WO2023032597A1 - 超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラム - Google Patents

超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラム Download PDF

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WO2023032597A1
WO2023032597A1 PCT/JP2022/030173 JP2022030173W WO2023032597A1 WO 2023032597 A1 WO2023032597 A1 WO 2023032597A1 JP 2022030173 W JP2022030173 W JP 2022030173W WO 2023032597 A1 WO2023032597 A1 WO 2023032597A1
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ultrasonic
reflections
probe
layer
inspection
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PCT/JP2022/030173
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恭平 林
幹康 浦田
裕維 天野
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三菱重工業株式会社
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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G01N29/069—Defect imaging, localisation and sizing using, e.g. time of flight diffraction [TOFD], synthetic aperture focusing technique [SAFT], Amplituden-Laufzeit-Ortskurven [ALOK] technique
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic examination method, an ultrasonic examination apparatus, and a program.
  • a technique related to an inspection method that scans an inspection object with an ultrasonic signal and detects internal defects of the inspection object.
  • a laminate structure in which a plurality of layers are laminated may be targeted.
  • an ultrasonic wave is incident from a probe arranged on one side of a laminate in which a plurality of members are laminated, and a multiple reflected wave is received, and an interlayer is evaluated by evaluating the received multiple reflected wave.
  • a method for inspecting peeling of a laminate for inspecting the presence or absence of peeling is disclosed.
  • defects such as peeling of a target laminate are detected by inspecting a healthy laminate in advance and comparing the inspection result with the inspection result of the target laminate.
  • Patent Document 1 it is possible to detect defects in the inspection object of the laminated structure by performing evaluation based on the inspection results of the sound laminate.
  • the inspection object may differ in thickness and structure from a healthy laminate due to manufacturing errors or the like.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to efficiently and highly accurately inspect an inspection object having a laminated structure.
  • the ultrasonic inspection method of the present disclosure transmits an ultrasonic signal from a probe to an inspection object in which a plurality of layers are laminated, and the inspection object A step of collecting data obtained by scanning the inspection object by receiving an ultrasonic signal reflected from the probe, and for the ultrasonic signal transmitted and received by the probe at the position of the boundary of the layer extracting the detection result of the number of reflections of each of the multiple reflected waves received by reflecting between the layers based on the above; drawing an image based on the results of comparing the detection results of different numbers of reflections; Evaluating defects in the two layers forming the boundary of the inspected object in an image.
  • the ultrasonic inspection apparatus of the present disclosure transmits an ultrasonic signal to an inspection object in which a plurality of layers are laminated, and transmits an ultrasonic signal reflected from the inspection object.
  • a probe that receives a sound wave signal, and an arithmetic processing unit that collects data obtained by scanning the inspection object with an ultrasonic signal using the probe, and processes and synthesizes the data of the collected ultrasonic signal.
  • the arithmetic processing unit reflects between the layers based on the position of the boundary between the layers for the ultrasonic signal transmitted and received by the probe, and the number of times of reflection of each of the received multiple reflected waves are extracted, an image is drawn based on the result of comparing the detection results of different number of reflections, and defects in the two layers forming the boundary of the inspection object are evaluated in the image.
  • the program of the present disclosure transmits an ultrasonic signal from a probe to an inspection object in which a plurality of layers are laminated, and is reflected from the inspection object.
  • the present disclosure has the effect of being able to efficiently and highly accurately inspect an object to be inspected having a laminated structure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic inspection apparatus according to the embodiment;
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the probe.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the processing procedure of the ultrasonic inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of the processing of the data acquisition step of the ultrasonic examination method.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of the processing of the data collection step of the ultrasonic examination method.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining signals received by the probe.
  • FIG. 8 is a graph showing the strength of the signal received at the healthy position of the test object.
  • FIG. 8 is a graph showing the strength of the signal received at the healthy position of the test object.
  • FIG. 9 is a graph showing the strength of the signal received at a defective position of the inspection object.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of an image to be created.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an enlarged part of the image in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of an image to be created.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic inspection apparatus according to the embodiment;
  • the inspection object 8 is a laminated structure.
  • the inspection object 8 includes a first layer 50 , a second layer 52 and an adhesive layer 54 .
  • the first layer 50 is a member arranged on the surface of the inspection object 8 .
  • the second layer 52 is a member laminated on the first layer 50 .
  • the first layer 50 and the second layer 52 can be made of various materials that transmit ultrasonic waves.
  • the first layer 50 and the second layer 52 can be made of metal, ceramics, or the like.
  • the first layer 50 and the second layer 52 of this embodiment are members having a constant thickness. Note that the first layer 50 and the second layer 52 may have a structure in which the thickness changes depending on the position.
  • Adhesive layer 54 is disposed between first layer 50 and second layer 52 and bonds first layer 50 and second layer 52 .
  • the ultrasonic inspection device 10 of this embodiment detects the position and size of the defect 56 of the inspection object 8 .
  • Defects 56 are areas of poor adhesion in adhesive layer 54 .
  • the defect 56 is a region in which air is interposed or a region in which materials other than the adhesive layer 54 are mixed.
  • the inspection object 8 of the present embodiment has a structure including a first layer 50, a second layer 52, and an adhesive layer 54, and is described as a case of detecting a defect 56 in the adhesive layer 54, but is limited to this. not.
  • Another layer may be arranged on the side of the second layer 52 opposite to the first layer 50 of the inspection object 8 .
  • the inspection target position may be the boundary between the second layer 52 and another layer.
  • the layers are bonded by the adhesive layer 54 in this embodiment, the first layer 50 and the second layer 52 may be directly bonded.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 is an inspection apparatus (flaw detection apparatus) for detecting (detecting) internal defects in an inspection object.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 detects defects between the first layer 50 and the second layer 52 of the inspection object 8 , more specifically, defects in the adhesive layer 54 .
  • An ultrasonic inspection apparatus 100 according to this embodiment includes a flaw detector 10, a calculation unit 20, and an operation/display unit 30, as shown in FIG.
  • the flaw detector 10 has a probe 11 , a pulser (oscillator) 12 , a receiver 13 , a data storage section 14 and a control element switching section 15 .
  • the probe 11 has one probe 110 .
  • a probe 110 is connected to a pulser 12 as a transmitter and a receiver 13 as a receiver.
  • the probe 110 transmits an ultrasonic signal S emitted from the pulser 12 to the inspection target 8 as indicated by the white arrow in FIG.
  • the probe 110 also receives the ultrasonic signal S reflected from the inspection object 8 and sends it to the receiver 13 .
  • the ultrasonic signal S sent to the receiver 13 is stored in the data storage section 14 .
  • the control element switching unit 15 controls the oscillation timing, reception timing, etc. of the pulser 12 and the receiver.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the probe.
  • the probe may comprise multiple probes.
  • the probe 11 a shown in FIG. 3 has a plurality (N pieces) of probes 110 .
  • a plurality of probes 110 shown in FIG. 3 are arranged in a linear array.
  • the i-th (i is an integer from 1 to N) probe 110 is called probe 110i.
  • Each probe 110 is connected to a pulser 12 as a transmitter and a receiver 13 as a receiver.
  • Each probe 110 transmits an ultrasonic signal S emitted from the pulser 12 to the inspection target 8 as indicated by the white arrow in FIG.
  • Each probe 110 also receives an ultrasonic signal S reflected from the inspection object 8 and sends it to the receiver 13 .
  • the ultrasonic signal S sent to the receiver 13 is stored in the data storage section 14 .
