JP4984519B2 - 超音波による金属材料の断面検査方法及び装置 - Google Patents

超音波による金属材料の断面検査方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、超音波による金属材料の断面検査方法及び装置に係り、特に、連続的に搬送される金属材料の検査を超音波を用いて行なう超音波検査装置、あるいは、超音波送受波器を走査して金属材料の検査を行なう超音波検査装置に用いるのに好適な、超音波による金属材料の断面検査方法及び装置に関する。
金属材料等の工業製品は、その内部に有害な欠陥が無いことを確認するため、超音波を用いて検査されることが多い。近年、軽量化を目的とした金属材料の薄肉化、環境対策のための製造プロセス変更、更に、長寿命化を目的とした内部品質改善などのために、φ２０μｍ程度の超微小内部欠陥を金属材料の全長・全断面にわたって検出することが必要になってきている。製造される金属材料製品全数の全長・全断面を検査するためには、製造ラインにおいて搬送されている製品の検査を行う必要がある。前記超微小欠陥の検出が必要な製品の搬送速度は、最大で１０００ｍｍ／ｓ程度である。従って、１０００ｍｍ／ｓの高速で搬送される製品の全長・全断面にわたり、φ２０μｍ程度の大きさの超微小欠陥を検出することが必要になっている。あるいは、静止している製品を超音波送受波器を走査することにより検査する場合には、超音波送受波器を１０００ｍｍ／ｓの高速にて走査する必要がある。
前記超音波を用いた検査装置は超音波探傷装置と称されている。これらの装置において前記内部欠陥を検出するにあたり、高速な検査を目的として超音波ビームを電子的に走査する手法が使われている。このうち、従来より用いられているリニア電子走査と称される走査方式を図１３により説明する。
図１３は従来の超音波検査装置の構成を示すブロック図である。図１３において、１０１は振動子アレイを示す。振動子アレイ１０１には、その先端部に多数の超音波振動子（以下、単に素子と称する）が等間隔でアレイ状に並べてあり、このうち複数の素子を一組として駆動し、決められた位置に超音波ビームを集束させる。図示の例では、素子総数が６４個（１０１1〜１０１64）、１組に用いる素子数を８個としている。各素子には素子番号１〜６４が付されている。Ｂ1〜Ｂ57は各素子１０１1〜１０１64により形成される超音波ビームを示す。１０２は、これら超音波ビームＢ1〜Ｂ57の送受波を制御する制御回路である。
ここで、超音波ビームＢ1〜Ｂ57の送受波動作の概略を説明する。まず、素子１０１1〜１０１8の８個を１組として駆動することにより、素子１０１1〜１０１8の中心線上に集
束点（焦点ともいう）を持つ超音波ビームＢ1を送受波する。次に素子１０１2〜１０１9を１組として駆動することにより、素子１０１2〜１０１9の中心線上に集束点を持つ超音波ビームＢ2を送受波する。以下同様に駆動素子群を１つずつシフトさせ、最後は素子１０１57〜１０１64の駆動により、超音波ビームＢ57を送受波する。このような動作により、素子配列ピッチに等しいピッチで、被検体に対して超音波ビームを電子走査する。上述の集束超音波ビームの送受波及び電子走査に必要な制御は、振動子アレイ１０１に接続された制御回路１０２において行なわれる。
なお、送波ビームの集束は、超音波を送波するために各素子に与える電気パルスの印加タイミングを、前記１組の素子の中で変更することによって可能である。受波ビームの集束は、前記１組の素子が受波した信号を、素子毎に個別の時間だけ遅延させて加算することによって達成できる。
上述したリニア電子走査は、超音波探触子の機械走査を行なう方法に比べ、２０倍程度の高速な検査が可能であるとされている。しかし、金属材料等の搬送ラインにおいて、秒速１０００ｍｍ程度の高速で搬送される被検体を、前記リニア電子走査を用いて検査しようとすると、１回の電子走査が終了するまでに、被検体のかなりの長さの部分が通過してしまうために、検査に歯抜けが発生する問題があった。
リニア電子走査による検査を高速化するための先行技術として、特許文献１が挙げられる。この特許文献１は、「多数の超音波振動素子の配列に沿って超音波ビームの走査を行なう超音波検査装置において、前記超音波ビームのすべてを連続する複数のビーム領域に区分するビーム領域区分手段と、前記各ビーム領域を所定の順で選択してゆくビーム領域選択手段と、選択されたビーム領域における１つの超音波ビームを当該ビーム領域が選択される毎に順次シフトしてゆくシフト手段とを設けたこと」によってリニア電子走査の高速化を図ることを提案している。
また、被検体の断面検査を高速化するための先行技術として、特許文献２が挙げられる。この特許文献２は、「被検材表面に沿って配列可能な複数の振動子を有する超音波変換器アレーと、超音波変換器アレーの各振動子をスパイクパルスで励振する励振手段と、各振動子で受信した超音波受信エコーを振動子ごとの波形データとして記憶する波形メモリと、振動子ごとの波形データが記憶された前記波形メモリの内容を読み出し、加算器にて位相合成する位相合成手段と、上記波形メモリの読み出しにおいて、その各波形メモリのアドレスを電子走査範囲内の任意位置に対するダイナミックフォーカスのビーム路程距離に相当するアドレスとして与える焦点手段とを備えることを特徴とする超音波探傷装置。」によって被検体の断面検査の高速化を図ることを提案している。
特開平３−２４８０５８号公報 特開２００３−２８８４６号公報
しかし、特許文献1では、電子的な切り替えによって超音波ビームの走査が行われることに変わりはなく、前記した検査の歯抜け問題の解決には程遠い状況であった。
また、特許文献２では、波形メモリに記憶された振動子アレイの全受波信号データから、受波の焦点を形成する際に、焦点の深さ位置を順次変更する必要があるため、このプロセスに時間がかかる問題があった。特許文献２の［００４２］には、１つの断面検査が１ｍｓで終了する例が示されているが、例えば被検材の速度が１０００ｍｍ／ｓ（６０ｍｐｍ）である場合には、１ｍｍおきにしか被検材の検査を行うことができない。これでは例えば、被検材にφ１００μｍ程度の円形平面欠陥があったとしても、この欠陥へ垂直に超音波ビームがあたる確率は１／１０よりも小さい。
