(57)【要約】【課題】検出された欠陥の寸法を迅速に把握することができ、且つその寸法の精度を向上させることができる超音波探傷方法を提供する。【解決手段】複数の振動子を２次元配列したアレイセンサを用い、フェーズドアレイ法により、振動子から発する超音波による第１セクタ走査を被検査体の厚み方向で行い、超音波による第２セクタ走査をその厚み方向と交差する方向で行う。画像情報であり被検査体内に存在する欠陥の画像情報を含む複数の第１Ｂスコープ及び複数の第１Ｃスコープのそれぞれの画像情報を、第１セクタ走査におけるある超音波入射角において第２セクタ走査によって得られる反射エコーの信号に基づいてそれぞれ作成する。第２Ｂスコープ画像情報を記複数の第1Ｂスコープ画像情報の合成によって作成し、第２Ｃスコープ画像情報を複数の第1Ｃスコープ画像情報の合成によって作成する。【選択図】図１３
2011017730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子を２次元配列したアレイセンサを移動装置により第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向に移動させ、前記振動子から発する超音波を被検査体に入射させて前記被検査体からの反射エコーを前記振動子で受信し、受信した反射エコーの信号に基づいて画像情報を作成する超音波探傷方法において、
前記被検査体の厚み方向において前記超音波による第１セクタ走査を行い、前記厚み方向と交差する方向において前記超音波による第２セクタ走査を行い、
前記画像情報であり前記被検査体内に存在する欠陥の画像情報を含む複数の第１Ｂスコープ及び複数の第１Ｃスコープのそれぞれの画像情報を、前記第１セクタ走査におけるある超音波入射角において前記第２セクタ走査によって得られる前記反射エコーの信号に基づいてそれぞれ作成し、
第２Ｂスコープ画像情報を前記複数の第1Ｂスコープ画像情報の合成によって作成し、第２Ｃスコープ画像情報を前記複数の第1Ｃスコープ画像情報の合成によって作成し、
前記第２Ｂスコープ画像情報及び前記第２Ｃスコープ画像情報を表示装置に表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
超音波を発生する複数の振動子を２次元配列しているアレイセンサと、
前記アレイセンサを走査する第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向に移動させるセンサ移動査装置と、
被検査体の厚み方向において前記超音波による第１セクタ走査を行い、前記厚み方向と交差する方向において前記超音波による第２セクタ走査を行うように前記複数の振動子を制御する制御装置と、
被検査体内に存在する欠陥の画像情報を含む複数の第１Ｂスコープ及び複数の第１Ｃスコープのそれぞれの画像情報を、前記第１セクタ走査におけるある超音波入射角において前記第２セクタ走査によって得られる反射エコーの信号に基づいてそれぞれ作成し、第２Ｂスコープ画像情報を前記複数の第1Ｂスコープ画像情報を合成することによって作成し、第２Ｃスコープ画像情報を前記複数の第1Ｃスコープ画像情報を合成することによって作成する画像情報作成装置と、
前記第２Ｂスコープ画像情報及び前記第２Ｃスコープ画像情報を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷方法及び超音波探傷装置に係り、特に、２次元的に配置されたアレイセンサによるフェーズドアレイ法を適用した超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷方法の一つとして、振動子を１次元的、２次元的に配列したアレイセンサを用いたフェーズドアレイ法という方法が公知である。１次元に振動子を配列したアレイセンサ（１次元アレイセンサ）を用いたフェーズドアレイ法では、各振動子に与える遅延時間を制御することにより、セクタ（扇形）走査及びリニア走査などの走査パターンを適用することが可能である。セクタ走査は、超音波を１次元配列した振動子上の一点を中心としてセクタ走査線に沿って送信、受信し、各セクタ走査線上の反射信号（Ａスコープ）の振幅に応じて輝度変調された画像（セクタ走査画像）により欠陥検出等が可能である超音波を送信、受信する。これにより、平行線上のＡスコープの振幅に応じて輝度変調された画像（リニア走査画像）により欠陥検出等が可能である。また、２次元的に振動子を配列したアレイセンサ（２次元アレイセンサ）を用いたフェーズドアレイ法では、超音波は、３次元的に変化する走査線に沿って送信、受信され、各走査線上のＡスコープの振幅に応じて輝度変調された画像（３次元走査画像）を得ることができる。
【０００３】
