(57)【要約】【課題】オンラインでの検査時間を低減でき、高精度に欠陥を検出可能な超音波探傷装置およびその方法を提供する。【解決手段】プローブ１１に任意波形の電位差を印加する電位差印加部１２と、電位差を印加する圧電素子２１を選択して切り替える駆動素子切替部２２と、各圧電素子２１から得られた信号から波形データを得るＡＤ変換部２３と、検査対象２の表面の形状データを取得する表面形状取得部２７と、探傷に使用される圧電素子群であり検査対象の表面形状を考慮して決定された駆動素子が形状データから得られる検査対象２の表面に超音波を送信したと仮定した場合に、所望の屈折角を得るための超音波送受信の遅延時間を計算する遅延時間計算部２９と、各圧電素子２１の波形データから駆動素子の波形データを抽出し、遅延時間に従って抽出された波形データを時間軸上で移動した後合成し、合成波形データを探傷結果として得る信号合成部３０とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象へ超音波を送受信する複数個の圧電素子を有する超音波アレイプローブと、
前記超音波アレイプローブに任意波形の電位差を印加する電位差印加部と、
前記電位差を印加する１または複数の圧電素子を選択して切り替える素子切替部と、
各前記圧電素子から得られた信号から受信超音波波形データを得るＡＤ変換部と、
前記受信超音波波形データを記録する記録部と、
前記検査対象の表面形状データを取得する表面形状取得部と、
探傷に使用される圧電素子群であり前記検査対象の表面形状を考慮して決定された駆動素子が前記表面形状データから得られる前記検査対象の表面に超音波を送信したと仮定した場合に、所望の探傷屈折角を得るための超音波送受信の遅延時間を計算する遅延時間計算部と、
前記記録部に記録された各前記圧電素子の受信超音波波形データから前記駆動素子の前記受信超音波波形データを抽出し、前記遅延時間に従って抽出された前記受信超音波波形データを時間軸上で移動した後合成し、合成波形データを探傷結果として得る信号合成部と、
を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記受信超音波波形データは、１つまたは複数の前記圧電素子で前記超音波を送信し、複数の各前記圧電素子で前記超音波を受信することにより得られた信号に基づくデータである請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記遅延時間計算部は、
前記表面形状が平面であると仮定した場合に用いられる探傷条件で複数の前記圧電素子を駆動した場合の前記超音波の焦点と前記探傷屈折角と、
前記焦点、前記探傷屈折角、および前記表面形状データに基づいて算出される前記検査対象表面上の前記超音波の入射位置と、
前記焦点、前記探傷屈折角、前記入射位置および前記検査対象表面上の傾きを含む情報に基づいて算出される前記超音波の入射角度と、
前記入射位置および前記入射角度に基づいて算出される圧電素子と、
前記圧電素子を中心に隣接する任意の数の圧電素子からなる駆動素子と、
所定の前記探傷屈折角が得られる、前記駆動素子に含まれる各前記圧電素子の遅延時間と、を求める請求項１または２記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
平面が保証されている対象物に対して一の前記圧電素子で超音波を送信し、同じ前記圧電素子で受信した超音波を参照信号として取得する処理を任意の圧電素子ごとに行い、各前記参照信号を用いて前記任意の圧電素子の感度差を補償する感度補償部をさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記信号合成部は、複数の前記探傷屈折角または前記焦点を用いて得られた複数の前記合成波形データを合算し、前記探傷結果として得る請求項１〜４のいずれか一項記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記信号合成部は、前記探傷屈折角または前記焦点に応じた入射効率の違いに伴う感度差を補償するための係数を乗じて前記合成波形データを合算する請求項５記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記表面形状データ、前記駆動素子の中心座標、各前記圧電素子の座標を二次元または三次元画像上に定義し、前記探傷屈折角および前記超音波の焦点に基づいて、前記駆動素子の中心座標と前記検査対象表面における前記超音波の入射位置と前記焦点とを結ぶ音線を算出し、前記合成波形データの強度を時間および音速を考慮して前記画像上にプロットすることにより探傷結果を画像化する画像化部をさらに備えた請求項１〜６のいずれか一項記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記合成波形データからしきい値を超えるエコーが検出された時間を取得し、前記画像上の前記音線からその時間が位置する座標を特定することで、エコーが検出された座標を特定する散乱源特定部をさらに備えた請求項７記載の超音波探傷装置。
【請求項９】
前記画像上においてしきい値を超えるエコーが検出された座標を特定する散乱源特定部をさらに備えた請求項７に記載の超音波探傷装置。
【請求項１０】
複数個の圧電素子により超音波を検査対象へ送受信し、各前記圧電素子から得られた信号から受信超音波波形データを得るデータ取得ステップと、
前記受信超音波波形データを記録する記録ステップと、
前記検査対象の表面形状データを取得する表面形状取得ステップと、
探傷に使用される圧電素子群であり前記検査対象の表面形状を考慮して決定された駆動素子が前記表面形状データから得られる前記検査対象の表面に超音波を送信したと仮定した場合に、所望の探傷屈折角を得るための超音波送受信の遅延時間を計算する遅延時間計算ステップと、
前記記録ステップで記録された各前記圧電素子の受信超音波波形データから前記駆動素子の前記受信超音波波形データを抽出し、前記遅延時間に従って抽出された前記受信超音波波形データを時間軸上で移動した後合成し、合成波形データを探傷結果として得る信号合成ステップと、
を備えた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、超音波探傷装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷試験は、非破壊で構造材の表面および内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術である。特に近年においては、曲面などの複雑な表面形状を持つ構造物に対しても検査要求があり、超音波探傷への技術的要求が高度化している。検査対象が複雑な表面形状を有する場合、超音波を検査対象へ適切に入射するという課題がある。
【０００３】
例えば、溶接線およびその熱影響部においては、溶接の入熱によるひずみや傘折れが生じたり、溶金を盛ったあとに凸形状が生じたりする。このため、設計上は平坦とすべき箇所が、意図せず非平面形状となってしまうことがある。
【０００４】
