(57)【要約】【課題】超音波探傷上ノイズの大きな対象でも欠陥エコーとノイズの判別を効果的に行う。【解決手段】実施形態による超音波探傷装置１００は、複数の超音波素子１１を有する超音波アレイプローブ１０と、超音波素子１１に振動を生ぜしめる電位差を印加可能な電位差印加部２１と、超音波素子１１が超音波を送受信するタイミングをずらすための遅延時間を算出する遅延時間演算部３１と、電位差印加部２１が超音波素子１１に電位差を印加した状態と印加しない状態とを切り替える切り替え部２２と、遅延時間にしたがって合成した合成エコーに関する特徴量を算出する特徴量算出部３５と、検査対象１への超音波に探傷条件の変化に対する特徴量の変化を算出する特徴量変化算出部３６、および算出した特徴量変化を表示する表示部６０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に超音波を送信し検査対象で反射した超音波を受信する複数の互いに並列に配された超音波素子を有する超音波アレイプローブと、
前記超音波素子に振動を生ぜしめる電位差を印加可能な電位差印加部と、
前記超音波素子が前記超音波を送受信するタイミングをずらすための遅延時間を算出する遅延時間演算部と、
前記電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加した状態と、前記電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加しない状態とを切り替える切り替え部と、
前記超音波素子が受信した受信波を前記遅延時間にしたがって合成した合成エコーに関する特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記検査対象への前記超音波の探傷条件の変化に対する前記特徴量の変化を算出する特徴量変化算出部と、
算出した特徴量変化を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
特徴量の最大値または最小値を与える基準探傷条件と判定用パラメータとを用い前記特徴量変化に基づいて欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
複数の探傷条件により得られる前記合成エコーの特徴量を統合する統合演算部をさらに備え、
前記表示部は、さらに前記統合演算部で統合された画像データに基づいて統合画像を表示可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記特徴量は、前記合成エコーの強度であ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超音波探傷装置。
【請求項５】
前記特徴量は、前記合成エコーの強度が予め定めたしきい値を超えるか前記しきい値以上となるエコー領域の中心位置の変化であ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超音波探傷装置。
【請求項６】
前記特徴量は、前記合成エコーの強度が予め定めたしきい値を超えるか前記しきい値以上となるエコー領域の各点における前記合成エコーの前記強度の分布であ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超音波探傷装置。
【請求項７】
前記切り替え部は、前記超音波素子が前記遅延時間に基づいて前記検査対象に超音波を送信し、前記超音波素子が前記遅延時間に基づいて前記検査対象からの前記超音波を受信するように前記超音波素子のそれぞれへの電位差の印加を切り替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超音波探傷装置。
【請求項８】
信号合成部をさらに有し、
前記切り替え部は、前記遅延時間なしに、前記超音波素子それぞれが、順番に超音波の送信を行うように切り替え、
前記信号合成部が、前記超音波素子それぞれからの超音波の送信により前記超音波素子が受信した受信波を、それぞれの前記受信波に対応した前記遅延時間だけずらして合成する、
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超音波探傷装置。
【請求項９】
複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブによって検査対象に送信され受信された信号データを処理するデータ処理装置において、
前記超音波素子が超音波を送受信するタイミングをずらすための遅延時間を算出する遅延時間演算部と、
電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加した状態と、前記電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加しない状態とを切り替える切り替え部と、
前記超音波素子が受信した受信波を前記遅延時間にしたがって合成した合成エコーに関する特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記検査対象への前記超音波の探傷条件の変化に対する前記特徴量の変化を算出する特徴量変化算出部と、
算出した特徴量変化を表示する表示部と、
を備えることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１０】
映像化部が、超音波アレイプローブの超音波素子から検査対象に送信した超音波の受信波の合成波形に基づいて前記検査対象の内部の映像を作成する映像作成ステップと、
特徴量算出部が、前記映像に基づいて、特徴量を算出する特徴量算出ステップと、
特徴量変化算出部が、探傷条件の変化に対して前記特徴量の変化を算出する特徴量変化算出ステップと、
表示部が、前記特徴量の変化を表示する表示ステップと、
を有することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項１１】
欠陥判定部が、前記特徴量変化算出ステップにおける算出結果に基づいて、変化パターンを選択するパターン選択ステップと、
前記欠陥判定部が、前記選択されたパターンに基づいてパラメータ記憶部から対応するパラメータを読み出すパラメータ読み出しステップと、
前記欠陥判定部が、前記特徴量変化算出ステップにおける算出結果に基づいて、基準探傷条件を決定する探傷条件決定ステップと、
前記欠陥判定部が、前記特徴量変化算出ステップにおける算出結果、前記パラメータ、および前記基準探傷条件から欠陥に基づくエコーであるか否かを判定する判定ステップと、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波探傷装置、データ処理装置および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。
【０００３】
フェーズドアレイ超音波探傷技術は、所定の角度で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、複雑形状に対応できる可能性があり、作業工数低減が可能な点が大きな魅力となっている。フェーズドアレイ超音波探傷技術は、さらに検査を高速化するために、さまざまな取り組みがなされている。本来、フェーズドアレイ超音波探傷試験では複数個の素子群にそれぞれ時間的な遅延をかけて励起することで、自由に探傷屈折角や焦点深さを制御するものである。
【０００４】
この場合、１つの素子群に１セットの遅延時間を与えて１波形の探傷結果を得る（以後これを１シーケンスと呼称する）が、シーケンス数が複数例えば１０００を超えるようになってくると、測定時間が長くなってしまう。そこで、超音波を送受信する回数をなるべく減らして、測定時間を減らす試みがなされている。
