(57)【要約】【課題】探傷プローブと被検体の接触状態に起因する超音波信号の変動誤差を排除し、検査の信頼性を向上することができる超音波探傷装置を提供する。【解決手段】ひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、発生した応力の変化を抵抗値の変化に変換する。検出部２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃはこの抵抗値の変化を検出し、電圧信号に変換する。比較部２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃは、予め設定されたしきい値と電圧値とを比較し、電圧信号を２値のデジタル信号に変換する処理を行う。制御部２１０は、比較部２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃから入力された２値のデジタル信号に基づいて、被検体３に対する探傷プローブ１の接触状態が良好であるか否かを判断し、判断結果に基づいて警告の表示・出力制御や超音波送受信のＯＮ／ＯＦＦ制御等を行うことによって、超音波探傷装置の各部の動作を制御する。【選択図】図１
2007132683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信し、被検体に入射すると共に、該被検体の内部を通った前記超音波を受信する超音波振動子を備えた探傷プローブと、
前記超音波振動子に超音波発生用の電圧を印加すると共に、前記超音波振動子によって受信された前記超音波に基づいた探傷信号を出力する超音波送受信手段と、
前記超音波送受信手段から出力された前記探傷信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって処理された前記探傷信号に基づいた探傷画像を表示する表示手段と、
を有する超音波探傷装置において、
前記被検体に対する前記探傷プローブの押し付け圧力を検出する１つまたは複数の押し付け圧力検出手段と、
前記押し付け圧力検出手段によって検出された前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて前記超音波探傷装置の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態が良好でないと判断した場合に、前記超音波探傷装置の消費電力を低下させる制御を行う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】
前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを通知する通知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて前記通知手段の動作を制御す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】
前記制御手段は、前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを前記表示手段に表示させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
超音波を送信し、被検体に入射すると共に、該被検体の内部を通った前記超音波を受信する超音波振動子を備えた探傷プローブと、
前記超音波振動子に超音波発生用の電圧を印加すると共に、前記超音波振動子によって受信された前記超音波に基づいた探傷信号を出力する超音波送受信手段と、
前記超音波送受信手段から出力された前記探傷信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって処理された前記探傷信号に基づいた探傷画像を表示する表示手段と、
を有する超音波探傷装置において、
前記探傷信号に基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの境界で発生した表面反射波のレベルを検出する表面反射波検出手段と、
前記表面反射波検出手段によって検出された前記表面反射波のレベルに基づいて前記超音波探傷装置の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】
超音波を送信し、被検体に入射すると共に、該被検体の内部を通った前記超音波を受信する第１の超音波振動子を備えた探傷プローブと、
前記第１の超音波振動子に超音波発生用の電圧を印加すると共に、前記第１の超音波振動子によって受信された前記超音波に基づいた探傷信号を出力する超音波送受信手段と、
前記超音波送受信手段から出力された前記探傷信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって処理された前記探傷信号に基づいた探傷画像を表示する表示手段と、
を有する超音波探傷装置において、
前記第１の超音波振動子とは別個に設けられ、前記被検体と前記探傷プローブの境界で発生した表面反射波を受信する第２の超音波振動子と、
前記第２の超音波振動子によって受信された前記表面反射波に基づいた探傷信号を出力する超音波受信手段と、
前記超音波受信手段から出力された前記探傷信号に基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの境界で発生した表面反射波のレベルを検出する表面反射波検出手段と、
