JP7214560B2 - 超音波検査装置及び超音波検査システム - Google Patents

Description

本発明は、超音波検査装置及び超音波検査システムに関する。

被検体の内部欠陥を検査する超音波検査装置が知られている。超音波検査装置では、音響インピーダンスの違いによる超音波の反射特性が利用されたり、透過特性が利用されたりする。前者の超音波検査装置は反射型の超音波検査装置といわれることがあり、後者の超音波検査装置は透過型の超音波検査装置といわれることがある。

超音波検査は、例えば、被検査体とプローブとの間に気体（空気等）を介在させて行うことができる。しかし、被検査体の音響インピーダンスと空気のインピーダンスとは大きく異なる。このため、送信プローブから気体を伝搬した超音波は、被検査体の内部に入射し難くなる。この結果、受信プローブで受信される信号強度が小さくなり、検出精度が低くなる。

被検査体とプローブとの間に気体（空気等）を介在させて行う超音波検査の検出精度を向上させる技術に関連して、特許文献１の技術が知られている。特許文献１には、空中を伝播する超音波を用いて被測定物の内部を測定する超音波測定方法であって、音響インピーダンスが空気より大きくかつ前記被測定物未満であるシートを前記被測定物に貼付する工程と、前記シートを貼付した前記被測定物の内部をセンサを用いて測定する工程と、を備える超音波測定方法が記載されている。

特開２０１５－９０２８１号公報（特に請求項１参照）

特許文献１の技術では、被検査体（被測定物）へのインピーダンス調整部材（シート）の配置（貼付）により、被検査体とインピーダンス調整部材との界面に気泡が生じることがある。気泡は、超音波に対して内部欠陥と同様の挙動を示す。即ち、気泡に超音波が入射すると、内部欠陥への入射と同様に、超音波は反射及び透過する。従って、特許文献１に記載の技術では、気泡が内部欠陥として誤検出されることがあり、内部欠陥の検出精度が低い。

本発明は、内部欠陥の検出精度を向上可能な超音波検査装置及び超音波検査システムを提供することを課題とする。

本発明に係る超音波検査装置は、被検査体と、送信プローブ及び受信プローブを含むプローブとの間に気体を介在させた超音波検査を行う演算制御部を備える超音波検査装置であって、前記演算制御部は、前記被検査体の表面に配置されるとともに、前記被検査体の音響インピーダンスよりも小さな音響インピーダンスの材料で構成された固体のインピーダンス調整部材への超音波の照射により、前記被検査体の内部欠陥の有無を検査する超音波検査部と、前記超音波検査部による前記内部欠陥の検出位置と、前記被検査体の表面方向であるｘ軸方向及びｙ軸方向で同じ位置において、前記送信プローブから前記インピーダンス調整部材への超音波の照射により、前記被検査体と前記インピーダンス調整部材との界面に存在する気泡で反射して前記受信プローブにより受信された反射波に基づき、前記気泡を検出する気泡検出部と、前記気泡検出部によって前記気泡が検出された場合には、前記内部欠陥の検出は偽であると判定し、前記気泡検出部によって前記気泡が検出されない場合には前記内部欠陥の検出は真であると判定する判定部と、を備え、前記気泡検出部は、受信した前記反射波において、前記プローブと前記被検査体の表面との間の距離から決定され、前記気泡に起因する受信信号が現れる時間に受信信号を検出することで、前記気泡を検出する。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。

本発明によれば、内部欠陥の検出精度を向上可能な超音波検査装置及び超音波検査システムを提供できる。

第１実施形態の超音波検査システムのブロック図である。 第１実施形態の超音波検査装置の模式図である。 第１実施形態の超音波検査装置のブロック図である。 超音波検査時の内部欠陥検出方法を説明する図である。 超音波検査時の気泡による内部欠陥検出への影響を説明する図である。 反射波に基づく気泡の検出方法を説明する図である。 気泡検出時の受信反射波を説明する図である。 第１実施形態の超音波検査方法のフローチャートである。 第２実施形態の超音波検査装置の模式図である。 第３実施形態の超音波検査装置の模式図である。 第４実施形態の超音波検査装置の模式図である。 第５実施形態の超音波検査システムを構成する配置装置の模式図である。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）を図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の例に何ら限定されず、本発明の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形して実施できる。また、各実施形態は任意に組み合わせて実施できる。さらに、異なる実施形態同士において、共通する部材及び装置は同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、異なる部材及び装置であっても、同じ機能を有するものは同じ名称を付し、重複する説明は省略する。

図１は、第１実施形態の超音波検査システム１００のブロック図である。超音波検査システム１００は、被検査体１とプローブ（送信プローブ３０及び受信プローブ４０）との間に気体を介在させた超音波検査を行うものである。超音波検査は、インピーダンス調整部材２（後記する）を備える被検査体１について行われる。インピーダンス調整部材２への超音波の入射により、被検査体１の内部欠陥Ｄ（図４参照）を検出できる。

超音波検査システム１００は、超音波検査を行う演算制御部２０を備える超音波検査装置１０を備える。はじめに、超音波検査装置１０の構造等について、図２及び図３を参照しながら説明する。

図２は、第１実施形態の超音波検査装置１０の模式図である。図１には、紙面左右方向としてｘ軸、紙面直行方向としてｙ軸、紙面上下方向としてｚ軸を含む直交三軸の座標系を示している。

