JP2011149773A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】探傷処理を高速化する。
【解決手段】超音波探傷装置は、一方向に配列された複数の超音波振動子を備えたアレイプローブと、超音波振動子を励振させるための励振パルスを出力するパルサー部と、超音波振動子が受信した超音波エコーの強度に応じた出力を取得し、エコー信号として出力するレシーバー部と、パルサー部による励振パルスの出力を制御するとともに、エコー信号の強度から被検体の損傷に関する情報を生成する制御部とを有する。主制御部は、複数の超音波振動子で構成されるグループ（＃ａ〜＃ｇ）の単位で、励振パルスの出力とエコー信号の受信の制御をする。その際に、直前のサイクルに制御対象としたグループから所定の間隔以上に離れたグループを、次の制御対象にする。
【選択図】図８

Description

本発明は、超音波探傷装置に関する。

鋼管等の被検体に超音波を照射し、被検体内部に存在する亀裂などの欠損を非破壊で検知する超音波探傷装置がある。このような超音波探傷装置として、所定方向に配列された複数の超音波振動子を有し、所定数の超音波振動子をグループ毎に駆動するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この超音波探傷装置では、各グループの端部に位置する所定数の超音波振動子を重複して用いる構成になっている。例えば、或る駆動タイミングにて９６個の超音波振動子を用いる場合、次の駆動タイミングでは、そのグループの端から２８個の超音波振動子を次のグループにも重複して用いる。

特許第３６７４１３１号公報

前述の超音波探傷装置では、或るグループの端から所定数の超音波振動子を次のグループにも用いているため、或る組の超音波振動子によって被検体表面や被検体内部に生じた超音波エコーの多重エコーが十分に減衰した後でなければ、次の組による探傷処理が行えないという問題があった。すなわち、探傷処理の高速化が難しいという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、探傷処理を高速化することにある。

前記課題を解決するため、本発明の超音波探傷装置は、
一方向に配列された複数の超音波振動子を備えたプローブと、
前記超音波振動子を励振させるための動作信号を出力するパルサー部と、
前記超音波振動子が超音波エコーを受信するのに応じて、前記超音波振動子が受信した前記超音波エコーの強度に応じた出力を取得し、エコー信号として出力するレシーバー部と、
前記パルサー部による前記動作信号の出力を制御するとともに、前記エコー信号の強度から被検体の損傷に関する情報を生成する制御部と、
を有する超音波探傷装置であって、
前記複数の超音波振動子は、
複数のグループにグループ化されており、
前記制御部は、
前記グループ単位で、前記動作信号の出力と前記エコー信号の受信の制御をするものであり、
直前に制御対象としたグループから所定の間隔以上に離れたグループを、次の制御対象とすることを特徴とする。
この超音波探傷装置によれば、或るグループでの探傷動作において、直前に制御対象としたグループで生成された超音波エコーの影響を十分に小さくできる。これにより、グループの切替時間を短縮でき、探傷処理を高速化することができる。

前述の超音波探傷装置において、前記制御部は、前記直前に制御対象としたグループで送受信される超音波エコーが干渉しない間隔以上に離れたグループを、次の制御対象とすることが好ましい。さらに、前記直前に制御対象としたグループから、当該グループを構成する前記超音波振動子の数の１．５倍分以上離れたグループを、前記次の制御対象とすることが好ましい。
これらの場合、電子走査方向に拡がり、隣接するグループに飛び込む超音波エコー（第１多重エコー）が十分に減衰した場所のグループで、探傷処理を行うことができる。その結果、直前に制御対象としたグループで生成された超音波エコーの影響を確実に抑制できる。

前述の超音波探傷装置において、前記プローブは、互いに隣り合うＭ個の前記超音波振動子を備えた各グループが、Ｍ／２個に相当する間隔の分、位置をずらして定められていることが好ましい。この場合、各グループが重複している範囲については、複数のグループによって探傷される。これにより、探傷の精度を高めることができる。また、各グループが重複している範囲については、先の探傷処理から後の探傷処理までの間に、十分な時間を与えることができる。このため、先の探傷処理で生成され、被検体の底部と表面との間で垂直方向に反射を繰り返す超音波エコー（第２多重エコー）が、十分に減衰した後に後の探傷処理を行うことができる。その結果、直前に制御対象としたグループで生成された超音波エコーの影響を確実に抑制できる。

