(57)【要約】【課題】　動的集束と、動的アパーチャサイズ規定の双方を実行し、部品（１０）を検査する検査方法を提供する。【解決手段】　アレイと部品はスタンドオフ（１８）により離間されている。変換器を使用して複数のエコー信号が発生され、エコー信号は複数のチャネル（２０）で処理される。処理は動的集束と、受信側で動的アパーチャ（２４）を規定することの双方を含み、それらは共に部品／スタンドオフ境界面におけるビームの屈折を補償する。シングルターン検査方法は、（ａ）部品に面するようにアレイを位置決めすることと、（ｂ）変換器を励起することと、（ｃ）複数のエコー信号を発生することと、（ｄ）軸（２６）に関するアレイと部品の相対的角度向きを変化させ、過程（ｂ）及び（ｃ）を繰り返すことと、（ｅ）エコー信号を処理して、少なくとも１つの処理済エコー信号を形成することを含む。【選択図】　　図１
2004109129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品（１０）を検査する方法において、
　（ａ）物質速度ｖwを有するスタンドオフ（１８）により部品から離間されたアレイ（１４）を形成している複数の変換器（１２）を励起して、前記アレイから選択された光路（１６）に沿って部品に集束される超音波送信ビームを発生する過程と、
　（ｂ）前記変換器を受信要素（１２）として使用して複数のエコー信号を発生する過程と、
　（ｃ）エコー信号を複数のチャネル（２０）で処理する過程から成り、前記処理過程は、
　（ｉ）選択された光路に沿って部品の少なくとも１つの焦点Ｐにエコー信号を動的に集束する過程であって、
　（Ａ）部品と前記スタンドオフとの間の境界面（２２）における超音波送信ビームの屈折を補償するために遅延プロファイルを調整することと、
　（Ｂ）それぞれのチャネルでエコー信号に遅延プロファイルを適用して、複数の遅延エコー信号を発生することから成る過程と、
　（ｉｉ）前記部品と前記スタンドオフとの間の境界面における超音波送信ビームの屈折を補償することから成り、受信側の動的アパーチャ（２４）を規定するために、活動受信要素の数を距離Ｒsの関数として調整する過程と、
　（ｉｉｉ）全ての活動受信要素からの遅延エコー信号を加算して、集束エコー信号を発生する過程とを含む方法。
【請求項２】
前記変換器（１２）の励起は、前記変換器の各々に別個の励起信号パルスを印加することから成り、前記検査方法は、
　（ｄ）超音波送信ビームを選択された光路に沿って面垂線（２１）に対して角度θを成すようにステアリングする過程であって、
　（ｉ）部品と前記スタンドオフとの間の境界面における超音波送信ビームの屈折を補償するために、各々が静的ステアリング項を含む複数の送信遅延から成る送信遅延プロファイルを調整する過程と、
　（ｉｉ）励起信号パルスを送信遅延プロファイルによって変調する過程から成る過程と、
　（ｅ）それぞれのチャネルで遅延プロファイルをエコー信号に印加することによりステアリングされた集束エコー信号を形成して、遅延エコー信号を発生する過程とを更に含み、前記遅延プロファイルは複数の受信遅延から成り、各受信遅延は静的受信ステアリング項を含み、前記遅延プロファイルの調整は、境界面における屈折を補償するために静的受信ステアリング項の各々を調整する請求項１記載の検査方法。
【請求項３】
前記ステアリングは、超音波送信ビームを選択された光路に沿って角度θ及びψを成すようにステアリングすることから成る請求項２記載の検査方法。
【請求項４】
前記変換器（１２）の励起は、各々の変換器に別個の信号パルスを複数の連続する励起時間間隔ｔiの各々で印加することから成り、
　前記エコー信号の発生は連続する励起時間間隔ｔiの各々について実行され、
　前記動的集束は、励起時間間隔ｔiの順次現れるｉ番目の時間間隔の間に、エコー信号を選択された光路に沿って複数の焦点Ｐiに様々な距離Ｒiで動的に集束することから成り、
　前記活動受信要素の数の調整は連続する励起時間間隔ｔiの各々について距離Ｒiの関数として実行され、
　前記全ての活動受信要素からの遅延エコー信号の加算は連続する励起時間間隔の各々について実行されて、各々の距離Ｒiに対して１つの集束エコー信号を発生する請求項１記載の検査方法。
【請求項５】
部品（１０）を検査する方法において、
　（ａ）物質速度ｖwを有するスタンドオフ（１８）により部品から離間されたアレイ（１４）を形成している複数の変換器（１２）の各々に別個の励起パルスを印加して、前記アレイから選択された光路（１６）に沿って部品に集束される超音波送信ビームを発生する過程と、
　（ｂ）超音波送信ビームを選択された光路に沿って面垂線（２１）に対して角度θを成すようにステアリングする過程であって、
　（ｉ）部品と前記スタンドオフとの間の境界面における超音波送信ビームの屈折を補償するために、各々が静的ステアリング項を含む複数の送信遅延から成る送信遅延プロファイルを調整する過程と、
　（ｉｉ）励起パルスを送信遅延プロファイルによって変調する過程から成る過程と、
　（ｃ）前記変換器を受信要素（１２）として使用して複数のエコー信号を発生する過程と、
　（ｄ）各々が静的受信ステアリング項を含む複数の受信遅延から成る遅延プロファイルを使用して、複数のチャネル（２０）でエコー信号を処理する過程であって、前記処理は、
　（ｉ）部品と前記スタンドオフとの間の境界面における超音波送信ビームの屈折を補償するために、静的受信ステアリング項の各々を調整することと、
　（ｉｉ）それぞれのチャネルでエコー信号に遅延プロファイルを適用して、複数の遅延エコー信号を発生することと、
　（ｉｉｉ）受信要素からの遅延エコー信号を加算して、ステアリングされたエコー信号を発生することを含む過程とから成る方法。
【請求項６】
前記処理する過程は、
　（ｉｖ）受信側で動的アパーチャ（２４）を規定するために活動受信要素（１２）の数を距離Ｒsの関数として調整することを更に含み、前記受信要素の数の調整は、部品（１０）と前記スタンドオフ（１８）との間の境界面における超音波送信ビームの屈折を補償することから成り、
　前記加算する過程は、全ての活動受信要素からの遅延エコー信号を加算して、ステアリング済エコー信号を発生することから成る請求項４記載の検査方法。
【請求項７】
前記ステアリングは、超音波送信ビームを選択された光路に沿って角度θ及びψを成すようにステアリングすることから成る請求項５記載の検査方法。
【請求項８】
前記印加する過程は、前記変換器（１２）の各々に別個の励起パルスを印加して、部品（１０）に集束されるせん断波超音波送信ビームを発生することから成る請求項５記載の検査方法。
【請求項９】
前記印加する過程は、前記変換器（１２）の各々に別個の励起パルスを印加して、部品（１０）の表面（２２）に沿って集束される表面波超音波送信ビームを発生することから成る請求項５記載の検査方法。
【請求項１０】
物質速度ｖwを有するスタンドオフ（１８）を経て、部品（１０）の湾曲面（２２）に沿って部品（１０）を検査する方法において、
　（ａ）少なくとも１つの表面幾何学形状効果を補償するために、各々が静的表面幾何学形状項を含む複数の送信遅延からなる送信遅延プロファイルを調整する過程と、
　（ｂ）複数の励起信号パルスを送信遅延プロファイルによって変調する過程と、
