(57)【要約】【課題】受信信号に重畳されるノイズを低減し、画像化における視認性を向上させることを可能とした超音波検査装置を提供する。【解決手段】媒質４０中に存在する被測定対象物５０に対して超音波６１を送信する送信センサ１１と、受信センサ用貫通孔１４ｃを有するバックアッププレート１４並びに受信センサ用貫通孔１４ｃを覆うダイヤフラム１６を有する受信センサ１２とを備え、被測定対象物５０によって反射された超音波６１の反射波６２によるダイヤフラム１６の振動を解析して被測定対象物５０までの距離の測定または被測定対象物５０の可視化を行う超音波検査装置において、バックアッププレート１４又はダイヤフラム１６又はその両方に、バックアッププレート１４の内部又はダイヤフラム１６の表面又はその両方を伝搬する超音波６５，６６を減衰させる超音波減衰手段を設けた。【選択図】図４
2015187576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒質中に存在する被測定対象物に対して超音波を送信する送信センサと、
貫通孔を有する支持体並びに前記貫通孔を覆う金属膜体を有する受信センサとを備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物までの距離の測定または前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体又は前記金属膜体又はその両方に、前記支持体の内部又は前記金属膜体の表面又はその両方を伝搬する超音波を減衰させる超音波減衰手段を設けた
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
前記超音波減衰手段が、前記支持体を形成する多数の気泡を内包した発泡金属である
ことを特徴とする請求項１記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記超音波減衰手段が、前記支持体の前記貫通孔から一定距離離間した領域であり且つ前記被測定対象物側に凹設されたガス空間である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記超音波減衰手段が、前記貫通孔から一定距離離間した位置に、前記金属膜体から前記支持体にわたって形成された溝部である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記超音波減衰手段として、前記貫通孔に挿入され固定される光ファイバの先端を前記支持体から突出させるとともに、前記金属膜体を前記光ファイバの先端に対応する部分にのみ非接触に設けた
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査装置に関し、より詳しくは、媒質中に存在する被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を出射する超音波送信手段と、レーザ光を照射及び入射する光ファイバとを備え、前記超音波送信手段から出射された超音波の被測定対象物による反射波（受信信号）を前記光ファイバを介して受信し、受信信号を解析することにより被測定対象物の画像化を行う超音波検査装置が公知となっている（例えば、下記特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０２１１７６号公報
【特許文献２】特許第４８９８２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術にあっては、例えば図９に示すように被測定対象物からの反射波６２の一部６５，６６が、センサ本体０１の内部及び受信面０２を伝播して受信点Ｐに到達することによって本来の受信信号（実信号）のノイズとなり、被測定対象物を画像化する際に画像の劣化要因となるという問題があった。また、一つの送信センサに対し複数の受信センサを設けて開口合成処理により画像化を行う場合、受信感度を向上させるためには多数の受信センサを設ける必要があり、受信センサの高密度配置を要して装置のコスト増加につながるという問題もあった。
【０００５】
このようなことから本発明は、受信信号に重畳されるノイズを低減し、画像化における視認性を向上させることを可能とした超音波検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る超音波検査装置は、
媒質中に存在する被測定対象物に対して超音波を送信する送信センサと、
貫通孔を有する支持体並びに前記貫通孔を覆う金属膜体を有する受信センサとを備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物までの距離の測定または前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体又は前記金属膜体又はその両方に、前記支持体の内部又は前記金属膜体の表面又はその両方を伝搬する超音波を減衰させる超音波減衰手段を設けた
ことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明に係る超音波検査装置は、第１の発明に係る超音波検査装置において、
前記超音波減衰手段が、前記支持体を形成する多数の気泡を内包した発泡金属である
ことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明に係る超音波検査装置は、第１又は第２の発明に係る超音波検査装置において、
前記超音波減衰手段が、前記支持体の前記貫通孔から一定距離離間した領域であり且つ前記被測定対象物側に凹設されたガス空間である
ことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明に係る超音波検査装置は、第１から第３のいずれかひとつの発明に係る超音波検査装置において、
前記超音波減衰手段が、前記貫通孔から一定距離離間した位置に、前記金属膜体から前記支持体にわたって形成された溝部である
ことを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明に係る超音波検査装置は、第１から第３のいずれかひとつの発明に係る超音波検査装置において、
前記超音波減衰手段として、前記貫通孔に挿入され固定される光ファイバの先端を前記支持体から突出させるとともに、前記金属膜体を前記光ファイバの先端に対応する部分にのみ非接触に設けた
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明に係る超音波検査装置によれば、受信信号に重畳されるノイズを低減し、相対的に受信信号の信号強度を向上させることができる。これにより、被測定対象物までの距離を高精度に測定することができ、画像処理により被測定対象物を可視化した際の視認性を向上させることができる。また、一つの送信センサに対し複数の受信センサを備えて開口合成処理により被測定対象物の可視化を行う場合、有効受信点数を低減しても従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る超音波検査装置のセンサ部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る超音波検査装置の受信センサの構造を示す説明図である。
【図４】図２の要部拡大図である。
【図５】本発明の実施例２に係る超音波検査装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る超音波検査装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る超音波検査装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明の実施例５に係る超音波検査装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図９】従来のセンサ本体の内部及び受信面を伝播する反射波の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る超音波検査装置の詳細を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１から図４を用いて本発明の実施例１に係る超音波検査装置について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る超音波検査装置は、送信センサ１１及び受信センサ１２を有するセンサ部１０と、光信号を電気信号に変換する光学処理部２０と、光学処理部２０から入力される電気信号に基づき開口合成処理（画像処理）を行って被測定対象物５０（図２参照）を画像化する可視化部（例えば、モニタ等）３０とを備えている。
なお、光学処理部２０、可視化部３０の構成は既知のものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本実施例において送信センサ１１は、筒状の筐体１３の内部に複数（例えば、９個）設けられ、後述するバックアッププレート１４に形成された送信センサ用貫通孔に、相互に一定間隔で離間するように二次元的かつ間欠的に配設され固定されている。この送信センサ１１は例えば圧電素子からなり、被測定対象物５０に対して超音波を出射する。
なお、図２中の符号４０は媒質（例えば、液体ナトリウム等）である。
【００１６】
また、受信センサ１２は多数（例えば、約２５００個）の貫通孔（以下、受信センサ用貫通孔という）１４ｃを有して前記筺体１３の開口部を覆うバックアッププレート１４と、当該バックアッププレート１４の表面を覆うダイヤフラム（金属膜体）１６とから構成されている。受信センサ用貫通孔１４ｃは各送信センサ１１の周囲に相互に一定間隔で離間するように二次元的にそれぞれ複数配列され、また、ダイヤフラム１６は例えばニッケルを材料とする金属箔により形成されており、図３に破線で示すように、ダイヤフラム１６の受信センサ用貫通孔１４ｃを覆う部分が、送信センサ１１から出射された超音波６１の、被測定対象物５０によって反射された反射波６２により振動するように構成されている。なお、当該ダイヤフラム１６の送信センサ１１に対向する部分は開口しており、これにより、送信センサ１１の送信面は露出した状態となっている。
