JP6926011B2 - 超音波探傷装置および超音波探傷方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。

超音波探傷試験（ＵＴ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）は、非破壊で構造材の表面および内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術となっている。小型の超音波送受信用の超音波素子として圧電素子を並べ、圧電素子ごとにタイミング（遅延時間）をずらして超音波を発信することにより任意の波形を形成できるフェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ：Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ ＵＴ）は、工業用途でも広く用いられている。フェーズドアレイ超音波探傷技術は、所定の角度しか超音波を発信できない単眼プローブに比べ、１回の探傷で広範囲を探傷したり、複数の角度で探傷したり、複雑形状に対応したりすることができる可能性がある。このため、フェーズドアレイ超音波探傷技術は、作業工数を低減することが可能な点が大きな魅力となっている。

特許第５８８９７４２号公報

しかしながら、溶接部など異方性があったり結晶粒が粗大化していたりする検査対象では、音響的な異方性が生じる。その場合、超音波の伝搬パスによってはその異方性に応じて音速や減衰係数が変化することがある。これらの変化が、音響異方性による超音波探傷時の誤差として、検査結果に影響を与える。この対策としてこれまでにいろいろな施策が提案されてきた。

溶接部と母材とで音響特性に変化が発生することに着目し、溶接部に入射した超音波が所定の屈折角で曲がって欠陥に到達するというパスを推定し、伝搬距離の誤差を低減する手法が提案されている。ただし、これは推定の根拠となるバックデータが必要となることや、母材と溶接金属というあらかじめ設計された界面での作用を推定しているのみで、全体的にランダムな異方性をもつ対象へは適用できない。

そこで、本発明の実施形態は、超音波探傷において、検査対象の異方性の影響を低減することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本実施形態に係る超音波探傷装置は、検査対象に超音波を送信し前記検査対象で反射した超音波を受信する所定の位置に配された複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブと、前記検査対象内の想定音速に基づいて形状反射部位で反射する場合の推定形状反射波の前記超音波素子に到達する推定時間である推定形状反射波到達時間を演算する推定形状反射波到達時間演算部と、超音波の送信に用いる前記超音波素子から前記検査対象内を伝搬して前記形状反射部位で反射され、超音波の受信に用いる前記超音波素子のそれぞれに受信される実形状反射波に基づいて、実形状反射波到達時間を抽出する実形状反射波到達時間抽出部と、前記推定形状反射波到達時間から前記実形状反射波到達時間を減じた差分を、形状反射波差分時間として算出する形状反射波差分時間演算部と、前記形状反射波差分時間を考慮して遅延時間を算出する遅延時間演算部と、前記遅延時間を用いて前記超音波素子のそれぞれによる超音波の送受信のタイミングを相互にずらして、前記超音波素子が受信した受信波の合成波形を演算する合成演算部と、を備え、前記形状反射部位は、前記検査対象の全体形状に関わる形状部分あるいは前記検査対象において代表的な部分であってかつ前記検査対象中の検出しようとする欠陥とは異なるものである、ことを特徴とする。

また、本実施形態に係る超音波探傷方法は、超音波アレイプローブの有する複数の超音波素子のそれぞれが、検査対象に超音波を送信し前記検査対象からの反射波を受信する超音波受発信ステップと、推定形状反射波到達時間演算部が、前記検査対象内の想定音速に基づく推定形状反射波到達時間を演算する推定形状反射波到達時間演算ステップと、実形状反射波到達時間抽出部が、超音波の送信に用いる前記超音波素子から前記検査対象内を伝搬して形状反射部位で反射され超音波の受信に用いる前記超音波素子に受信される実形状反射波に基づいて実形状反射波到達時間を抽出する実形状反射波到達時間抽出ステップと、形状反射波差分時間演算部が、前記推定形状反射波到達時間と前記実形状反射波到達時間との差分を形状反射波差分時間として算出する形状反射波差分時間演算ステップと、遅延時間演算部が、前記形状反射波差分時間を考慮して遅延時間を算出する遅延時間演算ステップと、合成演算部が、前記遅延時間を用いて前記超音波素子のそれぞれによる超音波の送受信のタイミングを相互にずらして、前記超音波素子が受信した受信波の合成波形を演算する合成演算ステップと、を有し、前記形状反射部位は、前記検査対象の全体形状に関わる形状部分あるいは前記検査対象において代表的な部分であってかつ前記検査対象中の検出しようとする欠陥とは異なるものである、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、超音波探傷において、検査対象の異方性の影響を低減することが可能となる。

実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る超音波探傷装置における到達時間演算を説明する図であって、（ａ）は、体形図、（ｂ）は、第１ないし第３の超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。 実施形態に係る超音波探傷装置において、遅延時間を考慮した各超音波素子での受信信号を示す図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における各超音波素子での超音波の各送受信の状態を示す、（ａ）は体系図、（ｂ）は第１の超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における超音波の各送受信の状態を示す、（ａ）は体系図、（ｂ）は第２の超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における超音波の各送受信の状態を示す、（ａ）は体系図、（ｂ）は第Ｎの超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における遅延時間演算を説明する概念的構成図である。 スネルの法則を用いる経路の説明図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定形状反射波到達時間を説明する図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定形状反射波到達時間を説明する図であり、送信素子番号ｉ＝５の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定形状反射波到達時間を説明する図であり、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定遅延時間演算を説明する第１のグラフである。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定遅延時間演算を説明する第２のグラフである。 実施形態に係る超音波探傷方法における到達時間の抽出を説明する図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における実形状反射波到達時間を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における実形状反射波到達時間を示す図であり、送信素子番号ｉ＝５の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における実形状反射波到達時間を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における形状反射波差分時間を説明する図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における形状反射波差分時間を説明する図であり、送信素子番号ｉ＝５の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における形状反射波差分時間を説明する図であり、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定形状反射波強度演算の結果を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定形状反射波強度演算の結果を示す図であり、送信素子番号ｉ＝５の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における推定形状反射波強度演算の結果を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における反射波強度抽出時の反射波強度の算出方法を説明する図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における実形状反射波強度抽出での実形状反射波強度を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における実形状反射波強度抽出での実形状反射波強度を示す図であり、送信素子番号ｉ＝５の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における実形状反射波強度抽出での実形状反射波強度を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における形状反射波強度比を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における形状反射波強度比を示す図であり、送信素子番号ｉ＝５の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における形状反射波強度比を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。 実施形態に係る超音波探傷方法における合成演算を説明する、補正ゲインによる補正を行った各超音波素子での受信信号を示す図である。 実施形態に係る超音波探傷方法において、強度の補正を行った後の、通常の合成の状態を説明する図である。 実施形態に係る超音波探傷方法において、強度の補正を行った後に、形状反射波差分時間で補正した場合の状態を説明する図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における合成演算による合成波形を示す図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における画像化を説明するための単一のビームを表示した図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における画像化を説明するための合成波を示す波形図である。 実施形態に係る画像化を説明するためのリニアスキャンによる複数のビームを表示した図である。 実施形態に係る超音波探傷方法における画像化を説明するための画像を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る超音波探傷装置、および超音波探傷方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳説明は省略する。