また、原子力や火力プラントのノズル管台に代表される各種配管構造物や、タービン翼のプラットフォーム部などは、設計段階から複雑形状を有しており、設計どおりに製造されても検査が困難である。このような対象に超音波探傷試験を実施しても、そもそも超音波を対象へ入射できない。または、入射できても目標とする探傷屈折角を得られない。
【０００５】
これに対し、フェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ）が知られている。ＰＡＵＴは、小型の超音波送受信用圧電素子を並べ、圧電素子ごとにタイミング（遅延時間）をずらして超音波発信することにより、任意の波形を形成する。ＰＡＵＴは、所定の角度しか超音波を発信できない単眼プローブに比べて複雑形状に対応できる可能性がある。しかし、形状を反映した遅延時間を対象ごとに計算しなければならない。また、反映する形状も図面上の値だけでなく、Ａｓ  Ｂｕｉｌｄの値である必要がある。そのため、複雑形状部に超音波探傷を実施するには、曲率に合わせて超音波を制御（遅延時間を計算）する技術だけでなく、対象の表面形状を高精度に測定する技術が必要となる。
【０００６】
これに対し、例えば、特許文献２（特開２００８−１２２２０９号公報）において、検査対象の表面形状を超音波プローブにより計測し、計測した形状に応じてフェーズドアレイの送信遅延時間を最適化し、探傷する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１２２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、測定した表面形状に合わせて超音波を制御して探傷する場合、測定点の形状に応じてそれぞれ遅延時間を計算する必要がある。また、探傷条件を細かく変化させて詳細な検査を行う場合、遅延時間計算−探傷−遅延時間計算−探傷というサイクルを繰り返すことになりオンラインでの検査時間が膨大になる。
【０００９】
特許文献２の発明は、一度超音波を送信し、得た表面からの反射波を利用して表面形状を測定し、その表面形状に合わせて改めて再度超音波を送信して探傷を行う。しかし、検査対象に２度にわたって超音波を送信することとなり、探傷に要する時間が増大する。探傷条件を変えて複数探傷する場合には、さらに検査時間は膨大になる。
【００１０】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、オンラインでの検査時間を低減でき、また高精度に欠陥を検出可能な超音波探傷装置およびその方法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】
【００１１】
本発明に係る超音波探傷装置は、上述した課題を解決するために、検査対象へ超音波を送受信する複数個の圧電素子を有する超音波アレイプローブと、前記超音波アレイプローブに任意波形の電位差を印加する電位差印加部と、前記電位差を印加する１または複数の圧電素子を選択して切り替える素子切替部と、各前記圧電素子から得られた信号から受信超音波波形データを得るＡＤ変換部と、前記受信超音波波形データを記録する記録部と、前記検査対象の表面形状データを取得する表面形状取得部と、探傷に使用される圧電素子群であり前記検査対象の表面形状を考慮して決定された駆動素子が前記表面形状データから得られる前記検査対象の表面に超音波を送信したと仮定した場合に、所望の探傷屈折角を得るための超音波送受信の遅延時間を計算する遅延時間計算部と、前記記録部に記録された各前記圧電素子の受信超音波波形データから前記駆動素子の前記受信超音波波形データを抽出し、前記遅延時間に従って抽出された前記受信超音波波形データを時間軸上で移動した後合成し、合成波形データを探傷結果として得る信号合成部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る超音波探傷方法は、複数個の圧電素子により超音波を検査対象へ送受信し、各前記圧電素子から得られた信号から受信超音波波形データを得るデータ取得ステップと、前記受信超音波波形データを記録する記録ステップと、前記検査対象の表面形状データを取得する表面形状取得ステップと、探傷に使用される圧電素子群であり前記検査対象の表面形状を考慮して決定された駆動素子が前記表面形状データから得られる前記検査対象の表面に超音波を送信したと仮定した場合に、所望の探傷屈折角を得るための超音波送受信の遅延時間を計算する遅延時間計算ステップと、前記記録ステップで記録された各前記圧電素子の受信超音波波形データから前記駆動素子の前記受信超音波波形データを抽出し、前記遅延時間に従って抽出された前記受信超音波波形データを時間軸上で移動した後合成し、合成波形データを探傷結果として得る信号合成ステップと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る超音波探傷装置およびその方法においては、オンラインでの検査時間を低減でき、また高精度に欠陥を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る超音波探傷装置の一実施形態を示す構成図。
【図２】一般的なＰＡを用いた場合の探傷例を示す説明図。
【図３】一般的な探傷結果の再構成画像の例を示す説明図。
【図４】一般的な探傷方法を示すフローチャート。
【図５】検査対象の表面に曲面が形成されている場合の探傷検査の説明図。
【図６】表面形状を考慮した探傷方法を示すフローチャート。
【図７】本実施形態における超音波探傷装置により実施される超音波探傷処理の概要を説明するフローチャート。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、超音波送受信ステップＳ２２を説明する説明図。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、複数の圧電素子で超音波を送信する場合の、超音波送受信ステップＳ２２を説明する説明図。
【図１０】検査対象の表面形状を考慮せず探傷した場合の超音波伝播経路を示す説明図。
【図１１】検査対象の表面形状を考慮して探傷した場合の超音波伝播経路を示す説明図。
【図１２】本実施形態における超音波探傷装置が遅延制御時間を制御した場合の超音波伝播経路を示す説明図。
【図１３】図７の表面形状取得ステップＳ２３〜再構成ステップＳ２６の詳細である遅延時間算出等処理を説明するフローチャート。
【図１４】超音波が検査対象内部で伝播する状態を示す説明図。
【図１５】超音波探傷装置が駆動素子の中心座標Ｅｃなどを求める際の説明図。
【図１６】本実施形態における超音波探傷装置により得られる位相整合波形Ｕｊ（ｔ）の一例を示す説明図。
【図１７】検査対象の表面の傾きθｊを求める際の説明図。
【図１８】検査対象の表面の傾きθを求める際の他の説明図。
【図１９】（Ａ）〜（Ｄ）は、図７の合成ステップＳ２５を説明する説明図。
【図２０】本実施形態における超音波探傷装置による合成波形による横穴測定結果（Ｂ−Ｓｃａｎ）の説明図。
【図２１】本実施形態の比較例としての、通常のＰＡＵＴによる横穴測定結果の説明図。
【図２２】合成波形を利用した場合の位置特定方法の一例を示す説明図。
【図２３】（Ａ）〜（Ｄ）は、しきい値の一例を示す説明図。
【図２４】散乱源を画像から判断する場合の説明図。
【図２５】圧電素子ごとの感度の違いを示す説明図。