【００１７】
また、図３及び図４に示すように、バックアッププレート１４の受信センサ用貫通孔１４ｃには、それぞれ光ファイバ１５がダイヤフラム１６とは非接触に固定されており、光ファイバ１５の先端がダイヤフラム１６によって非接触に覆われた状態となっている。より具体的には、図４に示すように光ファイバ１５はその先端がバックアッププレート１４のダイヤフラム１６側の面より内側（ダイヤフラム１６とは反対側）に位置付けられるようにフェルール１７を介してバックアッププレート１４に固定されている。そして、図３に示すように光ファイバ１５を介してダイヤフラム１６に対しレーザ光（以下、検査用レーザ光という）６３が照射され、また、検査用レーザ光６３のダイヤフラム１６によって反射された反射レーザ光６４が光ファイバ１５に入射されるようになっている。すなわち、本実施例では、ダイヤフラム１６の振動を反射レーザ光６４の検査用レーザ光６３に対する変調として捉え、これを受信信号として受信するように構成されている。
【００１８】
そして、図４に示すように、本実施例に係る超音波検査装置では、バックアッププレート１４の内部を伝播する反射波６２の一部６５（以下、一部の反射波６５という）を減衰させる手段（以下、超音波減衰手段という）として、バックアッププレート１４を、多数の気泡を内包する発泡金属１４１によって形成している。なお、本実施例では、発泡金属１４１の一例として、ニッケルを材料とし、粒子径を１０μｍ〜８０μｍとしたものを用いた。
【００１９】
以下、図３及び図４を用いて本実施例に係る超音波検査装置による作用効果を説明する。なお、図３及び図４では、光ファイバ１５とダイヤフラム１６との関係を分かり易くするため、光ファイバ１５とダイヤフラム１６との間の距離を誇張して示している。これは、図５から図９についても同様である。
図３に示すように、送信センサ１１から出射された超音波６１は、被測定対象物５０によって反射され、反射波６２としてセンサ部１０（図１，２参照）に戻ってくる。一方、光ファイバ１５から照射された検査用レーザ光６３は、光ファイバ１５の先端がダイヤフラム１６によって覆われているため、上述したようにダイヤフラム１６によって反射され、反射レーザ光（受信信号）６４として光ファイバ１５に入射する。
【００２０】
ここで、送信センサ１１から出射され被測定対象物５０によって反射された超音波６１の反射波６２がダイヤフラム１６に到達すると、ダイヤフラム１６は図３に破線で示すように振動し、これによりダイヤフラム１６によって反射された反射レーザ光６４が検査用レーザ光６３に比較して変調される。
【００２１】
本実施例では、この各受信センサ１２によって得られた検査用レーザ光６３と反射レーザ光６４との間の光の変調を光学処理部２０において電気信号に変換し、可視化部３０によって開口合成処理することにより、被測定対象物５０の形状が画像化される。
【００２２】
そしてこのとき、本実施例に係る超音波検査装置によれば、バックアッププレート１４が発泡金属１４１によって形成されたことにより、被測定対象物５０によって反射された一部の反射波６５がバックアッププレート１４の内部に入射したとしても、超音波は気体中を伝播しにくいため、このバックアッププレート１４の内部を伝播する一部の反射波６５をバックアッププレート１４自体によって減衰させることができる。
これにより、一部の超音波６５がバックアッププレート１４の内部で反射されてダイヤフラム１６に到達することを抑制することができ、受信信号に重畳するノイズを低減して相対的に受信信号の信号強度を向上させることが可能となり、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。
【００２３】
具体的には、バックアッププレート１４を発泡金属１４１（ニッケル、粒子径１０μｍ〜８０μｍ）によって形成した結果、バックアッププレート１４を無垢材（ニッケル）により形成した場合に比較して３倍〜５倍の減衰効果が得られた。
【００２４】
なお、上述した実施例においては、センサ部１０の構成として、送信センサ１１と受信センサ１２とを一体的に備えた例を示したが、送信センサ１１と受信センサ１２とは一体的に設けられる必要はなく、超音波を出射する送信センサと、被測定対象物により反射された反射波を受信する受信センサとを備える装置であれば適用することが可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。これは以下に示す実施例においても同様である。
【００２５】
また、上述した実施例においては、複数の送信センサ１１を二次元的に配置するとともに、この送信センサ１１の周囲に受信センサ用貫通孔１４ｃを二次元的に配置する例を示したが、送信センサ１１は一つであってもよく、また、送信センサ１１及び受信センサ用貫通孔１４ｃの配置は一次元的であってもよく、必要に応じて配置すればよい。
