WO2005103675A1

WO2005103675A1 - ３次元超音波検査装置

Info

Publication number: WO2005103675A1
Application number: PCT/JP2005/007816
Authority: WO
Inventors: Kazuo Hiyama; Takahiro Ikeda; Motohisa Abe; Hirokazu Karasawa; Masahiro Katayama
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2005-11-03
Also published as: US20070282543A1; KR20080072923A; KR100867971B1; EP1742047A1; KR100896304B1; KR100896300B1; US7496456B2; KR20070011538A; EP1742047A4; KR20080015465A; EP1742047B1

Description

明細書

3次元超音波検査装置

技術分野

[0001] 本発明は、検査対象物の内部構造、接合部の状態、欠陥の状態を超音波で非破壊検査する 3次元超音波検査装置に係り、特に、検査対象物の溶接部の状態、溶接欠陥の状態を 3次元的可視化する超音波画像化装置に用いられる超音波検査用センサ装置を備えた 3次元超音波検査装置に関する。

背景技術

[0002] 検査対象物である平板状構造部同士の接合部の溶接状態や溶接欠陥の状態を非破壊検査する技術の 1つに超音波探傷技術がある。

[0003] この超音波探傷技術を採用した超音波検査装置として特開 2003— 149213号公報および特開 2004— 53360号公報に記載されたものがある。

[0004] これらの超音波検査装置は、多数の圧電振動子をマトリクス状に配設した超音波トランスデューサを超音波の発生、検出に用いたものであり、この超音波トランスデューサの圧電振動子から発振された超音波を検査対象物の接合部である溶接部に送り、溶接部から反射された反射エコーを超音波トランスデューサで受信し、この受信ェコ一信号を信号検出回路を経て信号処理部に送り、この信号処理部で並列演算処理を行ない、検査対象物の溶接部を画像化処理している。画像化処理された溶接部の超音波画像は表示装置に表示され、この超音波画像を目視することにより、溶接部の状態や溶接欠陥の状態を非破壊で検査することができるようになってヽる。

[0005] 従来の超音波検査装置は、検査対象物の溶接部に超音波を照射し、その反射ェコーを画像化処理して表示装置に超音波画像で表示し、表示された溶接部の画像を目視により判断し、溶接部の状態や溶接欠陥の状態を非破壊で検査してヽる。

[0006] 具体的には、特開平 11— 326287号公報に記載されているように、平板状構造部を検査対象物とし、 2つの平板状構造物を重ね合せ、スポット溶接により接合したとき、平板状構造物同士の溶接部の状態や溶接欠陥の状態を超音波検査装置で非破壊検査し、溶接部に溶融凝固部分が形成されているカゝ否か、ブローホール等の溶接欠陥の有無'状態を検査することができる。

[0007] また、検査対象物の溶接部の接合強度は、溶融凝固部の大きさに依存し、接合部とこの内側に形成される溶融凝固部の境界は、検査対象物の接合部底面部の反射エコーの強度分布曲線の変曲点から求められることが、特開平 6— 265529号公報に知られている。

[0008] 従来の超音波検査装置では、複数の異なる音響特性を有する検査対象物の層構造や、検査対象物内の溶接部の欠陥ゃボイドや剥れを超音波により可視化させることができ、表示装置に表示された溶接部の超音波画像を目視することにより判断しているが、 2次元の超音波画像を目視により判断しているために、判断結果に個人差によるバラツキが生じたり、検査対象物に対する溶接部の位置関係を 3次元的に正確にかつ精度よく定量的に検査することが困難であった。即ち、従来の超音波検査装置では、

1.検査対象物の内部検査を画像化処理された超音波画像を観察することで行なつているため、溶接部の状態や溶接欠陥の状態を客観的にかつ定量的に精度よく検査することが困難である。

[0009] 2.検査対象物内部の画像化処理により得られた超音波画像に表示される溶接部の状態、溶接欠陥の状態を表わす情報から異常の有無を定量的にかつ精度よく自動判定することが困難であった。

[0010] また、より具体的な例においては、従来の超音波検査装置には、超音波検査用センサ装置 (超音波センサ）として、超音波を送受信する圧電素子がマトリクス状ある、は一列のアレイ状に配列された超音波トランスジユーサが用いられており、この超音波センサの発受信面に音響伝播媒体であるシユー材をボルト締めで取付け、このシユー材を検査対象物に密着させて検査対象物への超音波の発信を行なっている。

[0011] 検査対象物内へ発信させられた超音波は、検査対象物の内部欠陥や境界面で一部が反射して反射エコーとなり、この反射エコーを超音波センサで受信し、超音波センサの各圧電素子を振動させて発生する電気信号を処理して検査対象物内部を 3 次元画像ィ匕を行なって、る。

[0012] また、超音波センサと検査対象物との間に空気層が存在すると超音波が伝播しなくなるため、超音波センサとシユー材の間およびシユー材と検査対象物の間に、超音波の音響的整合をとるカップラントを塗布あるいは介装している。このカップラントは揮発性の低ヽゲル状の液体ある、は固体が用いられる。カップラントの塗布あるいは介装部分は、温度差等により気泡が発生し易ぐ超音波検査装置による検査前に気泡の有無の確認が必要である。気泡が発見された場合にはシユー材を取り外して力ップラントを塗り直している。

[0013] このような従来の超音波検査装置では、超音波センサとシユー材の間に気泡が入り易ぐ気泡が生じた場合にはその都度締付ボルトを外してシユー材を超音波センサ力取外し、カップラントを塗り直す必要があった。

[0014] また、検査対象物の表面に凹凸がある場合、カップラントだけでその隙間を埋めてシユー材と検査対象物とを密着させるのが困難であった。

[0015] 超音波検査装置において、超音波センサと検査対象物との間に気泡が存在したり、隙間が生じると、超音波センサからの超音波を検査対象物にスムーズに入射させたり、反射エコーを拾うことが困難となり、超音波や反射エコーが正確に伝播されず、検出性能が劣化したり、検査対象物内部の 3次元画像ィヒ処理が正確にかつスムーズに行なうことができな、と、う課題があった。

[0016] 発明の開示

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、検査対象物の内部検査を精度よく正確に非破壊で 3次元検査することができるとともに、内部検査による異常の有無を定量的に行な!、、自動判定が可能な 3次元超音波検査装置を提供することを目的とする。

[0017] また、本発明の他の目的は、マトリクス状あるいはアレイ状に配設された超音波トランスデューサの各圧電振動子力発振される超音波の検査対象物力の反射エコーを検出して信号処理することで、接合部の溶融凝固部、固相接合部 (コロナボンド）、溶融欠陥の大きさや位置が迅速かつ高解像度の超音波探傷画像として得ることができる 3次元超音波検査装置を提供することにある。

[0018] さらに、本発明のさらに他の目的は、適切な溶接状態の超音波探傷画像を基準として合否判定パターン像を格納したデータベースと、検査した超音波探傷画像を照合させることで、定量的で安定した合否判定を迅速に行なうことができる 3次元超音波検査装置を提供することにある。

[0019] さらにまた、本発明の別の目的は、超音波や反射エコーを正確かつスムーズに伝播させて検出性能を向上させ、検査対象物内部の 3次元画像化処理が正確かつ精度よぐ効率的に行なうことができる超音波検査用センサ装置、及びそのような超音波検査用センサ装置を備えた 3次元超音波検査装置を提供することを目的とする。

[0020] また、本発明の他の目的は、シユー手段を超音波センサから簡単かつ容易に着脱でき、作業時間の短縮と、超音波検査を迅速かつ効率的に行なうことができる超音波検査用センサ装置、及びそのような超音波検査用センサ装置を備えた 3次元超音波検査装置を提供することを目的とする。

[0021] 上述の目的を達成するために提供される本発明の 3次元超音波検査装置は、複数の圧電振動子をマトリクス状あるいはアレイ状に配設した超音波センサとしてのトランスデューサを含む超音波検査用センサ装置と、

上記超音波トランスデューサを構成する複数の圧電振動子のうち、超音波を発振させる圧電振動子を順次選択する駆動素子選択部と、

上記駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振された超音波を音響伝播媒体を介して検査対象物の接合部に入射させ、この接合部からの反射エコーを受信し、その反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、

この信号検出回路で検出された電気信号を信号処理し、前記検査対象物の内部に設定された 3次元画像化領域内に区画されたメッシュに対応させて 3次元画像ィ匕データを生成する信号処理部と、

この信号処理部で生成された 3次元画像ィ匕データの強度分布力溶融凝固部の大きさ、位置および接合部の溶接欠陥の位置 ·大きさを検出する一方、その検出結果および信号処理部からの 3次元画像データを表示する表示処理装置と、を備えたことを特徴とする。

[0022] 上記の特徴を有する本発明の 3次元超音波検査装置の好適な実施例に於ヽては

、以下のような構成をとることが可能である。

[0023] 前記表示処理装置は、前記信号処理部で生成された検査対象物の接合部底面の 3次元画像ィ匕データの強度分布力溶融凝固部の大きさを検出する底面部データ処理部と、

前記検査対象物の検査対象の中間接合部の 3次元画像化データの強度分布から接合部の溶融欠陥の有無，大きさを検出する中間部データ処理部と、

前記底面部データ処理部と中間部データ処理部で検出された結果を比較し、良否を判定する判定部と、

前記底面部データ処理部、中間部データ処理部および判定部から得られた結果および前記信号処理部で生成された 3次元画像化データを表示する表示部を備えることがでさる。

[0024] 前記表示処理装置の中間部データ処理部は、前記信号処理部から生成された 3 次元画像化データから検査対象物の接合部の中間部の 3次元画像化データを抽出し中間接合面の透過平面画像を生成すると共に板厚を測定する中間検出部と、この中間検出部から取り込んだ透過平面画像から中間接合部の中心位置と接合部の大きさと位置、およびブローホール等の溶接欠陥の大きさと位置を測定する中心位置'接合部測定部とを備えることができる。

[0025] また、前記表示処理装置の底面部データ処理部は、前記信号処理部から生成された 3次元画像ィ匕データカゝら検査対象物の接合部底面の 3次元画像ィ匕データを抽出し接合部底面の透過平面画像を生成する底面検出部と、

この底面検出部から取り込んだ透過平面画像と前記中心位置'接合部測定部から取り込んだ中間接合部の中心位置とから溶融凝固部の大きさと位置を測定する溶融凝固部検出部と、を備えることができる。

