JP6400134B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Description

この発明はアレイ探触子を使用する超音波探傷装置に関する。

特許文献１の請求項１には、「複数のアレイ探触子のうちの第１のアレイ探触子と第２のアレイ探触子とは、互いに直交する超音波ビームを照射し、第１のアレイ探触子が照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第２のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第２のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行い、前記第２のアレイ探触子が照射した超音波ビームの反射波エコーを用いて算出した前記第１の距離に基づく前記試験体の偏芯量に基づいて、前記第１のアレイ探触子の励振条件を変え、前記第１のアレイ探触子の超音波ビームの向きを変えて照射を行う超音波自動探傷装置」が記載されている。

特許第５４６４８４９号

特許文献１の場合は、それぞれのアレイ探触子を精度よく配置する必要があり、例えばアレイ探触子どうしの相対的位置ずれが探傷に影響するという課題がある。
また、特許文献１の場合には、一方のアレイ探触子の測定結果を用いて他方のアレイ探触子の送信条件を補正している。このため特許文献１では第３図のように、試験体の搬送方向に対してそれぞれのアレイ探触子がオフセットしているので、試験体の進行方向において、一方のアレイ探触子と他方のアレイ探触子との間で試験体に曲りが有る場合に、補正量が曲りの影響を受けてしまい、補正精度の低下するおそれがあるという課題がある。

本発明は、簡易な構成で、精度の高い超音波探傷が可能な、超音波探傷装置の提供を目的とする。

この発明の超音波探傷装置は、
長手形状をなし長手方向へ搬送される試験体に向けて超音波を送受信するアレイ探触子と、
前記超音波として前記試験体の位置検出用の複数の位置検出走査線を前記アレイ探触子に送信させると共に、前記試験体の表面で反射したそれぞれの前記位置検出走査線を前記アレイ探触子に受信させることにより、それぞれの前記位置検出走査線の既知である送信位置と、前記試験体の表面の反射位置との間の２点間距離を計算し、
複数の前記送信位置と、それぞれの前記送信位置に対応する前記２点間距離とに基づいて、前記アレイ探触子に対する前記試験体の位置を示す試験体位置を決定し、
決定した前記試験体位置に応じて、前記アレイ探触子が送受信する探傷用の前記超音波である探傷走査線の送信条件と受信条件とを示す送受信条件を決定する制御部と
を備える。

本発明により、簡易な構成で、精度の高い超音波探傷が可能な、超音波探傷装置を提供できる。

実施の形態１の図で、試験体とアレイ探触子との位置関係を示す側面図。 実施の形態１の図で、超音波探傷装置のハードウェア構成を示す図。 実施の形態１の図で、垂直走査線を示す図。 実施の形態１の図で、斜角走査線を示す図。 実施の形態１の図で、探傷工程におけるスキャンとステップの関係を示す図。 実施の形態１の図で、制御部の動作を示すフローチャート。 実施の形態１の図で、位置検出走査線よる丸棒との距離検出を示す図。 実施の形態１の図で、位置検出走査線よる丸棒位置の検出を示す別の図。 実施の形態１の図で、位置検出走査線よる検出結果を示す図。 実施の形態１の図で、補正量を検出するステップと他のステップとの関係を示す図。 実施の形態１の図で、位置検出走査線よる検出結果から丸棒位置を求める工程を示す図。 実施の形態１の図で、芯ずれ量テーブルを示す図。 実施の形態１の図で、制御部が計算によって送受信条件を求める場合を模式的に説明する図。 実施の形態１の図で、送受信条件テーブルを示す図。 実施の形態１の図で、制御部が計算によって芯ずれ量を求める場合を説明する図。 実施の形態１の図で、制御部が計算によって芯ずれ量を求める場合を説明する別の図。 実施の形態１の図で、試験体が角材の場合を示す図。 実施の形態１の図で、位置検出走査線よる、角材との距離検出を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。