前記表面反射波検出手段によって検出された前記表面反射波のレベルに基づいて前記超音波探傷装置の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記表面反射波のレベルに基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態が良好でないと判断した場合に、前記超音波探傷装置の消費電力を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを通知する通知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記表面反射波のレベルに基づいて前記通知手段の動作を制御することを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかの項に記載の超音波探傷装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記表面反射波のレベルに基づいて前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを前記表示手段に表示させる制御を行うことを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれかの項に記載の超音波探傷装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、各測定位置で得られた前記探傷信号に対して、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態を示す接触状態情報を関連付けて記憶手段に格納することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかの項に記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送信して被検体に入射し、被検体内部を通って反射または透過した超音波を受信すると共に、受信した超音波に基づいた探傷信号を処理し、探傷信号に基づいた画像を表示する超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷装置は、被検体（被検査体、試験体）に超音波を入射し、被検体の底面や傷のある部分からの反射波を検出し、反射波の受信信号（探傷信号）に基づいた信号波形を表示する。傷等の大きさに応じて反射波の振幅が増減するので、この信号波形を観測することにより、被検体内部の傷や腐食等の状態を検査することができる。超音波の送信は、被検体に接触させた探傷プローブに内包された圧電素子に高電圧のパルスを印加することにより行われる。超音波の周波数は数百ｋＨｚ〜数十ＭHｚ程度であり、被検体の寸法や必要とする検査分解能に応じて、検査者が、適用するプローブを選択して設定する。反射波の受信は、探傷プローブ内の圧電素子で振動を電圧に変換し、後段のアンプでその電圧を増幅することにより行われる。
【０００３】
受信された信号は、さらに後段のＡＤコンバータによってデジタル信号に変換され、所望の波形に整形する処理が施された後、一旦、探傷データとしてメモリに保存され、最終的には画像信号に変換されて、ＬＣＤ等の表示手段に探傷波形として表示される。検査者は、表示された波形を観測し、被検体内部の状態を判断するのである。また、その他の機能として、指定した領域のピーク振幅および時間を計測するためのゲート機能等も、最近の超音波探傷装置にとっては欠かせない機能である。
【０００４】
ところで、上述したような超音波探傷装置を使って探傷検査を行う場合、探傷プローブと被検体の接触状態は探傷信号の振幅に大きく影響する。この接触状態とは、具体的には探傷プローブを被検体に押し付ける圧力や、探傷プローブと被検体の間に塗布される水や油等の整合材（接触媒質）の量、被検体表面の凹凸等である。再現性のある正確な検査を行うためには、接触状態をできるだけ一定に保つ必要がある。
【０００５】
従来、接触状態を一定に保つために、検査者は、自身の五感に頼り注意深く検査を行うか、あるいは予め厚さが判っている被検体を用いる場合には、被検体の底面からの反射超音波（反射エコーという）が一定になるようにしながら検査を行っていた。同じ厚さ、同じ材料特性の被検体であれば、被検体に対する探傷プローブの接触状態が同一の場合、同じ振幅の底面エコーが得られるためである。
【０００６】
また、これに対してさらに進んだ技術として、送受信用の探傷プローブにその押し付け圧力を検出する検出手段を設けて、受信した超音波のエネルギーを、検出手段の出力に基づいて補正する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。この技術は、探傷プローブの押し付け圧力と受信超音波のエネルギーが比例関係にあることを利用している。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０２／０１６９２５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の検査には以下のような問題点があった。検査者の感覚を頼りにして探傷プローブと被検体の接触状態を一定に保持しようとすると、検査者が異なる場合、あるいは時間をおいて検査を行う場合等に、検査毎に作業のばらつきが発生して、同じ探傷結果が得られず、検査の信頼性が悪くなることがある。さらに、被検体の構造が複雑な場合、あるいは探傷プローブを遠隔的に操作する場合等、検査者が目視や触覚で接触状態を体感できない場合等には、上記の点はより大きな問題となる。
【０００９】
これに対して、被検体の底面エコーをモニターして接触状態を管理する方法を採る場合、検査の信頼性は向上するが、厚さが判らない被検体にはその方法を適用できず、また仮に厚さが判っていたとしても、厚さが異なる被検体に交換する度に接触状態の判定基準を変えなければならないという不便さがあった。さらに、同じ厚さであっても材料音速が異なる場合には、同様に判定基準の見直しが必要であった。
【００１０】
