(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ探触子からなる超音波探触子から送信した超音波を、音響レンズ及び媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、
超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、
前記ティーチングは、超音波を前記媒体に送信し、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として記録して表示して、前記被検体の表面プロファイルを得るようにし、
前記ティーチングによって得られた前記被検体の表面プロファイルを元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷を実施し、
前記被検体の探傷は、超音波を前記媒体を介して前記被検体の内部に送信し、前記被検体の内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として記録して表示し、これと同時にまたは切り替えて、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探傷方法において、
前記アレイ探触子が２つの素子群からなる第１と第２のアレイ探触子からなり、
前記第１及び第２のアレイ探触子の少なくとも一方を送受信兼用とし、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の音響画像として表示し、
前記第１及び第２のアレイ探触子のうち、いずれかの一方を送信用、他方を受信用として設定し、前記被検体の内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の音響画像として表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷方法に係り、特に、遠隔走査機構とアレイ探触子を用いて、金属材料の溶接部などの超音波探傷を行うに好適な超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の健全性を評価するために、構造物（例えば、金属材料の溶接部）の表面や内部の非破壊検査手法として、超音波探傷法が広く用いられている。被検体となる構造物へ直接アクセスすることが困難な場合、スキャナ，マニピュレータ，ビークルなどの遠隔走査機構が用いられ、この遠隔走査機構により、超音波探触子の位置を走査する自動探傷（AUT:Automated Ultrasonic Testing）が行われる。
【０００３】
超音波探触子と通常被検体との間には、超音波の伝達性を高めるために、中間媒質を経由させて、構造物を検査する。中間媒質として、液体（例えば、グリセリン，マシン油，水など）が広く使われている。なお、特別な場合には、中間媒質として、気体や、粘性の高いゲル状の物質が用いられる場合もある。特に、被検体の表面に曲率やうねりなどの形状変化がある場合は、水などの中間媒質を介した「水浸法」とよばれる探傷法が適用される。
【０００４】
ここで、被検体の音速は、被検体が例えば鋼材の場合約６０００ｍ／ｓであり、中間媒質の音速は、例えば水の場合約１５００ｍ／ｓであり、被検体と比較して、一般に、中間媒質の音速が遅い。このため、表面が曲面の場合は、被検体形状表面における超音波の屈折現象が感度低下を招く場合がある。
【０００５】
そこで、この影響を緩和するために、被検体と中間媒質の音速の間の音速を持つ材質（例えば、音速約２７００ｍ／ｓのアクリル等の合成樹脂）により、音響レンズを設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
音響レンズを備えた超音波探触子を用いて被検体である構造物を検査する場合、検査する段階では、超音波探触子に設置された音響レンズの一部分が被検体に接触することで、被検体と超音波探触子の距離を保って検査を行う。
【０００７】
しかしながら、被検体と音響レンズが接触するまでの過程においては、遠隔走査機構を用いて、被検体表面に、超音波探触子に設置された音響レンズを近づけていく動作（位置調整）が必要となる。
【０００８】
一方、超音波探傷法の一種に、いわゆるフェーズドアレイ方式の超音波探傷法がある。ここで、このフェーズドアレイ方式とは、電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれ、例えば圧電素子からなる複数の超音波送受信素子をアレイ状に配置した探触子、いわゆるアレイ探触子を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレイ探触子の各素子に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波が重ね合わされ、合成波を形成することで、被検査体への超音波の送信角度と受信角度、送信位置と受信位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う位置、つまり焦点位置などの条件が電気的な制御により高速で変化させることができるようにした超音波探傷法のことである。なお、ここでは、素子毎に与える所定の遅延の組合せをディレイパターンと称する。
【０００９】
このようにアレイ探触子を用いて探傷条件を電気的に走査する理由は、広い検査範囲にわたって超音波の送受信角度位置や焦点を自由に変化させられるからであり、そうすることにより、被検査体の反射源（欠陥等）からの反射波をより強く受信できる角度や位置、焦点を選択することで、反射源である欠陥が見付け易くできるからである。代表的なディレイパターンの組み合わせとして、送信角度及び受信角度を変化させるセクタスキャン方式がある。セクタスキャン方式では、異なる角度で得られた信号から、被検体の断面画像として可視化できるという特徴があり、反射源の位置や性状を識別しやすいという特徴がある。
【００１０】
このように、より正確で信頼性の高い探傷結果を得る場合には、アレイ探触子と被検体の位置関係のうち、特に、被検体における超音波入射位置（アレイ探触子と被検体表面のなす角度）を調整することが必要である。
【００１１】
アレイ探触子と被検体表面の相互の位置調整を実施するには、音響レンズと被検体表面が接触していない状態における、位置調整が必要である。その理由は、遠隔走査機構で被検体を検査する場合、被検体の正確な位置関係が把握できていない可能性を考慮して、探触子等の検査装置と検査対象の干渉を回避するために、初期位置として、十分に接触しない位置関係に検査装置を設置することが行われるためである。
【００１２】
遠隔操作機構により、音響レンズを備えた超音波探触子を被検体に接触させて走査させる場合、被検体に入射する超音波の条件（被検体表面に対する探触子の角度、被検体との距離）が一定になる状態で探触子を被検体表面に押し付ける前に、超音波探触子を被検体表面の位置関係を調整する手段が必要となる。
【００１３】
例えば、特許文献１によれば、音響レンズを備えたアレイ探触子で、被検体内部を探傷する場合、音響レンズ内の多重反射波による残響を回避するために、送信用に用いる素子群と、受信用に用いる素子群を分けて使用する送受分割方式が用いられる。
【００１４】
