JP2016050782A - 超音波検査方法及び超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥の傾斜角を評価でき、欠陥の範囲又は／及び中心位置の評価精度を高めることができる超音波検査方法及び超音波検査装置を提供する。
【解決手段】超音波検査方法において、被検体１の軸方向及び厚さ方向における欠陥仮想位置ｙｐ，ｚｐ及び仮想傾斜角αからなる三次元座標系にて欠陥のエコー強度を示す三次元画像４１を生成して表示し、三次元画像４１上のエコー強度の一かたまりの分布に対してエコー強度の最大値を求め、これに対応する欠陥の仮想傾斜角αを実傾斜角として求める。そして、欠陥の実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出して、欠陥の仮想位置からなる二次元座標系にて示す二次元画像を生成して表示し、二次元画像上のエコー強度の一かたまりの分布に対応する欠陥の仮想位置の範囲に基づき、欠陥の実範囲又は／及び実中心位置を求める。
【選択図】図１２

Description

本発明は、被検体の表面一方向及び厚さ方向のそれぞれにおける欠陥の範囲又は／及び中心位置の評価を行う超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。

発電プラントにおける構成機器の保全は正常な運転を維持するために必要であり、非破壊検査技術の果たす役割は重要性が高い。特に原子力プラントでは、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）や再循環系配管などの原子炉一次系機器の健全性確保が重要であり、欠陥が生じやすい溶接部に対し、超音波探傷試験（ＵＴ）が実施され、欠陥の検出やその範囲（大きさ）等の評価を行っている。

欠陥の範囲等を評価するための従来の超音波検査方法として、例えば、超音波を送信する送信用探触子と、超音波を受信する受信用探触子と、を用いるタンデム法が知られている（例えば特許文献１参照）。このタンデム法では、欠陥の仮想位置（言い換えれば、欠陥が存在するか否かを観測する位置）に対して溶接部の幅方向一方側に送信用探触子及び受信用探触子を配置する。そして、送信用探触子から欠陥の仮想位置に到達するように超音波を送信し、欠陥が存在する場合に、欠陥で反射された超音波を受信用探触子で受信する。そして、超音波の受信によって欠陥が存在することを検出し、欠陥の存在位置を連続的に検出することにより、欠陥の範囲等の評価を行うことが可能である。

なお、超音波を送信する複数の圧電素子（振動子）からなる送信素子群（送波用振動子群）と、超音波を受信する複数の圧電素子（振動子）からなる受信素子群（受波用振動子群）と、を用いるタンデム法も知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００２−１４０８２号公報 特開２００７−１６３４７０号公報

しかしながら、上記従来技術には、次のような課題が存在する。上述したタンデム法では、例えば被検体の使用中又は使用後の検査であれば、被検体の経年劣化によって生じる欠陥であって、被検体の厚さ方向（又は溶接部の境界方向）に延在する欠陥を想定する。すなわち、欠陥の傾斜角を想定し、その欠陥で高効率に反射する超音波の反射角に基づいて超音波の伝播経路を想定することが可能である。しかし、例えば被検体の製造後（使用前）の検査であれば、被検体の製造時に生じる欠陥を想定するため、欠陥の傾斜角が不明な場合がある。そして、欠陥の傾斜角が想定した値と異なれば、超音波の伝播経路に誤差が生じ、欠陥の範囲又は／及び中心位置の評価に誤差が生じる可能性がある。

本発明の目的は、欠陥の傾斜角を評価でき、欠陥の範囲又は／及び中心位置の評価精度を高めることができる超音波検査方法及び超音波検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、被検体の内部に超音波を送信する送信素子群と、前記被検体の内部に欠陥が存在する場合に、前記欠陥で反射された超音波を受信する受信素子群とを用いる超音波検査方法であって、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置の変更並びに前記欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて予め解析された複数の超音波伝播経路のそれぞれに基づき、前記送信素子群による超音波の送信位置及び送信角並びに前記受信素子群による超音波の受信位置及び受信角を可変制御し、前記超音波伝播経路毎に取得した受信超音波の波形データから前記欠陥のエコー強度を取得し、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角からなる三次元座標系にて前記欠陥のエコー強度を示す場合を想定し、所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対してエコー強度の最大値を求め、このエコー強度の最大値に対応する前記欠陥の仮想傾斜角を実傾斜角として求め、前記欠陥の実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出して、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置からなる二次元座標系にて示す場合を想定し、所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する前記被検体の仮想位置の範囲に基づき、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の実範囲又は／及び実中心位置を求める。

本発明によれば、欠陥の傾斜角を評価でき、欠陥の範囲又は／及び中心位置の評価精度を高めることができる。

本発明の第１の実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における送信用アレイ探触子、受信用アレイ探触子、及び探触子移動装置の構造を表す被検体の軸方向断面図である。 図２中矢印III方向から見た図である。 図２中矢印IV方向から見た図である。 本発明の第１の実施形態における送受信装置の機能的構成をアレイ探触子とともに表すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における超音波伝播経路の解析を説明するための図であり、欠陥の仮想傾斜角α＝０である場合を示す。 本発明の第１の実施形態において被検体の軸方向における欠陥の仮想位置の変化に対応した超音波伝播経路の変化を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態において被検体の厚さ方向における欠陥の仮想位置の変化に対応した超音波伝播経路の変化を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態において欠陥の仮想傾斜角の変化に対応した超音波伝播経路の変化を説明するための図である。 入射側の媒質が鋼、透過側の媒質が空気である場合の媒質境界における横波の反射効率を表す図である。 欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて設定する超音波の送信角及び受信角の具体例を表す図である。 本発明の第１の実施形態における三次元画像の一例を表す図である。 本発明の第１の実施形態における二次元画像の一例を表す図である。 本発明の第１の実施形態における超音波検査方法の手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第２の実施形態における投影画像の一例を表す図である。 本発明の第１の変形例における二次元画像の一例を表す図である。 本発明の第２の変形例における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第３の変形例における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第４の変形例における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第４の変形例における送受信用アレイ探触子及び探触子移動装置の構造を表す被検体の軸方向断面図である。 本発明の第４の変形例における送受信装置の機能的構成をアレイ探触子とともに表すブロック図である。 本発明の第４の変形例における超音波伝播経路の解析を説明するための図であり、欠陥の仮想傾斜角α＝０である場合を示す。 本発明の第４の変形例における超音波伝播経路の解析を説明するための図であり、欠陥の仮想傾斜角α＝０でない場合を示す。 本発明の第４の変形例における超音波検査方法の手順を説明するためのフローチャートである。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。図２は、本実施形態における送信用アレイ探触子、受信用アレイ探触子、及び探触子移動装置の構造を表す被検体の軸方向断面図である。図３は、図２中矢印III方向から見た図であり、図４は、図２中矢印IV方向から見た図である。図５は、本実施形態における送受信装置の機能的構成をアレイ探触子とともに表すブロック図である。

本実施形態の超音波検査装置は、円筒状の被検体１（詳細には、例えば原子炉圧力容器の胴体）において周方向（図３中上下方向、図４中左右方向）に延在する溶接部２を検査対象とし、欠陥３の検出及び評価を行うためのものである。

本実施形態の超音波検査装置は、送信用アレイ探触子４Ａ、受信用アレイ探触子４Ｂ、探触子移動装置５、送受信装置６、伝播経路制御部７、入力装置８、計算装置９、記憶装置１０、及び表示装置１１を備えている。計算装置９は、機能的構成として、伝播経路解析部１２及びエコー強度データ作成部１３を有している。なお、計算装置９はコンピュータや電子部品を搭載した基板等で構成され、記憶装置１０はハードディスクやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等で構成されている。また、表示装置１１はディスプレイ等で構成され、入力装置８はマウスやキーボード、タッチパネル等で構成されている。