一方、特許文献１に記載された圧力センサーを利用する技術では、被検体の形状によらず、探傷プローブの押し付け圧力に起因する検査誤差を小さくできるが、探傷プローブと被検体の間に塗布される水や油等の整合材の量に起因する誤差を排除できないという問題があった。また、この技術では、探傷プローブの押し付け圧力に基づいて受信超音波信号の振幅が補正されるが、超音波送受信系の測定結果に対して、異なる検出手段の測定結果を含めることは誤差要因を増やす元になるため、避けることが望ましい。また、実際のところ、ある程度以上の押し付け圧力が印加された場合、受信超音波は一定となり、その状態で探傷検査が行われるため、補正をすることの有効性が乏しいという面もあった。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、探傷プローブと被検体の接触状態に起因する超音波信号の変動誤差を排除し、検査の信頼性を向上することができる超音波探傷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】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、超音波を送信し、被検体に入射すると共に、該被検体の内部を通った前記超音波を受信する超音波振動子を備えた探傷プローブと、前記超音波振動子に超音波発生用の電圧を印加すると共に、前記超音波振動子によって受信された前記超音波に基づいた探傷信号を出力する超音波送受信手段と、前記超音波送受信手段から出力された前記探傷信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段によって処理された前記探傷信号に基づいた探傷画像を表示する表示手段とを有する超音波探傷装置において、前記被検体に対する前記探傷プローブの押し付け圧力を検出する１つまたは複数の押し付け圧力検出手段と、前記押し付け圧力検出手段によって検出された前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて前記超音波探傷装置の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置である。
【００１３】
また、本発明の超音波探傷装置において、前記制御手段は、前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態が良好でないと判断した場合に、前記超音波探傷装置の消費電力を低下させる制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の超音波探傷装置は、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを通知する通知手段をさらに備え、前記制御手段は、前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて前記通知手段の動作を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の超音波探傷装置において、前記制御手段は、前記探傷プローブの押し付け圧力に基づいて前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを前記表示手段に表示させる制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、超音波を送信し、被検体に入射すると共に、該被検体の内部を通った前記超音波を受信する超音波振動子を備えた探傷プローブと、前記超音波振動子に超音波発生用の電圧を印加すると共に、前記超音波振動子によって受信された前記超音波に基づいた探傷信号を出力する超音波送受信手段と、前記超音波送受信手段から出力された前記探傷信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段によって処理された前記探傷信号に基づいた探傷画像を表示する表示手段とを有する超音波探傷装置において、前記探傷信号に基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの境界で発生した表面反射波のレベルを検出する表面反射波検出手段と、前記表面反射波検出手段によって検出された前記表面反射波のレベルに基づいて前記超音波探傷装置の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置である。
【００１７】
また、本発明は、超音波を送信し、被検体に入射すると共に、該被検体の内部を通った前記超音波を受信する第１の超音波振動子を備えた探傷プローブと、前記第１の超音波振動子に超音波発生用の電圧を印加すると共に、前記第１の超音波振動子によって受信された前記超音波に基づいた探傷信号を出力する超音波送受信手段と、前記超音波送受信手段から出力された前記探傷信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段によって処理された前記探傷信号に基づいた探傷画像を表示する表示手段とを有する超音波探傷装置において、前記第１の超音波振動子とは別個に設けられ、前記被検体と前記探傷プローブの境界で発生した表面反射波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子によって受信された前記表面反射波に基づいた探傷信号を出力する超音波受信手段と、前記超音波受信手段から出力された前記探傷信号に基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの境界で発生した表面反射波のレベルを検出する表面反射波検出手段と、前記表面反射波検出手段によって検出された前記表面反射波のレベルに基づいて前記超音波探傷装置の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置である。
【００１８】