  • the control element switching unit 15 may switch the probe 110 to transmit the ultrasonic signal S from the pulser 12 among the plurality of probes 110 in accordance with an instruction from the control unit 21 of the calculation unit 20, which will be described later. .
  • the calculation unit 20 is an arithmetic processing device provided separately from the flaw detector 10 and connected to the flaw detector 10 in this embodiment.
  • the calculation unit 20 is, for example, an externally connected personal computer. Note that the calculator 20 may be provided integrally with the flaw detector 10 .
  • the calculation unit 20 has a control unit 21 , a storage unit 22 , a first arithmetic processing unit 23 and a second arithmetic processing unit 24 .
  • the control unit 21 is an arithmetic processing device including, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 21 is connected to the control element switching unit 15 of the flaw detector 10, the storage unit 22, the second arithmetic processing unit 24, and the inspection condition setting unit 32 of the operation/display unit 30, which will be described later.
  • the control unit 21 loads a program stored in the storage unit 22 into memory and executes instructions included in the program. More specifically, the control unit 21 acquires information on inspection conditions set by the user from the inspection condition setting unit 32 . Based on the acquired inspection condition information, the control unit 21 controls the control element switching unit 15 to sequentially transmit the ultrasonic signal S from the probe 110 of the probe 11 to the inspection object 8, thereby performing inspection. Data acquisition of ultrasonic signals S reflected from the object 8 is performed. After completing the data collection, the control unit 21 instructs the second arithmetic processing unit 24 to perform various processes on the collected data.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the storage unit 22 stores data (programs) required for various processes in the ultrasonic inspection apparatus 100 .
  • the storage unit 22 is, for example, a semiconductor memory device such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, or a storage device such as a hard disk or an optical disk.
  • the storage unit 22 is connected to the data storage unit 14 , first arithmetic processing unit 23 and second arithmetic processing unit 24 of the flaw detector 10 .
  • the storage unit 22 receives and stores the data of the ultrasonic signal S from the data storage unit 14 .
  • the storage unit 22 transmits the stored data of the ultrasonic signal S to the first arithmetic processing unit 23 and the second arithmetic processing unit 24 in response to their requests.
  • the first arithmetic processing unit 23 is an arithmetic processing device configured by, for example, a CPU.
  • the first arithmetic processing section 23 is connected to the storage section 22 , the second arithmetic processing section 24 , the calculation condition setting section 33 of the operation/display section 30 , and the calculation result display section 31 .
  • the first arithmetic processing unit 23 loads a program stored in the storage unit 22 into memory and executes instructions included in the program.
  • the first arithmetic processing unit 23 acquires information on calculation conditions set based on the inspection conditions from the calculation condition setting unit 33 .
  • the first arithmetic processing unit 23 transmits the acquired calculation conditions to the second arithmetic processing unit 24 .
  • the first arithmetic processing unit 23 transmits the result calculated by the second arithmetic processing unit 24 to the calculation result display unit 31 .
  • the second arithmetic processing unit 24 is an arithmetic processing device configured by a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the second arithmetic processing section 24 is connected to the control section 21 , the storage section 22 and the first arithmetic processing section 23 .
  • the second arithmetic processing unit 24 also performs processing other than image creation processing using a so-called GPGPU. Thereby, the calculation speed can be improved.
  • GPGPU GPU
  • the second arithmetic processing unit 24 receives data of the ultrasonic signal S from the storage unit 22 .
  • the second arithmetic processing unit 24 processes the data of the ultrasonic signal S, that is, the data obtained by scanning the inspection object 8, according to the instruction from the control unit 21 and the information of the calculation condition from the first arithmetic processing unit 23. , create a calculation result that draws the inside of the inspection object 8 .
  • the operation/display unit 30 is a device that has both a display function for displaying test results and an input operation function as a user interface.
  • a touch panel display can be used as the operation/display unit 30 .
  • the operation/display unit 30 is provided separately from the flaw detector 10 and connected to the calculation unit 20 in this embodiment. Note that the operation/display unit 30 may be provided integrally with the flaw detector 10 . Further, the operation/display unit 30 is not limited to a touch panel type display, and may be provided separately with a display function for displaying test results and an operation function as a user interface.
  • the operation/display unit 30 has a calculation result display unit 31, an inspection condition setting unit 32, and a calculation condition setting unit 33, as shown in FIG.
  • the calculation result display section 31 is connected to the first arithmetic processing section 23 of the calculation section 20 .
  • the calculation result display unit 31 displays the calculation result calculated by the second calculation processing unit 24 and received from the first calculation processing unit 23, that is, the drawing result of the inside of the inspection object 8 to the user.
  • the inspection condition setting unit 32 is a user interface for the user to set inspection conditions.
  • the inspection conditions include, for example, information such as probe configuration, detection frequency, probe movement conditions, and position information. Also, the inspection conditions include information such as the layered structure, material, thickness, and layer of the inspection object of the inspection object 8, for example.
  • the calculation condition setting unit 33 sets calculation conditions based on the inspection conditions input by the user, and transmits them to the first arithmetic processing unit 23 of the calculation unit 20 .
  • the calculation conditions are various conditions required when the second arithmetic processing unit 24 performs arithmetic processing according to the information of the inspection conditions.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the processing procedure of the ultrasonic inspection method according to the embodiment.
  • the processing procedure shown in FIG. 4 is performed by executing the program stored in the storage unit 22 by the control unit 21 , the first arithmetic processing unit 23 and the second arithmetic processing unit 24 of the calculation unit 20 .
  • the processing procedure shown in FIG. 4 is executed with the flaw detector 10 positioned at a predetermined position on the inspection object 8 .
  • the calculation unit 20 executes a data collection step (data collection processing) by the control unit 21 as step S12.
  • the data acquisition step is a step of scanning the inspection object 8 with ultrasonic signals.
  • FIG. 5 is a schematic diagram explaining an example of the processing of the data acquisition step of the ultrasonic examination method.
  • the thickness direction (laminating direction) of the inspection object 8 is defined as the Z direction
  • one direction parallel to the surface of the first layer is defined as the X direction
  • the direction perpendicular to the X direction is defined as the Y direction.
  • scanning is performed while moving the probe 11 along the route 120, as shown in FIG. Specifically, while moving in the X direction, an ultrasonic signal is scanned at each position, and after moving a predetermined range, it moves in the Y direction by a certain distance, turns around, moves in the X direction, and moves at each position at each position. Scan the ultrasound signal.
  • the surface of the first layer is scanned with the probe 11 along the XY plane, and the ultrasonic signals reflected at each position are received.
  • the probe 11 is fixed at the measurement position during measurement, and when the measurement at the measurement position is completed, the probe 11 is moved to the next position and fixed for measurement.
  • FIG. 6 is a schematic diagram explaining an example of the processing of the data collection step of the ultrasonic examination method. As shown in FIG. 6, when a plurality of probes 110 are linearly arranged in one direction like the probe 11a, scanning is performed while moving along a route 122 in a direction orthogonal to the arrangement direction.
  • one probe receives ultrasonic waves output from its own pulser by its own pulser.
  • a pulser of another probe may receive the ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave.
  • ultrasonic waves may be oscillated and received while moving the probe. In this case, by correcting the timing and strength of the received signal based on the distance of the probe and the movement of the probe, it is possible to identify the position being inspected.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining signals received by the probe.
  • the ultrasonic signal incident on the inspection object 8 from the probe 11 is reflected at the boundary of the inspection object 8 .