【図２６】プローブの感度補償のために実施される超音波送受信の様子の説明図。
【図２７】複数の探傷屈折角βおよび焦点Ｆを利用して探傷結果を再構成する場合の超音波探傷処理の概要を説明するフローチャート。
【図２８】異なる条件で演算し得られた探傷結果およびこれらの探傷結果を合算した探傷結果を説明する図。
【図２９】プローブが走査を行う際の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る超音波探傷装置およびその方法の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本実施形態の超音波探傷装置およびその方法は、主にフェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ）を用いた超音波探傷法である。本実施形態における超音波探傷装置およびその方法は、複雑な表面形状を持つ検査対象に対して、表面形状測定のために超音波を送受信する。その後、超音波探傷装置およびその方法は、得られた波形を利用してオフラインで自由な任意の探傷条件で波形を合成し、高精度に欠陥を検出することを特徴とする。
【００１６】
以下、検査対象が設置された場所（現場）を、「オンライン」という。現場から離れた場所、すなわち検査対象が設置された場所ではない場所を、「オフライン」という。
【００１７】
図１は、本発明に係る超音波探傷装置の一実施形態を示す構成図である。
【００１８】
本実施形態においては、検査対象２は配管であり、配管の欠陥部分を検査対象表面２ａから入射された超音波により探傷する場合を例に説明する。図１における一点鎖線は、配管中心を示す。
【００１９】
超音波探傷装置１は、超音波アレイプローブ１１と、電位差印加部１２と、駆動素子制御部１３と、演算制御部１４と、表示部１５とを有する。
【００２０】
超音波アレイプローブ（プローブ）１１は、検査対象へ超音波を送受信する圧電素子２１をＮ個（Ｎ：自然数）並べて構成される。プローブ１１の詳細は後述する。
【００２１】
電位差印加部１２は、プローブ１１の圧電素子２１に任意波形の電位差を印加する。
【００２２】
駆動素子制御部１３は、駆動素子切替部２２と、ＡＤ変換部２３と、遅延制御部２４と、を有する。
【００２３】
駆動素子切替部２２は、電位差印加部１２が電位差を印加する圧電素子２１を切り替える。駆動素子切替部２２は、１つまたは複数の圧電素子２１を選択して切り替える。ＡＤ変換部２３は、各圧電素子２１から得られたアナログ形式の信号を個別に離散化して、デジタル形式の受信超音波波形データを得る。遅延制御部２４は、プローブ１１（圧電素子２１）に対して電位差を印加するタイミングを任意に調整する。なお、本実施形態においては、遅延制御部２４を省略してもよい。
【００２４】
演算制御部１４は、記録部２６と、表面形状計測部２７と、駆動素子定義部２８と、遅延時間計算部２９と、信号合成部３０と、制御部３１と、を有する。
【００２５】
記録部２６は、ＡＤ変換部２３から伝送された、デジタル形式の受信超音波波形データを記録する。表面形状計測部２７は、記録部２６に記録された受信超音波波形データに基づいて、探傷する検査対象の表面形状を計測する。表面形状が予め与えられている場合には、表面形状計測部２７は、その表面形状データを取得する。駆動素子定義部２８は、探傷に使用する圧電素子群である駆動素子を定義する。
【００２６】
遅延時間計算部２９は、駆動素子が検査対象２の表面２ａに超音波を送信したと仮定した場合に所望の探傷屈折角を得るための、超音波送受信の遅延時間を計算する。遅延時間計算部２９は、検査対象２の表面形状を考慮することで、検査対象２の表面形状が複雑な曲面であっても（平板でなくても）、所定の探傷屈折角を維持できるような遅延時間を計算する。遅延時間計算部２９は、測定した検査対象２の表面形状と駆動素子の配列方向における中心座標Ｅｃと各圧電素子２１の座標と探傷屈折角βおよび焦点Ｆ（焦点深さ）を用いて遅延時間を計算する。
【００２７】
信号合成部３０は、記録部２６に記録された各圧電素子２１の受信超音波波形データから、駆動素子の受信超音波波形データを抽出する。信号合成部３０は、遅延時間計算部２９により計算された遅延時間に従って、抽出された受信超音波波形データを時間軸に移動した後、加算または加算平均して合成信号を得る。
【００２８】
制御部３１は、駆動素子制御部１３や演算制御部１４の各部を制御し、動作させる。また、所要の演算を行う。例えば制御部３１は、感度補償部、画像化部および散乱源特定部として機能する。
【００２９】
表示部１５は、信号合成部３０により得られた合成信号を表示し、ユーザに提示する。
【００３０】
上述したプローブ１１は、超音波Ｕを送受信する超音波探触子である。プローブ１１は、複数の圧電素子２１を駆動して音響接触媒質３を介して検査対象２に超音波Ｕを送信（入射）する。また、プローブ１１は、検査対象２からの反射超音波を受信する。音響接触媒質３は、例えば水、グリセリン、マシン油、ひまし油、アクリルやポリスチレンのゲルなど超音波を伝播させることができる媒質である。なお、本実施形態においては、音響接触媒質３の図示を省略する場合がある。
【００３１】
プローブ１１は、圧電素子２１が一次元的に配列された、一般的にリニアアレイプローブと呼ばれるものである。プローブ１１は、例えば、超音波を発生させる機構と、超音波をダンピングするダンピング材と、超音波の発振面に取り付けられる前面板とを有する。超音波を発生させる機構は、例えば、セラミックス製、セラミックス複合材料、その他圧電効果により超音波を発生させる圧電素子や、高分子フィルムによる圧電素子である。
【００３２】
なお、プローブ１１は、リニアアレイプローブの奥行き方向に圧電素子２１を不均一な大きさで分割した１．５次元アレイプローブ、圧電素子２１が２次元的に配列されたマトリクスアレイプローブ、リング状の圧電素子２１が同心円状に配列されたリングアレイプローブでもよい。また、プローブ１１は、リングアレイプローブの圧電素子２１を周方向で分割した分割型リングアレイプローブ、圧電素子２１が不均一に配置された不均一アレイプローブ、円弧の周方向位置に圧電素子２１が配置された円弧状アレイプローブ、球面の表面に圧電素子２１を配置した球状アレイプローブなどのその他アレイプローブでもよい。
【００３３】
さらに、プローブ１１は、これらのアレイプローブを種類を問わずに複数組合せて使用する、いわゆるタンデム探傷してもよい。またプローブ１１は、コーキングやパッキングにより気中、水中を問わず利用できるものも含む。
【００３４】
プローブ１１の設置に際し、指向性の高い角度で検査対象２へ入射するために、楔を利用してもよい。楔は、超音波が伝播可能で音響インピーダンスが把握できている等方材である。楔は、例えば、アクリル、ポリイミド、ゲル、その他の高分子である。また、楔内の多重反射波が探傷結果に影響を与えないよう、楔内外にダンピング材を配置したり、山型の波消し形状を設けたり、多重反射低減機構を有したりしてもよい。なお、本実施形態においては、楔の図示を省略する場合がある。
【００３５】
本実施形態における超音波探傷装置１およびその方法を説明する前に、一般的なフェーズドアレイ（ＰＡ）を用いた場合の探傷方法を説明する。
【００３６】
