(57)【要約】【課題】コストの低減及び検査時間の短縮を図ることができる超音波検査方法及び超音波検査装置を提供する。【解決手段】二振動子斜角探触子１を用いて被検体１０の表層部及び深部を検査する超音波検査方法であって、二振動子斜角探触子１を用い、被検体１０の表層部の縦波クロスポイントＰＬに向けて縦波を伝搬させ、これと同時に被検体１０の深部の横波クロスポイントＰＳに向けて横波を伝搬させ、縦波クロスポイントＰＬに欠陥が存在する場合にその欠陥で縦波が反射した第１の反射波を受信し、横波クロスポイントＰＳに欠陥が存在する場合にその欠陥で横波が反射した第２の反射波を受信し、取得した波形データに対し、第１の反射波の検出範囲における波高ピーク値ＨＬを抽出するとともに、第２の反射波の検出範囲における波高ピーク値ＨＳを抽出し、波高ピーク値ＨＬ，ＨＳに基づいて欠陥の有無を評価する。【選択図】図２
2013242202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子斜角探触子を用いて被検体の表層部及び深部を検査する超音波検査方法であって、
前記二振動子斜角探触子を用い、前記被検体の表層部に設定された縦波クロスポイントに向けて縦波を伝搬させ、これと同時に前記被検体の深部に設定された横波クロスポイントに向けて横波を伝搬させ、前記縦波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で前記縦波が反射した第１の反射波を受信し、前記横波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で前記横波が反射した第２の反射波を受信し、
取得した波形データに対し、前記縦波の伝搬経路に基づき予め設定された第１の反射波の検出範囲における第１の波高ピーク値を抽出するとともに、前記横波の伝搬経路に基づき予め設定された第２の反射波の検出範囲における第２の波高ピーク値を抽出し、
前記第１及び第２の波高ピーク値に基づいて欠陥の有無を評価することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波検査方法において、
前記第１の波高ピーク値が予め設定された第１の閾値以上であるか否かを判定して前記第１の反射波の有無を判断するとともに、前記第２の波高ピーク値が予め設定された第２の閾値以上であるか否かを判定して前記第２の反射波の有無を判断し、
前記第１の反射波が有りかつ前記第２の反射波が無いと判断した場合に前記被検体の表層部に欠陥が生じたと評価し、前記第１の反射波が無くかつ前記第２の反射波が有ると判断した場合に前記被検体の深部に欠陥が生じたと評価し、前記第１の反射波及び前記第２の反射波が有ると判断した場合に前記被検体の表層部から深部まで延在する長い欠陥が生じたと評価し、前記第１の反射波及び前記第２の波射波が無いと判断した場合に前記被検体の表層部及び深部に欠陥が生じていないと評価することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項３】
請求項２記載の超音波検査方法において、
前記二振動子斜角探触子の走査領域に相当する二次元座標系にて、前記第１の反射波の検出分布及び前記第２の反射波の検出分布を互いに区別可能なように表示することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項４】
請求項２記載の超音波検査方法において、
前記波形データ又はその一部分を削除した波形データを、前記第１及び第２の反射波の検出範囲並びに前記第１及び第２の波高ピーク値とともに表示することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項５】
請求項４記載の超音波検査方法において、
前記第１の反射波の検出範囲における前記第１の反射波の検出感度と前記第２の反射波の検出範囲における前記第２の反射波の検出感度を同じにするための補正関数を用いて、前記波形データにおける前記第１又は第２の反射波の検出範囲のデータを補正してから、前記波形データを表示することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波検査方法において、
前記二振動子斜角探触子は、前記探触子と前記クロスポイントを結ぶ方向に対して前記送信用振動子及び前記受信用振動子が並列配置されたことを特徴とする超音波検査方法。
【請求項７】
送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子斜角探触子を用いて被検体の表層部及び深部を検査する超音波検査装置であって、
前記二振動子斜角探触子を用い、前記被検体の表層部に設定された縦波クロスポイントに向けて縦波を伝搬させ、これと同時に前記被検体の深部に設定された横波クロスポイントに向けて横波を伝搬させ、前記縦波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で縦波が反射した第１の反射波を受信し、前記横波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で横波が反射した第２の反射波を受信する探傷器と、
前記探傷器で取得した波形データに対し、前記縦波の伝搬経路に基づき予め設定された第１の反射波の検出範囲における第１の波高ピーク値を抽出するとともに、前記横波の伝搬経路に基づき予め設定された第２の反射波の検出範囲における第２の波高ピーク値を抽出する波形データ処理部と、