図１は、実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。超音波探傷装置１００は、検査対象１に内在する欠陥２を超音波により非破壊的に検出する。超音波探傷装置１００は、監視操作盤１１０と、超音波アレイプローブ１０と、超音波アレイプローブ１０を駆動する駆動部１５と、検査対象情報取得部９０とを有する。

超音波アレイプローブ１０は、複数の超音波素子１１と、これらを保持する保持部１２とを有する。超音波素子１１は、セラミクス製や複合材料製であり、これらの圧電効果により超音波を送受信することができる圧電素子、あるいは高分子フィルムによる圧電素子であり、あるいはそれ以外でも超音波を送受信できる素子であればよい。それぞれの超音波素子１１は、超音波をダンピングするダンピング部材と、前面に取り付けられた前面板を有し、たとえば、一般的に超音波探触子と呼ばれるものでよい。

超音波アレイプローブ１０では、検査対象１に超音波を送信し、検査対象１や欠陥２で反射、散乱された超音波を受信するＮ個（Ｎ：自然数）の超音波素子１１が所定の位置に配されている。

以下では、超音波アレイプローブ１０において、超音波素子１１が所定の位置に配されている場合として、一般的にリニアアレイプローブと呼ばれる超音波素子１１が第１の方向に１次元的に配列された場合を例にとって示すが、これに限定されない。所定の位置に配されている場合としては、たとえば、超音波アレイプローブ１０が、他のタイプの構成のアレイプローブであってもよい。あるいは複数のタイプを組み合せて使用するいわゆるタンデム探傷でもよい。

他のタイプとしては、リニアアレイプローブの奥行き方向（第１の方向に垂直な第２の方法）に超音波素子を不均一な大きさで分割した１．５次元アレイプローブ、超音波素子１１が第１の方向および第２の方向に２次元的に配列されたマトリクスアレイプローブ、第１の方向がリング状であり超音波素子１１が同心円状に配列されたリングアレイプローブ、リングアレイプローブの複数の超音波素子１１を周方向で分割した分割型リングアレイプローブ、超音波素子１１が不均一に配置された不均一アレイプローブ、第１の方向が円弧状でありその周方向位置に超音波素子１１を配置した円弧状アレイプローブ、球面の表面に超音波素子１１を配置した球状アレイプローブなどが挙げられる。

なお、超音波アレイプローブ１０は、コーキングやパッキングを用いることにより、気中環境、液中環境を問わず利用可能なものを含むものとする。

駆動部１５は、たとえば保持部１２を把持しながら、超音波アレイプローブ１０を、検査対象１のまわりを移動駆動させる。

超音波を指向性の高い角度で検査対象１へ入射させるために、楔（図示せず）を用いる場合がある。楔には、アクリル、ポリイミド、ゲル、その他の高分子など、超音波が伝搬可能で音響インピーダンスが把握できている等方材を用いる。また、楔には、前面板と音響インピーダンスが近い、もしくは同じ材質を用いることもできる。あるいは、楔には、検査対象１と音響インピーダンスが近い、もしくは同じ材質を用いることもできる。また、段階的もしくは漸次的に音響インピーダンスを変化させる複合材料でもよい。

さらに、楔内の多重反射波が探傷結果に影響を与えないように、楔の内外にダンピング材を配置したり、山型の波消し形状の部材を設けたり、多重反射を低減する機構を有することでもよい。なお、以下の説明において、超音波アレイプローブ１０から検査対象１へ超音波を入射させる際の楔の記載、図示は省略している。

超音波アレイプローブ１０と楔との間、楔と検査対象１との間、あるいは超音波アレイプローブ１０と検査対象１との間は、音響接触媒質５により、音響的に結合、すなわち音響がほぼ全量通過可能となる。音響接触媒質５は、例えば水やグリセリン、マシン油、ひまし油、アクリル、ポリスチレン、ゲル等であるが、超音波を伝搬できる媒質であればこれら以外も使用できる。なお、以下の説明においては、超音波アレイプローブ１０から検査対象１へ超音波を入射させる際に音響接触媒質５の記載を省略している場合もある。

検査対象情報取得部９０は、検査対象１の形状など、検査対象１に関する情報を獲得して、監視操作盤１１０内の入力部８０に出力する。検査対象情報取得部９０は、検査対象１に関する情報を取得する手段の総称である。具体的には、検査対象１の外観データを取得するための３次元カメラ、検査対象１の温度分布を把握するための代表箇所の温度の計測手段および代表箇所の温度に基づいた検査対象１内の温度分布演算手段などである。検査対象情報取得部９０は、容易にアクセスできない場所での、検査対象１の形状、寸法、温度などの情報の取得が必要な場合に設ける。したがって、検査対象１に関するこれらの情報が既知の場合、あるいは、容易に把握できる場合には、必ずしも設けなくともよい。

監視操作盤１１０は、受発信部２０と、演算部３０と、記憶部５０と、制御部６０と、表示部７０と、入力部８０とを有する。監視操作盤１１０は、いわゆるＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）に代表されるような汎用的に演算やデータ通信を行える機能を有する装置を含み、搭載された各部分を内包し、あるいは通信ケーブルで接続できる構成である。

受発信部２０は、電位差印加部２１、入り切り部２２、およびＡＤ変換部２３を有する。

電位差印加部２１は、超音波素子１１に振動を生ぜしめる電位差を印加可能である。入り切り部２２は、選択された超音波素子１１と電位差印加部２１とを導通状態とし、また、非導通状態とするよう、すなわち、超音波素子１１に電位差を印加した状態と印加しない状態との切り替えを行う。

電位差印加部２１は、入り切り部２２によって導通状態とされた超音波素子１１に対して、任意波形の電圧を印加する。印加電圧の波形は、サイン波、のこぎり波、矩形波、スパイクパルス等があり、正負両極の値をもついわゆるバイポーラの波形でもよいし、正負どちらか一方の極性のユニポーラの波形でもよい。また、正負どちらかのオフセットを付加してもよい。また、波形は単パルス、バーストもしくは連続波などでもよく、さらに、印加時間や繰り返し波数を増減可能とすることでもよい。