図２は、一般的なＰＡを用いた場合の探傷例を示す説明図である。
【００３７】
図３は、一般的な探傷結果の再構成画像の例を示す説明図である。
【００３８】
検査対象２内部に任意の探傷屈折角βおよび焦点位置で超音波Ｕを入射させるため、ＰＡのプローブ１１に設けられた複数個の圧電素子２１に適切な時間遅延を付与して発振させる。これにより、超音波の方向や焦点位置が制御される。
【００３９】
検査対象２内部に亀裂や介在物などの反射源４が存在すると、検査対象２に入射された超音波Ｕは、反射、散乱する。その反射された超音波は、プローブ１１の圧電素子２１で受信される。受信された超音波波形は、設定した超音波の入射角αと探傷屈折角βに応じた遅延時間に従って合成され、電子スキャン方向に画像化される。
【００４０】
この画像化は、一般的にＢ−ｓｃａｎやＳ−ｓｃａｎと呼ばれる。図３に示すように、画像は、探傷時の探傷条件に応じた入射角αや探傷屈折角βにより再構成される。以下の説明は、Ｂ−ｓｃａｎを用いて説明する。
【００４１】
なお、探傷方法は、探傷屈折角βを扇状に走査するセクタスキャン、測定したい領域に合わせて焦点深さを変化させるＤｙｎａｍｉｃ  Ｄｅｐｔｈ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ（ＤＤＦ）などの、複数の圧電素子２１を遅延時間制御する他の探傷方法を用いてもよい。
【００４２】
次に、一般的な探傷方法を、フローチャートを用いて説明する。
【００４３】
図４は、一般的な探傷方法を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ１において、検査対象２に対する探傷屈折角βや焦点位置などの探傷条件に応じて、遅延時間が算出される。ステップＳ２において、検査対象２の表面２ａ上にプローブ１１が設置され、走査が開始される。
【００４５】
ステップＳ３において、遅延時間算出ステップＳ１で算出された遅延時間に従って、検査対象２に超音波が送信および受信される。ステップＳ４において、圧電素子２１ごとに得られた超音波波形（受信超音波波形データ）が遅延時間に従って合成される。ステップＳ５において、探傷屈折角βなどの探傷条件に応じて得られた受信超音波波形データが再構成され、Ｂ−ｓｃａｎが作成される。その後、再度検査対象２上の検査位置が変更され、設置ステップＳ２〜再構成ステップＳ５が繰り返される。
【００４６】
ここで、検査対象２の表面に、溶接金属の余盛や研削によるうねり（部分的な曲面）のような曲面が生じていた場合、または、そもそも検査対象２が非平面状であった場合、平面を想定した探傷条件で超音波送信ステップＳ３〜再構成ステップＳ５が実施されると、超音波は想定した角度で入射されない。
これらの課題を、図５を用いて説明する。
【００４７】
図５は、検査対象２の表面２ａに曲面２ｂが形成されている場合の探傷検査の説明図である。
【００４８】
探傷条件が図２に示すように平面を想定した探傷条件で計算される場合、プローブ１１のどの位置からも入射角αにより探傷される。このため、超音波が、うねりなどの曲面２ｂを有する検査対象２に入射される場合、スネルの法則から探傷屈折角βが固定されず、超音波の伝播経路は入射位置に応じて様々な変化を生じる。これにより、想定した超音波で探傷ができないだけでなく、入射角αによっては超音波を検査対象２に入射できない。
【００４９】
このような課題を解決する手段の１つとして、超音波で計測された表面形状をフィードバックして探傷することが考えられる。表面形状を考慮した探傷方法をフローチャートを用いて説明する。
【００５０】
図６は、表面形状を考慮した探傷方法を示すフローチャートである。
【００５１】
ステップＳ１１において、プローブ１１が検査対象２に設置され、走査が開始される。ステップＳ１２において、超音波が検査対象２の表面２ａに対して送信され、その後受信される。ステップＳ１３において、検査対象２の表面形状が演算により取得される。ステップＳ１４において、表面形状を反映した上で想定される探傷屈折角βを用いて超音波を入射するのに最適な、圧電素子２１の遅延時間が算出される。
【００５２】
ステップＳ１５において、遅延時間に従って超音波が送信され、その後受信される。ステップＳ１６において、圧電素子２１ごとに得られた受信超音波波形データが遅延時間に従って合成される。ステップＳ１７において、表面形状に応じた探傷結果が再構成され、Ｂ−ｓｃａｎが作成される。その後、探傷が終了するまで設置ステップＳ１１〜再構成ステップＳ１７が繰り返される。
【００５３】
この設置ステップＳ１１〜再構成ステップＳ１７は、オンラインで実施することが必須である。このため、探傷条件を変えて探傷する場合は、遅延時間算出ステップＳ１４〜再構成ステップＳ１７を繰り返すことになり、オンラインでの検査時間が増大する。
【００５４】
そこで、本実施形態における超音波探傷装置１およびその方法は、図６の表面形状取得ステップＳ１３〜再構成ステップＳ１７をオフラインで行う。これにより、超音波探傷装置１およびその方法は、オンラインでの検査時間を、大幅に低減することができる。
【００５５】
以下、本実施形態における超音波探傷装置１により実施される超音波探傷方法について、具体的に説明する。
【００５６】
図７は、本実施形態における超音波探傷装置１により実施される超音波探傷処理の概要を説明するフローチャートである。
【００５７】
図７の超音波探傷処理は、オンラインで実施される設置ステップＳ２１および超音波送受信ステップＳ２２と、オフラインで実施される表面形状取得ステップＳ２３〜再構成ステップＳ２６とを有する。
【００５８】
ステップＳ２１およびステップＳ２２は、図６の設置ステップＳ１１および超音波送受信ステップＳ１２とほぼ同様である。超音波探傷装置１は、ステップＳ２１およびＳ２２が実施された後は、オンラインで処理を行う必要はない。すなわち、超音波探傷装置１は、プローブ１１、電位差印加部１２および駆動素子制御部１３により検査対象２に対してオンラインで超音波を送受信する必要はない。超音波探傷装置１は、ステップＳ２３以降の処理は、演算制御部１４および表示部１５を主に用いたオフラインでの処理に移行する。
【００５９】
ステップＳ２３およびステップＳ２４は、図６の表面形状取得ステップＳ１３および遅延時間算出ステップＳ１４とほぼ同様である。ただし、図６のステップＳ１３およびＳ１４と異なるのは、オンラインで実施されない点である。
【００６０】
ステップＳ２５において、超音波探傷装置１（信号合成部３０）は、遅延時間算出ステップＳ２４で算出された遅延時間に従い、超音波送受信ステップＳ２２で得られ、記録部２６に記憶された受信超音波波形データを合成する。この合成ステップＳ２５は、図６の超音波送信ステップＳ１５および合成ステップＳ１６に相当する。ステップＳ２６は、図６の再構成ステップＳ１７とほぼ同様である。
次に、図７の各ステップの詳細を説明する。
【００６１】
まず、超音波送受信ステップＳ２２（図６の超音波送受信ステップＳ１２）の詳細を説明する。
【００６２】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、超音波送受信ステップＳ２２を説明する説明図である。
【００６３】