  • the ultrasonic signals are a signal 130 reflected at the boundary between the first layer 50 and the adhesive layer 54 and incident on the probe 11, and a signal 130 reflected at the boundary between the first layer 50 and the adhesive layer 54 and reflected at the first layer 50.
  • the signals 130 and 132 are shown at an angle with respect to the vertical direction so that the number of reciprocations can be understood. reach the probe 11 through the same route.
  • FIG. 7 the signals 130 and 132 are shown at an angle with respect to the vertical direction so that the number of reciprocations can be understood. reach the probe 11 through the same route.
  • the ultrasonic signal incident on the inspection object 8 from the probe is reflected many times at each boundary. Furthermore, the ultrasonic signal incident on the inspection object 8 from the probe has a component reflected at the boundary between the second layer 52 and the adhesive layer 54, a component reflected at the boundary between the second layer 52 and the adhesive layer 54, and then At the boundary between the adhesive layer 54 and the first layer 50 , some components are reflected toward the second layer 52 , that is, reflected within the adhesive layer 54 .
  • the receiver 13 of the probe 11 emits ultrasonic waves from the pulser 12, and the ultrasonic signals with different numbers of reflections and different movement distances in the inspection object 8 are emitted from the pulser 12, and then received by the receiver 13 according to the movement speed and the movement distance. detected every hour.
  • FIG. 8 is a graph showing the strength of the signal received at the healthy position of the test object.
  • FIG. 9 is a graph showing the strength of the signal received at a defective position of the inspection object. 8 and 9, the horizontal axis is time t, and the vertical axis is intensity [dB].
  • the signals received at times t 1a and t 1b are reflected once by the first layer 50 and the adhesive layer 54 and are the intensities of the signals incident on the receiver, and the signals received at times t 2a and t 2b are It is the intensity of the signal reflected eight times at the boundary between the first layer 50 and the adhesive layer 54 and entering the receiver.
  • signals with different numbers of reflections at boundaries are detected as peaks in order.
  • the signal received at time t 2a with no defects and the signal received at time t 2b with defects can clarify the difference in intensity.
  • the second arithmetic processing unit 24 detects each signal of the number of times of reflection based on the detection timing and intensity. The second arithmetic processing unit 24 also associates the detected signal with the position, and detects the reflected signal at each position. Further, the second arithmetic processing unit 24 normalizes the intensity based on the intensity of the signal of the reference number of reflections. 8 and 9, the intensity of the signal reflected once is ⁇ , and the intensity of the signal reflected twice or more is calculated.
  • the calculation unit 20 executes a drawing step using the second arithmetic processing unit 24 as step S16.
  • the second arithmetic processing unit 24 associates the processed signal intensity at each position with the measurement position to create an image showing the received signal intensity at each position of the inspection object.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of an image to be created.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an enlarged part of the image in FIG.
  • the left and right directions are line segments in arbitrary directions on the XY plane of the inspection object 8, and the up and down directions indicate the reception intensity of the signal in each time period.
  • the vertical direction indicates a state in which time elapses toward the bottom from the time when the ultrasonic signal is output from the pulser at the upper end.
  • FIG. 11 is an image 162 obtained by enlarging the area corresponding to the frame 161 of the image 160.
  • FIG. 10 and 11 are images 160 and 162 obtained by extracting the components reflected at the boundary of the inspection object 8, that is, the part at the same position in the Z direction.
  • image 170 area 172 is the intensity of the signal with one reflection at the boundary.
  • Region 174 is the intensity of the signal with two reflections at the boundary.
  • Region 176 is the intensity of the signal with 8 reflections at the boundary.
  • An image 160 shown in FIG. 10 and an image 162 shown in FIG. 11 are images obtained by comparing the intensity of each signal with different numbers of reflections at the same position.
  • a region corresponding to the region 176 in the X direction has a reflection intensity different from that of other portions and is a defective position.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of an image to be created.
  • An image 180 showing the reflection intensity at each position of the region 176 on the XY plane of the object 8 to be inspected is the component reflected eight times at the boundary in this embodiment.
  • An area 182 of the image 180 has a reflection intensity different from that of other parts, and is a defective part.
  • the calculation unit 20 executes an evaluation step using the second arithmetic processing unit 24 as step S18.
  • the second arithmetic processing unit 24 analyzes the created image and calculates the position and size of the defect. For example, when the signal reflected eight times as shown in FIG. Moreover, as shown in FIG. 12, when creating an image 180 on the XY plane, the size of the defect is evaluated based on the area 182 .
  • the ultrasonic inspection method receives multiple reflected ultrasonic signals at each position of the inspection object 8, and compares the detection results of the received multiple reflections with different numbers of reflections.
  • a processed image is created based on the results, and defects are determined based on the created image.
  • the multiple reflection signal has a small number of reflections.
  • the single reflection signal has a small difference in the intensity of the detection signal depending on whether there is a defect or not.
  • the signal of the number of reflections whose intensity variation is small due to the presence or absence of a defect is used as the signal of the reference number of times.
  • the signals detected by the inspection object 8 can be compared in a standardized state, and the information detected from one inspection object 8 can be used to determine whether the area is normal or defective.
  • the boundary of the defect can be evaluated with high accuracy by comparing the data.
  • evaluation can be performed without using samples, structures of various shapes can be evaluated. Also, even if the thickness fluctuates, by reflecting it as a measurement condition, it is possible to reflect the thickness fluctuation in signal processing for evaluation.
  • a signal with eight reflections is used, but the number of reflections is an example.
  • the number of reflections at which the average value of the intensity is a predetermined value, for example, 50% of the intensity of the reference number of reflections may be used as the number of reflections to be evaluated.
  • a method for setting the reference is not particularly limited. As a method of setting the reference, for example, boundary detection conditions for a defect, such as adhesion failure, may be detected by experiment or the like, and the detected value may be used as the reference.
  • the ultrasonic inspection method by specifying the number of reflections to be evaluated and evaluating the signal evaluated according to the same standard, it is possible to determine whether it is defective or sound based on the strength reference value. Further, in the ultrasonic inspection method according to the present embodiment, by specifying the number of reflections of the object to be evaluated, as shown in FIG. can be created. Thereby, the shape of the defect can be detected in an easy-to-understand manner.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 uses a laminate in which flat plates are laminated as an inspection object, the inspection object is not limited to this.
  • the inspection object may have a curved surface or a bent portion.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 stores information on the shape of the object to be inspected and information on lamination of each layer, and processes information on multiple reflections of the detected ultrasonic signals based on this information and information on the inspection position. Defects at each location can be evaluated.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 may have a structure in which the flaw detector 10 having the flaw detector 110 is flexible and deforms along the inspection object.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 may have a medium capable of propagating the ultrasonic signal S between the probe 110 and the inspection object 8 .
  • the medium A that fills between the probe 110 and the inspection object 8 may be any medium as long as it can propagate ultrasonic waves.
  • the medium A for example, ultrasonic transmission gel, water, or the like can be used.
  • an ultrasonic transmission gel is used as the medium A, by pressing a pocket of the ultrasonic transmission gel against the surface of the inspection object 8 with an appropriate force to make the surface of the inspection object 8 have a complicated shape. Even if there is, the ultrasonically transparent gel deforms according to the shape of the surface of the inspection object 8 .
  • the space between the inspection object 8 and the probe 11 can be filled with the medium A without any gap.
  • a single medium A is filled between the probe 110 and the inspection object 8 .
