(57)【要約】【課題】検査対象物を迂回して超音波受信装置に到達する回折波を抑制することで、検査対象物の端部の検査を精度よく行う。【解決手段】送信側超音波遮蔽キャップ１４は、超音波送信面１２の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波送信面１２の周囲より鋼板３２の表面端部３２ａへ全周に渡って突出して設けられている。受信側超音波遮蔽キャップ２４は、超音波受信面２２の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波受信面２２の周囲より鋼板３４の裏面端部３４ｂへ全周に渡って突出して設けられている。送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４により、超音波送信面１２から送信された超音波が検査対象物３０を迂回して超音波受信面２２に回折波として到達するのを抑制することができる。【選択図】図１
2012112851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の表面端部と対向配置される超音波送信面であって、超音波を検査対象物の表面端部へ送信する超音波送信面を含む超音波送信装置と、
検査対象物を介して超音波送信面と対向するよう検査対象物の裏面端部と対向配置される超音波受信面であって、超音波送信面から送信され且つ検査対象物中を透過した超音波を受信する超音波受信面を含む超音波受信装置と、
を備える超音波検査装置であって、
超音波送信装置は、超音波送信面の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波送信面の周囲より検査対象物の表面端部へ全周に渡って突出し、超音波送信面から検査対象物の表面端部へ超音波を空中伝搬させるための貫通穴が超音波送信面側の端部から検査対象物の表面側の端部にかけて形成された送信側超音波遮蔽部材であって、超音波送信面から送信された超音波が検査対象物を迂回して超音波受信面に到達するのを抑制するための送信側超音波遮蔽部材をさらに含む、超音波検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査装置であって、
超音波送信面は、検査対象物中に焦点が位置する凹曲面形状であり、
送信側超音波遮蔽部材に形成された貫通穴の直径は、検査対象物の表面側が超音波送信面側より小さい、超音波検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波検査装置であって、
送信側超音波遮蔽部材の音響インピーダンスが検査対象物の音響インピーダンスより小さい、超音波検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の超音波検査装置であって、
超音波受信装置は、超音波受信面の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波受信面の周囲より検査対象物の裏面端部へ全周に渡って突出し、検査対象物の裏面端部から超音波受信面へ超音波を空中伝搬させるための貫通穴が超音波受信面側の端部から検査対象物の裏面側の端部にかけて形成された受信側超音波遮蔽部材であって、超音波送信面から送信された超音波が検査対象物を迂回して超音波受信面に到達するのを抑制するための受信側超音波遮蔽部材をさらに含む、超音波検査装置。
【請求項５】
検査対象物の表面端部と対向配置される超音波送信面であって、超音波を検査対象物の表面端部へ送信する超音波送信面を含む超音波送信装置と、
検査対象物を介して超音波送信面と対向するよう検査対象物の裏面端部と対向配置される超音波受信面であって、超音波送信面から送信され且つ検査対象物中を透過した超音波を受信する超音波受信面を含む超音波受信装置と、
を備える超音波検査装置であって、
超音波受信装置は、超音波受信面の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波受信面の周囲より検査対象物の裏面端部へ全周に渡って突出し、検査対象物の裏面端部から超音波受信面へ超音波を空中伝搬させるための貫通穴が超音波受信面側の端部から検査対象物の裏面側の端部にかけて形成された受信側超音波遮蔽部材であって、超音波送信面から送信された超音波が検査対象物を迂回して超音波受信面に到達するのを抑制するための受信側超音波遮蔽部材をさらに含む、超音波検査装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の超音波検査装置であって、
超音波受信面は、検査対象物中に焦点が位置する凹曲面形状であり、
受信側超音波遮蔽部材に形成された貫通穴の直径は、検査対象物の裏面側が超音波受信面側より小さい、超音波検査装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１に記載の超音波検査装置であって、
受信側超音波遮蔽部材の音響インピーダンスが検査対象物の音響インピーダンスより小さい、超音波検査装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載の超音波検査装置であって、
検査対象物は、第１板状部材と第２板状部材が端部において接着層を介して接合されており、
超音波送信面は、第１板状部材の表面端部と対向配置され、超音波を第１板状部材を介して接着層へ送信し、
