CN109425657B - 线性扫描超声波探伤装置及线性扫描超声波探伤方法 - Google Patents

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Abstract

根据实施方式，一种线性扫描超声波探伤装置包括：超声波阵列探头，其具有在第一方向上对齐的多个超声波元件；延迟时间运算部，被配置为参考检查对象的表面形状，计算发送和接收超声波中的至少一个的延迟时间的值；重叠区域调整器，被配置为设置用于生成重叠区域的图像的条件；以及集成图像生成部，被配置为生成包括重叠区域的区域的第一图像数据。重叠区域调整部被配置为在计算第一探头设置位置或第二探头设置位置处的延迟时间的值时将要参考延迟时间运算部的表面形状的条件设置为在第一探头设置位置处获得的第一获取形状和在第二探头设置位置处获得的第二获取形状。

Description

线性扫描超声波探伤装置及线性扫描超声波探伤方法
技术领域
本发明的实施方式涉及线性扫描超声波探伤装置和线性扫描超声波探伤方法。
背景技术
超声波探伤测试(UT)可以以非破坏性的方式确认结构在外部和内部是否完美无缺，因此成为各种技术领域中必不可少的技术。相控阵超声探伤测试(PAUT)具有广泛的工业用途。在PAUT中，用作发送和接收超声波的小型超声波元件的压电元件被排列并以彼此延迟的不同时间间隔发送超声波，从而产生具有给定波形的波。与使用单目探头的探伤不同，相控阵超声波探伤可以一次扫描多个角度的宽区域，或扫描具有复杂形状的检查对象。因此，相控阵超声波探伤非常有利，因为可以减少所需的工时。
发明内容
在线性扫描中，在相控阵列在一定方向上形成超声波束的同时，要驱动的元件被电子扫描。在线性扫描中，阵列探头具有的通道越多，通过线性扫描在深度方向上获得的图像区域越大，评估图像越精确。
然而，如果阵列探头由于例如有限的探头设置位置而具有少量元件，则线性扫描不能获得足够大以进行评估的线性扫描图像。因此，主要在扇形平面中使用扫描阵列探头时发送光束的扇形扫描。在扇形扫描的情况下，如果对象材料具有各向异性，则声速根据光束扫描角度而改变。因此，线性扫描在某些情况下可能是有效的，因为可以以相同的角度进行测量。
本发明的一个目的是实现宽范围的线性扫描。
根据本发明的一个方面，提供了一种线性扫描超声波探伤装置，包括：超声波阵列探头，具有在第一方向上排列的多个超声波元件，所述超声波元件中的每个超声波元件在检查对象中发送和接收超声波；延迟时间运算部，参考所述检查对象的表面形状，计算利用所述超声波元件中的每个超声波元件发送和接收所述超声波中的至少一个动作时的延迟时间的值；重叠区域调整部，设置用于在所述超声波阵列探头的第一探头设置位置与第二探头设置位置之间生成重叠区域的图像的条件，所述第二探头设置位置在所述第一方向上从所述第一探头设置位置偏移；和集成图像生成部，生成包括所述重叠区域的区域的第一图像数据，所述第一图像数据在所述检查对象的第一方向和深度方向上扩展，其中，所述重叠区域调整部将所述延迟时间运算部在计算所述第一探头设置位置或第二探头设置位置处的延迟时间的值时要参考的表面形状的条件，设置为在所述第一探头设置位置处获得的第一获取形状和在所述第二探头设置位置处获得的第二获取形状两者。
根据本发明的另一方面，提供了一种线性扫描超声波探伤方法，包括：第一探伤数据获取步骤，在存储部中储存由超声波阵列探头获得的第一探伤数据，所述超声波阵列探头具有在检查对象的表面上的第一探头设置位置处的多个超声波元件；第二探伤数据获取步骤，在所述存储部中储存由所述超声波阵列探头在第二探头设置位置处获得的第二探伤数据，所述第二探头设置位置包括沿着检查对象的表面在第一方向上与所述第一探头设置位置重叠的重叠区域；条件设置步骤，在重叠区域调整部中设置针对所述重叠区域生成图像数据的条件；和图像数据生成步骤，基于所述第一超声波探伤数据、所述第二超声波探伤数据和所述条件，利用集成图像生成部生成与所述第一探头设置位置和包括所述重叠区域的所述第二探头设置位置相对应的探伤图像数据，其中所述图像数据生成步骤包括利用延迟时间运算部，参考所述检查对象的表面形状，计算用每个所述超声波元件在所述检查对象中发送和接收超声波中的至少一个动作的延迟时间的值的延迟时间计算步骤；以及所述条件设置步骤包括将所述延迟时间运算部在计算所述第一探头设置位置或第二探头设置位置处的延迟时间的值时要参考的表面形状的条件，设置为在所述第一探头设置位置处获得的第一获取形状和在所述第二探头设置位置处获得的第二获取形状两者的步骤。
附图说明
图1是示出根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置的结构的框图。
图2是示出根据第一实施方式的在线性扫描超声波探伤装置中使用的阵列探头驱动装置的结构的透视图。
图3是根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置的示例性形状获取单元的纵截面图。
图4是根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置的示例性形状获取单元的侧视图。
图5是示出根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法的步骤的流程图。
图6是例示根据第一实施方式的具有平板形状的检查对象和线性扫描超声波探伤装置的超声波阵列探头的第一组合的纵截面图。
图7是例示根据第一实施方式的具有平板形状的检查对象和线性扫描超声波探伤装置的超声波阵列探头的第二组合的纵截面图。
图8是例示根据第一实施方式的具有平板形状的检查对象和线性扫描超声波探伤装置的超声波阵列探头的第三组合的纵截面图。
图9示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何传送和接收超声波。图9中的左侧示出了框图，右侧示出了当超声波由第一超声波元件发送时每个超声波元件接收的信号。
图10示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何传送和接收超声波。图10中的左侧示出了框图，右侧示出了当超声波由第二超声波元件发送时每个超声波元件接收的信号。
图11示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何传送和接收超声波。图11中的左侧示出了框图，右侧示出了当超声波由第N个超声波元件发送时每个超声波元件接收的信号。
图12示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何通过超声波阵列探头发送和接收超声波。图12中的左侧示出了框图，右侧是回波的一部分的波形图。
图13是说明通过根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法发送和接收超声波时的延迟时间的波形图。
图14是表示在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法中合成的回波波形的波形图。
图15是用于说明通过根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置传播超声波的方向的概念性纵截面图。
图16是长边方向深度超声波探伤图像，其是由根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置执行的超声波探伤的示例性结果。
图17是说明当在超声波阵列探头的两个设置位置处获取关于检查对象的表面形状信息数据时如何集成图像的概念性纵截面图。
图18是说明重叠区域调整部的功能的框图。
图19是例示当在超声波阵列探头的两个设置位置处获取关于检查对象的表面形状信息数据时超声波如何传播的概念性纵截面图。
图20是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第一方法的概念性纵截面图。
图21是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第二方法的概念性纵截面图。
图22是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第三方法的概念性纵截面图。
图23是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第四方法的概念性纵截面图。