実施の形態１．
図１は、試験体３０と、アレイ探触子１９ａ等との位置関係を示す図である。図２の左側はアレイ探触子１９ａ等及び試験体３０を図１のＸ方向から見たＸ方向矢視を示し、図２の右側は超音波探傷装置１０のハードウェア構成を示している。図１は側面図に相当し、図２の左側は正面図に相当する。図２のように、複数のアレイ探触子１９ａ等は、試験体３０のまわりに配置されている。複数のアレイ探触子１９ａ等は、超音波ビーム（走査線）を発する。なお、図１ではアレイ探触子１９ｂ、１９ｄは省略している。

図１のように、試験体３０は長手形状をなし長手方向へ搬送される。試験体３０は、例えば、長手方向を法線方向とする断面が、円形の棒状体あるいは四角形の柱状体である。搬送方向４１は試験体３０の長手方向である。アレイ探触子１９ａ〜１９ｄは、構造物を支持する架台４０に固定された探触子ホルダ２５に設置されている。架台４０内には、超音波の伝達を促す目的で水等を充填する事がある。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２のように、複数のアレイ探触子１９ａ等は、試験体３０のまわりに配置されている。超音波探傷装置１０は、ハードウェア構成として、プロセッサ１１、主記憶装置１２、補助記憶装置１３、送受信部１４、アレイ探触子１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを備えている。プロセッサ１１、主記憶装置１２、補助記憶装置１３、送受信部１４は、バス１５で接続されている。

アレイ探触子１９ａ等は、信号線１８によって、送受信部１４と接続している。アレイ探触子１９ａ等は、試験体３０に向けて超音波を送受信する。つまり、アレイ探触子１９ａは、試験体３０に向けて超音波を送信し、自信の送信した超音波のうち試験体３０で反射された反射波を受信する。アレイ探触子１９ｂ，１９ｃ，１９ｄもアレイ探触子１９ａと同様である。アレイ探触子１９ａ等は、複数の振動子を有している。送受信部１４は、アレイ探触子１９ａ等を介して、超音波ビーム（走査線あるいは単にビームともいう）の送受信を行う。

超音波探傷装置１０は機能要素として、制御部１１０及び警報部１１１を備える。制御部１１０及び警報部１１１を実現するプログラムは補助記憶装置１３に格納されており、このプログラムは、プロセッサ１１により主記憶装置１２に読み出され、プロセッサ１１が主記憶装置１２から読み出して実行することで、制御部１１０と警報部１１１との機能が実現される。

制御部１１０は、超音波ビームの制御を行う。制御部１１０は、アレイ探触子１９ａ等の各々の振動子（素子）から発振される超音波ビ−ムの試験体表面からの反射時間の測定結果から、試験体基準位置と複数のアレイ探触子との相対位置ズレを算出し、アレイ探触子が次に照射する超音波ビ−ムの照射方向を試験体基準位置とするように自動補正する。
制御部１１０は、超音波として試験体の位置検出用の複数の位置検出走査線（ステップＳ１１で後述する）をアレイ探触子に送信させると共に、試験体の表面で反射したそれぞれの位置検出走査線をアレイ探触子に受信させることにより、それぞれの位置検出走査線の既知である送信位置と、試験体の表面の反射位置との間の２点間距離を計算する。そして制御部１１０は、複数の送信位置と、それぞれの送信位置に対応する２点間距離とに基づいて、アレイ探触子に対する試験体の位置を示す試験体位置を決定する。制御部１１０は、決定した試験体位置に応じて、アレイ探触子が送受信する探傷用の超音波である探傷走査線の送信条件と受信条件と示す送受信条件を決定する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図３〜図１７を参照して、超音波探傷装置１０の制御部１１０による、試験体３０の芯ずれ量の計算と、探傷走査線の送受信条件の補正方法とを説明する。アレイ探触子では、制御部１１０による、送受信素子の選択及び各種の送受信設定に従って、１本の走査線が形成される。指定された探傷方式に従って、垂直探傷に使用される図３に示す垂直走査線、斜角探傷に使用される図４に示す斜角走査線などの探傷用の探傷走査線がアレイ探触子から送信され、超音波探傷が行われる。
図５は、スキャンとステップとの関係を示す図である。本実施の形態では、１スキャンとは、一つのアレイ探触子において複数の走査線を順次送信する一巡をいう。図５では、走査線Ａ→走査線Ｂ→走査線Ｃ→走査線Ｄが一巡である例を示している。なお、走査線Ａ、走査線Ｂの内容は、それぞれ探傷走査線１と探傷走査線２であるが、走査線Ｃ、走査線Ｄの内容は、それぞれ、探傷走査線３及び位置検出走査線Ｘ、位置検出走査線Ｙである。１スキャンの次は、次の１スキャンとなるが、次の１スキャンも走査線Ａ→走査線Ｂ→走査線Ｃ→走査線Ｄの一巡である。このように、走査線の一巡（走査線Ａ〜走査線Ｄ）をスキャンと称し、スキャン中の各走査線による探傷をステップと称する。図５では、前記のように探傷走査線３と位置検出走査線Ｘとの両方を送信するステップ＜３＞と、位置検出走査線Ｙのみを送信するステップ＜４＞と含む。１スキャンには、探傷走査線と位置検出走査線との両方を送信するステップと、位置検出走査線のみを送信するステップとの両方が存在してもよいし、いずれか一方のみが存在してもよい。ステップ＜３＞のように、探傷走査線３と位置検出走査線Ｘとの両方を送信する場合、位置検出走査線Ｘに使用する素子には、通常、探傷走査線３を生成する素子は使用しない。
図５の例のように、ステップ＜１＞は素子１〜素子２０の２０個の素子を送信制御することにより一本の探傷走査線１を生成する工程である。ステップ＜２＞は、素子２１〜素子４０を送信制御することにより一本の探傷走査線２を生成する工程である。ステップ＜３＞は、素子４１〜素子６０を送信制御することにより一本の探傷走査線３を生成し、かつ、素子２０を送信制御することにより一本の位置検出走査線Ｘを生成する工程である。ステップ＜４＞は、素子ｄを送信制御することにより一本の位置検出走査線Ｙを生成する工程である。