【０００５】
そもそも上述のフェーズドアレイ超音波探傷試験では、送受信素子がｎ個のとき、１送信素子につき受信素子ｎ個分の生波形すなわちｎ×ｎ個の生波形が収録できていれば、遅延時間に従って波形の時間軸をずらし、足し合わせることで全条件がオフラインで再構成できる。この考え方を利用して、フェーズドアレイ超音波探傷試験を高速化する試みはいくつかなされてきた。
【０００６】
例えば、超音波送受信を一度だけ行い、そこで得た受信信号を任意の探傷条件で合成する技術や、１つの素子で超音波を送信して複数の素子で超音波を受信するシーケンスを、超音波を送信する素子を変えて繰返して、得られた波形を合成することで擬似的な送受信フォーカスが可能となる技術が知られている。
【０００７】
また、溶接部など、異方性があったり結晶粒が粗大化していたりする検査対象においてノイズを欠陥と誤認識することを防ぐため、信号ノイズ比（ＳＮ比）の向上が課題とされている。例えば溶接部検査において、データベースやシミュレーションを用いる技術のほか、専用のプローブを設計する技術なども知られている。また、最近では、アレイ素子の大きさなどを変化させた探傷法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３７０４０６５号公報
【特許文献２】特開２００９−２８１８０５号公報
【特許文献３】特許第５５８８９１８号公報
【特許文献４】特開２００１−３４３３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の、ノイズを欠陥に誤認識することを防ぐ種々の対策は、あくまでファンダメンタルな信号ノイズ比（ＳＮ比）の向上を目指したもので、欠陥エコー（欠陥で反射した超音波の反射波）とノイズを効果的に判別することは、依然困難である。
【００１０】
以上を踏まえ、本発明の実施形態は、探傷条件を変更した際のノイズの信号強度変化と欠陥エコーの信号強度変化の挙動が異なることを利用することで、溶接部等の超音波探傷上のノイズの大きな対象においても欠陥エコーとノイズの判別を事前の調査やデータベースとの比較を行うことなく効果的に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】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本実施形態に係る超音波探傷装置は、検査対象に超音波を送信し検査対象で反射した超音波を受信する複数の互いに並列に配された超音波素子を有する超音波アレイプローブと、前記超音波素子に振動を生ぜしめる電位差を印加可能な電位差印加部と、前記超音波素子が前記超音波を送受信するタイミングをずらすための遅延時間を算出する遅延時間演算部と、前記電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加した状態と、前記電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加しない状態とを切り替える切り替え部と、前記超音波素子が受信した受信波を前記遅延時間にしたがって合成した合成エコーに関する特徴量を算出する特徴量算出部と、前記検査対象への前記超音波の探傷条件の変化に対する前記特徴量の変化を算出する特徴量変化算出部と、算出した特徴量変化を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態は、複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブによって検査対象に送信され受信された信号データを処理するデータ処理装置において、前記超音波素子が超音波を送受信するタイミングをずらすための遅延時間を算出する遅延時間演算部と、電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加した状態と、前記電位差印加部が前記超音波素子に電位差を印加しない状態とを切り替える切り替え部と、前記超音波素子が受信した受信波を前記遅延時間にしたがって合成した合成エコーに関する特徴量を算出する特徴量算出部と、前記検査対象への前記超音波の探傷条件の変化に対する前記特徴量の変化を算出する特徴量変化算出部と、算出した特徴量変化を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本実施形態に係る超音波探傷方法は、映像化部が、超音波アレイプローブの超音波素子から検査対象に送信した超音波の受信波の合成波形に基づいて前記検査対象の内部の映像を作成する映像作成ステップと、特徴量算出部が、前記映像に基づいて、特徴量を算出する特徴量算出ステップと、特徴量変化算出部が、探傷条件の変化に対して前記特徴量の変化を算出する特徴量変化算出ステップと、表示部が、前記特徴量の変化を表示する表示ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、欠陥エコーとノイズの判別を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る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の実施形態に係る超音波探傷装置の超音波の送信を示す概念的縦断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る超音波探傷装置の超音波の進行状態を示す概念図である。
【図４】第１の実施形態に係る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図である。
【図５】第１の実施形態に係る超音波探傷装置によるエコー信号の合成信号の時間的変化を示すグラフである。
【図６】探傷空間領域内に欠陥がある場合を示す概念図である。
【図７】探傷空間領域内に欠陥がある場合の探傷空間領域の映像化結果である。
【図８】探傷空間領域内に欠陥の他に溶接部がある場合を示す概念図である。
【図９】探傷空間領域内に欠陥の他に溶接部がある場合の探傷空間領域の映像化の結果得られる画像である。
【図１０】第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷空間領域の映像化結果からの有意エコー領域の抽出を説明する第１の画像であり、（ａ）は有意エコー領域の抽出前、（ｂ）は有意エコー領域の抽出後を示す。
【図１１】第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷空間領域の映像化結果からの有意エコー領域の抽出を説明する第２の画像であり、（ａ）は有意エコー領域の抽出前、（ｂ）は有意エコー領域の抽出後を示す。
【図１２】第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域の映像化によるエコー強度分布の画像であり、（ａ）はβが２０°、（ｂ）はβが３０°、（ｃ）はβが４０°の場合である。
【図１３】第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、エコー強度の変化の例を示すグラフである。
【図１４】第１の実施形態に係る超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。
【図１５】第１の実施形態に係る超音波探傷方法における欠陥判定部での欠陥の有無の判定内容の例を説明するグラフである。
【図１６】第１の実施形態に係る超音波探傷方法における判定の手順を示すフロー図である。
【図１７】第１の実施形態に係る超音波探傷方法の変形例における焦点深さＦを変化させた場合の、エコー強度の変化の例を示すグラフである。