前記第１の波高ピーク値が予め設定された第１の閾値以上であるか否かを判定して第１の反射波の有無を判断するとともに、前記第２の波高ピーク値が予め設定された第２の閾値以上であるか否かを判定して第２の反射波の有無を判断する反射波検出部と、
前記二振動子斜角探触子の走査領域に相当する二次元座標系にて、前記第１の反射波の検出分布及び前記第２の反射波の検出分布を互いに区別可能なように表示する表示部とを備えたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項８】
送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子斜角探触子を用いて被検体の表層部及び深部を検査する超音波検査装置であって、
前記二振動子斜角探触子を用い、前記被検体の表層部に設定された縦波クロスポイントに向けて縦波を伝搬させ、これと同時に前記被検体の深部に設定された横波クロスポイントに向けて横波を伝搬させ、前記縦波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で縦波が反射した第１の反射波を受信し、前記横波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で横波が反射した第２の反射波を受信する探傷器と、
前記探傷器で取得した波形データに対し、前記縦波の伝搬経路に基づき予め設定された第１の反射波の検出範囲における第１の波高ピーク値を抽出するとともに、前記横波の伝搬経路に基づき予め設定された第２の反射波の検出範囲における第２の波高ピーク値を抽出する波形データ処理部と、
前記波形データ又はその一部分を削除した波形データを、前記第１及び第２の反射波の検出範囲並びに前記第１及び第２の波高ピーク値とともに表示する表示部とを備えたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の超音波検査装置において、
前記波形データ処理部は、前記第１の反射波の検出範囲における前記第１の反射波の検出感度と前記第２の反射波の検出範囲における前記第２の反射波の検出感度を同じにするための補正関数を用いて、前記波形データにおける前記第１又は第２の反射波の検出範囲のデータを補正し、
前記表示部は、前記波形データ処理部で補正された波形データを表示することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項記載の超音波検査装置において、
前記二振動子斜角探触子は、前記探触子と前記クロスポイントを結ぶ方向に対して前記送信用振動子及び前記受信用振動子が並列配置されたことを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子斜角探触子を用いた超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業分野における代表的な非破壊検査方法の一つとして、超音波検査方法が知られている。この超音波検査方法では、超音波センサ（探触子）の内部に備わる電気機械変換機能を持つ圧電素子（振動子）に電圧を与えることで超音波（振動）を送信し（発振し）、この超音波を被検体中に伝搬させる。そして、被検体に生じた欠陥などで超音波が反射し、その反射波を圧電素子で受信して電圧に変換し、取得した波形データを収録、グラフ化、又は映像化して欠陥などを評価する。
【０００３】
例えば発電プラントなどの構造物を検査対象物（被検体）とする場合は、一般的に、斜角探触子を用いた斜角探触法が採用されている。この斜角探触法では、例えば、振動子の台座（詳細には、例えばポリスチレン若しくはポリイミドなどで製作されて、くさび、ウェッジ、若しくはシューなどと呼ばれるもの）を使用して、振動子を被検体の表面に対し傾けるように保持するとともに、台座と被検体との音響インピーダンスの相違を利用して超音波を屈折させる。これにより、超音波を被検体中に斜めに伝搬させるようになっている。
【０００４】
また、高ＳＮ比の検査を実現するため、送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子斜角探触子を用いる方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。比較例として、送受信用振動子を有する一振動子斜角探触子を用い、被検体の表層部を検査する場合について説明する。この場合、不感帯と多重反射ノイズのために、欠陥からの反射波（欠陥信号）の検出が困難なことがある。不感帯とは、送受信用振動子が超音波を送信している時間帯（すなわち、送受信用振動子自体に振動が残っている時間帯）であって、欠陥信号を受信できない時間帯である。また、ここで述べる多重反射ノイズとは、接触媒質中で繰り返し反射した反射波によって生じるノイズである。そこで、二振動子斜角探触子のように、送信用振動子と受信用振動子を有すれば、不感帯を回避することが可能である。また、二振動子斜角探触子では、送信用振動子から送信した超音波の伝搬方向と受信用振動子で受信する反射波の伝搬方向とのクロスポイントを検出範囲とするので、超音波が接触媒質中を伝搬する距離を調整することで、多重反射ノイズを検出範囲外とし、高ＳＮ比の検査を実現することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】E.A.Ginzel著、“Automated Ultrasonic Testing For Pipeline Girth Welds: A Handbook”、オリンパス（OLYMPUS）、2006年1月、P.66
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
