WO2023079601A1 - 超音波検査装置、方法及びプログラム - Google Patents

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WO2023079601A1
WO2023079601A1 PCT/JP2021/040438 JP2021040438W WO2023079601A1 WO 2023079601 A1 WO2023079601 A1 WO 2023079601A1 JP 2021040438 W JP2021040438 W JP 2021040438W WO 2023079601 A1 WO2023079601 A1 WO 2023079601A1
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mesh
ultrasonic
wave
unit
inspection apparatus
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PCT/JP2021/040438
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Inventor
博一 唐沢
英夫 磯部
智也 児玉
益巳 村野
繁幸 平山
弘実 白旗
政伸 永井
Original Assignee
東芝検査ソリューションズ株式会社
一般財団法人首都高速道路技術センター
首都高速道路株式会社
首都高技術株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • 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
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to ultrasonic inspection technology for non-destructive inspection of internal defects occurring in structural members and welds.
  • Welding is widely used in civil engineering and building structures such as bridges, plant equipment such as tanks and piping, and structural members of automobile and train bodies. For this reason, from the viewpoint of strength of a structure or closed container, maintenance of this strength, and ensuring safety thereof, non-destructive inspection of welds and defects generated in the vicinity of welds is an important technique. In particular, the importance of quantitative evaluation of defects and measurement of growth behavior is increasing for the soundness and life prediction of structures. In addition, there is an increasing demand for highly accurate and efficient implementation of defect sizing and propagation behavior measurement by non-destructive inspection.
  • ultrasonic waves are transmitted from a wide-directivity small single transducer and received by a similar small single transducer. There is a method. However, this technology has insufficient defect detection sensitivity, making it difficult to inspect materials with high attenuation and welds.
  • the embodiment of the present invention has been made in consideration of such circumstances, and aims to provide an ultrasonic inspection technique that detects defects in a wide area with high sensitivity.
  • a setting unit for setting an incident direction and a focal distance of an ultrasonic beam, and each of a plurality of transducers arranged in an array probe based on the incident direction and the focal distance a transmission unit that calculates the oscillation timing of and transmits a pulse signal, and a reception unit that receives a detection signal obtained by detecting an ultrasonic wave diffracted by a defect due to a back surface reflected wave of the ultrasonic beam, detected by each of the transducers.
  • a registration unit that defines and registers a mesh obtained by dividing the interior of the inspection object into a lattice based on the position information of the coordinate system of the array probe; a first calculation unit that calculates a first path length until a reflected wave is incident; a second calculation unit that calculates a second path length of the diffracted wave from the mesh to each of the oscillators; and the first path length.
  • a conversion unit that converts each of the second path lengths into ultrasonic wave propagation times, combines them, links them to the corresponding meshes, and registers them; obtains signal strengths corresponding to the propagation times from the received detection signals, and a display unit for displaying the meshes with brightness or color corresponding to each of the integrated values.
  • the embodiment of the present invention provides an ultrasonic inspection technology that detects defects in a wide area with high sensitivity.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a data processing unit in the ultrasonic inspection apparatus of the first embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an ultrasonic beam, a back surface reflected wave, and an ultrasonic diffracted wave in the first embodiment
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a data processing unit in the ultrasonic inspection apparatus of the first embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an ultrasonic beam, a back surface reflected wave, and an ultrasonic diffracted wave in the first embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a mesh defined by dividing the inside of an inspection object into a lattice in the first embodiment;
  • A In the second embodiment, an explanatory diagram of the ultrasonic beam and the back surface reflected wave when the focal distance is set to the outside of the back surface of the inspection object having a non-planar back surface,
  • B Positioned on the mesh Explanatory drawing of the diffraction wave which generate
  • A Explanatory diagram of the ultrasonic beam in the third embodiment
  • B Explanatory diagram of the diffracted wave of the ultrasonic wave generated at the defect due to the back surface reflected wave
  • C At the defect where the ultrasonic beam is directly incident as an incident wave Explanatory drawing of the generated diffracted wave.
  • the block diagram of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.
  • the block diagram of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 4 is a flowchart for explaining steps of an ultrasonic inspection method and an algorithm of an ultrasonic inspection program according to an embodiment of the present invention;
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of the data processing section 20 in the ultrasonic inspection apparatus 10 of the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the ultrasonic beam 30 n , the back surface reflected wave 31 n , and the diffracted ultrasonic wave 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) in the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of meshes 42 m (42 1 , 42 2 . . . 42 M ) defined by dividing the inside of the inspection target 37 into a lattice in the first embodiment.
  • the ultrasonic inspection apparatus 10 includes a setting unit for setting the incident directions ⁇ ( ⁇ 1 , ⁇ 2 ) of the ultrasonic beams 30 n (30 1 , 30 2 . . . 30 N ) and the distance h of the focus 39. 15, a calculation unit 16 for calculating the oscillation timing of each of a plurality of transducers 35 n (35 1 , 35 2 . . .
  • Detection signals 41 n (41 1 , 41 2 . . . 41 N ) of waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) (FIG. 3) detected by transducers 35 n (35 1 , 35 2 . ), a data processing unit 20 for the detection signal 41 n , and a display unit 19 for image-displaying the inspection result of the defect 38 in the inspection object 37 .
  • the data processing unit 20 divides the interior of the inspection object 37 into a grid-like mesh 42 m (42 1 , 42 2 . . . 42 M ), and a first path 21 from the vibrator 35 n to the incidence of the back surface reflected wave 31 n on the mesh 42 m based on the shape information 24 of the inspection object 37 . and a second path length of the diffracted waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) from the mesh 42 m to each of the oscillators 35 n (35 1 , 35 2 . . .
  • the array probe 36 incorporates a plurality of transducers 35 n (35 1 , 35 2 . . . 35 N ) arranged linearly or in a matrix, and includes a wedge-shaped shoe 45 and an acoustic couplant ( (not shown) are placed in close contact with the inspection target 37 .
  • the oscillation timing delay time of these adjacent transducers 35 n 35 1 , 35 2 . . . 35 N
  • the incident direction ⁇ and focal point of the ultrasonic beam 30 n (30 1 , 30 2 . . . 30 N )
  • the distance h of 39 can be set arbitrarily.
  • the setting unit 15 fixes the array probe 36 in the XZ coordinate system of the inspection target 37, scans the incident direction ⁇ or the distance h of the focal point 39, and scans the array probe 36 in the Y-axis direction of the inspection target 37.
  • Set method Alternatively, an inspection method can be set in which the incident direction ⁇ and focal length h are fixed and the array probe 36 is scanned in the XY coordinate system of the inspection object 37 .
  • the calculation unit 16 calculates the delay time of each oscillation timing of the transducers 35 n (35 1 , 35 2 . . . 35 N ).
  • the transmitter 17 transmits the pulse signal 40 to each transducer 35 n (35 1 , 35 2 . . . 35 N ) based on the delay time calculated by the calculator 16 to oscillate.
