JP2022038664A - 超音波検査装置及び超音波検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示が解決しようとする課題は、欠陥部の検出性能、例えば表示画像の解像度に優れた超音波検査装置及び超音波検査方法の提供である。
前記制御装置は、前記偏心配置受信プローブが受信した前記超音波ビームの信号の位相情報を抽出する位相抽出部と、抽出した前記位相情報の、走査位置毎の変化量を算出する位相変化量算出部とを備えた超音波検査装置に関する。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。
図1は、第1実施形態の超音波検査装置Zの構成を示す図である。図1では、走査計測装置1は、断面模式図で示している。図1には、紙面左右方向としてのx軸、紙面直交方向としてのy軸、紙面上下方向としてのz軸を含む直交3軸の座標系が示される。
本明細書において、送信プローブ110又は受信プローブ121の探触子面114とは、整合層113を備える場合は整合層113の表面と定義し、整合層113を備えない場合は振動子111の表面と定義する。即ち、探触子面114は、送信プローブ110の場合は、超音波ビームUを放出する面であり、受信プローブ121の場合は、超音波ビームUを受信する面である。
図15は、第2実施形態の超音波検査装置Zの構成を模式的に示した図である。第2実施形態では、走査計測装置1は、偏心配置受信プローブ120に加えて、同軸配置受信プローブ140を備える。ここで、同軸配置受信プローブ140は、偏心距離Lがゼロになる位置に配置した受信プローブ121である。即ち、同軸配置受信プローブ140の受信音軸AX2は、送信プローブ110の送信音軸AX1と同一である。
図17は、第3実施形態の超音波検査装置Zの構成を示す図である。第3実施形態では、流体Fは液体Wであり、図示の例では水である。超音波検査装置Zは、流体Fである液体Wを介して被検査体Eに超音波ビームUを入射することで被検査体Eの検査を行うものである。被検査体Eは、液体Wの液面L0の下に配置され、液体Wに浸かっている。超音波検査装置Zは、走査計測装置1と、制御装置2と、表示装置3とを備える。表示装置3は制御装置2に接続される。
図18は、第4実施形態の超音波検査装置Zの構成を示す図である。第4実施形態では、走査計測装置1は、偏心配置受信プローブ120に加えて、同軸配置受信プローブ140を備える。ここで、同軸配置受信プローブ140とは、偏心距離Lがゼロになる位置に配置した受信プローブ121である。即ち、同軸配置受信プローブ140の受信音軸AX2は、送信プローブ110の送信音軸AX1と同一である。
図19は、第5実施形態での超音波検査装置Zの構成を示す図である。第5実施形態では、第3実施形態の超音波検査装置Z(図17)の送信プローブ110に代えて送受信プローブ119が備えられる。送受信プローブ119は、第4実施形態における同軸配置受信プローブ140(図18)の機能と、第3実施形態の送信プローブ110(図17)の機能とを担う。従って、送受信プローブ119は、超音波ビームUを放出するとともに、被検査体E(欠陥部Dを含む)からの反射波を受信する。
図21は、第6実施形態に係る超音波検査装置Zにおける送信プローブ110と、偏心配置受信プローブ120との関係を示す図である。第6実施形態では、送信プローブ110と、偏心配置受信プローブ120の収束性の関係について説明する。
図23は、第7実施形態に係る偏心配置受信プローブ120の例を示す図である。超音波検査装置Zを、送信プローブ110及び偏心配置受信プローブ120をz軸のマイナス側から見た平面図である。つまり、図23は、偏心配置受信プローブ120側からみた図である。第3実施形態では、偏心配置受信プローブ120の振動子111(図3)の、送信音軸AX1に対する受信音軸AX2の偏心方向の長さbが、被検査体Eの表面に沿った方向かつ偏心方向に直交する方向の長さaよりも長い。長さa,bは特性長さであり、それぞれ、矩形振動子に対しては、矩形の辺の長さを意味し、楕円形の振動子に対しては、楕円の長軸又は短軸を意味する。
図24は、第8実施形態に係る超音波検査装置Zの走査計測装置1の構成を示す図である。第8実施形態では、走査計測装置1は、偏心配置受信プローブ120の傾きを調整する設置角度調整部106を備える。これにより、受信信号の強度を増大でき、信号のSN比(Signal to Noise比、信号雑音比)を大きくできる。設置角度調整部106は、例えば、いずれも図示しないが、アクチュエータ、モータ等により構成される。
なお、本実施形態で記載した傾斜配置の効果を得るためには0°<θ<90°の範囲で角度θ(傾斜角)が設定される。一方、本開示の他の実施形態においては、θ=0°であっても良いことは言うまでも無い。
図26は、第9実施形態に係る超音波検査装置Zの構成を示す図である。第9実施形態では、偏心配置受信プローブ120は、複数の単位プローブ120aを含む。図示の例では、単位プローブ120aは3つである。単位プローブ120aは、偏心距離L(送信音軸AX1からの距離)が異なる位置にそれぞれ配置される。