被検体の健全性の保証のため、被検体の表層部から深部までの検査を必要とする場合がある。このような場合、例えば表層部検査用の探触子と深部検査用の探触子を用意する方法が考えられる。そして、例えば、表層部検査用の探触子を用いて被検体の表層部を検査し、その後、表層部検査用の探触子を深部検査用の探触子に交換してから、深部検査用の探触子を用いて被検体の深部を検査する。
【０００７】
しかし、上述した方法では、表層部検査用の探触子と深部検査用の探触子を用意する必要があるため、コストが増大する。特に、高ＳＮ比の検査を実現するために二振動子斜角探触子を採用するのであれば、例えば表層部検査用の二振動子斜角探触子と深部検査用の二振動子斜角探触子を用意する必要があるため、コストが増大する。また、上述した方法では、被検体の表層部及び深部を同時に検査しないため、検査時間が長くなる。
【０００８】
本発明の目的は、コストの低減及び検査時間の短縮を図ることができる超音波検査方法及び超音波検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子斜角探触子を用いて被検体の表層部及び深部を検査する超音波検査方法であって、前記二振動子斜角探触子を用い、前記被検体の表層部に設定された縦波クロスポイントに向けて縦波を伝搬させ、これと同時に前記被検体の深部に設定された横波クロスポイントに向けて横波を伝搬させ、前記縦波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で前記縦波が反射した第１の反射波を受信し、前記横波クロスポイントに欠陥が存在する場合にその欠陥で前記横波が反射した第２の反射波を受信し、取得した波形データに対し、前記縦波の伝搬経路に基づき予め設定された第１の範囲における第１の波高ピーク値を抽出するとともに、前記横波の伝搬経路に基づき予め設定された第２の範囲における第２の波高ピーク値を抽出し、前記第１及び第２の波高ピーク値に基づいて欠陥の有無を評価する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コストの低減及び検査時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における超音波検査装置の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における二振動子斜角探触子の要部構造を被検体とともに表す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における波形データ画面を表す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における超音波検査方法の手順を表すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態における欠陥の評価の具体例を説明するための平面図及び断面図である。
【図６】本発明の第１の変形例における波形データ画面を表す図である。
【図７】校正試験体を表す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における超音波検査装置の構成を表す概略図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における二振動子斜角探触子の走査軌道を一例として表す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における反射波検出分布画面を表す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における超音波検査方法の手順を表すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の変形例における二振動子斜角探触子の要部構造を被検体とともに表す平面図及び断面図である。
【図１３】本発明の第３の変形例における二振動子斜角探触子の要部構造を被検体とともに表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態を、図１〜図５により説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表す概略図である。図２（ａ）は、本実施形態における二振動子斜角探触子の要部構造を被検体とともに表す平面図であり、図２（ｂ）は、断面図である。
【００１４】
本実施形態の超音波検査装置は、二振動子斜角探触子１、探傷器２、波形データ処理部３、入力部４、及び表示部５を備えている。
【００１５】
二振動子斜角探触子１は、送信用振動子６、受信用振動子７、シュー８Ａ，８Ｂ、及び遮音板９を有している。遮音板９は、送信用振動子６及びシュー８Ａと受信用振動子７及びシュー８Ｂとの間に設けられている。シュー８Ａは、図２（ｂ）で示すように、送信用振動子６を被検体１０（図中では平板）の表面１０ａに対し傾けるように保持している。シュー８Ｂは、シュー８Ａと同様、受信用振動子７を被検体１０の表面１０ａに対し傾けるように保持している。
【００１６】
送信用振動子６及び受信用振動子７は、図２（ａ）で示すように、探触子１と後述するクロスポイントＰＬ，ＰＳとを結ぶ方向（図２（ａ）中左右方向）に対して並列となるように配置され、かつ略Ｖの字状に配置されている。言い換えれば、送信用振動子６及び受信用振動子７は、予測される欠陥の進展方向（図２（ａ）中上下方向）に対して平行となる方向に並べられている。
【００１７】
