JP2021063803A - 超音波検査装置及び超音波検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】検査対象の欠陥の検査精度を向上できる超音波検査装置を提供する。【解決手段】超音波検査装置は、検査対象に媒質を介して超音波が走査されて得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得する取得部と、走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出する算出部と、基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて検査対象の欠陥の情報を出力する出力部とを備える。【選択図】図２
Description
本開示は、超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。
特許文献１は、浸水非線形超音波法によって金属部材の欠陥を検出する装置を開示する。この装置は、水中に配置された金属部材に超音波（正弦バースト波）を送信し、透過した超音波を受信する。この装置は、透過した超音波の二次高調波振幅Ａ２を基本波振幅（入射波振幅）Ａ１で除算したＡ２／Ａ１の値に基づいて、金属部材の欠陥を検出する。
浸水非線形超音波法においては、媒質である水を伝搬した超音波を用いて金属部材の欠陥を検出するため、水の非線形性が超音波の基本波振幅Ａ１及び二次高調波振幅Ａ２に影響を与える。水の非線形性が与える影響は、基本波振幅Ａ１及び二次高調波振幅Ａ２それぞれに対して同一であるとは限らない。このため、特許文献１に記載の装置がＡ２／Ａ１の値に基づいて検出した検査対象の欠陥には、水の非線形性に由来した誤検出が含まれるおそれがある。
本開示は、検査対象の欠陥の検査精度を向上できる超音波検査装置を提供する。
本開示に係る超音波検査装置は、検査対象に媒質を介して超音波が走査されることで得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得する取得部と、走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出する算出部と、基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて検査対象の欠陥の情報を出力する出力部とを備える。
この超音波検査装置においては、検査対象を走査して得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号が、取得部により走査位置ごとに取得される。そして、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値が、算出部により走査位置ごとに算出される。超音波の基本波振幅は、媒質の非線形性が反映された基本波振幅の一次関数として記述される。そして、超音波の二次高調波振幅は、媒質の非線形性が反映された基本波振幅の二次関数として記述される。つまり、超音波の二次高調波振幅と、超音波の基本波振幅を二乗した値とは、媒質の非線形性が振幅に与える影響が同程度となる。この超音波検査装置は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比を用いて、媒質の非線形性に由来する影響が低減された状態で二次高調波振幅と基本波振幅との関係を記述できる。よって、この超音波検査装置は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅との比（Ａ２／Ａ１）の値に基づいて検査対象の欠陥を検出する場合と比べて、検査対象の欠陥の検出精度を向上できる。
一実施形態においては、出力部は、検査対象の欠陥の情報として画像を出力してもよい。この場合、超音波検査装置は、検査対象の欠陥の位置を可視化できる。
一実施形態においては、算出部は、走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅で除算した値を算出し、出力部は、二次高調波振幅を基本波振幅で除算した値及び二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、検査対象の欠陥の情報を出力してもよい。基本波振幅及び二次高調波振幅は、媒質と検査対象との界面における超音波の反射率、及び、検査対象の欠陥における超音波の反射率によって変化する。さらに、基本波振幅と二次高調波振幅とは、反射率が振幅に与える影響が同程度となる。この超音波検査装置は、超音波の基本波振幅と超音波の二次高調波振幅との比を用いて、反射率に由来する影響が低減された状態で超音波の基本波振幅と超音波の二次高調波振幅との関係を記述できる。よって、この超音波検査装置は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅との比を用いて、超音波の反射率が振幅に与える影響を低減できる。