また、本発明の超音波探傷装置において、前記制御手段は、前記表面反射波のレベルに基づいて、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態が良好でないと判断した場合に、前記超音波探傷装置の消費電力を低下させる制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の超音波探傷装置は、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを通知する通知手段をさらに備え、前記制御手段は、前記表面反射波のレベルに基づいて前記通知手段の動作を制御することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の超音波探傷装置において、前記制御手段は、前記表面反射波のレベルに基づいて前記被検体と前記探傷プローブの接触状態の良し悪しを前記表示手段に表示させる制御を行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の超音波探傷装置において、前記制御手段は、各測定位置で得られた前記探傷信号に対して、前記被検体と前記探傷プローブの接触状態を示す接触状態情報を関連付けて記憶手段に格納することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、探傷プローブと被検体の接触状態に基づいて超音波探傷装置の各部の動作を制御することによって、探傷プローブと被検体の接触状態が良好な状態で検査を行うことが可能となるので、探傷プローブと被検体の接触状態に起因する超音波信号の変動誤差を排除し、検査の信頼性を向上することができるという効果が得られる。また、本発明によれば、被検体と探傷プローブの接触状態が良好でない場合に、消費電力を低下させる制御を行うことによって、装置の消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。最初に、本発明の第１の実施形態を説明する。まず、図２および図３を参照し、本実施形態による超音波探傷装置の外観および探傷プローブの構造を説明する。探傷プローブ１の全体はケース１０１で覆われており、検査者はケース１０１を持って被検体３上を探傷プローブ１で走査し、探傷検査を行う。このケース１０１の内部には、超音波を送受信するための圧電素子１０２（超音波振動子）、圧電素子１０２の不要な振動を減衰させるダンパー１０３、圧電素子１０２を保護する保護膜１０４、および保護膜１０４を介して被検体３の表面に対して垂直な方向に発生している応力（押し付け圧力）を検出するひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ（押し付け圧力検出手段）が含まれている。探傷プローブ１に含まれる圧電素子１０２およびひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃと探傷装置２は、ケーブル４によって電気的に接続されている。
【００２４】
ひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃはケース１０１に固定されており、探傷プローブ１の形状や用途に合わせて１つもしくは複数使用される。本実施形態では、図３に示されるように、３つの小さなひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃが配置されているものとする。ひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃから出力される信号（ひずみ信号）は、探傷プローブ１と被検体３の接触状態を検出するための信号として探傷装置２で利用される。
【００２５】
探傷装置２は、被検体３に入射する超音波４０１を発生するための電圧信号を探傷プローブ１へ出力すると共に、探傷プローブ１から入力された超音波信号、およびひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃから出力されたひずみ信号に所望の信号処理を施し、その結果に基づいて、ＬＣＤ等からなる表示部２０７や、警告表示用のＬＥＤ２１２または警告音発生用のスピーカー等からなる警告部（後述する警告部２１１）の動作を制御する。表示部２０７には超音波探傷波形（探傷画像）が表示されると共に、超音波探傷波形から読み取られる各種検出情報や、探傷に必要な各種設定情報等が表示される。
【００２６】
図２に示される例では、超音波の受信経過時間に対する超音波信号レベルの変化を示す超音波信号波形４０２（Ａスキャンモード）、被検体３内部の傷部３０１からの反射波のピーク振幅値４０３、およびピーク振幅値４０３を読み取る時間を設定するゲート４０４等が表示部２０７に表示されている。また、表示部２０７では、プローブ走査面と垂直な断面画像（Ｂスキャンモード）や、被検体３における深さが一定の領域の断面画像（Ｃスキャンモード）を表示することも可能である。
【００２７】
次に、図１を参照し、探傷プローブ１および探傷装置２内部の信号処理の流れを説明する。探傷プローブ１内の圧電素子１０２は探傷装置２内の超音波送受信部２０１に接続されている。超音波送受信部２０１は、高電圧のパルスを発生して圧電素子１０２に印加するパルス生成部、圧電素子１０２によって電圧に変換された超音波信号（探傷信号）を受信する受信部、パルス印加のタイミングを制御するディレイ部等を有している。超音波信号は後段の信号処理部２０２に入力される。
【００２８】
信号処理部２０２は、ノイズを除去するためのフィルタ処理、振幅を調整するゲイン処理、および検波処理等を行う。信号処理部２０２によって所望の信号処理が行われた超音波信号は探傷画像メモリ２０３に入力される。探傷画像メモリ２０３は、後段の表示部２０７に表示する探傷波形の元となる超音波信号を探傷データとして一時的に蓄え、次の超音波信号が取り込まれるまで保持する。Ａスキャンモード、Ｂスキャンモード、Ｃスキャンモード等の各種表示モードに合わせて、探傷画像メモリ２０３の書き込みアドレスは適宜制御される。
【００２９】
信号処理部２０２によって所望の信号処理が行われた超音波信号はゲート部２０４にも入力される。ゲート部２０４は、入力された超音波信号に対して、検査者が設定した時間幅（関心領域）で信号を抽出する処理を行う。ゲート部２０４の後段のピーク検出部２０５は、ゲート部２０４による信号処理の結果に基づいて、超音波信号のピーク振幅やピーク時間（パルス出力の時点から振幅がピークに達するまでの時間）等を計測する。計測の結果は、数値情報として合成部２０６へ出力される。合成部２０６は、探傷画像メモリ２０３から読み出された探傷データと数値情報を合成して表示用データを生成し、表示部２０７へ出力する。表示部２０７は、表示用データに基づいて、前述したように超音波探傷波形やピーク振幅値等を表示する。