【図１８】第２の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】第２の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域のエコー領域の中心位置の変化の例を示す画像であり、（ａ）はβが２０°、（ｂ）はβが３０°、（ｃ）はβが４０°の場合である。
【図２０】第２の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域のエコー領域の中心位置の変化の例を示すグラフである。
【図２１】第３の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】第３の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域内の各画素における輝度値の頻度分布の変化の例であって、ノイズの場合を示すグラフである。
【図２３】第３の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域内の各画素における輝度値の頻度分布の変化の例であって、欠陥の場合を示すグラフである。
【図２４】第４の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】第４の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、エコー強度の変化の例を示すグラフである。
【図２６】第４の実施形態に係る超音波探傷方法における統合について説明するための概念的説明図であり、探傷条件としての探傷屈折角をβｓからβｅの範囲とした場合に、（ａ）は探傷屈折角がβｓのとき、（ｂ）は探傷屈折角がβｅの場合、（ｃ）は統合した結果を示す。
【図２７】第４の実施形態に係る超音波探傷方法における統合の効果を説明する比較用の図であり、（ａ）は統合しない場合、（ｂ）は統合した場合を示す。
【図２８】第５の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２９】第５の実施形態に係る超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。
【図３０】第５の実施形態に係る超音波探傷方法における超音波の各送信の状態を示すブロック図である。
【図３１】第５の実施形態に係る超音波探傷方法における超音波の送信によるエコー波形の一部を示す波形図である。
【図３２】第５の実施形態に係る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３３】第５の実施形態に係る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３４】第６の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る超音波探傷装置、データ処理装置および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、重複説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。超音波探傷装置１００は、超音波アレイプローブ１０、受発信部２０、演算部３０、記憶部４０、制御演算部５０、表示部６０および入力部７０を有する。超音波探傷装置１００は、検査対象１に内在する欠陥２を検出することを目的としている。
【００１８】
超音波アレイプローブ１０は、複数の超音波素子１１を有する。超音波素子１１は、互いに一定の間隔をあけて１次元的（一方向）に配列されている。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の他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いずれかの構成、もしくはその組み合わせからなる構成とし、一般的に超音波探触子と称されるものとする。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
受発信部２０は、電位差印加部２１、切り替え部２２、およびＡＤ変換部２３を有する。電位差印加部２１は、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。切り替え部２２は、制御演算部５０からの指令に基づいて、超音波素子１１のそれぞれについて、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との間の相互の切り替えを行う。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。
【００２６】
記憶部４０は、信号処理情報記憶部４１およびパラメータ記憶部４２を有する。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（ディジタル超音波波形データ）を記憶する。また、演算部３０における演算処理結果を処理情報として記憶する。パラメータ記憶部４２は、後述する演算部３０の欠陥判定部３７での判定に使用する判定用パラメータを記憶する。判定用パラメータは、入力部７０から入力される。
【００２７】
図２は、超音波の送信を示す概念的縦断面図である。一般的なフェーズドアレイを用いた場合の探傷を示す。検査対象１の内部に、超音波を任意の探傷屈折角βおよび焦点位置で入射させるために、超音波アレイプローブ１０内に定義した駆動素子群を構成する各超音波素子１１に適切な時間遅延を付与し発振させていく。これにより、超音波の検査対象１への入射角αや焦点位置（図示、説明せず）の制御が可能になる。
【００２８】
超音波アレイプローブ１０内の駆動素子群を走査していくことで、超音波素子１１の並んでいる方向の断面図を得るリニアスキャン法、駆動素子群の位置を固定して探傷屈折角βのみを走査して扇状の断面図を得るセクタスキャン法等がある。本実施形態では、代表的にリニアスキャン法を例に取って説明するが、セクタスキャン法に加え、測定したい領域に合わせて焦点深さを変化させるＤｙｎａｍｉｃ  Ｄｅｐｔｈ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ（ＤＤＦ）等、複数の超音波素子１１を遅延時間制御して実施する他の探傷方法でもよい。
【００２９】
演算部３０は、遅延時間演算部３１、信号合成部３２、映像化部３３、抽出部３４、特徴量算出部３５としての強度分布算出部３５ａ、特徴量変化算出部３６としての強度分布変化算出部３６ａ、および欠陥判定部３７を有する。
【００３０】
遅延時間演算部３１は、超音波を、所定の探傷屈折角βおよび焦点深さに集束させるために、駆動素子群としての複数の超音波素子１１に、電位差印加部２１から電圧を印加するように切り替えるタイミング、すなわち超音波の発信のタイミングをずらすための遅延時間を計算する。この遅延時間に基づいて、切り替え部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。すなわち、遅延時間演算部３１において所望の探傷条件から算出した遅延時間に基づいてそれぞれの超音波素子１１を駆動することによって、超音波アレイプローブ１０により所望の探傷条件での探傷を行うことができる。なお、探傷条件とは、超音波探傷を行う際の探傷パラメータであり、本実施形態においては少なくとも探傷屈折角βおよび焦点深さのいずれかを含むが、探傷を行なう際に必要なこの他の探傷パラメータであっても構わない。
【００３１】
遅延時間の算出は、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、探傷屈折角β、フォーカス深さ、検査対象１の表面形状、音響伝搬媒質５および検査対象１における音速から求められる。
