(57)【要約】【課題】欠陥からの反射波の識別を容易にできる超音波探傷装置及び装置を提供することにある。【解決手段】圧電素子からなる超音波探触子１０１と、超音波探触子１０１から超音波を送信しまた前記超音波探触子により超音波を受信する送受信部６と、送受信部６にて受信された超音波信号を表示する表示部９とを有する。超音波探触子１０１の少なくとも一部は液体中に浸漬させ超音波を発信させ、金属などの固体の被検体を検査する。超音波探触子１０１は、被検体１０２の表面に表面波を発生させる角度θ２で、被検体１０１の表面に対して配置される。走査機構７は、この角度θ２の方向に超音波探触子１０１を走査する。【選択図】図２
2008298454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子からなる超音波探触子と、前記超音波探触子から超音波を送信しまた前記超音波探触子により超音波を受信する送受信部と、前記送受信部にて受信された超音波信号を表示する表示部とを有し、
前記超音波探触子の少なくとも一部を液体中に浸漬させ超音波を発信させ、金属などの固体の被検体を検査する超音波探傷装置であって、
被検体の表面に表面波を発生させる角度で、前記被検体の表面に対して、前記超音波探触子を配置するとともに、前記角度の方向に前記超音波探触子を走査する走査手段を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探傷装置において、
前記超音波探触子は、集束ビームを発生するものであるとともに、複数の圧電素子の配列からなるアレイ探触子であり、
前記走査手段は、前記複数の圧電素子の内、所定の数の圧電素子からなる圧電素子群を順次電気的に切替ることにより、受信位置を移動することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探傷装置において、
前記超音波探触子を構成する圧電素子は、その表面において、圧電素子の配列方向と直交する方向に曲率を有することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項４】
請求項１記載の超音波探傷装置において、
前記超音波探触子は、集束ビームを発生する焦点型探触子であり、
前記走査手段は、前記焦点型探触子を、機械的に走査して、受信位置を移動することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】
圧電素子からなる超音波探触子の全部または一部を液体中に浸漬させ超音波を発信させ、金属などの固体の被検体を検査する水浸法または部分水浸法の超音波探傷方法において、
被検体の表面に表面波を発生させる角度で、前記被検体の表面に対して、前記超音波探触子を配置するとともに、前記角度の方向に前記超音波探触子を走査することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項６】
請求項５記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子として、複数個の圧電素子の配列からなるアレイ探触子を用い、
フェーズドアレイ方式により、同一の素子群により送信と受信を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項７】
請求項５に記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子として、複数個の圧電素子の配列からなるアレイ探触子を用い、
フェーズドアレイ方式により、送信する素子群を固定し、受信する素子群を変えることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項８】
請求項６若しくは請求項７のいずれかに記載の超音波探傷方法において、
前記アレイ探触子を構成する圧電素子に対して、隣接する２つ以上の圧電素子の送信または受信のタイミングを同一とすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項９】
請求項５に記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子の走査時に、それぞれの走査位置における受信波形を、逐次加算または平均することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子の走査時の、それぞれの走査位置における受信波形を、横軸が受信時間で縦軸が受信強度の関係で表示するとともに、各走査位置における受信波形を、横軸の各受信時間を揃えて表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項１１】
圧電素子からなる超音波探触子の全部または一部を液体中に浸漬させ超音波を発信させ、金属などの固体の被検体を検査する水浸法または部分水浸法の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子の複数の受信位置における受信波形において、欠陥からの受信波形を、受信時間に対して揃え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、液体を介して固体を検査対象とする水浸法または部分水浸法による超音波探傷装置及び方法に係り、特に、被検体表面に表面波（レイリー波）を発生させて超音波探傷を行なうに好適な超音波探傷装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材など縦波、横波、レイリー波のすべての伝播を許す固体の非破壊検査方法として、超音波による超音波探傷法が従来から一般に用いられている。この超音波探傷法の一種に、いわゆる水浸法及び部分水浸法がある。水浸法とは、「探触子と探傷面との間に、水などの液体を長い距離介在させて探傷する方法」、また、部分水浸法とは、「探触子と探傷面との間だけ局部的に水を介在させて探傷する方法」である。また、レイリー波（レーリー波）とは、「表面近傍にだけエネルギーが集中して伝わる波」とあり、その伝搬速度は固体中の横波音速の約９０％程度で、表面が曲面の場合でも表面近傍に沿って伝搬する。
【０００３】