【００３０】
一方、探傷プローブ１内の複数のひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、個々のひずみゲージに対応した探傷装置２内の複数の検出部２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃに接続されている。ひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、発生した応力の変化を抵抗値の変化に変換するものであり、検出部２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃはこの抵抗値の変化を検出し、電圧信号に変換する処理を行う。この電圧信号は複数の比較部２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃに入力される。
【００３１】
比較部２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃは、予め設定されたしきい値と電圧値とを比較し、電圧信号を２値のデジタル信号に変換する処理を行う。例えば、電圧値がしきい値以上であった場合にはＨレベル、電圧値がしきい値未満であった場合にはＬレベルのデジタル信号が出力される。しきい値を２つ設けておき、電圧値が２つのしきい値の間である場合に、Ｈレベルの信号が出力されるようにしてもよい。探傷プローブ１に加わる力が大きすぎる場合には接触状態不良と判定されるようになるため、探傷プローブ１の破壊を防止することができる。各比較部から出力されたデジタル信号は後段の制御部２１０に入力される。制御部２１０はＣＰＵ（Central Processing Unit）等からなり、検査者が探傷装置２に設定した条件に応じて探傷装置２内の各部の設定を変えたり、各種の演算処理を行ったりして、各部の動作を制御する。制御部２１０と探傷装置２内の各部は電気的に接続されており、図１においてその接続の一部については図示が省略されている。
【００３２】
制御部２１０は、比較部２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃから入力された２値のデジタル信号に基づいて、被検体３に対する探傷プローブ１の接触状態が良好であるか否かを判断する。制御部２１０は、判断結果に基づいたＯＮ／ＯＦＦ制御信号（接触状態判定信号）を超音波送受信部２０１、ピーク検出部２０５、および警告部２１１（通知手段）へ出力する。また、制御部２１０は、判断結果の情報（接触状態情報）を超音波信号と関連付けて探傷画像メモリ２０３に格納する。警告部２１１は、探傷プローブ１の接触状態が良好であるか否かを検査者に通知するためのＬＥＤ２１２（図２参照）やスピーカー等を備えている。ＬＥＤ２１２による点灯・消灯・点滅等の動作や、スピーカーが発生するビープ音のＯＮ／ＯＦＦ等の動作の制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づいて行われる。
【００３３】
次に、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づいた探傷装置２内の各部の制御を説明する。図４は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号が切り替わる瞬間を含むタイミングチャートである。ひずみゲージ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃおよびその各々に接続された比較部２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃの出力はそれぞれ独立に変化する。制御部２１０は、比較部２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃの出力が全てＨレベルとなった場合に、探傷プローブ１の接触具合が良好であると判断し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号をＨレベルとして出力する。また、制御部２１０は、いずれかの比較部の出力がＬレベルとなった場合には、探傷プローブ１の接触具合が良好でないと判断し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号をＬレベルとして出力する。複数のひずみゲージを用いることによって、探傷プローブ１が傾いて設置された場合に、誤って接触状態が良好であると検出することを防ぐことができる。
【００３４】
ＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＬレベルの場合、警告部２１１はＬＥＤ２１２を点灯または点滅させたり、スピーカーからビープ音を発生させたりすることによって、探傷プローブ１の接触状態が不適切であることを検査者に通知する。これによって、検査者は、探傷プローブ１の接触状態が良好であるか否かを確認しながら検査を行うことができる。
【００３５】
また、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＬレベルの場合に、ピーク検出部２０５は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＬレベルの場合に用いる表示用の情報を合成部２０６へ出力する。合成部２０６は、表示用データを生成する際に、ピーク振幅を表示する領域（ピーク振幅表示エリア）に、この表示用の情報に基づいた画像を表示するための処理を行う。この結果、表示部２０７のピーク振幅表示エリアには、「−−」等の記号が表示される。あるいは、表示されるピーク振幅数値の表示色が変更される。これによって、ピーク検出が無効であったことが検査者に通知されるので、警告部２１１による警告の表示および出力と合わせて、検査者は、探傷プローブ１の接触状態が良好であるか否かを確認しながら検査を行うことができる。