本実施の形態における、制御部１１０が実行する芯ずれ量の計算方法を説明する。処理の流れは図６のフローチャートを参照して説明する。
（１）制御部１１０は、それぞれのアレイ探触子の送受信条件を、他のアレイ探触子とは独立に送受信条件を補正する。このため、以下の説明ではアレイ探触子はアレイ探触子１９ａとする。アレイ探触子１９ａの説明は、アレイ探触子１９ｂ〜１９ｄにも当てはまる。
（２）また、以下の説明では特に断りのない限り、試験体３０は丸棒３１とする。
（３）図６の動作の主体は制御部１１０である。なお超音波の送受信は、制御部１１０が、送受信部１４及びアレイ探触子１９ａを介して行う。

＜ステップＳ１１＞
超音波探傷装置１０では、垂直・斜角の各種探傷を行う探傷走査線とは別に、アレイ探触子１９ａと丸棒３１との相対位置関係を特定するための位置検出走査線を使用する。この位置検出走査線は、図５の説明で述べたように、１スキャン中の探傷走査線のステップにおいて送受信され、あるいは位置走査線の単独のステップで送受信される。位置検出走査線に関しては、探傷走査線とは超音波的に相互に影響を与え合わないように、制御部１１０によって、位置検出走査線を送信受信する素子及び位置検出走査線の送受信タイミングが調整され、制御部１１０によって、探傷走査線とは独立して、位置検出走査線の送受信が行われる。本実施の形態では、制御部１１０は、位置検出走査線を、１素子のみで送受信させるものとするが、これに限定されるものではない。

＜ステップＳ１２＞
図７に示すように、位置検出走査線によって得られる材料表面エコー（位置検出走査線ＥＤ）からは、丸棒３１の芯ずれ量の有無に関わらず、励振した素子の位置（送信位置）と、丸棒３１の中心とを結んだ直線上での、素子と材料表面の線分に等しい経路に相当する伝搬時間が得られる。この理由は、素子を振動させた場合には、超音波は球面波として広い指向性を有して伝搬するからである。この結果、丸棒３１の中心を通過する成分が最も伝搬時間が短くなる。
一方、探傷に用いる探傷走査線は複数の素子を同時に駆動して生成するが、この場合、探傷走査線は狭い指向性になる。指向角は以下の式で求められる。
指向角＝Ｋλ／Ｄ
Ｋ：指向角係数、
λ：波長。
Ｄ：素子の寸法。
上記の伝搬時間から、素子位置（送信位置）と丸棒３１中心とを結んだ直線上における、素子と丸棒３１の表面との距離がわかる。