[0026] 前記表示処理装置は、中間部データ処理部の中間検出部から取り込んだ検査対象物の板厚力求めた判定基準と前記底面データ処理部の溶融凝固部検出部から取り込んだ溶融凝固部の大きさと位置とを比較して良否判定を行う判定部と、前記底面データ処理部の中心位置 ·接合部判定部から取り込んだ接合部の状態と、前記判定部から取り込んだ溶融凝固部の状態とを比較した判定結果と前記信号処理部で生成された 3次元画像化データを表示する表示部と、

を備免たることができる。 [0027] また、前記表示処理装置は、中間部データ処理部に中間検出部を備え、前記信号処理部により生成された 3次元画像ィ匕データカゝら検査対象の表面位置と接合部位置を検出する表面'中間位置検出部と、

前記表面 ·中間位置検出部力取り込んだ表面位置と接合部位置のデータ力板厚を測定する板厚測定部と、

前記表面 ·中間位置検出部力取り込んだ中間位置データと前記信号処理部から生成された 3次元画像ィ匕データから中間位置の透過平面画像を生成する中間位置平面画像生成部と、を有する。

[0028] また、前記表示処理装置は、中間部データ処理部に中心位置，接合部測定部を備え、この中心位置'接合部測定部は、前記中間検出部により生成された中間位置透過平面画像から接合部の輪郭を判定する接合部輪郭判定部と、

この接合部輪郭判定部力も取り込んだ接合部の輪郭データ力も接合部の中心位置を判定する中心位置判定部と、

前記接合部輪郭判定部カゝら取り込んだ接合部の輪郭データカゝら接合部の大きさを測定する接合部測定部と、

を有してもよい。

[0029] さらに、前記表示処理装置は、底面部データ処理部に底面検出部を備え、

この底面検出部は、前記信号処理部により生成された 3次元画像ィ匕データ力検查対象物の接合部の打痕部を表わす凹部位置と底部位置を検出する打痕部 ·底面位置検出部と、

前記打痕部 ·底面位置検出部から取り込んだ凹部 ·底面位置のデータから接合部の厚さを測定する接合部厚測定部と、

前記打痕部 ·底面位置検出部力取り込んだ凹部 ·底面位置のデータと前記信号処理部から生成された 3次元画像化データから底面位置透過平面画像を生成する底面位置平面画像生成部と、

を有することができる。

[0030] さらにまた、前記表示処理装置は、底面部データ処理部に溶融凝固部検出部を備え、この溶融凝固部検出部は、底面部データ処理部の底部検出部により生成された底面位置透過平面画像と前記中間部データ処理部の中心位置 ·接合部測定部から取り込んだ接合部の中心位置カゝら超音波強度分布画像を作成する強度分布作成部と強度分布作成部により生成された超音波強度分布画像を平滑化処理する平滑ィ匕処理部と、

平滑ィ匕処理された底面位置透過平面画像を外側カゝら中心位置方向に一次差分処理する一次差分処理部と、

前記一次差分処理部で一次差分処理された底面位置透過平面画像を溶融凝固部の外側から中心位置方向に二次差分処理する二次差分処理部と、

二次差分処理された底面位置透過平面画像の変曲点データ力接合部の溶融凝固部を特定する溶融凝固部特定部と、

前記溶融凝固部特定部により特定された溶融凝固部データ力溶融凝固部の大きさを測定する溶融凝固部測定部と、

を有するようにしても良い。

[0031] また、前記表示処理装置は、接合部の接合状態の良否を判定する判定部を備え、この判定部は、前記中間部データ処理部の中心位置，接合部測定部により測定された板厚値 t力必要とされる溶融凝固部の大きさを演算する判定基準作成部と、この判定基準作成部により生成された必要とされる溶融凝固部の大きさと前記底面部データ処理部の溶融凝固部検出部により測定された溶融凝固部の大きさとを比較，判定する良否判定部と、

を有することができる。

[0032] さらにまた、本発明による超音波検査用センサ装置は、

超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、

この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シユー手段とを備え、上記シユー手段は、超音波センサにねじ結合により着脱自在に設けられる筒状のアタッチメントと、このアタッチメントの先端開口を覆う薄膜を、上記アタッチメントに共締めさせる保持キャップと、

前記筒状のアタッチメント内に満たされる音響伝播液媒体とを有し、

前記薄膜は保持キャップの開口部より膨出可能で柔軟性を有する構成とする。

[0033] 前記音響伝播液媒体は水であり、前記薄膜は、薄膜内を伝播する超音波の波長えの 1Z4以下の膜厚に形成される。

[0034] また、超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリタス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた柔軟シユー手段と、

この柔軟シユー手段を内包し、上記超音波センサを検査対象物から進退移動自在に保持するセンサ位置調節手段とを備える。

[0035] 前記柔軟シユー手段は、超音波伝播特性に優れたシリコンゴム等の軟質性シユー部材を有する一方、

前記センサ位置調節手段は、超音波センサを保持する保持枠と、

上記超音波センサの周辺の少なくとも 3箇所で上記保持枠にそれぞれねじ結合された支持調節ボルトとを有し、

上記支持調節ボルトをボルト軸線廻りに回動させることで超音波センサの位置調節を自在とすることができる。

[0036] また、上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シユー手段と、上記シユー手段に超音波伝播液媒体を供給可能な媒体貯溜槽を備えたセンサホルダとを備える。

[0037] 前記液媒体保持用シユー手段は、スポンジ状あるいはポーラス状の柔軟なシユー部材と、

このシュ一部材に液媒体貯溜槽から自然落下により注入されて蓄積保持される超音波伝播液媒体とを有する。

[0038] 前記貯溜槽には、頂部にエアー抜き弁が設けられる一方、柔軟なシュ一部材の周側面を覆うスリーブ状あるいはスカート状のタンクガイドが備える。

[0039] また、上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子が整列されたトランスデューサとしての超音波センサと、

この超音波センサのセンサ面側に設けられた水槽型シユー手段とを備え、上記シユー手段は、超音波センサをタンク頂部に保持するタンクと、

このタンクの底部開口を液密に覆うように設置される検査対象物とにより超音波伝播液媒体の貯溜槽が構成される。

[0040] 前記水槽型シユー手段は、タンク内の超音波伝播液媒体を循環させる循環型液媒体供給手段と、

上記タンク頂部側からエアーを抜出するエアー抜出弁とを備える。

[0041] さらにまた、上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子をマトリクス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、

この超音波センサのセンサ面側に設けられたシユー手段と、

このシユー手段を超音波センサに脱着自在にワンタッチで取付可能なワンタッチ式取付手段とを有し、

上記ワンタッチ式取付手段により、前記シユー手段を超音波センサに密着保持させてもよい。

[0042] 本発明に係る 3次元超音波検査装置によれば、検査対象物の接合部の内部検査を迅速に精度よく正確に超音波で非破壊検査することができ、内部検査による異常の有無、すなわち、溶融凝固部や溶融欠陥の大きさ、位置を定量的に精度よく検査し、自動判定を行なうことができる。

[0043] また、超音波トランスデューサがマトリクス状あるいはアレイ状配列の圧電振動子を備え、各圧電振動子を順次作動させて超音波を発振させ、検査対象物の接合部から反射された反射エコーを検出して、信号処理することで、接合部の溶融凝固部、固相接合部、溶接欠陥の大きさと位置を高解像度の超音波診断画像として迅速に得ることができる。

[0044] さらに、適切な溶接状態の超音波探傷画像を基準として合否判定パターン像をデータベースに格納しておき、検出された検査対象物の超音波探傷画像を格納させた基準の超音波探傷画像と比較照合させることで、安定した合否判定を迅速に自動的にかつ定量的に行なうことができる。

[0045] また、本発明に係る超音波検査用センサ装置は、超音波センサから円滑かつスムーズに超音波を発受信させて超音波の反射エコーを正確かつ効率的に検出でき、検出性能および精度の向上が図れ、この反射エコーの電気信号を精度よく検出して、検査対象物内部を高解像度で精度のよい 3次元超音波画像ィ匕処理が可能となり、検査対象物内部の非破壊による超音波検査を正確に、精度よぐ効率的に行なうことができる。

[0046] また、この超音波検査用センサ装置によれば、超音波センサのシユー手段を簡単かつ容易に着脱させることができ、作業時間の短縮が図れる一方、検査対象物が曲面を有しても、正確にかつスムーズに密着させることができ、超音波検査を迅速かつ効率的に行なうことができる。

図面の簡単な説明

[0047] [図 1]本発明に係る 3次元超音波検査装置の一実施形態を示す全体構成図。

[図 2]上記 3次元超音波検査装置に備えられる信号処理部の構成を示すブロック図。

[図 3]本発明の 3次元超音波検査装置に備えられる表示処理装置内のデータ処理関係を示すブロック図。

[図 4]図 3に示された表示処理装置内の中間検出部のデータ処理を説明するブロック図。

[図 5]図 3に示された表示処理装置内の中心位置'接合部測定部のデータ処理を説明するブロック図。

[図 6]図 3に示された表示処理装置内の底面検出部のデータ処理を説明するブロック図。

[図 7]図 3に示された表示処理装置内の溶融凝固検出部のデータ処理を説明するブロック図。

[図 8]検査対象物の接合部である検査領域の溶融凝固部検出概念を示す説明図。

[図 9]図 3に示された表示処理装置内の良否判定部のデータ処理を説明するブロック図。

[図 10]本発明に係る 3次元超音波検査装置における超音波検査用センサ装置の第 1実施例の概略構成図。

[図 11]本発明に係る超音波検査用センサ装置の第 2実施例の概略構成図。

[図 12]本発明に係る超音波検査用センサ装置の第 3実施例の概略構成図。

[図 13]本発明に係る超音波検査用センサ装置の第 4実施例の概略構成図。

[図 14]本発明に係る超音波検査用センサ装置の第 5実施例の概略構成図。

発明を実施するための最良の形態

[0048] 本発明に係る 3次元超音波検査装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

[0049] 図 1は、本発明に係る 3次元超音波検査装置の一実施形態を示す構成図である。

[0050] 3次元超音波検査装置 10は、超音波振動と電気信号を相互変換させ、所要周波数の超音波を送受信する超音波センサとしてのトランスデューサ 11を含む超音波検查用センサ装置 100 (詳細は後述）と、この超音波トランスデューサ 11を駆動させる駆動信号を発生させる信号発生部 12と、信号発生部 12からの駆動信号を選択し、超音波トランスデューサ 11の圧電振動子を選択的に駆動させる駆動素子選択部 13 と、超音波トランスデューサ 11から発振される超音波を検査対象物 14の接合部である溶接部 15に照射し、この溶接部力もの反射エコーの信号を超音波トランスデューサ 11を介して検出する信号検出回路 16と、この信号検出回路 16で検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理して 3次元（3D)超音波画像を生成させる信号処理部 17と、この信号処理部 17で処理された超音波探傷画像のデータ処理をさらに行ない高解像度の 3次元超音波探傷画像を得、内部構造や接合部 15の状態および溶接欠陥 16の状態を自動的に精度よく判定し、判定結果を表示させる表示処理装置 18とを備える。

