JPH11211701A

JPH11211701A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH11211701A
Application number: JP10012593A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takishita; 芳彦瀧下; Hiroshi Yamamoto; 弘山本; Fumito Iwasaki; 史十岩▲崎▼; Hirotoshi Kino; 裕敏木野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの超音波プローブで欠陥の形状や方向性
に関する情報を含む被検体の内部欠陥情報を効率よく画
像表示可能な超音波検査装置を提供する。【解決手段】超音波プローブ１と、ＸＹＺスキャナ２
と、当該スキャナ上に載置された水槽３と、前記超音波
プローブ及びＸＹＺスキャナを制御する制御装置４とを
含んで超音波検査装置を構成する。超音波プローブ１と
して、超音波送受信面が複数の小領域に分割されたもの
を用い、各超音波送受信面と超音波探傷器４２とをスイ
ッチ５０を介して接続する。スイッチ制御回路６０にて
接点５０ａ〜５０ｄを適宜開閉し、被検体５に各種のモ
ードで超音波ビームを入射する。超音波プローブにて検
出された被検体の内部情報をモニタ４４に画像表示す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波プローブを
用いた超音波検査装置に係り、特に、超音波プローブを
構成する振動子の構成と当該振動子の駆動方法とに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波を利用した非破壊検査装置
は、鉄鋼製造業から半導体製造業まで多くの業種で使用
されている。従来より、超音波検査装置としては、被検
体の種類や検査目的等に応じた種々のものが提案されて
いるが、半導体製造業等においては、被検体を２次元走
査してそのＣスコープ像を画像表示する超音波検査装置
が多く利用されている。

【０００３】図１２は、従来より提案されているこの種
の超音波検査装置の一例を示す構成図であって、超音波
プローブ１と、ＸＹＺスキャナ２と、当該ＸＹＺスキャ
ナ２上に載置された水槽３と、前記超音波プローブ１及
びＸＹＺスキャナ２を制御するパソコン等の制御装置４
とから主に構成されている。

【０００４】超音波プローブ１は、図１３に示すよう
に、円筒形のハウジング１１と、当該ハウジング１１の
開口部に設けられた音響レンズ１２と、当該音響レンズ
１２の内面に接着された圧電素子１３ａ及び上部電極１
３ｂ並びに下部電極１３ｃからなる振動子１３と、前記
ハウジング１１の上面に設けられたコネクタ１４と、当
該コネクタ１４と前記上部電極１３ｂ及び下部電極１３
ｃとを接続する接続線１５と、前記ハウジング１１内に
充填されたダンパ材１６とから成り、図１２に示した制
御装置４と一端が前記コネクタ１４に接続された同軸ケ
ーブル１７を介して接続されている。前記振動子１３
は、図１４に示すように、その平面形状が円形に形成さ
れており、当該円形の面全体で１つの超音波送受信面に
なっている。この振動子１３から発信された超音波ビー
ムは音響レンズ１２にて集束されて被検体に入射され、
被検体からの反射信号は音響レンズ１２を通って振動子
１３の超音波送受信面にて受信される。

【０００５】ＸＹＺスキャナ２は、図１２に示すよう
に、水槽３内に収納された被検体５を紙面の左右方向
（Ｘ方向）及び紙面と垂直の方向（Ｙ方向）並びに紙面
の上下方向（Ｚ方向）に３次元的に移動するものであっ
て、制御装置４からの信号によって移動方向及び移動量
が制御される。

【０００６】水槽３内には超音波媒質としての水３１が
張られ、その底面に被検体５が設定される。また、当該
水槽３の水面付近には、前記超音波プローブ１がビーム
放射面を前記被検体５側に向け、かつ当該ビーム放射面
を水中に没して配置される。

【０００７】制御装置４には、図１２に示すように、装
置全体を制御するＣＰＵ４１と、前記振動子１３に超音
波を発生させるパルス信号を送信すると共に前記振動子
１３にて検出された前記被検体５からの反射波信号を受
信してその処理を行う超音波探傷器４２と、当該超音波
探傷器４２から出力されたデータを格納する画像メモリ
４３と、当該画像メモリ４３に格納されたデータを表示
するＣＲＴやＬＣＤなどのモニタ４４と、前記ＸＹＺス
キャナ２の動作を制御するスキャナコントローラ４５
と、所要の命令を入力するキーボードなどの入力装置４
６とが備えられており、これらの各部はデータバス４７
を介して相互に接続されている。なお、この種の制御装
置４には、ＣＰＵ４２の周辺機器であるＲＡＭやＲＯ
Ｍ、データ記録部であるディスク状記録媒体の駆動装
置、それにデータ出力装置であるプリンタ等が一般に備
えられるが、本発明の要旨と直接関係がないので図示を
省略する。