【００３６】
また、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＬレベルの場合に、超音波送受信部２０１への電力の供給が停止され、超音波送受信部２０１はパルス出力動作や受信動作を停止する。探傷プローブ１の接触状態が適切な場合にのみ、超音波探傷機能が働くため、超音波信号が受信されたときの探傷プローブ１の接触状態が良好であったことを保証することができる。また、探傷プローブ１の接触状態が不適切であるために、適切な検査を行うことができない場合や、被検体３の交換等のために探傷プローブ１が被検体３から離れた場合等に、上記のように超音波の送受信が停止することによって、消費電力を低減することができる。
【００３７】
消費電力を低減させるための制御は上記のような超音波送受信部２０１の動作の制御に限らない。例えば、探傷装置２内のデジタル回路のＯＮ／ＯＦＦを制御したり、その動作クロックの周波数を増減させる制御を行ったりしてもよい。あるいは、表示部２０７のＬＣＤバックライトのＯＮ／ＯＦＦを制御したり、その出力光を増減させる制御を行ったりしてもよい。これらの制御は、超音波探傷装置に含まれる手段のうち、探傷プローブ１の接触状態を検出する動作、および検査者に接触状態の良し悪しを知らせる動作に係る手段を除く一部または全ての手段に対して行うことが望ましい。
【００３８】
ＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＬレベルの場合に、表示部２０７に文字・図形等からなる警告を表示したり、背景色を変更することによって警告を通知したりしてもよい。また、超音波探傷波形の波形整形処理、例えば表示色を変更する等の処理を行ってもよい。ＯＮ／ＯＦＦ制御信号を用いて制御を行う対象の手段は、装置の使用目的や製造コスト等の事情に合わせて適宜選択すればよい。
【００３９】
前述したように、探傷画像メモリ２０３には、探傷プローブ１の接触状態の判断結果を示す情報が探傷データと共に保持されている。ＢスキャンモードやＣスキャンモード等、検査エリアで一通りの探傷走査を行った結果を表示するモードにおいて、探傷プローブ１の接触状態の情報を検査結果と共に表示部２０７に表示してもよい。検査者が探傷プローブ１で被検体３の表面を走査すると、その走査で通過した被検体３の測定位置毎に、得られた探傷データと接触状態の情報とが関連付けられて探傷画像メモリ２０３に格納される。これを利用することにより、接触状態の情報を検査結果に重畳して表示することができる。
【００４０】
図４は、Ｃスキャンモードにおける表示例を示している。表示部２０７において、被検体３の内部に存在する傷部４０５と共に、探傷プローブ１の接触状態不良が発生した測定位置では接触不良部４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ，４０６ｄが表示されている。これによって、探傷プローブ１の接触状態が良好であったか否か、あるいは接触状態が良好でなかった領域はどこであるのか等を検査者が後から確認することができる。したがって、探傷プローブを自動的に走査させる装置と組み合わせて使用する場合等において、再検査の必要性の判断やその位置の特定を容易に行うことができ、効率的に検査を実施することができる。
【００４１】
上述したように、本実施形態による超音波探傷装置は、探傷プローブと被検体の接触状態に基づいて、警告の表示・出力制御や超音波送受信のＯＮ／ＯＦＦ制御等を行うことによって、超音波探傷装置の各部の動作を制御する。これによって、探傷プローブと被検体の接触状態が良好な状態で検査を行うことが可能となるので、探傷プローブの押し付け圧力等、探傷プローブと被検体の接触状態に起因する超音波信号の変動誤差を排除し、検査の信頼性を向上することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態では、垂直探傷用の探傷プローブを使用する場合において、探傷プローブと被検体の境界で発生する反射超音波を用いて探傷プローブの接触状態を検出する方法を説明する。まず、図７を参照し、本実施形態による超音波探傷装置の外観および探傷プローブの構造を説明する。図２と同一の符号を付与したものについては、説明を省略する。探傷プローブ１の構造に関して、第１の実施形態との相違点は、ひずみゲージの代わりに圧電素子１０２と保護膜１０４の間にウェッジ１０６が設けられている点である。
【００４３】
このウェッジ１０６は、探傷プローブ１と被検体３表面の境界面で発生する表面反射波４０７の受信信号と、超音波パルスの送信時に超音波送受信部２０１で検出される信号とを時間的に分離するためのものである。探傷装置２の外観は第１の実施形態と同様である。本実施形態では、受信した表面反射波４０７を利用して探傷プローブ１の接触状態を検出する方法を説明するため、図６の表示部２０７には送信波４０８および被検体３内部の傷部３０１からの反射波４０９の他に表面反射波４１０を敢えて示してある。
【００４４】
次に、図６を参照し、探傷プローブ１および探傷装置２の内部構成を説明する。図１と同一の符号を付与したものについては、説明を省略する。ゲート部２１３は、探傷プローブ１の構造に基づいて予め設定された時間幅で信号を抽出する処理を行う。表面反射ピーク検出部２１４（表面反射波検出手段）は、ゲート部２１３による信号処理の結果に基づいて、表面反射波の超音波信号のピーク振幅（表面反射波のレベル）を計測する。計測の結果は比較部２１５に入力される。
【００４５】
