CN102369433B - 超声波检查装置以及超声波检查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声波检查装置以及超声波检查方法。对超声波换能器(5)设置有用于检测其离检查对象(1)的表面的距离以及相对检查对象(1)的表面的倾斜的距离计测用超声波传感器(7a、7b)，基于距离计测用超声波传感器(7a、7b)检测出的信息，控制超声波换能器(5)相对检查对象(1)的距离以及倾斜，并且，在超声波换能器(5)不进行收发的孔径合成处理的执行中，进行距离计测用超声波传感器(7a、7b)的超声波收发中的至少一部分。
Description
技术领域
本发明涉及使用由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部所构成的超声波换能器(ultrasonic transducer)收发的超声波，使构造物或部件内的缺陷、空隙(void)、接合部的剥离等状态可视化的超声波检查装置以及超声波检查方法。
背景技术
在以往的使用了由多个独立并形成为矩阵状或者一列的压电变换部构成的超声波换能器的超声波检查装置中，一般设置有当需要对一定范围的检查对象自动进行探伤时，在检查对象面上驱动超声波换能器，对检查对象进行扫描的扫描机构。
扫描机构采用具备X轴、Y轴、Z轴、或者根据需要具备A轴(绕X轴的旋转轴)、B轴(绕Y轴的旋转轴)、C轴(绕Z轴的旋转轴)等轴的正交机器人，或者基本构成了臂机构的工业用机器人等形成。
由扫描机构驱动超声波换能器的路径需要将超声波换能器的孔径宽度作为1次的扫描宽度，基于检查对象的形状而预先生成。该生成的方法有：根据检查对象的形状设计数据，使用计算机软件预先生成的方法；以及实际移动扫描机构，来一点一点示教、登记路径信息的方法。另外，还公知一种通过距离传感器对距离的测定来取得检查对象的实际形状的方法(例如参照专利文献1)。
在超声波检查中，需要使超声波换能器发送的超声波按照与检查对象面正交的方式入射。另外，还公知一种通过孔径合成法来进行探伤的超声波检查装置(例如参照专利文献2)，在如此通过孔径合成法进行探伤的超声波检查装置中，重要的是将超声波换能器与检查对象面的距离保持为一定。此外，还公知一种利用频率不同的多个超声波探头，能够降低超声波的相互干扰，并同时检查多个接合部位的状态的技术(例如参照专利文献3)。
【专利文献1】日本特开昭63-309852号公报
【专利文献2】日本特开2004-053360公报
【专利文献3】日本特开平11-295276号公报
在上述的现有技术中，通过根据检查对象的形状设计数据，利用计算机软件预先生成对超声波换能器进行驱动的路径的方法，能够比较容易地生成路径信息，但由于路径信息基于理想的形状设计数据，所以因加工精度会发生与实际的检查对象形状不一致。而且，在扫描机构内将检查对象固定来进行检查，但在是复杂形状的检查对象的情况下，不容易以高的精度、高的再现性将其固定。
另外，在实际移动扫描机构来一点一点示教、登记路径信息的方法中，为了一点一点示教、登记路径信息而需要大量的时间，尤其是在轴构成复杂的扫描机构的情况下，由于为了示教、登记路径信息而需要非常复杂的顺序、操作，所以示教、登记精密的路径信息成为非常困难的作业。而且，即使在取得了形状数据后，如果在扫描机构内不能精度良好地设置检查对象，则也会发生路径信息不一致。
另外，在通过距离传感器的距离测定来取得实际形状的方法中，如果在取得了形状数据后，不能在扫描机构内精度良好地设置检查对象，则也会发生路径信息不一致。
如上述那样，以往难以生成与现实的检查对象的状态完全一致的路径信息。
针对上述的课题，可以考虑下述的方法：通过利用对超声波换能器与检查对象面的距离、倾斜进行检测(sensing)的功能、和控制超声波换能器的致动器功能，能够自律地调整扫描机构的路径信息与现实的检查对象之间存在的误差因素。
这里，在超声波检查中，为了从超声波换能器向检查对象物入射超声波，或者利用超声波换能器接收来自检查对象物的超声波回波，需要在超声波换能器与检查对象物之间夹设水等介质。鉴于这样的情况，超声波检查大多将超声波换能器、检查对象物沉浸到水中来进行。对水中的超声波检查而言，作为用于使对超声波换能器与检查对象面的距离、或者倾斜进行检测的功能和超声波换能器一体化的一个方法，可以考虑使用超声波探头作为距离或者倾斜检测用的传感器。超声波探头能够在水中使用，易于选择尺寸条件等适当的探头。