探触子移動装置５は、送信用アレイ探触子４Ａ及び受信用アレイ探触子４Ｂを被検体１の外周面に沿って機械的に移動させるものである。この探触子移動装置５は、被検体１の外周側に取付けられた円環状の軌道１４と、この軌道１４に沿って（すなわち、図３及び図４中矢印Ｄ１で示す方向であって、被検体１の周方向に）移動可能に設けられた周方向移動装置１５と、この周方向移動装置１５に設けられ、軌道１４に対して垂直な方向に（すなわち、図２及び図３中矢印Ｄ２で示す方向であって、被検体１の軸方向に）アーム１６を移動させるアーム移動装置１７と、アーム１６に沿って（すなわち、被検体１の軸方向に）移動可能に設けられ、送信用アレイ探触子４Ａを保持する探触子保持装置１８Ａと、アーム１６に沿って移動可能に設けられ、受信用アレイ探触子４Ｂを保持する探触子保持装置１８Ｂとを備えている。

周方向移動装置１５は、軌道１４の外周側に形成されたラック１９と噛み合うピニオン２０と、このピニオン２０を回転させるモータ（図示せず）と、このモータの回転量を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。そして、ピニオン２０が回転することにより、周方向移動装置１５が被検体１の周方向に移動し、これに伴い、送信用アレイ探触子４Ａ及び受信用アレイ探触子４Ｂが被検体１の周方向に移動するようになっている。

アーム移動装置１７は、軌道１４に対して垂直な方向にアーム１６を移動させるモータ（図示せず）と、このモータの回転量を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。そして、アーム１６が被検体１の軸方向に移動することにより、送信用アレイ探触子４Ａ及び受信用アレイ探触子４Ｂが被検体１の軸方向に移動する。これにより、例えば軌道１４の位置を基準として、被検体１の軸方向（言い換えれば、被検体１の表面一方向）における送信用アレイ探触子４Ａと受信用アレイ探触子４Ｂの間の中心位置Ｋを調整可能としている。

探触子保持装置１８Ａは、押付アーム２１Ａと、この押付アーム２１Ａの先端側に取付けられ、送信用アレイ探触子４Ａを保持する探触子ホルダ２２Ａと、押付アーム２１Ａを被検体１側に付勢して、送信用アレイ探触子４Ａを被検体１の表面に押圧する付勢機構（図示しないが、例えばバネ、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダ）とを有している。同様に、探触子保持装置１８Ｂは、押付アーム２１Ｂと、この押付アーム２１Ｂの先端側に取付けられ、受信用アレイ探触子４Ｂを保持する探触子ホルダ２２Ｂと、押付アーム２１Ｂを被検体１側に付勢して、受信用アレイ探触子４Ｂを被検体１の表面に押圧する付勢機構とを有している。

また、探触子保持装置１８Ａは、アーム１６の一方側（図３中下側、図４中右側）側面に形成されたラック２３Ａと噛み合うピニオン２４Ａと、このピニオン２４Ａを回転させるモータ（図示せず）と、このモータの回転量を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。同様に、探触子保持装置１８Ｂは、アーム１６の他方側（図３中上側、図４中左側）側面に形成されたラック２３Ｂと噛み合うピニオン２４Ｂと、このピニオン２４Ｂを回転させるモータ（図示せず）と、このモータの回転量を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。なお、探触子保持装置１８Ａと探触子保持装置１８Ｂは、アーム１６を挟んで対向するように設けられており、互いに干渉しないようになっている。

そして、例えばピニオン２４Ａ，２４Ｂが一方向に同じ回転量で回転すれば、探触子保持装置１８Ａと探触子保持装置１８Ｂが同じ移動量で互いに離れるように移動する。これにより、被検体１の軸方向における送信用アレイ探触子４Ａの中心位置ＣＡと受信用アレイ探触子４Ｂの中心位置ＣＢの間の相対距離Ｌが大きくなる。一方、例えばピニオン２４Ａ，２４Ｂが反対方向に同じ回転量で回転すれば、探触子保持装置１８Ａと探触子保持装置１８Ｂが同じ移動量で互いに近づくように移動する。これにより、被検体１の軸方向における送信用アレイ探触子４Ａの中心位置ＣＡと受信用アレイ探触子４Ｂの中心位置ＣＢの間の相対距離Ｌが小さくなる。このようにしてアレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋを固定したまま、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌを調整可能としている。なお、探触子保持装置１８Ａと探触子保持装置１８Ｂが同一方向に移動したり、異なる移動量で移動することも可能である。

送信用アレイ探触子４Ａは、ウェッジ２５Ａと、ウェッジ２５Ａの傾斜面に配列された複数の圧電素子（振動子）２６Ａとを有している。送信用アレイ探触子４Ａの圧電素子２６Ａの総数（図中では３２個）は、超音波を送信する送信素子群２７Ａを構成する圧電素子の数（図中では４個）より多くなっている。

同様に、受信用アレイ探触子４Ｂは、ウェッジ２５Ｂと、ウェッジ２５Ｂの傾斜面に配列された複数の圧電素子（振動子）２６Ｂとを有している。受信用アレイ探触子４Ｂの圧電素子２６Ａの総数（図中では３２個）は、超音波を受信する受信素子群２７Ｂを構成する圧電素子の数（図中では４個）より多くなっている。

送受信装置６は、入出力制御部２８、遅延時間制御部２９、パルサ３０、レシーバ３１、及びデータ収録部３２を有している。

遅延時間制御部２９は、入出力制御部２８を介して伝播経路制御部７から送信遅延パターン及び受信遅延パターンを入力し、送信遅延パターンに基づいてパルサ３０を制御するとともに、受信遅延パターンに基づいてレシーバ３１を制御するようになっている。

パルサ３０は、送信遅延パターンに基づき、送信用アレイ探触子４Ａの圧電素子２６Ａから送信素子群２７Ａを選択して、送信素子群２７Ａを構成する各圧電素子へ駆動信号を出力するとともに、各駆動信号の出力タイミング（すなわち、各圧電素子の送信タイミング）を制御する。これにより、送信素子群２７Ａによる超音波の送信位置及び送信角を可変制御する。

レシーバ３１は、受信遅延パターンに基づき、受信用アレイ探触子４Ｂの圧電素子２６Ｂから受信素子群２７Ｂを選択して、受信素子群２７Ｂを構成する各圧電素子から波形信号を入力するとともに、各波形信号の入力タイミング（すなわち、各圧電素子の受信タイミング）を制御して合成する。これにより、受信素子群２７Ｂによる超音波の受信位置及び受信角を可変制御する。そして、合成した波形信号に対し所定の処理（詳細には、アナログ信号からデジタル信号への変換処理等）を行って波形データを取得し、データ収録部３２に収録する。この波形データは、超音波の路程と強度（波高値）の関係からなる離散データである。

伝播経路制御部７は、探触子移動装置５及び送受信装置６を連携して制御するものである。そのため、探触子移動装置５からエンコーダの検出情報を入力して、現在の周方向移動装置１５の周方向位置（言い換えれば、アレイ探触子４Ａ，４Ｂの周方向位置）を把握するとともに、現在のアレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋ及び相対距離Ｌを把握している。また、送受信装置６から制御情報を入力して現在の送信遅延パターン及び受信遅延パターンを把握している。