また、超音波探触子の位置調整に関しては、例えば、被検体の曲面形状の形状データとして予め入力して記憶し、記憶されたデータに基づいて、超音波探触子の位置及び方向を被検体の表面の入射点において、一定の角度でかつ一定の距離に保持する超音波探傷方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
さらに、被検体と超音波探触子の距離及び角度を保持するために、予め距離測定用プローブで被検体形状を測定する超音波自動探傷装置を用い、その中で、被検体と超音波探触子の距離を測定するための距離センサとして超音波探傷用の探触子が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１６】
また、アレイ探触子を用いた超音波探傷において、被検体の表面形状を、アレイ探触子を用いて測定し、表面形状データからアレイ探触子に与える遅延時間を計算し、複雑形状部でも所定の位置に集束する探傷装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１０−２８１８４３号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０９８５３号公報
【特許文献３】特開平１−２９２２４８号公報
【特許文献４】特開２００８−１２２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１記載の音響レンズを備えたアレイ探触子で、被検体内部を探傷する場合、被検体表面とアレイ探触子の位置調整を実施する際には、アレイ探触子に設置された音響レンズが被検体表面と非接触の状態にある。このため、伝搬経路は、送信用のアレイ探触子から発信した超音波が、被検体表面に反射された後、受信側のアレイ探触子で受信できない。したがって、被検体表面からの反射波を利用して、被検体表面と非接触状態にあるアレイ探触子の位置調整を行うことができない場合が生じてくる。従って、その場合には、被検体表面とアレイ探触子の位置調整ができないことになる。
【００１９】
また、特許文献２や特許文献３記載のものでは、被検体と超音波探触子の位置関係（角度及び距離）を一定に保つための事前設定に関する記載はあるが、実際の探傷でどのような位置関係となっていたかを特定することができないものである。
【００２０】
さらに、特許文献４記載のものでは、被検体の表面形状を考慮した探傷条件の設定に関する記載はあるが、自動探傷（ＡＵＴ）において、アレイ探触子と被検体の位置関係（角度と距離）を特定することができないものである。
【００２１】
本発明の目的は、音響レンズを備えたアレイ探触子を用いて、水などの中間媒質を介して超音波を伝搬させ、被検体の表面にアレイ探触子の一部を接触させて、フェーズドアレイ法により、遠隔走査機構により超音波探触子を走査して超音波探傷する際に、被検体内部の探傷と、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定する位置調整を両立させて、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能な超音波探傷方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、アレイ探触子からなる超音波探触子から送信した超音波を、音響レンズ及び媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、前記ティーチングは、超音波を前記媒体に送信し、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として記録して表示して、前記被検体の表面プロファイルを得るようにし、前記ティーチングによって得られた前記被検体の表面プロファイルを元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷を実施し、前記被検体の探傷は、超音波を前記媒体を介して前記被検体の内部に送信し、前記被検体の内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として記録して表示し、これと同時にまたは切り替えて、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示するようにしたものである。
かかる方法により、被検体内部の探傷と、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定する位置調整を両立させて、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【００２６】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記アレイ探触子が２つの素子群からなる第１と第２のアレイ探触子からなり、前記第１及び第２のアレイ探触子の少なくとも一方を送受信兼用とし、前記被検体の表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の音響画像として表示し、前記第１及び第２のアレイ探触子のうち、いずれかの一方を送信用、他方を受信用として設定し、前記被検体の内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の音響画像として表示するようにしたものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、被検体内部の探傷と、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定する位置調整を両立させて、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構の動作説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。
【図６】音響レンズを設置したアレイ探触子により水などの中間媒質を介して、フェーズドアレイ法により超音波探傷法を実施する場合の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成図である。
【図９】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法の説明図である。
【図１２】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１３】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１４】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１５】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１６】音響レンズを設置したアレイ探触子により水などの中間媒質を介して、フェーズドアレイ法により超音波探傷法を実施する場合の説明図である。
【図１７】音響レンズを設置したアレイ探触子により水などの中間媒質を介して、フェーズドアレイ法により超音波探傷法を実施する場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図１〜図１３を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容について説明する。ここでは、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法のうち、セクタスキャン方式を用いた例について説明する。
