JP2023163433A - 超音波探傷装置および超音波探傷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形の応答特性を示す欠陥の開口幅を計測する。【解決手段】超音波アレイプローブ１０と、所定数の超音波素子に所定電圧を同時に印加する第１動作と、所定数の超音波素子を複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する電圧印加部２０と、第１動作において超音波アレイプローブ１０が受信した所定周波数の超音波の第１応答値と、第２動作において超音波アレイプローブ１０が異なるタイミングで受信した所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する取得部３０と、電圧印加部２０が電圧値の異なる複数の所定電圧で電圧印加動作を実行するときに取得部３０が取得する複数の差分応答値に基づいて欠陥ＤＦの開口幅を計測する計測部４０と、を備える超音波探傷装置１００を提供する。【選択図】図１

Description

本開示は、超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。

従来、検査対象に含まれる閉じたき裂や微小開口幅のき裂などの欠陥を、超音波を用いて計測する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、所定の基本周波数で互いに異なる振幅を有する複数種類の超音波をそれぞれ送信信号として検査対象に送信し、検査対象から反射される超音波を受信し、異なる振幅に対する応答強度の差分から検査対象の欠陥を映像化する技術が開示されている。

特許第６０２５０４９号公報

特許文献１では、異なる振幅に対する応答強度の差分を映像化することにより、送信信号の振幅の大きさに対して受信信号の反射強度が比例しない非線形性を有する欠陥があるかどうかを検出することができる。しかしながら、特許文献１は、異なる振幅に対する応答強度の差分を映像化するものであり、欠陥の大きさ（例えば、き裂の開口幅）そのものを計測するものではない。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、送信される超音波の振幅の大きさに対して受信される超音波の応答値が比例しない非線形の応答特性を有する欠陥の開口幅を計測することが可能な超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、検査対象に所定周波数の超音波を送信するとともに前記検査対象で反射した前記所定周波数の超音波を受信する所定数の超音波素子を所定方向に沿って配置した超音波アレイプローブと、前記所定数の前記超音波素子に前記所定電圧を同時に印加する第１動作と、前記所定数の前記超音波素子を複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで前記所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する電圧印加部と、前記第１動作において前記超音波アレイプローブが受信した前記所定周波数の超音波の第１応答値と、前記第２動作において前記超音波アレイプローブが異なるタイミングで受信した前記所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する取得部と、前記電圧印加部が電圧値の異なる複数の前記所定電圧で前記電圧印加動作を実行するときに前記取得部が取得する複数の前記差分応答値に基づいて前記検査対象に含まれる欠陥の開口幅を計測する計測部と、を備える。

本開示の一態様に係る超音波探傷方法は、検査対象に含まれる欠陥の開口幅を超音波探傷装置により計測する超音波探傷方法であって、前記超音波探傷装置は、検査対象に所定周波数の超音波を送信するとともに前記検査対象で反射した前記所定周波数の超音波を受信する所定数の超音波素子を所定方向に沿って配置した超音波アレイプローブを備え、前記所定数の前記超音波素子に前記所定電圧を同時に印加する第１動作と、前記所定数の前記超音波素子を複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで前記所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する電圧印加工程と、前記第１動作において前記超音波アレイプローブが受信した前記所定周波数の超音波の第１応答値と、前記第２動作において前記超音波アレイプローブが異なるタイミングで受信した前記所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する取得工程と、前記電圧印加工程が電圧値の異なる複数の前記所定電圧で前記電圧印加動作を実行するときに前記取得工程が取得する複数の前記差分応答値に基づいて前記検査対象に含まれる欠陥の開口幅を計測する計測工程と、を備える。

本開示によれば、送信される超音波の振幅の大きさに対して受信される超音波の応答値が比例しない非線形の応答特性を有する欠陥の開口幅を計測することが可能な超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成図である。 電圧印加部が実行する電圧印加動作を示すフローチャートである。 電圧印加部が第１動作を実行する際に超音波素子に印加する電圧パルスの遅延時間を示すグラフである。 取得部が実行する差分応答値の取得動作を示すフローチャートである。 超音波の振幅と取得部が取得する応答値との関係を示すグラフである。 線形性の応答から非線形性の応答へ切り替わる電圧値と欠陥の開口幅との関係を示すグラフである。 記憶部に記憶するテーブルを作成する動作を示すフローチャートである。 欠陥の開口幅を計測する動作を示すフローチャートである。 超音波アレイプローブを検査対象の表面に設置した状態を示す斜視図である。 画像表示部に表示させたＣスキャン画像の一例を示す図である。 電圧印加部が超音波素子に印加する電圧値を切り替えた際に画像表示部に表示されるＣスキャン画像の一例を示す図である。 電圧印加部が実行する電圧印加動作を示すフローチャートである。 超音波の振幅と取得部が取得する応答値との関係を示すグラフである。 検査対象の欠陥に単一の超音波素子から超音波を照射した状態を示す正面図である。 検査対象の欠陥に単一の超音波素子から超音波を照射した状態を示す正面図である。 検査対象の欠陥に単一の超音波素子から超音波を照射した状態を示す正面図である。 接着層に焦点が合うように直流電圧印加部から超音波素子に印加される直流電圧を変更し、電圧印加部が電圧印加動作を実行する処理を示すフローチャートである。

〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態に係る超音波探傷装置１００について、図面を参照して説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係る超音波探傷装置１００の概略構成図である。本実施形態の超音波探傷装置１００は、検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅を計測する装置である。

図１に示すように、超音波探傷装置１００は、超音波アレイプローブ１０と、電圧印加部２０と、取得部３０と、計測部４０と、記憶部５０と、画像作成部６０と、画像表示部７０と、を備える。

超音波アレイプローブ１０は、検査対象に所定周波数の超音波を送信するとともに検査対象２００で反射した所定周波数の超音波を受信する所定数の超音波素子１１ａ～１１ｐを有する。所定数の超音波素子１１ａ～１１ｐは、幅方向（所定方向）ＷＤに沿って配置されている。

図１では、１６個の超音波素子を幅方向ＷＤに沿って配置したものであるが、１６以外の任意の個数（例えば、３２個、６４個、１２８個等）の超音波素子を配置してもよい。超音波素子１１ａ～１１ｐは、送信した所定周波数の超音波の反射波を受信して反射波の強度に応じた応答値を出力し、取得部３０に送信する。

電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐに所定周波数の所定波形の電圧パルスを印加し、超音波を発振させる。電圧印加部２０が超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する電圧パルスは、例えば、スパイクパルス、矩形パルス等である。電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐの全てに所定電圧を同時に印加する第１動作と、超音波素子１１ａ～１１ｐを複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する。

