CN110892261B - 超声波检查系统的制造方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式的超声波检查系统的制造方法具有以下步骤：通过进行最佳化计算来制作超声波检查系统的设计信息，该最佳化计算包含使用了模拟由具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统检测有无缺陷的超声波检查的对象的模型的超声波检查的仿真，最佳化计算以超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向及超声波频率中的至少一项为参数，该设计信息包含超声波传感器及超声波振动器的数量、位置及方向以及超声波频率；基于设计信息组装超声波检查系统。

Description

超声波检查系统的制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及超声波检查系统的制造方法、超声波检查系统的设计系统、超声波检查系统的设计程序、航空器结构体的制造方法、超声波检查系统以及航空器结构体。
背景技术
目前，作为通过非破坏性检查物体的缺陷的方法，已知有超声波检查法(例如参照专利文献1～3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2011-191230号公报
专利文献2：特开2013-088421号公报
专利文献3：特开2014-194379号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了精确地进行超声波检查，将振荡超声波的超声波振动器和检测超声波的传感器配置于与检查区域相应的适当的位置是非常重要的。即，需要在可向检查区域发送超声波且检测经由检查区域的超声波的位置配置超声波振动器及超声波传感器。
因此，例如，在航空器结构体那样检查区域宽广的情况下，为了能够覆盖检查区域，需要配置多个超声波振动器及超声波传感器。但是，如果超声波振动器及超声波传感器的数量增加，则零件的数量增加，因此，优选超声波振动器及超声波传感器的数量较少。特别是在检查对象为航空器的情况下，如果超声波振动器及超声波传感器的数量增加，则导致机体的重量增加。
因此，目前，使用模拟航空器结构体的多个试样反复进行试验和失败，由此，决定超声波振动器及超声波传感器的适当的数量及位置。因此，成为航空器设计的巨大的劳动力的主要原因。
另一方面，如果超声波振动器及超声波传感器的位置不适当，则未覆盖检查区域，可能不能检测到应检测的缺陷。即，超声波振动器及超声波传感器的不适当的配置导致缺陷检测精度的劣化。因此，为了可靠地覆盖检查区域，在适当的位置配置超声波振动器及超声波传感器是非常重要的。
因此，本发明的目的在于，能够利用更少的构成要素更高精度地进行超声波检查。
用于解决课题的方案
本发明的实施方式的超声波检查系统的制造方法，具有以下步骤：通过进行包含使用了模拟由具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统检测有无缺陷的超声波检查的对象的模型的所述超声波检查的仿真的最佳化计算，即以所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率中的至少一项为参数的所述最佳化计算，制作包含所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率的所述超声波检查系统的设计信息；以及基于所述设计信息组装所述超声波检查系统。
另外，本发明的实施方式的超声波检查系统的设计系统，其具有模型化部及设计信息制作部。模型化部制作模拟由具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统检测有无缺陷的超声波检查的对象的模型。设计信息制作部通过以所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率中的至少一项为参数进行包含使用了所述模型的所述超声波检查的仿真的最佳化计算，制作包含所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率的所述超声波检查系统的设计信息。
另外，本发明的实施方式的超声波检查系统的设计程序，使计算机执行以下步骤：制作模拟由具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统检测有无缺陷的超声波检查的对象的模型；以所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率中的至少一项为参数进行包含使用了所述模型的所述超声波检查的仿真的最佳化计算，由此，制作包含所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率的所述超声波检查系统的设计信息。
另外，本发明的实施方式的航空器结构体的制造方法，将通过上述的超声波检查系统的制造方法组装的所述超声波检查系统组装于航空器结构体。
另外，本发明的实施方式的超声波检查系统，其具备超声波振动器、超声波传感器以及信号处理系统。超声波振动器向超声波检查的对象区域振荡超声波。超声波传感器检测穿透了所述对象区域的所述超声波的穿透波及在所述对象区域反射的所述超声波的反射波中的至少一方并输出超声波检测信号。信号处理系统检测所述超声波检测信号从基准波形的波形变化，基于检测的所述波形变化检测在所述对象区域内是否产生缺陷。所述超声波振动器及所述超声波传感器中的至少一方配置于在成为所述超声波检查的对象的物体的表面假想性地设置的多个分段(セクション)中的、使得由于在所述对象区域内的不确切位置产生的缺陷而在所述超声波检测信号中产生所述信号处理系统中可检测的波形变化的概率最高的分段内。
另外，本发明的实施方式的超声波检查系统，其具备至少一个超声波振动器、至少一个超声波传感器以及信号处理系统。超声波振动器向超声波检查的对象区域即具有腹板和凸缘的所述对象区域振荡超声波。超声波传感器检测穿透了所述对象区域的所述超声波的穿透波及在所述对象区域反射的所述超声波的反射波中的至少一方并输出超声波检测信号。信号处理系统检测所述超声波检测信号从基准波形的波形变化，基于检测的所述波形变化检测在所述对象区域内是否产生缺陷。所述超声波振动器及所述超声波传感器的数量及位置是不管在所述对象区域内的哪个位置产生缺陷都能够通过所述信号处理系统检测由于所述缺陷产生的所述超声波检测信号的波形变化的数量及位置。
另外，本发明的实施方式的航空器结构体，其设置有上述的超声波检查系统。
附图说明
图1是本发明的实施方式的超声波检查系统的设计系统的功能块图。
图2是表示成为图1所示的设计系统的设计对象的超声波检查系统及成为超声波检查的对象的航空器结构体的一例的主视图。
图3是图2所示的超声波检查系统及航空器结构体的仰视图。
图4是表示通过进行超声波传播解析仿真而将超声波传感器的位置最佳化的情况的例子的图，该超声波传播解析仿真使用了在图1所示的设计系统的模型化部中制作的FEM模型。
图5是表示穿透了没有损伤的检查区域的超声波检测信号的一例的图表。
图6是表示穿透了具有损伤的同一检查区域的超声波检测信号的一例的图表。
图7是表示由图1所示的超声波检查系统的设计系统执行的最佳化计算的流程的一例的流程图。