本開示の他の側面に係る超音波検査方法は、検査対象に媒質を介して超音波が走査されることで得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得するステップと、走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出するステップと、基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて検査対象の欠陥の情報を出力するステップとを備える。
この超音波検査方法においては、検査対象を走査して得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号が、走査位置ごとに取得される。そして、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値が算出される。つまり、この超音波検査方法は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比を用いることで、媒質の非線形性に由来する影響が低減された状態で二次高調波振幅と基本波振幅との関係を記述できる。よって、この超音波検査方法は、検査対象の欠陥の検出精度を向上できる。
また、本開示の他の側面に係る超音波検査装置は、検査対象に媒質を介して超音波が走査されて得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得する取得部と、検査対象に関する画像を出力する出力部と、を備え、画像は、走査位置それぞれに対応する画素値を有し、画素値は、対応する走査位置における二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に所定の画素値変換ルールを適用した値である。この超音波検査装置においては、検査対象を走査して得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号が、取得部により走査位置ごとに取得される。そして、出力部により検査対象に関する画像が出力される。画像は、走査位置それぞれに対応する画素値を有し、画素値は、対応する走査位置における二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に所定の画素値変換ルールを適用した値となる。このため、この超音波検査装置は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比を用いて、媒質の非線形性に由来する影響が低減された状態で二次高調波振幅と基本波振幅との関係を可視化することができる。
また、本開示の他の側面に係る超音波検査装置は、検査対象に媒質を介して超音波が走査されて得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得する取得部と、検査対象に関する画像を出力する出力部と、を備え、画像は、走査位置それぞれに対応する画素値を有し、画素値は、対応する走査位置における二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に所定の画素値変換ルールを適用した値である。この超音波検査装置においては、検査対象を走査して得られる超音波の基本波と二次高調波とを示す信号が、取得部により走査位置ごとに取得される。そして、出力部により検査対象に関する画像が出力される。画像は、走査位置それぞれに対応する画素値を有し、画素値は、対応する走査位置における二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に所定の画素値変換ルールを適用した値となる。このため、この超音波検査装置は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比を用いて、媒質の非線形性に由来する影響が低減された状態で二次高調波振幅と基本波振幅との関係を可視化することができる。
本開示に係る超音波検査装置によれば、検査対象の欠陥の検出精度を向上できる。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。
［超音波検査システムの構成］
図１は、超音波検査装置システムの一例を示す概要図である。図中のＸ方向及びＹ方向が水平方向であり、Ｚ方向が垂直方向を示す。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、３次元空間の直交座標系における互いに直交する軸方向である。超音波検査システム１００は、制御装置１、パルス発生器２、分波器３、駆動部４、超音波探触子５、水槽６、検査対象７、高周波フィルタ８、パルス受信器９及び超音波検査装置１０を備える。超音波検査システム１００は、検査対象７を超音波で走査して、検査対象７の欠陥の情報を出力する。