図２は、電圧印加部２０が実行する電圧印加動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐの全てに所定電圧を同時に印加する第１動作を実行する。ここで、「同時に印加する」とは、超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する電圧パルスを遅延時間分だけ遅延させながら超音波素子１１ａ～１１ｐの全てに電圧パルスを印加する動作を連続的に行うことである。

本実施形態において、電圧印加部２０は、超音波アレイプローブ１０の幅方向ＷＤの中央部に焦点を設けるために、フェーズドアレイ励振方法を用いて電圧印加動作を実行する。図３は、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する電圧パルスの遅延時間を示すグラフである。

図３に示すように、幅方向ＷＤの両端部に配置される超音波素子１１ａ，１１ｐに印加される電圧パルスの遅延時間はゼロである。超音波素子１１ｂ，１１ｏに印加される電圧パルスの遅延時間はＴ１である。超音波素子１１ｃ，１１ｎに印加される電圧パルスの遅延時間はＴ２である。超音波素子１１ｄ，１１ｍに印加される電圧パルスの遅延時間はＴ３である。超音波素子１１ｅ，１１ｌに印加される電圧パルスの遅延時間はＴ４である。超音波素子１１ｆ，１１ｋに印加される電圧パルスの遅延時間はＴ５である。超音波素子１１ｇ，１１ｊに印加される電圧パルスの遅延時間はＴ６である。超音波素子１１ｈ，１１ｉに印加される電圧パルスの遅延時間はＴ７である。

図３に示すように、幅方向ＷＤの両端部に配置される超音波素子１１ａ，１１ｐに印加される電圧パルスに対して、幅方向ＷＤの中央部までの距離が短いほど超音波素子に印加される電圧パルスの遅延時間が長くなる。

ステップＳ１０１の第１動作において、全素子の超音波素子１１ａ～１１ｐが送信した超音波の反射波は超音波素子１１ａ～１１ｐにより受信される。超音波アレイプローブ１０は、超音波素子１１ａ～１１ｐが反射波を受信して得られた１６個の出力値を積算するビニング処理を行って応答値を算出し、取得部３０へ出力する。

ステップＳ１０２およびステップＳ１０３で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐを複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで所定電圧を印加する第２動作を実行する。

ステップＳ１０２で、電圧印加部２０は、複数の超音波素子１１ａ～１１ｐのうち幅方向ＷＤの一端から奇数番目の超音波素子１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｏの８個からなる第１素子群に所定電圧を同時に印加する。ここで、「同時に印加する」とは、奇数番目の超音波素子１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｏに印加する電圧パルスを遅延時間分だけ遅延させながら奇数番目の超音波素子１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｏに電圧パルスを印加する動作を連続的に行うことである。なお、ステップＳ１０２において、電圧印加部２０は、偶数番目の超音波素子１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌ，１１ｎ，１１ｐには所定電圧を印加しない。

ステップＳ１０３で、電圧印加部２０は、複数の超音波素子１１ａ～１１ｐのうち幅方向ＷＤの一端から偶数番目の超音波素子１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌ，１１ｎ，１１ｐの８個からなる第２素子群に所定電圧を同時に印加する。ここで、「同時に印加する」とは、偶数番目の超音波素子１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌ，１１ｎ，１１ｐに印加する電圧パルスを遅延時間分だけ遅延させながら偶数番目の超音波素子１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌ，１１ｎ，１１ｐに電圧パルスを印加する動作を連続的に行うことである。なお、ステップＳ１０３において、電圧印加部２０は、奇数番目の超音波素子１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｏには所定電圧を印加しない。

ステップＳ１０２およびステップＳ１０３からなる第２動作において、奇数番目の超音波素子１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｏが送信した超音波の反射波は超音波素子１１ａ～１１ｐにより受信される。超音波素子１１ａ～１１ｐが反射波を受信して得られた１６個の出力値を積算するビニング処理を行って応答値を算出し、取得部３０へ出力する。

また、第２動作において、偶数番目の超音波素子１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌ，１１ｎ，１１ｐが送信した超音波の反射波は超音波素子１１ａ～１１ｐにより受信される。超音波素子１１ａ～１１ｐが反射波を受信して得られた１６個の出力値を積算するビニング処理を行って応答値を算出し、取得部３０へ出力する。

取得部３０は、電圧印加部２０の第１動作において超音波アレイプローブ１０が受信した所定周波数の超音波の第１応答値と、電圧印加部２０の第２動作において超音波アレイプローブ１０が異なるタイミングで受信した所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値とを得て、第１応答値と第２応答値の差分である差分応答値を取得する。

図４は、取得部３０が実行する差分応答値の取得動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１で、取得部３０は、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に、超音波素子１１ａ～１１ｐが送信した超音波の反射波に対して、超音波アレイプローブ１０から出力される応答値（第１応答値）を得る。

ステップＳ２０２で、取得部３０は、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に、奇数番目の超音波素子１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｏが送信した超音波の反射波に対して、超音波アレイプローブ１０から出力される奇数番目の超音波素子に対応する奇数応答値を取得する。

ステップＳ２０３で、取得部３０は、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に、偶数番目の超音波素子１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌ，１１ｎ，１１ｐが送信した超音波の反射波に対して、超音波アレイプローブ１０から出力される偶数番目の超音波素子に対応する偶数応答値を取得する。

ステップＳ２０４で、取得部３０は、奇数番目の超音波素子に対応する奇数応答値と、偶数番目の超音波素子に対応する偶数応答値を加算し、加算した応答値（第２応答値）を得る。
ステップＳ２０５で、取得部３０は、第１応答値と第２応答値の差分である差分応答値を取得する。

このように、取得部３０は、電圧印加部２０の第１動作において超音波アレイプローブ１０が受信した所定周波数の超音波の第１応答値と、電圧印加部２０の第２動作において超音波アレイプローブ１０が異なるタイミングで受信した所定周波数の超音波の複数の応答値（奇数番目の超音波素子に対応する奇数応答値および偶数番目の超音波素子に対応する偶数応答値）を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する。

計測部４０は、電圧印加部２０が電圧値の異なる複数の所定電圧で電圧印加動作を実行するときに取得部３０が取得する複数の差分応答値に基づいて検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅を計測する。

ここで、図５を参照して、超音波の振幅と取得部３０が取得する応答値との関係について説明する。図５は、超音波の振幅と取得部３０が取得する応答値との関係を示すグラフである。図５において、実線は、検査対象２００の欠陥ＤＦの開口幅が微小で非線形性の応答特性を示す欠陥を示す。点線は、検査対象２００の欠陥ＤＦの開口幅が大きく線形性の応答特性を示す欠陥を示す。