　（ｃ）前記スタンドオフにより部品から離間されたアレイ（１４）を形成している複数の変換器（１２）に変調励起信号パルスを印加して、前記アレイから選択された光路（１６）に沿って部品に集束される超音波送信ビームを発生する過程と、
　（ｄ）前記変換器を受信要素（１２）として使用して複数のエコー信号を発生する過程と、
　（ｅ）複数のチャネル（２０）でエコー信号を処理する過程から成り、前記処理は、
　（ｉ）各々が静的表面幾何学形状項を含む複数の受信遅延から成る遅延プロファイルをそれぞれのチャネルでエコー信号に適用して、少なくとも１つの表面幾何学形状効果を補償する複数の遅延エコー信号を発生することと、
　（ｉｉ）前記受信要素からの遅延エコー信号を加算して、表面幾何学形状効果補償エコー信号を発生することを含む検査方法。
【請求項１１】
検査面（２２）を有する部品（１０）を検査するシングルターン方法において、
　（ａ）部品の検査面に面するように変換器（１２）のアレイ（１４）を位置決めする過程と、
　（ｂ）前記変換器を励起して、前記アレイから選択された光路（１６）に沿って部品に集束される超音波送信ビームを発生する過程と、
　（ｃ）前記変換器を受信要素（１２）として使用して複数のエコー信号を発生する過程と、
　（ｄ）軸（２６）に関して前記アレイ及び部品の相対的角度向きを変化させ、過程（ｂ）及び（ｃ）を繰り返す過程と、
　（ｅ）複数のチャネル（２０）でエコー信号を処理して、少なくとも１つの処理済エコー信号を形成する過程から成るシングルターン検査方法。
【請求項１２】
前記アレイ（１４）及び部品の相対的向きを軸（２６）に関する回転に限定した上で、部品（１０）の最終画像に対応する処理済エコー信号が得られる請求項１１記載のシングルターン検査方法。
【請求項１３】
部品は湾曲した検査面（２２）を有し、前記位置決めする過程は、前記アレイ（１４）を湾曲した検査面の輪郭形状に沿って配置することを更に含む請求項１１記載のシングルターン検査方法。
【請求項１４】
パイプ（５０）を通過する製品流れを検査する方法において、
　（ａ）アレイ（１４）を形成している複数の変換器（１２）を励起して、パイプの中へ超音波エネルギーを送信する過程と、
　（ｂ）反射される超音波エネルギーから複数の受信信号を発生する過程と、
　（ｃ）複数のチャネル（２０）で受信信号を処理する過程から成り、前記処理は、反射される超音波エネルギーに与えられた複数の周波数偏移を判定するために、受信信号を周波数基準と比較することを含む方法。
【請求項１５】
前記処理は、前記パイプを通過する製品流れの画像を生成することを更に含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
（ｄ）周波数偏移を可聴出力に変換する過程を更に含む請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
部品（１０）を検査する方法において、
　（ａ）アレイ（１４）中の第１の組の変換器（１２）を同時に励起する過程と、
　（ｂ）前記アレイ中の第２の組の変換器（１２）を受信要素（１２）として使用して、部品からの複数の後方散乱超音波信号を受信する過程と、
　（ｃ）前記受信要素を使用して、後方散乱超音波信号から複数の受信信号を発生する過程と、
　（ｄ）受信信号を処理して、１組のビーム形態画像データを形成する過程から成る方法。
【請求項１８】
前記第２の組の変換器（１２）は前記アレイ（１４）を形成している変換器の全てを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の組の変換器（１２）は前記アレイ（１４）を形成している変換器の全てを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
変換器（１２）の単一のアレイ（１４）を使用して部品（１０）を検査する方法において、
　（ａ）前記変換器（１２）のうちの少なくとも１つの送信組の変換器を励起して、面垂線（２１）に対して角度θで部品の検査面（２２）に入射する超音波送信ビームを発生する過程と、
　（ｂ）前記アレイ中の変換器（１２）のうちの、前記送信組と同様にアレイ中の特定の位置を中心とする少なくとも１つの受信組の変換器を受信要素（１２）として使用して、部品からの複数の後方散乱超音波信号を受信する過程と、
　（ｃ）後方散乱超音波信号から複数のエコー信号を発生する過程と、
　（ｄ）複数のチャネル（２０）でエコー信号を処理して、１組のビーム形態画像データを形成する過程から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は一般に工業用の超音波撮影方法に関し、特に、最新のフェーズドアレイ超音波システムを使用して、工業設備で見られる部品及び構造（合わせて「部品」という）で発見される欠陥を検出するための改善された超音波検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　工業用途でより軽量の部品が使用されるになり、また、より長い技術設計寿命にわたり工業部品が使用されるようになるにつれて、工業設備用に設計された非破壊検査技法の改善が更に求められるようになってきた。現在の要求に応えるためには、より小さな欠陥をより高い生産性をもって検出することが必要である。GE LOGIQ 9及びGE LOGIQ Bookなどの医療用撮影ツールは、工業用として適用した場合に望ましいと考えられる数多くの特徴を含む。
【０００３】
　工業用として適用されている従来の超音波検査システムは固定焦点レンズを含むプローブ、又は能力の限定されたフェーズドアレイ撮影技法のいずれかを採用している。その限界は、固定焦点レンズシステムの場合には焦点深度の中で検査を実行することであり、集束ビームを発生するためにフェーズドアレイシステムの限界の中で検査を実行することである。一般に、工業用の従来の超音波システムはパルスエコーモードで単一のプローブを使用するか、あるいはスルートランスミッションモード又はピッチアンドキャッチモードで一対のプローブを使用する。これらのプローブは付属のレンズを使用して焦点から外されるか、又は焦点合わせされることができる。広い深度範囲にわたり高い感度を要求される工業分野での検査は、通常、プローブを適切に焦点合わせした上で複数回の走査を使用して実行される。複数回の走査が要求されるため、このような検査には時間がかかる。また、高感度で、深度範囲の広い検査は、複数のプローブからのデータを監視するためにマルチチャネル収集システムを使用し、各プローブが試験部品内部の別個の深度を監視するようなマルチゾーン方式を使用しても実行されている。工業用の従来の超音波検査システムは、通常、試験部品を単一の角度のビームで問い合わせることに限定されている。角度を規定された超音波ビームは、プローブを試験部品に対してある角度を成す物質の楔に装着するか、又はビームの屈折を発生させるために試験部品の物質速度とは十分に異なる物質速度を有する物質の中にプローブを浸漬するかのいずれかの方法により発生される。
【０００４】