【００３２】
この際、検査対象１の表面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、超音波素子１１から発せられた超音波の飛行時間を用いて計算してもよいし、既存の図面等の形状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検査対象表面形状計測手段を、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込んで使用することもできる。
【００３３】
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内の全ての超音波素子１１の場合であってもよい。
【００３４】
また、遅延時間演算部３１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。
【００３５】
信号合成部３２は、駆動素子群の超音波素子１１が受信したそれぞれのディジタル超音波波形（エコー波形）のデータを用いて、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（エコー波形信号）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。信号合成部３２での合成結果は、信号処理情報記憶部４１に保存される。
【００３６】
図３は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の超音波の進行状態を示す概念図である。超音波の経路を示すそれぞれの線は、それぞれの駆動素子群に属する複数の超音波素子１１のそれぞれに、遅延時間演算部３１で算出した遅延時間分を遅らせて発信したものである。
【００３７】
図４は、超音波の進行方向を説明するための概念図である。今、駆動素子群に属する超音波素子１１が４つある場合を例に説明する。超音波素子１１のそれぞれから超音波が発せられる発信位置をＰ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４、これらの発信位置から発せられた超音波をＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４とする。
【００３８】
遅延時間を設けなければ超音波は、超音波アレイプローブ１０の正面、すなわち、超音波素子１１の並びの直線Ｌ０に平行のままに進行しながら伝搬する。
【００３９】
一方、それぞれの発信位置からの発信時刻が、Δｔずつずれているとすると、それぞれの超音波の進む距離が段々遅れてくる。すなわち、Ｐ１から発せられた超音波はＣ１まで進行するが、最も遅くＰ４から発せられた超音波はＣ４までしか進行しない。この結果、包絡線ＬＣは、超音波素子１１の並びの直線Ｌ０から傾く。駆動素子群に属する超音波素子１１の中央から、包絡線ＬＣに垂直の方向に延びたベクトルを主ビームＬ１とすると、主ビームＬ１は、直線Ｌ０に垂直な方向から傾いている。このように順次遅延時間を設けることによって、合成された超音波の方向に角度を付けることができる。
【００４０】
なお、以上が、リニアスキャン法であるが、前述のように、駆動素子群の位置を固定して探傷屈折角βのみを走査して扇状の断面図を得るセクタスキャン法、あるいはＤＤＦ等、複数の超音波素子を遅延時間制御して実施する他の探傷方法でもよい。
【００４１】
図５は、本実施形態に係る超音波探傷装置の超音波素子１１の受信信号であるエコー信号の合成信号（合成エコーの信号）の時間的変化を示すグラフである。横軸は時間を、また縦軸は、受信波（エコー）である超音波の合成波形（合成エコー）の振動強度を示す。時間変化の前半は、音響伝搬媒質５内での伝搬、後半は検査対象１内での伝搬を示す。
【００４２】
映像化部３３は、超音波アレイプローブ１０と、検査対象１の相対位置関係および検査対象１の形状に基づいて、駆動素子群の中心から超音波の主ビームＬ１が伝搬する音線を計算し、その音線に従って合成信号の強度を検査対象１の探傷空間領域にプロットする。駆動素子群を順次走査することにより、探傷空間領域における信号強度のコンター図あるいは探傷画像を生成する。映像化部３３での計算結果およびコンター図生成用の情報は、信号処理情報記憶部４１に保存される。
【００４３】
図６は、探傷空間領域内に欠陥がある場合を示す概念図である。欠陥２が検査対象１内に存在している場合である。この画像化の際には、振動の振幅、あるいは振動の振幅の二乗を、輝度に置き換えることが行われている。
【００４４】
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、探傷時の超音波の検査対象への入射条件など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。以下の実施例についてはＢ−ｓｃａｎを用いて説明する。
【００４５】
図６に示すように、超音波アレイプローブ１０と検査対象１の間に音響伝搬媒質５がある場合、その伝播位置も合わせて映像化することができる。音響伝搬媒質５中の伝播速度はたとえば水の場合、約１５００ｍ／秒である。また、検査対象１の材質がたとえば鉄の場合、検査対象１中の伝播速度は約５９００ｍ／秒である。
【００４６】
音響伝搬媒質５の寸法、入射角α、探傷屈折角βは既知であり、音響伝搬媒質５および検査対象１内での超音波の伝搬速度も既知である。したがって、合成波形に関する各時刻は、探傷空間領域における、音響伝搬媒質５内の伝搬位置および検査対象１内の伝搬位置と一対一に対応し、合成波形の時間的変化は、探傷空間領域における各位置に置き換えることができる。
【００４７】
図７は、探傷空間領域内に欠陥がある場合の探傷空間領域の映像化結果である。映像化部３３は、Ｂ−ｓｃａｎの場合、このように、超音波アレイプローブ１０内の超音波素子１１の並びに平行な面内において、超音波の伝搬の過程における超音波信号の強弱を輝度の変化で示すものである。図７のＥｄで表示している部分が欠陥に対応している。
【００４８】
図８は、探傷空間領域内に欠陥の他に溶接部がある場合を示す概念図である。また、図９は、この場合の探傷空間領域の映像化結果である。図９のＥｄで表示している部分が欠陥２に対応している。一方、Ｅｎで表示している部分は、溶接部３に対応している。このように、映像化結果を一見しては、欠陥２と溶接部３の区別をするのは非常に難しい。
【００４９】
図１に示した抽出部３４は、合成信号もしくは映像化結果に基づいて、探傷空間領域において、受信波であるエコーを合成した合成エコーの強度が所定以上となる（または、所定の強度を超える）領域（エコー領域）を有意エコー領域として抽出する。所定の強度のしきい値は、たとえば、内部状態が既知の試験体を用いた試験でのエコー強度分布などの経験に基づいて設定することができる。
【００５０】
図１０は、第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷空間領域の映像化結果からの有意エコー領域の抽出を説明する第１の画像であり、（ａ）は有意エコー領域の抽出前、（ｂ）は有意エコー領域の抽出後を示す。このように、しきい値を設けてそれに満たないエコーを全て消去する。
【００５１】
図１１は、第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷空間領域の映像化結果からの有意エコー領域の抽出を説明する第２の画像であり、（ａ）は有意エコー領域の抽出前、（ｂ）は有意エコー領域の抽出後を示す。これも、しきい値を設けてそれに満たないエコーを全て消去するものである。
【００５２】
