超音波波形データを記憶する信号処理情報記憶部と、
前記超音波アレイプローブの設置位置に関する設置位置情報データを外部から受け入れる入力部と、
前記第１のディジタル超音波波形データ、前記第２のディジタル超音波波形データ、および前記検査対象の前記設置位置情報データを受け入れて、前記検査対象の表面形状である取得形状を算出する表面形状演算部と、
前記表面形状演算部が算出した前記取得形状を受け入れて、超音波を、焦点に集束して照射および受信するための遅延時間を算出し、前記遅延時間を出力する遅延時間演算部と、
前記遅延時間を前記遅延時間演算部より受け入れ、前記超音波素子が受信した超音波波形を受け入れ、前記遅延時間にしたがって前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化されたディジタル超音波波形データを時間軸移動して、合成信号を得る、合成演算部と、
前記第１の方向に互いにずれた前記超音波アレイプローブの前記第１プローブ設置位置と前記第２プローブ設置位置との前記重畳する領域における重畳画像を得るための条件を設定する重畳領域調整部と、
前記合成演算部により演算された前記合成信号および前記設定された条件に基づいて前記重畳する領域を含む前記第１プローブ設置位置および前記第２プローブ設置位置に対応する探傷画像用データを生成する統合画像演算部と、
を備え、
前記重畳領域調整部は、前記遅延時間演算部が前記遅延時間の算出に用いる前記表面形状を、前記表面形状演算部により算出された前記第１プローブ設置位置における第１取得形状および前記第２プローブ設置位置における第２取得形状を用いて調整形状を算出し前記遅延時間演算部に出力する、あるいは、前記第１取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第１統合画像と前記第２取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第２統合画像の両者に基づき、いずれかを調整画像として選択する方法、両者を用いて前記調整画像を算出する方法のいずれかにより設定する、
ことを特徴とするリニアスキャン超音波探傷装置。
【請求項２】
前記重畳領域調整部は、前記重畳する領域について、
前記第１プローブ設置位置において得られた第１の合成波形および前記第２プローブ設置位置において得られた第２の合成波形を用いて前記重畳画像を作成することを特徴とする請求項１に記載のリニアスキャン超音波探傷装置。
【請求項３】
前記第２プローブ設置位置は、前記重畳する領域における前記第２の合成波形の超音波ビーム伝搬経路が、当該重畳する領域における前記第１の合成波形の前記超音波ビーム伝搬経路と重なるような位置に設定されることを特徴とする請求項２に記載のリニアスキャン超音波探傷装置。
【請求項４】
前記重畳領域調整部は、前記第１のディジタル超音波波形データおよび前記第２のディジタル超音波波形データに基づいて前記第１取得形状および前記第２取得形状を得ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のリニアスキャン超音波探傷装置。
【請求項５】
前記第１取得形状および前記第２取得形状を得て前記表面形状演算部に出力する形状取得部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のリニアスキャン超音波探傷装置。
【請求項６】
前記超音波アレイプローブを、前記検査対象を探傷する複数のプローブ設置位置に位置決めし、前記複数のプローブ設置位置間を移動駆動するアレイプローブ駆動装置をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のリニアスキャン超音波探傷装置。
【請求項７】
前記超音波アレイプローブは、前記第１の方向および前記第１の方向とは異なる第２の方向に２次元的に配列された複数の超音波素子を有し、
前記第１の方向および前記検査対象の深さ方向に垂直な前記第２の方向に拡がる平面上の奥行き方向深さ画像データを生成する奥行き画像演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のリニアスキャン超音波探傷装置。
【請求項８】
検査対象の表面に沿った第１プローブ設置位置において、複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第１のディジタル超音波波形データを信号処理情報記憶部が記憶する第１ディジタル超音波波形データ取得ステップと、
前記第１プローブ設置位置と重畳する領域を含む第２プローブ設置位置において、前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第２のディジタル超音波波形データを前記信号処理情報記憶部が記憶する第２ディジタル超音波波形データ取得ステップと、
入力部が、前記超音波アレイプローブの設置位置に関する設置位置情報データを受け入れる位置情報受け入れステップと、
表面形状演算部が、前記第１のディジタル超音波波形データ、前記第２のディジタル超音波波形データ、および前記検査対象の前記設置位置情報データを受け入れて、前記検査対象の表面形状である取得形状を算出する取得形状算出ステップと、
前記重畳する領域における画像データの作成のための条件を重畳領域調整部が設定する条件設定ステップと、
遅延時間演算部が、前記表面形状演算部が算出した前記取得形状を受け入れて、超音波を、焦点に集束して照射および受信するための遅延時間を算出し、前記遅延時間を出力する遅延時間演算ステップと、
合成演算部が、前記遅延時間を前記遅延時間演算部より受け入れ、前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化されたディジタル超音波波形データを受け入れ、前記遅延時間にしたがって。前記ディジタル超音波波形データを時間軸移動して、合成信号を得る合成演算ステップと、
前記合成演算ステップで得られた前記合成信号および前記設定された条件に基づいて前記重畳する領域を含む前記第１プローブ設置位置および前記第２プローブ設置位置に対応する探傷画像データを統合画像演算部が演算する画像データ作成ステップと、
を有し、
前記条件設定ステップは、前記重畳領域調整部が、前記遅延時間演算部が前記遅延時間の算出に用いる前記表面形状を、前記表面形状演算部により算出された前記第１プローブ設置位置における第１取得形状および前記第２プローブ設置位置における第２取得形状を用いて調整形状を算出し前記遅延時間演算部に出力する、あるいは、前記第１取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第１統合画像と前記第２取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第２統合画像の両者に基づき、いずれかを調整画像として選択する方法、両者を用いて前記調整画像を算出する方法のいずれかにより設定する、
ことを特徴とするリニアスキャン超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、リニアスキャン超音波探傷装置およびリニアスキャン超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷試験（ＵＴ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）は、非破壊で構造材の表面および内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術となっている。小型の超音波送受信用の超音波素子として圧電素子を並べ、圧電素子ごとにタイミング（遅延時間）をずらして超音波を発信することにより任意の波形を形成できるフェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ：Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  ＵＴ）は、工業用途でも広く用いられている。フェーズドアレイ超音波探傷技術は、所定の角度しか超音波を発信できない単眼プローブに比べ、１回の探傷で広範囲を探傷したり、複数の角度で探傷したり、複雑形状に対応したりすることができる可能性がある。このため、フェーズドアレイ超音波探傷技術は、作業工数を低減することが可能な点が大きな魅力となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８８９７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リニアスキャン法においては、フェーズドアレイで一定方向に超音波ビームを形成しながら、駆動させる素子を電子走査させていく。このリニアスキャン法を用いる場合、アレイプローブのチャンネル数が多いほど、得られるリニアスキャン結果の深さ方向画像の面積が広く、より明瞭な評価が可能となる。
【０００５】
しかし、プローブ設置位置の制限などから素子数の少ないアレイプローブを用いざるを得ない場合は、評価に十分な面積のリニアスキャン結果が得られない。そのため、アレイプローブを中心にしてビームを扇状に走査するセクタスキャンでの運用が主体となる。セクタスキャンの場合、例えば異方性を持った材料などでは、ビームを走査する角度によって音速が異なってくるため、揃った角度で測定が可能なリニアスキャンの方が有効な場合がある。
【０００６】