【０００８】本例の超音波検査装置は、スキャナコント
ローラ４５にてＸＹＺスキャナ２をＺ方向に駆動し、被
検体５の設定位置を超音波プローブ１から発信される集
束ビームＢの焦点位置におよそ合致させた後、ＸＹＺス
キャナ２をＸ方向又はＹ方向に２次元的に駆動しつつ超
音波プローブ１からの集束ビームＢの発信と超音波プロ
ーブ１による被検体５からの反射ビームの検出とを繰り
返すことによって、被検体５に対する超音波ビームの２
次元走査を行う。超音波プローブ１にて検出された反射
ビームは電気信号（反射波信号）に変換され、超音波探
傷器４２に入力される。超音波探傷器４２は、入力され
た反射波信号から予め設定された探傷深さの波高値を取
り出し、これに比例したディジタル値を出力する。画像
メモリ４３は、このディジタル値をモニタ４４上の表示
位置に対応付けられたアドレスに格納し、モニタ４４
は、当該画像メモリ４３に格納されたデータをリアルタ
イムで表示する。モニタ４４は、反射ビームの強弱を明
暗又は色相の相違として表示する。したがって、検査員
は、モニタ４４に表示された画像から欠陥の有無を知る
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】然るに、前記構成の超
音波検査装置は、円形の振動子１３から超音波ビームを
発信し、発信された超音波ビームを音響レンズ１２にて
１点に集束させる超音波プローブ１を用いているので、
得られたＣスコープ像から被検体５中の欠陥の有無につ
いては検出することができるものの、欠陥の性状、例え
ば欠陥の形状や方向性については検出することができな
い。

【００１０】即ち、図１５に示すように被検体５中に面
状の欠陥Ｆが存在している場合において、当該欠陥Ｆの
進行方向Ｔ−Ｔに対して垂直な方向から超音波ビームＢ
を入射すれば強い反射波信号が得られ、欠陥Ｆの進行方
向Ｔ−Ｔに平行な方向から超音波ビームＢを入射すれば
弱い反射波信号しか得られないので、互いに垂直な方向
から超音波ビームＢを入射して夫々の反射波信号を検出
すれば、各反射波信号の強度比から欠陥Ｆの形状及び当
該欠陥が面状の欠陥である場合にはその進行方向Ｔ−Ｔ
を推測することができる。ところが、従来の超音波プロ
ーブ１は円形の振動子１３から超音波ビームＢを発信す
るように構成されており、図１６に模式的に示すよう
に、音響レンズ１２の焦点Ｐに関してその周囲から一定
強度のビーム成分が均一に入射されるので、これによっ
て得られる総和の反射波信号は各ビーム成分による反射
波信号の平均値となり、欠陥の形状や方向性に関する情
報を得ることができない。

【００１１】また、従来の超音波プローブ１は、被検体
５に入射される超音波ビームＢのビーム径や被検体５に
対する超音波ビームＢの入射方向を切り換えることがで
きないので、ビーム径や入射方向の変更が必要な場合に
は超音波プローブ１を他の適宜の構成を有するものに交
換せざるをえず、交換すれば再度焦点設定等の面倒な初
期設定が必要になるので、使用が面倒で被検体の検査効
率が悪いという問題もある。

【００１２】本発明は、かかる従来技術の不備を解決す
るためになされたものであって、その課題は、１つの超
音波プローブで欠陥の形状や方向性に関する情報を含む
被検体の内部欠陥情報を効率良く画像表示可能な超音波
検査装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、超音波プローブから発生した集束ビーム
で被検体を２次元走査し、前記超音波プローブにて検出
された前記被検体からの反射波信号をディジタル変換し
てモニタに画像表示する超音波検査装置において、前記
超音波プローブとして、振動子の超音波送受信面が複数
の領域に分割され、分割された各超音波送受信面が単独
又は任意の組合せで超音波の発信と受信とを行なえるよ
うに構成されたものを備え、１つの被検体について異な
る超音波送受信面を用いた複数回の反射波信号の検出を
行ない、検出された各反射波信号から前記被検体の内部
欠陥情報を生成して前記モニタに画像表示するという構
成にした。