超音波送受信ステップＳ２２においては、超音波探傷装置１は、１つの圧電素子２１で超音波を送信し、複数の圧電素子２１で超音波を受信する。また、超音波探傷装置１は、圧電素子２１ごとに独立した状態で受信超音波波形データを保持する。Ｎ個の圧電素子２１を有するプローブ１１を使用した場合、圧電素子２１を順次変えて超音波を送信すると、最大でＮ×Ｎパタンの受信超音波波形データが収録される。
【００６４】
各圧電素子２１で受信した受信超音波波形は、基本波形Ｕｆｐ，ｑとして表される。「ｐ」は、送信した圧電素子２１の番号を示す。「ｑ」は、受信した圧電素子２１の番号を示す。例えば、圧電素子２１の配列順に（図８においては左から右に順次）、各圧電素子２１に１〜Ｎの番号が振られる。以下、Ｎ個の各圧電素子を区別する場合、１〜Ｎの番号を付して、圧電素子２１１〜２１Ｎと示す。
【００６５】
例えば、図８（Ａ）に示すように、圧電素子２１１により超音波が送信されると、反射源４で反射された超音波は、圧電素子２１１〜２１Ｎで受信される。各圧電素子２１１〜２１Ｎの受信超音波波形データは、基本波形Ｕｆ１，１、Ｕｆ１，２、……Ｕｆ１，（Ｎ−１）、Ｕｆ１，Ｎとして表される。なお、各基本波形Ｕｆの一つ目の反射波Ｗ１は、検査対象２の表面２ａで反射した反射波である。二つ目の反射波Ｗ２は、検査対象２内の反射源４で反射した反射波である。
【００６６】
図８（Ｂ）に示すように、圧電素子２１２により超音波が送信されると、各圧電素子２１１〜２１Ｎの受信超音波波形データは、基本波形Ｕｆ２，１、Ｕｆ２，２、……Ｕｆ２，（Ｎ−１）、Ｕｆ２，Ｎとして表される。図８（Ｃ）に示すように、圧電素子２１Ｎにより超音波が送信されると、各圧電素子２１１〜２１Ｎの受信超音波波形データは、基本波形ＵｆＮ，１、ＵｆＮ，２、……ＵｆＮ，（Ｎ−１）、ＵｆＮ，Ｎとして表される。
【００６７】
なお、超音波探傷装置１は、複数の圧電素子２１で超音波を送信し、複数の圧電素子２１で超音波を受信してもよい。この場合においても、超音波探傷装置１は、圧電素子２１ごとに独立した状態で受信超音波波形データを保持する。
【００６８】
図９（Ａ）〜（Ｄ）は、複数の圧電素子２１で超音波を送信する場合の、超音波送受信ステップＳ２２を説明する説明図である。図９においては、プローブ１１と合わせて各圧電素子２１に与えられる遅延時間も示す。
【００６９】
超音波探傷装置１は、各圧電素子２１の超音波の送信に遅延時間を設け、超音波を平面波としたり、収束させたり、拡散させたりすることができる。これにより、１つの圧電素子２１で超音波を送信するよりも、大きな信号強度が得られる。
【００７０】
図９（Ａ）に示すように、超音波探傷装置１は、各圧電素子２１の遅延時間を均一にすると、送信超音波を平面波とすることができる。また、図９（Ｂ）に示すように、超音波探傷装置１は、各圧電素子２１の遅延時間を圧電素子２１の配列順に一定の増加率で大きくすると、送信超音波を指向性のある平面波とすることができる。
【００７１】
図９（Ｃ）に示すように、超音波探傷装置１は、各圧電素子２１の遅延時間が圧電素子２１の配列順に凸状になるように与えると、送信超音波を焦点Ｆに集束する波面とすることができる。また、図９（Ｄ）に示すように、超音波探傷装置１は、各圧電素子２１の遅延時間が圧電素子２１の配列順に凹状になるように与えると、送信超音波を焦点Ｆ（焦点マイナス）に対し拡散する波面とすることができる。
【００７２】
複数の圧電素子２１で送信され、圧電素子２１ごとに受信された受信超音波波形データも同様に、基本波形Ｕｆｐ，ｑで表される。例えば、圧電素子２１１〜２１５で送信され、圧電素子２１ごとに受信された基本波形Ｕｆは、基本波形Ｕｆ（１〜５），１、Ｕｆ（１〜５），２、……Ｕｆ（１〜５），（Ｎ−１）、Ｕｆ（１〜５），Ｎとして示される。
【００７３】
複数の圧電素子２１で送信され、圧電素子２１ごとに受信した受信超音波波形データ、すなわち基本波形Ｕｆは、１つの圧電素子２１で超音波を送信した場合に得られる基本波形Ｕｆと組み合せて、または重ね合わせて、以後利用できる。よって、超音波送受信ステップＳ２２で得られる基本波形Ｕｆの数は、Ｎ×Ｎを上回ることもある。
【００７４】
次に、表面形状取得ステップＳ２３（図６のステップＳ１３）以降のステップの詳細を説明する。
【００７５】
まず、曲率のある表面（曲面）においてリニアスキャンで探傷した場合に、探傷条件に応じた超音波の伝播の仕方について説明する。
【００７６】
図１０は、検査対象２の表面形状を考慮せず探傷した場合の超音波伝播経路を示す説明図である。
【００７７】
図１１は、検査対象２の表面形状を考慮して探傷した場合の超音波伝播経路を示す説明図である。
【００７８】
図１０に示すように、超音波Ｕは、検査対象２の表面２ａを平面形状として想定された条件で送信される。入射角αは一定となるが、入射した超音波は表面形状の影響を受けて探傷屈折角βが一定とならず焦点位置（焦点）Ｆを通る想定された経路とは異なる経路をたどる。再構成で得られる欠陥位置は、実際の検査対象２に生じる欠陥の位置に対して誤差を生じ、探傷結果の評価において誤差や見逃しの原因となる。
【００７９】
図１１においては、検査対象２の表面形状が考慮され、超音波が検査対象２の焦点Ｆに入射するように遅延時間が制御される。一般的なリニアスキャンでは、同時に使用される圧電素子２１（駆動素子）の組み合わせが予め決められる。この駆動素子は、シーケンシャルに移動する。探傷の条件における定数は、超音波のスタート地点である駆動素子の中心位置（中心座標）Ｅｃと、ゴール地点である検査対象２内の焦点位置（焦点）Ｆの２点となり、パラメータは入射点Ｓとなる。
【００８０】
この場合でも探傷屈折角βは必ずしも一定にはならず、「探傷屈折角βが一定下で探傷試験を行う」という、規格（例えばＪＩＳ）にも採用されている超音波試験に対する一般的な要求を満たさない。また、検査対象２の表面形状によっては、入射が困難な圧電素子２１が強制的に使用される場合もあり、十分な強度を持った超音波が入射できない可能性がある。
【００８１】
これに対し、本実施形態における超音波探傷装置１は、検査対象２の表面形状を考慮した上で、超音波を検査対象２に好適に入射させ、かつ探傷屈折角βを一定にすることができる。
【００８２】
図１２は、本実施形態における超音波探傷装置１が遅延制御時間を制御した場合の超音波伝播経路を示す説明図である。
【００８３】
超音波探傷装置１は、検査対象２の既知の表面形状と所望の探傷屈折角βから入射点Ｓおよび焦点Ｆを定数とし、駆動素子の中心位置Ｅｃをパラメータとして最適な圧電素子２１を逆算する。超音波探傷装置１は、求められた圧電素子２１を使用し、それらの圧電素子２１の遅延時間を制御する。超音波探傷装置１は、これにより、常に探傷屈折角βを一定に維持できる。超音波探傷装置１は、好適な遅延制御時間を求めることができ、より高精度な探傷結果を得ることができる。
【００８４】
図１３は、図７の表面形状取得ステップＳ２３〜再構成ステップＳ２６の詳細である遅延時間算出等処理を説明するフローチャートである。
【００８５】
図１４は、超音波が検査対象２内部で伝播する状態を示す説明図である。
【００８６】
図１５は、超音波探傷装置１が駆動素子の中心座標Ｅｃなどを求める際の説明図である。
【００８７】