  • the ultrasonic signal S is propagated through the medium A between the probe 11 and the inspection object 8 .
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 separates the reflection paths of the multiple-reflected ultrasonic waves based on the received signal, and compares the intensity of the reflected signal of each path to determine the position of the defect and the state of the defect. may be evaluated. For example, a component that is multiple-reflected between the first layer 50 and the adhesive layer 54, a signal component that returns to the first layer 50 after being multiple-reflected in the adhesive layer 54, and is incident on the probe, Based on the received time, it is possible to identify whether the defect is formed at the boundary between the first layer 50 and the adhesive layer 54 or whether it is formed in the adhesive layer 54. , the second layer 52 and the adhesive layer 54 may be determined.
  • the defect state when evaluating the adhesion state of the boundary, examples of the defect state include complete adhesion failure, one-side adhesion failure, hollow defect, and the like.
  • Complete adhesion failure is a condition where the boundary between two layers, for example, a void that is not filled with adhesive.
  • a one-sided bond failure is a condition in which there is a void between the adhesive and one layer.
  • a hollow defect is a condition in which there is a space inside the adhesive.
  • an ultrasonic signal is transmitted from a probe to an inspection object in which a plurality of layers are laminated, and an ultrasonic signal reflected from the inspection object is received by the probe. and collecting data obtained by scanning the inspection object; and for the ultrasonic signal transmitted and received by the probe, reflecting between layers based on the position of the boundary between the layers, and receiving multiple reflections extracting detection results for each wave reflection number; drawing an image based on the results of comparing the detection results for different reflection numbers; and forming the boundary of the inspection object within the image. and evaluating the two layers for defects.
  • the boundary of the defect can be evaluated with high accuracy by comparing the data.
  • evaluation can be performed without using samples, structures of various shapes can be evaluated. Also, even if the thickness fluctuates, by reflecting it as a measurement condition, it is possible to reflect the thickness fluctuation in signal processing for evaluation.
  • the step of evaluating the defect detects an area of the defect in a plane parallel to the surface of the inspection object. As a result, it is possible to evaluate a boundary defect based on the acquired multiple reflection signal with a simple process.
  • the step of evaluating the defect preferably detects the size of the defect based on the outer edge of the defect. This allows the size as well as the position of the defect to be evaluated.
  • the number of reflections at which the average value of the intensity becomes a predetermined value with respect to the intensity of the reference number of reflections is used as the number of reflections to be evaluated. Thereby, the outline shape of the defect can be evaluated with high accuracy.
  • the defect In the step of evaluating the defect, based on the received signal, the reflection paths of the multiple reflected ultrasonic waves are separated, and the reflection intensity of each path is compared to determine the position of the defect in the two layers, the defect It is preferable to assess the condition. This makes it possible to evaluate what kind of defects are present at what positions in the two layers.
  • the signal value of each scanned position is normalized based on the evaluation of the reference number of reflections, and the reference number of reflections is preferably less than the evaluation number of reflections. .
  • the signals detected by the inspection object 8 can be compared in a normalized state, and the information detected from one inspection object can be used to determine whether the area is normal or defective.
  • the image is a cross-section in a direction perpendicular to the surface of the inspection object, and that the reflection signal with the large number of reflections is displayed vertically downward. This makes it easier for the operator to compare signals from multiple reflections.
  • the image is a plane parallel to the surface of the inspection object, and is an image based on the output of the reflected wave whose number of times of reflection is the number of times of evaluation. This makes it easier to confirm which position on the plane has the defect.
  • the step of drawing the image it is preferable to process information on multiple reflections of the detected ultrasonic signals based on shape information of the inspection object and lamination information of each layer. This makes it possible to detect defects in inspection objects with various surface shapes and internal shapes (shapes with varying thicknesses).
  • the inspection object includes a first layer that is a surface layer in contact with the probe, a second layer that is laminated on the first layer, and an adhesive that bonds the first layer and the second layer. and a layer, wherein a boundary between the layers is preferably a boundary between the first layer and the adhesive layer.
  • a plurality of the probes are arranged in parallel, and the step of collecting the data preferably scans in a direction that intersects the arrangement direction of the plurality of probes. As a result, inspection can be performed efficiently.
  • the ultrasonic inspection apparatus of the present embodiment includes a probe that transmits an ultrasonic signal to an inspection object in which a plurality of layers are stacked and receives an ultrasonic signal reflected from the inspection object, and the probe and an arithmetic processing unit that collects data obtained by scanning the inspection object with an ultrasonic signal using a detector, and processes and synthesizes the collected ultrasonic signal data, wherein the arithmetic processing unit For ultrasonic signals transmitted and received by the probe, based on the position of the boundary between the layers, the detection result of the number of reflections of each of the multiple reflected waves received by reflecting between layers is extracted, and the detection result of the different number of reflections is extracted.
  • an image is drawn in which defects in the two layers forming the boundary of the inspection object are evaluated.
  • the boundary of the defect can be evaluated with high accuracy by comparing the data.
  • evaluation can be performed without using samples, structures of various shapes can be evaluated. Also, even if the thickness fluctuates, by reflecting it as a measurement condition, it is possible to reflect the thickness fluctuation in signal processing for evaluation.
  • the program of the present embodiment transmits an ultrasonic signal from a probe to an object to be inspected in which a plurality of layers are stacked, receives an ultrasonic signal reflected from the object to be inspected by the probe, A step of collecting data by scanning the inspection object, and for the ultrasonic signal transmitted and received by the probe, each of the received multiple reflected waves reflected between layers based on the position of the boundary between the layers drawing an image based on the result of comparing the detection results of different reflection times; and evaluating the layer for defects.
  • the boundary of the defect can be evaluated with high accuracy by comparing the data.
  • evaluation can be performed without using samples, structures of various shapes can be evaluated. Also, even if the thickness fluctuates, by reflecting it as a measurement condition, it is possible to reflect the thickness fluctuation in signal processing for evaluation.