但是，在使用了超声波探头作为距离或者倾斜检测用的传感器时，由于使用与超声波检查时所使用的超声波换能器相同的超声波，所以在检查用超声波换能器与距离或者倾斜检测用的超声波探头之间，有可能发生超声波彼此的干扰。如果发生超声波的干扰，则通过超声波换能器而取得的检查用数据、检查用图像会劣化，或者由超声波探头测定的检查对象物与超声波换能器之间的距离、倾斜的测定不能正确进行。
另外，在使用了多个超声波探头作为距离或者倾斜检测用的情况下，有可能在该多个超声波探头间发生超声波的干扰。如果发生这样的超声波干扰，则由超声波探头测定的检查对象物与超声波换能器之间的距离、倾斜的测定不能正确进行。
发明内容
本发明针对上述的现有情况而提出，其目的在于，提供一种能够高精度计测超声波换能器与检查对象面的距离、倾斜，可以进行高品质的检查用数据、检查用图像的取得的超声波检查装置以及超声波检查方法。
本发明的一个方式涉及的超声波检查装置，对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理，从而合成上述检查对象的内部的三维图像，其特征在于，该超声波检查装置中设置有基于距离计测用超声波传感器的检测信号计算出上述超声波换能器离上述检测对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的距离测定装置，该超声波检查装置构成为基于上述距离测定装置的计算结果，控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜，并且，在上述超声波换能器不进行超声波收发的上述孔径合成处理的执行中，进行上述距离计测用超声波传感器的超声波收发中的至少一部分。
本发明的另一方式涉及的超声波检查装置，对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理，从而合成上述检查对象的内部的三维图像，其特征在于，该超声波检查装置具备根据上述超声波换能器的电信号计算出该超声波换能器离上述检查对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的距离测定装置，该超声波检查装置基于上述距离测定装置的计算结果，控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜。
本发明的一个方式涉及的超声波检查方法，对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理，从而合成上述检查对象的内部的三维图像，其特征在于，设置有基于距离计测用超声波传感器的检测信号计算出上述超声波换能器离上述检测对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的距离测定装置，该超声波检查方法基于上述距离测定装置的计算结果，控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜，并且，在上述超声波换能器不进行超声波收发的上述孔径合成处理的执行中，进行上述距离计测用超声波传感器的超声波收发中的至少一部分。
本发明的另一方式涉及的超声波检查方法，对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理，从而合成上述检查对象的内部的三维图像，其特征在于，根据上述超声波换能器的电信号，计算出该超声波换能器离上述检查对象的表面的距离以及相对于上述检查对象面的倾斜，基于该计算结果来控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜。
根据本发明，能够高精度计测超声波换能器与检查对象面的距离、倾斜，可以进行高品质的检查用数据、检查用图像的取得。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的超声波检查装置的整体概略结构的立体图。
图2是表示本发明的第1实施方式涉及的超声波检查装置的主要部分概略结构的框图。