　工業用検査に使用される従来のフェーズドアレイ撮影超音波システムは、通常、ビーム整形に限定されており、これらのシステムを更に進歩させた構成は動的深度焦点を提供するが、動的アパーチャサイズ規定は不可能である。ビームの特性を調整するためには、動的アパーチャサイズ規定を実行することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　従って、動的集束と、動的アパーチャサイズ規定の双方を実行する工業用の検査方法を提供することが望ましいであろう。更に、この方法は、試験部品とスタンドオフ、例えば、水スタンドオフとの間の境界面における屈折を補償することが望ましいであろう。また、試験部品／スタンドオフ境界面における屈折に起因する超音波送信ビームのステアリングを補償する工業用検査方法を提供することが望ましいであろう。加えて、湾曲した試験部品／スタンドオフ境界面により引き起こされる表面幾何学形状効果を修正することが望ましいであろう。生産性を向上させるためには、プローブを移動させるという時間のかかる作業なしに工業部品を検査できるように、シングルターン検査方法を提供することも望ましいであろう。更に、超音波検査技法を採用して、パイプを通過する製品流れの品質を検査する方法を提供することが望ましいであろう。検査時間を短縮するためには、フルアレイインソニフィケーションを採用することが望ましいであろう。また、工業用として適用する場合、医療用として通常採用されている最新の超音波撮影システムに画像と対応するプローブ位置との同期を導入することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　簡単に言うと、本発明の一実施例によれば、部品を検査する方法が提供される。検査方法は、アレイを形成している複数の変換器を励起して、アレイから選択された光路に沿って部品に集束される超音波送信ビームを発生することを含む。アレイは、物質速度ｖwを有するスタンドオフにより部品から離間されている。検査方法は、変換器を受信要素として使用して複数のエコー信号を発生することと、複数のチャネルでエコー信号を処理することを更に含む。処理は、エコー信号を選択された光路に沿って部品の少なくとも１つの焦点Ｐに動的に集束することを含む。動的集束は、部品とスタンドオフとの境界面における超音波送信ビームの屈折を補償するために遅延プロファイルを調整することと、それぞれのチャネルでエコー信号に遅延プロファイルを適用して、複数の遅延エコー信号を発生することから成る。処理は、受信側で動的アパーチャを規定するために、活動受信要素の数を距離Ｒsの関数として調整することを更に含む。受信要素の数の調整は、部品とスタンドオフとの境界面における超音波送信ビームの屈折を補償することから成る。処理は、活動受信要素からの遅延エコー信号を加算して、集束エコー信号を発生することを更に含む。
【０００７】
　部品を検査する別の方法の実施例は、アレイ中の各々の変換器に別個の励起パルスを印加して、選択された光路に沿って部品に集束される超音波送信ビームを発生することを含む。先に述べたように、アレイは物質速度ｖwを有するスタンドオフにより部品から離間されている。検査方法は、超音波送信ビームを選択された光路に沿って面垂線に対して角度θを成すようにステアリングすることを更に含む。ステアリングは、部品とスタンドオフとの境界面における超音波送信ビームの屈折を補償するために送信遅延プロファイルを調整することと、励起パルスを送信遅延プロファイルによって変調することから成る。検査方法は、変換器を受信要素として使用して複数のエコー信号を発生することと、各々が静的受信ステアリング項を含む複数の受信遅延から成る遅延プロファイルを使用して複数のチャネルでエコー信号を処理することを更に含む。エコー信号の処理は、部品／スタンドオフ境界面における超音波送信ビームの屈折を補償するために静的受信ステアリング項の各々を調整することと、それぞれのチャネルでエコー信号の遅延プロファイルを適用して、複数の遅延エコー信号を発生することと、受信要素からの遅延エコー信号を加算して、ステアリング済エコー信号を発生することを含む。
【０００８】
　検査面を有する部品を検査するシングルターン方法の実施例も提供される。シングルターン検査方法は、（ａ）変換器のアレイを部品の検査平面に面するように位置決めすることと、（ｂ）変換器を励起して、アレイから選択された光路に沿って部品に集束される超音波送信ビームを発生することと、（ｃ）変換器を受信要素として使用して複数のエコー信号を発生することと、（ｄ）軸に関するアレイ及び部品の相対的角度向きを変化させ、過程（ｂ）及び（ｃ）を繰り返すことと、（ｅ）複数のチャネルでエコー信号を処理して、少なくとも１つの処理済エコー信号を形成することを含む。
【０００９】
　パイプを通過する製品流れを検査する方法の実施例も提供される。この検査方法は、アレイを形成している複数の変換器を励起して、パイプ内へ超音波エネルギーを送信することと、反射された超音波エネルギーから複数の受信信号を発生することと、複数のチャネルで受信信号を処理することを含む。処理は、反射される超音波エネルギーに与えられた複数の周波数偏移を判定するために、受信信号を周波数基準と比較することから成る。
【００１０】
　本発明の上記の特徴、面及び利点並びにその他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより更に良く理解されるであろう。図面中、同じ図中符号は一貫して同じ部分を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
Ａ　動的アパーチャ及び動的集束
　図１及び図２を参照して、部品１０を検査する方法を説明する。この方法は、超音波撮影システム１００をブロック線図の形で例示する図１に示すように、アレイ１４を形成している複数の変換器１２を励起して、アレイから選択された光路１６に沿って部品１０に集束される超音波送信ビームを発生することを含む。各々の変換器１２は、例えば、送信器２８により発生されるパルスにより励起される。図２に示すように、アレイ１４は物質速度ｃwを有するスタンドオフ１８により部品１０から離間されている。スタンドオフ１８の例としては水、油及びグリセリンなどのその他の流体、及び機械仕上げされた楔（シュー）などがある。シュー（図示せず）の例は、一方の側で変換器表面の幾何学的形状に適合し、他方の側では部品の幾何学的形状に適合するように機械仕上げされた中実構造である。シューはプレキシガラス又はルサイトから形成されている場合が多い。方法は、変換器１２を受信要素１２として使用して複数のエコー信号を発生することと、エコー信号を複数のチャネル２０で処理することを更に含む。例えば、反射されて、アレイ１４に戻された超音波エネルギーは各々の変換器１２により電気信号（エコー信号）に変換され、一連のスイッチ３２を介して受信器３０に別個に印加される。図１に示す例のシステムの場合、送信器２８、受信器３０及びスイッチ３２は、オペレータにより入力される指令に応答してデジタルコントローラ１９により制御される。
【００１２】
　処理は、エコー信号を選択された光路１６に沿って部品１０の少なくとも１つの焦点Ｐに動的に集束することを含む。この動的集束は、部品１０とスタンドオフ１８との境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償するために複数の受信遅延から成る遅延プロファイルを調整することを含む。受信遅延の例には、図１では（Ｔk）により指示されている時間遅延及び／又は位相遅延がある。直線アレイ１４の場合、各々の受信遅延は、エコー信号が放出される距離で受信超音波エネルギーの動的集束を実行するためにエコーの受信中に変化するビーム集束時間遅延を含む。本明細書に参考として取り入れられている、本出願と共通の譲受人に譲渡されたO'Donnellによる名称「Dynamic transmit focusing of a steered ultrasonic beam」の米国特許第５，２３５，９８２号の中で説明されているように、通常、遅延は次のように表せるであろう。