  • the back surface reflected wave 31 n reaches the surface of the inspection object 37 and is repeatedly reflected and attenuated. Then, if there is a defect 38 on the path of the back reflected wave 31 n , it is diffracted there, and part of it is diffracted as diffracted waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) and vibrators 35 n (35 1 , 35 2 . incident on Incidentally, when the back surface reflected wave 31n is incident on the defect 38, it is diffracted or reflected at the tip and main body. The ultrasonic wave generated at the defect 38 and incident on the transducer 35 n is called a diffracted wave 32 n here.
  • the detection signal 41 n output by the vibrator 35 n (35 1 , 35 2 . . . 35 N ) into which the diffracted wave 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) is incident.
  • a detection signal 41 n output from these transducers 35 n is guided to the receiving section 18 by the switch 14 .
  • the receiver 18 is provided with an amplifier (not shown) for amplifying the detection signal 41 n and an A/D converter (not shown) for converting an analog signal into a digital signal.
  • the processes in the registration unit 25, the first calculation unit 11, the second calculation unit 12, and the conversion unit 26 are performed in advance before the transmission unit 17 and the reception unit 18 are operated. It is.
  • the registration unit 25 defines meshes 42 m (42 1 , 42 2 . . . 42 M ) (FIG. 4) obtained by dividing the inside of the inspection object 37 into a lattice. These meshes 42 m constitute the picture elements (pixels) of the image displayed on the display unit 19 . Although the positional information of these meshes 42 m is defined in the plane coordinate system in the embodiment, it may be defined in the three-dimensional coordinate system.
  • the first calculator 11 calculates a first path 21 from the vibrator 35 n until the rear surface reflected wave 31 n is incident on the mesh 42 m based on the shape information 24 of the inspection object 37 . If the object 37 to be inspected is a parallel plate having flat and parallel front and back surfaces as shown in FIG. 3 or FIG.
  • These propagation times P f , P r , P m are calculated from the position information of the coordinate system of the array probe 36 and the propagation velocity of the ultrasonic waves.
  • the second calculation unit 12 calculates a second path length 22 of the diffracted waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) from the mesh 42 m to each of the oscillators 35 n (35 1 , 35 2 . . . 35 N ). do.
  • Calculation of the propagation time Qn ( Q1 , Q2 ... QN ) of the second path 22 in the transforming unit 26 is based on the path from the mesh 42m to each transducer 35n ( 351 , 352 ... 35N ). is calculated from the position information of the coordinate system of the array probe 36 and the propagation speed of the ultrasonic wave.
  • the conversion unit 26 thus converts the first path length 21 and each of the second path lengths 22 into ultrasonic wave propagation times P, Q n , and further combines (P+Q n ) to obtain the propagation time t m n (t m 1 , t m 2 ... t m N ). These propagation times t m n (t m 1 , t m 2 . . . t m N ) are linked to the position information of the corresponding mesh 42 m and registered together in the registration unit 25 . Up to this point, the preliminary work up to the actual start of the inspection by bringing the array probe 36 into contact with the surface of the inspection object 37 is performed. For this pre-work, it is necessary to calculate the first path 21 and each second path 22 for all ⁇ to be scanned, and pre-register the corresponding propagation times t m n in the register 25 .
  • each of the detection signals 41n ( 411 , 412 ... 41N ) received by the receiver 18 by oscillating the transducers 35n ( 351 , 352 ... 35N ) is generated at a predetermined time interval.
  • 2 is discrete data of signal strength I sampled at .
  • the acquisition unit 27 compares the propagation times t m n (t m 1 , t m 2 . . . t m N ) registered in the registration unit 25 with the detection signals 41 n (41 1 , 41 2 . . . 41 N ). Obtain the signal intensity I m n (I m 1 , I m 2 . . . I m N ).
  • the display unit 19 displays the meshes 42 m (42 1 , 42 2 . . . 42 M ) in brightness or color corresponding to each integrated value G m (G 1 , G 2 . . . GM ). As a result, the display unit 19 can detect the defect 38 that is likely to exist inside the inspection object 37 with high sensitivity in a wide area, image it, and use it as an inspection result.
  • the acquisition unit 27 may be provided with a Hilbert transformer (not shown).
  • the display unit 19 displays an image subjected to envelope processing by adding and synthesizing an image based on the detection signal 41 n processed by the Hilbert transform and an image based on the unprocessed detection signal 41 n . can do. By applying such envelope processing, a clearer image can be obtained.
  • FIG. 5 to 7 The configuration of an ultrasonic inspection apparatus 10 according to the second embodiment is the same as those shown in FIGS. 1 and 2, which describe the first embodiment.
  • the object 37 to be inspected has a non-planar rear surface.
  • the shape information 24 (FIG. 2) has normal line information for each minute area of the back surface that is non-planar. Based on this normal line information, the back surface reflected wave 31 n is reflected in a direction in which the reflection angle is equal to the incident angle of the ultrasonic beam 30 n incident on the minute area on the back surface. Furthermore, in the second embodiment, the focal point 39 is not only set outside the back surface of the inspection object 37, but can also be set at an arbitrary position inside the back surface and the front surface, or outside the front surface.
  • FIG. 5A is an explanatory diagram of an ultrasonic beam 30 n and a back surface reflected wave 31 n when a focal point 39 is set outside the back surface of an inspection object 37 having a non-planar back surface.
  • FIG. 5(B) is an explanatory diagram of a diffracted wave 32n generated at a defect 38 located in the mesh 42m .
  • FIG. 6A is an explanatory diagram of an ultrasonic beam 30 n and a back reflected wave 31 n when a focal point 39 is set outside the front surface of an inspection target 37 having a non-planar back surface.
  • FIG. 6(B) is an explanatory diagram of a diffracted wave 32n generated at a defect 38 located in the mesh 42m .
  • FIG. 7A is an explanatory diagram of an ultrasonic beam 30 n and a back surface reflected wave 31 n wave when a focal point 39 is set inside the back surface and the front surface in an inspection object 37 having a non-planar back surface.
  • 7(B) is an illustration of a diffracted wave 32n generated at a defect 38 located in the mesh 42m .
  • FIG. 8 is a block diagram of the data processing section 20 in the ultrasonic inspection apparatus of the third embodiment.
  • FIG. 9A is an explanatory diagram of the ultrasonic beams 30 n (30 1 , 30 2 . . . 30 N ) in the third embodiment.
  • FIG. 9(B) is an explanatory diagram of diffracted waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) of ultrasonic waves generated at the defect 38 by the back surface reflected waves 31 n (31 1 , 31 2 . . . 31 N ).
  • 9C is an explanatory diagram of diffracted waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) generated at the defect 38 on which the ultrasonic beam 30 n is directly incident as an incident wave 33 n .
  • parts having configurations or functions common to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the overall configuration of the ultrasonic inspection apparatus of the third embodiment is common to the ultrasonic inspection apparatus 10 of the first embodiment shown in FIG. The point is that the third calculation unit 13 is added.