また、特許文献２では、ｎ個の素子によって受波されたｎ個の受波信号全てを位相合成することにより、特定の位置に受波ビームの焦点を形成していた。ｎとして２００が例示されている。焦点位置における受波ビームの径は開口の大きさに反比例するので、ｎが大きいことは欠陥検出能や分解能向上の観点から良さそうに思われる。しかし、振動子アレイを構成する個々の超音波振動子（素子ともいう）は配列方向にある程度の幅を有しているため、個々の超音波振動子の受波指向性は、ある程度狭い角度範囲に限られる。例えば、振動子アレイの公称周波数を５ＭＨｚとし、配列方向での素子幅を０．８ｍｍ（一般的な５ＭＨｚ振動子アレイの素子幅はこの程度）として考えると、受波ビーム中心軸での受波効率に対して−６ｄＢ以内の受波効率となる角度（受波指向性という）は約１２°（ビーム中心軸に対して）である。この振動子アレイを用い、焦点に対する受波指向性が−６ｄＢ以内となる素子のみを用いて、振動子アレイから距離５０ｍｍの位置に焦点を形成することを考える。仮に焦点の直上に位置する素子を素子ｉとしたとき、焦点に対する受波指向性が−６ｄＢ以内となる素子ｊは素子ｉから約１１ｍｍに位置する。素子幅は０．８ｍｍとしたから、素子ｊは素子ｉから１３〜１４番目の素子である。ゆえに、上記の場合、受波ビームの焦点に主に寄与する素子は全体で３０素子足らずである。このように特許文献２に示された技術案を上記一般的なケースに適用するにしても、８割以上の素子の位相合成処理が無駄になっている問題があった。更に、特許文献２に示された装置を製造現場におけるオンライン探傷へ適用する場合には、焦点形成にほとんど寄与しない８割以上の素子が受波した信号に含まれる現場特有の周期性ノイズが加算によって増大するため、振幅の大きなノイズ信号が発生しやすい問題があった。振幅の大きなノイズ信号は、誤検出の原因となるため、オンライン探傷では最も嫌われる不具合である。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、振動子アレイを用いた超音波探傷を、高速に移送される金属材料の検査に適用するに当たり、あるいは、振動子アレイを高速に移動させて金属材料を検査するに当たり、検査に歯抜けが発生しないようにすることを課題とする。更に、本発明は、振幅が大きなノイズが発生しない探傷方法および装置を提供することを課題とする。
本発明は、１次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する方法において、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波し、該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波し、該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換し、前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に同時に形成する連続的に配置した複数の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号の時間軸を、前記連続的に配置した複数の受波焦点それぞれにおいて常に位相が合うように時間シフトした時間軸変換波形を作成して保存し、該時間軸変換波形を加算合成して、位相が常に合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成するようにして、前記課題を解決したものである。なお、被検体内部に形成する連続的な受波焦点とは、実質的にはＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換のサンプリング時間間隔に相当する超音波の伝搬距離間隔に連なって形成される受波焦点を意味する。
又、複数の超音波振動子からなる超音波振動子群を複数個とし、前記複数個の超音波振動子群において加算合成を同時に行うようにしたものである。
又、振動子アレイと焦点との距離に応じて、超音波振動子群を構成する超音波振動子の個数を変更するようにしたものである。
又、１次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する方法において、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波し、該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波し、該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換し、前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に形成するｎ個（ｎ≧２）の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号を、前記ｎ個の受波焦点それぞれにおいて位相が合うように、前記距離に応じて変化する遅延量で変換した波形を作成して保存し、該ｎ個の焦点毎に作成して保存した波形を加算合成して、位相が合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成するようにしたものである。
又、複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群を複数個とし、前記複数個の超音波振動子群において加算合成を同時に行うようにしたものである。
又、振動子アレイと焦点との距離に応じて、超音波振動子群を構成する超音波振動子の個数を変更するようにしたものである。
又、振動子アレイと焦点との距離に応じて、被検体内部に形成するｎ個（ｎ≧２）の受波焦点の間隔を変更するようにしたものである。
本発明は、又、１次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する装置において、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波する手段と、該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波する手段と、該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換する手段と、前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に同時に形成する連続的に配置した複数の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号を、前記連続的に配置した複数の受波焦点それぞれにおいて常に位相が合うように時間シフトした時間軸変換波形を作成して保存する手段と、該時間軸変換波形を加算合成して、位相が常に合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成する手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。
又、１次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する装置において、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波する手段と、該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波する手段と、該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換する手段と、前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に形成するｎ個（ｎ≧２）の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号を、前記ｎ個の受波焦点それぞれにおいて位相が合うように、前記距離に応じて変化する遅延量で変換した波形を作成して保存する手段と、該ｎ個の焦点毎に作成して保存した波形を加算合成して、位相が合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成する手段と、を備えるようにしたものである。