【００１３】
　　　　　Tk = (k-(N-1)/2)2d2cos2θ/2Rv
式中、Ｒはアレイ１４の中心から焦点Ｐまでの距離であり、ｖは部品１０の物質速度であり、θは面垂線２１に対するビーム１６の入射角である。しかし、この式は部品／スタンドオフ境界面２２における屈折を補償しない。境界面２２における屈折を補償するためのこの式の調整の一例は次の通りである。
【００１４】
　　　　　Tk = [k-(N-1)/2]2d2cos2θ/[2(Rwvw+Rsvs)]
式中、Ｒwはスタンドオフ１８において中心ビーム軸１６に沿って走るビームの長さであり、ｖwはスタンドオフ１８における物質速度であり、Ｒsは部品１０において中心ビーム軸１６に沿って走るビームの長さであり、ｖsは部品１０における物質速度である。それぞれのチャネル２０でエコー信号に遅延プロファイルが適用されて、複数の遅延エコー信号が発生される。例えば、受信器３０は一連の距離Ｒsでエコー信号をサンプリングし（Ｒwは所定の角度θに対して一定である）、サンプリングされたビームに沿って点Ｐで動的に集束するために適正な受信遅延を提供する。従って、超音波パルスが放出されるたびに、超音波受信ビームに沿って配置された対応する一連の点Ｐから反射される音の量を表現する一連のエコー信号サンプルが収集される。
【００１５】
　受信側で動的アパーチャ２４を規定するために、処理は、活動受信要素の数を距離Ｒsの関数として調整することを更に含む（Ｒwは所定の入射角θに対して一定である）。ここで使用される語句「活動受信要素」１２は、集束エコー信号全体にエコー受信信号が含まれるような変換器を示す。活動受信要素の例は図２に陰影を付けて指示されている。これに対し、非活動受信要素１２からのエコー信号は、集束エコー信号を計算するときに無視される。受信要素１２の数の調整は、部品１０とスタンドオフ１８との間の境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償することを含む。例えば、部品の表面で物質速度が大きく変化することのない部品に超音波ビーム１６が入射する場合、一定の焦点数Ｆを維持するために、式F ＝ R／Aに従ってアパーチャ幅Ａが調整される。従って、この従来の例においては、距離Ｒが長くなるにつれて、一定の焦点数Ｆを維持するためにＡも増加されなければならない。言い換えれば、より多くの活動受信要素１２の遅延エコー信号が集束エコー信号に寄与することになる。先に述べた通り、超音波送信ビーム１６は、物質速度ｖw及びｖsの不一致によって、部品１０とスタンドオフ１８の鏡界面２２で屈折する。この屈折を補償するために、式F = [Rw + Rs(vs/vw)]/Aに従ってアパーチャ幅Ａの調整が実行される。
【００１６】
　以上説明した動的集束及び動的アパーチャサイズ規定に加えて、処理は、全ての活動受信要素からの遅延エコー信号を加算して、集束エコー信号を発生することを更に含む。例えば、集束エコー信号を形成するために、遅延エコー信号は受信器３０において加算され、集束エコー信号は、例えば、表示装置１７で画像の１つの画素又は１本の走査線を生成するために使用されるであろう。
【００１７】
　動的アパーチャサイズ規定及び動的集束の実行を物質速度の不一致を伴うスタンドオフ１８により離間された部品１０とアレイ１４に関して説明したが、この組み合わせは、例えば、工業用として適用される部品１０の接触超音波検査にも適用可能である。「接触」とは、アレイ１４が部品１０と直接に接触する状態で配置されていること（図１及び図２には図示せず）を意味する。しかし、スタンドオフ１８が存在しない場合、部品１０の表面２２に物質速度の不一致はないため、部品１０の表面２２で屈折は起こらない。従って、スタンドオフ１８を伴わない場合の部品１０の超音波検査に際して部品の表面２２における屈折を補償するために、動的アパーチャ及び動的集束は修正されない。スタンドオフ１８が存在しない場合の動的アパーチャサイズ規定及び動的集束は、例えば、本明細書に参考として取り入れられている、本出願人の特開昭５４-１００１７８号に記載されている。
【００１８】
　動的アパーチャを動的集束と組み合わせて使用すると、検査深度全体にわたり所望の焦点特性を制御することが可能になるので好都合である。
【００１９】
　広い検査領域を形成するために、アレイ１４は多数の変換器１２、例えば、１２８個又は１０２４個の変換器１２を含んでいることが望ましい。変換器の数に対応してチャネル２０の数を増やさずに多数の変換器を使用できるようにし、必要とされるスイッチ３２の数を減らすために、例えば、本明細書に参考として取り入れられている、本出願と共通の譲受人に譲渡されたThomas他による名称「Phased Array Sector Scanner with Multiplexed Acoustic Transducer Elements」の米国特許第５，３２９，９３０号に記載されているように、変換器１２を多重化しても良い。１２８個の変換器１２を互いに独立して使用することにより、又は１０２４個の変換器１２を多重化して使用することにより、従来の工業用超音波検査方法と比較して生産性及び検査の融通性を容易に改善できるので好都合である。
【００２０】
　部品１０を走査するように超音波ビームを一連の角度θを経て移動させるために、ビームを誘導又はステアリングすることが望ましい。更に特定された実施例によれば、各々の変換器１２を別個の電圧で駆動する（アポダイジング）ために、各々の変換器に別個の励起信号パルスが印加される。図２に示されるこの実施例では、検査方法は、選択された光路１６に沿って面垂線２１に対して角度θを成すように超音波送信ビームをステアリングすることを更に含む。ステアリングは、境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償するために送信遅延プロファイルを調整することを含む。送信遅延プロファイルは１組の送信遅延から成り、各送信遅延は静的ステアリング項を含む。送信遅延の例としては、図１にも（Ｔk）により指示されている時間遅延及び／又は位相遅延がある。ステアリングは、励起信号パルスを送信遅延プロファイルによって変調することを更に含む。例えば、送信器２８は連続する変換器要素１２に印加される信号パルスの各々に送信遅延を与える。送信遅延が０である場合（Ｔk＝０）、全ての変換器要素１２は同時に励起され、その結果、超音波ビームはスタンドオフ１８と部品１０との間の境界面２２に対して垂直に誘導される。超音波ビームをステアリングするために、アレイ１４の一方の端部（ｋ＝１）から他方の端部（ｋ＝Ｎ）に向かってそれぞれｋ番目の信号パルスに加えられる送信遅延Ｔkを次のように表すことができる。
【００２１】
　　　　　Tk(θ) = (d/vw)sinθ(k-1)