本発明の超音波探傷装置によれば、探傷処理を高速化することができる。

本実施形態の超音波探傷システムを説明するための構成図である。 リニアアレイプローブの外観斜視図である。 （ａ）は、探傷動作時におけるリニアアレイプローブと被検体との高さ方向の位置関係を模式的に説明する図である。（ｂ）は、探傷動作時におけるリニアアレイプローブの移動を模式的に説明する図である。 千鳥状に配置した複数のリニアアレイプローブによる探傷動作を説明する図である。 サークルアレイプローブの正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、丸棒または管状の被検体に対する探傷動作を模式的に説明する図である。 超音波探傷器の構成を説明するブロック図である。 （ａ），（ｂ）は、１グループが３２素子の場合の第１選択パターンによる探傷動作を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、１グループが３２素子の場合の第２選択パターンによる探傷動作を説明する図である。 （ａ）は、１グループが３２素子の場合の第１比較例を説明する図であり、（ｂ）は、同じく第２比較例を説明する図である。 （ａ）は、１グループが３２素子の場合の第３比較例を説明する図である。（ｂ）は、同じく第４比較例を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、１グループが１６素子の場合の第１選択パターンによる探傷動作を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、１グループが１６素子の場合の第２選択パターンによる探傷動作を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、１グループが１６素子の場合の第３選択パターンによる探傷動作を説明する図である。

＜全体構成について＞
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の超音波探傷システムを説明するための構成図である。図１に示すように、超音波探傷システムは、水槽１と、アレイプローブ２と、走査機構部３と、ステージ４と、フェイズドアレイ超音波探傷器５と、パーソナルコンピュータ６と、モニター７と、プリンタ８とを有する。なお、本発明に係る超音波探傷装置は、これらのうち、少なくともアレイプローブ２とフェイズドアレイ超音波探傷器５とを備えて構成される。

水槽１は、超音波の伝達媒体となる水を貯留するとともに被検体を収容する容器として機能する。本実施形態の水槽１は、上面が開放した直方体状に構成されている。アレイプローブ２は、超音波の送受信を行う部分であり、後述するように、短冊形の超音波振動子（Ｄ１〜Ｄ１２８，図７を参照）を所定方向に複数並べた状態で有している。走査機構部３は、アレイプローブ２を三次元的に移動させる部分である。本実施形態の走査機構部３は、パーソナルコンピュータ６からの指令に応じ、アレイプローブ２を水槽１の長辺方向（Ｘ軸方向）、短辺方向（Ｙ軸方向）、及び高さ方向（Ｚ軸方向）へ移動させる。ステージ４は、被検体が載置される台となる部分である。フェイズドアレイ超音波探傷器５（以下単に超音波探傷器５ともいう）は、多数のパルサー及びレシーバーを装備し、アレイプローブ２が有する超音波振動子を励振させたり、超音波振動子からの電気信号を受信したりする。なお、超音波探傷器５については後で説明する。パーソナルコンピュータ６は、各種の処理を行う。例えば、超音波探傷器５からの情報を受信して被検体の断層画像を作成したり、走査機構部３を制御してアレイプローブ２を移動させたりする。また、パーソナルコンピュータ６は、ユーザーインタフェースの役割も担う。例えば、生成した断層画像をモニター７に表示させたり、プリンタ８に印刷させたりする。また、探傷開始の操作を受け付けたりもする。

＜アレイプローブ２について＞
次に、アレイプローブ２について説明する。図２に示すリニアアレイプローブ２Ａは、箱状のケース２１を備える。ケース２１における１つの側面には開口が設けられ、超音波を透過するプレート材２２が配置される。また、図７に符号Ｄ１〜Ｄ１２８で示すように、このリニアアレイプローブ２Ａは、所定の配列方向に所定ピッチ（０．３〜２．０ｍｍピッチ）で並んだ１２８個の超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８を、ケース２１の内部に備える。これらの超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８は、ケーブル２３を介して超音波探傷器５と電気的に接続され、超音波探傷器５によって動作が制御される。後述するように、これらの超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８は、任意の個数（Ｍに相当する）を単位とするグループ毎に動作が制御される。例えば、Ｍが３２個である場合、３２個単位で超音波の送信や超音波エコーの受信が制御される。また、Ｍが１６個である場合、１６個単位で超音波の送信や超音波エコーの受信が制御される。また、送受信数を変えて使用する場合もある。たとえば受信は３２個であるが送信はその中の２４個とすることもできる。そして、この場合のＭは３２個とする。