そして、送信用振動子６から送信した縦波が、シュー８Ａ中を伝搬して、被検体１０の表面１０ａに入射角θ１で入射するようになっている。この入射角θ１は、送信用振動子６の姿勢角、すなわち、シュー８Ａの上面の傾斜度によって設定されている。被検体１０に入射した縦波の一部は、被検体１０の表面１０ａで屈折し、屈折角θＬの縦波となって被検体１０中に伝搬する。また、被検体１０に入射した縦波の一部は、被検体１０の表面１０ａでモード変換し、屈折角θＳ（但し、θＳ＜θＬ）の横波となって被検体１０中に伝搬する。したがって、被検体１０の表層部に設定された縦波クロスポイントＰＬに向けて縦波を伝搬させるとともに、同時に、被検体１０の深部に設定された横波クロスポイントＰＳに向けて横波を伝搬させるようになっている。なお、「表層部」とは、被検体１０の厚みの中間より表面１０ａ側（図２（ｂ）中上側）に位置する部分であり、例えば被検体１０の厚みが２０ｍｍである場合に好ましくは厚みの２５％に相当する深さ５ｍｍまでの部分を想定している。また、「深部」とは、被検体１０の厚みの中間より反対側（図２（ｂ）中下側）に位置する部分であり、好ましくは裏面１０ｂの近傍部分を想定している。
【００１８】
受信用振動子７は、例えば縦波クロスポイントＰＬに欠陥が存在する場合に、その欠陥で縦波が反射した第１の反射波を受信する。すなわち、縦波は、被検体１０中の伝搬経路ＲＬ（詳細には、入射ポイントＰＩ→縦波クロスポイントＰＬ→出射ポイントＰＯ）を辿り、その後、出射角θ２（本実施形態では、θ２＝θ１）の縦波となってシュー８Ｂ中を伝搬して受信用振動子７で受信される。また、受信用振動子７は、例えば横波クロスポイントＰＳに欠陥が存在する場合に、その欠陥で横波が反射した第２の反射波を受信する。すなわち、横波は、被検体１０中の伝搬経路ＲＳ（詳細には、入射ポイントＰＩ→横波クロスポイントＰＳ→出射ポイントＰＯ）を辿り、その後、被検体１０の表面１０ａでモード変換し、出射角θ２の縦波となってシュー８Ｂ中を伝搬して受信用振動子７で受信される。
【００１９】
なお、例えば被検体１０が平板である場合に、縦波クロスポイントＰＬと横波クロスポイントＰＳは、被検体１０の表面１０ａに投影すると一致するようになっている。すなわち、縦波クロスポイントＰＬと横波クロスポイントＰＳは、Ｚ座標が異なるものの（ＺＬ≠ＺＳ）、Ｘ座標（詳細には、図２（ａ）中上下方向における入射ポイントＰＩと出射ポイントＰＯの中間に相当する位置）及びＹ座標（詳細には、入射ポイントＰＩ及び出射ポイントＰＯから図２（ａ）及び図２（ｂ）中右方向に距離Ｌだけ移動した位置）が一致する。
【００２０】
また、縦波クロスポイントＰＬは、送信用振動子６から送信した縦波の伝搬方向と受信用振動子７で受信する第１の反射波の伝搬方向とが交差するポイントであって、実際には縦波ビームの広がりを考慮した面積（領域）をもつ。同様に、横波クロスポイントＰＳは、送信用振動子６から送信してモード変換した横波の伝搬方向と受信用振動子７で受信する第２の反射波の伝搬方向とが交差するポイントであって、実際には横波ビームの広がりを考慮した面積（領域）をもつ。
【００２１】
上述した入射角θ１（及び出射角θ２）について説明する。縦波クロスポイントＰＬを被検体１０の表層部に設定するとともに、横波クロスポイントＰＳを被検体１０の深部に設定するため、縦波屈折角θＬが９０°（縦波臨界角）より小さくなるように、好ましくは７０°以上となるように、入射角θ１（及び出射角θ２）が設定されている。具体的に、例えばシュー８Ａ，８Ｂがポリスチレン製、被検体１０がＳＵＳ製である場合、すなわち、シュー８Ａ，８Ｂの縦波音速Ｖ＝２３３０ｍ／ｓ程度、被検体１０の縦波音速ＶＬ＝５７８０ｍ／ｓ程度、被検体１０の横波音速ＶＳ＝３２３０ｍ／ｓ程度である場合を例にとって説明する。この場合、入射角θ１＝２３．７°に設定すれば、スネルの法則（下記の式（１）及び式（２）参照）から、縦波屈折角θＬ＝８５．６°、横波屈折角θＳ＝３３．９°となる。また、例えば入射角θ１＝２２．３°に設定すれば、スネルの法則から、縦波屈折角θＬ＝７０．３°、横波屈折角θＳ＝３１．７°となる。したがって、例えば入射角θ１を２２．３°≦θ１≦２３．７°の範囲内で設定すれば、縦波屈折角θＬが８５．６°≦θＬ≦７０．３°の範囲内、横波屈折角θＳが３３．９°≦θＳ≦３１．７°の範囲内となる。
【００２２】
θＬ＝sin-1（sinθ１×ＶＬ／Ｖ）・・・（１）
θＳ＝sin-1（sinθ１×ＶＳ／Ｖ）・・・（２）
探傷器２は、二振動子射角探触子１における超音波の送信を制御するとともに、受信用振動子７で受信した信号をデジタル変換して波形データを取得する。この波形データ（一次データ）は、横軸に時間を、縦軸に波高値（振幅）をとって表されるものである。
【００２３】
ここで、縦波の伝搬経路ＲＬの長さ（路程）ＤＬは、横波の伝搬経路ＲＳの長さ（路程）ＤＳより小さい。また、被検体１０の縦波音速ＶＬは、被検体１０の横波音速ＶＳより大きいので、縦波クロスポイントＰＬで反射した第１の反射波の検出時間ＴＬ（＝ＤＬ／ＶＬ）は、横波クロスポイントＰＳで反射した第２の反射波の検出時間ＴＳ（＝ＤＳ／ＶＳ）より早い。そのため、第１の反射波と第２の反射波は、時間的に分離する。したがって、第１の反射波に関するデータと第２の反射波に関するデータは、対応する路程若しくは検出時間に基づいて波形データから抽出することが可能である。
【００２４】
