JP2008020328A - 超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物及び音響媒体の超音波伝播速度の要素を自動設定し、また超音波トランスジューサの非平行分を自動補正し、作業能率の向上を図る。
【解決手段】超音波検査装置は、超音波トランスジューサ１２と信号発生部１３と信号検出部１６と信号処理部１７と３次元画像化データを表示する表示部１８と超音波伝播速度の要素設定を行なう設定部２０とを備え、さらに超音波検査装置１０には検査対象物１５の温度センサ２２ａと、超音波トランスジューサ１２との音響的結合媒体１４の温度センサ２２ｂと、各センサからの情報を受け取るデータ受信部２３と、超音波伝播速度の要素情報が温度条件または湿度条件毎に格納されたデータベース２１と、データ受信部２３の温度情報または湿度情報を基に、データベース２１から、温度情報に見合う超音波伝播速度の要素情報を抽出して設定部２０にセットさせる判定部２４とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波を検査対象物に照射し、その反射エコーを画像化し、欠陥等を検査する超音波検査技術に係り、特に、環境条件が変化しても超音波検査に人間系の再設定を不要とし、検査作業の効率化を図ることができる超音波検査装置に関する。

一般に超音波検査装置で検査対象物を超音波検査し、その３次元画像表示を行なう場合、検査対象物の正確な３次元画像を取得するためには、超音波トランスジューサから検査対象物までの超音波経路において、所要の超音波特性を維持することが重要である。このため超音波検査装置には環境条件に合った超音波伝播速度の要素を設定することが望まれる。

例えば、検査対象物内部の位置情報は、超音波検査装置から発信される超音波のエコー信号を検出して時間換算しており、超音波の経路となる対象物の超音波伝播速度に関する要素の設定を予め超音波検査装置側で人間系の操作を介して行なっている。

また、水浸式の超音波トランスジューサを備えた超音波検査装置では、初期設定時に超音波トランスジューサの圧電振動子面と検査対象面が平行となるように、検査面画像を見ながら調整をしている。

従来の水浸式超音波検査装置１１を用いて検査対象物２を３次元画像処理する例を図１０に示す。

この超音波検査装置１では予め設定部３に、超音波経路となる音響媒体４および検査対象物２の超音波伝播速度要素である音速、遅れ時間、ゲインを人間系の操作で設定する。

続いて、信号発生部５により超音波信号を発生させると、複数の圧電振動子で構成される超音波トランスジューサ６から超音波が発信され、この超音波は、固体または液体（水）からなる音響媒体４を介して検査対象物２に伝播される。

検査対象物２に照射された超音波のうち、検査対象物２の内部からの反射エコーは超音波トランスジューサ６内の複数の圧電振動子が受信し、電気信号に変換されて信号検出部７にて検出している。信号検出部７で検出された電気信号は信号処理部８で信号処理され、開口合成処理により画像データを生成する。生成された３次元画像化データは表示部９で検出対象物２内部の３次元画像として表示される。３次元画像が表示部９で正確に表示されない場合は、設定部３で超音波伝播速度の各要素の設定値を人間系の操作で順次変化させて超音波検査作業を再度実行する。

このような超音波検査装置の例として特許文献１に開示されたものがある。
特開２００４−５３３６０号公報

従来の超音波検査装置においては、検査対象物内部の３次元画像化データを表示するため、予め検査対象物および音響媒体の超音波伝播速度の要素（音速、遅れ時間、ゲイン）を設定している。この超音波伝播速度の各設定要素は、検査対象物が同一部材であっても、その対象物の環境条件で変わるために、３次元画像が不明瞭あるいは不正確になることが生じ、３次元画像が不明瞭あるいは不正確になった場合、その都度人間系の操作で再設定を繰り返す必要があるために、超音波検査作業に労力と時間を費やし、作業能率が劣る原因となっている。

また、検査対象物内部の画像位置情報は、超音波の受信データと予め設定された超音波伝播時間テーブルを基に処理される。この伝播時間テーブルは、超音波トランスジューサの圧電振動子面と検査対象物の対象面とが平行条件の下で設定されている。

このため、超音波トランスジューサを取付後に、検査対象物の対象面画像を表示し、検査対象面が圧電振動子面と平行となるまで、超音波トランスジューサを図示しない取付台座で位置調整を、繰り返すために、労力と時間を費やし、作業能率を効率よく行なうことが困難であった。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、環境条件に応じて検査対象物および音響媒体の超音波伝播速度の要素を自動設定し、超音波検査作業を効率的かつ能率的に行なうことができ、作業能率を向上させた超音波検査装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、環境条件に対応して検査対象物および音響媒体の超音波伝播速度の要素を自動設定し、さらに、検査対象物と超音波トランスジューサの非平行分を自動補正して作業の能率化を図り、超音波検査における労力の削減、時間の短縮を図ることができる超音波検査装置を提供することにある。