１次元アレイセンサを用いたフェーズドアレイ法では、欠陥に対して直交する方向から入射する超音波からの反射エコー強度が最も強く、欠陥に対する超音波の入射の傾きが大きくなるに従って反射エコー強度が弱くなる。一方、２次元アレイセンサを用いたフェーズドアレイ法は、超音波の入射方向を３次元的に変化させることが可能である。このため、超音波センサに対して傾いている欠陥に対して直交する方向から超音波を入射させることができ、反射エコーの強度低下が少なくなり、欠陥の検出が精度良く実施できる。このような、２次元アレイセンサを用いて超音波探傷を実施し、被検査体内部の欠陥を３次元的に表示する超音波検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の超音波検査装置によれば、超音波センサに対して傾いた欠陥であってもすばやく視覚的に検出できるという利点がある。しかしながら、詳細な欠陥寸法の測定を得られた３次元画像に基づいて行うことは困難である。特に、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部に進入した応力腐食割れ（ＳＣＣ）の先端からの反射エコーは、溶接組織からの反射エコーからの強度と同等である場合もあり、３次元画像を用いただけでは判別が困難な場合が多い。さらに加えて欠陥先端の形状は複雑な様相を呈しており超音波センサの走査方向に対して傾いている場合もある。従来の１次元アレイセンサを用いた探傷では、まず、セクタ走査画像あるいはリニア走査画像から大まかな欠陥深さを判断している。その後、欠陥先端からのエコーの特定は、手動により１次元アレイセンサを回転させ（首振り走査）、欠陥正面から超音波を入射させ、１次元アレイセンサの前後走査を行った場合のＡスコープの挙動から総合的に判断することによって行っていた。その特定により、欠陥高さの寸法の測定を実施していた。このような方法は、欠陥の寸法測定に多くの時間を要していた。
【０００６】
本発明の目的は、検出された欠陥の寸法を迅速に把握することができ、且つその寸法の精度を向上させることができる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、被検査体内に存在する欠陥の画像情報を含む複数の第１Ｂスコープ及び複数の第１Ｃスコープのそれぞれの画像情報を、第１セクタ走査におけるある超音波入射角において、第２セクタ走査によって得られる反射エコーの信号に基づいてそれぞれ作成し、第２Ｂスコープ画像情報を複数の第1Ｂスコープ画像情報の合成によって作成し、第２Ｃスコープ画像情報を複数の第1Ｃスコープ画像情報の合成によって作成することにある。
【０００８】
第２Ｂスコープ画像情報及び第２Ｃスコープ画像情報を作成するため、画像情報作成に要する時間が短縮され、欠陥の寸法及びその位置を迅速に把握することができる。また、得られる欠陥の寸法の精度も向上する。
【０００９】
第２セクタ走査は厚み方向と交差する方向で設定された範囲において行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、検出された欠陥の寸法を迅速に把握することができ、得られるその寸法の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適な一実施例である超音波探傷装置の構成を示し、（ａ）はその超音波探傷装置の全体構成図で、（ｂ）は二次元アレイセンサの平面図である。
【図２】図１の制御回路で実行されるセクタ走査の制御フローを示すフローチャートである。
【図３】図１の表示装置に表示される画像情報の一例を示す説明図である。
【図４】図１の演算回路で実行される画像作成処理及び欠陥の高さ寸法算出処理のフローを示すフローチャートである。
【図５】図４に示す処理を実行するに際して表示装置に表示される初期表示画像情報の一例を示す説明図である。
【図６】図４のステップ１０３で作成されるｘｙ方向のセクタ走査画像情報の一例を示す説明図である。
【図７】図４のステップ１０４で作成される入射角θ'でのＡスコープ画像情報の一例を示す説明図である。
【図８】図４のステップ１０５で作成される入射角θ'でのｙｚ方向のセクタ走査画像情報及び入射角θでのＡスコープ画像情報の一例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である超音波探傷装置の構成を示し、（ａ）はその超音波探傷装置の全体構成図で、（ｂ）は二次元アレイセンサの平面図である。
【図１０】図９に示す実施例に用いられるセンサ走査装置の構成を示し、（ａ）はその平面図で、（ｂ）はその側面図である。
【図１１】（ａ）はＢスコープ画像情報の説明図であり、（ｂ）はＣスコープ画像情報の説明図である。
【図１２】図９の制御回路で実行される二次元アレイセンサ走査の制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】図９の演算回路で実行される画像作成処理のフローを示すフローチャートである。
【図１４】図１３のステップ３０２で作成されるＢスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報の一例を示す説明図である。