【００１４】このように、振動子の超音波送受信面を複
数の領域に分割し、異なる超音波送受信面又は異なる超
音波送受信面の組合せを用いて超音波の発信と受信とを
行うと、１つの超音波プローブから被検体に対する入射
角度やスポット径が異なる種々の超音波ビームを発信さ
せることができる。前記したように、被検体に対して互
いに直交する方向から超音波ビームを入射すると、各受
信信号の差又は比から欠陥の有無ばかりでなく欠陥の性
状をも検出することできる。また、被検体に対する超音
波ビームの入射角度を適宜選択すれば、通常の状態では
欠陥検査を行うことが困難な被検体のエッジ部分につい
ても精密な欠陥検査を行うことが可能になる。さらに、
被検体に入射される超音波ビームのスポット径を変化さ
せると、スポット内の欠陥の検出精度を変化させること
ができる。よって、１つの超音波プローブを用いて種々
の条件による欠陥検査を行うことができるので、必要に
応じて適宜の超音波プローブに交換する場合に比べて、
被検体の検査効率を極めて良好なものにすることができ
る。

【００１５】振動子の超音波送受信面は、任意のパター
ンに分割することができるが、平面形状が円形に形成さ
れた振動子の場合には、その中心点を通る分割線をもっ
て少なくとも４つの同形同大の扇形の領域に分割するこ
と、或いは当該振動子の中心点に関して少なくとも２つ
の同心円状の領域に分割することが好ましい。

【００１６】前者の超音波プローブ、即ち振動子の超音
波送受信面が少なくとも４つの同形同大の扇形に分割さ
れた超音波プローブを用いる場合においては、振動子に
備えられた全ての超音波送受信面を同時に駆動して被検
体に存在する欠陥の有無を検査した後、欠陥があると判
定された部分に再度超音波プローブを位置付け、振動子
の中心を介して第１の対角方向に配置された１乃至複数
の超音波送受信面のみを選択的に駆動する欠陥検査と当
該第１の対角方向と直交する第２の対角方向に配置され
た他の１乃至複数の超音波送受信面のみを選択的に駆動
する欠陥検査とを繰り返し、これら異なる超音波送受信
面を用いた夫々の欠陥検査により得られる各画像の相違
から欠陥の特徴量を自動的又は手動的に抽出するという
欠陥検査方法を採ることができる。

【００１７】このように、被検体に対して互いに直交す
る方向から超音波ビームを入射すると、欠陥の有無ばか
りでなく欠陥の性状をも検出することできるので、より
精密かつ高度な欠陥検査が可能になる。

【００１８】また、当該超音波プローブを用いる場合に
おいては、被検体の最外周部を除く中央領域において、
振動子に備えられた全ての超音波送受信面を同時に駆動
して被検体に存在する欠陥の有無を検査し、被検体の最
外周部において、当該被検体の外周エッジ部より内方に
位置する一部の超音波送受信面のみを選択的に駆動して
被検体に存在する欠陥の有無を検査するという欠陥検査
方法を採ることができる。

【００１９】このように、被検体の外周エッジ部より内
方に位置する一部の超音波送受信面のみを選択的に駆動
すると、超音波プローブから被検体の平面部にのみ超音
波ビームを入射することができ、被検体側面への超音波
ビームの入射を防止できるので、通常の状態では欠陥検
査を行うことが困難な被検体のエッジ部分についても精
密な欠陥検査が可能になる。

【００２０】一方、後者の超音波プローブ、即ち振動子
の超音波送受信面が少なくとも２つの同心円状に分割さ
れた超音波プローブを用いる場合においては、振動子に
備えられた各超音波送受信面のうち、内周側に配置され
た超音波送受信面のみを選択的に駆動しつつ大きなサン
プリングピッチで被検体に存在する欠陥の有無を検査し
た後、欠陥があると判定された部分に再度超音波プロー
ブを位置付け、内周側に配置された超音波送受信面及び
それよりも外周側に配置された超音波送受信面の双方を
同時に駆動しつつ小さなサンプリングピッチで被検体に
存在する欠陥の有無を再検査するという欠陥検査方法を
採ることができる。

【００２１】超音波プローブより発信され、被検体に集
束される超音波ビームのスポット径は、駆動する超音波
送受信面の振動子径に反比例する。したがって、内周側
に配置された小面積の超音波送受信面のみを選択的に駆
動すると、被検体に集束される超音波ビームのスポット
径が大きくなり、大きなサンプリングピッチで被検体の
欠陥検査を行うことが可能になるので、大面積の被検体
についても高能率に欠陥検査を行うことができる。しか
し、大きなスポット径で欠陥検査を行なった場合には、
これによって得られる総和の反射波信号が各ビーム成分
による反射波信号の平均値となるため、小さな欠陥を精
密に検出することが困難になる。一方、駆動する超音波
送受信面の面積を大きくし、小さなスポット径で欠陥検
査を行うと、小さな欠陥の検出は容易になるものの、サ
ンプリングピッチを小さくしないと非検査部分が多くな
って高精度の欠陥検出が不可能になるため、大面積の被
検体を短時間で検査することが困難になる。