又、加算合成する手段は、複数個の超音波振動子群における加算合成を同時に行うようにしたものである。
以上における「加算合成を同時に行なう」に現われる「同時」とは、次回の超音波送受波が行われて、時間軸を変換された受波信号、又は、ｎ個の焦点毎に抽出した信号が、前記次回の超音波送受波による信号に切り換わるまでの時間帯を意味する。
本発明では、振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波し、該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波し、該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換した上で、前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に同時に形成する連続的に配置した複数の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号の時間軸を、前記連続的に配置した複数の受波焦点それぞれにおいて常に位相が合うように時間シフトした時間軸変換波形を作成して保存し、該時間軸変換波形を加算合成して、位相が常に合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成するようにしたので、振動子アレイの下に受波ビームの焦点が連続的に、あるいは、半連続的に形成された受波ニードルビームを形成することが可能となる。また、複数の超音波振動子からなる超音波振動子群を複数個とし、前記複数個の超音波振動子群において加算合成を同時に行なうようにしたので、振動子アレイの下に受波ニードルビームが密に並んだカーテンを形成することが可能となる。よって、高速に移動する物体（金属材料）の検査において、あるいは振動子アレイを高速に移動させて行なう検査において、リニア電子走査に伴う検査の歯抜けが発生しないか、又は発生しにくいので、高速に相対移動する物体の略全体像の検査が可能になる従来にない利点がある。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は超音波検査装置の参考形態を単純化した例を示すブロック図、図２は参考形態における着目点を示す説明図、図３は参考形態の全体像を示すブロック図である。
参考形態として、素子（超音波振動子）総数３８４個、受波集束ビームの形成に用いる１組の素子数を２４個とした場合について説明する。本参考形態では、２４個の素子を用いて、その配列の下方にビーム径が小さい１つの受波ビーム（以下、ニードルビーム）を形成し、更に３８４個の全素子から選択が可能な２４個の素子群の配列下方に受波ニードルビームを同時に形成することにより、振動子アレイ１の下に受波ニードルビームが密に並んだ受波ニードルビームカーテンを形成する例を示している。なお、この参考形態では、前記受波ニードルビームを形成するため、振動子アレイからの距離が異なる８個（ｎ＝８）の位置にビームが集束して焦点となるように、各素子が受波した信号から、その焦点の近傍（ビーム焦点位置を中心とした所定領域）のみの信号を抽出して、それらを加算合成することにより、前記受波ニードルビームによる受波を実現している。
図１（単純化図）及び図３（全体図）に示すように、参考形態は、振動子アレイ１、該振動子アレイ１の各素子１1〜１384から超音波を送波するため、各素子１1〜１384に電気パルスを印加するパルサ２1〜２384、各素子１1〜１384が受波した超音波による信号を増幅するための受波増幅器３1〜３384、増幅後の受波した超音波による信号をディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器４1〜４384、ディジタル化された受波波形信号から受波ビーム焦点の受波波形信号のみを抽出する信号抽出部７1〜７384、抽出した信号を格納する波形メモリ８1〜８384、及び、記憶された抽出信号を加算合成して、一点（受波ビーム焦点ともいう）に集束した受波ビームにより受波するのと等価な受波合成信号を生成する加算合成処理部９、加算合成処理部９からの信号を時間的につなぎ合わせることにより、振動子１iと１i+1との間の下に形成される１つのニードルビームによって受波するのと等価な受波波形信号を生成する信号合成部１０からなる。即ち本参考形態では、振動子アレイ１1〜１384の素子毎に、パルサ２1〜２384、受波増幅器３1〜３384、Ａ／Ｄ変換器４1〜４384、信号抽出部７1〜７384、及び、波形メモリ８1〜８384が備えられている。但し、パルサ２1〜２384、受波増幅器３1〜３384、Ａ／Ｄ変換器４1〜４384、信号抽出部７1〜７384、波形メモリ８1〜８384、加算合成処理部９1〜９384、信号合成部１０1〜１０384のうち、動作の説明に用いない構成要素の図示を略している。以下の図面でも動作の説明に用いない構成要素の図示を略した。
図２は参考形態における受波ニードルビーム形成の考え方を示している。振動子アレイ１の全素子１1〜１384から超音波を送波する。また、被検体からの超音波の反射信号（エコー）を、振動子アレイ１の全素子１1〜１384を用いて受波する。各素子１1〜１384によって受波された超音波による信号は、それぞれ図１に示した受波増幅器３1〜３384によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４1〜４384によってディジタル信号に変換される。これらディジタル化された信号の位相合わせを行ったのち、加算合成を行うことにより、図２に示したような受波集束ビームを形成できる。本参考形態では、被検体の断面を分解能高く検査するためには、図２に破線の丸印で示した部位からの反射信号のみを抽出すればよいことに着目した。具体的には、Ａ／Ｄ変換器４1〜４384によってディジタル変換された受波波形信号から、信号抽出部７1〜７384を用いて、各素子１i-12〜１i+11と円形領域との距離に相当する時間範囲に受波された信号のみを抽出して、加算合成を行えばよい。なお、信号抽出部７は、設定部２０から入力された各素子１i-12〜１i+11と円形領域との距離、および媒体中の音速などの情報にもとづき、抽出条件パラメータを設定される。図２における一点鎖線上で、破線の丸印で示した領域を複数とり、図１に示すような円形領域が切れ目なく、並ぶようにした上で（領域が切れ目なく並ぶように複数の焦点距離FRを設定する）、これら複数の領域から受波される信号のみを抽出して、加算合成を行えば、前記一点鎖線の近傍のみからの信号を受波することができる。このとき、形成される受波ビームは一点鎖線を中心とした集束ビーム径に対応した細い領域に局在するニードルビームといえる。