[0051] 超音波トランスデューサ 11は、圧電素子力もなる多数の圧電振動素子 20を基板 2 1に m行 n列のマトリクス状に整列配置させてマトリクスセンサ、即ち、超音波検査用センサ装置 100を構成して、る。

[0052] 超音波トランスデューサ 11の各圧電振動子 20mnには、信号発生部 12で発生した駆動信号が駆動素子選択部 13により選択されて加えられる。駆動素子選択部 13の選択により各圧電振動子 20mnの駆動順序が 1個ずつあるいは複数個ずつ決定され、各圧電振動子 20mnは所要の駆動タイミングで駆動される。圧電振動素子 20はマトリタス状に配設する代りに、一列にあるいは十字のライン状に配列させ、アレイセンサを構成してもよい。

[0053] 超音波トランスデューサ 11のセンサ面である超音波発受信面、具体的には、検査対象物 14側に液体あるいは固体の音響伝播媒体 23が密着される。音響伝播媒体 2 3と検査対象物 14との間には超音波の音響的整合をとるカップラント 24が設けられる。カップラント 24は、音響伝播媒体 23が水等の液体を用いる場合は、不要である。

[0054] また、音響伝播媒体 23はボックス状となり、その開口面積は、検査対象物 14の検查領域 (ターゲット領域)である接合部 15の大きさに応じて形成され、音響伝播媒体 23の高さは、圧電振動子 20から発振される超音波の発振角度 (拡がり角度）により決定される。

[0055] 検査対象物 14は、例えばスポット溶接にて接合された 2枚の板状構造物 14a, 14b を対象とし、この板状構造物 14a, 14bのスポット溶接部は、 3次元超音波検査装置 1 0により超音波を用いて非破壊にて内部検査される。検査対象物 14は、 3枚以上の板状構造物を重ね合せて溶接したものを用いてもよい。検査対象物 14は、金属材料であっても、榭脂材料であってもよい。

[0056] 検査対象物 14である 2枚の板状構造物 14a, 14bを重ね合せてスポット溶接により接合すると、板状構造物 14は接合部 15の外表面に溶接用電極による打痕部としての凹部 25が形成され、接合部 15の厚さ Tは、凹部 25の形成分だけ、接合部 15周りの非接合部 26より小さくなる。

[0057] なお、図 1において、符号 27は、接合部 15の溶接凝固部、 28は、接合部 15に生じたブローホール等の溶接欠陥を示す。

[0058] 一方、超音波トランスデューサ 11に駆動信号を作用させる信号発生部 12は、圧電振動子 20の圧電体を駆動させて超音波を発生させるベぐ外部電圧の印加により、パルス状あるいは連続した駆動信号を発生させる。発生した駆動信号は駆動素子選択部 13により駆動させる各圧電振動子 20mnが選択され、選択された圧電振動子 2 Omnに駆動信号が所要のタイミングで作用せしめられる。駆動素子選択部 13は、駆動すべき 1つまたは複数の圧電振動子 20を所要のタイミングで順次選択しており、選択された圧電振動子 20に信号発生部 12からの駆動信号が加えられると、圧電振動子 20が駆動され、所要周波数の超音波 Uを発振させるようになって、る。

[0059] 超音波トランスデューサ 11の各圧電振動子 20mn力も順次発振された超音波は、音響伝播媒体 23を通り、カップラント 24を経て検査対象物 14の内部に入射され、検查対象物 14の検査領域 15 (非接合部 26、溶融凝固部 27、ブローホール等の溶接欠陥部 28、底面 29)に達し、各境界層で反射する。

[0060] 検査対象物 14の底面 29、非接合部 26、溶融凝固部 27、溶接欠陥部 28の各境界層で反射した超音波の反射エコーは、検査対象物 14から音響伝播媒体 23を経て超音波検査用センサ装置 100に入力される。この超音波検査用センサ装置 100では、マトリクスセンサとしての超音波トランスデューサ 11の各圧電振動子 20に時間差をもつてそれぞれ入力され、各圧電振動子 20に入力された反射エコーは、電気信号に変換されて信号検出回路 16に入力され、ここで反射エコーの電気信号が各圧電振動子 20毎に検出される。

[0061] この 3次元超音波検査装置 10は、超音波トランスデューサ 11の各圧電振動子 20 のうち、駆動素子選択部 13で選択された圧電振動子 20mnに駆動信号が加えられると、この圧電振動子 20mnが作動して超音波 Uを発振させる。この発振した超音波 Uが音響伝播媒体 23や必要に応じたカップラント 24を経て検査対象物 14の接合部 15である検査領域に照射される。検査対象物 14の検査領域 15に照射された超音波 Uは、検査領域 15の密度的境界層から一部が反射して反射エコーとなる。この反射エコーは、カップラント 24、音響伝播媒体 23を通ってマトリクスセンサ (超音波トランスデューサ 11)の各圧電振動子 20で時間差を持ってそれぞれ受信し、各圧電振動子 20による圧電変換により、反射エコーの電気信号として信号検出回路 16に送られ、検出される。

[0062] 超音波トランスデューサ 11は、各圧電振動子 20mnに、駆動信号選択部 13で駆動信号を順次作用させることにより、各圧電振動子 20mnは、順次所要のタイミングで駆動され、各圧電振動子 20mnから発振された超音波の反射エコーを、マトリクスセンサ 11でそれぞれ 2次元的に受信する。圧電振動子 20mnの m行 n列力例えば 10 X 10個の 100個がマトリクス状に配設された場合、各圧電振動子 20mnが駆動素子選択部 13により順次駆動信号が加えられると、駆動信号が順次加えられるタイミングで各圧電振動子 20mn力超音波 Uが順次発振せしめられ、各圧電振動子 20mn 力順次発振された超音波の反射エコーをマトリクスセンサ 11で順次受信し、その受信信号である反射エコーの電気信号をその都度信号検出回路 16に送るようになつている。

[0063] このため、信号検出回路 16には、超音波トランスデューサ 11の作動によりマトリクス状配列の個々の圧電振動子 20mn力発振された超音波の反射エコーをマトリクスセンサ 11で 2次元的に受信する。マトリクスセンサ 11は超音波を発振する個々の超音波振動子 20mn分の反射エコーをそれぞれ受信し、反射エコーの電気信号として信号検出回路 16に送られ、この信号検出回路 16を経て信号処理部 17に送られる。

[0064] 信号検出回路 16は、マトリクスセンサ 11で発生する反射エコーの電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち、検査に必要な複数のものは、信号処理咅 70内の増幅器 3 la, 31b, · ··, 3 liにそれぞれ導力れる。

[0065] 増幅器 31a, 31b, · ··, 31iは、導かれた反射エコーの電気信号をそれぞれ増幅し、これを A/D変^^ 32a, 32b, · ··, 32Uこそれぞれ供給して!/ヽる。 A/D変^^ 32 a, 32b, · ··, 32iは、導かれた電気信号を AZD変換し、これを並列プロセッサ 33a, 33b, · ··, 33iにそれぞれ導くものである。

[0066] 信号処理部 17内の並列プロセッサ 33は、 AZD変換器 32a, 32b, · ··, 32 導かれたディジタル信号を並列的にかつ迅速に演算処理し、それぞれ、検査領域 (画像化領域）に区画された各メッシュからの反射強度を特定するものである。特定された反射強度は、統合プロセッサである 3次元画像生成部 34により統合されて 3次元画像ィ匕情報 (データ）となり、表示処理装置 18に送られる。表示処理装置 18は、導かれた 3次元画像化データを中間部データ処理部 35、および底面部データ処理部 36 でデータ処理し、検査対象物 14の検査領域 (測定部） 15の良否を判定部 37で判断する一方、この良否判定結果や 3次元画像生成部 35からの 3次元超音波画像を超音波探傷画像として表示部 38に表示させるようになって、る。 [0067] 上述の図 1に示される 3次元超音波検査装置 10における信号処理部 17は、図 2に示すように構成される。

[0068] 信号処理部 17に備えられる並列プロセッサ 33はそれぞれ、内部メモリ 40a, 40b, ···, 40i、および演算回路 41a, 41b, ···, 41iを有する。また、統合プロセッサである 3次元画像生成部 34は、画像統合処理部 44、境界抽出処理部 45、形状データ記憶部 46、テーブルデータ格納部 47をそれぞれ有する。

[0069] 内部メモリ 40a, 40b, ···, 40iは、それぞれ A,D変^^ 32a, 32b, ···, 32 も供給された AZD変換信号とテーブルデータ格納部 47から得た伝播時間データとを一時格納するものである。演算回路 41a, 41b, ···, 41iは、それぞれ、内部メモリ 40a, 40b, ···, 40iに格納された AZD変換信号と伝播時間データとから、画像化領域 (検查領域)の各メッシュ力の反射強度を特定し、各メッシュと反射強度とを対応付けるものである。対応付けられた反射強度は 3次元画像生成部（統合プロセッサ） 34の画像統合処理部 44に供給される。

[0070] 画像統合処理部 44は、供給された反射強度を検査領域の各メッシュ毎に加算し 3 次元画像化データを生成するものである。生成された 3次元（3D)画像化データは、表示処理装置 18に導かれる。

[0071] 一方、境界抽出処理部 45は、画像統合処理部 44が出力する結果から検査対象物 14の内部に存在する境界を抽出するものである。抽出された境界に関する情報はテ一ブルデータ格納部 47に送られる。

[0072] 形状データ記憶部 46は、検査対象物 14に関する表面形状や境界層構造に関する情報を予め記憶するものである。記憶された情報は、必要に応じてテーブルデータ格納部 47に送られる。

[0073] テーブルデータ格納部 47は、マトリクスセンサ 11の各圧電振動子 20mn間の超音波伝播時間（または等価的な距離でもよい。）をテーブル化し、予め格納しておくものである。格納された超音波伝播時間は、その一部または全部が、各並列プロセッサ 3 3の内咅メモ U40a, 40b, ···, 40iに必要に応じて転送される。

[0074] また、テーブルデータ格納部 47に格納された超音波伝播時間は、境界抽出処理部 45が供給したり、検査対象物 14における抽出された境界に関する情報や形状データ記憶部 46が供給する、検査対象物 14に関する表面形状や層構造に関する情報により、再設定され得る。