本発明に係る超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、複数の圧電振動子を備えた超音波トランスジューサと、上記各圧電振動子から超音波を発生させる信号発生部と、前記超音波トランスジューサから検査対象物に照射された超音波のうち、検査対象物の内部で反射した超音波エコーを受信する信号検出部と、この信号検出部からの超音波エコーの電気信号を信号処理して検査対象物の３次元画像化データを生成する信号処理部と、この信号処理部で生成された３次元画像化データを表示する表示部と、超音波伝播速度の要素設定を行なう設定部とを備えた超音波検査装置において、前記検査対象物の温度および湿度の少なくとも一方を検出するセンサと、前記検査対象物と超音波トランスジューサとを音響的に結合させる音響媒体の温度および湿度の少なくとも一方を検出するセンサと、前記各センサからの温度情報および湿度情報の少なくとも一方を入力するデータ受信部と、前記検査対象物および音響媒体の超音波伝播速度要素の要素情報が温度条件または湿度条件毎に格納されたデータベースと、前記データ受信部の温度情報および湿度情報の少なくとも一方をもとに、この温度情報または湿度情報に合致した超音波伝播速度の要素情報を抽出して前記設定部にセットする判定部とを有するものである。

また、本発明に係る超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、複数の圧電振動子を備えた超音波トランスジューサと、上記各圧電振動子から超音波を発生させる信号発生部と、前記超音波トランスジューサから検査対象物に照射された超音波のうち、検査対象物の内部で反射した超音波エコーを受信する信号検出部と、この信号検出部からの超音波エコーの電気信号を取り込んで信号処理し、検査対象物からの３次元画像化データを生成する信号処理部と、この信号処理部からの３次元画像化データを表示する表示部とを備えた超音波検査装置において、前記検査対象物の超音波入射面の超音波エコーを受信し、超音波伝播時間として検知する検査面伝播時間検出部と、前記超音波伝播時間の伝播時間遅れを判定する検査面伝播時間判定部と、前記超音波の送受信経路の長さから求められた時間データを補正する伝播時間テーブル補正部と、この伝播時間テーブル補正部と前記時間データの送受信を行ない、この時間データを格納する伝播時間テーブル格納部とをさらに有し、前記信号処理部は、前記信号検出部からの超音波エコーの電気信号が取り込まれる一方、前記伝播時間テーブル格納部で設定された前記時間データを取り込んで３次元画像化データを生成処理する画像生成部を備えたものである。

本発明に係る超音波検査装置は、検査対象物および音響媒体の超音波伝播速度の要素を温度条件や湿度条件の環境条件に応じて自動設定することができ、超音波検査準備作業を効率的かつ短時間に行ない、作業能率の向上を図ることができる。

また、本発明に係る超音波検査装置は、検査対象物と超音波トランスジューサの非平行分を自動補正することができ、超音波検査作業における労力の削減と作業時間の短縮を図り、作業能率を向上させることができる。

本発明に係る超音波検査装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態を簡略的に示すブロック図である。

図１は、水浸式超音波検査装置に適用した例を示し、この超音波検査装置１０は、検査装置本体１１に、複数の圧電振動子をマトリックス状あるいはアレイ状（一列）に配設した超音波トランスジューサ１２とを有する。

検査装置本体１１は、各圧電振動子から超音波を発生させる信号発生部１３と、各圧電振動子を備えた超音波トランスジューサ１２から発信される超音波を音響媒体１４を介して検査対象物１５に照射し、その超音波エコーを受信し、超音波エコーの電気信号を検出する信号検出部１６と、検出された電気信号を開口合成処理により信号処理し、検査対象物１５の３次元画像化データを生成する信号処理部１７と、信号処理して得られた３次元画像化データを表示する表示部１８とを備える。

超音波検査装置１０の検査装置本体１１は、さらに、超音波の経路となる音響媒体１４および検査対象物１５の超音波伝播速度の要素である音速、遅れ時間、ゲインの設定を行なう設定部２０と、超音波伝播速度の要素データを記録し、保存したデータベース２１と、温度センサ２２ａ，２２ｂからの温度データを取り込むデータ受信部２３と、データ受信部２３からの入力を受けてデータベース２１の登録データの中から最適データを抽出し、最適データである超音波伝播速度要素データを設定部２０にセットする判定部２４とを有する。