図１は、超音波検査装置システムの一例を示す概要図である。図中のＸ方向及びＹ方向が水平方向であり、Ｚ方向が垂直方向を示す。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、３次元空間の直交座標系における互いに直交する軸方向である。超音波検査システム１００は、制御装置１、パルス発生器２、分波器３、駆動部４、超音波探触子５、水槽６、検査対象７、高周波フィルタ８、パルス受信器９及び超音波検査装置１０を備える。超音波検査システム１００は、検査対象７を超音波で走査して、検査対象７の欠陥の情報を出力する。
制御装置１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、及び通信装置などを有する汎用コンピュータで構成される。制御装置１は、パルス発生器２、駆動部４及び超音波検査装置１０に接続される。
パルス発生器２は、電圧を発生して超音波探触子５に超音波を発生させる。パルス発生器２は、制御装置１からの指示に応じて電圧の波形を変更する。パルス発生器２は、分波器３を介して超音波探触子５及び高周波フィルタ８に接続される。パルス発生器２は、超音波探触子５に電圧に応じた超音波を発生させる。一例として、パルス発生器２は、超音波探触子５に正弦バースト波を発生させる。正弦バースト波は、瞬間的に発生する正弦波の超音波である。正弦バースト波の振幅又は周波数は、パルス発生器２が発生した電圧の波形によって定まる。
駆動部４は、水槽６の上方に配置され、超音波探触子５を移動させる複数の可動軸を備える。複数の可動軸は、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のボールねじ機構によって構成される。ボールねじ機構は、サーボモータによって駆動される。駆動部４は、制御装置１からの指示に応じて超音波探触子５を移動させる。駆動部４は、制御装置１に超音波探触子５の位置情報をフィードバックする。
超音波探触子５は、パルス発生器２から電圧を受けて超音波を発生する。超音波探触子５は、内部に圧電素子を有する探触面を備える。電圧を受けた超音波探触子５は、探触面から電圧に応じた超音波を発生する。超音波探触子５は、探触面が超音波を受信すると、受信した超音波を示す電気信号を発生する。電気信号は、電圧値の変化によるアナログ信号である。
水槽６は、その内部に水６ａを貯留する。検査対象７は、水６ａ中で水槽６の内部の試料置台６ｂに支持される。水６ａは、超音波探触子５が発生する超音波を検査対象７に伝搬させる媒質として機能する。一例として、検査対象７は、アルミニウム層７１と、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層７２から構成される複合材料である。検査対象７は、伝搬した超音波を反射する。試料置台６ｂは、検査対象７に伝搬した超音波が水槽６に伝搬しないよう、検査対象７を支持する。
超音波探触子５は、検査対象７に超音波を照射する。また、超音波探触子５は、検査対象７が反射した超音波を受信する。超音波探触子５が照射する超音波をＵとすると、検査対象７から反射された超音波は、超音波Ｕの周波数と同一の周波数を有する基本波と、超音波Ｕの周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次高調波とを含む。超音波探触子５が超音波Ｕを検査対象７に照射して、検査対象７から反射された超音波を受信することを、走査という。検査対象７を走査して得られる超音波は、少なくとも基本波及び二次高調波を含む。
超音波探触子５は、所定の位置で検査対象７を超音波で走査する。その後、駆動部４は超音波探触子５を移動させる。超音波探触子５は、移動された位置で再び検査対象７を超音波で走査する。駆動部４は、所定の経路に沿って超音波探触子５を移動させる。制御装置１が制御する経路は、ＸＹ平面において、検査対象７を網羅的に超音波で走査するように制御装置１によって予め設定される。
超音波探触子５は、高周波フィルタ８及びパルス受信器９を介して、超音波検査装置１０に接続される。超音波探触子５は、検査対象７を走査して得られる超音波を、電気信号として超音波検査装置１０に送信する。
高周波フィルタ８は、例えば、可変抵抗器及び可変コンデンサを有する電気回路を備える。高周波フィルタ８は、超音波探触子５から送信された電気信号から、所定周波数より低い低周波成分を低減する。超音波探触子５から送信された電気信号は、検査対象７を走査して得られる超音波を示す成分のほか、電源電圧の変動及び放射電波などの外乱に因る成分を含む。検査対象７を走査して得られる超音波を示す電気信号は、高周波成分を多く含むため、高周波フィルタ８を通過する。一方、電源電圧の変動及び放射電波などの外乱は、低周波成分を多く含むため、高周波フィルタ８によって低減される。