  • the third calculator 13 calculates a third path length 23 of a direct incident wave 33n , which is the ultrasonic beam 30n directly incident on the mesh 42m from the center of the transducer 35n . Since the second process 22 and the third process 23 are the same, the third calculator 13 and the second calculator 12 perform substantially the same calculations. Therefore, for convenience of explanation, the third calculation unit 13 is provided separately from the second calculation unit 12. However, the third calculation unit 13 is not provided, and the third calculation unit 23 is replaced with the second calculation unit 22 for data processing. can do.
  • the rear surface reflected wave 31n ( 311 , 312 ... 31N) as in the first embodiment ) derived from the diffracted wave 32 n ( 32 1 , 32 2 . . . 32 N ) (FIG. 9B), as well as the diffracted wave 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) (FIG. 9(C)) are also included at the same time.
  • the conversion unit 26b of the third embodiment converts the propagation time t m n (t m 1 , t m 2 . are registered in the registration unit 25 by linking to the corresponding mesh 42 m .
  • the integrating section 28 integrates the signal intensity I m n based on the back surface reflected wave 31 n and the directly incident wave 33 n for each corresponding mesh 42 m . Accordingly, high-resolution imaging can be performed within the transmission range of the ultrasonic beam 30n .
  • the above description is for the case where the incident direction ⁇ is fixed, but the following may be used when performing image composition in a wider range. That is, in the setting unit 15 (FIG. 1), the incident direction ⁇ ( ⁇ 1 , ⁇ 2 ) of the ultrasonic beam 30 n is set to scan, and the signal intensity I m n corresponding to each mesh 42 m is integrated.
  • the third embodiment not only the back surface reflected wave 31 n used in the first embodiment, but also the directly incident wave 33 n that is directly incident on the defect 38 can be considered to display a superimposed image.
  • a high-resolution, fine and clear image can be obtained, and the effect of detecting defects with high sensitivity can be further improved.
  • detailed description is omitted, the above effect can be further improved by considering multiple reflected waves of the ultrasonic beam 30n .
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus 10 according to the fourth embodiment.
  • parts having configurations or functions common to those in FIG. 10 are identical to those in FIG. 10
  • inspection is performed using a plurality of pairs of array probes 36 (36a, 36b). Then, by operating the switch 53, the pulse signal 40 and the detection signal 41n are transmitted and received to and from only one of the array probes 36.
  • FIG. 1 A block diagram illustrating an exemplary computing environment in accordance with the present disclosure.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus 10 according to the fifth embodiment.
  • parts having configurations or functions common to those in FIGS. 1 and 10 are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the ultrasonic inspection apparatus of the fifth embodiment includes scanning means 50 for scanning array probes 36 (36a, 36b) on the surface of an inspection object 37 (37a, 37b), and a drive control section 55 of the scanning means 50. I have.
  • the welded portion 34 is inspected in which the upper surface of one inspection object 37a and the lower end of the other inspection object 37b are connected to each other. .
  • the scanning means 50 is a self-propelled one in which two pairs of array probes 36 (36a, 36b) are mounted on a support structure 54.
  • the support structure 54 is provided with a pair of drive wheels 59a grounded on the top surface of one inspection object 37a and a driven wheel 59b grounded on the top surface of the other inspection object 37b.
  • Magnets 57 (57a, 57b) are provided for pressing the wheels 59a, 59b against the upper surfaces of the respective inspection objects 37a, 37b.
  • the support structure 54 is provided with a motor 56 that rotates the drive wheel 59a and a position detector 58 that detects the positional information of the support structure 54 that has moved.
  • the drive control unit 55 sends electric power and drive signals to the motor 56, and receives signals from the position detector 58 as position information of the array probes 36 (36a, 36b).
  • This position information of the array probe 36 is sent to the data processing unit 20 as the scanning information 46 together with the incident direction ⁇ and the focal point 39 of the ultrasonic beam 30 n obtained from the setting unit 15 . Further, although illustration is omitted, there is a supply unit that continuously supplies acoustic couplant (water), which is a liquid acoustic medium, to a portion where the array probe 36 (36a, 36b) abuts on the inspection target 37 (37a, 37b). is provided.
  • acoustic couplant water
  • the steps of the ultrasonic inspection method and the algorithm of the ultrasonic inspection program according to the embodiment will be described based on the flowchart of the present invention in FIG. 12 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate).
  • the incident direction ⁇ of the ultrasonic beam 30 n (30 1 , 30 2 . . . 30 N ) and the distance h of the focal point 39 are set (S11).
  • the incident direction ⁇ , the focal length h, and the scanning information 46 of the array probe 36 are set.
  • a mesh 42 m (42 1 , 42 2 . . . 42 M ) defined based on the xz coordinate system positional information of the array probe 36 is registered (S12). Then, based on the shape information 24 of the inspection object 37, the first path 21 from the vibrator 35n to the incidence of the back surface reflected wave 31n on the mesh 42m is calculated (S13). Further, if necessary, the third path length 23 of the direct incident wave 33n, which is the ultrasonic beam 30n directly incident on the mesh 42m from the transducer 35n , is also calculated.
  • the second path length 22 of the diffracted waves 32n ( 321 , 322...32N) from the mesh 42m to each of the oscillators 35n (351, 352 ... 35N ) is calculated ( S14). Then, the first path length 21 and each of the second path lengths 22 are converted into ultrasonic wave propagation times t m n (t m 1 , t m 2 . . . t m N ) and combined (S15) to obtain the corresponding meshes 42 m ( 42 1 , 42 2 . . . 42 M ) and registered (S16).
  • the third path length 23 and each of the second path lengths 22 are converted into ultrasonic propagation times t m n (t m 1 , t m 2 . . . t m N ) and combined to obtain the corresponding mesh 42 Link to m (42 1 , 42 2 ... 42 M ) and have them registered.
  • This registration information is set for all ⁇ (for example, ⁇ 1 to ⁇ 13 from 20° to 80° at a pitch of 5°) and the focal length h of scanning (fan-shaped scanning) in the incident direction ⁇ . Propagation time is pre-registered.
  • the array probe 36 is brought into contact with the surface of the object to be inspected 37 and mechanically or electronically scanned (S17). Then, a plurality of transducers 35 n (35 1 , 35 2 . . . 35 N ) are oscillated, and ultrasonic beams 30 n (30 1 , 30 2 . (S18).
  • the diffracted waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) of the ultrasonic waves generated at the defect 38 by the back surface reflected waves 31 n (31 1 , 31 2 . . . 31 N ) 2 . . . 35 N ) (S19).
  • a detection signal 41 n (41 1 , 41 2 . . . 41 N ) is received from the vibrator 35 n (35 1 , 35 2 . . . 35 N ) (S20), and the registered propagation time t m n (t m 1 , Signal intensities I m n (I m 1 , I m 2 . . . I m N ) at t m 2 .
  • the diffracted waves 32 n (32 1 , 32 2 . . . 32 N ) of the ultrasonic waves generated at the defect 38 by the directly incident waves 33 n (33 1 , 33 2 . . . 33 N ) also 2 . . . 35 N ).
  • the registered signal intensities I m n (I m 1 , I m 2 . . . I m N ) are similarly acquired.
  • the embodiment improves the inspection performance of non-destructive inspection of welds that are widely used from civil engineering and building structures such as bridges, plant equipment such as tanks and piping, and structural members of automobiles and train bodies. be able to.