式中、ｄは図１に示すように変換器要素１２の間の距離である。この送信遅延プロファイル（Ｔk）は境界面２２におけるステアリング済超音波ビームの屈折を補償する。
【００２２】
　送信時に超音波ビームをステアリングにするのに加えて、検査方法は、遅延エコー信号を発生するためにそれぞれのチャネルでエコー信号に遅延プロファイルを適用することによりステアリング済集束エコー信号を形成すること（受信時ステアリング）を更に含む。このステアリングの実施例では、遅延プロファイルは１組の受信遅延を含み、各受信遅延は静的受信ステアリング項を含む。各々の静的受信ステアリング項は、境界面における屈折を補償するために調整される。受信の場合の静的受信ステアリング項は、それぞれ、先に説明した送信遅延と同じ遅延Ｔk（θ）である。唯一つの角度（θ）しか指示されていないが、共通の軸２１に関して複数の角度（θ、Ψ）に沿って超音波ビームをステアリングできることは当業者には認識されるであろう。この実施例は単一角度（θ）ステアリングと、多重角度（θ、Ψ）ステアリングの双方を含む。
【００２３】
　様々な深度Ｒsで部品１０を走査するために、複数回の送信が使用される。この特定の検査方法の実施例では、複数の連続する励起時間間隔ｔiの各々でそれぞれの変換器１２に別個の信号パルスが印加され、連続する励起時間間隔ｔiの各々についてエコー信号の発生が実行される。例えば、第１の時間間隔ｔ1で、各々の変換器１２は別個に駆動され、第１の組のエコー信号が発生される。第２の時間間隔ｔ2で、各々の変換器１２は別個に駆動され、第２の組のエコー信号が発生される。この後の時間間隔についても同様である。この実施例の場合、エコー信号は、励起時間間隔ｔiのそれぞれ連続するｉ番目の時間間隔の間に選択された光路１６に沿って様々な距離Ｒiで複数の焦点Ｐiに動的に集束される。焦点Ｐiへの動的集束は、部品１０とスタンドオフ１８との間の境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償するために複数の受信遅延Ｔkiから成るそれぞれ対応する遅延プロファイル（Ｔki）を調整することを含む。これらの調整は先に説明したように実行される。この特定の実施例の検査方法では、時間間隔ｔiごとに動的集束を実行するのに加えて、時間間隔ｔiごとに動的アパーチャサイズ規定が実行される。特に、部品１０とスタンドオフ１８との間の境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償するために、連続する励起時間間隔ｔiの各々について、活動受信要素の数が距離Ｒiの関数として調整される。距離Ｒiごとの集束エコー信号を発生するために、連続する励起時間間隔の各々について、例えば、受信器３０において全ての活動受信要素からの遅延エコー信号が加算される。
【００２４】
　その結果生成される画像データを表示するために、複数の深度からの画像データを単一のフレーム（画像）としてアセンブル（スティッチ）することが有用である。この単一フレームは表示システム１７を使用して表示される。画像スティッチングは当該技術において知られており、従って、ここでは詳細な説明を省略する。しかし、スタンドオフ１８を経て撮影を実行した場合、従来の医療用超音波撮影システムでは、スタンドオフ１８の物質速度（ｖw）と部品１０の物質速度（ｖs）に相違があるために画像に歪みが生じることに注意すべきである。この歪みを図５に示す。図示されているように、補償前の画像はスタンドオフ１８に対応する画像の部分を比ｖs／ｖwだけ歪ませる。境界面２２における物質速度の不一致を補償するために、特定の一実施例に従ってスタンドオフ１８に相当する画像の部分を比ｖs／ｖwの分だけ縮小する。補償後の画像も図５に示す。もう１つの修正方法では、スタンドオフ１８に相当する画像の部分を除去する。これらの修正は、いずれも、例えば、表示システム１７に適用される撮影ソフトウェアを使用して実行できるであろう。
【００２５】
Ｂ． ステアリング
　図１及び図２を参照して、本発明の方法の別の実施例を更に説明する。部品１０を検査する方法は、アレイ１４を形成している各変換器１２に別個の励起パルスを印加して、アレイ１４から選択された光路１６に沿って部品１０に集束される超音波送信ビームを発生することを含む。図２に示すように、アレイ１４は物質速度ｃwを有するスタンドオフ１８により部品１０から離間されている。方法は、超音波送信ビームを選択された光路に沿って面垂線２１に対して角度θを成すようにステアリングすることを更に含む。ステアリングは、先に述べたように、境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償するために送信遅延プロファイル（Ｔk）を調整することを含む。ステアリングは、先に述べたように、励起パルスを送信遅延プロファイル（Ｔk）によって変調することを更に含む。検査方法は、変換器１２を受信要素１２として使用して複数のエコー信号を発生することと、複数のチャネル２０で遅延プロファイルを使用してエコー信号を処理することを更に含む。遅延プロファイルは１組の受信遅延から成り、各受信遅延は、先に述べたように、静的受信ステアリング項を有する。処理は、部品１０とスタンドオフ１８との境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償するために静的受信ステアリング項の各々を調整することと、それぞれのチャネル２０でエコー信号に遅延プロファイル（Ｔk）を適用して、複数の遅延エコー信号を発生することと、受信要素１２からの遅延エコー信号を加算して、ステアリング済エコー信号を発生することを含む。第１の実施例に関して先に述べたように、エコー信号は各々の変換器１２により発生され、１組のスイッチ３２を介して受信器３０に別個に印加される。それぞれｋ番目の変換器１２のエコー信号に受信遅延Ｔk（θ）の各々が適用され、対応する遅延エコー信号が形成される。遅延エコー信号は受信器３０において加算される。
【００２６】
　超音波ビームをステアリングすることに加えて、工業部品の検査には動的アパーチャサイズ規定を実行することも有用である。従って、より特定された実施例によれば、処理過程は、受信側で動的アパーチャ２４を規定するために活動受信要素１２を距離Ｒの関数として調整することを更に含む。先に述べた通り、活動受信要素１２は、ステアリング済エコー信号全体にエコー受信信号が含まれる変換器１２である。これに対し、非活動受信要素１２からのエコー信号は、ステアリング済エコー信号を計算するときに無視される。境界面２２の両側で物質速度に不一致があるため、受信要素１２の数の調整は境界面２２における超音波送信ビームの屈折を補償することを含む。例えば、アパーチャ幅Ａの調整は、先に述べた通り、式F = [Rw + Rs(vs/vw)]/Aに従って実行される。先に述べた通り、Ｒwはスタンドオフ１８において中心ビーム軸１６に沿って走るビームの長さであり、ｃwはスタンドオフ１８における物質速度であり、Ｒsは部品１０において中心ビーム軸１６に沿って走るビームの長さであり、ｖsは部品１０における物質速度である。Ｒw及びＲsは図２に例示されている。このステアリングに動的アパーチャを加えた実施例の場合、加算過程は、全ての活動受信要素１２からの遅延エコー信号を加算して、ステアリング済エコー信号を発生することを含む。
【００２７】