图3是表示本发明的第1实施方式涉及的超声波检查装置的超声波发送定时的例子的图。
图4是表示本发明的第2实施方式涉及的超声波检查装置的超声波发送定时的例子的图。
图5是表示第2实施方式中使用的超声波的频带的例子的图。
图6是表示本发明的第3实施方式涉及的超声波检查装置的主要部分概略结构的框图。
图7是表示本发明的第3实施方式的探伤装置与距离计测装置的构成的框图。
图8是表示本发明的第4实施方式涉及的超声波检查装置的主要部分概略结构的框图。
图9是表示本发明的第4实施方式的探伤装置与距离计测装置的构成的框图。
图中：1…检查对象，2…水槽，3…扫描机构，3a…扫描机构的X轴，3b…扫描机构的Y轴，3c…扫描机构的Z轴，4…带位置检测和控制功能的超声波换能器，5…超声波换能器，5a…压电变换部，6…探伤装置，7a、7b…距离计测用超声波传感器，8a…倾斜控制用致动器，8b…距离控制用致动器，9…与扫描机构的结合部，10…探伤信号，11…距离测定装置，12…控制装置，13…缺陷，14…超声波换能器的探伤用超声波信号，15a、15b…距离计测用超声波信号，16...控制/图像合成部，17…驱动信号线，18…发送电路，19…回波信号线，20…接收电路，21…结合部，22…距离测定控制部，23…距离计测部，24…驱动信号输入部，25…距离计测用换能器驱动信号线。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的超声波检查装置以及超声波检查方法的详细实施方式进行说明。
图1是示意表示本发明的实施方式涉及的超声波检查装置的机构部的概略构成的立体图。如该图所示，该超声波检查装置的机构部由设置有检查对象1的水槽2、扫描机构3、和被固定于构成扫描机构3的X轴3a、Y轴3b、Z轴3c中的Z轴3c的带位置检测和控制功能的超声波换能器4。检查对象1被淹没在水槽2之中，带位置检测和控制功能的超声波换能器4也局部没于水中。
(第1实施方式)
图2是示意表示本发明的第1实施方式的主要部分构成、即图1所示的带位置检测和控制功能的超声波换能器4的概略的框图。在该图中，1是检查对象，13是检查对象1的内部的缺陷。超声波检查装置用于检查这样的检查对象1内部的缺陷13等。
如图2所示，带位置检测和控制功能的超声波换能器4具备由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部5a构成的超声波换能器5。该超声波换能器5与探伤装置6电连接。探伤装置6驱动超声波换能器5使其发送超声波，并通过超声波换能器5接收来自检查对象物1内部的缺陷的反射回波，基于孔径合成处理进行图像化。
而且，在超声波换能器5的两侧端部设置有距离计测用超声波传感器7a、7b。超声波换能器5的上部连接着倾斜控制用致动器8a。该倾斜控制用致动器8a具有使超声波换能器5以及距离计测用超声波传感器7a、7b如图中箭头所示那样，围绕图2中垂直的轴旋转的功能。倾斜控制用致动器8a的上部连接着距离控制用致动器8b。该距离控制用致动器8b具有使超声波换能器5、距离计测用超声波传感器7a、7b与倾斜控制用致动器8a如图2中箭头所示那样沿上下方向移动的功能，经由与扫描机构之间的结合部9而与图1所示的扫描机构3连接。
另外，在本第1实施方式中，带位置检测和控制功能的超声波换能器4具备距离测定装置11、和控制装置12。距离测定装置11与来自探伤装置6的探伤信号10同步地驱动距离计测用超声波传感器7a、7b，使其发送超声波，并通过距离计测用超声波传感器7a、7b接收来自检查对象1的表面的反射回波，来计测距离。控制装置12取入距离测定装置11的输出，利用距离计测用超声波传感器7a、7b获得的2个距离测定结果，控制倾斜控制用致动器8a、距离控制用致动器8b，以使超声波与检查对象1的面正交，并且检查对象1与超声波换能器5的距离一定。
此外，虽然在图2中没有图示，但在结合部9之上设置有如前所述具有对超声波换能器5、距离计测用超声波传感器7a、7b、倾斜控制用致动器8a、距离控制用致动器8b一体驱动并在检查对象1上进行扫描的功能的图1所示的扫描机构3。
如图1所示，在进行检查对象1的超声波检查的情况下，需要预先生成检查用的路径信息。根据该路径信息，扫描机构3沿着检查对象的表面来驱动带位置检测和控制功能的超声波换能器4。