图24是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第五方法的概念性纵截面图。
图25是说明使用根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置探伤具有曲面的检查对象的第一超声波探伤方法的概念性纵截面图。
图26是说明使用根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置探伤具有曲面的检查对象的第二超声波探伤方法的概念性纵截面图。
图27是示出根据第二实施方式的线性扫描超声波探伤装置的构造的框图。
图28A示出了包括x-z方向截面的长边方向深度探伤图像。
图28B示出了进深方向深度探伤图像Gyza，其包括存在于长边方向深度探伤图像Gxza的一部分中并且与y轴平行的合成波形M。
图28C示出了进深方向深度探伤图像Gyzb，其包括存在于长边方向深度探伤图像Gxzb的一部分中并且与y轴平行的合成波形M。
图29A、29B和29C是说明第二示例的长边方向深度和进深方向深度探伤图像的概念视图。
图30是表示在根据本实施方式的线性扫描超声波探伤装置中使用的喷嘴的概念透视图。
图31是说明如何沿其圆周方向检查喷嘴的概念视图。
图32是说明超声波阵列探头如何在喷嘴的轴向上移动的概念视图。
具体实施方式
在下文中，参考附图，将描述线性扫描超声波探伤装置和线性扫描超声波探伤方法的实施方式。相同或相似的部分由相同的参考符号表示，并且将不再重复描述。
第一实施方式
图1是表示根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置的结构的框图。线性扫描超声波探伤装置100具有超声波阵列探头10、阵列探头驱动器80、形状获取单元90和监视控制台110。超声波阵列探头10和监视控制台110通过信号传输线10a连接。形状获取单元90连接到监视控制台110的输入部70。线性扫描超声波探伤设备100用于以非破坏方式检测出检查对象1中的缺陷2。
超声波阵列探头10具有多个超声波元件11(N个元件)和保持超声波元件11的保持单元12。超声波元件11排列成在长边方向上线性布置，具有长边方向规定的间隔。这里，多个超声波元件11的排列方向被称为长边方向或长度方向。
超声波元件11是由陶瓷、其复合材料或能够通过压电效应生成超声波的任何其它材料制成的压电元件。或者，超声波元件11可以是由高分子膜制成的压电元件，或者可以是用于生成超声波的机构。此外，超声波元件11可以具有用于衰减超声波的阻尼构件，以及设置在发送表面处的前板的一部分或全部。超声波元件11通常称为“超声波探头”。
超声波元件11不仅在施加电位差时产生超声波，而且在接收超声波时产生电压信号。因此，超声波元件11具有发送和接收超声波的功能。超声波元件11被配置为在检查对象1中发送和接收超声波。
上述超声波阵列探头10具有以一维阵列布置的超声波元件11。然而，超声波元件的布置不限于此。例如，超声波元件的布置可以是压电元件在线性阵列探头的进深方向上具有不同的宽度的1.5维阵列探头、压电元件以二维布置的矩阵阵列探头、压电元件彼此同心布置的环形阵列探头、通过在圆周方向上划分环形阵列探头的压电元件而形成的分开的环形阵列探头、具有非均匀图案的压电元件的非均匀阵列探头、压电元件沿弧形布置的弧形阵列探头、或压电元件布置在球体的表面上的球形阵列探头。
而且，可以选择和组合这些各种阵列探头中的一些用于所谓的串联超声波探伤。上述各种阵列探头也包括通过填缝或填充密封良好而在空气和水中使用的那些。
为了对检查对象1进行检查，在超声波阵列探头10与检查对象1之间放置声学传播介质5，也称为“楔”。声学传播介质5用于以高指向性的角度将超声波发送到检查对象1上。这种可以引导超声波并具有可检测的声阻抗的各向同性材料被用作声学传播介质5。例如，在检查对象1具有平坦表面的情况下，可以不使用声学传播介质5。
作为各向同性声学传播介质5，诸如丙烯酸、聚酰亚胺、凝胶或其它高分子物质的材料是有用的。具有与每个超声波元件11的前板(未示出)的材料的声阻抗相似或相等的声阻抗的材料，或者具有与检查对象1的材料相似或相等的声阻抗的材料可以用作声学传播介质5。此外，具有逐渐或分级改变的声阻抗的材料可以用作声学传播介质5。
此外，为了防止声学传播介质5中的多次反射波影响超声波探伤的结果，声学传播介质5可以具有布置在内部和外部的阻尼构件，可以具有波纹形状以消除波浪，或者可以具有多次反射减少机制。在一些情况下，图中未示出声学传播介质5，其示出了超声波如何从超声波阵列探头10发送到检查对象1。
声学接触介质(未示出)用在从超声波阵列探头10到检查对象1的路径的连接处。即，声学接触介质用在超声波阵列探头10和声学传播介质5连接处，用在声学传播介质5和检查对象1的连接处。如果不使用声学传播介质5，则将声学接触介质施加在超声波阵列探头10与检查对象1之间的连接处。声学接触介质是能够传播超声波的物质，诸如水、甘油、机油、蓖麻油、丙烯酸、聚苯乙烯或凝胶。
图2是表示在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中使用的阵列探头驱动装置的构造的透视图。在图2中，未例示形状获取单元90。
线性扫描超声波探伤装置100的超声波阵列探头10放置在检查对象1上。阵列探头驱动器80驱动超声波阵列探头10。阵列探头驱动器80将线性扫描超声波探伤装置100保持在用于对检查对象1中的缺陷(如果有的话)进行探伤的规定位置。为了探伤多个预定位置处的缺陷，超声波阵列探头10沿预定位置移动。当超声波阵列探头10移动时，既不接收也不发送超声波。
阵列探头驱动器80具有驱动轴82、第一支撑件83、第一支撑驱动轴83a、第一支撑驱动器83b、第二支撑件84、第二支撑驱动轴84a、第二支撑驱动器84b和支撑这些部件的框架81。
这里，设置坐标轴以进行说明。换言之，超声波阵列探头10的长边方向(即，超声波阵列探头10中的多个超声波元件11排列的方向)是x方向(第一方向)，从超声波阵列探头10朝向检查对象1的深度方向是z方向，垂直于x和z方向的方向是y方向(第二方向)。以下描述基于以下情况：检查对象1沿着x-y平面布置有其一个宽表面。
超声波阵列探头10经由垫82a结合到在z方向上延伸的驱动轴82的一端。如果驱动轴82可以直接结合到超声波阵列探头10，则不需要使用垫82a。驱动轴82在x和y方向上被支撑、保持在在x方向上延伸的第一支撑件83和在y方向上延伸的第二支撑件84彼此相交的部分处。驱动轴82可以在轴向方向(即z方向)上移动。
第一支撑件83可以通过第一支撑驱动器83b经由形状像杆并在y方向上延伸的第一支撑驱动轴83a移动。第二支撑件84可以通过第二支撑驱动器84a经由形状像杆并在x方向上延伸的第二支撑驱动轴84a移动。第一支撑件83和第二支撑件84可以在它们彼此相交的位置处滑动。替代地，第一支撑件83和第二支撑件84可以彼此平行地移动，同时保持它们相交的位置。
如图1所示，监视控制台110具有收发部20、运算部30、存储部40、控制部50、显示器60和输入部70。
收发部20具有电压施加部21、切换部22和AD转换部23。电压施加部21向超声波元件11施加电位差，从而激励超声波元件11。
根据来自控制部50的命令，切换部22将一个或多个超声波元件11连接到电压施加部21或者将一个或多个超声波元件11与电压施加部21断开。换言之，切换部22将每个超声波元件11从电位差施加状态切换到电位差未施加状态，反之亦然。如果一个超声波元件11发送超声波，而每个超声波元件11接收反射的波并衰减接收的波，则可以将波与下一个超声波元件11发送的超声波区分开。当超声波阵列探头10仍然保持在特定位置，通过切换部22切换每个超声波元件11可以由电子电路自动执行。如果超声波元件11以约0.1秒的间隔发送波，则在N＝20的情况下，其在超声波阵列探头10的位置处的发送-接收时间约为2秒。
AD转换部23接收来自超声波元件11的信号(即，回波信号)，将信号转换为数字数据，并将数字数据作为超声波波形数据输出到存储部40。
电压施加部21具有将任意波形的电位差(即电压)施加到已由切换部22接通的超声波元件11的功能。施加的电压具有诸如正弦波形、锯齿形的波形、矩形波形或尖峰脉冲波形。电压可以是具有正值和负值的双极、或者具有正值或负值的单极。此外，可以将正偏移或负偏移附加到电压。波形可以是单脉冲、脉冲跳变(突发：burst)或连续波。可以增加或减少施加电压的时间间隔和重复施加电压的次数。
