CN1185837A - 超声波探伤装置及超声波探伤方法 - Google Patents

超声波探伤装置及超声波探伤方法 Download PDF

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Abstract

一种超声波探伤装置备有:探头,对探伤面倾斜发射超声波脉冲,同时接收由缺陷反射的回波;扫查机构部,使探头在扫查范围内移动,同时输出探头的空间位置;及发射接收装置,它具有:发射部,产生发射信号并向探头输出;接收部,从探头输入回波;位置检测部,从扫查机构部输入探头空间位置;及信号处理部,根据探头空间位置和回波并考虑超声波束的扩散而检测缺陷。能提高超声波的检查精度并能提高对缺陷等的形状、大小、位置等的检测能力及测量精度。

Description

超声波探伤装置及超声波探伤方法
技术领域
本发明涉及在焊接区的检查、或板材和管材等的检查中采用的超声波探伤装置及超声波探伤方法。
尤其是涉及采用以相对于被检验件的探伤面倾斜的角度发射的超声波的所谓超声波斜角探伤法。作为检查、检测一类术语以外的术语，虽然还有测定、测量等术语，但在这里将测定、测量等术语包含在检查、检测一类术语之内进行处理。而检查结果这一术语也按包含着检验结果和探伤结果等一类术语进行处理。
背景技术
以往，关于这种超声波斜角探伤法，例如在以下文献中有详细说明，即，「超声波探伤法(修订新版)」，日本学术振兴会·制钢第19委员会，日刊工业新闻社，昭和49年7月30日修订新版发行，昭和52年12月20日修订新版第3次印刷发行，第180页～第199页(以下，简称为「文献A」)。
参照图80说明现有的超声波探伤装置及超声波探伤方法。图80是从上述文献A引用的用于说明现有超声波斜角探伤法的图。
在图80中，被检验件1具有母材部2、表面3、底面4、及焊接区5。而在被检验件1的焊接区5的内部，存在声的不连续部(缺陷)6。该声的不连续部6有各种形式，包括焊接时的根部焊道裂纹、焊接起点终点的火口裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔、虫形气孔、高温裂纹、因杂质混入引起的与周围介质的材质差异部位等。另外，与焊接作业无关而在材料本身原已存在着的杂质混入部位、裂纹、伤痕等，也相当于声的不连续部。以下，为简单起见，在说明中将这些声的不连续部称作缺陷6。另外，在该图中，将探头7放置在被检验件1的表面3上。
从放置在相当于探伤面的被检验件1的表面3上的探头7向被检验件1的内部发射超声波脉冲。图中，超声波脉冲的传播方向以标有箭头的实线表示，角度「θ」是超声波束的折射角。入射在缺陷6上后从其反射的回波，再次由探头7接收。
缺陷6按如下方式检测。由图中虽未示出但与探头7电气连接的超声波探伤仪测量从探头7发射超声波脉冲的时间与再次接收到回波的时间的时间差、即超声波脉冲在被检验件中传播所需要的时间。由于该时间是超声波脉冲从探头7到缺陷6往复一次所需的时间，所以将其除2求出单程时间后，可由该单程时间和在被检验件1中的声速求得单程的波程。该波程在图中以「Wy」表示。
如图所示，如假定被检验件1的厚度为「t」，则从探头7到缺陷6的水平距离「y」及从被检验件1的表面3到缺陷6的深度「d」，由以下的式1、式2求得。
y＝Wy×sin(θ)                ...式1
 d＝2t-Wy×cos(θ)            ...式2
另外，对于由上列式2给出的深度d，该式适用于从探头7发射的超声波脉冲在被检验件1的底面4上反射1次后入射到缺陷6的情况。当不利用底面反射而是直射时，即当从探头7发射的超声波脉冲直接入射到缺陷6并直接接收回波时，可采用从同样的几何学关系导出的下列式3。
d＝Wy×cos(θ)                 ...式3
尽管这里没有给出，但当超声波脉冲在被检验件1的底面4或表面3上反复进行几次反射而入射到缺陷6后才接收到回波时，也可采用从同样的几何学关系导出的表达式。
在超声波斜角探伤法中，作为在被检验件1中传播的超声波，经常使用横波，但例如在特公昭55-36108号公报、特公昭56-17024号公报、特开昭53-74485号公报、特公昭57-1788号公报、特开昭61-169760号公报、特开昭61-239158号公报、特开昭63-261156号公报中所公开的，有时也采用纵波。
另外，在图80中示出将1个探头7兼作超声波的发射接收使用的单探头法，但例如在特开昭62-222160号公报、特开昭60-73453号公报、特开昭64-59152号公报、特开平5-322857号公报、特开平7-120439号公报、特公昭57-51062号公报、特开昭55-13845号公报、特开平5-288722号公报中所公开的，也使用对发射和接收分别采用独立探头的双探头法。
另外，代替以手动或自动方式使探头7在被检验件1的表面3上在前后左右进行机械式扫查的探伤方法，例如在特开昭57-141549号公报、特公平1-46027号公报、特公平5-84464号公报、特公平6-64017号公报、特公平6-64027号公报、特公平3-50989号公报、特公平4-16174号公报、特开昭60-66159号公报、特开昭64-57165号公报、或特开平7-229879号公报中所公开的，已知还有对探头7采用阵列形探头进行电子扫查或改变折射角θ的方法。
再有，例如，如特开平5-288722号公报、特公昭62-28870号公报、特开昭64-9361号公报、或特开昭56-67750号公报中所公开的，还使用着在采用具有相同折射角θ的2个探头的双探头法中使用被称作串列法的机械扫查方法。
然而，在以上所述的任何一种方法中，虽然超声波束实际上因衍射而扩散，但缺陷6的检测都是采用忽视这种情况而只着眼于超声波束的中心线并从几何学关系建立的上述表达式进行，从回波高度推断缺陷6的大小。因此，在缺陷6的形状、大小、位置等的测量精度上存在问题。
另一方面，有一种为提高缺陷6的检测精度而充分利用由衍射造成的超声波束扩散的尝试。例如，在特开平2-278149公报、特开平2-248855号公报、或特开平5-172789号公报中所公开的采用综合孔径信号处理的方法，就相当于这种尝试。
但是，在这类采用综合孔径信号处理的方法中，对从探头7到达缺陷6、并从缺陷6反射而再次回到探头7的超声波束的波程，只考虑了直射的1个波程并以此为前提进行信号处理，因此，在在缺陷6的形状、大小、位置等的测量精度上仍存在问题。
在如上所述的现有超声波探伤装置及超声波探伤方法中，虽然超声波束实际上因衍射而扩散，但缺陷6的检测都是采用忽视这种情况而只着眼于超声波束的中心线并从几何学关系建立的上述表达式进行，从回波高度推断缺陷6的大小。因此，存在着缺陷6的形状、大小、位置等的测量、检测精度不是很好的问题。
另外，在其他超声波探伤装置及超声波探伤方法中，即使对超声波束因衍射而导致的扩散有所考虑，但对从探头7到达缺陷6、并从缺陷6反射而再次回到探头7的超声波束的波程只考虑了直射的1个波程并以此为前提进行信号处理，因此，仍存在着缺陷6的形状、大小、位置等的测量、检测精度不是很好的问题。
本发明是为解决上述问题而开发的，其目的是提供一种能提高被检验件中的超声波的检查精度并能提高对缺陷等的形状、大小、位置等的检测能力、测量精度的超声波探伤装置及超声波探伤方法。
发明的公开
本发明的超声波探伤装置备有：探头，由发射信号驱动并相对于被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲，同时按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲；扫查机构装置，用于使上述探头在上述被检验件上的规定扫查范围内移动，同时输出上述探头的空间位置；发射接收装置，用于产生上述发射信号并向上述探头输出，从上述探头输入和存储所接收的上述回波，同从上述扫查机构装置输入和存储在发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时的上述探头的空间位置，根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散而对上述声的不连续部进行检测。