図１に示す特徴量算出部３５としての強度分布算出部３５ａは、映像化部３３で映像化された画像の輝度、すなわち合成信号の各位置における強度分布を算出する。特徴量変化算出部３６としての強度分布変化算出部３６ａは、探傷条件の変化に対応する強度分布の変化を算出する。
【００５３】
あるエコー領域Ｅｊにおけるエコー強度をＥＩｊとする。このときｊは自然数で、ある探傷空間領域におけるエコー領域のインデックスを表す。合成エコーの強度は、たとえば、画像化された状態での輝度で表すことができる。インデックスｊのエコー領域内のそれぞれの点の輝度は、その点における超音波の振動の振幅、あるいは振幅の二乗などに比例して設定される。インデックスｊのエコー領域Ｅｊのエコー強度ＥＩｊは、エコー領域Ｅｊ内の各点での輝度の加算、加算平均、ピーク値、またはその他の代表値などで定義される。このエコー強度ＥＩｊは、探傷屈折角βや、焦点の位置などの探傷条件によって変化するため、これらを変数として探傷条件θとすると、各探傷条件におけるエコー強度ＥＩｊ（θ）と表される。
【００５４】
図１２は、第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域の映像化によるエコー強度分布の画像であり、（ａ）はβが２０°、（ｂ）はβが３０°、（ｃ）はβが４０°の場合である。すなわち、探傷条件を探傷屈折角とした場合である。図１２では、エコー領域として、Ｅ１およびＥ２が表示されている。探傷屈折角βを２０°から４０°まで増加させると、いずれも輝度の代表値に対応するエコー強度が減少する。
【００５５】
図１３は、第１の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、エコー強度の変化の例を示すグラフである。横軸は、探傷条件θとしての探傷屈折角β、縦軸は、特徴量としてのエコー領域のエコー強度ＥＩである。曲線Ｅ１、曲線Ｅ２はそれぞれ、図１２のエコー領域Ｅ１、Ｅ２に対応する。
【００５６】
探傷屈折角βを２０°から４０°まで１°刻みで連続的に変化する場合、θは０から２０までの全２１パターンあることになり、探傷条件θとしての探傷屈折角βの変化に対するエコー強度ＥＩｊ（θ）の変化は、図１３のようなグラフで表される。このように、探傷条件θの変化に対する変化傾向がＥ１とＥ２とで明瞭に異なることから、この２つのエコー領域において抽出された有意エコー領域はその由来が異なることが認識できる。
【００５７】
表示部６０は、強度分布変化算出部３６ａで算出した探傷条件θの変化に対するエコー強度の変化を表示する。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β等の探傷条件θなどをさらに表示してもよい。
【００５８】
制御演算部５０は、受発信部２０、演算部３０、記憶部４０、および表示部６０を制御し、これらの相互間のタイミングの整合を図る。
【００５９】
図１４は、第１の実施形態に係る超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。まず、検査対象１に超音波アレイプローブ１０を設置する（ステップＳ０１）。次に、遅延時間演算部３１が探傷条件に応じた遅延時間を算出する（ステップＳ０２）。発信側の遅延時間にしたがって、順次、各超音波素子１１から超音波を発信する（ステップＳ０３）。
【００６０】
次に、信号合成部３２が、超音波素子１１で受信した波形を、受信側の遅延時間に従って合成し、合成波形を導出する（ステップＳ０４）。次に、各合成波形データに基づいて、映像化部３３が、映像化により画像を作成する（ステップＳ０５）。次に、必要な走査が完了したか否かを判定する（ステップＳ０６）。判定は、たとえば、全ての駆動素子群について完了したかを判定する。完了していない場合（ステップＳ０６  ＮＯ）は、ステップＳ０２以降を繰り返す。
【００６１】
走査が完了していると判定された場合（ステップＳ０６  ＹＥＳ）は、次に、抽出部３４が、抽出処理を行う（ステップＳ０７）。次に、特徴量算出部３５である強度分布算出部３５ａが、強度分布を算出する。また、特徴量変化算出部３６である強度分布変化算出部３６ａが、探傷条件の変化に対しての、特徴量である強度分布の変化を算出する（ステップＳ０８）。表示部６０はこの特徴量の変化である強度分布の変化を、探傷条件をパラメータにして表示する。あるいは、特定部分ごとに横軸に探傷条件、縦軸に強度をとったグラフの形式で探傷条件の変化に対する強度の変化を表示する（ステップＳ０９）。次に、探傷条件の変化に対する強度の変化に基づいて、欠陥の判定評価を行う（ステップＳ１０）。
【００６２】
図１３で示したように、探傷条件θとしての探傷屈折角βの変化に対する特徴量としてのエコー強度ＥＩの変化傾向が、Ｅ１とＥ２とで明瞭に異なることから、この２つのエコー領域において抽出された有意エコー領域は、前述のようにその由来が異なることが認識できる。
【００６３】
例えば、各探傷条件で測定したエコー強度ＥＩが、探傷条件に依存関係のない、あるいは探傷条件に依存関係が小さい場合には、不確定要素の大きいノイズであり、探傷条件に依存関係があると想定されるＥ２は安定した散乱源である欠陥であると想定される。このように、エコー強度の強い領域を抽出し、探傷条件を変化させて、その変化傾向を調査することで、Ｅ１はノイズ、Ｅ２は欠陥エコーという判別も可能となる。
【００６４】
なお、図１３でＥ２の信号は探傷屈折角βが２０°から４０°まで変化するに従って、単調に増加後に最大値をとった後に単調に減少する例を記したが、エコー強度の変化は、欠陥の形状や傾きに依存するものであり、単調に減少、あるいは増加するなど、探傷屈折角とエコー強度の関係が有意なものであることを判断できれば欠陥のエコーと判別が可能となる。
【００６５】
図１５は、欠陥判定部における欠陥の有無の判定内容の例を説明するグラフである。横軸は探傷条件としての探傷屈折角β、縦軸は特徴量としてのエコー強度ＥＩを示す。
【００６６】
この例は、探傷屈折角βの増加に対してエコー強度ＥＩが単調に増加後に最大値をとった後に単調に減少する場合である。エコー強度の最大値Ｅｍを与える探傷屈折角を基準探傷条件としての基準角度βｍとする。基準角度βｍが、判定の際の探傷条件の基準となる。
【００６７】
今、エコー強度が最大値Ｅｍより判定用特徴量変化幅ΔＥｄ、たとえば３ｄＢあるいは６ｄＢなどの値だけ低下するエコー強度Ｅｄを与える探傷屈折角は、図１５よりそれぞれβｄ１、βｄ２（ただし、βｄ１＜βｄ２）として得られる。この探傷屈折角βｄ１およびβｄ２が、所定の幅の中にあれば当該エコーを欠陥エコーであると判定する。
【００６８】
具体的には、所定の値をもつ２つの判定用探傷条件変化幅Δβ１およびΔβ２に基づいて、β１、β２、β３、およびβ４（β１＜β２＜β３＜β４）を次の式（１）ないし式（４）により設定する。ただし、０＜Δβ１＜Δβ２とする。
β１＝βｍ−Δβ２          …（１）
β２＝βｍ―Δβ１          …（２）
β３＝βｍ＋Δβ１          …（３）
β４＝βｍ＋Δβ２          …（４）
【００６９】
ここで、次の式（５）および式（６）が成立すれば、当該エコーを欠陥エコーであると判定する。
β１＜βｄ１＜β２          …（５）
β３＜βｄ２＜β３          …（６）
【００７０】
例えば、判定用特徴量変化幅ΔＥｄを３ｄＢ、判定用探傷条件変化幅Δβ１およびΔβ２をそれぞれ５°および１５°とした場合は、ピーク値からエコー強度が３ｄＢ低下する屈折探傷角βをβｄ１、βｄ２（βｄ１＜βｄ２）とする。このとき、次の式（７）および式（８）成立すれば、当該エコーを欠陥エコーであると判定する。
βｍ−１５°＜β１＜βｍ−５°            …（７）
βｍ＋５°＜β２＜βｍ＋１５°            …（８）