图8是表示用于在图4中示例那样对于FEM模型设定的各分段内判定超声波的模拟波形是否由于模拟缺陷而变化的算法的一例的流程图。
实施方式
参照附图对本发明的实施方式的超声波检查系统的制造方法、超声波检查系统的设计系统、超声波检查系统的设计程序、航空器结构体的制造方法、超声波检查系统以及航空器结构体进行说明。
(超声波检查系统的设计系统的结构及功能)
图1是本发明的实施方式的超声波检查系统的设计系统的功能块图。
超声波检查系统的设计系统1是进行具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统的最佳设计的系统。具体而言，超声波检查系统的设计系统1具有如下功能：通过进行以超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向以及从超声波振动器振荡的超声波的频率中的至少一项为参数的最佳化计算，制作包含超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向以及从超声波振动器振荡的超声波的频率的超声波检查系统的设计信息。
超声波检查系统的设计系统1能够通过使具备输入装置2及显示装置3的计算机4读入超声波检查系统的设计程序而构筑。即，超声波检查系统的设计系统1能够利用信息处理电路类(情報処理回路類)构成。
超声波检查系统的设计系统1通过使计算机4读入超声波检查系统的设计程序，能够使计算机4作为模型化部5及设计信息制作部6发挥作用。
模型化部5具有制作模型的功能，该模型模拟通过超声波检查系统检测缺陷的有无的超声波检查的对象。另一方面，设计信息制作部6具有如下功能：通过进行包含使用了模型化部5中制作的模型的超声波检查的仿真的最佳化计算，而制作包含超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向以及从超声波振动器振荡的超声波的频率的超声波检查系统的设计信息。
因此，超声波检查系统的设计程序是至少使计算机4执行制作模拟超声波检查的对象的模型的步骤和通过进行包含超声波检查的仿真的最佳化计算而制作超声波检查系统的设计信息的步骤的程序。安装于信息处理电路类的超声波检查系统的设计程序也可以记录于信息记录介质并作为程序产品流通。
图2是表示成为图1所示的设计系统1的设计对象的超声波检查系统及成为超声波检查对象的航空器结构体的一例的主视图，图3是图2所示的超声波检查系统及航空器结构体的仰视图。
如图2及图3中示例，能够在航空器结构体10上搭载超声波检查系统11。而且，能够将航空器结构体10设为超声波检查系统11的超声波检查对象。即，能够通过超声波检查系统11的超声波检查，检测可产生于航空器结构体10的缺陷。
作为成为检测对象的缺陷的例子，除了由于鸟或石头的碰撞等产生的损伤、凹坑、构成复合材料的纤维的断裂、构成复合材料的纤维加强树脂层间的剥离之外，还举出雷击引起的烧焦、紧固件的脱落或松弛。
图2及图3所示的例子中，航空器结构体10具有在弯曲的面板10A上安装了多个纵梁10B及多个机架10C的结构。多个纵梁10B及多个机架10C以长边方向大致相互正交的方向安装于面板10A。纵梁10B彼此及机架10C彼此以长度方向大致平行的方式配置，但以纵梁10B的长度方向与机架10C的长度方向大致垂直的方式，多个纵梁10B及多个机架10C安装于弯曲的面板10A。
其结果，在面板10A上产生利用相邻的两个纵梁10B和相邻的两个机架10C分别包围的多个区域。具有这种结构的航空器结构体10主要作为构成机身一部分的结构体进行采用。
因此，如安装有纵梁10B和机架10C的面板10A那样在板状的部件安装了加强材料的结构体，即具有腹板和凸缘的结构体自不必说，将具有蜂窝夹层结构体或面板单体等的期望结构的航空器结构体设为超声波检查的对象也是能够的。作为设置于构成航空器结构体的面板的加强材料，除了纵梁之外，还可举出凸壁及肋。另外，不限于航空器结构体，也可以将汽车零件等设为超声波检查的对象。
用于进行超声波检查的超声波检查系统11可以利用如下构成：向超声波检查的对象区域振荡超声波的超声波促动器等的至少一个超声波振动器11A、检测穿透了对象区域的超声波的穿透波及在对象区域中反射的超声波的反射波中的至少一方并输出超声波检测信号的至少一个超声波传感器11B、检测在对象区域内是否产生缺陷的信号处理系统11C，以及生成发送信号且将生成的发送信号施加于超声波振动器11A的发送电路11D。
作为超声波传感器11B的例子，除了超声波振动器之外，还可举出光纤布拉格光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)传感器及相移FBG(PS-FBG：Phase-shifted FBG)传感器等的光纤传感器。此外，PS-FBG是向折射率的周期的变动中导入局部相移的FBG。
信号处理系统11C具有接收从超声波传感器11B输出的超声波检测信号的功能、检测接收的超声波检测信号从基准波形的波形变化的功能以及基于检测的波形变化检测在超声波检查的对象区域内是否产生缺陷的功能。与由超声波传感器11B检测的超声波检测信号的波形比较的基准波形是经由预先确认为没有缺陷的对象区域取得的超声波检测信号的波形。因此，通过由超声波传感器11B检测的超声波检测信号与基准波形的比较，能够检测缺陷引起的超声波检测信号的波形变化。
信号处理系统11C能够利用A/D(analog-to-digital)转换器及计算机等的电路构成。在超声波传感器11B为光纤传感器的情况下，在信号处理系统11C具备用于将从超声波传感器11B输出的超声波检测信号从光信号转换成电信号的光电转换装置。另外，根据需要，在信号处理系统11C具备用于对于作为光信号的从超声波传感器11B输出的超声波检测信号实施信号处理的波长滤波器，或用于从用于从光源向光纤传感器传播激光的光路分支出光信号的输出路径的光学循环器等的光学系统。
因此，信号处理系统11C至少由电路构成，在超声波传感器11B为光纤传感器的情况下，可以将必要的光学元件用作构成要素。
如图2及图3所示，在超声波检查的对象为在面板10A安装有多个纵梁10B和多个机架10C的航空器结构体10的情况下，能够在由纵梁10B和机架10C包围的各区域配置超声波检查系统11的超声波振动器11A和超声波传感器11B。超声波检查的对象区域不仅能够设为面板10A的表面或内部，而且能够设为纵梁10与面板10A之间或机架10C与面板10A之间等、可传播超声波的期望的区域。
图2及图3所示的例子中，以能够检测穿透了超声波检查的对象区域的超声波的方式配置超声波传感器11B，但也能够以能够检测由在对象区域中产生的缺陷而反射的反射波的方式配置超声波传感器11B。另外，不仅是从超声波振动器11A向超声波传感器11B直线前进的超声波，而且由纵梁10或机架10C等的凸缘反射的超声波也能够利用超声波传感器11B检测。
此外，在航空器零件、大楼、风车、桥梁、原子能设施、管道等的结构物设置传感器，并解析由设置于结构物的传感器检测的超声波或加速度等的物理量的变化，由此，诊断结构物的劣化及损伤的产生位置或程度的技术称为结构健康诊断(SHM：Structural HealthMonitoring)技术。