另外，本发明的超声波探伤装置备有：探头，由发射信号驱动并相对于被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲，同时按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲；扫查机构装置，用于使上述探头在上述被检验件上的规定扫查范围内移动，同时输出上述探头的空间位置；发射接收装置，用于产生上述发送信号并向上述探头输出，从上述探头输入和存储所接收的上述回波，同时从上述扫查机构装置输入和存储在发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时的上述探头的空间位置，根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散、以及当上述超声波反射时从纵波向横波、及从横波向纵波的波型转换而对上述声的不连续部进行检测。
本发明的超声波探伤方法包括：由扫查机构装置使探头在被检验件上的规定扫查范围内移动的步骤；产生发射信号并向上述探头输出、由上述探头相对于上述被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲的步骤；由上述探头按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲的步骤；从上述探头输入和存储所接收的上述回波、同时从上述扫查机构装置输入和存储在发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时上述探头的空间位置的步骤；及根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散而对上述声的不连续部进行检测的步骤。
另外，本发明的超声波探伤方法包括：由扫查机构装置使探头在被检验件上的规定扫查范围内移动的步骤；产生发射信号并向上述探头输出、由上述探头相对于上述被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲的步骤；由上述探头按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲的步骤；从上述探头输入和存储所接收的上述回波、同时从上述扫查机构装置输入和存储在发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时上述探头的空间位置的步骤；及根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散、以及当上述超声波束反射时从纵波向横波、及从横波向纵波的波型转换而对上述声的不连续部进行检测的步骤。
附图的简单说明
图1是表示本发明实施例1的超声波探伤装置结构的图。
图2是表示本发明实施例1的超声波探伤装置的探头结构的图。
图3是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图4是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图5是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图6是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图7是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图8是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图9是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图10是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图11是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图12是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图13是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图14是用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的信号处理的流程图。
图15是表示用于说明本发明实施例1的超声波探伤装置的信号处理的超声波束传播路径的图。
图16是表示本发明实施例2的超声波探伤装置结构的图。
图17是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图18是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图19是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图20是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图21是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图22是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图23是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图24是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图25是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图26是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图27是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图28是用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的信号处理的流程图。
图29是表示用于说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图30是表示本发明实施例3的超声波探伤装置结构的图。
图31是表示本发明实施例1的超声波探伤装置的探头结构的图，
图32是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图33是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图34是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图35是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图36是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图37是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图38是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图39是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图40是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图41是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图42是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图43是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图44是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图45是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图46是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图47是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图48是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图49是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图50是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图51是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图52是用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的信号处理的流程图。