レイリー波を用いた超音波探傷装置では、被検体の表面に探触子から超音波を斜めに入射させることで、被検体表面に表面波（レイリー波）を発生させ、被検体の欠陥や損傷を検査する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０Ａ−１２３１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載のように、レイリー波を用いる超音波探傷装置にあっては、探触子位置によって、欠陥からのレイリー波の受信時間が探触子位置によって変化するという問題があった。探傷時に最も重要となる欠陥からの信号に関して、探触子位置によって、受信時間が異なるために、特に、探触子位置が欠陥から遠い場合について、伝搬中の減衰（エネルギー損失）の多い被検体表面の伝搬距離が、送信から受信までの往復分必要なために、探触子位置が欠陥から離れると急激に欠陥からの反射波の受信強度が弱まるために、欠陥位置から遠い位置において欠陥からの反射波を識別することが困難になるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、欠陥からの反射波の識別を容易にできる超音波探傷装置及び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】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、圧電素子からなる超音波探触子と、前記超音波探触子から超音波を送信しまた前記超音波探触子により超音波を受信する送受信部と、前記送受信部にて受信された超音波信号を表示する表示部とを有し、前記超音波探触子の少なくとも一部を液体中に浸漬させ超音波を発信させ、金属などの固体の被検体を検査する超音波探傷装置であって、被検体の表面に表面波を発生させる角度で、前記被検体の表面に対して、前記超音波探触子を配置するとともに、前記角度の方向に前記超音波探触子を走査する走査手段を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、欠陥からの反射波の識別を容易にできるものとなる。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記超音波探触子は、集束ビームを発生するものであるとともに、複数の圧電素子の配列からなるアレイ探触子であり、前記走査手段は、前記複数の圧電素子の内、所定の数の圧電素子からなる圧電素子群を順次電気的に切替ることにより、受信位置を移動するようにしたものである。
【０００９】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記超音波探触子を構成する圧電素子は、その表面において、圧電素子の配列方向と直交する方向に曲率を有するものである。
【００１０】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記超音波探触子は、集束ビームを発生する焦点型探触子であり、前記走査手段は、前記焦点型探触子を、機械的に走査して、受信位置を移動するようにしたものである。
【００１１】
（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、圧電素子からなる超音波探触子の全部または一部を液体中に浸漬させ超音波を発信させ、金属などの固体の被検体を検査する水浸法または部分水浸法の超音波探傷方法において、被検体の表面に表面波を発生させる角度で、前記被検体の表面に対して、前記超音波探触子を配置するとともに、前記角度の方向に前記超音波探触子を走査するようにしたものである。  
かかる方法により、欠陥からの反射波の識別を容易にできるものとなる。
【００１２】
（６）上記（５）において、好ましくは、前記超音波探触子として、複数個の圧電素子の配列からなるアレイ探触子を用い、フェーズドアレイ方式により、同一の素子群により送信と受信を行うようにしたものである。
【００１３】
（７）上記（５）において、好ましくは、前記超音波探触子として、複数個の圧電素子の配列からなるアレイ探触子を用い、フェーズドアレイ方式により、送信する素子群を固定し、受信する素子群を変えるようにしたものである。
【００１４】
（８）上記（６）または（７）において、好ましくは、前記アレイ探触子を構成する圧電素子に対して、隣接する２つ以上の圧電素子の送信または受信のタイミングを同一としたものである。
【００１５】
（９）上記（５）において、好ましくは、前記超音波探触子の走査時に、それぞれの走査位置における受信波形を、逐次加算または平均するようにしたものである。
【００１６】
（１０）上記（５）において、好ましくは、前記超音波探触子の走査時の、それぞれの走査位置における受信波形を、横軸が受信時間で縦軸が受信強度の関係で表示するとともに、各走査位置における受信波形を、横軸の各受信時間を揃えて表示するようにしたものである。
【００１７】
（１１）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、圧電素子からなる超音波探触子の全部または一部を液体中に浸漬させ超音波を発信させ、金属などの固体の被検体を検査する水浸法または部分水浸法の超音波探傷方法において、前記超音波探触子の複数の受信位置における受信波形において、欠陥からの受信波形を、受信時間に対して揃えて表示するうにしたものである。  
かかる方法により、欠陥からの反射波の識別を容易にできるものとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、欠陥からの反射波の識別を容易にできるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。  
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適用対象について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の適用対象の説明図である。
【００２０】
原子炉炉底部１には、制御棒駆動機構（ＣＲＤ）スタブチューブや炉内計装管（ＩＣＭ）ハウジングなどの貫通部（管状）２が設けられいる。原子炉炉底部１に対して、貫通部（管状）２は、溶接部３により溶接固定されている。超音波探触子１０１は、溶接部３の欠陥を検知するために用いられる。
【００２１】
次に、図２を用いて、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の全体構成について説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２２】
本実施形態の超音波探傷装置は、超音波探触子１０１と、超音波の送受信部６と、探触子１０１を移動させるための走査機構７と、送受信部６と走査機構７を制御する制御機構８と、受信信号を表示する表示部９とから構成されている。
【００２３】
検査対象である被検体１０２と、探触子１０１との間には、液体１０８が介在している。
【００２４】
なお、図においては、説明を簡単にするため被検査体１０２を平板形状の断面図として表している。本実施形態による超音波探傷装置において用いるレイリー波の特性として、曲面でも平面でも表面に沿って伝搬する特性を持っているために、曲面及び平板のいずれの場合にも適用することが可能である。なお、曲面及び平面のいずれの場合においても、被検体表面１１０に対する超音波の入射角度は、被検体表面の接平面（または接線）と超音波の伝搬方向のなす角度θ１として定義される。
【００２５】
超音波探触子１０１は、被検体１０２との間に介在する液体１０８に、一部または全部を浸漬して設置される。超音波探触子１０１は、図８を用いて後述するように、集束ビームを用いた焦点型の探触子である。焦点型の探触子は、ステンレス鋼溶接部など、減衰や組織からのノイズ信号が多い材料を検査する場合に、ＳＮ比を向上させることができ、また、集束ビームにより分解能を向上させることができる。
【００２６】