図５において、振幅Ａ２は、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから出力される超音波の振幅の一例を示すものである。振幅Ａ２は、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に奇数番目の超音波素子１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｏまたは偶数番目の超音波素子１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌ，１１ｎ，１１ｐから出力される超音波の振幅の一例を示すものである。

超音波素子１１ａ～１１ｐから送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例する線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合、第２動作では、第１動作の半数の超音波素子を用いるため、振幅Ａ１は振幅Ａ２の略半分となる。振幅Ａ１の超音波に対して取得部３０が取得する応答値はＦ１であり、振幅Ａ２の超音波に対して取得部３０が取得する応答値はＦ２である。応答値Ｆ１が応答値Ｆ２の略半分であるため、差分応答値はゼロまたは微小な値となる。

これは、線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから出力される応答値を加算した第１応答値（Ｆ２）と、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから出力される応答値を加算した第２応答値（Ｆ１×２）とが略同じになるからである。

一方、超音波素子１１ａ～１１ｐから送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例しない非線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合、振幅Ａ２の超音波に対して取得部３０が取得する応答値はＦ２より小さいＦ３となる。Ｆ２からＦ３を減算した値は差分応答値Ｆｄである。図５に示すように、差分応答値Ｆｄは、振幅の大きさが大きくなるにつれて大きくなる。

これは、非線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから出力される応答値を加算した第１応答値（Ｆ３）が、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから出力される応答値を加算した第２応答値（Ｆ１×２＝Ｆ２）よりも小さくなるからである。

非線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合に第１応答値が第２応答値よりも小さくなるのは、超音波素子１１ａ～１１ｐの全てから検査対象２００の欠陥ＤＦに対して出力される超音波のエネルギーが大きく、欠陥ＤＦの開口部分（き裂面）の一部が閉じて接触し、超音波の一部が反射しなくなるからである。

非線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合、振幅が小さいときには線形の応答特性を示すが、振幅が大きくなると非線形の応答特性を示す。また、欠陥ＤＦの開口幅が大きいほど、線形の応答特性を示す状態から非線形の応答特性を示す状態に切り替わる際の振幅（電圧印加部２０が印加する電圧）が大きくなる。

そこで、本実施形態の超音波探傷装置１００は、電圧印加部２０が電圧値の異なる複数の所定電圧で電圧印加動作を実行するときに取得部３０が取得する複数の差分応答値を取得し、差分応答値が所定の閾値となるときに電圧印加部２０が印加する所定電圧の電圧値を参照し、検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅を計測することとした。

具体的には、検査対象２００と同様の構造および材質を有する試験片を用いて図６のようなテーブルを取得して記憶部５０に記憶させておく。そして、計測部４０は、取得部３０が取得する差分応答値が所定の閾値となるときに電圧印加部２０が印加する所定電圧の電圧値から、テーブルを参照して欠陥ＤＦの開口幅を得る。

次に、図７を参照して、記憶部５０に記憶するテーブルを作成する動作について説明する。図７は、記憶部５０に記憶するテーブルを作成する動作を示すフローチャートである。

記憶部５０は、図７に示すフローチャートを実行することにより、取得部３０が取得する差分応答値が所定の閾値となるときに電圧印加部２０が印加する所定電圧の電圧値と、検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅とを対応付けたテーブルを記憶する。

ステップＳ３０１で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する所定電圧の電圧値を設定する。本フローチャートを開始した直後に実行する場合、電圧印加部２０は、所定電圧の電圧値として欠陥ＤＦが確実に線形の応答特性を示す状態となる電圧値を設定する。これは、所定電圧の電圧値を漸次増加させることで線形の応答特性を示す状態から非線形の応答特性を示す状態に切り替わる電圧値を探索するためである。

ステップＳ３０２で、電圧印加部２０は、ステップＳ３０１で設定した所定電圧の電圧値にて、図２に示す電圧印加動作を実行する。
ステップＳ３０３で、取得部３０は、図４に示す差分応答値の取得動作を実行する。

ステップＳ３０４で、取得部３０は、ステップＳ３０３で取得した差分応答値が所定の閾値であるかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ３０５に処理を進め、ＮＯであればステップＳ３０１からの処理を再び実行する。なお、ステップＳ３０４では、差分応答値が所定の閾値を超える場合に、ステップＳ３０３で取得した差分応答値が所定の閾値であると判断してもよい。

ステップＳ３０１を再び実行する場合、電圧印加部２０は、所定電圧の電圧値を増加させる。これは、ステップＳ３０３で取得した差分応答値が所定の閾値ではなく、欠陥ＤＦが線形の応答特性を示す状態であるため、欠陥ＤＦが非線形の応答特性を示す状態に切り替わる電圧値を探索するためである。

ステップＳ３０３で取得した差分応答値が所定の閾値であることから、現在の所定電圧の電圧値が線形の応答特性を示す状態から非線形の応答特性を示す状態に切り替わる電圧値であるとわかる。そこで、ステップＳ３０５では、欠陥ＤＦの開口幅をレーザ変位計（図示略）等により実測する。

ステップＳ３０６で、ステップＳ３０４でＹＥＳと判断した際に電圧印加部２０が印加する所定電圧の電圧値と、ステップＳ３０５で実測した欠陥ＤＦの開口幅とを対応付けてテーブルのデータとして記憶部５０に記憶し、本フローチャートを終了する。

本フローチャートの処理は、欠陥の開口幅が異なる複数の試験片のそれぞれに対して実行し、所定電圧の電圧値と欠陥の開口幅の実測値とを対応付けた複数組のデータを記憶部５０に記憶させる。また、記憶部５０に記憶させるテーブルは、試験片として実測していない欠陥ＤＦの開口幅を計測部４０で計測（推定）できるように、電圧値と欠陥ＤＦの開口幅とを対応付けたデータが存在しない領域について、図５に直線で示すような関数として補完したものとしてもよい。

なお、レーザ変位計（図示略）等により実測することができる欠陥ＤＦは、試験片の表面に露出したものである必要がある。そのため、試験片としては、欠陥ＤＦが表面に露出したものを用いる。一方、実際に超音波探傷装置１００により計測する欠陥ＤＦは、検査対象２００の表面に露出していない場合がある。

そこで、実際に超音波探傷装置１００により計測する欠陥ＤＦとして、検査対象２００の表面に露出していないものを対象にする場合には、本フローチャートの処理で得られたテーブルを、検査対象２００の表面に露出していない欠陥ＤＦの解析モデルを用いて補正して記憶部５０に記憶させるものとする。