ＡＤ変換部２３は、超音波素子１１が受信した反射波が、アナログ信号、すなわち時間に対して連続的な信号であるため、演算部３０でのディジタル処理のために、アナログ信号をディジタル信号に変換する。

入力部８０は、外部および検査対象情報取得部９０からの入力を受け入れる。入力としては、検査対象１の形状、寸法、材質等の検査対象１の属性に関する情報、検査対象１の温度などの検査対象１の状態に関する情報などである。入力部８０で受け入れた検査対象１に関する情報は、後述する記憶部５０の検査対象情報記憶部５２に保存される。

表示部７０は、受発信部２０、演算部３０および記憶部５０からの情報に基づいて、検査結果の画像を始め、検査員などのために必要とされる情報を、進行順序に基づいて計画的に、あるいは、要求に応じて表示する。表示部７０は、ディジタルデータを表示できるものであればよく、液晶表示装置、プロジェクタ、ブラウン管等でもよい。また、表示部７０は、設定した条件に応じて音や発光によりアラームを生じさせたり、タッチパネルとして操作を入力したりするユーザインタフェース機能を有してもよい。

記憶部５０は、信号処理情報記憶部５１および検査対象情報記憶部５２を有する。信号処理情報記憶部５１は、超音波アレイプローブ１０が受信した反射波を受発信部２０のＡＤ変換部２３がＡＤ変換した反射波の情報すなわち反射波のディジタルデータ、および、演算部３０においてそれぞれの要素において演算処理された結果を、保存する。検査対象情報記憶部５２は、入力部８０で受け入れた検査対象１に関する情報を記憶する。

制御部６０は、監視操作盤１１０内の各構成要素におけるそれぞれの処理が、全体として整合をとりながら進められるように、監視操作盤１１０内の各構成要素の進行状態を監視し、それぞれの処理のタイミング等を制御する。

演算部３０は、超音波素子１１からの超音波の発信のタイミングの決定や、受信された波形に基づいて合成画像データの作成などを行う。演算部３０は、音速演算部３１と、遅延時間演算部３２と、推定形状反射波到達時間演算部３３と、実形状反射波到達時間抽出部３４と、形状反射波差分時間演算部３５と、実音速演算部３６と、推定形状反射波強度演算部３７と、実形状反射波強度抽出部３８と、形状反射波強度比演算部３９と、合成演算部４０と、画像演算部４１とを有する。

音速演算部３１は、検査対象情報記憶部５２に保存された検査対象に関する形状、寸法、温度、材質などの情報にもとづいて、検査対象１における想定音速Ｖｓを算出する。音速演算部３１では、検査対象１および音響接触媒質５が方向や位置によらずに均一な音速をもつ等方材料と推定し、それぞれの想定音速Ｖｓを算出する。

遅延時間演算部３２は、それぞれの超音波素子１１から送信した超音波が、焦点３（図２）に集束するようにするために必要な、送受信するタイミングを相互にずらすための遅延時間を、後述する仮想遅延時間および形状反射波差分時間に基づいて算出する。

図２は、到達時間演算を説明する図であって、図２の（ａ）は体形図、（ｂ）は第１ないし第３の超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。なお、Ｕｆ（ｉ，ｊ）の表示は、第ｉ番目の超音波素子１１から送信し、第ｊ番目の超音波素子１１で受信した反射波の波形であることを表わす。左側の図のように、焦点３に集束させるように第１ないし第３の超音波素子１１の送信時刻をずらしても、受信の経路の伝搬時間が異なるため、右側の図のように、反射信号の到達時刻がばらつくことになる。

なお、超音波探傷装置１００においては、この場合、３つで一組の超音波素子１１が、たとえば、まずは（１，２，３）、次は（２，３，４）、次は（３，４，５）、・・・、（Ｎ−２，Ｎ−１，Ｎ）と順次１つずつずれていくことにより、長手方向にスキャンする。

図３は、遅延時間を考慮した各超音波素子での受信信号を示す図である。このように、送信側の遅延時間と受信側の遅延時間との両方の遅延時間を考慮することにより、各受信波の波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）における反射波の時刻が一致する。すなわち、各超音波素子１１による受信について、反射波の到達時点が互いに一致する。

推定形状反射波到達時間演算部３３は、検査対象情報記憶部５２に保存されている検査対象１の形状、寸法、音速演算部３１において算出された音響接触媒質５、検査対象１などにおける想定音速Ｖｓ等に基づいて、超音波が送信されて、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）が受信側の超音波素子１１に到達する推定時間である推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）を演算する。

ここで、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）とは推定される形状反射波であり、形状反射波とは、ｉ番目の超音波素子１１から送信され、ｊ番目の超音波素子１１により受信された波形に、形状反射部位で反射した反射波が含まれている受信波を言うものとする。形状反射部分で反射した反射波は、図３に示した反射波に対応する。

また、形状反射部位とは、検査対象１の全体形状に関わる形状部分、あるいは、検査対象１において代表的な部分を言うものとする。形状反射部位は、たとえば、入射面に対向する裏側の面、あるいは互いに異なる材料の場合の境界面、角部、穴（冷却孔等）等でもよい。反射面である形状反射部位の形状は平面に限る必要はない。

推定形状反射波到達時間演算部３３では、想定音速Ｖｓと各送受信に用いる超音波素子１１の座標および、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）の反射源の位置関係から各超音波素子１１から送信された超音波が推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）として各超音波素子１１に受信されるまでに要する推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）を演算するものである。

伝搬時間の演算方法は、一般的な音線追跡のようなレイトレース法でもよいし、有限要素解析のような数値解析を用いてもよい。ここで得られる推定形状反射波到達時間はＴｓ（ｉ，ｊ）となる。

実形状反射波到達時間抽出部３４は、信号処理情報記憶部５１に保存された実際の反射波データ、すなわち、超音波送信に用いるｉ番目（ｉ＝１、２、３、…、Ｎ）の超音波素子１１から発せられて、検査対象１内を伝搬して形状反射部位で反射され超音波受信に用いるｊ番目（ｊ＝１、２、３、…、Ｎ）の超音波素子１１に受信された実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）について、それらが到達する実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）を抽出する。以下、（ｉ，ｊ）の表示は同様にｉ番目からの送信、ｊ番目の受信の組合せを意味する。

形状反射波差分時間演算部３５は、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）から実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）を減じた差分を形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）として算出する。

実音速演算部３６は、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）の実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）に対する比を、音速演算部３１で算出した想定音速Ｖｓ（ｉ，ｊ）に乗じて、実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）を算出する。