データ受信部２３に温度データ（信号）を送信する、一方の温度センサ２２ａは検査対象物１５に設けられ、他方の温度センサ２２ｂは音響媒体１４に設けられ、各温度センサ２２ａ，２２ｂで検査対象物１５および音響媒体１４の温度を検出している。音響媒体１４は、水等の液体からなり、超音波トランスジューサ１２と検査対象物１５の間に液密に介装され、密着された音響的に結合構成をとる。

次に、超音波検査装置１０の作用を説明する。

超音波検査装置１０のデータベース２１には、検査対象物１５および音響媒体１４の超音波伝播速度の設定要素である音速と遅れ時間とゲインの各要素データが温度条件毎に登録され、保存されている。超音波伝播速度の要素データは、温度条件毎に計算され、または実績による最適値で割り出されて図２に示すようにデータベース２１に格納され、保存される。

一方、検査対象物１５に取り付けられた温度センサ２２ａおよび音響媒体１４内に設置された温度センサ２２ｂで検出された温度信号は、データ受信部２３に入力された後、Ａ／Ｄ変換されて判定部２４に出力される。

判定部２４では、データ受信部２３に入力された温度条件（温度データ）に相当（合致）する検査対象物１５の音速、遅れ時間、ゲインと音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲインの要素データとをデータベース２１から抽出し、設定部２０にセットする。

例えば、検査対象物１５がアルミ材料製で温度が２０℃、音響媒体１４が水で温度が１０℃の条件であった場合、温度センサ２２ａや２２ｂとデータ受信部２３により、検査対象物１５の温度２０℃、また音響媒体１４の温度１０℃が判定部２４に出力される。

判定部２４ではデータ受信部２３からの入力を受けて、データベース２１に登録された多数の登録データの中から検査対象物１５がアルミで温度２０℃の音速１５ａ、遅れ時間１５ｂ、ゲイン１５ｃが抽出され、また、音響媒体１４は水で温度１０℃の音速１４ａ、遅れ時間１４ｂ、ゲイン１４ｃが抽出され、これらの超音波伝播速度の要素データが設定部２０にセットされる。なお、検査対象物１５の材質がアルミ、音響媒体１４が水の情報は、データベース２１の初期設定項目にて予め設定されている。

設定部２０にセットされた検査対象物１５および音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲイン（設定要素）は、信号処理部１７を介して信号発生部１３および超音波トランスジューサ１２から発生する伝播速度設定条件に使用される。

一方、超音波トランスジューサ１２に設けられた複数の圧電振動子は、信号発生部１３からのパルス状駆動信号により電気駆動されると、圧電体の性質から超音波を発生させる。発生した超音波は、音響媒体１４を介して検査対象物１５の内部に入射され、検査対象物１５の内部欠陥が存在すると、この内部欠陥で密度差により超音波が反射し、この反射した超音波エコーが再び音響媒体１４を介して各圧電振動子に入力される。圧電振動子は入力された超音波エコーを受けて電気信号を発生し、信号検出部１６に出力する。

信号検出部１６は、入力された電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換した後、ディジタル化された電気信号を信号処理部１７に出力する。信号処理部１７は、信号検出部１６からの各電気信号の入力を開口合成処理により信号処理し、３次元画像化データを生成する。

この３次元画像化データは信号処理部１７から表示部１８に出力され、表示部１８は信号処理部１７の３次元画像化データを基に検査対象物１５の内部状態を３次元画像表示する。

この超音波検査装置１０においては、検査対象物１５および音響媒体１４の温度条件を温度センサ２２ａ，２２ｂで検出してデータ受信部２３に入力させ、このデータ受信部２３から温度データを判定部２４に出力することにより、判定部２４でデータベース２１に検知され、保存された多数の超音波伝播速度の要素データの中から、データ受信部２３から入力される温度データに相当する検査対象物１５の音速、遅れ時間、ゲインおよび音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲインを抽出して設定部２０に送ってセットさせる。

このため、超音波検査装置１０の設定部２０では、検査対象物１５および音響媒体１４の超音波伝播速度要素が温度条件に応じて自動的に設定され、設定部２０を人間系が操作して温度条件が変わる毎に再設定する必要がない。このため、検査対象物１５および音響媒体１４の温度に相当する設定値（超音波速度的速度要素の設定値）を常に提供することができ、超音波検査作業を効率的かつ能率的に短時間で行ない、作業能率を向上させることができる。

［第１実施形態の第１実施例］
図３は、本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第１実施例を簡略的に示すブロック図である。

この超音波検査装置１０Ａも水浸式超音波検査装置に適用した例を示し、検査装置本体１１のデータ受信部２３に湿度センサ２６で検出される湿度データ（湿度信号）を入力させるように構成したもので、他の構成および作用は第１実施形態に示される超音波検査装置１０と実質的に異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。

