JP2014052333A

JP2014052333A - 超音波検査装置と方法

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Publication number: JP2014052333A
Application number: JP2012198376A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawasaki; 拓川▲崎▼; Tatsuya Hikichi; 達矢引地; Saburo Shibata; 三郎芝田; Hideyuki Nakamura; 英之中村; Takahiro Arakawa; 敬弘荒川
Original assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Current assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: US10345268B2; US20150160167A1; JP6066635B2; EP2894470A1; EP2894470B1; EP2894470A4; WO2014038648A1

Abstract

【課題】周波数変調させた超音波を発生させ、その反射波の受信データに対してパルス圧縮を行う場合に、周波数変調させた超音波の歪みをなくし、これにより、欠陥位置をさらに高精度に求めることを可能にする。
【解決手段】被検査体１に取り付けられる超音波送信器３と、超音波送信器３から被検査体１の内部に伝播した超音波の反射波を受ける超音波受信器５と、超音波受信器５により受けた反射波の波形を示す受信データに基づいて、被検査体１内における欠陥１ａの位置を特定するための位置特定データを求めるデータ処理装置７と、を設ける。超音波送信器３により発生させられる超音波は、周波数変調されており、かつ、この超音波の波形は、超音波送信器３および超音波受信器５の共振周波数から外れた各周波数の成分からなる。データ処理装置７は、受信データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮部２１を有し、パルス圧縮された受信データに基づいて、位置特定データを求める。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検査体の内部に超音波を伝播させ、被検査体内の欠陥で反射した超音波に基づいて、被検査体の欠陥の位置を求めるための超音波検査装置と方法に関する。

例えば、溶接部を有する金属材（鋼材）を被検査体として、被検査体の溶接部における欠陥の位置を超音波で求めることが行われている。

この検査方法として、ＴＯＦＤ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法がある。

このＴＯＦＤ法は、次のように行われている。図１において、超音波送信器３３は、超音波を発生させる。この超音波には、被検査体１の表面を伝わるラテラル波と、被検査体１の内部を伝わる内部伝播波がある。内部伝播波には、被検査体１の内部における欠陥１ａ（この例では、溶接部内の欠陥）の上端で反射するものと、当該欠陥１ａの下端で反射するものと、被検査体１の底面で反射するものが含まれる。超音波の発生時点を時間計測の原点として、超音波受信器３５がラテラル波を検出する時間をｔ１とし、欠陥１ａの上端からの反射波を超音波受信器３５が検出する時間をｔ２とし、欠陥１ａの下端からの反射波を超音波受信器３５が検出する時間をｔ３とし、被検査体１の底面からの反射波を超音波受信器３５が検出する時間をｔ４とする。超音波送信器３３と超音波受信器３５の間隔を一定に維持したまま、被検査体１に対する超音波送信器３３と超音波受信器３５の取り付け位置を、少しずつ、図１の右側に移動させ、各取り付け位置で、超音波送信器３３と超音波受信器３５により上述の時間ｔ１〜ｔ４を検出する。

このように得られた時間のデータを図２に表わす（ｔ４は図示を省略する）。図２において、横軸は、超音波送信器３３の位置を示し、縦軸は、超音波の発生時点を原点とした時間を示す。ｔ１〜ｔ３は、図２に示す直線または曲線になる。ｔ２とｔ３が最も小さくなる時に、超音波送信器３３から欠陥１ａまでの距離と、超音波受信器３５から欠陥１ａまでの距離が同じであると推定できる。したがって、ｔ２とｔ３の最小値と、超音波送信器３３と超音波受信器３５との既知の距離とに基づいて、欠陥１ａの位置（図１の左右方向の位置と、当該位置から欠陥１ａまでの距離）を求めることができる。