　唯一つの角度（θ）しか示されていないが、超音波ビームを複数の角度（θ、Ψ）に関してステアリングしても良いことは当業者には認識されるであろう。この実施例は単一角度（θ）のステアリングと、多重角度（θ、Ψ）のステアリングの双方を含む。
【００２８】
　縦波をステアリングするのに加えて、他の波モードをステアリングすることにより工業部品を検査することも望ましいであろう。鍛造物、ビレット、溶接品（溶接物）及びその他の固形物などの工業部品１０はせん断波及び表面波の伝搬を支援する。簡単に言えば、音波は縦波、せん断波及び表面波の３つの主要伝搬モードを有する。その他の伝搬モードにはラム波、ストーンリー波及び拡張波がある。せん断波の速度ｖshは縦波の速度ｖLの約二分の一であり（ｖsh〜０．５ｖL）、表面波の速度ｖsuはせん断波の速度の約０．９倍である（ｖsu〜０．９ｖsh）。先に図２に関して述べたように、スタンドオフ１８／部品１０の境界面２２（例えば、水／鋼の境界面２２）に角度θで入射する超音波ビームは部品において屈折角φで屈折し、入射角と屈折角の関係はスネルの法則sinθ/sinφ = vw/vsにより決定される。特に、３つのモードの各々は明確に異なる屈折角φを有する。すなわち、縦波はsinθ/sinφL = vw/vLにより決定される角度φLで屈折し、せん断波はsinθ/sinφsh = vw/vshにより決定される角度φshで屈折し、表面波はsinθ/sinφsu = vw/vsuにより決定される角度φsuで屈折する。入射角θが増すにつれて、それぞれ対応する臨界角φL＝９０゜及びφsh＝９０゜に達するまで屈折角φL及びφshは増加し、臨界角に達した時点で縦モード及びせん断モードは部品１０内でそれ以上伝搬しなくなる。入射角θの対応する臨界値はスネルの法則により決定され、縦モードとせん断モードでは、２つのモードの速度ｖL及びｖshに相違があるために異なる。
【００２９】
　先に述べた通り、工業部品１０はせん断波及び表面波の伝搬を支援する。従って、検査方法の別の特定の実施例では、部品１０に集束されるせん断波超音波送信ビームを発生するために、各々の変換器１２に別個の励起パルスが印加される。せん断波は同じ周波数で縦波の波長λLの約二分の一に等しい波長λshを有するため、より高い分解能で欠陥を検出できる。更に、入射角θが第１の臨界角φLを超えると、縦波は部品１０内を伝搬せず、せん断波を使用すると、誤った縦波信号が超音波検査を妨害することなく所望の角度θで部品を検査できる。同様に、検査方法の別の特定の実施例の場合には、部品の表面２２に沿って表面波超音波送信ビームを発生するために、各々の変換器１２に別個の励起パルスが印加される。表面波を使用して工業部品を超音波検査すると、部品１０の表面に位置するきず（表面きず）の検出を含めて、部品の表面２２の検査が容易になる。従来の超音波検査は縦波を採用しており、従って、ボリューム検査ツールである。表面波モードは表面きずの検査及び検査能力を改善する。
【００３０】
　ここで説明した他の検査技法も同様に上記のせん断波モード検査及び表面波モード検査と有利に組み合わされることは当業者には認識されるであろう。
【００３１】
Ｃ． 幾何学的表面形状
　例えば、円錐形、円筒形又は複合湾曲形状の表面２２などの部品１０の湾曲面２２に沿って、物質速度ｃwを有するスタンドオフ１８を経て部品１０を検査する方法を図１及び図３を参照しながら説明する。スタンドオフ１８における物質速度ｖwと部品１０における物質速度ｖsに不一致があるため、湾曲面２２は屈折を経て二次レンズ効果を発生し、スタンドオフ１８はレンズのように機能して、超音波ビームの特性を変化させる。この二次レンズ効果は図３に示されており、得られる画像を劣化させる。この検査方法の実施例は二次レンズ効果を修正するもので、少なくとも１つの幾何学的表面効果を補償するために送信遅延プロファイルを調整することを含む。送信遅延プロファイルは１組の送信遅延Ｔkから成り、各々の送信遅延は静的表面形状項を有する。静的表面形状項は、各要素１２からのエネルギーを同相で所望の焦点Ｐに到達させるために要求される遅延を計算するためにフェルマの方程式を使用して判定される。方法は、複数の励起信号パルスを送信遅延プロファイル（Ｔk）で変調することを更に含む。より具体的には、送信器２８はアレイ１４の一方の端部（ｋ＝１）から他方の端部（ｋ＝Ｎ）までそれぞれｋ番目の励起信号パルスに各々の送信遅延Ｔkを与える。方法は、アレイ１４を形成している変換器１２の各々に変調済励起信号パルスのうちのそれぞれ別個の１つのパルスを印加することを更に含む。アレイ１４は部品１０から距離Ｒwをおいて離間されている。このようにして、アレイ１４から選択された光路１６に沿って部品１０に集束される超音波送信ビームが発生される。静的表面形状項を経て、送信遅延Ｔkの適用によって送信時の二次レンズ効果は修正される。検査方法は、変換器１２を受信要素１２として使用して複数のエコー信号を発生することと、複数のチャネル２０でエコー信号を処理することを更に含む。
【００３２】
　送信時の二次レンズ効果を修正するのに加えて、検査方法は受信時の二次レンズ効果も修正する。従って、エコー信号の処理は、それぞれのチャネル２０でエコー信号に遅延プロファイルを適用して、少なくとも１つの幾何学的表面効果を補償する複数の遅延エコー信号を発生することを含む。送信遅延プロファイルと同様に、遅延プロファイルは１組の受信遅延（Ｔk）から成り、各々の受信遅延は静的表面形状項を含む。静的表面形状項も、同様に、各要素１２からのエネルギーを同相で所望の焦点Ｐに到達させるために要求される遅延を計算するためにフェルマの方程式を使用して判定される。具体的には、静的表面形状項は送信と受信の双方に対して同一である。より具体的には、受信遅延Ｔkは、デジタルコントローラ１９の制御の下で受信器３０によりそれぞれｋ番目の受信要素１２からのエコー信号に適用される。
【００３３】
　エコー信号の処理は、受信要素１２からの遅延エコー信号を加算して、幾何学的表面効果補償済エコー信号を発生することを更に含む。エコー信号は、例えば、デジタルコントローラ１９の制御の下で受信器３０において加算される。
【００３４】
Ｄ． シングルターン検査
　工業用として適用される場合、通常はビレット及び鍛造物などの多数の部品１０が検査される。従って、検査時間を短縮し、検査費用を低減するためには検査プロセスの効率を良くすることが重要である。検査効率を向上させるために、検査面２２を有する部品１０を検査するシングルターン検査方法の実施例が提供される。図４を参照して、シングルターン検査方法を説明する。シングルターン検査方法は、例えば、図４に示すように、変換器１２のアレイ１４を部品１０の検査面２２に面するように位置決めすることを含む。アレイ１４は検査面２２に直接に面していても良いし、あるいはスタンドオフ１８を挟んで面していても良い。また、アレイ１４は部品１０と半径方向又は軸方向に整列されても良い。図４において、「Ｒ」及び「Ａ」とマークされたアレイ１４は、それぞれ、部品１０と半径方向に整列されたアレイ及び軸方向に整列されたアレイである。更に、アレイ１４は部品１０に沿って半径方向と軸方向の双方に延出するように、例えば、直角を成して配列されるように（図示せず）形成されても良い。シングルターン検査方法は、変換器１２を励起して、アレイ１４から選択された光路１６に沿って部品１０に集束される超音波送信ビームを発生することを更に含む。