超音波受信面は、第１板状部材と接着層と第２板状部材を介して超音波送信面と対向するよう第２板状部材の裏面端部と対向配置され、超音波送信面から送信され且つ第１板状部材と接着層と第２板状部材を透過した超音波を受信する、超音波検査装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載の超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、
検査対象物に対する超音波透過位置を２次元的に移動走査しながら、超音波送信装置から送信され且つ検査対象物中を透過した超音波を超音波受信装置で受信し、
超音波受信装置で受信された、各超音波透過位置に対応する超音波の振幅に基づいて、検査対象物の検査を行う、超音波検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて検査対象物の検査を行う超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の非破壊評価を行うための手段として、放射線や電磁気、超音波等を利用した手法が用途に合わせて利用されている。その中でも超音波は、人体への影響が少なく、材料内部の検査が行えるため、生産現場等において導入しやすい方法として広く活用されている。
【０００３】
しかし、超音波を固体材料内へ入射し、固体材料内からの超音波を受信するためには、従来は、材料と超音波センサ間に水やジェル等のカップリング剤を用いなければならなかった。そのため、製造ライン中の検査であっても、検査対象物全体を水に浸したり（水浸法）、超音波センサと検査対象物間のみに水を吹きかけたり（部分水浸法）する必要があり、その適用は一部に鉄鋼ライン等に限られていた。
【０００４】
近年、空中に強力な超音波を伝搬させ材料内へ入射し、材料内を伝搬した後、材料から漏洩する超音波を感度よく受信できる空中超音波センサが開発された（空中超音波法に関する下記特許文献１〜６参照）。空中では高周波ほど減衰が大きいため、水浸法等で利用できる周波数帯（１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ）よりも低い周波数帯に制限されるが、検査分解能を向上させるためにできるだけ高い周波数帯を用いることが望ましく、開発されている空中超音波センサの周波数帯は５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度となっている。水浸法ほどの高い空間分解能は期待できないものの、非接触で検査が可能となるため、ライン中での全数検査への適用が十分期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２８９６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５９８７号公報
【特許文献３】特許第４１２０９６９号公報
【特許文献４】特開２００６−１３８８１８号公報
【特許文献５】特開２００９−１５０６９２号公報
【特許文献６】特開２０１０−２５８１７号公報
【特許文献７】特開平８−２１８９２号公報
【特許文献８】特許第３４８４０３１号公報
【特許文献９】特許第３０３６６３２号公報
【特許文献１０】特開平８−３１３５０２号公報
【特許文献１１】特開昭６４−７３２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波を用いて検査対象物の検査を行う手法として、例えば特許文献１のように、検査対象物の表面側に配置された超音波送信装置から超音波を送信し、検査対象物中を透過した超音波を検査対象物の裏面側に配置された超音波受信装置で受信する透過法がある。しかし、透過法により検査対象物の端部の検査を行う場合は、超音波受信装置で受信される超音波には、検査対象物中を透過して超音波受信装置に到達する透過波だけでなく、検査対象物を迂回して超音波受信装置に到達する回折波も存在する。この回折波は、透過波とほぼ同時刻に超音波受信装置で受信され、さらに、超音波送信装置及び超音波受信装置を検査対象物の側面に近づけるほど、超音波受信装置での受信レベルが大きくなりやすい。検査対象物の端部の検査を精度よく行うためには、検査対象物中を透過して超音波受信装置に到達する透過波の振幅を超音波受信装置での受信信号から精度よく検出する必要があり、そのためには、検査対象物を迂回して超音波受信装置に到達する回折波を抑制することが望ましい。
【０００７】
本発明は、検査対象物を迂回して超音波受信装置に到達する回折波を抑制することで、検査対象物の端部の検査を精度よく行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超音波検査装置及び超音波検査方法は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明に係る超音波検査装置は、検査対象物の表面端部と対向配置される超音波送信面であって、超音波を検査対象物の表面端部へ送信する超音波送信面を含む超音波送信装置と、検査対象物を介して超音波送信面と対向するよう検査対象物の裏面端部と対向配置される超音波受信面であって、超音波送信面から送信され且つ検査対象物中を透過した超音波を受信する超音波受信面を含む超音波受信装置と、を備える超音波検査装置であって、超音波送信装置は、超音波送信面の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波送信面の周囲より検査対象物の表面端部へ全周に渡って突出し、超音波送信面から検査対象物の表面端部へ超音波を空中伝搬させるための貫通穴が超音波送信面側の端部から検査対象物の表面側の端部にかけて形成された送信側超音波遮蔽部材であって、超音波送信面から送信された超音波が検査対象物を迂回して超音波受信面に到達するのを抑制するための送信側超音波遮蔽部材をさらに含むことを要旨とする。