図１は、上記の一点鎖線を中心とした細い領域に局在する受波ニードルビームを１本形成する単純化された構成を示している。振動子アレイの素子１i-12〜１i+11から距離FRS〜FREの間に受波ニードルビームを形成できるよう、受波ビームが集束する８個の領域（実線で示した円形領域）を設定している。具体的な動作は以下のとおりである。振動子アレイ１の全素子１1〜１384から超音波を送波する。また、被検体からの超音波の反射信号（エコー）を、振動子アレイ１の全素子１1〜１384を用いて受波する。各素子１i-12〜１i+11によって受波された超音波による信号は、それぞれ受波増幅器３i-12〜３i+11によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４i-12〜４i+11によってディジタル信号に変換される。信号抽出部７i-12〜７i+11は、８個の領域の中心に集束された受波ビームを形成するため、それぞれの領域から受波された信号を抽出して波形メモリ８i-12〜８i+11へ送付する。波形メモリ８i-12〜８i+11は、８個の領域（図１では８種類の模様を用いて表示）に分かれており、８個の領域から受波された信号をそれぞれ記憶するようになっている。波形メモリ８i-12〜８i+11に記録された信号は、加算合成処理部９へ送られて、加算合成される。図１において、同じ模様の波形メモリを１本の線を用いて加算合成処理部９の同じ模様の箇所へ接続しているのは、同じ領域から受波された信号を加算合成処理部９へ導いていることを表している。なお、加算合成処理においては、各素子１i-12から１i+11と焦点との位置関係に応じて、波形メモリ８i-12〜８i+11に記憶された信号に重み付けを行なってから加算合成してもよい。このようにして加算合成処理によって得られた８個の領域に集束した受波ビームによる受波信号が信号合成部１０へ送られて、１つの受波信号にまとめられる。
次に、図４を用いて信号合成部１０の動作を説明する。８個の領域のそれぞれを領域ｋ（ｋ＝１、２、３、‥、８）と表示して識別すると、各領域ｋに集束した受波ビームによって得られた信号は、例えば、図４のｋ＝１からｋ＝８までに示したような抽出した領域の大きさに相当する時間幅をもった信号となる。振動子アレイ１とそれぞれの領域との距離が異なるため、各領域から振動子アレイ１により受波される信号は、時間的に異なるタイミングであらわれる。信号合成部１０は、これら信号を加算することにより、１つの受波信号を生成する。このようにして距離FRS〜FREの間に形成された受波ニードルビームによって受波された信号が得られる。
図３は、振動子アレイ１の素子の下方に受波ニードルビームを同時に並べて受波ニードルビームカーテンを形成する構成を示している。この構成では、振動子アレイ１のうち、素子１j〜１j+1（ｊ＝１２、１３、１４、‥‥、３７０、３７１、３７２）の下方に合計３６１本の受波ニードルビームが形成される。図３では、図面の煩雑化を避けるため、素子１i-13〜１i+10、素子１i-12〜１i+11、および素子１i-11〜１i+12の３箇所の位置それぞれの下に受波ニードルビームを形成する様子を示している。素子１i-13〜１i+10により形成される受波ニードルビームをNBi-1、素子１i-12〜１i+11により形成される受波ニードルビームをNBi、素子１i-11〜１i+12により形成される受波ニードルビームをNBi+1とする。振動子アレイ１、パルサ２、受波増幅器３、およびＡ／Ｄ変換器４の動作は既に図１を用いて説明したものと同等である。振動子アレイの１つの素子が同時に２４箇所の位置での２４本の受波ニードルビーム形成に用いられるため、合計２４×８個の受波ビーム焦点近傍からの信号を各素子に接続された波形メモリに記憶する必要がある。このため、波形メモリ８1〜８384は２４×８個の領域に分かれている。波形メモリ８へ受波信号を送り出す信号抽出部７は、各素子と２４×８個の受波ビームを集束させる領域との距離に応じて、受波信号から２４×８個の信号を取り出して波形メモリ８へ送付する。波形メモリ８に記録された受波信号から、例えば受波ニードルビームNBi-1による受波信号を得るためには、波形メモリ８i-13〜８i+10に記録された受波信号の中から、素子１i-13〜１i+10の下（詳しくは、素子１i-2と素子１i-1との中間の下）に設定した８個の受波ビーム焦点近傍（焦点位置を基準とした所定領域）からの信号を加算合成処理部９へ送る。これら信号は加算合成処理部９において、加算合成される。このようにして得られた８個の領域に集束した受波ビームによって得られた信号が信号合成部１０へ送られて、１つの受波信号にまとめられる。このようにして距離FRS〜FREの間に形成された受波ニードルビームNBi-1によって受波された信号が得られる。他の受波ニードルビームにより受波された信号も同様のプロセスを用いて得ることができる。
本参考形態では、説明の煩雑化を避けるため、１種類の媒体のなかで前記受波ニードルビームによる受波を行う構成を示した。金属材料の水浸探傷などのように媒体が２種類以上ある場合には、上記した距離の計算において、超音波の屈折を考慮することは言うまでもない。
又、本参考形態では、２４個の素子の下に８個の受波ビーム焦点を設定して受波ニードルビームを形成する方法を示した。これは一例であって、ビーム形成に用いる素子の数は４以上であればいくつでもよい。また、設定する受波ビーム焦点の数も被検体の厚さや必要とされる分解能・検出能に応じて自由に変更することができる。
更に、本参考形態では、受波ビームの焦点をほぼ等間隔に一定に設定している。これも一例であって、設定する受波ビームの焦点間の距離を不等間隔とすることも可能である。一般に受波ビームの送波方向での集束範囲は、焦点と振動子アレイとの距離に応じて大きくなるので、これに応じて受波ビーム焦点間の距離を定めるようにするとよい。
なお、焦点位置における超音波のビーム径Ｂｄは、概ね（１）式のように表される。
Ｂｄ＝λ・Ｆ／Ｄ ・・・・・・・・・・・・・（１）
ここに、λ：超音波の波長、Ｆ：集束ビームの焦点距離、Ｄ：グループ化された振動子の幅（素子ピッチ×素子数に相当）
従って、振動子幅Ｄを一定としたまま、焦点距離Ｆを大きくすると、ビーム径Ｂｄが大きくなるので、焦点距離Ｆに応じて所望のビーム径となるようにＤを変更する構成も可能である。具体的には、焦点距離Ｆに応じて受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を変更するとよい。
次に、図面を参照して、本発明の第１実施形態を詳細に説明する。
図５は第１実施形態を単純化した例を示すブロック図、図６は第１実施形態における着目点を示す説明図、図７は特定した２つの素子と焦点との間を超音波が伝搬する時間の相対的な関係を示す説明図、図８は第１実施形態の全体像を示すブロック図である。