图2及图3所示那样的航空器结构体10当然优选在进行用于各种各样的结构体的SHM等的超声波检查的情况下，在适当的位置配置适当数量的超声波振动器及超声波传感器。即，为了确保检查区域内的缺陷的检测精度，将能够可靠地检测缺陷所引起的超声波的波形变化那样的适当数量的超声波振动器及超声波传感器配置于适当的位置是非常重要的。
另外，如果能够降低超声波振动器及超声波传感器的数量，则能够减少构成超声波检查系统的零件数量。特别是在超声波检查的对象为航空器结构体的情况下，零件数量的减少带来对于航空器非常重要的重量的降低。因此，优选维持缺陷的检测精度，且将必要最小限的超声波振动器及超声波传感器配置于最佳的位置。
另外，大多情况下，超声波振动器及超声波传感器具有指向性。因此，对于超声波振动器及超声波传感器的方向，也优选决定成能够使用必要最小限的超声波振动器及超声波传感器来维持缺陷的检测精度那样的方向。
另外，损伤等的缺陷所引起的超声波的波形变化也依赖于超声波的频率而变化。因此，缺陷的探测能力及探测范围依赖于从超声波振动器振荡的超声波的频率而变化。因此，为了进一步提高缺陷的探测能力及探测范围，优选决定超声波的频率。
因此，通过超声波检查系统的设计系统1进行以超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向以及从超声波振动器振荡的超声波的频率中的至少一项为参数的最佳化计算，由此，能够将超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向以及从超声波振动器振荡的超声波的频率中的至少一项最佳化。
最佳化计算的算法能够根据成为最佳化对象的参数、超声波检查的目的、成为超声波检查对象的物体的结构、进行超声波检查的环境等决定。
作为具体例，为了将超声波传感器的数量及超声波振动器的数量设为一定，且使在检查区域内的不确切位置产生的缺陷的检测精度最大，能够通过最佳化计算将超声波传感器及超声波振动器中的至少一方的位置最佳化。在该情况下，能够进行求得使得由于在对象区域内的不确切位置产生的缺陷，在超声波检测信号中产生信号处理系统中可检测的波形变化的概率最高时的、超声波传感器及超声波振动器中的至少一方的位置的最佳化计算。即，通过以超声波传感器的位置及超声波振动器的位置中的至少一方为参数进行最佳化计算，能够求得使得由于在超声波检查的对象区域内的不确切位置产生的缺陷，在由超声波传感器检测的超声波检测信号中产生波形变化的概率最高时的参数的值。
然后，可以利用超声波检查系统的设计系统1制作包含一定数的超声波传感器和超声波振动器的最佳位置的超声波检查系统的设计信息。如果根据这样制作的设计信息组装超声波检查系统，则能够制作将超声波振动器及超声波传感器的至少一方配置于使得由于在对象区域内的不确切位置产生的缺陷而在超声波检测信号中产生信号处理系统中可检测的波形变化的概率最高的位置的超声波检查系统。
或者，不仅是超声波振动器及超声波传感器的位置，而且超声波振动器及超声波传感器的数量以及超声波的频率也能够设为最佳化计算的参数。在该情况下，能够通过最佳化计算求得在检查区域内的不确切位置产生的缺陷的检测精度成为要求的精度那样的最小的超声波振动器及超声波传感器的数量以及超声波的频率。
即，能够通过最佳化计算求得使得不管在超声波检查的对象区域内的哪个位置产生缺陷，都能够利用信号处理系统检测由于缺陷产生的超声波检测信号的波形变化的超声波振动器及超声波传感器的数量及位置以及超声波的频率。换言之，通过最佳化计算，能够求得使得不管在对象区域内的哪个位置产生缺陷，都能够在由至少一个超声波传感器检测的超声波检测信号中由于缺陷产生波形变化的超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波振动器的数量及超声波振动器的位置以及超声波的频率。
在该情况下，如果根据包含由超声波检查系统的设计系统1制作的超声波振动器及超声波传感器的数量及位置的设计信息组装超声波检查系统，则能够制作超声波振动器及超声波传感器的数量及位置以及超声波的频率成为不管在对象区域内的哪个位置产生缺陷，都能够利用信号处理系统检测由于缺陷产生的超声波检测信号的波形变化的数量及位置以及超声波的频率的超声波检查系统。
另外，在超声波振动器及超声波传感器的配置位置的自由度低，且在一维直线或曲线上以等间隔配置任意数量的多个超声波振动器或任意数量的多个超声波传感器那样的情况下，也能够进行不将超声波振动器及超声波传感器的位置设为最佳化对象，而仅将超声波振动器的数量及超声波传感器的数量设为最佳化对象的最佳化计算。在该情况下，能够进行以缺陷的检测精度为制约条件的最佳化计算。这在可改变格子点间距离的二维或三维格子点上规则地配置超声波振动器或超声波传感器那样的情况下也适用。
另外，如果将超声波振动器及超声波传感器的数量及超声波的频率设为最佳化计算的参数，则也能够求得适于为了将超声波振动器及超声波传感器的数量设为最小的超声波的频率。或，也可以仅将超声波的频率设为最佳化计算的参数。在该情况下，能够求得缺陷的探测能力及探测范围最大时的超声波的频率。
在缺陷的位置不确定的情况下，能够在最佳化计算中使缺陷的位置在可产生缺陷的范围内变化。由此，能够求得不依赖于缺陷的位置地可产生超声波的波形变化的参数的组合，即超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向以及超声波的频率。
另外，即使缺陷的位置相同，如果传播超声波的物体的温度或传播超声波的物体周边的湿度不同，则有时超声波的波形变化到不能忽视的程度。因此，不仅是缺陷的位置，而且改变传播超声波的物体的温度或传播超声波的物体周边的湿度等的环境条件，也能够进行最佳化计算。由此，能够求得不依赖于温度或湿度等的环境条件地可产生超声波的波形变化的参数组合。
另外，也能够将缺陷的产生概率、缺陷的产生频率、缺陷的种类或缺陷的重量设为最佳化计算的条件。例如，也能够以能够作为超声波的波形变化更高精度地检测进一步应避免的种类的缺陷或在产生概率高的位置产生的缺陷的方式，求得参数的组合。
因此，在进行超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置、超声波振动器的方向以及超声波的频率等的参数的最佳化的最佳化计算中，能够改变缺陷的位置、传播超声波的物体的温度、传播超声波的物体周边的湿度、缺陷的产生概率、缺陷的产生频率、缺陷的重量及缺陷的种类等的缺陷产生条件及超声波的传播条件。
最佳化计算中必要的超声波检测信号的波形变化能够通过模拟超声波波形的仿真求得。模拟超声波波形的仿真能够设为有限要素法(FEM：Finite Element Method)的仿真。即，能够将模拟超声波检查的对象的模型分割成多个要素，通过求得从超声波振动器向超声波检查的对象区域振荡的超声波波形的FEM解析进行仿真。通过FEM进行超声波传播解析的软件是市售的，能够容易进行仿真。
图4是表示通过进行使用了图1所示的设计系统1的模型化部5中制作的FEM模型的超声波传播解析仿真而将超声波传感器的位置最佳化的情况的例子的图。
如图4(A)中示例，能够制作模拟了具有腹板21和凸缘22的结构体的结构体模型23。结构体模型23在超声波传播举动的FEM解析用中分割成多个要素。此外，不仅是腹板2，凸缘22也分割成FEM解析用的要素，由此，能够更精确地仿真超声波的传播举动，且凸缘22也能够包含于超声波检查的对象区域A。