超音波検査装置１０は、筐体１４に固定されたスキャナ台１１を備え、スキャナ台１１には被検査体１が載置される。被検査体１は、空気等の気体よりも音速が速い材料で構成されたものであれば任意である。被検査体１は例えば固体材料であり、より具体的には例えば金属部材（例えば金属管等）である。被検査体１の厚さは、例えば１ｍｍ～数十ｍｍ程度である。

被検査体１の表面には、インピーダンス調整部材２が配置される。インピーダンス調整部材２は、被検査体１よりも小さな音響インピーダンスの材料で構成されたものである。インピーダンス調整部材２を備えることで、受信プローブ４０での受信信号（透過波）の信号強度を高めることができる。被検査体１が例えば金属部材である場合には、インピーダンス調整部材２は例えば樹脂（ポリエチレン等）、ゴム（シリコーンゴム等）等により構成される。インピーダンス調整部材２は、厚さが例えば１ｍｍ～５ｍｍ程度で、例えばフィルム状、膜状、シート状、板状等の平面を有して構成される。

被検査体１へのインピーダンス調整部材２の配置は、例えば貼り付け、接着層を介した粘着等、任意の形態で行うことができる。

インピーダンス調整部材２は、単層でもよく、複数層で構成された積層体でもよい。ただし、積層体を用いる場合、被検査体１側の層の構成材料よりも気体側（プローブ側）の構成材料の音響インピーダンスが小さくなる層構成にすることで、受信プローブ４０での受信信号強度をより強くできる。

インピーダンス調整部材２は、被検査体１よりも小さな音響インピーダンスの材料を溶媒中に分散させた分散液体を用いてもよい。溶媒に分散可能な材料としては、例えばシリコーンゴム粒子、シリコン粒子等が挙げられる。分散液体の被検査体１表面への塗布等により、インピーダンス調整部材２を被検査体１の表面に配置できる。あるいは、分散液体を乾燥、固化した状態で超音波検査部２１に供してもよい。

インピーダンス調整部材２は、例えば、被検査体１への超音波の入射側（上面）及び出射側（下面）の双方の面に配置される。インピーダンス調整部材２が双方の面に配置されることで、受信プローブ４０での受信信号を大きくでき、内部欠陥Ｄの検出精度を高めることができる。

ただし、インピーダンス調整部材２は、被検査体１への超音波の入射側（上面）のみに設置されてもよく、被検査体１からの超音波の出射側（下面）のみに配置されてもよい。また、例えば、被検査体１の一方面と他方面とが異なる材料で構成されている場合、その構成材料に応じてインピーダンス調整部材２を配置するようにしてもよい。例えば、被検査体１の一方面が金属、他方面が樹脂で構成されているような場合、一方面において金属を覆うようにインピーダンス調整部材２を被検査体１の片面に配置するようにしてもよい。

超音波検査装置１０は、超音波の送信及び受信を行うプローブを備える。図示の例では、プローブは透過型であり、超音波の送信を行う送信プローブ３０と、超音波の受信を行う受信プローブ４０とを含む。ただし、超音波検査装置１０は、送信プローブ３０及び受信プローブ４０を被検査体１の上方又は下方のうちの何れか一方のみに配置した、所謂反射型に構成してもよい。プローブは、例えば収束型でもよく、非収束型でもよい。収束型のプローブを使用することで、微小な内部欠陥Ｄを検出できる。一方で、内部欠陥Ｄがある程度大きい場合には、位置決めの容易さの観点から、非収束型のプローブを使用することができる。

送信プローブ３０は、被検査体１の上方又は下方のうちの一方に配置される。受信プローブ４０は、被検査体１の上方又は下方のうちの他方に配置される。図示の例では、送信プローブ３０は被検査体１の上方に配置され、受信プローブ４０は被検査体１の下方に配置される。ただし、送信プローブ３０が被検査体１の下方に配置されるとともに、受信プローブ４０が被検査体１の上方に配置されるようにしてもよい。送信プローブ３０を被検査体１の上方又は下方のうちの一方に配置し、受信プローブ４０を被検査体１の上方又は下方のうちの他方に配置することで、焦点深度が深くても内部欠陥Ｄを検出できるため、超音波検査を簡便に行うことができる。

超音波検査装置１０は、筐体１４を介してスキャナ台１１に接続されたプローブ設置部１２に、送信プローブ３０を備える。プローブ設置部１２がｘ軸及びｙ軸方向に移動することにより、送信プローブ３０はスキャナ台１１をｘ軸及びｙ軸方向に走査する。同様に、超音波検査装置１０は、筐体１４を介してスキャナ台１１に接続されたプローブ設置部１３に、受信プローブ４０を備える。プローブ設置部１３が移動することにより、受信プローブ４０はスキャナ台１１をｘ軸及びｙ軸方向に走査する。送信プローブ３０と受信プローブ４０とは、被検査体１を挟んでｘ座標及びｙ座標を同一に保ちながら走査する。

送信プローブ３０と被検査体１との間、及び受信プローブ４０と被検査体１との間には空気等の気体が介在する。言い換えると、超音波検査装置１０は、送信プローブ３０及び受信プローブ４０のいずれも被検査体１に接触しない、非接触型の超音波検査装置である。超音波検査を気体中で行うことで、例えば被検査体１の水への接触を抑制し、超音波検査に起因する被検査体１への影響を抑制できる。