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Abstract

超音波検査方法は、探触子から複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、検査対象物から反射した超音波信号を探触子で受信して、検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、探触子で送受信された超音波信号について、層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出するステップと、異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画するステップと、画像内で、検査対象物の境界を形成する２つの層の欠陥を評価するステップと、を備える。

Description

超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラム
　本開示は、超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラムに関する。
　従来、超音波信号により検査対象物をスキャンし、検査対象物の内部欠陥を探傷する検査手法に関する技術が知られている。検査対象物として、複数の層が積層された積層構造物を対象とする場合がある。例えば、特許文献１には、複数の部材が積層した積層体の一側に配置した探触子から超音波を入射すると共に多重反射波を受信し、受信した多重反射波を評価することにより層間剥離の有無を検査する積層体の剥離検査方法が開示されている。特許文献１では、予め健全な積層体の検査を行い、その結果と対象の積層体の検査の結果とを比較することで、対象の積層体の剥離等の欠陥を検出している。
特許第５６２４２５０号公報
　特許文献１のように、健全な積層体の検査結果に基づいて、評価を行うことで、積層構造の検査対象物の欠陥を検出することができる。しかしながら、検査対象物は、製造誤差等で健全な積層体と厚みや構造が異なる場合がある。また、検査対象物が変わるごとに健全な積層体を用いて基準となる情報を取得する必要があり、検査に手間がかかる。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、積層構造の検査対象物の検査を効率よくかつ高い精度で行うことを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の超音波検査方法は、探触子から複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出するステップと、異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画するステップと、前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価するステップと、を備える。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の超音波検査装置は、複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する探触子と、前記探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集し、収集した超音波信号のデータを処理して合成する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出し、異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画し、前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価する。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のプログラムは、探触子から複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出するステップと、異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画するステップと、前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価するステップと、をコンピュータに実行させる。
　本開示は、積層構造の検査対象物の検査を効率よくかつ高い精度で行うことができるという効果を奏する。
図１は、実施形態にかかる超音波検査装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、実施形態にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図である。 図３は、プローブの他の例を示す模式図である。 図４は、実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。 図５は、超音波検査方法のデータ収集ステップの処理の一例を説明する模式図である。 図６は、超音波検査方法のデータ収集ステップの処理の一例を説明する模式図である。 図７は、プローブが受信する信号を説明するための模式図である。 図８は、検査対象物の健全な位置で受信する信号の強度を示すグラフである。 図９は、検査対象物の欠陥がある位置で受信する信号の強度を示すグラフである。 図１０は、作成する画像の一例を示す模式図である。 図１１は、図１０の画像の一部を拡大して示す模式図である。 図１２は、作成する画像の一例を示す模式図である。
　以下に、本発明にかかる超音波検査方法、超音波検査装置およびプログラムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
　図１は、実施形態にかかる超音波検査装置の概略構成を示す模式図である。図２は、実施形態にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図である。
　本実施形態において、検査対象物８は、積層構造体ある。検査対象物８は、第１層５０と、第２層５２と、接着層５４と、を含む。第１層５０は、検査対象物８の表面に配置された部材である。第２層５２は、第１層５０に積層された部材である。第１層５０、第２層５２は、超音波を透過する種々の材料で形成することができる。第１層５０、第２層５２は、金属、セラミックス等で形成することができる。本実施形態の第１層５０、第２層５２は、厚みが一定の部材である。なお、第１層５０、第２層５２は、位置に応じて、厚みが変化する構造でもよい。接着層５４は、第１層５０と第２層５２との間に配置され、第１層５０と第２層５２とを結合させる。本実施形態の超音波探査装置１０は、検査対象物８の欠陥５６の位置や大きさを検出する。欠陥５６は、接着層５４にある接着不良の領域である。欠陥５６は、空気が介在している領域や、接着層５４以外の材料が混入した領域である。
　本実施形態の検査対象物８は、第１層５０と、第２層５２と、接着層５４と、を含む構造とし、接着層５４の欠陥５６を検出する場合として説明するが、これに限定されない。検査対象物８は、第２層５２の第１層５０とは反対側に別の層が配置されていてもよい。また、検査対象の位置を第２層５２と別の層の境界としてもよい。また、本実施形態では接着層５４で層を結合したが、第１層５０と第２層５２とが直接接合していてもよい。
（超音波検査装置）
　超音波検査装置１００は、検査対象物の内部欠陥を検出する（探傷する）ための検査装置（探傷装置）である。本実施形態において、超音波検査装置１００は、検査対象物８の第１層５０と第２層５２との間の欠陥、より具体的には接着層５４の欠陥を検出する。本実施形態にかかる超音波検査装置１００は、図１に示すように、探傷器１０と、計算部２０と、操作・表示部３０とを備える。
（探傷器）
　探傷器１０は、プローブ１１と、パルサー（振動子）１２と、レシーバー１３と、データ記憶部１４と、制御素子切替部１５と、を有する。プローブ１１は、１つの探触子１１０を有する。探触子１１０は、発信器としてのパルサー１２および受信器としてのレシーバー１３に接続されている。探触子１１０は、図２の白抜き矢印に示すように、パルサー１２から発信される超音波信号Ｓを検査対象物８へと送信する。また、探触子１１０は、検査対象物８から反射してきた超音波信号Ｓを受信して、レシーバー１３へと送る。レシーバー１３へと送られた超音波信号Ｓは、データ記憶部１４で記憶される。制御素子切替部１５は、パルサー１２とレシーバーの発振タイミング、受信タイミング等を制御する。
　ここで、図３は、プローブの他の例を示す模式図である。プローブは、複数の探触子を備えていてもよい。図３に示すプローブ１１ａは、複数（Ｎ個）の探触子１１０を有する。図３に示す複数の探触子１１０は、リニアアレイ型に配置される。ｉ番目（ｉは、１からＮまでの整数）の探触子１１０を探触子１１０ｉと称する。各探触子１１０は、発信器としてのパルサー１２および受信器としてのレシーバー１３に接続されている。各探触子１１０は、図１の白抜き矢印に示すように、パルサー１２から発信される超音波信号Ｓを検査対象物８へと送信する。また、各探触子１１０は、検査対象物８から反射してきた超音波信号Ｓを受信して、レシーバー１３へと送る。レシーバー１３へと送られた超音波信号Ｓは、データ記憶部１４で記憶される。制御素子切替部１５は、後述する計算部２０の制御部２１からの指示に従って、複数の探触子１１０のうち、パルサー１２からの超音波信号Ｓを発信させる探触子１１０を切り替えてもよい。