【００７１】
以上は、探傷屈折角βの増加に対してエコー強度ＥＩが単調に増加後に最大値をとった後に単調に減少する場合であるが、探傷屈折角βの増加に対してエコー強度ＥＩが単調に減少後に最小値をとった後に単調に増加する場合も、エコー強度の最小値Ｅｍｉｎおよびこのときの探傷屈折角を基準探傷条件としての基準角度βｍｉｎとして、同様の判定を行うことが可能である。
【００７２】
また、探傷屈折角βの増加に対してエコー強度ＥＩが単調に減少する場合も同様な方法で判定することができる。具体的には、探傷屈折角βの角度領域がβｍからβｎの場合、基準探傷条件としての基準角度βｍでエコー強度の最大値Ｅｍをとるため、たとえば、エコー強度の低下幅を判定用特徴量変化幅ΔＥｄ、判定用探傷条件変化幅をΔβ１およびΔβ２（ただし、Δβ１＜Δβ２）とする。また、エコー強度の最大値Ｅｍから判定用特徴量変化幅ΔＥｄだけ低下するエコー強度Ｅｄを与える探傷屈折角βをβｄとする。
【００７３】
このとき、次の式（９）が成立する場合は、当該エコーを欠陥エコーであると判定する。
βｍ＋Δβ１＜βｄ＜βｍ＋Δβ２              …（９）
【００７４】
探傷屈折角βの増加に対してエコー強度ＥＩが単調に増加する場合も同様な方法で判定することができる。また、エコー強度の最小値に基づいて判定してもよい。すなわち、探傷屈折角βの角度領域がβｍｉｎからβｎの場合、エコー強度の最小値Ｅｍｉｎをとる探傷屈折角を基準探傷条件としての基準角度βｍｉｎとする。たとえば、エコー強度の増加幅を判定用特徴量変化幅ΔＥｄ、判定用探傷条件変化幅をΔβ１およびΔβ２（ただし、Δβ１＜Δβ２）とする。また、エコー強度の最小値Ｅｍから判定用特徴量変化幅ΔＥｄだけ増加するエコー強度Ｅｄを与える探傷屈折角βをβｄとする。
【００７５】
このとき、次の式（９）が成立する場合は、当該エコーを欠陥エコーであると判定する。
βｍｉｎ＋Δβ１＜βｄ＜βｍｉｎ＋Δβ２              …（１０）
【００７６】
以上のように、欠陥判定部３７は、探傷条件である探傷屈折角βに対する特徴量としてのエコー強度ＥＩの変化のパターンに応じた判定式で、欠陥エコーか否かを判定する。なお、以上の例において用いられた判定用特徴量変化幅ΔＥｄ、判定用探傷条件変化幅Δβ１およびΔβ２などの判定用パラメータについては、記憶部４０のパラメータ記憶部４２に保存されている。パラメータ記憶部４２は、入力部７０から入力された判定用パラメータを記憶する。
【００７７】
これらの判定用パラメータは、たとえば、探傷条件である探傷屈折角βに対する特徴量としてのエコー強度ＥＩの変化が、最大値あるいは最小値をとるか、単調増加であるかあるいは単調減少であるか等のパターンにより異なるものを用いてよい。また、検査対象の材質、あるいは検査対象が受けた履歴などの検査対象部に関する情報に基づいて、経験的により適切なものを判定用パラメータとして使用することができる。
【００７８】
以上のケースは、探傷条件が探傷屈折角の場合を例にとって示したが、その他の探傷条件に対する特徴量の変化の場合についても、同様の方法により、欠陥エコーであるか否かの判定を行うことができる。
【００７９】
図１６は、超音波探傷方法における判定の手順を示すフロー図である。図１４に示すように、特徴量変化算出部３６である強度分布変化算出部３６ａが強度分布の変化を算出し（ステップＳ０８）、表示部６０が、特定部分ごとに、たとえば横軸に探傷条件、縦軸に強度をとったグラフの形式で探傷条件の変化に対する強度の変化として表示する（ステップＳ０９）。この後に、判定評価ステップＳ１０として、それぞれの特定部分について、欠陥エコーか否かの判定が行われる。以下に判定評価ステップＳ１０の詳細な手順を示す。
【００８０】
まず、欠陥判定部３７は、変化パターンの選択を行う（ステップＳ１１）。すなわち、たとえば、探傷条件の増加に対して、特徴量が単調増加した後に最大値をとりその後は単調減少するパターンや、探傷条件の増加に対して特徴量が単調減少するパターンなどの、どのタイプに属するかを、特徴量変化算出部３６が表示部６０に与えたグラフ作成用のデータに基づいて区分する。
【００８１】
次に、欠陥判定部３７は、区分したパターンに応じた判定用パラメータを、パラメータ記憶部４２から読み出す（ステップＳ１２）。この際、入力部７０を経由して検査対象の材質、あるいは検査対象が受けた履歴などの検査対象部に関する情報を取得している場合は、その情報に応じて適切な判定用パラメータを選択する。
【００８２】
次に、欠陥判定部３７は、グラフ作成用のデータに基づいて、基準探傷条件を決定する（ステップＳ１３）。たとえば、探傷条件の増加に対して、特徴量が単調増加した後に最大値をとりその後は単調減少するパターンであれば、特徴量の最大値を与える探傷条件を基準探傷条件とする。
【００８３】
次に、欠陥判定部３７は、選択した判定用パラメータを用いて、グラフ作成用のデータから、たとえば、図１５に示した方法によって、注目する部分が、欠陥エコーによるものか否かを判定する（ステップＳ１４）。欠陥判定部３７は、この判定の結果を、表示部６０に出力し、表示部６０は、判定結果を表示する（ステップＳ１５）。
【００８４】
以上のように、本実施形態は、探傷屈折角の変化に対するエコー強度変化を表示することで、溶接部等の超音波探傷上ではノイズの大きな対象における欠陥エコー（検査対象の欠陥で反射した超音波の反射波）とノイズの判別を行うことができる。
【００８５】
図１７は、第１の実施形態に係る超音波探傷方法の変形例における焦点深さＦを変化させた場合の、エコー強度の変化の例を示すグラフである。本実施形態では探傷角度を変化させたが、当然、変化させるものは探傷角度に限定されるものではなく、例えばこの図１７に示すように、焦点の位置などの探傷条件を変化させその際のエコー強度の変化を表示することでも良い。
【００８６】
［第２の実施形態］
図１８は、第２の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態においては、特徴量算出部３５としての中心位置算出部３５ｂを有し、特徴量変化算出部３６としての中心位置変化算出部３６ｂを有する。すなわち、第１の実施形態においては特徴量をエコー強度としたが、本実施形態においては、特徴量をエコー領域の中心位置としている。
【００８７】
あるエコー領域Ｅｊにおけるエコー領域の中心位置（エコー中心位置）はＥＰｊで表す。このときｊは自然数で、ある探傷空間領域におけるエコーのインデックスを表す。エコー中心位置は２次元の探傷画像であれば（Ｘｊ、Ｚｊ）、３次元の座標であれば（Ｘｊ、Ｙｊ、Ｚｊ）で表される。エコー中心位置は、エコー領域Ｅｊの中心位置を用いる。ただし、特徴量として探傷条件の変化に対応する変化が確認できるものであれば、必ずしもそのエコー領域Ｅｊの中心である必要はない。たとえば、エコー領域Ｅｊのそれぞれの点のうち合成エコーが最大強度を持つ座標でもよいし、あるしきい値を超える画素群の重心を用いてもよい、また、それぞれＸ、Ｙ、Ｚの最大値や最小値、中心値などを用いてもよい。すなわち特定のロジックによって一意に求められるものであればよい。
【００８８】
各探傷条件におけるエコー中心位置を、ＥＰｊ（θ）と表わし、座標としては、Ｘｊ（θ）、Ｙｊ（θ）、Ｚｊ（θ）と表わす。
【００８９】
たとえば、探傷条件θが探傷屈折角βの場合の例を示す。図１９は、第２の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域のエコー領域の中心位置の変化の例を示す画像であり、（ａ）はβが２０°、（ｂ）はβが３０°、（ｃ）はβが４０°の場合である。破線は、エコー中心位置を表す。
【００９０】