【００２２】そこで、まず振動子の中央部分の超音波送
受信面のみを駆動して大きなスポット径の超音波ビーム
を被検体に入射しつつ超音波プローブに対して被検体を
大きなサンプリングピッチで移動して被検体全体を大ま
かに検査した後、この検査によって欠陥の存在が疑われ
るデータが検出された場合には、当該データが検出され
た領域に超音波プローブを再度位置付け、駆動する超音
波送受信面の範囲を広げて小さなスポット径の超音波ビ
ームを被検体に入射すると共にサンプリングピッチを小
さくして精密な欠陥検査を行うと、被検体に対する欠陥
検査を精密かつ高能率に行うことができる。

【００２３】また、当該超音波プローブを用いる場合に
おいては、被検体の最外周部を除く中央領域について、
前記振動子に備えられた全ての超音波送受信面を同時に
駆動して前記被検体に存在する欠陥の有無を検査し、前
記被検体の最外周部においては、前記振動子に備えられ
た超音波送受信面のうちの内周側に配置された超音波送
受信面のみを選択的に駆動して前記被検体に存在する欠
陥の有無を検査するという欠陥検査方法を採ることがで
きる。

【００２４】このように、振動子の内周側に配置された
超音波送受信面のみを選択的に駆動すると、超音波プロ
ーブから被検体に入射する超音波ビームの入射ルートが
狭くなって超音波ビームが被検体の側面に入射しにくく
なるため、通常の状態では欠陥検査を行うことが困難な
被検体のエッジ部分についても精密な欠陥検査が可能に
なる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波検査装
置の第１例を図１及び図２に基づいて説明する。図１は
本実施形態例に係る超音波検査装置の構成を示すブロッ
ク図、図２は超音波プローブに備えられる振動子の平面
図である。

【００２６】図２に示すように、本例の超音波検査装置
には、超音波送受信面がその中心点を通る２本の直交す
る分割線１８ａ，１８ｂをもって４つの同形同大の扇形
の領域１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄに分割された振
動子１３を有する超音波プローブ１が備えられている。
なお、前記超音波送受信面の分割は、当該振動子１３を
構成する圧電素子又は上部電極若しくは下部電極を分割
することによって行うことができる。

【００２７】図１に示すように、制御装置４に備えられ
た超音波探傷器４２には、スイッチ５０が接続されてお
り、当該スイッチ５０の各接点５０ａ，５０ｂ，５０
ｃ，５０ｄには、分割された振動子１３の各超音波送受
信面１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが接続されてい
る。また、本例の制御装置４には、スイッチ制御回路６
０が備えられており、前記各接点５０ａ，５０ｂ，５０
ｃ，５０ｄを任意の組合せで開閉できるようになってい
る。その他の部分については、前出の図１２と同じであ
るので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省
略する。

【００２８】以下、前記のように構成された超音波検査
装置による欠陥検査方法の一例を、図３及び図４に基づ
いて説明する。図３は本例に係る欠陥検査方法の手順を
示すフローチャートであり、図４は欠陥検査の各段階に
おいてモニタ４４に表示される画像を示す図である。

【００２９】まず、図３の手順Ｓ１において、スイッチ
制御回路６０から接点切換信号を出力してスイッチ５０
の全接点５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄをＯＮ状態に
切り換え、振動子１３に備えられた全ての超音波送受信
面１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを駆動させる。次い
で、手順Ｓ２に移行し、スキャナコントローラ４５から
スキャナ駆動信号を出力してＸＹＺスキャナ２を水平方
向に所要の速度で移動し、被検体５の全域を超音波プロ
ーブ１から発信される集束ビームＢにて走査する。超音
波探傷器４２は、被検体５からの反射波信号を予め設定
されたサンプリングピッチで検出し、この反射波信号か
ら生成された画像データをモニタ４４に表示する。これ
により、被検体５中に欠陥がある場合には、図４（ａ）
に示すような画像が表示される。

【００３０】被検体５中に欠陥Ｆがあると推定された場
合には、手順Ｓ３に移行し、先の検査で欠陥Ｆが発見さ
れた部分を含む領域Ｋ内をより細かいサンプリングピッ
チで部分的に走査する。これにより、図４（ｂ）に示す
ように、領域Ｋ内の欠陥の画像がより大きくかつより鮮
明にモニタ４４に表示される。しかし、Ｓ１〜Ｓ３の手
順によっては、振動子１３に備えられた全ての超音波送
受信面１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを駆動させて欠
陥検査を行なっているので、欠陥Ｆの性状については判
定することができない。