本実施形態においては、リニアアレイプローブを代表例として説明するため、図１４に示すように、各座標情報は全て２次元（ｘ，ｚ）で表記する。マトリクスアレイプローブなど２次元的に圧電素子２１が配列されたプローブを用いる場合は、３次元（ｘ，ｙ，ｚ）で表される。
【００８８】
各圧電素子２１の座標をＥｉ（ｘ，ｚ）（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とし、駆動素子の個数をｎ（１≦ｎ≦Ｎ）とすると、探傷においては、素子座標Ｅｉから素子座標Ｅ（ｉ＋ｎ）までの圧電素子２１が使用される。
【００８９】
また、駆動素子全体の素子中心座標をＥｃ（ｘ，ｚ）とする。ここで、検査対象２の表面形状の座標を表面形状関数Ｓ（ｘ，ｚ）で与える。表面形状関数Ｓ上では、探傷のシーケンスｊ（パタン）をｍ回まで実施し、超音波を集束する焦点をＦｊ（ｘ，ｚ）とする。
【００９０】
焦点Ｆｊは、駆動素子の中心座標（中心座標）Ｅｃから入射角αで仮定された平面に入射し、探傷屈折角βで屈折した超音波が設定された深さで集束する焦点である。焦点Ｆｊを通る探傷屈折角βの直線が表面形状関数Ｓと交わる表面形状座標を、Ｓｊ（入射点Ｓｊ）とする。表面形状座標Ｓｊにおける検査対象２表面の傾き（プローブ１１と検査対象２表面との相対角度）をθｊとする（図１５）。
【００９１】
図１３のフローチャートにおける各処理は、実質的な信号処理である。
【００９２】
ステップＳ３１において、超音波探傷装置１は、検査対象２の表面２ａに座標を設定する。具体的には、超音波探傷装置１は、プローブ１１の素子座標Ｅｉと、検査対象２表面形状の測定結果または設計データから表面形状関数Ｓとを決定する。このとき、計算に使用する表面形状はＡｓ  Ｂｕｉｌｄの形状を計測したものでもよいし、設計データをインポートしたものでもよい。表面形状は、公知の技術を用いて計測することができる。なお、このステップＳ３１は、図７の表面形状取得ステップＳ２３に相当する。
【００９３】
ステップＳ３２において、超音波探傷装置１は、検査対象２の表面形状が平面だと仮定した場合に実施されるリニアスキャン（通常のリニアスキャン）で用いられる探傷条件を用い、中心座標Ｅｃの駆動素子（複数の圧電素子）から送信される超音波の焦点Ｆｊを算出する。具体的には、超音波探傷装置１は中心座標Ｅｃから入射角αで超音波を送信し、平面形状である検査対象２に入射したと仮定したときに得られる探傷屈折角（屈折角）βで検査対象２内を伝播し、超音波を集束させたい深さに達した点を、焦点Ｆｊとする。
【００９４】
ステップＳ３３において、超音波探傷装置１は、屈折角βおよび焦点Ｆｊを用いて実際の表面形状に応じた入射点Ｓｊを算出する。具体的には、超音波探傷装置１は、焦点Ｆｊを通り屈折角βとなる直線を引き、その直線と表面形状関数Ｓとの交点を入射点Ｓｊとする。
【００９５】
ステップＳ３４において、超音波探傷装置１は、入射点Ｓｊにおける表面傾き（傾き）θｊを算出する（図１５）。傾きθｊの算出方法は、後述する。
【００９６】
ステップＳ３５において、超音波探傷装置１は、算出された屈折角β、焦点Ｆｊ、入射点Ｓｊ、傾きθｊ、および既知の音響接触媒質３と検査対象２との音速値（ｖ１：音響接触媒質、ｖ２：検査対象）を、スネルの法則を用いて実際の入射角αｊ（表面形状を考慮した入射角）を算出する。実際の入射角αｊは、本実施形態の超音波探傷方法におけるパラメータである。
【００９７】
ステップＳ３６において、超音波探傷装置１は、入射点Ｓｊおよび入射角αｊを用いて実際の中心座標Ｅｃｊ（表面形状を考慮した駆動素子の中心座標）を算出する。具体的には、超音波探傷装置１は、入射点Ｓｊから角度αｊの傾きを有する直線を引き、その直線と最も近い座標をとる中心座標ＥｃをＥｃｊとする。
【００９８】
ステップＳ３７において、超音波探傷装置１は、中心座標Ｅｃｊを中心とするｎ個の圧電素子２１のそれぞれについて、素子座標Ｅｉから表面形状関数Ｓを経て焦点Ｆｊへ至る間に、スネルの法則を最もよく満たす素子座標Ｅｉ、表面形状関数Ｓ、および焦点Ｆｊの組合せを数値計算により算出する。超音波探傷装置１は、既知の音速からそれぞれの超音波の伝播時間を求め、各圧電素子２１の伝播時間の最小値からの差を各圧電素子２１の遅延時間として算出する。なお、ステップＳ３２〜ステップＳ３７は、図７の遅延時間算出ステップＳ２４に相当する。
【００９９】
ステップＳ３８において、超音波探傷装置１は、算出された遅延時間を基本波形Ｕｆに反映して足し合わせる。これにより、超音波探傷装置１は合成波形データ（位相整合波形Ｕｊ（ｔ））を得る。ここで、図１６は、本実施形態における超音波探傷装置１により得られる位相整合波形Ｕｊ（ｔ）の一例を示す説明図である。なお、このステップＳ３８は、合成ステップＳ２５に相当する。
【０１００】
ステップＳ３９において、超音波探傷装置１は、表面形状に応じて、探傷結果を再構成し画像化する。具体的には、超音波探傷装置１は、中心座標Ｅｃｊ、入射点Ｓｊ、焦点Ｆｊ、屈折角β、入射角αｊ、および音響接触媒質３と検査対象２との音速（探傷条件）を用いて、位相整合波形Ｕｊ（ｔ）と検査対象２位置情報との対応付けを行う。さらに具体的には、図１６に示すように、超音波探傷装置１（画像化部）は上述した探傷条件を用いて超音波伝播時間を計算し、探傷結果再構成領域Ｍ（ｘ，ｚ）に対応する位相整合波形Ｕｊ（ｔ）の強度を得る。
【０１０１】
例えば、超音波探傷装置１は、表面形状データ、駆動素子の中心座標Ｅｃｊ、各圧電素子２１の座標Ｅを二次元（または三次元）画像上に定義する。超音波探傷装置１は、探傷屈折角βおよび超音波の焦点Ｆｊに基づいて、駆動素子の中心座標Ｅｃｊと検査対象２の表面２ａにおける超音波の入射位置Ｓｊと焦点Ｆｊとを結ぶ音線を算出する。超音波探傷装置１は、合成波形データの強度を時間および音速を考慮してプロットする。超音波探傷装置１は、座標Ｍに対応する波形Ｕｍの強度をプロットすることで再構成した探傷結果が得られる。なお、このステップＳ３８は、再構成ステップＳ２６に相当する。
【０１０２】
次に、表面形状座標Ｓｊにおける検査対象２表面の傾きθｊを求める方法について説明する。傾きθｊは、超音波アレイプローブ１１と検査対象２表面との相対角度である。
【０１０３】
図１７は、検査対象２の表面２ａの傾きθｊを求める際の説明図である。
【０１０４】
超音波の入射点Ｓｊにおける傾きθｊは、入射点Ｓｊに隣接した表面形状座標Ｓｊ−１とＳｊ＋１とから算出される。傾きθｊは、入射点Ｓｊからａ離れた表面形状座標Ｓｊ−ａとＳｊ＋ａとを用いて算出することもできる。傾きθｊは、表面形状座標Ｓｊ−ａからＳｊ＋ａまでの各点を利用し、各点を通るように最小二乗法などの手法により直線近似することで算出することもできる。
【０１０５】
図１８は、検査対象２の表面２ａの傾きθを求める際の他の説明図である。
【０１０６】
形状計測結果にノイズが生じる場合もあるため、全てのデータを用いると実際の傾きθｊに対して誤差を持つθｊ´が算出されてしまう。このため、表面形状座標Ｓｊ−ａからＳｊ＋ａまでの複数点のうち、ばらつきが大きいデータ点（例えばＳｊ−２）を除去して傾きθｊを算出してもよい。
【０１０７】