探触子１０１は、被検体表面１１０に対して、傾斜角度θ２だけ傾いた方向Ｃに、探触子１０１−探触子１０１’−探触子１０１”で示す位置のように、走査機構７によって機械的に走査するように設定される。超音波探触子１０１は、送受信部６から供給される駆動信号により超音波を発生し、これを液体１０８内に、被検体表面１１０に対して、入射角度θ１方向に縦波超音波１０５として伝搬させ、被検体表面１１０において、屈折現象によりレイリー波１０６を発生させ、欠陥１０４により現れる反射波１０７を検出し、受信信号を送受信部６に入力する。ここで、傾斜角度θ２と入射角度θ１は等しく、例えば、３０度である。なお、傾斜角度θ２と入射角度θ１については、図７を用いて後述する。
【００２７】
超音波探触子１０１は、例えば、超音波発生素子の一例として、圧電セラミックスや、その圧電セラミックスの細棒を高分子材の中に埋めこんだ複合圧電体（コンポジットともいう）を用いる。送信と受信に対して、同一の素子を用いる。なお、送受信を分割する場合は、２つの素子から構成される。
【００２８】
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走査機構７の構成について説明する。  
図３は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置に用いる走査機構の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図２に示した走査機構７は、駆動制御部７１と、移動量検知部７２と、駆動部７３と、スキャナ７４とから構成される。自動スキャナ７４は、探触子１０１を２軸の回転自由度をもって把持しするためのジンバル機構７７及び１方向の走査が可能なボールねじのようなスライド機構７６から構成される。具体的な構成例としては、駆動部７３としてモータ、移動量検知部７２としてエンコーダ、駆動制御部７１としてモータドライバなどがある。スライド機構７６による探触子１０１の機械的な走査距離（探触子１０１の移動距離）は、例えば、約１０ｃｍである。
【００３０】
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送受信部６及び表示部９の構成について説明する。  
図４は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置に用いる送受信部及び表示部の構成を示すブロック図である。
【００３１】
送受信部６は、計算機６Ｆと、パルサー６Ｃと、レシーバ６Ｄと、データ収録部６Ｅを備える。パルサー６Ｃが駆動信号を探触子１０１に供給し、これにより探触子１０１から入力される受信信号をレシーバ６Ｄが処理する。ここで、計算機１０２Ｆは、パルサー６Ｃ、レシーバ６Ｄ、それにデータ収録部６Ｅを制御して、必要な動作が得られるようにする。データ収録部６Ｅは、レシーバ６Ｄから供給される受信信号を処理し、表示部９に供給する。
【００３２】
表示部９は、超音波の受信位置に対応した受信波形を表示する手段である。図４では、例として、探触子１０１，１０１’，１０１”のそれぞれの位置で受信された波形を表示したものを示している。なお、図において、横軸は受信時間を示し、縦軸は受信強度を示している。符号Ｐ１０１は探触子１０１の位置での受信波形を示し、符号Ｐ１０１’は探触子１０１’の位置での受信波形を示し、符号Ｐ１０１”は探触子１０１”の位置での受信波形を示している。なお、図示の例では、超音波探触子の走査時の、それぞれの走査位置における受信波形を、横軸が受信時間で縦軸が受信強度の関係で表示するとともに、各走査位置における受信波形を、横軸の各受信時間を揃えて表示している。
【００３３】
ここで、探触子１０１，１０１’，１０１”のいずれの受信位置においても、欠陥からの反射波６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃが同じ受信時間に表示され、また、被検体表面からの形状エコーが受信位置によって異なる位置６０２Ａ，６０２Ｂ，６０２Ｃに表示される。すなわち、超音波探触子の複数の受信位置における受信波形において、欠陥からの受信波形を、受信時間に対して揃えて表示できる。
【００３４】
なお、欠陥からの信号の受信時間が一定となる原理は、図５及び図６を用いて後述する。
【００３５】
このように、欠陥からの波形の受信時間がほぼ一定に表示されることで、ある時間ゲート６０３の信号にのみ注目していれば、欠陥の有無など、被検体の評価が可能となり、検査を容易に行うことができる。
【００３６】
次に、図５〜図８を用いて、本実施形態による超音波探傷装置において、欠陥からの信号が同じ位置に現れる原理について説明する。  
図５及び図６は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置において、欠陥からの信号が同じ位置に現れる原理説明図である。図７は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における横波臨界角の説明図である。図８は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における音速比と横波臨界角の関係の説明図である。
【００３７】
図５において、異なる受信位置による伝搬経路上に構成される３点ＡＢＣから構成される三角形７０１に注目する。水１０８から超音波を入射し、炭素鋼やステンレス鋼などからなる被検体１０２の表面近傍にレイリー波を発生させる場合、レイリー波が発生する条件である、横波臨界角θＣは、約３０度になることが知られている。
【００３８】
レイリー波（表面波）は、被検体に対して、横波臨界角を超える入射角度で超音波を入射させることで、被検体表面に容易に発生させることができる。ここで、横波臨界角θＣは、以下の（式１）で定義される角度である。
θＣ  ＝  ｓｉｎ−１ (Ｖ１／Ｖ２)  …（１）
なお、ここで、Ｖ１は液体（水など）の縦波伝搬速度であり、Ｖ２は被検体（固体）の横波伝搬速度である。
【００３９】
（式１）で表される横波臨界角θＣは、水中の縦波音速（約１７０ｍ／秒）と、固体（金属）中のレイリー波音速（約３０００ｍ／秒）の比が１：２になるため、、θＣ＝ｓｉｎ−１（０．５）＝３０度となる。なお、実際には、温度や金属の種類によって、超音波の音速はばらついているため、必ずしも、厳密に３０度になることはない。
【００４０】
ここで、図８を用いて、音速比と横波臨界角の関係について説明する。例えば、液体の縦波音速と、固体のレイリー波の音速が、０．４３〜０．５８の間に入っていれば、横波臨界角は２５〜３５度の範囲に収まる。
【００４１】
ここで、図５に示した三角形７０１を詳細にみてみると、ＡＢ間を伝わる音速とＢＣ間を伝わる音速の比が、およそ２：１である。一方、図６に示すように、三角形７０１は、３０度、６０度、９０度の直角三角形であるので、辺の長さについては、ＡＢ：ＢＣ＝１：２となる。ゆえに、辺ＢＣは、距離が２倍でも伝搬速度が２分の１となるため、ＡＢ間の受信時間とＢＣ間の受信時間はほぼ同じとなる。
【００４２】
図５において、伝搬経路Ｑ→Ｃ→Ｂ→Ｄと、Ｐ→Ａ→Ｂ→Ｄを比較してみる。Ｑ→ＣとＰ→Ａはともに等しい距離を等しい速度で伝搬するので、両者の受信時間は等しいといえる。また、Ｂ→Ｄの伝搬経路は共通している。前述したように、Ｃ→ＢとＡ→Ｂの受信時間は等しいので、送信の経路（往路）の受信時間が等しくなる。また、受信の経路（復路）に対しても同様の関係が成立するために、探触子位置１０１がいずれの場所にあっても、欠陥からの反射波の受信時間は一定となる。