本実施の形態は一つのアレイ探触子を対象として探傷走査線の送受信条件を補正する点が特徴である。
図８、図９は一つのアレイ探触子に対する丸棒３１の芯ずれの検出を示す図である。一つのアレイ探触子に対し、図８に示すように、複数本（ｎ本）の位置検出走査線を使用することにより、図９の結果を取得する。図９の（ａ）は丸棒３１に芯ずれのない場合を示し、図９の（ｂ）は丸棒３１に芯ずれがある場合を示す。図９の（ａ）及び（ｂ）の横軸は位置検出走査線を示し、縦軸は、位置検出走査線を送受信する素子位置（送信位置）と、丸棒３１での反射位置との距離を示す。図９の結果から、数値計算あるいは芯ずれ量テーブル１３ａにより、一つのアレイ探触子に対する丸棒３１の相対位置（芯ずれ量）を得ることができる。

制御部１１０の行う芯ずれ量の計算では、スキャン中の任意のステップに対し、そのステップから遡って１スキャン分に存在する位置検出走査線エコーＥＤを用いる。
図１０は、芯ずれ量の計算を行う現在のステップ（走査線Ａ（ｉ＋５））から１スキャン分だけ遡る場合を示す。１スキャンは図５と同じとする。つまり、１スキャンでは走査線Ａから走査線Ｄが送信される。図１０では現在のステップ（走査線Ａ（ｉ＋５））に対して、走査線Ｄから走査線Ａまで４ステップだけ遡る。１スキャンにおいて、複数の位置検出走査線エコーＥＤが取得されるとする。少なくとも異なる２本の位置検出走査線エコーＥＤが取得されるとする。

ステップＳ１２において、１スキャン分の位置検出走査線エコーＥＤがＮ個得られたとする。上記のようにＮは２以上である。Ｎ個のデータの取得元であるＮ個の素子（位置検出走査線は一つの素子が送信）は、芯ずれ量が精度よく計算できるように、制御部１１０によって、アレイ探触子１９ａのカバーする角度の全域にわたるように選択される。また、Ｎ個の数は、芯ずれ量の精度を保つだけの十分なデータ数である。

＜ステップＳ１３＞
制御部１１０は、芯ずれ量を計算から求めるか、芯ずれ量テーブル１３ａを使用して芯ずれ量を求めるか判定する。制御部１１０は以下のように判定する。制御部１１０は探傷開始前に指定される条件コードから判定する。条件コードとは、芯ずれ量を計算で求めるか、芯ずれ量テーブル１３ａを使用して求めるかを指定するコードである。制御部１１０には条件コードが予め設定されている。
あるいは別の判定方法として、探傷装置の手前に丸棒３１（試験体）の通過速度（搬送速度）を測定する速度測定装置を配置する。制御部１１０は、速度測定装置の測定した丸棒３１の速さを受信し、予め設定されている閾値と速さを比較し、速さが閾値以下の場合は芯ずれ量を計算から求め、速さが閾値を超える場合には芯ずれ量テーブル１３ａを使用して芯ずれ量を求める。

＜ステップＳ１３でＹＥＳの場合→ステップＳ１４ａ＞
制御部１１０は、芯ずれ量を計算から求める。Ｎ個の位置検出走査線エコーＥＤと、丸棒３１との位置関係は、図１１のように、位置検出走査線を送受信した素子の位置を中心とし、半径ｒがその位置検出走査線エコーＥＤである円に、外接するように丸棒３１（丸棒３１の断面の円）が位置する事になる。この位置関係を利用して、制御部１１０は、数値計算を行い、数値計算から芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を求めることができる。半径ｒ１等は、各素子の送信位置と丸棒３１の表面の反射位置との間の２点間距離である。芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）は、この例では、アレイ探触子１９ａに対する丸棒３１の既知である正規位置としての中心を座標（０，０）とした場合の、実際の丸棒３１の中心座標である。つまり、アレイ探触子１９ａに対する丸棒３１の正規位置における、丸棒３１の搬送方向４１を法線方向とする断面の中心の座標を（０，０）とする。座標（０，０）に対して、アレイ探触子１９ａによって検出された丸棒３１の中心が座標（△ｘ，△ｙ）であり、この座標が芯ずれ量を示す。この場合、座標（△ｘ，△ｙ）が試験体の正規位置からの位置ずれ量である試験体位置である。