図３に示された超音波検査装置１０Ａは、被測定物である検査対象物１５に湿度センサ２６を設置し、この湿度センサ２６の検出湿度信号（データ）をデータ受信部２３に入力させており、湿度センサ２６で検出された湿度信号は、データ受信部２３で入力後、Ａ／Ｄ変換されて判定部２４に出力される。

一方、データベース２１には、検査対象物１５の超音波伝播速度の設定要素である音速、遅れ時間、ゲインの各要素データが環境条件である温度条件毎に最適値が割り出され、登録されている。

また、判定部２４では、データ受信部２３から入力された湿度データに相当する検査対象物１５の音速、遅れ時間、ゲインが、データベース２１の登録データの中からピックアップされて抽出され、設定部２０に出力される。設定部２０では、判定部２４から超音波伝播速度の要素である音速、遅れ時間、ゲインが入力されてセットされる。

設定部２０にセットされた湿度条件に見合う検査対象物１５の音速、遅れ時間、ゲインは、信号処理部１７を介して信号発生部１３を超音波トランスジューサ１２から発生する超音波の伝播速度設定条件に使用される。

この超音波検査対象物１０Ａは、第１実施形態で示された超音波検査装置１０に用いられる検査対象物１５および音響媒体１４の環境条件を温度から湿度に変えたものであり、温度を湿度に変えることにより、湿度条件が変っても人間系の操作による再設定を必要とせず、検査対象物１５の湿度に相当する設定値（超音波伝播速度要素の設定値）を提供することができる。

［第１実施形態の第２実施例］
図４は、本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第２実施例を簡略的に示すブロック図である。

図４は、超音波検査装置１０Ｂを水浸式超音波検査装置に適用した構成例を示す。超音波検査装置１０Ｂは、検査対象物１５に温度センサ２２ａおよび湿度センサ２６を設置し、液体（水）から音響媒体１４に温度センサ２２ｂを取り付け、温度センサ２２ａ，２２ｂで検出された温度信号および湿度センサ２６で検出された湿度信号をデータ受信部２３に入力されるように構成したもので、他の構成および作用は第１実施形態に示される超音波検査装置１０と実質的に異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。

図４に示された超音波検査装置１０Ｂのデータベース２１には、検査対象物１５の温度条件や湿度条件毎に、超音波伝播速度の設定要素である音速、遅れ時間、ゲインの最適値（要素データ）が割り出され、登録されており、また、音響媒体１４の温度条件毎にも超音波伝播速度の設定要素である音速、遅れ時間、ゲインの最適値（要素データ）が割れ出され、登録されている。

この超音波検査装置１０Ｂは、検査対象物１５で検出された温度信号と湿度信号がデータ受信部２３に入力され、また、このデータ受信部２３に音響媒体１４で検出された温度信号も入力される。データ受信部２３に入力された温度信号および湿度信号は、入力後Ａ／Ｄ変換されて判定部２４に出力される。判定部２４ではデータ受信部２３に入力された温度データや湿度データに相当する検査対象物１５の音速、遅れ時間、ゲインの要素データを、また、温度データに相当する音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲインの要素データを、データベース２１の登録データの中から抽出して、設定部２０に送り、自動的にセットされる。

設定部２０にセットされた検査対象物１５の音速、遅れ時間、ゲインおよび音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲインは、信号処理部１７を介して信号発生部１３および超音波トランスジューサ１２から発生する超音波の伝播速度設定条件に用いられる。

第２実施例に示された超音波検査装置１０Ｂでは、検査対象物１５に温度センサ２２ａおよび湿度センサ２６を、音響媒体１４に温度センサ２２ｂを取り付けた構成を採用し、第１実施形態に示された超音波検査装置１０で検出される温度に、検査対象物１５の湿度を加えることで、温度条件および湿度条件の環境条件が変っても、人間系による超音波伝播速度に係る設定要素の再設定を必要とせず、常に検査対象物１５の温度および湿度、および音響媒体１４の温度に相当する設定値（超音波伝播速度要素の設定値）を自動的に設定し、提供することができる。

［第１実施形態の第３実施例］
図５は、本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第３実施例を概略的に示すブロック図である。

第３実施例に示す超音波検査装置１０Ｃは、密着式超音波検査装置に用いた適用例を示し、この超音波検査装置１０Ｃは、被測定物である検査対象物１５上に音響媒体１４を介して超音波トランスジューサ１２を設置し、検査対象物１５および音響媒体１４に温度センサ２２ａ，２２ｂをそれぞれ設けた構成を有する。他の構成および作用は、第１実施形態で示した超音波検査装置１０と異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略あるいは簡略化する。