【００１０】
本発明の一態様では、超音波送信面は、検査対象物中に焦点が位置する凹曲面形状であり、送信側超音波遮蔽部材に形成された貫通穴の直径は、検査対象物の表面側が超音波送信面側より小さいことが好適である。
【００１１】
本発明の一態様では、送信側超音波遮蔽部材の音響インピーダンスが検査対象物の音響インピーダンスより小さいことが好適である。
【００１２】
本発明の一態様では、超音波受信装置は、超音波受信面の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波受信面の周囲より検査対象物の裏面端部へ全周に渡って突出し、検査対象物の裏面端部から超音波受信面へ超音波を空中伝搬させるための貫通穴が超音波受信面側の端部から検査対象物の裏面側の端部にかけて形成された受信側超音波遮蔽部材であって、超音波送信面から送信された超音波が検査対象物を迂回して超音波受信面に到達するのを抑制するための受信側超音波遮蔽部材をさらに含むことが好適である。
【００１３】
また、本発明に係る超音波検査装置は、検査対象物の表面端部と対向配置される超音波送信面であって、超音波を検査対象物の表面端部へ送信する超音波送信面を含む超音波送信装置と、検査対象物を介して超音波送信面と対向するよう検査対象物の裏面端部と対向配置される超音波受信面であって、超音波送信面から送信され且つ検査対象物中を透過した超音波を受信する超音波受信面を含む超音波受信装置と、を備える超音波検査装置であって、超音波受信装置は、超音波受信面の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波受信面の周囲より検査対象物の裏面端部へ全周に渡って突出し、検査対象物の裏面端部から超音波受信面へ超音波を空中伝搬させるための貫通穴が超音波受信面側の端部から検査対象物の裏面側の端部にかけて形成された受信側超音波遮蔽部材であって、超音波送信面から送信された超音波が検査対象物を迂回して超音波受信面に到達するのを抑制するための受信側超音波遮蔽部材をさらに含むことを要旨とする。
【００１４】
本発明の一態様では、超音波受信面は、検査対象物中に焦点が位置する凹曲面形状であり、受信側超音波遮蔽部材に形成された貫通穴の直径は、検査対象物の裏面側が超音波受信面側より小さいことが好適である。
【００１５】
本発明の一態様では、受信側超音波遮蔽部材の音響インピーダンスが検査対象物の音響インピーダンスより小さいことが好適である。
【００１６】
本発明の一態様では、検査対象物は、第１板状部材と第２板状部材が端部において接着層を介して接合されており、超音波送信面は、第１板状部材の表面端部と対向配置され、超音波を第１板状部材を介して接着層へ送信し、超音波受信面は、第１板状部材と接着層と第２板状部材を介して超音波送信面と対向するよう第２板状部材の裏面端部と対向配置され、超音波送信面から送信され且つ第１板状部材と接着層と第２板状部材を透過した超音波を受信することが好適である。
【００１７】
また、本発明に係る超音波検査方法は、本発明に係る超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、検査対象物に対する超音波透過位置を２次元的に移動走査しながら、超音波送信装置から送信され且つ検査対象物中を透過した超音波を超音波受信装置で受信し、超音波受信装置で受信された、各超音波透過位置に対応する超音波の振幅に基づいて、検査対象物の検査を行うことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検査対象物の端部の検査を行う場合に、超音波送信面から送信された超音波が検査対象物を迂回して超音波受信面に回折波として到達するのを抑制することができるので、検査対象物中を透過して超音波受信面に到達する透過波の振幅を超音波受信面での受信信号から精度よく検出することができる。その結果、検査対象物の端部の検査を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の概略構成を示す図である。
【図４】超音波送信面から超音波受信面までにおける超音波の伝搬経路を説明する図である。
【図５】回折波の影響を調べるための超音波の測定条件を説明する図である。
【図６】鋼板を挟んで超音波送信センサ及び超音波受信センサを正対させた場合に超音波受信面で受信された超音波信号の波形を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の他の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の他の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る超音波検査装置において超音波受信面で受信された超音波信号の波形を示す図である。
【図１０】超音波送信面及び超音波受信面の中心軸を移動させた場合に超音波受信面で受信された超音波信号の振幅の変化を示す図である。
【図１１】検査対象物の一例を示す図である。
【図１２Ａ】超音波遮蔽キャップがない場合に各超音波透過位置に対応する超音波信号の振幅分布を画像化した結果を示す図である。
【図１２Ｂ】超音波遮蔽キャップがある場合に各超音波透過位置に対応する超音波信号の振幅分布を画像化した結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る超音波検査装置を用いた、鋼板同士の接着層による密着性の評価方法の一例を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の他の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２１】