次に、図８を参照して、欠陥ＤＦの開口幅を計測する動作について説明する。図８は、欠陥ＤＦの開口幅を計測する動作を示すフローチャートである。

ステップＳ４０１で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する所定電圧の電圧値を設定する。本フローチャートを開始した直後に実行する場合、電圧印加部２０は、所定電圧の電圧値として欠陥ＤＦが確実に線形の応答特性を示す状態となる電圧値を設定する。これは、所定電圧の電圧値を漸次増加させることで線形の応答特性を示す状態から非線形の応答特性を示す状態に切り替わる電圧値を探索するためである。

ステップＳ４０２で、電圧印加部２０は、ステップＳ４０１で設定した所定電圧の電圧値にて、図２に示す電圧印加動作を実行する。
ステップＳ４０３で、取得部３０は、図４に示す差分応答値の取得動作を実行する。

ステップＳ４０４で、取得部３０は、ステップＳ４０３で取得した差分応答値が所定の閾値であるかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ４０５に処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０１からの処理を再び実行する。なお、ステップＳ４０４では、差分応答値が所定の閾値を超える場合に、ステップＳ４０３で取得した差分応答値が所定の閾値であると判断してもよい。

ステップＳ４０１を再び実行する場合、電圧印加部２０は、所定電圧の電圧値を増加させる。これは、ステップＳ４０３で取得した差分応答値が所定の閾値ではなく、欠陥ＤＦが線形の応答特性を示す状態であるため、欠陥ＤＦが非線形の応答特性を示す状態に切り替わる電圧値を探索するためである。このように、電圧印加部２０は、取得部３０が取得する差分応答値が所定の閾値となるように所定電圧の電圧値を切り替えて複数回の電圧印加動作を実行する。

ステップＳ４０３で取得した差分応答値が所定の閾値であることから、現在の所定電圧の電圧値が線形の応答特性を示す状態から非線形の応答特性を示す状態に切り替わる電圧値であるとわかる。

ステップＳ４０５で、計測部４０は、取得部３０が取得する差分応答値が所定の閾値となるときに電圧印加部２０が印加する所定電圧の電圧値と、記憶部５０に記憶されるテーブルとに基づいて開口幅を計測する。計測部４０は、電圧値に対応する開口幅を、記憶部５０に記憶されたテーブルを参照して出力する。計測部４０は、例えば、計測した開口幅を画像表示部７０に表示させる。

以上のステップＳ４０１からＳ４０５により、超音波アレイプローブ１０が現在配置されている位置において、焦点位置に存在する欠陥ＤＦの開口幅を計測することができる。また、超音波アレイプローブ１０を検査対象２００の表面上の任意の位置に移動させることにより、検査対象２００の表面上の任意の位置における欠陥ＤＦの開口幅を計測することができる。

図９は、本実施形態の超音波アレイプローブ１０を検査対象２００の表面に設置した状態を示す斜視図である。図９に示す検査対象２００は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成される一対の板状部材２１０，２２０を接着剤２３０により接合したものである。

この検査対象２００においては、板状部材２１０の表面からＺ軸方向（深さ方向）にＤｐの位置に接着剤２３０が配置される。接着剤２３０が配置されるＺ軸方向の位置には、欠陥ＤＦが発生する可能性がある。そこで、超音波アレイプローブ１０は、板状部材２１０の表面からＺ軸方向にＤｐの位置に、超音波の焦点が設定されている。

図９において、超音波アレイプローブ１０で超音波素子１１ａ～１１ｐが配列される方向はＹ軸に沿った方向となっている。超音波探傷装置１００は、超音波アレイプローブ１０をＹ軸に直交するＸ軸に沿って移動させることにより、検査対象２００のＸ軸上の各位置における差分応答値を取得部３０により取得し、欠陥ＤＦの開口幅を計測部４０により計測する。なお、超音波探傷装置１００は、超音波アレイプローブ１０をＹ軸に沿って移動させることにより、検査対象２００のＹ軸上の各位置における差分応答値を取得部３０により取得し、欠陥ＤＦの開口幅を計測部４０により計測することができる。

また、超音波探傷装置１００は、超音波アレイプローブ１０をＹ軸に沿って移動させなくても、超音波アレイプローブ１０が接触している検査対象２００の領域であれば、検査対象２００のＹ軸上の各位置における差分応答値を取得し、開口幅を計測することができる。

具体的には、超音波素子１１ａ～１１ｐのうち選択された一部（例えば、１６個中の連続して配置される８個）を用いて差分応答値を取得し、開口幅を計測することができる。選択する一部の超音波素子の組み合わせをＹ軸に沿って移動させることにより、超音波アレイプローブ１０が接触している検査対象２００の領域において、検査対象２００のＹ軸上の各位置における差分応答値を取得し、開口幅を計測することができる。

画像作成部６０は、超音波アレイプローブ１０をＸ軸方向（移動方向）に沿って検査対象２００の表面を移動させたときに取得部３０が取得する差分強度から２次元画像であるＣスキャン画像を作成する。画像表示部７０は、画像作成部６０が作成したＣスキャン画像を表示する。

図１０は、画像表示部７０に表示させたＣスキャン画像の一例を示す図である。図１０に示す濃淡画像は、濃度が濃いほど差分応答値の値が小さく、濃度が薄いほど差分応答値の値が大きい。図９および図１０に示す領域ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４は、検査対象２００のＸＹ平面上の領域を示す。領域ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４は、それぞれ接着剤２３０が配置される領域に存在する欠陥ＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４の位置に対応している。図１０に示すＣスキャン画像により、検査対象２００のＸＹ平面のどの位置に欠陥ＤＦが存在しているかを視認することができる。

図１１は、電圧印加部２０が超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する電圧値を切り替えた際に画像表示部７０に表示されるＣスキャン画像の一例を示す図である。図１１に示す画像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３，ＩＭ４，ＩＭ５は、電圧印加部２０が第１電圧Ｖ１，第２電圧Ｖ２，第３電圧Ｖ３，第４電圧Ｖ４，第５電圧Ｖ５を印加した場合のＣスキャン画像である。第１電圧Ｖ１＜第２電圧Ｖ２＜第３電圧Ｖ３＜第４電圧Ｖ４＜第５電圧Ｖ５の関係を有する。

図１１に示すように、第１電圧Ｖ１を印加した場合の画像ＩＭ１では、検査対象２００のほぼすべての領域の濃淡が最も濃く、差分応答値が０か微小な値となっている。一方、第２電圧Ｖ２を印加した場合の画像ＩＭ２では、検査対象２００の一部の領域の濃淡が画像ＩＭ１よりも薄くなっている。これは、検査対象２００の一部の領域の差分応答値が上昇したためである。