第１実施形態として、素子総数３８４個、受波集束ビームの形成に用いる１組の素子数を２４個とした場合について説明する。本実施形態では、２４個の素子を用いて、その配列方向中心の下方に焦点が連続する１つの細い受波ビーム（以下、ニードルビーム）を形成し、更に３８４個の全素子から選択が可能な２４個の素子群の配列の下に受波ニードルビームを同時に形成することにより、振動子アレイ１の直下に受波ニードルビームが密に並んだ受波ニードルビームカーテンを形成する例を示している。なお、本実施形態では、２４個の素子を用いて受波集束ビームの焦点が連続するようにしている。
図５（単純化図）及び図８（全体図）に示すように、本実施形態は、振動子アレイ１、該振動子アレイ１の各素子１1〜１384から超音波を送波するため、各素子１1〜１384に電気パルスを印加するパルサ２1〜２384、各素子１1〜１384が受波した超音波による信号を増幅するための受波増幅器３1〜３384、増幅後の受波した超音波による信号をディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器４1〜４384、ディジタル化された受波信号の時間軸を変換する時間軸変換部１１1〜１１384、時間軸が変換された信号を格納する波形メモリ１２1〜１２384、及び、記憶された時間軸変換信号を用いて、振動子１iと１i+1との中間の直下に形成される焦点が切れ目なく連続した１つのニードルビームによって受波するのと等価な受波信号を生成する加算合成処理部１３からなる。即ち、本実施形態では、振動子アレイ１1〜１384の素子毎に、パルサ２1〜２384、受波増幅器３1〜３384、Ａ／Ｄ変換器４1〜４384、時間軸変換部１１1〜１１384、及び、波形メモリ１２1〜１２384が備えられている。
図６は本実施形態における受波ニードルビーム形成の考え方を示している。振動子アレイ１の全素子１1〜１384から超音波を送波する。また、被検体からの超音波の反射信号（エコー）を、振動子アレイ１の全素子１1〜１384を用いて受波する。各素子１1〜１384によって受波された超音波による信号は、それぞれ図５に示した受波増幅器３1〜３384によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４1〜４384によってディジタル信号に変換される。これらディジタル化された信号の位相合わせを行ったのち、加算合成を行うことにより、図５に示したような受波集束ビームを形成できる。
本実施形態では、図６に示すように、素子１i-12〜１i+11の下に振動子アレイ１から距離FRの位置に受波ビーム焦点を形成する場合に、素子１i-12〜１i+11と焦点の位置との間の距離は、距離FRの増加に対して単調増加する関数で表されることに着目した。図６に示した例では、焦点を１i-1および１iの中心の直下に設定しているので、焦点に一番近い素子は１i-1および１iである。該素子と焦点位置との間を超音波が伝搬する時間と、焦点から一番遠い素子１i-12と焦点との間を超音波が伝搬する時間とを対比させて図７に示す。この計算では、超音波が伝搬する媒体での超音波の速度を１５００ｍ／ｓ、素子ピッチｐを０．２ｍｍとし、FRを４ｍｍ〜２５ｍｍまで変化させた。
図７に示すように、前記２つの素子と焦点の位置との間を超音波が伝搬するのに要する時間は単調に変化する関数関係（以下、伝搬時間相対関係）を持つ。ここで、図７の横軸は図６の距離ｄi-1を伝搬時間に変換したもので、縦軸は図６の距離ｄi-12を伝搬時間に変換したものである。従って、一方の素子が受波した信号の時間軸（受波した時刻）を、図７に示した関係を用いて、他方の素子が受波した信号の時間軸（受波した時刻）に合わせれば（以下、時間軸変換と言う）、焦点と振動子アレイ１との距離FRが変化しても、常に両者の位相を合致させることができる。
素子１i-1と焦点との間を超音波が伝搬する時間と、素子１i-12以外の素子と焦点との間を超音波が伝搬する時間との間にも図７と同様の関係があるため、これらの関係を予め計算し、受波した信号の時間軸変換を行えば、焦点と振動子アレイ１との距離FRにかかわらず、同様に、素子１i-12以外の素子と素子１i-1との位相も合致させることができる。即ち、各素子１i-12〜１i+11が受波した信号の時間軸変換を行えば、素子１i-12〜１i+11の下に、焦点が切れ目なく連続する細い受波ビームを形成することができる。この受波ビームは、一点鎖線を中心とした細い領域に局在するニードルビームといえる。
なお、上記説明では時間軸変換の基準とする素子を素子１i-1として説明を行ったが、基準とする素子は２４個の素子のいずれであってもよい。ただし、焦点に一番近い素子を基準に時間軸変換を行うようにすると、時間軸変換後のデータの数を一番少なくできる（素子と焦点との間の超音波伝搬時間が最も短い。）ので、装置製作上のメリットがある。
より具体的には、前記時間軸変換は以下のように行われる。時間軸変換の基準とする素子を素子１i-1としてこの時間軸をｔとする。すると、時間軸を変換される素子（例えば、素子１i-12）の時間軸ti-12は、図７を参考にして、関数を用いて、ti-12＝fi-12 (ｔ)と書くことができる。このとき素子１i-12により受波された信号はその振幅を関数Aによって表すと、Ai-12 (ti-12)と表される。したがって、時間軸変換の操作はAi-12 (ｔ)を求めることに他ならず、逆関数を用いてAi-12 (f-1 i-12 (ti-12))とも書くことができる。時間軸変換部には、この操作に必要な時間軸変換関係が設定部２１から予め与えられている。ここで取り扱っている信号はディジタルデータであり、焦点に一番近い素子のデータ数が最も少ない（超音波の伝搬距離が短い）ので、焦点に一番近い素子を基準にすると、他の素子の時間軸変換では、データ数を減じる処理が行われる。データ数を減じるには、振幅が大きいデータが失われないように工夫された間引き処理を行うとよい。
図５は、上記の一点鎖線を中心としたビームの集束サイズに対応した細い領域に局在する受波ニードルビームを１本形成する単純化された構成を示している。振動子アレイの素子１i-12〜１i+11下の距離FRS〜FREの間に焦点が切れ目なく連続する受波ニードルビームを形成できるよう、受波され、Ａ／Ｄ変換された信号の時間軸変換を行う時間軸変換部１１が備えられている。
具体的な動作は以下のとおりである。振動子アレイ１の全素子１1〜１384から超音波を送波する。また、被検体からの超音波の反射信号（エコー）を、振動子アレイ１の全素子１1〜１384を用いて受波する。各素子１i-12〜１i+11によって受波された超音波による信号は、それぞれ受波増幅器３i-12〜３i+11によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４i-12〜４i+11によってディジタル信号に変換される。時間軸変換部１１i-12〜１１i+11は、距離FRS〜FREの間に焦点を連続的に設定するように、設定部２１に予め計算され記憶された時間軸変換関係のデータを入力し、それに基づき、基準にする素子以外の素子が受波した信号の時間軸を変換して波形メモリ１２i-12〜１２i+11へ送付する。基準にする素子の信号は、そのまま送付される。波形メモリ１２i-12〜１２i+11に記録された信号は、加算合成処理部１３へ送られて加算合成される。このようにして距離FRS〜FREの間に形成された焦点が切れ目なく連続した受波ニードルビームによって受波された信号が得られる。