Ｍが３２個である場合、符号Ｄ１〜Ｄ３２で示す端部から３２個の超音波振動子によってグループ＃ａが構成される。そして、グループ＃ｂは、このグループ＃ａを構成する超音波振動子群に対して１６個分（Ｍ／２分）配列方向にずれた範囲である、符号Ｄ１７〜Ｄ４８の超音波振動子によって構成される。また、グループ＃ｃは、グループ＃ｂを構成する超音波振動子群に対して１６個分配列方向にずれた範囲の超音波振動子によって構成される。他のグループも同様に定められ、符号Ｄ９７〜Ｄ１２８の超音波振動子によって最終のグループ＃ｇが構成される。

リニアアレイプローブ２Ａは、超音波の送受信面が平坦であり、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８も送受信面に対して平行に設けられている。このため、図３（ａ）に示すように、表面が平坦な被検体ＳＰ１を垂直探傷法（探傷面と垂直に超音波を入射させる探傷方法）よって探傷する場合に適する。このリニアアレイプローブ２Ａでは、被検体表面との間隔を一定に保ちつつ、リニアアレイプローブ２Ａを水平方向に移動させることで、広い範囲に亘って被検体ＳＰ１の探傷が行える。すなわち、図３（ｂ）に示すように、リニアアレイプローブ２Ａを機械走査方向（超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８の配列方向と直交する方向）に移動させつつ超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８を作動させることで、斜線範囲の探傷を垂直探傷法によって行う。機械走査方向に対する探傷が終了したならば、リニアアレイプローブ２Ａを電子走査方向（超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８の配列方向）に移動させて、被検体ＳＰ１に対するリニアアレイプローブ２Ａの、電子走査方向の位置を変える。そして、リニアアレイプローブ２Ａを機械走査方向に移動させつつ超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８を作動させることで、新たな部分の斜線範囲の探傷を行う。

また、図４に示すように、複数のリニアアレイプローブ２Ａを千鳥状に配置し、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８の配列方向における探傷範囲を拡張することで、より広い範囲の探傷ができ、探傷作業の高速化が図れる。

また、図５に示すサークルアレイプローブ２Ｂは、ケース２４における超音波の送受信面２５が、円弧状に湾曲した凹面に形成されている。このサークルアレイプローブ２Ｂでは、円柱状の被検体ＳＰ２について好適に探傷が行える。例えば、図６（ａ）に示すように、送受信面２５を被検体ＳＰ２の側面に対向させた状態でサークルアレイプローブ２Ｂを固定し、その後、被検体ＳＰ２を軸方向に移動させることで、被検体ＳＰ２の内部探傷を垂直探傷法によって行う。そして、このようなサークルアレイプローブ２Ｂは、被検体ＳＰ２の周囲に複数配置され、被検体ＳＰ２の全断面について探傷が行われることが一般的である。

また、リニアアレイプローブ２Ａを用いて、丸棒状の被検体ＳＰ２に対する探傷を行うこともできる。例えば、図６（ｂ）に示すように、送受信面２５を被検体ＳＰ２の側面に対向させた状態で、被検体ＳＰ２を回転させるとともにリニアアレイプローブ２Ａを被検体ＳＰ２の軸方向に移動させることで、被検体ＳＰ２の内部探傷を垂直探傷法で行うことができる。さらに、図６（ｃ）に示すように、送受信面２５を被検体ＳＰ２の側面に対向させた状態でリニアアレイプローブ２Ａを固定し、その後、被検体ＳＰ２を回転させつつ軸方向に移動させることで、被検体ＳＰ２の内部を探傷できる。これらの場合、図６（ｄ）の展開図に示すように、被検体ＳＰ２が１回転する間に、リニアアレイプローブ２Ａとの相対位置を電子走査方向へ１ピッチ分移動させることで、被検体ＳＰ２の全断面を探傷できる。