【００４３】
このように、超音波探触子１１０を被検体に対して２５〜３５度の間の傾斜角度方向に機械的に走査させることで、レイリー波による欠陥からの反射波の受信時間が一定となるため、表示部９に受信波形を表示させた場合に、欠陥からの反射波の識別が容易になる。
【００４４】
次に、図８を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる探触子の構成について説明する。  
図８は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置に用いる探触子の構成を示す側面図である。
【００４５】
図８に示す探触子１０１は、焦点型の探触子である。焦点型の探触子は、ステンレス鋼溶接部など、減衰や組織からのノイズ信号が多い材料を検査する場合に、ＳＮ比を向上させることができ、また、集束ビームにより分解能を向上させることができる。一般に、焦点型探触子９０１は、曲面を設けた圧電素子９０２から構成されている。焦点型探触子９０１の焦点位置９０３は、単一媒質中を伝搬する場合には、幾何学的な距離が等しい場所に集束するが、複数媒質中を伝搬する場合には、むしろ、受信時間が等しい場所に集束する。
【００４６】
例えば、ステンレス鋼溶接部など超音波の減衰が大きい材料の検査を想定した場合、エネルギー密度を空間的に高めて分解能やＳＮ比向上する目的のため集束ビームを利用することが望ましいが、従来のレイリー波法では、探触子位置ごとに、欠陥までの距離（または受信時間）が異なるために、探触子位置に応じて焦点深さを変化させる必要があり、また、欠陥位置は探傷時には不明であることも想定されることから、集束ビームを用いた探傷の実現上、問題があった。
【００４７】
それに対して、前述したように、探触子を被検体の面に斜めに角度θ２（２５〜３５度）の方向に機械的に走査することによって、欠陥からの受信時間を一定にすることができる。すなわち、欠陥からの受信時間として想定される受信時間に相当する焦点を形成する１種類の焦点型探触子９０１を用いることで、探触子位置が変化しても、焦点が形成される場所が一定となり、集束ビームを用いることができ、ＳＮ比の改善や分解能の向上を図ることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、探触子位置が欠陥から遠く、欠陥からの反射波が弱い場合でも、欠陥からの反射波の識別が容易になる。
【００４９】
また、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、集束ビームを用いることができ、ＳＮ比の改善や分解能の向上を図ることができる。
【００５０】
次に、図９〜図１７を用いて、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の適用対象は、図１に示したものと同様である。
【００５１】
最初に、図９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９は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。なお、図２と同一符号は同一部分を示している。
【００５２】
本実施形態の特徴とする点は、集束ビームを用いる探触子として、アレイ型探触子１０１Ａを用いた点にある。
【００５３】
本実施形態の超音波探傷装置は、アレイ探触子１０１Ａと、送受信部６Ａと、走査機構７と、送受信部６Ａと走査機構７を制御する制御機構８と、受信信号を表示する表示部９とを備えている。アレイ探触子１０１Ａは、複数の圧電素子１００１を備えており、集束ビームを用いるものである。送受信部６Ａは、複数の圧電素子１００１のうち、複数個の圧電素子から構成される素子群１００２に対して、超音波の送受信を制御する。そして、複数の圧電素子１００１の内、素子群１００２として選択する圧電素子を順次変えることで、探触子１０１Ａから送信される超音波の位置を、矢印Ｃ’方向に、電気的に走査することができる。走査機構７は、アレイ探触子１０１Ａの全体を矢印Ｃ’と平行な矢印Ｃ方向に機械的に移動させる。アレイ探触子１０１Ａの大きさは、例えば、約１０ｃｍであり、約１０ｃｍの範囲を電気的に走査できる。また、走査機構７によって、例えば、約３０ｃｍの範囲を機械的に走査できる。
【００５４】
ここで、図１０〜図１２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型探触子の構成について説明する。  
図１０〜図１２は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の構成を示す斜視図である。
【００５５】
図１０〜図１２に示すように、アレイ探触子１０１Ａ−１，１０１Ａ−２，１０１Ａ−３は、数ミリ程度の大きさの圧電素子が１方向または２方向に規則的な間隔Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４をもって配列され、個々の圧電素子から送信または受信される超音波を電気的に制御することで、複数個の圧電素子をひとつの超音波探触子として動作させるものである。
【００５６】
図１０に示すアレイ探触子１０１Ａ−１は、曲率を持たない圧電素子１１０１Ａが、１次元的に配列されたものである。複数の圧電素子の送信タイミングを制御することで、図示するように、焦点位置Ｆ１に線状に集束する集束ビームを形成することができる。
【００５７】
図１１に示すアレイ探触子１０１Ａ−２は、曲率を有する圧電素子１１０１Ｂが、１次元的に配列されたものである。複数の圧電素子の送信タイミングを制御することで、図示するように、焦点位置Ｆ２に点状に集束する集束ビームを形成することができる。
【００５８】
図１２に示すアレイ探触子１０１Ａ−３は、圧電素子１１０１Ｃが、２次元的に配列されたものである。複数の圧電素子の送信タイミングを制御することで、図示するように、焦点位置Ｆ３に点状に集束する集束ビームを形成することができる。
【００５９】
アレイ探触子１０１Ａ−１，１０１Ａ−２，１０１Ａ−３を構成する圧電素子の一例として、圧電セラミックスの細棒を高分子材の中に埋めこんだ複合圧電体（コンポジットともいう）を用いることができる。
【００６０】
次に、図１３〜図１５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型探触子の電気的制御原理について説明する。  
図１３〜図１５は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の電気的制御原理の説明図である。
【００６１】
図１３は、アレイ探触子を構成する圧電素子のうち、Ｎ個の圧電素子群１００２を用いて、焦点位置Ｆに超音波を送信または受信する場合に関する説明図である。
【００６２】
焦点位置Ｆ１に超音波を送信または受信する場合、Ｎ個の圧電素子群１００２のそれぞれに対して、送信の場合は圧電素子を励振するタイミングに対して、また、受信の場合は、受信信号を合成するタイミングに対して、ある特定の遅延時間を与えることで、焦点位置Ｆへの送信または焦点位置Ｆからの受信を実現している。
【００６３】