このようなＴＯＦＤ法は、例えば下記の特許文献１に記載されている。また、本発明の実施形態における振幅変調に関して、下記の非特許文献１がある。

特開２００４−１１７１３７号公報

ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＩｍａｇｅｓＵｓｉｎｇＰｕｌｓｅＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ４８（２００９）０７ＧＣ０８

被検査体の内部における欠陥の位置を高精度に特定するために、パルス圧縮を用いることが考えられる。この場合、超音波送信器は、周波数変調された超音波を発生させ、この超音波の反射波を超音波受信器で受けて受信データを得る。この受信データに対してパルス圧縮を行うことにより、欠陥の位置を高精度に特定することができる。

従来において、高い効率で超音波を発生させるために、周波数変調した超音波の波形が、超音波送信器の共振周波数の成分を有するようにしている。

しかし、周波数変調された超音波は、歪みが生じていることが多い。例えば、後述する図９（Ｂ）は、周波数変調された超音波の反射波のデータである。図９（Ｂ）において、破線Ａで囲んだ部分において、超音波の波形に歪みが生じている。

そこで、本発明の目的は、周波数変調させた超音波を発生させ、その反射波の受信データに対してパルス圧縮を行う場合に、周波数変調させた超音波の歪みをなくし、これにより、欠陥位置をさらに高精度に求めることを可能にすることにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、被検査体の内部に超音波を伝播させ、被検査体内の欠陥で反射した超音波に基づいて、被検査体の欠陥の位置を求めるための超音波検査装置であって、
被検査体に取り付けられ、被検査体の内部に伝播する超音波を発生させる超音波送信器と、
被検査体の内部に伝播した超音波の反射波を受ける超音波受信器と、
超音波受信器により受けた反射波の波形を示す受信データに基づいて、被検査体内における欠陥の位置を特定するための位置特定データを求めるデータ処理装置と、を備え、
超音波送信器により発生させられる超音波は、周波数変調されており、かつ、当該超音波の波形は、超音波送信器および超音波受信器の共振周波数から外れた各周波数の成分からなり、
データ処理装置は、前記受信データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮部を有し、パルス圧縮された受信データに基づいて、位置特定データを求めることを特徴とする。

本発明の好ましい実施形態によると、超音波送信器は、設定期間にわたって、周波数変調された超音波を発生させ、
この超音波は、設定期間の開始時点から第１中間時点まで、振幅が次第に大きくなり、第１中間時点から第２中間時点まで、振幅が一定に保たれ、第２中間時点から設定期間の終了時点まで、振幅が次第に小さくなる。

本発明の好ましい実施形態によると、超音波受信器と超音波送信器の被検査体への取り付け位置を変え、または、複数の超音波受信器と超音波送信器を被検査体における互いに異なる取り付け位置に設置し、
各取り付け位置で、超音波送信器は、被検査体内に超音波を伝播させ、超音波受信器は、この超音波の反射波を受け、
超音波検査装置は、取り付け位置毎に得られた受信データを記録する波形記録部を備え、
前記データ処理装置は、
取り付け位置毎に、受信データに基づいて、超音波送信器が超音波を発生させた時点から、この超音波の反射波を超音波受信器が受けた時点までの伝播時間を位置特定データとして求める伝播時間特定部と、
複数の取り付け位置についてそれぞれ求めた複数の伝播時間に対して開口合成を行うことにより、被検査体内における欠陥の位置を求める開口合成部と、を有する。

また、上述の目的を達成するため、本発明は、被検査体の内部に超音波を伝播させ、被検査体内の欠陥で反射した超音波に基づいて、被検査体の欠陥の位置を求めるための超音波検査方法であって、
（Ａ）超音波送信器と超音波受信器とを被検査体に取り付け、
（Ｂ）超音波送信器により、被検査体内に伝播する超音波を発生させ、
（Ｃ）前記（Ｂ）により被検査体の内部に伝播した超音波の反射波を、超音波受信器で受け、
（Ｄ）超音波受信器により受けた反射波の波形を示す受信データに基づいて、被検査体内における欠陥の位置を特定するための位置特定データを求め、
前記（Ｂ）で発生させられる超音波は、周波数変調されており、かつ、当該超音波の波形は、超音波送信器および超音波受信器の共振周波数から外れた各周波数の成分からなり、
前記（Ｄ）では、前記受信データに対してパルス圧縮を行い、パルス圧縮された受信データに基づいて、位置特定データを求めることを特徴とする。