  • quantitative evaluation of defects and measurement of growth behavior are becoming increasingly important for structural soundness and life prediction, and can be applied to defect sizing and growth behavior measurement by non-destructive inspection.
  • an ultrasonic beam is focused by an array probe composed of a plurality of transducers, reflected from the rear surface, and then incident on a defect, and the generated diffracted waves are emitted from the transducers.
  • an array probe composed of a plurality of transducers, reflected from the rear surface, and then incident on a defect, and the generated diffracted waves are emitted from the transducers.
  • the ultrasonic inspection apparatus described above includes a controller with a highly integrated processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or CPU (Central Processing Unit), ROM ( Storage devices such as Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) and SSD (Solid State Drive), display devices such as displays, and input such as mouse and keyboard It is provided with a device and a communication I/F, and can be realized with a hardware configuration using a normal computer. For this reason, the constituent elements of the ultrasonic inspection apparatus can also be realized by a processor of a computer, and can be operated by an ultrasonic inspection program.
  • a highly integrated processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or CPU (Central Processing Unit), ROM ( Storage devices such as Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) and SSD (Solid
  • the ultrasound examination program is pre-installed in ROM, etc. and provided.
  • this program is stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, flexible disk (FD) as an installable or executable file. You may make it
  • the ultrasonic examination program according to the present embodiment may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, downloaded via the network, and provided.
  • the ultrasonic inspection apparatus can also be configured by connecting and combining separate modules that independently perform each function of the constituent elements by connecting them via a network or a dedicated line.
  • Incident direction h... Focal length, I m n (I m 1 , Im2 ... ImN )...signal intensity, Gm ( G1 , G2 ... GM )... integrated value , tmn ( tm1 , tm2 ... tmN )...propagation time.

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Abstract

広い領域で欠陥を高感度で検出する超音波検査技術を提供する。　アレイプローブの座標系の位置情報に基づき検査対象の内部を格子状に分割したメッシュ（４２m）を定義し登録する登録部（２５）と、検査対象（３７）の形状情報（２４）に基づいて振動子からメッシュ（４２m）に裏面反射波が入射するまでの第１路程（２１）を計算する第１計算部（１１）と、メッシュ（４２m）から振動子の各々までの回折波の第２路程（２２）を計算する第２計算部（１２）と、第１路程（２１）と各々の第２路程（２２）とを超音波の伝搬時間（ｔm n）に変換し組み合わせて対応するメッシュ（４２m）にリンクして登録する変換部（２６）と、検出信号（４１n）から伝搬時間（ｔm n）に対応する信号強度（Ｉm n）を取得し対応するメッシュ（４２m）毎に積算させた積算値（Ｇm）を出力する積算部（２８）と、を有する。

Description

超音波検査装置、方法及びプログラム
　本発明に実施形態は、構造部材や溶接部に発生した内部欠陥を非破壊検査する超音波検査技術に関する。
　溶接接合は、橋梁等の土木、建築構造物から、タンク、配管等のプラント機器、更に自動車や電車の車体の構造部材まで幅広く使用されている。このため、構造物又は密閉容器の強度、この強度の維持並びにその安全性確保の観点から、溶接部及び溶接部近傍に発生した欠陥の非破壊検査は重要な技術である。特に、構造物の健全性や寿命予測のために欠陥の定量評価や進展挙動の計測に関する重要度も増している。また、非破壊検査により、欠陥のサイジングや進展挙動計測を、高精度で効率的に実施する要求が高まっている。
特許第３４５６９５３号公報
　金属母材や溶接部内の欠陥形状を超音波検査装置で非破壊検査する場合、広指向性の小型で単一の振動子から超音波を送信し同様の小型で単一の振動子で受信する方式がある。しかし、この技術では、欠陥の検出感度が不十分で減衰の大きな材料や溶接部の検査が困難であった。
　他方において、複数の振動子を配列させたアレイプローブで超音波を収束させて送信することで、検出感度を向上させる方式がある。しかしこの方式では、処理対象となる受信波形が膨大となる関係で、超音波が直接入射する領域に存在する欠陥のみ検出可能であり、欠陥が検出不能な領域が存在してしまう課題があった。
　本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、広い領域で欠陥を高感度で検出する超音波検査技術を提供することを目的とする。