能够在结构体模型23配置超声波振动器模型24。也可以将超声波振动器模型24的数量及位置设为参数且能够变更，但首先以单一超声波振动器模型24固定于预先决定的位置的情况为例进行说明。
如果确定超声波振动器模型24的位置，则能够通过超声波传播解析以FEM解析用的要素单位模拟超声波的传播波形。即，能够在结构体模型23上模拟从实际的超声波振动器向超声波检查的对象区域振荡的超声波的波形。
另一方面，除了FEM解析用的要素之外，能够在结构体模型23制作用于决定超声波传感器的最佳位置的多个分段。图4所示的例子中，包含腹板21和凸缘22的结构体模型23以网格划分成多个矩形的分段。
各分段作为超声波传感器的配置位置的候选而制作。因此，分段的识别信息成为表示超声波传感器位置的参数的值。换言之，能够通过分段的位置表达成为最佳化对象的参数之一的超声波传感器的位置。然后，能够通过最佳化计算从多个分段特定作为超声波传感器的配置位置的最佳的分段。
因此，用于决定超声波传感器的最佳位置的分段的大小决定成与超声波传感器的大小相应的大小是适当的。典型的光纤传感器的直径为125μm～150μm左右，长度为1.5mm～3mm左右。因此，例如，能够将数毫米四方的矩形框作为分段而进行制作。
另外，光纤传感器中具有接收指向性。因此，优选以超声波的传播方向成为光纤传感器的长度方向的方式配置光纤传感器。因此，例如，关于超声波的行进方向，为了缩小超声波传感器的位置的自由度并降低数据处理量，也可以制作具有10mm左右的宽度的分段。
也就是，越缩小分段的尺寸，关于超声波传感器的配置位置的最佳化精度越提高，另一方面，导致数据处理量的增加。因此，制作具有能够确保关于超声波传感器的配置位置的必要的最佳化精度那样的尺寸的分段是适当的。
分段的位置制作于可成为超声波传感器的配置位置的候选的场所从避免不需要的数据处理的观点来看是适当的。例如，在仅将穿透了对象区域A的超声波的穿透波设为超声波传感器的检测对象的情况下，为了降低数据处理量，也可以在穿透对象区域A的超声波的穿透波不可到达的超声波振动器模型24的背后的区域不制作分段。
相反，如图4中示例，如果以覆盖结构体模型23整体的方式到处制作分段，则对于由于缺陷而反射的超声波的反射波，也可作为超声波传感器的检查对象而决定最佳位置。另外，也可将在凸缘22反射的超声波的反射波作为超声波传感器的检查对象而决定最佳位置。
成为超声波传感器的配置位置的候选的分段不限于凸缘22间的腹板21上，如图4中示例，能够制作于包含凸缘22的区域。特别是如果超声波传感器为光纤传感器，则也可在凸缘22与面板之间嵌入光纤传感器，或在凸缘22的侧面或上表面安装光纤传感器。因此，通过在包含凸缘22的区域制作分段，可将凸缘22与面板之间或凸缘22的侧面或上表面设为超声波传感器的配置位置的候选而决定最佳位置。
当在结构体模型23设定多个分段时，能够对每个分段求得超声波的传播波形的代表波形。超声波波形的代表波形能够决定为分段内的中央位置的波形或分段内的各位置的波形的平均等。代表各分段的超声波波形可以分别用作在超声波检查的对象区域A中未产生缺陷的情况下的超声波的基准波形。
如图4(A)所示，在超声波振动器模型24的位置被固定的情况下，超声波传感器的最佳位置是在超声波检查的对象区域A内的不确切位置产生缺陷的情况下超声波波形充分变化的位置。
因此，如图4(B)所示，可以在结构体模型23上的超声波检查的对象区域A中产生模拟缺陷。另外，可以使结构体模型23上的对象区域A内的模拟缺陷的位置依次变化。
作为向结构体模型23上导入的模拟缺陷的例子，与使用超声波传感器可实际上成为检测对象的缺陷的例子一样，除了由于鸟或石头的碰撞等产生的损伤或凹坑、构成复合材料的纤维的断裂、构成复合材料的纤维加强树脂层间的剥离之外，还可举出雷击引起的复合材料的烧焦、紧固件的脱落或松弛。
当实际的结构体损伤时，受到损伤的部分的刚性降低与玻璃纤维增强塑料(GFRP：Glass fiber reinforced plastics)或碳纤维加强塑料(CFRP：Carbon Fiber ReinforcedPlastics)等的复合材料或金属等的原材料相应的量。
结构体模型23中，能够以用于特定杨氏模量等的机械特性的参数表达原材料。因此，在结构体模型23上，通过变更构成结构体模型23的特定要素的杨氏模量等的参数，能够模拟损伤。复合材料的烧焦也一样。关于凹坑，能够通过使构成结构体模型23的要素变形进行模拟。
关于构成复合材料的纤维的断裂、重叠运动材料(複動材)的层间剥离及龟裂，能够通过变更构成结构体模型23的要素间的应力的传递条件进行模拟。即，通过以拉伸应力或剪断应力在相邻的要素间不完全传递，或以一定比例传递的方式变更定义结构体模型23的参数，能够模拟这些缺陷。另外，对于紧固件的脱落或松弛，如果将紧固件模型化，则也能够通过变更紧固件与其它零件之间的应力的传递条件进行模拟。
这样，通过构成结构体模型23的多个要素中的特定要素的杨氏模量的变更、特定要素间的应力的传递条件的变更及特定要素的形状变形中的至少一项，能够使结构体模型23上的超声波检查的对象区域A产生各个种类的模拟缺陷。
这些各种各样的模拟缺陷可以以可经验性地引起的尺寸及位置导入结构体模型23。因此，也可以根据缺陷的种类改变产生模拟缺陷的位置。例如，在航空器的主翼前缘存在鸟碰撞的可能性，但在机身内部没有碰撞的可能性。另外，在机身的下表面存在石头碰撞的可能性，但石头与机身的上表面碰撞的可能性能够忽视。因此，根据每个缺陷种类的产生概率，向结构体模型23导入模拟缺陷会导致最佳化计算的精度提高及不需要的计算的避免带来的数据处理量的降低。
此外，如上述，除了模拟缺陷的位置之外，也可以改变模拟缺陷的种类、模拟超声波波形时的温度、模拟超声波波形时的湿度及模拟缺陷的产生概率等的缺陷条件以及环境条件。
在各种各样的条件下使超声波检查的对象区域A产生模拟缺陷而进行仿真时，对产生模拟缺陷的每个条件得到仿真结果。即，对产生模拟缺陷的每个条件能够通过仿真求得超声波的模拟波形。图4(B)所示的例子中，改变模拟缺陷的产生位置而进行仿真。因此，在产生模拟缺陷的每个位置得到超声波的模拟波形。
以具有模拟缺陷的结构体模型23为对象取得超声波的模拟波形时，可特定模拟缺陷引起的模拟波形的变化量。模拟缺陷引起的模拟波形的变化量能够对每个分段特定。
图5是表示穿透了没有损伤的检查区域的超声波检测信号的一例的图表，图6是表示穿透了具有损伤的同一检查区域的超声波检测信号的一例的图表。
图5及图6中，各纵轴表示超声波检测信号的相对振幅，各横轴表示时间。如图5及图6所示，当在超声波的传播路径存在损伤时，经由损伤的超声波的波形发生变化。因此，通过捕捉超声波的波形变化，能够检测损伤等的缺陷的有无。
以图4中示例那样的结构体模型23为对象的超声波传播解析中，也能够根据模拟缺陷的有无使超声波的模拟波形变化。即，能够使受到模拟缺陷的影响的超声波的模拟波形变化。受到模拟缺陷的影响的超声波传播的分段根据模拟缺陷的位置而变化。因此，超声波的模拟波形变化的分段也根据模拟缺陷的位置而变化。
另外，如果使模拟缺陷的位置变化，则与受到模拟缺陷的影响的超声波的传播路径一起，受到模拟缺陷的影响的超声波传播的分段也变化。如上述，超声波传感器的最佳位置是在超声波检查的对象区域A内的不确切位置产生缺陷的情况下超声波波形充分变化的位置。因此，超声波传感器的最佳位置可以考虑为超声波的模拟波形不依赖于模拟缺陷的位置而变化的分段内。