その後、第３電圧Ｖ３，第４電圧Ｖ４，第５電圧Ｖ５と超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する電圧を増加させるにしたがって、ＸＹ平面の各位置の差分応答値が上昇し、検査対象２００の一部の領域の濃淡が更に薄くなる。本実施形態は、このような濃淡の変化に着目することで、計測部４０により、検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅を計測することができる。

以上説明した本実施形態の超音波探傷装置１００が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の超音波探傷装置１００によれば、電圧印加部２０が第１動作と第２動作を含む電圧印加動作を実行すると、取得部３０により、第１動作において超音波アレイプローブ１０が受信した第１応答値と第２動作において超音波アレイプローブ１０が受信した複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値が取得される。

超音波素子から送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例する線形の応答特性を示す欠陥の場合、差分応答値がゼロまたは微小な値となる。一方、超音波素子から送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例しない非線形の応答特性を示す欠陥の場合、振幅の大きさが大きくなるにつれて差分応答値が大きくなる。非線形の応答特性を有する欠陥の場合、振幅が小さいときには線形性の応答を示すが、振幅が大きくなると非線形の応答特性を示す。

そこで、本実施形態の超音波探傷装置１００は、電圧印加部２０が電圧値の異なる複数の所定電圧で電圧印加動作を実行するときに取得部３０が取得する複数の差分応答値に基づいて検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅を計測することとした。例えば、電圧印加部２０が電圧値を上昇させながら複数の所定電圧で電圧印加動作を実行する際に、差分応答値が増加し始める所定電圧の電圧値を特定することにより、特定した電圧値に対応する開口幅を計測値として出力することができる。

また、本実施形態の超音波探傷装置１００によれば、記憶部５０が、取得部３０が取得する差分応答値が所定の閾値（例えば、非線形性の応答を示すことを確実に示す値）となるときに電圧印加部２０が印加する所定電圧の電圧値と、検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅とを対応付けたテーブルを記憶している。そして、計測部４０は、取得部３０が取得する差分応答値が所定の閾値となるときに電圧印加部２０が印加する所定電圧の電圧値と、記憶部５０に記憶されるテーブルとに基づいて開口幅を計測することができる。

本実施形態の超音波探傷装置１００によれば、奇数番目の第１素子群に所定電圧を印加して受信される応答値と、偶数番目の第２素子群に所定電圧を印加して受信される応答値は、それぞれ全素子に所定電圧を印加して受信される応答値の半分となる。そのため、第１動作において受信する第１応答値が非線形の応答特性を示す場合に、第１素子群または第２素子群に所定電圧を印加する際に受信されるそれぞれの応答値が線形性の応答特性を示すようにして、差分応答値を取得することができる。

本実施形態の超音波探傷装置１００によれば、画像作成部６０によりＣスキャン画像を作成することにより、検査対象２００の移動方向に沿った画像を表示させ、移動方向のいずれの位置に欠陥が生じているかを容易に認識することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る超音波探傷装置１００について説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとする。

第１実施形態の超音波探傷装置１００において、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐを偶数番目の第１素子群と奇数番目の第２素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで所定電圧を印加する第２動作を実行するものであった。それに対して、本実施形態の超音波探傷装置１００において、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐのそれぞれに異なるタイミングで所定電圧を印加するものである。

図１２は、電圧印加部２０が実行する電圧印加動作を示すフローチャートである。図１３は、超音波の振幅と取得部３０が取得する応答値との関係を示すグラフである。

図１２に示すように、ステップＳ５０１で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐの全てに所定電圧を同時に印加する第１動作を実行する。ここで、「同時に印加する」とは、超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する電圧パルスを遅延時間分だけ遅延させながら超音波素子１１ａ～１１ｐの全てに電圧パルスを印加する動作を連続的に行うことである。

ステップＳ５０２で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐのそれぞれに異なるタイミングで所定電圧を印加する第２動作を実行する。この第２動作は、１つの超音波素子にのみ所定電圧を印加して取得部３０で１つの超音波素子から送信された超音波の反射波の応答値を超音波素子１１ａ～１１ｐの全てで取得する動作を、超音波素子の数だけ繰り返す動作である。

本実施形態の取得部３０は、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に、超音波素子１１ａ～１１ｐが送信した超音波の反射波に対して、超音波素子１１ａ～１１ｐからの出力値をビニング処理した応答値（第１応答値）を取得する。また、取得部３０は、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に、超音波素子１１ａ～１１ｐが送信した超音波の反射波に対して、超音波素子１１ａ～１１ｐからの出力値をビニング処理した応答値を取得する動作を超音波素子の数だけ繰り返し、加算された応答値（第２応答値）を得る。

そして、取得部３０は、第１応答値と第２応答値の差分である差分応答値を取得する。計測部４０は、第１実施形態と同様に、電圧印加部２０が電圧値の異なる複数の所定電圧で電圧印加動作を実行するときに取得部３０が取得する複数の差分応答値に基づいて検査対象２００に含まれる欠陥ＤＦの開口幅を計測する。

図１３において、振幅Ａ２は、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから出力される超音波の振幅の一例を示すものである。一方、振幅Ａ０は、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐのいずれか１つから出力される超音波の振幅の一例を示すものである。

超音波素子１１ａ～１１ｐから送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例する線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合、第２動作では、第１動作の１／１６個の超音波素子を用いるため、振幅Ａ０は振幅Ａ２の略１／１６となる。振幅Ａ０の超音波に対して取得部３０が取得する応答値はＦ０であり、振幅Ａ２の超音波に対して取得部３０が取得する応答値はＦ２である。応答値Ｆ０が応答値Ｆ２の略１／１６であるため、差分応答値はゼロまたは微小な値となる。

これは、線形の応答特性を有する欠陥ＤＦの場合、電圧印加部２０が第１動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから出力される応答値を加算した第１応答値（Ｆ２）と、電圧印加部２０が第２動作を実行する際に超音波素子１１ａ～１１ｐから１つずつ出力される応答値を加算した第２応答値（Ｆ０×１６）とが略同じになるからである。

図１３に示すように、振幅Ａ２に対して振幅Ａ０が略１／１６と極めて小さくなっており、振幅Ａ２と振幅Ａ０のエネルギー差が大きい。そのため、差分応答値を算出する基準となる振幅Ａ０における応答値Ｆ０を確実に線形の応答特性を有するものとすることができる。応答値Ｆ０が線形の応答特性を示すため、差分応答値の誤差が小さくなり、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