そこで本発明の実施形態では、広範囲のリニアスキャンを可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置は、検査対象に超音波を送信し前記検査対象で反射した超音波を受信する第１の方向に沿って配された複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブと、前記複数の超音波素子のそれぞれに超音波を発生する振動を生ぜしめる電位差を印加可能な電位差印加部と、前記検査対象の表面に沿った第１プローブ設置位置において前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第１のディジタル超音波波形データ、および前記第１プローブ設置位置と重畳する領域を含む第２プローブ設置位置において前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第２のディジタル超音波波形データを記憶する信号処理情報記憶部と、前記超音波アレイプローブの設置位置に関する設置位置情報データを外部から受け入れる入力部と、前記第１のディジタル超音波波形データ、前記第２のディジタル超音波波形データ、および前記検査対象の前記設置位置情報データを受け入れて、前記検査対象の表面形状である取得形状を算出する表面形状演算部と、前記表面形状演算部が算出した前記取得形状を受け入れて、超音波を、焦点に集束して照射および受信するための遅延時間を算出し、前記遅延時間を出力する遅延時間演算部と、前記遅延時間を前記遅延時間演算部より受け入れ、前記超音波素子が受信した超音波波形を受け入れ、前記遅延時間にしたがって前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化されたディジタル超音波波形データを時間軸移動して、合成信号を得る、合成演算部と、前記第１の方向に互いにずれた前記超音波アレイプローブの前記第１プローブ設置位置と前記第２プローブ設置位置との前記重畳する領域における重畳画像を得るための条件を設定する重畳領域調整部と、前記合成演算部により演算された前記合成信号および前記設定された条件に基づいて前記重畳する領域を含む前記第１プローブ設置位置および前記第２プローブ設置位置に対応する探傷画像用データを生成する統合画像演算部と、を備え、前記重畳領域調整部は、前記遅延時間演算部が前記遅延時間の算出に用いる前記表面形状を、前記表面形状演算部により算出された前記第１プローブ設置位置における第１取得形状および前記第２プローブ設置位置における第２取得形状を用いて調整形状を算出し前記遅延時間演算部に出力する、あるいは、前記第１取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第１統合画像と前記第２取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第２統合画像の両者に基づき、いずれかを調整画像として選択する方法、両者を用いて前記調整画像を算出する方法のいずれかにより設定する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法は、検査対象の表面に沿った第１プローブ設置位置において、複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第１のディジタル超音波波形データを信号処理情報記憶部が記憶する第１ディジタル超音波波形データ取得ステップと、前記第１プローブ設置位置と重畳する領域を含む第２プローブ設置位置において、前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化された第２のディジタル超音波波形データを前記信号処理情報記憶部が記憶する第２ディジタル超音波波形データ取得ステップと、入力部が、前記超音波アレイプローブの設置位置に関する設置位置情報データを受け入れる位置情報受け入れステップと、表面形状演算部が、前記第１のディジタル超音波波形データ、前記第２のディジタル超音波波形データ、および前記検査対象の前記設置位置情報データを受け入れて、前記検査対象の表面形状である取得形状を算出する取得形状算出ステップと、前記重畳する領域における画像データの作成のための条件を重畳領域調整部が設定する条件設定ステップと、遅延時間演算部が、前記表面形状演算部が算出した前記取得形状を受け入れて、超音波を、焦点に集束して照射および受信するための遅延時間を算出し、前記遅延時間を出力する遅延時間演算ステップと、合成演算部が、前記遅延時間を前記遅延時間演算部より受け入れ、前記超音波アレイプローブにより得られディジタル化されたディジタル超音波波形データを受け入れ、前記遅延時間にしたがって。前記ディジタル超音波波形データを時間軸移動して、合成信号を得る合成演算ステップと、前記合成演算ステップで得られた前記合成信号および前記設定された条件に基づいて前記重畳する領域を含む前記第１プローブ設置位置および前記第２プローブ設置位置に対応する探傷画像データを統合画像演算部が演算する画像データ作成ステップと、を有し、前記条件設定ステップは、前記重畳領域調整部が、前記遅延時間演算部が前記遅延時間の算出に用いる前記表面形状を、前記表面形状演算部により算出された前記第１プローブ設置位置における第１取得形状および前記第２プローブ設置位置における第２取得形状を用いて調整形状を算出し前記遅延時間演算部に出力する、あるいは、前記第１取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第１統合画像と前記第２取得形状を用いて前記統合画像演算部により生成された第２統合画像の両者に基づき、いずれかを調整画像として選択する方法、両者を用いて前記調整画像を算出する方法のいずれかにより設定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、広範囲のリニアスキャンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置におけるアレイプローブ駆動装置の構成を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の形状取得部の例を示す縦断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の形状取得部の例を示す側面図である。
【図５】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。
【図６】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波アレイプローブと平板状の検査対象との第１の組み合わせを示す縦断面図である。
【図７】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波アレイプローブと平板状の検査対象との第２の組み合わせを示す縦断面図である。
【図８】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波アレイプローブと平板状の検査対象との第３の組み合わせを示す縦断面図である。
【図９】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における超音波の各送受信の状態を示す、左側は、ブロック図、右側は、第１の圧電素子から送信した場合の各圧電素子での受信信号を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における超音波の各送受信の状態を示す、左側は、ブロック図、右側は、第２の圧電素子から送信した場合の各圧電素子での受信信号を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における超音波の各送受信の状態を示す、左側は、ブロック図、右側は、第Ｎの圧電素子から送信した場合の各圧電素子での受信信号を示す図である。
【図１２】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における超音波の送信受信の状態を示す、左側は、ブロック図、右側は、エコー波形の一部を示す波形図である。
【図１３】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における超音波の送信および受信時の遅延時間を説明する波形図である。
【図１４】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法によるエコーの合成波形を示す波形図である。
【図１５】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波の進行方向を説明するための概念的な縦断面図である。
【図１６】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷結果の例を示す長手方向深さ探傷画像である。
【図１７】超音波アレイプローブの２つの設置位置で検査対象の表面形状データが得られた場合の画像の統合を説明する概念的な縦断面図である。
【図１８】重畳領域調整部の機能を説明するブロック図である。
【図１９】超音波アレイプローブの２つの設置位置で検査対象の表面形状データが得られた場合の画像の統合に関して超音波の進行状態を示す概念的な縦断面図である。
【図２０】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第１の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。
【図２１】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第２の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。
【図２２】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第３の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。
【図２３】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第４の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。
【図２４】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第５の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。
【図２５】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による曲面状の表面を有する検査対象についての第１の探傷方法を説明する概念的な縦断面図である。
【図２６】第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による曲面状の表面を有する検査対象についての第２の探傷方法を説明する概念的な縦断面図である。
【図２７】第２の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２８】第２の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による長手方向、奥行方向深さ探傷画像の第１の例を概念的に示す説明図である。
【図２９】第２の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による長手方向、奥行方向深さ探傷画像の第２の例を概念的に示す説明図である。
【図３０】第２の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置によるノズルの探傷を説明する概念図である。
【図３１】ノズルの周方向の探索の場合を示す概念的な説明図である。
【図３２】ノズルの軸方向の探索の場合を示す概念的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置、およびリニアスキャン超音波探傷方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。リニアスキャン超音波探傷装置１００は、超音波アレイプローブ１０、アレイプローブ駆動装置８０、形状取得部９０、および監視盤１１０を有する。超音波アレイプローブ１０と監視盤１１０とは、伝送部１０ａで結ばれている。また、形状取得部９０は監視盤１１０の入力部７０に接続されている。リニアスキャン超音波探傷装置１００は、検査対象１に内在する欠陥２を非破壊的に検出することを目的としている。