【００３１】欠陥Ｆの有無のみならず欠陥Ｆの性状まで
判定したい場合には、手順Ｓ４に移行し、スイッチ制御
回路６０によりスイッチ５０の接点５０ｂ及び５０ｄの
みをＯＦＦ状態に切り換え、振動子１３に備えられた全
超音波送受信面のうち、対角方向に配置された超音波送
受信面１９ａ及び１９ｃのみを駆動させる。次いで、手
順Ｓ５に移行し、領域Ｋ内を再度細かいサンプリングピ
ッチで部分的に走査する。超音波送受信面１９ａ及び１
９ｃを駆動しての欠陥検査が終了したら、手順Ｓ６に移
行し、手順Ｓ４とは逆に接点５０ｂ及び５０ｄをＯＮ
に、接点５０ａ及び５０ｃをＯＦＦ状態に切り換え、振
動子１３に備えられた全超音波送受信面のうち、対角方
向に配置された超音波送受信面１９ｂ及び１９ｄのみを
駆動させる。次いで、手順Ｓ７に移行し、領域Ｋ内を三
たび細かいサンプリングピッチで部分的に走査する。

【００３２】最後に、手順Ｓ８に移行し、手順Ｓ４，Ｓ
５にて検出された画像データと手順Ｓ６，Ｓ７にて検出
された画像データとを比較して欠陥Ｆの性状を判定す
る。即ち、欠陥Ｆが存在している部分に一の方向から超
音波ビームＢを入射した場合とこれに垂直な方向から超
音波ビームＢを入射した場合とでは、欠陥Ｆの性状によ
って画像データが著しく相違する。例えば、図１５にて
説明したように、欠陥Ｆが面状欠陥である場合には、欠
陥Ｆの進行方向に対して垂直な方向から超音波ビームＢ
を入射することによって検出される反射波信号は強く、
欠陥Ｆの進行方向に平行な方向から超音波ビームＢを入
射することによって検出される反射波信号は弱くなるの
で、両画像データは著しく異なったものになる。これに
対して、欠陥Ｆが球状欠陥である場合には、両画像デー
タは類似したものになる。したがって、一の方向から超
音波ビームＢを入射した場合の画像データとこれに垂直
な方向から超音波ビームＢを入射した場合の画像データ
とを比較することによって、欠陥Ｆの性状を判定するこ
とができる。

【００３３】なお、各画像情報の比較方法としては、図
４（ｃ）に示すようにモニタ４４に一の方向から超音波
ビームＢを入射した場合の画像データＸとこれに垂直な
方向から超音波ビームＢを入射した場合の画像データＹ
とを並べて表示し、検査員が目視によって判定すること
もできるし、各画像データを画像処理することによっ
て、制御装置４にて自動的に判定することも可能であ
る。

【００３４】次に、振動子の超音波送受信面が同形同大
に４分割された超音波プローブを備えた超音波検査装置
による他の欠陥検査方法を、図５に基づいて説明する。
図５は欠陥検査時の超音波プローブ及び被検体の配置と
被検体に入射する超音波ビームのルートを示す側面図で
ある。

【００３５】被検体５の最外周部を除く中央領域につい
ては、図３及び図４を引用しつつ説明した前記の欠陥検
査方法により、被検体５中の欠陥検査を行う。中央領域
の欠陥検査が終了した後、被検体５の最外周部について
の欠陥検査を行うが、この場合、前記のように振動子１
３の全体から超音波ビームＢを発信すると、図５（ａ）
に示すように、大きな未探傷範囲Ｄが生じる。そこで、
振動子１３に形成された４つの超音波送受信面１９ａ，
１９ｂ，１９ｃ，１９ｄのうち、被検体５の外周エッジ
部より内方に位置する一部の超音波送受信面のみ、例え
ば超音波送受信面１９ａ及び１９ｄのみを選択的に駆動
して、被検体５に存在する欠陥の有無を検査する。

【００３６】このようにすると、図５（ｂ）に示すよう
に、超音波プローブ１から被検体５の平面部５ａにのみ
超音波ビームＢを入射することができ、被検体５の端面
５ｂへの超音波ビームＢの入射を防止できるので、通常
の状態では欠陥検査を行うことが困難な被検体５のエッ
ジ部分まで精密な欠陥検査を行うことができる。

【００３７】以下、本発明に係る超音波検査装置の第２
例を図６に基づいて説明する。図６は本実施形態例に係
る超音波検査装置の超音波プローブに備えられる振動子
の平面図である。

【００３８】この図から明らかなように、本例の振動子
１３は、超音波送受信面がその中心点を中心とする円形
の分割線１８ｃをもって２つの同心円状の領域１９ｅ，
１９ｆに分割されている。なお、前記超音波送受信面の
分割は、当該振動子１３を構成する圧電素子又は上部電
極若しくは下部電極を分割することによって行うことが
できる。その他の部分については、前出の図１と同じで
あるので、重複を避けるために図示及び説明を省略す
る。