図１〜３は本発明の実施形態に係る超音波検査装置の概略構成を示す図であり、図１は装置全体の概略構成を示し、図２，３は超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０の概略構成を示す。本実施形態に係る超音波検査装置は、超音波送信センサ１０と、超音波受信センサ２０と、走査装置４０と、超音波信号供給部４１と、信号処理部４２と、画像処理部４４と、表示装置４６と、検査判定部４８と、を備える。
【００２２】
検査対象物３０は、板状部材である鋼板３２，３４と、鋼板３２，３４同士を端部において接合するための接着層３６とを含んで構成され、鋼板３２の裏面端部３２ｂと鋼板３４の表面端部３４ａが接着層３６を介して接合されている。鋼板３２，３４間における接着層３６が設けられていない領域は空隙となっている。以下の説明では、本実施形態に係る超音波検査装置を用いた検査対象物３０の検査の適用例として、鋼板３２，３４の接着層３６による密着性を評価する場合について説明する。
【００２３】
超音波送信センサ１０は、鋼板３２を介して接着層３６と対向するよう検査対象物３０（鋼板３２）の表面端部３２ａと対向配置される超音波送信面１２と、送信側超音波遮蔽キャップ１４とを含んで構成される。超音波送信面１２は、例えば圧電素子等により構成することが可能である。超音波送信センサ１０には、超音波信号供給部４１からの超音波信号が供給される。超音波送信センサ１０は、超音波信号供給部４１から供給された超音波信号に基づいて、超音波送信面１２から超音波を鋼板３２の表面端部３２ａへ送信する。超音波送信面１２から送信された超音波は、図１の矢印６１に示すように、空中を伝搬して鋼板３２の表面端部３２ａに入射する。鋼板３２の表面端部３２ａに入射した超音波は、図１の矢印６２に示すように、鋼板３２を透過して接着層３６に到達し、さらに、接着層３６及び鋼板３４を透過して検査対象物３０（鋼板３４）の裏面側に到達する。図１に示す例では、超音波送信センサ１０はフォーカス型センサであり、超音波送信面１２は、検査対象物３０中（接着層３６）に焦点３８が位置する凹曲面形状であり、超音波送信面１２から送信された超音波は、焦点３８（接着層３６）へ集束する。なお、送信側超音波遮蔽キャップ１４の構成の説明については後述する。
【００２４】
超音波受信センサ２０は、検査対象物３０（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を介して超音波送信面１２と対向するよう検査対象物３０（鋼板３４）の裏面端部３４ｂと対向配置される超音波受信面２２と、受信側超音波遮蔽キャップ２４とを含んで構成される。超音波受信面２２も、例えば圧電素子等により構成することが可能である。検査対象物３０（鋼板３４）の裏面側に到達した超音波は、図１の矢印６３に示すように、空中を伝搬して超音波受信面２２に到達する。超音波受信センサ２０は、超音波送信面１２から送信され且つ検査対象物３０（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を透過した超音波を超音波受信面２２で受信する。図１に示す例では、超音波受信センサ２０もフォーカス型センサであり、超音波受信面２２も、検査対象物３０中（接着層３６）に焦点３８が位置する凹曲面形状であり、焦点３８に集束した超音波は、超音波受信面２２全体に拡散して到達する。なお、受信側超音波遮蔽キャップ２４の構成の説明については後述する。
【００２５】
走査装置４０は、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０（超音波送信面１２及び超音波受信面２２）を、鋼板３２，３４の板面方向と平行に２次元的に移動走査させる。これによって、検査対象物３０に対して超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８を鋼板３２，３４の板面方向と平行に２次元的に移動走査させることができ、検査対象物３０に対する超音波透過位置（密着性評価位置）を鋼板３２，３４の板面方向と平行に２次元的に移動走査させることができる。鋼板３２，３４の接着層３６による密着性を評価する際には、走査装置４０により検査対象物３０に対する超音波透過位置を２次元的に移動走査しながら、超音波送信装置１０から超音波を送信し、検査対象物３０中を透過した超音波を超音波受信装置２０で受信する。その際に、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０をフォーカス型センサとすることで、検査対象物３０に対する密着性評価位置の空間分解能を向上させることが可能となる。
【００２６】
信号処理部４２は、超音波受信センサ２０（超音波受信面２２）で受信された、各超音波透過位置（密着性評価位置）に対応する超音波信号の振幅を検出する。画像処理部４４は、信号処理部４２で検出された超音波信号の振幅を、各超音波透過位置と対応付けて２次元面に画像化し、その２次元画像を表示装置４６に表示させる。検査判定部４８は、信号処理部４２で検出された、各超音波透過位置に対応する超音波信号の振幅に基づいて、鋼板３２，３４の接着層３６による密着性を評価することで、検査対象物３０の検査を行う。例えば鋼板３２（あるいは鋼板３４）と接着層３６との界面に剥離がある場合は、剥離が無い場合と比較して、検査対象物３０（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を透過して超音波受信面２２で受信される超音波信号のレベルが低下する。したがって、超音波受信面２２で受信された、各超音波透過位置に対応する超音波の振幅を調べることで、鋼板３２，３４の接着層３６による密着性を評価することが可能となる。