推定形状反射波強度演算部３７は、検査対象情報記憶部５２に保存されている検査対象１に関する情報に基づいて、超音波の伝搬時の減衰等を模擬して、超音波素子１１で受信する超音波の強度である推定形状反射波強度Ｉｓ（ｉ，ｊ）を演算する。

実形状反射波強度抽出部３８は、実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）における実形状反射波強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）を抽出する。

形状反射波強度比演算部３９は、推定形状反射波強度Ｉｓ（ｉ，ｊ）と実形状反射波強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）との比を形状反射波強度比Ｉｄ（ｉ，ｊ）として算出する。

合成演算部４０は、各超音波素子１１が受信した受信波を、遅延時間にしたがって反射波の到達時刻を合わせた後に合成して合成波形Ｍを得る。

画像演算部４１は、合成波形Ｍと、超音波ビームの伝搬経路と、伝搬経路上の音速に基づいて、表示用の画像データを演算する。

図４は、実施形態に係る超音波探傷方法における手順を示すフロー図である。

まず、推定音速演算を行う（ステップＳ１１）。すなわち、音速演算部３１が、検査対象情報記憶部５２に保存されている検査対象１に関する情報に基づいて、検査対象１および音響接触媒質５のそれぞれにおける想定音速Ｖｓを算出する。

また、超音波アレイプローブ１０を、検査対象１に設置する（ステップＳ１２）。この際、必要に応じて、音響接触媒質５を、検査対象１と超音波アレイプローブ１０との間に設置する。駆動部１５が超音波アレイプローブ１０の保持部１２を把持し、超音波アレイプローブ１０を所定の位置に設定する。

次に、探傷条件に応じた超音波の送受信を行う（ステップＳ１３）。超音波を送信する時には、超音波アレイプローブ１０の中の１つ以上の超音波素子１１から超音波を照射し、１つ以上の超音波素子１１でそれぞれ超音波を受信することにより、それぞれの組合せによる超音波波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）を得ることができる。

なお、ステップＳ１３は、ステップＳ１２の後に行う必要があるが、ステップＳ１１は、ステップＳ１２またはステップＳ１３とは、前後関係を問わない。

図５は、実施形態に係る超音波探傷方法における各超音波素子での超音波の各送受信の状態を示す、図５の（ａ）は体系図、（ｂ）は第１の超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。図６は、同様に第２の超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。また、図７は、第Ｎの超音波素子から送信した場合の各超音波素子での受信信号を示す図である。

第１の超音波素子１１から送信し、第１ないし第Ｎの超音波素子１１で受信することにより、図５に示すように、超音波波形Ｕｆ（１，１）ないし超音波波形Ｕｆ（１，Ｎ）が得られる。また、第２の超音波素子１１から送信し、第１ないし第Ｎの超音波素子１１で受信することにより、図６に示すように、超音波波形Ｕｆ（２，１）ないし超音波波形Ｕｆ（２，Ｎ）が得られる。同様に、第Ｎの超音波素子１１から送信し、第１ないし第Ｎの超音波素子１１で受信することにより、図５に示すように、超音波波形Ｕｆ（Ｎ，１）ないし超音波波形Ｕｆ（Ｎ，Ｎ）が得られる。

このように、Ｎ個の超音波素子１１を有する超音波アレイプローブ１０を使用した場合、Ｎ個の超音波素子１１で受信しながら送信素子を順次変えていくと、最大でＮ×Ｎパターンの超音波波形が収録される。ここで、受信は専用に独立した超音波素子１１として、送信に用いる超音波素子１１だけを複数化することも可能である。また、遅延時間をかけて超音波の平面波化、集束、拡散などを行うこともできる。

検査対象１に入射された超音波は、検査対象１の表面や、検査対象１の内部や表面に存在するき裂や介在物などに代表される欠陥２によって反射・散乱され、その反射された超音波は超音波アレイプローブ１０の超音波素子１１により受信される。

ステップＳ１３の後に、以下にそれぞれ詳細を説明する時間関係の補正のための演算（ステップＳ２０）および強度関係の補正のための演算（ステップＳ３０）を行う。ここで、ステップＳ２０とステップＳ３０の前後関係は問わない。

時間関係の補正演算（ステップＳ２０）として、まず、推定形状反射波到達時間演算部３３が、推定形状反射波到達時間の算出を行う（ステップＳ２１）。推定形状反射波到達時間演算部３３は、検査対象１が方向や位置によらずに均一な音響特性をもつ等方材料と推定し、各送受信に用いる超音波素子１１の座標および、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）の反射源の位置関係から各超音波素子１１から送信された超音波が形状反射として各超音波素子１１に受信されるまでの時間を推定するものである。

図８は、遅延時間演算を説明する概念的構成図である。たとえば焦点３に集束するように、複数の超音波素子１１、例えばＥ１ないしＥＫのＫ箇の超音波素子１１から超音波を送信する。図８では、Ｋが７の場合を示している。

ここで、ｉ番目の超音波素子１１であるＥｉから焦点３までの経路上にあるメッシュｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）のそれぞれにおける超音波の伝搬長さをＬｋ、伝搬速度をＶｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）とする。なお、伝搬長さＬ１は、超音波素子１１の中心に基づいて算出する。ｉ番目の超音波素子１１から焦点３までの伝搬時間Ｔは、次の式（１）で算出される。
Ｔ＝Σ（Ｌｋ／Ｖｋ） …（１）
ただし、Σは、ｋが１からＫまでの合計である。

推定形状反射波到達時間演算部３３では、同一材料においては、均一と仮定して演算する。すなわち、送信された反射させるまでの超音波の伝搬する経路が、たとえば、音響接触媒質５および検査対象１である場合は、それぞれについては、メッシュ分割をしない。すなわち、Ｋ＝２である。この場合、音響接触媒質５および検査対象１のそれぞれについて、想定音速Ｖｓを設定して、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）を算出する。

音響接触媒質５を超音波アレイプローブ１０と検査対象１との間に設ける場合は、スネルの法則を用いて各超音波素子１１から検査対象１に超音波が入射する点を算出し、音響接触媒質５と検査対象１の音速をそれぞれ用いて、それぞれの伝搬に要する飛行時間を演算してから遅延時間を算出する。

図９は、スネルの法則を用いる経路の説明図である。検査対象１を含む体系の媒質Ａ（音響接触媒質５に相当）内の始点Ｐａから、媒質Ｂ（検査対象１に相当）内の終点Ｐｂまでの経路は、スネルの法則を用いて決定することができる。今、媒質Ａ内の音速をＶＡ、媒質Ｂ内の音速ＶＢとし、媒質Ａから媒質Ｂへ入射するときの入射角をθＡ、屈折角をθＢとする。このとき、媒質Ａ内の始点Ｐａから媒質Ｂ内の終点Ｐｂまでの経路は、次の式（２）を満たす入射点Ｗが１つ決定でき、この結果、径路が決定できる。
ｓｉｎθＡ／ｓｉｎθＢ＝ＶＡ／ＶＢ …（２）