比較部２１５は、予め設定されたしきい値とピーク振幅値とを比較し、ピーク振幅値を２値のデジタル信号に変換する処理を行う。例えば、ピーク振幅値がしきい値以上であった場合にはＨレベル、電圧値がしきい値未満であった場合にはＬレベルのデジタル信号が制御部２１０へ出力される。制御部２１０は、比較部２１５から入力された２値のデジタル信号に基づいて、被検体３に対する探傷プローブ１の接触状態が良好であるか否かを判断する。
【００４６】
制御部２１０は、比較部２１５の出力がＬレベルであった場合には、探傷プローブ１の接触具合が良好であると判断し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号をＨレベルとして出力する。また、制御部２１０は、比較部２１５の出力がＨレベルであった場合には、探傷プローブ１の接触具合が良好でないと判断し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号をＬレベルとして出力する。制御部２１０はこのＯＮ／ＯＦＦ制御信号をピーク検出部２０５および警告部２１１へ出力する。本実施形態では、表面反射波の超音波信号が超音波送受信部２０１で受信されるので、探傷プローブ１の接触状態を検出する機能を停止させないため、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号は超音波送受信部２０１には出力されない。ＯＮ／ＯＦＦ制御信号によるその他の制御は第１の実施形態と同様である。
【００４７】
次に、図８を参照し、探傷プローブ１の接触状態に応じた表示部２０７の表示例を説明する。探傷プローブ１と被検体３の境界面に空気が入り込んだ場合、あるいは押し付け圧力が低い場合に、探傷プローブ１側から見た境界面部分の音響インピーダンスは小さくなる。境界面の内外で音響インピーダンスの差が大きい場合、超音波の反射率は大きくなる。例えば、空気のように音響インピーダンスの極めて小さい媒質と探傷プローブ１の境界面では超音波の全反射が発生する。この性質を利用して探傷プローブ１の接触状態の検出が行われる。
【００４８】
図８（ａ）は、探傷プローブ１の接触状態が良好な場合の表示例を示している。探傷プローブ１の接触状態が良好な場合、境界面での超音波の反射率は小さくなる。つまり、被検体３への超音波の透過率は大きくなる。したがって、表面反射波４１１の振幅は小さく、傷部反射波４１２の振幅は大きくなる。表面反射波４１１が発生している時間領域において、検査者が予め設定したしきい値４１３を表面反射波４１１の振幅が超えたか否かが常時監視される。
【００４９】
図８（ａ）の場合、表面反射波４１１の振幅がしきい値４１３を下回っており、探傷プローブ１の接触状態は良好であると判断される。この場合には、傷部反射波４１２のピーク振幅値４１４が表示部２０７に表示される。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づいた制御によって、ＬＥＤ２１２は消灯している。図８（ｂ）の場合、表面反射波４１１の振幅がしきい値４１３を上回っており、探傷プローブ１の接触状態は良好でないと判断される。この場合のピーク振幅値４１４は、ピーク検出が無効であることを示している。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づいた制御によって、ＬＥＤ２１２が点灯している。
【００５０】
上述したように、本実施形態による超音波探傷装置は、探傷プローブと被検体の接触状態に基づいて、警告の表示・出力制御や超音波送受信のＯＮ／ＯＦＦ制御等を行うことによって、超音波探傷装置の各部の動作を制御する。これによって、探傷プローブと被検体の接触状態が良好な状態で検査を行うことが可能となるので、探傷プローブの押し付け圧力や、探傷プローブと被検体の間の音響整合材の塗布具合等、探傷プローブと被検体の接触状態に起因する超音波信号の変動誤差を排除し、検査の信頼性を向上することができる。また、被検体の底面エコーを用いた従来の方法と比較して、接触状態の検出精度が被検体の寸法や音速に左右されないという点で効果的である。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態では、斜角探傷用の探傷プローブを使用する場合において、探傷プローブと被検体の境界で発生する反射超音波を用いて探傷プローブの接触状態を検出する方法を説明する。まず、図１０を参照し、本実施形態による超音波探傷装置の外観および探傷プローブの構造を説明する。図７と同一の符号を付与したものについては説明を省略する。探傷プローブ１の構造に関して、第２の実施形態との相違点は、探傷プローブ１が斜角探傷プローブである点と、ウェッジの代わりに、探傷プローブ１と外部媒体（被検体３）の境界面で発生する表面反射波４１５を検出するための圧電素子１０７（第２の超音波振動子）が設けられている点である。
【００５２】
探傷プローブ１が斜角探傷プローブであるため、超音波が被検体３の表面に対して斜めに入射するような形状のクサビ１０８が設けられている。圧電素子１０７は、表面反射波４１５が入射するように、圧電素子１０２（第１の超音波振動子）に対してクサビ１０８の反対側の側面に設置されている。圧電素子１０７は、吸音材１０９によって被覆されている。探傷装置２の外観は第１および第２の実施形態と同様である。
【００５３】
次に、図９を参照し、探傷プローブ１および探傷装置２の内部構成を説明する。図６と同一の符号を付与したものについては、説明を省略する。超音波受信部２１６は圧電素子１０７によって電圧に変換された表面反射波の超音波信号（探傷信号）を受信する。信号切り替え部２１７は、超音波送受信部２０１の出力信号と超音波受信部２１６の出力信号とを切り替えて入力し、信号処理部２０２へ出力する。信号処理部２０２およびその後段の各手段の動作は、前述した動作と同様である。これによって、図１０に示されるように、被検体３内部の傷部３０１からの反射波４１６と表面反射波４１７を表示部２０７に表示することができる。
【００５４】