运算部30具有设置位置运算部31、表面形状运算部32、延迟时间运算部33、合成运算部34、集成图像生成部35和重叠区域调整部36。运算部30以及设置位置运算部31、表面形状运算部32、延迟时间运算部33、合成运算部34、集成图像生成部35和/或重叠区域调整部36可以被配置为包括但不限于IC、LSI、处理器或FPGA的任何电路、或包括处理器、存储器、存储部和接口的计算机，诸如可以执行各种操作和数据通信的个人计算机(PC)。
设置位置运算部31计算检查对象1和超声波阵列探头10的相对位置。相对位置是检查对象1和超声波阵列探头10相对于彼此的位置。更具体地，它们由检查对象1与超声波阵列探头10之间的距离限定，该距离在x，y和z方向上测量(图2)，其中x方向是阵列探头10的长边方向，或者由检查对象1和超声波阵列探头10围绕x、y和z轴中的每一个旋转的角度之间的差异限定。
诸如坐标数据或角度差的设置位置信息数据被储存在存储部40的处理信号数据存储部41或设置位置数据存储部42中(稍后描述)。设置位置运算部31从这些存储部中读取设置位置信息数据，并计算检查对象1和超声波阵列探头10的相对位置。
表面形状运算部32计算检查对象1的超声波阵列探头10附近的表面的形状。表面形状运算部32必须从外部获取数据以便计算检查对象1的表面形状。
表面形状运算部32从其获取数据以计算检查对象1的表面形状的数据源基本上类似于设置位置运算部31所需的数据源。换言之，第一数据是由形状获取单元90获取并储存在存储部40的设置位置数据存储部42中的形状信息数据。第二数据是包含在数字超声波形数据中的表面波形数据(即，回波波形信号数据)，数字超声波形数据储存在处理信号数据存储部41。表面形状运算部32使用第一数据或第二数据或两者，计算作为检查对象1的表面形状的获取形状。
图3是根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置的示例性形状获取单元的纵截面图。形状获取单元90用于获取表示检查对象1的表面形状的数据和表示检查对象1与超声波阵列探头10之间的位置关系的数据。
图4是根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置的示例性形状获取单元的侧视图。图3和图4例示了形状获取单元90具有附接到超声波阵列探头10的保持单元12的一端的两个照相机8的情况。从照相机8输出的图像信号由监视控制台110的输入部70接收，并储存在设置位置数据存储部42中。
使用的相机8的数量不限于两个。可以仅使用一个照相机或三个或更多照相机。此外，照相机8可以布置在保持单元12的任何其它部分处，例如布置在阵列探头驱动器80的驱动轴82上或阵列探头驱动器80的任何其它部分上。使用通过两个照相机8获得的检查对象1的立体图像使得可以基于每次多个图像中的特征量的图像角度来估计检查对象1和超声波阵列探头10的位置关系。此外，从视角范围可以确定检查对象1与超声波阵列探头10间隔多远。
形状获取单元90可以具有能够以规定间距驱动的扫描仪或者可以具有编码器。如果使用扫描仪或编码器，则可以确定超声波阵列探头10从作为参考位置的起始位置移动了多少。由形状获取单元90获取的形状信息数据由输入部70读取，然后储存在设置位置数据存储部42中。替代地，可以通过输入部70读取已经准备好的图形中的形状信息数据等。然后，将形状信息数据储存在设置位置数据存储部42中。形状信息数据包括关于检查对象1的表面形状的数据。
设置位置运算部31和表面形状运算部32从设置位置数据存储部42读取必要的形状信息数据，然后计算检查对象1的设置位置和表面形状，并获得所获取的形状。
替代地，可以使用从超声波阵列探头10发送的超声波生成并且储存到处理信号数据存储部41中的数字超声波波形数据。如果检查对象1是具有逐渐改变的厚度的平板，如稍后参考图6至图8所述地，超声波元件11的回声将具有彼此不同的时间，而检查对象1具有均匀的厚度时它们应该没有时间差。因此，可以根据声学传播介质5中的声速和延迟时间的乘积来确定超声波阵列探头之间的距离差。此外，可以确定设置在平板上的超声波阵列探头10倾斜多少。
此外，如果利用包括在数字超声波波形数据中的关于表面回波的信息，则可以计算检查对象1和超声波阵列探头10之间的距离分布。表面形状运算部32可以从处理信号数据存储部41中读出数字超声波波形数据，并计算作为检查对象1的表面形状的所获取的形状。
如上所述，设置位置运算部31根据需要读出储存在处理信号数据存储部41中的数字超声波波形数据或存储在设置位置数据存储部42中的形状信息数据中的任何一个或两者。然后，设置位置运算部31计算设置位置，并且表面形状运算部32计算用于获得所获取的形状的表面形状。
延迟时间运算部33被配置为参考检查对象1的表面形状，计算利用超声波元件11发送和接收超声波中的至少一个的延迟时间的值。延迟时间运算部33计算每个超声波束被发送、聚焦在焦点并被接收的延迟时间的值。实际上，为了从超声波元件11发送超声波束具有时间差，切换部22基于计算的延迟时间值执行切换，向超声波元件11施加电压。在彼此独立地驱动超声波元件11的情况下，合成运算部34(后面描述)利用由延迟时间运算部33计算的延迟时间的值来合成数字超声波。
延迟时间运算部33根据超声波阵列探头10与检查对象1之间的位置关系(即，坐标轴的距离差和角度差)、超声波探伤折射角β、焦点深度、获取的检查对象1的形状、声学传播介质5和检查对象1中的声速来计算延迟时间的值。
所获得的检查对象1的形状可以具有弯曲表面或凸起和凹陷，在大多数情况下不具有平坦表面或倾斜平坦表面，并且可以执行几何计算。如上所述，检查对象1的表面可以由表面形状运算部32使用从超声波元件11发送的超声波的传播时间，或者使用给定的形状信息数据(诸如已经准备的图)来计算。此外，诸如照相机或激光测距仪的形状获取单元90可以附接到超声波阵列探头10或者位于超声波阵列探头10附近。此外，延迟时间可以被预设并储存在存储器中，并且可以读取然后使用。
可以例如逐个区域地对检查对象1进行检查。在这种情况下，不是使用超声波阵列探头10的所有超声波元件11，而是首先同时使用一些超声波元件11作为一组，并且构成该组的超声波元件11依次移位。同时使用的任何组的超声波元件11称为“有源超声波元件组”。有源超声波元件组可包括超声波阵列探头10的所有超声波元件11。
延迟时间运算部33类似地计算用于移位接收超声波的每个定时的延迟时间。基于预定焦点和形成组的每个超声波元件11的相对位置坐标和倾斜度来计算延迟时间，使得超声波可以首先聚焦在预定焦点处然后被接收。焦点可以设置在检查对象1的背面或者设置在距检查对象1的背面足够远的位置。因此，焦点可以根据各种条件设置在适当的位置。
合成运算部34使用有源超声波元件组的超声波元件11已经接收并且处理信号数据存储部41已经储存的数字超声波形数据生成合成信号。更具体地，按各个超声波元件11的接收侧的延迟时间而接收的各个数字超声波波形数据沿时间轴移动然后相加或算术平均，从而生成合成信号(即，合成回波信号)。可以通过除加法和算术平均之外的方法生成合成信号。
集成图像生成部35使用在超声波阵列探头10的互相重叠的两个或更多个x方向的设置位置处分别获得的波形，生成x-z截面图像的数据，即用于长边方向深度超声波的数据探伤图像。然后，通过如稍后所述的重叠区域调整部36设置的方法生成长边方向深度超声波探伤图像，从而获得集成的长边方向深度图像的数据。换言之，集成图像生成部35生成长边方向深度集成图像数据，该长边方向深度集成图像数据表示沿着平行于x和z轴的平面延伸的探伤图像(即，长边方向深度位置图像)。
在许多情况下，通过“B扫描”或“S扫描”执行图像化。基于折射角或超声波探伤角重建图像。在下文中，将描述通过B扫描执行的图像化。
如果超声波阵列探头10扫描的两个或更多个区域在该区域中彼此重叠，则重叠区域调整部36基于所获取的检查对象1的形状选择形成(生成)用于超声波探伤的图像的方法。该形状在超声波阵列探头10的每个位置处获取。换言之，重叠区域调整部36首先参考在超声波阵列探头10的每个位置处所获取的检查对象1的形状。然后选择形成重叠区域的图像的方法。因此，集成图像生成部35可以生成由在每个位置处通过超声波探伤获得的两个或更多个长边方向深度图像组成的长边方向深度集成图像。