　実施形態に係る超音波検査装置において、超音波ビームの入射方向及び焦点の距離を設定する設定部と、前記入射方向及び前記焦点の距離に基づいてアレイプローブに配列させた複数の振動子の各々の発振タイミングを演算しパルス信号を送信する送信部と、前記超音波ビームの裏面反射波により欠陥で発生した超音波の回折波を前記振動子の各々で検出した検出信号を受信する受信部と、前記アレイプローブの座標系の位置情報に基づき検査対象の内部を格子状に分割したメッシュを定義し登録する登録部と、前記検査対象の形状情報に基づいて前記振動子から前記メッシュに前記裏面反射波が入射するまでの第１路程を計算する第１計算部と、前記メッシュから前記振動子の各々までの前記回折波の第２路程を計算する第２計算部と、前記第１路程と各々の前記第２路程とを超音波の伝搬時間に変換し組み合わせて対応する前記メッシュにリンクして登録する変換部と、受信した前記検出信号から前記伝搬時間に対応する信号強度を取得し対応する前記メッシュ毎に積算させた積算値を出力する積算部と、それぞれの前記積算値に対応した輝度又は色彩で前記メッシュを表示する表示部と、を備える。
　本発明の実施形態により、広い領域で欠陥を高感度で検出する超音波検査技術が提供される。
本発明の第１実施形態に係る超音波検査装置の構成図。 第１実施形態の超音波検査装置におけるデータ処理部のブロック図。 第１実施形態における超音波ビーム、裏面反射波、超音波の回折波の説明図。 第１実施形態において検査対象の内部を格子状に分割し定義したメッシュの説明図。 （Ａ）第２実施形態において、裏面が非平面形状である検査対象に対し、裏面の外側に集束距離を設定した場合の超音波ビーム及び裏面反射波の説明図、（Ｂ）メッシュに位置する欠陥で発生する回折波の説明図。 （Ａ）第２実施形態において、裏面が非平面形状である検査対象に対し、表面の外側に集束距離を設定した場合の超音波ビーム及び裏面反射波の説明図、（Ｂ）メッシュに位置する欠陥で発生する回折波の説明図。 （Ａ）第２実施形態において、裏面が非平面形状である検査対象に対し、裏面と表面の内側に集束距離を設定した場合の超音波ビーム及び裏面反射波の説明図、（Ｂ）メッシュに位置する欠陥で発生する回折波の説明図。 第３実施形態の超音波検査装置におけるデータ処理部のブロック図。 （Ａ）第３実施形態における超音波ビームの説明図、（Ｂ）裏面反射波により欠陥で発生する超音波の回折波の説明図、（Ｃ）超音波ビームが直接入射波として入射した欠陥で発生した回折波の説明図。 本発明の第４実施形態に係る超音波検査装置の構成図。 本発明の第５実施形態に係る超音波検査装置の構成図。 本発明の実施形態に係る超音波検査方法の工程及び超音波検査プログラムのアルゴリズムを説明するフローチャート。
（第１実施形態）
　以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る超音波検査装置１０の構成図である。図２は第１実施形態の超音波検査装置１０におけるデータ処理部２０のブロック図である。図３は第１実施形態における超音波ビーム３０n、裏面反射波３１n、超音波の回折波３２n(３２1,３２2…３２N)の説明図である。図４は第１実施形態において検査対象３７の内部を格子状に分割し定義したメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)の説明図である。
　図１に示すように超音波検査装置１０は、超音波ビーム３０n(３０1,３０2…３０N)の入射方向θ（θ1,θ2）及び焦点３９の距離ｈを設定する設定部１５と、入射方向θ及び焦点距離ｈに基づいてアレイプローブ３６に配列させた複数の振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々の発振タイミングを演算する演算部１６と、振動子３５nの各々を発振させるパルス信号４０を送信する送信部１７と、超音波ビーム３０nの裏面反射波３１n(３１1,３１2…３１N)により欠陥３８で発生した超音波の回折波３２n(３２1,３２2…３２N)（図３）を振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々で検出した検出信号４１n(４１1,４１2…４１N)を受信する受信部１８と、検出信号４１nのデータ処理部２０と、検査対象３７における欠陥３８の検査結果を画像表示する表示部１９と、を備えている。
　図２（適宜、図４参照）に示すようにデータ処理部２０は、アレイプローブ３６のｘ－ｚ座標系の位置情報に基づき検査対象３７の内部を格子状に分割したメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)を定義し登録する登録部２５と、検査対象３７の形状情報２４に基づいて振動子３５nからメッシュ４２mに裏面反射波３１nが入射するまでの第１路程２１を計算する第１計算部１１と、メッシュ４２mから振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々までの回折波３２n(３２1,３２2…３２N)の第２路程２２を計算する第２計算部１２と、第１路程２１と各々の第２路程２２とを超音波の伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)に変換し組み合わせて対応するメッシュ４２mにリンクして登録する変換部２６と、受信した検出信号４１n(４１1,４１2…４１N)から伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)に対応する信号強度Ｉm n(Ｉm 1,Ｉm 2…Ｉm N)を取得する取得部２７と、この信号強度Ｉm nを対応するメッシュ４２m毎に積算（Ｇm＝Σ(n＝1→N)Ｉm n）させた積算値Ｇm(Ｇ1,Ｇ2…ＧM)を出力する積算部２８と、を有している。
　図１に戻って説明を続ける。
　アレイプローブ３６は、リニアまたはマトリックス状に配列した複数の振動子３５n(３５1,３５2…３５N)を内蔵しており、楔型のシュー４５と、液体音響媒体である音響カップラント（図示略）を介して検査対象３７に密着させて配置されている。これら隣接する振動子３５n(３５1,３５2…３５N)において発振タイミングの遅延時間を調節することで、超音波ビーム３０n(３０1,３０2…３０N)の入射方向θ及び焦点３９の距離ｈを任意に設定することができる。
　設定部１５は、検査対象３７のＸ－Ｚ座標系におけるアレイプローブ３６を固定して入射方向θ又は焦点３９の距離ｈを走査し、検査対象３７のＹ軸方向にアレイプローブ３６を走査させる検査方式を設定する。もしくは、入射方向θ及び焦点距離ｈを固定し、検査対象３７のＸ－Ｙ座標系においてアレイプローブ３６を走査させる検査方式を設定することもできる。
　演算部１６は、設定部１５で入力された入射方向θ及び焦点距離ｈに基づいて、振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々の発振タイミングの遅延時間を演算する。送信部１７は、演算部１６で演算された遅延時間に基づいて、パルス信号４０をそれぞれの振動子３５n(３５1,３５2…３５N)に送信し発振させる。
　図３に示すように、アレイプローブ３６から超音波ビーム３０nが照射されると、シュー４５を介して検査対象３７の表面から入射し、その裏面において反射して裏面反射波３１nとなる。ここで超音波ビーム３０nの入射角に対し、反射角が等しくなる方向に裏面反射波３１nは反射する。
　この裏面反射波３１nは、その経路に欠陥３８が存在しなければ、検査対象３７の表面に到達して反射が繰返され減衰していく。そして裏面反射波３１nの経路に欠陥３８が存在するとそこで回折し、一部が回折波３２n(３２1,３２2…３２N)として振動子３５n(３５1,３５2…３５N)に入射する。なお、裏面反射波３１nが欠陥３８に入射すると、その先端及び本体部において回折又は反射する。このように欠陥３８で発生し振動子３５nに入射する超音波を回折波３２nとここでは呼ぶ。
　受信部１８（図１）では、そのような回折波３２n(３２1,３２2…３２N)が入射した振動子３５n(３５1,３５2…３５N)が出力した検出信号４１n(４１1,４１2…４１N)を受信する。これら振動子３５nから出力される検出信号４１nは、切替器１４により受信部１８に案内される。なお受信部１８には、検出信号４１nを増幅する増幅器（図示略）及びアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（図示略）が設けられている。
　図２に示すデータ処理部２０において、登録部２５、第１計算部１１、第２計算部１２、変換部２６における処理は、送信部１７及び受信部１８を動作させるよりも前に予め行われるものである。