【００３５】
最初に、図１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成図である。
【００３６】
被検体１０１は、複雑形状部を有する溶接部の一例を示しており、鋼板１０１Ａに、所定角度を持って管１０１Ｂを貫通させたものである。管１０１Ｂと鋼板１０１Ａが近接する箇所の、管１０１Ｂの周囲が溶接されて溶接部１０１Ｃを形成している。
【００３７】
被検体１０１は、容器ＣＨ内に配置されており、容器内には水が収納されている。すなわち、被検体１０１は、水中に配置されている。従って、超音波送受信手段であるアレイ探触子１００からの超音波を被検体１０１に伝搬させる媒体として水が用いられ、水浸法による超音波探傷によって、溶接部１０１Ｃの傷の有無の検査や、傷の寸法測定を実施する。
【００３８】
ここで、管１０１Ｂの周方向の角度によって溶接部１０１Ｃの形状が３次元的に変化し、凹面と凸面の組み合わされた鞍型形状をしている特徴があり、正確に超音波を目的の位置に入射させることが難しい形状を有している。
【００３９】
ここで、本例の適用先は、例えば、原子力発電所の炉内構造物の溶接部１０１Ｃ（例えば、制御棒駆動機構スタブチューブ、炉内計装管台ハウジング、シュラウドサポート、シュラウド等）の欠陥検出及び寸法測定に関する非破壊検査である。なお、本例に記載の方法及び手順は、炉内構造物に特徴的な曲面の他、配管や平板形状の検査対象にも同様に適用することが可能である。
【００４０】
アレイ探触子１００は、被検体１０１の探傷面の上方に液体（例えば、水）を介して設置され、超音波送受信装置１０４から供給される駆動信号により、超音波送受信面から超音波を発生し、これを被検体１０１に向けて伝搬させ、被検体１０１の表面または内部より現れる反射波を検出し、受信信号を超音波送受信装置１０４に入力する。
【００４１】
アレイ探触子１００は、第１のアレイ探触子１００Ａと、第２のアレイ探触子１００Ｂとに分割されており、さらに、両方のアレイ探触子１００Ａ，１００Ｂの超音波送信面には、音響レンズ１００Ｃが設けられている。
【００４２】
溶接部１０１Ｃにき裂などの反射源１０３が存在する場合には、き裂１０３からの反射波がアレイ探触子１００で受信される。
【００４３】
アレイ探触子１００は、超音波送受信装置１０４に接続され、音響画像表示手段１０５において探傷結果情報として表示される。アレイ探触子１００は、遠隔走査機構１０２に取り付けられ、所定の位置へ移動して、探傷を行う。
【００４４】
音響画像表示手段１０５は、表示部１０５Ａと、表示部１０５Ｂとを備えている。表示部１０５Ａの表示画像については、図５を用いて後述するが、被検体表面１０１Ｄからの反射画像が得られ、溶接部１０１Ｃの表面プロファイルの情報が得られる。表示部１０５Ｂの表示画像については、図７を用いて後述する。
【００４５】
駆動制御装置１１０は、超音波送受信装置１０４によって検出された溶接部１０１Ｃの表面プロファイルの情報に基づいて、遠隔走査機構１０２を制御して、アレイ探触子１００が、溶接部１０１Ｃの表面に対して、所定の距離で所定の角度となるようにする。
【００４６】
次に、図２を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構１０２の動作について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構の動作説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４７】
アレイ探触子１００を３次元に走査するためには、例えば、自動ロボットやマニピュレータ等に用いられる６軸以上の制御軸を有する遠隔走査機構１０２を用いる。
【００４８】
遠隔走査機構１０２は、例えば、アレイ探触子１０４を中心に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向を回転軸として回転する、θｘ，θｙ，θｚの３つの回転軸を備えたヘッド部１０２Ａと、配管１０１Ｂに着座し、ヘッド部１０２Ａの全体を移動させる、上下（Ｈ軸），径方向（Ｒ軸），回転軸（φ軸）の３つの軸Ｚ，Ｒ，φとから構成される。遠隔走査機構１０２により、アレイ探触子１００を移動することができる。
【００４９】
次に、図３を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置１０４の構成について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【００５０】
送受信装置１０４は、計算機１０４Ａと、時間制御部１０４Ｂと、パルサー１０４Ｃと、レシーバ１０４Ｄと、データ収録部１０４Ｅと、記憶部１０４Ｆとを備えている。パルサー１０４Ｃは、駆動信号を図１に示したアレイ探触子１００に供給し、アレイ探触子１００から入力される受信信号をレシーバ１０４Ｄが処理する。
【００５１】
ここで、計算機１０４Ａは、時間制御部１０４Ｂと、パルサー１０４Ｃと、レシーバ１０４Ｄと、データ収録部１０４Ｅとを制御して、必要な動作が得られるようにする。
【００５２】
まず、素子群設定部１０４Ｇは、アレイ探触子の分割された２つの素子群１００Ａ及び１００Ｂに対して、送信専用、受信専用、送受信兼用のいずれかを設定する。時間制御部１０４Ｂは、パルサー１０４Ｃから出力される駆動信号のタイミングを制御すると共に、レシーバ１０４Ｄによる受信信号の入力タイミングを制御する。これにより、レシーバ１０４Ｃからの受信信号を、送信信号に同期して、データ収録部１０４Ｅに逐次保存する。
【００５３】
データ収録部１０４Ｅは、レシーバ１０４Ｄから供給される受信信号を処理し、音響画像表示手段１０５に供給する働きをするが、ここで、音響画像表示手段１０５の動作については、後で詳述する。
【００５４】
記憶部１０４Ｆには、例えば、セクタスキャンする際の遅延時間のディレイパターン等が記憶されている。
【００５５】
次に、図４を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子１００の構成について説明する。  
図４は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。図４（Ａ）は底面図であり、図４（Ｂ）は正面図であり、図４（Ｃ）は側面図である。
【００５６】
図４は、アレイ探触子１００の最も基本的な構成を模式的に示したものである。アレイ探触子１００は、第１の素子群のアレイ探触子１００Ａと、第２の素子群のアレイ探触子１００Ｂから構成され、おのおのの素子群は、それぞれ一列に配列された超音波送受信素子１２０２で構成されている。
【００５７】
超音波送受信素子１２０２は、圧電セラミックや圧電ポリマー、圧電コンポジット材等の圧電変換素子で構成される。超音波送受信素子１２０２は、超音波送受信素子の保護及び多重反射による音響整合を整えるための前面板１２０３を備えており、その外部で、音響レンズ１００Ｃに接している。アレイ探触子１００Ａ，１００Ｂ及び音響レンズ１００Ｃの外部は、媒体（水など）で満たされている。超音波送受信面の中心位置１２０１は、表示や評価の際に、必要に応じてアレイ探触子の送受信点として、代表点として扱われる。アレイ探触子１００は、ケーブルにより、図１に示した送受信装置１０４に接続されている。