【００１３】
超音波アレイプローブ１０は、複数（Ｎ個）の超音波素子１１およびこれらを保持する保持部１２を有する。超音波素子１１は、互いに所定の間隔である素子ピッチにしたがって長手方向に１次元的に配列されている。
【００１４】
超音波素子１１は、セラミクス製や複合材料、またはそれ以外の材料の圧電効果により超音波を発生することができる圧電素子や高分子フィルムによる圧電素子またはそれ以外の超音波を発生できる機構、超音波をダンピングするダンピング材、超音波の発振面に取り付けられた前面板の一部、または全てを有する構成とし、一般的に超音波探触子と称されるものとする。
【００１５】
超音波素子１１は、電位差を印加すると超音波を発するとともに、超音波を受けると電圧信号を発生させる。したがって、超音波素子１１は、超音波の発信機能とともに受信機能も有する。
【００１６】
なお、超音波アレイプローブ１０が、１次元的に配列されている超音波素子１１を有する例を説明したが、これに限定されない。たとえば、リニアアレイプローブの奥行き方向に圧電素子を不均一な大きさで分割した１．５次元アレイプローブ、圧電素子が２次元的に配列されたマトリクスアレイプローブ、リング状の圧電素子が同心円状に配列されたリングアレイプローブ、リングアレイプローブの圧電素子を周方向で分割した分割型リングアレイプローブ、圧電素子が不均一に配置された不均一アレイプローブ、円弧の周方向位置に素子を配置した円弧状アレイプローブ、球面の表面に素子を配置した球状アレイプローブなどでもよい。
【００１７】
また、これらのアレイプローブを、種類を問わずに複数組合せて使用する所謂タンデム探傷でもよい。また上記のアレイプローブはコーキングやパッキングにより気中、水中を問わず利用できるものも含まれる。
【００１８】
検査対象１の検査時に、超音波アレイプローブ１０と検査対象１との間に、楔ともよばれる音響伝搬媒質５が設けられている。音響伝搬媒質５は、指向性の高い角度で超音波を検査対象１へ入射するためのものである。音響伝搬媒質５としては、超音波が伝搬可能で音響インピーダンスが把握できている等方材を用いる。なお、検査対象１の面が平坦である場合などでは、音響伝搬媒質５は使用しなくともよい。
【００１９】
音響伝搬媒質５として用いる等方材としては、たとえば、アクリル、ポリイミド、ゲル、その他高分子などがある。超音波素子１１の前面板（図示せず）と音響インピーダンスが近い、もしくは同じ材質を用いることもできるし、検査対象１と音響インピーダンスが近い、もしくは同じ材質を用いることもできる。また、段階的もしくは漸次的に音響インピーダンスを変化させる複合材料でもよい。
【００２０】
また、音響伝搬媒質５内の多重反射波が探傷結果に影響を与えないように、音響伝搬媒質５内外にダンピング材を配置したり、山型の波消し形状を設けたり、多重反射低減機構を有する場合もある。なお、以下の説明では、超音波アレイプローブ１０から検査対象１へ超音波を入射させる際の説明図において音響伝搬媒質５の表示を省略している場合もある。
【００２１】
超音波アレイプローブ１０から検査対象１に至る経路の接触部、すなわち、超音波アレイプローブ１０と音響伝搬媒質５との接触部、および音響伝搬媒質５と検査対象１との接触部、あるいは、音響伝搬媒質５を使用しない場合の超音波アレイプローブ１０と検査対象１との接触部には、超音波を伝搬させるために音響接触媒質（図示せず）が用いられる。音響接触媒質５は、例えば水やグリセリン、マシン油、ひまし油、アクリル、ポリスチレン、ゲル等、超音波を伝搬できる媒質である。
【００２２】
図２は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置におけるアレイプローブ駆動装置の構成を示す斜視図である。図２においては、形状取得部９０の図示を省略している。
【００２３】
リニアスキャン超音波探傷装置１００の超音波アレイプローブ１０が、検査対象１上に設置されている。アレイプローブ駆動装置８０が、超音波アレイプローブ１０を駆動する。アレイプローブ駆動装置８０は、超音波アレイプローブ１００を、検査対象１の探傷のための所定の設置位置に固定支持する。また、複数の設置位置で探勝する際の、設置位置間の移動駆動を行う。移動の際は、基本的に、超音波の受発信は停止している。
【００２４】
アレイプローブ駆動装置８０は、駆動軸８２、第１支持部８３、第１支持部駆動軸８３ａ、第１支持部駆動部８３ｂ、第２支持部８４、第２支持部駆動軸８４ａ、第２支持部駆動部８４ｂ、およびこれらを支持する架構８１を有する。
【００２５】
今、説明のための座標軸を設定する。具体的には、超音波アレイプローブ１０の長手方向をｘ方向（第１の方向）、超音波アレイプローブ１０から検査対象１に向かう深さ方向をｚ方向、ｘ方向およびｚ方向に垂直な奥行き方向をｙ方向（第２の方向）とする。以下、検査対象１は、その広い側の一方の表面をｘｙ平面に沿うような方向に設置されているものとして説明する。
【００２６】
超音波アレイプローブ１０は、ｚ方向に延びた駆動軸８２の一端にパッド８２ａを介して結合している。駆動軸８２が直接に超音波アレイプローブ１０と結合可能であれば、パッド８２ａは不要である。駆動軸８２は、ｘ方向に延びた第１支持部８３とｙ方向に延びた第２支持部８４の交わる部分で、ｘ方向およびｙ方向に拘束されるように支持されている。駆動軸８２は、軸方向すなわちｚ方向に移動可能である。
【００２７】
第１支持部８３は、棒状にｙ方向に延びた第１支持部駆動軸８３ａを介して第１支持部駆動部８３ｂによってｙ方向に移動可能である。第２支持部８４は、棒状にｘ方向に延びた第２支持部駆動軸８４ａを介して第２支持部駆動部８４ｂによってｘ方向に移動可能である。第１支持部８３と第２支持部８４とが互いに交わる部分においては、第１支持部８３と第２支持部８４とが互いにスライド可能である。なお、第１支持部８３と第２支持部８４とが互いに交わる部分が一定箇所、すなわち互いにある箇所で固定していて、全体が平行移動することでもよい。
【００２８】
監視盤１１０は、図１に示すように、受発信部２０、演算部３０、記憶部４０、制御部５０、表示部６０および入力部７０を有する。
【００２９】
受発信部２０は、電位差印加部２１、入り切り部２２、およびＡＤ変換部２３を有する。電位差印加部２１は、電位差を印加可能に接続された超音波素子１１に対して、超音波素子１１に振動を生ぜしめる電位差を印加する。
【００３０】
入り切り部２２は、制御部５０からの指令に基づいて、超音波素子１１の１つまたは複数について、電位差印加部２１に接続される状態と電位差印加部２１に接続されない状態、すなわち、電位差を印加した状態と印加しない状態との間の相互の切り替え、すなわち電位差の印加の入り切りを行う。１つの超音波素子１１から送信して、各超音波素子１１がその反射波を受信し、減衰すれば、次の超音波素子１１からの送信が行われても、前回との識別が可能である。したがって、超音波アレイプローブ１０がある設置場所において固定されている場合、入り切り部２２による入り切りの間隔は、電子回路で自動的に実施できるので、たとえば、それぞれの超音波素子１１の送信間隔を０．１秒程度とすれば、Ｎ＝２０の場合で、その設置場所での送受信時間は２秒程度と言うことになる。
【００３１】
ＡＤ変換部２３は、超音波素子１１のそれぞれが受信した信号（エコー信号）のディジタル化を行い、ディジタル超音波波形として記憶部４０に出力する。
【００３２】
なお、電位差印加部２１は、入り切り部２２によって導通された超音波素子１１に対して、任意波形の電位差、電圧を印加させる機能を有している。印加電圧の波形は、正弦波、のこぎり波、矩形波、スパイクパルス等が考えられ、正負両極の値をもついわゆるバイポーラでもよいし、正負どちらか一方のユニポーラでもよい。また、正負どちらかにオフセットを付加してもよい。また、波形は単パルス、バーストもしくは連続波など印加時間や繰り返し波数を増減させることもできる。
【００３３】
演算部３０は、設置位置演算部３１、表面形状演算部３２、遅延時間演算部３３、合成演算部３４、統合画像演算部３５、および重畳領域調整部３６を有する。
【００３４】
設置位置演算部３１は、検査対象１と超音波アレイプローブ１０との相対位置を演算する。ここで、相対位置とは検査対象１と超音波アレイプローブ１０との間の相対的な位置である。具体的には、アレイプローブ長手方向をｘ軸とした座標軸（図２）を設定した場合の、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれにおける間隔、あるいは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸それぞれの周りの回転角度差などである。
【００３５】
これらの座標および角度に関わる設置位置情報データは、後述する記憶部４０の信号処理情報記憶部４１あるいは設置位置情報記憶部４２に保存されており、設置位置演算部３１は、これらから設置位置情報データを読み出し、検査対象１と超音波アレイプローブ１０との相対位置を演算する。
【００３６】
表面形状演算部３２は、超音波アレイプローブ１０の設置位置近傍の検査対象１の表面形状を演算する。表面形状の演算に当たっては、必要な情報を外部から得る必要がある。
【００３７】
表面形状演算部３２が検査対象１の表面形状を算出するための情報源は、基本的に、設置位置演算部３１と同様である。すなわち、第１は、形状取得部９０によって取得され、設置位置情報記憶部４２に保存された形状情報データである。また、第２は、信号処理情報記憶部４１に保存されたディジタル超音波波形データ（エコー波形信号データ）に含まれる表面波に関する情報である。これらのいずれか、あるいは両者を用いて、表面形状演算部３２は、検査対象１の表面形状である取得形状を算出する。
【００３８】
図３は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の形状取得部の例を示す縦断面図である。また、図４は、図３の装置の側面図である。形状取得部９０は、検査対象１の表面形状に関する情報、および検査対象１と超音波アレイプローブ１０との位置関係に関する情報を取得するために設けられている。
【００３９】
図３、図４は、形状取得部９０として、２つのカメラ８が、超音波アレイプローブ１０の保持部１２の端部に取り付けられている場合を示している。カメラ８の映像信号は、入力部７０に受け入れられて、設置位置情報記憶部４２に保存される。
【００４０】
なお、カメラ８の設置台数は２台に限らず、１台あるいは３台以上でもよい。また、カメラ８は、保持部１２の他の位置に設けてもよいし、あるいは、超音波アレイプローブ１０以外、たとえば、アレイプローブ駆動装置８０の駆動軸８２あるいはその他の部分に取付けてもよい。２台のカメラ８によるステレオ視等を用いれば、複数画像の特徴量が画角のどの位置に存在するかで、撮像前後での位置関係が推定できる。また、画角の範囲から超音波アレイプローブ１０と検査対象１がどれだけ離れているかの計測も可能となる。
【００４１】