[0075] このように、信号処理部 17の並列プロセッサ 33と 3次元（3D)画像生成部 34は、 A ZD変翻 32a, 32b, · ··, 32 ゝら導かれたディジタル信号を処理し検査対象物 14 の接合部 15の状態を可視化する 3次元画像ィ匕データ Iを生成するものである。信号検出回路 46により検出された反射エコーの電気信号から開口合成処理により、検査対象物 14の内部に設定された 3次元画像ィ匕領域内の各メッシュに対応させて 3次元画像化データを生成する。

[0076] 3次元画像生成部 34は、超音波トランスデューサ 11から見て正面 (X—Y平面）の方向と、正面と直交する 2つの側面 (Y— Z平面）、（Z— X平面）に対して垂直な方向の合計 3つの方向から 3次元画像化データ Iを透視すると共に、それぞれ 3方向の 3 次元画像ィ匕データ Iのうち透視方向に重なった画像ィ匕データのうち最も値の大きいデータを平面に投影することで各方向から透視して 3枚の平面（2次元)画像を生成する。 3次元画像生成部 34により生成された 3次元画像ィ匕データ Iは、表示処理装置 1 8に出力される。

[0077] 表示処理装置 18の中間部データ処理部 35は 3次元画像化データ Iの強度分布から 2枚の板状構造物 14a, 14bの接合部 15付近の中間層領域の透過正面画像を抽出して接合部 15の接合状態を検出し、底面部データ処理部 36は 3次元画像化データ Iの強度分布力も底面部 29の透過正面画像を抽出して溶融凝固部 27の大きさを検出し、判定部 37は中間部データ処理部 35と底面部データ処理部 36から得られた結果を比較'判定する。表示部 38は中間部データ処理部 35と底面部データ処理部 36と判定部 37とから得られたそれぞれの比較判定結果と 3次元画像生成部 34からの 3次元画像化データ Iを表示する。

[0078] 次に、 3次元超音波検査装置 10の表示処理装置 18の機能を図 3を用いて説明する。

[0079] 表示処理装置 18の中間部データ処理部 35は、中間検出部 50と中心位置 ·接合部測定部 51とを備える。中間検出部 50は信号処理部 17から生成された 3次元画像ィ匕データ Iから中間接合部 15の 3次元画像ィ匕データを抽出し、中間接合面の透過平面画像を生成すると共に板状構造物 14aの板厚 tを測定する。また、中心位置'接合部測定部 51は中間検出部 50で生成された中間接合面の透過平面画像力も中間接合部の中心位置と接合部 15の大きさと位置やブローホール等の溶接欠陥の大きさと位置を測定する。

[0080] 一方、表示処理装置 18の底面部データ処理部 36は底面検出部 53と溶融凝固部検出部 54とを備える。底面検出部 53は信号処理部 17から生成された 3次元画像ィ匕データ Iから検査対象物 14の底面 29の透過平面画像を生成すると共に接合部 15の厚さ Tを測定する。また、溶融凝固部検出部 54は底面検出部 53で生成された底面 2 9の透過平面画像と中心位置 ·接合部測定部 51から取り込んだ中間接合部 15の中心位置力も溶融凝固部 27の大きさと位置を測定する。

[0081] また、表示処理装置 18の判定部 37は中間検出部 50から取り込んだ板状構造物 1 4aの板厚 tから最低限必要とされる溶融凝固部 27の大きさを演算し、この溶融凝固部 27を求めた判定基準を設定すると共に、溶融凝固部検出部 54から取り込んだ溶融凝固部 27の大きさと位置を設定した判定基準値と比較し、良否判定を行なう。この判定基準は、適切な状態の超音波探傷画像を基準としてデータベースに格納される合否判定パターン像で定められ、この合否判定パターン像は判定部 37のデータべースに予め記憶され、格納されている。

[0082] 表示部 38は中心位置 ·接合部測定部 51で使用した中間接合面の透過平面画像やこれから測定した中間接合部の中心位置と接合部 15の大きさと位置やブローホール等の溶接欠陥部 28の大きさと位置、溶融凝固部検出部 54で使用した底面の透過平面画像や測定した溶融凝固部の大きさと位置、判定部 37で設定した判定基準値と良否判定を表示する。

[0083] 図 4は、 3次元超音波検査装置 10の表示処理装置 18の中間検出部 50における機能を説明する図である。

[0084] 表示処理装置 18の中間検出部 50は、検査対象物 14の表面'中間位置検出部 50 aと、板状構造物 14aの板厚 tを測定する板厚測定部 50bと、中間層領域の平面画像を形成する中間位置平面画像生成部 50cとを有する。

[0085] 信号処理部 17から生成された 3次元画像化データ I内の正面と直交する側面の画像化データには接合部 15を有する複数の平板状検査対象の厚さ方向の情報が含まれている。表面 ·中間位置検出部 50aは接合されていない非接合部位ではマトリクスセンサ 11から見て 1枚目の平板底面からの反射強度が高、ことを利用してこの板状構造物 (平板） 14aの底面、すなわち接合部 15の中間層位置 (厚さ方向）を確定する。

[0086] 板厚測定部 50bは表面 ·中間位置検出部 50aで確定した 1枚目の平板の底面位置

(厚さ方向）から 1枚目の平板厚さ tを測定する。

[0087] 中間検出部 50の中間位置平面画像生成部 50cは信号処理部 17で生成された 3 次元画像ィ匕データ Iからこの中間層部のみの正面方向の画像ィ匕データを抽出する。この中間層部には反射強度の高い非接合部 26と反射強度の低い接合部 15が存在するので、非接合部 26と接合部 15の境界が接合部輪郭形状として顕著に現れる。また、接合部 15内部の溶融凝固部 27内に生成されるブローホール等の溶接欠陥部 28もこの中間層部の正面方向の画像ィ匕データに現れる。

[0088] 図 5は 3次元超音波検査装置 10の表示処理装置 18の中心位置 ·接合部測定部 5 1における機能を説明する図である。

[0089] 接合部輪郭判定部 51aは中間検出部 50で抽出された中間層部のみの正面方向の画像化データに反射強度の差として現れる接合部輪郭形状の大きさと位置を画像データとして認識する。併せて接合部 15内部の溶融凝固部 27内に生成されるプロ一ホール 28の形状と大きさと位置も画像データとして認識する。

[0090] 中心位置判定部 51bは接合部輪郭判定部 51aで認識された接合部 15の輪郭デ一タカもその中心位置を演算する。

[0091] 接合部測定部 51cは、接合部輪郭判定部 51aで認識された接合部 15の輪郭データカ接合部輪郭形状の大きさと位置を測定する。なお、接合部 15の内部の溶融凝固部 27とブローホール等の溶接欠陥部 28では反射強度に差があり、この差を利用して両者を区別する。

[0092] 図 6は 3次元超音波検査装置 10の表示処理装置 18の底面検出部 53における機能について説明する図である。

[0093] 表面処理装置 18の底面検出部 53は、検査対象物 14の凹部（打痕部）および底面 29の位置を検出する打痕部'底面位置検出部 53aと、接合部 15の厚さ Tを検出する接合部厚測定部 53bと、底面位置平面画像生成部 53cとを有する。

[0094] 信号処理部 17から生成された 3次元画像化データ I内の正面と直交する側面の画像化データには接合部 15を有する複数の平板状検査対象物 14の厚さ方向の情報が含まれている。打痕部 '底面位置検出部 53aは複数の平板状検査対象物 14全体の底面位置を最も厚、部分での反射位置力も確定する。

[0095] 接合部厚測定部 53bは打痕部 '底面位置検出部 53aで確定した検査対象物 14全体の底面位置 (厚さ方向）力厚さ Tを測定する。

[0096] 底面位置平面画像生成部 53cは信号処理部 17で生成された 3次元画像化データ Iからこの底面部のみの正面方向の画像ィ匕データを抽出する。この底面部画像化デ一タには接合部や接合部 15内部の溶融凝固部 27、溶融凝固部 27内のブローホール等の溶接欠陥部 28の情報も含まれる力このままでは接合部 15とブローホール 2 8は反射強度差力も判別可能だが、接合部 15と溶融凝固部 27は反射強度差が小さく判別不可能である。

[0097] 図 7は 3次元超音波検査装置 10の表示処理装置 18の溶融凝固部検出部 54における機能について説明する図である。

[0098] 表示処理装置 18の溶融凝固検出部 54は、検出対象物 14の底面位置の超音波強度分布画像を作成する強度分布作成部 54aと、作成された超音波強度分布画像データを平滑化処理する平滑化処理部 54bと、平滑化処理された接合部 15の底面位置透過平面画像を (一次)差分処理する一次差分 (一次微分)処理部 54cと、差分処理された接合部 15の底面位置透過平面画像をさらに差分処理 (二次差分処理または二次微分処理)する二次差分（二次微分)処理部 54dと、接合部 15の溶融凝固部 27を特定する溶融凝固部特定部 54eと、溶融凝固部 27の大きさ'位置を測定する溶融凝固部 27を特定する溶融凝固部特定部 54eと、溶融凝固部 27の大きさ ·位置を測定する溶融凝固部測定部 54fとを有する。

[0099] 溶融凝固部検出部 54の強度分布作成部 54aは底部検出部 53により生成された底面位置透過平面画像と中心位置 ·接合部測定部 51から取り込んだ接合部 15の中心位置から、接合部 15の中心位置情報を含む底面位置の超音波強度分布画像を作成する。

[0100] 溶融凝固部検出部 54の平滑化処理部 54bは強度分布作成部 54aにより生成された超音波強度分布画像データに含まれるノイズを除去するために超音波強度分布画像データを平滑化処理する。

[0101] 平滑化処理部 54bで平滑化処理された底面部画像化データには接合部 15と接合部 15内部の溶融凝固部 27と溶融凝固部 27内のブローホール等の溶接欠陥部 28 の情報が含まれる。この底面部画像ィ匕データによりこのままでも接合部 15とブローホール部 28の境界は反射強度差力も判別可能だが、接合部 15と溶融凝固部 27は反射強度差が小さく判別不可能である。

[0102] 但し、接合部 15と接合部内部の溶融凝固部 27の境界は、図 8に示すように平滑ィ匕処理部 54bで平滑ィ匕処理された底面位置透過平面画像の反射エコー強度を接合部 15の外側から中心位置方向に見たときの変曲点 Pとして現れる。したがって、平滑ィ匕処理部 54bで平滑化処理された接合部 15の底面位置透過平面画像を一次差分 (微分)処理部 54cで外側から中心位置方向に一次差分 (一次微分)処理し、さらに二次差分 (微分)処理部 54dで同様に二次差分 (微分)処理すると、底面位置透過平面画像の変曲点 Pの画像ィ匕データが得られる。