在带位置检测和控制功能的超声波换能器4中，如图2所示，与由多个压电变换部5a构成的探伤用超声波换能器5邻接设置有距离计测用超声波传感器7a、7b。距离计测用超声波传感器7a、7b基于与来自探伤装置6的探伤信号10同步的距离测定装置11的指令，发送超声波。然后，距离测定装置11经由距离计测用超声波传感器7a、7b接收来自检查对象1面的反射回波，计测从超声波发送到接收的时间，从而计算出与检查对象1面的距离。
由距离计测用超声波传感器7a、7b分别测定出的与超声波换能器5的两端部处的检查对象1的2个距离数据，被从距离测定装置11发送给控制装置12。控制装置12根据由距离计测用超声波传感器7a、7b测定出的超声波换能器5的两端部与检查对象1之间的距离数据，计算出超声波换能器5中心部与检查对象1的距离1c、超声波换能器5的倾斜θ。
这里，如图2所示，若将距离计测用超声波传感器7a、7b各自的测定距离设为1a、1b，并将距离计测用超声波传感器7a、7b间的距离设为1s，则超声波换能器5中心部与检查对象1的距离1c、超声波换能器5的倾斜θ例如可以通过以下的式子求出。
1c＝(1a+1b)/2
θ＝tan-1((1a-lb)/1s)
根据如此求出的距离、倾斜数据，控制装置12控制倾斜控制用致动器8a、距离控制用致动器8b，将超声波换能器5与检查对象1的表面的距离控制为一定，并且，控制超声波换能器5的倾斜，控制成超声波与检查对象1正交入射。由此，即便使扫描机构3动作的路径信息存在误差，也能够进行高精度的超声波检查。
图3是表示上述第1实施方式中的超声波换能器5与距离计测用超声波传感器7a、7b的超声波发送定时的图。在图3中，横轴是共用的时间轴，上段、中段、下段所表示的各波形沿着该时间轴同步。
在第1实施方式中，利用孔径合成法在检查对象的内部进行三维图像合成。在孔径合成法中，由超声波换能器5的多个压电变换部5a依次产生超声波，由多个压电变换部5a接收其回波波形，取得发送压电变换部与接收压电变换部的组合数量的回波波形(例如在压电变换部5a为64个的情况下，取得64×64＝4096个回波波形)，通过使用其进行孔径合成运算(孔径合成处理)，来合成、取得检查对象内部的图像。其中，在孔径合成处理中如上述的专利文献2所述那样，将要进行图像化的区域网目化，针对这些网目化后的各区域分别预先计算反射回波的到达时间，并将这些网目化后的各区域的各反射回波的强度相加，合成三维图像。
图3的上段所示的超声波换能器的探伤用超声波信号14，表示由多个压电变换部5a依次发送的超声波，由发送压电变换部与接收压电变换部的组合数量的波形构成。通过反复实施在该发送之后进行孔径合成运算这一程序，来进行检查。在孔径合成处理中，不进行基于超声波换能器5的超声波收发。
图3的中段所示的波形表示了从探伤装置6向距离测定装置11输出的探伤信号10的一个例子。在该例子中，设超声波换能器5的超声波发送中为“1”，非发送状态下为“0”。超声波换能器5的由超声波发送与孔径合成构成的1个单位的处理周期时间为T1。
图3的下段所示的波形表示了距离计测用超声波传感器7a、7b的超声波发送定时的一个例子，与探伤信号10的下降同步，在孔径合成时间中从距离计测用超声波传感器7a发送距离计测用超声波信号15a，从距离计测用超声波传感器7b发送距离计测用超声波信号15b这两个超声波。距离计测用超声波传感器7a、7b的发送周期T2为T1的1/2，与探伤信号10的下降同步以一定时间的延迟Td发送距离计测用超声波信号15a，在经过T2后，发送距离计测用超声波信号15b。由此，可以使距离计测用超声波信号15a、15b与超声波换能器5的超声波发送不干扰，能够不产生基于超声波换能器5的孔径合成图像的劣化地使用距离计测用超声波传感器7a、7b。
而且，由于在距离计测用超声波传感器7a与距离计测用超声波传感器7b之间、以及它们与超声波换能器5之间不存在超声波干扰，所以能够总是进行高精度的距离计测。另外，能够总是以一定的周期T2(同一信号的发送周期T1＝2×T2)发送距离计测用超声波信号15a、15b，可以使倾斜控制用致动器8a、距离控制用致动器8b的被控制装置12实施的控制稳定且精度高。