その他、形状取得部９０として、規定ピッチで駆動可能なスキャナや、エンコーダを用いてもよい。これらを用いることにより、基準となる開始位置から超音波アレイプローブ１０がどれだけ移動したかが判別できる。これらの形状取得部９０により取得された形状情報データは、入力部７０により読み込まれ、設置位置情報記憶部４２に保存される。あるいは、既存の図面等の形状情報データを、入力部７０が読み込んで設置位置情報記憶部４２が保存することでもよい。なお、形状情報データは、検査対象１の表面形状に関する情報を含んでいる。
【００４２】
設置位置演算部３１および表面形状演算部３２は、設置位置情報記憶部４２から必要な形状情報データを読み出して、それぞれ、設置位置の演算および表面形状の演算を行い、取得形状を得る。
【００４３】
あるいは、超音波アレイプローブ１０から照射した超音波により生じ、信号処理情報記憶部４１に保存されたディジタル超音波波形データを用いてもよい。図６ないし図８を引用して後述するように、検査対象１の厚さに傾きがある場合は、均一な平板であれば各超音波素子１１で共通した伝搬パスになるはずのエコーに時間差が生じる。このため、音響伝搬媒質５の音速と遅れ時間の積で圧電素子間にどの程度距離差が発生しているかが判定できる。同様に平板に設置した超音波アレイプローブがどのような傾きを持つかも測定が可能である。
【００４４】
また、ディジタル超音波波形データに含まれる表面エコーに関する情報を用いれば、検査対象１と超音波アレイプローブ１０との間の距離の分布を算出できる。表面形状演算部３２は、信号処理情報記憶部４１からディジタル超音波波形データを読み出し、検査対象１の表面形状である取得形状を演算できる。
【００４５】
以上のように、記憶部４０の信号処理情報記憶部４１に保存されたディジタル超音波波形データ、設置位置情報記憶部４２に保存された形状情報データのいずれか、あるいは両者を、必要に応じて読み出して、設置位置演算部３１は設置位置の演算を、また、表面形状演算部３２は、取得形状を得るための演算を行う。
【００４６】
遅延時間演算部３３は、超音波ビームを、焦点に集束して照射および受信するための遅延時間を演算する。実際に複数の超音波素子１１を時間差で照射する場合には、この遅延時間に基づいて、入り切り部２２は切り替えを行い、それぞれの超音波素子１１を、電圧印加状態とする。また、超音波素子１１を個別に駆動する場合には、後述する合成演算部３４が、この遅延時間を加味した上で各ディジタル超音波波形の合成を行う。
【００４７】
遅延時間演算部３３は、超音波アレイプローブ１０と検査対象１との相対位置関係（座標軸方向の差と角度差）、探傷屈折角β、フォーカス深さ（焦点）、検査対象１についての取得形状、音響伝搬媒質５および検査対象１における音速に基づいて、遅延時間を算出する。
【００４８】
この際、検査対象１についての取得形状が一般的な平面や傾いた平面でなく曲率や凹凸部があっても、それを考慮した幾何計算を行うこともできる。検査対象１の表面形状は、前述のように、表面形状演算部３２が、超音波素子１１から発せられた超音波の伝搬時間を用いて計算してもよいし、既存の図面等の形状情報データを読み込むことでもできる。また、カメラやレーザ距離計等の形状取得部９０を、超音波アレイプローブ１０に付属させたり、その近くに別途設けたりしてもよい。また、遅延時間自体、予め計算してあるものを読み込んで使用することもできる。
【００４９】
検査対象１を検査するにあたって、たとえば、検査対象１の領域ごとに検査する場合があり、超音波アレイプローブ１０が有する全ての超音波素子１１を使用するのではなく、その一部の超音波素子１１を同じグループとして同時に用い、グループを順次移動する場合がある。このように、同じグループに用いられる超音波素子１１のことを、前述のように、駆動素子群と呼ぶこととする。なお、駆動素子群が、超音波アレイプローブ１０内の全超音波素子１１の場合であってもよい。
【００５０】
また、遅延時間演算部３３は、受信側のタイミングをずらすための遅延時間も同様に計算する。遅延時間は、設定された焦点と駆動素子群を形成するそれぞれの超音波素子１１との相対的な位置座標および傾きに基づいて、この焦点に超音波を収束した後に受信するための遅延時間を演算する。ここで、焦点の位置は、例えば、超音波アレイプローブ１０からみて検査対象１の裏側の面の位置に設定してもよい。あるいは、それよりも十分に遠い位置に設定してもよい。焦点の位置は、このように、状況に応じて適切に選択することができる。
【００５１】
合成演算部３４は、駆動素子群の超音波素子１１が受信して信号処理情報記憶部４１に保存されたそれぞれのディジタル超音波波形のデータを用いて信号を合成する。具体的には、それぞれの超音波素子１１の受信側の遅延時間にしたがって受信したそれぞれのディジタル超音波波形データを時間軸移動して、加算もしくは加算平均して合成信号（合成エコーの信号）を得る。なお、合成は、加算や加算平均以外の方法であってもよい。
【００５２】
統合画像演算部３５は、検査対象１についての超音波アレイプローブ１０の互いに重畳する２つ以上のｘ方向の設置位置で、それぞれ得られた波形を用いて、それぞれのｘ−ｚ断面の画像用、すなわち長手方向深さ探傷画像用のデータを演算する。また、次に述べる重畳領域調整部３６により設定された方法により重畳領域についての長手方向深さ探傷画像を演算した上で、統合された一つの長手方向深さ統合画像用のデータを演算する。すなわち、ｘ軸およびｚ軸に平行な平面に沿った探傷画像（長手方向深さ位置画像）の表示用の長手方向深さ統合画像データを作成する。
【００５３】
画像化は、一般的にＢ−ｓｃａｎやＳ−ｓｃａｎと呼ばれる方法である。この画像は、探傷時の探傷条件に応じた屈折角や探傷屈折角により再構成される。以下の例についてはＢ−ｓｃａｎを用いて説明する。
【００５４】
重畳領域調整部３６は、２つ以上の設置位置における超音波アレイプローブ１０による探索領域に重畳する領域があるときに、超音波アレイプローブ１０のそれぞれの設置位置で得られた検査対象１についての取得形状に基づいて、すなわち、それぞれの受発信位置による信号に基づく検査対象１についての取得形状を参照して、重畳する領域についての探傷画像の作成方式を決定する。この結果、統合画像演算部３５が、それぞれの設置位置における探索の結果である２つ以上の長手方向深さ探傷画像を１つに統合した長手方向深さ統合画像を得ることができる。
【００５５】
ここで、超音波アレイプローブ１０の異なる位置において得られた同一領域についての取得形状は、必ずしも完全には一致しない。すなわち、検査対象１の表面に曲面が存在する、あるいは、超音波素子１１の長手方向（ｘ方向）の配列と検査対象１の表面が互いに平行ではない、といった場合は、同一領域についてのそれぞれの場合における超音波探傷は、超音波素子１１と入射角の関係が互いに逆になることから、その影響により、互いに異なる結果を与えることになる。したがって、両者のそれぞれにおける超音波の伝搬経路、遅延時間が異なってくる。
【００５６】
遅延時間の計算には、同時に駆動したい超音波素子１１のグループ、すなわち駆動素子群の設定、駆動素子群を形成するそれぞれの超音波素子１１の位置についての座標と角度、超音波が入射する位置の検査対象１の表面形状情報が必要である。超音波素子１１の座標および角度は、設置位置演算部３１により、検査対象１の表面形状Ｓは、表面形状演算部３２により得られる。
【００５７】
それぞれの座標をもとに、検査対象１において形成したい焦点の座標に各超音波素子１１から最短で超音波が到達する時間を算出し、超音波素子１１のグループを形成する各超音波素子１１間で生じる時間差分が遅延時間として得られる。この遅延時間計算時に、超音波アレイプローブ１０が隣に置かれたときのディジタル超音波波形データから得られた取得形状を用いることもできる。
【００５８】
記憶部４０は、信号処理情報記憶部４１、および設置位置情報記憶部４２を有する。
【００５９】
信号処理情報記憶部４１は、受発信部２０が受信した超音波のエコー信号をＡＤ変換部２３が処理して得られたディジタル超音波波形データを記憶する。
【００６０】
設置位置情報記憶部４２は、検査対象１と超音波アレイプローブ１０との相対位置関係に関わる設置位置情報データ、および検査対象１についての取得形状を含む形状に関する形状情報データを、入力部７０を介して外部から受け入れて記憶する。また、設置位置演算部３１に出力する。
【００６１】
表示部６０は、信号処理情報記憶部４１および設置位置情報記憶部４２に保存されているデータ、演算部３０の各部分での演算結果を表示する。なお、表示部６０は、さらに、超音波エコーの合成信号、映像化結果、超音波アレイプローブ１０の座標および検査対象１との相対位置、遅延時間、焦点深さ、探傷屈折角等の探傷条件などをさらに表示してもよい。表示部６０は、超音波アレイプローブ１０の、ある設置位置における長手方向深さ探傷画像、長手方向深さ統合画像、検査対象１についての取得形状の１つ以上、もしくはその組合せを表示可能とする。
【００６２】
表示部６０は、デジタルデータを表示できるものであればよく、いわゆるＰＣモニタ、テレビ、プロジェクタ等が考えられ、ブラウン管のように一度アナログ信号化してから表示させるものでもよい。また、表示部６０には、設定した条件に応じて音や発光によりアラームを生じさせたり、タッチパネルとして操作を入力したりするユーザインタフェース機能を有してもよい。
【００６３】
入力部７０は、前述の設置位置情報データおよび形状情報データを外部から受け入れるとともに、演算部３０における演算に必要な物性に関するデータ、音響特性に関するデータ等を外部から受け入れる。
【００６４】
制御部５０は、受発信部２０、演算部３０、記憶部４０、表示部６０、および入力部７０を制御し、これらの相互間のタイミングの整合を図る。制御部５０は、いわゆるＰＣ（パーソナルコンピュータ）に代表されるような汎用的に演算やデータ通信を行える機能を有する装置でよい。この場合、ＰＣは、超音波アレイプローブ１０、アレイプローブ駆動装置８０および形状取得部９０を除く部分、すなわち、監視盤１１０が有するものを、内包もしくは通信ケーブルで接続できる構成とする。
【００６５】
図５は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。以下、本実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法について、順次、説明する。
【００６６】
検査対象１を検査するに際して、超音波アレイプローブ１０を設置して超音波の受発信を行う。この場合、超音波アレイプローブ１０に比べて検査対象が大きな場合、超音波アレイプローブ１０をｘ方向の複数個所に順次移動して測定を行うことになる。したがって、まず、超音波アレイプローブ１０の設置位置を選定する（ステップＳ０１）。次に、選定された箇所に超音波アレイプローブ１０を設置する（ステップＳ０２）。
【００６７】
次に、設置位置および表面形状の演算を行う（ステップＳ０３）。すなわち、設置位置演算部３１が、検査対象１と超音波アレイプローブ１０との相対位置を演算する。また、表面形状演算部３２が、超音波アレイプローブ１０に対向する範囲の検査対象の表面形状を演算し、取得形状を得る。以下、設置された超音波アレイプローブ１０による超音波を用いた場合の例を用いて、ステップＳ０３について具体的に説明する。