上述した本発明では、超音波送信器からの周波数変調された超音波が、超音波送信器および超音波受信器の共振周波数から外れた各周波数の成分からなる場合には、超音波の波形の歪みを防止できる。このことは、後述するように試験で確認された。

ＴＯＦＤ法による超音波検査方法の説明図である。ＴＯＦＤ法により得られた超音波の伝播時間を示すグラフである。本発明の実施形態による超音波検査装置を示す。本発明の実施形態による超音波検査方法を示すフローチャートである。パルス圧縮部を示す。パルス圧縮のために分解された各周波数成分の波形を示す。（Ａ）〜（Ｃ）は、パルス圧縮のために時間軸上の位置を調整された各周波数成分の波形を示し、（Ｄ）は、パルス圧縮された波形を示す。開口合成の説明図である。（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、送信振動子および受信振動子の共振周波数の成分を有する超音波の生成波形と受信波形を示し、（Ｃ）（Ｄ）は、それぞれ、送信振動子の共振周波数の成分を有しない超音波の生成波形と受信波形を示す。本発明の実施形態による振幅変調の効果を説明するグラフである。（Ａ）は、本発明の実施形態により振幅変調された波形を示し、（Ｂ）は、振幅変調された比較例の波形を示す。（Ａ）は、本発明の実施例による受信データの波形を示し、（Ｂ）は、比較例による受信データの波形を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図３は、本発明の実施形態による超音波検査装置１０を示す。超音波検査装置１０は、被検査体１の内部に超音波を伝播させ、被検査体１内の欠陥１ａで反射した超音波に基づいて、被検査体１の欠陥１ａの位置を求めるためのものである。被検査体１は、金属材（例えば鋼材）であってよい。この場合、欠陥１ａは、金属材の溶接部の内部に存在するもの（例えば空隙）であってよい。ただし、本発明によると、被検査体１と欠陥１ａは、他のものであってもよい。

超音波検査装置１０は、超音波送信器３と超音波受信器５とデータ処理装置７とを備える。

超音波送信器３は、被検査体１に取り付けられ、被検査体１の内部に伝播する超音波を発生させる。超音波送信器３により発生させられる超音波は、周波数変調されており、かつ、当該超音波の波形は、超音波送信器３および超音波受信器５の共振周波数から外れた各周波数の成分からなる。超音波送信器３は、波形生成部９と増幅部１１と送信振動子１３を有する。

波形生成部９は、上述のように周波数変調され、かつ、振幅変調された波形の電圧を発生させる。この波形の周波数は、周波数変調により、設定期間にわたって、経過時間に伴い次第に増加または減少している。また、この波形の振幅は、振幅変調により、設定期間の開始時点から第１中間時点まで、振幅が次第に大きくなり、第１中間時点から第２中間時点まで、振幅が一定に保たれ、第２中間時点から設定期間の終了時点まで、振幅が次第に小さくなっている（なお、この波形の具体例は、後で図１１（Ａ）に基づいて説明する）。好ましくは、設定期間の第１中間時点から第２中間時点までの時間は、設定期間の開始時点から終了時点までの時間の１／３以上である。