本実施形態の超音波探傷装置１００によれば、所定数の超音波素子１１ａ～１１ｐのそれぞれに異なるタイミングで所定電圧が印加され、所定数の超音波素子１１ａ～１１ｐからの出力値をビニング処理した所定数の応答値を加算して第２応答値が求められる。個々の超音波素子１１ａ～１１ｐに所定電圧を印加して受信される応答値Ｆ０は、全素子に所定電圧を印加して受信される応答値の略１／１６となる。そのため、第１動作において受信する第１応答値が非線形の応答特性を示す場合に、個々の超音波素子に所定電圧を印加する際に受信されるそれぞれの応答値が確実に線形の応答特性性を示すようにして、差分応答値のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係る超音波探傷装置１００について説明する。本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第２実施形態と同様であるものとする。

本実施形態の超音波探傷装置１００は、超音波アレイプローブ１０が有する複数の超音波素子１１ａ～１１ｐのそれぞれが、焦点距離を調節する調節機構を有している。図１４から図１６は、検査対象２００の欠陥ＤＦに単一の超音波素子１１ｉから超音波Ｕｗを照射した状態を示す正面図である。

本実施形態の複数の超音波素子１１ａ～１１ｐは、直流電圧印加部８０から印加される直流電圧の大きさに応じて内周面の形状を湾曲させ、超音波アレイプローブ１０から焦点位置までの焦点距離を調節する圧電素子等の調節機構を備えている。図１４に示す直流電圧印加部８０から単一の超音波素子１１ｉに印加される直流電圧Ｖｄ１よりも、図１５に示す直流電圧印加部８０から単一の超音波素子１１ｉに印加される直流電圧Ｖｄ２が大きい。また、図１５に示す直流電圧印加部８０から単一の超音波素子１１ｉに印加される直流電圧Ｖｄ２よりも、図１６に示す直流電圧印加部８０から単一の超音波素子１１ｉに印加される直流電圧Ｖｄ３が大きい。

図１４から図１６に示すように、単一の超音波素子１１ｉに印加される直流電圧が大きくなると、超音波素子１１ａ～１１ｐの内周面が凹面に変形するとともに電圧に応じて凹面の曲率半径が小さくなる。そのため、図１４における焦点距離ＦＤ１よりも図１５における焦点距離ＦＤ２が短く、図１５における焦点距離ＦＤ２よりも図１６における焦点距離ＦＤ３が短い。

図１４に示すように、単一の超音波素子１１ｉに印加される直流電圧がＶｄ１である場合、超音波Ｕｗの照射幅Ｗは、超音波素子１１ｉからの距離によらずに一定となる。一方、図１５および図１６に示すように、単一の超音波素子１１ｉに印加される直流電圧がＶｄ２またはＶｄ３である場合、超音波Ｕｗの照射幅Ｗは、超音波素子１１ｉからの距離が長くなるほど短くなる。

図１４から図１６は、直流電圧印加部８０から超音波素子１１ｉに直流電圧を印加した例を示すが、直流電圧印加部８０から超音波素子１１ａ～１１ｐのうちのいずれか１つに選択的に直流電圧を印加することができる。直流電圧印加部８０が直流電圧を印加する超音波素子を切り替えることにより、幅方向ＷＤの任意の位置に超音波を発振することができる。

本実施形態の超音波探傷装置１００は、例えば、板状部材２１０の表面から接着剤２３０が存在する接着層までの距離が既知であれば、接着層に焦点が合うように直流電圧印加部８０から超音波素子に印加される直流電圧を調整する。そして、直流電圧印加部８０が直流電圧を印加する超音波素子を切り替えることにより、幅方向ＷＤの任意の位置から接着層へ超音波を発振し、接着層にて反射する反射波を超音波素子１１ａ～１１ｐで受信することができる。

本実施形態の超音波探傷装置１００は、例えば、板状部材２１０の表面から接着剤２３０が存在する接着層までの距離が既知でない場合であっても、接着層に焦点が合うように直流電圧印加部８０から超音波素子に印加される直流電圧を変更することができる。図１７は、接着層に焦点が合うように直流電圧印加部８０から超音波素子に印加される直流電圧を変更し、電圧印加部が電圧印加動作を実行する処理を示すフローチャートである。

ステップＳ６０１で、直流電圧印加部８０は、超音波Ｕｗの照射幅Ｗが超音波素子１１ｉからの距離によらずに一定となるように、単一の超音波素子１１ｉに直流電圧がＶｄ１を印加する。

ステップＳ６０２で、超音波アレイプローブ１０は、電圧印加部２０により所定電圧を超音波素子１１ｉに印加して超音波を発振させ、超音波素子１１ｉが超音波を送信してから超音波素子１１ｉが超音波を受信するまでの伝播時間を計測する。

ステップＳ６０３で、超音波アレイプローブ１０は、板状部材２１０における超音波の既知の伝播速度と、ステップＳ６０２で計測した伝播時間とに基づいて、板状部材２１０から超音波が反射した接着層までの距離を検出する。そして、超音波アレイプローブ１０は、接着層に焦点が合うように直流電圧印加部８０から超音波素子に印加される直流電圧を変更する。

ステップＳ６０４で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐの全てに所定電圧を同時に印加する第１動作を実行する。ここで、「同時に印加する」とは、超音波素子１１ａ～１１ｐに印加する電圧パルスを遅延時間分だけ遅延させながら超音波素子１１ａ～１１ｐの全てに電圧パルスを印加する動作を連続的に行うことである。

ステップＳ６０５で、電圧印加部２０は、超音波素子１１ａ～１１ｐのそれぞれに異なるタイミングで所定電圧を印加する第２動作を実行する。この第２動作は、１つの超音波素子にのみ所定電圧を印加して取得部３０で１つの超音波素子から送信された超音波の反射波の応答値を超音波素子１１ａ～１１ｐの全てで取得する動作を、超音波素子の数だけ繰り返す動作である。

以上のように、本実施形態の超音波探傷装置１００は、例えば、板状部材２１０の表面から接着剤２３０が存在する接着層までの距離が既知でない場合であっても、接着層に焦点が合うように直流電圧印加部８０から超音波素子に印加される直流電圧を変更し、接着層に形成される欠陥ＤＦの開口幅を適切に計測することができる。

本実施形態の超音波探傷装置１００によれば、超音波素子１１ａ～１１ｐが有する調節機構により個々の超音波素子の焦点距離を調節することにより、超音波素子のエネルギーを焦点に集中させて高い応答値が得られるようにし、差分応答値のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