【００６８】
図６は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波アレイプローブと平板状の検査対象との第１の組み合わせを示す縦断面図である。
【００６９】
図７は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波アレイプローブと平板状の検査対象との第２の組み合わせを示す縦断面図である。図７に示す場合は、検査対象１の厚さが長手方向（ｘ方向）に変化している。
【００７０】
また、図８は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波アレイプローブと平板状の検査対象との第３の組み合わせを示す縦断面図である。図８に示す場合は、超音波アレイプローブ１０がｘ軸方向にｘ軸に対して傾いて設置されている。
【００７１】
まず、超音波アレイプローブ１０は、音響伝搬媒質５を介して検査対象１の面に対向するように設置される。次に、Ｎ個の超音波素子１１の１つずつに順次、電位差を印加し、反射波を、Ｎ個の超音波素子１１で受信する。ここで、ｎ番目（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の超音波素子１１から発信し、同じｎ番目の超音波素子１１が検査対象１の表面からの反射波を受信するまでの時間間隔を対表面時間間隔ｔ１ｎとする。また、ｎ番目の超音波素子１１から発信し、同じｎ番目の超音波素子１１が、検査対象１の底部すなわち、検査対象１における超音波の入射面（表側の面）と反対側の面（裏側の面）からの反射波を受信するまでの時間間隔を対裏面時間間隔ｔ２ｎとする。
【００７２】
この結果、たとえば、全てのｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）について、対表面時間間隔ｔ１ｎのそれぞれ、および対裏面時間間隔ｔ２ｎのそれぞれが測定精度の範囲内で一致する場合は、図６に示すような、超音波アレイプローブ１０と検査対象１の表側の面１ａおよび裏側の面１ｂとの間隔が一定の場合に相当する。
【００７３】
たとえば、ｎが１からＮに近づくにつれて、対表面時間間隔ｔ１ｎが単調に減少する一方、対裏面時間間隔ｔ２ｎはそれほど変化しない場合は、検査対象１の表側の面１ａとの間隔はｎが１からＮに近づくにつれて狭まる一方、検査対象１の裏側の面１ｂとの間隔はｎが１からＮとなっても変化しないことになる。これは、図７に示すように、ｎが１からＮに近づくにつれて、検査対象１の厚みが増大しており、かつ、超音波アレイプローブ１０が検査対象１の裏側の面１ｂと平行に設置されている場合に相当する。
【００７４】
たとえば、ｎが１からＮに近づくにつれて、対表面時間間隔ｔ１ｎが単調に減少し、かつ、対裏面時間間隔ｔ２ｎも同じ傾きをもって単調に減少する場合は、検査対象１の表側の面１ａおよび裏側の面１ｂとの間隔はｎが１からＮに近づくにつれて狭まっており、かつ、検査対象１の厚みは変化していないことになる。これは、図８に示すように、厚みが一定の検査対象１に対して、超音波アレイプローブ１０が傾いて設置されている場合に相当する。
【００７５】
超音波アレイプローブ１０の超音波素子１１は長手方向（ｎ＝１からＮの配列の方向）に凹凸なく配列されているので、以上のように、超音波アレイプローブ１０に対向する範囲において、検査対象１の表側の面１ａおよび裏側の面１ｂの凹凸、すなわち、長手方向の表面形状を計測することができる。また、同様に、超音波アレイプローブ１０と検査対象１との相対的な位置関係も計測できることになる。
【００７６】
対表面時間間隔ｔ１ｎおよび対裏面時間間隔ｔ２ｎは、受発信部２０のＡＤ変換部２３からのディジタル超音波波形を保存する信号処理情報記憶部４１に収納されたデータに基づいて、設置位置演算部３１および表面形状演算部３２が算出する。
【００７７】
いま、図７および図８に示す場合のｎ＝１の箇所の超音波素子１１から超音波アレイプローブ１０の長手方向に垂直な方向（ｚ方向）に向かう超音波の、検査対象１の表側の面１ａにおける反射を考える。この場合、反射に関する法線が長手方向の外側（図７における左側）にあるため、反射波は長手方向の外側（図７および図８の左側）に向かうことになる。
【００７８】
この場合、ｎ＝１の超音波素子１１からの超音波の反射波の戻りが相対的に他より弱くなる。したがって、この場合の、ｎ＝１の超音波素子１１から発信する超音波については、設置位置演算部３１および表面形状演算部３２での演算用のデータとしては信頼性がない場合がある。検査対象１の表面の凹凸の程度が大きな場合には、さらにｎ＝１に隣接するｎ＝２等も信頼性がない場合も出てくる。
【００７９】
このように、検査対象１の表側の面１ａおよび裏側の面１ｂの凹凸、すなわち、長手方向の表面形状を計測する上では、超音波アレイプローブ１０の端部に対応する検査対象１の領域についての測定をどのように行うかが重要となってくる。このため、超音波アレイプローブ１０を長手方向にずらした次の設置位置とするにあたり、前回の設置位置との間で、互いに重畳する領域（重畳領域）を生ずるように設置位置を設定する。このため、重畳領域については、複数の取得形状データが得られる。
【００８０】
図９は、超音波の各送受信の状態を示す、左側はブロック図、右側は、第１の圧電素子から送信した場合の各圧電素子での受信信号を示す図である。図１０は、超音波の各送受信の状態を示す、左側はブロック図、右側は、第２の圧電素子から送信した場合の各圧電素子での受信信号を示す図である。また、図１１は、超音波の各送受信の状態を示す、左側はブロック図、右側は、第Ｎの圧電素子から送信した場合の各圧電素子での受信信号を示す図である。
【００８１】
超音波を送信する際には、超音波アレイプローブ１０の中の１つ以上の超音波素子１１から超音波を送信し、１つ以上の超音波素子１１でそれぞれ超音波を受信するシーケンスを、超音波を送信する超音波素子１１を変えながら、送受信を行うことにより、応答波形を得ることができる。すなわち、使用する超音波素子１１は、図９に示すように超音波アレイプローブ１０の有する超音波素子１１の全てのＮ個であってもよいし、その一部であってもよい。
【００８２】
図９では、受発信部２０の入り切り部２２は、使用する全ての超音波素子１１、すなわち、第１素子ないし第Ｎ素子について、１つずつ順番に超音波の送信を行う場合を示している。
【００８３】
図９のように第１素子からの送信を行うと、ｎ＝１からＮまでの各超音波素子１１は、図９の右側に示す信号を受信する。次に、図１０のように第２素子からの送信を行うと、ｎ＝１からＮまでの各超音波素子１１は図１０の右側に示す信号を受信する。最後に図１１のように第Ｎ素子からの送信を行うと、ｎ＝１からＮまでの各超音波素子１１は図１１の右側に示す信号を受信する。
【００８４】
Ｎ個の超音波素子１１を有する超音波アレイプローブ１０を使用した場合、送信する超音波素子１１を変えていくと、最大でＮ×Ｎパタンの基本波形が収録される。ここで、受信は超音波素子１１ごとに独立した状態で波形を保持する機能を維持したまま、送信に用いる超音波素子１１だけを複数化することも可能である。この場合、遅延時間をかけて超音波の平面波化、集束、拡散などを行うこともできる。
【００８５】
検査対象１に入射された超音波は、検査対象１の表面、検査対象１の内部や表面に存在するき裂や介在物などに代表される欠陥２によって反射・散乱され、その反射された超音波は超音波アレイプローブ１０の超音波素子１１で受信される。
【００８６】
それぞれの超音波素子１１から送信し、送信した超音波素子１１自身を含めて全ての超音波素子１１が受信した波形は、その都度、処理されて、記憶部４０の信号処理情報記憶部４１が記憶する。
【００８７】
図１２は、超音波の送信受信の状態を示す、左側は、ブロック図、右側は、エコー波形の一部を示す波形図である。説明を簡略化するために、図１２に示すように素子の数が３つの場合で説明する。また、検査対象１に欠陥２が存在する場合で、かつ、超音波が欠陥２の方向に出された場合を示す。ここで、第１素子ないし第３素子からの超音波は、ある方向のある個所に収束するように、互いに時間遅れをもって送信される。あるいは、個々に送信されその都度、ＡＤ変換部２３で処理され、信号処理情報記憶部４１に保存されたエコー波形に、信号処理が施された後に、互いに時間遅れをもって合成される。
【００８８】
超音波の送受信については、以下では、実際に互いに時間遅れをもって３つの超音波素子１１から送信されるものとして説明するが、個々に送信された後に応答波形を合成してもよい。いずれの場合においても、この３つの超音波素子１１からの送信の相互の時間遅れによって、方向と収束箇所（焦点）が決定される。なお、一緒に送信される超音波素子１１の数は、３つに限定されず４つ以上でもよい。あるいは２つであってもよい。
【００８９】
この場合の焦点の位置は、前述のように、例えば、超音波アレイプローブ１０からみて検査対象１の裏側の面１ｂ上のある位置に設定するか、あるいは、それよりも十分に遠い位置に設定する等、状況に応じて適切に設定することができる。
【００９０】
まず、遅延時間を考慮せず、そのままの波形を基本波形と呼ぶこととする。以下、超音波送受信にて得た超音波波形の信号を、送信した超音波素子１１の番号をｐ、受信した超音波素子１１の番号をｑとして、基本波形Ｕｆｐ，ｑとして記述する。
【００９１】
図１２に示すように、第１素子から送信し第１素子ないし第３素子で受信した超音波は、それぞれＵｆ１，１、Ｕｆ１，２、Ｕｆ１，３と表記される。第２素子から送信し第１素子ないし第３素子で受信した超音波は、それぞれＵｆ２，１、Ｕｆ２，２、Ｕｆ２，３と表記される。同様に、第３素子から送信し第１素子ないし第３素子で受信した超音波は、それぞれＵｆ３，１、Ｕｆ３，２、Ｕｆ３，３と表記される。
【００９２】
図１３は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法における超音波の送信および受信時の遅延時間を説明する波形図である。ここで遅延時間として図示されているのは、送信した超音波を焦点に集束させるのに必要な送信側遅延時間と、受信した超音波を集束するのに必要な受信側遅延時間の合算分である。このとき、送信で使用する超音波素子１１と、受信で使用する超音波素子１１は必ずしも同一でなくともよい。
【００９３】
ステップＳ０３の後に、遅延時間演算部３３は、設置位置演算部３１により算出された検査対象１と超音波アレイプローブ１０の駆動素子群との相対位置（座標、角度）、および焦点に基づいて、送信した超音波素子１１と受信した超音波素子１１のそれぞれの組合せについて、送信用遅延時間と受信用遅延時間の合計値の、基準となる時間（基準時間）に対する増減分を、遅延時間Ｔとして算出する（ステップＳ０４）。
【００９４】