ここで、図１４及び図１５を用いて、遅延時間の与え方について説明する。ｉ番目の圧電素子に与える遅延時間を求めるには、まず、焦点位置Ｆ１から圧電素子までの伝搬経路ＴＬを伝搬する時間（受信時間）Ｔを求める。圧電素子と焦点の間が単一の媒質で満たされている場合、または、そのようにみなせる場合には、伝搬経路ＴＬは直線となる。また、複数の媒質で構成されている場合には、「２点を通る音波は可能な経路のうち最短時間（または極小値となる時間）の経路で伝播する」というフェルマーの原理に従う経路で伝搬するため、例えば、音波の伝搬を光線（レイ）としてモデル化するレイトレーシング（光線追跡法）などの解析的な手法により受信時間を求めることができる。N個の圧電素子に対する受信時間ＴＬを求めたのち、その最大値Ｔｍａｘ（図１４の場合はN番目の素子が最大値に該当）を求め、伝播時間の最大値Ｔｍａｘから、各圧電素子に対する受信時間を減算し、遅延時間Ｔdelayとする。ｉ番目の圧電素子の場合は、最大値Ｔｍａｘと受信時間Ｔｉの差Ｔｄｅｆが、ｉ番目の圧電素子に対する遅延時間Ｔdelayとなる。
【００６４】
この遅延時間をグラフで示すと、図１５のように、圧電素子群に対する遅延時間Ｔdelayが求められる。この遅延時間に相当するタイミングの遅延を電気的に制御することにより、送信の場合は、それぞれの素子から発生する超音波が焦点位置Ｆで同時刻に到達し、また受信の場合は、焦点位置Ｆから伝搬する超音波が同時刻となるように合成されることで、１つの超音波探触子のように振舞うこととなる。
【００６５】
再び、図９において、アレイ探触子１０１Ａは、被検体１０２との間に介在する液体１０８に、一部または全部を浸漬して設置される。アレイ探触子１０１Ａは、アレイ探触子１０１Ａを構成する圧電素子１００１の配列方向Ｄ（または配列が直線的でない場合は配列される圧電素子を結ぶ曲線の接線方向）が、被検体表面１１０に対して、傾斜角度θ２だけ傾いた方向に設置され、送受信部６から供給される駆動信号により超音波を発生し、これを液体１０８内に、被検体表面１１０に対して、入射角度θ１（ここで、傾斜角度θ２と入射角度θ１は等しい）方向に縦波超音波１０５として伝搬させ、被検体表面１１０において、屈折現象によりレイリー波１０６を発生させ、これにより現れる反射波１０７を検出し、受信信号を送受信部６に入力する。
【００６６】
なお、アレイ探触子１０１Ａ全体を走査機構７によって移動（機械的な走査）する場合にも、傾斜角度θ２は維持されるように制御機構８により制御される。また、走査機構７は、アレイセンサ全体を移動させる場合に使用するものであり、図３に示したものと同様の構成でよい。
【００６７】
本実施形態では、アレイ探触子１０１Ａとして1次元的に圧電素子が配置された例を示したが、図１１に示すような曲率付きの圧電素子や、図１２に示すような２次元的な配置の圧電素子を用いてもよい。
【００６８】
次に、図１６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる送受信部６Ａ及び表示部９の構成について説明する。  
図１６は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いる送受信部及び表示部の構成を示すブロック図である。
【００６９】
送受信部６Ａは、データ収録部６Ｂと、パルサー６Ｃと、レシーバ６Ｄと、遅延時間制御部６Ｅと、計算機６Ｆと、スイッチ６Ｇと、コネクタ６Ｈを備える。パルサー６Ｃが駆動信号をアレイ探触子１０１Ａに供給し、これによりアレイ探触子１０１Ａから入力される受信信号をレシーバ６Ｄが処理する。ここで、計算機１０２Ｆは、パルサー６Ｃ、レシーバ６Ｄ、遅延時間制御部６Ｂ、データ収録部６Ｅを制御して、必要な動作が得られるようにする。また、アレイ探触子１０１Ａは、コネクタ６Ｈを介して送受信部６Ａと接続される。
【００７０】
遅延時間制御部６Ｂは、図１３〜図１５を用いて説明した遅延時間の求め方に基づいて、パルサー１０２Ｃ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６Ｄによる受信信号の入力タイミングを制御し、これによりフェーズドアレイ方式によるアレイ探触子１１１の動作が得られるようにする。データ収録部６Ｅは、レシーバ６Ｄから供給される受信信号を処理し、表示部９に供給する働きをする。ここで、パルサー６Ｃやレシーバ６Ｄで取り扱うことが可能な素子数は例えば、３２個、６４個などと電気回路上の制限がある。アレイ探触子１０１Ａを構成する素子数が、この制限数よりも多い場合には、マルチプレクサ等のスイッチ６Ｈにより切り替え（スイッチング）を行うことで多数の圧電素子に対応する。
【００７１】
次に、表示部９の働きについて説明する。図１６に示した例は、図４と同様に、受信位置に対応した受信波形が表示されるものである。ただし、第１の実施形態では、超音波探触子の位置が物理的に変化することで超音波の受信位置が変化していたが、本実施形態では、超音波の受信を行う素子群１００２の位置が変化することで、アレイ探触子の圧電素子群１００２，１００２’，１００２”の受信位置が変化している点が異なっており、それぞれの受信位置Ｐ１００２，Ｐ１００２’，Ｐ１００２”毎に受信波形が表示される。
【００７２】
次に、図１７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における第２の表示例について説明する。  
図１７は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置における第２の表示例の説明図である。
【００７３】
本例では、アレイ探触子の受信位置Ｐ１００２，Ｐ１００２’，Ｐ１００２”の受信信号（例えば、６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃ，６０２Ａ，６０２Ｂ，６０２Ｃ）の信号の受信強度に応じた濃淡により、受信時間または伝搬距離に対して受信信号を色による画像で、表示画面１４０１に表示する。受信強度と色の対応は、信号の受信強度に比例した濃淡を変化させたグレー表示や、弱い信号から強い信号へと青から赤への色が連続的に変化する表示などを用いてもよい。
【００７４】
なお、この表示方法は、図４に示した実施形態に対しても適用できるものである。
【００７５】
本実施形態では、電気的に受信に使用する素子群を切り替えることによって、受信位置を移動させることが特徴である。なお、機械的に探触子の位置を移動させる方法を併用できるものである。本実施形態では、送信と受信に用いる複数個の圧電素子（圧電素子群）を同一のものとし、第１の実施形態において超音波を送受信するための超音波探触子を、アレイ探触子を構成する圧電素子群におきかえた構成となっている。
【００７６】
アレイ探触子の圧電素子群の電気的な移動により受信位置を移動させる場合においても、第１の実施例に図５にて説明した原理は同様に成立するために、欠陥からの波形の受信時間がほぼ一定に表示されることとなる。そのため、第１の実施形態と同様に、図１６に示すある時間ゲート６０３の信号にのみ注目していれば、欠陥の有無など、被検体の評価が可能となり、検査を容易に行うことができる。
【００７７】