図５に示された超音波検査装置１０Ｃは、検査対象物１５と超音波トランスジューサ１２との間に固体からなる音響媒体１４が音響的に結合されて密着され、この音響媒体１４と検査対象物１５に温度センサ２２ａ，２２ｂをそれぞれ取り付ける。検査対象物１５および音響媒体１４に設けた温度センサ２２ａ，２２ｂで検出された温度信号はデータ受信部２３に入力される。

温度センサ２２ａ，２２ｂで検出された温度信号はデータ受信部２３に入力されてＡ／Ｄ変換された後、温度データとして判定部２４に出力される。判定部２４に温度データが入力されると、データベース２１に保存された登録データの中から温度データに見合う最適な超音波伝播温度の要素データがピックアップされて抽出され、設定部２０に送られる。

一方、超音波検査装置１０Ｃのデータベース２１には、超音波伝播速度の設定要素である音速、遅れ時間、ゲインの要素データが格納され、保存されている。

判定部２４にデータ受信部２３から温度データが入力されると、判定部２４では、データベース２１に保存された登録データの中から温度データに見合う最適な登録データ（超音波伝播速度の要素データ）がピックアップされて設定部２０に送られ、自動的にセットされる。

設定部２０にセットされた最適な登録データ（検査対象物１５の音速、遅れ時間、ゲインおよび音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲインの超音波伝播速度の要素データ）は、信号処理部１７を介して信号発生部１３と超音波トランスジューサ１２から発生する超音波の伝播速度設定条件に用いられる。

第３実施例に示された超音波検査装置１０Ｃにおいては、超音波トランスジューサ１２と検査対象物１５の間に、固体からなる音響的結合媒体の音響媒体１４が密着され、検査対象物１５および音響媒体１４に温度センサ２２ａ，２２ｂを取り付け、各温度センサ２２ａ，２２ｂで検出された温度信号をデータ受信部２３に入力させて信号処理し、検出された温度データに見合った超音波伝播速度要素に設定部２０を自動的にセットしているので、第１実施形態に示された超音波検査装置１０と同様に、温度条件が変っても、人間系による再設定を必要としない。すなわち、温度条件が変っても、人が設定部２０を操作して最適な設定条件にセットする操作を必要とせず、常に検査対象物１５および音響媒体１４の温度に相当する設定値（温度条件に応じた超音波伝播速度要素の設定値）を提供することができる。

［第１実施形態の第４実施例］
図６は、本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第４実施例を簡略的に示すブロック図である。

第４実施例に示された超音波検査装置１０Ｄは、密着式超音波検査装置に適用した例を示し、超音波トランスジューサ１２と検査対象物１５の間に、固体からなる音響媒体１４を密着させ、検査対象物１５および音響媒体１４に湿度センサ２６ａ，２６ｂをそれぞれ取り付けた構成を備えたものである。他の構成および作用は、第１実施形態に示された超音波検査装置１０と実質的に異ならないので同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。

図６に示された超音波検査装置１０Ｄは、被測定物である検査対象物１５上に音響媒体１４を介して超音波トランスジューサ１２を設置し、検査対象物１５および音響的結合媒体の音響媒体１４に湿度センサ２６ａ，２６ｂで検出された湿度信号はデータ受信部２３に入力される。データ受信部２３に入力された湿度信号（湿度データ）はＡ／Ｄ変換された後、判定部２４に出力される。

判定部２４ではデータ受信部２３から入力された湿度信号に対応する湿度条件の超音波伝播速度要素をデータベース２１からピックアップして設定部２０に送り、湿度条件に見合う超音波伝播速度要素が自動的にセットされる。

一方、データベース２１には、検査対象物１５および音響媒体１４の超音波伝播速度の設定要素である音速、遅れ時間、ゲインの要素データが湿度条件毎に、計算または実績による最適値で割り出され、登録されている。

判定部２４では、データ受信部２３からの湿度データに相当する検査対象物１５および音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲインをデータベース２１の登録データの中から抽出し、設定部２０に送って自動的にセットする。

設定部２０にセットされた検査対象物１５および音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲイン、すなわち超音波伝播速度の設定要素は、信号処理部１７を介して信号発生部１３と超音波トランスジューサ１２で生成される超音波の伝播速度設定条件に用いられる。

第４実施例に示された超音波検査装置１０Ｄでは、超音波トランスジューサ１２と検査対象物１５との間に固体からなる音響媒体１４が密着され、この音響媒体１４および検査対象物１５に湿度センサ２６ａ，２６ｂをそれぞれ取り付けた構成を採用し、第１実施形態に示された超音波検査装置１０に用いられる温度条件を湿度条件に変えて超音波検査を作業能率よく行なうものである。