図３は、演算制御部２０のブロック図である。上記図１では、演算制御部２０を構成する各部を機能別に図示しているが、図３では、送信プローブ３０への制御信号の流れ、及び受信プローブ４０からの制御信号の流れに着目して図示している。演算制御部２０は、送信系統１５１と、受信系統１５２と、データ処理部１５３と、スキャンコントローラ１５４と、駆動部１５５と、位置計測部１５６とを備える。

送信系統１５１は、送信プローブ３０への印加電圧を生成する系統である。送信系統１５１は、波形発生器１５１ａ及び出力アンプ１５１ｂを備える。波形発生器１５１ａでバースト波信号が発生され、これが出力アンプ１５１ｂで増幅される。出力アンプ１５１ｂから出力された電圧は送信プローブ３０に印加される。これにより、送信プローブ３０を構成する振動子（図示しない）が振動し、超音波が発生する。

受信系統１５２は，受信プローブ４０から出力される受信信号を検出する系統である。超音波の受信により、受信プローブ４０を構成する振動子（図示しない）が振動する。振動子の振動により生じた電圧に関する信号は、信号アンプ１５２ｂに入力されて増幅される。増幅された信号は、波形解析部１５２ａに入力される。波形解析部１５２ａでは、受信信号から内部欠陥Ｄに関する情報が抽出され、抽出された情報はデータ処理部１５３に送られる。

データ処理部１５３は、被検査体１の内部欠陥Ｄに関する情報を画像化するなど、取得した情報を所望の形態で処理する。本実施例においては、データ処理部１５３は、内部欠陥Ｄの位置の画像化を行う。また、スキャンコントローラ１５４は、上記のプローブ設置部１２，１３を駆動制御する。プローブ設置部１２，１３の駆動制御は、駆動部１５５を通じて行われる。また、スキャンコントローラ１５４は、位置計測部１５６を介して、送信プローブ３０及び受信プローブ４０の位置情報を計測する。

データ処理部１５３は、スキャンコントローラ１５４から受け取る送信プローブ３０及び受信プローブ４０の位置情報を基にして、内部欠陥Ｄの位置を決定する。決定された内部欠陥Ｄの位置は、記憶部２２（後記する）に記憶される。ここでいう位置は、例えば、内部欠陥Ｄのｘ軸方向位置及びｙ軸方向位置（例えばｘｙ座標）を含む。ただし、被検査体１とインピーダンス調整部材２との界面３に気泡Ａ（図５参照）が存在する場合には、気泡Ａが内部欠陥Ｄとして誤検出される可能性がある。気泡Ａに起因する内部欠陥Ｄの誤検出について、図４及び図５を参照しながら説明する。

図４は、超音波検査時の内部欠陥Ｄ検出方法を説明する図である。送信プローブ３０からインピーダンス調整部材２に入射した超音波は、インピーダンス調整部材２及び被検査体１を通り、受信プローブ４０で受信される。このとき、被検査体１に内部欠陥Ｄが存在すれば、内部欠陥Ｄで超音波透過時に超音波が減衰する。この結果、受信プローブ４０での受信信号強度が低下し、内部欠陥Ｄの位置を検出できる。

図５は、超音波検査時の気泡Ａによる内部欠陥Ｄ検出への影響を説明する図である。被検査体１とインピーダンス調整部材２との界面３に気泡Ａが存在すれば、超音波は、内部欠陥Ｄと同様に、気泡Ａで減衰する。この結果、内部欠陥Ｄが存在しない場合であっても、受信プローブ４０での受信信号強度が低下し、内部欠陥Ｄの誤検出が発生する。そこで、超音波検査装置１０では、気泡Ａの位置（ｘ軸方向位置及びｙ軸方向位置）を検出することで、内部欠陥Ｄの誤検出が抑制される。

図１に戻って、超音波検査装置１０を構成する演算制御部２０は、超音波検査部２１と、記憶部２２と、気泡検出部２３と、判定部２４とを備える。

超音波検査部２１は、インピーダンス調整部材２への超音波の照射により、被検査体１の内部欠陥Ｄの有無を検査（超音波検査）するものである。検査は、例えば、図２において、ｘ軸方向位置を固定しながらｙ軸方向に連続してスキャンを行い、スキャン後ｘ軸方向位置をずらして再度ｙ軸方向に連続してスキャンを行う等、連続的に行うことができる。

超音波検査部２１は、送信プローブ３０からインピーダンス調整部材２への超音波の照射により被検査体１を透過して受信プローブ４０により受信された透過波に基づき、内部欠陥Ｄを検出する。ただし、上記のように、被検査体１とインピーダンス調整部材２との界面３に気泡Ａが存在する場合には、超音波検査部２１は、気泡Ａを内部欠陥Ｄとして誤検出する可能性がある。そこで、超音波検査部２１によって検出された内部欠陥Ｄの真偽が、後記する判定部２４によって判定される。

記憶部２２は、超音波検査部２１によって検出された内部欠陥Ｄの位置（ｘ軸方向位置及びｙ軸方向位置）を記憶するものである。ただし、記憶部２２に記憶される位置は、内部欠陥Ｄとして誤検出された気泡Ａの位置を含む。従って、記憶部２２には、真の内部欠陥Ｄの位置と、偽の内部欠陥Ｄの位置（即ち気泡Ａの位置）とが記憶される。記憶部２２を備えることで、内部欠陥Ｄの検出位置を記憶でき、ｘ軸方向及びｙ軸方向へのスキャンによって内部欠陥Ｄの検出を連続して行うことができる。