図２０は、第２の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域のエコー領域の中心位置の変化の例を示すグラフである。βが２０°から４０°までたとえば１°刻みで連続的に変化させた場合、θは０から２０までの全２１パターンあることになり、エコー中心位置ＥＰｊ（θ）のＸｊ（θ）変化は図２０のような模式図で表される。
【００９１】
探傷屈折角βが大きくなる、すなわち図１９では探傷条件θが大きくなるにつれて、エコー領域Ｅ１の位置は大きくに移動している、あるいは、ところどころ不連続となる点がある。一方、エコー領域Ｅ２の位置は大きくは移動していない。この傾向を用いると例えば、探傷条件に依存して大きくその中心位置が変化するＥ１は材料固有のノイズであると推定される。一方、探傷条件を変更してもその中心位置があまり変化しないＥ２は安定した散乱源である欠陥と推定される。このように、Ｅ１はノイズ、Ｅ２は欠陥エコーという判別が可能となる。
【００９２】
［第３の実施形態］
図２１は、第３の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。本第３の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態においては、特徴量算出部３５としての輝度値頻度分布算出部３５ｃを有し、特徴量変化算出部３６としての輝度値頻度分布変化算出部３６ｃを有する。すなわち、本実施形態においては、探傷空間領域内の各画素における輝度値を特徴量としたものである。
【００９３】
図２２は、第３の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域内の各画素（各点）における輝度値（すなわち合成エコーの強度）の頻度分布の変化の例であって、ノイズの場合を示すグラフである。ここで、輝度値の頻度分布は、注目するエコー領域の画像領域中の画素のそれぞれについての輝度値の、その画像領域中の出現頻度の分布である。図２３は、第３の実施形態に係る超音波探傷方法における探傷屈折角βを変化させた場合の、探傷空間領域内の各画素（各点）における輝度値（すなわち合成エコーの強度）の頻度分布の変化の例であって、欠陥の場合を示すグラフである。
【００９４】
このように、たとえば、位置や強度がビーム方向の影響を受けやすいノイズは、Ｅ１のように不規則な変化傾向をとる。これに対し、比較的安定した散乱源である欠陥エコーはＥ２で見られるように変化量が安定的に推移するなどの推定が可能となる。
【００９５】
この時変化傾向の比較には、相関量計算やピーク数、ピーク位置、オフセット量などが比較できるほか、フィルタによるグラフの平滑化、ガウス関数や指数対数関数の重ね合わせ等を用いた近似値化を行い、計算負荷を低減してもよい。
【００９６】
なお、第１の実施形態から第３の実施形態において、特徴量をそれぞれ、エコー強度、エコー領域の中心位置、また探傷空間領域内の各画素における輝度値とした実施形態を示したが、特徴量については、受信した超音波から得られる各種の情報を用いることができ、またこれらの特徴量となりうる情報を適宜組み合わせて用いることも可能である。
【００９７】
［第４の実施形態］
図２４は、第４の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。本第４の実施形態は、第１の実施形態の変形であり、演算部３０が、統合演算部３８をさらに有する。統合演算部３８は、映像化部３３による処理の結果で得られた探傷画像のうち、任意の複数個を用いて統合処理を行い、よりＳＮ比の高い統合画像を得る。以下に、統合化の内容について述べる。
【００９８】
図２５は、探傷屈折角βを変化させた場合の、エコー強度の変化を示すグラフである。映像化部３３で生成する探傷画像は、それぞれの探傷条件（例えば探傷屈折角β）につき１つ得られる。ここで、複数の探傷画像を選択する場合、それらは任意の探傷条件から選択可能だが、図２５に示すように探傷条件を参考に選択してもよい。ここでは探傷条件を探傷屈折角βにした例で説明するが、焦点深さ等、この他の探傷条件を用いてもよい。統合範囲は、たとえば、図２５に示したようにβｓからβｅの範囲とする。この場合、この範囲の値の全てを統合化に用いてもよいし、複数点だけ間引いて用いてもよい。
【００９９】
図２６は、統合について説明するための概念的説明図である。探傷条件としての探傷屈折角をβｓからβｅの範囲とした場合で、（ａ）は探傷屈折角がβｓのとき、（ｂ）は探傷屈折角がβｅの場合、（ｃ）は統合した結果を示す。
【０１００】
統合化は、複数の探傷画像における特徴量を、検査対象の各位置において重ね合わせることにより行う。統合化の具体的手法としては、加算平均や総乗など、任意のものでよい。探傷屈折角をβｓからβｅまで、順次増加させた場合、（ａ）に示す探傷屈折角がβｓのときに入射する超音波にカバーされる範囲と、（ｂ）に示す探傷屈折角がβｅの時に入射する超音波にカバーされる範囲が重なる範囲は、（ｃ）の太線で囲まれた領域であり、これを統合画像領域と表示している。この統合画像領域は、探傷屈折角がβｓ以上でβｅ以下の超音波のいずれにもカバーされる範囲である。
【０１０１】
たとえば、図２５に示すよう場合を例にとると、破線Ｅ１で示されるノイズの場合は、特徴量としてのエコー強度ＥＩは、探傷条件としての探傷屈折角βの変化により大きく変化する。このため、たとえば加算平均した場合の加算平均値は、探傷屈折角βの変化によりあまり変動しない実線Ｅ２で示される欠陥エコーの加算平均値に比べて小さくなる。このようにして、統合化によりＳＮ比が増大することになる。
【０１０２】
図２７は、統合の効果を説明する比較用の図であり、（ａ）は統合しない場合、（ｂ）は統合した場合を示す。（ａ）で示す１角度のみの場合は、ＳＮ比が極めて小さく、実質的に、欠陥とノイズの判別がほとんどできない画像となっている。一方、（ｂ）に示す統合画像は、６つを統合したもので、欠陥が明確に判別できる高いＳＮ比を有する統合画像が得られている。
【０１０３】
なお、一般に、探傷屈折角βにより感度が変化する。したがって、あらかじめ、感度の探傷屈折角βへの依存性を確認し、感度データを取得しておけば、各探傷屈折角についての探傷画像の特徴量を感度校正した上で、統合化を行うことができる。感度校正値は、それぞれの探傷画像に対して、角度に依存した感度校正値を、係数としてかけたりオフセット値として足したりしてもよい。また、超音波の周波数によっても感度が変化する。したがって、複数の周波数を用いた場合には、同様に、各周波数についての探傷画像の感度校正をした上で統合化を行ってもよい。
【０１０４】
また、探傷画像の生成過程で、ピクセル抜け等によるピクセルごとのがたつきが発生する場合がある。このような状況を抑えるために、ガウシアンフィルタをかける等のスムージング処理を設けてもよい。
【０１０５】
以上のように、本実施形態による統合化を行うことにより、欠陥エコーとノイズの判別をさらに確実に行うことができる。
【０１０６】
［第５の実施形態］
図２８は、第５の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。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切り替え部２２、遅延時間演算部３１および信号合成部３２に代えて、本第５の実施形態は、切り替え部２２ａ、遅延時間演算部３１ａおよび信号合成部３２ａを有する。それぞれの内容は、後述する。
【０１０７】
図２９は、第５の実施形態に係る超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態と内容の同じステップは、第１の実施形態と同じ番号を付している。以下、第１の実施形態と異なるステップについて説明する。
【０１０８】