また、中心座標Ｅｃｊ、ある表面形状座標Ｓｋ、および焦点Ｆｊの位置から入射点Ｓｊを特定する際に、表面形状関数Ｓの各位置における傾きθｊを先に計算してもよい。この場合、中心座標Ｅｃｊ、ある表面形状座標Ｓｋ、および焦点Ｆｊの位置に対して座標Ｓ１から座標Ｓｎまでスネルの法則で計算する。計算結果の絶対値が最小となる値を、中心座標Ｅｃｊとある表面形状座標Ｓｋと焦点Ｆｊとの位置関係における入射点Ｓｊとすることができる。
【０１０８】
次に、図７の合成ステップＳ２５（図１３のステップＳ３８）の詳細を説明する。
【０１０９】
図１９（Ａ）〜（Ｄ）は、図７の合成ステップＳ２５を説明する説明図である。具体的には、図１９（Ａ）は、プローブ１１による探傷の様子を示す説明図である。図１９（Ｂ）は、圧電素子２１１〜２１３で送受信した基本波形Ｕｆ１，１、Ｕｆ１，２、……Ｕｆ３，２、Ｕｆ３，３を示す説明図である。図１９（Ｃ）は、図１９（Ｂ）の基本波形Ｕｆに遅延時間を加味した遅延制御後基本波形Ｕｆを示す説明図である。図１９（Ｄ）は、図１９（Ｃ）の遅延制御後基本波形Ｕｆを合成した合成波形データを示す説明図である。
【０１１０】
超音波探傷装置１は、１つの圧電素子２１で超音波を送信し、圧電素子２１ごとに反射した超音波を受信する。これにより、図１９（Ｂ）に示す基本波形Ｕｆが得られる。この処理は、図７の超音波送受信ステップＳ２２に相当する。
【０１１１】
次に、超音波探傷装置１（信号合成部３０）は、図７の遅延時間算出ステップＳ２４で得られた遅延時間に基づいて、超音波送受信ステップＳ２２で得られた基本波形Ｕｆを遅延制御する。具体的には、信号合成部３０は、基本波形Ｕｆを遅延時間に基づいて時間方向にずらす。これにより、図１９（Ｃ）に示す遅延制御後基本波形Ｕｆが得られる。
【０１１２】
なお、「遅延時間」は、超音波送信時（図４のステップＳ３、図６のステップＳ１５に相当）に必要な送信側遅延時間と、超音波受信時（図４のステップＳ４、図６のステップＳ１６に相当）に必要な受信側遅延時間の合算分である。このとき、送信に使用される圧電素子２１と受信に使用される圧電素子２１は必ずしも同一でなくてもよい。
【０１１３】
次に、信号合成部３０は、遅延制御後基本波形Ｕｆを図１９（Ｄ）に示すように合成する。信号合成部３０は、加算や平均化をはじめとする種々の合成法を用いることができる。
【０１１４】
このように、基本波形Ｕｆを遅延時間に従って合成することにより、超音波送受信時に超音波をフォーカスしていなくても、フォーカスしたのと同様の効果が得られる。
【０１１５】
図２０は、本実施形態における超音波探傷装置１による合成波形による横穴測定結果（Ｂ−Ｓｃａｎ）の説明図である。
【０１１６】
図２１は、本実施形態の比較例としての、通常のＰＡＵＴによる横穴測定結果の説明図である。
【０１１７】
図２０および図２１を比較すると、画像上では同傾向の結果が得られていることが確認できた。
【０１１８】
なお、本実施形態の超音波探傷装置１による波形合成（図２０）は、通常のＰＡＵＴ（図２１）と比べて、横穴指示の強度が大きくなる。これは、強度上限値の問題が関係する。
【０１１９】
通常のＰＡＵＴは、受信超音波波形をハードウェア上で合成して転送するため、合成後の波形強度が高くなりやすい。強度の大きい反射波が得られると、振幅が強度上限値に達するため飽和が起こり、強度の線形性が保てない場合がある。このため、強度に制限をかけており、実際の信号よりも小さい強度として扱われる。
【０１２０】
これに対し、本実施形態の超音波探傷装置１による波形合成の場合、合成される前の基本波形Ｕｆがソフトウェア側に転送される。このため、転送時点で飽和するほどの強度になる可能性は低く、合成時にも振幅の規格化や変数の型を大きくする（例えば８ｂｉｔ→１６ｂｉｔ）などで、線形性を保ったまま合成波形が得られる。
【０１２１】
なお、上述の説明においては、リニアスキャンの結果を例示したが、セクタスキャンなど他のスキャン方法でも同じである。
【０１２２】
次に、反射源（散乱源）４の位置特定法および検出法について説明する。本実施形態においては、図７の合成ステップＳ２５で得られた合成波形データと、再構成ステップＳ２６または図２７の合算ステップＳ４５（後述）で得られた画像から測定する方法を採用する。
【０１２３】
図２２は、合成波形を利用した場合の位置特定方法の一例を示す説明図である。
【０１２４】
駆動素子の中心座標Ｅｃｊ、入射角α、探傷屈折角β、音響接触媒質厚さＴ、音響接触媒質および検査対象の音速ｖ１およびｖ２は既知の値である。このため、合成波形データ（位相整合波形Ｕｊ（ｔ））の散乱源エコーの得られた時間および音速から、二次元（または三次元）画像中の散乱源４の位置が特定できる。
【０１２５】
超音波探傷装置１（散乱源特定部）は、合成波形に任意のしきい値を求め、このしきい値を超えたエコーを散乱源エコーとみなす。超音波探傷装置１は、散乱源エコーが検出された時間を取得し、画像中の音線からその時間が位置する座標を特定することにより、散乱源エコーが検出された座標を特定する。
【０１２６】
図２３（Ａ）〜（Ｄ）は、しきい値の一例を示す説明図である。図２３においては、散乱源４ａおよび４ｂで反射した場合の合成波形を示す。
【０１２７】
しきい値は、図２３（Ａ）に示す信号強度が一定のもの（通常しきい値）、図２３（Ｂ）に示す信号強度が段階的に変化するもの（段階しきい値）、図２３（Ｃ）、（Ｄ）に示す信号強度が連続的に変化するもの（連続しきい値）などを適用できる。
【０１２８】
散乱源４を画像から判断する場合については、例えば図２４に示すように、画像上に現れる座標をそのまま読み取ることでも位置を特定できる。また、超音波探傷装置１は、しきい値を越える信号強度が得られる座標を自動表示してもよい。
【０１２９】
このような、本実施形態における超音波探傷装置１およびその方法（超音波探傷装置１）は、オンラインで１度超音波送受信することにより、その後はオフラインにおいて表面形状を考慮した検査対象の探傷試験を行うことができる。これにより、超音波探傷装置１は、オンラインでの検査時間を大幅に低減することができる。
【０１３０】
また、超音波探傷装置１は、検査対象の表面形状を考慮した上で、遅延時間を算出する。その後、超音波探傷装置１は、オンラインで得られた受信超音波波形データに対してこの遅延時間を反映させて合成波形データを求めることができる。これにより、超音波探傷装置１は、複雑な表面形状を有する検査対象であっても、検査対象の欠陥を高精度に検出することができる。
【０１３１】
なお、本実施形態における超音波探傷装置１は、一例として圧電素子２１を一次元的に複数個配列した超音波アレイプローブ１１を用いて説明した。このプローブ１１においては、同一のプローブであっても、圧電素子２１ごとに感度が異なる場合がある。ここで、図２５は、圧電素子２１ごとの感度の違いを示す説明図である。
【０１３２】
これは、圧電素子２１のサイズ、ケーブル長、ダンパーや前面板の接触状態やその他の要因に起因する。このため、圧電素子２１の感度を補償しないまま超音波探傷を行うと、誤差が生じる可能性がある。そこで、超音波探傷装置１は、プローブ１１の感度補償を行ってもよい。
【０１３３】
図２６は、プローブ１１の感度補償のために実施される超音波送受信の様子の説明図である。
【０１３４】