気泡検出部２３は、被検査体１とインピーダンス調整部材２との界面３に存在する気泡Ａを検出するものである。具体的には、気泡検出部２３は、送信プローブ３０からインピーダンス調整部材２への超音波の照射により気泡Ａで反射して受信プローブ４０により受信された反射波に基づき、気泡Ａを検出する。反射波の検出により、気泡Ａを検出できる。

図６は、反射波に基づく気泡Ａの検出方法を説明する図である。送信プローブ３０からインピーダンス調整部材２への超音波照射により、超音波はインピーダンス調整部材２に入射する。入射した超音波は、界面３での気泡Ａが存在すれば、気泡Ａで反射する。気泡Ａで反射した超音波は、インピーダンス調整部材２を伝搬してインピーダンス調整部材２の外部に放出される。放出された超音波（反射波）は受信プローブ４０で受信され、これにより、気泡Ａが検出される。

超音波検査装置１０では、気泡Ａの検出時に行う超音波照射は、超音波の送信及び受信を行う送受信プローブ５０によって行われる。送受信プローブ５０は、上記の送信プローブ３０及び受信プローブ４０と同じものであるが、ソフトウェアによる機能切り替えにより、送信プローブ３０及び受信プローブ４０の機能を超音波を送受信可能に切り替えられたものである。

上記のように、送信プローブ３０及び受信プローブ４０を用いることで、内部欠陥Ｄの検査が行われる。その後、演算制御部２０の機能切替部（図示しない）により、送信プローブ３０及び受信プローブ４０の機能が送受信プローブ５０の機能に切り替えられる。これにより、送信プローブ３０及び受信プローブ４０は、超音波照射及び反射波受信を行う送受信プローブ５０に切り替えられる。この結果、超音波検査装置１０でのプローブは、被検査体１の上方又は下方の何れかに、送信プローブ及び受信プローブの双方の機能を有する送受信プローブ５０を含むようになる。

そして、送受信プローブ５０により、図６に示すようにして、被検査体１の上方の界面３での気泡Ａの検出が行われる。即ち、気泡検出部２３は、送受信プローブ５０（送信プローブ）からインピーダンス調整部材２への超音波の照射により気泡Ａで反射して送受信プローブ５０（受信プローブ）により受信された反射波に基づき、気泡Ａを検出する。また、図６では図示しないが、受信プローブ４０の機能も、送受信プローブ５０の機能に切り替えられる。これにより、被検査体１の下方の界面３での気泡Ａ検出が行われる。

ただし、送信プローブ３０及び受信プローブ４０の機能切り替えではなく、送信プローブ３０及び受信プローブ４０とは別個に備えられた送受信プローブ（図示しない）を用いてもよい。

図７は、気泡Ａ検出時の受信反射波を説明する図である。送受信プローブ５０から超音波が送信されると、送受信プローブ５０は、インピーダンス調整部材２の表面で反射した超音波を受信する。この受信波のピークが図７において破線Ｐで囲った波形である。また、インピーダンス調整部材２に照射された超音波の一部はインピーダンス調整部材２に入射する。インピーダンス調整部材２に入射した超音波は、界面３に気泡Ａが存在すれば気泡Ａで超音波が反射する。この結果、送受信プローブ５０は、インピーダンス調整部材２の内部で超音波が往復する時間だけ遅れた時刻に、気泡Ａでの反射に起因する超音波を受信する。この受信波のピークが図７において破線Ｑで囲った波形である。

気泡Ａが存在せず、被検査体１にインピーダンス調整部材２が密着している場所では受信信号が極めて小さく、破線Ｑで囲った波形は検出されない。これは、インピーダンス調整部材２から気泡Ａへの入射は固体から気体への入射であり、気泡Ａに入り難く反射波が大きくなる。しかし、インピーダンス調整部材２から被検査体１への密着部分での入射は固体から固体への入射であり、気泡Ａに入り易く反射波が小さくなるためである。

送受信プローブ５０と被検査体１の表面との間の距離は、例えば、実測、予め設定された被検査体１の厚さ等に基づいて決定できる。このため、送受信プローブ５０と被検査体１の表面との間の距離から、気泡Ａに起因する超音波受信信号が現れる時間（破線Ｑで囲った波形）を決定できる。従って、その時間にゲート信号を設定することで、気泡Ａを検出できる。

上記のように、被検査体１の上方に配置された送受信プローブ５０により、被検査体１の上方の界面３での気泡Ａ検出が行われる。また、図６では図示しないが、被検査体１の下方に配置された送受信プローブ５０により、被検査体１の下方の界面３での気泡Ａ検出が行われる。それぞれの気泡Ａの検出の際、上方の送受信プローブ５０での超音波の送信時刻と、下方の送受信プローブ５０での超音波の送信時刻とをずらすことが好ましい。送信時間をずらすことで、送受信プローブ５０，５０間での信号の混信を抑制でき、気泡Ａの検出精度を向上できる。

図１に戻って、気泡検出部２３は、超音波検査部２１による内部欠陥Ｄの検出位置と同じ位置において、気泡Ａを検出する。このようにすることで、内部欠陥Ｄと同じ位置でのみ気泡Ａの検出を行えばよいため、気泡Ａの検出に必要な時間を短縮できる。これにより、気泡Ａを効率的に検出できる。

気泡検出部２３は、例えば、上記記憶部２２に記憶された内部欠陥Ｄの位置情報を参照し、駆動部１５５により、送受信プローブ５０を内部欠陥Ｄの位置に移動する。そして、気泡検出部２３は、送受信プローブ５０を用いて、上記図６及び図７の方法に沿って気泡Ａを検出する。