[0103] 溶融凝固部特定部 54eでは二次差分 (微分)処理部 54dで得られた底面位置透過平面画像の変曲点 Pの画像ィ匕データから、スポット溶接におけるナゲット部と言われるような溶融凝固部 27を特定する。この変曲点 Pの画像ィ匕データは溶融凝固部 27の輪郭を示す連続状の曲線となるはずであるが、現実には不連続な曲線データし力得られなヽ場合もある。不連続な曲線データしカゝ得られなヽ場合には強度分布作成部 54aで中心位置 ·接合部測定部 51から取り込んである接合部 15の中心位置データを用いて不連続な曲線データと中心位置データ力も溶融凝固部 27の輪郭を示す連続状の曲線として演算により求めることができる。

[0104] 溶融凝固部測定部 54fは溶融凝固部特定部 54eで得られた溶融凝固部 27の輪郭データ力も溶融凝固部 27の形状の大きさと位置を画像データとして認識する。溶融凝固部 27の外周部に形成される熱影響層の固相接合部 (ナゲット）は、接合部 15と溶融凝固部 27の解析による演算処理で求めることができる。 [0105] 図 9は 3次元超音波検査装置 10の表示処理装置 18の判定部 37における機能について説明する図である。

[0106] 表示処理装置 18の判定部 37は、判定基準作成部 37aと良否判定部 37bとを有する。

[0107] 判定部 37の判定基準作成部 37aは中心位置'接合部測定部 51で得られた板厚値 tから最低限必要とされる溶融凝固部 27の大きさを演算している。

[0108] 良否判定部 37bは判定基準作成部 37aで演算した最低限必要とされる溶融凝固部 27の大きさと溶融凝固部検出部 54で得られた溶融凝固部 27の大きさを比較することにより良否が判断され、自動的に判定される。

[0109] 次に、 3次元超音波検査装置 10の作用を説明する。

[0110] この 3次元超音波検査装置 10による検査対象物 14の検査領域 (ターゲット領域)である接合部 15の超音波探傷画像を得るために、マトリクスセンサである超音波トランスデューサ 11を作動させる。

[0111] 超音波トランスデューサ 11は、信号発生部 12で発生したパルス状あるいは連続の駆動信号を駆動素子選択部 13により、マトリクス状の各圧電振動子 20に所要のタイミングをとって、 1個ずつあるいは複数個ずつ順次加える。駆動素子選択部 13により作動する圧電振動子 20が選択され、選択された圧電振動子 20mnに駆動信号 (電気信号)が作用すると、圧電振動子 20mnは圧電変換され、所要周波数の超音波が発振せしめられる。

[0112] 選択された圧電振動子 20mnから発振された超音波 Uは、音響伝播媒体 23を通つて検査対象物 14の検査領域 (接合部） 15に所要の拡がりをもって入射される。検査対象物 14の検査領域 15に入射された超音波 Uは、検査対象物 14内部の密度の異なる境界層に順次到達し、面照射される。検査対象物 14の内部に面（2次元）照射された超音波は、境界層で一部が反射し、その反射波は反射エコーとなって音響伝播媒体 23を通ってマトリクスセンサ 11に入射され、マトリクスセンサ 11の各圧電振動子 20に入射される。

[0113] 反射エコーを入射したマトリクスセンサ 11の各圧電振動子 20は、圧電変換素子として作用し、反射エコーの大きさに応じた電気信号を信号検出回路 16に出力する。マトリタスセンサ 11を構成する超音波トランスデューサ 11には、多数の圧電振動子 20 mnが設けられており、各圧電振動子 20mnから発振位置を異にして順次発振された超音波は、検査対象物 14の接合部 (検査領域)で次々と反射し、反射エコーとなつてマトリクスセンサ 11に入射され、このマトリクスセンサ 11の各圧電振動子 20から信号検出回路 16に反射エコーの電気信号となつて次々に送信される。

[0114] 信号検出回路 16に送られた反射エコーの電気信号は、続いて信号処理部 17に入射され、この信号処理部 17で反射エコーの電気信号が信号処理され、検査対象物 1 4の検査領域である接合部 15の並列プロセッサ 33および統合プロセッサである 3次元画像生成部 34により、 3次元画像化データが作成される。

[0115] その際、信号処理部 17には、並列プロセッサ 33が備えられ、信号処理部 17に入力された反射エコーの電気信号を並列プロセッサ 33で並列的に演算処理されているので、演算処理を短時間で迅速に行なうことができる。

[0116] 信号処理部 17で生成された 3次元画像ィ匕データから、 3次元画像生成部 34は、超音波トランスデューサ 11から検査対象物 14を見て正面の方向と、正面と直交する 2 つの側面に対して垂直な方向の計 3方向から 3次元超音波画像ィヒデータを透視すると共に、 3次元超音波画像ィ匕データのうち透視方向に重なった画像ィ匕データのうち最も値の大き、データを平面に投影することで各方向の 3枚の平面画像を生成する

[0117] 正面と直交する 2つの側面の画像ィ匕データには、接合部 15を有する複数の平板状検査対象物 14の厚さ方向の情報が多数含まれており、接合されていない非接合部位では超音波トランスデューサ 11から見て 1枚目の平板状構造物 14aの底面力の反射強度が高いことからこの平板状構造物 14aの底面部位置が確定できる。一方、複数の平板状検査対象物 14が接合されている部位では超音波の透過率が高いこと力も最も反射強度が高い部位として複数の平板状検査対象物 14の底面部 29位置が確定できる。

[0118] 3次元画像化データから非接合部 26の底面、すなわち中間層部のみの正面方向の画像化データを抽出すると、接合部 15と非接合部 26では反射強度が大きく異なることから接合部 15と非接合部 26の境界が接合部輪郭形状として顕著に現れる。この接合部輪郭データから、複数の平板状検査対象物 14の中間層部分における接合部 15の状態、すなわち接合部の大きさと接合部の中心位置が確定できる。また、接合部 15内部の溶融凝固部 27内に生成されるブローホール等の溶接欠陥部 28もこの中間層部の正面方向の画像ィ匕データに現れ、大きさと位置が確定できる。

[0119] 3次元画像化データから複数の平板状検査対象物 14全体の底面 29、すなわち底面部のみの正面方向の画像化データを抽出すると、接合部 15内の接合状態差による反射エコーの強度分布が得られる。

[0120] 接合部 15の接合強度は接合部 15内に存在する溶融凝固部 27の大きさに依存する力単なる接合部 15と接合部 15内に生成される溶融凝固部 27の境界は、平板状検査対象物 14の底面部 29の反射強度分布の変曲点 Pで判定できることが知られている。

[0121] したがって、理論的には平板状検査対象物 14の底面部 29の反射強度分布データを、溶融凝固部 27の外側から中心位置方向に、 2回の差分処理を行なって反射強度の変曲点 Pを算出することにより、接合部 15内の溶融凝固部 27の輪郭データが得られ、溶融凝固部 27の大きさと位置を測定することができる。

[0122] し力しながら、現実には不連続な輪郭データし力、得られない場合もあり、得られた連続部分の量と部位によっては、溶融凝固部 27の大きさを測定することができな、場合がある。

[0123] 但し、接合部 15の中心と溶融凝固部 27の中心は一致していると考えられる。

[0124] この 3次元超音波検査装置 10では、複数の平板状検査対象物 14の中間層部分における接合部 15の大きさから接合部 15の中心位置を測定して、ることから、溶融凝固部 27の輪郭データが部分的に不連続なデータであっても、この中心位置を利用して溶融凝固部 27の不連続な輪郭データから連続する輪郭データを演算し、溶融凝固部 27の大きさを測定することができる。

[0125] 接合部 15の接合強度は接合部 15内に存在する溶融凝固部 27の大きさに依存するので、複数の平板状接合部 15に最低限必要とされる接合強度は、最低限必要とされる溶融凝固部 27の大きさと同意である。

[0126] 一方、複数の平板状接合部 15に最低限必要とされる接合強度、すなわち最低限必要とされる溶融凝固部 27の大きさは、検査対象物 14の板状構造物 14aの板厚値 t 力規定される。

[0127] したがって、検査対象物 14の複数の平板状接合部 15が最低限必要とされる接合強度を満足する力否かの判定は、平板である板状構造物 14aの板厚値 t力も算出される溶融凝固部 27の大きさと検査対象物 14の測定結果として得られた溶融凝固部 27の大きさを比較することで可能となる。

[0128] なお、本発明に係る 3次元超音波検査装置は、上記実施の形態で説明したものに限定されず、種々の変形が考えられる。

[0129] 3次元超音波検査装置の一実施形態では、 3次元画像化装置 10の中に信号処理部 17、表示処理装置 18とを備える構成にしたが、それぞれ独立したコンピュータで実現してもよい。また、信号処理部 17の 3次元画像生成部 34は、表示処理装置 18 の中にシフトさせて備えてもょ、。

[0130] コンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するものであって、ノソコンなどの一つ力もなるコンピュータ装置、複数のコンピュータ装置がネットワーク接続されたコンピュータシステムなどのいずれの構成であってもよい。また、コンピュータとは、パーソナルコンピュータ（パソコン）に限らず、通信機器、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコンなども含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

[0131] また、表示処理装置 18の内部構成は、ソフトウェアで実現できる。ソフトウェアは、フレキシブルディスク等のコンピュータが読み出し可能な記憶媒体に記憶されていてもよぐまた、ソフトウェア（プログラム）単体として LANやインターネット等のネットワーク上を伝送されるものでもよい。この場合、記憶媒体に記憶されたソフトウェア (プロダラム）をコンピュータが読み出したり、 LANやインターネット上のサイト（サーバ）からコンピュータがダウンロードしてハードディスクにインストールすることにより、コンピュータにおける処理が可能になる。

[0132] つまり、本発明におけるソフトウェア (プログラム）は、コンピュータと独立した記憶媒体に記憶されてヽるものだけに限らず、 LANやインターネット等の伝送媒体を介して流通されるものも含まれる。 [0133] なお、プログラムは、メモリ、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク（CD -ROM, CD-R, DVD等）、光磁気ディスク (MO等）、半導体メモリ等の記憶媒体に、コンピュータが読取り可能に記憶されているものであれば、その言語形式、記憶形式は、ずれの形態であってもよ、。

[0134] また、記憶媒体力もコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動して、る OS (オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等の MW (ミドルウェア)等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよ、。