由此，对超声波换能器5的多个压电变换部5a进行驱动而产生的超声波，通过由液体构成的声音传播介质，以高的精度传播到由具有平面或者曲面边界的一个或者多个具有不同声音特性的层构成的检查对象1内，而且，通过使多个压电变换部5a以高的位置精度接收来自缺陷13等的反射回波并能够对其进行压电变换，可提高检查对象1内部的基于孔径合成而进行的三维图像合成的精度、可提高缺陷13的图像化精度。
(第2实施方式)
图4是表示本发明的第2实施方式涉及的超声波换能器5与距离计测用超声波传感器7a、7b的超声波发送定时的图。在图4中，横轴是共用的时间轴，上段、中段、下段所示的各波形沿着该时间轴同步。
在该第2实施方式中，距离计测用超声波传感器7a所使用的超声波的频带与第1实施方式的情况不同。其他的装置构成与第1实施方式的情况相同。该第2实施方式主要对应于在由超声波换能器5的超声波发送与孔径合成处理构成的1个单位的处理中孔径合成处理所占据的的时间短的情况。
在这样的情况下，不能如第1实施方式那样在孔径合成处理时间内发送距离计测用超声波信号15a、15b这2个信号，或者即使能够发送周期也不一定，而且整体上冗长，造成距离计测精度、控制精度降低。为了应对该情况，将距离计测用超声波传感器7a所使用的超声波的频带，作为与超声波换能器5所使用的超声波的频带不同的频带，即使在超声波换能器5的超声波发送时，距离计测用超声波传感器7a也能够发送距离计测用超声波信号15a。
图4的上段所示的超声波换能器的探伤用超声波信号14，表示了从多个压电变换部5a依次发送的超声波，由发送压电变换部和接收压电变换部的组合数量的波形构成。通过反复实施在该发送之后进行孔径合成运算这一程序，来进行检查。在孔径合成处理中，不进行基于超声波换能器5的超声波收发。在本实施方式中，孔径合成处理时间与探伤用超声波信号14的发送时间相比相对短。
图4的中段所示的波形表示了从探伤装置6向距离测定装置11输出的探伤信号10的一个例子。在该例子中，设超声波换能器5的超声波发送中为“1”，非发送状态下为“0”。超声波换能器5的由超声波发送与孔径合成处理构成的1个单位的处理周期时间为T1。
图4的下段所示的波形表示了距离计测用超声波传感器7a、7b的超声波发送定时的一个例子，与探伤信号10的上升同步，发送距离计测用超声波信号15a、15b。距离计测用超声波传感器7a、7b的发送周期T2为T1的1/2，与探伤信号10的上升同步以一定时间的延Td发送距离计测用超声波信号15a，在该T2时间之后，发送距离计测用超声波15b。
距离计测用超声波信号15a在与超声波换能器5的超声波发送相同的定时内被发送，但由于各个超声波的频带不同，所以不产生干扰。距离计测用超声波传感器7b的频带可以与超声波换能器5、或者距离计测用超声波7a相同，也可以不同。由此，在孔径合成处理时间相对短的情况下，也能够以不使计测精度降低的足够的周期T2(同一信号的发送周期T1＝2×T2)发送距离计测用超声波信号15a、15b。
图5是第2实施方式涉及的超声波信号的频带例的说明图。在图5中表示一个例子的超声波信号的频带例中，如(1)所示，将距离计测用超声波信号15a的频带设为比距离计测用超声波信号15b低的频带，并且两者的频率成分不重合。超声波换能器5的频带虽未图示，但与距离测定用超声波信号15b的频带相同。另外，如图5(2)所示，将距离测定装置11的接收频带改变成在距离计测用超声波信号15a的输入侧、距离计测用超声波信号15b的输入侧与各自的频带对应。由此，在距离测定装置11的距离计测用超声波信号15a的输入侧，无法接收超声波换能器5所发出的超声波信号。并且，如图5(3)所示，探伤装置6的接收频带与超声波换能器5对应，无法接收距离计测用超声波信号15a。
在该第2实施方式中，与第1实施方式同样，能够使距离计测用超声波信号15a、15b与超声波换能器5的超声波发送不干扰，可以不产生基于超声波换能器5的孔径合成图像的劣化地使用距离计测用超声波传感器7a、7b，而且由于在距离计测用超声波传感器7a与距离计测用超声波传感器7b之间、以及它们与超声波换能器5之间不存在超声波干扰，所以能够总是进行高精度的距离计测。另外，能够总是以一定的周期T2(同一信号的发送周期T1＝2×T2)发送距离计测用超声波信号15a、15b，可以使倾斜控制用致动器8a、距离控制用致动器8b被控制装置12实施的控制稳定并且精度高。