【図１５】図１３のステップ３０２で作成されるＢスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報の他の一例を示す説明図である。
【図１６】図１３のステップ３０５で作成されるＢスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施例を、図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の好適な一実施例である超音波探傷装置を、図１〜図８を用いて説明する。本実施例の超音波探傷装置４０は、図１に示すように、２次元アレイセンサ１、超音波送受信処理装置１５、表示装置１６及び入力装置１７を備えている。２次元アレイセンサ１、表示装置１６及び入力装置１７は、超音波送受信処理装置１５にそれぞれ接続されている。
【００１４】
２次元アレイセンサ１は、図１（ｂ）に示すように、送受信用の複数の矩形振動子（以下、単に振動子という）２１を平面状に２次元配列して構成される。超音波送受信処理装置１５は、送信遅延回路５、パルス発生器６、増幅器７、Ａ／Ｄ回路８、受信遅延回路９、加算回路１０、制御回路（制御装置）１１、波形データ記憶メモリ（第1記憶装置）１２及び演算回路（画像情報作成装置）１３を有する。２次元アレイセンサ１の個々の振動子２１は、パルス発生器６及び増幅器７に接続される。入力装置１７は、制御回路１１及び演算回路１３に接続される。データ収録装置（第２記憶装置）１４は演算回路１３に接続される。制御回路１１は送信遅延回路５及び演算回路１３に接続される。送信遅延回路５はパルス発生器６に接続される。増幅器７はＡ／Ｄ回路８を介して受信遅延回路９に接続され、受信遅延回路９は加算回路１０を介して演算回路１３に接続される。波形データ記憶メモリ１２は制御回路１１及び演算回路１３に接続される。ちなみに、図１に示すｚ軸方向は被検査体３の深さ方向であり、ｘ軸方向はｚ軸方向と直交する平面内における一方向であり、ｙ軸方向はその平面内でｘ軸方向と直交する方向である。ｘ座標、ｙ座標及びｚ座標の原点は２次元アレイセンサ１の中心である。
【００１５】
本実施例で行われる超音波探傷では、フェーズドアレイ法が適用される。オペレータは探傷開始指令を入力装置１７に入力する。電子スキャン装置である制御回路１１は、入力装置１７からの探傷開始指令を入力すると、送信遅延回路５を制御して送信遅延回路５から遅延時間の異なる複数のトリガ信号を発生させる。これらのトリガ信号を入力したパルス発生器６は、２次元アレイセンサ１の複数の振動子２１にそれぞれパルス信号を送信し、各振動子２１を励起させる。送信遅延回路５で設定された遅延時間は、被検査体３内のｙｚ方向のセクタ走査のそれぞれのセクタ走査線に対し、ｘｙ方向のセクタ走査を可能とする遅延時間である。２２はｘｙ方向におけるセクタ走査範囲であり、２３はｙｚ方向におけるセクタ走査範囲である。振動子２１の励起により発生した超音波４が被検査体３に入射されてその中を伝播し、被検査体３内に存在する欠陥２により反射される。反射された超音波は、各振動子２１で受信されてそれぞれ電気信号に変換される。これらの電気信号は、増幅器７で増幅され、その後、Ａ／Ｄ回路８によりディジタル信号に変換される。
Ａ／Ｄ回路８から出力された各ディジタル信号は、受信遅延回路９によりオフセット時間を調整され、加算回路１０で加算される。加算されたディジタル信号は、超音波探傷結果である２方向のセクタ走査範囲２２，２３での各セクタ走査線のＡスコープの情報（波形データ）として演算回路１３に入力され、演算回路１３により波形データ記憶メモリ１２に保存される。演算回路１３は、Ａスコープの振幅により輝度変調されたｙｚ方向のセクタ走査範囲２３及びｘｙ方向のセクタ走査範囲２２の画像情報を表示装置１６に表示する。ｘｙ方向における超音波の入射角２４はθ'で表し、ｙｚ方向における超音波の入射角２５はθで表す。ここで、別の方法として、加算回路１０においてセクタ走査範囲２３のセクタ走査線のそれぞれのＡスコープの振幅の最大値を抜き出し、セクタ走査範囲２２の方向へ重ね合わせ、一つのセクタ走査画像としても良い。
【００１６】
探傷開始指令を入力した制御回路１１によって実行されるｙｚ方向のセクタ走査及びｘｙ方向のセクタ走査の制御、すなわち、２次元アレイセンサ１の各振動子２１の制御を、図２を用いて説明する。ｙｚ方向のセクタ走査範囲２３をθ１≦θ≦θｎ、ｘｙ方向のセクタ走査範囲２２をθ'１≦θ'≦θ'ｎとする。まず、ｙｚ方向の入射角θにおいて、ｘｙ方向のセクタ走査（θ'１≦θ'≦θ'ｎ）を実施する（ステップ４０１）。このとき、制御回路１１は、その入射角θでｘｙ方向のセクタ走査（θ'１≦θ'≦θ'ｎ）を実施するため、送信遅延回路１１を制御して遅延時間の異なる複数のトリガ信号を発生させる。