【００２７】
鋼板３２，３４端部での接着層３６による密着性を評価する場合は、超音波送信面１２から超音波を鋼板３２の表面端部３２ａへ向けて送信し、鋼板３４の裏面端部３４ｂからの超音波を超音波受信面２２で受信する。その際に、超音波送信センサ１０（フォーカス型センサ）から送信される超音波エネルギーのほとんどは、図４の矢印６１，６２に示すように、焦点３８に向かって集束するが、一部は、図４の矢印６４に示すように、センサより広がる方向に空中を伝搬する回折波となり、図４の矢印６５，６６に示すように、検査対象物３０を迂回して超音波受信面２２に到達する。その結果、超音波受信面２２で受信される超音波には、図４の矢印６１〜６３に示すように、検査対象物３０中（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を透過して超音波受信面２２に到達する透過波だけでなく、実際には、図４の矢印６４〜６６に示すように、検査対象物３０（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を迂回して超音波受信面２２に到達する回折波も存在する。この回折波は、透過波とほぼ同時刻に超音波受信面２２で受信され、さらに、超音波送信面１２及び超音波受信面２２を検査対象物３０の側面（鋼板３２，３４の側面３２ｃ，３４ｃ）に近づけるほど、超音波受信面２２での受信レベルが大きくなりやすい。鋼板３２，３４端部での接着層３６による密着性を精度よく評価するためには、検査対象物３０中を透過して超音波受信面２２に到達する透過波の振幅を超音波受信面２２での受信信号から精度よく検出する必要があり、そのためには、検査対象物３０を迂回して超音波受信面２２に到達する回折波を抑制することが望ましい。特に、検査対象物３０が鋼板３２と接着層３６と鋼板３４のような３層構造では、その領域を透過する超音波のエネルギーが非常に小さくなるため、超音波受信面２２での受信信号にわずかなエネルギーの回折波が混入しても、密着性評価に大きな影響を与えることになる。
【００２８】
図５に示すように、検査対象物３０として一枚の鋼板３３（ＳＰＣ２７０、厚さ０．８ｍｍ）を挟んで、フォーカス型センサである超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０（ただし送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４は設けていない）を鋼板３３と垂直に４０ｍｍの距離で正対させた場合に、超音波受信面２２で受信された超音波信号の波形を図６に示す。鋼板３３の側面（端面）３３ｃから超音波送信面１２及び超音波受信面２２の中心軸までの距離Ｌが２０ｍｍの場合は、図６下の波形に示すように、鋼板３３を迂回する回折波の影響をほとんど受けず、鋼板３３中を透過する透過波を超音波受信面２２での受信信号から検出することが可能である。しかし、鋼板３３の側面（端面）３３ｃからの距離Ｌが５ｍｍの場合は、図６上の波形に示すように、回折波の影響が非常に大きく、信号処理部４２の飽和電圧（２Ｖ）を超える電圧が測定され、鋼板３３中を透過する透過波を超音波受信面２２での受信信号から検出することは困難である。
【００２９】
そこで、本実施形態では、超音波送信面１２から送信された超音波が検査対象物３０を迂回して超音波受信面２２に回折波として到達するのを抑制するために、送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４を超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０にそれぞれ設けている。以下、超音波を遮蔽するための送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４の構成例について説明する。
【００３０】
図１〜３に示すように、送信側超音波遮蔽キャップ１４は、超音波送信面１２の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波送信面１２の周囲より検査対象物３０（鋼板３２）の表面端部３２ａへ全周に渡って突出して設けられており、超音波送信面１２から鋼板３２の表面端部３２ａへ超音波を空中伝搬させるための貫通穴１４ｃが超音波送信面１２側の端部から鋼板３２の表面側の端部にかけて形成されている。送信側超音波遮蔽キャップ１４の先端面１４ｂと検査対象物３０（鋼板３２）の表面端部３２ａとの間には、僅かな（例えば３〜４ｍｍ程度の）空隙が形成される。あるいは、送信側超音波遮蔽キャップ１４の先端面１４ｂを鋼板３２の表面端部３２ａに接触させることも可能である。
【００３１】
広がる回折波成分を抑えて焦点３８へ集束する成分のみを超音波受信面２２から精度よく取り出すためには、送信側超音波遮蔽キャップ１４の厚さを厚くすることで、送信側超音波遮蔽キャップ１４中での超音波の減衰量を増加させることが好ましい。さらに、送信側超音波遮蔽キャップ１４の貫通穴１４ｃの内周面１４ａを、焦点３８へ集束する成分を遮らないように、超音波送信面１２の外周と焦点３８とを結ぶ円錐面１２ａより外周側に配置するとともに、円錐面１２ａと内周面１４ａとの距離を短くすることが好ましい。そのためには、送信側超音波遮蔽キャップ１４の内径（貫通穴１４ｃの直径）は、検査対象物３０（鋼板３２）の表面側（図１，３の下側）が超音波送信面１２側（図１，３の上側）より小さいことが好ましい。その際には、例えば図１〜３に示すように、超音波送信面１２側から検査対象物３０の表面側へ向かうにつれて、送信側超音波遮蔽キャップ１４の内径（貫通穴１４ｃの直径）を段階的に小さくすることも可能であるし、例えば図７，８に示すように、内周面１４ａを円錐面１２ａに近接配置するように、超音波送信面１２側から検査対象物３０の表面側へ向かうにつれて、送信側超音波遮蔽キャップ１４の内径（貫通穴１４ｃの直径）を徐々に小さくすることも可能である。なお、図１〜３に示す例では、送信側超音波遮蔽キャップ１４の厚さは、検査対象物３０の表面側が超音波送信面１２側より厚く、図７に示す例では、送信側超音波遮蔽キャップ１４の厚さは、超音波送信方向（鋼板３２，３４の板面と垂直方向）に関して一定であり、図８に示す例では、超音波送信面１２側から検査対象物３０の表面側へ向かうにつれて、送信側超音波遮蔽キャップ１４の厚さが徐々に厚くなる。