また、本実施形態においても、受信時間がほぼ一定となることから、第１の実施形態と同じように、集束ビームを利用できる。超音波探触子１０１Ａとして、図１３〜図１５に示すような、アレイ探触子を用いる場合を考える。アレイ探触子の場合は、圧電素子に曲率がない場合には、圧電素子与える遅延時間により集束ビームによる音場を形成することができる。なお、図１４のように、圧電素子に曲率を設けることで点状の焦点音場を形成することも可能であり、また、図１５のように、２次元的に圧電素子を配置した場合には、行列状に配置された圧電素子のそれぞれに対して遅延時間を与えることで、点状の集束音場を形成することが可能である。したがって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、集束ビームによる焦点位置は、受信時間が等しい場所に形成される。そのため、アレイ探触子を傾斜させて配置することで欠陥からの受信時間をほぼ一定とすることが可能となる。本実施形態においても、欠陥からの受信時間に相当する時間に基づいて遅延時間（または素子の曲率）を設定することで、集束ビームを用いた探傷を行うことが可能となる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態によれば、アレイ探触子を用いても、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、探触子位置が欠陥から遠く、欠陥からの反射波が弱い場合でも、欠陥からの反射波の識別が容易になる。
【００７９】
また、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、集束ビームを用いることができ、ＳＮ比の改善や分解能の向上を図ることができる。
【００８０】
次に、図１８を用いて、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の適用対象は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による超音波探傷装置の全体構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による超音波探傷装置に用いる走査機構７の構成は、図３に示したものと同様である。また、本実施形態による超音波探傷装置に用いる送受信部６及び表示部９の構成は、図４に示したものと同様である。  
図１８は、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置において、欠陥からの信号が同じ位置に現れる原理説明図である。
【００８１】
本実施形態は、第２の実施形態の構成と構成が同じであり、超音波探触子としてアレイ探触子を用いる。異なっている点は、アレイ探触子の送信と受信の役割を担う複数個の圧電素子群のうち、送信に用いる圧電素子群を固定する点である。
ここで、送信用の圧電素子群を固定するとは、図１６に示すアレイ探触子１０１Ａにおいて、例えば、送信に用いる圧電素子群を素子群１００２”に固定し、受信に用いる素子群のみ電気的に走査させることである。
【００８２】
ここで、図１８により、本実施形態この実施例においても、第１、第2の実施形態と同様に、欠陥からの反射波の受信時間がほぼ一定になることを説明する。
【００８３】
図１８において、アレイ探触子１０１を構成する圧電素子のうち、送信用に用いる圧電素子群を、圧電素子群１００２”とする。一方、受信に用いる圧電素子群はアレイ探触子内を電気的な切り替えにより移動できる。ここでは、説明のため受信用の圧電素子群が１００２’の場合を考える。
圧電素子群１００２”で超音波を送信し、同じ素子群１００２”で超音波を受信する場合、超音波の伝搬経路は、Ｑ→Ｃ→Ｂ→Ｄ（欠陥により反射）→Ｂ→Ｃ→Ｑとなる。これと比較される伝搬経路は、圧電素子群１００２”で超音波を送信し、これと異なる素子群１００２’で超音波を受信する場合である。この場合の超音波の伝搬経路は、Ｑ→Ｃ→Ｂ→Ｄ（欠陥により反射）→Ｂ→Ａ→Ｐとなる。ここで、経路Ｑ→Ｃと経路Ｐ→Ａについては、伝搬距離および伝播音速が等しいために受信時間は一致する。ゆえに、この両者の伝搬経路の差は、前者の復路におけるＢ→Ｃ、後者の復路におけるＢ→Ａとなる。
【００８４】
したがって、図６で説明したように、直角三角形ＡＢＣを考えると、ＢＣとＢＡでは辺の長さ、すなわち、伝搬距離の比が２：１となっているものの、伝搬音速が鋼材に対するレイリー波音速と水中の縦波音速で１：２となっているため、Ｂ→ＣとＢ→Ａの受信時間はほぼ等しくなる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態によれば、アレイ探触子を用いて、送信に用いるアレイ素子群を固定する場合においても、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、探触子位置が欠陥から遠く、欠陥からの反射波が弱い場合でも、欠陥からの反射波の識別が容易になる。
【００８６】
また、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、集束ビームを用いることができ、ＳＮ比の改善や分解能の向上を図ることができる。
【００８７】
次に、図１９〜図２２を用いて、本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の適用対象は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による超音波探傷装置の全体構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による超音波探傷装置に用いる走査機構７の構成は、図３に示したものと同様である。また、本実施形態による超音波探傷装置に用いる送受信部６の構成は、図４に示したものと同様である。また、本実施形態による超音波探傷装置に用いる表示部９の構成は、図１７に示したものと同様である。
【００８８】
最初に、図１９〜図２２を用いて、本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置における表示処理の内容について説明する。  
図１９は、本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置に用いる計算機による表示処理の内容を示すフローチャートである。図２０及び図２１は、本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置における受信信号の説明図である。
【００８９】
本実施形態は、前述の第１、第２、第３の実施形態において、超音波探触子（焦点型探触子またはアレイ探触子）における受信位置に対応する受信波形を加算（または平均）して表示した波形を表示するものである。
【００９０】
図１９のステップＳ１０において、探傷の範囲および条件を設定し、ステップＳ２０において、送信および受信の位置、たとえば、送信と受信を同一の位置とするのか、受信位置のみ移動させるのか、また受信間隔（たとえば、１ｍｍピッチなど）を決定し、ステップＳ３０において、探傷を開始する。
【００９１】
次に、ステップＳ４０において、超音波を送信した後、ステップＳ５０において、所定の位置で超音波を受信し、ステップＳ６０において、受信波形を記録する。
【００９２】
次に、ステップＳ７０において、受信位置を移動させ、ステップＳ８０の判定処理で、探傷前に設定した所定の範囲を終了するまで、ステップＳ４０〜ステップＳ７０を繰り返して探傷を実行する。なお、以上の処理は、第１〜第３の実施形態と同様である。