判定部２４は、気泡検出部２３によって検出された気泡Ａの位置に基づいて、超音波検査部２１による内部欠陥Ｄの検出の真偽を判定するものである。判定部２４を備えることで、内部欠陥Ｄが検出された場合であっても、当該検出が気泡Ａに起因するものであること判定でき、内部欠陥Ｄの誤検出を抑制できる。

判定部２４は、例えば、超音波検査部２１で内部欠陥Ｄの検出位置で気泡Ａを検出した場合には、実際は存在しないにも関わらず検出された内部欠陥Ｄは気泡Ａに起因する偽情報と判定する。一方で、判定部２４は、例えば、超音波検査部２１で内部欠陥Ｄの検出位置で気泡Ａを検出しない場合には、検出された内部欠陥Ｄは、実際に内部欠陥Ｄが存在する真情報と判定する。そして、判定部２４は、記憶部２２に記憶された内部欠陥Ｄの位置情報のうち、偽と判断された内部欠陥Ｄの位置を除外し、真と判断された内部欠陥Ｄの位置を画像化して表示装置４５（ディスプレイ等）に表示する。これにより、超音波検査装置１０の使用者は、被検査体１の内部欠陥Ｄの位置を把握できる。

演算制御部２０は、いずれも図示はしないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備えて構成される。そして、演算制御部２０は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

超音波検査システム１００は、被検査体１へのインピーダンス調整部材２の配置を行う配置装置６０を備える。配置装置６０を備えることで、インピーダンス調整部材２を被検査体１の表面に配置できる。配置装置６０によってインピーダンス調整部材２を配置された被検査体１は、超音波検査装置１０での超音波検査及び気泡検出に供される。

配置装置６０は、例えば、インピーダンス調整部材２を被検査体１表面に配置するラミネート装置によって構成することができる。また、配置装置６０は、被検査体１とインピーダンス調整部材２との密着性を高める観点で、例えば真空ラミネート装置により構成することもできる。インピーダンス調整部材２の被検査体１表面への配置は、例えば任意の接着剤を使用して行ってもよい。

超音波検査システム１００は、インピーダンス調整部材２を備える被検査体１からインピーダンス調整部材２を除去する除去装置７０を備える。除去装置７０により、超音波検査後の被検査体１からインピーダンス調整部材２を除去できる。

除去装置７０は、例えば、インピーダンス調整部材２を被検査体１表面から剥離する剥離装置によって構成することができる。ただし、被検査体１の種類によっては、インピーダンス調整部材２を配置したままにすることができ、この場合には、除去装置７０は設置しなくてもよい。このような例としては、インピーダンス調整部材２としてポリエチレンフィルムを用い、インピーダンス調整部材２を被検査体１の表面保護フィルムとして利用する場合である。

超音波検査システム１００は、超音波検査装置１０、配置装置６０及び除去装置７０のほかに、図示しない任意の装置を備えてもよい。例えば、被検査体１は、配置装置６０によるインピーダンス調整部材２の配置後、図示しない任意の装置による任意の処理が行われた後、超音波検査装置１０での超音波検査及び気泡Ａの検出が行われてもよい。また、被検査体１は、超音波検査装置１０での超音波検査及び気泡Ａの検出の後、図示しない任意の装置による任意の処理が行われた後、除去装置７０によるインピーダンス調整部材２の除去が行われてもよい。

図８は、第１実施形態の超音波検査方法のフローチャートである。図８に示す超音波検査方法は、上記超音波検査システム１００によって行うことができる。そこで、図８に示す超音波検査方法の説明は、図１～図７を適宜参照しながら行う。第１実施形態の超音波検査方法は、ステップＳ１～Ｓ７を含む。

はじめに、配置装置６０により、被検査体へのインピーダンス調整部材２の配置が行われる（ステップＳ１）。インピーダンス調整部材２は、例えば、被検査体１の上面及び下面の双方の面に対して配置される。次いで、超音波検査部２１は、インピーダンス調整部材２への超音波の照射により、被検査体１の超音波検査を行う（ステップＳ２）。超音波検査により、被検査体１の内部欠陥Ｄを検出できる。検出された内部欠陥Ｄの位置（気泡Ａに起因する偽の内部欠陥Ｄの位置を含む）は、記憶部２２に記憶される（ステップＳ３）。

気泡検出部２３は、被検査体１とインピーダンス調整部材２との界面３に存在する気泡Ａの検出を行う（ステップＳ４）。このとき、気泡検出部２３は、記憶部２２に記憶された内部欠陥Ｄの位置で、気泡Ａの検出を行うことが好ましい。そして、判定部２４は、検出された内部欠陥Ｄの真偽の判定を行う（ステップＳ５）。実際に内部欠陥Ｄが存在すると判定された真の位置は、表示装置４５に表示される（ステップＳ６）。最後に、除去装置７０は、超音波検査及び気泡Ａの検出後の被検査体１からインピーダンス調整部材２を除去する（ステップＳ７）。

以上の超音波検査方法、超音波検査装置１０及び超音波検査システム１００によれば、被検査体１とインピーダンス調整部材２との界面３に気泡Ａが存在する場合であっても、気泡Ａの影響を抑制して、被検査体１の内部欠陥Ｄを検出できる。これにより、気泡Ａに起因する内部欠陥Ｄの誤検出を抑制できる。