[0135] さらに、記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、 LANやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。また、記憶媒体は一つに限らず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は!、ずれの構成であってもよい。

[0136] この 3次元超音波検査装置 10によれば、超音波による内部検査の精度を向上し、検査の自動判定を可能とする 3次元超音波検査装置を提供できる。

[0137] 一方、本発明は、先に述べたように、上述のような構成、作用を有する第 1図に示される 3次元超音波検査装置に係る超音波検査用センサ装置を提供する。以下にその実施例を図 10 図 14を参照して説明する。尚、以下の記載において、 3次元超音波検査装置の他の部材、要素に関しては、図 1 図 9と共通する符号を用いて説明する。

[0138] まず、上記の 3次元超音波検査装置 10に用いられる超音波検査用センサ装置の第 1実施例を図 10を参照して説明する。

[0139] この第 1実施例における超音波検査用センサ装置 100は、超音波を送受信する多数の圧電素子 20を整列配置させた超音波センサ 11と、この超音波センサ 11のセンサ面である超音波発受信面側に設けられた液媒体保持用シユー手段 21とを備える。超音波センサ 11は、上記図 1 図 9にかかる実施例の超音波トランスジユーサを構成するものであり、超音波センサ 11は多数の圧電素子 20を m行 n列に配設したマトリタスセンサであっても、複数の圧電素子 20を一列にあるいは十字形に列状に配設したアレイセンサでもよい。

[0140] 超音波センサ 11は外観が円柱状あるいは円筒状に構成され、この超音波センサ 1 1に液媒体保持用シユー手段 21を構成する筒状のアタッチメント 140が着脱可能にねじ結合されて一体ィ匕され Oリング等の液密手段 141により液密に保持される。図 10 ではアタッチメント 140を超音波センサ 11に外嵌させた例を示した力アタッチメント 140を超音波センサ 11に内側から嵌合させる構成としてもよ!、。

[0141] 筒状のアタッチメント 140の先端側には保持キャップ 143がねじ結合により着脱自在に設けられ、この保持キャップ 143によりアタッチメント 140の先端開口を覆う薄膜 144が液密に保持される。保持キャップ 143には、薄膜 144を露出させる開口部 145 がキャップ頂部に形成されており、薄膜 144はアタッチメント 140と保持キャップ 143 に挟まれて固定保持される。保持キャップ 143を締付けることにより、薄膜 144も締付けられ、保持キャップ 143の締付操作により、薄膜 144もアタッチメント 140に共締めされる。

[0142] 薄膜 144をアタッチメント 140に液密に装着するために、アタッチメント 140と保持キヤップ 143の間に Oリング等の液密手段 145が介在される。液密手段 145の取付位置は種々の変形例が考えられる。薄膜 144を装着したアタッチメント 140内に超音波伝播液媒質として水 147が充填され、満たされて液媒体保持用シユー手段 21が構成される。

[0143] このシユー手段 21の薄膜 144は、ゴム材料あるいは榭脂材料でソフト媒質として製造され、薄膜 144内を伝播する超音波波長えの 1Z4以下の膜厚、例えば数; z π！〜数 10 /z m程度、に形成される。薄膜 144の膜厚を 1Z4波長え以下で、例えば数 10 m以下とすることにより、薄膜 144を透過する超音波の波形変形や散乱、多重反射による検出性能の劣化を防ぐことができる。

[0144] そして、アタッチメント 140の一側に超音波センサ 11が、その他側に薄膜 144を液密にそれぞれ設け、アタッチメント 40内を水で満たすことにより、超音波検査用センサ装置 100が構成される。

[0145] 超音波検査用センサ装置 100は、超音波センサ 11にアタッチメント 140をねじ結合で取付け、このアタッチメント 140に薄膜 144を押えて保持する保持キャップ 143を設けることにより構成され、アタッチメント 140内に水 147を満たす前には、超音波センサ 11の超音波発受信面と薄膜 144とは平行に保たれる。

[0146] 超音波検査用センサ装置 100の組付け手順は、アタッチメント 140を超音波センサ 11に軽くねじ込み、超音波センサ 11を下向きにしてアタッチメント 140内を水 147で満たす。

[0147] 次に、薄膜 144をアタッチメント 140の先端開口を覆うように被せ、アタッチメント 10 に載せた上力も保持キャップ 143を被せてアタッチメント 140にねじ込み固定させる。保持キャップ 143のねじ込みにより、薄膜 144は保持キャップ 143とアタッチメント 14 0との間に液密に挟持され、共締めされる。

[0148] 最後に、保持キャップ 143で薄膜 144を挟持させた状態で、アタッチメント 140を超音波センサ 11にねじ込む。このアタッチメント 140のねじ込みにより、アタッチメント 14 0内の水圧が上昇し、薄膜 144が保持キャップ 143の開口部 145から膨出するように膨らむ。

[0149] 薄膜 144の膨出作用により、検査対象物 14の表面形状が完全な平面状でなぐ凹凸面等の曲面が存在しても、薄膜 144が検査対象物 14の表面形状に倣うため、検查対象物 14の表面に薄膜 144が効率よく有効的に密着せしめられる。

[0150] このため、超音波検査用センサ装置 100では、超音波センサ 11と薄膜 144の間に水 147を満たすことにより、従来のシユー材ゃカップラントが不要となる。検査対象物 14の検査領域 (超音波入射部分)の表面が完全な平面でない場合でも、超音波による画像処理が可能となる。

[0151] なお、検査対象物 14の検査領域表面に凹凸が存在する場合には、検査対象物 14 とシユー手段 21の薄膜 144との間に、揮発性の低いゲル状のカップラントを塗布してちょい。

[0152] 符号 148は超音波センサ 11に接続された電気ケーブルある、は信号ケーブルであり、超音波センサ 11の各圧電素子 20に駆動信号を送信したり、超音波センサ 11 で受信した反射エコーの電気信号を信号検出回路に送るようになつている。

[0153] 図 11は、 3次元超音波検査装置に備えられる超音波検査用センサ装置の第 2実施形態を示すものである。 [0154] 図 11に示された超音波検査用センサ装置 100Aを説明するに当り、第 1実施例の超音波検査用センサ装置 100と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する

[0155] 第 2実施例に示された超音波検査用センサ装置 100Aは、多数の圧電素子 20をマトリタス状あるいはアレイ状に整列配置させた超音波センサ 11と、この超音波センサ 1 1の超音波発受信面側に密着された柔軟シユー手段 150と、超音波センサ 11を検査対象物 14に進退自在に微調整する昇降手段としてのセンサ位置調節手段 151とを有する。

[0156] 超音波センサ 11は、図 10に示された超音波トランスジユーサと同様、マトリクスセンサあるいはアレイセンサで構成される。

[0157] 超音波センサ 11の超音波発受信面に設けられる柔軟シユー手段 150は、軟質性シユー材 152で構成される。軟質性シユー材 152の表面には、超音波センサ 11と検查対象物 14のそれぞれの間に揮発性の低いゲル状のカップラントが塗布される。

[0158] 軟質性シユー材 151は、シリコンゴムやポリスチレン等の軟質榭脂材料で形成される。柔軟シユー材 150を軟質性シユー部材 152で構成すると、軟質性シユー部材 15 2をボルト等で直接固定させることができる。この超音波検査用センサ装置 100Aでは、柔軟シユー手段 150を保持治具であるセンサ位置調節手段 151に内包させることで、柔軟シユー手段 150をシユー形状を一定に保った不動の状態に保持することができる。

[0159] また、超音波センサ 11を検査対象物 14に進退させるセンサ位置調節手段 151は、超音波センサ 11を外側力も保持するフレーム状の保持枠 153とこの保持枠 153の四隅部付近にボス部 154を介してねじ結合された支持調節ボルトとしての脚ボルト 155 とを有する。脚ボルト 155は、保持枠 153に 3本以上、例えば 4本設けられる。

[0160] そして、脚ボルト 155を検査対象物 14に押圧しながらボルトヘッド 156をボルト軸線廻りに回動操作させることで、保持枠 153を検査対象物 14に微調節可能に進退 (昇降）させ、その進退状態に保持させることができる。脚ボルト 155はボルトヘッド 156を図示しな!、駆動モータに連結させ、各駆動モータのモータ駆動を図示しな、コント口ーラで個別あるいは全体的に駆動制御することにより、自動操作させることができる。 [0161] この超音波検査用センサ装置 100Aはセンサ位置調節手段 151の脚ボルト 155を検査対象物 14に押し付けながらボルト軸線廻りに回動させることで、超音波センサ 1 1と検査対象物 14との平行度や距離 (間隔)を微調整でき、検査対象物 14や超音波センサ 11と柔軟性シユー部材 152との密着性、密着面積を調整することができる。

[0162] 軟質性シユー手段 150は、シリコンゴム等の材質の軟質性シユー部材 152に代えてゴムゃ榭脂からなる薄膜間に水等の液媒質を充填させた柔軟シュ一部材としてもよい。

[0163] 軟質性シユー部材 152は、センサ位置調節手段 151の 3本以上、例えば 4本の脚ボルト 155と超音波センサ 11と検査対象物 14との間に挟まれるために固定され、外力が作用しない限り不動状態に安定的に保持される。このため、超音波センサ 11と検査対象物 14との位置関係は一定となる。

[0164] 図 11に示された超音波検査用センサ装置 100Aは、超音波センサ 11の超音波発受信面側に柔軟シユー手段 150として軟質性シユー部材 152を用、たため、検査対象物 14の表面が平面でなぐ曲面の場合でも、軟質性シユー部材 152を検査対象物 14に安定的に密着させることができ、間に空気層を作ることがなぐ超音波 Uを検查対象物 14に安定的かつスムーズに入射させることができる。

[0165] 図 12は、超音波検査用センサ装置の第 3実施例を示すものである。

[0166] 第 1実施例および第 2実施例で説明した超音波検査用センサ装置と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。

[0167] 第 3実施例に示された超音波検査用センサ装置 100Bは、多数の圧電素子 20をマトリタス状あるいはアレイ状に整列配置させた超音波センサ 11と、この超音波センサ 1 1のセンサ面である超音波発受信面に、音響伝播媒体である水を蓄積可能に保持する媒体蓄積 (液媒体保持)用シユー手段 160と、超音波センサ 11の周囲に配置され、媒体蓄積用シユー手段 160に超音波伝播液媒体としての水を供給可能な貯溜槽である水槽 161を備えたセンサホルダ 162とを有する。