図８は、振動子アレイ１の素子の下方に受波ニードルビームを同時に並べて受波ニードルビームカーテンを形成する構成を示している。この構成では、振動子アレイ１のうち、素子１j〜１j+1（ｊ＝１２、１３、１４、‥‥、３７０、３７１、３７２）の下に合計３６１本の受波ニードルビームが形成される。図８では、図面の煩雑化を避けるため、素子１i-13〜１i+10、素子１i-12〜１i+11、および素子１i-11〜１i+12のそれぞれの下に受波ニードルビームを形成する様子を示している。素子１i-13〜１i+10により形成される受波ニードルビームをNBi-1、素子１i-12〜１i+11により形成される受波ニードルビームをNBi、素子１i-11〜１i+12により形成される受波ニードルビームをNBi+1とする。振動子アレイ１、パルサ２、受波増幅器３、およびＡ／Ｄ変換器４の動作は既に図５を用いて説明したものと同等である。振動子アレイの１つの素子が同時に２４本の受波ニードルビーム形成に用いられるため、合計２４個の時間軸変換された信号を各素子に接続された波形メモリに記憶する必要がある。このため、波形メモリ１２1〜１２384は２４個の領域に分かれている。波形メモリ１２へ時間軸変換された信号を送り出す時間軸変換部１１は、各素子と２４個の受波ニードルビームを形成する位置との距離に応じて、受波信号から２４個の時間軸変換された信号を生成して波形メモリ１２へ送付する。波形メモリ１２に記録された受波信号から、例えば受波ニードルビームNBi-1による受波信号を得るためには、波形メモリ１２i-13〜１２i+10に記録された時間軸変換された信号の中から、素子１i-13〜１i+10の下（素子１i-2と素子１i-1との中間の下）に受波ニードルビームを形成するように時間軸変換された信号を加算合成処理部１３i-1へ送る。これら信号は加算合成処理部１３i-1において加算合成される。このようにして距離FRS〜FREの間に形成された受波ニードルビームNBi-1によって受波された信号が得られる。他の受波ニードルビームにより受波された信号も同様のプロセスを用いて得ることができる。
本実施形態では、説明の煩雑化を避けるため、１種類の媒体のなかで前記受波ニードルビームによる受波を行なう構成を示した。金属材料の水浸探傷などのように媒体が２種類以上ある場合には、上記した距離の計算において、超音波の屈折を考慮することは言うまでもない。
又、本実施形態では、２４個の素子の下に焦点が連続する受波ニードルビームを形成する方法を示した。これは一例であって、ビーム形成に用いる素子の数は４以上であればいくつでもよい。
なお、焦点位置における超音波のビーム径Ｂｄは、前出（１）式のように表される。従って、振動子幅Ｄを一定としたまま、焦点距離Ｆを大きくすると、ビーム径Ｂｄが大きくなるので、参考形態と同様に、焦点距離Ｆに応じてＤを変更する構成も可能である。具体的には、焦点距離Ｆに応じて受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を変更するとよい。
第１実施形態の変形例として、振動子アレイ１からの距離がFRS〜FRHの範囲では２４個の素子を用いて受波ニードルビームを形成し、振動子アレイ１からの距離がFRH〜FREの範囲では３２個の素子を用いて受波ニードルビームを形成する第２実施形態の構成を図９に示す。図８と機能的に同等のものは、説明を省略する。この構成で新たに追加されるのは、部分クリア部１４である。例えば、素子１i-12〜１i+11の２４素子を用いて振動子アレイ１からの距離がFRS〜FRHの範囲に受波ニードルビームを形成し、素子１i-16〜１i+15の３２素子を用いて振動子アレイ１からの距離がFRH〜FREの範囲に受波ニードルビームを形成する。距離FRS〜FRHの範囲での受波ニードルビームを形成には、素子１i-16〜１i-13、および素子１i+12〜１ｉ+15が受波した信号は不必要である。部分クリア部１４iは、素子１i-16〜１i-13、および素子１i+12〜１i+15により受波され、時間軸変換された信号のうち、距離FRS〜FRHまでの受波ニードルビーム形成に使われる時間範囲に対応する部分のデータの振幅を０にクリアする役割を有している。他の部分クリア部１４i-1、１４i+1も同等の機能を有している。
図９を用いて、受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を振動子アレイからの距離に応じて１回変更する例を示したが、上記の構成を若干変更することによって、受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を複数回変更することができる。
なお、上記の受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を振動子アレイからの距離に応じて１回変更する構成は、受波ニードルビームを形成する範囲を長くする場合に、遠方においてビーム径が大きくなってしまう問題を解決するのに有効である。
また、上記と同様に、参考形態の構成に、振動子アレイ１と焦点との距離に応じて、受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を複数回変更する構成を追加することも可能である。
次に、第１実施形態の他の変形例として、振動子アレイ１として円環形に形成されたアレイ（円環形振動子アレイ）を用いる第３実施形態を図１０に示す。円環形振動子アレイとリニアアレイとの間には、振動子アレイ１の幾何学的形状に相違があるため、図６〜図７を用いて説明した伝搬時間相対関係を表す関数が変化する。このため、時間軸変換部１１の動作内容が変化するが、図６、図７を参考として、幾何学的な計算によって容易に求めることができる、単純な変更であるため、説明を省略する。時間軸変換部１１、及び設定部２１を除いた部分の動作は図８の場合と全く同一である。
このようにして、円環形振動子アレイを用いた場合にも、振動子アレイ１からの距離がFRS〜FREの範囲に受波ニードルビームカーテンを生成させることができる。
上記と同様に、参考形態の構成に円環形振動子アレイを用いることができる。また、振動子アレイ１と焦点との距離に応じて、受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を複数回変更する構成を追加することも可能である。
第１実施形態のさらに他の変形例として、図１１のように振動子アレイ１の法線に対して角度θ傾いた斜めの方向へ受波ニードルビームを形成する構成も可能である。この場合においても、時間軸変換部１１は、各素子１i-12〜１i+11と角度θの方向へ連続的に形成する受波焦点との間の距離に応じて各素子１i-12〜１i+11が受波した信号を時間軸変換することに変わりはない。図１１は説明の簡単のために角度θの方向へ１本のニードルビームを形成する構成を示した。