　登録部２５は、検査対象３７の内部を格子状に分割したメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)（図４）を定義するものである。これらメッシュ４２mは、表示部１９で表示される画像の画素（ピクセル）を構成する。なおこれらメッシュ４２mの位置情報は、実施形態において平面座標系で定義されているが、立体座標系で定義される場合もある。
　第１計算部１１は、検査対象３７の形状情報２４に基づいて振動子３５nからメッシュ４２mに裏面反射波３１nが入射するまでの第１路程２１を計算する。検査対象３７が図３又は図４で示されるような、表面と裏面がフラットで平行な平行平板であれば、形状情報２４として重要なのは検査対象３７の厚み値である。
　変換部２６における第１路程２１の伝搬時間Ｐの計算は、振動子３５nの中心から焦点３９までの路程の伝搬時間Ｐf、焦点３９から反射点までの路程の伝搬時間Ｐr、反射点からメッシュ４２mまでの路程の伝搬時間Ｐmとした場合、Ｐ＝Ｐf－Ｐr＋Ｐmのように表される。これら伝搬時間Ｐf，Ｐr，Ｐmは、アレイプローブ３６の座標系の位置情報及び超音波の伝搬速度から計算される。
　第２計算部１２は、メッシュ４２mから振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々までの回折波３２n(３２1,３２2…３２N)の第２路程２２を計算する。変換部２６における第２路程２２の伝搬時間Ｑn(Ｑ1,Ｑ2…ＱN)の計算は、メッシュ４２mからそれぞれの振動子３５n(３５1,３５2…３５N)までの路程の伝搬時間として、アレイプローブ３６の座標系の位置情報及び超音波の伝搬速度から計算される。
　変換部２６は、このように第１路程２１と各々の第２路程２２とを超音波の伝搬時間Ｐ，Ｑnに変換し、さらに組み合わせて（Ｐ＋Ｑn）、伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)とする。これら伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)は、登録部２５において、対応するメッシュ４２mの位置情報にリンクして共に登録させる。ここまでが、アレイプローブ３６を検査対象３７の表面に当接させて検査を実際に開始するまでの事前作業である。この事前作業は、走査する全てのθについて、第１路程２１及び各々の第２路程２２の計算をする必要があり、それに対応した伝搬時間ｔm nを登録部２５に事前登録する。
　検査開始後、振動子３５n(３５1,３５2…３５N)を発振させて受信部１８で受信した検出信号４１n(４１1,４１2…４１N)の各々は、所定の時間間隔でサンプリングされた信号強度Ｉの離散データである。取得部２７は、登録部２５に登録されている伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)に照らし、検出信号４１n(４１1,４１2…４１N)から対応する信号強度Ｉm n(Ｉm 1,Ｉm 2…Ｉm N)を取得する。
　積算部２８は、この信号強度Ｉm nを対応するメッシュ４２m毎に積算（Ｇm＝Σ(n＝1→N)Ｉm n）し積算値Ｇm(Ｇ1,Ｇ2…ＧM)を出力する。なお積算部２８における演算は、詳細な説明を省略するが、設定部１５において設定されている入射方向θ及び焦点距離ｈ並びにアレイプローブ３６の走査情報４６が反映される。
　表示部１９は、それぞれの積算値Ｇm(Ｇ1,Ｇ2…ＧM)に対応した輝度又は色彩でメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)を表示する。これにより表示部１９は、検査対象３７の内部に存在が懸念される欠陥３８を広い領域で高感度に検出し、画像化して検査結果とすることができる。
　なお取得部２７においてヒルベルト変換器（図示略）が設けられる場合がある。この場合、表示部１９は、ヒルベルト変換の処理をした検出信号４１nに基づく画像と、未処理の検出信号４１nに基づく画像と、を加算合成することで、エンベロープ処理を施した画像を表示することができる。このようなエンベロープ処理を施すことで、よりクリアな画像を得ることができる。
（第２実施形態）
　次に図５から図７を参照して本発明における第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る超音波検査装置１０の構成は、第１実施形態を説明した図１と図２と共通である。第２実施形態では、裏面が非平面形状を持つものを検査対象３７としている。
　このために、形状情報２４（図２）は、非平面形状である裏面の微小領域毎に法線情報を持つ。この法線情報に基づいて、裏面の微小領域に入射した超音波ビーム３０nの入射角に対して反射角が等しくなる方向に裏面反射波３１nを反射させる。さらに第２実施形態では、焦点３９が検査対象３７の裏面の外側に設定されるだけでなく、裏面と表面の内側、表面の外側の任意の位置に設定することができる。
　図５（Ａ）は裏面が非平面形状である検査対象３７において、裏面の外側に焦点３９を設定した場合の超音波ビーム３０n及び裏面反射波３１nの説明図である。図５（Ｂ）はメッシュ４２mに位置する欠陥３８で発生する回折波３２nの説明図である。
　図６（Ａ）は裏面が非平面形状である検査対象３７において、表面の外側に焦点３９を設定した場合の超音波ビーム３０n及び裏面反射波３１nの説明図である。図６（Ｂ）はメッシュ４２mに位置する欠陥３８で発生する回折波３２nの説明図である。
　図７（Ａ）は裏面が非平面形状である検査対象３７において、裏面と表面の内側に焦点３９を設定した場合の超音波ビーム３０n及び裏面反射波３１n波の説明図である、図７（Ｂ）はメッシュ４２mに位置する欠陥３８で発生する回折波３２nの説明図である。
（第３実施形態）
　次に図８及び図９を参照して本発明における第３実施形態について説明する。図８は第３実施形態の超音波検査装置におけるデータ処理部２０のブロック図である。図９（Ａ）は第３実施形態における超音波ビーム３０n(３０1,３０2…３０N)の説明図である。図９（Ｂ）は裏面反射波３１n(３１1,３１2…３１N)により欠陥３８で発生する超音波の回折波３２n(３２1,３２2…３２N)の説明図である。図９（Ｃ）は超音波ビーム３０nが直接入射波３３nとして入射した欠陥３８で発生した回折波３２n(３２1,３２2…３２N)の説明図である。なお、図８において図２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
　第３実施形態の超音波検査装置の全体構成は、図１に示される第１実施形態の超音波検査装置１０と共通しているが、相違点は、データ処理部２０（図８）において、第３計算部１３が追加された点にある。この第３計算部１３は、振動子３５nの中心からメッシュ４２mに超音波ビーム３０nが直接入射する直接入射波３３nの第３路程２３を計算する。なお、第２路程２２及び第３路程２３は一致するものであるので、第３計算部１３及び第２計算部１２は、実質的に同じ計算をする。このため説明の都合上、第２計算部１２とは区別して第３計算部１３を設けているが、第３計算部１３を設けずに第３路程２３を第２路程２２に置き換えてデータ処理することができる。
　第３実施形態における受信部１８で検出される検出信号４１n(４１1,４１2…４１N)には、第１実施形態のように裏面反射波３１n(３１1,３１2…３１N)に由来する回折波３２n(３２1,３２2…３２N)（図９（Ｂ））だけでなく、超音波ビーム３０nが直接入射波３３として入射した欠陥３８で発生した回折波３２n(３２1,３２2…３２N)（図９（Ｃ））も同時に含まれる。そして第３実施形態の変換部２６ｂは、第３路程２３と第２路程２２からその往復にかかる超音波の伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)に変換し組み合わせて、対応するメッシュ４２mにリンクして登録部２５に登録させる。
　そして積算部２８は、裏面反射波３１n及び直接入射波３３nに基づく信号強度Ｉm nを、対応するメッシュ４２m毎に積算させる。これにより超音波ビーム３０nの送信範囲内において、高解像度の画像化を行うことができる。以上の説明は、入射方向θを固定した場合の説明であるが、より広範囲で画像合成を行う場合は、次のようにしてもよい。すなわち設定部１５（図１）において、超音波ビーム３０nの入射方向θ（θ1，θ2）を走査するように設定して、それぞれのメッシュ４２mに対応する信号強度Ｉm nを積算させる。