在超声波阵列探头10的不同位置处获得的检查对象1的相同区域的所获取的形状不一定彼此完全相同。换言之，检查对象1可以具有弯曲表面，或者超声波元件11的长边方向(即，x方向)的排列可以不平行于检查对象1的表面。在这种情况下，在超声波元件11与入射角之间关系是在相同区域中进行超声波探伤时彼此相反。这使得探伤结果彼此不同。因此，超声波的传播路径和延迟时间的值彼此不同。
为了计算延迟时间的值，必须获取关于有源超声波元件组的设置的信息、有源超声波元件组的每个超声波元件11的坐标和角度的信息、关于检查对象1在检查对象1接收超声波的位置处的表面形状数据。通过设置位置运算部31计算每个超声波元件11的坐标和角度，并且通过表面形状运算部32计算检查对象1的表面形状S。
基于每个超声波元件11的坐标，计算超声波需要从超声波元件11传播到检查对象1上的焦点坐标的最短时间。然后将每个超声波元件11的传播时间与最短时间之间的时间差确定为延迟时间。为了计算该延迟时间，可以使用将超声波阵列探头10设置在相邻位置时从所获取的数字超声波波形数据获得的获取形状。
存储部40具有处理信号数据存储部41和设置位置数据存储部42。
处理信号数据存储部41储存AD转换部23根据由收发部20接收的超声回波信号生成的数字超声波形形状数据。
设置位置数据存储部42通过输入部70从外部接收关于检查对象1与超声波阵列探头10之间的相对位置的设置位置信息数据，以及关于包括检查对象1的获取形状的形状的形状信息数据。然后，设置位置数据存储部42储存设置位置信息数据和形状信息数据，并将它们输出到设置位置运算部31。
显示器60显示储存在处理信号数据存储部41和设置位置数据存储部42中的数据，以及在运算部30中执行的计算结果。此外，显示器60可以显示超声回波的合成信号、可视化的结果、超声波阵列探头10与检查对象1的坐标和相对位置，以及诸如延迟时间、焦深和超声波探伤折射角的超声波探伤条件。此外，显示器60可以显示保持在设置位置的超声波阵列探头10的长边方向深度探伤图像和长边方向深度集成图像以及检查对象1的获取形状中的至少一个或它们的组合。
显示器60可以是能够显示数字数据的任何类型，诸如所谓的PC监视器、电视或投影仪。它可以是首先将图像转换为模拟信号然后显示图像的显示器，如阴极射线管。或者，它可以具有通过声音或光生成警报的用户界面功能，或者具有诸如触摸板的用户界面。
输入部70从外部接收上述设置位置信息数据和形状信息数据两者，并从外部接收计算所需的数据，诸如物理特性数据和声学特性数据。
控制部50控制收发部20、运算部30、存储部40、显示器60和输入部70，从而调整这些部分的操作定时(即收发部20、运算部30、存储部40、显示器60和输入部70)用于匹配。控制部50可以是通用装置，诸如可以执行各种操作和数据通信的个人计算机(PC)。如果是这种情况，则PC可以包含或者经由通信电缆连接到除超声波阵列探头10、阵列探头驱动器80和形状获取单元90之外的那些部分、即监视控制台110具有的部分。
图5是示出根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法的步骤的流程图。将逐步描述根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法。
为了对检查对象1进行检查，设置超声波阵列探头10。超声波阵列探头10将超声波发送到检查对象1，并接收由检查对象1反射的超声波。如果检查对象1大于超声波阵列探头10，则超声波阵列探头10必须在x方向上顺序地移位到几个位置。首先选择超声波阵列探头10的设置位置(步骤S01)。然后，超声波阵列探头10位于所选位置(步骤S02)。
接下来，计算检查对象1的位置和表面形状(步骤S03)。换言之，设置位置运算部31计算检查对象1和超声波阵列探头10的相对位置。此外，表面形状运算部32计算检查对象1的面向超声波阵列的表面的形状并获得获取的形状。参照超声波阵列探头10向检查对象1发送超声波的情况，更具体地说明步骤S03。
图6是例示根据第一实施方式的具有平板形状的检查对象和线性扫描超声波探伤装置的超声波阵列探头的第一组合的纵截面图。
图7是例示根据第一实施方式的具有平板形状的检查对象和线性扫描超声波探伤装置的第二组合的纵截面图。在图7所示的情况下，检查对象1的厚度在长边方向(即x方向)上变化。
图8是例示根据第一实施方式的具有平板形状的检查对象和线性扫描超声波探伤装置的超声波阵列探头的第三组合的纵截面图。在图8所示的情况下，超声波阵列探头10相对于x轴(即x方向)倾斜。
首先，超声波阵列探头10定位成隔着声学传播介质5而面向检查对象1的表面。接着，一个接一个地向N个超声波元件11施加电位差。N个超声波元件11接收反射波。从第n个超声波元件11(n＝1,2，...，N)发送超声波的时刻到第n个超声波元件11接收在检查对象1表面反射的波的时刻所经过的时间在下文中被称为“表面时间间隔t1n”。从第n个超声波元件11(n＝1,2，...，N)发送超声波的时刻到第n个超声波元件11接收在检查对象1的背面(即，背离超声波已经透过的表面的面)反射的波的时刻所经过的时间在下文中称为“背面时间间隔t2n”。
然后，如果对于所有n(n＝1,2，...，N)，表面时间间隔t1n和背面时间间隔t2n中的每一个落入测量精度范围内，则超声波阵列探头10与前面1a之间的距离以及检查对象1的前部1a和后部1b之间的距离在x和y方向上是一定的。
如果表面时间间隔t1n可以逐渐减小并且背面时间间隔t2n可以不随着n从1接近N而变化那么多，则超声波阵列探头10与检查对象1的前部1a之间的距离减小但是超声波阵列探头10与检查对象1的背部1b之间的距离不变。该情况对应于当n从1接近N并且超声波阵列探头10布置为平行于检查对象1的背部1b时检查对象1的厚度增加的情况，如图7所示。
例如，如果表面时间间隔t1n逐渐减小并且背面时间间隔t2n以与n从1接近N的相同速率减小，则检查对象1的前部1a和后部1b之间的距离随着n从1接近N而减小并且检查对象1的厚度不变。这相当于超声波阵列探头10向具有厚度一定的检查对象1倾斜的情况，如图8所示。
超声波阵列探头10的超声波元件11在超声波阵列探头10的长边方向(在n＝1至N的排列方向上)布置，并且以直线对齐，而不是彼此突出或后退。因此，可以在超声波阵列探头10的长边方向上检测检查对象1在前部1a和后部1b的表面上具有的突起和凹陷(即，检查对象1的表面形状)。类似地，可以确定超声波阵列探头10与检查对象1之间的相对位置关系。
设置位置运算部31和表面形状运算部32基于储存在处理信号数据存储部41中的数据计算表面时间间隔t1n和背面时间间隔t2n，该处理信号数据存储部41储存从收发部20的AD转换部23输出的数字超声波形数据。
如图7和8所示的情况考虑了从第一超声波元件11(n＝1)发送的超声波被垂直(即，在z方向上)于检查对象1的前部1a发送并且被从前部1a反射。然后，如此反射的超声波朝向长边方向外侧的点(即图7和图8中的左侧)传播，因为关于反射的前部1a的法线相对于长边方向向外倾斜(即，图7中的左侧)。
在这种情况下，从第一超声波元件11(n＝1)发送的超声波比从任何其它超声波元件11(n不是1)发送的超声波弱。然后，在这种情况下从第一超声波元件11(n＝1)发送的超声波作为用于设置位置运算部31和表面形状运算部32的数据可能是不可靠的。如果检查对象1具有在表面上较大的突起或凹陷，则从例如第二超声波元件11(n＝2)发送的超声波也可能是不可靠的。
因此，重要的是如何进行检查对象1的与超声波阵列探头10的端部相对的那些部分进行测定，以便确定检查对象1在其前部1a和后部1b中是否具有凸起和凹陷，即检查对象1的长边方向表面形状。鉴于此，当超声波阵列探头10移位时，确定超声波阵列探头10的长边方向上的下一个位置，以便产生重叠区域。因此，针对重叠区域得到获取形状的多个数据。
图9示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何发送和接收超声波。图9中的左侧示出了框图，右侧示出了当超声波由第一超声波元件发送时每个超声波元件接收的信号。图10示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何发送和接收超声波。图10中的左侧示出了框图，右侧示出了当超声波由第二超声波元件发送时每个超声波元件接收的信号。图11示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何发送和接收超声波。图11中的左侧示出了框图，右侧示出了当由第N超声波元件发送超声波时每个超声波元件所接收的信号。