なお、被検体ＳＰ２を回転させたり移動させたりする場合には、被検体ＳＰ２用の回転装置や搬送装置を使用する。また、以上は丸棒状（円柱状）の被検体ＳＰ２に対する内部探傷について説明したが、管状の被検体であっても同様に内部探傷を行える。さらに、探傷方法に関し、垂直探傷法に限定されるものではなく、斜角探傷法を用いてもよい。この斜角探傷法は、探傷面に対して斜めに超音波を入射させる探傷方法である。加えて、入射方向は、軸方向と周方向のどちらにも適用される。

＜超音波探傷器５について＞
次に、超音波探傷器５の構成について説明する。図７に示すように、超音波探傷器５は、主制御部５１と、パルサー部５２と、レシーバー部５３と、信号処理部５４と、切り替え部５５とを有する。

主制御部５１は、超音波探傷器５における制御の中心になる部分であり、ＣＰＵ５１ａとメモリー５１ｂとを有する。ＣＰＵ５１ａは、メモリー５１ｂに記憶された動作プログラムに従って動作し、パルサー部５２を制御したり、信号処理部５４が出力する信号から必要な情報（例えば電圧値）を取得したりする。メモリー５１ｂは、動作プログラムを記憶する他、各種の情報が記憶される。例えば、超音波振動子で構成される各グループ＃ａ〜＃ｇの選択パターンを定めるデータも記憶される。そして、主制御部５１は、パーソナルコンピュータ６と通信し、パーソナルコンピュータ６からの指令に応じた動作をしたり、パーソナルコンピュータ６へ必要な情報を送信したりする。例えば、エコー信号の強度（デジタル変換後の電圧値）から被検体ＳＰ１における損傷の有無や位置、大きさといった関連情報を生成し、生成した関連情報をパーソナルコンピュータ６へ送信する。

パルサー部５２は、１つのグループを構成する超音波振動子と同じ数のスクエアパルサーまたはスパイクパルサー（以下単にパルサーという）により構成される。本実施形態では１グループが３２個の超音波振動子によって構成されているので、パルサー部５２は３２個のパルサーを有する。各パルサーは、主制御部５１からのタイミング信号に従って、超音波振動子を励振するための励振パルス（動作信号）を生成する。この励振パルスが超音波振動子に印加されると、超音波振動子は振動して超音波を出力する。レシーバー部５３は、１つのグループを構成する超音波振動子と同じ数（本実施形態では３２個）のレシーバー（不図示）により構成される。各レシーバーは、超音波振動子が出力する電気信号を増幅して信号処理部５４に出力する。ここで、超音波振動子は、被検体ＳＰ（ＳＰ１，ＳＰ２）で反射された超音波エコーを受信することにより、電気信号を出力する。このため、レシーバー部５３は、超音波エコーの受信に伴うエコー信号を信号処理部５４に出力する。信号処理部５４もまた、１つのグループを構成する超音波振動子と同じ数の信号処理回路（不図示）により構成される。各信号処理回路は、Ａ／Ｄ変換器や波形メモリー等を有しており、レシーバー部５３からのエコー信号（電圧値）をデジタル変換し、デジタル変換後の電圧値を波形メモリーに書き込む。波形メモリーに書き込まれた電圧値は主制御部５１へ出力される。

切り替え部５５は、超音波の送受信を行う超音波振動子のグループとパルサー部５２及びレシーバー部５３とを電気的に接続する。すなわち、切り替え部５５は、前述の各グループ＃ａ〜＃ｇのうち、定めたグループに対してパルサー部５２やレシーバー部５３を接続する。この場合において、切り替え部５５は、超音波の出力時にパルサー部５２を所定のグループに接続し、超音波が出力されたならば、レシーバー部５３を所定のグループに接続する。

＜探傷動作について＞
次に、超音波探傷システムによる被検体ＳＰの探傷動作について説明する。この超音波探傷システムでは、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１２８で構成される各グループ＃ａ〜＃ｇの選択に特徴を有している。このため、各グループ＃ａ〜＃ｇの選択を中心に、探傷動作を説明することにする。