＜ステップＳ１３でＮＯの場合→ステップＳ１４ｂ＞
制御部１１０は、位置ずれ量テーブルの例である芯ずれ量テーブル１３ａを使用して、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を求める。
図１２は芯ずれ量テーブル１３ａを示す図である。芯ずれ量テーブル１３ａは補助記憶装置１３に格納されている。一番上の行のＥＤ１〜ＥＤＮは、位置検出走査線１〜位置検出走査線Ｎに対する、素子の位置と丸棒３１の反射位置との間の２点間距離を示す。なお、ＥＤ１〜ＥＤＮは、２点間距離のかわりに位置検出走査線１〜位置検出走査線Ｎのそれぞれの送信時刻から受信時刻までの時間でもよい。２行目から下は、ＥＤ１〜ＥＤＮのそれぞれの範囲と、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）との対応を示す。ａ、ｂ等は数値を示すものとする。例えば２行目は、ＥＤ１〜ＥＤＮのそれぞれが、ａ〜ｂ、ｃ〜ｄ、ｅ〜ｆの範囲に属する場合に、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）が（△ｘ１，△ｙ２）になることを示し、３行目は、ＥＤ１〜ＥＤＮのそれぞれ、ｇ〜ｈ、ｉ〜ｊ、ｋ〜ｌの範囲に属する場合に、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）が（△ｘ２，△ｙ２）になることを示している。制御部１１０は、ステップＳ１２で取得した位置検出走査線ＥＤからＥＤ１〜ＥＤＮの値を求め、求めた値から図１２の芯ずれ量テーブル１３ａを参照して、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を決定する。なお、制御部１１０は、ステップＳ１４ａあるいはステップＳ１４ｂで求めた芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）が閾値を超える場合、警報部１１１を用いて警報を発する。

＜ステップＳ１５＞
制御部１１０は、探傷走査線の送受信条件の補正量を、求めた芯ずれ量を用いて計算で求めるか、または求めた芯ずれ量を用いて送受信条件テーブル１３ｂを使用して求めるか判定する。判定方法はステップＳ１３と同じである。なお、条件コードと閾値は、テップＳ１３と同じでもよいし、ステップＳ１５に特有の、条件コード及び閾値を用いてもよい。制御部１１０は、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を用いることにより、垂直走査線および斜角走査線に対して、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）に応じた補正を行う。制御部１１０が芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を用いた計算によって補正量（後述の遅延時間）を求め、あるいは芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）から補正量が求まる送受信条件テーブル１３ｂを用いて、計算によらず補正量（遅延時間）を求める。

芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）が存在する場合、各種の探傷走査線は設定した通りの伝搬経路とはならないため、エコーレベルの低下及び傷エコーのＳ／Ｎの劣化等を招く。そのため、制御部１１０は、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を探傷走査線設定（走査線の送受信条件）に反映させる。探傷走査線設定に芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を反映することで、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）が存在した場合でも、設定した通りの屈折角となるように超音波ビームを制御することができる。