時間軸変換部１１が上記と同じ動作をするようにしたうえで、図８の構成を用いれば、角度θの方向へニードルビームカーテンを形成することが可能である。検出したい内部欠陥の形状や向きに応じて、十分なＳ／Ｎを有するエコーが得られるように角度θを選択するようにするとよい。
上記と同様に、参考形態の構成においても角度θ傾いた斜めの方向へ受波ニードルビームを形成することができる。また、振動子アレイ１と焦点との距離に応じて、受波ニードルビーム形成に用いる素子の数を複数回変更する構成を追加することも可能である。
なお、送波においては、振動子アレイ１の全素子から同時に超音波を送波してもよいし、パルサ２から振動子アレイ１の各素子へ電気パルスを印加するタイミングを制御することにより、振動子アレイ１の法線に対して斜めに超音波を送波するか、あるいは、振動子アレイの下に集束するように超音波を送波してもよい。要は、検出したい内部欠陥の形状に応じて、十分なＳ／Ｎを有するエコーが得られるように送波の方法を選択すればよい。
ここで、改めて、特許文献２に対する本願発明の進歩性について述べる。
特許文献２では、振動子アレイが受波した信号を２次元のメモリに記録し、メモリ内を走査することにより、所定の深さ範囲全体に受波ビーム焦点を形成するようにしていた。これに対し、本願発明では、下記のとおり、受波ビーム焦点形成にそのまま用いることができるように受波信号を加工した信号をメモリに記憶するようにしたので、メモリ内を走査する必要がなくなり、処理速度の著しい高速化を図ることができる。
１）受波ビーム焦点形成に必要な信号をＡ／Ｄ変換した直後に、予め抽出、または、時間軸変換してからメモリに記憶する。
２）メモリに記憶された信号は加算処理のみに用い、受波ビーム焦点が所望の方向へ連続的に形成される。
特許文献２では、ｎ個の素子によって受波されたｎ個の受波信号全てを位相合成することにより、特定の位置に受波ビームの焦点を形成していた。この場合、受波ビーム形成に寄与しない振動子が高い割合で含まれるため、位相合成における計算に無駄が多いばかりでなく、大きな振幅のノイズ信号の発生原因になっていた。本願発明では、振動子アレイ１のなかから小さな振動子群を選び、この振動子群のみで受波ビーム焦点を形成するようにしたので、特許文献２のような計算の無駄の問題や大きな振幅のノイズ信号の発生の問題は全くない。
図１２は、本発明の有効性を検証するため、厚さ２〜３ｍｍの薄鋼板の中にある微小な非金属介在物の検出を、周波数５０ＭＨｚ、素子ピッチ０．１ｍｍ、素子数３８４の振動子アレイを用いて行った結果を示す。この実験においては、鋼板を移送ステージを用いて搬送しながら非金属介在物の検出を行った。本発明の装置として、参考形態及び第１実施形態の装置を用いて実験を行った。対比のため、特許文献２に示された受波焦点の形成方法を実現しうる装置も準備して実験を行った。更に、一般的な電子走査技術との対比のため、同じ振動子アレイを用いて、一般的なリニア電子走査（集束した送受波ビームを電子走査）を用いた実験も行った。図１２は各実験において得られたC-scopeであり、内部欠陥からのエコー信号の振幅を検出して、その振幅に応じて輝度変調を行って内部欠陥像を表示している。図１２のC-scopeの水平方向は、鋼板の搬送方向である。一般的なリニア電子走査では、送受波集束ビームの焦点距離を複数回変更して（焦点距離を変更するごとに鋼板を搬送しなおして実験）、最も明瞭な内部欠陥像が得られた場合（水中焦点距離：１５ｍｍ）のC-scopeを示している。図１２の本発明による装置および特許文献２の装置を用いて得られたC-scopeは、一般的なリニア電子走査によって得られたC-scopeを基準として、これと同等のC-scopeが得られる最高限界速度で鋼板を搬送した場合に得られたC-scopeである。本発明の場合、参考形態及び第１実施形態の装置ともにほぼ同等の内部欠陥像が得られたため、図１２では第１実施形態の装置を用いて得られたC-scopeを示した。上記実験における最高搬送速度および図１２に示した領域を映像化するのに要した時間を表１に示す。ただし、一般的なリニア電子走査の場合には、１つの焦点距離設定における鋼板搬送最高速度および所要時間を示した。厚さ２〜３ｍｍの鋼板の全断面をくまなく検査するためには、一般的なリニア電子走査の場合には、検出に要する時間のみで考えても表１の所要時間の１０倍程度の時間が必要である。
Figure 0004984519
図１２のC-scopeおよび表１を参照すると、本発明に係る装置では、従来の装置（特許文献２の装置、一般的なリニア電子走査による装置）と比べて、１０〜１００倍の速度で鋼板を搬送しても、ほとんど相違がない内部欠陥映像が得られることがわかる。特許文献２の装置では、ｎ個の素子によって受波されたｎ個の受波信号全てを位相合成するため、受波ビーム形成に寄与しない振動子が高い割合で含まれるので、これら受波ビーム形成に寄与しない振動子が受波した信号に含まれていた周期性ノイズによって、C-scope全体にわたりノイズレベルが高くなった。図１２には前記した特許文献２の装置の問題点がはっきり現れている。また、本発明に係る装置の超音波の送受波繰り返しは１０ｋＨｚであるのに対し、特許文献２の装置の超音波の送受波繰り返しは、特許文献２に示されているとおり１ｋＨｚが限界であった。本発明に係る装置は高速に移送される被検体の検査、あるいは、振動子アレイを高速に走査して行なわれる被検体の検査に有利に適用可能である。
参考形態及び第１実施形態の装置では、振動子アレイ１の全素子１1〜１384から超音波を送受信していたが、一部の素子を用いて超音波を送受信することも可能である。又、全素子数も３８４個に限定されない。
超音波検査装置の参考形態の単純化された構成を示すブロック図 参考形態の考え方を示す説明図 参考形態の全体構成を示すブロック図 信号合成部の動作を示す説明図 本発明を実施するための超音波検査装置の第１実施形態の単純化された構成を示すブロック図 第１実施形態の考え方を示す説明図 第１実施形態において特定した２つの素子と焦点との間を超音波が伝搬する時間の相対的な関係を示す説明図 第１実施形態の全体構成を示すブロック図 第１実施形態の変形例である第２実施形態の全体構成を示すブロック図 第１実施形態の他の変形例である第３実施形態の全体構成を示すブロック図 角度θの方向へ１本のニードルビーム形成を行なう構成を示す図 第１実施形態の装置と特許文献２及び従来のリニア電子走査により得られたC-scopeを比較して示す図 従来の超音波検査装置の構成を示すブロック図
符号の説明
１…振動子アレイ
１1〜１128…超音波振動子
２1〜２128…パルサ
３1〜３128…受波増幅器
４1〜４128…Ａ／Ｄ変換器
５1〜５128…波形メモリ
６…受波合成処理部
１1〜１384…超音波振動素子
２1〜２384…パルサ
３1〜３384…受波増幅器