以上説明した実施形態に記載の超音波探傷装置および超音波探傷方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の第１態様に係る超音波探傷装置は、検査対象（２００）に所定周波数の超音波を送信するとともに前記検査対象で反射した前記所定周波数の超音波を受信する所定数の超音波素子を所定方向に沿って配置した超音波アレイプローブ（１０）と、前記所定数の前記超音波素子に所定電圧を同時に印加する第１動作と、前記所定数の前記超音波素子を複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで前記所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する電圧印加部（２０）と、前記第１動作において前記超音波アレイプローブが受信した前記所定周波数の超音波の第１応答値と、前記第２動作において前記超音波アレイプローブが異なるタイミングで受信した前記所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する取得部（３０）と、前記電圧印加部が電圧値の異なる複数の前記所定電圧で前記電圧印加動作を実行するときに前記取得部が取得する複数の前記差分応答値に基づいて前記検査対象に含まれる欠陥の開口幅を計測する計測部（４０）と、を備える。

本開示の第１態様に係る超音波探傷装置によれば、電圧印加部が第１動作と第２動作を含む電圧印加動作を実行すると、取得部により、第１動作において超音波アレイプローブが受信した第１応答値と第２動作において超音波アレイプローブが受信した複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値が取得される。

超音波素子から送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例する線形の応答特性を示す欠陥の場合、差分応答値がゼロまたは微小な値となる。一方、超音波素子から送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例しない非線形の応答特性を示す欠陥の場合、振幅の大きさが大きくなるにつれて差分応答値が大きくなる。非線形の応答特性を有する欠陥の場合、振幅が小さいときには線形性の応答を示すが、振幅が大きくなると非線形の応答特性を示す。

そこで、本開示の第１態様に係る超音波探傷装置は、電圧印加部が電圧値の異なる複数の所定電圧で電圧印加動作を実行するときに取得部が取得する複数の差分応答値に基づいて検査対象に含まれる欠陥の開口幅を計測することとした。例えば、電圧印加部が電圧値を上昇させながら複数の所定電圧で電圧印加動作を実行する際に、差分応答値が増加し始める所定電圧の電圧値を特定することにより、特定した電圧値に対応する開口幅を計測値として出力することができる。

本開示の第２態様に係る超音波探傷装置は、第１態様において、前記取得部が取得する前記差分応答値が所定の閾値となるときに前記電圧印加部が印加する前記所定電圧の電圧値と、前記検査対象に含まれる前記欠陥の前記開口幅とを対応付けたテーブルを記憶するテーブル記憶部を備え、前記電圧印加部は、前記取得部が取得する前記差分応答値が前記所定の閾値となるように前記所定電圧の電圧値を切り替えて複数回の前記電圧印加動作を実行し、前記計測部は、前記取得部が取得する前記差分応答値が前記所定の閾値となるときに前記電圧印加部が印加する前記所定電圧の電圧値と、前記記憶部に記憶される前記テーブルとに基づいて前記開口幅を計測する。

本開示の第２態様に係る超音波探傷装置によれば、記憶部が、取得部が取得する差分応答値が所定の閾値（例えば、非線形性の応答を示すことを確実に示す値）となるときに電圧印加部が印加する所定電圧の電圧値と、検査対象に含まれる欠陥の開口幅とを対応付けたテーブルを記憶している。そして、計測部は、取得部が取得する差分応答値が所定の閾値となるときに電圧印加部が印加する所定電圧の電圧値と、テーブル記憶部に記憶されるテーブルとに基づいて開口幅を計測することができる。

本開示の第３態様に係る超音波探傷装置は、第１態様または第２態様において、前記第２動作は、前記所定数の前記超音波素子のうち前記所定方向の一端から奇数番目の素子からなる第１素子群および前記所定数の前記超音波素子のうち前記所定方向の一端から偶数番目の素子からなる第２素子群に、異なるタイミングで前記所定電圧を印加する動作である。

本開示の第３態様に係る超音波探傷装置によれば、奇数番目の第１素子群に所定電圧を印加して受信される応答値と、偶数番目の第２素子群に所定電圧を印加して受信される応答値は、それぞれ全素子に所定電圧を印加して受信される応答値の半分となる。そのため、第１動作において受信する第１応答値が非線形の応答特性を示す場合に、第１素子群または第２素子群に所定電圧を印加する際に受信されるそれぞれの応答値が線形の応答特性を示すようにして、差分応答値を取得することができる。

本開示の第４態様に係る超音波探傷装置は、第１態様から第３態様のいずれかにおいて、前記第２動作は、前記所定数の前記超音波素子のそれぞれに異なるタイミングで前記所定電圧を印加する動作である。
本開示の第４態様に係る超音波探傷装置によれば、所定数の超音波素子のそれぞれに異なるタイミングで所定電圧が印加され、所定数の超音波素子のそれぞれで受信される応答値を加算して第２応答値が求められる。個々の超音波素子に所定電圧を印加して受信される応答値は、全素子に所定電圧を印加して受信される応答値の１／所定数となる。そのため、第１動作において受信する第１応答値が非線形性を示す場合に、個々の超音波素子に所定電圧を印加する際に受信されるそれぞれの応答値が確実に線形の応答特性を示すようにして、差分応答値のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本開示の第５態様に係る超音波探傷装置は、第４態様において、前記超音波素子は、焦点距離を調節する調節機構を有する。
本開示の第５態様に係る超音波探傷装置によれば、調節機構により個々の超音波素子の焦点距離を調節することにより、超音波素子のエネルギーを焦点に集中させて高い応答値が得られるようにし、差分応答値のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本開示の第６態様に係る超音波探傷装置は、第５態様において、前記調節機構は、前記超音波素子が超音波を送信してから前記超音波素子を受信するまでの伝播時間に応じて前記焦点距離を調節する。
本開示の第６態様に係る超音波探傷装置によれば、超音波素子が超音波を送信してから超音波素子を受信するまでの伝播時間に応じて焦点距離を調節することにより、例えば、検査対象の表面から欠陥までの距離が既知でない場合であっても、欠陥に焦点が合うように焦点距離を調節し、欠陥の開口幅を適切に計測することができる。

本開示の第７態様に係る超音波探傷装置は、第１態様から第６態様のいずれかにおいて、前記超音波アレイプローブを前記所定方向と交差する移動方向に沿って前記検査対象の表面を移動させたときに前記取得部が取得する前記差分応答値からＣスキャン画像を作成する画像作成部（６０）を備える。
本開示の第７態様に係る超音波探傷装置によれば、画像作成部によりＣスキャン画像を作成することにより、検査対象の移動方向に沿った画像を表示させ、移動方向のいずれの位置に欠陥が生じているかを容易に認識することができる。