（計算部）
　計算部２０は、本実施形態において、探傷器１０とは別体に設けられ、探傷器１０に接続された演算処理装置である。計算部２０は、例えば外部接続のパーソナルコンピュータである。なお、計算部２０は、探傷器１０と一体に設けられてもよい。計算部２０は、制御部２１と、記憶部２２と、第一演算処理部２３と、第二演算処理部２４とを有する。
（制御部）
　制御部２１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などで構成された演算処理装置である。制御部２１は、探傷器１０の制御素子切替部１５と、記憶部２２と、第二演算処理部２４と、後述する操作・表示部３０の検査条件設定部３２に接続されている。制御部２１は、記憶部２２に記憶されているプログラムをメモリにロードして、プログラムに含まれる命令を実行する。より詳細には、制御部２１は、検査条件設定部３２から、ユーザーにより設定される検査条件の情報を取得する。制御部２１は、取得した検査条件の情報に基づいて、制御素子切替部１５を制御して、プローブ１１の探触子１１０から順次、検査対象物８へと超音波信号Ｓを発信させ、検査対象物８から反射した超音波信号Ｓのデータ収集を行う。制御部２１は、データ収集が終了すると、第二演算処理部２４へと、収集したデータの各種処理の実行を命令する。
（記憶部）
　記憶部２２は、超音波検査装置１００における各種処理に要するデータ（プログラム）を記憶する。記憶部２２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置である。記憶部２２は、探傷器１０のデータ記憶部１４と、第一演算処理部２３と、第二演算処理部２４とに接続されている。記憶部２２は、超音波信号Ｓのデータをデータ記憶部１４から受信して記憶する。記憶部２２は、記憶した超音波信号Ｓのデータを第一演算処理部２３および第二演算処理部２４の要請に応じて、これらに送信する。
（第一演算処理部）
　第一演算処理部２３は、例えばＣＰＵにより構成された演算処理装置である。第一演算処理部２３は、記憶部２２と、第二演算処理部２４と、操作・表示部３０の計算条件設定部３３と、計算結果表示部３１とに接続されている。第一演算処理部２３は、記憶部２２に記憶されているプログラムをメモリにロードして、プログラムに含まれる命令を実行する。第一演算処理部２３は、計算条件設定部３３から検査条件に基づいて設定される計算条件の情報を取得する。第一演算処理部２３は、取得した計算条件を第二演算処理部２４に送信する。また、第一演算処理部２３は、第二演算処理部２４で計算された結果を計算結果表示部３１に送信する。
（第二演算処理部）
　第二演算処理部２４は、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）により構成された演算処理装置である。第二演算処理部２４は、制御部２１と、記憶部２２と、第一演算処理部２３とに接続されている。本実施形態において、第二演算処理部２４は、いわゆるＧＰＧＰＵにより、ＧＰＵを用いて画像作成処理以外の処理も行う。それにより、計算速度を向上させることができる。ＧＰＵは、少なくとも一つ必要であるが、複数のＧＰＵを並列して使用することも可能である。第二演算処理部２４は、記憶部２２から、超音波信号Ｓのデータを受信する。第二演算処理部２４は、制御部２１からの命令および第一演算処理部２３からの計算条件の情報に応じて、超音波信号Ｓのデータ、すなわち検査対象物８をスキャンしたデータを処理し、検査対象物８の内部を描画した計算結果を作成する。
（操作・表示部）
　操作・表示部３０は、検査結果を表示するための表示機能と、ユーザーインターフェースとしての入力操作機能とを兼ね備えた装置である。操作・表示部３０は、例えばタッチパネル式のディスプレイを用いることができる。操作・表示部３０は、本実施形態において、探傷器１０とは別体に設けられ、計算部２０に接続されている。なお、操作・表示部３０は、探傷器１０と一体に設けられてもよい。また、操作・表示部３０は、タッチパネル式のディスプレイに限られず、検査結果を表示するための表示機能と、ユーザーインターフェースとしての操作機能とを別体に設けるものであってもよい。
　操作・表示部３０は、図２に示すように、計算結果表示部３１と、検査条件設定部３２と、計算条件設定部３３とを有する。計算結果表示部３１は、計算部２０の第一演算処理部２３に接続されている。計算結果表示部３１は、第二演算処理部２４により計算されて第一演算処理部２３から受信した計算結果、すなわち検査対象物８の内部の描画結果をユーザーに対して表示する。
　検査条件設定部３２は、ユーザーが検査条件を設定するユーザーインターフェースである。検査条件は、例えば、プローブの構成、検波の周波数、プローブの移動条件、位置情報といった情報を含む。また、検査条件は、例えば、検査対象物８の積層構造、材料、厚み、検査対象の層といった情報を含む。
　計算条件設定部３３は、ユーザーから入力された検査条件に基づいて、計算条件を設定し、計算部２０の第一演算処理部２３へと送信する。計算条件は、上記検査条件の情報に応じて第二演算処理部２４で演算処理を行う際に必要となる各種条件である。
（超音波検査方法）
　次に実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順について説明する。図４は、実施形態にかかる超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。図４に示す処理手順は、計算部２０の制御部２１、第一演算処理部２３および第二演算処理部２４が記憶部２２に記憶されたプログラムを実行することにより行われる。図４に示す処理手順は、探傷器１０を検査対象物８の所定位置に位置決めした状態で実行される。
　計算部２０は、ステップＳ１２として、制御部２１によりデータ収集ステップ（データ収集処理）を実行する。データ収集ステップは、検査対象物８を超音波信号でスキャンするステップである。
　図５は、超音波検査方法のデータ収集ステップの処理の一例を説明する模式図である。検査対象物８は、厚み方向（積層方向）をＺ方向とし、第１層の表面に平行は面の一方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。ステップＳ１０では、図５に示すように、プローブ１１を、ルート１２０に沿って移動させつつ、スキャンを行う。具体的には、Ｘ方向に移動させつつ、各位置で超音波信号のスキャナを行い、所定範囲移動させたらＹ方向に一定距離移動して、折り返して、Ｘ方向に移動させつつ、各位置で超音波信号のスキャナを行う。このように第１層の表面で、ＸＹ平面にプローブ１１を走査させつつ、スキャンを行い、各位置で反射した超音波信号を受信する。ここで、プローブ１１は、計測時は計測位置で固定し、計測位置での計測が完了したら、次の位置に移動して固定して計測を行う。
　図６は、超音波検査方法のデータ収集ステップの処理の一例を説明する模式図である。図６に示すように、プローブ１１ａのように、複数の探触子１１０が一方向にリニア配列されている場合は、配列方向に直交する方向のルート１２２で移動させつつ、スキャンを行う。
　なお、本実施形態の超音波検査方法では、１つの探触子が自機のパルサーから出力した超音波を自機のパルサーで受信する場合として説明するが、１つの探触子のパルサーから出力した超音波を他の探触子のパルサーで受信するようにしてもよい。また、探触子を移動させつつ、超音波の発振と受信を行うようにしてもよい。この場合、探触子の距離、探触子の移動に基づいて、受信した信号のタイミング、強度を補正することで、探傷している位置を特定できる。
　次に、計算部２０は、ステップＳ１４として、第二演算処理部２４により、受信信号加工ステップを実行する。図７は、プローブが受信する信号を説明するための模式図である。
　ここで、プローブ１１から検査対象物８に入射された超音波信号は、検査対象物８の境界で反射する。例えば、超音波信号は、第１層５０と接着層５４の境界で反射してプローブ１１に入射する信号１３０と、第１層５０と接着層５４の境界で反射して、第１層５０と表面との境界で反射して、第１層５０と接着層５４の境界で再度反射して、プローブ１１に入射する信号１３２とがある。ここで、図７では、信号１３０、１３２を往復回数がわかるようにするため、鉛直方向に対して角度を設けて示しているが、第１層５０の表面に対して垂直に入射した超音波は、同じ経路を通過してプローブ１１に到達する。また、図７では、１回反射した信号１３０と、２回反射した信号１３２とを示すが、プローブから検査対象物８に入射された超音波信号は、各境界を多数回反射する。さらに、プローブから検査対象物８に入射された超音波信号は、第２層５２と接着層５４との境界で反射する成分や、第２層５２と接着層５４との境界で反射し、その後、接着層５４と第１層５０の境界で、第２層５２側に反射する、つまり接着層５４内で反射する成分もある。