由此，与第1实施方式同样，对超声波换能器5的多个压电变换部5a进行驱动而产生的超声波，通过由液体构成的声音传播介质，以高的精度传播到由具有平面或者曲面边界的一个或者多个具有不同声音特性的层构成的检查对象1内，而且，通过使多个压电变换部5a以高的位置精度接收来自缺陷13等的反射回波并能够对其进行压电变换，可提高检查对象1内部的基于孔径合成而进行的三维图像合成的精度、可提高缺陷13的图像化精度。不过，在第2实施方式中，能够作为距离计测用超声波传感器7a而使用的超声波传感器受其使用的超声波频带限制，而且，在距离测定装置11、探伤装置6中，需要设置用于只接收特定频带的超声波信号的带通滤波器等。
(第3实施方式)
图6是示意表示本发明的第3实施方式涉及的超声波检查装置的主要部分、即图1所示的带位置检测和控制功能的超声波换能器4的概略的图。在该图中，1是检查对象，13是检查对象1的内部的缺陷。超声波检查装置用于检查这样的检查对象1的内部的缺陷13。
如图6所示，带位置检测和控制功能的超声波换能器4具备超声波换能器5，该超声波换能器5由多个独立且形成为矩阵状或者一列的压电变换部5a构成。该超声波换能器5与探伤装置6电连接。探伤装置6驱动超声波换能器5使其发送超声波，并通过超声波换能器5接收来自检查对象物1内部的缺陷等的反射回波，基于孔径合成处理进行图像化。
在本第3实施方式中，没有在超声波换能器5的两侧端部设置距离计测用超声波传感器。超声波换能器5的上部连接有倾斜控制用致动器8a。该倾斜控制用致动器8a具有使超声波换能器5如图中箭头所示那样围绕图6中垂直的轴旋转的功能。倾斜控制用致动器8a的上部连接有距离控制用致动器8b。该距离控制用致动器8b具有使超声波换能器5和倾斜控制用致动器8a如图6中箭头所示那样，沿上下方向移动的功能，通过与扫描机构的结合部9，和图1所示的扫描机构3连接。
另外，在本实施方式中，带位置检测和控制功能的超声波换能器4具备距离测定装置11、控制装置12。距离测定装置11与探伤装置6电连接，来自探伤装置6的探伤信号10、和超声波探伤器6使用超声波换能器5收发的超声波信号(驱动信号线17、回波信号线19)被取入到距离测定装置11。由此，在距离计测用中也能使用超声波换能器5。控制装置12取入距离测定装置11的输出，使用距离测定结果，控制倾斜控制用致动器8a、距离控制用致动器8b，以使超声波与检查对象1的表面正交，并且检查对象1与超声波换能器3的距离一定。
此外，虽然在图6中没有图示，但在结合部9之上设置有如上述那样对超声波换能器5、倾斜控制用致动器8a、距离控制用致动器8b一体驱动，具有在检查对象1上进行扫描的功能的图1所示的扫描机构3。
图7是表示本实施方式中的探伤装置6、距离测定装置11的功能构成的框图。如图7所示，探伤装置6由控制/图像合成部16、驱动信号线17、发送电路18、回波信号线19、接收电路20和结合部21构成。
控制/图像合成部16控制探伤装置6整体，进行超声波的发送处理，接收处理，根据来自超声波换能器5的回波信号，基于孔径合成处理将检查对象1内图像化。驱动信号线17由与超声波换能器5的压电变换部5a的数量相当的根数构成，将控制/图像合成部16与发送电路18连接。发送电路18由与超声波换能器5的压电变换部5a的数量相当的电路数构成，生成超声波换能器5的驱动信号。
回波信号线19由与超声波换能器5的压电变换部5a的数量相当的根数构成，将控制/图像合成部16与接收电路20连接。接收电路20由与超声波换能器5的压电变换部5a的数量相当的电路数构成，对超声波换能器5接收到的回波信号进行放大。结合部21将发送电路18的输出与接收电路20的输入结合，与超声波换能器5连接。
距离测定装置11由距离测定控制部22与距离计测部23构成。距离测定控制部22接收来自探伤装置6的探伤信号10，以同步的状态进行距离测定装置11的整体控制。距离计测部23从探伤装置6的驱动信号线17与回波信号线19之中，取入对距离计测有效的例如与超声波换能器5的两端部相当的压电元件5a的信号，并测定回波信号相对驱动信号的时间延迟，来计测距离。