＜１グループが３２素子の場合の探傷動作について＞
図８は、第１選択パターンを説明する図である。第１選択パターンでは、直前に制御対象にしたグループから、このグループを構成する超音波振動子の数の１．５倍分以上、素子の配列方向（電子走査方向）に離れたグループを、次に制御対象とするグループに定めている。

第１サイクルにて、主制御部５１は、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２からなるグループ＃ａを制御対象にする。従って、主制御部５１は、切り替え部５５を制御し、パルサー部５２をグループ＃ａの超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２に接続させる。接続をしたならば、主制御部５１は、パルサー部５２にタイミング信号を出力する。これにより、パルサー部５２から励振パルスが出力され、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２に印加される。そして、これらの超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２からは超音波が出力される。超音波が出力されたら、主制御部５１は、切り替え部５５を制御し、レシーバー部５３をグループ＃ａの超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２に接続させる。また、パルサー部５２を、次のサイクルで動作対象となるグループ＃ｄの超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０に接続させる。レシーバー部５３は、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２からの電気信号を増幅して信号処理部５４に出力する。信号処理部５４は、レシーバー部５３からの電気信号の電圧値をデジタル変換し、変換後の電圧値を波形メモリーに記憶する。波形メモリーに記憶された電圧値は、主制御部５１に出力される。このため、主制御部５１は、各超音波振動子に対応付けられた形で、電気信号の電圧値の経時的な変化を取得できる。ここで、超音波振動子が出力する電気信号の電圧値は、超音波の受信強度に比例する。従って、主制御部５１は、超音波振動子毎の超音波の受信強度について、経時的な変化を取得できる。なお、経過時間の情報に関しては、タイミングパルスの生成開始からの経過時間をカウントする等によって取得できる。

また、主制御部５１は、第２サイクルの探傷動作を行うべく、パルサー部５２に対してタイミング信号を出力する。これにより、パルサー部５２は、超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０に対して励振パルスを出力し、超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０は超音波信号を出力する。ここで、先の第１サイクルで動作対象とされた超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２と今回の第２サイクルで動作対象とされる超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０とは、超音波振動子Ｄ３２から超音波振動子Ｄ４９までの間隔Ｍ／２だけ配列方向へ離れている。すなわち、超音波振動子１６個分の距離だけ配列方向へ離れている。このように、配列方向に対して十分に離れているため、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２によって生成されて配列方向に拡がった超音波エコー（第１多重エコー）は、超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０には干渉し難い。従って、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２にて生成された超音波エコーが被検体の内部で十分減衰するまで待たなくても、超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０における超音波の送受信を開始できる。これにより、相前後するサイクル同士の時間間隔を短縮することができ、探傷動作を高速化できる。

そして、超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０から超音波が出力されたならば、切り替え部５５は、レシーバー部５３を超音波振動子Ｄ４９〜Ｄ８０に接続し、パルサー部５２をグループ＃ｇの超音波振動子Ｄ９７〜Ｄ１２８に接続させる。

以後は、同様な選択動作を繰り返し行う。簡単に説明すると、第３サイクルではグループ＃ｇ（超音波振動子Ｄ９７〜Ｄ１２８）による探傷動作を、第４サイクルではグループ＃ｃ（超音波振動子Ｄ３３〜Ｄ６４）による探傷動作を、第５サイクルではグループ＃ｆ（超音波振動子Ｄ８１〜Ｄ１１２）による探傷動作を、それぞれ行う。同様に、第６サイクルではグループ＃ｂ（超音波振動子Ｄ１７〜Ｄ４８）による探傷動作を、第７サイクルではグループ＃ｅ（超音波振動子Ｄ６５〜Ｄ９６）による探傷動作を、それぞれ行う。

ところで、この実施形態では、各グループ＃ａ〜＃ｇが、超音波振動子のＭ／２個分だけ配列方向にずらされている。このため、第１選択パターンと第２選択パターンのいずれでも、各グループが重複している範囲（超音波振動子Ｄ１７〜Ｄ１１２）については、複数のグループによって探傷動作が行われる。これにより、探傷の精度を高めることができる。