【００５８】
音響レンズ１００Ｃの材質は、例えば、合成樹脂（アクリル、ポリイミド、ポリスチレン等）であり、被検体（ステンレス鋼など、音速Ｖｓ＝５８００ｍ／ｓ）と周囲の媒体（水など、音速Ｖｗ＝１５００ｍ／ｓ）の中間となる音速２０００〜３０００ｍ／ｓを持つ。
【００５９】
このため、水などの媒体からステンレス鋼などの被検体（金属）へ直接超音波を入射する場合、音速の比が大きいため、以下の式（１）に示すように、媒体からの入射角θｗが、超音波が被検体内で大きく屈折し、被検体内部の角度θｗが大きく変化する。  
θｓ＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎθｗ×Ｖｓ／Ｖｗ）  …（１）
音響レンズは、特許文献１に示すように、媒体と被検体の間の屈折現象を緩和する働きがあり、特に、被検体表面が凹面をなす場合に、被検体表面に超音波のエネルギーが集中する効果を緩和し、被検体内部にまで超音波を伝搬させる働きがある。
【００６０】
ただし、アレイ探触子に音響レンズを設置すると、音響レンズ内で超音波が多重反射し、その残響が残って、本来得たい被検体内部からの反射波の信号のＳＮ比が低下するおそれがある。したがって、曲面による屈折現象を緩和する音響レンズを採用する場合には、音響レンズ内にコルクやゴム等の遮音板１２０４により２つの領域に分割し、かつ、アレイ探触子も同様に、２つの素子群に分割し、片方の素子群（及び音響レンズ）を送信用、もう片方の素子群（及び音響レンズ）を受信用にすることで、音響レンズ内の残響を緩和し、ＳＮ比を改善した被検体内部からの反射波を受信できるようにする。
【００６１】
次に、図５〜図７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。  
図５及び図７は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。図５は、媒体の音速を用いた探傷画面である。図７は、被検体の音速を用いた探傷画面である。図６は、音響レンズを設置したアレイ探触子により水などの中間媒質を介して、フェーズドアレイ法により超音波探傷法を実施する場合の説明図である。
【００６２】
最初に、図５により、被検体表面と、アレイ探触子に備えられた音響レンズが接触していない状態にある、アレイ探触子の位置調整の段階における、被検体とアレイ探触子の間の媒体（水浸法では水）の音速を用いた探傷画面について説明する。
【００６３】
アレイ探触子１００から、水などの媒体中に超音波１３０１を発信する。アレイ探触子１００から、被検体１０１に対して、媒体に対する伝搬角度（入射角）が変化するように、ディレイパターンを設定し、入射角θｉを変化させながら超音波を送信する。例えば、入射角の変化の範囲として、−６０°から＋６０°まで１°ピッチ（全１２１角度）と設定する。
【００６４】
ここで、アレイ探触子１００を構成する素子群１００Ａ，１００Ｂのうち、少なくとも片方を送受信兼用に設定する。
【００６５】
図６により、送受信兼用に設定する理由について説明する。
【００６６】
図６（Ａ）に示すように、音響レンズ１００Ｃを取り付けた場合には、音響レンズ内の超音波の多重反射波が探傷信号に影響しないように、アレイ探触子を２つ設け、片方１００Ａを送信用、もう一方１００Ｂを受信用に用いる。このとき、音響レンズ１００Ｃについても、送信側と受信側の２領域に分割し、送信側と受信側を音響的に遮断するために、コルクやゴム製の遮音板１００Ｄを設ける。
【００６７】
音響レンズ１００Ｃを設置したアレイ探触子１００Ａ，１００Ｂが、被検体の表面６０１に接触している場合は、被検体内部の反射源６０２からの反射波について、遮音板１０４Ｄが有効に機能することで、多重反射の少ないＳＮ比の高い反射波を受信することができる。
【００６８】
一方、図６（Ｂ）に示すように、被検体表面とアレイ探触子の位置調整を実施する際には、アレイ探触子１００Ａ，１００Ｂに設置された音響レンズ１００Ｃが被検体表面６０１と非接触の状態にある。このため、伝搬経路６０３として示すように、送信用のアレイ探触子１００Ａから発信した超音波が、被検体表面６０１に反射された後、受信側のアレイ探触子１００Ｂで受信されにくい。受信側のアレイ探触子１００Ｂで受信される超音波は弱い。したがって、被検体表面６０１からの反射波を利用して、被検体表面と非接触状態にあるアレイ探触子の位置調整を行うことが難しい。
【００６９】
そこで、被検体表面とアレイ探触子の位置調整を実施する際には、アレイ探触子１００を構成する素子群１００Ａ，１００Ｂのうち、少なくとも片方を送受信兼用に設定する。
【００７０】
送受信兼用に設定する方法の例として、以下の２つの方法を説明する。
【００７１】
第一は、素子群１００Ａと素子群１００ＢがそれぞれＮ個（合計２Ｎ個）の圧電素子が配列されている場合を考える。素子群１００Ａとして、素子番号１〜Ｎを割り当て、素子群１００Ｂとして素子番号Ｎ＋１〜２Ｎを割り当てる。素子群を送受信兼用に割り当てる場合には、素子群設定部１０４Ｇにおいて、送信用に用いる素子番号を１〜２Ｎと設定し、受信用に用いる素子番号を１〜２Ｎに設定する。これは、素子群１００Ａ及び１００Ｂの両方を送受信兼用に設定する場合に相当する。この第一の例は、送信用のパルサーと受信用のレシーバが、最大２Ｎ個の圧電素子を駆動できる場合の例である。
【００７２】
第二は、素子群１００Ａと素子群１００Ｂに対して、素子群１００Ａで送信し素子群１００Ａで受信する信号φ＿ＡＡと、素子群１００Ａで送信し素子群１００Ｂで受信する信号φ＿ＡＢと、素子群１００Ｂで送信し素子群１００Ａで受信する信号φ＿ＢＡと、素子群１００Ｂで送信し素子群１００Ｂで受信する信号φ＿ＢＢの４つの波形を加算することで、素子群（Ａ＋Ｂ）で同時に送信し、素子群（Ａ＋Ｂ）で同時に受信する波形と等価な波形を合成する方法である。素子群１００Ａで送信し素子群１００Ｂで受信する信号φ＿ＡＢと、素子群１００Ｂで送信し素子群１００Ａで受信する信号φ＿ＢＡは弱いが、４つの信号を合成する場合には用いることができる。この第二の例は、送信用のパルサーと受信用のレシーバが、最大Ｎ個の圧電素子を駆動できる場合の例である。第一の場合に比べて、使用するパルサーやレシーバの数を半分にできる。送信と受信の切り替えは、素子群設定部１０４Ｇにおける素子番号の設定で切り替える点は第一の例と同じである。
【００７３】
アレイ探触子１００の素子群（２つのうち素子群１００Ａ，１００Ｂの両方または片方）から送信された超音波１３０１は、被検体表面１０１Ｄで反射され、再びアレイ探触子１００で受信される。
【００７４】
このとき、送受信に用いる素子群が分離されていると、図９に説明したように、被検体表面からの反射波を、送信用ではない、もう一方の素子群で受信することが困難となる。したがって、位置調整の段階では、送受信兼用の素子群の設定が必要になる。
【００７５】
受信される信号は、入射角θｉごとに１つの波形として、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、片道伝搬時間から、音響レンズ内の片道伝搬時間Ｔ０を減算した、水などの媒体中の片道伝搬時間Ｔ１の点１３０２Ｂの振幅値をＡ（Ｔ１；θｉ）とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θ１と伝搬路程（時間Ｔ１と媒体の音速の積）で扇状に表示することで、図１の表示部１０５Ａには、図５に示すように、探傷画像１０６Ａ及び被検体表面１０１Ｄからの反射画像１０６Ｅを得ることができる。