超声波阵列探头10的一个或多个超声波元件11发送超声波，并且超声波阵列探头10的一个或多个超声波元件11接收从缺陷2反射的超声波。重复该序列，移动发送超声波的超声波元件11，从而获取响应波形数据。如图9所示，所有N个超声波元件11或一些超声波元件11可用于发送或接收。
在图9所示的情况下，包含在收发部20中的切换部22使得N个超声波元件11按照从第一超声波元件11到第N超声波元件11的顺序发送超声波。
如果第一超声波元件11(n＝1)发送如图9所示的超声波，则所有超声波元件11(n＝1到N)分别接收信号，其具有图9右侧所示的波形。如果第二超声波元件11(n＝2)发送如图10所示的超声波，则所有超声波元件11(n＝1到N)分别接收信号，这些信号具有图10中右侧所示的波形。如果最后一个超声波元件11(n＝N)发送如图11所示的超声波，则超声波元件11(n＝1到N)分别接收信号，这些信号具有图11右侧所示的波形。
当N个超声波元件11依次逐个驱动时，通过使用包括N个超声波元件11的超声波阵列探头10，可以记录至多N×N个基本波形。仅用于发送，可以使用多个超声波元件11而不是单个超声波元件11，而每个超声波元件11接收波形。在这种情况下，可以施加延迟时间的值，从而形成平面波，以使超声波会聚或漫射。
传输到检查对象1中的超声波被诸如存在于检查对象1的表面上或检查对象1中的裂缝或碎片的缺陷2反射和散射。如此反射或散射的超声波由超声波阵列探头10的超声波元件11接收。
从每个超声波元件11发送的超声波由包括已经发送超声波的超声波元件的N个超声波元件11中的每一个超声波元件接收，然后被连续处理。处理后的信号数据储存在存储部40的处理信号数据存储部41中。
图12示出了根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法如何通过超声波阵列探头发送和接收超声波。图12中的左侧示出了框图，右侧是回波的一部分的波形图。为了简单说明，如图12所示，仅使用三个超声波元件，并且第一至第三超声波元件向存在于检查对象1中的缺陷2发送超声波。三个超声波分别从第一元件传送到第三元件相对于彼此具有时间延迟，使得它们可以在特定方向上存在的特定点处会聚。或者，每个超声波可以单独发送，由AD转换部23处理，然后储存在处理信号数据存储部41中。然后，储存在处理信号数据存储部41中的处理后的信号数据与相对于彼此的时间延迟被合成。
在下文中，将描述在三个超声波元件11相对于彼此发送具有时间延迟的超声波的情况。或者，可以单独发送超声波，然后以时间延迟合成。在任一情况下，通过使用从三个超声波元件11发送超声波的时间延迟来确定它们会聚的方向和会聚点(即，焦点)。发送组的超声波元件11的数量不受限于三。两个超声波元件或四个或更多个超声波元件可以用作相同的发送组。
在这种情况下，焦点可以根据各种条件适当地设置在诸如从超声波阵列探头10观察的检查对象1的背面1b中的位置处或者距离检查对象1的背面1b足够远的位置处。
不考虑时间延迟的波形将被称为“基本波形”。在下文中，发送超声波的任何超声波元件11的序列号将以“p”为前缀，并且接收超声波的任何超声波元件11的序列号将以“q”为前缀，基本波形将被称为“Ufp，q”。
如图12所示，从第一超声波元件发送并由第一至第三超声波元件接收的超声波分别标记为“Uf1，1”、“Uf1，2”和“Uf1，3”。从第二超声波元件发送并由第一至第三超声波元件接收的超声波被分别标记为“Uf2，1”、“Uf2，2”和“Uf2，3”。类似地，从第三超声波元件发送并由第一至第三超声波元件接收的超声波被分别标记为“Uf3，1”，“Uf3，2”和“Uf3，3”。
图13是说明通过根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法发送和接收超声波时的延迟时间的波形图。图13所例示的延迟时间是会聚发送的超声波所需的发送延迟时间和会聚所接收的超声波所需的接收延迟时间之和。发送超声波的超声波元件11不一定必须与接收超声波的超声波元件11相同。
在步骤S03之后，延迟时间运算部33计算延迟时间T(步骤S04)。延迟时间T是通过基于由设置位置运算部31计算出的检查对象1的相对位置(每个由坐标和角度定义)和焦点，针对超声波阵列探头10的发送和接收超声波元件11的每个组合，将参考时间从发送延迟时间和接收延迟时间的总和中减去而获得的值。
在步骤S04之后，根据超声波探伤的条件发送和接收超声波(步骤S05)。更具体地，在步骤S04中以由延迟时间运算部33计算的每个延迟时间发送超声波。例如，第一至第三超声波元件11以每个规定的延迟时间发送超声波。然后，第二至第四超声波元件11以规定的时间延迟发送超声波。因此，长边方向发送的在超声波阵列探头10的长边方向上布置的超声波元件组11逐组移位。最后，第(N-2)个元件到第N个元件以每个时间延迟发送超声波。
接下来，合成运算部34合成由此获得的数字超声波形数据(步骤S06)。更确切地说，使用延迟时间运算部33已经计算的每个延迟时间T或作为延迟时间T与参考延迟时间的差值的相对延迟时间，如图13所示，在时间轴方向上移动相应的基本波形。然后，合成波形，生成合成波形M。结果，在同一时间点生成反射波。
图14示出根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤方法中合成的回波波形的波形图。可以通过加法或求平均数来合成回波波形。然而，合成回波波形的方法不限于这些。可以使用任何其它合成方法。
获得合成波形M的方法不限于上述方法。如在一般相控阵列UT中那样，可以使用这样的手段(其选择要驱动的元件组)设置发送/接收时间延迟，以在发送和接收超声波时发送电路中的时间延迟并激励所选择的元件组，从而生成合成波形M。
当合成如此生成的数字超声波形数据时，获取合成波形数据，每个反射波的S/N比增加。可以高精度地获得已经生成反射波的时间Tr，并且可以精确地确定缺陷的位置。
接下来，控制部50确定超声波阵列探头10是否已在所有预定位置完成扫描，即扫描是否已完成(步骤S07)。如果扫描尚未完成(步骤S07中的“否”)，则过程返回到步骤S01，并且设置超声波阵列探头10必须在其长边方向上移动的新位置。然后执行步骤S02和随后的步骤。此时，在超声波阵列探头10覆盖设置在新位置的检查对象1的区域、与超声波阵列探头10在移动到新位置之前覆盖检查对象1的区域之间，存在重叠区域。
如果扫描已经完成(步骤S07中的“是”)，则执行合成波形数据的图像化(步骤S08)。换言之，根据由合成运算部34生成的合成波形数据，集成图像生成部35生成长边方向深度图像数据，显示器60将使用该长边方向深度图像数据来显示集成图像。显示器60基于长边方向深度图像数据显示集成图像。
图15是用于说明通过根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置传播超声波的方向的概念性纵截面图。超声波探伤区域6在x方向上比由超声波阵列探头10的超声波元件11覆盖的区域长。
为了通过线性扫描获得长边方向深度图像，不仅利用合成波形M，而且利用合成波已经通过其传播的超声波束路径L的信息。如果已经使用多个超声波元件11来生成合成波形，则从例如中心超声波元件11延伸的路径将用作合成波形传播路径。
超声波束路径L由合成波形M的入射角α和探伤折射角β限定。
图16是长边方向深度超声波探伤图像，其是由根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置执行的超声波探伤的示例性结果。长边方向深度超声探伤图像基于由集成图像生成部35生成的长边方向深度集成图像数据，并且由显示器60显示，如图16所示。如果超声波阵列探头10在其两个设置位置执行超声波探伤，则集成图像生成部35为相应的两个设置位置生成两个长边方向深度超声波探伤图像。
接下来，重叠区域调整器36调整并设置形成(生成)重叠区域的长边方向深度图像的条件(步骤S09)。