このように振幅変調された波形により、超音波が被検査体１の伝播中に減衰することを抑えられる。すなわち、超音波送信器３（送信振動子１３）からの超音波が、減衰しやすい部分を通過しても、あるいは長い距離を伝播しても、その減衰を小さく抑えられる。ここで、減衰しやすい部分とは、金属の被検査体１における溶接部、被検査体１における材質が異なる部分同士の境界、または、密度が低い材料（例えば、ステンレス）で形成された部分である。
上述の振幅変調は、好ましくは、次の[数１]に示す窓関数を用いて行われる。［数１］において、ｋは、任意の値であり、ｔは時間を示し、Ｐ_ｔｒは、プリトリガ率を示す。［数１］により、Ｗ（ｔ）で表される振幅を有する波形が生成される。

波形生成部９が生成する波形は、超音波送信器３（送信振動子１３）および超音波受信器５（受信振動子１５）の共振周波数を有しない。すなわち、波形生成部９が生成する波形は、超音波送信器３（送信振動子１３）および超音波受信器５（受信振動子１５）の共振周波数から外れた各周波数の成分からなる。これにより、超音波送信器３が発生させる超音波の歪みを防止できる。

増幅部１１は、波形生成部９が生成する波形の電圧を、一定のゲインで増幅して送信振動子１３に印加する。

送信振動子１３は、被検査体１に取り付けられる。送信振動子１３は、被検査体１に取り付けられた状態で、波形生成部９が生成する波形を有する電圧が印加されることにより、振動して被検査体１に超音波を発生させる。この超音波は、波形生成部９が生成した波形に従った波形（すなわち、周波数と振幅の時間的変化）を有する。このような送信振動子１３は、圧電素子であってよい。

超音波受信器５は、被検査体１の内部に伝播した超音波の反射波を受けて、この反射波の波形を示す受信データを記録する。超音波受信器５は、受信振動子１５と増幅部１７と波形記録部１９を有する。

受信振動子１５は、被検査体１の内部に伝播した超音波の反射波を受けることにより振動し、この振動にしたがった波形の電圧を発生させる。このような受信振動子１５は、圧電素子であってよい。

増幅部１７は、受信振動子１５が発生させた電圧を、一定のゲインで増幅する。

波形記録部１９は、増幅部１７により増幅された電圧の波形を示す受信データを記録する。

データ処理装置７は、パルス圧縮部２１と伝播時間特定部２３と開口合成部２５を有する。

パルス圧縮部２１は、波形記録部１９に記録された受信データに対してパルス圧縮を行う。データ処理装置７は、パルス圧縮された受信データに基づいて、被検査体１内における欠陥１ａの位置を特定するための位置特定データを求める。

伝播時間特定部２３は、パルス圧縮部２１によりパルス圧縮された波形に基づいて、送信振動子１３が超音波を発生させた時点から、この超音波の反射波を受信振動子１５が受けた時点までの伝播時間を上述の位置特定データとして求める。

送信振動子１３と受信振動子１５の各取り付け位置について、受信振動子１５と増幅部１７とパルス圧縮部２１と伝播時間特定部２３により、伝播時間を特定する。具体的には、送信振動子１３と受信振動子１５は、図３の紙面と垂直な方向の位置が同じであるとして、送信振動子１３と受信振動子１５との距離を一定に保ったまま、送信振動子１３と受信振動子１５の被検査体１への取り付け位置を、少しずつ、図３の左右方向に移動させ、送信振動子１３と受信振動子１５の各取り付け位置で、送信振動子１３から超音波を発生させ、この超音波の反射波を受信振動子１５で受け、この反射波を示す受信データに基づいて、増幅部１７とパルス圧縮部２１と伝播時間特定部２３により伝播時間を特定する。すなわち、増幅部１７とパルス圧縮部２１と伝播時間特定部２３により、取り付け位置毎に、受信振動子１５が受けた反射波の波形を示す受信データに基づいて、超音波送信器３が超音波を発生させた時点から、この超音波の反射波を超音波受信器５が受けた時点までの伝播時間を求める。
なお、本願において、超音波送信器３（送信振動子１３）と超音波受信器５（受信振動子１５）の取り付け位置とは、超音波送信器３または超音波受信器５の位置を意味する。