图53是表示用于说明本发明实施例3的超声波探伤装置的信号处理的波束传播路径的图。
图54是表示本发明实施例4的超声波探伤装置结构的图。
图55是表示本发明实施例4的超声波探伤装置的探头结构的图。
图56是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图57是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图58是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图59是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图60是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图61是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图62是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图63是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图64是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图65是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图66是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图67是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图68是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图69是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图70是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图71是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图72是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。
图73是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的传播波型的图。
图74是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的传播波型的图。
图75是用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的信号处理的流程图。
图76是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的信号处理的超声波束传播路径的图。
图77是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的信号处理的超声波束传播路径的圈。
图78是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的信号处理的超声波束传播路径的图。
图79是表示用于说明本发明实施例4的超声波探伤装置的信号处理的超声波束传播路径的图。
图80是用于说明现有的超声波斜角探伤法的图。
用于实施发明的最佳形态
以下，参照附图说明本发明的各实施例。
实施例1
参照图1和图2说明本发明实施例1的超声波探伤装置的结构。图1是表示本发明实施例1的超声波探伤装置结构的框图。而图2是表示本实施例1的超声波探伤装置的探头结构的图。另外，图2是从下列文献引用的，即「新非破坏检查便览」(新无损检测手册)，(社)日本非破坏检查协会编，日刊工业新闻社，1992年10月15日发行，第291页～第292页(以下，简称为「文献B」)。在各图中同一符号表示同一或相当部分。
在图1中，超声波探伤装置备有放置在被检验件1上的探头7、与探头7连接的发射接收装置8、及用于探头7的扫查机构部9。
另外，在该图中，发射接收装置8包括控制部81、发射部82、接收部83、信号处理部84、探头7的位置检测部85。而扫查机构部9包括图中未示出的探头7的位置检测传感器。
在图中，探头7通过信号线连接于发射部82和接收部83。接收部83与信号处理部84连接。位置检测部85连接于信号处理部84，控制部81连接着发射部82、接收部83、信号处理部84、位置检测部85、及扫查机构部9。
另外，在该图中，扫查机构部9与位置检测部85连接。从扫查机构部9的位置检测传感器输出的信号输入到位置检测部85。由位置检测部85检测出的探头7的位置信息输入到信号处理部84。
信号处理部84，图中虽未示出但在内部具有存储器。在该存储器内适当地存储各种运算和计算结果，同时适当存储输入到信号处理部84的输入信号。
另外，虽然图中未示出，但从信号处理部84将表示处理状况的信号适当地输入到控制部81。控制部81根据该输入信号则对发射部82、接收部83、信号处理部84、位置检测部85、及扫查机构部9输出控制信号，执行对各部分的控制。
在图2中，探头7包括由丙烯等材料构成的楔块71及由压电陶瓷等压电材料构成的矩形或圆形振子72。此外，符号72A是视在振子，「H」是从被检验件1的表面3到视在振子72A的中心的高度。「W」是振子72的宽度，「W′」是视在振子72A的宽度，「p1」是楔块内的距离，「p1′」是视在的楔块内距离，「α」是楔块71与被检验件1的表面3的交界面的超声波入射角，「θ」是折射角。
为便于说明，在本说明书中使用的这些符号和名称与上述文献B不同。本说明书与文献B的对应如下。箭头(→)的左侧是文献B中的名称和符号，右侧是本说明书中的名称和符号。与在本说明书中使用着的符号H相当的高度，在文献B中没有记载。而原点O的位置与文献B不同，如图2所示，采用的是将视在振子72A的中心垂直投影到被检验件1的表面3上后的点。振子的高度H                               →振子72的宽度W振子的视在高度HR                          →振子72的视在宽度W楔块内距离11                              →楔块内距离p1换算成被检验件中的距离后的楔块内距离12    →视在楔块内距离P1′
以上，采用了「视在的」这样一种表述方式，其含义如文献B所述，这是由于根据斯内尔折射定律，从振子72向楔块71内发射的超声波在与被检验件1的交界面、即表面3上发生折射，所以，从被检验件1一侧观察到的振子72的宽度W好象等效地变成了W′，如将楔块内距离p1换算成在被检验件1中的距离，则也好象等效地变成了p1′。如采用这些视在的物理量，则可将楔块71看作如同是被检验件1而进行各种计算和信号处理。因此，在以下的说明中，将采用视在振子72A、其宽度W′、视在的楔块内距离P1′、及与视在振子72A的中心有关的高度H进行说明。
接着，参照图3至图15说明本发明实施例1的超声波探伤装置的动作。
从图3到图13，是表示用于说明本实施例1的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。而图14是用于说明本实施例1的超声波探伤装置的信号处理的流程图。另外，图15是表示用于说明图14所示信号处理流程图的波束传播路径的图。
从发射接收装置8的发射部82产生即使将其看作是脉冲也无问题的窄脉冲、或具有一定载频的脉冲串信号等发射信号，并传送给探头7。探头7由发射信号驱动，将超声波脉冲向被检验件1的探伤面、即被检验件1的表面3倾斜地发射。在各实施例中都是以探伤面是表面为例进行说明的，但探伤面并不限于表面，有时也可以是底面或侧面。超声波脉冲在被检验件1中传播并由缺陷6反射、散射、衍射。这里，反射这一术语，不只是指反射，而是作为包含散射和折射等的物理现象处理。即，术语反射应解释为超声波的传播受缺陷6的影响而进行与不存在缺陷6的情况相比在传播的性能状态上不同的动作的全部现象。尤其是将在缺陷6的尖端部发生的所谓尖端衍射回波或被称作端部回波的回波也包括在由缺陷6反射的回波内进行说明。该反射、散射、衍射的超声波脉冲在被检验件1中传播并再次由探头7接收。该接收的回波由接收部83放大后传送到信号处理部84。