本実施形態では、波形データ処理部３は、第１の反射波に関するデータと第２の反射波に関するデータを、対応する路程に基づいて波形データから抽出する処理を行っている。詳しく説明すると、まず、波形データ（一次データ）に対し、シュー８Ａ，８Ｂ中の縦波の伝搬時間に相当する初期のデータを削除して、波形データ（二次データ）を作成する。この波形データ（二次データ）の横軸である時間に対し、被検体１０の縦波音速ＶＬを乗算して、縦波の路程に変換する。そして、縦波の伝搬経路ＲＬに対応して（詳細には、縦波クロスポイントＰＬの面積も考慮して）予め設定された縦波路程範囲ＷＬ（言い換えれば、第１の反射波の検出範囲）における波高ピーク値（振幅最大値）ＨＬを抽出する。また、波形データ（二次データ）の横軸である時間に対し、被検体１０の横波音速ＶＳを乗算して、横波の路程に変換する。そして、横波の伝搬経路ＲＳに対応して（詳細には、縦波クロスポイントＰＬの面積も考慮して）予め設定された横波路程範囲ＷＳ（言い換えれば、第２の反射波の検出範囲）における波高ピーク値（振幅最大値）ＨＳを抽出する。
【００２５】
表示部５は、図３で示すように、上述した波形データ（二次データ）を、横軸に縦波の路程及び横波の路程をとって表示する波形データ画面１１を表示するようになっている。この波形データ画面１１では、上述した縦波路程範囲ＷＬ及び横波路程範囲ＷＳを表示するとともに、波高ピーク値ＨＬ，ＨＳを表示する。また、波形データ画面１１は、波高ピーク値ＨＬ，ＨＳに対して予め設定された閾値ＴＬ，ＴＳ（図示せず）を表示する。なお、本実施形態では、縦波と横波の違い（詳細には、反射強度などの違い）によって、縦波路程範囲ＷＬにおける第１の反射波の検出感度と横波路程範囲ＷＳにおける第２の反射波の検出感度が異なるため、閾値ＴＬ，ＴＳはそれらの検出感度に対応してそれぞれ設定されている。また、波形データ画面１１は、波形データ処理部３で演算されたクロスポイントＰL，ＰＳの位置（図示せず）も表示する。
【００２６】
次に、本実施形態の超音波検査方法を、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態における超音波検査方法の手順を表すフローチャートである。
【００２７】
まず、ステップ１００において、探傷準備段階として、作業者は、探触子１の基準点（詳細には、例えば入射ポイントＰＩと出射ポイントＰＯとの中間）とクロスポイントＰＬ，ＰＳとの相対的な位置関係を入力部４で入力し、波形データ処理部３に記憶させる。また、縦波の伝搬経路ＲＬに対応する縦波路程範囲ＷＬや閾値ＴＬ、横波の伝搬経路ＲＳに対応する縦波路程範囲ＷＳや閾値ＴＳを入力部４で入力し、波形データ処理部３に記憶させる。これらの入力値は、探触子１の設計値から求めるか、若しくは例えば縦波クロスポイント及び横波クロスポイントの深さ（ＺＬ，ＺＳ）にサイドドリルホール１２Ａ，１２Ｂ（人工欠陥）が付与された校正試験体１３（後述の図７参照）を用いて実験的に求めればよい。その後、作業者は、被検体１０の表面１０ａに探触子１を配置するとともに、探触子１の位置を入力部４で入力する。波形データ処理部３は、入力部４で入力された探触子１の位置に応じてクロスポイントＰＬ，ＰＳの位置を演算する。
【００２８】
そして、ステップ１１０に進み、作業者は、探傷開始の指示を入力部４で入力する。探傷器２は、探傷開始の指示に応じて二振動子射角探触子１を制御し、送信用振動子６から超音波の送信を開始する。すなわち、被検体１０の表層部に設定された縦波クロスポイントＰＬに向けて縦波を伝搬させ、これと同時に被検体１０の深部に設定された横波クロスポイントＰＳに向けて横波を伝搬させる。そして、縦波クロスポイントＰＬに欠陥が存在する場合にその欠陥で縦波が反射した第１の反射波を受信用振動子７で受信し、横波クロスポイントＰＳに欠陥が存在する場合にその欠陥で横波が反射した第２の反射波を受信用振動子７で受信する。そして、探傷器２は、受信用振動子７で受信した信号をデジタル変換して、波形データを取得する。
【００２９】
その後、ステップ１２０に進み、波形データ処理部３は、探傷器２で取得した波形データ（一次データ）に対し所定の処理を行う。詳細には、波形データ（一次データ）に対し、シュー８Ａ，８Ｂ中の縦波の伝搬時間に相当する初期のデータを削除して、波形データ（二次データ）を作成する。波形データ（二次データ）の横軸である時間を、縦波路程及び横波路程に変換する。そして、縦波路程範囲ＷＬにおける波高ピーク値ＨＬと横波路程範囲ＷＳにおける波高ピーク値ＨＳを抽出する。
【００３０】
その後、ステップ１３０に進み、表示部５は、波形データ画面１１を表示する。この波形データ画面１１は、波形データ（二次データ）を、縦波路程範囲ＷＬ及び横波路程範囲ＷＳ並びに波高ピーク値ＨＬ，ＨＳとともに表示する。また、波形データ画面１１は、波高ピーク値ＨＬに対する閾値ＴＬと波高ピーク値ＨＳに対する閾値ＴＳを表示する。また、波形データ画面１１は、前述のステップ１００で演算されたクロスポイントＰＬ，ＰＳの位置を表示する。
【００３１】
そして、ステップ１４０に進み、作業者は、波形データ画面１１で表示された波高ピーク値ＨＬ，ＨＳに基づいて欠陥の有無を評価する。詳細には、波高ピーク値ＨＬが閾値ＴＬ以上であるか否かを判定して第１の反射波の有無を判断するとともに、波高ピーク値ＨＳが閾値ＴＳ以上であるか否かを判定して第２の反射波の有無を判断する。そして、例えば第１の反射波が有りかつ第２の反射波が無いと判断した場合は、被検体１０の表層部に欠陥１４Ａ（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）が生じたと評価する。また、例えば第１の反射波が無くかつ第２の反射波が有ると判断した場合は、被検体１０の深部に欠陥１４Ｂ（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）が生じたと評価する。また、例えば第１の反射波及び第２の反射波が有ると判断した場合に被検体１０の表層部から深部まで延在する長い欠陥１４Ｃ（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）が生じたと評価する。また、例えば第１の反射波及び第２の波射波が無いと判断した場合は、被検体１０の表層部及び深部に欠陥が生じていないと評価する。