そして、探触子移動装置５に制御指令を出力して、周方向移動装置１５を被検体１の周方向に所定のピッチで移動させて、その周方向位置を可変制御する。これにより、被検体１の周方向における超音波の送信位置及び受信位置を可変制御する。また、記憶装置１０で予め記憶された探触子間中心位置のインデックスデータ３３に基づき、探触子移動装置５に制御指令を出力して、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋを可変制御する。これにより、被検体１の軸方向における超音波の送信位置及び受信位置を可変制御する。また、記憶装置１０で予め記憶された探触子間相対距離のインデックスデータ３４に基づき、探触子移動装置５に制御指令を出力して、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌを可変制御する。これにより、被検体１の軸方向における超音波の送信位置及び受信位置を可変制御する。また、記憶装置１０で予め記憶された遅延パターンのインデックスデータ３５に基づき、送受信装置６に送信遅延パターン及び受信遅延パターンを出力する。これにより、被検体１の軸方向における超音波の送信位置及び受信位置を可変制御するとともに、超音波の送信角及び受信角を可変制御するようになっている。

計算装置９の伝播経路解析部１２は、事前に、上述したインデックスデータ３３，３４，３５を作成するために、入力装置８で入力された被検体１の寸法や音速等の条件に基づき、超音波が効率よく伝播する経路を解析するものである。ここで、本実施形態の特徴の一つとして、被検体１の軸方向及び厚さ方向における欠陥の仮想位置（言い換えれば、欠陥が存在するか否かを観測する位置）の変更だけでなく、欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて超音波の伝播経路を解析するようになっている。

詳細には、まず、例えば図６で示すように、欠陥３の仮想傾斜角α＝０である場合（すなわち、欠陥３が被検体１の厚さ方向に延在している場合）を想定して、超音波の伝播経路を解析する。被検体１の周方向をＸ軸とし、被検体１の軸方向をＹ軸（詳細には、例えば軌道１４の位置をＹ＝０）とし、被検体１の厚さ方向をＺ軸（詳細には、被検体１の外周面の位置をＺ＝０）として、検査範囲Ｓを設定するとともに、検査範囲Ｓ内の欠陥３の仮想位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）を設定する。そして、例えば、送信用探触子４Ａの送信素子群２７Ａからウェッジ２５Ａを介し被検体１に送信された横波モードの超音波が、被検体１の内周面で一度反射した後、欠陥３の仮想位置Ｐに到達する場合を想定する。また、欠陥３の仮想位置Ｐで反射された超音波が受信用探触子４Ｂの受信素子群２７Ｂにウェッジ２５Ｂを介し受信される場合を想定する。このような超音波伝播経路Ｆによれば、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋ及び相対距離Ｌは、下記の式（１）を用いて演算することができる。

ここで、ｔは被検体１の厚さである。また、θ_ｔは送信素子群２７Ａによる超音波の送信角（屈折角）、θ_ｒは受信素子群２７Ｂによる超音波の受信角（屈折角）である。なお、本実施形態では、欠陥３の仮想傾斜角α＝０である場合に、送信角θ_ｔ＝受信角θ_ｒ＝基準屈折角θ_０（詳細には、例えば４５度）としている。また、欠陥３の仮想傾斜角α＝０である場合に、送信素子群２７Ａによる超音波の送信位置Ｅ_ｔを送信用アレイ探触子４Ａの中心位置ＣＡとし、受信素子群２７Ｂによる超音波の受信位置Ｅ_ｒを受信用アレイ探触子４Ｂの中心位置ＣＢとしている。

上記の式（１）から明らかなように、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋは、被検体１の軸方向における欠陥３の仮想位置ｙｐに対応する。すなわち、例えば図７（ａ）で示すように、ｙｐ＝０を想定した場合、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋ＝Ｋ_１に制御すればよい。また、例えば図７（ｂ）で示すように、ｙｐ＝ｙｐ＿maxを想定した場合、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋ＝Ｋ_２（但し、Ｋ_２＞Ｋ_１）に制御すればよい。そのため、欠陥３の仮想位置ｙｐの変更に応じてアレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋを順次演算し、それらをインデックスデータ３３として記憶装置１０に記憶させる。

また、上記の式（１）から明らかなように、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌは、被検体１の厚さ方向における欠陥３の仮想位置ｚｐに対応する。すなわち、例えば図８（ａ）で示すように、ｚｐ≒０を想定した場合、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌ＝Ｌ_１に制御すればよい。また、例えば図８（ｂ）で示すように、ｚｐ≒ｚｐ＿maxを想定した場合、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌ＝Ｌ_２（但し、Ｌ_２＜Ｌ_１）に制御すればよい。そのため、欠陥３の仮想位置ｚｐの変更に応じてアレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌを順次演算し、それらをインデックスデータ３４として記憶装置１０に記憶させる。

次に、欠陥３の仮想傾斜角α＝０でない場合を想定して、超音波の伝播経路を解析する。この場合、α＝０である場合に対して、送信素子群２７Ａによる超音波の送信位置Ｅ_ｔ及び送信角θ_ｔを変更するとともに、受信素子群２７Ｂによる超音波の受信位置Ｅ_ｒ及び受信角θ_ｒを変更しなければならない。具体的には、例えば図９（ａ）で示すように、α＝α_１（但し、α_１＞０）である場合、送信素子群２７Ａによる超音波の送信位置Ｅ_ｔを、欠陥３の仮想位置Ｐに近づけるようにシフト量ΔＴだけシフトする。また、受信素子群２７Ｂによる超音波の受信位置Ｅ_ｒを、欠陥３の仮想位置Ｐから離れるようにシフト量ΔＲだけシフトする。また、超音波の送信角θ_ｔを、補正値β_ｔ（但し、α＞０の場合、β_ｔ＜０）だけ補正する。また、超音波の受信角θ_ｒを、補正値β_ｒ（但し、α＞０の場合、β_ｒ＞０）だけ補正する。

また、例えば図９（ｂ）で示すように、α＝α_２（但し、α_２＜０）である場合、送信素子群２７Ａによる超音波の送信位置Ｅ_ｔを、欠陥３の仮想位置Ｐから遠ざけるようにシフト量ΔＴだけシフトする。また、受信素子群２７Ｂによる超音波の受信位置Ｅ_ｒを、欠陥３の仮想位置Ｐに近づけるようにシフト量ΔＲだけシフトする。また、超音波の送信角θ_ｔを、補正値β_ｔ（但し、α＜０の場合、β_ｔ＞０）だけ補正する。また、超音波の受信角θ_ｒを、補正値β_ｒ（但し、α＜０の場合、β_ｒ＜０）だけ補正する。

ここで、欠陥３における超音波の反射効率を高めるためには、欠陥３に対する超音波の入射角φ_ｔと反射角φ_ｒを等しくする必要がある。したがって、下記の式（２）を満たすように、超音波の送信角θ_ｔ及び受信角θ_ｒを設定する必要がある。

また、図１０で示すように、横波の入射角が３５度以上であれば、横波の反射効率が最大の１．０となる（詳細には、横波入射波から横波反射波へのエネルギー分配率が最大の１．０となり、縦波反射波へのエネルギー分配率が最小の０となる）。そのため、被検体１の内周面に対する超音波の入射角、すなわち送信素子群２７Ａによる超音波の送信角θ_ｔを３５度以上とし、かつ、欠陥３に対する超音波の入射角φ_ｔを３５度以上とすることが好ましい。この条件と上記の式（２）を満たす超音波の送信角θ_ｔ及び受信角θ_ｒの具体例の一つとして、下記の式（３）が考えられる。