另一方面，由扫查机构部9检测探头7的空间位置信息，并传送到位置检测部85。从位置检测部85来的探头7的空间位置信息传送到信号处理部84。将探头7的空间位置信息及所接收的回波存储在该信号处理部84中。
接着，由扫查机构部9将探头7移动到另一空间位置(坐标)。然后，用发射信号从探头7发射超声波脉冲，并与上述基本相同，将来自缺陷6的接收回波及探头7的空间位置信息传送并存储在信号处理部84内。
在所要求的探头7的扫查范围上进行该一系列的动作。在这之后，在信号处理部84中进行后文所述的信号处理。
这里，在说明信号处理部84的信号处理程序之前，先说明被检验件1中的超声波束的传播特性。首先，参照图3讨论超声波束的传播路径。图中，取横向为x轴，垂直方向为y轴。
假定相当于缺陷6的点反射源位于(x0、y0)。从视在振子72A发射的超声波束因衍射而扩散，图中，实线表示超声波束的中心线，虚线表示由上述中心线上的声压、例如在发射接收的往复总超声波束中声压为-6dB的点连接的线。即，2条虚线之间相当于在发射接收中总的有效波束宽度。与2条虚线对应的折射角，如图中所示，假定为「θL」「θH」。在这里采用了-6dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-3dB或-12dB，或者也可采用其他的值定义有效波束宽度。
以下，将参照图4至图9讨论上述波束宽度内的声线。在图4～图9中，坐标原点(0，0)，与图2相同，取视在振子72A的中心沿y轴投影到被检验件1的表面3上的点。点Q表示视在振子72A的中心，其坐标为(0，-H)。此外，位于(x0、y0)的白圆圈符号是与缺陷6对应的反射源。
如图4所示，与折射角θ1相当的声线如存在于上述波束宽度内，即，如θL≤θ1≤θH，则可能存在如箭头所示的超声波束传播路径。这时，从探头7发射的超声波直射在缺陷6上并被直接反射，由探头7作为回波接收。这里，θ1由式4给出。
θ1＝tan-1[x0/(y0+H)]                  ...式4
另外，这时的往复总波程为2×L1，L1由下列的式5给出。而SQRT[]表示取[]内的平方根的运算操作。
L1＝SQRT[x02+(y0+H)2]                   ...式5
如图5所示，如果与折射角θ1相当的声线存在于上述波束宽度内、且与折射角θ2相当的声线也存在于上述波束宽度内，即，如θL≤θ1≤θH、而且，如θL≤θ2≤θH，则可能存在这样的传播路径，即从探头7发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次后射在缺陷6上，由缺陷6反射后直接到达探头7作为回波接收。
图中虽未示出，但也可能存在与其相反的传播路径。即，从探头7发射的超声波直射在缺陷6上，由缺陷6反射并在底面4上反射1次后到达探头7并作为回波接收。这里，θ2由式6给出。其中[t]为被检验件1的厚度。
θ2＝tan-1[x0/(2t-y0+H)]                ...式6
另外，上述两种情况的总波程为L1+L2，L2由下列的式7给出。
L2＝SQRT[x02+(2t-y0+H)2]                ...式7
另外，如θL≤θ2≤θH，则存在如图6所示的传播路径。即从探头7发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次后射在缺陷6上，然后，由缺陷6反射的超声波在底面4上反射1次后到达探头7被作为回波接收。这时的总波程为2×L2。
如图7所示，如果与折射角θ1相当的声线存在于上述波束宽度内、而与折射角θ3相当的声线也存在于上述波束宽度内，即，如θL≤θ1≤θH、而且，如θL≤θ3≤θH，则也可能存在以下的传播路径。
即，从探头7发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次后，进一步在表面3上反射1次，然后，射在缺陷6上，由缺陷6反射后直接到达探头7被作为回波接收。
图中虽未示出，但也可能存在与其相反的传播路径。即，从探头7发射的超声波直射在缺陷6上，由缺陷6反射，然后，在表面3上反射1次，并进一步在底面4上反射1次后到达探头7作为回波被接收。这里，θ3由下列的式8给出。
θ3＝tan-1[x0/(2t+y0+H)]              ...式8
另外，上述两种情况的总波程为L1+L3，L3由下列的式9给出。
L3＝SQRT[x02+(2t+y0+H)2]             ...式9
由于存在θ3≤θ2≤θ1的关系，所以如果与折射角θ1相当的声线存在于上述波束宽度内、且与折射角θ3相当的声线也存在于上述波束宽度内，则因θL≤θ2≤θH成立，因而也可能存在图8所示的波束传播路径。
即，从探头7发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次，进一步在表面3上反射1次后，射在缺陷6上，由缺陷6反射并在底面4上反射1次后到达探头7作为回波被接收。
图中虽未示出，但也可能存在与其相反的传播路径。即，从探头7发射的超声波在底面4上反射1次后，射在缺陷6上，由缺陷6反射的超声波在表面3上反射1次，然后，在底面4上反射1次后到达探头7作为回波被接收。上述两种情况的总波程为L2+L3。
另外，如θL≤θ3≤θH，则还可能存在如图9所示的传播路径，即从探头7发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次，进一步在表面3上反射1次后射在缺陷6上，由缺陷6反射后在表面3上反射1次，并进一步在底面4上反射1次后到达探头7作为回波被接收。这时的总波程为2×L3。
以上，为简化说明，仅讨论到与折射角θ3相当的声线存在于有效超声波束宽度内的情况。即，仅讨论到在波束路径上在底面4上反射1次、在表面3上反射1次的情况。
下面，参照图10至图13讨论波束宽度比在以上考察中作为对象的宽度更宽的情况。
在这种情况下，如图10所示，还必须考虑从探头7发射的超声波在底面4上反射1次、然后在表面3上反射1次、并进一步在底面4上反射1次后射在缺陷6上的波束路径及与其相反的路径。因此，有可能存在如图11～图13所示的各种波束路径及除图4～图9外与上述各图中的路径相反的传播路径。图中，θ4由下列的式10给出。
θ4＝tan-1[x0/(4t-y0+H)]            ...式10
在图10中，讨论的只是在底面4上反射2次、在表面3上反射1次的路径，但当波束宽度进一步增大时，还要求考虑总计在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路径。以下，随着波束宽度增大，相对于应考虑的路径，增加在底面4或表面3上的反射次数。
本实施例1，如上所述，在提供考虑到超声波束的扩散而以斜角探伤的装置和方法这一点上与以往有很大区别。另外，在考虑到在表面3和底面4上的反射这一点上也与在特开平2-278149号公报、特开平2-248855号公报、或特开平5-172789号公报中所公开的现有技术完全不同。
其次，根据上述有关波束路径的考察结果，参照图14和图15说明信号处理部84的信号处理程序。图15中的坐标原点与图2～图13不同。显然，可将原点确定在任何位置。当然，如果与探头7在扫查时的原点不同，则必须进行适当的坐标转换。
在信号处理部84中，如上所述，在存储器内存储着使探头7在所要求的扫查范围上进行扫查时在扫查范围内的各空间(坐标)点上的回波波形及接收到该回波波形时的探头7的空间位置(坐标)信息。此外，回波波形是以原始波形、即未经整流、检波等处理的AC波形存储的，
在图14的步骤11中，确定所需要的图象再生范围。即，在图15中，例如，按虚线所包围的区域所示，确定想要进行图象显示的范围，作为被检验件1的探伤结果。
在步骤12中，确定图象再生点。图象再生点是上述图象再生范围内的点。该点的坐标，如图15所示，假定为(xi，yi)。
在步骤13中，设与该再生点(xi，yi)对应的输出为P(xi，yi)，并将其值设定为零。即P(xi，yi)＝0、
在步骤14中，从存储器中选择探头7的空间位置即坐标、及在该位置接收到的回波波形。如图15所示，探头7的位置以点Q为代表进行讨论，并假定其坐标为(xt，-H)。而点Q的含义与图4～图13相同。