図９は、第２実施形態の超音波検査装置１０Ａの模式図である。超音波検査装置１０Ａでは、超音波の送受信を行うプローブは、被検査体１の上方又は下方の何れかに配置された送信プローブ３０及び受信プローブ４０を含む。図示の例では、送信プローブ３０及び受信プローブ４０は、いずれも、被検査体１の上方に配置されている。ただし、超音波検査装置１０Ａでは、上記超音波検査装置１０とは異なり、送信プローブ３０及び受信プローブ４０は、被検査体１の表面に対して垂直ではなく、ある正の角度αでの超音波入射及び反射を行うように配置される。

送信プローブ３０は、被検査体１の表面から延びる法線Ｎ（一点鎖線で示す）に対して角度αで傾けて配置される。角度αは、気体からインピーダンス調整部材２への点Ｘでの入射時の入射角である。受信プローブ４０は、送信プローブ３０とは別体に構成されるとともに、法線Ｎを中心として送信プローブ３０とは反対側において、法線Ｎに対して角度αで傾けて配置される。

気体中の音速は、インピーダンス調整部材２の内部の音速と比べて極めて大きい。従って、スネルの法則により、点Ｘでの入射時の超音波の屈折角βは、入射角α（角度α）よりも大きくなる。そして、インピーダンス調整部材２への点Ｘでの入射後、点Ｙにおいて気泡Ａで反射した超音波は、点Ｘに入射する超音波から離れた点Ｚにおいて、インピーダンス調整部材２から放出される。これに対し、点Ｘにおけるインピーダンス調整部材２の表面での反射波は、図９において破線矢印で示すように反射する。従って、点Ｘでの反射波は、点Ｚで放出された超音波を入射可能に配置された受信プローブ４０には入射しない。

角度αの角度範囲を述べる。角度αは、インピーダンス調整部材２－気体間界面の臨界角α_ｃを超えない角度にする。臨界角α_ｃとは、屈折角βが９０度に達する入射角であり、式（１）で求まる。

ここで、ｃ_１は気体中の音速、ｃ_２はインピーダンス調整部材２中での音速である。例えば、インピーダンス調整部材２としてシリコンゴムフィルム（ｃ_２＝１０００ｍ／ｓ）を用い、気体として空気（ｃ_１＝３４０ｍ／ｓ）を用いた場合には、臨界角α_ｃは２０度である。このため、角度αは２０度を超えない角度にする。そこで、送信プローブ３０及び受信プローブ４０は、法線Ｎに対して角度α、具体的には例えば１０度傾けて配置できる。

送信プローブ３０及び受信プローブ４０をこのような空間的位置に配置することで、点Ｘにおけるインピーダンス調整部材２表面での反射波と、点Ｙにおける気泡Ａでの反射波とを分離できる。このようにすることで、受信プローブ４０によって気泡Ａでの反射波のみを受信できるようになり、気泡Ａを検出し易くできる。特に、気泡Ａでの反射波はインピーダンス調整部材２の内部を伝搬するため信号強度が小さくなる。そこで、このような場合であっても、点Ｙにおける気泡Ａでの反射波の分離により、気泡Ａを検出し易くできる。

図１０は、第３実施形態の超音波検査装置１０Ｂの模式図である。超音波検査装置１０Ｂは、気泡Ａの検出のため、超音波の送受信を行う送受信プローブ５０に代えて、界面３を撮像する撮像装置５５を備える。撮像装置５５により、界面３での気泡Ａを検出できる。

撮像装置５５は、界面３をインピーダンス調整部材２の側から撮像するものである。撮像装置５５は、例えば光学式カメラを含む。また、超音波検査装置１０Ｂでは、インピーダンス調整部材２は、可視光を透過可能な材料により構成される。可視光を透過可能な材料は、例えば透明な樹脂材料を含む。撮像装置５５は、筐体１４に接続された撮像装置設置部１５に固定される。撮像装置設置部１５のｘ軸方向及びｙ軸方向の駆動により、撮像装置５５は、送信プローブ３０及び受信プローブ４０とは独立してｘ軸方向及びｙ軸方向に駆動可能である。

撮像装置５５は、例えば、界面３の部分に焦点を合わせることで、インピーダンス調整部材２を通じて界面３を撮像できる。気泡検出部２３は、撮像装置５５によって撮像された界面３の像に基づき、気泡Ａを検出できる。気泡Ａの検出は、例えば、撮像された界面３での画像解析に基づき行うことができる。また、上記記憶部２２に記憶された内部欠陥Ｄの位置についてのみ撮像することで、より高速で気泡Ａの検出を行うことができる。

図１１は、第４実施形態の超音波検査装置１０Ｃの模式図である。超音波検査装置１０Ｃは、撮像装置５５を備える点で超音波検査装置１０Ｂ（図１０参照）と同様である。ただし、超音波検査装置１０Ｃでのインピーダンス調整部材２は、基材２ａと、色彩変化部２ｂとを備える。基材２ａは、例えば、上記の超音波検査装置１０のインピーダンス調整部材２と同様の材料により構成される。色彩変化部２ｂは、界面３での気泡Ａによって色彩が変化するものである。なお、図示の例では、基材２ａと色彩変化部２ｂとは積層構造としているが、これらを混合した構造（例えば、気泡Ａによって色彩が変化する成分を練り込んだ樹脂等）としてもよい。

気泡検出部２３は、色彩変化部２ｂでの色彩変化に基づき、気泡Ａを検出する。色彩変化部２ｂを備えることで、撮像装置５５により撮像された像において、気泡Ａの部分で色彩変化部２ｂの色彩を変化させることができる。これにより、色彩変化部２ｂでの他の部分同士の色彩比較によって、気泡Ａを容易に検出できる。