また、他の具体例として、下記の式（４）が考えられる。この式（４）を満たす欠陥の仮想傾斜角αと超音波の送信角θ_ｔ及び受信角θ_ｒの関係を、図１１に示す。

上述したように超音波の送信角θ_ｔ及び受信角θ_ｒを設定すれば、超音波の送信位置Ｅ_ｔのシフト量ΔＴ及び受信位置Ｅ_ｒのシフト量ΔＲを、下記の式（５）を用いて演算することができる。

そして、欠陥の仮想傾斜角αの変更に応じて、超音波の送信位置Ｅ_ｔ及び送信角θ_ｔに対応する送信遅延パターンを生成するとともに、超音波の受信位置Ｅ_ｒ及び受信角θ_ｒに対応する受信遅延パターンを生成し、それらをインデックスデータ３５として記憶装置１０に記憶させる。

上述の図１及び図５に戻り、送受信装置６の入出力制御部２８は、データ収録部３２から波形データを読み込むとともに、この波形データの取得条件である制御情報（詳細には、例えば周方向移動装置１４の位置、アレイ探触子４Ｌ，４Ｂ間の中心位置Ｋ及び相対距離Ｌ、並びに送信遅延パターン及び受信遅延パターン）を伝播経路制御部７等から入力し、それらを関連付けさせて記憶装置１０に出力し、記憶装置１０に記憶させる。

計算装置９のエコー強度データ作成部１３は、記憶装置１０で記憶された波形データ３６とこれに関連付けられた制御情報を読み込む。そして、伝播経路解析部１２の助力によって制御情報に対応する超音波の伝播経路に基づいて欠陥の路程を取得し、波形デー３６タから欠陥のエコー強度を抽出する。また、伝播経路解析部１２の助力によって欠陥の仮想位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）及び仮想傾斜角αを取得し、前述したエコー強度と関連付ける。このようにしてエコー強度データ３７を作成して、記憶装置１０に記憶させるようになっている。

表示装置１１は、機能的構成として、三次元画像表示部３８、実傾斜角入力部３９、及び二次元画像表示部４０を有している。

三次元画像表示部３８は、記憶装置１０で記憶されたエコー強度データ３７に基づき、被検体１の周方向における欠陥の仮想位置ｘｐ毎に、例えば図１２で示すような三次元画像４１を生成して表示するようになっている。この三次元画像４１は、被検体１の軸方向及び厚さ方向における欠陥の仮想位置ｙｐ，ｚｐと仮想傾斜角αからなる三次元座標系にて、対応するエコー強度を示している。具体的には、複数の閾値との大小関係によってエコー強度のレベルを判定し、そのレベルに応じた色調でエコー強度を示している。また、三次元画像４１は、カーソルの移動や数値の入力等によって任意の座標（ｙｐｉ，ｚｐｉ，αｉ）を選択する座標選択欄４２と、選択された任意の座標（ｙｐｉ，ｚｐｉ，αｉ）におけるエコー強度（数値）を表示するエコー強度表示欄４３とを有している。したがって、検査者は、三次元画像４１上にて、所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布を確認することが可能である。また、その分布に対してエコー強度の最大値を探し、このエコー強度の最大値に対応する仮想傾斜角αを実傾斜角として読み取ることが可能である。

実傾斜角入力部３９は、検査者が実傾斜角を入力するためのものである。具体的には、例えば、三次元画像４１の座標選択欄４２に実傾斜角を表示させつつ、入力ボタン（図示せず）等を操作することで、実傾斜角を入力するようになっている。

二次元画像表示部４０は、実傾斜角入力部３９で入力された実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出し、これに基づき、例えば図１３で示すような二次元画像４４を生成して表示するようになっている。二次元画像４４は、被検体１の軸方向及び厚さ方向における欠陥の仮想位置ｙｐ，ｚｐからなる二次元座標系にて、対応するエコー強度を示している（すなわち、二次元画像４４は、ＹＺ断面の探傷画像に相当する）。具体的には、複数の閾値との大小関係によってエコー強度のレベルを判定し、そのレベルに応じた色調でエコー強度を示している。したがって、検査者は、二次元画像４４上にて、所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布を確認することが可能である。また、その分布に対応する欠陥３の仮想位置ｙｐの範囲に基づき、被検体１の軸方向における欠陥３の実範囲（ｙａ〜ｙｂ）又は／及び実中心位置（ｙｃ）を読み取ることが可能である。また、その分布に対応する欠陥３の仮想位置ｚｐの範囲に基づき、被検体１の厚さ方向における欠陥３の実範囲（ｚａ〜ｚｂ）又は／及び実中心位置（ｚｃ）を読み取ることが可能である。

なお、上記において、探触子移動装置５は、特許請求の範囲に記載の、送信素子群を機械的に移動させて超音波の送信位置を可変制御する送信位置制御部、及び受信素子群を機械的に移動させて超音波の受信位置を可変制御する受信位置制御部を構成する。また、送受信装置６は、特許請求の範囲に記載の、送信素子群を電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御する送信位置制御部、送信素子群を構成する各素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御する送信角制御部、受信素子群を電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御する受信位置制御部、及び受信素子群を構成する各素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御する受信角制御部を構成する。

次に、本実施形態の超音波検査装置を用いた超音波検査方法を説明する。図１４は、本実施形態における超音波検査方法の手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップ１００において、伝播経路制御部７は、探触子移動装置５を制御して、１番目の欠陥仮想位置ｘｐに対応するように、周方向移動装置１５を移動させる。その後、ステップ１１０に進み、１番目の欠陥仮想位置ｙｐに対応するように、アーム移動装置１７でアーム１６を移動させて、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋを調整する。その後、ステップ１２０に進み、１番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応するように、探触子保持装置１８Ａ，１８Ｂを移動させて、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌを調整する。

そして、ステップ１３０に進み、送受信装置６は、１番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した送信遅延パターン及び受信遅延パターンを用いた超音波の送受信（すなわち、探傷）を実施し、受信超音波の波形データ３６を記憶装置１０に記憶させる。その後、ステップ１４０に進み、計算装置９のエコー強度データ作成部１３は、波形データ３６からエコー強度データ３７を作成して、記憶装置１０に記憶させる。

その後、ステップ１５０に進み、遅延パターンの走査が完了したか否か（すなわち、ｇ番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した送信遅延パターン及び受信遅延パターンを用いて探傷を実施したか否か）を判定する、最初のうちは、ステップ１５０の判定が満たされないから、上述したステップ１３０及び１４０が繰り返される。すなわち、２番目、３番目、…ｇ番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した遅延パターンを用いた探傷をそれぞれ実施し、エコー強度データ３７をそれぞれ作成して記憶する。

その後、ステップ１５０の判定が満たされて、ステップ１６０に進み、相対距離Ｌの走査が完了したか否か（すなわち、ｈ番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応した相対距離Ｌに調整したか否か）を判定する。最初のうちは、ステップ１６０の判定が満たされないから、上述したステップ１２０〜１５０が繰り返される。すなわち、２番目、３番目、…ｈ番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応した相対距離Ｌにそれぞれ調整した上で、上述したステップ１３０〜１５０が繰り返される。