ステップＳ０４に続いて、探傷条件に応じた超音波の送受信を行う（ステップＳ０５）。具体的には、ステップＳ０４おいて遅延時間演算部３３が算出したそれぞれの遅延時間分だけ互いにタイミングをずらして超音波が送信される。たとえば、まず、超音波素子１１の第１素子ないし第３素子から互いに所定の時間遅れをもって発信する。次に、第２素子ないし第４素子から互いに所定の時間遅れをもって送信する。このように順次、超音波アレイプローブ１０の長手方向に沿って順次送信する超音波素子１１の組を移動させ、最後に、第（Ｎ−２）素子ないし第Ｎ素子から互いに時間遅れをもって送信する。
【００９５】
次に、合成演算部３４は、このようにして得られた各ディジタル超音波波形データを合成する（ステップＳ０６）。具体的には、図１３に示すように、遅延時間演算部３３で得たそれぞれの遅延時間Ｔを、あるいは、遅延時間の基準値との差である相対遅延時間を、それぞれの基本波形にあてはめて時間軸方向にずらす。このずらし終わった同一時間における各波形を合成することにより、合成波形Ｍを得る。このような操作により、結果として、反射波が生ずるタイミングが互いに揃うことになる。
【００９６】
図１４は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷方法によるエコーの合成波形を示す波形図である。この合成方法としては、加算や平均化などを用いることができるがこれに限定されず、他の合成法でもよい。
【００９７】
なお、この合成波形Ｍを得る方法は、これに限定されず、たとえば、一般的なフェーズドアレイＵＴに代表されるように、駆動する素子群とそれに付与する送受信用遅延時間を定め、送信および受信時に回路上で時間遅れを与えて励起、合成する手段を用いてもよい。
【００９８】
ディジタル超音波波形データを合成して合成波形データを作成した結果、反射波についてのＳ／Ｎ比が十分に大きくなり、反射波の発生時刻Ｔｒ、その結果、欠陥２の位置を精度よく求めることができる。
【００９９】
次に、制御部５０が、超音波アレイプローブ１０による走査が、全ての所定の位置で行われ、走査が完了したか否かを確認する（ステップＳ０７）。走査が完了していないと判定された場合（ステップＳ０７  ＮＯ）には、ステップＳ０１に戻り、超音波アレイプローブ１０の位置を、長手方向に移動した位置に選定し、ステップＳ０２以下を実施する。この際、超音波アレイプローブ１０の新たな設置位置における超音波アレイプローブ１０が検査対象１をカバーする領域と、それまでの設置位置における超音波アレイプローブ１０が検査対象１をカバーする領域との間に、共通する領域すなわち重畳領域が生ずるようにする。
【０１００】
走査が完了したと判定された場合（ステップＳ０７  ＹＥＳ）には、合成波形データの画像化を行う（ステップＳ０８）。すなわち、ステップＳ０６において合成演算部３４により算出された合成波形データに基づいて、統合画像演算部３５が、表示部６０が統合画像を表示するための表示用の長手方向深さ画像データを導く。表示部６０は、この長手方向深さ探傷画像データに基づいて統合画像を表示する。
【０１０１】
図１５は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の超音波の進行方向を説明するための概念的な縦断面図である。探傷空間領域６のｘ方向の長さは、超音波アレイプローブ１０の超音波素子１１がカバーする範囲より長くなっている。
【０１０２】
リニアスキャン結果である、長手方向深さ探傷画像を画像化して得るには、合成波形Ｍに加えて合成波形が伝搬した経路である、超音波ビーム伝搬経路Ｌの情報を用いる。合成波形を生成するために使用した送信元の超音波素子１１が複数ある場合は、たとえば、中央の超音波素子１１からの径路を合成波形の伝搬経路として使用する。
【０１０３】
超音波ビーム伝搬経路Ｌは、合成波形Ｍの入射角α、探傷屈折角βによって定められる。
【０１０４】
図１６は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷結果の例を示す長手方向深さ探傷画像である。このように、長手方向深さ探傷画像は、統合画像演算部３５の演算により得られた長手方向深さ探傷画像用データに基づいて、表示部６０により図１６に示されるように映像化され表示される。また、超音波アレイプローブ１０の２つの設置位置で探傷を行った場合には、統合画像演算部３５は、それぞれについて長手方向深さ探傷画像を演算する。
【０１０５】
次に、重畳領域調整部３６は、重畳領域についての長手方向深さ探傷画像を演算する条件の調整、設定を行う（ステップＳ０９）。
【０１０６】
図１７は、超音波アレイプローブの２つの設置位置で検査対象の表面形状データが得られた場合の画像の統合を説明する概念的な縦断面図である。超音波アレイプローブ１０の設置位置が、第１プローブ設置位置にある場合に超音波素子１１がカバーする長手方向（ｘ方向）の領域と、第２プローブ設置位置にある場合に超音波素子１１がカバーする長手方向（ｘ方向）の領域とに重畳した部分がある場合を示している。
【０１０７】
遅延時間は、送信用遅延時間と受信用遅延時間の合計である。ここで、送信用遅延時間は、送信した超音波素子１１から検査対象１に入射するまでの径路、および入射してから検査対象１内の欠陥２までの径路を、超音波が伝搬する時間である。また、受信用遅延時間は、反射源から検査対象１内を伝搬し検査対象１外に抜けるまでの径路、および検査対象１を抜けてから受信した超音波素子１１までの径路を、超音波が伝搬する時間である。
【０１０８】
これらの時間は、検査対象の表面形状に依存する。すなわち、表面形状が変化すれば、検査対象１までの距離が変化する、あるいは、法線の角度が変化することにより、伝搬経路が変化する。
【０１０９】
遅延時間演算部３３が遅延時間を計算するためには、前述のように、同時に駆動する超音波素子１１のグループを形成するそれぞれの超音波素子１１の座標と角度、および超音波が入射する位置の検査対象１についての取得形状Ｓを用いる。検査対象１の表面形状Ｓは、表面形状演算部３２により算出される。それぞれの座標をもとに、検査対象１に形成したい焦点の座標に各超音波素子１１から最短で超音波が到達する時間を算出し、超音波素子１１のグループを形成する各超音波素子１１の間で生じる時間差分が遅延時間として得られる。
【０１１０】
この結果、第１プローブ設置位置において得られた合成波形データに基づいて表面形状演算部３２が算出した検査対象１についての第１取得形状Ｓａと、第２プローブ設置位置において得られた合成波形データに基づいて表面形状演算部３２が算出した検査対象１についての第２取得形状Ｓｂとの間に、領域的に重畳する範囲が生ずる。したがって、この部分の検査対象１の表面形状Ｓｃを設定する必要があり、重畳領域調整部３６が、表面形状Ｓｃを決定する。
【０１１１】
したがって、超音波アレイプローブ１０の長手方向（ｘ方向）に沿って、超音波アレイプローブ１０を、互いに一部を重畳させながら超音波アレイプローブ１０の位置を順次移動する場合には、遅延時間演算部３３は、ステップＳ０４で決定された重畳領域の表面形状に基づいて遅延時間を演算する。
【０１１２】
図１８は、重畳領域調整部の機能を説明するブロック図である。図１８は、重畳領域調整部３６が調整する段階、および、重畳領域調整部３６により設定された条件ごとの機能的な手順を示すためのものであることから、各演算部については複数の表示がされている。
【０１１３】
重畳領域調整部３６は、第１プローブ設置位置および第２プローブ設置位置のいずれか一方においてまたは両方において遅延時間演算部３３が遅延時間の算出に用いる表面形状を、第１プローブ設置位置において得られた第１取得形状および第２プローブ設置位置において得られた第２取得形状の両者を用いて設定する。
【０１１４】
図１８に示すように、重畳領域調整部３６が調整を行う段階は、図１８に示す調整Ａと調整Ｂの２回ある。
【０１１５】
調整Ａは、ステップＳ０３とステップＳ０４の間の段階である。前述のように、ステップＳ０３において、表面形状演算部３２により、２つの互いに重複したプローブ設置位置である第１プローブ設置位置と第２プローブ設置位置のそれぞれにおける第１取得形状Ｓａと第２取得形状Ｓｂとが得られる。したがって、第１取得形状Ｓａと第２取得形状Ｓｂとをどのように用いて、重畳領域における画像を取得するかを決定する必要がある。
【０１１６】
ここで、重畳領域については、調整Ａにおいて、重畳領域調整部３６は、第１取得形状Ｓａと第２取得形状Ｓｂに基づいて、調整形状をどのように導き出すかについて、次の３つの選定方式の中から選定する。
【０１１７】
第１選定方式は、図１８の白抜き矢印１ａおよび２ａで示すように、第１取得形状Ｓａを第１調整形状、第２取得形状Ｓｂを第２調整形状として、第１調整形状と第２調整形状の両者それぞれについて、ステップＳ０４以降を実施するという手順である。この場合は、第１取得形状Ｓａに基づいて第１統合画像が得られ、第２取得形状Ｓｂに基づいて第２統合画像が得られる。したがって、重畳領域については、第１統合画像と第２統合画像の２種類の画像が得られることになるので、調整Ｂにおいて、重畳領域調整部３６が、後述するような複数の方法の中からこれらをさらに統合する方法を選択することになる。図５に示したフロー図は、この流れに基づいた手順を示している。
【０１１８】
一方、調整Ａにおける第２選定方針は、重畳領域も含めた第１プローブ設定位置での遅延時間演算の基となる表面形状の設定を、図１８の白抜き矢印１ｂで示すように、第１取得形状Ｓａおよび第２取得形状Ｓｂの両者に基づいて行うものである。この場合は、調整Ｃ１において、重畳領域調整部３６は、いくつかの選択肢の中から、表面形状の調整の結果としての第１調整形状を決定する。重畳領域調整部３６が決定する第１調整形状については、例えば重畳領域外の部分については第１取得形状Ｓａを用い、調整Ｃ１における選択肢として、重畳領域において第１取得形状Ｓａを用いずに第２取得形状Ｓｂを用いる方法、重畳領域において第１取得形状Ｓａと第２取得形状Ｓｂとを平均する方法、あるいは重畳領域において第１取得形状Ｓａと第２取得形状Ｓｂとを重み付けをして加算する方法などがある。この例では、調整Ｃ１において重畳領域の表面形状の取得方法を選択肢としているが、重畳領域に限らず、例えば第１取得形状Ｓａの範囲における第２取得形状Ｓｂ側の予め定められた割合などの範囲を表面形状の取得方法の選択を行う部分として設定しておいてもよい。このように、特に第１取得形状Ｓａのうちの端部側の位置で第２取得形状Ｓｂを用いることで、第１調整形状をより正確に与えることが可能となる。第２選定方針を選択した場合は、遅延時間演算部３３、合成演算部３４、および統合画像演算部３５での演算は、第１取得形状Ｓａおよび第２取得形状Ｓｂの両者を用いて設定した第１調整形状のみに基づいて行われ、最終的な調製画像も、単独で得られる。
【０１１９】