在步骤15中，计算图15中示出的角度(折射角)θ1、θ2、θ3、..、θn。这里，n为整数，可根据图象再生范围及探头7的扫查范围并考虑探头7的有效波束宽度，预先决定，θ1～θn由下列的式11、式12、式13、式14、式15给出。m按如下方式给出。即当n为偶数时，m＝n，当n为奇数时，m＝n-1。
θ1＝tan-1[(xi-xt)/(yi+H)]             ...式11
θ2＝tan-1[(xi-xt)/(2t-yi+H)]          ...式12
θ3＝tan-1[(xi-xt)/(2t+yi+H)]          ...式13
θ4＝tan-1[(xi-xt)/(4t-yi+H)]          ...式14
θn＝tan-1[(xi-xt)/(mt-(-1)nyi+H)]      ...式15
另外，如将图象再生点临时看作反射源，并相应地考虑从探头7发射的超声波到达该图象再生点(xi，yi)的波束路径及从探头7到图象再生点的单程波程，则这些角度θ1～θn如下所述。
角度θ1对应于从探头7发射的超声波直射到该图象再生点(xi，yi)时的路径。如假定这时的单程波程为w1，则w1由下列的式16给出。
w1＝SQRT[(xi-xt)2+(yi+H)2]             ...式16
角度θ2对应于从探头7发射的超声波在底面4上反射1次后射在该图象再生点(xi，yi)时的波束路径。如假定这时的单程波程为w2，则w2由下列的式17给出。
w2＝SQRT[(xi-xt)2+(2t-yi+H)2]          ...式17
角度θ3对应于从探头7发射的超声波在底面4上反射1次后、进一步在表面3上反射1次、然后射在该图象再生点(xi，yi)时的波束路径。如假定这时的单程波程为w3，则w3由下列的式18给出。
w3＝SQRT[(xi-xt)2+(2t+yi+H)2]          ...式18
角度θ4对应于从探头7发射的超声波在底面4上反射1次后、在表面3上反射1次、并进一步在底面4上反射1次后射在该图象再生点(xi，yi)时的波束路径。如假定这时的单程波程为w4，则w4由下列的式19给出。
w4＝SQRT[(xi-xt)2+(4t-yi+H)2]         ...式19
以下，对θ5～θn，同样可以以此类推而不需要作特别的说明，所以其说明从略，但如假定与角度θn对应的单程波程为wn，则wn由下列的式20给出。
wn＝SQRT[(xi-xt)2+(mt-(-1)nyi+H)2]       ...式20
另外，以上讨论了使角度θ1～θn分别对应于从探头7发射的超声波到图象再生点的波程路径。反之，如对上述各波程路径考虑分别对应于在图象再生点反射的超声波按完全相反的方向行进到探头7的波程路径，则也可以考虑使角度θ1～θn分别对应于与这种反射有关的波束路径。当然，从探头7发射的超声波到图象再生点的波程路径的路程w1～wn，分别等于与上述这些波束路径行进方向相反的波束路径的路程。
在步骤16中，判断通过在步骤15中的计算求得的角度θ1～θn是否在超声波束的有效波束宽度内。然后，从角度θ1～θn中选出在有效波束宽度内的角度。即，假定k为从1到n的整数，并选出满足下列条件式21的θk。
θL≤θk≤θH                      ...式21
这里，假定作为满足上述条件的θk选出的角度为θp～θq。p及q是从1到n的范围内的整数。而当不存在满足上述条件的θk时，进入步骤22。关于步骤22，如后文所述。
在步骤17中，选出分别与在步骤16中选出的角度θp～θq对应的上述超声波束的传播路径。即，在各角度θp～θq中，选出从探头7发射的超声波到图象再生点(xi，yi)时的超声波束传播路径(以下，称为「射入时传播路径」)及与其相反的传播路径、即由图象再生点(xi，yi)反射的超声波到探头7的传播路径(以下，称为「返回时传播路径」)。并且，计算分别与角度θp～θq对应的波程wp～wq，
接着，对每个角度θp～θq选出由按如上方式选出的超声波的射入时和返回时的传播路径构成的往复传播路径的全部组合，并计算该往复的波程。这里，所谓往复的传播路径，是指从探头7发射的超声波到达图象再生点(xi，yi)并在图象再生点反射、然后在图象再生点(xi，yi)反射的超声波到达探头7的传播路径。射入时传播路径与角度θp～θq中的某一个角度相对应，返回时传播路径也与角度θp～θq中的某一个角度相对应，当然，与射入时传播路径对应的角度以及与返回时传播路径对应的角度可以是相同角度的组合，也可以是不同角度的组合。
然后，对按如上方式选出的往复传播路径的全部组合，根据上述wp～wq分别计算往复的波程。由此可以计算出可能存在的全部往复波程。
在步骤18中，对在步骤17中求得的全部往复波程的每一个，根据在被检验件1中的声速计算出应接收回波的时间。即，时间＝波程/声速。然后，调出与该时间对应的回波振幅。而该回波就是在步骤14中选出的回波波形。
接着，将对各往复波程调出的回波振幅相加，并将该相加结果与P(xi，yi)相加。
在步骤19中，判断在探头7的整个扫查范围上、或在预定的扫查范围上，步骤14～步骤18的信号处理是否完成。如未完成时，进入步骤22，如已完成时，进入接着的步骤20。
在步骤20中，将P(xi，yi)的值、或其绝对值、或绝对值的平方值等作为图象再生点(xi，yi)的再生图象输出。
在步骤21中，对所要求的图象再生范围内的所需的全部再生点、或预定的再生点，判断从步骤12到步骤20的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤23，如已完成时，信号处理部84的信号处理即全部完成。
在步骤22中，指定探头7的扫查范围内的另一空间位置(坐标)，并继续进行从步骤14到步骤19的信号处理。
在步骤23中，指定所要求的图象再生范围内的另一所需的图象再生点(坐标)，并反复进行从步骤12到步骤21的信号处理。另外，在步骤18中，对全部往复波程的每一个，计算出应接收回波的时间，并在调出与该时间对应的回波振幅后进行相加计算，但在该相加运算中，必须注意以下情况。即，超声波在底面4上反射1次后，其相位发生变化。同样，在表面3上反射后相位也发生变化，因此，相加运算必须在校正了这种与反射有关的相位变化量后进行。以下给出当与反射有关的相位变化为反相(180°)时的例。例如，假定有如下的往复波束路径：从探头7发射的超声波脉冲直射到缺陷6并由探头7接收的路径(第1路径)；从探头7发射的超声波脉冲直射到缺陷6并由缺陷6反射后、在底面4上反射1次、然后由探头7接收的路径(第2路径)；从探头7发射的超声波脉冲直射到缺陷6并由缺陷6反射后、在表面3上反射1次、然后在底面4上反射1次后由探头7接收的路径(第3路径)。在这种情况下，在第2路径中，由于在底面4上反射1次，所以与第1路径相比，其相位旋转180°。在第3路径中，由于在表面3上反射1次、然后在底面4上又反射1次，所以其合计的相位与第1路径相比旋转360°，作为结果，意味着与第1路径同相。因此，与第1路径对应的回波振幅及与第3路径对应的回波振幅，可直接相加，与第2路径对应的回波振幅的相位反转后的值、即乘-1后的值，可以和与第1及第2路径对应的回波振幅相加。对全部往复波束路径的每一个，必须在进行了相同的相位变化量校正后方可将回波的振幅相加。
另外，在如上所述的信号处理的步骤18中，当与往复波程对应的时间内的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值时，可将该振幅作为零进行处理，这样将能减小噪声对作为最终结果得到的再生图象的影响。在这种情况下，仅从在步骤17中选出的可能存在的全部往复波程中选择对应的回波振幅具有有效的值的波程，并将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，采用这种方法可以获得最理想的结果。
另外，选择折射角并以其为依据选出往复波束传播路径的方法，只不过是一种抽出方法，还可以有其他方法。另外，也不一定需要将往复波束传播路径全部选出，只选出几个供选用即可。
这样，作为以上信号处理的结果，可以按图象得到被检验件1中的检查结果。下面，说明本实施例1的作用效果。