【００３９】以下、前記のように構成された超音波検査
装置による欠陥検査方法の第１例を、図７に基づいて説
明する。図７は分割された各超音波送受信面から発信さ
れる超音波ビームＢのルートを模式的に示す図である。

【００４０】この図から明らかなように、中心部分の超
音波送受信面１９ｅのみを駆動した場合には、ルートＨ
のみを通って超音波ビームＢの発信と受信とが行なわ
れ、周辺部分の超音波送受信面１９ｆのみを駆動した場
合には、ルートＧのみを通って超音波ビームＢの発信と
受信とが行なわれる。勿論、両方の超音波送受信面１９
ｅ及び１９ｆを同時に駆動した場合には、ルートＧ及び
Ｈを合計したルートを通って超音波ビームＢの発信と受
信とが行なわれる。

【００４１】本例の超音波検査装置を用いた場合にも、
図３に示したと同様の手順に従って被検体５の欠陥検査
を実行する。即ち、まず、超音波送受信面１９ｅ及び１
９ｆを同時に駆動して被検体５の全面について欠陥検査
を行ない、欠陥があると判定された部分に再度超音波プ
ルーブを位置付けて、中心部分の超音波送受信面１９ｅ
のみを駆動しての欠陥検査と周辺部分の超音波送受信面
１９ｆのみを駆動しての欠陥検査とを繰り返す。

【００４２】いずれの超音波送受信面を駆動した場合に
も、被検体５中の欠陥が図７に符号Ｆ１で示すような被
検体５の上面に対して平行な欠陥である場合には、被検
体５から強い反射波信号を得ることができる。これに対
して、被検体５中の欠陥が図７に符号Ｆ２で示すように
被検体５の上面に対して傾斜している場合には、中心部
分の超音波送受信面１９ｅのみを駆動して欠陥検査を実
行すると、ルートＨを通って被検体５に入射する超音波
ビームＢの斜め入射成分が少ないために、欠陥部からの
反射波信号が非常に微弱になる。一方、周辺部分の超音
波送受信面１９ｆのみを駆動して欠陥検査を実行する
と、ルートＧを通って被検体５に入射する超音波ビーム
Ｂの斜め入射成分が多いために、欠陥部からの反射波信
号がある程度強くなる。さらに、超音波送受信面１９ｅ
及び１９ｆを同時に駆動した場合には、超音波プローブ
１から発信される超音波ビームＢには斜め入射成分が含
まれるものの、超音波プローブ１にて検出される反射波
信号は垂直入射成分による反射波信号との平均値になる
ため、欠陥部からの反射波信号は中間的な値になる。し
たがって、駆動する超音波送受信面を切り換えつつ得ら
れた画像データを比較することによって、当該欠陥が被
検体５の上面に対して平行な欠陥であるのか傾斜した欠
陥であるのか、さらにはその傾斜の程度も判定すること
ができる。

【００４３】次に、振動子の超音波送受信面が同心円状
に分割された超音波プローブを備えた超音波検査装置に
よる欠陥検査方法の第２例を、図８に基づいて説明す
る。図８は本例の欠陥検査方法とその効果を示す図であ
る。

【００４４】被検体５の最外周部を除く中央領域につい
ては、前記した第１例に係る欠陥検査方法により、被検
体５中の欠陥検査を行う。中央領域の欠陥検査が終了し
た後、被検体５の最外周部についての欠陥検査を行う
が、この場合、各超音波送受信面１９ｅ及び１９ｆを同
時に駆動すると、超音波ビームＢのルートが広くなるた
め、図８（ａ）に示すように欠陥検査を行うことができ
ない未探傷範囲Ｄが大きくなる。そこで、振動子１３に
形成された２つの超音波送受信面１９ｅ，１９ｆのう
ち、中心部分の超音波送受信面１９ｅのみを駆動して欠
陥検査を行う。このようにすると、図８（ｂ）に示すよ
うに超音波ビームＢのルートが狭くなるため、未探傷範
囲Ｄを小さくすることができる。

【００４５】さらに、振動子の超音波送受信面が同心円
状に分割された超音波プローブを備えた超音波検査装置
による欠陥検査方法の第３例を、図９〜図１１に基づい
て説明する。図９はビーム径が小さな超音波ビームを被
検体に入射して細かいサンプリングピッチで反射波信号
を検出する欠陥検査方法を示す模式図、図１０はビーム
径が小さな超音波ビームを被検体に入射して大きなサン
プリングピッチで反射波信号を検出する欠陥検査方法を
示す模式図、図１１はビーム径が大きな超音波ビームを
被検体に入射して大きなサンプリングピッチで反射波信
号を検出する欠陥検査方法を示す模式図である。