この場合、先の探傷動作で生成され、被検体の底部と表面との間で垂直方向に反射を繰り返す超音波エコー（第２多重エコー）が十分減衰するまで時間を空ける必要がある。この点に関し、この第１選択パターンでは、先の探傷動作と同じ範囲の探傷動作を行うまで、少なくとも１サイクル分の非探傷期間を挟んでいる。これにより、先の探傷動作で生成された超音波エコーが十分に減衰した後に、後の探傷処理を行うことができる。その結果、直前に制御対象としたグループで生成された超音波エコーの影響を確実に抑制できる。

図９は、第２選択パターンを説明する図である。第２選択パターンでは、直前に制御対象としたグループから、このグループを構成する超音波振動子の数の２倍以上、素子の配列方向に離れたグループを、次に制御対象とするグループに定めている。

すなわち、第１サイクルではグループ＃ａによる探傷動作を、第２サイクルではグループ＃ｅによる探傷動作を、第３サイクルではグループ＃ｂによる探傷動作を、第４サイクルではグループ＃ｆによる探傷動作を、それぞれ行っている。また、第５サイクルではグループ＃ｃによる探傷動作を、第６サイクルではグループ＃ｇによる探傷動作を、第７サイクルではグループ＃ｄによる探傷動作を、それぞれ行っている。

この第２選択パターンでも、先に動作対象とされたグループと次に動作対象となるグループとが、超音波振動子の配列方向に対して十分に離れているので、各サイクル同士の時間間隔を短縮することができ、探傷動作の高速化が図れる。

＜１グループが３２素子の場合の比較例について＞
ここで、選択パターンが異なる比較例について簡単に説明する。図１０（ａ）は、Ｍ／２の間隔でグループを切り替えた第１比較例を示し、図１０（ｂ）は、Ｍ又は１．５Ｍの間隔でグループを切り替えた第２比較例を示す。図１１（ａ）は、２．５Ｍ又は３Ｍの間隔でグループを切り替えた第３比較例を示し、図１１（ｂ）は、３Ｍ又は３．５Ｍの間隔でグループを切り替えた第４比較例を示す。

第１比較例では、相前後して選択されるグループにおいて、１６個の超音波振動子が重複している。例えば、第１サイクルで選択されるグループ＃ａと第２サイクルで選択されるグループ＃ｂでは、超音波振動子Ｄ１７〜Ｄ３２が重複して用いられる。このため、先に動作対象とされたグループ＃ａによる超音波エコーが十分に減衰しないと、次のグループ＃ｂによる探傷動作が行えない。この点は、他のグループの選択時にも同様である。

第２比較例では、相前後して選択されるグループにおいて、端部に位置する超音波振動子が互いに隣接している。例えば、第１サイクルで選択されるグループ＃ａと第２サイクルで選択されるグループ＃ｃでは、グループ＃ａに属する超音波振動子Ｄ１６とグループ＃ｃに属する超音波振動子Ｄ１７とが隣接している。このため、先に動作対象とされたグループ＃ａによる超音波エコーが十分に減衰しないと、超音波が干渉してしまうので次のグループ＃ｃによる探傷動作が行えない。

第３比較例では、相前後して選択されるグループにおいて、端部に位置する超音波振動子が互いに隣接するサイクルが生じる。例えば、第２サイクルで選択されるグループ＃ｆと第３サイクルで選択されるグループ＃ｄでは、グループ＃ｄに属する超音波振動子Ｄ８０とグループ＃ｆに属する超音波振動子Ｄ８１とが隣接している。このため、先に動作対象とされたグループ＃ｆによる超音波エコーが十分に減衰しないと、次のグループ＃ｄによる探傷動作が行えない。

第４比較例では、相前後して選択されるグループにおいて、１６個の超音波振動子が重複している。例えば、第２サイクルで選択されるグループ＃ｇと第３サイクルで選択されるグループ＃ｆでは、超音波振動子Ｄ９７〜Ｄ１１２が重複して用いられる。このため、先に動作対象とされたグループ＃ｇによる超音波エコーが十分に減衰しないと、次のグループ＃ｆによる探傷動作が行えない。

このように第１〜第４比較例の何れも、先に動作対象とされたグループと次に動作対象とされるグループの時間間隔を狭めることができず、探傷動作を高速化することは困難といえる。