【００２６】
また、上述した実施例においては、ダイヤフラム１６の振動を検知する手段として光ファイバ１５を介して伝送されるレーザ光を利用する例を示したが、ダイヤフラム１６の振動を検知する手段としては、例えば振動子等、他の手段を用いることができる。
【実施例２】
【００２７】
図５を用いて本発明の実施例２に係る超音波検査装置について説明する。本実施例に係る超音波検査装置は、図１ないし図４に示し上述した実施例１に係る超音波検査装置に対して、バックアッププレート１４の構成が異なるものである。
【００２８】
すなわち、図５に示すように、本実施例に係る超音波検査装置では、バックアッププレート１４の内部を伝播する一部の反射波６５を減衰させる超音波減衰手段として、バックアッププレート１４に凹部（以下、ガス空間という）１４ａを形成している。
ガス空間１４ａは、各受信センサ用貫通孔１４ｃから離間した領域であり且つバックアッププレート１４のダイヤフラム１６側に形成されている。
換言すると、本実施例においてバックアッププレート１４は、受信センサ用貫通孔１４ｃの周囲がガス空間１４ａに対してダイヤフラム１６側に突出した形状となっている。
さらに、バックアッププレート１４には、ガス空間１４ａと、バックアッププレート１４を挟んでガス空間１４ａとは反対側の空間とを連通するガス抜き孔１４ｂが複数設けられている。
なお、本実施例においてバックアッププレート１４は無垢材１４２により形成されているものとする。
【００２９】
その他の構成については、上述した実施例１に係る超音波検査装置と同様であり、同様の作用を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３０】
このように構成される本実施例に係る超音波検査装置によれば、図５に示すように、被測定対象物５０によって反射された反射波６２の一部（一部の反射波）がダイヤフラム１６を透過したとしても、ガス空間１４ａによってこの一部の反射波がバックアッププレート１４の内部を伝播することを阻止することができ、これによりバックアッププレート１４の内部を伝播する超音波を減衰させることができる。よって、受信センサ１２により受信される受信信号に重畳するノイズを低減して相対的に受信信号の信号強度を向上させることができ、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。
【実施例３】
【００３１】
図６を用いて本発明の実施例３に係る超音波検査装置について説明する。
図６に示すように、本実施例に係る超音波検査装置は、上述した実施例２に係る超音波検査装置において、バックアッププレート１４の材料を発泡金属１４１とするものである。
【００３２】
その他の構成については、上述した実施例１に係る超音波検査装置と同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３３】
このように構成される本実施例に係る超音波検査装置によれば、図６に示すように、被測定対象物５０によって反射された反射波６２の一部（一部の反射波）がダイヤフラム１６を透過したとしても、ガス空間１４ａによってこの一部の反射波がバックアッププレート１４の内部を伝播することを阻止することができ、これによりバックアッププレート１４の内部を伝播する超音波を減衰させることができる。さらに、バックアッププレート１４を発泡金属１４１により形成したことで、バックアッププレート１４のダイヤフラム１６と接触する部分から当該バックアッププレート１４内に入射した一部の反射波をバックアッププレート１４の内部で減衰させることができる。よって、受信センサ１２により受信される受信信号に重畳するノイズを低減して相対的に受信信号の信号強度を向上させることができ、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。
【実施例４】
【００３４】
図７を用いて本発明の実施例４に係る超音波検査装置について説明する。本実施例に係る超音波検査装置は、図１ないし図４に示し上述した実施例１に係る超音波検査装置に対して、バックアッププレート１４及びダイヤフラム１６の構造が異なるものである。
【００３５】
すなわち、図７に示すように、本実施例では、受信センサ用貫通孔１４ｃの周囲において、ダイヤフラム１６の表面からバックアッププレート１４の内部にかけて溝加工（又は放電加工）が施され、これにより受信センサ用貫通孔１４ｃの周囲に溝部１８が形成されている。
換言すると、受信センサ用貫通孔１４ｃの周囲において、ダイヤフラム１６およびバックアッププレート１４の表面側の一部が除去された状態となっている。
なお、本実施例においてバックアッププレート１４は無垢材の金属１４２により形成されている。
【００３６】
その他の構成については、上述した実施例１に係る超音波検査装置と同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３７】