超音波検査装置１０Ｄの超音波伝播速度の設定要素に湿度条件を採用し、湿度条件が変化しても、設定部２０に設定される設定値（超音波伝播速度要素の設定値）に人間系の操作による再設定を必要とせず、検査対象物１５および音響媒体１４の湿度に相当する設定値（超音波伝播速度の設定値）を容易に供することができる。

［第１実施形態の第５実施例］
図７は、本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第５実施例を簡略的に示すブロック図である。

第５実施例に示された超音波検査装置１０Ｅは、密着式超音波検査装置に適用した例を示すものである。この超音波検査装置１０Ｅは、超音波トランスジューサ１２と検査対象物１５の間に、固体からなる音響的結合媒体の音響媒体１４を密着させ、検査対象物１５および音響媒体１４に温度センサ２２ａ，２２ｂと湿度センサ２６ａ，２６ｂをそれぞれ取り付けた構成を備える。他の構成および作用は、第１実施形態に示された超音波検査装置１０と実質的に異ならないので同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。

図７に示された超音波検査装置１０Ｅは、被測定物である検査対象物１５上に音響媒体１４を介して超音波トランスジューサ１２を設置し、検査対象物１５および音響媒体１４に設置された各温度センサ２２ａ，２２ｂおよび各湿度センサ２６ａ，２６ｂでそれぞれ検出された温度信号および湿度信号がデータ受信部２３に入力される。データ受信部２３に入力された温度信号および湿度信号はＡ／Ｄ変換された後、判定部２４に出力される。

判定部２４では、データ受信部２３から入力された温度信号や湿度信号に対応する温度条件および湿度条件の超音波伝播速度要素をデータベース２１からピックアップして抽出し、設定部２０に送り、温度条件および湿度条件に見合う超音波伝播速度要素が自動的にセットされる。

一方、データベース２１には、温度条件や湿度条件の環境条件に応じた超音波伝播速度の要素データが格納され、保存される。具体的には、データベース２１には、検査対象物１５および音響媒体１４の超音波伝播速度の設定要素である音速、遅れ時間、ゲインの各データが、温度条件および湿度条件毎に、計算または実績による最適値で割り出され、登録されている。

判定部２４では、データ受信部２３からの温度データ、湿度データに相当する検査対象物１５および音響媒体１４の音速、遅れ時間、ゲインを、データベース２１の登録データの中から抽出して設定部２０に送り、設定部２０にセットする。

設定部２０にセットされた検査対象物１５および音響媒体１４の超音波伝播速度要素である音速、遅れ時間、ゲインの要素データは、信号処理部１７を介して信号発生部１３および超音波トランスジューサ１２から発生する超音波の伝播速度設定条件に使用される。

第５実施例に示された超音波検査装置１０Ｅは、超音波トランスジューサ１２と検査対象物１５の間に、固体からなる音響媒体１４が密着され、検査対象物１５および音響媒体１４に温度センサ２２ａ，２２ｂと湿度センサ２６ａ，２６ｂとをそれぞれ取り付けた構成で、第１実施形態に示された超音波検査装置１０に湿度条件も加えることができる。この超音波伝播装置１０Ｅは、温度条件に湿度条件を加えることで、温度条件、湿度条件が変っても、設定部２０に人間系による超音波伝播速度要素の再設定を必要とせず、検査対象物１５の温度と湿度および音響媒体１４の温度と湿度に相当する設定値、すなわち環境条件に最適な超音波伝播速度要素の設定値を常にかつ自動的に提供することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態を図８および図９を参照して説明する。

図８は本発明に係る超音波検査装置３０を水浸式超音波検査装置として用いた概略的なブロック図を示す。この超音波検査装置３０は、検査装置本体３１とこの検査装置本体３１に接続される水浸式の超音波トランスジューサ３２とを有する。超音波トランスジューサ３２は、多数の圧電振動子をマトリックス状あるいはリニア（一列）状に配設して構成される。

超音波検査装置３０の検査装置本体３１は、超音波トランスジューサ３２の圧電振動子から超音波を発生させる信号発生部３３と、検査対象物１５の内部からの超音波エコーを超音波トランスジューサ３２が受信し、電気信号に変換されて入力される信号検出部３４と、検査対象物１５の超音波入射面からの超音波エコーを受信し、各圧電振動子の超音波伝播時間として検知する検査面伝播時間検出部３５と、信号検出部３４および検査面伝播時間検出部３５で検出された信号を処理する信号処理部３６と、この信号処理部３６で信号処理して得られた３次元画像化データを表示する表示部３７とを有する。