＜１グループが１６素子の場合の探傷動作について＞
次に、１グループが１６素子の場合の探傷動作について説明する。ここで、図１２〜図１４は、１グループが１６素子の場合の探傷動作を模式的に説明する図である。これらの例では、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ１６によってグループ＃ａが構成され、超音波振動子Ｄ９〜Ｄ２４によってグループ＃ｂが構成される。以下同様に、他のグループは、８素子分（Ｍ／２）ずつ配列方向にずれた範囲の１６個の超音波振動子によって構成される。従って、超音波振動子Ｄ１１３〜Ｄ１２８によって最終のグループ＃ｏが構成される。

そして、図１２の第１選択パターンでは、直前に制御対象にしたグループから、このグループを構成する超音波振動子の数の１．５倍分以上、素子の配列方向（電子走査方向）に離れたグループを、次に制御対象とするグループに定めている。すなわち、第１サイクルではグループ＃ａ（Ｄ１〜Ｄ１６）が選択され、第２サイクルではグループ＃ｄ（Ｄ２５〜Ｄ４０）が選択される。そして、第５サイクルでグループ＃ｍ（Ｄ９７〜Ｄ１１２）が選択された後、第６サイクルではグループ＃ｂ（Ｄ９〜Ｄ２４）が選択される。

そして、この第１選択パターンでは、先の探傷動作と同じ範囲の探傷動作を行うまで、４サイクル分の非探傷期間を挟んでいる。例えば、第１サイクルで超音波振動子Ｄ９〜Ｄ１６により探傷された範囲は、第６サイクルまで探傷されない。同様に、第１０サイクルで超音波振動子Ｄ１１３〜Ｄ１２０により探傷された範囲は、第１５サイクルまで探傷されない。

このように、この第１選択パターンは、垂直方向の多重エコー（第２多重エコー）が減衰しにくい素材の被検体に対して有効な探傷方法といえる。

図１３の第２選択パターンでは、直前に制御対象にしたグループから、このグループを構成する超音波振動子の数の２倍分以上、素子の配列方向に離れたグループを、次に制御対象とするグループに定めている。すなわち、第１サイクルではグループ＃ａ（Ｄ１〜Ｄ１６）が選択され、第２サイクルではグループ＃ｅ（Ｄ３３〜Ｄ４８）が選択される。そして、第４サイクルでグループ＃ｍ（Ｄ９７〜Ｄ１１２）が選択された後、第５サイクルではグループ＃ｂ（Ｄ９〜Ｄ２４）が選択される。

この第２選択パターンでは、先の探傷動作と同じ範囲の探傷動作を行うまで、３サイクル分の非探傷期間を挟んでいる。例えば、第１サイクルで超音波振動子Ｄ９〜Ｄ１６により探傷された範囲は、第５サイクルまで探傷されない。同様に、第８サイクルで超音波振動子Ｄ１１３〜Ｄ１２０により探傷された範囲は、第１２サイクルまで探傷されない。

この第２選択パターンは、相前後して選択されるグループ間の配列方向の距離と、非探傷期間とが必要なだけ確保されている。このため、垂直方向の多重エコー（第２多重エコー）と配列方向の多重エコー（第１多重エコー）の減衰が標準的な時間で収まる素材の被検体に対して有効な探傷方法といえる。

図１４の第３選択パターンでは、直前に制御対象にしたグループから、このグループを構成する超音波振動子の数の２．５倍分以上、素子の配列方向に離れたグループを、次に制御対象とするグループに定めている。すなわち、第１サイクルではグループ＃ａ（Ｄ１〜Ｄ１６）が選択され、第２サイクルではグループ＃ｆ（Ｄ４１〜Ｄ５６）が選択される。そして、第３サイクルでグループ＃ｋ（Ｄ８１〜Ｄ９６）が選択された後、第４サイクルではグループ＃ｂ（Ｄ９〜Ｄ２４）が選択される。

この第３選択パターンでは、先の探傷動作と同じ範囲の探傷動作を行うまで、２サイクル分の非探傷期間を挟んでいる。

この第３選択パターンは、第１，２選択パターンに比べて非探傷期間が短く、相前後して選択されるグループ間の配列方向の距離が長くなっている。このため、配列方向の多重エコー（第１多重エコー）が拡がりやすい素材の被検体に対して有効な探傷方法といえる。