【００７６】
なお、音響レンズの厚みは既知であるので、音響レンズ内の片道伝搬時間Ｔ０も既知の値である。
【００７７】
さらに、被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、波形の立ち上がり点１３０２Ａによる画像１０６Ｃから、被検体表面１０１Ｄの形状を特定することができる。
また、被検体表面形状の画像１０６Ｃから、センサ直下の方向の距離１０６Ｄから、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【００７８】
このように、被検体表面とアレイ探触子の距離や、アレイ探触子の下方の被検体表面の形状を特定することで、被検体表面とアレイ探触子の位置関係を確認しながら、アレイ探触子を被検体表面に接触させることができる。
【００７９】
自動駆動機構を用いて、アレイ探触子を被検体に押し付けることで、アレイ探触子と被検体表面の正対する位置関係を保ったまま、アレイ探触子を被検体表面に近づけることができる。
【００８０】
次に、図７により、被検体表面と、アレイ探触子に備えられた音響レンズが接触（あるいは接触とみなせる数ｍｍ以内に近接している状態を含む）して、被検体内部を探傷する段階における、被検体の音速を用いた探傷画面について説明する。
【００８１】
なお、被検体の音速による探傷と、前記媒体（水など）の音速による探傷は、例えば、被検体音速のディレイパターンと、前記媒体の音速によるディレイパターンを同時に、または、切り替えて、設定することで、実現することができる。
【００８２】
被検体の音速を用いた探傷では、アレイ探触子１００Ａ，１００Ｂの一方を送信専用とし、他方を受信専用とする。これは、被検体表面と、アレイ探触子に備えられた音響レンズが接触しているため、一方のアレイ探触子から送信した超音波の反射波を、他方のアレイ探触子で受信できるからである。ここでは、例えば、アレイ探触子１００Ａを送信専用，アレイ探触子１００Ｂを受信専用として用いるものとする。これにより、音響レンズ内の残響を緩和し、ＳＮ比を改善した被検体内部からの反射波を受信できるようになる。
【００８３】
アレイ探触子１００Ａから、音響レンズ１００Ｃを介して、水などの媒体中に超音波１４０１を発信する。アレイ探触子１００Ａから、被検体１００に対して、被検体中の伝搬角度（屈折角）を変化させるように、ディレイパターンを設置し、屈折角θｊを変化させた超音波を送信する。なお、被検体にθｊで伝搬する場合の、アレイ探触子から媒体への入射角θｊ’は、数１と同様のＳｎｅｌｌの法則により、ｓｉｎθｊ’＝ｓｉｎθｊ×（Ｖ’／Ｖ）で与えられる。なお、Ｖ’は水などの媒体の音速、Ｖは被検体の音速である。
【００８４】
アレイ探触子１００Ａから送信された超音波１４０１は、被検体表面１０１Ｄで被検体内部へ屈折され、被検体中に伝搬し、被検体に欠陥などの反射源１０３が存在する場合には、反射源１０３で反射された信号が、被検体表面１０１Ｄで屈折し、アレイ探触子１００Ｂで受信される。
【００８５】
受信される信号は、屈折角θｊごとに１つの波形として図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。
【００８６】
被検体表面と音響レンズが接触している状態において、被検体内部の反射源１０３の反射波のうち、超音波の伝搬時間のうちの音響レンズ内の片道伝搬時間Ｔ０を減算した、片道伝搬時間Ｔ２の点１４０２の振幅値をＡ（Ｔ２；θｊ）とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θｊと伝搬路程（時間Ｔ１と被検体の音速の積）で扇状に表示することで、図１の表示部１０５Ｂには、図７に示すように、被検体の断面図に相当する探傷画像１０６Ｂを得ることができる。
【００８７】
アレイ探触子（１００Ａ及び１００Ｂ）を遠隔走査機構１０２で、位置を制御しながら自動超音波探傷（ＡＵＴ）を実施する場合、図２に示すように、例えば、６軸以上のロボットを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する。なお、アレイ探触子と被検体の間には、音響レンズが存在し、アレイ探触子と被検体の距離は、音響レンズの厚み、例えば、１０〜２０ｍｍ程度に設定される。
【００８８】
以上説明したように、本実施形態では、曲面を有する被検体表面に音響レンズを備えたアレイ探触子を接触させて探傷させる場合、被検体内部の探傷に先立つ、アレイ探触子の位置調整の段階において、アレイ探触子を構成する２つの素子群を送受信兼用に用途を切り替えて、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体（水など）の音速による探傷を、同時に（または、切り替えて）実施することで、被検体表面からの反射波を受信できるようにし、アレイ探触子と被検体の距離を特定し、アレイ探触子直下の被検体形状を特定する。被検体形状の特定後、アレイ探触子と被検体表面の位置関係を調整した後に、アレイ探触子を被検体表面に接触させることができ、さらに、アレイ探触子を構成する２つの素子群を送信用と受信用に分割し、従来の超音波検査で実施されていた被検体音速を用いて、被検体内部の超音波探傷を実施することも可能となる。
【００８９】
このように、アレイ探触子の被検体表面に対する相互の位置関係が特定されることで、反射源の位置をより正確に評価することが可能となり、反射源位置の測定精度や、反射源位置の寸法測定精度の高い、信頼性の高い検査を提供することができる。
【００９０】
次に、図８〜図１７を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の具体例について説明する。  
最初に、図８を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成について説明する。  
図８は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成図である。
【００９１】
ここでは、適用対象の一例として、原子力発電プラントの炉内構造物の溶接部の検査に適用する場合の、超音波探傷システムの全体構成を示している。
【００９２】
検査対象となる被検体は、原子炉圧力容器７０１内の構造物であるシュラウド７０２の各種溶接継手、制御棒駆動機構スタブチューブ等の貫通配管溶接部１０１Ｂ、などである。オペレーションフロア７０３には、遠隔走査機構１０２である多軸マニピュレータの制御装置７０５、超音波探傷装置７０６、各種ケーブル７０７、などの装備を炉内に昇降するための作業台車７０４を設置する構成となる。多軸マニピュレータ１０２の先に、アレイ探触子１００が設置され、被検体の検査領域をカバーするように、多軸マニピュレータ１０２により探触子が走査され、自動探傷を実施する。
【００９３】
超音波探傷装置７０６は、図１に示した送受信装置１０４及び音響画像表示手段１０５から構成される。マニピュレータ制御装置７０５は、図１に示した駆動制御装置１１０から構成される。
【００９４】
次に、図９を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容について説明する。  