例えば、超音波探傷装置１（感度補償部）は、検査対象２や参照用ブロックの表面や底面などの、反射波が得られることが予想できる対象物（平面が保証されている対象物）に対し、１つの圧電素子２１から超音波を送信する。反射した超音波は、送信した圧電素子２１と同じ圧電素子２１で受信される。このシーケンスを最大Ｎ回まで複数の（Ｎ個の）圧電素子２１で行うことで、参照波形が得られる。この参照波形は、上述した基本波形Ｕｆで表すと、基本波形Ｕｆｐ，ｑ（ｐ＝ｑ）に相当する。
【０１３５】
超音波探傷装置１は、得られた参照波形ごとに強度を抽出し、最大強度の参照波形で規格化した強度定数Ｃｐ，ｑ（ｐ＝ｑ）を算出する。本定数を用いた感度補償は、波形合成時に使用する基本波形Ｕｆｐ，ｑの受信側引数ｑが一致する強度定数の逆数を、基本波形に乗ずることで行われる。
【０１３６】
例えば、超音波探傷装置１は、基本波形Ｕｆ２，２に対しては、強度定数Ｃ２，２の逆数を乗ずる。また、超音波探傷装置１は、基本波形Ｕｆ２，３に対しては、強度定数Ｃ３，３の逆数を乗ずる。
【０１３７】
より詳細な補償手法として、送信効率と受信効率を考慮する手法もある。この手法は、基本波形Ｕｆｐ，ｑの送信側引数ｐが一致する強度定数の平方根の逆数と、受信側引数ｑが一致する強度定数の平方根の逆数を乗ずる手法である。
【０１３８】
例えば、超音波探傷装置１は、基本波形Ｕｆ２，３に対しては、強度定数Ｃ２，２の平方根の逆数と、強度定数Ｃ３，３の平方根の逆数を乗ずる。これにより、圧電素子２１に由来した感度差による誤差が低減できる。
【０１３９】
また、本実施形態における超音波探傷装置１は、複数の探傷屈折角βを重ね合わせることで、欠陥の検出感度やサイジング精度を向上させることもできる。以下、具体的に説明する。
【０１４０】
例えば、探傷屈折角β＝３０°と、探傷屈折角β＝６０°とを比較した場合、β＝３０°のような深い（小さい）探傷屈折角βは、検査対象表面から深い（遠い）部分にある反射源４の検出に適している。一方、β＝６０°のような浅い（大きい）探傷屈折角βは、検査対象２の表面２ａから浅い（近い）部分にある反射源４の検出に適している。このため、同一の反射源４や検査範囲であっても、複数の探傷屈折角βもしくは焦点Ｆ深さを利用することは、探傷試験において有効である。
【０１４１】
そこで、本実施形態における超音波探傷装置１は、複数の探傷屈折角βや焦点Ｆ、複数の駆動素子に基づいて得られた探傷結果を利用して探傷処理を行ってもよい。以下、フローチャートを用いて説明する。
【０１４２】
図２７は、複数の探傷屈折角βおよび焦点Ｆを利用して探傷結果を再構成する場合の超音波探傷処理の概要を説明するフローチャートである。
【０１４３】
図２８は、異なる条件で演算し得られた探傷結果およびこれらの探傷結果を合算した探傷結果を説明する図である。
【０１４４】
図２７の超音波探傷処理は、図７のオフラインで実施される処理のうち、遅延時間算出ステップＳ２４〜再構成ステップＳ２６の代わりに実施される。このため、オンラインで実施される処理およびオフラインで実施される表面形状取得ステップＳ２３の図示および説明は省略する。
【０１４５】
ステップＳ４１〜ステップＳ４３は、図７の遅延時間算出ステップＳ２４〜再構成ステップＳ２６とほぼ同様である。ステップＳ４１〜ステップＳ４３においては、探傷試験に必要な、探傷屈折角βや焦点Ｆからなる条件に応じて遅延時間が算出され、この遅延時間に基づいて演算が行われる。
【０１４６】
ステップＳ４４において、超音波探傷装置１は、所定の条件数演算したか否かを判定する。例えば、図２８に示すように、超音波探傷装置１は探傷が必要な探傷屈折角β１、β２、……、βｎからなる条件を用いて、演算したか否かを判定する。超音波探傷装置１は、所定の条件数演算していないと判定した場合、遅延時間算出ステップＳ４１に戻る。超音波探傷装置１は、所定の条件数演算が終了するまで遅延時間算出ステップＳ４１〜判定ステップＳ４４を繰り返す。
【０１４７】
超音波探傷装置１は、所定の条件数演算が終了したと判定した場合、ステップＳ４５において、再構成ステップＳ４３で得られた各条件に基づく探傷結果を合算する。超音波探傷装置１は、図２８に示すように、探傷屈折角β１、β２、……、βｎを用いて得られた探傷結果を合算する。この合算は加算や平均化などの種々の合算法を用いて行われる。
【０１４８】
超音波の指向性に基づく入射効率は、基本的に角度が深いほうが高い。このため、超音波探傷装置１は、入射効率の違いに伴う感度差を補償する係数を乗じて結果を合算してもよい。このとき用いられる係数は、実測値であったり、公知の数値を用いたりすることができる。
【０１４９】
図２７の超音波探傷処理は、オフラインで波形が合成される。このため、網羅的な探傷屈折角βを再現する場合であっても、オンライン検査に要する時間は一の探傷屈折角βを再現する場合と変わらない。よって、超音波探傷装置１は、オンライン検査の時間を増加させることなく、網羅的な探傷を行うことができる。
【０１５０】
また、開口合成処理は、擬似的に全探傷屈折角βを合算した結果を得ることができる。しかし、溶接部などの異方性がある組織では探傷屈折角βによっては高強度のノイズが重畳する。または、検出したい反射源４まで超音波が到達しない。これに対し、本実施形態における超音波探傷装置１は、反射源４が検出されやすい探傷屈折角βを選択的に合成できるため、反射源４の検出感度およびサイジング精度を向上させることができる。
【０１５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１５２】
例えば、超音波アレイプローブ１１をスキャナに搭載して走査しながら探傷してもよい。ここで、図２９は、プローブ１１が走査を行う際の説明図である。
【０１５３】
プローブ１１にリニアアレイプローブを適用した場合、超音波探傷装置１は、アレイの並んでいる方向と直交する方向にプローブ１１を走査する。これにより、超音波探傷装置１は、３次元的な探傷結果を得られる。マトリックスプローブやリングアレイプローブなどの他のプローブが適用される場合についても、任意の方向に走査すれば同様の効果を得られる。
【符号の説明】
【０１５４】
１  超音波探傷装置
２  検査対象
３  音響接触媒質
１１  超音波アレイプローブ（プローブ）
１２  電位差印加部
１３  駆動素子制御部
１４  演算制御部
１５  表示部
２１  圧電素子
２２  駆動素子切替部
２３  ＡＤ変換部
２４  遅延制御部
２６  記録部
２７  表面形状計測部
２８  駆動素子定義部
２９  遅延時間計算部
３０  信号合成部
３１  制御部
【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】
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【図９】
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【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２２】
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【図２３】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２４】
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