在上述构成的本第3实施方式中，距离测定控制部22根据探伤信号10检测在距离计测中使用的压电元件5a的收发定时，对距离计测部23进行控制来进行距离的测定，并将测定结果向控制装置12输出。由此，能够将检查对象1内的图像化所使用的超声波换能器5的驱动信号、回波信号自身作为距离计测用而使用，不需要另外设置距离计测专用的传感器。而且，也不需要考虑使用超声波探头作为距离计测用传感器的干扰问题。
由此，与第1实施方式同样，对超声波换能器5的多个压电变换部5a进行驱动而产生的超声波，通过由液体构成的声音传播介质，以高的精度传播到由具有平面或者曲面边界的一个或者多个具有不同声音特性的层构成的检查对象1内，而且，通过使多个压电变换部5a以高的位置精度接收来自缺陷13等的反射回波并能够对其进行压电变换，可提高检查对象1内部的基于孔径合成而进行的三维图像合成的精度、可提高缺陷13的图像化精度。
(第4实施方式)
图8是示意表示本发明的第4实施方式涉及的超声波检查装置的主要部分、即图1所示的带位置检测和控制功能的超声波换能器4的概略的图。该图在图6中的探伤装置6与距离测定装置11之间的超声波信号(驱动信号线17、回波信号线19)协调的基础上，追加了距离测定用换能器驱动信号线25，在超声波换能器5不进行检查对象1的图像化用的超声波收发的时间(孔径合成处理时间)，经由距离测定用换能器驱动信号线25驱动超声波换能器5，来进行距离计测。
图9是表示本第4实施方式中的超声波探伤器6、距离测定装置11的功能构成的框图。在图9中，探伤装置6中除了图7的构成之外还设置有驱动信号输入部24，驱动信号输入部24被输入来自距离测定装置11的距离测定控制部22的距离计测用换能器驱动信号线25。驱动信号输入部24具有将来自控制/图像合成部16的驱动信号线17的驱动指令和来自距离测定装置11的距离测定控制部22的距离计测用换能器驱动信号线25的驱动指令这两者向发送电路18传递的功能。
在上述构成的本第4实施方式中，距离测定装置11独立驱动超声波换能器5，能够计测距离或者倾斜。距离测定装置11驱动超声波换能器5来计测距离的定时，是超声波换能器5不进行检查对象1的图像化用的超声波收发的时间(孔径合成处理时间)，与图4的说明中的距离计测用超声波信号15b的发送定时相同。
根据本第4实施方式的超声波检查装置，能够不设置独立的距离计测用传感器地利用超声波换能器5的探伤用超声波信号14，进行距离计测、和孔径合成处理时间定时下的距离计测双方。而且，也不产生超声波的干扰的问题。由此，能够几乎消除与距离计测用超声波发送相关的制约。能够总是以一定周期且不使计测精度降低的足够的周期进行距离的计测。
由此，对超声波换能器5的多个压电变换部5a进行驱动而产生的超声波，通过由液体构成的声音传播介质，以高的精度传播到由具有平面或者曲面边界的一个或者多个具有不同声音特性的层构成的检查对象1内，而且，通过使多个压电变换部5a以高的位置精度接收来自缺陷13等的反射回波并能够对其进行压电变换，可提高检查对象1内部的基于孔径合成而进行的三维图像合成的精度、可提高缺陷13的图像化精度。
综上所述，在各实施方式中，当使用了超声波探头作为对超声波换能器离检查对象面的距离或者相对检查对象面的倾斜进行检测的传感器时，能够避免超声波换能器发送的超声波与检测距离或者倾斜的超声波的干扰，而且能够总是以一定周期进行距离或者倾斜的计测。由此，能以高的精度控制超声波换能器相对检查对象面的距离、倾斜，从而可以进行高精度的超声波检查。
工业上的可利用性
本发明的超声波检查装置以及超声波检查方法能够在各种构造物或部件的制造领域等中利用。因此，具有工业上的可利用性。
Claims (7)
1.一种超声波检查装置，
对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，
通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理，从而合成上述检查对象的内部的三维图像，
其特征在于，
该超声波检查装置中设置有基于距离计测用超声波传感器的检测信号计算出上述超声波换能器离上述检查对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的距离测定装置，该超声波检查装置构成为基于上述距离测定装置的计算结果，控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜，并且，