＜ステップＳ１５でＹＥＳの場合→ステップＳ１６ａ＞
制御部１１０は、送受信条件の補正量であるビーム制御のための遅延時間を、数値計算で求める。
図１３は、制御部１１０が計算によって送受信条件を求める場合を模式的に説明する図である。図１３を参照してステップ１６ａを説明する。丸棒３１に芯ずれ量が有る場合、各走査線から目標位置までの距離に、距離差△Ｒが生じる。図１３では５本の走査線を示しており、２本の走査線について距離差△Ｒ_ｉ及び距離差△Ｒ_ｉ−１を示している。図１３において、実線の円が丸棒３１の正規の位置（芯ずれのない）である。破線の円が芯ずれ位置の丸棒３１を示す。正規の丸棒３１の中心はアレイ探触子１９ａの表面１９ａ−１の曲率中心でもある。一点鎖線１９ａ−２は、芯ずれ位置の丸棒３１からみた場合の表面１９ａ−１に相当する。よって、芯ずれ位置の丸棒３１の中心３１ａと、一点鎖線１９ａ−２との距離はＲに等しい。中心３１ａと、各走査線の矢印先端との距離がＲである。そして、中心３１ａと表面１９ａ−１との距離からＲを引いたものが、それぞれの走査線の距離差△Ｒである。それぞれの走査線の距離差を△Ｒ_ｉ，△Ｒ_ｉ−１，△Ｒ_ｉ−２・・・とする。
制御部１１０は、送受信条件における送信遅延時間を、例えば以下の式で求める。
送信遅延時間＝（△Ｒ_ｋ−△Ｒ_ｋ−１）／音速。
ここでの（△Ｒ_ｋ−△Ｒ_ｋ−１）は隣接する走査線どうしの距離差△Ｒの差を意味しており、例えば、（△Ｒ_ｉ−△Ｒ_ｉ−１）あるいは（△Ｒ_ｉ−１−△Ｒ_ｉ−２）などである。受信遅延時間は送信遅延時間と同じ値を用いることができる。

＜ステップＳ１５でＮＯの場合→ステップＳ１６ｂ＞
ビーム制御のための遅延時間は、一般的には数値計算で求めるが、処理の高速化のため、あらかじめ芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）に対するビーム制御（走査線制御）のための遅延時間が登録されている送受信条件テーブル１３ｂを使用する。送受信条件テーブル１３ｂは補助記憶装置１３に格納されている。
図１４は、送受信条件テーブル１３ｂを示す図である。送受信条件テーブル１３ｂは、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）と送受信条件との対応を示す。Ａ，Ｂ等は送受信条件を示す。例えば、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）が（０．５ｍｍ，０ｍｍ）の場合、送受信条件がＢとなる。送受信条件のＢは、それぞれの探傷走査線を形成する各素子について、送信遅延時間と受信遅延時間とが規定されている。送受信条件テーブル１３ｂにおける送受信条件Ｂでは、例えば図５で述べた探傷走査線１をつくる素子１〜素子２０について、素子１〜素子０のそれぞれの送信遅延時間と受信遅延時間とが、＊１〜＊２０、及び＊＊１〜＊＊２０になることが定義されている。＊１、＊＊１等は数値を示すとする。図５で述べた探傷走査線２及び探傷走査線３を形成する素子２１〜素子４０、素子４１〜素子６０についても同様である。制御部１１０は、ステップＳ１６ａあるいはステップＳ１６ｂで取得した芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）から、送受信条件テーブル１３ｂを用いて送受信条件を決定する。制御部１１０は送受信条件テーブル１３ｂによって、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）に対する適切な送受信条件（遅延時間）を高速に選択できる。

＜ステップＳ１７＞
制御部１１０は、ステップＳ１６ａあるいはステップＳ１６ｂで求めたビーム制御条件（遅延時間）を、図１０で説明したように、そのステップの次のステップのビーム制御条件に反映する。

図１５、図１６を参照して、図６のステップＳ１４ａにおける、制御部１１０による計算方法を説明する。
図１５は計算例１の場合を示す。図１５では実線の円が正規の丸棒３１の位置を示し、一点鎖線の円が芯ずれ時の丸棒３１を示す。破線を含む円はアレイ探触子の曲率半径Ｒを半径とする円を示し、この円の中心は正規の丸棒３１の中心と一致する。
図１６は計算例２の場合を示す。図１５及び図１６は、芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）を求める計算方法の例を示す。

＜計算例１＞
まず図１５を説明する。偏芯時の丸棒３１の仮想中心（△ｘ，△ｙ）を以下で求める。仮想中心点（△ｘ，△ｙ）が芯ずれ量（△ｘ，△ｙ）となる。定められた任意の２点あるいは３点（座標が明確な点）で超音波を送受信する。これらの点は位置検出走査線を送受信する各素子の送信位置である。制御部１１０は、この送受信結果から、制御部１１０は、距離Ｌ１と距離Ｌ２（３点の場合はさらに距離Ｌ３）を取得する。距離Ｌ１等は素子と丸棒３１表面との２点間距離である。制御部１１０は、仮想中心点（△ｘ，△ｙ）の象限を特定する。制御部１１０は、下記の式１、式２（３点の場合はさらに式３）の連立方程式から、丸棒３１の中心座標（偏芯量）を算出する。芯ずれ量テーブル１３ａ、送受信条件テーブル１３ｂを使用する場合は以下のようである。制御部１１０は芯ずれ量テーブル１３ａと送受信条件テーブル１３ｂを検索する。制御部１１０は送受信条件テーブル１３ｂのプリセットデータ（芯ずれなし状態）を送受信部１４に自動設定し、送受信部１４は次の送受信タイミング（次のステップ）で送受信条件（照射方向）を更新して送受信する。