その後、ステップ１６０の判定が満たされて、ステップ１７０に進み、中心位置Ｋの走査が完了したか否か（すなわち、ｉ番目の欠陥仮想位置ｙｐに対応した中心位置Ｋに調整したか否か）を判定する。最初のうちは、ステップ１７０の判定が満たされないから、上述したステップ１１０〜１６０が繰り返される。すなわち、２番目、３番目、…ｉ番目の欠陥仮想位置ｙｐに対応した中心位置Ｋにそれぞれ調整した上で、上述したステップ１２０〜１６０が繰り返される。その後、ステップ１７０の判定が満たされて、ステップ１８０に移る。

ステップ１８０では、表示装置１１の三次元画像表示部３８は、エコー強度データ３７に基づいて三次元画像４１を生成して表示する。そして、ステップ１９０に進み、検査者は、三次元画像４１上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対してエコー強度の最大値を求め、このエコー強度の最大値に対応する欠陥の仮想傾斜角αを実傾斜角として求める。その後、欠陥の実傾斜角を入力する。

そして、ステップ２００に進み、表示装置１１の二次元画像表示部４０は、入力された欠陥実傾斜角に対応するエコー強度分布を抽出し、これに基づき、二次元画像４４を生成して表示する。そして、ステップ２１０に進み、検査者は、二次元画像４４上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する欠陥仮想位置ｙｐ，ｚｐの範囲に基づき、被検体１の軸方向及び厚さ方向のそれぞれにおける欠陥３の実範囲又は／及び実中心位置を求める。

そして、ステップ２２０に進み、周方向移動装置１５の移動が完了したか否か（すなわち、ｊ番目の欠陥仮想位置ｘｐに対応した位置に移動したか否か）を判定する、最初のうちは、ステップ２２０の判定が満たされないから、上述したステップ１００〜２１０が繰り返される。すなわち、２番目、３番目、…ｊ番目の欠陥仮想位置ｘｐに対応した位置に移動した上で、上述したステップ１１０〜２１０が繰り返される。その後、ステップ２２０の判定が満たされて、検査が終了する。

以上のように本実施形態においては、欠陥３の傾斜角を評価することができる。また、その傾斜角に基づき、被検体１の軸方向及び厚さ方向のそれぞれにおける欠陥３の範囲又は／及び中心位置を評価するので、欠陥３の範囲又は／及び中心位置の評価精度を高めることができる。

本発明の第２の実施形態を、図１５及び図１６を用いて説明する。

図１５は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。図１６は、本実施形態における投影画像の一例を表す図である。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態の表示装置１１は、上述した三次元画像表示部３６に代えて、投影画像表示部４５を有している。

投影画像表示部４５は、記憶装置１０で記憶されたエコー強度データ３７に基づき、被検体１の周方向における欠陥の仮想位置ｘｐ毎に、投影画像４６を生成して表示する。詳しく説明すると、投影画像表示部４５は、欠陥の仮想位置ｙｐ及び仮想傾斜角αが同じ条件で、欠陥の仮想位置ｚｐに応じて異なる欠陥のエコー強度に対して最大値を求め、このエコー強度の最大値を欠陥の仮想位置ｙｐ及び仮想傾斜角αからなる二次元座標系にて示す投影画像４６を生成して表示する。投影画像４６は、例えば図１６で示すように、カーソルの移動や数値の入力等によって任意の座標（ｙｐｉ，αｉ）を選択する座標選択欄４７と、選択された任意の座標（ｙｐｉ，αｉ）におけるエコー強度（数値）を表示するエコー強度表示欄４８とを有している。したがって、検査者は、投影画像４６上にて、所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布を確認することが可能である。また、その分布に対してエコー強度の最大値を探し、このエコー強度の最大値に対応する仮想傾斜角αを実傾斜角として読み取ることが可能である。

以上のように構成された本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、欠陥の傾斜角を評価でき、欠陥の範囲又は／及び中心位置の評価精度を高めることができる。

なお、上記第２の実施形態において、投影画像表示部４５は、欠陥の仮想位置ｙｐ及び仮想傾斜角αが同じ条件で、欠陥の仮想位置ｚｐに応じて異なる欠陥のエコー強度に対して最大値を求め、このエコー強度の最大値を欠陥の仮想位置ｙｐ及び仮想傾斜角αからなる二次元座標系にて示す投影画像４６を生成して表示する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、欠陥の仮想位置ｚｐ及び仮想傾斜角αが同じ条件で、欠陥の仮想位置ｙｐに応じて異なる欠陥のエコー強度に対して最大値を求め、このエコー強度の最大値を欠陥の仮想位置ｚｐ及び仮想傾斜角αからなる二次元座標系にて示す投影画像を生成して表示してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態において、二次元画像表示部４０は、例えば図１３で示すような二次元画像４４を生成して表示する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば図１７で示すような二次元画像４０Ａを生成して表示してもよい（第１の変形例）。この二次元画像４０Ａは、任意の欠陥仮想位置ｙｐｉを選択するカーソル４９を有しており、選択された任意の欠陥仮想位置ｙｉｐにおける欠陥仮想位置ｚｐとエコー強度の関係（Ｚ方向のエコー強度分布に相当）も示している。これにより、検査者の判断による欠陥の範囲又は／及び中心位置の評価精度をさらに高めることができる。

また、上記第１の実施形態においては、検査者が三次元画像４１から欠陥の実傾斜角を求めて入力する実傾斜角入力部３９を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば図１８で示す第２の変形例のように、実傾斜角入力部３９に代えて、実傾斜角演算部５０（第１演算部）を有していてもよい。この実傾斜角演算部５０は、三次元画像４１上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布におけるエコー強度の最大値を演算処理し、このエコー強度の最大値に対応する欠陥の仮想傾斜角αを実傾斜角として演算処理する。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