この時用いる検査対象１の表面形状Ｓは一般的な平面や傾いた平面だけに限らず曲率や凹凸部があっても、それを考慮した幾何計算を行うことができる。これは、スネルの法則を用いる入射点Ｗの計算時に、超音波が入射する表面の点の角度情報を反映することで可能となる。検査対象１の表面形状Ｓは、検査対象情報取得部９０あるいは直接に外部から入力部８０に入力されて、検査対象情報記憶部５２に保存された検査対象情報に含まれている。

図１０は、推定形状反射波到達時間を説明する図であり、（ａ）に示すように送信素子番号ｉ＝１の場合、図１１は、送信素子番号ｉ＝５の場合、また、図１２は、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。それぞれの図の（ｂ）の横軸は受信する超音波素子１１の番号（ｊ）であり、時間［μｓ］と表示された縦軸は、それぞれの受信素子における推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）である。

ある超音波素子から発生された超音波は、図１０ないし図１２に示すように、ある形状部分で反射され、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）となって各超音波素子にて受信される。図１０ないし図１２では、検査対象１の底面、すなわち超音波の入射面に対向する裏側の面が形状部分である場合を示している。

ｉ番目の超音波素子１１から送信され、形状部分で反射し、ｊ番目の超音波素子１１で受信される超音波は、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）として得られる。ここで、ｉ番目の超音波素子１１から送信され、形状部分で反射した推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）が、受信するｊ番目の超音波素子１１に到達する時間は、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）として与えられる。推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）は、ｉ番目の超音波素子１１から形状部分での反射位置を経て、ｊ番目の超音波素子１１に至る音響接触媒質５および検査対象１内の経路の長さを、それぞれにおける想定音速Ｖｓで除したものである。

図１０に示すように、送信素子番号ｉが１の場合は、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（１，ｊ）のうち受信素子番号ｊが１の場合が、径路が最も短く、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（１，１）が最も小さい。図１１に示すように、送信素子番号ｉが５の場合は、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（５，ｊ）のうち受信素子番号ｊが５の場合が、径路が最も短く、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（５，５）が最も小さい。また、図１２に示すように、送信素子番号ｉが１０の場合は、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（１０，ｊ）のうち受信素子番号ｊが１０の場合が、径路が最も短く、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（１０，１０）が最も小さい。すなわち、図１０ないし図１２は、形状部分が平板上の底面であるが、平板からの底面エコーを想定すると、ｉ＝ｊの時が、径路が最も短く、最短の到達時間となる。

次に、遅延時間演算部３２は、推定遅延時間の算出を行う（ステップＳ２２）。

図１３は、推定遅延時間演算を説明する第１のグラフである。送受信する超音波素子１１の数は、図８と同様に７とした場合を示している。図１３の縦軸は、焦点３（図８）から、それぞれの超音波素子１１までの超音波の伝搬時間を示す。

推定遅延時間は、音響接触媒質５および検査対象１のそれぞれにおける想定音速Ｖｓが一定であると仮定した場合に、図８に示すように超音波アレイプローブ１０の複数の超音波素子１１（例えば図８においてはＥ１〜Ｅ７の７つ）を用いて焦点３に超音波を集束させる際に、各超音波素子１１に設定される遅延時間である。推定遅延時間の算出に際して想定音速Ｖｓを一定値とすることから、この推定遅延時間については、超音波アレイプローブ１０の複数の超音波素子１１の配置や配列、また超音波アレイプローブ１０に対する焦点３の位置（探傷角度や探傷深さ）などの幾何情報に基づいて決定することができる。すなわち、推定遅延時間は想定音速Ｖｓが一定であると仮定した場合の、幾何形状から推定される遅延時間である。

図８においては、Ｅ１が焦点３から最も離れているため、焦点３への伝搬時間は、Ｅ１が超音波を送信する超音波素子１１である場合に最も長くなり、Ｅ２ないしＥ７がそれぞれ超音波素子１１となる場合についての伝搬時間は、Ｅ１についての伝搬時間よりも短い。図１３において、それぞれの伝搬時間を実線で示し、Ｅ１についての伝搬時間からＥｉについての伝搬時間を減じた値をＥｉについての推定遅延時間として破線で示す。

図１４は、推定遅延時間演算を説明する第２のグラフであり、図１３で破線により示された推定遅延時間を示す。

超音波アレイプローブ１０の複数の超音波素子１１に対してこのように推定遅延時間を設定することにより、想定音速Ｖｓが一定であると仮定した場合に、複数の超音波素子１１により焦点３に集束する超音波を送受信することができる。なお、この際、使用する複数の超音波素子１１の配置に基づいて基準点をあらかじめ定義することができ、このように基準点を定義する場合、複数の超音波素子１１により基準点から焦点３に超音波ビームを送受信しているものとして扱うことができる。

次に、実形状反射波到達時間抽出部３４が、実形状反射波の到達時間の抽出を行う（ステップＳ２３）。

図１５は、実施形態に係る超音波探傷方法における到達時間の抽出を説明する図である。実形状反射波到達時間抽出部３４は、図１５に示すように、信号処理情報記憶部５１に保存されている実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）に基づいて、この波形が保存された超音波の到達時間に関する情報を抽出し、到達時間を決定する。

いま、実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の典型的な波形を単純化した波形として、プラス側にパルス状に立ち上がった後に、マイナス側にパルス状に立ち下がる場合を例にとると、到達時間の決定方法としては、たとえば、以下の方法がある。

第１の方法は、最初のプラス側のパルスが、最初にしきい値に到達した時点を以て、実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の到達の時点とする方法である。

第２の方法は、最初のプラス側のパルスが最大値に到達した時点を以て、実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の到達の時点とする方法である。

第３の方法は、最初のプラス側のパルスがマイナス側に転じた時点、具体的には、受信波の定常平均レベルと交差した時点を以て、実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の到達の時点とする方法である。

その他、安定的に判定できる方法であれば、上記の方法以外の方法であってもよい。また、１回の測定で得られた波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ＝１，・・・，Ｎ）のグループに関しては、抽出方法が共通している。なお、互いに異なる測定で得られた波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）の相互間でも抽出方法が共通していることが好ましいが、これに限定しない。このように、決定方法は限定しないことから、本ステップに用いる演算部３０の要素を、実形状反射波到達時間抽出部３４と呼ぶものとしている。