パルス受信器９は、検査対象７を走査して得られる超音波を示す電気信号を、高周波フィルタ８を介して受信する。パルス受信器９は、例えば、オペアンプ及びＡ／Ｄ（アナログデジタル変換器）を有する電気回路を備える。パルス受信器９は、受信した電気信号の電圧値の変化を、デジタル信号に変換する。デジタル信号は、電圧値の矩形波である。パルス受信器９は、基本波及び二次高調波を示すデジタル信号を、超音波検査装置１０に送信する。
超音波検査装置１０は、検査対象７を走査して得られる超音波に基づいて、検査対象７の欠陥の情報を出力する。
［超音波検査装置の構成］
図２は、図１の超音波検査装置の機能を示すブロック図である。超音波検査装置１０は、取得部１１、算出部１２及び出力部１３を備える。超音波検査装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、及び通信装置などを有する汎用コンピュータで構成される。
図２は、図１の超音波検査装置の機能を示すブロック図である。超音波検査装置１０は、取得部１１、算出部１２及び出力部１３を備える。超音波検査装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、及び通信装置などを有する汎用コンピュータで構成される。
取得部１１は、パルス受信器９から送信されたデジタル信号に基づいて、超音波探触子５が検査対象７を走査して得られる超音波の基本波及び二次高調波を取得する。また、取得部１１は、制御装置１から、駆動部４がフィードバックした超音波探触子５の位置情報を取得する。取得部１１は、取得された超音波の基本波及び二次高調波と、駆動部４からフィードバックされた位置情報とを照合して、超音波探触子５が検査対象７を走査して得られる超音波の基本波及び二次高調波と、超音波探触子５が検査対象７を走査する際の位置情報を関連付ける。つまり、取得部１１は、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに、基本波及び二次高調波を示す信号を取得する。
算出部１２は、取得部１１により取得された基本波及び二次高調波を示す信号から、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出する。以下、検査対象７の欠陥の情報を出力するための原理について説明する。
図３は、検査対象７を走査する超音波の伝搬経路を説明する概要図である。超音波探触子５（図１参照）から発信された超音波は、水６ａからアルミニウム層７１に透過する。水６ａからアルミニウム層７１に透過した超音波は、接着界面７ａにて反射する。接着界面７ａにて反射した超音波は、アルミニウム層７１から水６ａに透過する。水６ａを伝搬した超音波は、超音波探触子５に受信される。ここで、フックの法則に従う線形連続体の超音波縦波音速Ｃは、一般的に、材料密度ρ、縦弾性係数Ε及びポアソン比νを用いて、以下の数式（１）で示される。
しかし、原子間力によって定まる応力とひずみの関係は非線形性を示す。ひずみεの二次項まで考慮すると、応力σは、水の非線形性の影響を受けた伝搬経路の二次弾性定数Ｃ１Ｗ及び水の非線形性の影響を受けた伝搬経路の三次弾性定数Ｃ２Ｗを用いて、以下の数式（２）によって示される。
数式（２）に従う弾性体の一次元波動方程式の変位ｕは、以下の数式（３）で与えられる。
ｋは波数、ｘは伝搬距離、ωは角周波数、ｔは時間、ｉは虚数単位を示す。Ａ１Ｗは水６ａの非線形性の影響を受けた超音波探触子５の発信する超音波Ｕと同一の周波数の基本波振幅を示す。
ｋは波数、ｘは伝搬距離、ωは角周波数、ｔは時間、ｉは虚数単位を示す。Ａ１Ｗは水６ａの非線形性の影響を受けた超音波探触子５の発信する超音波Ｕと同一の周波数の基本波振幅を示す。
図３に示される伝搬経路によって検査対象７を走査して得られる超音波の基本波振幅Ａ１及び二次高調波振幅Ａ２は、数式（３）に基づいて、以下の数式（４）及び数式（５）によって示される。
Ｒは接着界面７ａの反射率、Ｔ１は水６ａからアルミニウム層７１への透過率、Ｔ２はアルミニウム層７１から水６ａへの透過率、αはクラッピングによる信号を示す。
Ｒは接着界面７ａの反射率、Ｔ１は水６ａからアルミニウム層７１への透過率、Ｔ２はアルミニウム層７１から水６ａへの透過率、αはクラッピングによる信号を示す。
二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値は、数式（４）及び数式（５）によって、以下の数式（６）で示される。