图17是说明当在超声波阵列探头的两个设置位置处获取关于检查对象的表面形状信息数据时如何集成图像的概念性纵截面图。这里假设超声波阵列探头10的位置、或者在x方向上的另一区域的第一探头设置位置和第二探头设置位置如下。换言之，由超声波阵列探头10在第一探头设置位置处覆盖的部分和在第二探头设置位置处覆盖的部分彼此具有重叠区域。第二探头设置位置在x方向上从第一探头设置位置移位。
延迟时间是传输延迟时间和接收延迟时间的总和。传输延迟时间是每个超声波需要从超声波元件11行进到检查对象1然后到达检查对象1中的缺陷2的时间。接收延迟时间是每个超声波被缺陷2反射需要在检查对象1中行进从检查对象1出来并到达超声波元件11的时间。
传输延迟时间和接收延迟时间取决于检查对象1的表面形状。换言之，如果表面形状改变，则到检查对象1的距离改变，或者如果法线的角度改变，则传播路径改变。
为了计算延迟时间的值，延迟时间运算部33利用作为一组驱动的每个超声波元件11的坐标和角度，以及超声波发送到的检查对象1的获取形状S。通过表面形状运算部32计算检查对象1的表面形状S。基于每个超声波元件11的坐标，超声波需要从每个超声波元件11传播到检查对象1中设置的焦点的最短时间。并且超声波元件11之间的时间差用作延迟时间。
结果，表面形状运算部32根据在第一探头设置位置处获取的合成波形数据计算出的关于检查对象1的第一获取形状Sa与表面形状运算部32根据在第二探头设置位置处获取的合成波形数据计算出的关于检查对象1的第二获取形状Sb产生重叠。因此，必须设置第一获取形状Sa和第二获取形状Sb的相互重叠区域的表面形状Sc，并且重叠区域调整部36确定表面形状Sc。
因此，当超声波阵列探头10顺序地移位以沿着长边方向(x方向)取几个位置，部分地彼此重叠时，延迟时间运算部33基于在步骤S04中确定的重叠区域的表面形状计算延迟时间的值。
图18是说明重叠区域调整部36的功能的框图。由于图18示出了重叠区域调整部36如何执行各种功能和通过重叠区域调整部36确定的每个条件中的特定序列。因此，在图18中，一些计算单元中的每一个都被示为好像它是两个单元。
重叠区域调整部36配置成，将延迟时间运算部33在第一探头设置位置或第二探头设置位置处计算延迟时间的值时将参考的表面形状的条件，设置为在第一设置位置处获得的第一获取形状和第二探头设置位置处获得的第二获取形状两者。根据利用重叠区域调整部36设置的表面形状的条件，延迟时间运算部33参考第一获取形状和第二获取形状两者，以计算第一探头设置位置处的延迟时间的值、或第二探头设置位置处的延迟时间的值、或两者。
如图18所示，通过执行调整A和调整B，重叠区域调整器36工作两次。
在步骤S03和步骤S04之间的阶段执行调整A。如上所述，在步骤S03中，表面形状运算部32计算分别在彼此重叠的第一和第二探头设置位置处获得的第一获取形状Sa和第二获取形状Sb。因此，必须确定应该如何使用第一获取形状Sa和第二获取形状Sb来获取第一和第二探头设置位置的相互重叠区域中的图像。
关于重叠区域，重叠区域调整器36在调整A中选择三种选择方法(下面描述)中的一种，基于第一获取形状Sa和第二获取形状Sb来调整和获得重叠区域的调整形状。
在第一选择方法中，使用第一获取形状Sa作为第一调整形状，并且使用第二获取形状Sb作为第二调整形状，使用这两者来执行步骤S04和后续步骤，如图18中的轮廓箭头1a和2a所示。在这种情况下，基于第一获取形状Sa获得第一集成图像，并且基于第二获取形状Sb获得第二集成图像。因此，获得两种类型的集成图像，即第一和第二集成图像。因此，在调整B中，重叠区域调整器36选择集成图像的一些方法(稍后描述)中的一个。图5的流程图示出了基于这种情况的顺序。
在调整A的第二方法中，基于第一获取形状Sa和第二获取形状Sb，估计针对包括重叠区域的第一探头设置位置计算延迟时间的值时所根据的表面形状，如图18中的粗箭头1b所示。在这种情况下，重叠区域调整部36从调整C1中的一些调整形状中选择第一调整形状。由重叠区域调整部36选择的第一调整形状已经以任何可用的方法获得。在一种方法中，第一获取形状Sa用于重叠区域之外的部分，第二获取形状Sb用于重叠区域，而不使用第一获取形状Sa。在另一种方法中，第一获取形状Sa和第二获取形状Sb在重叠区域中被平均。在又一种方法中，首先对第一获取形状Sa和第二获取形状Sb进行加权，然后将其相加。在该实施方式中，在调整C1中获得重叠区域的表面形状。尽管如此，不仅可以将重叠区域，而且还可以将位于第一获取形状Sa的区域中的第二获取形状Sb的预定部分设置为用于选择获取表面形状的方法的部分。因此，在第一获取形状Sa的区域中使用第二获取形状Sb的末端部分使得可以比其它方式更正确地获得第一调整形状。如果选择第二种方法，则延迟时间运算部33、合成运算部34和集成图像生成部35将仅基于第一调整形状执行计算，该计算通过使用第一获取形状Sa和第二获取形状Sb来设置，以生成单个最终调整图像。
在调整A的第二方法中，基于第一获取形状Sa和第二获取形状Sb估计针对包括重叠区域的第一探头设置位置计算延迟时间的值时所根据的表面形状，如图18中的粗箭头2b所示。在这种情况下，重叠区域调整部36从调整C2中的一些调整的形状中选择第二调整形状。由重叠区域调整部36选择的第二调整形状已经以任何可用的方法获得。在一种方法中，第二获取形状Sb用于重叠区域之外的部分，并且第一获取形状Sa用于重叠区域，而不使用第二获取形状Sb。在另一种方法中，第一获取形状Sa和第二获取形状Sb在重叠区域中被平均。在又一种方法中，首先对第一获取形状Sa和第二获取形状Sb进行加权，然后将其相加。在该实施方式中，在调整C2中获得重叠区域的表面形状。如在第二种方法中那样，不仅可以将重叠区域，而且还可以将位于第二获取形状Sb的区域中的第一获取形状Sa的预定部分设置为用于选择获取表面形状的方法的部分。因此，在第二获取形状Sb的区域中使用第一获取形状Sa的端部使得可以比其它方式更正确地获得第二调整形状。如果选择第三种方法，则延迟时间运算部33、合成运算部34和集成图像生成部35将仅基于第二调整形状执行计算，该计算通过使用第一获取的形状Sa和第二获取形状Sb来设置，以生成单个最终调整图像。
可以同时选择第二种方法和第三种方法。关于第一调整波形，可以针对第一调整形状选择第二方法，并且可以仅针对第二调整形状选择第一方法，或者相反，可以仅针对第一调整形状选择第一方法，可以针对第二调整形状选择第三方法。如果第一方法与第二方法或第三方法结合，则希望使用通过第二或第三方法集成的图像，而不是通过第一方法集成的图像，以便在稍后描述的调整B中获得调整图像。
将参考图5中所示的流程图说明重叠区域调整部36选择调整A中的第一方法的情况。
图19是例示当在超声波阵列探头的两个设置位置处获取关于检查对象的表面形状信息数据时超声波如何传播的概念性纵截面图。当重叠部分包括在生成长边方向深度探伤图像的范围内时，重叠区域调整部36根据从线性扫描超声波探伤装置外部给出的或在线性扫描超声波探伤装置内部生成的指令确定重叠部分的表面形状。
基于由重叠区域调整部36确定的表面形状，集成图像生成部35生成表示长边方向深度集成图像的数据。使用该数据，显示器60显示长边方向深度集成图像(步骤S10)。
如上所述，设置计算重叠区域的长边方向深度探伤图像的条件，从而设置表面形状。但该实施方式不限于此。计算重叠区域的长边方向深度探伤图像的条件可以经由输入部70从外部输入，或者可以保持在重叠区域调整部36内。
计算重叠区域的长边方向深度探伤图像的条件的设置包括例如选择由一侧获取的长边方向深度图像，选择更适当的长边方向深度探伤图像，或者这些图像的平均值。在图7和8中所示的情况下，更适当的长边方向深度探伤图像是例如通过将超声波从超声波元件11向内发送到检查对象1，即从第N超声波元件而不是从第一元件(n＝1)发送而生成的图像。
下面将描述用于生成重叠区域的长边方向深度探伤图像的条件的一些示例。
当超声波阵列探头10设置在两个或更多个位置时，形成两个或更多个长边方向深度超声探伤图像，每个超声探伤图像基于超声波阵列探头的坐标系。两个相邻的长边方向深度超声探伤图像彼此重叠，形成长边方向深度的集成图像。长边方向深度超声波探伤图像的相互重叠的部分形成长边方向深度重叠图像。用于显示长边方向深度集成图像的数据由集成图像生成部35生成。
集成图像是长边方向深度图像，用于沿着超声波阵列探头10的y方向的中心在x方向和z方向上延伸的平面区域的超声波探伤。该图像具有在x方向上的宽度，这对应于超声波阵列探头10布置和移动的区域。此外，该图像具有在z方向上的宽度，其对应于检查对象1的前部1a和后部1b之间的距离。