図１６は、実形状反射波到達時間を示す図であり、（ａ）に示すように、送信素子番号ｉ＝１の場合、図１７は、送信素子番号ｉ＝５の場合、図１８は、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。それぞれの（ｂ）においては、実形状反射波到達時間を実線で示しており、比較のために推定形状反射波到達時間を破線で示している。推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）は、音響接触媒質５および検査対象１のそれぞれにおける想定音速Ｖｓを一定値としていることから、伝搬時間が経路長さのみで決定されるため、受信素子番号ｊの超音波素子１１における推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）は比較的に単純な関係となっている。

一方、検査対象１が、位置や方向によって音速にばらつきを生じる異方性材料であった場合、あるいは検査対象１内に温度分布がある場合は、実音速Ｖａが検査対象１内の場所ごとに微妙に異なることが考えられる。この場合、超音波の径路も直線的な径路からずれてくる。この結果、実際の応答波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）に基づいて得られる受信素子番号ｊの超音波素子１１ごとの実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）は、推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）からずれることになる。

次に、形状反射波差分時間演算部３５が、形状反射波差分時間の演算を行う（ステップＳ２４）。形状反射波差分時間演算部３５は、推定形状反射波到達時間演算部３３で推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）と、実形状反射波到達時間抽出部３４で得た実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）の形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）を演算する。具体的には、形状反射波差分時間演算部３５は、同一素子の組み合わせどうしで実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）と推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）の差分を演算し形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）を得る。

図１９は、形状反射波差分時間を説明する図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合、図２０は、送信素子番号ｉ＝５の場合、また、図２１は、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。この形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）は、図１９ないし図２１に示すように、正負の両極の値を取りうる。

ここで得られた形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）は、合成波形Ｍを得るためのスキームに反映することができる。上記の通り、推定遅延時間は等方材を仮定した想定音速Ｖｓに基づいて計算されるため、検査対象１が異方性を持っていた場合は、理想的な合成波形Ｍが得られない。そこで、遅延時間演算部３２は、推定遅延時間に形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）を加減する補正を行うことにより遅延時間を算出する。このように、遅延時間演算部３２が推定遅延時間に対して形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）を考慮して遅延時間を算出し、合成演算部４０が各超音波素子１１の受信した受信波をこの遅延時間にしたがって合成することにより、異方性を低減させた合成波形Ｍを得ることができる。

ここで、形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）は、実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）から推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）を減じることにより得られることから、形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）が負となった場合は、想定より早い時間に実形状反射波が到達していることを表しているため、遅延時間としては増分となる。逆に、実形状反射波が推定より遅く到達していると想定される場合は、遅延時間は減分となる。形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）は、合成演算において、遅延時間の補正分として、使用することができる。

なお、例えば焦点３の焦点深さが裏側の面に対して浅い場合など、超音波素子１１から焦点３までの距離が、超音波素子１１から推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）を生じる形状部分までの距離に対して大幅に短い場合には、推定遅延時間に形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）を単純に加減してしまうと形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）を考慮した補正が大きくなりすぎるため、遅延時間演算部３２による遅延時間の算出を、形状反射波差分時間Ｔｄ（ｉ，ｊ）に重み付け係数を乗じたうえで推定遅延時間に加減するように構成することもできる。このような重み付け係数については、超音波素子１１から焦点３までの距離と形状部分までの距離との比によって定めるほか、実験やシミュレーションになどによっても予め適宜定めることが可能である。また、重み付け係数を超音波素子１１から形状部分までの距離に対する焦点３までの距離の比率の関数としてもよい。

次に、実音速演算部３６は、実音速の演算を行う（ステップＳ２５）。

ステップＳ２１で得られた推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）と、ステップＳ２３で得られた実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）とは、送信素子番号ｉと受信素子番号ｊがそれぞれ一致していれば、近似的には、同じ伝搬パスを通ってきたとみなすことができる。そのため、実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）と推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）の比から、実音速演算部３６は、実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）を推定することができる。

例えば、実形状反射波到達時間Ｔｒ（ｉ，ｊ）を推定形状反射波到達時間Ｔｓ（ｉ，ｊ）で規格化したとき、その値が２であれば実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）はＶｉに対してその逆数をかけた値（０．５Ｖｉ）と演算される。このとき、伝搬パスに音速が確実に一定となる部分（音響接触媒質など）を設けていた場合は、音響接触媒質中の伝搬時間分を減じた値で比を求める必要がある。また、ここで得た実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）は、送受信する超音波素子の組み合わせと対応しているので、対応する超音波素子の送受信波形を用いた場合の遅延時間演算に、実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）を用いることもできる。

ここで得た実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）は、探傷画像演算においても、検査対象１内の音速として用いることができる。すなわち、送信された超音波の、検査対象１内の各位置における波形の時間変化は、この実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）と送信後の各位置までの経路長さを用いて算出することができる。

また、強度関係の補正演算（ステップＳ３０）として、まず、推定形状反射波強度演算部３７が、推定形状反射波強度の算出を行う（ステップＳ３１）。

推定形状反射波強度演算部３７では、検査対象１が方向や位置によらずに均一な音響特性をもつ等方材料と推定し、各送受信に用いる超音波素子１１の座標および、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）の反射源の位置関係から各超音波素子１１から送信された超音波が形状反射として各超音波素子１１に受信された時の強度を推定するものである。

この推定に際しては、入射する超音波の周波数や、検査対象１の弾性特性に応じた伝搬減衰、音場が広がることによる拡散減衰、推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）の反射される形状部の形状および縦波から横波へ変換するモード変換効率等が考慮される。この演算に用いる方法は一般的な音線追跡のようなレイトレース法でもよいし、有限要素解析のような数値解析を用いてもよい。また、このとき計算する推定形状反射波Ｒｓ（ｉ，ｊ）の音源は、例示した底面からのを反射波に限定する必要はなく、検査対象１に設けられた角部や穴（冷却孔等）でもよいことは、ステップＳ２１での推定形状反射波到達時間演算部３３と同様である。このようにして、推定形状反射波強度演算部３７は推定形状反射波強度Ｉｓ（ｉ，ｊ）を算出する。

図２２は、推定形状反射波強度演算の結果を示す図であり、（ａ）に示すように送信素子番号ｉ＝１の場合、図２３は、送信素子番号ｉ＝５の場合また、図２４は、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。それぞれの（ｂ）に示すように、平板からの底面エコーを想定するとｉ＝ｊの時に、減衰等に寄与する経路長さが最小となり、推定形状反射波強度Ｉｓ（ｉ，ｊ）が最大となる。

次に、実形状反射波強度抽出部３８は、実形状反射波強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）の抽出を行う（ステップＳ３２）。