検査対象７を走査して得られる超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比を示す数式（６）は、右辺第一項から水６ａの非線形性の影響を受けたＡ１Ｗの項が消去される。また、クラッピングによる信号αを含む右辺第二項は、十分に小さい。これにより、水６ａの非線形性の影響を低減した値が、算出部１２に算出される。算出部１２は、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出する。
検査対象７を走査して得られる超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比を示す数式（６）は、右辺第一項から水６ａの非線形性の影響を受けたＡ１Ｗの項が消去される。また、クラッピングによる信号αを含む右辺第二項は、十分に小さい。これにより、水６ａの非線形性の影響を低減した値が、算出部１２に算出される。算出部１２は、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出する。
出力部１３は、算出部１２で算出された二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに、検査対象７の欠陥の情報を出力する。検査対象７の欠陥とは、検査対象７の内部に発生した弾性定数が不連続に変化する箇所であり、例えば、アルミニウム層７１とＣＦＲＰ層７２との間の接着界面７ａに発生した微細な亀裂である。数式（６）右辺第一項の、水の非線形性の影響を受けた三次弾性定数Ｃ２Ｗと水の非線形性の影響を受けた二次弾性定数Ｃ１Ｗとの比は、検査対象７の欠陥の状態に応じて変化するため、欠陥の情報を含む。欠陥の状態とは、例えば、接着界面７ａに発生した微細な亀裂の幅及び面積である。よって、数式（６）で示される二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値には、水６ａの非線形性の影響を低減した、検査対象７の欠陥の情報が含まれる。出力部１３は、数式（６）で示される二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に、所定の画素値変換ルールを適用し、変換された画素値に基づいて画像を生成する。例えば、出力部１３は、走査位置ごとに得られた値に所定の変換係数を乗算して画素値に変換し、変換された画素値に基づいて画像を生成してもよい。つまり、画像は、走査位置それぞれに対応する画素値を有する。所定の画素値変換ルールの具体的な一例として、グレースケールの画像の生成手順を説明する。最初に、出力部１３は、走査位置と画像に含まれる画素位置とを対応付ける。次に、出力部１３は、画像の階調を欠陥の情報に対応付ける。出力部１３は、走査位置それぞれで得られた欠陥の情報のレンジ（範囲）がグレースケールの画像の階調に収まり、かつ、欠陥の情報と階調とが比例するように、欠陥の情報と階調とを対応付ける。例えば、出力部１３は、欠陥の情報の最小値を最も光が弱い階調（黒）と対応付けし、欠陥の情報の最大値を最も光が強い階調（白）と対応付ける。階調を８ビットで表現する場合、画素値０は、欠陥の情報の最小値であり、健全な箇所のＡ２／Ａ１ ２と対応する。画素値２５５は、欠陥の情報の最大値であり、欠陥のある箇所のＡ２／Ａ１ ２と対応する。この変換ルールにより、白色に近い色の位置ほど欠陥のある箇所であることを示す画像が出力されることになる。出力部１３は、走査位置に対応する画像信号を電気的に分割することで、より細かい走査位置に対応した画像信号に変換してもよい。この場合、健全な箇所（黒）と欠陥がある箇所（白）との境界値の精度を高めることができる。また、出力部１３は、健全な箇所のＡ２／Ａ１ ２を基準に閾値を設定し、自動的に欠陥がある箇所を示してもよい。例えば、出力部１３は、閾値として健全な箇所のＡ２／Ａ１ ２を予め設定し、閾値よりも大きいＡ２／Ａ１ ２に対応する画素値を欠陥がある箇所として示すことができる。
図４は、検査対象の欠陥の情報の一例である。図４の（Ａ）は、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を実験に基づいて算出し、算出された値に基づいて出力された検査対象７の欠陥の情報である。検査対象７の欠陥の情報は、出力部１３によって、超音波探触子５の経路の走査位置に対応する二次元平面に画像として出力される。図４の（Ｂ）は、二次高調波振幅を基本波振幅で除算した値を実験に基づいて算出し、算出された値に基づいて出力された検査対象７の欠陥の情報である。図４の（Ａ）は、図４の（Ｂ）と比べて、円状に広がる検査対象７の欠陥の情報が正確に可視化されることが確認された。画像に含まれる画像値に対して、上述した画素値変換ルールの逆手順を適用し、全ての画素値が対応する走査位置におけるＡ２／Ａ１ ２に変換される場合、当該画像は、本開示の手法を用いて生成された画像であるといえる。
［超音波検査装置の動作］
図５は、超音波検査方法の処理を示すフローチャートである。図５に示されるフローチャートは、超音波検査装置１０によって実行される。