在执行步骤S03至S08时，两个相邻设置位置处的超声波阵列探头10生成用于检查对象1的重叠区域的两个合成波形数据。这两个合成波形数据在步骤S03中通过在不同位置计算并且由不同测量数据获得。因此，计算出的那些表面形状不相同，并且基本上彼此不同。
因此，作为从步骤到步骤S08的结果，针对检查对象1的重叠区域获得两种类型的长边方向深度集成图像。
在图18所示的调整B中，重叠区域调整器36选择下面描述的五种方法中的一个方法，然后获得重叠区域的超声波探伤图像。这五种方法只不过是示例，任何其它适当的方法都可以用于合成。
图20是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第一方法的概念性纵截面图。在如图20所示的第一和第二探头设置位置彼此重叠的情况下，长边方向深度重叠图像具有表示在两个位置处执行的超声波探伤的结果的数据。第一探头设置位置处的结果给出长边方向深度探伤图像Ga(由虚线表示)。在第二探头设置位置处的结果给出长边方向深度探伤图像Gb(由虚线表示)。
对于长边方向深度探伤图像Ga和Gb的重叠区域，形成基于合成波形M的长边方向深度集成图像Gt，然后生成长边方向深度集成图像Gt，如双点划线所示。
图21是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第二方法的概念性纵截面图。在第一探头设置位置和第二探头设置位置彼此重叠的情况下，长边方向深度重叠图像具有仅关于从一个探头设置位置获得的探伤结果的数据。换言之，基于两个合成波形M中的一个生成长边方向深度重叠图像。在该过程中，选择第一探头设置位置处的探伤结果或第二探头设置位置处的探伤结果。
基于在包括重叠区域的超声波阵列探头10的第二探头设置位置处执行的超声波探伤的结果，形成长边方向深度探伤图像Gb。此外，基于在除了重叠区域之外的超声波阵列探头10的第一探头设置位置处执行的超声波探伤的结果，形成长边方向深度探伤图像Ga。长边方向深度探伤图像Ga和长边方向深度探伤图像Gb构成由双点划线表示的长边方向深度集成图像Gt。
图22是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第三方法的概念性纵截面图。在第一探头设置位置和第二探头设置位置彼此重叠的情况下，可以执行处理以获得合成波形M的算术平均值或者整合诸如峰值保持值的两个数据项。
首先，基于在第一探头设置位置处执行的超声波探伤的结果，形成由隔开规定间隔da的虚线表示的合成波形Ma。此外，基于在第二探头设置位置处执行的超声波探伤的结果，形成由隔开规定间隔db的虚线表示的合成波形Mb。此时，使距离da和距离db相等。此外，合成图像Ma和合成图像Mb在相同位置生成。然后，使用合成波形Mc或用于生成合成波形的数据，对数据进行整合，从而在重叠部分处形成长边方向深度集成图像Gc。
图23是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第四方法的概念性纵截面图。如图23所示，可以并排显示在第一探头设置位置处获得的合成波形Ma和在第二探头设置位置处获得的合成波形Mb。
首先，基于在第一探头设置位置处执行的超声波探伤的结果，在由虚线所示的具有规定间隔da的位置处合成波形Ma。此外，基于在第二探头设置位置处执行的超声波探伤的结果，在由虚线所示的具有规定间隔db的位置处合成波形Mb。在该过程中，合成波形Ma形成在与合成波形Mb的位置不同的位置处，特别是在重叠区域中。结果，合成波形Mc包括重叠区域处的合成波形Ma和Mb两者。通过使用合成波形Ma和Mb形成重叠部分处的长边方向深度探伤图像Gc。
图24是说明在根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置中重叠超声波探伤图像的第五方法的概念性纵截面图。
在超声波阵列探头10的A1探头设置位置处获得如由虚线示出的合成波形Ma1的超声波探伤结果之后，在A2探头设置位置处获得如由实线所示的合成波形Ma2的超声波探伤结果数据。A2探头设置位置从A1探头设置位置偏移超声波元件11布置间距的一半。因此，可以获得两倍于仅使用A1探头设定位置的情况下的密度的合成波形。
类似地，在与A1探头设置位置部分地重叠的B1探头设置位置处获得如虚线所示的合成波形Mb1的超声探伤结果之后，如由双点划线示出的合成波形Mb2的超声探伤结果数据在B2探头设置位置处获得，B2探头设置位置偏移超声波元件11布置的间距的一半。因此，可以获得两倍于仅使用B1探头设置位置的情况下的密度的合成波形。
可以通过上述任何一种方法集成图像。上述任何方法都可以生成具有伪双倍密度高的声线的长边方向深度集成图像Gt。
图25是说明使用根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置探伤具有曲面的检查对象的第一超声波探伤方法的概念性纵截面图。
超声波阵列探头10的探头设置位置在检查对象1的圆周方向移动。超声波阵列探头10获取第一探头设置位置处的合成波形Ma，第二探头设置位置处的合成波形Mb以及第三探头设置位置处的合成波形Mc。
合成波形Ma、合成波形Mb和合成波形Mc在检查对象1中以相同方向对齐。因此，无论超声波阵列探头10位于何处，基于超声波阵列探头10的参考位置(例如，第二探头设置位置)处的探伤折射角绘制长边方向深度集成图像Gt，其在检查对象1中具有平行声线。
图26是说明通过使用根据第一实施方式的线性扫描超声波探伤装置探伤具有曲面的检查对象的第二超声波探伤方法的概念性纵截面图。
在图26中，在针对超声波阵列探头10的每个位置限定的折射方向上均匀地例示平行声线。
在图25和图26所示的情况下，如果为超声波阵列探头10显示并指定参考位置的结果以显示长边方向深度集成图像Gt，则也可以同时指定在超声波阵列探头10的其它位置处的结果。当然，可以在超声波阵列探头10的每个位置处设置超声波探伤折射角。
根据如上所述的该实施方式，即使超声波阵列探头10仅具有几个通道，线性扫描超声波探伤装置100也可以通过移动超声波阵列探头10的同时形成重叠区域并且通过适当调整重叠区域的图像来生成实现宽区域的线性扫描的整个图像。
[第二实施方式]
图27是示出根据第二实施方式的线性扫描超声波探伤装置的构造的框图。
该实施方式是第一实施方式的修改。在第一实施方式中，超声波阵列探头10具有在x方向(第一方向)上布置的多个超声波元件11。在第二实施方式中，超声波阵列探头10具有在x方向和y方向(第二方向)上布置的多个超声波元件11，形成二维图案。换言之，它们形成二维阵列(例如，矩阵阵列)，并且也可以在进深方向上控制超声波束。因此，切换部22以二维方式接通和断开超声波元件11。运算部30还具有进深图像生成部37。因此，显示器60可以显示进深图像。在其它方面，第二实施方式与第一实施方式相同。
图28A、28B和28C是说明第一示例的长边方向-进深方向-深度探伤图像的概念图。根据该实施方式的线性扫描超声波探伤装置100，如图27所示，超声波阵列探头10不仅可以在x方向上扫描检查对象，而且可以在y方向上扫描检查对象。图28A、28B和28C示出了如在线性扫描中用平行光束扫描检查对象的情况。
进深图像生成部37生成进深方向深度图像数据，以便显示在y和z方向上扩展的探伤图像Gyz(即，yz截面图像)，与集成图像生成部35生成长边方向深度探伤图像数据，以便显示在x和z方向上扩展的探伤图像(即，xz截面图像)的方式相同。
结果，在第二实施方式中，针对已经扫描的检查对象1的该区域生成三维探伤图像数据。探伤图像数据储存在处理信号数据存储部41中。
图28A示出了包括x-z方向截面的长边方向深度探伤图像。换言之，图28A示出了超声波阵列探头10采用的第一探头设置位置处的长边方向深度图像Gxza，以及第二超声波阵列探头10采用的第二探头设置位置处的长边方向深度图像Gxzb。集成图像生成部35从处理信号数据存储部41读取表示x-z截面的探伤图像数据，并生成长边方向深度图像数据。显示器60显示长边方向深度图像。
长边方向深度图像Gxza和长边方向深度图像Gxzb部分重叠，每个具有相互重叠的部分。对于重叠部分，重叠区域调整部36确定集成图像生成部35生成长边方向深度探伤图像Gxzd的数据的生成条件。