因此，如图4(B)所示，能够对改变模拟缺陷的位置进行的每个仿真，记录超声波的模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段。超声波的模拟波形变化的分段的记录不仅设为表示单纯的印记(マーキング)即超声波的模拟波形是否变化的信息，而且也能够设为伴随与模拟波形的变化量相应的数量化(点数化)的记录。
然后，如图4(C)所示，能够将模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段的记录在改变模拟缺陷的位置进行的多个仿真间相加。由此，能够特定超声波的模拟波形不依赖于模拟缺陷的位置而变化的可能性高的分段。另外，如果将模拟波形的变化量进行数量化，则能够特定模拟波形不依赖于模拟缺陷的位置而变化的可能性最高的分段。
此外，在某个位置产生模拟缺陷的情况下，也可引起不会产生模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段的情况。另外，不管在哪个位置产生模拟缺陷，都可引起不会产生模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段的情况。因此，当通过图4所示的算法选择最佳的分段时，选择的分段成为在超声波检查的对象区域A内的不确切位置产生缺陷的情况下，超声波的波形变化的概率最高的分段。
在改变位置而产生模拟缺陷的情况中某个分段的模拟波形必然变化的情况下，通过将多个分段作为最佳的分段进行选择，由此能够特定出不管在哪个位置产生缺陷，都可检测超声波的波形变化的多个超声波传感器的位置。
但是，还存在多个分段作为最佳解答进行选择的可能性。因此，在期望抑制超声波传感器的数量的增加的情况下，对作为超声波传感器的配置位置可选择的分段数设定上限，如果选择超过上限的数量的分段，则也可以增加超声波振动器模型24的数量。作为具体例，如果将可与一个超声波振动器模型24对应而选择的超声波传感器的配置位置的数量的上限设为1，则能够求得多组超声波振动器和超声波传感器的最佳位置。
即使在某个位置产生模拟缺陷的情况中不会产生模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段的情况下，通过增加超声波传感器模型24的数量并将新的超声波传感器模型24配置于结构体模型23的其它位置，也能够必然产生模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段。这样的话，能够特定出不管在哪个位置产生缺陷，都可检测到缺陷影响引起的超声波的波形变化的单一或多个分段。
相反，在改变模拟缺陷的位置而产生的情况中模拟波形在所有的分段中都受到模拟缺陷的影响而变化的情况下，通过将模拟波形的变化量进行数量化，能够特定模拟波形的变化量最大的一个分段。
超声波的模拟波形是否受到模拟缺陷的影响而变化能够通过如下对每个分段进行判定，以通过导入模拟缺陷之前的仿真取得的超声波的模拟波形为基准模拟波形，并与通过导入模拟缺陷之后的仿真取得的超声波的模拟波形比较。
模拟缺陷导入后的模拟波形与模拟缺陷导入前的基准模拟波形的比较除了直接比较波形彼此之外，也能够通过进行傅立叶解析处理或小波解析处理等的解析处理并进行比较等期望的处理进行。在直接比较模拟波形彼此的情况下，例如能够比较超声波检测信号的振幅最大时的时间。在该情况下，峰值时刻间的时间差成为模拟波形的变化量。然后，在峰值时刻间的时间差为阈值以上或超过阈值的情况下，能够判定为模拟波形进行了变化。
超声波的模拟波形及基准模拟波形均是通过仿真得到的波形，因此，与由实际的超声波传感器检测的超声波检测信号不同，没有噪声。因此，不需要用于噪声降低的滤波器处理或平均处理等的以从实际的超声波传感器输出的超声波检测信号为对象执行的信号处理。相反，对于提取包络线检波处理等的波形特征的处理，与傅立叶解析处理及小波解析处理一样，也可以以超声波的模拟波形及基准模拟波形为对象来执行。
此外，在模拟缺陷导入前的仿真的条件与模拟缺陷导入后的仿真的条件在模拟缺陷的有无以外也不同的情况下，存在超声波的模拟波形在所有的分段变化的可能性。
作为具体例，如果改变结构体模型23的温度或结构体模型23周边的湿度，则改变仿真中的模拟超声波的传播条件。因此，无论在哪个分段，超声波的模拟波形均变化。相反，尽管周围分段中的超声波的模拟波形受到温度变化或湿度变化的影响而变化，如果存在超声波的模拟波形不变化的分段，则也存在超声波的模拟波形不会受到模拟缺陷的影响而变化的可能性。
在这种情况下，若仅比较模拟缺陷导入后的超声波的模拟波形和模拟缺陷导入前的超声波的基准模拟波形，则不能求得模拟缺陷的影响引起的模拟波形的变化。
因此，能够在分段间比较超声波的模拟波形的、从基准模拟波形的变化量。例如，能够求得所有的分段或附近的分段中的超声波的模拟波形的变化量的平均值或中间值等的代表值，并将求得的代表值与各分段的超声波的模拟波形的变化量比较。在该情况下，能够消除模拟缺陷的存在以外的主要原因引起的超声波的模拟波形的变化。因此，能够提取模拟缺陷的影响引起的模拟波形的变化量。
因此，由于模拟缺陷导入前的仿真的条件和模拟缺陷导入后的仿真的条件在模拟缺陷的有无以外也不同，因此即使在超声波的模拟波形在所有的分段变化的情况下，也可特定模拟波形由于模拟缺陷的影响而变化的分段。
然后，通过对改变模拟缺陷而执行的每个仿真进行同样的分段间的模拟波形的变化量的比较，能够不依赖于模拟缺陷的位置，特定模拟波形由于模拟缺陷的影响而变化的分段。也就是，在分段间比较每个分段的模拟波形的变化量，基于比较结果能够将超声波传感器的最佳位置确定在某一分段(いずれかのセクション)内。
这样，如果在分段间比较超声波的模拟波形的变化量，则可使用通过模拟缺陷的有无以外的条件不同的仿真因此，能够不需要执行用于取得与每个温度或湿度的多个仿真条件对应的基准模拟波形的多个仿真。换言之，可在与用于取得模拟超声波的基准模拟波形的模拟缺陷导入前的仿真的条件不同的温度或湿度等的条件下执行模拟缺陷导入后的仿真。
相反，如果模拟缺陷导入前的仿真的条件和模拟缺陷导入后的仿真的条件除了模拟缺陷的有无以外相同，则在任意分段中，只要模拟超声波不受到模拟缺陷的影响，模拟波形就不会变化。因此，能够省略分段间的超声波的模拟波形的变化量的比较。
也能够对于超声波振动器的位置执行以下的处理：如图4中示例，对结构体模型23制作多个分段，并且通过包含超声波波形的仿真的最佳化计算来决定作为超声波传感器的配置位置的最佳分段。即，能够在某个位置固定超声波传感器模型，并进行伴随包含模拟超声波的产生位置的分段的变化和模拟缺陷的位置变化的仿真。
这样的话，能够不依赖于模拟缺陷的位置，能够特定包含在配置有超声波传感器模型的位置产生模拟缺陷的影响引起的模拟波形的变化的概率最高时的模拟超声波的产生位置的分段。然后，能够将特定的分段内决定为超声波振动器的最佳的配置位置。因此，对于超声波传感器及超声波振动器双方的位置也可进行最佳化。
当通过在这样决定的分段内配置超声波传感器及超声波振动器中的至少一方来组装超声波检查系统时，制作出将超声波振动器及超声波传感器中的至少一方配置于假想性地设置于成为超声波检查对象的物体的表面的多个分段中的、由于在超声波检查的对象区域内的不确切位置产生的缺陷而在超声波检测信号中产生至少在信号处理系统中可检测的波形变化的概率最高的分段内的超声波检查系统。