　第３実施形態では、第１実施形態で用いた裏面反射波３１nだけでなく、欠陥３８に直接入射する直接入射波３３nも考慮し重ね合わせ画像を表示させることができる。これにより、解像度が高く精細密でクリアな画像が得られ欠陥を高感度で検出する効果をさらに向上させることができる。なお、詳細な説明を省略するが、超音波ビーム３０nの複数回の反射波を考慮することで、上記した効果をさらに向上させることができる。
（第４実施形態）
　次に図１０を参照して本発明における第４実施形態について説明する。図１０は第４実施形態に係る超音波検査装置１０の構成図である。なお、図１０において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
　第４実施形態の超音波検査装置では、複数で一対のアレイプローブ３６（３６ａ，３６ｂ）で検査が実施される。そして、切替器５３を動作させることで、いずれか一つのアレイプローブ３６のみに、パルス信号４０及び検出信号４１nが送受信される。
　切替器５３を第１端子５１に設定することで、一方のアレイプローブ３６ａに対し、パルス信号４０及び検出信号４１nの送受信がなされる。そして、切替器５３を第２端子５２に設定することで、他方のアレイプローブ３６ｂに対し、パルス信号４０及び検出信号４１nの送受信がなされる。これにより、切替器５３の設定を切り替えることで、広い領域で欠陥を高感度で検出する効果をさらに向上させることができる。
（第５実施形態）
　次に図１１を参照して本発明における第５実施形態について説明する。図１１は第５実施形態に係る超音波検査装置１０の構成図である。なお、図１１において図１及び図１０と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
　第５実施形態の超音波検査装置は、検査対象３７（３７ａ，３７ｂ）の表面にアレイプローブ３６（３６ａ，３６ｂ）を走査させる走査手段５０と、この走査手段５０の駆動制御部５５と、を備えている。第５実施形態では、二つの平板状の検査対象３７（３７ａ，３７ｂ）のうち、一方の検査対象３７ａの上面に、他方の検査対象３７ｂがその下端が接続している溶接部３４を検査する。
　走査手段５０は、二つで一対のアレイプローブ３６（３６ａ，３６ｂ）を支持構造体５４に搭載させた自走式のものである。支持構造体５４には、一方の検査対象３７ａの上面に接地する一対の駆動車輪５９ａと、他方の検査対象３７ｂの上面に接地する従動車輪５９ｂを備えている。そして、それぞれの検査対象３７ａ，３７ｂの上面に車輪５９ａ，５９ｂを押し付けるためのマグネット５７（５７ａ，５７ｂ）が設けられている。
　さらに支持構造体５４には、駆動車輪５９ａを回転駆動させるモータ５６と、移動した支持構造体５４位置情報を検出する位置検出器５８と、が設けられている。駆動制御部５５は、モータ５６に電力と駆動信号とを送るとともに、位置検出器５８の信号をアレイプローブ３６（３６ａ，３６ｂ）の位置情報として受信する。
　このアレイプローブ３６の位置情報は、設定部１５から取得される超音波ビーム３０nの入射方向θ及び焦点３９と併せて、走査情報４６としてデータ処理部２０に送られる。さらに図示を省略するが、アレイプローブ３６（３６ａ，３６ｂ）が検査対象３７（３７ａ，３７ｂ）に当接する部分に、液体音響媒体である音響カップラント（水）を連続的に供給する供給部が設けられている。
　図１２の本発明のフローチャートに基づいて実施形態に係る超音波検査方法の工程及び超音波検査プログラムのアルゴリズムを説明する（適宜、図１及び図２参照）。最初に超音波ビーム３０n(３０1,３０2…３０N)の入射方向θ及び焦点３９の距離ｈが設定される（Ｓ１１）。これにより、入射方向θ及び焦点距離ｈ並びにアレイプローブ３６の走査情報４６が設定される。
　またアレイプローブ３６のｘ－ｚ座標系の位置情報に基づき定義されたメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)が登録される（Ｓ１２）。そして、検査対象３７の形状情報２４に基づいて振動子３５nからメッシュ４２mに裏面反射波３１nが入射するまでの第１路程２１が計算される（Ｓ１３）。さらに必要に応じて、振動子３５nからメッシュ４２mに超音波ビーム３０nが直接入射する直接入射波３３nの第３路程２３も計算する。
　さらにメッシュ４２mから振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々までの回折波３２n(３２1,３２2…３２N)の第２路程２２が計算される（Ｓ１４）。そして第１路程２１と各々の第２路程２２とを超音波の伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)に変換し組み合わせて（Ｓ１５）、対応するメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)にリンクして登録させる（Ｓ１６）。
　さらに必要に応じて、第３路程２３と各々の第２路程２２とを超音波の伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)に変換し組み合わせて、対応するメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)にリンクして登録させる。なお、この登録情報は、入射方向θの走査（扇状走査）の全てのθ（例えば、５°ピッチで２０°～８０°のθ1からθ13）及び焦点距離ｈに対して設定され、その伝播時間が事前登録される。
　次に、アレイプローブ３６を検査対象３７の表面に当接させ機械又は電子走査する（Ｓ１７）。そして、複数の振動子３５n(３５1,３５2…３５N)を発振させ、アレイプローブ３６から検査対象３７の表面に超音波ビーム３０n(３０1,３０2…３０N)を入射させる（Ｓ１８）。
　さらに、裏面反射波３１n(３１1,３１2…３１N)により欠陥３８で発生した超音波の回折波３２n(３２1,３２2…３２N)を振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々で検出する（Ｓ１９）。振動子３５n(３５1,３５2…３５N)から検出信号４１n(４１1,４１2…４１N)を受信し（Ｓ２０）、登録されている伝搬時間ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)における信号強度Ｉm n(Ｉm 1,Ｉm 2…Ｉm N)を取得する（Ｓ２１）。また、直接入射波３３n(３３1,３３2…３３N)により欠陥３８で発生した超音波の回折波３２n(３２1,３２2…３２N)も振動子３５n(３５1,３５2…３５N)の各々で検出する。そして、登録されている信号強度Ｉm n(Ｉm 1,Ｉm 2…Ｉm N)を同様にして取得する。
　次に、必要に応じてアレイプローブ３６のｘ－ｚ座標系で表されたメッシュ４２m(４２1,４２2…４２M)の位置情報を、検査対象３７のＸ－Ｚ座標系に展開する（Ｓ２２）。そして、メッシュ４２n(４２1,４２2…４２N)において対応する信号強度Ｉm n(Ｉm 1,Ｉm 2…Ｉm N)を積算した積算値Ｇm(Ｇ1,Ｇ2…ＧM)を出力する（Ｓ２３）。この積算値Ｇm(Ｇ1,Ｇ2…ＧM)に対応した輝度又は色彩でメッシュ４２n(４２1,４２2…４２N)を発光させることで、検査対象３７における欠陥３８の検査結果が画像表示される（Ｓ２４）。そして検査が終了するまで（Ｓ１８）から（Ｓ２４）のフローが繰り返される（Ｓ２５，Ｎｏ，Ｙｅｓ，ＥＮＤ）。
　また実施形態は、橋梁等の土木、建築構造物から、タンク、配管等のプラント機器、更に自動車や電車の車体の構造部材まで幅広く使用されている溶接部の非破壊検査の検査性能を向上させることができる。特に、構造物の健全性や寿命予測のために欠陥の定量評価や進展挙動の計測に関する重要度も増しており、非破壊検査による欠陥のサイジングや進展挙動計測に適用できる。
　以上述べた少なくともひとつの実施形態の超音波検査装置によれば、複数の振動子からなるアレイプローブで超音波ビームを集束させ裏面反射させてから欠陥に入射させ、発生した回折波を振動子の各々に検出させることで、広い領域で欠陥を高感度で検出ことが可能となる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　以上説明した超音波検査装置は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。このため超音波検査装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、超音波検査プログラムにより動作させることが可能である