図９は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【００９５】
ここでは、図８に示した原子炉の炉内構造物溶接部の検査の場合について説明する。
【００９６】
最初に、ステップＳ１０１において、検査者は、欠陥指示の検出を目的として、水中カメラによる目視検査を実施する。
【００９７】
その後、ステップＳ１０２において、検査者は、必要に応じて、欠陥の開口長さを測定するために、渦電流探傷を実施する。
【００９８】
さらに、ステップＳ１０３において、検査者は、本実施形態の超音波探傷装置を用いて、検出された欠陥に対して、欠陥の深さ測定（深さサイジング）を目的として、超音波検査（ＵＴ）を実施する。
【００９９】
その後、ステップＳ１０４において、検査者は、欠陥の進展評価を実施し、ステップＳ１０５において、必要に応じて補修、取替を行う。
【０１００】
本実施形態による超音波探傷方法は、ステップＳ１０３の深さサイジングにて適用される。
【０１０１】
次に、図１０を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容について説明する。  
図１０は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【０１０２】
最初に、探傷前のキャリブレーション（ステップＳ２０１）を実施し、感度や時間軸などを調整する。次に、装置を炉内にインストールし（ステップＳ２０２）、装置位置（各軸の原点など）を初期化する（ステップＳ２０３）。
【０１０３】
次に、想定する欠陥の位置を対象に、アレイ探触子の位置をティーチング（設定値の初期値の教示）を行う（ステップＳ２０４）。
【０１０４】
次に、ティーチングデータの確認のための確認走査を実施し（ステップＳ２０５）、機器等と検査装置（遠隔駆動装置、探触子、ケーブルなど）の干渉がないかの確認と、探触子と被検体の位置関係が妥当であるかの確認を行い、機器との干渉性確認と探触子と被検体の位置関係が問題ない状態になるまで、ティーチング（ステップＳ２０４）と確認走査（ステップＳ２０５）を繰り返す。
【０１０５】
問題がないことが確認された後、探触子を探傷開始位置へ移動し（ステップＳ２０６）、開始位置でのセンサ設置状態を確認した後（ステップＳ２０７）、探傷を開始する（ステップＳ２０８）。
【０１０６】
探傷中には、試験データの異常がないかの確認（ステップＳ２０９）と、探触子と被検体の位置関係の確認（ステップＳ２１０）と、最終的には、探傷範囲をカバーしたかどうかを確認し（ステップＳ２１１）、いずれも問題がなければ、探傷を終了する（ステップＳ２１２）。
【０１０７】
探傷終了後、装置を炉内からアンインストールし（ステップＳ２１３）、探傷終了後のキャリブレーションを実施する（ステップＳ２１４）。
【０１０８】
ここで、例えば、探傷中のステップ（ステップＳ２０８〜ステップＳ２１２）において、アレイ探触子と被検体の位置関係の確認（ステップＳ２１０）を実施する際に、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体（水など）の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度（被検体の傾斜）を確認する。
【０１０９】
このとき、被検体音速による音響画像と、媒体（水など）音速による音響画像を同時に（あるいは、切り替えて）表示することで、探傷しながら位置関係を確認し、また、被検体音速による音響画像を収録することで、位置関係を記録することができる。
【０１１０】
アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、例えば、探傷後に、アレイ探触子と被検体の距離や角度を特定することができ、想定した値とずれがある場合に、補正して評価することができ、信頼性の高い超音波探傷を提供することができる。
【０１１１】
さらに、例えば、探傷前のステップである、ティーチング（ステップＳ２０４）において、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体（水など）の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度（被検体の傾斜）を確認しながら、適正な教示データ（初期値）を設定することができる。
【０１１２】
一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録すること自体も重要である。例えば、ティーチング（ステップＳ２０４）を行わないで、探傷する場合に、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録するようにすることもできる。この場合、被検体の表面の凹凸が少なく、ティーチング（ステップＳ２０４）を行わないで、探傷できるような場合である。この場合、ティーチング（ステップＳ２０４）を行わないで、探傷し、一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、探傷終了後に探傷データをチェックした結果、探傷データに不審な箇所があるとき、すでに記録しているアレイ探触子と被検体との位置関係を確認することで、アレイ探触子と被検体の距離や角度に異常がないかどうかを確認できる。角度距離に異常がない場合には、その不審な箇所のデータは、被検体内部の欠陥等によるデータと考えることができる。
【０１１３】
次に、図１１を用いて、本実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法について説明する。  
図１１は、本発明の一実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法の説明図である。
【０１１４】
アレイ探触子１００は、その真下方向に超音波２１０１を送信する。
【０１１５】
被検体表面１０１Ｄから反射した波形は、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。この波形データには、アレイ探触子１００と被検体１０１との距離の情報と、アレイ探触子１００と被検体１０１の角度の情報を含んでいる。
【０１１６】
受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面１０１Ｄからの反射エコー群２１０５の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）を求めることができる。ここで、θｘは遠隔走査機構の回転軸を表す。θｘは説明のための例であり、他の回転軸θｙ，θｚの他、駆動軸のいずれでも構わない。
【０１１７】
回転軸θｘを変化させると、θｘに対して最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が変化する。このとき、最大振幅値が最大値となる場合（表示部１０５Ｃにおける表示において、センサ回転角度２１０２の場合）に、アレイ探触子と被検体が正対している（入射角０度）ことが確認できるため、被検体に対して最も効率よく超音波が入射する正対条件を与える回転軸の値θｘを求めることができ、教示値として設定することができる。
【０１１８】
さらに、必要に応じて、アレイ探触子を被検体表面の法線方向（正対関係）の位置が特定できるため、アレイ探触子と被検体の角度を調整することができる。