さらに、例えば図１９で示す第３の変形例のように、実範囲／実中心位置演算部５１（第２演算部）を有していてもよい。この実範囲／実中心位置演算部５１は、二次元画像４４上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する欠陥の仮想位置ｙｐ，ｚｐの範囲に基づき、被検体１の軸方向及び厚さ方向のそれぞれにおける欠陥３の実範囲又は／及び実中心位置を演算処理する。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第１の実施形態等において、記憶装置１０のエコー強度データ３７は、エコー強度に対して欠陥の仮想位置ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ並びに仮想傾斜角αを関連付けており、表示装置１１は、ｙｐ−ｚｐ−α座標系の三次元画像４１とｙｐ−ｚｐ座標系の二次元画像４４を生成して表示する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、記憶装置１０のエコー強度データ３７は、エコー強度に対して周方向移動装置１５の位置、アレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中間位置及び相対距離Ｌ、並びに送信遅延パターン及び受信遅延パターンを関連付けてもよく、表示装置は、Ｋ−Ｌ−α座標系の三次元画像を生成して表示してもよい。そして、Ｋ−Ｌ−α座標系の三次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対してエコー強度の最大値を求め、このエコー強度の最大値に対応する欠陥の仮想傾斜角を実傾斜角として求めてもよい。その後、欠陥の実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出して、Ｋ−Ｌ座標系の二次元画像を生成して表示してもよい。そして、Ｋ−Ｌ座標系の二次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する中間位置Ｋの範囲に基づき、被検体１の軸方向における欠陥の実範囲又は／及び実中心位置を求めてもよい。また、Ｋ−Ｌ座標系の二次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する相対距離Ｌの範囲に基づき、被検体１の厚さ方向における欠陥の実範囲又は／及び実中心位置を求めてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第２及び第３の変形例においては、三次元画像４１を生成して表示する三次元画像表示部３８を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、三次元画像表示部３８を有しなくともよい。すなわち、実傾斜角演算部５０は、記憶装置１０で記憶されたエコー強度データ３７に対する処理として、欠陥の仮想位置ｙｐ，ｚｐ及び仮想傾斜角αからなる三次元座標系にて欠陥のエコー強度を示す場合を想定し、この三次元座標系上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布におけるエコー強度の最大値を演算処理し、このエコー強度の最大値に対応する欠陥の仮想傾斜角αを実傾斜角として演算処理してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第３の変形例においては、二次元画像４４（又は４４Ａ）を生成して表示する二次元画像表示部４０を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、二次元画像表示部４０を有しなくともよい。すなわち、実範囲／中心位置演算部５１は、記憶装置１０で記憶されたエコー強度データ３７に対する処理として、実傾斜角演算部５０で演算された欠陥の実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出して、欠陥の仮想位置ｙｐ，ｚｐからなる二次元座標系にて示す場合を想定し、この二次元座標系上で所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する欠陥の仮想位置の範囲に基づき、被検体１の軸方向及び厚さ方向のそれぞれにおける欠陥の実中心位置又は実範囲を演算処理してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第１の実施形態等においては、例えば図２等で示すように、欠陥３の仮想位置Ｐに対して遠いほうに送信用探触子４Ａを配置し、欠陥３の仮想位置Ｐに対して近いほうに受信用探触子４Ｂを配置する場合を例にとって説明したが、これに限られず、欠陥３の仮想位置Ｐに対して近いほうに送信用探触子４Ａを配置し、欠陥３の仮想位置Ｐに対して遠いほうに受信用探触子４Ｂを配置してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第１の実施形態等においては、送信素子群２７Ａを含む複数の素子２６Ａを有する送信用探触子４Ａと、受信素子群２７Ｂを有する複数の素子２６Ｂを有する受信用探触子４Ｂとを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば送信素子群及び受信素子群を含む複数の素子を有する送受信用探触子を備えていてもよい。このような第４の変形例について詳述する。

図２０は、本変形例における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。図２１は、本変形例における送受信用探触子及び探触子移動装置の構造を表す被検体の軸方向断面図である。図２２は、本変形例における送受信装置の機能的構成をアレイ探触子とともに表すブロック図である。なお、本変形例において、上記第１の実施形態等と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本変形例の超音波検査装置は、送受信用アレイ探触子５２、探触子移動装置５Ａ、送受信装置６Ａ、伝播経路制御部７Ａ、入力装置８、計算装置９、記憶装置１０、及び表示装置１１を備えている。

探触子移動装置５Ａは、送受信用アレイ探触子５２を被検体１の外周面に沿って機械的に移動させるものである。この探触子移動装置５Ａは、この探触子移動装置５は、被検体１の外周側に取付けられた円環状の軌道１４と、この軌道１４に沿って（すなわち、被検体１の周方向に）移動可能に設けられた周方向移動装置１５と、この周方向移動装置１５に設けられ、軌道１４に対して垂直な方向に（すなわち、図２０中矢印Ｄ２で示す方向であって、被検体１の軸方向に）アーム１６Ａを移動させるアーム移動装置１７と、アーム１６Ａに設けられ、送受信用アレイ探触子５２を保持する探触子保持装置１８とを備えている。

探触子保持装置１８は、押付アーム２１と、この押付アーム２１の先端側に取付けられ、送受信用アレイ探触子５２を保持する探触子ホルダ２２と、押付アーム２１を被検体１側に付勢して、送受信用アレイ探触子５２を被検体１の表面に押圧する付勢機構（図示しないが、例えばバネ、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダ）とを有している。

送受信用アレイ探触子５２は、ウェッジ２５と、ウェッジ２５の傾斜面に配列された複数の圧電素子（振動子）２６とを有している。送受信用アレイ探触子５２の圧電素子２６の総数は、送信素子群２７Ａ及び受信素子群２７Ｂを構成する圧電素子の数より多くなっている。

送受信装置６Ａのパルサ３０は、送信遅延パターンに基づき、送受信用アレイ探触子５２の圧電素子２６から送信素子群２７Ａを選択して、送信素子群２７Ａを構成する各圧電素子へ駆動信号を出力するとともに、各駆動信号の出力タイミング（すなわち、各圧電素子の送信タイミング）を制御する。これにより、送信素子群２７Ａによる超音波の送信位置及び送信角を可変制御する。

送受信装置６Ａのレシーバ３１は、受信遅延パターンに基づき、送受信用アレイ探触子５２の圧電素子２６から受信素子群２７Ｂを選択して、受信素子群２７Ｂを構成する各圧電素子から波形信号を入力するとともに、各波形信号の入力タイミング（すなわち、各圧電素子の受信タイミング）を制御して合成する。これにより、受信素子群２７Ｂによる超音波の受信位置及び受信角を可変制御する。

伝播経路制御部７Ａは、探触子移動装置５Ａに制御指令を出力して、周方向移動装置１５を被検体１の周方向に所定のピッチで移動させて、その周方向位置を可変制御する。これにより、被検体１の周方向における超音波の送信位置及び受信位置を可変制御する。また、記憶装置１０で予め記憶された探触子位置のインデックスデータ５３に基づき、探触子移動装置５Ａに制御指令を出力して、送受信用アレイ探触子５２の中心位置Ｍを可変制御する。これにより、被検体１の軸方向における超音波の送信位置及び受信位置を可変制御する。また、記憶装置１０で予め記憶された遅延パターンのインデックスデータ５４に基づき、送受信装置６に送信遅延パターン及び受信遅延パターンを出力する。これにより、被検体１の軸方向における超音波の送信位置及び受信位置を可変制御するとともに、超音波の送信角及び受信角を可変制御するようになっている。

計算装置９の伝播経路解析部１２は、事前に、上述したインデックスデータ５３，５４を作成するために、入力装置８で入力された被検体１の寸法や音速等の条件に基づき、超音波が効率よく伝播する経路を解析する。

詳細には、まず、例えば図２３で示すように、欠陥３の仮想傾斜角α＝０である場合（すなわち、欠陥３が被検体１の厚さ方向に延在している場合）を想定して、超音波の伝播経路を解析する。超音波伝播経路Ｆによれば、送受信用アレイ探触子５２の中心位置Ｍは、上述したアレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の中心位置Ｋと同様に、演算することができる。すなわち、送受信用アレイ探触子５２の中心位置Ｍは、被検体１の軸方向における欠陥３の仮想位置ｙｐに対応する。そのため、欠陥３の仮想位置ｙｐの変更に応じて送受信用アレイ探触子５２の中心位置Ｍを順次演算し、それらをインデックスデータ５３として記憶装置１０に記憶させる。

また、仮想傾斜角α＝０である場合に、送信素子群２７Ａによる超音波の送信位置Ｅ_ｔをアレイ探触子５２の位置ＧＡとし、受信素子群２７Ｂによる超音波の受信位置Ｅ_ｒをアレイ探触子の位置ＧＢとしたときに、ＧＡ，ＧＢ間の距離Ｎ（これを、素子群間の相対基準距離という）は、上述したアレイ探触子４Ａ，４Ｂ間の相対距離Ｌと同様に、演算することができる。すなわち、素子群間の相対距離Ｎは、被検体１の厚さ方向における欠陥３の仮想位置ｚｐに対応する。