【００３２】
以上のような本実施形態においては、二振動子斜角探触子１は、表層部検査用及び深部検査用を兼用するので、例えば表層部検査用の二振動子斜角探触子と深部検査用の二振動子斜角探触子を用意する場合と比べ、コスト低減を図ることができる。また、超音波検査装置の小型化を図ることができる。また、被検体１０の表層部と深部を同時に検査するので、検査時間の短縮を図ることができる。
【００３３】
なお、上記第１の実施形態においては、前述の図３で示すように、縦波路程範囲ＷＬにおける第１の反射波の検出感度と横波路程範囲ＷＳにおける第２の反射波の検出感度が異なったまま、波形データを表示する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、縦波路程範囲ＷＬにおける第１の反射波の検出感度と横波路程範囲ＷＳにおける第２の反射波の検出感度が同じとなるように、縦波路程範囲ＷＬ又は横波路程範囲ＷＳのデータを補正してから、波形データを表示してもよい。このような変形例を、以下説明する。
【００３４】
本変形例では、波形データ処理部３は、縦波路程範囲ＷＬにおける第１の反射波の検出感度と横波路程範囲ＷＳにおける第２の反射波の検出感度が同じとなるように、予め設定された補正関数（比例係数）を横波路程範囲ＷＳのデータ（波高値）に掛けて補正する。また、補正後の横波路程範囲ＷＳのデータにおける波高ピーク値ＨＳを抽出する。そして、表示部５は、図６で示すように、波形データ処理部３で補正された波形データ及び波高ピーク値ＨＳを表示する波形データ画面１１Ａを表示する。
【００３５】
上述した補正関数は、例えば縦波クロスポイント及び横波クロスポイントの深さ（ＺＬ，ＺＳ）に同一のサイドドリルホール１２Ａ，１２Ｂ（人工欠陥）が付与された校正試験体１３（図７参照）を用いて、事前に求めればよい。詳しく説明すると、波形データ処理部３は、サイドドリルホール１２Ａを探傷した際に取得した波形データに対し所定の処理を行い、縦波路程範囲ＷＬにおける波高ピーク値ＨＬを抽出する。また、サイドドリルホール１２Ｂを探傷した際に取得した波形データに対し所定の処理を行い、横波路程範囲ＷＳにおける波高ピーク値ＨＳを抽出する。そして、波高ピーク値ＨＬと波高ピーク値ＨＳとの比ＨＬ／ＨＳを演算し、これを補正関数（比例係数）として記憶すればよい。
【００３６】
なお、本変形例では、縦波路程範囲ＷＬにおける第１の反射波の検出感度と横波路程範囲ＷＳにおける第２の反射波の検出感度が同じになるため、閾値ＴＬ，ＴＳは同じとなるように設定される。
【００３７】
以上のような変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、上記第１の実施形態及び変形例においては、波形データ画面１１，１１Ａは、波形データ（二次データ）を、縦波路程範囲ＷＬ及び横波路程範囲ＷＳ並びに波高ピーク値ＨＬ，ＨＳとともに表示する場合を例にとって説明したが、これに代えて、波形データ（一次データ）を、縦波路程範囲ＷＬ及び横波路程範囲ＷＳ並びに波高ピーク値ＨＬ，ＨＳとともに表示してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、上記第１の実施形態及び変形例においては、波形データ画面１１，１１Ａは、横軸に縦波の路程及び横波の路程をとって波形データを表示する場合を例にとって説明したが、これに代えて、横軸に時間をとって波形データを表示してもよい。また、上記第１の実施形態及び変形例においては、第１の反射波の検出範囲として縦波の伝搬経路ＲＬに対応する縦波路程範囲ＷＬが予め設定され、第２の反射波の検出範囲として横波の伝搬経路ＲＳに対応する横波路程範囲ＷＳが予め設定された場合を例にとって説明したが、それらに代えて、縦波の伝搬経路ＲＬに基づき第１の反射波の検出時間帯が予め設定され、横波の伝搬経路ＲＳに基づき第２の反射波の検出時間帯が予め設定されてもよい。そして、波形データ処理部３は、波形データに対し、第１の反射波の検出時間帯における波高ピーク値ＨＬと第２の反射波の検出時間帯における波高ピーク値ＨＳを抽出する。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００４０】
本発明の第２の実施形態を、図８〜図１１により説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４１】
図８は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表す概略図である。図９は、本実施形態における二振動子斜角探触子の走査軌道を一例として表す平面図である。
【００４２】
本実施形態の超音波検査装置は、二振動子斜角探触子１、スキャナ（走査機構）１５、探傷器２、波形データ処理部３Ａ、反射波検出部１６、入力部４、及び表示部５Ａを備えている。スキャナ１５は、例えば図９で示すように、二振動斜角探触子１を被検体１０の表面１０ａ上で走査するようになっている。
【００４３】