これらのトリガ信号の発生によって、各振動子２１から発信されるそれぞれの超音波が収束する一つの焦点がｙｚ方向の入射角θにおいてθ'１≦θ'≦θ'ｎのｘｙ方向のセクタ走査範囲２２で移動するｘｙ方向のセクタ走査が行われる。それらの振動子２１で受信した超音波に基づいて得られたＡスコープの波形データが、演算回路１３によって波形データ記憶メモリ１２に記憶される。ステップ４０１の制御はステップ４０２の判定がθ＝θｎとなるまで繰り返えされる。すなわち、θがθ１≦θ＜θｎの場合には、制御回路１１はθ１からθをΔθずつ増大させながらステップ４０１の制御を繰り返し実行する。θ＝θｎであるとステップ４０２で判定されたとき、画像作成指令が演算回路１３に出力される（ステップ４０３）。なお、セクタ走査範囲２２，２３のデータは、オペレータによって入力装置１７から入力される。
【００１７】
演算回路１３は、画像作成指令を入力したとき、表示する画像情報を作成する。演算回路１３で作成された画像情報は表示装置１６に出力され表示される。図３に示す画像情報は、演算回路１３で作成されて表示装置１６に表示された画像情報の一例である。この画像情報は、ｘｙ方向のセクタ走査範囲２２でのセクタ走査画像情報２０１、及びｙｚ方向のセクタ走査範囲２３でのセクタ走査画像情報２０５を含んでいる。図３に示す画像情報は、更に、ｘｙ方向のセクタ走査範囲２２における任意のセクタ走査線（ある入射角θ'）でのＡスコープ画像情報２２５、及びｙｚ方向のセクタ走査範囲２３における任意のセクタ走査線（ある入射角θ）でのＡスコープ画像情報２３０を含んでいる。２１０は入射角θ'の入力欄で、２１５は入射角θの入力欄である。
【００１８】
演算回路１３にて実行される画像作成処理及び欠陥の高さ寸法算出処理を、図４の処理フローに基づいて説明する。ここでは、ｙ方向に対して傾き、被検査体３の裏面から進展した欠陥２（図１（Ａ）参照）の超音波探傷を例に挙げて、それらの処理を具体的に説明する。画像処理の理解を助けるため、図５〜図８も併せて用いる。
まず、画像作成指令を入力した演算回路１３は、データ収録装置１４に記憶されている初期表示画像情報（図５参照）を表示装置１６に出力する。その後、演算回路１３は入射角θを入力する（ステップ１０１）。演算回路１３への入射角θの入力は、表示装置１６に表示された初期表示画像情報の入力欄２１５へオペレータが入射角θ（例えば、θ＝４５°）を入力することにより行われる。入射角θでのｘｙ方向のセクタ走査の波形データを入力する（ステップ１０２）。すなわち、入射角θにおけるｘｙ方向のセクタ走査の波形データが波形データ記憶メモリ１２からの読み出され、演算回路１３に入力される。入射角θでのｘｙ方向のセクタ走査画像情報を作成する（ステップ１０３）。読み出した波形データを用いて、入射角θ（例えば、θ＝４５°）でのｘｙ方向のセクタ走査画像情報２０１が作成される（図６参照）。セクタ走査画像情報２０１は、例えば振幅の大きな反射エコーの画像情報２２０を含んでいる。振幅の大きな反射エコーは、ｙ方向に対して傾いた欠陥２にｘｙ方向のセクタ走査範囲２２で超音波を入射した場合、欠陥２に対して正面から入射した超音波２６からの反射信号の振幅が大きくなることによって発生する。波形データに振幅の大きな反射エコーのデータが含まれている場合には、セクタ走査画像情報２０１は、色の濃い、振幅の大きな反射エコーの画像情報２２０を含んでいる。オペレータは表示装置１６に表示された画像情報（図６参照）を見ることによって振幅の大きな反射エコーの存在を認識する。
【００１９】
次に、振幅の大きな反射エコーに正対するｘｙ方向の入射角θ'でのＡスコープ画像情報を作成する（ステップ１０４）。演算回路１３への入射角θ'の入力は、表示装置１６に表示された入力欄２１０へオペレータが入射角θ'（例えば、θ'＝２０°）を入力することにより行われる。その入射角θ'は、表示された画像情報（図６参照）からオペレータが読み取ることが可能である。演算回路１３は、入力された入射角θ'における波形データを波形データ記憶メモリ１２からの取り込み、この波形データに基づいて入射角θ'のＡスコープ画像情報２２５を作成する。作成されたＡスコープ画像情報２２５（図７参照）は表示装置１６に出力されて表示される。
【００２０】
入力された入射角θ'でのｙｚ方向のセクタ走査画像情報及び入射角θでのＡスコープ画像情報を作成する（ステップ１０５）。演算回路１３は、ステップ１０４で入力された入射角θ'（例えば、θ'＝２０°）でのｙｚ方向のセクタ走査範囲２３の波形データを波形記憶メモリ１２から取り込む。これらの波形データを用いて、入射角θ'でのｙｚ方向のセクタ走査画像情報２０５及びＡスコープ画像情報２３０を作成する。これらの画像情報が表示装置１６に出力されて表示される（図８参照）。本例では、欠陥２はθ＝４５°、θ'＝２０°の位置に存在する。
【００２１】
図８に示す画像情報例では、振幅の大きな反射エコーの画像情報２２０の上方に別の振幅の大きな反射エコーの画像情報２３５が存在する。このような別の振幅の大きな反射エコーの画像情報２３５が画像情報２２の上方に存在することは、画像情報２３５の位置に欠陥２の先端が存在することを示している。画像情報２３５は欠陥２の先端からの反射エコーの信号に基づいて作成される。