在本实施例1中，与以往不同，还考虑了超声波在被检验件1的底面4及表面3上的反射，选出供选用的可能存在的超声波束传播路径，通过运算求得与这些供选用的传播路径对应的超声波波程，并将与这些超声波波程对应的时间位置上的回波振幅相加。进而，将该相加结果相对于与在探头7的扫查范围内的各探头7的位置对应的回波进行相加运算。进一步将该相加结果加到与探头7的扫查范围内的各探头7的位置对应的回波。将该相加结果作为图象再生点上的图象输出。因此，由于能再生出考虑到以往所没有考虑的超声波束传播路径的图象，所以具有可获得精度比以往高的检查结果的作用、效果。
另外，当在与可能存在的上述超声波束传播路径对应的时间位置上的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值时，仅从上述超声波束传播路径中选择对应的回波振幅具有有效的值的超声波波程，并只将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，所以能获得更为清晰的图象，因而可达到进行高精度检查的作用、效果。
另外，如在发射超声波束及接收超声波束中分别采用-3dB的波束宽度作为由上述角度θL和θH规定的超声波束宽度，则由于进行以主波束为对象的信号处理，所以具有可获得更为清晰的图象的作用、效果。
再有，在上述实施例1中，图中虽未示出，但以以下情况为对象进行了说明，即，使探头7在与x轴和y轴垂直的z轴上的某一特定的z值上、即在(x，y)断面内进行扫查，并通过对再生图象的信号处理进行再生。但本发明的实施例1并不限于这种情况，如果也沿Z轴方向、即在不同的z值上进行同样的探头7的扫查及信号处理，而且作为最终结果以在被检验件1中的三维图象进行再生和显示，则还可以得到缺陷6的沿z轴方向的信息，所以可获得能有效地应用于缺陷6的分级、分类的作用、效果。
本发明实施例1的超声波探伤装置及超声波探伤方法，还能起到如下的作用、效果。例如，在象焊接区的焊道等那样的被检验件表面严重凹凸不平的情况下，有时很难使探头移动到接近缺陷并通过被检验件的表面进行超声波的发射接收。在这种情况下，如果在靠近被检验件表面处存在缺陷，则由于对能够良好地进行超声波发射接收的探头移动范围存在着如上所述的限制，所以不能通过直射而捕捉到来自缺陷的回波此外，即使对被检验件表面上的探头移动范围不存在如上所述的限制，但在靠近表面处存在缺陷时，从发送出发射信号的时间起到接收到回波的时间很短，而另一方面，由于发射信号漏入接收电路侧、即接收部侧，因而使回波被该发射信号的泄漏所掩盖，所以也不能正常地接收回波。在如上所述的情况下，必须将探头配置在被检验件的底面侧，以底面侧为探伤面进行探伤检验。但是，如果被检验件是结构物的一部分，则有时实际上不可能接近底面侧，因而不能将底面侧作为探伤面。即使在如上所述缺陷靠近表面且对上述探头的移动范围存在限制、或存在发射信号泄漏问题的情况下，因在本发明实施例1的超声波探伤装置及超声波探伤方法中，除采用直射外还采用着底面的超声波反射或表面的超声波反射，所以能通过采用上述的反射克服如上所述的限制，并能避免如上所述问题，进而能进行探伤检验。
另外，以上，说明了将探头与被检验件探伤面直接接触而进行探伤检验的情况，但本发明并不限于这种方式，也可采用将被检验件浸在水等液体中、通过该液体从探头对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的浸渍法或水浸法。或者，也可采用只在作为探头正面的声发射接收面、即探头与被检验件的探伤面之间的局部空间设置水膜而对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的局部水浸法。在这种浸渍法或水浸法以及局部水浸法中，也能获得与本发明相同的作用、效果。
另外，在图1中，说明了扫查机构部9具有使探头7在空间扫查的功能及输出探头7的空间位置信息，并将其输入到位置检测部85，但收集和输出探头7的空间位置信息的功能，也可以由与扫查机构部9分开独立设置的位置信息发生部进行，即，由位置信息发生部收集和输出并输入到位置检测部85。在这种情况下，扫查机构部9仅承担使探头7在空间扫查的功能。此外，在这种情况下，位置信息发生部也必须与控制部81连接并与控制部81交换各种信号。
另外，在图1中，说明了从扫查机构部9输出探头7的空间位置信息并输入到位置检测部85，但由于探头7的空间扫查范围和移动距离等信息由控制部81控制和发生，所以在结构上也可使扫查机构部9只具有使探头7在空间扫查的功能，并且不设位置检测部85，而将来自控制部81的有关探头7的扫查信息直接输入并存储在信号处理部84内。
实施例2
参照图16说明本发明实施例2的超声波探伤装置的结构。图16是表示本发明实施例2的超声波探伤装置结构的框图。
在图16中，超声波探伤装置备有放置在被检验件1上的发射用探头7A和接收用探头7B、与探头7A、7B连接的发射接收装置8A、及发射用探头7A和接收用探头7B用的扫查机构部9A和9B。
另外，在该图中，发射接收装置8A包括控制部81、发射部82、接收部83、信号处理部84、探头7A、7B的位置检测部85。而扫查机构部9A、9B包括图中未示出的发射用探头7A和接收用探头7B的位置检测传感器。
在该图中，发射用探头7A和接收用探头7B通过信号线分别连接于发射部82和接收部83。接收部83与信号处理部84A连接。位置检测部85连接于信号处理部84A。控制部81连接着发射部82、接收部83、信号处理部84A、位置检测部85、及扫查机构部9A和9B。
另外，在该图中，扫查机构部9A和9B与位置检测部85连接。从扫查机构部9A、9B的位置检测传感器输出的信号输入到位置检测部85。由位置检测部85检测出的探头7A、7B的位置信息输入到信号处理部84A。
信号处理部84A，与实施例1相同，图中虽未示出但在内部具有存储器。在该存储器内相应地存储各种运算和计算结果，同时适当存储输入到信号处理部84A的输入信号。
另外，图中虽未示出，但从信号处理部84A将表示处理状况的信号适当地输入到控制部81。控制部81根据该输入信号向发射部82、接收部83、信号处理部84A、位置检测部85、及扫查机构部9A、9B输出控制信号，执行对各部分的控制。
发射用探头7A和接收用探头7B的结构，与图2所示结构相同。与发射用探头7A有关的与图2所示折射角θ对应的折射角θa、及与接收用探头7B有关的与图2所示折射角θ对应的折射角θb，可以是相同的，也可以彼此不同。在彼此不同的情况下，有时能进一步提高对缺陷的检测能力。
下面，参照图17至图29说明本发明实施例2的超声波探伤装置的动作。
从图17到图27，是表示用于说明本实施例2的超声波探伤装置的动作的超声波束传播路径的图。而图28是用于说明本实施例2的超声波探伤装置的信号处理的流程图。另外，图29是表示用于说明图28所示信号处理流程图的波束传播路径的图。
与上述实施例1一样，从发射部82产生即使将其看作是脉冲也无问题的窄脉冲、或具有一定载频的脉冲串信号等发射信号，并传送给发射用探头7A。该发射用探头7A由发射信号驱动，将超声波脉冲向被检验件1的探伤面、即被检验件1的表面3倾斜地发射。超声波脉冲在被检验件1中传播并由缺陷6反射、散射。该反射、散射的超声波脉冲在被检验件1中传播并由接收用探头7B接收。所接收的回波由接收部83放大后传送到信号处理部84。
另一方面，由扫查机构部9A和9B检测发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息，并传送到位置检测部85。来自该位置检测部85的发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息被传送到信号处理部84A。
将发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息及所接收的回波存储在该信号处理部84A内。
然后，在将发射用探头7A和接收用探头7B都固定在某个空间位置的状态下，完成上述动作，并存储发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息及回波信息。
接着，使发射用探头7A保持固定其空间位置的状态，由扫查机构部9B将接收用探头7B移动到另一空间位置。然后，根据发射信号从发射用探头7A发射超声波脉冲，并与上述基本相同，将来自缺陷6的接收回波及发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息传送并存储在信号处理部84A内。在所要求的接收用探头7B的扫查范围上进行包括该接收用探头7B的空间扫查的一系列动作。
接着，由扫查机构部9A将发射用探头7A移动到另一空间位置并在该点处固定。然后，根据发射信号从发射用探头7A发射超声波脉冲，并与上述基本相同，将来自缺陷6的接收回波及发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息传送并存储在信号处理部84A内。在所要求的接收用探头7B的扫查范围上进行该一系列的动作。