【０１１９】
同様に、受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面からの反射エコー群２１０５の立ち上がりまでの片道伝搬時間に、媒体（水など）の音速を乗算することで、距離Ｒ（θｘ）が求められる。なお、エコーの立ち上がりは、時間ゲート信号２１０６と波形２１０５との交点として、自動的に求めることができる。なお、θｘは遠隔走査機構の回転軸を表す。θｘは説明のための例であり、他の回転軸θｙ、θｚの他、駆動軸のいずれでも構わない。
【０１２０】
回転軸θｘを変化させると、θｘに対して距離Ｒ（θｘ）が変化する。例えば、距離Ｒ０に設定したい場合、距離Ｒ（θｘ）が最も距離Ｒ０に近づく値（表示部１０５Ｄにおける表示において、センサ回転角度２１０３の場合）、あるいは、距離Ｒ０と距離Ｒ（θｘ）の差の絶対値が最小値となるθｘを教示値として設定することができる。
【０１２１】
このようにティーチングの段階で精度のよい教示値を設定することで、探傷時の確認（ステップＳ２１０）の設定値とのずれを予め低減することができ、より効率的に短時間で探傷を行うことが可能となる。
【０１２２】
ここで、図１２〜図１５を用いて、センサと被検体の関係について説明する。
【０１２３】
図１２〜図１５は、超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【０１２４】
以下、中間媒質を介して超音波を被検体である構造物に送信する場合、例として水浸法の場合における超音波と被検体の位置関係の変化について説明する。
【０１２５】
図１２に示すように、被検体１０１の表面２１０は曲面を有し、超音波の入射点をＡ点からＢ点に変化するように探触子を走査する場合を考える。Ａ点では、超音波入射点２０３Ａの接線２０４Ａに直交する法線に対して、角度θＡだけ傾斜して探触子２０２Ａが設置される。このように配置することで、超音波２０８Ａは被検体上の入射点２０３Ａに角度θＡで入射し、被検体表面で角度θＡ’で屈折することにより、鋼材中を伝搬する斜角超音波２０９Ａが得られる。
【０１２６】
図１２は、探傷条件を考慮しない探触子走査の例を示している。超音波探触子を、単に位置２０２Ａから、平行移動して位置２０２Ｂに走査すると、入射点２０３Ｂに対する接線２０４Ｂに直交する法線に対して、超音波２０８Ｂは、角度θＢで入射し、被検体表面で角度θＢ’に屈折し、斜角超音２０９Ｂとして伝搬する。
【０１２７】
このとき、Ａ点における、被検体に対する屈折角θＡ’と、Ｂ点における被検体に対する屈折角θＢ’の向きが異なっている。超音波探傷時に、角度のずれがあったか否かを確認できず、ずれがなかったとして評価すると、実際の屈折角が異なるために、精度のよい評価ができない。このため、一般に、超音波検査では、被検体（または被検体内部の反射源）に対して、同じ角度（例えば、４５°）を維持して検査することが求められており、屈折角の変化がないように探触子を移動する必要がある。
【０１２８】
水浸法で用いる中間媒質（水）と、被検体（例えば、鉄鋼）に関して、縦波超音波の伝搬速度を比較すると、水の音速Ｖ１＝１５００ｍ／ｓ、鋼材の音速Ｖ２＝６０００ｍ／ｓと４倍音速が異なる。このため、Ｓｎｅｌｌの法則から、水からの入射角θ１と、鋼材への屈折角θ２には、以下の式（２）の関係が成立する。  
ｓｉｎθ２  ＝  ｓｉｎθ１×（Ｖ２／Ｖ１）  …（２）
すなわち、音速比（Ｖ２／Ｖ１）が大きいほど、屈折による角度変化が大きくなる。例えば、θ１＝０°から微小角度Δθだけ入射角がずれたとすると、超音波探傷結果を評価する際に、そのずれ量を把握できない場合は、ずれが無いものとして処理するため、音速比Ｖ２／Ｖ１＝４であるため、鋼材中の屈折角は、４Δθと大きなずれが生じる。
【０１２９】
さらに、探触子から超音波が発信する点と被検体上の超音波入射点の距離（水距離）についても、点２０７Ａから点２０３Ａの距離と、点２０７Ｂから点２０３Ｂの距離は異なっている。
【０１３０】
従って、Ａ点とＢ点における超音波受信波形を比較すると、図１３（Ａ），（Ｂ）のように、被検体表面からの信号（３０１Ａと３０１Ｂ）と被検体内部からの信号（３０２Ａと３０２Ｂ）の受信時間が時間差Δｔだけ異なる波形となる。超音波検査では、受信信号の時間によって、反射源の位置や性状を特定するため、反射源からの信号の受信時間が、探触子位置によって異なることがないように探触子位置を移動する必要がある。
【０１３１】
受信信号の時間的なずれに関して、水中の伝搬距離をＤ１、鋼材中の伝搬距離をＤ２とすると、片道伝搬時間Ｔは、式（３）で表される。  
Ｔ＝（Ｄ１／Ｖ１）＋（Ｄ２／Ｖ２）  …（３）
ここで、超音波探傷器は、被検体の音速Ｖ２を用いて、伝搬時間を伝搬距離に換算して表示する場合が一般的であるので、式（２）の伝搬時間を、鋼材中の伝搬距離Ｗに変換すると、式（４）と表すことができる。  
Ｗ＝Ｄ１×（Ｖ２／Ｖ１）＋Ｄ２  …（４）
したがって、水中の伝搬距離Ｄ１がΔＤずれたとすると、音速比Ｖ２／Ｖ１＝４であるため、超音波探傷実施時に、伝搬距離のずれを把握できない場合、超音波探傷器上に表示される片道伝搬路程Ｗは、４ΔＤと大きなずれとして表示され、評価結果の誤差の要因となる。
【０１３２】
このように、水浸法などの媒質を介する超音波検査では、探触子位置の角度や被検体との距離を正しく設定し、また、探傷実施時の実際の位置関係を把握することが、正確な評価において必要となる。
【０１３３】
次に、図１４を用いて、探傷条件を考慮した探触子走査の例について説明する。超音波探触子を、位置２０２Ａから、位置４０２Ｂに走査する際に、入射点２０３Ｂに対する接線２０４Ｂに直交する法線に対して、超音波４０６Ｂが、角度θＢと等しい角度４０６Ｂで入射するように探触子の角度を設定されていれば、被検体表面で角度２１０Ａと等しい角度４１０Ｂで屈折し、斜角超音４０９Ｂとして伝搬する。
【０１３４】
したがって、探触子と被検体表面の角度を一定に保った状態に設定し、探触子位置４０２Ｂにおいて、探触子表面の垂直方向４０８Ｂに探触子を移動させることで、図１５に示すように、被検体に対する屈折角を維持した状態で、音響レンズを設置した探触子を位置４０７Ｃに移動させることで、被検体表面２０１に接触させることができる。
【０１３５】
なお、探触子が被検体に接触するまでの間は、被検体表面からの反射波の伝搬時間３０３により被検体表面までの距離を測定することができる。
【０１３６】
音響レンズ内の伝搬距離をＤ０（音速Ｖ０）、水中の伝搬距離をＤ１、鋼材中の伝搬距離をＤ２とすると、片道伝搬時間Ｔは、以下の式（５）のように書くことができる。  
Ｔ＝（Ｄ０／Ｖ０）＋（Ｄ１／Ｖ１）＋（Ｄ２／Ｖ２）  …（５）
超音波探傷器は、被検体の音速Ｖ２を用いて、伝搬時間を伝搬距離に換算して表示する場合が一般的であるので、式（５）の伝搬時間を、鋼材中の伝搬距離Ｗに変換すると、式（６）のように書くことができる。  
Ｗ＝Ｄ０×（Ｖ２／Ｖ０）＋Ｄ１×（Ｖ２／Ｖ１）＋Ｄ２  …（６）
接触状態では、音響レンズによる伝搬距離Ｗ０（式（７））のみとなるので、伝搬距離ＷがＷ０との距離差により、接触までの距離を評価することができる。  
Ｗ０＝Ｄ０×（Ｖ２／Ｖ０）  …（７）
なお、このとき、伝搬距離を中間媒質である水の音速で換算してもよいし、また、音響レンズの伝搬距離Ｗ０を予め、伝搬距離Ｗから減算して評価してもよい。
【０１３７】