図28は、第10実施形態における偏心配置受信プローブ120の配置を示す図である。この例では、送信プローブ110及び偏心配置受信プローブ120を、図1のz軸のマイナス側、つまり、偏心配置受信プローブ120側から見た平面図である。第10実施形態では、偏心配置受信プローブ120はxy平面方向に2次元的に配置される。即ち、偏心配置受信プローブ120は、平面視で矩形状の複数の単位プローブ120aを含み、複数の単位プローブ120aは送信音軸AX1を中心として放射状に配置されている。図示の例では、単位プローブ120aは8個である。
図29は、第11実施形態における偏心配置受信プローブ120の配置を示す図であり、単位プローブ120aを傾斜して配置した図である。複数の単位プローブ120aが送信音軸AX1に対して対称に配置されている。従って、偏心距離Lが同じ位置に、少なくとも2つの単位プローブ120aが配置される。図示の例では、送信音軸AX1を含む平面視で送信音軸AX1の両側に、3個ずつ単位プローブ120aが対称に配置される。そして、3つの異なる偏心距離Lのそれぞれの位置に、2個ずつ単位プローブ120aが配置される。なお、単位プローブ120aは、上記の第8実施形態(図25)と同様に、傾斜して配置される。
図31は、第12実施形態の超音波検査装置Zの構成を示す図である。第12実施形態では、同軸配置受信プローブ140の焦点距離R3は、偏心配置受信プローブ120の焦点距離R2よりも短い。これにより、同軸配置受信プローブ140の収束性が、偏心配置受信プローブ120の収束性よりも高まっている。
図32は、第13実施形態の超音波検査装置Zの構成を示す図である。第13実施形態では、偏心配置受信プローブ120及び同軸配置受信プローブ140の双方の機能を有するアレイ型プローブ122が使用される。アレイ型プローブ122は、複数個の感音素子122a(単位プローブ120a(図26)としても機能する)が1次元的(図32)又は2次元的(図33)に配置された受信プローブ121である。
図33は、第14実施形態の超音波検査装置Zの構成を示す図である。図33は、送信プローブ110及びアレイ型プローブ122を、図1のz軸のマイナス側、つまり、アレイ型プローブ122の側から見た平面図である。上記の図32では、アレイ型プローブ122を構成する感音素子122aは、一方向にのみ1次元的に配置されていた。しかし、図33に示すアレイ型プローブ122では、感音素子122aはxyの二方向に2次元的に配置されている。図示の例では、感音素子122aは、xyの各方向に同数ずつ(7個ずつ)配置され、正方形状に配置される。しかし、感音素子122aは、正方形状の配置に限られず、例えば長方形、円形、楕円形等の各形状に配置されてもよい。
101 筐体
102 試料台
103 送信プローブ走査部
104 受信プローブ走査部
105 偏心距離調整部
106 設置角度調整部
110 送信プローブ
111 振動子
112 バッキング
113 整合層
114 探触子面
115 送信プローブ筐体
116 コネクタ
117,118 リード線
119 送受信プローブ
120 偏心配置受信プローブ
120a 単位プローブ
121 受信プローブ
122 アレイ型プローブ
122a 感音素子
140 同軸配置受信プローブ
2 制御装置
201 データ処理部
202 駆動部
203 位置計測部
204 スキャンコントローラ
205 欠陥情報判定部
210 送信系統
211 波形発生器
212 信号アンプ
220,220a,220b 受信系統
221 波形解析部
222,223 信号アンプ
224 振幅画像生成部
225 画像合成部
231 位相抽出部
232 位相変化量算出部
235 スイッチ
251 メモリ
252 CPU
253 記憶装置
254 通信装置
255 I/F
3 表示装置
AX1 送信音軸
AX2 受信音軸
D 欠陥部
E 被検査体
F 流体
G 気体
G1,G2,G3,G4,G5 グラフ
N 健全部
S101 放出ステップ
S102 受信ステップ
S103 位相抽出ステップ
S104 位相変化量算出ステップ
S105 形状表示ステップ
S111,S112 ステップ
U 超音波ビーム
U1 散乱波
U2 超音波ビーム
U3 直達波
Z 超音波検査装置
Claims (19)
- 流体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査装置であって、
前記被検査体への前記超音波ビームの走査及び計測を行う走査計測装置と、前記走査計測装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記走査計測装置は、
前記超音波ビームを放出する送信プローブと、超音波ビームを受信する偏心配置受信プローブとを備え、
前記送信プローブの送信音軸と前記偏心配置受信プローブの受信音軸との偏心距離がゼロよりも大きくなるように前記偏心配置受信プローブが配置され、
前記制御装置は、
前記偏心配置受信プローブが受信した前記超音波ビームの信号の位相情報を抽出する位相抽出部と、