以上的包括接发射用探头7A和接收用探头7B的空间扫查的一系列的动作在所要求的发射用探头7A和接收用探头7B的扫查范围上进行。
通过上述操作，使发射用探头7A在所要求的扫查范围上进行空间扫查，并在该扫查范围内的发射用探头7A的各个位置上，使接收用探头7B在所要求的扫查范围上进行扫查，将发射用探头7A和接收用探头7B的各空间位置的信息及在这些位置上的回波信息存储在信号处理部84A内。在这之后，在信号处理部84A中执行后文所述的信号处理。
在说明信号处理部84A的信号处理程序之前，先参照图17～图22说明被检验件1中的超声波束传播特性。
图17是与从发射用探头7A发射的超声波束有关的超声波束传播路径。在图17中，取横向为x轴，垂直方向为y轴。与图3相同，假定点反射源位于(x0、y0)。符号72A是与发射用探头7A有关的视在振子。「Ha」是从被检验件1的表面3到视在振子72A的中心的高度。从与发射用探头7A有关的视在振子72A发射的超声波束因衍射而扩散，图中，实线表示波束的中心线，虚线表示由中心线上的声压、例如由声压为-3dB的点连接的线。即，2条虚线之间相当于发射超声波束的有效波束宽度。与2条虚线对应的折射角，如图中所示，假定为「θLa」「θHa」。
图18是与由接收用探头7A接收超声波时的超声波束有关的超声波束传播路径。在图18中，也取横向为x轴，垂直方向为y轴。与图3和图17相同，假定点反射源位于(x0、y0)。符号72B是与接收用探头7B有关的视在振子。「Hb」是从被检验件1的表面3到视在振子72B的中心的高度。由视在振子72B接收的超声波束，如考虑到超声波的衍射则以一定的扩散角度接收，图中，实线表示波束的中心线，虚线表示由中心线上的声压、例如由声压为-3dB的点连接的线。即，2条虚线之间相当于接收超声波束的有效波束宽度。与2条虚线对应的折射角，如图中所示，假定为「θLb」「θHb」。
在图17和图18中，分别采用了-3dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-6dB或-9dB，或者也可采用其他的值定义有效波束宽度。进而也可在发送和接收时分别采用不同的值来定义有效的波束宽度。
以下，将参照图19～图22讨论上述发送超声波束宽度内、及接收超声波束内的声线。在图19～图22中，坐标原点与图17相同，取将发射用探头7A的视在振子72A的中心沿y轴投影到被检验件1的表面3上的点。点「Qa」表示视在振子72A的中心，其坐标为(0，-Ha)。点「Qb」表示接收用探头7B的视在振子72B的中心，其坐标为(xr，-Hb)。此外，位于(x0、y0)的白圆圈符号是与缺陷6对应的反射源。
为说明简单起见，限定到在被检验件1的底面4上的1次反射，首先，参照图19～22进行讨论。
如图19所示，如果与折射角θ1a相当的声线存在于上述发射超声波束宽度内，与折射角θ1b相当的声线存在于上述接收超声波束宽度内，即，如θLa≤θ1a≤θHa、且θLb≤θ1b≤θHb，则可能存在如箭头所示的超声波束传播路径。这时，从发射用探头7A发射的超声波直射在缺陷6上并被直接反射，而由接收用探头7B作为回波接收。这里，θ1a和θ1b分别由式22和式23给出。
θ1a＝tan-1[x0/(y0+Ha)]                ...式22
θ1b＝tan-1[(x0-xr)/(y0+Hb)]           ...式23
另外，这时的往复总波程为L1a+L1b，L1a和L1b分别由下列的式24和式25给出。
L1a＝SQRT[x02+(y0+Ha)2]                 ...式24
L1b＝SQRT[(x0-xr)2+(y0+Hb)2]            ...式25
另外，如图20所示，如果与折射角θ1a相当的声线存在于上述发射超声波束宽度内、且与折射角θ2b相当的声线存在于上述接收超声波束宽度内，即，如θaL≤θ1a≤θHa、且，如θLb≤θ2b≤θHb，则可能存在这样的传播路径，即如箭头所示从发射用探头7A发射的超声波直射在缺陷6上、由缺陷6反射后在底面4上反射1次、然后到达接收用探头7B作为回波接收。这里，θ2b由式26给出。
θ2b＝tan-1[(x0-xr)/(2t-y0+Hb)]         ...式26
这时的总波程为L1a+L2b，L2b由下列的式27给出。
L2b＝SQRT[(x0-xr)2+(2t-y0+Hb)2]        ...式27
另外，如图21所示，如果与折射角θ2a相当的声线存在于上述发射超声波束宽度内、且与折射角θ1b相当的声线存在于上述接收超声波束宽度内，即，如θLa≤θ2a≤θHa、且，如θLb≤θ1b≤θHb，则可能存在以下的传播路径，即从发射用探头7A发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次后，射在缺陷6上，由缺陷6反射后直接到达接收用探头7B作为回波接收。这里，θ2a由下列的式28给出。
θ2a＝tan-1[x0/(2t-y0+Ha)]            ...式28
这时的总波程为L2a+L1b，L2a由下列的式29给出。
L2a＝SQRT[x02+(2t-y0+Ha)2]            ...式29
另外，如θLa≤θ2a≤θHa、且，如θLb≤θ2b≤θHb，则还可能存在如图22所示的传播路径。即，从发射用探头7A发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次后，射在缺陷6上，然后，由缺陷6反射的超声波在底面4上反射1次后到达接收用探头7B作为回波接收。这时的总波程为L2a+L2b。
以上，为简化说明，仅讨论到与折射角θ2a相当的声线存在于有效的发射超声波束宽度内、且与折射角θ2b相当的声线存在于有效的接收超声波束宽度内的情况。即，仅讨论到在波束路径上在底面4上反射1次的情况。
下面，参照图23～图27讨论波束宽度比在以上考察中作为对象的宽度更宽的情况。图23～图27示出在底面4上反射1次、在表面3上反射1次的情况下、即与折射角θ1a～θ3a相当的声线如存在于上述发射超声波束宽度内、与折射角θ1b～θ3b相当的声线如存在于上述接收超声波束宽度内情况下可能存在的波束路径。除图19～图22以外还可能存在图23～图27所示的波束传播路径。这里，θ3a和θ3b分别由式30和式31给出。
θ3a＝tan-1[x0/(2t+y0+Ha)]                ...式30
θ3b＝tan-1[(x0-xr)/(2t+y0+Hb)]           ...式31
以下，说明图23～图27。图23所示的路径为，从发射用探头7A发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次、进一步在表面3上反射1次、然后射在缺陷6上、由缺陷6反射后直接到达接收用探头7B作为回波接收。这时的总波程为L3a+L1b，L3a由下列的式32给出。
L3a＝SQRT[(x0)2+(2t+y0+Ha)2]               ...式32
图24所示的路径为，从发射用探头7A发射的超声波直射在缺陷6上、由缺陷6反射、然后在表面3上反射1次并进一步在底面4上反射1次后到达接收用探头7B作为回波而接收。这时的总波程为L1a+L3b，L3b由下列的式33给出。
L3b＝SQRT[(x0-xr)2+(2t+y0+Hb)2]            ...式33
图25所示的路径为，从发射用探头7A发射的超声波在底面4上反射1次、进一步在表面3上反射1次后、射在缺陷6上、由缺陷6反射的超声波在底面4上反射1次后、到达接收用探头7B作为回波接收。这时的总波程为L3a+L2b。
图26所示的路径为，从发射用探头7A发射的超声波如箭头所示在底面4上1反射1次后、射在缺陷6上、由缺陷6反射的超声波在表面3上反射1次后、在底面4上反射1次、然后到达接收用探头7B作为回波接收。这时的总波程为L2a+L3b。
图27所示的路径为，从发射用探头7A发射的超声波如箭头所示在底面4上反射1次、并进一步在表面3上反射1次后、射在缺陷6上、由缺陷6反射、然后在表面3上反射1次、并进一步在底面4上反射1次后到达接收用探头7B作为回波接收。这时的总波程为L3a+L3b。