【００２２】
ステップ１０６において、欠陥先端の判定が行われる。具体的には、入射角θ、θ'の位置に存在する、振幅の大きな反射エコーの画像情報（例えば、画像情報２２０）が欠陥先端の画像情報であるかを判定する。すなわち、欠陥先端の判定は、表示装置１６に表示された第１の振幅の大きな反射エコーの画像情報（第１画像情報という）２２０の上方に第２の振幅の大きな反射エコーの画像情報（第２画像情報という）２３５が存在しないかを判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合、「ＹＥＳ」になるまで、ステップ１０１〜１０６の処理が繰り返される。この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、ステップ１０７の処理が実行される。
【００２３】
図８の画像情報が得られた場合には、第１画像情報２２０の上方に第２画像情報２３５が存在するため、ステップ１０６の判定は、「ＮＯ」となる。オペレータは、表示装置１６の画面上でマウスを用いてセクタ走査画像情報２０５において第１画像情報２２０に向かっている矢印を第２画像情報２３５に向かうように移動させる。演算回路１３は、その操作と連動して新たな入射角θ（例えば、θ＝５０°）を入力欄に表示すると共に、ステップ１０１でその新たな入射角θを入力し、ステップ１０２以降の処理を実行する。すなわち、ステップ１０２でθ＝５０°での該当する波形データを入力し、ステップ１０３でθ＝５０°でのｘｙ方向のセクタ走査画像情報を作成する。更に、θ'＝２０°でのＡスコープ画像情報の作成（ステップ１０４）、θ'＝２０°でのセクタ走査画像情報及びθ＝５０°でのＡスコープ画像情報の作成（ステップ１０５）をそれぞれ行う。ステップ１０６の判定が「Ｙｅｓ」になるのでステップ１０７の処理が実行される。
【００２４】
ステップ１０６の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、欠陥の高さ寸法が求められる（ステップ１０７）。この欠陥の高さ寸法の求め方について、具体的に説明する。演算回路１３は、まず、欠陥先端における振幅の大きな反射エコーに対するビーム路程Ｗ'の値をＡスコープ画像情報２３０から読み取り、被検査体３の板厚Ｔ、ビーム路程Ｗ'及び入射角θを用い、次式より欠陥の高さ寸法ｄを算出する。被検査体３の板厚Ｔは、オペレータにより入力装置１７から入力される。
ｄ＝Ｔ−Ｗ'ＣＯＳθ
尚、ビーム路程Ｗは、被検査体に入射された超音波が欠陥（例えば、きずなど）で反射して振動子２１に戻って来るまでに要する時間に被検査体３内での音速を乗じ、往復の伝播経路の半分として算出される。
【００２５】
特許文献１においては、反射エコーに基づいた画像情報を作成する際に、三次元メッシュを用いている。三次元メッシュを用いた画像情報の作成には、以下の問題点がある。すなわち、三次元メッシュの大きさによって、画像情報作成に時間がかかり、または欠陥の寸法精度が低下する。具体的には、三次元メッシュを粗くすれば、画像作成に要する時間は短縮されるが、三次元メッシュが粗い分、欠陥の寸法精度が低下する。逆に、三次元メッシュを細かくすれば、欠陥の寸法精度は向上するが、画像情報の作成時間が長くなる。
このように、メッシュの大きさによって相反する課題が発生する。また、特許文献１記載の方法は、三次元メッシュを用いているため、本質的に画像の作成に時間がかかる。
【００２６】
これに対し、本実施例は、被検査体３の厚み方向でのセクタ走査（ｙｚ方向のセクタ走査）で得られた反射エコーの信号に基づいて得られたセクタ画像情報（厚み方向のセクタ画像情報）２０５、及びその厚み方向と交差する方向でのセクタ走査（ｘｙ方向のセクタ走査）で得られた反射エコーの信号に基づいて得られたセクタ画像情報（交差方向のセクタ画像情報）２０１を作成している。セクタ画像情報２０１，２０５は、異なる二方向における二次元画像情報である。このため、セクタ画像情報２０１，２０５の作成に要する時間は、特許文献１の三次元メッシュを用いる画像作成方法よりも短縮できる。異なる二方向の二次元画像情報を用いることにより、欠陥の三次元的な形状及び三次元空間における欠陥の位置及び大きさ（寸法）を容易に確認でき、欠陥の位置及び大きさ（寸法）の精度を向上させることができる。また、画像情報の作成にメッシュを用いていないため、上記した三次元メッシュを用いることによって生じる課題は発生しない。セクタ画像情報２０１，２０５を表示装置１６に表示することにより、オペレータは表示されたそれらの画像情報を見ることによって欠陥２の位置を用意に把握できる。
【００２７】