超音波検査装置３０の信号処理部３６は、信号検出部３４で検出された超音波エコーの電気信号を取り込む受信データ格納部４０と、検査面伝播時間検出部３５からの検出信号により、各圧電振動子の非平行伝播時間遅れを判定する検査面伝播時間判定部４１と、各圧電振動子毎に超音波の送受信経路の長さから求められた時間データをデータ補正する伝播時間ケーブル補正部４２と、この伝播時間ケーブル補正部４２と時間データのやりとりが行なわれ、各圧電振動子毎の超音波送受信経路の長さから求められた時間データが格納される伝播時間格納部４３と、この伝播時間格納部４３に格納された時間データ、および受信データ格納部４０に格納された超音波エコーの電気信号を入力して、３次元画像化データを生成処理する画像生成部４４とを備え、画像生成部４４で生成された３次元画像化データが表示部３７に表示されるようになっている。

また、図８に示された超音波検査装置３０は、水浸式の超音波トランスジューサ３２を有し、この超音波トランスジューサ３２と検査対象物１５の間に液体（水）からなる音響的結合媒体の音響媒体１４が密着された構成をとる。その際、超音波トランスジューサ３２の圧電振動子と検査対象物１５の超音波入射面は必ずしも平行であるとは限らない。

次に、超音波検査装置３０の作用を説明する。

超音波検査装置３０は図８に示すブロック構成を有し、超音波トランスジューサ３２内に、例えばリニア状一列に配列された圧電振動子１〜ｎは、図９に示すように、素子１〜素子ｎで示す圧電振動子面３２ａと検査対象物１５の超音波入射面１５ａは必ずしも平行関係とならない。

超音波トランスジューサ３２は信号発生部３３からパルス状の駆動信号により電気駆動されると、圧電振動子１〜ｎは圧電体としての性質から超音波を発生する。発生された超音波は、音響媒体１４を介して検査対象物１５の超音波入射面１５ａに達し、この入射面１５ａで生じた超音波エコーが再び音響媒体１４を介して各圧電振動子１〜ｎに入力され、この圧電振動子１〜ｎで超音波エコーの大きさに応じた電気信号を発生させる。発生した超音波エコーの電気信号は、超音波トランスジューサ３２から検査面伝播時間検出部３５に出力される。

検査面伝播時間検出部３５は、超音波エコーの電気信号を圧電振動子１〜ｎの超音波伝播時間ｔ_１〜ｔ_ｎとして検出し、この時間データｔ_１〜ｔ_ｎを検査面伝播時間判定部４１に出力する。

検査面伝播時間判定部４１では、検査面伝播時間検出部３５から入力された各圧電振動子１〜ｎの超音波伝播時間ｔ_１〜ｔ_ｎ同士を比較し、最も短い超音波伝播時間、例えばｔ_１＜ｔ_２〜ｔ_ｎのときのｔ_１を基準素子時間とし、それ以外を基準外素子時間とする。

図９に示された超音波検査装置３０では、基準素子時間はｔ_１、基準外素子時間はｔ_２〜ｔ_ｎとなる。

次に基準外素子時間ｔ_２〜ｔ_ｎから基準素子時間ｔ_１を減じた値を各圧電振動子の非平行伝播時間遅れ時間Δｔ_２〜Δｔ_ｎとして伝播時間ケーブル補正部４２に出力する。このとき、最も短い超音波伝播時間が複数の圧電振動子に存在した場合、そのうちのどれか１つの圧電振動子を選択して基準素子時間とする。

一方、伝播時間テーブル格納部４３は、超音波トランスジューサ３２の圧電振動子面
３２ａと検査対象物１５の超音波入射面１５ａとが平行条件のもとに、各圧電振動子１〜ｎの超音波送受信経路の長さから求めた伝播時間データが格納されている。

伝播時間テーブル補正部４２は、伝播時間テーブル格納部４３から圧電振動子２〜ｎの伝播時間テーブルデータを抽出する一方、検査面伝播時間判定部４１で算出された圧電振動子２〜ｎの非平行時間遅れ時間のΔｔ_２〜Δｔ_ｎを加算し、その加算結果を伝播時間テーブル格納部４３へ再格納する。

この超音波検査装置３０では、図８に示すように、検査対象物１５の内部で発生した超音波エコーは、音響媒体１４を介して各圧電振動子１〜ｎに入力され、各圧電振動子１〜ｎは、超音波エコーの電気信号を発生し、信号検出部３４に出力される。

信号検出部３４は、超音波エコーの電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換して受信データ格納部４０に出力しており、この受信データ格納部４０の電気信号（データ）と非平行時遅れ時間が加算された伝播時間テーブル格納部４３のデータとから、画像生成部４４で３次元画像化データを生成し、生成された画像データを表示部３７に出力する。

表示部３７は、画像生成部４４の３次元画像をデータを基に検査対象物１５の内部状態の３次元画像を表示する。

第２実施形態の超音波検査装置３０によれば、超音波トランスジューサ１２の圧電振動子面と検査対象物の超音波入射面とが平行でなくても、非平行により生じる超音波伝播時間遅れを伝播時間テーブルへ補正することができ、検査対象物１５内部の正確な３次元画像位置情報を提供することができる。