次に、例えば図２４で示すように、欠陥３の仮想傾斜角α＝０でない場合を想定して、超音波の伝播経路を解析する。そして、上記第１の実施形態等と同様、欠陥の仮想傾斜角αの変更に応じて、超音波の送信角θ_ｔの補正値β_ｔ及び受信角θ_ｒの補正値β_ｒを演算するとともに、超音波の送信位置Ｅ_ｔのシフト量ΔＴ及び受信位置Ｅ_ｒのシフト量ΔＲを演算する。

そして、欠陥の仮想位置ｚｐ及び仮想傾斜角αの変更に応じて、超音波の送信位置Ｅ_ｔ及び送信角θ_ｔに対応する送信遅延パターンを生成するとともに、超音波の受信位置Ｅ_ｒ及び受信角θ_ｒに対応する受信遅延パターンを生成し、それらをインデックスデータ５４として記憶装置１０に記憶させる。

次に、本変形例の超音波検査装置を用いた超音波検査方法を説明する。図２５は、本変形例における超音波検査方法の手順を説明するためのフローチャートである。この図２５においては、図１４のステップ１１０〜１７０に代えて、ステップ２３０〜２７０としている。そのため、ステップ２３０〜２７０のみ説明し、他のステップの説明を省略する。

ステップ２４０では、送受信装置６Ａは、１番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応し、かつ１番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した送信遅延パターン及び受信遅延パターンを用いた超音波の送受信（すなわち、探傷）を実施し、受信超音波の波形データ３６を記憶装置１０に記憶させる。その後、ステップ２５０に進み、計算装置９のエコー強度データ作成部１３は、波形データ３６からエコー強度データ３７を作成して、記憶装置１０に記憶させる。

その後、ステップ２６０に進み、遅延パターンの走査が完了したか否か（すなわち、ｈ番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応し、かつｇ番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した送信遅延パターン及び受信遅延パターンを用いて探傷を実施したか否か）を判定する、最初のうちは、ステップ２６０の判定が満たされないから、上述したステップ２４０及び２５０が繰り返される。すなわち、１番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応し、かつ２番目、３番目、…ｇ番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した遅延パターンを用いた探傷をそれぞれ実施し、エコー強度データ３７をそれぞれ作成して記憶する。また、２番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応し、かつ１番目、２番目、３番目、…ｇ番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した遅延パターンを用いた探傷をそれぞれ実施し、エコー強度データ３７をそれぞれ作成して記憶する。…ｈ番目の欠陥仮想位置ｚｐに対応し、かつ１番目、２番目、３番目、…ｇ番目の欠陥仮想傾斜角αに対応した遅延パターンを用いた探傷をそれぞれ実施し、エコー強度データ３７をそれぞれ作成して記憶する。

その後、ステップ２６０の判定が満たされて、ステップ２７０に進み、中心位置Ｍの走査が完了したか否か（すなわち、ｉ番目の欠陥仮想位置ｙｐに対応した中心位置Ｍに調整したか否か）を判定する。最初のうちは、ステップ２７０の判定が満たされないから、上述したステップ２３０〜２６０が繰り返される。すなわち、２番目、３番目、…ｉ番目の欠陥仮想位置ｙｐに対応した中心位置Ｋにそれぞれ調整した上で、上述したステップ２４０〜２６０が繰り返される。その後、ステップ２７０の判定が満たされて、ステップ１８０に移る。

以上のような本変形例においても、上記第１の実施形態等と同様、欠陥の傾斜角を評価でき、欠陥の範囲又は中心位置の評価精度を高めることができる。

なお、上記第１の実施形態等においては、アレイ探触子４Ａ，４Ｂがウェッジ２５Ａ，２５Ｂを有する場合を例にとり、上記第４の変形例においては、アレイ探触子５２がウェッジ２５を有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、ウェッジを有しなくともよく、複数の圧電素子２６が被検体１の表面に沿って配列されるように構成してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第１の実施形態等においては、送信素子群２７Ａを構成する圧電素子の数より多い圧電素子２６Ａを有する送信用探触子４Ａと、受信素子群２７Ｂを構成する圧電素子の数より多い圧電素子２６Ｂを有する受信用探触子４Ｂとを備えた場合（言い換えれば、欠陥の仮想傾斜角αの変更に応じて、送信用アレイ探触子４Ａの圧電素子２６Ａから送信素子群２７Ａを電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御し、送信素子群２７Ａを構成する各圧電素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御し、受信用アレイ探触子４Ｂの圧電素子２６Ｂから受信素子群２７Ｂを電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御し、受信素子群２７Ｂを構成する各圧電素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御する場合）を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、送信素子群２７Ａを構成する圧電素子の数と同数の圧電素子２６Ａを有する送信用探触子と、受信素子群２７Ｂを構成する圧電素子と同数の圧電素子２６Ｂを有する受信用探触子とを備えてもよい。そして、欠陥の仮想傾斜角αの変更に応じて、送信素子群２７Ａを有する送信用アレイ探触子を機械的に移動させて超音波の送信位置を可変制御し、送信素子群２７Ａを構成する各圧電素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御し、受信素子群２７Ｂを有する受信用アレイ探触子を機械的に移動させて超音波の受信位置を可変制御し、受信素子群２７Ｂを構成する各圧電素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第４の変形例においては、送信素子群２７Ａ及び受信用素子群２７Ｂを有する送受信用探触子５２を機械的に移動させる探触子移動装置５Ａを備えた場合（言い換えれば、被検体１の軸方向における欠陥の仮想位置ｙｐの変更に応じて、送受信用探触子５２を機械的に移動させて超音波の送信位置及び受信位置を可変制御する場合）を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、探触子移動装置５Ａを備えなくともよい。そして、被検体１の軸方向における欠陥の仮想位置ｙｐの変更に応じて、送受信用探触子５２の圧電素子から送信素子群２７Ａ及び受信素子群２７Ｂを電子的に選択して超音波の送信位置及び受信位置を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、円筒状の被検体１において周方向に延在する溶接部２を検査対象とする場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば平板状の被検体において直線的に延在する溶接部を検査対象としてもよい。

１ 被検体
３ 欠陥
４Ａ 送信用アレイ探触子
４Ｂ 受信用アレイ探触子
５，５Ａ 探触子移動装置
６，６Ａ 送受信装置
７，７Ａ 伝播経路制御部
１３ エコー強度データ作成部
２７Ａ 送信素子群
２７Ｂ 受信素子群
３８ 三次元画像表示部
３９ 実傾斜角入力部
４０ 二次元画像表示部
４１ 三次元画像
４４，４４Ａ 二次元画像
４５ 投影画像表示部
４６ 投影画像
４９ 実傾斜角演算部
５０ 実範囲／実中心位置演算部
５１ 送受信用アレイ探触子

Claims (12)