本開示の第８態様に係る超音波探傷方法は、検査対象に含まれる欠陥の開口幅を超音波探傷装置により計測する超音波探傷方法であって、前記超音波探傷装置は、前記検査対象に所定周波数の超音波を送信するとともに前記検査対象で反射した前記所定周波数の超音波を受信する所定数の超音波素子を所定方向に沿って配置した超音波アレイプローブを備え、前記所定数の前記超音波素子に所定電圧を同時に印加する第１動作と、前記所定数の前記超音波素子を複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで前記所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する電圧印加工程と、前記第１動作において前記超音波アレイプローブが受信した前記所定周波数の超音波の第１応答値と、前記第２動作において前記超音波アレイプローブが異なるタイミングで受信した前記所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する取得工程と、前記電圧印加工程が電圧値の異なる複数の前記所定電圧で前記電圧印加動作を実行するときに前記取得工程が取得する複数の前記差分応答値に基づいて前記検査対象に含まれる前記欠陥の前記開口幅を計測する計測工程と、を備える。

本開示の第８態様に係る超音波探傷方法によれば、電圧印加工程が第１動作と第２動作を含む電圧印加動作を実行すると、取得工程により、第１動作において超音波アレイプローブが受信した第１応答値と第２動作において超音波アレイプローブが受信した複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値が取得される。

送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例する線形性を示す場合、差分応答値がゼロまたは微小な値となる。一方、送信される超音波の振幅の大きさに対して反射した超音波の応答値の大きさが比例しない非線形性を示す場合、振幅の大きさが大きくなるにつれて差分応答値が大きくなる。送信される超音波の振幅の大きさに対して受信される超音波の応答値が比例しない非線形性を有する欠陥の場合、振幅が小さいときには線形性の応答を示すが、振幅が大きくなると非線形性の応答を示す。

そこで、本開示の第８態様に係る超音波探傷方法は、電圧印加工程が電圧値の異なる複数の所定電圧で電圧印加動作を実行するときに取得工程が取得する複数の差分応答値に基づいて検査対象に含まれる欠陥の開口幅を計測することとした。例えば、電圧印加工程が電圧値を上昇させながら複数の所定電圧で電圧印加動作を実行する際に、差分応答値が増加し始める所定電圧の電圧値を特定することにより、特定した電圧値に対応する開口幅を計測値として出力することができる。

１０ 超音波アレイプローブ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌ，１１ｍ，１１ｎ，１１ｏ，１１ｐ 超音波素子
２０ 電圧印加部
３０ 取得部
４０ 計測部
５０ 記憶部
６０ 画像作成部
７０ 画像表示部
８０ 直流電圧印加部
１００ 超音波探傷装置
２００ 検査対象
２１０ 板状部材
２２０ 板状部材
２３０ 接着剤
Ａ０，Ａ１，Ａ２ 振幅
ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４ 領域
ＤＦ，ＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４ 欠陥
ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３ 焦点距離
Ｆｄ 差分応答値
ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３，ＩＭ４，ＩＭ５ 画像
Ｕｗ 超音波
ＷＤ 幅方向

Claims (8)

1. 検査対象に所定周波数の超音波を送信するとともに前記検査対象で反射した前記所定周波数の超音波を受信する所定数の超音波素子を所定方向に沿って配置した超音波アレイプローブと、
   前記所定数の前記超音波素子に所定電圧を同時に印加する第１動作と、前記所定数の前記超音波素子を複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで前記所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する電圧印加部と、
   前記第１動作において前記超音波アレイプローブが受信した前記所定周波数の超音波の第１応答値と、前記第２動作において前記超音波アレイプローブが異なるタイミングで受信した前記所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する取得部と、
   前記電圧印加部が電圧値の異なる複数の前記所定電圧で前記電圧印加動作を実行するときに前記取得部が取得する複数の前記差分応答値に基づいて前記検査対象に含まれる欠陥の開口幅を計測する計測部と、を備える超音波探傷装置。
2. 前記取得部が取得する前記差分応答値が所定の閾値となるときに前記電圧印加部が印加する前記所定電圧の電圧値と、前記検査対象に含まれる前記欠陥の前記開口幅とを対応付けたテーブルを記憶する記憶部を備え、
   前記電圧印加部は、前記取得部が取得する前記差分応答値が前記所定の閾値となるように前記所定電圧の電圧値を切り替えて複数回の前記電圧印加動作を実行し、
   前記計測部は、前記取得部が取得する前記差分応答値が前記所定の閾値となるときに前記電圧印加部が印加する前記所定電圧の電圧値と、前記記憶部に記憶される前記テーブルとに基づいて前記開口幅を計測する請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記第２動作は、前記所定数の前記超音波素子のうち前記所定方向の一端から奇数番目の素子からなる第１素子群および前記所定数の前記超音波素子のうち前記所定方向の一端から偶数番目の素子からなる第２素子群に、異なるタイミングで前記所定電圧を印加する動作である請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
4. 前記第２動作は、前記所定数の前記超音波素子のそれぞれに異なるタイミングで前記所定電圧を印加する動作である請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
5. 前記超音波素子は、焦点距離を調節する調節機構を有する請求項４に記載の超音波探傷装置。
6. 前記調節機構は、前記超音波素子が超音波を送信してから前記超音波素子を受信するまでの伝播時間に応じて前記焦点距離を調節する請求項５に記載の超音波探傷装置。
7. 前記超音波アレイプローブを前記所定方向と交差する移動方向に沿って前記検査対象の表面を移動させたときに前記取得部が取得する前記差分応答値からＣスキャン画像を作成する画像作成部を備える請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
8. 検査対象に含まれる欠陥の開口幅を超音波探傷装置により計測する超音波探傷方法であって、
   前記超音波探傷装置は、
   前記検査対象に所定周波数の超音波を送信するとともに前記検査対象で反射した前記所定周波数の超音波を受信する所定数の超音波素子を所定方向に沿って配置した超音波アレイプローブを備え、
   前記所定数の前記超音波素子に所定電圧を同時に印加する第１動作と、前記所定数の前記超音波素子を複数の素子群に分割して各素子群に異なるタイミングで前記所定電圧を印加する第２動作とを含む電圧印加動作を実行する電圧印加工程と、
   前記第１動作において前記超音波アレイプローブが受信した前記所定周波数の超音波の第１応答値と、前記第２動作において前記超音波アレイプローブが異なるタイミングで受信した前記所定周波数の超音波の複数の応答値を加算した第２応答値との差分である差分応答値を取得する取得工程と、
   前記電圧印加工程が電圧値の異なる複数の前記所定電圧で前記電圧印加動作を実行するときに前記取得工程が取得する複数の前記差分応答値に基づいて前記検査対象に含まれる前記欠陥の前記開口幅を計測する計測工程と、を備える超音波探傷方法。