このように構成される本実施例に係る超音波検査装置によれば、被測定対象物５０によって反射された反射波６２の一部（一部の反射波）６６がダイヤフラム１６の表面を伝播したとしても、このダイヤフラム１６の表面を伝播する一部の反射波６６の経路上に溝部１８を設けたことにより、一部の反射波６６の進路を遮断する、又は、一部の反射波６６の経路を長尺化することができる。よって、受信センサ１２により受信される受信信号に重畳するノイズを低減、又は、ノイズとなる一部の反射波６６が受信点に到達するまでの時間を遅延させて、相対的に受信信号の信号強度を向上させることができ、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。
【００３８】
なお、本実施例は上述した構成に限定されるものではなく、上述した実施例１から実施例３のいずれか一つの実施例に係る超音波検査装置に、本実施例の構成を適用してもよい。ただし、実施例１または実施例３に係る超音波検査装置に本実施例の構成を適用する場合は、溝部１８の表面（媒質４０と接する面）を図示しない無垢材の金属で覆うものとする。また、実施例２又は実施例３に係る超音波検査装置に本実施例の構成を適用する場合は、受信センサ用貫通孔１４ｃの周囲且つガス空間１４ａに対向する部分以外の領域において、ダイヤフラム１６の表面からバックアッププレート１４の内部にかけて溝加工を施すものとする。
例えば、バックアッププレート１４の材料として発泡金属を用いれば、上述した効果に加えて、バックアッププレート１４の内部に入射した反射波を減衰させることができる。
【実施例５】
【００３９】
図８を用いて本発明の実施例５に係る超音波検査装置について説明する。本実施例に係る超音波検査装置は、図１ないし図４に示し上述した実施例１に係る超音波検査装置に対して、バックアッププレート１４及びダイヤフラム１６の構造が異なるものである。
【００４０】
すなわち、図８に示すように、本実施例においては、フェルール１７を介してバックアッププレート１４に保持される光ファイバ１５の先端を、バックアッププレート１４の表面から突出させるとともに、フェルール１７の先端にダイヤフラム１６を貼付することにより光ファイバ１５の先端をダイヤフラム１６によって非接触に覆っている。
なお、バックアッププレート１４は無垢材の金属１４２により形成されている。
【００４１】
その他の構成については、上述した実施例１に係る超音波検査装置と同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４２】
このように構成される本実施例に係る超音波検査装置によれば、受信面となるダイヤフラム１６とその周囲との間に段差を設け、被測定対象物５０によって反射されバックアッププレート１４の表面を伝播する反射波６２の一部（一部の反射波）６６の伝播経路を長尺化して、一部の反射波６６が受信点に到達するまでの時間を遅延させることにより、相対的に受信信号の信号強度を向上させることができ、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。
【００４３】
なお、本実施例は上述した構成に限定されるものではなく、上述した実施例１から実施例３のいずれか一つの実施例に係る超音波検査装置に、本実施例の構成を適用してもよい。ただし、実施例１または実施例３に係る超音波検査装置に本実施例の構成を適用する場合は、バックアッププレート１４の表面（媒質４０と接する面）を無垢材の金属で覆うものとする。
例えば、バックアッププレート１４の材料として発泡金属を用いれば、上述した効果に加えて、バックアッププレート１４の内部に入射した反射波を減衰させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、媒質中に存在する被測定対象物を当該被測定対象物から離間した位置から測距、可視化する超音波検査装置に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００４５】
０１  センサ本体
０２  受信面
１０  センサ部
１１  送信センサ
１２  受信センサ
１３  筺体
１４  バックアッププレート
１４ａ  ガス空間
１４ｂ  ガス抜き孔
１４ｃ  受信センサ用貫通孔
１５  光ファイバ
１６  ダイヤフラム
１７  フェルール
１８  溝部
２０  光学処理部
３０  可視化部
４０  媒質
５０  被測定対象物
６１  超音波
６２  反射波
６３  検査用レーザ光
６４  反射レーザ光
６５  一部の反射波
６６  一部の反射波
１４１  発泡金属
１４２  無垢材
【図１】
2015187576.tif 000003
【図２】
2015187576.tif 000004
【図３】
2015187576.tif 000005
【図５】
2015187576.tif 000006
【図６】
2015187576.tif 000007
【図７】
2015187576.tif 000008
【図８】
2015187576.tif 000009
【図９】
2015187576.tif 000010
【図４】
2015187576.tif 000011