変換器１２を受信要素１２として使用して複数のエコー信号が発生される。シングルターン検査方法は、軸２６に関するアレイと部品の相対的角度向きを変化させることと、変換器１２を励起する過程及び複数のエコー信号を発生する過程を繰り返すことを更に含む。アレイ１４と部品１０の相対的角度向きは軸２６に関してアレイ１４を回転させるか、又は部品１０を回転させることにより変化される。複数のチャネル２０でエコー信号は処理され、少なくとも１つの処理済エコー信号が形成される。ここでは、処理過程は軸２６に関してアレイ１４を回転させた後に実行されているが、この順序は順次処理と一斉処理の双方を含むことを理解すべきである。順次処理の場合、アレイ１４を申し分のない位置に配置し、変換器１２を起動し、１組のエコー信号を発生し、処理する。その後、アレイ１４を回転させ、第２の組のエコー信号に対して起動、発生及び処理の各過程を繰り返す。これ以降も同様である。同様に、一斉処理の場合には、軸２６に関してアレイ１４をある角度ずつ増分回転するたびに、いくつかの組のエコー信号を発生し、その後、それらの組のエコー信号を処理する。その結果得られた処理済エコー信号は別個のフレームとして表示されるか、又は部品の単一の画像を形成するために互いにスティッチされた状態で表示される。
【００３５】
　軸２６に関して複数の角度増分ごとに部品１０を検査することにより、部品表面２２に沿ってアレイ１４を並進移動することが回避され、そのため、検査プロセスの総体的効率を向上でき、好都合である。シングルターン方法の特定の一実施例によれば、アレイ１４と部品１０の相対的な向きを軸２６に関する回転に限定した上で、部品１０の最終画像に対応する処理済エコー信号を得る。「限定する」とは、最終画像が軸２６に関するアレイ１４（又は部品１０）の１つ以上の回転向きで得られ、部品１０に対してアレイ１４をその他の方法で再度位置決めしないことを意味している。例えば、この実施例では、部品１０に対してアレイ１４を並進移動させないことが必要である。この実施例の場合、軸２６に関してアレイ１４を回転させることにより部品１０の関心領域全体が走査されるように、アレイ１４は関心領域全体にわたって延在するほど十分に大きいことが望ましい。例えば、単一の大型アレイ又は一体に結合されたいくつかの小型アレイのいずれかが使用される。この実施例は、アレイ１４又は部品１０を位置決めし直すという時間のかかる煩雑な作業を回避するという点で好都合である。
【００３６】
　湾曲した検査面２２を有する部品１０（図４には図示せず）に適用可能である更に特定された実施例によれば、位置決め過程は、アレイ１４を湾曲した検査面２２の輪郭形状に直接に合わせて配置するか、又はスタンドオフ１８を挟んで配置することを更に含む。
【００３７】
Ｅ． スルートランスミッション
　シングルアレイ検査に加えて、部品１０は、図６に示すように、送信アレイ１４と受信アレイ１４との間に部品１０を位置決めすることにより検査されても良い。従来、スルートランスミッション超音波検査によって部品１０を検査するときには単独の超音波プローブ（図示せず）が使用されている。部品を走査するために、それらのプローブは数回移動される。送信と受信にアレイ１４を使用することにより、部品１０を電子的に走査することが容易になり、そのため、部品１０に沿って検査機器を機械的に移動させるという時間のかかる作業が回避されるので好都合である。
【００３８】
Ｆ． ピッチアンドキャッチ
　別の従来の検査技法を図７に示す。図示されているように、超音波送信ビームは第１のプローブ４２により検査部品１０に向かって「投げられ」（ピッチ）、第２のプローブ４２により「受け止められる」（キャッチ）。この技法は亀裂先端回折検出に採用されている。図示されている構成は部品１０にある亀裂４０の底と先端を検出し、その情報から亀裂４０の大きさを判定するために使用される。しかし、この技法ではプローブ４２を機械的に操作することが必要であるので、その作業は相対的に遅く、煩雑である。個別のプローブ４２を変換器１２のアレイ１４と置き換えることにより、図７に関連して説明した技法は改善される。図８及び図１１は、ピッチングとキャッチングの双方に対して単一のアレイ１４を使用する改善された「ピッチアンドキャッチ」検査方法を示す。具体的には、超音波ビームを送信するために、アレイ１４中の変換器１２のうちの少なくとも一部の変換器が励起され、変換器１２のうちの少なくとも一部の変換器が反射される超音波エネルギーを受け取る。図８及び図１１では、変換器１２の中で送信に使用される変換器を「Ｔ」、受信に使用される変換器を「Ｒ」で示している。図８に示すように、１組の変換機１２を送信に使用し、１組の変換機を受信に使用しても良い。図１１の実施例の場合、送信には１組の変換器１２が使用され、受信には２組の変換器が使用されている。このシングルアレイピッチアンドキャッチの実施例は図８及び図１１に示す特定の構成に限定されず、変換器のうちの少なくとも一部が送信時にビームを形成し、変換器１２のうちの別の少なくとも一部の変換器が部品１０からの反射ビームを受け取るような単一のアレイ１４の配列を全て含む。
【００３９】
Ｇ． ドップラー
　血流を測定するために超音波を使用することは知られており、血流を監視するために開発された超音波技法を配管類又はパイプ（例えば、化学薬品供給パイプ）を通過する製品の流れ、又は計装パイプ（例えば、熱交換器流れに使用される）を通過する製品の流れを監視するなどの工業用としての用途に拡張することが望ましいであろう。工業用途において製品が流れるパイプ、配管類及びその他の容器をここではまとめて「パイプ」と呼ぶ。パイプの壁に堆積物（又はビルドアップ）が付着すると、パイプを通る製品流れが制限され且つ／又は混乱するため、パイプを通過する製品流れの検査を行うことが望ましい。更に、熱交換器は詰まり又はファウリングを起こして、流れを制限することもある。超音波は、そのような問題を検出し、監視するための非破壊、非侵入検査方法を提供するので望ましい。
【００４０】
　図９を参照して、パイプ５０を通過する製品流れを検査する方法を説明する。方法は、アレイ１４を形成している複数の変換器１２を励起して、パイプ５０内へ超音波エネルギーを送信することを含む。例えば、変換器１２はコントローラ１９の制御の下でＴ／Ｒ（送受信）スイッチ３２を介して送信器２８により励起される。図９では、アレイ１４はパイプ５０と接触している状態で示されているが、アレイ１４とパイプ５０は水、超音波エネルギーをパイプ５０及びアレイ１４に結合するのに適する別の液体、又はシュー（図示せず）などのスタンドオフにより離間されていても良いことに注意すべきである。方法は、反射される超音波エネルギーから複数の受信信号を発生することと、複数のチャネル２０で受信信号を処理することを更に含む。図９に示す実施例の場合、受信信号は受信要素１２として動作する変換器１２により発生される。処理は、反射される超音波エネルギーに与えられた複数の周波数偏移を判定するために受信信号を周波数基準と比較することを含む。処理は、例えば、デジタルコントローラ１９により制御される受信器３０により実行される。更に特定された実施例によれば、処理は、パイプ５０を通過する製品流れの画像を生成することを更に含む。図９の実施例では、画像は周知の撮影ソフトウェア（図示せず）を使用して表示装置１７に表示される。パイプを通過する製品流れの画像を生成することにより、パイプの壁の堆積物によって起こる流れ制限を検出し、監視することができる。