【００３２】
また、広がった回折波成分が送信側超音波遮蔽キャップ１４の内部（内周面１４ａ）で多重反射するとノイズの原因となる。回折波の内周面１４ａでの多重反射を抑えるためには、送信側超音波遮蔽キャップ１４の音響インピーダンスは、検査対象物３０（鋼板３２，３４）の音響インピーダンスより低いことが好ましい。例えば、送信側超音波遮蔽キャップ１４の素材を、金属材料に比べて音響インピーダンスの低い樹脂製（例えばポリアセタール等）やゴム製とすることが可能である。
【００３３】
図１〜３に示すように、受信側超音波遮蔽キャップ２４は、超音波受信面２２の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波受信面２２の周囲より検査対象物３０（鋼板３４）の裏面端部３４ｂへ全周に渡って突出して設けられており、超音波受信面２２から鋼板３４の裏面端部３４ｂへ超音波を空中伝搬させるための貫通穴２４ｃが超音波受信面２２側の端部から鋼板３４の裏面側の端部にかけて形成されている。受信側超音波遮蔽キャップ２４の先端面２４ｂと検査対象物３０（鋼板３４）の表面端部３４ｂとの間には、僅かな（例えば３〜４ｍｍ程度の）空隙が形成される。あるいは、受信側超音波遮蔽キャップ２４の先端面２４ｂを鋼板３４の表面端部３４ｂに接触させることも可能である。
【００３４】
検査対象物３０を迂回する回折波成分を抑えて焦点３８から拡散する成分のみを超音波受信面２２から精度よく取り出すためには、受信側超音波遮蔽キャップ２４の厚さを厚くすることで、受信側超音波遮蔽キャップ２４中での超音波の減衰量を増加させることが好ましい。さらに、受信側超音波遮蔽キャップ２４の貫通穴２４ｃの内周面２４ａを、焦点３８から拡散する成分を遮らないように、超音波受信面２２の外周と焦点３８とを結ぶ円錐面２２ａより外周側に配置するとともに、円錐面２２ａと内周面２４ａとの距離を短くすることが好ましい。そのためには、受信側超音波遮蔽キャップ２４の内径（貫通穴２４ｃの直径）は、検査対象物３０（鋼板３４）の裏面側（図１，３の上側）が超音波受信面２２側（図１，３の下側）より小さいことが好ましい。その際には、例えば図１〜３に示すように、超音波受信面２２側から検査対象物３０の裏面側へ向かうにつれて、受信側超音波遮蔽キャップ２４の内径（貫通穴２４ｃの直径）を段階的に小さくすることも可能であるし、例えば図７，８に示すように、内周面２４ａを円錐面２２ａに近接配置するように、受音波送信面２２側から検査対象物３０の裏面側へ向かうにつれて、受信側超音波遮蔽キャップ２４の内径（貫通穴２４ｃの直径）を徐々に小さくすることも可能である。なお、図１〜３に示す例では、受信側超音波遮蔽キャップ２４の厚さは、検査対象物３０の裏面側が超音波受信面２２側より厚く、図７に示す例では、受信側超音波遮蔽キャップ２４の厚さは、超音波受信方向（鋼板３２，３４の板面と垂直方向）に関して一定であり、図８に示す例では、超音波受信面２２側から検査対象物３０の裏面側へ向かうにつれて、受信側超音波遮蔽キャップ２４の厚さが徐々に厚くなる。
【００３５】
また、超音波が受信側超音波遮蔽キャップ２４の内部（内周面２４ａ）で多重反射するとノイズの原因となる。超音波の内周面２４ａでの多重反射を抑えるためには、受信側超音波遮蔽キャップ２４の音響インピーダンスも、検査対象物３０（鋼板３２，３４）の音響インピーダンスより低いことが好ましい。例えば、受信側超音波遮蔽キャップ２４の素材も、金属材料に比べて音響インピーダンスの低い樹脂製（例えばポリアセタール等）やゴム製とすることが可能である。
【００３６】
図１〜３に示す構成の送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４がそれぞれ取り付けられた超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を、図５に示す鋼板３３を挟んで正対させた場合に、超音波受信面２２で受信された超音波信号の波形を図９に示す。超音波の測定の際には、超音波送信センサ１０と超音波受信センサ２０との距離を４０ｍｍとし、送信側超音波遮蔽キャップ１４の先端面１４ｂと鋼板３３の表面との距離、及び受信側超音波遮蔽キャップ２４の先端面２４ｂと鋼板３３の裏面との距離を約３．５ｍｍとしている。図９は、鋼板３３の側面（端面）３３ｃから超音波送信面１２及び超音波受信面２２の中心軸までの距離Ｌが５ｍｍ、２０ｍｍの場合における波形に加えて、比較対象のため、送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４が設けられていない場合（距離Ｌが２０ｍｍ）における波形（図６下の波形と同じ）も示している。
【００３７】