また、調整Ａにおける第３選定方針は、重畳領域も含めた第２プローブ設定位置での遅延時間演算の基となる表面形状の設定を、図１８の白抜き矢印２ｂで示すように、第１取得形状Ｓａおよび第２取得形状Ｓｂの両者に基づいて行うものである。この場合は、調整Ｃ２において、重畳領域調整部３６は、いくつかの選択肢の中から、表面形状の調整の結果としての第２調整形状を決定する。重畳領域調整部３６が決定する第２調整形状については、例えば重畳領域外の部分については第２取得形状Ｓｂを用い、調整Ｃ２における選択肢として、重畳領域において第２取得形状Ｓｂを用いずに第１取得形状Ｓａを用いる方法、重畳領域において第１取得形状Ｓａと第２取得形状Ｓｂとを平均する方法、あるいは重畳領域において第１取得形状Ｓａと第２取得形状Ｓｂとを重み付けをして加算する方法などがある。第２選定方針と同様、調整Ｃ２においての表面形状の取得方法の選択肢の対象とする範囲は重畳領域に限らず、例えば第２取得形状Ｓｂの範囲における第１取得形状Ｓａ側の予め定められた割合などの範囲を表面形状の取得方法の選択を行う部分として設定しておいてもよい。このように、特に第２取得形状Ｓｂのうちの端部側の位置で第１取得形状Ｓａを用いることで、第２調整形状をより正確に与えることが可能となる。第３選定方針を選択した場合は、遅延時間演算部３３、合成演算部３４、および統合画像演算部３５での演算は、第２調整形状のみに基づいて行われ、最終的な調製画像も、単独で得られる。
【０１２０】
なお、第２選定方針と第３選定方針を同時に選択しても構わない。または、第１調整形状については第２選定方針を選択し、第２調整形状のみについて第１選定方針を選択してもよく、もしくその逆に、第１調整形状についてのみ第１選定方針を選択し、第２調整形状については第３選定方針を選択しても構わない。なお、このように、第２選定方針もしくは第３選定方針に対して第１選定方針を組み合わせる場合、後に説明する調整Ｂにおいて調製画像を得る際には、重畳領域の画像については、第１選定方針を用いて統合した画像ではなく、第２選定方針または第３選定方針を用いて統合した統合画像を用いることが好ましい。
【０１２１】
以下、図５に示して手順に沿って、すなわち、先に述べたように、調整Ａにおいて重畳領域調整部３６が第１選定方針を選定した場合の流れに沿って説明する。
【０１２２】
図１９は、超音波アレイプローブの２つのプローブ設置位置で検査対象の表面形状データが得られた場合の画像の統合に関して超音波の進行状態を示す概念的な縦断面図である。遅延時間の演算の対象の範囲に、リニアスキャン超音波探傷装置の重畳部分を含む場合には、重畳領域調整部３６は、外部からの指示内容あるいは自身が有する方針に基づいて、重畳部分の表面形状を決定する。
【０１２３】
この重畳領域について、重畳領域調整部３６により設定された表面形状に基づいて、統合画像演算部３５は、長手方向深さ統合画像用のデータを演算する。表示部６０は、この結果に基づいて長手方向深さ統合画像を表示する（ステップＳ１０）。
【０１２４】
なお、重畳領域についての長手方向深さ探傷画像を演算する条件を設定することとして、表面形状を設定する場合について説明したが、これに限らない。重畳領域についての長手方向深さ探傷画像を演算する条件の設定方針は、入力部７０を介して外部から指定されてもよいし、重畳領域調整部３６内が保有していてもよい。
【０１２５】
設定としては、たとえば、一方の長手方向深さ探傷画像を選択する、適切な方の結果を用いる、あるいは、両者の平均値とするなどである。適切な方の例としては、超音波素子１１から検査対象１へ発信される超音波の入射方向が内側に向かっている、すなわち、図７や図８に示すような場合において、図７のｎ＝１や図８のｎ＝１の側ではなく、図７のｎ＝Ｎや図８のｎ＝Ｎの側に相当するものを採用するなどが考えられる。
【０１２６】
以下に、重畳領域についての長手方向深さ探傷画像を演算する条件の設定について、いくつかの具体的な例を説明する。
【０１２７】
ここで一部重畳する２つ以上の超音波アレイプローブ１０のプローブ設置位置が存在する場合、各々の座標系に基づいて長手方向深さ探傷画像が描画される。その２つの長手方向深さ探傷画像の連なりが長手方向深さ統合画像であり、それぞれの長手方向深さ探傷画像の一部が重畳した部分が長手方向深さ重畳画像となる。このような、長手方向深さ統合画像の表示用のデータは統合画像演算部３５によって得られる。
【０１２８】
ここで、統合画像は、超音波アレイプローブ１０の設置および移動の位置のｙ方向の中心に沿った、ｘ方向およびｚ方向に拡がる平面状の領域についての長手方向深さ探傷画像となる。この画像のｘ方向の幅は、超音波アレイプローブ１０の設置および移動の位置に対応する領域に対応する。また、この画像のｚ方向の幅は、検査対象１の表側の面１ａおよび裏側の面１ｂに挟まれた範囲に対応する。
【０１２９】
ステップＳ０３ないしステップＳ０８において、検査対象１のそれぞれの重畳領域については、超音波アレイプローブ１０の互いに隣接する２つのプローブ設置位置における合成波形データがそれぞれ存在する。これら２つの合成波形データは、互いに異なるプローブ設置位置における測定の手順におけるステップＳ０３でなされた別個の測定、演算により得られることから、表面形状は同一ではなく基本的に互いに異なるものである。
【０１３０】
したがって、ステップＳ０８までの手順の結果、検査対象１のそれぞれの重畳領域については、２種類の長手方向深さ探傷画像が得られている。
【０１３１】
図１８に示す調整Ｂにおいて重畳領域調整部３６が以下に示す５つの方針の中から１つを選定することにより、重畳領域における探傷画像が得られる。なお、５つは例示であって、これに限定するものではなく、合成方法として他の適切な方法も用いることができる。
【０１３２】
図２０は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第１の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。図２０のように超音波アレイプローブ１０の２つの第１プローブ設置位置および第２プローブ設置位置の間に重畳領域が存在する場合に、長手方向深さ重畳画像が、双方の探傷結果情報を有する。すなわち、個別には、超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて点線で示す長手方向深さ探傷画像Ｇａが作成され、超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて破線で示す長手方向深さ探傷画像Ｇｂが作成される。
【０１３３】
長手方向深さ探傷画像Ｇａと長手方向深さ探傷画像Ｇｂとの間の重畳する領域については、すなわち両方の合成波形Ｍに基づいて、長手方向深さ重畳画像が作成され、２点鎖線で示すような全体の長手方向深さ統合画像Ｇｔが作成される。
【０１３４】
図２１は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第２の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。この例では、超音波アレイプローブ１０の２つの第１プローブ設置位置および第２プローブ設置位置の間に重畳領域が存在する場合に、長手方向深さ重畳画像が、一方の探傷結果情報のみを有する。すなわち２つの合成波形Ｍのうち、一方の合成波形Ｍに基づいて、長手方向深さ重畳画像が作成される。この際、超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置の結果か超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置の結果のいずれかが選択される。
【０１３５】
重畳する領域を含めて、超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて破線で示すような長手方向深さ探傷画像Ｇｂが作成される。また、重畳する領域を除いて、超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて点線で示すような長手方向深さ探傷画像Ｇａが作成される。長手方向深さ探傷画像Ｇａと長手方向深さ探傷画像Ｇｂが、２点鎖線で示すような長手方向深さ統合画像Ｇｔを構成する。
【０１３６】
図２２は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第３の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。超音波アレイプローブ１０の２つの第１プローブ設置位置および第２プローブ設置位置の間に重畳領域が存在する場合に、それぞれの合成波形Ｍの加算平均や、ピークホールド等両者の情報を統合する処理を設けることもできる。
【０１３７】
まず、超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて、所定の間隔ｄａをおいて点線で示すように合成波形Ｍａを作成し、また、超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて、所定の間隔ｄｂをおいて破線で示すように合成波形Ｍｂを作成する。この際、特に重畳する領域においては、所定の間隔ｄａと所定の間隔ｄｂの値を合わせ、かつ、合成波形Ｍａと合成波形Ｍｂとを生ずる位置も同一位置となるようにし、同じ位置での両者の合成波形Ｍｃ、あるいは、合成波形を作成するための情報を用いて、情報の統合を行い、重畳部での長手方向深さ探傷画像Ｇｃを作成する。
【０１３８】
図２３は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第４の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。図２３に示すように、超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置での探傷結果による合成波形Ｍａと、超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置での探傷結果による合成波形Ｍｂとを並列して表示することもできる。
【０１３９】
まず、超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて、所定の間隔ｄａをおいて点線で示すように合成波形Ｍａを作成する。また、超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置での探傷結果情報に基づいて、所定の間隔ｄｂをおいて破線で示すように合成波形Ｍｂを作成する。この際、特に重畳する領域において、合成波形Ｍａと合成波形Ｍｂとを生ずる位置が互いに異なる位置となるようにする。この結果、重畳する領域においては、合成波形Ｍｃは、合成波形Ｍａおよび合成波形Ｍｂの両者を有する。重畳部での長手方向深さ探傷画像Ｇｃは、合成波形Ｍａおよび合成波形Ｍｂを用いて作成される。
【０１４０】
図２４は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による探傷画像の第５の重畳方法を説明する概念的な縦断面図である。
【０１４１】
超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置において点線で示すように合成波形Ｍａ１などの探傷結果情報を得た後に、超音波アレイプローブ１０中に配列された超音波素子１１のピッチの半分、すなわち互いに隣接する超音波素子１１同士の間隔の半分だけずらした第１Ａプローブ設置位置において実線で示すように合成波形Ｍａ２などの探傷結果情報を取得する。このようにすることにより第１プローブ設置位置のみの場合に比べて２倍の密度で合成波形を得ることができる。