【００４１】
　別の実施例においては、検査方法は、周波数偏移を可聴出力に変換することを更に含む。例えば、周波数偏移は可聴出力に変換され、その可聴出力は、GE LOGIQ 9で提供されるような周知のオーディオソフトウェア（図示せず）を使用して少なくとも１つのスピーカ４４を介して送信される。周波数偏移を可聴出力に変換することにより、オペレータがパイプを通過する製品流れに伴う問題を迅速に検出するための手段が提供される。
【００４２】
Ｈ． フルアレイインソニフィケーション
　工業部品の超音波検査の信号対雑音比を向上させるために、別の工業用超音波検査方法はフルアレイインソニフィケーションを含む。図１０を参照して、部品１０を検査するこの方法を説明する。検査方法は、図１０に例示するように、アレイ１４中の第１の組の変換器１２を同時に励起することを含む。この例の第１の組の変換器１２は、変換器１２に陰影を付けることにより示されている。この第１の組に含まれる変換器１２の数と共に、信号対雑音比は大きくなる。特定の一実施例によれば、第１の組の変換器１２はアレイ１４を形成している全ての変換器を含む。言い換えれば、この特定の実施例では、アレイ１４を形成している各々の変換器１２は同時に励起され、それにより、フルアレイインソニフィケーションを実行するということになる。第１の組の変換器は、例えば、デジタルコントローラ１９の制御の下で送信器２８により励起される。
【００４３】
　検査方法は、アレイ中の第２の組の変換器１２を受信要素１２として使用して部品１０からの１組の後方散乱超音波信号を受信することと、受信要素１２を使用して後方散乱超音波信号から複数の受信信号を発生することを更に含む。特定の一実施例によれば、第２の組の変換器１２はアレイ１４を形成している全ての変換器１２を含む。方法は、受信信号を処理して、１組のビーム形態画像データを形成することを更に含む。受信信号は、例えば、デジタルコントローラ１９の制御の下で受信器３０により処理される。これらの処理過程は知られており、処理過程の例は、本明細書に参考として取り入れられ、本出願と共通の譲受人に譲渡されたChiao他による名称「Method and Apparatus for Ultrasonic Synthetic transmit Aperture Imaging Using Orthogonal Complementary Codes」の米国特許第６，０４８，３１５号に記載されている。
【００４４】
　第１の組の変換器１２を同時に励起することにより、部品１０内部の関心領域全体がインソニファイされるので、アレイ１４を形成している変換器１２を連続して励起することを経て部品１０を電子的に走査する必要はなくなる。このように、図１０に示す方法においては、検査アレイ１４を形成する変換器１２を連続して駆動する場合と比較して、検査データを獲得できる速度が増加する。それに対応して、撮影（従って、検査）時間が短縮されるために、生産性が向上するが、これは工業設備においては特に好都合である。ビレット１０を検査する場合にこの方法の実施例を適用すると、ビレット１０は第１の組の変換器１２を一度駆動することにより完全にインソニファイされ、それにより、変換器１２を連続して励起するときと比較して検査時間が短縮されるので好都合である。
【００４５】
Ｉ． 画像位置
　医療用として適用するための超音波検査システムは進歩しており、動的集束、動的アパーチャ、ステアリング及びドップラー周波数偏移などの、工業用として適用する場合に望ましいいくつかの特徴を提供する。医療用に使用される最新の超音波検査システムの例としては、GE LOGIQ 9及びGE LOGIQ Bookがある。しかし、医療用に使用される超音波検査システムは、通常、新たな画像形成シーケンスをトリガする任意のタイミング基準に基づいた事前定義済走査速度を採用している。「任意」とは、タイミング基準がアレイの位置にリンクされていないという意味である。しかし、工業用として適用する場合には、検査後に部品１０の特徴を完全に判定するために、所定のフレーム（画像）が収集された位置を識別することが望ましい。従って、先に説明した検査方法は、アレイ１４と検査すべき部品との相対位置に同期して画像（フレーム）を収集するのが好ましい。特に、採用されるタイミング基準はアレイ１４と部品１０との相対位置と同期するように選択される。例えば、運動の軸の位置を追跡するために符号器を使用しても良い。一般的なパルス／位置同期技法は「パルスオンポジション」（略して「ＰＯＰ」）と呼ばれ、機械的システム（この場合にはアレイ１４）が次のデータ収集位置に到達したときに１つのＴＴＬレベルパルスを印加する。
【００４６】
　先に述べたように、GE LOGIQ 9及びGE LOGIQ Bookなどの、医療用に使用される多くの超音波検査システムは、通常、画像をそれが収集される位置と同期させない。従って、本発明の別の実施例では、GE LOGIQ 9及びGE LOGIQ Bookなどの超音波検査システムは、アレイ１４の機械的位置に同期したデータを収集するように変形されている。特に、タイミング入力及びタイミング出力は位置と相関するように適合される。医療用として使用される超音波検査システムに対するタイミング入力の例には、ＥＫＧ入力又はフットペダルスイッチ（図示せず）に対応する回路がある。
【００４７】
　本発明のいくつかの特徴のみを図示し、説明したが、当業者は数多くの変形及び変更が想定できるであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】超音波撮影システムのブロック線図。
【図２】部品とスタンドオフがそれぞれ異なる物質速度ｖs及びｖwを有する場合にスタンドオフにより分離されたアレイと部品を示す図。
【図３】変換器のアレイと湾曲面を有する部品との間でスタンドオフにより引き起こされる二次レンズ効果を示す図。
【図４】シングルターン検査方法を示す図。
【図５】部品の物質速度とは異なる物質速度を有するスタンドオフに関する補償を伴う場合と、伴わない場合における部品の「スティッチ」画像を示す図。
【図６】スルートランスミッション検査方法を示す図。
【図７】従来の「ピッチアンドキャッチ」検査技法を示す図。
【図８】ピッチングとキャッチングの双方に変換器のアレイを使用する改善されたピッチアンドキャッチ検査技法を示す図。
【図９】パイプを通過する製品流れを検査する方法を示す図。
【図１０】アレイにおける第１組の変換器の各々の同時励起を示す図。
【図１１】ピッチングとキャッチングの双方に単一の変換器アレイを使用する別の改善されたピッチアンドキャッチ検査技法を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
　１０…部品、１２…変換器、１４…アレイ、１６…光路、１８…スタンドオフ、２０…チャネル、２２…境界面（検査面）、２４…動的アパーチャ、２６…軸、５０…パイプ
【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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