　また超音波検査プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供するようにしてもよい。
　また、本実施形態に係る超音波検査プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしてもよい。また、超音波検査装置は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワーク又は専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。
１０…超音波検査装置、１１…第１計算部、１２…第２計算部、１３…第３計算部、１４…切替器、１５…設定部、１６…演算部、１７…送信部、１８…受信部、１９…表示部、２０…データ処理部、２１…第１路程、２２…第２路程、２３…第３路程、２４…形状情報、２５…登録部、２６（２６ａ，２６ｂ）…変換部、２７…取得部、２８…積算部、３０n(３０1,３０2…３０N)…超音波ビーム、３１n(３１1,３１2…３１N)…裏面反射波、３２n(３２1,３２2…３２N)…回折波、３３…直接入射波、３４…溶接部、３５n(３５1,３５2…３５N)…振動子、３６（３６ａ，３６ｂ）…アレイプローブ、３７（３７ａ，３７ｂ）…検査対象、３８…欠陥、３９…焦点、４０…パルス信号、４１n(４１1,４１2…４１N)…検出信号、４２m(４２1,４２2…４２M)…メッシュ、４５…シュー、４６…走査情報、５０…走査手段、５１…第１端子、５２…第２端子、５３…切替器、５４…支持構造体、５５…駆動制御部、５６…モータ、５７（５７ａ，５７ｂ）…マグネット、５８…位置検出器、５９（５９ａ，５９ｂ）…車輪、５９ａ…駆動車輪、５９ｂ…従動車輪、θ…入射方向、ｈ…焦点距離、Ｉm n(Ｉm 1,Ｉm 2…Ｉm N)…信号強度、Ｇm(Ｇ1,Ｇ2…ＧM)…積算値、ｔm n(ｔm 1,ｔm 2…ｔm N)…伝搬時間。

Claims (10)

  1. 　超音波ビームの入射方向及び焦点の距離を設定する設定部と、
    　前記入射方向及び前記焦点の距離に基づいて、アレイプローブに配列させた複数の振動子の各々の発振タイミングを演算しパルス信号を送信する送信部と、
    　前記超音波ビームの裏面反射波により欠陥で発生した超音波の回折波を前記振動子の各々で検出した検出信号を受信する受信部と、
    　前記アレイプローブの座標系の位置情報に基づき検査対象の内部を格子状に分割したメッシュを定義し登録する登録部と、
    　前記検査対象の形状情報に基づいて、前記振動子から前記メッシュに前記裏面反射波が入射するまでの第１路程を計算する第１計算部と、
    　前記メッシュから前記振動子の各々までの前記回折波の第２路程を計算する第２計算部と、
    　前記第１路程と各々の前記第２路程とを超音波の伝搬時間に変換し組み合わせて、対応する前記メッシュにリンクして登録する変換部と、
    　受信した前記検出信号から前記伝搬時間に対応する信号強度を取得し、対応する前記メッシュ毎に積算させた積算値を出力する積算部と、
    　それぞれの前記積算値に対応した輝度又は色彩で前記メッシュを表示する表示部と、を備える超音波検査装置。
  2. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記設定部は、前記超音波ビームの前記入射方向を走査するように設定する超音波検査装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の超音波検査装置において、
    　前記形状情報は、前記検査対象の裏面が非平面形状である情報を含む超音波検査装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、
    　前記アレイプローブが当接する前記検査対象の表面とその反対側の裏面に対し、
    　前記焦点は、前記裏面の外側、前記裏面と表面の内側、前記表面の外側の任意の位置に設定される超音波検査装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、
    　前記振動子から前記メッシュに前記超音波ビームが直接入射する直接入射波の第３路程を計算する第３計算部をさらに備え、
    　前記変換部は、前記第３路程と各々の前記第２路程とを超音波の前記伝搬時間に変換し組み合わせて、対応する前記メッシュにリンクして登録し、
    　前記受信部は、前記直接入射波により前記欠陥で発生した前記回折波の前記検出信号も受信し、
    　前記積算部は、前記裏面反射波及び直接入射波に基づく前記信号強度を、対応する前記メッシュ毎に積算させる超音波検査装置。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、
    　前記検出信号は、ヒルベルト変換され、エンベロープ処理を施した前記メッシュの表示が行われる超音波検査装置。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、
    　複数で一対の前記アレイプローブのいずれか一つに対してのみ、前記パルス信号を送信し、前記検出信号を受信させる切替器を備える超音波検査装置。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、
    　前記検査対象の表面に前記アレイプローブを機械走査させる走査手段と、
    　前記走査手段の駆動制御部と、を備える超音波検査装置。
  9. 　超音波ビームの入射方向及び焦点の距離を設定するステップと、
    　前記入射方向及び前記焦点の距離に基づいて、アレイプローブに配列させた複数の振動子の各々の発振タイミングを演算しパルス信号を送信するステップと、
    　前記超音波ビームの裏面反射波により欠陥で発生した超音波の回折波を前記振動子の各々で検出した検出信号を受信するステップと、
    　前記アレイプローブの座標系の位置情報に基づき検査対象の内部を格子状に分割したメッシュを定義し登録するステップと、
    　前記検査対象の形状情報に基づいて、前記振動子から前記メッシュに前記裏面反射波が入射するまでの第１路程を計算するステップと、
    　前記メッシュから前記振動子の各々までの前記回折波の第２路程を計算するステップと、
    　前記第１路程と各々の前記第２路程とを超音波の伝搬時間に変換し組み合わせて、対応する前記メッシュにリンクして登録するステップと、
    　受信した前記検出信号から前記伝搬時間に対応する信号強度を取得し、対応する前記メッシュ毎に積算させた積算値を出力するステップと、
    　それぞれの前記積算値に対応した輝度又は色彩で前記メッシュを表示するステップと、を含む超音波検査方法。
  10. 　コンピュータに、
    　超音波ビームの入射方向及び焦点の距離を設定させるステップ、
    　前記入射方向及び前記焦点の距離に基づいて、アレイプローブに配列させた複数の振動子の各々の発振タイミングを演算しパルス信号を送信させるステップ、
    　前記超音波ビームの裏面反射波により欠陥で発生した超音波の回折波を前記振動子の各々で検出した検出信号を受信させるステップ、
    　前記アレイプローブの座標系の位置情報に基づき検査対象の内部を格子状に分割したメッシュを定義し登録させるステップ、
    　前記検査対象の形状情報に基づいて、前記振動子から前記メッシュに前記裏面反射波が入射するまでの第１路程を計算させるステップ、
    　前記メッシュから前記振動子の各々までの前記回折波の第２路程を計算させるステップ、
    　前記第１路程と各々の前記第２路程とを超音波の伝搬時間に変換し組み合わせて、対応する前記メッシュにリンクして登録させるステップ、
    　受信した前記検出信号から前記伝搬時間に対応する信号強度を取得し、対応する前記メッシュ毎に積算させた積算値を出力させるステップ、
    　それぞれの前記積算値に対応した輝度又は色彩で前記メッシュを表示させるステップ、を実行させる超音波検査プログラム。
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