開口合成部２５は、複数の取り付け位置についてそれぞれ求めた複数の伝播時間に対して開口合成を行うことにより、被検査体１内における欠陥１ａの位置を求める。

図４は、本発明の実施形態による超音波検査方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、超音波送信器３と超音波受信器５を被検査体１に取り付ける。

ステップＳ２において、超音波送信器３により、被検査体１内に伝播する超音波を発生させるととともに、被検査体１の内部に伝播した当該超音波の反射波を、超音波受信器５で受ける。

ステップＳ３において、超音波受信器５により受けた反射波の波形を示す受信データを、波形記録部１９により記録する。

ステップＳ４において、ステップＳ２を設定回数だけ行ったかを判断する。この判断が否定である場合には、ステップＳ５へ進み、この判断が肯定である場合には、ステップＳ８へ進む。なお、設定回数は、２以上の整数である。

ステップＳ５において、送信振動子１３と受信振動子１５との距離を一定に保ったまま、送信振動子１３と受信振動子１５の被検査体１への取り付け位置を変える。図３の例では、取り付け位置を図３の左右方向に変える。

ステップＳ５を終えたら、ステップＳ２へ戻り、ステップＳ２、Ｓ３を再び行う。ステップＳ２、Ｓ３により得られた受信データ毎に、当該受信データに対してステップＳ６、Ｓ７を行う。

ステップＳ６では、パルス圧縮部２１により、ステップＳ３で記録した受信データに対してパルス圧縮を行う。

ステップＳ７では、伝播時間特定部２３により、ステップＳ６によりパルス圧縮された波形に基づいて、送信振動子１３が超音波を発生させた時点から、この超音波の反射波を受信振動子１５が受けた時点までの伝播時間を求める。

ステップＳ８では、開口合成部２５により、設定回数と同じ数の取り付け位置についてそれぞれステップＳ７で求めた複数の伝播時間に対して開口合成を行うことにより、被検査体１内における欠陥１ａの位置を求める。

ステップＳ６のパルス圧縮について、より詳しく述べる。

パルス圧縮部２１は、図５に示すように、分解部２７と時間軸調整部２９と加算部３１とを有する。分解部２７は、入力された受信データを、互いに異なる複数の周波数成分に分解する。図５の例では、分解部２７は、受信データを、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３をそれぞれ有する３つの周波数成分Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の波形に分解する。周波数成分Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の波形を図６に示す。時間軸調整部２９は、時間軸において、分解された複数の周波数成分（図６の例では、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）の波形の基準時点（例えば、波形の開始時点または終了時点）を一致させる。基準時点を一致させた周波数成分Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の波形を図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す。加算部３１は、基準時点を一致させた複数の周波数成分の波形を重ね合わせる。すなわち、加算部３１は、各時点において、複数の周波数成分の波形における変位（図７の縦軸の値）を足し合わせる。これにより、パルス圧縮された受信データが加算部３１から出力される。図５の例では、加算部３１は、周波数成分Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の波形を重ね合わせて、図７（Ｄ）に示すパルス圧縮された受信データＷｃを出力する。

ステップＳ８の開口合成について、より詳しく述べる。

開口合成部２５は、送信振動子１３と受信振動子１５の各取り付け位置について、伝播時間に基づいて位置特定データを生成する。この位置特定データは、欠陥１ａが存在する可能性のある範囲を示す。すなわち、位置特定データは、被検査体１の表面位置と、この表面位置から欠陥１ａまでの距離との関係を示す。
図８は、位置特定データＡ、Ｂ、Ｃを示す。図８において、横軸は、被検査体１の表面位置を示し、図３の左右方向の位置に相当する。図８において、縦軸は、被検査体１の表面位置から欠陥１ａまでの距離を示す。また、図８において、実線で描かれた位置特定データＡと、破線で描かれた位置特定データＢと、一点鎖線で描かれた位置特定データＣは、それぞれ、互いに異なる取り付け位置について生成されたものである。