波形データ処理部３Ａは、スキャナ１５から探触子１の走査位置を取得し、探傷器２から取得した波形データと関連付けるようになっている。そして、波形データ処理部３Ａは、探触子１の走査位置毎に、クロスポイントＰＬ，ＰＳの位置を演算する。また、探触子１の走査位置毎に、第１の反射波に関するデータと第２の反射波に関するデータを波形データから抽出する処理を行う。すなわち、探触子１の走査位置毎に、縦波路程範囲ＷＬ（又は第１の反射波の検出時間帯）における波高ピーク値ＨＬと横波路程範囲ＷＳ（又は第２の反射波の検出時間帯）における波高ピーク値ＨＳを抽出する。そして、このようにして取得したクロスポイントＰＬ，ＰＳの位置及び波高ピーク値ＨＬ，ＨＳを、探触子１の走査位置毎に関連付けて反射波検出部１６に出力する。
【００４４】
反射波検出部１６は、探触子１の走査位置毎に、波高ピーク値ＨＬが閾値ＴＬ以上であるか否かを判定して第１の反射波の有無を判断するとともに、波高ピーク値ＨＳが閾値ＴＳ以上であるか否かを判定して第２の反射波の有無を判断するようになっている。そして、例えば波高ピーク値ＨＬが閾値ＴＬ以上である場合は第１の反射波が有りと判断し、その検出情報と対応する縦波クロスポイントＰＬの位置を関連づけて記憶する。また、例えば波高ピーク値ＨＳが閾値ＴＳ以上である場合は第２の反射波が有りと判断し、その検出情報と対応する横波クロスポイントＰＬの位置を関連づけて記憶する。
【００４５】
表示部５Ａは、図１０で示すように、上述した第１及び第２の反射波の検出情報を表示する反射波検出分布画面１７を表示するようになっている。この反射波検出分布画面１７は、探触子1の走査領域（言い換えれば、被検体１０の表面１０ａ）に相当する二次元座標系にて、第１の反射波の検出情報を、対応する縦波クロスポイントＰＬの位置でプロットすることにより、第１の反射波の検出分布を表示している。また、同じ二次元座標系にて、第２の反射波の検出情報を、対応する横波クロスポイントＰＳの位置でプロットすることにより、第２の反射波の検出分布を表示している。なお、第１の反射波の検出分布と第２の反射波の検出分布は、互いに区別可能なように、例えば異なる色調で表示している。具体的には、例えば、第１の反射波の検出分布は赤で示し、第２の反射波の検出分布は青で示し、第１の反射波の検出分布と第２の反射波の検出分布が重なる部分は紫で示している。
【００４６】
次に、本実施形態の超音波検査方法を、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態における超音波検査方法の手順を表すフローチャートである。
【００４７】
まず、ステップ２００において、探傷準備段階として、作業者は、探触子１の基準点とクロスポイントＰＬ，ＰＳとの相対的な位置関係を入力部４で入力し、波形データ処理部３Ａに記憶させる。また、縦波の伝搬経路ＲＬに対応する縦波路程範囲ＷＬ（又は第１の反射波の検出時間帯）や閾値ＴＬ、横波の伝搬経路ＲＳに対応する縦波路程範囲ＷＳ（又は第１の反射波の検出時間帯）や閾値ＴＳを入力部４で入力し、波形データ処理部３Ａに記憶させる。その後、作業者は、被検体１０の表面１０ａに探触子１を配置するとともに、探触子１の初期位置、移動量、走査領域などの走査条件を入力部４で入力する。
【００４８】
そして、ステップ２１０に進み、作業者は、探傷開始の指示を入力部４で入力する。スキャナ１５は、探傷開始の指示に応じて、入力部４で入力された走査条件で探触子１を走査する。探傷器２は、探傷開始の指示に応じて二振動子射角探触子１を制御し、送信用振動子６から超音波の送信を開始する。すなわち、探触子１の走査位置毎に、被検体１０の表層部に設定された縦波クロスポイントＰＬに向けて縦波を伝搬させ、これと同時に被検体１０の深部に設定された横波クロスポイントＰＳに向けて横波を伝搬させる。そして、縦波クロスポイントＰＬに欠陥が存在する場合にその欠陥で縦波が反射した第１の反射波を受信用振動子７で受信し、横波クロスポイントＰＳに欠陥が存在する場合にその欠陥で横波が反射した第２の反射波を受信用振動子７で受信する。そして、探傷器２は、受信用振動子７で受信した信号をデジタル変換して、波形データを取得する。
【００４９】
その後、ステップ２２０に進み、波形データ処理部３Ａは、スキャナ１５から取得した探触子１の走査位置毎に、探傷器２で取得した波形データに対し所定の処理を行う。すなわち、波形データから、縦波路程範囲ＷＬ（又は第１の反射波の検出時間帯）における波高ピーク値ＨＬと横波路程範囲ＷＳ（又は第２の反射波の検出時間帯）における波高ピーク値ＨＳを抽出する。
【００５０】
その後、ステップ２３０に進み、反射波検出部１６は、探触子１の走査位置毎に、波高ピーク値ＨＬが閾値ＴＬ以上であるか否かを判定して第１の反射波の有無を判断するとともに、波高ピーク値ＨＳが閾値ＴＳ以上であるか否かを判定して第２の反射波の有無を判断する。例えば波高ピーク値ＨＬが閾値ＴＬ以上である場合は第１の反射波が有りと判断し、その検出情報と対応する縦波クロスポイントＰＬの位置を関連づけて記憶する。また、例えば波高ピーク値ＨＳが閾値ＴＳ以上である場合は第２の反射波が有りと判断し、その検出情報と対応する横波クロスポイントＰＬの位置を関連づけて記憶する。
【００５１】
その後、ステップ２４０に進み、表示部５Ａは、反射波検出分布画面１７を表示する。この反射波検出分布画面１７は、探触子１の走査領域に相当する二次元座標系にて、第１の反射波の検出分布及び第２の反射波の検出分布を互いに区別可能なように表示する。
【００５２】