本実施例は、ｘｙ方向のセクタ走査範囲２２における任意のセクタ走査線（例えば、θ'＝２０°）でのＡスコープ画像情報２２５、及びｙｚ方向のセクタ走査範囲２３における任意のセクタ走査線（例えば、θ＝５０°）でのＡスコープ画像情報２３０を作成している。これらのＡスコープ画像情報の作成によって、被検査体３の厚み方向、及びこれと交差する方向における欠陥２までのビーム路程を容易に精度良く把握できる。これにより、得られた欠陥２の寸法の精度を更に向上させることができる。特に、オペレータが、表示装置１６に表示されたＡスコープ画像情報２２５．２３０を見ることによって欠陥２の位置を容易に認識できる。セクタ画像情報２０１，２０５と併せてＡスコープ画像情報２２５．２３０を表示するため、オペレータは、三次元空間における欠陥２の位置及び大きさを容易に認識できる。
【実施例２】
【００２８】
本発明の他の実施例である超音波探傷装置を、図９〜図１６を用いて説明する。本実施例の超音波探傷装置４１は、実施例１の超音波探傷装置４０の構成に位置信号発生部１８及びエンコーダ（位置検出手段）１９、２０を付加した構成を有する。位置信号発生部１８は、超音波送受信処理装置１５に含まれており、制御回路１１に接続されている。
【００２９】
２次元アレイセンサ１を被検査体３に沿って移動させるセンサ走査装置５０は、図１０に示すように、一対の支持部材１１５に両端部が保持されるｙ方向駆動装置１０５、及びｙ方向駆動装置１０５に移動可能に取り付けられたｘ方向駆動装置１０１を備える。２次元アレイセンサ１はｘ方向駆動装置１０１に取り付けられている。エンコーダ１９がｙ方向駆動装置１０５に連結され、エンコーダ２０がｘ方向駆動装置１０１に連結されている。２次元アレイセンサ１は、ｙ方向駆動装置１０５によりｙ方向に、ｘ方向駆動装置１０１によりｘ方向にそれぞれ移動される。超音波ケーブル１２５は、各振動子２と超音波送受信処理装置１５のパルス発生器６及び増幅器７を接続している。エンコーダケーブル１３０は、エンコーダ２０と超音波送受信処理装置１５の位置信号発生部１８を接続する。
エンコーダケーブル１３５はエンコーダ１９と位置信号発生部１８を接続する。ここで、ｘ座標、ｙ座標及びｚ座標の原点は、図１０に示したように被検査体３の左隅の１つの角にあるものとする。
【００３０】
本実施例における演算回路１３は、詳細に後述するが、ｙz方向のセクタ走査範囲２３の内、任意の超音波の入射角θにおける、ｘｙ方向のセクタ走査範囲２２の複数のセクタ走査線におけるＡスコープ画像情報それぞれについて、Ｂスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報を作成する。
【００３１】
図１０（ｂ）に示すような被検査体３の裏面からｚ軸方向に進展した欠陥２Ａが存在し、この欠陥２Ａは図１０（ａ）に示すように被検査体３の表面から見た場合にｙ軸方向に対して垂直な部分（垂直部）３１とｙ軸方向に対して傾いている部分（傾斜部）３０を有しているものとする。この欠陥２Ａの先端は被検査体３の表面から欠陥深さｄの位置にあり、欠陥深さｄは垂直部３１及び傾斜部３０において一定である。このような欠陥２Ａの超音波探傷を例に挙げて、演算回路１３で実行されるＢスコープ及びＣスコープのそれぞれの画像情報の作成について説明する。
【００３２】
尚、Ｂスコープ画像情報は、図１０に示す座標系において、セクタ走査のあるセクタ走査線のＡスコープの振幅に応じて輝度変調し、被検査体上における位置と超音波伝播時間を直角座標（ｙｚ平面またはｘｚ平面）で表す画像情報である。このＢスコープ画像情報は、探傷結果を被検査体の縦断面図として表現できる。そして、Ｃスコープ画像情報は、探傷結果を被検査体の上から見た平面図（ｘｙ平面）の座標形式で表現される。
【００３３】
Ｂスコープ及びＣスコープの各画像情報の具体例を図１１を用いて説明する。ｙ軸移動装置１１０により２次元アレイセンサ１をｙ方向に走査させた超音波探傷において、ｘｙ方向のセクタ走査範囲２２の内で超音波２７の反射エコー及びｙｚ方向のセクタ走査範囲２３の内で超音波２８の反射エコーに基づいて作成されたＢスコープ画像情報２０６を図１１（ｂ）に示す。また、それらの反射エコーに基づいて作成されたＣスコープ画像情報２０２を図１１（ａ）に示す。
【００３４】
欠陥２Ａが２次元アレイセンサ１の走査方向１２０に対して正対している垂直部３１には超音波２７及び超音波２８が正対して入射するため、垂直部３１からの反射エコーの強度が強くなる。このため、Ｂスコープ画像情報２０６及びＣスコープ画像情報２０２は、垂直部３１の画像情報を含んでいる。しかしながら、欠陥２Ａが走査方向１２０に対して傾斜している傾斜部３０には超音波２７及び超音波２８が垂直に入射しない（正対して入射しない）ため、傾斜部３０からの反射エコーの強度が弱くなり、傾斜部３０の画像情報はＢスコープ画像情報２０６及びＣスコープ画像情報２０２に現れない。
【００３５】
入力装置１７からの探傷開始指令を入力した制御回路１１によって実行されるセンサ走査装置５０の駆動制御を、図１２を用いて説明する。なお、探傷開始指令を入力したとき、制御回路１１は図２に示す前述の各セクタ走査の制御を実行する。これらのセクタ走査についての詳細な説明は省略する。
【００３６】