图28B示出了进深方向深度探伤图像Gyza，其包括存在于长边方向深度图像Gxza的一部分中并且与y轴平行的合成波形M。进深方向深度探伤图像Gyza不是形成在y-z平面中，而是形成在倾斜于y-z平面的平面中。然而，为方便起见，它被称为“图像Gyza”。换言之，通过在x方向上投影垂直于x-z平面并在包括声线Pa的平面中扩展的图像来获得进深方向深度探伤图像Gyza。
图28C类似于图28B并且示出了进深方向深度探伤图像Gyzb，其包括存在于长边方向深度探伤图像Gxzb的一部分中并且与y轴平行的合成波形M。与进深方向深度探伤图像Gyza类似，通过在x方向上投影垂直于x-z平面并在包括声线Pb的平面中扩展的图像来获得进深方向深度探伤图像Gyzb。
图29A、29B和29C是说明第二示例的长边方向深度和进深方向深度探伤图像的概念图。图29A、29B和29C示出了如图28A、28B和28C所示的探伤图像，但是通过使用扇形光束扫描获得。
图30示出了根据本实施方式的线性扫描超声波探伤装置中使用的喷嘴的概念透视图。如图30所示，喷嘴4的旋转轴在z方向上延伸，并且具有径向r和圆周方向θ。
喷嘴4的根部具有三维弯曲表面。超声波阵列探头10定位在其长边方向设置在喷嘴4的圆周方向θ上。超声波阵列探头10在方向θ上移位，限定出在z方向上的一个位置处相互重叠的区域。然后，每当探头10在方向θ上移位一圈时，其随后在z方向上移位，限定出与先前限定的区域重叠的区域。因此，在重复这些步骤之后，探头10根据需要对喷嘴4进行探伤。
图31是说明如何在其圆周方向探伤喷嘴的概念图。更具体地，图31例示了超声波阵列探头10如何在喷嘴上在方向r和θ上移动到第一探头设置位置、第二探头设置位置(参考位置)和第三探头设置位置。图32是说明超声波阵列探头如何在喷嘴的轴向上移动的概念图。换言之，图32示出了超声波阵列探头10如何在r和θ方向上移动以在r和z方向上间隔开的探头设置位置B1和B2处执行其功能。
集成图像生成部35计算θ方向上的图像数据。进深图像生成部37计算z方向上的图像数据。重叠区域调整部36确定调整在θ方向上重叠的区域的条件，并将这些条件输出到集成图像生成部35。重叠区域调整部36还确定在z方向上调整区域重叠的条件，并且将这些条件输出到进深图像生成部37。
调整重叠区域的条件可以通过从各种方法中选择来确定。在一种方法中，根据在一个探头设置位置处确定的表面形状计算延迟时间的值。在另一种方法中，通过使用在两个探头设置位置处获得的合成波形来形成重叠图像。在又一种方法中，在两个探头设置位置处获得的并位于相同位置的合成波形彼此合成。根据经由输入部70从外部接收的或储存在重叠区域调整部36中的各种条件来选择被认为是最适当的这些方法中的一种方法。
如上所述，根据第二实施方式的线性扫描超声波探伤装置100可以通过使用具有较少数量的通道的超声波阵列探头来执行三维线性扫描。
[其它实施方式]
虽然已经描述了本发明的实施方式，但是这些实施方式是作为示例给出的，并不旨在限制本发明的范围。例如，尽管在上述实施方式中举例说明了水平感应旋转电机，但是本发明可以应用于垂直电机。此外，本发明不仅可以应用于感应旋转电机，还可以应用于同步旋转电机。此外，虽然在上述实施方式中举例说明了全封闭型旋转电机，但是本发明可以应用于开放式旋转电机。换言之，本发明在夹在转子铁芯与定子铁芯之间的环形空间中产生由转子铁芯的旋转生成的风扇效应，并且这种效果不依赖于这些类型的旋转电机的差异。
此外，上述实施方式可以以各种不同的方式使用，并且如果适当的话，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以以各种不同的方式省略、替换或改变其任何部件。所有上述实施方式及其所作的修改都在本发明的精神和范围内，本发明的精神和范围由所附权利要求及其等同物具体限定。

Claims (8)

1.一种线性扫描超声波探伤装置，包括：
超声波阵列探头，具有在第一方向上排列的多个超声波元件，所述超声波元件中的每个超声波元件在检查对象中发送和接收超声波；
输入部，从外部接收设置位置信息数据和形状信息数据，并且从外部接收包括物理特性数据和声学特性数据的用于计算的数据；
表面形状运算部，基于包含在数字超声波形数据中的表面波形数据和由所述输入部接收到的所述形状信息数据，计算获取形状作为所述检查对象的表面的形状；
延迟时间运算部，基于由所述输入部接收到的所述检查对象的所述形状信息数据、所述超声波阵列探头与所述检查对象之间的位置关系、超声波探伤折射角、焦点深度、声学传播介质和所述检查对象中的声速，以及由所述表面形状运算部计算出的所述获取形状，计算用于向焦点发送所述超声波和接收所述超声波时的延迟时间的值，并输出所述延迟时间；
合成运算部，从所述延迟时间运算部接收所述延迟时间并接收所述数字超声波形数据，利用所述延迟时间生成合成信号；
重叠区域调整部，接收由所述表面形状运算部计算的第一探头设置位置处的第一获取形状和第二探头设置位置处的第二获取形状，并且设置用于所述合成运算部的第一探头设置位置与第二探头设置位置的重叠区域的表面形状，将所述表面形状作为调整后的形状输出给所述合成运算部；和
集成图像生成部，根据所述形状信息数据生成并输出包括所述重叠区域的区域的第一图像数据，所述第一图像数据在所述检查对象的所述第一方向和深度方向上扩展，并且通过所述重叠区域调整部设置的方法生成，
其中，所述重叠区域调整部将所述延迟时间运算部在计算所述第一探头设置位置或所述第二探头设置位置处的延迟时间的值时要参考的表面形状的条件，设置为在所述第一探头设置位置处获得的所述第一获取形状和在所述第二探头设置位置处获得的所述第二获取形状两者。
2.根据权利要求1所述的线性扫描超声波探伤装置，
所述重叠区域调整部使用在所述第一探头设置位置处获得的第一合成波形和在所述第二探头设置位置处获得的第二合成波形。
3.根据权利要求2所述的线性扫描超声波探伤装置，
所述第二探头设置位置被设置为使得具有所述第二合成波形的超声波束的路径与具有所述第一合成波形的超声波束的路径重叠。
4.根据权利要求1所述的线性扫描超声波探伤装置，
所述重叠区域调整部基于从所述超声波阵列探头发送的超声波探伤数据获得所述第一获取形状和所述第二获取形状。
5.根据权利要求1所述的线性扫描超声波探伤装置，
还包括形状获取单元，该形状获取单元包括位于所述超声波阵列探头之外的照相机，用于获得并向所述表面形状运算部输出所述形状信息数据和通过使用所述照相机获得的所述检查对象的立体图像而估计的关于所述检查对象和所述超声波阵列探头之间的位置关系的信息。
6.根据权利要求1所述的线性扫描超声波探伤装置，
还包括阵列探头驱动器，该阵列探头驱动器用于在所述超声波阵列探头扫描所述检查对象的情况下将所述超声波阵列探头设置在探头设置位置，并在所述探头设置位置之间驱动所述超声波阵列探头。
7.根据权利要求1所述的线性扫描超声波探伤装置，
所述超声波阵列探头具有形成二维阵列的在所述第一方向上和在不同于所述第一方向的第二方向上布置的多个超声波元件；并且
所述线性扫描超声波探伤装置还包括第二图像生成部，该第二图像生成部生成在垂直于所述第一方向的方向上扩展的第二图像数据。
8.一种线性扫描超声波探伤方法，包括：
第一探伤数据获取步骤，在存储部中储存由超声波阵列探头获得的第一超声波探伤数据，所述超声波阵列探头具有在检查对象的表面上的第一探头设置位置处的多个超声波元件；
第二探伤数据获取步骤，在所述存储部中储存由所述超声波阵列探头在第二探头设置位置处获得的第二超声波探伤数据，所述第二探头设置位置包括沿着所述检查对象的表面在第一方向上与所述第一探头设置位置重叠的重叠区域；
条件设置步骤，在重叠区域调整部中设置所述检查对象的表面形状作为针对所述重叠区域生成图像数据的条件；和
图像数据生成步骤，基于所述第一超声波探伤数据、所述第二超声波探伤数据和所述条件，利用集成图像生成部生成与所述第一探头设置位置和包括调整后的重叠区域的所述第二探头设置位置相对应的探伤图像数据以及合成信号，其中
所述图像数据生成步骤包括利用延迟时间运算部，参考所述检查对象的表面形状，计算用每个所述超声波元件在所述检查对象中向焦点发送超声波和接收超声波中的至少一个动作的延迟时间的值，并且利用所述延迟时间生成所述合成信号的步骤；以及
所述条件设置步骤包括将所述延迟时间运算部在计算所述第一探头设置位置或所述第二探头设置位置处的延迟时间的值时要参考的表面形状的条件，设置为在所述第一探头设置位置处获得的第一获取形状和在所述第二探头设置位置处获得的第二获取形状两者的步骤。
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