図５は、超音波検査方法の処理を示すフローチャートである。図５に示されるフローチャートは、超音波検査装置１０によって実行される。
図５に示されるように、最初に、超音波検査装置１０は、超音波探触子５が検査対象７を走査する位置、検査対象７を走査して得られる超音波の基本波及び二次高調波を取得する、取得処理（ステップＳ１１）を行う。取得処理（ステップＳ１１）は、パルス受信器９から出力されるデジタル信号及び駆動部４からのフィードバックに基づく。
続いて、超音波検査装置１０は、超音波探触子５が検査対象７を走査する位置ごとに、取得した基本波及び二次高調波から、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出する、算出処理（ステップＳ１２）を行う。算出処理（ステップＳ１２）では、数式（６）に関して上述したように、水６ａの非線形性の影響を低減した検査対象７の欠陥の情報が算出される。
続いて、超音波検査装置１０は、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、検査対象７の欠陥の情報を出力する、出力処理（ステップＳ１３）を行う。接着界面７ａが含む微小な亀裂の幅及び面積などの、検査対象７の欠陥の情報は、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値の変化によって、出力される。検査対象７の欠陥の情報は、例えば、画像として出力される。出力処理（ステップＳ１３）が終了すると、図５に示されるフローチャートは終了する。
［実施形態のまとめ］
超音波検査装置１０、及び超音波検査方法によれば、超音波探触子５が検査対象７を走査して得られる超音波の基本波及び二次高調波を示す信号が、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに取得部１１に取得される。超音波探触子５の経路の走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値が、算出部１２に算出される。二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、水６ａの非線形性の影響が低減された、検査対象７の接着界面７ａの欠陥の情報が、出力部１３から出力される。このように、超音波検査装置１０は、水６ａの非線形性の影響を低減した検査対象７の欠陥を出力できる。よって、この超音波検査装置１０及び超音波検査方法は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅との比（Ａ２／Ａ１）の値に基づいて検査対象７の欠陥を検出する場合と比べて、検査対象７の欠陥の検出精度を向上できる。
超音波検査装置１０、及び超音波検査方法によれば、超音波探触子５が検査対象７を走査して得られる超音波の基本波及び二次高調波を示す信号が、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに取得部１１に取得される。超音波探触子５の経路の走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値が、算出部１２に算出される。二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、水６ａの非線形性の影響が低減された、検査対象７の接着界面７ａの欠陥の情報が、出力部１３から出力される。このように、超音波検査装置１０は、水６ａの非線形性の影響を低減した検査対象７の欠陥を出力できる。よって、この超音波検査装置１０及び超音波検査方法は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅との比（Ａ２／Ａ１）の値に基づいて検査対象７の欠陥を検出する場合と比べて、検査対象７の欠陥の検出精度を向上できる。
出力部１３は、検査対象７の欠陥の情報として画像を出力できる。超音波検査装置１０は、検査対象７の欠陥を可視化できる。
［変形例］
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記の例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記の例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。
出力部１３は、検査対象７の欠陥の情報を画像で出力しなくてもよい。出力部１３は、例えば、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値の変化をグラフで出力してもよい。出力部１３は、検査対象７の欠陥の情報に基づいた検査結果を出力してもよい。検査結果は、例えば、検査対象７の良品又は不良品の判定結果であってもよい。