そして、ステップ２５０に進み、作業者は、反射波検出分布画面１７で表示された第１の反射波の検出分布及び第２の反射波の検出分布に基づいて欠陥の有無を評価する。詳細には、例えば第１の反射波が有りかつ第２の反射波が無い領域（言い換えれば、第１の反射波の検出分布が独立して存在する領域）では、被検体１０の表層部に欠陥１４Ａ（前述の図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）が生じたと評価する。また、例えば第１の反射波が無くかつ第２の反射波が有る領域（言い換えれば、第２の反射波の検出分布が独立して存在する領域）では、被検体１０の深部に欠陥１４Ｂ（前述の図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）が生じたと評価する。また、例えば第１の反射波及び第２の反射波が有る領域（言い換えれば、図１０中領域Ａで示すように、第１の反射波の検出分布と第２の反射波の検出分布が互いに部分的に重なり合いながら存在する領域）では、被検体１０の表層部から深部まで延在する長い欠陥１４Ｃ（前述の図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）が生じたと評価する。また、例えば第１の反射波及び第２の波射波が無い領域では、被検体１０の表層部及び深部に欠陥が生じていないと評価する。
【００５３】
以上のような本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、コストの低減及び検査時間の短縮を図ることができる。また、本実施形態では、立体的な欠陥の進展状況を容易に把握することができる。
【００５４】
なお、上記第２の実施形態においては、反射波検出分布画面１７は、第１の反射波の検出分布及び第２の反射波の検出分布をそれぞれ単色で示す場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、波高ピーク値ＨＬ，ＨＳの大きさに応じて色調を変化させてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００５５】
また、上記第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、表示部５Ａは、反射波検出分布画面１７にリンクされた波形データ画面１１を表示してもよい。すなわち、例えば反射波検出分布画面１７上の任意の座標（すなわち、任意のクロスポイントＰＬ，ＰＳの位置）を選択すると、対応する波形データを表示する波形データ画面１１又は１１Ａ（前述の図３又は図６参照）を表示してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００５６】
なお、以上においては、二振動子斜角探触子１は、送信用振動子６と受信用振動子７が並列配置された場合を例にとって説明したが、これに限られず、すなわち、例えば図１２（ａ）及び図１２（ｂ）で示すように、送信用振動子６と受信用振動子７が直列配置されてもよい。このとき、入射角θ１及び出射角θ２は、互いに異なるものの、上記同様の方法で設定される。また、縦波の伝搬往路の屈折角θＬ１と伝搬復路の屈折角θＬ２は互いに異なり、横波の伝搬往路の屈折角θＳ１と伝搬復路の屈折角θＳ２は互いに異なり、縦波クロスポイントＰＬと横波クロスポイントＰＳはＺ座標だけでなくＹ座標（詳細には、入射ポイントＰＩから図２（ａ）及び図２（ｂ）中右方向への距離Ｌ１，Ｌ２）も異なる。しかし、このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、送信用振動子６及び受信用振動子７は、図１３で示すように、複数の振動素子が配列されたアレイ型振動子をそれぞれ採用してもよい。そして、探傷器２は、各振動素子の超音波送信タイミングを遅延制御し、それぞれのタイミングをずらすことで、入射角θ１を可変制御してもよい（セクタスキャン）。具体的には、例えばシュー８Ａ，８Ｂがポリスチレン製、被検体１０がＳＵＳ製である場合、入射角θ１を２２．３°≦θ１≦２３．７°の範囲内で可変制御すれば、縦波屈折角θＬが８５．６°≦θＬ≦７０．３°の範囲内で可変し、横波屈折角θＳが３３．９°≦θＳ≦３１．７°の範囲内で可変する。その結果、縦波クロスポイントＰＬと横波クロスポイントＰＳを深さ方向（Ｚ方向）に変化させて、より立体的に検査を行うことができる。なお、波路程範囲ＷＬ（又は第１の反射波の検出時間帯）及び横波路程範囲ＷＳ（又は第２の反射波の検出時間帯）並びに閾値ＴＬ，ＴＳは、縦波クロスポイントＰＬ及び横波クロスポイントＰＳの変化に応じて自動的に設定変更すればよい。また、波形データを補正する場合の補正関数は、縦波クロスポイントＰＬ及び横波クロスポイントＰＳの変化に応じて自動的に設定変更すればよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１          二振動子斜角探触子
２          探傷器
３，３Ａ    波形データ処理部
５，５Ａ    表示部
６          送信用振動子
７          受信用振動子
１０        被検体
１６        反射波検出部
【図１】
2013242202.tif 000003
【図２】
2013242202.tif 000004
【図３】
2013242202.tif 000005
【図４】
2013242202.tif 000006
【図５】
2013242202.tif 000007
【図６】
2013242202.tif 000008
【図７】
2013242202.tif 000009
【図８】
2013242202.tif 000010
【図９】
2013242202.tif 000011
【図１０】
2013242202.tif 000012
【図１１】
2013242202.tif 000013
【図１２】
2013242202.tif 000014
【図１３】
2013242202.tif 000015