距離Ｌが２０ｍｍのときの波形は、超音波遮蔽キャップ１４，２４がある場合（図９中央）とない場合（図９下）とでほぼ同じであり、検査対象物３０を透過する波形に超音波遮蔽キャップ１４，２４が影響しないことが示された。また、超音波遮蔽キャップ１４，２４がある場合において、距離Ｌが５ｍｍのときの波形（図９上）と距離Ｌが２０ｍｍのときの波形（図９中央）とでは、約１４０μｓ辺りにある最初の波形は、よく似た波形で得られた。しかし、距離Ｌが５ｍｍのときは、その後の波形は、非常に乱れたものとなっていた。これは、距離Ｌが５ｍｍのときは、超音波遮蔽キャップ１４，２４があっても、回折波が測定されたことを示している。しかし、超音波遮蔽キャップ１４，２４がない場合（図６上の波形）と比べて、回折波が大きく減少しているため、最初に到達する透過波の波形を検出することができた。
【００３８】
次に、鋼板３３の側面（端面）３３ｃを位置ｘ＝０ｍｍとし、超音波送信面１２及び超音波受信面２２の中心軸を、鋼板３３内側へ２０ｍｍ（ｘ＝−２０ｍｍ）の位置から鋼板３３外側へ５ｍｍ（ｘ＝５ｍｍ）の位置まで０．５ｍｍピッチで移動させた場合に、超音波受信面２２で受信された超音波信号の振幅の変化を図１０に示す。図１０は、１２０μｓから１５０μｓ間の測定波形の振幅最大値の変化を示しており、縦軸は２Ｖを基準（０ｄＢ）としてデシベル表示している。図１０の左端（ｘ＝−２０ｍｍ）の振幅値が図９中央及び下の波形の振幅に対応する。図１０に示すように、超音波遮蔽キャップ１４，２４がない場合は、鋼板３３の端面３３ｃから約１０ｍｍ（ｘ＝−１０ｍｍ）まで回折波の影響を顕著に受けており、鋼板３３の端面３３ｃから１０ｍｍ〜１５ｍｍ間（ｘ＝−１０ｍｍ〜ｘ＝−１５ｍｍ）では、回折波と透過波との干渉によって起こると考えられる振幅変動が現れた。一方、超音波遮蔽キャップ１４，２４がある場合は、鋼板３３の端面３３ｃから３ｍｍ（ｘ＝−３ｍｍ）程度まで回折波の影響を受け、鋼板３３の端面３３ｃから３ｍｍ〜６ｍｍ間（ｘ＝−３ｍｍ〜ｘ＝−６ｍｍ）に干渉による振幅変動が見られるものの、超音波遮蔽キャップ１４，２４がない場合と比べて回折波の影響を大きく抑えることができた。
【００３９】
次に、鋼板３２，３４端部に接着層３６がある検査対象物３０を作製し、この検査対象物３０を挟んで超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を正対させた場合に、超音波受信面２２で受信された超音波信号の振幅分布の画像化を行った。検査対象物３０は、板厚０．８ｍｍの鋼板３２，３４（ＳＰＣ２７０）を両面テープ（接着層）３６で張り合わせた構造とした。図１１に、鋼板３２，３４の張り合わせの前に両面テープ（接着層）３６を設置した状態と各部の寸法を示す。
【００４０】
検査対象物３０に対する超音波透過位置（密着性評価位置）を走査装置４０により２次元的に移動走査させた場合に、各超音波透過位置に対応する超音波信号の振幅分布を画像処理部４４により画像化した結果を図１２Ａ，１２Ｂに示す。図１２Ａは超音波遮蔽キャップ１４，２４がない場合の振幅分布の画像を表し、図１２Ｂは超音波遮蔽キャップ１４，２４がある場合の振幅分布の画像を表す。図１２Ａ，１２Ｂでは、振幅最大値となる２Ｖを基準（０ｄＢ）としてデシベル表示しており、−２０ｄＢから−４０ｄＢを濃淡で示し、濃いほど振幅が大きい。また、図１２Ａ，１２Ｂ中の白破線は、検査対象物３０（鋼板３２，３４）の側面（端面）３２ｃ，３４ｃ（図１参照）である。
【００４１】
図１２Ａに示すように、超音波遮蔽キャップ１４，２４がない場合は、回折波の影響によって振幅の小さい白の領域が狭くなっており、両面テープ３６の存在が分かりにくくなっている。また、両面テープ３６の存在が確認可能な領域においても、鋼板３２，３４の端面３２ｃ，３４ｃに沿った縞模様が現れており、鋼板３２，３４と両面テープ３６との密着性良否の分布を示しているとは言い難い。これは、図１０中のｘ＝−１０ｍｍ〜ｘ＝−１５ｍｍに現れた、回折波と透過波との干渉による振幅変動に起因した縞模様である。
【００４２】
一方、図１２Ｂに示すように、超音波遮蔽キャップ１４，２４がある場合は、両面テープ３６の接着領域の画像が鮮明に現れており、超音波遮蔽キャップ１４，２４が接着領域の画像化に大きな効果を与えていることがわかる。鋼板３２，３４の端面３２ｃ，３４ｃから５ｍｍ程度までは、図１０の結果と同様に、回折波の影響を受け、受信振幅が黒い領域となって現れているものの、端面３２ｃ，３４ｃから５ｍｍ以上では、図１０の結果と同様に、両面テープ３６の輪郭が鮮明に現れており、鋼板３２，３４と両面テープ３６との接着分布と考えられる分布も表示できている。両面テープ３６における振幅の小さい白の領域は、鋼板３２，３４と両面テープ３６との密着性が不十分な領域であると考えられる。
【００４３】
以上説明した本実施形態によれば、鋼板３２，３４端部での接着層３６による密着性を評価する場合に、送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４により、超音波送信面１２から送信された超音波が検査対象物３０を迂回して超音波受信面２２に回折波として到達するのを抑制することができる。したがって、検査対象物３０中（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を透過して超音波受信面２２に到達する透過波の振幅を超音波受信面２２での受信信号から精度よく検出することができる。その結果、鋼板３２，３４端部での接着層３６による密着性を精度よく評価することができる。さらに、送信側超音波遮蔽キャップ１４を超音波送信センサ１０自体、受信側超音波遮蔽キャップ２４を超音波受信センサ２０自体にそれぞれ設置することで、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０の走査の際には、超音波送信面１２及び超音波受信面２２とともに超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４も移動させることができる。その結果、回折波を抑制しながらの超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０の走査が容易となる。