なお、一般に超音波の周波数が低いほど減衰が少なくビームの指向角が広い。このため周波数が低いほど第一多重エコー、第二多重エコーの影響が大きくなる。このためより高速の探傷を行うに当たり被検査材の減衰の影響を考慮したうえで、繰り返し周波数が高くなるパターンの選択を行う。

＜変形例について＞
ところで、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、選択パターンに関し、超音波振動子Ｄ１〜Ｄ３２で構成されるグループ＃ａを第１サイクルで選択したが、第１サイクルにて他のグループ＃ｂ〜＃ｇを選択してもよい。他のグループ＃ｂ〜＃ｇを第１サイクルで選択した場合、この選択したグループを基準にして次のサイクルで用いられるグループを選択すればよい。

また、超音波振動子の全体数と各グループを構成する超音波振動子の数とは、種々定めることができる。

ここで、１６素子の場合の探傷動作から判るように、相前後して選択されるグループ間の配列方向の距離を長くすると、先の探傷動作と同じ範囲の探傷動作を行うまでのサイクル（非探傷期間）が短くなる。反対に、相前後して選択されるグループ間の配列方向の距離を短くすると、先の探傷動作と同じ範囲の探傷動作を行うまでのサイクルが長くなる。

このような特性を利用し、相前後して選択されるグループ間の配列方向と非探傷期間の組み合わせを、予め複数種類用意しておき、被検体の種類に応じて最適な組み合わせを選択するようにしてもよい。

この場合、例えば、各グループの選択パターンを定める複数種類のデータを、主制御部５１のメモリー５１ｂに記憶させ、被検体の種類情報を、パーソナルコンピュータ６を介して主制御部５１のＣＰＵ５１ａに与える。そして、ＣＰＵ５１ａは、被検体の種類情報に適した選択パターンのデータをメモリー５１ｂから読み出し、制御を行う。

また、前述の実施形態では、探傷精度を高めるため、各グループをＭ／２ずつずらした例を示したが、ずらし量はＭ／２に限定されない。例えば２／３×Ｍであってもよい。

１…水槽，２…アレイプローブ，２Ａ…リニアアレイプローブ，２Ｂ…サークルアレイプローブ，２１…ケース，２２…プレート材，２３…ケーブル，２４…ケース，２５…送受信面，３…走査機構部，４…ステージ，５…フェイズドアレイ超音波探傷器，５１…主制御部，５１ａ…ＣＰＵ，５１ｂ…メモリー，５２…パルサー部，５３…レシーバー部，５４…信号処理部，５５…切り替え部，６…パーソナルコンピュータ，７…モニター，８…プリンタ，ＳＰ，ＳＰ１，ＳＰ２…被検体

Claims (4)

1. 一方向に配列された複数の超音波振動子を備えたプローブと、
   前記超音波振動子を励振させるための動作信号を出力するパルサー部と、
   前記超音波振動子が超音波エコーを受信するのに応じて、前記超音波振動子が受信した前記超音波エコーの強度に応じた出力を取得し、エコー信号として出力するレシーバー部と、
   前記パルサー部による前記動作信号の出力を制御するとともに、前記エコー信号の強度から被検体の損傷に関する情報を生成する制御部と、
   を有する超音波探傷装置であって、
   前記複数の超音波振動子は、
   複数のグループにグループ化されており、
   前記制御部は、
   前記グループ単位で、前記動作信号の出力と前記エコー信号の受信の制御をするものであり、
   直前に制御対象としたグループから所定の間隔以上に離れたグループを、次の制御対象とすることを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記制御部は、
   前記直前に制御対象としたグループで送受信される超音波エコーが干渉しない間隔以上に離れたグループを、次の制御対象とすることを特徴とする、請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記制御部は、
   前記直前に制御対象としたグループから、当該グループを構成する前記超音波振動子の数の１．５倍分以上離れたグループを、前記次の制御対象とすることを特徴とする、請求項２に記載の超音波探傷装置。
4. 前記複数の超音波振動子は、
   互いに隣り合うＭ個の前記超音波振動子を備えた複数のグループが、互いにＭ／２個に相当する間隔の分ずれた位置に定められていることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の超音波探傷装置。

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