制御回路１３は、ｘ方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２及びｙ方向検査範囲Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２の検査範囲の情報を入力する（ステップ２０１）。ステップ２０１で入力される検査範囲の情報は、オペレータにより入力装置１７から入力される。制御回路１１はセンサ走査指令を出力する（ステップ２０２）。制御回路１１は、センサ走査指令をｘ方向駆動装置１０１及びｙ方向駆動装置１０５に出力する。それぞれの駆動装置は、駆動され、２次元アレイセンサ１を超音波探傷開始初期位置（例えば、Ｘ＝Ｘ１、Ｙ＝Ｙ１）に合せる。その後、図２に示すステップ４０１，４０２による制御が実行される。本実施例では、ステップ４０２でθ＝θｎと判定されたとき、ステップ２０３の判定が行われる。
【００３７】
エンコーダ１９は２次元アレイセンサ１のｙ方向の位置を計測し、エンコーダ２０は２次元アレイセンサ１のｘ方向の位置を計測する。これらの位置計測値は位置信号発生部１８に送られ、位置情報に変換されて制御回路１３に入力される。
【００３８】
ステップ２０３において、位置Ｙの判定が行われる。位置ＹがＹ１≦Ｙ＜Ｙ２の範囲にある場合には、２次元アレイセンサ１をｙ方向にΔＹだけ移動させるセンサ走査指令が出力され（ステップ２０２）、ｙ方向駆動装置１０５が駆動される。２次元アレイセンサ１がΔＹだけ移動した位置で、ステップ４０１，４０２による制御が実行され、セクタ走査範囲２２，２３でのセクタ走査がそれぞれ行われる。このようなｙ方向への２次元アレイセンサ１の移動、及びセクタ走査範囲２２，２３でのセクタ走査が、ステップ２０３で位置ＹがＹ２である（Ｙ＝Ｙ２）と判定されるまで繰り返される。セクタ走査範囲２２，２３でのセクタ走査によって得られた各波形データ、及びエンコーダ１９，２０で計測されたｘ方向及びｙ方向におけるそれぞれの位置情報（セクタ走査、すなわち超音波探傷を行った位置の情報）は、波形データ記憶メモリ１２に記憶される（ステップ２０４）。
【００３９】
次に、ステップ２０５において、位置Ｘの判定が行われる。位置ＸがＸ１≦Ｘ＜Ｘ２の範囲にある場合には、２次元アレイセンサ１をｘ方向にΔＸだけ移動させるセンサ走査指令が出力され（ステップ２０２）、ｘ方向駆動装置１０１が駆動される。２次元アレイセンサ１がΔＸだけ移動した位置で、ステップ４０１，４０２の制御が実行され、セクタ走査範囲２２，２３でのセクタ走査がそれぞれ行われる。ステップ２０５で位置ＸがＸ２である（Ｘ＝Ｘ２）と判定されるまで、ステップ２０２、２０３，４０１，４０２，２０４の各処理が繰り返される。ステップ２０５でＸ＝Ｘ２であると判定されたとき、制御回路１１は前述のステップ４０３における画像作成指令を出力する。
【００４０】
この画像作成指令を入力した演算回路１３は、図１３に示す画像作成処理の処理フローを実行し、Ｂスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報を作成する。なお、Ｘ＝Ｘ２，Ｙ＝Ｙ２になったときではなく、ステップ２０２によってセンサ走査指令が出力されて２次元アレイセンサ１が所定の位置に設定され、ステップ４０１，４０２によるその位置での超音波探傷が終了した後に、制御回路１１がテップ４０３による画像作成指令を出力するようにしてもよい。この場合には、演算回路１３によるＢスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報の作成処理を、センサ走査装置５０による２次元アレイセンサ１の移動操作、及び超音波探傷と並行して行うことができる。このため、Ｂスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報を早く得ることができる。
【００４１】
図１３に示す処理フローに基づいて演算回路１３で実行される画像作成処理を以下に説明する。まず、ｙｚ方向の入射角θ及びｘｙ方向の入射角θ’でのそれぞれの波形データ、及び各位置情報を波形データ記憶メモリ１２から読み出して入力する（ステップ３０１）。ここでは、入射角θ（θ１≦θ≦θｎ）及び入射角θ’（θ'１≦θ'≦θ'ｎ）でのそれぞれの波形データが入力される。ある入射角θ（例えば、θ＝θ１）、入射角θ’（例えば、θ'１≦θ'≦θ'ｎ）での各波形データを用いて、Ｂスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報をそれぞれ作成する（ステップ３０２）。これにより、例えば、ｙｚ方向の入射角θ１において、あるｘｙ方向の入射角θ’（例えばθ'＝ θ'１）におけるＢスコープ画像情報２０６及びＣスコープ画像情報２０２（図１４（ａ）、（ｂ）参照）がそれぞれ作成される。
【００４２】