（ｒ＋Ｌ２）^２＝（Ｘ＋△ｘ）^２＋（Ｙ＋△ｙ）^２ （式１）
（ｒ＋Ｌ１）^２＝（Ｘ−△ｘ）^２＋（Ｙ＋△ｙ）^２ （式２）
（ｒ＋Ｌ３）^２＝（△ｘ）^２＋（Ｙ＋Ｙ’＋△ｙ）^２ （式３）
ここでＹ’＝Ｒ−Ｙ、
座標軸の原点（０，０）は、アレイ探触子に対する丸棒３１の正規の位置における丸棒３１中心である。
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３：各素子と丸棒３１表面との距離、
ｒ：丸棒３１の半径、
Ｘ及びＹ：各素子の位置、
Ｒ：アレイ探触子の表面の曲率半径。
（１）丸棒３１の半径ｒが既知の場合
制御部１１０は、式１と式２の連立により、２つの未知数である△ｘ、△ｙを求める。
（２）丸棒３１の半径ｒが未知の場合
制御部１１０は、式１〜式３の連立により、３つの未知数である△ｘ、△ｙ及びｒを求める。

＜計算例２＞
図１６を参照して計算例２を説明する。図１６でも実線の円が正規の丸棒３１の位置を示し、一点鎖線の円が芯ずれ時の丸棒３１を示す。破線を含む円はアレイ探触子の曲率半径Ｒを半径とする円を示し、この円の中心は正規の丸棒３１の中心と一致する。図１６において上から３つめの素子ｍの位置検出走査線ｍに関しては，芯ずれ時の丸棒３１の中心からみた、素子ｍまでの水平距離及び垂直距離は、
＜△ｘ＋Ｒｃｏｓθｍ、△ｙ＋Ｒｓｉｎθｍ＞である。
位置検出走査線ｍが芯ずれ時の丸棒３１の表面と交差する際の、芯ずれ時の丸棒３１の中心と交際する点との水平距離及び垂直距離は、
＜ｒ×ｃｏｓφｍ、ｒ×ｓｉｎφｍ＞
である。ここで、
θｍ≒φｍとすると、
＜ｒ×ｃｏｓθｍ、ｒ×ｓｉｎθｍ＞と書ける。
従って、直角三角形ｍｂｃに三平方の定理を適用すると、
（Ｌｍ）^２＝（△ｘ＋（Ｒ−ｒ）ｃｏｓθｍ）^２＋（△ｙ＋（Ｒ−ｒ）ｓｉｎθｍ）^２ （式４）
が成立する。制御部１１０は、Ｌｍ及びθｍ違いの３点の素子に対して式４を立てることで、３つの式から未知数（△ｘ、△ｙ、ｒ）を求めることができる。
Ｌｍ：素子ａと芯ずれ時の丸棒３１表面との検出距離、
φｍ：素子ａと芯ずれ時の丸棒３１中心との成す角、
θｍ：素子ａと正規位置の丸棒３１中心との成す角、
ｒ：丸棒３１の半径。