[0168] 媒体蓄積用シユー手段 160は、超音波センサ 11のセンサ面 (超音波発受信面)側に設けられるスポンジ状あるいはポーラス状の柔軟なシユー部材 163を有し、このシユー部材 163は、超音波センサ 11と検査対象物 14との間で充分な量の水 (超音波伝播液媒体)を蓄えられることが可能な大きさの蓄積スペースを有する。

[0169] このため、超音波センサ 11にシユー部材 163を取付けた際には、シユー部材 163 は水槽 161との連結部である支持部より検査対象物 14側に大きく膨出している。

[0170] また、シユー部材 163は、トーラス状あるいはスリーブ状の水槽 161に包まれるように支持される。貯溜槽である水槽 161にはタンク内の空気を抜くエアー抜き弁 164がタンク頂部に設けられる。水槽 161はそのスリーブ状あるいはスカート状のタンクガイド 165がスポンジ状あるいはポーラス状の柔軟なシュ一部材 163の周側面を覆っている。水槽 161は超音波センサ 11と一体的に構成され、柔軟なシユー部材 163に含まれる水の過不足を調節し、常に水を充満させている。

[0171] 柔軟なシユー部材 163に水を常時充満させることで超音波 Uの良好な伝播を維持することができる。

[0172] さらに、柔軟なスポンジ状あるいはポーラス状のシユー部材 161は、検査対象物 14 の表面の曲面形状にも密着させることができ、柔軟なシユー部材 161に供給された水力検査対象物 14と柔軟なシユー部材 61の間に満たされることにより、検査対象物 14の内部への超音波の透過と、検査対象物 14の内部欠陥等の境界層から反射された超音波の反射エコーの透過を効率よく行なうことが可能となる。

[0173] このため、超音波センサ 11のセンサ面である超音波発受信面は、柔軟なシュ一部材 162と直接接するように、水槽 161がシユー部材 162頂部に連通している。水槽 1 61を保持するセンサホルダ 162の検査対象物 14への取付部（設置部） 166も、柔軟なシユー部材 163と検査対象物 14が直接接するように形成される。

[0174] センサホルダ 162の取付部 166は、超音波センサ 11の超音波発受信面と平行に形成され、かつ超音波センサ 11の超音波発受信面と検査対象物 11の検査表面も平行になるように構成される。

[0175] 次に、超音波検査用センサ装置 100Bの組立手順および作用を説明する。

[0176] 超音波検査用センサ装置 100Bは、超音波センサ 11に柔軟なシユー部材 163を取付け、このシユー部材 163を検査対象物 14に当接させる前に、シユー部材 163に水を充分に含ませておく。

[0177] 超音波センサ 11を検査対象物 14上に設置すると、柔軟なシユー部材 163が検査対象物 14の表面形状になじみ、検査対象物 14と超音波センサ 11の間を水で満たされたシユー部材 163が押圧変形された分だけ、シユー部材 163内の水が水槽 161側に流れ込む。

[0178] また、水槽 161は柔軟なシユー部材 163から上方に向力流路構造に形成されるため、超音波センサ 11と検査対象物 14との間でシュ一部材 163内に発生した気泡は水槽 161の方へ案内される。

[0179] 超音波センサ 11を検査対象物 14に当てたとき、水槽 163内に流入した水と気泡のため、水槽 163内の圧力が増加する力この圧力増加は、エアー抜き弁 164を開放させることで抑制することができる。エアー抜き弁 164は、水槽 161内が大気圧と等しくなつたところで閉じられる。

[0180] この超音波検査用センサ装置 100Bは、超音波センサ 11と検査対象物 14との間に、水で満たされた柔軟なシユー部材 163を設け、柔軟なシユー部材 163に保持された水が満たされた状態で超音波検査作用が行なわれ、超音波による検査対象物 14 の内部検査が行なわれ、この内部検査には超音波センサ 11から超音波を発振させて画像処理が行なわれる。

[0181] 超音波検査用センサ装置 100Bの作動により、検査対象物 14の検査領域の内部構造の超音波検査作用が終了すると、超音波センサ 11は次の検査領域に移動せしめられる。この超音波センサ 11を移動させる際は、超音波センサ 11を検査対象物 1 4から離し、次の検査対象箇所に移動させた後、超音波検査用センサ装置 100Bを押し付けることで連続した画像処理を行なうことができる。この超音波検査用センサ装置 100Bでは、水を満たした柔軟なシユー部材を設けたので、カップラントを塗布する必要がなぐカップラントは不要である。

[0182] この超音波検査用センサ装置 100Bは、超音波センサ 11の超音波発受信面側に取付けられた柔軟なスポンジ状シユー部材 152を用いることにより、複数の検査対象箇所の画像処理を行なう場合でも、超音波センサ 11のシユー部材 163を検査対象物 14に押し当てるだけで、連続的に超音波検査作用を行なうことができ、連続した超音波画像処理が可能となる。

[0183] 図 13は、超音波検査用センサ装置の第 4実施例を簡素化して説明する構成図である。

[0184] この実施例に示された超音波検査用センサ装置 100Cは、多数の圧電素子 20をマトリタス状あるいはアレイ状に整列配置させた超音波センサ 11と、この超音波センサ 1 1のセンサ面である超音波発受信面側に設けられた水槽型シユー手段 170とを有する。超音波センサ 11は第 1実施例乃至第 4実施例に用いられる超音波センサと異ならない。

[0185] 水槽型シユー手段 170は、超音波センサ 11の外周面に液密に取付けられるスカート状あるいはスリーブ状のタンク 171を備え、このタンク 171が検査対象物 14の測定領域に液密に装着される。タンク 171が検査対象物 14上に液密に装着された状態でタンク 171内部に音響伝播液媒体としての水 172が充填されて水槽が構成される

[0186] タンク 171を検査対象物 14に液密に装着するため、タンク 171の設置面に Oリング等の液密手段 173が設けられる。液密手段 173に代えてタンク 171の設置面に吸盤を設け、この吸盤によりタンク液密構造を構成してもよい。また、タンク 171を超音波センサ 11に液密に取付けるために Oリング等の液密手段 173を同様に設けてもょヽ

[0187] 水槽シユー手段 170のタンク 171はタンク側面に給水口 174と排水口 175が設けられ、循環型液媒体 (水)供給手段 176が設けられる。循環型水供給手段 176は排出口 175から流入口 174に至る閉じた液媒体（水）ループ 177を有し、この水ループ 17 7の途中に制御装置 178にて作動制御されて!、るポンプ 179が設けられる。尚図中符号 180はポンプ 179吸込側の液媒体供給管 (給水管）に設けられた供給弁であり、符号 181はポンプ吸込側の水ループ 177から分岐されたドレン配管に設けられたドレン弁である。

[0188] また、水槽シユー手段 170のタンク頂部には超音波センサ 11の超音波発受信面がタンク内に突出するように設けられており、この超音波発受信面より上方に形成されたエアー抜きポート 183にエアー抜き配管 184が接続され、このエアー抜き配管 184 にエアー抜き弁 185が設けられる。

[0189] この超音波検査用センサ装置 100Cにおいては、超音波センサ 11の超音波発受信面とタンク 171の検査対象物 14への取付部 (設置部）が平行に形成される。これにより、超音波センサ 11の前面 (超音波発受信面）と検査対象物 14との距離および平行度を維持することができる。

[0190] また、タンク 171は全部が開放されており、超音波センサ 11を取付けたタンク 171を検査対象物 14上に設置したとき、タンク 171内の水 172が検査対象物 14や超音波センサ 11の超音波発受信面と直接接触しており、タンク 71内の水 172は、液密手段 173, 173により水槽に水が満たされた場合にも、水槽より漏出しないようになっている。

[0191] この超音波検査用センサ装置 100Cにおいては、超音波センサ 11に水槽を構成するタンク 171が取付けられており、タンク 171と一体となった超音波センサ 11を検查対象物 14に押し付けることにより、水槽が構成され、タンク 171内に水が送り込まれても、水漏れを防いでいる。

[0192] 水槽を構成するタンク付きの超音波センサ 11を検査対象物 14の検査領域に設置して上力も押さえつけ、タンク 171のエアー抜き弁 185を開放させる。この弁開放状態でドレンノレブ 181を閉じ、ポンプ給水弁 180を開放させて水ループ 177を流れる水を注入する。ポンプ給水ロカも水ループ 177に案内される水を注入しながら、制御装置 178によりポンプ 179の運転を制御する。

[0193] ポンプ 179を運転させ、超音波センサ 11の超音波発受信部と検査対象物 14の間が水 172で満たされ、かつタンク 171内の水 177から気泡が無くなつたことを確認してエアー抜き弁 184を閉じ、ポンプ 179の作動を停止させる。

[0194] タンク 171と検査対象物 14の表面とにより構成される水槽内が水で満たされてから、超音波検査用センサ装置 100Cを起動させる。超音波検査用センサ装置 100Cの作動により、超音波センサ 11の各圧電素子 20から超音波を発受信させ、検査対象物 14の内部構造を超音波で検査し、画像処理が行なわれる。

[0195] その際、超音波センサ 11の超音波発受信部とタンク 171の検査対象物 14の取付部が平行に構成されるため、従来のブロック状平行平面のシユー部材を用いた時と同様に、超音波は検査対象物 14に垂直に入射せしめられる。

[0196] 超音波センサ 11からの超音波を検査対象物 14に入射させ、その反射エコーを超音波センサ 11で受信して反射エコーの電気信号を処理する超音波検査による画像処理が終了したら、水ループ 177のドレンバルブ 181と水槽のエアー抜き弁 185を開放し、ポンプ 179を作動させ、水槽や水ループ 177内の水を抜く水の抜出処理を行なう。

[0197] 水抜出処理が終了したら、次の検査対象箇所に移動し、ここで超音波検査による超音波画像を得るようにして、る。

[0198] この超音波検査用センサ装置 100Cによれば、超音波センサ 11に取付けられた水槽にポンプ 179内作動により、水を満たすことにより、従来のブロック状シユー部材ぉよびカップラントが不要となる。水槽を構成するタンク 171は検査対象物側に開口しているので、水槽に水 172を満たせば、超音波伝播特性の良い水 172は、検査対象物 14の検査領域の表面と直接接触するため、検査対象物 14の表面が完全な平面でない場合にも、カップラントを用いることなぐ超音波による画像処理が可能となる。