ステップ３０３において入射角θ’の判定が行われる。入射角θ’がθ'１≦θ'＜θ'ｎの範囲にある場合には、ステップ３０２による画像情報作成処理が行われる。ステップ３０２による画像情報作成処理は、ステップＳ３０３でθ'＝θ'ｎと判定されるまで、繰り返される。次に、ステップ３０４にて入射角θの判定が行われる。入射角θがθ１≦θ＜θｎの範囲にある場合には、ステップ３０２による画像情報作成処理が行われる。ステップ３０２による画像情報作成処理は、ステップＳ３０４でθ＝θｎと判定されるまで、繰り返される。このように繰り返される画像情報作成処理によって、例えば、図１４、図１５のようにｙｚ方向の入射角θ１において、ｘｙ方向の入射角θ’（例えば、θ'＝ θ'１、θ'＝θ'２）におけるＢスコープ画像情報２０６，２０７及びＣスコープ画像情報２０２，２０３（図１４（ａ）、（ｂ）及び図１５（ａ）、（ｂ）参照）がそれぞれ作成される。なお、センサ走査装置５０によって２次元アレイセンサ１を予め走査することによって欠陥２Ａの存在位置及び入射角θを把握できた場合には、ステップ３０４の処理を実行せずに、ステップ３０３の処理の後にステップ３０５の処理を実行してもよい。
【００４３】
ステップ３０４の判定がθ＝θｎであるとき、ステップ３０５の処理が実行される。ステップ３０５では、ステップ３０２で作成されたＢスコープ画像情報及びＣスコープ画像情報の合成処理が行われる。例えば、Ｂスコープ画像情報２０６，２０７が合成されてＢスコープ画像情報２０８（図１６（ａ）参照）が作成される。また、Ｃスコープ画像情報２０２，２０３が合成されてＣスコープ画像情報２０４（図１６（ｂ）参照）が作成される。そして、ステップ３０５で作成されたＢスコープ画像情報２０８及びＣスコープ画像情報２０４が演算回路１３から出力される。これらの画像情報は、表示装置１６に表示される。
【００４４】
本実施例は、被検査体３の厚み方向（ｘｚ方向）におけるＢスコープ画像情報２０８及びその厚み方向と交差する方向（ｘｙ方向）におけるＣスコープ画像情報２０４の、異なる二方向での画像情報を作成する。Ｂスコープ画像情報２０８及びＣスコープ画像情報２０４も二次元画像情報である。このような本実施例も、実施例１と同様に、それらの二次元画像情報（Ｂスコープ画像情報２０８及びＣスコープ画像情報２０４）の作成に要する時間を、特許文献１の従来技術よりも短縮することができる。また、異なる二方向の二次元画像情報を用いることにより、欠陥の三次元的な形状及び三次元空間における欠陥の位置及び大きさ（寸法）を容易に確認でき、欠陥の位置及び大きさ（寸法）の精度を向上させることができる。本実施例も、画像情報作成にメッシュを用いていないため、三次元メッシュを用いることによって生じる問題が発生しない。
【００４５】
本実施例は、複数の第１Ｂスコープ画像情報（例えば、Ｂスコープ画像情報２０６，２０７）を合成して第２Ｂスコープ画像情報（例えば、Ｂスコープ画像情報２０８）を作成している。このため、以下に示す問題を解消でき、被検査体３内に図１０（ａ）に示すような折れ曲がった欠陥があったとしても、その欠陥全体の形状を表す第2Ｂスコープ画像情報を精度良く作成することができる。すなわち、折れ曲がった欠陥に対しては、ある入射角で入射される超音波が欠陥２Ａの一部（例えば、傾斜部３０）と正対しないために一部の第１Ｂスコープ画像情報には、その部分の画像情報が含まれない。しかし、欠陥２Ａのその部分（例えば、傾斜部３０）に正対して入射される他の入射角度の超音波の反射エコーの信号を用いて作成された他の第１Ｂスコープ画像情報には、その部分（例えば、傾斜部３０）の画像情報が含まれている。これらの第１Ｂスコープ画像情報を合成することによって折れ曲がった欠陥（例えば、垂直部３１及び傾斜部３０が存在する欠陥２Ａ）全体の画像情報を作成するこができる。これは、複数の第１Ｃスコープ画像情報（例えば、Ｃスコープ画像情報２０２，２０３）を合成して第２Ｂスコープ画像情報（例えば、Ｂスコープ画像情報２０４）を作成した場合にも言えることである。
【符号の説明】
【００４６】
１…２次元アレイセンサ、５…送信回路、６…パルス発生器、７…増幅器、８…Ａ／Ｄ回路、９…受信遅延回路、１０…加算回路、１１…制御回路、１３…演算回路、１５…超音波送受信処理装置、１６…表示装置、１８…位置信号発生部、１９，２０…エンコーダ、２１…振動子、２２…ｘｙ方向のセクタ走査範囲、２３…ｙｚ方向のセクタ走査範囲、４０，４１…超音波探傷装置、５０…センサ走査装置、１０１…ｘ方向駆動装置、１１０…ｙ方向駆動装置、２０１…ｘｙ方向のセクタ走査範囲でのセクタ走査画像情報、２０５…ｙｚ方向のセクタ走査範囲でのセクタ走査画像情報、２２５…ｘｙ方向のセクタ走査範囲での任意のセクタ走査線のＡスコープ画像情報、２３０…ｙｚ方向のセクタ走査範囲での任意のセクタ走査線のＡスコープ画像情報、２０２，２０３，２０４…Ｃスコープ画像情報、２０６，２０７，２０８…Ｂスコープ画像情報。
【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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