超音波受信部２１６から出力された表面反射波の超音波信号はゲート部２１８にも入力される。ゲート部２１８は、探傷プローブ１の構造に基づいて予め設定された時間幅で信号を抽出する処理を行う。表面反射ピーク検出部２１９（表面反射波検出手段）は、ゲート部２１８による信号処理の結果に基づいて、表面反射波の超音波信号のピーク振幅（表面反射波のレベル）を計測する。計測の結果は比較部２２０に入力される。
【００５５】
比較部２２０は、予め設定されたしきい値とピーク振幅値とを比較し、ピーク振幅値を２値のデジタル信号に変換する処理を行う。例えば、ピーク振幅値がしきい値以上であった場合にはＨレベル、電圧値がしきい値未満であった場合にはＬレベルのデジタル信号が制御部２１０へ出力される。制御部２１０は、比較部２２０から入力された２値のデジタル信号に基づいて、被検体３に対する探傷プローブ１の接触状態が良好であるか否かを判断する。
【００５６】
第２の実施形態と同様に制御部２１０は、比較部２２０の出力がＬレベルであった場合には、探傷プローブ１の接触具合が良好であると判断し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号をＨレベルとして出力する。また、制御部２１０は、比較部２２０の出力がＨレベルであった場合には、探傷プローブ１の接触具合が良好でないと判断し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号をＬレベルとして出力する。制御部２１０はこのＯＮ／ＯＦＦ制御信号を超音波送受信部２０１、ピーク検出部２０５、および警告部２１１へ出力する。本実施形態では探傷プローブ１の接触状態を検出する機能を停止させないため、超音波送受信部２０１では高電圧パルスを出力する機能は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号によって制御されない。しかし、消費電力の低減のため、超音波信号を受信する機能のＯＮ／ＯＦＦは、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号によって制御される。ＯＮ／ＯＦＦ制御信号によるその他の制御は第１の実施形態と同様である。
【００５７】
上述したように、本実施形態による超音波探傷装置は、探傷プローブと被検体の接触状態に基づいて、警告の表示・出力制御や超音波受信のＯＮ／ＯＦＦ制御等を行うことによって、超音波探傷装置の各部の動作を制御する。これによって、探傷プローブと被検体の接触状態が良好な状態で検査を行うことが可能となるので、探傷プローブの押し付け圧力や、探傷プローブと被検体の間の音響整合材の塗布具合等、探傷プローブと被検体の接触状態に起因する超音波信号の変動誤差を排除し、検査の信頼性を向上することができる。また、被検体の底面エコーを検出することができない斜角探傷プローブでも適用することができるという点で効果的である。
【００５８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第１の実施形態では、本発明を垂直探傷用の探傷プローブに適用した例を説明したが、斜角探傷用の探傷プローブに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の外観および探傷プローブの断面構造を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による探傷プローブの部分平面構造を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による超音波探傷信号の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態において、接触状態不良の表示例を示す参考図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置の内部構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置の外観および探傷プローブの断面構造を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態において、探傷プローブの接触状態に応じた表示例を示す参考図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置の内部構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置の外観および探傷プローブの断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・探傷プローブ、２・・・探傷装置、３・・・被検体、４・・・ケーブル、１０１・・・ケース、１０２，１０７・・・圧電素子、１０３・・・ダンパー、１０４・・・保護膜、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ・・・ひずみゲージ、１０６・・・ウェッジ、１０８・・・クサビ、１０９・・・吸音材、２０１・・・超音波送受信部、２０２・・・信号処理部、２０３・・・探傷画像メモリ、２０４，２１３，２１８・・・ゲート部、２０５・・・ピーク検出部、２０６・・・合成部、２０７・・・表示部、２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ・・・検出部、２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃ，２１５，２２０・・・比較部、２１０・・・制御部、２１１・・・警告部、２１２・・・ＬＥＤ、２１４，２１９・・・表面反射ピーク検出部、２１６・・・超音波受信部、２１７・・・信号切り替え部
【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】
2007132683.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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