算出部１２は、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに、走査して得られる超音波の二次高調波振幅を基本波振幅で除算した値を算出し、出力部１３は、二次高調波振幅を基本波振幅で除算した値及び二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、検査対象７の欠陥の情報を出力してもよい。以下、検査対象７の欠陥の情報を出力するための原理について説明する。
図６は、検査対象７を走査する超音波の複数の伝搬経路を説明する概要図である。検査対象７を走査して得られる超音波の伝搬経路として、アルミニウム層７１と水６ａの間の外部界面７ｂで反射する場合と、検査対象７の接着界面７ａの健全部で反射する場合、及び検査対象７の接着界面７ａの欠陥部で反射する場合がある。アルミニウム層７１と水６ａの間の外部界面７ｂの反射率をＲＷ、検査対象７の接着界面７ａの健全部の反射率をＲＧとする。いずれの界面も非線形性は無いため、クラッピングによる信号α＝０として、Ａ２／Ａ１ ２及びＡ２′／Ａ１′２は、以下の数式（７）及び数式（８）で示される。
Ａ１′は、検査対象７の接着界面７ａの健全部で反射した超音波の基本波振幅を示す。Ａ2′は、検査対象７の接着界面７ａの健全部で反射した超音波の二次高調波振幅を示す。数式（７）と数式（８）との比は、以下の数式（９）で示される。
Ａ１′は、検査対象７の接着界面７ａの健全部で反射した超音波の基本波振幅を示す。Ａ2′は、検査対象７の接着界面７ａの健全部で反射した超音波の二次高調波振幅を示す。数式（７）と数式（８）との比は、以下の数式（９）で示される。
数式（４）により、アルミニウム層７１と水６ａの間の外部界面７ｂで反射した基本波の振幅と、検査対象７の接着界面７ａの健全部から反射した基本波の振幅との比は、以下の数式（１０）で示される。
ここで、数式（９）を数式（１０）で変形すると、以下の数式（１１）が得られる。
数式（１１）の両辺を整理すると、以下の数式（１２）が得られる。
ここで、数式（９）を数式（１０）で変形すると、以下の数式（１１）が得られる。
数式（１１）の両辺を整理すると、以下の数式（１２）が得られる。
検査対象７の接着界面７ａの欠陥部の反射率をＲＦ、検査対象７の接着界面７ａの欠陥部で反射した超音波の基本波振幅をＡ１″、検査対象７の接着界面７ａの欠陥部で反射した超音波の二次高調波振幅をＡ２″とする。Ａ２″／Ａ１″を上述した数式の変形と同様に求めると、以下の数式（１３）が得られる。
数式（１３）の両辺を整理して、αを含む項をＡ（α）でまとめると、以下の数式（１４）が得られる。
数式（１２）及び数式（１４）が示す、超音波を走査して得られる超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅との比は、超音波が検査対象７の外部界面７ｂ、内部の接着界面７ａ又は欠陥部のいずれにおいて反射されても、Ａ（α）の項を除いて、一定値になることを表す。つまり、異なる伝搬経路で反射された超音波の基本波振幅及び超音波の二次高調波振幅は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅の比をとることで、反射率に由来する影響が低減された状態で超音波の基本振幅と超音波の二次高調波振幅との関係を記述できる。
数式（１３）の両辺を整理して、αを含む項をＡ（α）でまとめると、以下の数式（１４）が得られる。
数式（１２）及び数式（１４）が示す、超音波を走査して得られる超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅との比は、超音波が検査対象７の外部界面７ｂ、内部の接着界面７ａ又は欠陥部のいずれにおいて反射されても、Ａ（α）の項を除いて、一定値になることを表す。つまり、異なる伝搬経路で反射された超音波の基本波振幅及び超音波の二次高調波振幅は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅の比をとることで、反射率に由来する影響が低減された状態で超音波の基本振幅と超音波の二次高調波振幅との関係を記述できる。
算出部１２は、超音波探触子５の経路の走査位置ごとに超音波の二次高調波振幅を超音波の基本波振幅で除算した値及び超音波の二次高調波振幅を超音波の基本波振幅の二乗で除算した値を算出する。