【００４６】前記したように、超音波プローブ１より発
信され、被検体５に集束される超音波ビームＢのスポッ
ト径は、駆動する超音波送受信面の振動子径に反比例す
る。したがって、中心部分の超音波送受信面１９ｅのみ
を駆動すると、図１１に示すように被検体５に集束され
る超音波ビームＢのスポット径が大径ｄ₂ になり、大き
なサンプリングピッチｐ₂ で被検体５の欠陥検査を行う
ことが可能になるので、大面積の被検体についても高能
率に欠陥検査を行うことができる。しかし、大きなスポ
ット径ｄ₂ で欠陥検査を行なった場合には、これによっ
て得られる反射波信号が各ビーム成分による反射波信号
の平均値となるため、小さな欠陥を精密に検出すること
が困難になる。

【００４７】一方、超音波送受信面１９ｅ及び１９ｆを
同時に駆動すると、図９及び図１０に示すように被検体
５に集束される超音波ビームＢのスポット径が小径ｄ₁
になるので、図９に示すように小さなサンプリングピッ
チｐ₁ で被検体５の欠陥検査を行なえば、被検体５の欠
陥検査を高精度に行うことができる。然るに、かかる欠
陥検査方法によると、反射波信号のサンプリング点が多
くなるために、大面積の被検体５を短時間で検査するこ
とが困難になる。

【００４８】なお、図１０に示すように、被検体５に小
さなスポット径ｄ₁ で超音波ビームＢを入射しつつ大き
なサンプリングピッチｐ₂ で被検体５の欠陥検査を行な
えば、サンプリング点における欠陥の検出精度を高め、
かつ欠陥検査を効率化できるが、図１０からも明らかな
ように、かかる検査方法によると未探傷領域が過大にな
るため、信頼性の高い欠陥検査を行うことができない。

【００４９】そこで、まず、振動子１３の中央部分の超
音波送受信面１９ｅのみを駆動して図１１に示す方法で
被検体全体を大まかに検査した後、この検査によって欠
陥の存在が疑われるデータが検出された場合には、当該
データが検出された領域に超音波プローブ１を再度位置
付けて、超音波送受信面１９ｅ及び１９ｆの双方を同時
に駆動し、被検体に入射する超音波ビームＢのスポット
径を小径化すると共に反射波信号のサンプリングピッチ
を小さくする。これによって、被検体５に対する欠陥検
査の精度、効率及び信頼性を高めることができる。

【００５０】なお、前記第１実施形態例に係る超音波検
査装置においては超音波プローブの振動子を同形同大に
４分割し、前記第２実施形態例に係る超音波検査装置に
おいては超音波プローブの振動子を同心円状に２分割し
たが、振動子の分割数及び分割パターンについてはこれ
に限定されるものではなく、必要に応じて任意の分割数
及び分割パターンで分割することができる。例えば、超
音波プローブの振動子を同心円状に２分割し、さらにこ
の振動子を同形同大に４分割するという分割パターンを
とることもできる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によると、超
音波プローブとして振動子の超音波送受信面が複数の領
域に分割されたものを用い、異なる超音波送受信面又は
異なる超音波送受信面の組合せを用いて超音波の発信と
受信とを行うようにしたので、１つの超音波プローブか
ら被検体に対する入射角度やスポット径が異なる種々の
超音波ビームを発信させることができる。よって、被検
体に対して互いに直交する方向から超音波ビームを入射
すれば、各受信信号の差又は比から欠陥の有無ばかりで
なく欠陥の性状をも検出することできる。また、被検体
に対する超音波ビームの入射角度を適宜選択すれば、通
常の状態では欠陥検査を行うことが困難な被検体のエッ
ジ部分についても精密な欠陥検査を行うことが可能にな
る。さらに、被検体に入射される超音波ビームのスポッ
ト径を変化させれば、スポット内の欠陥の検出精度を変
化させることができる。よって、１つの超音波プローブ
を用いて種々の条件による欠陥検査を行うことができる
ので、必要に応じて適宜の超音波プローブに交換する場
合に比べて、被検体の検査効率を極めて良好なものにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例に係る超音波検査装置のブロック図
である。