次に、図１６〜図１７を用いて、音響レンズを設置したアレイ探触子により水などの中間媒質を介して、フェーズドアレイ法により超音波探傷法を実施する場合について説明する。  
図１６〜図１７は、音響レンズを設置したアレイ探触子により水などの中間媒質を介して、フェーズドアレイ法により超音波探傷法を実施する場合の説明図である。
【０１３８】
アレイ探触子を被検体表面に接触させるまでの途中の過程においては、音高レンズと被検体表面は接触していない。したがって、アレイ探触子と被検体表面の位置関係が適切に設定されていない状態、すなわち正対しない状態でアレイ探触子を被検体に接触させると、被検体とアレイ探触子が接触した際にも、正対しない状態が維持されることになる。
【０１３９】
例えば、ある探触子位置において、アレイ探触子１００Ａ，１００Ｂと被検体１０１が正対しているとする。図１６は正対している場合のアレイ探触子と被検体の模式図である。ここで、正対とは、例えば、アレイ探触子の下面７０６と、アレイ探触子下面の中心７０２における鉛直方向直下の被検体の接平面７０１が平行であることを意味する。この場合、アレイ探触子１０１Ａの送信点７０２から超音波が送信され、被検体上の入射点位置７０３から被検体中に屈折し、被検体中の点７０４の方向に超音波が伝搬する。もしも、位置７０４に反射源が位置していれば、送信と逆方向に、すなわち、反射源位置７０４、入射点位置７０３、送信点（＝受信点）７０２に超音波が伝搬し、アレイ探触子１００Ｂで受信される。
【０１４０】
受信信号の強度を、白黒またはカラーで特徴づけして、受信信号を伝搬経路上に表示する。なお、アレイ探触子から送信される超音波は、ディレイパターンにより送信及び受信の角度を変化させることができるので、得られる画像は、被検体の内部に、扇状の領域７０５Ａとして、受信波形の強度マップが白黒またはカラーで表示される。
【０１４１】
ここで、ＡＵＴにより、アレイ探触子位置が別の点に移動し、正対関係が維持できなくなったとする。このときのアレイ探触子と被検体の位置関係を図１７に示す。アレイ探触子と被検体の正対が保たれていない場合には、アレイ探触子１００Ａ，１００Ｂの送信点８０２から送信される超音波は被検体上の入射点位置８０３に入射され、屈折して、被検体内の点８０４に向けて伝搬する。このとき、アレイ探触子と被検体の位置関係が、ある点（図１６）と別の点（図１７）で異なる場合、アレイ探触子から送信される超音波の角度は同じであっても、超音波の被検体に対する入射角が異なるため、屈折角が異なり、実際には、領域８０５のような断面画像で表示されるべき領域を検査することになる。しかしながら、位置関係の変化を想定しない場合、超音波の被検体への屈折角は正対を仮定した表示となるため、本来８０５のように画像を表示しなければならないところを、７０５Ｂのように表示することになる。このように、断面図がずれることにより、アレイ探触子と被検体の位置関係を制御しない場合、正確な探傷結果（断面図）が得られない可能性がある。
【０１４２】
このように、より正確で信頼性の高い探傷結果を得る場合には、アレイ探触子と被検体の位置関係のうち、特に、被検体における超音波入射位置（アレイ探触子と被検体表面のなす角度）を調整することが必要である。
【０１４３】
アレイ探触子と被検体表面の相互の位置調整を実施するには、音響レンズ１００Ｃと被検体表面６０１が接触していない状態における、位置調整が必要である。その理由は、遠隔走査機構で被検体を検査する場合、被検体の正確な位置関係が把握できていない可能性を考慮して、探触子等の検査装置と検査対象の干渉を回避するために、初期位置として、十分に接触しない位置関係に検査装置を設置することが行われるためである。
【０１４４】
本実施形態では、アレイ探触子と被検体表面の相互の位置調整は、図５にて説明したように被検体表面の形状をティーチングすることでなしえる。アレイ探触子と被検体表面の相互の位置調整を行うことで、図７にて説明したように複雑な表面形状を有する被検体の探傷を行える。
【０１４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、音響レンズを備えたアレイ探触子を、アレイ探触子を構成する２つの素子群をそれぞれ送信専用と受信専用に設定することで、音響レンズ内の多重反射によるノイズを低減することで、被検体内部からの反射波を受信することができ、被検体の音速による探傷を実施することができる。
【０１４６】
さらに、通常実施される被検体の音速による探傷に加えて、アレイ探触子を構成する２つの素子群に分割し、２つの素子群のうち少なくとも一方を送受信兼用に設定することで、被検体表面からの反射波を受信することができ、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体の音速による探傷を行うことで、被検体表面の形状の特定ができるとともに、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【０１４７】
また、被検体表面からの信号の強度により、アレイ探触子と被検体を正対位置に設定することが可能である。
【０１４８】
したがって、音響レンズを備えたアレイ探触子により被検体と音響レンズを接触される直接接触法による探傷方法において、アレイ探触子と被検体表面が接触していない初期の状態において、両者の位置関係を特定することができ、位置関係にずれが生じた場合であっても、媒体の音速による探傷結果から、アレイ探触子と被検体の距離及び角度を特定することができるため、位置関係のずれを補正し、アレイ探触子を被検体表面に接触させるように位置調整を行うことができ、位置精度の正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１４９】
また、探傷の実施前に行うティーチングにおいて、媒体の音速を用いた被検体表面からの反射波の画像と、被検体の音速を用いた被検体内部からの信号を併用することで、アレイ探触子の位置に対して、より正確な教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、位置精度の正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１５０】
また、探傷前に行うティーチングにおいて、探傷より以前に実施した自動走査のティーチング情報がある場合には、その情報を利用することで、より正確に、アレイ探触子の位置に対する教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１５１】
また、被検体の音速による音響画像の表示により、欠陥の検査が可能となるとともに、前記媒体の音速による音響画像を表示することにより、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定でき、被検体表面に対するアレイ探触子の位置調整が可能となり、被検体表面に接触した後に実施する被検体音速による探傷結果の音響画像において、反射源位置の測定位置精度や欠陥寸法測定の精度が向上する。
【符号の説明】
【０１５２】
１００，１００Ａ，１００Ｂ…アレイ探触子
１００Ｃ…音響レンズ
１０１…被検体
１０２…遠隔走査機構
１０４…超音波送受信装置
１０５…超音波画像表示手段
【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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