【００９３】
本実施形態では、さらに、ステップＳ９０において、記録された受信波形を、受信の時間軸をそろえて加算（または平均）し、最後に、ステップＳ１００において、処理波形を表示する。
【００９４】
ここで、図２０及び図２１により、探触子で受信される代表的な信号について説明する。
【００９５】
超音波探触子またはアレイ探触子の送信位置１７０１から発射される超音波は、現実的には有限の広がり１７０２をもっている。図２１には、超音波の伝わる方向とその方向に対する受信強度を模式的に曲線１７０２で示している。例えば、図２１に示すように、探触子から入射方向１７０３に超音波を送信する場合では、入射方向１７０３により強い超音波が送信されるだけであり、別の方向１７０４にも、入射方向１７０３と比較してほぼ半分程度の受信強度で超音波が送信されることとなる。
【００９６】
このようにある一定の広がりのある超音波により探傷を行うと、図２１に示すように、被検査体表面１１０に直交する方向に発射される超音波１８０１により、境界部１８０４からも反射波が得られることとなる。なお、欠陥１０４に起因する反射源としては、例えば、欠陥の開口部１８０２や、欠陥開口部からさらに欠陥の深い部分にレイリー波が伝搬するために、欠陥の先端部１８０３からも反射波が発生する。
【００９７】
次に、図２２を用いて、本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置における表示例について説明する。  
図２２は、本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置における表示例の説明図である。
【００９８】
このような反射波（反射源）が想定されるために、受信信号の表示例として、図２２に示すように、横軸に受信時間（または伝搬距離）、縦軸に受信位置をとると、被検査体の表面からの信号１６０３、欠陥の開口部からの反射波１６０４、欠陥先端からの反射波１６０５の３種類の信号が受信されることとなる。これらの信号のうち、欠陥の存在を示す信号、すなわち、欠陥の検出を意味する信号である、欠陥開口部からの信号１６０４は、第１から第３の実施形態で説明したように、欠陥からの反射波はほぼ同時刻に受信されるという特徴をもつので、欠陥からの反射波の受信が想定される範囲（時間ゲート１６０１）に表示される信号１６０４は、加算処理により強め合う。一方、被検査体表面からの信号１６０３は超音波受信位置によって受信時間がことなるために、加算による強め合いがおきずに、弱いままとなる。また、欠陥先端からの信号１６０５も欠陥開口部からの信号と同様の理由により受信時間がほぼ同一となるので、加算処理により強め合うことが期待できる。
【００９９】
そのため、処理結果はグラフ１６０１のようになり、被検査体表面からの信号１６０３、欠陥開口部からの信号１６０４、欠陥先端からの信号１６０５は、それぞれ、１６０３Ｓ、１６０４Ｓ、１６０５Ｓのように加算（または平均）処理により受信強度が変化する。特に、本実施例の処理により、欠陥開口部からの信号強度が増幅することにより、欠陥開口部の信号の識別性を向上させることができる。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態によれば、アレイ探触子を用いて、送信に用いるアレイ素子群を固定する場合においても、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、探触子位置が欠陥から遠く、欠陥からの反射波が弱い場合でも、欠陥からの反射波の識別が容易になる。また、欠陥からの反射波の識別性をさらに向上できる。
【０１０１】
また、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、集束ビームを用いることができ、ＳＮ比の改善や分解能の向上を図ることができる。
【０１０２】
次に、図２３及び図２４を用いて、本発明の第５の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。  
図２３は、本発明の第５の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の設定方法の説明図である。図２４は、本発明の第５の実施形態による超音波探傷装置による超音波の発生状態の説明図である。
【０１０３】
本実施形態は、第２または第３の実施形態と同様に、超音波探触子として、アレイ探触子を用いた場合と基本的な構成は同じである。相違点はアレイ探触子を構成する圧電素子の間隔と、圧電素子に与える遅延時間の方法が異なる点である。
【０１０４】
一般に、アレイ探触子を構成する圧電素子は、図１０〜図１２に示すように、１次元または２次元方向に一定の間隔で配列されている。この一定の間隔のことを素子ピッチ（Ｐ）という。アレイ探触子を構成する圧電素子に所定の遅延時間を与えてある方向に超音波を送信（または受信）する場合に、本来所望する方向と異なる方向にも超音波が送信（または受信）される物理現象が知られている。この現象は、素子ピッチ（Ｐ）に依存することが知られている。
【０１０５】
アレイ探触子から本来所望する方向へと送信（または受信）される超音波はメインローブと呼ばれ、それ以外の異なる方向への送信（または受信）される超音波はグレーティングローブと呼ばれる。
【０１０６】
ある素子ピッチ（Ｐ）から構成されるアレイ探触子において、アレイ探触子から垂直方向に超音波を入射させる場合、グレーティングローブが発生する角度（θP）と素子ピッチ（P）の間には、以下の（式２）のような関係式が成立する。
【０１０７】
Ｐ  ＝  λ／（１＋ｓｉｎ｜θＰ｜）  …（２）
ここで、Ｐは素子ピッチであり、λは超音波の波長であり、θＰはグレーティングローブの発生角度である。
【０１０８】
そこで、仮に全方位（±９０度）の範囲でグレーティングローブの発生を抑えるためには、（式２）から、素子ピッチ（Ｐ）を超音波の波長の２分の１未満にすればよいものである。
【０１０９】
本実施形態では、図２０及び図２１で説明したように、発射される超音波の空間的な広がりにより、欠陥からの反射波だけでなく被検査体境界からの反射波も受信される可能性がある。その場合、被検査体境界からの反射波の受信強度が強い場合にはノイズ源となる可能性がある。
【０１１０】
そこで、被検査体境界からの反射波と欠陥からの反射波を識別するために、アレイ探触子を構成する隣接する２個以上の素子をグループ化して使用する。具体的には、図２３に示すように、隣接する複数個の圧電素子に与える遅延時間を同じにすることで、グループとして振舞うように設定する。すなわち、図２３は、一例として、隣接する２個の圧電素子がグループ化される場合の遅延時間の例を示している。図２３の場合、ｉ番目と（ｉ＋１）番目の素子の中間の値（または平均値）を、隣接する２素子の遅延時間として採用している。
【０１１１】
このようにすることで、被検査体境界からの反射波の識別性を向上する原理について説明する。
【０１１２】