なお、第２実施形態では、水浸式超音波検査装置に適用した例を示したが、水浸式に代えて密着式超音波検査装置にも適用することができる。

本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態を示すブロック図。 （Ａ）および（Ｂ）は図１の超音波検査装置に備えられるデータベースの構成図。 本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第１実施例を示すブロック図。 本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第２実施例を示すブロック図。 本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第３実施例を示すブロック図。 本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第４実施例を示すブロック図。 本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態の第５実施例を示すブロック図。 本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態を示すブロック図。 図８の超音波検査装置に組み込まれる超音波伝播遅れ補正のブロック図。 従来の水浸式超音波検査装置を示すブロック図。

符号の説明

１０ 超音波検査装置
１１ 検査装置本体
１２ 超音波トランスジューサ
１３ 信号発生部
１４ 音響媒体
１５ 検査対象物
１６ 信号検出部
１７ 信号処理部
１８ 表示部
２０ 設定部
２１ データベース
２２ａ，２２ｂ 温度センサ
２３ データ受信部
２４ 判定部
２６ 湿度センサ
３０ 超音波検査装置
３１ 検査装置本体
３２ 超音波トランスジューサ
３３ 信号発生部
３５ 検査面伝播時間検出部
３６ 信号処理部
３７ 表示部
４０ 受信データ格納部
４１ 検査面伝播時間判定部
４２ 伝播時間テーブル補正部
４３ 伝播時間テーブル格納部
４４ 画像生成部

Claims (4)

1. 複数の圧電振動子を備えた超音波トランスジューサと、
   上記各圧電振動子から超音波を発生させる信号発生部と、
   前記超音波トランスジューサから検査対象物に照射された超音波のうち、検査対象物の内部で反射した超音波エコーを受信する信号検出部と、
   この信号検出部からの超音波エコーの電気信号を信号処理して検査対象物の３次元画像化データを生成する信号処理部と、
   この信号処理部で生成された３次元画像化データを表示する表示部と、
   超音波伝播速度の要素設定を行なう設定部とを備えた超音波検査装置において、
   前記検査対象物の温度および湿度の少なくとも一方を検出するセンサと、
   前記検査対象物と超音波トランスジューサとを音響的に結合させる音響媒体の温度および湿度の少なくとも一方を検出するセンサと、
   前記各センサからの温度情報および湿度情報の少なくとも一方を入力するデータ受信部と、
   前記検査対象物および音響媒体の超音波伝播速度要素の要素情報が温度条件または湿度条件毎に格納されたデータベースと、
   前記データ受信部の温度情報および湿度情報の少なくとも一方をもとに、この温度情報または湿度情報に合致した超音波伝播速度の要素情報を抽出して前記設定部にセットする判定部とを有することを特徴とする超音波検査装置。
2. 前記検査対象物に温度センサおよび湿度センサの少なくとも一方を備え、前記音響媒体が水等の液体の場合、前記音響媒体に温度センサを備えた請求項１記載の超音波検査装置。
3. 前記検査対象物に温度センサおよび湿度センサの少なくとも一方を備え、前記音響媒体が固体の場合、上記音響媒体に温度センサおよび湿度センサの少なくとも一方を備えた請求項１記載の超音波検査装置。
4. 複数の圧電振動子を備えた超音波トランスジューサと、
   上記各圧電振動子から超音波を発生させる信号発生部と、
   前記超音波トランスジューサから検査対象物に照射された超音波のうち、検査対象物の内部で反射した超音波エコーを受信する信号検出部と、
   この信号検出部からの超音波エコーの電気信号を取り込んで信号処理し、検査対象物の３次元画像化データを生成する信号処理部と、
   この信号処理部からの３次元画像化データを表示する表示部とを備えた超音波検査装置において、
   前記検査対象物の超音波入射面からの超音波エコーを受信し、超音波伝播時間として検知する検査面伝播時間検出部と、
   前記超音波伝播時間の伝播時間遅れを判定する検査面伝播時間判定部と、
   前記超音波の送受信経路の長さから求められた時間データを補正する伝播時間テーブル補正部と、
   この伝播時間テーブル補正部と前記時間データの送受信を行ない、この時間データを格納する伝播時間テーブル格納部とをさらに有し、
   前記信号処理部は、前記信号検出部からの超音波エコーの電気信号が取り込まれる一方、前記伝播時間テーブル格納部で設定された前記時間データを取り込んで３次元画像化データを生成処理する画像生成部を備えたことを特徴とする超音波検査装置。

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