　プローブ１１のレシーバー１３は、反射回数が異なり、検査対象物８の中の移動距離が異なるそれぞれの反射回数の超音波信号が、パルサー１２から超音波を出射してから移動速度と移動距離に応じた時間ごとに検出される。図８は、検査対象物の健全な位置で受信する信号の強度を示すグラフである。図９は、検査対象物の欠陥がある位置で受信する信号の強度を示すグラフである。図８及び図９は、横軸が時間ｔ、縦軸が強度［ｄＢ］となる。時間ｔ１ａ、ｔ１ｂで受信した信号が、第１層５０と接着層５４とで１回反射して、レシーバーに入射した信号の強度であり、時間ｔ２ａ、ｔ２ｂで受信した信号が、第１層５０と接着層５４との境界で８回反射して、レシーバーに入射した信号の強度である。図８及び図９に示すように、境界の反射回数が異なる信号は、順番にピークとして検出される。図８及び図９に示すように、時間ｔ１ａ、ｔ１ｂで受信した信号で規格化することで、欠陥がない時間ｔ２ａで受信した信号と、欠陥がある時間ｔ２ｂで受信した信号との強度の差を明確にすることができる。
　第二演算処理部２４は、検出タイミングと、強度に基づいて、それぞれの反射回数の信号を検出する。また、第二演算処理部２４は、検出した信号と、位置とを対応付け、各位置での反射信号を検出する。さらに、第二演算処理部２４は、基準とする反射回数の信号の強度に基づいて、強度の規格化を行う。図８及び図９は、反射回数が１回の信号の強度をαとして、反射回数が２回以降の信号の強度を算出する。
　次に、計算部２０は、ステップＳ１６として、第二演算処理部２４により、描画ステップを実行する。第二演算処理部２４は、加工した各位置の信号の強度と計測位置とを対応付けて、検査対象物の各位置の受信信号の強度を示す画像を作成する。
　図１０は、作成する画像の一例を示す模式図である。図１１は、図１０の画像の一部を拡大して示す模式図である。図１０に示す画像１６０は、左右方向を検査対象物８のＸＹ平面上の任意の方向の線分とし、上下方向を各時間帯での信号の受信強度を示している。上下方向は、上側の端部が、超音波信号をパルサーから出力した時点で、下側に行くほど時間が経過した状態を示す。図１１は、画像１６０の枠１６１に対応する領域を拡大した画像１６２である。
　図１０及び図１１は、検査対象物８の検査対象の境界、つまりＺ方向が同じ位置となる部分で反射した成分を抽出した画像１６０、１６２となる。画像１７０に示すように、領域１７２が、境界での反射回数が１回の信号の強度である。領域１７４が、境界での反射回数が２回の信号の強度である。領域１７６が、境界での反射回数が８回の信号の強度である。図１０に示す画像１６０及び図１１に示す１６２は、同じ位置での反射回数が異なる各信号の強度を比較するが画像となる。Ｘ方向の領域１７６に対応する領域が、他の部分と異なる反射強度であり、欠陥がある位置となる。
　次に、図１２は、作成する画像の一例を示す模式図である。境界での反射回数が同じ、本実施形態では、境界で８回反射した成分、つまり、領域１７６の各位置の反射強度を検査対象物８のＸＹ平面上に示す画像１８０である。画像１８０は、領域１８２が、他の部分と反射強度が異なり、欠陥がある部分となる。
　次に、計算部２０は、ステップＳ１８として、第二演算処理部２４により、評価ステップを実行する。第二演算処理部２４は、作成した画像を解析して、欠陥の位置と大きさを算出する。第二演算処理部２４は、例えば、図１１に示すように反射回数が８回の信号を基準とする場合、領域１７６の大きさに基づいて、欠陥の大きさＷと評価する。また、図１２に示すように、ＸＹ平面の画像１８０を作成する場合、領域１８２に基づいて欠陥の大きさを評価する。
　以上説明したように、本実施形態に係る超音波検査方法は、検査対象物８の各位置で、多重反射した超音波信号を受信し、受信した多重反射の異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて加工した画像を作成し、作成した画像に基づいて欠陥を判定する。これにより、積層構造の検査対象物の検査を効率よくかつ高い精度で行うことができる。具体的には、多重反射の信号は、反射回数が少ない、例えば、１回反射の信号は、欠陥の有無での検出信号の強度の差が小さい。超音波検査方法は、欠陥の有無での信号の強度の変動が小さい反射回数の信号を基準回数の信号として用い、基準回数の信号に基づいて、評価対象の反射回数の信号の強度を各位置で比較する。これにより、検査対象物８で検出した信号を規格化した状態で比較し、１つの検査対象物８から検出した情報で健全な領域と欠陥との判定を行うことができる。また、反射回数が異なる複数のデータを取得できるため、それぞれを比較することで、欠陥の境界を高い精度で評価することができる。また、サンプルを用いずに評価できるため、種々の形状の構造物を評価対象物とすることができる。また、厚みが変動する場合も計測条件として反映させることで、信号の加工処理で厚みの変動を反映させて、評価することもできる。
　本実施形態では、反射回数が８回の信号を用いたが、反射回数は例示である。超音波検査方法は、基準の反射回数の強度に対して強度の平均値が所定の値、例えば５０％となる反射回数を、評価対象の反射回数としてもよい。基準の設定方法は特に限定されない。基準の設定方法としては、例えば、欠陥、一例として接着不良についての境界検出条件を実験等で検出し、検出した値を基準としてもよい。
　また、評価対象の反射回数を特定し、同じ基準で評価した信号を評価することで、欠陥か健全か強度の基準値に基づいて判定することができる。また、本実施形態に係る超音波検査方法は、評価対象の反射回数を特定することで、図１２に示すように、同じ基準で評価した信号を、評価対象物８の平面で展開した画像を作成することができる。これにより、欠陥の形状をわかりやすく検出することができる。
　また、超音波検査装置１００は、平坦な板が積層された積層物を検査対象物としたが、これに限定されない。検査対象物は、曲面を備えていても、折れ曲がり部を備えていてもよい。超音波検査装置１００は、検査対象物の形状情報、各層の積層の情報を記憶し、その情報と検査位置の情報に基づいて、検出した超音波信号の多重反射の情報を加工することで、各位置の欠陥を評価することができる。この場合、超音波検査装置１００は、探傷子１１０を備える探傷器１０を、可撓性を備える構造とし、検査対象物に沿って変形する構造としてもよい。
　超音波検査装置１００は、探触子１１０と検査対象物８との間に、超音波信号Ｓを伝播可能な媒質を持たしてもよい。探触子１１０と検査対象物８との間を満たす媒質Ａは、超音波を伝播可能なものであれば、いかなるものであってもよい。媒質Ａは、例えば超音波透過ゲル、水等を用いることができる。媒質Ａとして例えば超音波透過ゲルを用いた場合、検査対象物８の表面に超音波透過ゲルのポケットを適切な力で押しつけて当接させることで、検査対象物８の表面が複雑な形状であったとしても、超音波透過ゲルが検査対象物８の表面の形状に応じて変形する。それにより、検査対象物８とプローブ１１との間を隙間なく媒質Ａで満たすことができる。ここでは、説明の簡略化のため、探触子１１０と検査対象物８との間が単一の媒質Ａで満たされているものとする。それにより、プローブ１１と検査対象物８との間で、媒質Ａを介して超音波信号Ｓが伝播される。
　また、超音波検査装置１００は、受信した信号に基づいて、多重反射した超音波の反射の経路を分離し、各径路の反射信号の強度を比較することで、欠陥のある位置、欠陥の状態を評価するようにしてもよい。例えば、第１層５０と接着層５４とで多重反射した成分、接着層５４の中で多重反射した後、第１層５０に戻ってプローブに入射信号の成分、接着層５４と第２層との境界で多重反射した成分等を、受信した時間に基づいて、識別することで、欠陥が第１層５０と接着層５４と境界に形成されているか、接着層５４の中に形成されているか、第２層５２と接着層５４とを判定してもよい。信号処理の量は増加するが、上記処理を行うことで、欠陥の大きさ位置に加え、欠陥の状態も推定することができる。ここで、境界の接着状態を評価する場合、欠陥の状態としては、完全接着不良、片側接着不良、中空欠陥等が例示される。完全接着不良は、２つの層の境界、例えば接着剤が充填されていない空洞となる状態である。片側接着不良は、接着剤と一方の層との間に空洞がある状態である。中空欠陥は、接着剤の内部に空間がある状態である。
［本実施形態の作用効果］
　本実施形態の超音波検査方法は、探触子から複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出するステップと、異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画するステップと、前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価するステップと、を備える。これにより、積層構造の検査対象物の検査を効率よくかつ高い精度で行うことができる。また、反射回数が異なる複数のデータを取得できるため、それぞれを比較することで、欠陥の境界を高い精度で評価することができる。また、サンプルを用いずに評価できるため、種々の形状の構造物を評価対象物とすることができる。また、厚みが変動する場合も計測条件として反映させることで、信号の加工処理で厚みの変動を反映させて、評価することもできる。
　前記欠陥を評価するステップは、前記検査対象物の表面に平行な面における前記欠陥の領域を検出することが好ましい。これにより、簡単な処理で、取得した多重反射の信号に基づいて、境界の欠陥を評価することができる。
　前記欠陥を評価するステップは、前記欠陥の外縁に基づいて前記欠陥の大きさを検出することが好ましい。これにより、欠陥の位置に加え、大きさも評価することができる。
　前記欠陥を評価するステップは、基準の反射回数の強度に対して強度の平均値が所定の値となる反射回数を、評価対象の反射回数とすることが好ましい。これにより、高い精度で欠陥の外形形状を評価することができる。