【図２】超音波プローブに備えられる振動子の平面図で
ある。

【図３】実施形態例に係る超音波検査装置を用いた欠陥
検査方法の手順を示すフローチャートである。

【図４】欠陥検査の各段階でモニタに表示される画像を
示す図である。

【図５】欠陥検査時の超音波プローブの駆動方式と被検
体に入射する超音波ビームのルートとを示す側面図であ
る。

【図６】超音波プローブに備えられる振動子の平面図で
ある。

【図７】同心円状に分割された超音波送受信面から発信
される超音波ビームのルートを示す側面図である。

【図８】欠陥検査時の超音波プローブの駆動方式と被検
体に入射する超音波ビームのルートとを示す側面図であ
る。

【図９】欠陥検査時におけるデータサンプリング方法の
第１例を示す平面図である。

【図１０】欠陥検査時におけるデータサンプリング方法
の第２例を示す平面図である。

【図１１】欠陥検査時におけるデータサンプリング方法
の第３例を示す平面図である。

【図１２】従来より提案されている超音波検査装置のブ
ロック図である。

【図１３】超音波プローブの断面図である。

【図１４】従来の超音波プローブに備えられる振動子の
平面図である。

【図１５】従来技術の不備を説明する断面図である。

【図１６】従来の超音波プローブから発信される超音波
ビームの集束パターンを示す図である。

【符号の説明】

１超音波プローブ２ＸＹＺスキャナ３水槽４制御装置１１ハウジング１２音響レンズ１３振動子１９ａ〜１９ｆ超音波送受信面４１ＣＰＵ４２超音波探傷器４３画像メモリ４４モニタ４５スキャナコントローラ５０スイッチ５０ａ〜５０ｄ接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木野裕敏茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波プローブから発生した集束ビーム
で被検体を２次元走査し、前記超音波プローブにて検出
された前記被検体からの反射波信号をディジタル変換し
て表示装置に画像表示する超音波検査装置において、前
記超音波プローブとして、振動子の超音波送受信面が複
数の領域に分割され、分割された各超音波送受信面が単
独又は任意の組合せで超音波の発信と受信とを行なえる
ように構成されたものを備え、１つの被検体について異
なる超音波送受信面を用いた複数回の反射波信号の検出
を行ない、検出された各反射波信号から前記被検体の内
部欠陥情報を生成して前記表示装置に画像表示すること
を特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】請求項１に記載の超音波検査装置におい
て、前記振動子の超音波送受信面が、少なくとも４つの
同形同大の領域に分割されていることを特徴とする超音
波検査装置。
【請求項３】請求項１に記載の超音波検査装置におい
て、前記振動子の超音波送受信面が、少なくとも２つの
同心円状の領域に分割されていることを特徴とする超音
波検査装置。
【請求項４】請求項２に記載の超音波検査装置におい
て、前記振動子に備えられた全ての超音波送受信面を同
時に駆動して前記被検体に存在する欠陥の有無を検査し
た後、欠陥があると判定された部分に再度前記超音波プ
ローブを位置付け、前記振動子の中心を介して第１の対
角方向に配置された１乃至複数の超音波送受信面のみを
選択的に駆動する欠陥検査と当該第１の対角方向と直交
する第２の対角方向に配置された他の１乃至複数の超音
波送受信面のみを選択的に駆動する欠陥検査とを繰り返
し、これら異なる超音波送受信面を用いた夫々の欠陥検
査により得られる各画像の相違から前記欠陥の特徴量を
自動的又は手動的に抽出することを特徴とする超音波検
査装置。
【請求項５】請求項２に記載の超音波検査装置におい
て、前記被検体の最外周部を除く中央領域においては、
前記振動子に備えられた全ての超音波送受信面を同時に
駆動して前記被検体に存在する欠陥の有無を検査し、前
記被検体の最外周部においては、当該被検体の外周エッ
ジ部より内方に位置する一部の超音波送受信面のみを選
択的に駆動して前記被検体に存在する欠陥の有無を検査
することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項６】請求項３に記載の超音波検査装置におい
て、前記振動子に備えられた各超音波送受信面のうち、
内周側に配置された超音波送受信面のみを選択的に駆動
しつつ大きなサンプリングピッチで前記被検体に存在す
る欠陥の有無を検査した後、欠陥があると判定された部
分に再度前記超音波プローブを位置付け、内周側に配置
された超音波送受信面及びそれよりも外周側に配置され
た超音波送受信面の双方を同時に駆動しつつ小さなサン
プリングピッチで前記被検体に存在する欠陥の有無を再
検査することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項７】請求項３に記載の超音波検査装置におい
て、前記被検体の最外周部を除く中央領域においては、
前記振動子に備えられた全ての超音波送受信面を同時に
駆動して前記被検体に存在する欠陥の有無を検査し、前
記被検体の最外周部においては、前記振動子に備えられ
た超音波送受信面のうちの内周側に配置された超音波送
受信面のみを選択的に駆動して前記被検体に存在する欠
陥の有無を検査することを特徴とする超音波検査装置。