1. 被検体の内部に超音波を送信する送信素子群と、前記被検体の内部に欠陥が存在する場合に、前記欠陥で反射された超音波を受信する受信素子群とを用いる超音波検査方法であって、
   前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置の変更並びに前記欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて予め解析された複数の超音波伝播経路のそれぞれに基づき、前記送信素子群による超音波の送信位置及び送信角並びに前記受信素子群による超音波の受信位置及び受信角を可変制御し、
   前記超音波伝播経路毎に取得した受信超音波の波形データから前記欠陥のエコー強度を取得し、
   前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角からなる三次元座標系にて前記欠陥のエコー強度を示す場合を想定し、前記三次元座標系上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対してエコー強度の最大値を求め、このエコー強度の最大値に対応する前記欠陥の仮想傾斜角を実傾斜角として求め、
   前記欠陥の実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出して、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置からなる二次元座標系にて示す場合を想定し、前記二次元座標系上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する前記欠陥の仮想位置の範囲に基づき、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のそれぞれにおける前記欠陥の実範囲又は／及び実中心位置を求めることを特徴とする超音波検査方法。
2. 請求項１記載の超音波検査方法において、
   前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角からなる三次元座標系にて前記欠陥のエコー強度を示す三次元画像を生成して表示し、
   前記三次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対してエコー強度の最大値を求め、このエコー強度の最大値に対応する前記欠陥の仮想傾斜角を実傾斜角として求めることを特徴とする超音波検査方法。
3. 請求項１記載の超音波検査方法において、
   前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のうちのいずれか一方における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角が同じ条件で、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のうちのいずれか他方における前記欠陥の仮想位置に応じて異なる前記欠陥のエコー強度に対して最大値を求め、このエコー強度の最大値を前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のうちのいずれか一方における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角からなる二次元座標系にて示す投影画像を生成して表示し、
   前記投影画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対してエコー強度の最大値を求め、このエコー強度の最大値に対応する前記欠陥の仮想傾斜角を実傾斜角として求めることを特徴とする超音波検査方法。
4. 請求項１記載の超音波検査方法において、
   前記欠陥の実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出して、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置からなる二次元座標系にて示す二次元画像を生成して表示し、
   前記二次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する前記欠陥の仮想位置の範囲に基づき、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のそれぞれにおける前記欠陥の実範囲又は／及び実中心位置を求めることを特徴とする超音波検査方法。
5. 請求項１記載の超音波検査方法において、
   前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置の変更に応じて、前記送信素子群を含む複数の素子を有する送信用アレイ探触子と前記受信素子群を含む複数の素子を有する受信用アレイ探触子を機械的に移動させて超音波の送信位置及び受信位置を可変制御し、
   前記欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて、前記送信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記送信素子群を電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御し、前記送信素子群を構成する各素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御し、前記受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記受信素子群を電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御し、前記受信素子群を構成する各素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御することを特徴とする超音波検査方法。
6. 請求項１記載の超音波検査方法において、
   前記被検体の表面一方向における前記欠陥の仮想位置の変更に応じて、前記送信素子群及び前記受信素子群を含む複数の素子を有する送受信用アレイ探触子を機械的に移動させて超音波の送信位置及び受信位置を可変制御し、
   前記被検体の厚さ方向における前記欠陥の仮想位置の変更に応じて、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記送信素子群を電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御し、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記受信素子群を電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御し、
   前記欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記送信素子群を電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御し、前記送信素子群を構成する各素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御し、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記受信素子群を電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御し、前記受信素子群を構成する各素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御することを特徴とする超音波検査方法。
7. 被検体の内部に超音波を送信する送信素子群と、前記被検体内に欠陥が存在する場合に、前記欠陥で反射された超音波を受信する受信素子群とを備えた超音波検査装置であって、
   前記送信素子群を機械的に移動させるか若しくは電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御する送信位置制御部と、
   前記送信素子群を構成する各素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御する送信角制御部と、
   前記受信素子群を機械的に移動させるか若しくは電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御する受信位置制御部と、
   前記受信素子群を構成する各素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御する受信角制御部と、
   前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置の変更並びに前記欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて予め解析された複数の超音波伝播経路のそれぞれに基づき、前記送信位置制御部、前記送信角制御部、前記受信位置制御部、及び前記受信角制御部を制御して、前記送信素子群による超音波の送信位置及び送信角並びに前記受信素子群による超音波の受信位置及び受信角を可変制御する伝播経路制御部と、
   前記超音波伝播経路毎に取得した受信超音波の波形データから前記欠陥のエコー強度を取得し、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角と関連付けたエコー強度データを作成するエコー強度データ作成部と、
   前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角からなる三次元座標系にて前記欠陥のエコー強度を示す三次元画像を生成して表示する三次元画像表示部と、
   前記三次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布におけるエコー強度の最大値に対応する前記欠陥の仮想傾斜角を検査者が読み取って実傾斜角として入力する実傾斜角入力部と、
   前記欠陥の実傾斜角に対応するエコー強度の分布を抽出して、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置からなる二次元座標系にて示す二次元画像を生成して表示する二次元画像表示部と、を備えたことを特徴とする超音波検査装置。
8. 請求項７記載の超音波検査装置において、
   前記三次元画像表示部に代えて、投影画像表示部を備え、
   前記投影画像表示部は、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のうちのいずれか一方における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角が同じ条件で、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のうちのいずれか他方に応じて異なる前記欠陥のエコー強度に対して最大値を求め、このエコー強度の最大値を前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のうちのいずれか一方における前記欠陥の仮想位置並びに前記欠陥の仮想傾斜角からなる二次元座標系にて示す投影画像を生成して表示し、
   前記実傾斜角入力部は、前記投影画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布におけるエコー強度の最大値に対応する前記欠陥の仮想傾斜角を検査者が読み取って実傾斜角として入力することを特徴とする超音波検査装置。
9. 請求項７記載の超音波検査装置において、
   前記実傾斜角入力部に代えて、第１演算部を備え、
   前記第１演算部は、前記三次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布におけるエコー強度の最大値を演算処理し、このエコー強度の最大値に対応する前記欠陥の仮想傾斜角を実傾斜角として演算処理することを特徴とする超音波検査装置。
10. 請求項９記載の超音波検査装置において、
    第２演算部を備え、
    前記第２演算部は、前記二次元画像上の所定の閾値より大きなエコー強度の一かたまりの分布に対応する前記欠陥の仮想位置の範囲に基づき、前記被検体の表面一方向及び厚さ方向のそれぞれにおける前記欠陥の実範囲又は／及び実中心位置を演算処理することを特徴とする超音波検査装置。
11. 請求項７記載の超音波検査装置において、
    前記送信素子群を含む複数の素子を有する送信用アレイ探触子と、
    前記受信素子群を含む複数の素子を有する受信用アレイ探触子とを備え、
    前記伝播経路制御部は、
    前記被検体の表面一方向及び厚さ方向における前記欠陥の仮想位置の変更に応じて、前記送信用アレイ探触子と前記受信用アレイ探触子を機械的に移動させて超音波の送信位置及び受信位置を可変制御し、
    前記欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて、前記送信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記送信素子群を電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御し、前記送信素子群を構成する各素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御し、前記受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記受信素子群を電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御し、前記受信素子群を構成する各素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御することを特徴とする超音波検査装置。
12. 請求項７記載の超音波検査装置において、
    前記送信素子群及び前記受信素子群を含む複数の素子を有する送受信用アレイ探触子を備え、
    前記伝播経路制御部は、
    前記被検体の表面一方向における前記欠陥の仮想位置の変更に応じて、前記送受信用アレイ探触子を機械的に移動させて超音波の送信位置及び受信位置を可変制御し、
    前記被検体の厚さ方向における前記欠陥の仮想位置の変更に応じて、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記送信素子群を電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御し、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記受信素子群を電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御し、
    前記欠陥の仮想傾斜角の変更に応じて、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記送信素子群を電子的に選択して超音波の送信位置を可変制御し、前記送信素子群を構成する各素子の送信タイミングを制御して超音波の送信角を可変制御し、前記送受信用アレイ探触子を構成する前記複数の素子から前記受信素子群を電子的に選択して超音波の受信位置を可変制御し、前記受信素子群を構成する各素子の受信タイミングを制御して超音波の受信角を可変制御することを特徴とする超音波検査装置。

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