色彩変化部２ｂは、酸化によって色彩が変化する酸化変色体を含むことができる。色彩変化部２ｂでは、気泡Ａに含まれる空気に起因して酸化変色体が酸化され、色彩が変化する。これにより、気泡Ａが存在せず色彩が変化しない他の部分との比較により、気泡Ａを検出できる。このような酸化変色体としては、例えば、空気中の酸素により酸化されることで色彩が変化する化合物（メチレンブルー等）が挙げられる。

酸化変色体としては、ｐＨ指示薬を含有したマイクロカプセルを含有する粘着剤の層を形成してもよい。あるいは、アルカリ性溶液を内包するマクロカプセルとｐＨ指示薬とを含有する粘着剤の層を形成してもよい。インピーダンス調整部材２を配置した際に、マイクロカプセルが破れ、ｐＨ指示薬がアルカリ性になるため全体が発色する。ただし、気泡Ａがある場所では、空気により酸化されて中性化し、気泡Ａの場所が無色（又は色が薄く）に変化する。従って、無色に変化（又は色が薄く変化）した場所を気泡Ａと判断できる。ｐＨ指示薬としては、例えばフェノールフタレインを用いることができる。このｐＨ指示薬は、アルカリ性では赤紫色になり、中性では無色である。

色彩変化部２ｂは、圧力によって色彩が変化する圧力変色体を含むこともできる。気泡Ａが存在する部分では、存在しない部分と比べて、インピーダンス調整部材２と被検査体１との接着強度が弱い。そのため、圧力の違いを検出することで、気泡Ａを検出できる。

圧力変色体としては、例えば、有色インクを内包したマイクロカプセルが挙げられる。気泡Ａが存在しない部分では、被検査体１とインピーダンス調整部材２とが密着するため、接着強度が強い。従って、界面３では圧力が相対的に高くなり、マイクロカプセルが破壊され易くなる結果、有色インクが漏出し易くなる。一方で、気泡Ａが存在する部分では、被検査体１とインピーダンス調整部材２とが密着し難く、接着強度が弱い。従って、界面３では圧力が相対的に低くなり、マイクロカプセルが破壊され難くなる結果、有色インクが漏出し難くなる。そこで、有色インクの漏出のし易さに起因する色彩変化の程度に基づくことで、気泡Ａを容易に検出できる。

なお、色彩変化部２ｂは、可視領域での色彩変化に限られず、例えば赤外領域の透過率変化を生じるものでもよい。この場合、撮像装置５５は例えば赤外線カメラを用いることができる。

図１２は、第５実施形態の超音波検査システム１００Ｄを構成する配置装置６０Ｄの模式図である。上記の超音波検査システム１００では、配置装置６０は、例えばフィルム状のインピーダンス調整部材２を被検査体１の表面に配置していた。しかし、超音波検査システム１００Ｄでは、配置装置６０Ｄは、被検査体１よりも小さな音響インピーダンスの材料（例えばシリコーンゴム）を含む液体材料２ｃの被検査体１表面への配置及び固化を行う。これにより、インピーダンス調整部材２（図１２では図示しない）の被検査体１表面への配置が行われる。

超音波検査システム１００Ｄでは、凹凸を有する被検査体１として、表面に電子部品４を配置した被検査体１が図示される。配置装置６０は、液体材料２ｃを被検査体１の表面に例えば吹き付ける（噴射する）ノズル６１を備える。液体材料２ｃは、例えば、溶媒と、溶媒に溶解又は分散させた上記材料とを含む。液体材料２ｃの被検査体１の表面への配置後、溶媒の除去により、インピーダンス調整部材２を被検査体１の表面に配置できる。なお、液体材料２ｃの配置は、ノズル６１を通じた吹き付けに限定されず、例えば塗布装置（図示しない）による塗布により行ってもよい。

配置装置６０Ｄは、液体材料２ｃを貯留するタンク６２と、ノズル６１とタンク６２とを接続する輸送路６３（例えばホース）とを備える。タンク６２は、図示の例ではノズル６１と別体に構成したが、これらは一体に構成してもよい。ノズル６１及びタンク６２は支持装置（図示しない）に固定される。配置装置６０Ｄは送液ポンプ（図示しない）を備え、ノズル６１を通じた液体材料２ｃの吹き付けは、送液ポンプの駆動によって行われる。

配置装置６０Ｄによるインピーダンス調整部材２の配置は、以下のようにして行われる。被検査体１は、図示しない搬送装置により、図１２の白抜き矢印の方向に搬送される。ただし、被検査体１を固定して、ノズル６１を移動させるようにしてもよい。被検査体１の搬送中、ノズル６１を通じた液体材料２ｃの被検査体１表面への吹き付けが行われる。液体材料２ｃの吹き付けにより、被検査体１の表面に液体材料２ｃが膜状に配置される。被検査体１の表面への液体材料２ｃの配置後、例えば加熱により、液体材料２ｃ中の溶媒が除去される。これにより、被検査体１上の電子部品４を覆うように、被検査体１表面にインピーダンス調整部材２が配置される。