開口合成部２５は、上述のように生成された複数の位置特定データに基づいて、被検査体１における欠陥１ａの位置を特定する。ここで、欠陥１ａの位置とは、被検査体１の表面位置（図８の横軸座標）と当該表面位置から欠陥１ａまでの距離を（図８の縦軸座標）を意味する。図８で説明すると、開口合成部２５は、位置特定データＡ，Ｂ、Ｃが描く３つの曲線の交点Ｐを、欠陥１ａの位置として特定する。

上述した本発明の実施形態によると、以下の効果が得られる。

上述した本発明の実施形態では、超音波送信器３により発生させられる超音波は、超音波送信器３の共振周波数の成分を有しないので、発振超音波の歪みを防止できる。
一方、本発明と違って、超音波送信器３からの周波数変調された超音波が、超音波送信器３および超音波受信器５の共振周波数の成分を有する場合には、超音波送信器３または超音波受信器５に自由共振が起こると、その周波数の成分だけが余分に振動する。この場合、従来において、例えば、チャープ（ＣＨＩＲＰ）波の周波数変調により、共振周波数のみの波数が多くなり、共振周波数の成分と他の周波数の成分とが重なって波形の歪みが生じる。これに対し、本発明の実施形態では、このような歪みを防止できる。

この効果を、図９に基づいて述べる。図９（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、比較例において波形生成部９が生成した波形Ｗ１ａと、この波形Ｗ１ａに対応する受信データの波形Ｗ１ｂを示す。Ｗ１ａは、送信振動子１３と受信振動子１５の共振周波数の成分を有する。一方、図９（Ｃ）（Ｄ）は、本発明の実施例において波形生成部９が生成した波形Ｗ２ａと、この波形Ｗ２ａに対応する受信データの波形Ｗ２ｂを示す。Ｗ２ａは、送信振動子１３と受信振動子１５の共振周波数の成分を有しない。
図９（Ａ）（Ｂ）の場合を述べる。送信振動子１３と受信振動子１５は、５ＭＨｚの共振周波数を有している。図９（Ａ）（Ｂ）において、波形生成部９は、共振周波数５ＭＨｚを含む１ＭＨｚから１０ＭＨｚまで連続する周波数の成分を有する波形Ｗ１ａを生成しており、この波形Ｗ１ａに対する受信データの波形Ｗ１ｂは、図９（Ｂ）のように、破線Ａで囲んだ部分において歪んでいる。
これに対して、図９（Ｃ）（Ｄ）の場合は、次のようになった。送信振動子１３と受信振動子１５は、１５ＭＨｚの共振周波数を有している。図９（Ｃ）において、波形生成部９は、共振周波数１５ＭＨｚを含まない１ＭＨｚから１０ＭＨｚまで連続する周波数の成分を有する波形Ｗ２ａを生成しており、この波形Ｗ２ａに対する受信データの波形Ｗ２ｂは、図９（Ｄ）のように歪んでいない。

送信振動子１３が発生させる超音波は、設定期間の開始時点から第１中間時点まで、振幅が次第に大きくなり、第１中間時点から第２中間時点まで、振幅が一定に保たれ、第２中間時点から設定期間の終了時点まで、振幅が次第に小さくなっている。これにより、被検査体１内を伝播する超音波の減衰を抑えることができる。