図２５は、反射波強度抽出時の反射波強度の算出方法を説明する図である。

実形状反射波強度抽出部３８は、図１５に示すように、信号処理情報記憶部５１に保存されている実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）に基づいて、この波形における反射波の部分の強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）を算出する。

いま、ステップＳ２３と同様に、実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の典型的な波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）を単純化した波形として、プラス側にパルス状に立ち上がった後に、マイナス側にパルス状に立ち下がる場合を例にとる。強度の算出方法としては、たとえば、以下の例に示すような方法がある。

第１の方法は、波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）の最初のプラス側のピークと定常平均レベルとの差の絶対値Ｉｒ１を、強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）とする方法である。

第２の方法は、波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）の定常平均レベルとマイナス側のピークとの差の絶対値Ｉｒ２を、強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）とする方法である。

第３の方法は、波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）のプラス側のピークとマイナス側のピークの差の絶対値Ｉｒ３を、強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）とする方法である。

第４の方法は、波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）において、ある時間領域の時間積分により得られた結果の絶対値Ｉｒ４を、実形状反射波強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）とする方法である。この場合、プラス側のピークの発生時刻の前後の区間で積分する方法と、マイナス側のピークの発生時刻の前後の区間で積分する方法とがある。

その他、安定的に判定できる方法であれば、上記の方法以外の方法であってもよい。また、１回の測定で得られた波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ＝１，・・・，Ｎ）のグループに関しては、強度の抽出方法が共通している。なお、互いに異なる測定で得られた波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）の相互間でも抽出方法が共通していることが好ましいが、これに限定しない。このように、決定方法は限定しないことから、本ステップに用いる演算部３０の要素を、実形状反射波強度抽出部３８と呼ぶものとしている。

図２６は、実形状反射波強度抽出での実形状反射波強度を示す図であり、（ａ）に示すように、送信素子番号ｉ＝１の場合、図２７は、送信素子番号ｉ＝５の場合、図２８は、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。

図２６ないし図２８それぞれの（ｂ）において、実形状反射波強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）は、実線で示しているが、比較のために、推定形状反射波強度Ｉｓ（ｉ，ｊ）を破線で示している。図２６ないし図２８に示すように、検査対象１が、位置や角度によって音速にばらつきを生じる異方性材料だった場合、実形状反射波強度Ｉｒ（ｉ，ｊ）と推定形状反射波強度Ｉｓ（ｉ，ｊ）は同一にはならない。

次に、形状反射波強度比演算部３９は、形状反射波強度比の演算を行う（ステップＳ３３）。形状反射波強度比演算部３９は、実形状反射波強度抽出部３８で得たＩｒ（ｉ，ｊ）の、推定形状反射波強度演算部３７で得たＩｓ（ｉ，ｊ）に対する比を演算するものである。これを同一素子の組み合わせどうしでＩｒ（ｉ，ｊ）をＩｓ（ｉ，ｊ）で規格化した値が形状反射波強度比Ｉｄ（ｉ，ｊ）となる。

図２９は、形状反射波強度比Ｉｄ（ｉ，ｊ）を示す図であり、送信素子番号ｉ＝１の場合、図３０は、送信素子番号ｉ＝５の場合、図３１は、送信素子番号ｉ＝１０の場合である。形状反射波強度比Ｉｄ（ｉ，ｊ）は図２９ないし図３１に示すように、１を中心として正の値を取りうる。

形状反射波強度比Ｉｄ（ｉ，ｊ）をもとに、合成波形Ｍの演算時に用いるそれぞれの波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）の補正ゲインＧｃ（ｉ，ｊ）を算出する。例えば、補正ゲインＧｃ（ｉ，ｊ）を形状反射波強度比Ｉｄ（ｉ，ｊ）の逆数と設定して、それを波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）に乗じることにより、伝搬経路に応じた減衰の大小を低減することとしてもよい。

なお、時間関係の補正のための演算（ステップＳ２０）は、強度関係の補正のための演算（ステップＳ３０）とは独立であり、合成演算部４０が、実形状反射波Ｒｒ（ｉ，ｊ）の波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）の合成を行う上で、強度関係の補正は必須ではない。すなわち、強度関係の補正がなされていない場合でも、合成演算部４０は、合成を有意におこなうことができる。

以上のように、時間関係の補正のための演算（ステップＳ２０）および強度関係の補正のための演算（ステップＳ３０）の両者を実施した後に、波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）の合成、および合成波形データの画像化を行う（ステップＳ４０）。

まず、強度の補正を行った波形を、補正した遅延時間に従って、合成演算部４０が、補正した上で、合成を行う（ステップＳ４１）。また、強度関係の補正に関しては、合成演算部４０は、形状反射波強度比演算ステップＳ３３での形状反射波強度比演算部３９で得られた補正ゲインＧｃ（ｉ，ｊ）による補正を行う。なお、合成は、加算や平均化、あるいはその他の合成法でもよい。

まず、時間関係の補正に関しては、合成演算部４０は、実音速演算ステップＳ２５での実音速演算部３６により補正された遅延時間を、駆動素子群を構成するそれぞれの超音波素子１１に割り振る。合成演算部４０は、割り振られた遅延時間分だけ、それぞれの超音波素子１１で得られた受信信号を時間軸方向にずらし、合成することにより、合成波形Ｍを得る。

図３２は、補正ゲインによる補正を行った各超音波素子での受信信号を示す図である。図３２の（ａ）は、それぞれの強度関係の補正を行う前の波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）であり、（ｂ）は、波形Ｕｆ（ｉ，ｊ）を補正ゲインＧｃ（ｉ，ｊ）による補正を行った後の形状を示す。

図３３は、強度の補正を行った後の、通常の合成の状態を説明する図であり、図３４は、強度の補正を行った後に、形状反射波差分時間で補正した場合の状態を説明する図である。送信用の遅延時間および受信用の遅延時間の合計時間分、時間軸方向に移動することで、欠陥２による欠陥エコーからの反射波のタイミングが揃い、合成することにより信号強度が増幅される。

図３５は、合成演算による合成波形を示す図である。反射波の合成波形Ｍが明確に示される結果となる。

次に、合成波形データの画像化を行う（ステップＳ４２）。

図３６は、超音波探傷方法における画像化を説明するための単一のビームを表示した図であり、図３７は、合成波を示す波形図である。図３６に示すような検査対象１内の所定の位置、検査対象１の形状部分としてのたとえば背面１ａを焦点とする超音波のビームを送信した結果に基づいて、これまで示した手順により、図３７に示すような合成波形Ｍを得ることになる。