例として、素子ピッチ（Ｐ）を、液体（水など）中の超音波の波長の３分の１に設定する。このように設定すると、（式２）より、グレーティングローブの発生がなく、所望する方向、すなわち、欠陥の探傷に適した方向への超音波（メインローブ；図２４の符号１９０２Ａ）のみの探傷を行うことができる。ただし、この場合においても、超音波には有限の広がりがあるために、被検査体境界からの反射波はある程度受信されてしまう。
【０１１３】
次に、このアレイ探触子で隣接する２個の圧電素子をグループ化して使用する。すると、仮想的に、素子ピッチが２倍となり、この仮想素子ピッチは液体中の超音波波長の３分の２倍となる。（式２）より、この場合にはグレーティングローブ１９０２Ｂ，１９０２Ｃが発生し、その発生角度は３０度となる。
【０１１４】
本実施形態では、アレイ探触子は、レイリー波を発生させるため、被検査体境界に対して約３０度傾斜して設置されているため、圧電素子をグループ化した場合のグレーティングローブはちょうど被検査体境界に直交する方向１９０３Ｃに伝搬することとなる。このため、グループ化していないときと比較して、被検査体境界からの反射波を強い受信強度で受信できることとなり、被検査体境界からの反射波の識別が容易となる。これにより、グルーピングしていないときの波形から被検査体境界からの反射波を特定することが容易となり、欠陥からの反射波の識別性の向上を図ることができる。
【０１１５】
また、本実施形態によると、被検査体境界に対して、アレイ探触子を約３０度に設定することとなっているが、被検査体に対して探触子の位置を遠隔で設定する場合には、アレイ探触子と被検査体の位置関係を知る必要がある。この場合に、アレイ探触子を構成する圧電素子をグループ化して、メインローブに対して３０度方向にグレーティングローブを発生させるようにすることで、グレーティングローブを使って被検査体境界に向かって超音波を入射し、被検査体境界からの反射波がピークとなるようにアレイ探触子の位置を調整する。グレーティングローブはメインローブに対して３０度方向に発生するように設定されているので、被検査体境界からの反射波が最大となるセンサ位置に設定したのち、圧電素子をグループ化しないように使用することで、被検査体表面に対してアレイ探触子を約３０度に設定しタ状態で、本来の所望の方向に伝搬する超音波（メインローブ）を伝搬することができる。
【０１１６】
以上のように、本実施形態によれば、アレイ探触子を構成する圧電素子のうち、隣接する２個以上の圧電素子をグループ化して使用することで、被検査体境界からの信号の識別性を向上させることができ、また、アレイ探触子を被検査体境界に対して約３０度の位置関係に容易に設定することが可能となる。
【０１１７】
なお、以上の各実施形態においては、超音波探触子として、焦点型やアレイ型のように、集束ビームを用いる探触子について説明してきたが、本発明は、非集束ビームの探触子についても適用できるものである。すなわち、非集束ビームの探触子においては、ビーム強度は、探触子からの距離に応じて、増減しながら変化するが、ある距離において極大値を有する。本発明では、欠陥からの受信時間を一定にすることができるため、欠陥からの受信時間として想定される受信時間に相当する位置に、ビーム強度の極大値を合わせるようにすることで、探触子位置が変化しても、焦点が形成される場所が一定となり、集束ビームを用いることができ、ＳＮ比の改善や分解能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の適用対象の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置に用いる走査機構の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置に用いる送受信部及び表示部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置において、欠陥からの信号が同じ位置に現れる原理説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置において、欠陥からの信号が同じ位置に現れる原理説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における横波臨界角の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における音速比と横波臨界角の関係の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における音速比と横波臨界角の関係の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の電気的制御原理の説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の電気的制御原理の説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ型探触子の電気的制御原理の説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置に用いる送受信部及び表示部の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置における第２の表示例の説明図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置において、欠陥からの信号が同じ位置に現れる原理説明図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置に用いる計算機による表示処理の内容を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置における受信信号の説明図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置における受信信号の説明図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態による超音波探傷装置における表示例の説明図である。
【図２３】本発明の第５の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の設定方法の説明図である。
【図２４】本発明の第５の実施形態による超音波探傷装置による超音波の発生状態の説明図である。
【符号の説明】
【０１１９】
６，６Ａ…送受信部
７…走査機構
９…表示部
１０１…超音波探触子
１０１Ａ…アレイ探触子
１０２…検査対象
１０４…欠陥
１００１…圧電素子
１００２…圧電素子群
【図１】
2008298454.tif 000003
【図２】
2008298454.tif 000004
【図３】
2008298454.tif 000005
【図４】
2008298454.tif 000006
【図５】
2008298454.tif 000007
【図６】
2008298454.tif 000008
【図７】
2008298454.tif 000009
【図８】
2008298454.tif 000010
【図９】
2008298454.tif 000011
【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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