特别是，如果采用以即使改变模拟缺陷的位置，也必然产生模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段的方式增加超声波振动器模型的数量的最佳化算法，则能够制作超声波振动器及超声波传感器中的至少一方配置于假想性地设置于成为超声波检查对象的物体的表面的多个分段中的、不管在超声波检查的对象区域内的哪个位置产生缺陷，在超声波检测信号中也可产生信号处理系统中可检测的波形变化的分段内的超声波检查系统。
能够对图1所示的设计系统1的设计信息制作部6设置与上述那样的最佳化计算的算法相应的期望的功能。图1所示的例子中，设计信息制作部6具有：对模拟超声波检查对象的仿真用的FEM模型制作多个分段的分段制作部6A；改变产生位置、种类、产生概率等的条件将模拟缺陷导入FEM模型的缺陷条件导入变更部(欠陥条件導入·変更部)6B；在仿真中变更温度或湿度等的环境条件的环境条件变更部6C；进行成为最佳化对象的超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波传感器的方向、超声波振动器的数量、超声波振动器的位置以及超声波振动器的方向等的参数的初始值的设定和变更的最佳化参数设定变更部(最適化パラメータ設定·変更部)6D；通过FEM解析模拟赋予的模拟缺陷的每个条件及环境条件的超声波的波形的仿真部6E；对每个分段取得模拟缺陷的导入前后的模拟波形的变化量的波形变化取得部6F；通过在分段间比较模拟缺陷的导入前后的模拟波形的变化量，来对每个分段特定模拟缺陷引起的模拟波形的变化量的波形变化比较部6G；以及基于每个分段的模拟缺陷引起的模拟波形的变化量，选择作为超声波传感器及超声波振动器的位置的最佳分段，由此，决定成为最佳化对象的参数的值的参数最佳值决定部6H。
(超声波检查系统及航空器结构体的制造方法)
接着，对包含设计系统1进行的超声波检查系统的设计的超声波检查系统的制造方法及设置有超声波检查系统的航空器结构体的制造方法进行说明。
图7是表示由图1所示的超声波检查系统的设计系统1执行的最佳化计算的流程的一例的流程图。
图7所示的处理的流程表示以超声波传感器的位置及数量、超声波振动器的数量为最佳化对象，除了模拟缺陷的位置之外，对温度或湿度等的其它条件也变化来仿真超声波的模拟波形来取得最佳的超声波传感器的位置及数量、超声波振动器的位置及数量作为设计信息的情况的例子。
首先，步骤S1中，利用设计系统1的模型化部5制作模拟超声波检查对象的模型。例如，能够制作模拟在图2所示那样的面板10A安装有多个纵梁10B及多个机架10C的航空器结构体10的FEM模型或图4(A)所示那样的具有腹板21和凸缘22的FEM解析用的结构体模型23。
制作的FEM模型从模型化部5向设计信息制作部6赋予。由此，在设计信息制作部6可开始用于制作超声波检查系统的设计信息的、以超声波传感器的数量、超声波传感器的位置以及超声波振动器的数量为参数的最佳化计算。
接着，步骤S2中，利用分段制作部6A对于FEM模型制作成为超声波传感器的配置位置的候选的多个分段，多个分段能够通过如图4(A)中示例那样将FEM模型利用网格划分而设为多个矩形框进行制作。多个分段的制作相当于可取得成为最佳化对象的参数之一的超声波传感器的配置位置的值的设定。
另一方面，利用最佳化参数设定变更部6D决定FEM模型中产生模拟超声波的位置。模拟超声波的产生位置能够设为例如在可取得模拟超声波的产生位置的线状范围内将模拟超声波的产生位置以等间隔配置的位置。在该情况下，模拟超声波的产生位置的初始值为1，因此，模拟超声波的产生位置成为将可取得模拟超声波的产生位置的线状范围一分为二的中心位置。或，也可以用户通过输入装置2的操作向最佳化参数设定变更部6D输入用于指定模拟超声波的产生位置的信息，且通过手动决定模拟超声波的产生位置。
这种模拟超声波的产生位置的决定相当于成为最佳化对象的参数之一的超声波振动器的数量的设定和所设定数量的超声波振动器的配置位置的设定。
接着，步骤S3中，在仿真部6E执行使用了FEM模型的超声波检查的仿真。即，以模拟了超声波检查对象的FEM模型为对象，执行超声波传播举动的解析仿真。由此，能够在FEM模型上模拟从超声波振动器向在FEM模型内定义的超声波检查的对象区域振荡的超声波的波形。模拟的超声波的波形对于每个分段作为基准模拟波形赋予至波形变化取得部6F。
接着，步骤S4中，缺陷条件导入变更部6B使FEM模型上的超声波检查的对象区域内的初始位置产生模拟缺陷。
接着，步骤S5中，在仿真部6E再次执行使用了FEM模型的超声波检查的仿真。由此，能够对每个分段取得产生模拟缺陷之后的超声波的模拟波形。所取得的每个分段的超声波的模拟波形赋予至波形变化取得部6F。
接着，步骤S6，缺陷条件导入变更部6B判定是否在应产生模拟缺陷的所有的位置产生模拟缺陷。即，在缺陷条件导入变更部6B判定未产生模拟缺陷的位置是否残留于FEM模型上的检查对象区域内。
步骤S6的判定中，在判定为未在所有的位置产生模拟缺陷的情况下，即在判定为否的情况下，步骤S7中，缺陷条件导入变更部6B在FEM模型上的检查对象区域内变更模拟缺陷的位置。然后，再次在步骤S5中，对每个分段取得变更位置并产生模拟缺陷之后的超声波的模拟波形。
该步骤S7中的模拟缺陷的位置的变更和步骤S5中的超声波的模拟波形的取得反复进行至步骤S6的判定中判定为在所有的位置产生模拟缺陷，即判定为是。由此，能够对每个分段取得与所有的模拟缺陷的位置对应的超声波的模拟波形。
在步骤S6的判定中判定为是时，在步骤S8中，判定是否具有应变更的其它的仿真条件。作为应变更的仿真条件的例子，除了模拟缺陷的种类之外，还可举出FEM模型中模拟超声波的波形时的温度或湿度等的环境条件。
因此，例如，在缺陷条件导入变更部6B判定是否存在应产生的其它种类的模拟缺陷。另一方面，在环境条件变更部6C判定是否存在应变更的温度或湿度等的环境条件。
步骤S8的判定中，在判定为存在应变更的仿真条件的情况下，即判定为是的情况下，步骤S9中，变更仿真条件。即，如果应变更的仿真条件为模拟缺陷的种类，则缺陷条件导入变更部6B变更模拟缺陷的种类。另一方面，如果应变更的仿真条件为温度或湿度等的环境条件，则环境条件变更部6C变更温度或湿度等的环境条件。
然后，再次通过步骤S4～步骤S7的处理，对每个分段取得与所有的模拟缺陷的位置对应的超声波的模拟波形。该步骤S9中的仿真条件的变更和步骤S4～步骤S7的处理进行的与所有的模拟缺陷的位置对应的超声波模拟波形的每个分段的取得被反复进行至在步骤S8的判定中判定为不存在应变更的仿真条件，即判定为否。由此，能够对每个分段取得与所有的仿真条件及所有的模拟缺陷的位置对应的超声波的模拟波形。
当在步骤S8的判定中判定为否时，步骤S10中，波形变化取得部6F对每个分段及仿真条件取得模拟缺陷的产生前后的超声波的模拟波形的变化量。如果是模拟缺陷的有无以外的仿真条件未从步骤S3的用于取得基准模拟波形的仿真条件变更的情况，则超声波的模拟波形的变化量成为受到模拟缺陷的影响而产生的变化量。
与之相对，在模拟缺陷的有无以外的仿真条件从步骤S3的用于取得基准模拟波形的仿真条件变更的情况下，超声波的模拟波形的变化量不限于仅受到模拟缺陷的影响而产生的变化量。这是因为，由于变更仿真条件所带来的影响，超声波的模拟波形也从基准模拟波形发生变化。