【００４４】
以下、本実施形態に係る超音波検査装置を用いた超音波検査方法として、鋼板３２，３４の接着層３６による密着性の評価方法について、図１３のフローチャートを用いて説明する。まずステップＳ１０１では、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を互いに正対させ、最も大きな超音波エネルギーを取得できるセンサ間距離を予め求めておく。次にステップＳ１０２では、超音波が空中を伝搬する距離及び検査対象物３０中（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を伝搬する距離と、それらの音速とを考慮して、超音波受信面２２に超音波（透過波）が到達する時間位置を決定する。
【００４５】
ステップＳ１０３では、超音波受信面２２に透過波が到達する時間位置に、ある幅を持たせて時間ゲートを設定し、その時間ゲートにおける超音波信号（透過波）の振幅最大値を信号処理部４２により検出する。次にステップＳ１０４では、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を走査装置４０により２次元的に移動走査しながら、超音波信号（透過波）の計測を繰り返し、各走査点（密着性評価位置）における超音波信号（透過波）の振幅最大値を記録していく。次にステップＳ１０５では、密着性評価位置の走査が完了したか否かが判定される。走査が完了していない場合（ステップＳ１０５の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０３に戻る。一方、走査が完了した場合（ステップＳ１０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０６に進む。
【００４６】
ステップＳ１０６では、各走査点における超音波信号の振幅最大値の分布を取得し、各走査点のうち、端面近傍の回折波の影響のある領域を密着性評価対象から除外する。次にステップＳ１０７では、密着性評価対象領域において、超音波信号の振幅最大値を予め設定された閾値と比較することで、密着性の良否を検査判定部４８により判定する。
【００４７】
以上の説明では、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０がフォーカス型センサであり、超音波送信面１２及び超音波受信面２２が検査対象物３０中（接着層３６）に焦点３８を有する凹曲面形状である場合について説明した。ただし、本実施形態では、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０がフォーカス型センサでなくてもよく、例えば図１４に示すように、超音波送信面１２及び超音波受信面２２が平面であってもよい。その場合は、送信側超音波遮蔽キャップ１４の貫通穴１４ｃの内周面１４ａを、検査対象物３０に入射する超音波成分を遮らないように、超音波送信面１２の外周から延びる円柱面１２ａより外周側に配置するとともに、内周面１４ａを円柱面１２ａに近接配置することが好ましい。同様に、受信側超音波遮蔽キャップ２４の貫通穴２４ｃの内周面２４ａも、超音波受信面２２の外周から延びる円柱面２２ａより外周側に配置するとともに、内周面２４ａを円柱面２２ａに近接配置することが好ましい。
【００４８】
以上の説明では、送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４を超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０にそれぞれ設けた場合について説明した。ただし、本実施形態では、送信側超音波遮蔽キャップ１４だけを超音波送信センサ１０に設けることも可能であるし、受信側超音波遮蔽キャップ２４だけを超音波受信センサ２０に設けることも可能である。その場合でも、超音波送信面１２から送信された超音波が検査対象物３０を迂回して超音波受信面２２に回折波として到達するのを抑制することが可能である。
【００４９】
以上の説明では、本実施形態に係る超音波検査装置を用いた検査対象物３０の検査の適用例として、鋼板３２，３４の接着層３６による密着性を評価する場合について説明した。ただし、本実施形態に係る超音波検査装置は、鋼板３２，３４の接着層３６による密着性の評価以外に、例えば検査対象物３０の内部欠陥の検査等にも適用することが可能である。
【００５０】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  超音波送信センサ、１２  超音波送信面、１４  送信側超音波遮蔽キャップ、２０  超音波受信センサ、２２  超音波受信面、２４  受信側超音波遮蔽キャップ、３０  検査対象物、３２，３４  鋼板、３６  接着層（両面テープ）、３８  焦点、４０  走査装置、４１  超音波信号供給部、４２  信号処理部、４４  画像処理部、４６  表示装置、４８  検査判定部。
【図４】
2012112851.tif 000003
【図５】
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【図１１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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