この効果を、図１０に基づいて述べる。図１０は、伝播時間が５０μ秒程度になった場合における実施例の波形を示す。図１０において、実線は、波形生成部９が図１１（Ａ）の波形を生成した場合における受信データの振幅の大きさを示し、破線は、波形生成部９が図１１（Ｂ）の波形を生成した場合の受信データを示す。図１０から分かるように、図１１（Ａ）のように第１中間時点から第２中間時点まで振幅が一定に保たれた波形の超音波を発生させる。これにより、波形の振幅を大きく保持する時間が長くなるため、特に低周波数領域における超音波の送信エネルギが大きくなる。その結果、被検査体１を伝播した後の超音波には、低周波数成分が残るので、超音波の減衰が小さくなる。その結果、図１０における実線の波形のように、超音波の減衰を大幅に抑えることができる。なお、図１０の実線と破線は、発生させる超音波の波形が異なる点以外については、同じ条件で得られたデータである。

図１２（Ａ）は、本発明の実施例により得られた受信データの波形を示し、図１２（Ｂ）は、比較例により得られた受信データの波形を示す。

図１２（Ａ）の場合では、超音波送信器３および超音波受信器５の共振周波数が、１５ＭＨｚであり、超音波送信器３が、この共振周波数を含まない１ＭＨｚから１０ＭＨｚまで連続する周波数の成分を有する超音波を発生させた。

図１２（Ｂ）の場合では、超音波送信器および超音波受信器の共振周波数が、５ＭＨｚであり、超音波送信器が、この共振周波数を含む１ＭＨｚから１０ＭＨｚまで連続する周波数の成分を有する超音波を発生させた。

図１２（Ａ）（Ｂ）から分かるように、本実施例では、波長が、比較例よりも大幅に短くなっている。また、本実施例では、受信データの波形において振幅がピークとなる時点から外れた時間では、波形の振幅がゼロに近くなっているのに対し、比較例では、受信データの波形において振幅がピークとなる時点から外れた時間でも、波形の振幅は、比較的大きくなっている。すなわち、比較例では、超音波のサイドローブが発生している。
このように、本実施例により、欠陥の位置を、従来よりも一層高精度に特定することが可能となる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜４のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜４を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じであってよい。

（変更例１）
データ処理装置７は、開口合成部２５を有していなくてもよい。この場合、上述のステップＳ８において、データ処理装置７は、複数の取り付け位置についてそれぞれ得られた伝播時間に基づいて、他の手法（例えばＴＯＦＤ法）により、被検査体１内における欠陥１ａの位置を求めてよい。

（変更例２）
上述では、ステップＳ５で、送信振動子１３と受信振動子１５が互いに対向している方向（図３の左右方向）に、送信振動子１３と受信振動子１５の位置を変化させたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、送信振動子１３と受信振動子１５が互いに対向している方向と交差する方向（例えば図３の紙面と垂直な方向）に、送信振動子１３と受信振動子１５の位置を変化させてもよい。この場合、ステップＳ８において、図３の紙面と垂直な方向における欠陥１ａの位置と、この位置から欠陥１ａまでの距離を求めることができる。

（変更例３）
上述では、ステップＳ５において、送信振動子１３と受信振動子１５の被検査体１への取り付け位置を変えたが、本発明は、これに限定されない。すなわち、複数の超音波送信器３と超音波受信器５を被検査体１における互いに異なる取り付け位置に設置してもよい。これらの取り付け位置は、一直線上に配置されている。この場合、１組の超音波送信器３（送信振動子１３）と超音波受信器５（受信振動子１５）を用いてステップＳ２を行い、ステップＳ５では、別の組の超音波送信器３（送信振動子１３）と超音波受信器５（受信振動子１５）を選択し、当該別の組の超音波送信器３と超音波受信器５を用いて次のステップＳ２を行う。ただし、ステップＳ２で用いられる超音波送信器３（送信振動子１３）と超音波受信器５と（受信振動子１５）との距離は、複数回（設定回数）行われるステップＳ２の間で同じである。この場合、波形生成部９と増幅部１１は、複数の超音波送信器３に共有されてもよいし、超音波送信器３毎に設けられてもよい。同様に、増幅部１７と波形記録部１９は、複数の超音波受信器５に共有されてもよいし、超音波受信器５毎に設けられてもよい。