【０１４２】
同様に、第１プローブ設置位置と一部重畳する領域の超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置において破線で示すように合成波形Ｍｂ１などの探傷結果情報を得た後に、超音波アレイプローブ１０中に配列された超音波素子１１のピッチの半分だけずらした第２Ａプローブ設置位置において２点鎖線で示すように合成波形Ｍｂ２などの探傷結果情報を取得する。このようにすることにより第２プローブ設置位置のみの場合に比べて２倍の密度で合成波形を得ることができる。
【０１４３】
重畳領域における統合方法は、これまで示しているいずれかの方法によるが、いずれの場合でも、疑似的に２倍の密度の音線を持つ長手方向深さ統合画像Ｇｔを得ることができる。
【０１４４】
図２５は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による曲面状の表面を有する検査対象についての第１の探傷方法を説明する概念的な縦断面図である。
【０１４５】
曲面状の方面を有する検査対象１の周方向に、超音波アレイプローブ１０のプローブ設置位置を順次移動している。第１プローブ設置位置において合成波形Ｍａを得て、第２プローブ設置位置において合成波形Ｍｂを得ており、第３プローブ設置位置において合成波形Ｍｃを得ている。
【０１４６】
ここで、合成波形Ｍａ、合成波形Ｍｂおよび合成波形Ｍｃの検査対象１における方向が、揃っている。このように、長手方向深さ統合画像Ｇｔは、超音波アレイプローブ１０のある基準となるプローブ設置位置（たとえばＢ）における探傷屈折角に基づき、超音波アレイプローブ１０のどのプローブ設置位置で得た結果であっても、検査対象１の内部で平行な音線を描くように描画する。
【０１４７】
図２６は、第１の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による曲面状の表面を有する検査対象についての第２の探傷方法を説明する概念的な縦断面図である。
【０１４８】
図２６に示すように、超音波アレイプローブ１０の各々のプローブ設置位置において定義された屈折方向を、統一して描画する。
【０１４９】
以上の図２５および図２６で示した例の場合に、長手方向深さ統合画像Ｇｔの表示の際に、超音波アレイプローブ１０のある基準となるプローブ設置位置について表示指定する角度に連動して、他のプローブ設置位置の結果も、連動して追従する機能を設けることもできる。もちろん、各アレイプローブプローブ設置位置の各々で任意の探傷屈折角を設定することもできる。
【０１５０】
以上のように、本実施形態によるリニアスキャン超音波探傷装置１００によれば、チャンネル数が少ない超音波アレイプローブ１０を用いる場合でも、順次、重畳領域を設けながら超音波アレイプローブ１０を移動させて超音波探傷を行えば、重畳領域の画像を適切に調整することにより、全体画像を作成することができ、広範囲のリニアスキャンが可能となる。
【０１５１】
［第２の実施形態］
図２７は、第２の実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【０１５２】
本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態における超音波アレイプローブ１０は、ｘ方向（第１の方向）に１列に配列された複数の超音波素子１１を有する構成であるのに対して、本第２の実施形態における超音波アレイプローブ１０は、ｘ方向およびｙ方向（第２の方向）の２次元的に配列された複数の超音波素子１１を有する。すなわち、奥行き方向へもビーム制御が可能な２次元アレイ（例えばマトリクスアレイ等）を用いている。このため、入り切り部２２も２次元的に切り替えを行う。また、演算部３０は、２次元配列の奥行き画像演算部３７をさらに有する。この結果、表示部６０は、奥行き画像までを表示可能である。その他の点では、第１の実施形態と同様である。
【０１５３】
図２８は、本実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置による長手方向、奥行方向深さ探傷画像の第１の例を概念的に示す説明図である。図２７に示す構成を有する本実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置１００によれば、２次元配列の超音波アレイプローブ１０により、ｘ方向のみならずｙ方向にも探傷が可能となっている。図２８は、ｙ方向に、リニアスキャンのように互いに平行なビーム走査が行われた場合を示している。
【０１５４】
統合画像演算部３５が、長手方向深さ探傷画像、すなわち、ｘ方向およびｚ方向の断面（ｘ−ｚ方向断面）における探傷画像を表示するための長手方向深さ探傷画像データを作成するのと同様に、奥行き画像演算部３７は、ｙ方向およびｚ方向の断面（ｙ−ｚ方向断面）における探傷画像である奥行き方向深さ探傷画像Ｇｙｚの表示用の奥行き方向深さ画像データを作成する。
【０１５５】
この結果、本第２の実施形態においては、検査対象１内のスキャンされた範囲については、３次元的に探傷画像データが作成されている。これらの探傷画像データは、信号処理情報記憶部４１に保存される。
【０１５６】
図２８の（ａ）は、長手方向深さ探傷画像、すなわち、ｘ方向およびｚ方向の断面（ｘ−ｚ方向断面）における探傷画像であり、超音波アレイプローブ１０の第１プローブ設置位置における長手方向深さ探傷画像Ｇｘｚａおよび超音波アレイプローブ１０の第２プローブ設置位置における長手方向深さ探傷画像Ｇｘｚｂを示している。統合画像演算部３５は、信号処理情報記憶部４１から目的とするｘ−ｚ方向断面についての探傷画像データを読み出して、長手方向深さ探傷画像データを作成し、表示部６０が表示する。
【０１５７】
長手方向深さ探傷画像Ｇｘｚａと長手方向深さ探傷画像Ｇｘｚｂは、互いに重畳する部分を有しており、重畳する部分については、第１の実施形態と同様に、統合画像演算部３５が長手方向深さ重畳画像Ｇｘｚｄ用のデータを作成する際の作成条件が、重畳領域調整部３６によって決定される。
【０１５８】
図２８の（ｂ）は、長手方向深さ探傷画像Ｇｘｚａのある部分においての合成波形Ｍを含むｙ軸に平行な平面上の奥行き方向深さ探傷画像Ｇｙｚａを示す。なお、この画像はｙ−ｚ平面上ではなくｙ−ｚ平面から傾いた平面状であるが、便宜的にＧｙｚのように表記している。すなわち、奥行き方向深さ探傷画像Ｇｙｚａは、ｘ−ｚ平面に垂直で音線Ｐａを含む平面に広がる画像データを、ｘ方向に投影した図である。
【０１５９】
図２８の（ｃ）は、図２６の（ｂ）と同様の図であり、長手方向深さ探傷画像Ｇｘｚｂのある部分においての合成波形Ｍを含むｙ軸の平行な平面上の奥行き方向深さ探傷画像Ｇｙｚｂを示す。奥行き方向深さ探傷画像Ｇｙｚｂは、奥行き方向深さ探傷画像Ｇｙｚａと同様に、ｘ−ｚ平面に垂直で音線Ｐｂを含む平面に広がる画像データを、ｘ方向に投影した図である。
【０１６０】
図２９は、長手方向、奥行方向深さ探傷画像の第２の例を概念的に示す説明図である。図２９は、図２８と同様であるが、ｙ方向に、セクタスキャンのように、扇状のビーム走査が行われた場合を示している。
【０１６１】
図３０は、本実施形態に係るリニアスキャン超音波探傷装置によるノズルについての探傷を説明する概念図である。ノズル４の中心軸方向をｚ方向、径方向をｒ方向、周方向をθ方向としている。
【０１６２】
ノズル４の付け根部は、３次元的な曲面であり、超音波アレイプローブ１０は、その長手方向をθ方向にして、設定されている。超音波アレイプローブ１０は、所定のｚ方向位置において、θ方向に互いに重畳した領域を設けながら移動させる。θ方向に一周したら、ｚ方向に重畳した領域を設けながら移動して、再びθ方向に移動させる。これを繰り返して、ノズル４の必要範囲の探索を行う。
【０１６３】
図３１は、ノズルの周方向の探索の場合を示す概念的な説明図である。すなわち、ｒ−θ方向の第１プローブ設置位置、第２プローブ設置位置（基準）および第３プローブ設置位置の各プローブ設置位置での探索の場合を示す。また、図３２は、ノズルの軸方向の探索の場合を示す概念的な説明図である。すなわち、ｒ−θ方向でのそれぞれのプローブ設置位置において、プローブ設置位置ＢおよびＢ１というｒ−ｚ方向の探索の場合を示す。
【０１６４】
θ方向については統合画像演算部３５が画像生成演算を行い、ｚ方向については奥行き画像演算部３７が画像生成演算を行う。θ方向に重畳した領域については、重畳領域調整部３６が条件を決定し、統合画像演算部３５に出力する。また、ｚ方向に重畳した領域については、重畳領域調整部３６が条件を決定し、奥行き画像演算部３７に出力する。
【０１６５】
条件の決定方法については、一方のプローブ設置位置において得られた表面形状を用いて遅れ時間演算移行を行う方法、両方のプローブ設置位置において得られた合成波形を用いて重畳画像を作成する方法、両方のプローブ設置位置において得られた合成波形の同一位置のもの同士を合成する方法などから、第１の実施形態で説明したように、入力部７０を介して受け入れた外部からの条件、あるいは重畳領域調整部３６に保管されている条件にもとづいて、適正な方法が選択される。
【０１６６】
以上のように、本第２の実施形態によるリニアスキャン超音波探傷装置１００によれば、チャンネル数の少ない超音波アレイプローブを用いながら、３次元的なリニアスキャンが可能となる。
【０１６７】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【０１６８】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１６９】
１…検査対象、１ａ…表側の面、１ｂ…裏側の面、２…欠陥、４…ノズル、５…音響伝搬媒質、６…探傷空間領域、８…カメラ、１０…超音波アレイプローブ、１０ａ…伝送部、１１…超音波素子、１２…保持部、２０…受発信部、２１…電位差印加部、２２…入り切り部、２３…ＡＤ変換部、３０…演算部、３１…設置位置演算部、３２…表面形状演算部、３３…遅延時間演算部、３４…合成演算部、３５…統合画像演算部、３６…重畳領域調整部、３７…奥行き画像演算部、４０…記憶部、４１…信号処理情報記憶部、４２…設置位置情報記憶部、５０…制御部、６０…表示部、７０…入力部、８０…アレイプローブ駆動装置、８１…架構、８２…駆動軸、８２ａ…パッド、８３…第１支持部、８３ａ…第１支持部駆動軸、８３ｂ…第１支持部駆動部、８４…第２支持部、８４ａ…第２支持部駆動軸、８４ｂ…第２支持部駆動部、９０…形状取得部、１００…リニアスキャン超音波探傷装置、１１０…監視盤、Ｇｘｚａ、Ｇｘｚｂ…長手方向深さ探傷画像、Ｇｘｚｄ…長手方向深さ重畳画像、Ｇｔ…長手方向深さ統合画像、Ｇｙｚ、Ｇｙｚａ、Ｇｙｚｂ…奥行き方向深さ探傷画像
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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