図３８は、画像化を説明するためのリニアスキャンによる複数のビームを表示した図である。超音波のビームを、順次、長手方向に移動させて、リニアスキャンを行い、それぞれのビームの位置で、合成波形Ｍを得る。

このリニアスキャン結果に基づいて、画像演算部４１が画像データを作成するためには、合成波形Ｍに加えて、上述した波形合成に用いる超音波素子１１ごとの遅延時間、合成波形Ｍが伝搬した経路である超音波ビーム伝搬経路Ｌ、および、超音波ビーム伝搬経路Ｌが通過する領域の実音速Ｖａなどの情報を用いる。超音波ビーム伝搬経路Ｌは合成に用いる超音波素子１１の中心座標Ｃから検査対象１中の焦点３へ至る音線であり、音響接触媒質５から検査対象１へ入射する点については、スネルの法則で求められる等遅延時間計算と同様に求められる。合成波形Ｍが、時間とともに、超音波ビーム伝搬経路Ｌ上を移動する。これは、合成波形Ｍが、超音波ビーム伝搬経路Ｌに沿って展開しているとも考えられる。

したがって、検査対象１内の任意の位置Ｐにおける超音波の強度は、その位置Ｐを通る超音波ビーム伝搬経路Ｌについての合成波形Ｍに基づいて算出することができる。具体的には、送信された超音波の、検査対象１内の位置Ｐにおける波形の時間変化は、この実音速Ｖａ（ｉ，ｊ）と送信後の超音波ビーム伝搬経路Ｌにおける位置Ｐまでの経路長さを用いて算出することができる。

図３６および図３７で示される合成波形Ｍは大部分が音響接触媒質５を伝搬する部分であるが、音響接触媒質５における実音速Ｖａが検査対象１における実音速Ｖａに比べて低いため、超音波ビーム伝搬経路Ｌに応じて描画すると、音響接触媒質５の伝搬部分の方が、占める領域は小さくなる。

図３９は、画像を示す図である。画像演算部４１により画像データが作成され、表示部７０により、たとえば、図３９に示されるような映像が表示される。

以上のように、本実施形態によれば、超音波探傷において、検査対象の異方性の影響を低減することが可能となる。

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…検査対象、１ａ…背面、２…欠陥、３…焦点、５…音響接触媒質、１０…超音波アレイプローブ、１１…超音波素子、１２…保持部，１５…駆動部、２０…受発信部、２１…電位差印加部、２２…入り切り部、２３…ＡＤ変換部、３０…演算部、３１…音速演算部、３２…遅延時間演算部、３３…推定形状反射波到達時間演算部、３４…実形状反射波到達時間抽出部、３５…形状反射波差分時間演算部、３６…実音速演算部、３７…推定形状反射波強度演算部、３８…実形状反射波強度抽出部、３９…形状反射波強度比演算部、４０…合成演算部、４１…画像演算部、５０…記憶部、５１…信号処理情報記憶部、５２…検査対象情報記憶部、６０…制御部、７０…表示部、８０…入力部、９０…検査対象情報取得部、１００…超音波探傷装置、１１０…監視操作盤

Claims (5)

1. 検査対象に超音波を送信し前記検査対象で反射した超音波を受信する所定の位置に配された複数の超音波素子を有する超音波アレイプローブと、
   前記検査対象内の想定音速に基づいて形状反射部位で反射する場合の推定形状反射波の前記超音波素子に到達する推定時間である推定形状反射波到達時間を演算する推定形状反射波到達時間演算部と、
   超音波の送信に用いる前記超音波素子から前記検査対象内を伝搬して前記形状反射部位で反射され、超音波の受信に用いる前記超音波素子のそれぞれに受信される実形状反射波に基づいて、実形状反射波到達時間を抽出する実形状反射波到達時間抽出部と、
   前記推定形状反射波到達時間から前記実形状反射波到達時間を減じた差分を、形状反射波差分時間として算出する形状反射波差分時間演算部と、
   前記形状反射波差分時間を考慮して遅延時間を算出する遅延時間演算部と、
   前記遅延時間を用いて前記超音波素子のそれぞれによる超音波の送受信のタイミングを相互にずらして、前記超音波素子が受信した受信波の合成波形を演算する合成演算部と、
   を備え、
   前記形状反射部位は、前記検査対象の全体形状に関わる形状部分あるいは前記検査対象において代表的な部分であってかつ前記検査対象中の検出しようとする欠陥とは異なるものである、
   ことを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記遅延時間演算部は、前記形状反射波差分時間に重み付け係数を乗じるように構成されること、
   を特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記推定形状反射波の強度である推定形状反射波強度を演算する推定形状反射波強度演算部と、
   前記実形状反射波の強度である実形状反射波強度を抽出する実形状反射波強度抽出部と、
   前記推定形状反射波強度の前記実形状反射波強度に対する比を補正ゲインとして算出する形状反射波強度比演算部と、
   をさらに備え、
   前記合成演算部は、前記超音波素子が受信した受信波を、前記補正ゲインで補正した上で前記合成波形を演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
4. 前記推定形状反射波到達時間の前記実形状反射波到達時間に対する比を、前記想定音速に乗じて、実音速を算出する実音速演算部と、
   前記実音速を反映して、前記合成波形を用いて、表示用の画像データを演算する画像演算部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の超音波探傷装置。
5. 超音波アレイプローブの有する複数の超音波素子のそれぞれが、検査対象に超音波を送信し前記検査対象からの反射波を受信する超音波受発信ステップと、
   推定形状反射波到達時間演算部が、前記検査対象内の想定音速に基づく推定形状反射波到達時間を演算する推定形状反射波到達時間演算ステップと、
   実形状反射波到達時間抽出部が、超音波の送信に用いる前記超音波素子から前記検査対象内を伝搬して形状反射部位で反射され超音波の受信に用いる前記超音波素子に受信される実形状反射波に基づいて実形状反射波到達時間を抽出する実形状反射波到達時間抽出ステップと、
   形状反射波差分時間演算部が、前記推定形状反射波到達時間と前記実形状反射波到達時間との差分を形状反射波差分時間として算出する形状反射波差分時間演算ステップと、
   遅延時間演算部が、前記形状反射波差分時間を考慮して遅延時間を算出する遅延時間演算ステップと、
   合成演算部が、前記遅延時間を用いて前記超音波素子のそれぞれによる超音波の送受信のタイミングを相互にずらして、前記超音波素子が受信した受信波の合成波形を演算する合成演算ステップと、
   を有し、
   前記形状反射部位は、前記検査対象の全体形状に関わる形状部分あるいは前記検査対象において代表的な部分であってかつ前記検査対象中の検出しようとする欠陥とは異なるものである、
   を有することを特徴とする超音波探傷方法。

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