　前記欠陥を評価するステップは、受信した信号に基づいて、多重反射した超音波の反射の経路を分離し、各径路の反射の強度を比較することで、２つの層における欠陥の位置、欠陥の状態を評価することが好ましい。これにより、２つの層のどの位置にどのような欠陥があるかを評価することができる。
　前記が画像を描画するステップは、反射回数が基準回数の評価に基づいて、スキャンした各位置の信号値を正規化し、前記基準回数は、前記評価回数よりも、反射の回数が少ないことが好ましい。これにより、検査対象物８で検出した信号を規格化した状態で比較し、１つの検査対象物から検出した情報で健全な領域と欠陥との判定を行うことができる。
　前記画像は、前記検査対象物の表面に直交する方向の断面であり、前記反射回数が大きい反射信号が、鉛直方向下側に表示される画像であることが好ましい。これにより、多重反射の信号をオペレータが比較しやすくなる。
　前記画像は、前記検査対象物の表面に平行な面であり、反射回数が評価回数の反射波の出力に基づいた画像であることが好ましい。これにより、平面上のどの位置に欠陥があるかを確認しやすくできる。
　前記画像を描画するステップは、検査対象物の形状情報、各層の積層の情報に基づいて、検出した超音波信号の多重反射の情報を加工することが好ましい。これにより、種々の表面形状、内部形状（厚みが変化する形状）の検査対象物の欠陥を検出することができる。
　前記検査対象物は、前記探触子と接触する表面の層となる第１層と、前記第１層に積層された第２層と、前記第１層と前記第２層とを接着する接着層と、を備え、前記層の境界は、前記第１層と前記接着層との境界であることが好ましい。これにより、第１層と接着層との境界の結果を効率よく検出することができる。
　前記探触子が、複数並列に配置され、前記データを収集するステップは、複数の前記探触子の配列方向に交差する方向にスキャンさせることが好ましい。これにより、効率よく検査を行うことができる。
　本実施形態の超音波検査装置は、複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する探触子と、前記探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集し、収集した超音波信号のデータを処理して合成する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出し、異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画し、前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価する。これにより、積層構造の検査対象物の検査を効率よくかつ高い精度で行うことができる。また、反射回数が異なる複数のデータを取得できるため、それぞれを比較することで、欠陥の境界を高い精度で評価することができる。また、サンプルを用いずに評価できるため、種々の形状の構造物を評価対象物とすることができる。また、厚みが変動する場合も計測条件として反映させることで、信号の加工処理で厚みの変動を反映させて、評価することもできる。
　本実施形態のプログラムは、探触子から複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出するステップと、異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画するステップと、前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価するステップと、をコンピュータに実行させる。これにより、積層構造の検査対象物の検査を効率よくかつ高い精度で行うことができる。また、反射回数が異なる複数のデータを取得できるため、それぞれを比較することで、欠陥の境界を高い精度で評価することができる。また、サンプルを用いずに評価できるため、種々の形状の構造物を評価対象物とすることができる。また、厚みが変動する場合も計測条件として反映させることで、信号の加工処理で厚みの変動を反映させて、評価することもできる。
　８　検査対象物
　１０　探傷器
　１１、１１ａ　プローブ
　１２　パルサー
　１３　レシーバー
　１４　データ記憶部
　１５　制御素子切替部
　２０　計算部
　２１　制御部
　２２　記憶部
　２３　第一演算処理部
　２４　第二演算処理部
　３０　操作・表示部
　３１　計算結果表示部
　３２　検査条件設定部
　３３　計算条件設定部
　５０　第１層
　５２　第２層
　５４　接着層
　５６　欠陥
　６１　マトリクスアレイプローブ
　７０　電力供給部
　１００　超音波検査装置
　１１０　探触子

Claims (13)

  1. 　探触子から複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、
    　前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出するステップと、
    　異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画するステップと、
    　前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価するステップと、
    　を備える超音波検査方法。
  2. 　前記欠陥を評価するステップは、前記検査対象物の表面に平行な面における前記欠陥の領域を検出する請求項１に記載の超音波検査方法。
  3. 　前記欠陥を評価するステップは、前記欠陥の外縁に基づいて前記欠陥の大きさを検出する請求項１または請求項２に記載の超音波検査方法。
  4. 　前記欠陥を評価するステップは、基準の反射回数の強度に対して強度の平均値が所定の値となる反射回数を、評価対象の反射回数とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  5. 　前記欠陥を評価するステップは、受信した信号に基づいて、多重反射した超音波の反射の経路を分離し、各径路の反射の強度を比較することで、２つの層における欠陥の位置、欠陥の状態を評価する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  6. 　前記が画像を描画するステップは、反射回数が基準回数の評価に基づいて、スキャンした各位置の信号値を正規化し、
    　前記基準回数は、前記評価回数よりも、反射の回数が少ない請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  7. 　前記画像は、前記検査対象物の表面に直交する方向の断面であり、前記反射回数が大きい反射信号が、鉛直方向下側に表示される画像である請求項６に記載の超音波検査方法。
  8. 　前記画像は、前記検査対象物の表面に平行な面であり、反射回数が評価回数の反射波の出力に基づいた画像である請求項６に記載の超音波検査方法。
  9. 　前記画像を描画するステップは、検査対象物の形状情報、各層の積層の情報に基づいて、検出した超音波信号の多重反射の情報を加工する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  10. 　前記検査対象物は、前記探触子と接触する表面の層となる第１層と、前記第１層に積層された第２層と、前記第１層と前記第２層とを接着する接着層と、を備え、
    　前記層の境界は、前記第１層と前記接着層との境界である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  11. 　前記探触子が、複数並列に配置され、
    　前記データを収集するステップは、複数の前記探触子の配列方向に交差する方向にスキャンさせる請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の超音波検査方法。
  12. 　複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を受信する探触子と、
    　前記探触子を用いて、前記検査対象物を超音波信号でスキャンしたデータを収集し、収集した超音波信号のデータを処理して合成する演算処理部と、を備え、
    　前記演算処理部は、
    　前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出し、
    　異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画し、
    　前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価する超音波検査装置。
  13. 　探触子から複数の層が積層された検査対象物へと超音波信号を送信し、前記検査対象物から反射した超音波信号を前記探触子で受信して、前記検査対象物をスキャンしたデータを収集するステップと、
    　前記探触子で送受信された超音波信号について、前記層の境界の位置に基づいて、層間で反射して、受信した多重反射波のそれぞれの反射回数の検出結果を抽出するステップと、
    　異なる反射回数の検出結果を比較した結果に基づいて、画像を描画するステップと、
    　前記画像内で、前記検査対象物の前記境界を形成する２つの層の欠陥を評価するステップと、
    　をコンピュータに実行させるプログラム。
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