在上述孔径合成处理中上述超声波换能器不进行超声波收发，在上述孔径合成处理的执行中进行上述距离计测用超声波传感器的超声波收发中的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其特征在于，
在上述超声波换能器中设置有多个上述距离计测用超声波传感器，
并且，多个上述距离计测用超声波传感器中的至少一个是收发与上述超声波换能器不同频带的超声波的异频带的距离计测用超声波传感器，
在上述超声波换能器进行超声波收发时进行该异频带的距离计测用超声波传感器的超声波收发。
3.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其特征在于，
使用上述超声波换能器两端部的压电变换部作为上述距离计测用超声波传感器，
在上述孔径合成处理的执行中，上述距离测定装置驱动上述超声波换能器，取得表示上述超声波换能器离上述检查对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的检测信号，根据该取得的检测信号计算出上述距离以及上述倾斜。
4.一种超声波检查装置，
对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，
通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理，从而合成上述检查对象的内部的三维图像，
其特征在于，
该超声波检查装置具备根据上述超声波换能器的电信号计算出该超声波换能器离上述检查对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的距离测定装置，该距离测定装置在上述超声波换能器不进行检查用的超声波收发时，经由距离测定用换能器驱动信号线驱动上述超声波换能器，来进行距离计测，
该超声波检查装置基于上述距离测定装置的计算结果，控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜。
5.根据权利要求4所述的超声波检查装置，其特征在于，
在上述超声波换能器进行检查用的超声波收发时，上述距离测定装置利用该超声波换能器的电信号进行上述距离以及上述倾斜的计算，
在上述超声波换能器不进行检查用的超声波收发时，上述距离测定装置驱动上述超声波换能器来取得电信号，根据该取得的电信号计算出上述距离以及上述倾斜。
6.一种超声波检查方法，对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，
通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理,从而合成上述检查对象的内部的三维图像，
其特征在于，
设置基于距离计测用超声波传感器的检测信号计算出上述超声波换能器离上述检查对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的距离测定装置，基于上述距离测定装置的计算结果，控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜，并且，
在上述孔径合成处理中上述超声波换能器不进行超声波收发，在上述孔径合成处理的执行中进行上述距离计测用超声波传感器的超声波收发中的至少一部分。
7.一种超声波检查方法，对由排列成矩阵状或者一列且分别独立形成的多个压电变换部构成的超声波换能器的上述压电变换部进行驱动，
通过接收从被驱动的上述压电变换部发出的超声波的来自检查对象的反射回波，对多个上述压电变换部所产生的电信号进行孔径合成处理，从而合成上述检查对象的内部的三维图像，
其特征在于，
通过根据上述超声波换能器的电信号计算出该超声波换能器离上述检查对象的表面的距离以及相对于上述检查对象的表面的倾斜的距离测定装置，在上述超声波换能器不进行检查用的超声波收发时，经由距离测定用换能器驱动信号线驱动上述超声波换能器，来进行距离计测，
基于上述距离测定装置的计算结果来控制上述超声波换能器相对于上述检查对象的距离以及倾斜。
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