因此，步骤S11中，波形变化比较部6G在分段间比较每个分段的模拟波形的变化量。由此，即使是模拟缺陷的有无以外的仿真条件从用于取得基准模拟波形的仿真条件变更的情况，也能够提取各分段内的超声波的模拟波形的变化量中的、由于模拟缺陷变化的变化量。然后，能够基于提取的超声波的模拟波形的变化量，判定超声波的模拟波形在各分段内是否由于模拟缺陷而变化。
超声波的模拟波形在各分段内是否受到模拟缺陷的影响而变化能够例如组合多个信号解析方法进行判定。
图8是表示用于判定在如图4中示例那样对于FEM模型设定的各分段内，超声波的模拟波形是否由于模拟缺陷而变化的算法的一例的流程图。
首先，步骤S20中，波形变化比较部6G取得各分段的模拟缺陷赋予前的基准模拟波形和模拟缺陷赋予后的模拟波形。
接着，步骤S21中，波形变化比较部6G算出各分段的基准模拟波形的峰值时刻与模拟波形的峰值时刻的差，即模拟波形的峰值时刻的变化量。此外，各分段的模拟波形的峰值时刻的特定相当于求得模拟超声波的至各分段的到达时刻。
然后，波形变化比较部6G将模拟波形是否受到模拟缺陷的影响而变化的成为判定对象的分段的模拟波形的峰值时刻的变化量与其它分段的模拟波形的峰值时刻的变化量比较。成为比较对象的分段也可以设为所有的分段，为了降低数据处理量，也可以设为成为判定对象的分段的附近的分段。该峰值时刻的变化量的比较处理以各分段为判定对象依次执行。
接着，步骤S22中，对每个分段判定成为判定对象的分段中的模拟波形的峰值时刻的变化量相对于其它分段的模拟波形的峰值时刻的变化量是否变化。例如，通过将峰值时刻的变化量的分段间的差或比与经验性地决定的阈值比较，能够判定成为判定对象的分段的模拟波形的峰值时刻的变化量相对于其它分段的模拟波形的峰值时刻的变化量是否变化。
关于在步骤S22的判定中判定为峰值时刻的变化量相对于其它分段未变化的分段，即判定为否的分段，在步骤S23中，波形变化比较部6G进行模拟波形和基准模拟波形的傅立叶解析。然后，比较通过模拟波形的傅立叶解析取得的模拟波形的振幅的频谱和通过基准模拟波形的傅立叶解析取得的基准模拟波形的振幅的基准频谱。由此，求得模拟波形的频谱的、从基准频谱的变化量。频谱间的变化量可以使用呈现峰值的频率的差或峰值的差等、期望的指标表示。
然后，波形变化比较部6G将步骤S22的判定中判定为否的分段的模拟波形的频谱的变化量与其它分段的模拟波形的频谱的变化量比较。成为比较对象的分段也可以设为所有的分段，为了降低数据处理量，也可以设为成为判定对象的分段的附近的分段。在将所有的分段设为比较对象的情况下，需要将所有的分段的模拟波形和基准模拟波形设为傅立叶解析的对象。该频谱的变化量的比较处理以步骤S22的判定中判定为否的各分段为判定对象依次执行。
接着，步骤S24中，对每个分段判定步骤S22的判定中判定为否的分段的模拟波形的频谱的变化量相对于其它分段的模拟波形的频谱的变化量是否变化。例如，通过将表示频谱变化量的指标值的分段间的差或比与经验性地决定的阈值比较，能够判定成为判定对象的分段的模拟波形的频谱的变化量相对于其它分段的模拟波形的频谱的变化量是否变化。
关于步骤S24的判定中判定为频谱的变化量相对于其它分段未变化的分段，即判定为否的分段，在步骤S25中，波形变化比较部6G进行模拟波形和基准模拟波形的小波解析。然后，比较通过模拟波形的小波解析取得的模拟波形的振幅的时间-频率分布和通过基准模拟波形的小波解析取得的基准模拟波形的振幅的时间-频率分布。由此，求得模拟波形的振幅的时间-频率分布的、从基准模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量。振幅的时间-频率分布间的变化量可以使用呈现峰值的频率及时间的差或峰值的差等、期望的指标表示。
然后，波形变化比较部6G将步骤S24的判定中判定为否的分段的模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量与其它分段的模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量进行比较。成为比较对象的分段也可以设为所有的分段，为了降低数据处理量，也可以设为成为判定对象的分段的附近的分段。在将所有的分段设为比较对象的情况下，需要将所有的分段的模拟波形和基准模拟波形设为小波解析的对象。该振幅的时间-频率分布的变化量的比较处理以步骤S24的判定中判定为否的各分段为判定对象依次执行。
接着，步骤S26中，对每个分段判定步骤S24的判定中判定为否的分段的模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量相对于其它分段的模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量是否变化。例如，通过将表示振幅的时间-频率分布的变化量的指标值的分段间的差或比与经验性地决定的阈值比较，能够判定成为判定对象的分段的模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量相对于其它分段的模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量是否变化。
关于步骤S26的判定中判定为振幅的时间-频率分布的变化量相对于其它分段无变化的分段，即判定为否的分段，在步骤S27中，判定为超声波的模拟波形未受到模拟缺陷的影响而变化的分段。
另一方面，关于步骤S22的判定中判定为模拟波形的峰值时刻的变化量相对于其它分段变化的分段即判定为是的分段、步骤S24的判定中判定为模拟波形的频谱的变化量相对于其它分段变化的分段即判定为是的分段以及步骤S26的判定中判定为模拟波形的振幅的时间-频率分布的变化量相对于其它分段变化的分段即判定为是的分段，在步骤S28中，判定为均是超声波的模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段。
此外，关于判定为超声波的模拟波形受到模拟缺陷的影响而变化的分段，也可以根据模拟波形的峰值时刻的变化量、频谱的变化量以及振幅的时间-频率分布的变化量中的任一项相对于其它分段是否变化成可检测的程度进行排名。即如上述那样，能够进行与模拟波形的、从基准模拟波形的变化量相应的数量化。
这样，波形变化比较部6G中，能够对每个分段特定模拟缺陷引起的超声波的模拟波形的、从基准模拟波形的变化量。特别是如果并用以超声波的模拟波形为对象的峰值时刻解析、傅立叶解析以及小波解析，则能够根据程度判定各分段内的模拟波形是否受到模拟缺陷的影响而变化。
接着，当对每个分段特定超声波的模拟波形的变化量时，图7的步骤S12中，参数最佳值决定部6H判定作为超声波传感器的配置位置的最佳分段是否存在。作为具体例，如果是不管模拟缺陷的位置如何均存在模拟波形由于模拟缺陷的影响而变化的分段的情况，则能够将该分段决定为超声波传感器的最佳的配置位置。另外，如果是存在模拟波形由于依赖于模拟缺陷位置的模拟缺陷的影响而变化的多个分段的情况，则能够将模拟缺陷引起的模拟波形的变化量通过数量化而成为最大的分段决定为超声波传感器的最佳的配置位置。
另一方面，在不存在模拟波形由于依赖于模拟缺陷位置的模拟缺陷的影响而变化的分段的情况下，如果将多个分段作为超声波传感器的最佳的配置位置而选择，则可以判定某个分段中模拟波形是否必然由于模拟缺陷的影响而变化。也就是，如果选择多个分段，则能够判定是否能够将产生于所有位置的模拟缺陷必然作为模拟波形的变化进行检测。然后，在能够通过不超过上限的多个分段的选择来覆盖产生于所有位置的模拟缺陷的情况下，能够将多个分段决定为超声波传感器的最佳的配置位置。