配置装置６０Ｄを備えることで、表面に凹凸を有する被検査体１であっても、インピーダンス調整部材２を、表面の凹凸に沿って被検査体１の表面に配置できる。これにより、被検査体１の表面へのインピーダンス調整部材２の密着性を向上でき、表面の凹凸への大量の気泡混入を抑制しながらインピーダンス調整部材２を配置できる。特に、例えば、電子部品４の表面の濡れ性等により、電子部品４の表面とインピーダンス調整部材２との界面に気泡Ａが入り得る。しかし、気泡Ａが入り込んだ場合であっても、気泡検出部２３によって気泡Ａを検出できる。これにより、気泡Ａに起因する内部欠陥Ｄの誤検出を抑制できる。

１ 被検査体
１０超音波検査装置
１００ 超音波検査システム
１００Ｄ 超音波検査システム
１０Ａ 超音波検査装置
１０Ｂ 超音波検査装置
１０Ｃ 超音波検査装置
１１ スキャナ台
１２ プローブ設置部
１３ プローブ設置部
１４ 筐体
１５ 撮像装置設置部
１５１ 送信系統
１５１ａ 波形発生器
１５１ｂ 出力アンプ
１５２ 受信系統
１５２ａ 波形解析部
１５２ｂ 信号アンプ
１５３ データ処理部
１５４ スキャンコントローラ
１５５ 駆動部
１５６ 位置計測部
２ インピーダンス調整部材
２０ 演算制御部
２１ 超音波検査部
２２ 記憶部
２３ 気泡検出部
２４ 判定部
２ａ 基材
２ｂ 色彩変化部
２ｃ 液体材料
３ 界面
３０送信プローブ
４ 電子部品
４０ 受信プローブ
４５ 表示装置
５０ 送受信プローブ（送信プローブ、受信プローブ）
５５ 撮像装置
６０ 配置装置
６０Ｄ 配置装置
６１ ノズル
６２ タンク
６３ 輸送路
７０ 除去装置
Ａ 気泡
Ｄ 内部欠陥

Claims (7)

1. 被検査体と、送信プローブ及び受信プローブを含むプローブとの間に気体を介在させた超音波検査を行う演算制御部を備える超音波検査装置であって、
   前記演算制御部は、
   前記被検査体の表面に配置されるとともに、前記被検査体の音響インピーダンスよりも小さな音響インピーダンスの材料で構成された固体のインピーダンス調整部材への超音波の照射により、前記被検査体の内部欠陥の有無を検査する超音波検査部と、
   前記超音波検査部による前記内部欠陥の検出位置と、前記被検査体の表面方向であるｘ軸方向及びｙ軸方向で同じ位置において、前記送信プローブから前記インピーダンス調整部材への超音波の照射により、前記被検査体と前記インピーダンス調整部材との界面に存在する気泡で反射して前記受信プローブにより受信された反射波に基づき、前記気泡を検出する気泡検出部と、
   前記気泡検出部によって前記気泡が検出された場合には、前記内部欠陥の検出は偽であると判定し、前記気泡検出部によって前記気泡が検出されない場合には前記内部欠陥の検出は真であると判定する判定部と、を備え、
   前記気泡検出部は、受信した前記反射波において、前記プローブと前記被検査体の表面との間の距離から決定され、前記気泡に起因する受信信号が現れる時間に受信信号を検出することで、前記気泡を検出する
   超音波検査装置。
2. 前記演算制御部は、前記超音波検査部によって検出された前記内部欠陥の検出位置を記憶する記憶部を備える
   請求項１に記載の超音波検査装置。
3. 前記送信プローブは、前記被検査体表面から延びる法線に対して傾けて配置され、
   前記受信プローブは、前記送信プローブとは別体に構成されるとともに、前記法線を中心として前記送信プローブとは反対側において、前記法線に対して傾けて配置される
   請求項１又は２に記載の超音波検査装置。
4. 被検査体と、送信プローブ及び受信プローブを含むプローブとの間に気体を介在させた超音波検査を行う演算制御部を備える超音波検査装置であって、前記演算制御部は、前記被検査体の表面に配置されるとともに、前記被検査体の音響インピーダンスよりも小さな音響インピーダンスの材料で構成された固体のインピーダンス調整部材への超音波の照射により、前記被検査体の内部欠陥の有無を検査する超音波検査部と、前記超音波検査部による前記内部欠陥の検出位置と、前記被検査体の表面方向であるｘ軸方向及びｙ軸方向で同じ位置において、前記送信プローブから前記インピーダンス調整部材への超音波の照射により、前記被検査体と前記インピーダンス調整部材との界面に存在する気泡で反射して前記受信プローブにより受信された反射波に基づき、前記気泡を検出する気泡検出部と、前記気泡検出部によって前記気泡が検出された場合には、前記内部欠陥の検出は偽であると判定し、前記気泡検出部によって前記気泡が検出されない場合には前記内部欠陥の検出は真であると判定する判定部と、を備え、前記気泡検出部は、受信した前記反射波において、前記プローブと前記被検査体の表面との間の距離から決定され、前記気泡に起因する受信信号が現れる時間に受信信号を検出することで、前記気泡を検出する超音波検査装置を備える
   超音波検査システム。
5. 前記被検査体表面への前記インピーダンス調整部材の配置を行う配置装置を備える
   請求項４に記載の超音波検査システム。
6. 前記配置装置は、前記材料を含む液体材料の前記被検査体表面への配置及び固化により、前記インピーダンス調整部材の前記被検査体表面への配置を行う
   請求項５に記載の超音波検査システム。
7. 前記液体材料は、溶媒と、前記溶媒に溶解又は分散させた前記材料とを含む
   請求項６に記載の超音波検査システム。

Images