[0199] 図 14は、超音波検査用センサ装置の第 5実施例を示す簡略的な構成図である。

[0200] 第 5実施例に示された超音波検査用センサ装置 100Dは、多数の圧電素子 20をマトリタス状ある、はアレイ状に整列配置された超音波センサ 11と、この超音波センサ 1 1の超音波発受信面側に密着されるブロック状のシユー部材 190で形成されたシュ一手段 191と、このシユー手段 191を超音波センサ 11の超音波発受信面側に着脱自在に取付けるワンタッチ式の取付手段 192とを有する。シユー手段 191のシユー部材 190は、強化ポリスチレン、エポキシ榭脂、セラミック等の音響伝播特性の優れた材料で、超音波発受信面とその反対側の面が平行となる平行平面形状に形成される

[0201] ワンタッチ式の取付手段 192はシユー部材 191の対向する両側壁に外側力も取付けられる取付具 194と、この取付具 194に回動自在に支持されたロック部材 195と、このロック部材 195の自由端側に設けられた係合フック 196を超音波センサ 11の係合孔 197側にばね付勢するスプリング手段 198とを有する。ロック部材 195の係合フック 196を係合孔 197に係合させることにより、ロック部材 195は固定され、シュ一部材 191は超音波センサ 11の超音波発受信面に接触するように、ワンタッチで取付け固定される。超音波センサ 11に形成される係合孔 197に代えて係合フック 196と係合可能な固定具を超音波センサ 11に取付けてもょ、。

[0202] この超音波検査用センサ装置 100Dは、ブロック状で平行平面を有するシュ一部材

190を超音波センサ 11にワンタッチ式取付手段 192で着脱自在に取付けることにより、ワンタッチ式取付手段 192により、シユー手段 191であるシュ一部材 190を簡単にワンタッチで着脱させることができる。

[0203] この超音波検査用センサ装置 100Dによれば、シユー手段 191をワンタッチで取外しすることができ、シユー部材 190と超音波センサ 11のセンサ面や検査対象物の表面に、仮に万一気泡が入っても、シユー手段 191を超音波センサ 11から取り外し、シユー手段 191のシユー部材 190表面に揮発性の低いダル状カップラントを塗布することで、気泡が入らな、ょヽに調整することが容易にできる。

[0204] 尚、図 10 図 14に記載の超音波検査用センサ装置は、図 1 図 9に記載の構成による 3次元超音波検査装置に限ることなぐ他の構成の 3次元超音波検査装置にも適応することちできる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の圧電振動子をマトリクス状あるいはアレイ状に配設した超音波センサとしてのトランスデューサを含む超音波検査用センサ装置と、

この信号処理部で生成された 3次元画像ィ匕データの強度分布力溶融凝固部の大きさ、位置および接合部の溶接欠陥の位置 ·大きさを検出する一方、その検出結果および信号処理部からの 3次元画像データを表示する表示処理装置とを備えたことを特徴とする 3次元超音波検査装置。

[2] 前記表示処理装置は、前記信号処理部で生成された検査対象物の接合部底面の 3 次元画像ィ匕データの強度分布力溶融凝固部の大きさを検出する底面部データ処理部と、

前記底面部データ処理部、中間部データ処理部および判定部から得られた結果および前記信号処理部で生成された 3次元画像化データを表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の 3次元超音波検査装置。

[3] 前記表示処理装置の中間部データ処理部は、前記信号処理部から生成された 3次元画像化データから検査対象物の接合部の中間部の 3次元画像化データを抽出し中間接合面の透過平面画像を生成すると共に板厚を測定する中間検出部と、この中間検出部から取り込んだ透過平面画像から中間接合部の中心位置と接合部の大きさと位置、およびブローホール等の溶接欠陥の大きさと位置を測定する中心位置'接合部測定部とを備えたことを特徴とする請求項 2に記載の 3次元超音波検查装置。

[4] 前記表示処理装置の底面部データ処理部は、前記信号処理部から生成された 3次元画像化データから検査対象物の接合部底面の 3次元画像化データを抽出し接合部底面の透過平面画像を生成する底面検出部と、

この底面検出部から取り込んだ透過平面画像と前記中心位置'接合部測定部から取り込んだ中間接合部の中心位置とから溶融凝固部の大きさと位置を測定する溶融凝固部検出部と、を備えたことを特徴とする請求項 2に記載の 3次元超音波検査装置。

[5] 前記表示処理装置は、中間部データ処理部の中間検出部から取り込んだ検査対象物の板厚力求めた判定基準と前記底面データ処理部の溶融凝固部検出部から取り込んだ溶融凝固部の大きさと位置とを比較して良否判定を行う判定部と、

前記底面データ処理部の中心位置 ·接合部判定部から取り込んだ接合部の状態と

、前記判定部から取り込んだ溶融凝固部の状態とを比較した判定結果と前記信号処理部で生成された 3次元画像化データを表示する表示部と、

を備えたことを特徴とする請求項 2に記載の 3次元超音波検査装置。

[6] 前記表示処理装置は、中間部データ処理部に中間検出部を備え、前記信号処理部により生成された 3次元画像ィ匕データカゝら検査対象の表面位置と接合部位置を検出する表面'中間位置検出部と、

前記表面 ·中間位置検出部力取り込んだ中間位置データと前記信号処理部から生成された 3次元画像ィ匕データから中間位置の透過平面画像を生成する中間位置平面画像生成部と、

を有することを特徴とする請求項 2に記載の 3次元超音波検査装置。

[7] 前記表示処理装置は、中間部データ処理部に中心位置 ·接合部測定部を備え、この中心位置 ·接合部測定部は、前記中間検出部により生成された中間位置透過平面画像カゝら接合部の輪郭を判定する接合部輪郭判定部と、

[8] 前記表示処理装置は、底面部データ処理部に底面検出部を備え、

[9] 前記表示処理装置は、底面部データ処理部に溶融凝固部検出部を備え、

この溶融凝固部検出部は、底面部データ処理部の底部検出部により生成された底面位置透過平面画像と前記中間部データ処理部の中心位置 ·接合部測定部から取り込んだ接合部の中心位置カゝら超音波強度分布画像を作成する強度分布作成部と強度分布作成部により生成された超音波強度分布画像を平滑化処理する平滑ィ匕処理部と、

前記一次差分処理部で一次差分処理された底面位置透過平面画像を溶融凝固部の外側から中心位置方向に二次差分処理する二次差分処理部と、二次差分処理された底面位置透過平面画像の変曲点データ力接合部の溶融凝固部を特定する溶融凝固部特定部と、

[10] 前記表示処理装置は、接合部の接合状態の良否を判定する判定部を備え、この判定部は、前記中間部データ処理部の中心位置，接合部測定部により測定された板厚値 t力必要とされる溶融凝固部の大きさを演算する判定基準作成部と、

この判定基準作成部により生成された必要とされる溶融凝固部の大きさと前記底面部データ処理部の溶融凝固部検出部により測定された溶融凝固部の大きさとを比較，判定する良否判定部と、

[11] 上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シユー手段とを備え、上記シユー手段は、超音波センサにねじ結合により着脱自在に設けられる筒状のアタッチメントと、

このアタッチメントの先端開口を覆う薄膜を、上記アタッチメントに共締めさせる保持キャップと、

前記薄膜は保持キャップの開口部より膨出可能で柔軟性を有する構成としたことを特徴とする請求項 1に記載の 3次元超音波検査装置。

[12] 前記音響伝播液媒体は水であり、前記薄膜は、薄膜内を伝播する超音波の波長 λ の 1Z4以下の膜厚に形成されたことを特徴とする請求項 11に記載の 3次元超音波検査装置。

[13] 上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた柔軟シユー手段と、この柔軟シユー手段を内包し、上記超音波センサを検査対象物から進退移動自在に保持するセンサ位置調節手段とを備えたことを特徴とする請求項に 1記載の 3次元超音波検査装置。

[14] 前記柔軟シユー手段は、超音波伝播特性に優れたシリコンゴム等の軟質性シユー部材を有する一方、

上記支持調節ボルトをボルト軸線廻りに回動させることで超音波センサの位置調節を自在としたことを特徴とする請求項 13に記載の 3次元超音波検査装置。

[15] 上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シユー手段と、上記シユー手段に超音波伝播液媒体を供給可能な媒体貯溜槽を備えたセンサホルダとを備えたことを特徴とする請求項 1に記載の 3次元超音波検査装置。

[16] 前記液媒体保持用シユー手段は、スポンジ状あるいはポーラス状の柔軟なシュ一部材と、

このシュ一部材に液媒体貯溜槽から自然落下により注入されて蓄積保持される超音波伝播液媒体とを有することを特徴とする請求項 15に記載の 3次元超音波検査装置。

[17] 前記貯溜槽には、頂部にエアー抜き弁が設けられる一方、柔軟なシュ一部材の周側面を覆うスリーブ状あるいはスカート状のタンクガイドが備えられた請求項 15に記載の 3次元超音波検査装置。

[18] 上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子が整列されたトランスデューサとしての超音波センサと、

このタンクの底部開口を液密に覆うように設置される検査対象物とにより超音波伝播液媒体の貯溜槽が構成されたことを特徴とする請求項 1に記載の 3次元超音波検查装置。

[19] 前記水槽型シユー手段は、タンク内の超音波伝播液媒体を循環させる循環型液媒体供給手段と、

上記タンク頂部側からエアーを抜出するエアー抜出弁とを備えたことを特徴とする請求項 18に記載の 3次元超音波検査装置。

[20] 上記超音波検査用センサ装置は、超音波を送受信させる複数の圧電素子をマトリクス状あるいはアレイ状に配列されたトランスデューサとしての超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられたシユー手段と、

上記ワンタッチ式取付手段により、前記シユー手段を超音波センサに密着保持させたことを特徴とする請求項 1に記載の 3次元超音波検査装置。

[21] 超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、

この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シユー手段とを備え、上記シユー手段は、超音波センサにねじ結合により着脱自在に設けられる筒状のアタッチメントと、

前記薄膜は保持キャップの開口部より膨出可能で柔軟性を有する構成としたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。

[22] 超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、

この超音波センサのセンサ面側に設けられた柔軟シユー手段と、

この柔軟シユー手段を内包し、上記超音波センサを検査対象物から進退移動自在に保持するセンサ位置調節手段とを備えたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。

[23] 超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、

この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シユー手段と、上記シユー手段に超音波伝播液媒体を供給可能な媒体貯溜槽を備えたセンサホルダとを備えたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。

[24] 超音波を送受信させる複数の圧電素子が整列された超音波センサと、

このタンクの底部開口を液密に覆うように設置される検査対象物とにより超音波伝播液媒体の貯溜槽が構成されたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。

[25] 超音波を送受信させる複数の圧電素子をマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、

上記ワンタッチ式取付手段により、前記シユー手段を超音波センサに密着保持させたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。