図３０は、第５の実施形態に係る超音波探傷方法における超音波の各送信の状態を示すブロック図である。超音波アレイプローブ１０の有する超音波素子１１のうち、使用するものは、第１素子ないし第Ｎ素子のＮ個であるとする。使用する超音波素子１１は、超音波アレイプローブ１０の有する超音波素子１１の全てであってもよい。
【０１０９】
ステップＳ０１の後に、受発信部２０の切り替え部２２ａ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（ステップＳ１１）。図３０の（ａ）は第１素子からの送信、（ｂ）は第２素子からの送信、（ｃ）は第Ｎ素子からの送信を示す。それぞれから送信した超音波は、超音波素子１１自身を含めて、全ての超音波素子１１が受信する。第１素子ないし第Ｎ素子からの送信の都度、全ての超音波素子１１が受信した波形を、記憶部４０の信号処理情報記憶部４１が記憶する。
【０１１０】
次に、受発信部２０は、全ての超音波素子１１についての送信を完了したか否かを判定する（ステップＳ１２）。完了していないと判定した場合（ステップＳ１２  ＮＯ）は、ステップＳ１１を繰り返す。すべてについて完了したと判定した場合（ステップＳ１２  ＹＥＳ）は、次のステップに進む。
【０１１１】
次に、遅延時間演算部３１ａは、検査対象１を分割した部分ごとに、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、送信から受信までの時間の、基準となる時間（基準時間）に対する増減分を遅延時間として算出する（ステップＳ１３）。このようにして得られた各波形データを合成する（ステップＳ１４）。
【０１１２】
図３１は、第５の実施形態に係る超音波探傷方法における超音波の送信によるエコー波形（受信波形）の一部を示す波形図である。説明を簡略化するために、図３１に示すように素子の数が３つの場合で説明する。いま、検査対象１を分割した部分が欠陥２の場合を示す。すなわち、第１素子から送信し欠陥２に到達し第１素子で受信する場合、あるいは、第３素子から送信し欠陥２に到達し第３素子で受信する場合など、９つの組合せがある。
【０１１３】
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。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を、それぞれＵｆ１，１、Ｕｆ１，２、Ｕｆ１，３と表記する。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を、それぞれＵｆ２，１、Ｕｆ２，２、Ｕｆ２，３と表記する。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を、それぞれＵｆ３，１、Ｕｆ３，２、Ｕｆ３，３と表記する。
【０１１４】
図３２は、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３２は、第１素子から送信し、欠陥２に到達し、欠陥２で反射したエコーを第１素子が受信する場合の往復の所要時間を基準にしている。
【０１１５】
図３１に示すように、第１素子から欠陥２までの距離に比べて、第２素子から欠陥２までの距離は短く、第３素子から欠陥２までの距離は更に短い。したがって、各素子からの超音波が同時に欠陥２に到達するには、第１素子からの送信の時点より、第２素子からの送信の時点を遅らせる必要がある。また、第３素子からの送信の時点はさらに遅らせる必要がある。
【０１１６】
復路についても同様に、欠陥２から第１素子までの距離に比べて、欠陥２から第２素子までの距離は短く、欠陥２から第３素子までの距離は更に短い。この結果、それぞれの波を重ね合わせるためには、第２素子の受信の時点を遅らせる必要がある。また、第３素子の受信の時点はさらに遅らせる必要がある。
【０１１７】
図３２に示す送信用遅延時間、受信用遅延時間は、以上のように導き出された遅延時間である。また、図３３は、エコーの合成波形を示す波形図である。遅延時間演算部３１ａで到達時点を一致させているため、信号合成部３２ａでの合成は、大きなＳＮ比の下に合成波形を算出できる。
【０１１８】
本実施形態においては、各超音波素子１１について１回ずつ送信を実施することによって、その後の演算部３０での信号処理によって、探傷屈折角βやフォーカス深さなどを変化させた探傷条件を網羅的に得られる。具体的には、遅延時間演算部３１ａで目的に応じた遅延時間を設定すれば、信号合成部３２ａにより合成波形を得ることができる。
【０１１９】
すなわち、実際に検査対象１についてのオンラインの検査は、各超音波素子１１についての送信を１回ずつ実施するのみであり、かつ、その都度の演算等が不要であるため、連続して実施することができる。その後の処理はオフラインで行うことができ、現場での検査作業の時間を大幅に短縮することができる。
【０１２０】
［第６の実施形態］
図３４は、第６の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第６の実施形態における超音波探傷装置１００の演算部３０は、検査対象表面形状算出部３９を有する。
【０１２１】
検査対象表面形状算出部３９は、検査対象１の表面が平面でなく複雑な曲面や凹凸面を持つ場合に、検査対象１の表面形状を取得する。具体的には、基本波形を用いた開口合成法などによって表面形状を映像化して、その結果から検査対象１の表面形状を得ることでよい。あるいは、設計図面から表面形状を読込んでもよい。もしくは、カメラやレーザ距離計等の検査対象表面形状計測手段を、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。１度表面形状を得れば、遅延時間計算に繰り返し使用できる。
【０１２２】
［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。
【０１２３】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第４の実施形態の特徴を他の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。あるいは第６の実施形態の特徴を、第１ないし第４の実施形態と組み合わせてもよい。あるいは、第５と第６の実施形態をさらに組合せてもよい。
【０１２４】
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】
【０１２５】
１…検査対象、２…欠陥、３…溶接部、５…音響伝搬媒質、１０…超音波アレイプローブ、１１…超音波素子、２０…受発信部、２１…電位差印加部、２２、２２ａ…切り替え部、２３…ＡＤ変換部、３０…演算部、３１、３１ａ…遅延時間演算部、３２、３２ａ…信号合成部、３３…映像化部、３４…抽出部、３５…特徴量算出部、３５ａ…強度分布算出部、３５ｂ…中心位置算出部、３５ｃ…輝度値頻度分布算出部、３６…特徴量変化算出部、３６ａ…強度分布変化算出部、３６ｂ…中心位置変化算出部、３６ｃ…輝度値頻度分布変化算出部、３７…欠陥判定部、３８…統合演算部、３９…検査対象表面形状算出部、４０…記憶部、４１…信号処理情報記憶部、４２…パラメータ記憶部、５０…制御演算部、６０…表示部、７０…入力部、１００…超音波探傷装置
【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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【図３３】
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【図３４】
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