（変更例４）
被検査体１における欠陥１ａの位置が、被検査体１の表面に沿った方向に関しては既知であり、この欠陥１ａの深さを求める場合には、次のようにしてよい。上述のステップＳ４、Ｓ５、Ｓ８を省略し、ステップＳ７で求めた伝播時間と、超音波送信器３と超音波受信器５の取り付け位置とに基づいて、欠陥１ａの深さを求める。

１被検査体、１ａ欠陥、３超音波送信器、５超音波受信器、７データ処理装置、９波形生成部、１０超音波検査装置、１１増幅部、１３送信振動子、１５受信振動子、１７増幅部、１９波形記録部、２１パルス圧縮部、２３伝播時間特定部、２５開口合成部、２７分解部、２９時間軸調整部、３１加算部、３３超音波送信器、３５超音波受信器

Claims

被検査体の内部に超音波を伝播させ、被検査体内の欠陥で反射した超音波に基づいて、被検査体の欠陥の位置を求めるための超音波検査装置であって、
被検査体に取り付けられ、被検査体の内部に伝播する超音波を発生させる超音波送信器と、
被検査体の内部に伝播した超音波の反射波を受ける超音波受信器と、
超音波受信器により受けた反射波の波形を示す受信データに基づいて、被検査体内における欠陥の位置を特定するための位置特定データを求めるデータ処理装置と、を備え、
超音波送信器により発生させられる超音波は、周波数変調されており、かつ、当該超音波の波形は、超音波送信器および超音波受信器の共振周波数から外れた各周波数の成分からなり、
データ処理装置は、前記受信データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮部を有し、パルス圧縮された受信データに基づいて、位置特定データを求める、ことを特徴とする超音波検査装置。
超音波送信器は、設定期間にわたって、周波数変調された超音波を発生させ、
この超音波は、設定期間の開始時点から第１中間時点まで、振幅が次第に大きくなり、第１中間時点から第２中間時点まで、振幅が一定に保たれ、第２中間時点から設定期間の終了時点まで、振幅が次第に小さくなる、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
超音波受信器と超音波送信器の被検査体への取り付け位置を変え、または、複数の超音波受信器と超音波送信器を被検査体における互いに異なる取り付け位置に設置し、
各取り付け位置で、超音波送信器は、被検査体内に超音波を伝播させ、超音波受信器は、この超音波の反射波を受け、
超音波検査装置は、取り付け位置毎に得られた受信データを記録する波形記録部を備え、
前記データ処理装置は、
取り付け位置毎に、受信データに基づいて、超音波送信器が超音波を発生させた時点から、この超音波の反射波を超音波受信器が受けた時点までの伝播時間を位置特定データとして求める伝播時間特定部と、
複数の取り付け位置についてそれぞれ求めた複数の伝播時間に対して開口合成を行うことにより、被検査体内における欠陥の位置を求める開口合成部と、を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波検査装置。
被検査体の内部に超音波を伝播させ、被検査体内の欠陥で反射した超音波に基づいて、被検査体の欠陥の位置を求めるための超音波検査方法であって、
（Ａ）超音波送信器と超音波受信器とを被検査体に取り付け、
（Ｂ）超音波送信器により、被検査体内に伝播する超音波を発生させ、
（Ｃ）前記（Ｂ）により被検査体の内部に伝播した超音波の反射波を、超音波受信器で受け、
（Ｄ）超音波受信器により受けた反射波の波形を示す受信データに基づいて、被検査体内における欠陥の位置を特定するための位置特定データを求め、
前記（Ｂ）で発生させられる超音波は、周波数変調されており、かつ、当該超音波の波形は、超音波送信器および超音波受信器の共振周波数から外れた各周波数の成分からなり、
前記（Ｄ）では、前記受信データに対してパルス圧縮を行い、パルス圧縮された受信データに基づいて、位置特定データを求める、ことを特徴とする超音波検査方法。