相反，在如果不选择超过上限的多个分段，就不能覆盖产生于所有位置的模拟缺陷的情况下，则需要配置多个超声波传感器。作为极端的例子，在所有的分段配置超声波传感器是过量的。另外，在任意分段均存在模拟波形不变化那样的模拟缺陷的位置的情况下，无论将超声波传感器配置于哪个分段，有时也不能检测缺陷。
在这种情况下，能够在步骤S12的判定中判定为不存在作为超声波传感器的配置位置的最佳分段。然后，步骤S13中，最佳化参数设定变更部6D增加模拟超声波的产生位置。然后，再次反复进行步骤S2～步骤S11的处理。例如，如上述，如果是在线状的范围内以等间隔设定模拟超声波的产生位置的情况，则步骤S2中，再次设定模拟超声波的产生位置。另外，也可以根据模拟超声波的产生位置改变分段。
步骤S2～步骤S11的处理反复进行至在步骤S12的判定中判定为存在作为超声波传感器的配置位置的最佳分段。步骤S12的判定中判定为存在作为超声波传感器的配置位置的最佳分段时，在步骤S14中，参数最佳值决定部6H在判定为最佳的某个分段内确定超声波传感器的最佳位置。
由此，能够使用更少的超声波振动器得到包含以下的设计条件：不管在检查对象区域内的哪个位置产生缺陷都可利用超声波传感器检测的超声波振动器的数量及位置以及超声波传感器的数量及位置。然后，参数最佳值决定部6H制作包含超声波传感器的数量、超声波传感器的位置、超声波振动器的数量以及超声波振动器的位置的超声波检查系统的设计信息。制作的超声波检查系统的设计信息能够显示于显示装置3并通知给用户。另外，能够将超声波检查系统的设计信息作为信息的产品(生産物)提供于超声波检查系统的制造商及制造部门。
当制作超声波检查系统的设计信息时，能够基于制作的设计信息组装超声波检查系统。超声波检查系统也能够组装于图2及图3中示例那样的航空器结构体10。在向航空器结构体搭载超声波检查系统的情况下，超声波检查系统成为航空器结构体的零件，超声波检查系统的设计及制造成为航空器结构体的设计及制造的一部分。
(效果)
以上那样的、超声波检查系统的制造方法、超声波检查系统的设计系统1、超声波检查系统的设计程序通过包含超声波传播解析仿真的最佳化计算制作包含成为超声波检查系统的构成要素的超声波振动器及超声波传感器的数量及位置的设计信息。
因此，根据超声波检查系统的制造方法、超声波检查系统的设计系统1、超声波检查系统的设计程序，能够制作用于通过超声波检查以必要的精度检测缺陷的有无的适当的超声波振动器及超声波传感器的设计信息。即，可利用更少的构成要素更高精度地进行超声波检查。
(其它实施方式)
以上，对特定的实施方式进行了记载，但记载的实施方式只不过为一例，而不限定发明的范围。在此记载的新的方法及装置能够以各种各样的其它的方式实现。另外，在此记载的方法及装置的方式中，能够在不脱离发明宗旨的范围内进行各种省略、置换以及变更。附加的权利要求及其均等物包含于发明的范围及宗旨，并包含这样的各种方式及变形例。

Claims (6)

1.一种超声波检查系统的制造方法，包括以下步骤：
通过进行最佳化计算来制作所述超声波检查系统的设计信息，所述最佳化计算包含使用了对由具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统检测有无缺陷的超声波检查的对象进行模拟的模型的所述超声波检查的仿真，所述最佳化计算以所述超声波传感器的位置为参数，所述超声波检查系统的设计信息包含所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率；以及
基于所述设计信息组装所述超声波检查系统，
其中，所述最佳化计算具有以下步骤：
对所述模型制作以网格划分成的多个分段；
使所述模型上的所述超声波检查的对象区域产生模拟缺陷；
在所述模型上模拟从所述超声波振动器向所述超声波检查的对象区域振荡的超声波的波形；
对每个所述分段特定所模拟的所述超声波的波形由所述模拟缺陷引起的变化量；以及
在所述分段间比较特定的每个所述分段的所述波形的变化量，并基于比较结果将所述超声波传感器的最佳位置确定在某个分段内。
2.根据权利要求1所述的超声波检查系统的制造方法，其中，
所述最佳化计算具有以下步骤：
使包含所述模型上的所述对象区域内的所述模拟缺陷的位置、模拟所述超声波的波形时的温度、模拟所述超声波的波形时的湿度以及所述模拟缺陷的种类中的至少一项的模拟条件变化。
3.根据权利要求1或2所述的超声波检查系统的制造方法，其中，
作为所述仿真，通过将所述模型分割成多个要素并且求得从所述超声波振动器向所述超声波检查的对象区域振荡的超声波的波形的有限要素法进行超声波传播解析，
在所述仿真中，通过所述多个要素中的特定要素的杨氏模量的变更、特定要素间的应力的传递条件的变更以及特定要素的形状变形中的至少一项，使所述模型上的所述超声波检查的对象区域产生所述模拟缺陷。
4.一种超声波检查系统的设计系统，包括：
模型化部，其制作模型，所述模型模拟由具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统检测有无缺陷的超声波检查的对象；以及
设计信息制作部，其通过以所述超声波传感器的位置为参数进行包含使用了所述模型的所述超声波检查的仿真的最佳化计算，来制作包含所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率的所述超声波检查系统的设计信息，
其中，所述最佳化计算具有以下步骤：
对所述模型制作以网格划分成的多个分段；
使所述模型上的所述超声波检查的对象区域产生模拟缺陷；
在所述模型上模拟从所述超声波振动器向所述超声波检查的对象区域振荡的超声波的波形；
对每个所述分段特定所模拟的所述超声波的波形由所述模拟缺陷引起的变化量；以及
在所述分段间比较特定的每个所述分段的所述波形的变化量，并基于比较结果将所述超声波传感器的最佳位置确定在某个分段内。
5.一种超声波检查系统的设计程序，使计算机执行以下步骤：
制作对由具备至少一个超声波传感器及至少一个超声波振动器的超声波检查系统检测有无缺陷的超声波检查的对象进行模拟的模型；以及
以所述超声波传感器的位置为参数进行包含使用了所述模型的所述超声波检查的仿真的最佳化计算，由此，制作包含所述超声波传感器的数量、所述超声波传感器的位置、所述超声波传感器的方向、所述超声波振动器的数量、所述超声波振动器的位置、所述超声波振动器的方向以及从所述超声波振动器振荡的超声波的频率的所述超声波检查系统的设计信息，
其中，所述最佳化计算具有以下步骤：
对所述模型制作以网格划分成的多个分段；
使所述模型上的所述超声波检查的对象区域产生模拟缺陷；
在所述模型上模拟从所述超声波振动器向所述超声波检查的对象区域振荡的超声波的波形；
对每个所述分段特定所模拟的所述超声波的波形由所述模拟缺陷引起的变化量；以及
在所述分段间比较特定的每个所述分段的所述波形的变化量，并基于比较结果将所述超声波传感器的最佳位置确定在某个分段内。
6.一种航空器结构体的制造方法，将通过权利要求1～3中任一项所述的制造方法组装的所述超声波检查系统组装于航空器结构体。
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