出力部１３は、算出部１２で算出された超音波の二次高調波振幅を超音波の基本波振幅で除算した値、及び二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、検査対象７の欠陥の情報を出力する。具体的には、出力部１３は、二次高調波振幅を基本波振幅で除算した値に基づいて出力された画像と、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて出力された画像とを比較する。出力部１３は、画像を比較して、欠陥の位置が一致する割合が任意の値より低い場合は、超音波の反射率が振幅に与える影響によって欠陥を誤検出している旨を出力する。よって、この超音波検査装置１０は、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅との比、及び超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比に基づいて、超音波の反射率が振幅に与える影響を低減できる。
取得部１１は、検査対象７を透過して走査する超音波を取得してもよい。以下、検査対象７の欠陥の情報を出力するための原理について説明する。
検査対象７を走査する超音波は、アルミニウム層７１と水６ａの間の外部界面７ｂ、検査対象７の接着界面７ａ、及びＣＦＲＰと水６ａの間を透過する。この場合、検査対象７を透過した基本波振幅及び二次高調波振幅は、以下に示す数式（１５）及び数式（１６）によって示される。
Ｔ３はアルミニウム層７１からＣＦＲＰ層７２への透過率を示す。Ｔ５はＣＦＲＰ層７２から水６ａへの透過率を示す。検査対象７を透過して走査する超音波を取得した場合、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値は、数式（１５）及び数式（１６）によって、以下の数式（１７）で示される。
数式（１７）において、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比は、数式（６）と同様に、右辺第一項から水６ａの非線形性の影響を受けたＡ１Ｗの項が消えたことを示す。よって、取得部１１が検査対象７を透過して走査する超音波を取得する場合も、検査対象７で反射して走査する超音波を取得する場合と同様に、超音波検査装置１０は、水６ａの非線形性の影響を低減した検査対象７の欠陥を出力できる。
数式（１７）において、超音波の二次高調波振幅と超音波の基本波振幅を二乗した値との比は、数式（６）と同様に、右辺第一項から水６ａの非線形性の影響を受けたＡ１Ｗの項が消えたことを示す。よって、取得部１１が検査対象７を透過して走査する超音波を取得する場合も、検査対象７で反射して走査する超音波を取得する場合と同様に、超音波検査装置１０は、水６ａの非線形性の影響を低減した検査対象７の欠陥を出力できる。
１００…超音波検査システム、１…制御装置、２…パルス発生器、３…分波器、４…駆動部、５…超音波探触子、６…水槽、７…検査対象、８…高周波フィルタ、９…パルス受信器、１０…超音波検査装置、１１…取得部、１２…算出部、１３…出力部。
Claims (5)
- 検査対象に媒質を介して超音波が走査されて得られる前記超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得する取得部と、
走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出する算出部と、
前記基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて前記検査対象の欠陥の情報を出力する出力部と、
を備える超音波検査装置。 - 前記出力部は、前記検査対象の欠陥の情報として画像を出力する、請求項１に記載の超音波検査装置。
- 前記算出部は、前記走査位置ごとに、前記二次高調波振幅を前記基本波振幅で除算した値を算出し、
前記出力部は、前記二次高調波振幅を前記基本波振幅で除算した値及び前記二次高調波振幅を前記基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて、前記検査対象の欠陥の情報を出力する、請求項１又は請求項２に記載の超音波検査装置。 - 検査対象に媒質を介して超音波が走査されて得られる前記超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得するステップと、
前記走査位置ごとに、二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値を算出するステップと、
前記基本波振幅の二乗で除算した値に基づいて前記検査対象の欠陥の情報を出力するステップと、
を備える超音波検査方法。 - 検査対象に媒質を介して超音波が走査されて得られる前記超音波の基本波と二次高調波とを示す信号を、走査位置ごとに取得する取得部と、
前記検査対象に関する画像を出力する出力部と、
を備え、
前記画像は、前記走査位置それぞれに対応する画素値を有し、
前記画素値は、対応する前記走査位置における二次高調波振幅を基本波振幅の二乗で除算した値に所定の画素値変換ルールを適用した値である、
超音波検査装置。
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