＜他の試験体３０の例＞
丸棒３１以外の例として、試験体３０として、断面が四角形の角材３２の場合を説明する。
図１７、図１８は角材３２の場合を説明する図である。図１７に示す角材３２の場合は、位置検出走査線は球面波ではなく、探傷走査線と同様の狭い指向性のものを使用する。
図１７のように、アレイ探触子３３では、複数の素子の配置される面は曲面ではなく平面である。図１８はアレイ探触子３３による検出結果を示し、図９の（ａ）あるいは（ｂ）に対応する。図１８は、アレイ探触子３３において複数の素子が配置された配置面３３ａと角材表面３２ａとの、配置面３３ａに対する垂直方向（Ｙ方向）の距離を示す。制御部１１０は、図１８の検出結果を用いて、探傷走査線の送受信条件を決定することができる。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
（１）超音波探傷装置１０ではアレイ探触子ごとに送受信条件を補正している。よって、超音波探傷装置１０は、複数のアレイ探触子の配置によるアレイ探触子の相対位置ずれ及びアレイ探触子において素子が配置される曲面の曲率半径Ｒの製造誤差の影響を受けずに探傷を行うことができる。
（２）超音波探傷装置１０ではアレイ探触子ごとに送受信条件を補正している。よって、試験体３０に曲りがある場合でも、送受信条件の補正に曲りの影響を受けることはない。つまり曲りの影響を反映した送受信条件の補正ができる。
（３）超音波探傷装置１０は、数値計算により丸棒３１の径を求めることができる。よって、この場合は丸棒３１の製造誤差が芯ずれ量算出に影響を受けない。
（４）一つのアレイ探触子を用い、丸棒３１を回転させながら搬送させて一つのアレイ探触子で探傷する場合にも、丸棒３１の周囲に円周状に複数のアレイ探触子を配置する探傷と同様の探傷を行える。この場合でも芯ずれ補正を行うことができる。

１０ 超音波探傷装置、１１ プロセッサ、１１０ 制御部、１１１ 警報部、１２ 主記憶装置、１３ 補助記憶装置、１３ａ 芯ずれ量テーブル、１３ｂ 送受信条件テーブル、１４ 送受信部、１５ バス、１８ 信号線、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ アレイ探触子、１９ａ−１ 表面、２１ｂ 超音波ビーム、２６ 探触子ホルダ、３０ 試験体、３１ 丸棒、３１ａ 中心、３２ 角材、３２ａ 角材表面、３３ アレイ探触子、３３ａ 配置面、４０ 架台、４１ 搬送方向。

Claims (8)

1. 長手形状をなし長手方向へ搬送される試験体に向けて超音波を送受信するアレイ探触子と、
   前記超音波として前記試験体の位置検出用の複数の位置検出走査線を前記アレイ探触子に送信させると共に、前記試験体の表面で反射したそれぞれの前記位置検出走査線を前記アレイ探触子に受信させることにより、それぞれの前記位置検出走査線の既知である送信位置と、前記試験体の表面の反射位置との間の２点間距離を計算し、
   複数の前記送信位置と、それぞれの前記送信位置に対応する前記２点間距離とに基づいて、前記アレイ探触子に対する前記試験体の位置を示す試験体位置を決定し、
   決定した前記試験体位置に応じて、前記アレイ探触子が送受信する探傷用の前記超音波である探傷走査線の送信条件と受信条件と示す送受信条件を決定する制御部と
   を備える超音波探傷装置。
2. 前記アレイ探触子は、複数の素子を有し、
   前記制御部は、
   それぞれの前記位置検出走査線を、一つの前記素子によって送受信させる請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記制御部は、
   前記アレイ探触子に対する前記試験体の既知である正規位置からの前記試験体の位置ずれ量を、前記試験体位置として決定し、
   決定した前記位置ずれ量に応じて、前記探傷走査線の前記送受信条件を決定する請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
4. 前記制御部は、
   前記位置ずれ量を、複数の前記２点間距離を使用する計算から求めて決定する請求項３に記載の超音波探傷装置。
5. 前記制御部は、
   前記送受信条件を、前記位置ずれ量を使用する計算から求めて決定する請求項３または請求項４に記載の超音波探傷装置。
6. 前記制御部は、
   前記位置ずれ量を、複数の前記２点間距離から前記位置ずれ量を決定可能な位置ずれ量テーブルを使用して決定する請求項３に記載の超音波探傷装置。
7. 前記制御部は、
   前記送受信条件を、前記位置ずれ量から前記送受信条件を決定可能な送受信条件テーブルを使用して決定する請求項３または請求項６に記載の超音波探傷装置。
8. 前記制御部によって決定された前記位置ずれ量が閾値を超える場合に警報を出力する警報部を備える請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。

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