抽出した前記位相情報の、走査位置に関する位相変化量を算出する位相変化量算出部とを備えた
超音波検査装置。 - 前記偏心距離が、前記超音波ビームの、前記被検査体の欠陥部での散乱により生じる散乱波を受信可能な距離に設定された
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波検査装置。 - 前記被検査体の欠陥部への入射時の前記偏心配置受信プローブでの受信信号強度が前記被検査体の健全部への入射時の前記受信信号強度よりも大きくなるように、前記偏心距離が設定された
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記偏心距離が、前記被検査体の健全部への照射時にノイズ以外の受信信号が検出されない距離に設定された
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記送信プローブ又は前記偏心配置受信プローブの少なくとも一方の位置を調整する偏心距離調整部を備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記偏心配置受信プローブの焦点距離は、前記送信プローブの焦点距離よりも長い
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記偏心配置受信プローブの焦点は、前記送信プローブの焦点よりも、前記送信プローブの側に存在する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記偏心配置受信プローブの前記被検査体でのビーム入射面積は、前記送信プローブの前記被検査体でのビーム入射面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記走査計測装置は、前記送信音軸と前記受信音軸との為す角度θが0°<θ<90°を満たすように、前記偏心配置受信プローブの傾きを調整する設置角度調整部を備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記偏心配置受信プローブは、複数の単位プローブを含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記制御装置は、前記複数の単位プローブのうち、照射された前記超音波ビームの、前記被検査体の欠陥部での散乱により生じる散乱波を受信した前記単位プローブの受信信号に基づいて、前記被検査体での欠陥部に関する情報を判定する欠陥情報判定部を備える
ことを特徴とする請求項10に記載の超音波検査装置。 - 前記走査計測装置は、前記偏心距離がゼロの位置に配置された同軸配置受信プローブを備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記制御装置は、
前記同軸配置受信プローブで受信した直達波の振幅に基づいて生成した、前記被検査体の内部の欠陥部の位置を示す第1画像と、
走査位置に関する位相変化量に基づいて前記位相変化量算出部が生成した、前記被検査体の内部の欠陥部の輪郭を示す第2画像と、
を合成する画像合成部を備える
ことを特徴とする請求項12に記載の超音波検査装置。 - 前記送信プローブは、前記超音波ビームを放出するとともに、前記被検査体からの反射波を受信する送受信プローブである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 前記制御装置は、
前記送受信プローブで受信した直達波の振幅に基づいて生成した、前記被検査体の内部の欠陥部の位置を示す第1画像と、
走査位置に関する位相変化量に基づいて前記位相変化量算出部が生成した、前記被検査体の内部の欠陥部の輪郭を示す第2画像と、
を合成する画像合成部を備える
ことを特徴とする請求項14に記載の超音波検査装置。 - 前記流体は気体である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波検査装置。 - 流体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査方法であって、
送信プローブから超音波ビームを放出する放出ステップと、
前記送信プローブの送信音軸とは異なる位置に受信音軸を有する偏心配置受信プローブにおいて、前記超音波ビームを受信する受信ステップと、
前記偏心配置受信プローブが受信した前記超音波ビームの信号の位相情報を抽出する位相抽出ステップと、
抽出した前記位相情報の、走査位置に関する位相変化量を算出する位相変化量算出ステップとを含む
ことを特徴とする超音波検査方法。 - 前記位相変化量算出ステップで生成された前記位相情報の前記走査位置に関する前記位相変化量が、予め設定されている閾値以上か否かを判定することで、前記被検査体の欠陥部の形状を表示する形状表示ステップを含む
ことを特徴とする請求項17に記載の超音波検査方法。 - 前記流体は気体である
ことを特徴とする請求項17又は18に記載の超音波検査方法。
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