４1〜４384…Ａ／Ｄ変換器
７1〜７384…信号抽出部
８1〜８384…波形メモリ
９1〜９384…加算合成処理部
１０1〜１０384…信号合成部
１１1〜１１384…時間軸変換部
１２1〜１２384…波形メモリ
１３1〜１３384…加算合成処理部
１４1〜１４384…部分クリア部

Claims (10)

  1. １次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する方法において、
    前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波し、
    該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波し、
    該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換し、
    前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に同時に形成する連続的に配置した複数の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号の時間軸を、前記連続的に配置した複数の受波焦点それぞれにおいて常に位相が合うように時間シフトした時間軸変換波形を作成して保存し、
    該時間軸変換波形を加算合成して、位相が常に合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成することを特徴とする超音波による金属材料の断面検査方法。
  2. 複数の超音波振動子からなる超音波振動子群を複数個とし、前記複数個の超音波振動子群において加算合成を同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波による金属材料の断面検査方法。
  3. 振動子アレイと焦点との距離に応じて、超音波振動子群を構成する超音波振動子の個数を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波による金属材料の断面検査方法。
  4. １次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する方法において、
    前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波し、
    該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波し、
    該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換し、
    前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に形成するｎ個（ｎ≧２）の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号を、前記ｎ個の受波焦点それぞれにおいて位相が合うように、前記距離に応じて変化する遅延量で変換した波形を作成して保存し、
    該ｎ個の焦点毎に作成して保存した波形を加算合成して、位相が合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成することを特徴とする超音波による金属材料の断面検査方法。
  5. 複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群を複数個とし、前記複数個の超音波振動子群において加算合成を同時に行うことを特徴とする請求項４に記載の超音波による金属材料の断面検査方法。
  6. 振動子アレイと焦点との距離に応じて、超音波振動子群を構成する超音波振動子の個数を変更することを特徴とする請求項４または５に記載の超音波による金属材料の断面検査方法。
  7. 振動子アレイと焦点との距離に応じて、被検体内部に形成するｎ個（ｎ≧２）の受波焦点の間隔を変更することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の超音波による金属材料の断面検査方法。
  8. １次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する装置において、
    前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波する手段と、
    該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波する手段と、
    該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換する手段と、
    前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に同時に形成する連続的に配置した複数の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号の時間軸を、前記連続的に配置した複数の受波焦点それぞれにおいて常に位相が合うように時間シフトした時間軸変換波形を作成して保存する手段と、
    該時間軸変換波形を加算合成して、位相が常に合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成する手段と、
    を備えたことを特徴とする超音波による金属材料の断面検査装置。
  9. １次元に配列された多数の超音波振動子からなる振動子アレイを用いて金属材料でなる被検体の断面を検査する装置において、
    前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子から超音波を送波する手段と、
    該送波された超音波によって生起された反射波を、前記振動子アレイの一部または全ての超音波振動子を用いて受波する手段と、
    該受波された信号をディジタルの受波波形信号へ変換する手段と、
    前記振動子アレイの中から選択された複数の超音波振動子で構成される超音波振動子群の各振動子と前記被検体内部で深さ方向に形成するｎ個（ｎ≧２）の受波焦点との距離に基づき、前記各振動子のディジタル化された受波波形信号を、前記ｎ個の受波焦点それぞれにおいて位相が合うように、前記距離に応じて変化する遅延量で変換した波形を作成して保存する手段と、
    該ｎ個の焦点毎に作成して保存した波形を加算合成して、位相が合った焦点が前記被検体内部で深さ方向に伸びる受波ビームを形成する手段と、
    を備えたことを特徴とする超音波による金属材料の断面検査装置。
  10. 前記加算合成する手段は、複数個の超音波振動子群における加算合成を同時に行うことを特徴とする請求項８または９に記載の超音波による金属材料の断面検査装置。
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