在有效的发射超声波束宽度及有效的接收超声波束宽度比在以上考察中作为对象的情况更宽的情况下，还必须考虑这样的路径，即从发射用探头7A发射的超声波在底面4上反射1次、然后在表面3上反射1次后、接着进一步在底面4上反射1次后射在缺陷6上的波束路径，以及由缺陷6反射的超声波在底面4上反射1次、并在表面3上反射1次、进一步在底面4上反射1次后由接收用探头7B接收的路径。
如发射及接收的有效波束宽度更宽，则还必须考虑在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路径。以下，随着波束宽度增大，相对于应考虑的路径增加在底面4或表面3上的反射次数。
本实施例2，如上所述，在提供考虑到超声波束的扩散而以斜角探伤的装置和方法这一点上与以往有很大区别。另外，在考虑到在表面3和底面4上的反射这一点上也与在特开平2-278149号公报、特开平2-248855号公报、或特开平5-172789号公报中所公开的现有技术完全不同。
其次，根据对图17～图27所示超声波束路径的考察结果，参照图28和图29说明信号处理部84A的信号处理程序。图29中的坐标原点与图19～图27不同。显然，可将原点确定在任何位置。当然，如果与发射用探头7A和接收用探头7B扫查时的原点不同，则必须进行适当的坐标转换。
在信号处理部84A中，如上所述，存储着将发射用探头7A和接收用探头7B在所要求的扫查范围上进行扫查时在扫查范围内的各空间点上的回波波形及接收到该回波波形时的发射用探头7A的空间位置信息及接收用探头7A的空间位置信息。此外，回波波形是以原始波形、即未经整流、检波等处理的AC波形存储的。
在步骤31中，确定所需要的图象再生范围。即，在图29中，例如，按虚线所包围的区域所示，确定想要进行图象显示的范围，作为被检验件1的探伤结果。
在步骤32中，确定图象再生点。图象再生点是上述图象再生范围内的一点。该点的坐标，如图29所示，假定为(xi，yi)。
在步骤33中，设与该再生点(xi，yi)对应的输出为P(xi，yi)，并将其值设定为零。即假定P(xi，yi)＝0。
在步骤34中，在发射用探头7A的扫查范围内选择接收回波的部位即发射用探头7A的1个空间位置。如图29所示，发射用探头7A的位置以点Qa为代表进行讨论，并假定其坐标为(xt，-Ha)。而点Qa的含义与图17～图27相同。
在步骤35中，计算图29中示出的角度θ1a、θ2a、θ3a、θ4a、...、θna。这里，n为整数，可根据图象再生范围及发射用探头7A的扫查范围并考虑发射用探头7A的有效波束宽度，预先决定。θ1a～θna由下列的式34～38给出。
θ1a＝tan-1[(xi-xt)/(yi+Ha)]               ...式34
θ2a＝tan-1[(xi-xt)/(2t-yi+Ha)]            ...式35
θ3a＝tan-1[(xi-xt)/(2t+yi+Ha)]            ...式36
θ4a＝tan-1[(xi-xt)/(4t-yi+Ha)]            ...式37
θna＝tan-1[(xi-xt)/(mt-(-1)nyi+Ha)]       ...式38
这里，m按如下方式给出。即当n为偶数时，m＝n，当n为奇数时，m＝n-1。
另外，如将图象再生点临时看作反射源，并相应地考虑从发射用探头7A发射的超声波到达该图象再生点(xi，yi)的波束路径，则这些角度θ1a～θna如下所述。
角度θ1a对应于从发射用探头7A发射的超声波直射到该点(xi，yi)时的路径。如假定这时的单程波程为w1a，则w1a由下列的式39给出。
w1a＝SQRT[(xi-xt)2+(yi+Ha)2]                 ...式39
角度θ2a对应于从发射用探头7A发射的超声波在底面4上反射1次后射在点(xi，yi)时的波束路径。如假定这时的单程波程为w2a，则w2a由下列的式40给出。
w2a＝SQRT[(xi-xt)2+(2t-yi+Ha)2]              ...式40
角度θ3a对应于从发射用探头7A发射的超声波在底面4上反射1次后、进一步在表面3上反射1次、然后射在点(xi，yi)时的波束路径。如假定这时的单程波程为w3a，则w3a由下列的式41给出。
w3a＝SQRT[(xi-xt)2+(2t+yi+Ha)2]           ...式41
角度θ4a对应于从发射用探头7A发射的超声波在底面4上反射1次后、在表面3上反射1次、并进一步在底面4上反射1次后射在点(xi，yi)时的波束路径。如假定这时的单程波程为w4a，则w4a由下列的式42给出。
w4a＝SQRT[(xi-xt)2+(4t-yi+Ha)2]          ...式42
以下，对θ5a～θna，同样可以以此类推而不需要作特别的说明，所以其说明从略，但如假定与角度θna对应的单程波程为wna，则wna由下列的式43给出。
wna＝SQRT[(xi-xt)2+(mt-(-1)nyi+Ha)2]        ...式43
在步骤36中，判断通过在步骤35中的计算求得的角度θ1a～θna是否在发射用探头7A的发射超声波束的有效波束宽度内。然后，从角度θ1a～θna中进行选择并选出在发射超声波束的有效波束宽度内的角度。即，假定ka为从1到n的整数，并选出满足下列条件式44的θka。这里，假定作为满足上述条件式的θka选出的角度为θpa～θqa。pa及qa是从1到n的范围内的整数。
θLa≤θka≤θHa                       ...式44
而当不存在满足上述条件式的θka时，进入步骤48。关于该步骤48，如后文所述。
在步骤37中，选出分别与在步骤36中选出的角度θpa～θqa对应的上述发射的超声波束的传播路径。即，在各角度θpa～θqa中，选出从发射用探头7A发射的超声波到图象再生点(xi，yi)时的超声波束传播路径(射入时传播路径)。并且，计算分别与角度θpa～θqa对应的波程wpa～wqa。
在步骤38中，在由步骤34选出的发射用探头7A的位置上使接收用探头7B进行扫查的扫查范围内，选出接收到回波时的接收用探头7B的1个空间位置。如图29所示，接收用探头7B的位置以点Qb为代表进行讨论，并假定其坐标为(xr，-Hb)。而点Qb的含义与图17～图27相同。
在步骤39中，计算图29中示出的角度θ1b、θ2b、θ3b、...、θub。这里，u为整数，可根据图象再生范围及接收用探头7B的扫查范围并考虑接收用探头7B的有效波束宽度，预先决定。θ1b～θub由下列的式45～49给出。
θ1b＝tan-1[(xi-xr)/(yi+Hb)]            ...式45
θ2b＝tan-1[(xi-xr)/(2t-yi+Hb)]         ...式46
θ3b＝tan-1[(xi-xr)/(2t+yi+Hb)]         ...式47
θ4b＝tan-1[(xi-xr)/(4t-yi+Hb)]         ...式48
θub＝tan-1[(xi-xr)/(vt-(-1)nyi+Hb)]    ...式49
这里，v按如下方式给出。即当u为偶数时，v＝u，当u为奇数时，v＝u-1。
另外，如将图象再生点临时看作反射源，并相应地考虑从该点反射源反射的超声波到达接收用探头7B并作为回波接收的波束路径，则这些角度θ1b～θub如下所述。
角度θ1b对应于在图象再生点反射的超声波直接到达接收用探头7B时的路径。如假定这时的单程波程为w1b，则w1b由下列的式50给出。
w1b＝SQRT[(xi-xr)2+(yi+Hb)2]    ...式50
角度θ2b对应于在图象再生点反射的超声波在底面4上反射1次后到达接收用探头7B时的波束路径。如这时的单程波程为w2b，则w2b由下列的式51给出。
w2b＝SQRT[(xi-xr)2+(2t-yi+Hb)2]  ...式51
角度θ3b对应于在图象再生点反射的超声波在表面3上反射1次、并进一步在底面4上反射1次后到达接收用探头7B时的波束路径。如假定这时的单程波程为w3b，则w3b由下列的式52给出。
w3b＝SQRT[(xi-xr)2+(2t+yi+Hb)2]    ...式52
角度θ4b对应于在图象再生点反射的超声波在底面4上反射1次后、进一步在表面3上反射1次、再在底面4上反射1次后到达接收用探头7B时的波束路径。如假定这时的单程波程为w4b，则w4b由下列的式53给出。
w4b＝SQRT[(xi-xr)2+(4t-yi+Hb)2]    ...式53
以下，对θ5b～θub，同样可以以此类推而不需要作特别的说明，所以其说明从略，但如假定与角度θub对应的单程波程为wub，则wub由下列的式54给出。
wub＝SQRT[(xi-xr)2+(vt-(-1)uyi+Hb)2]    ...式54
在步骤40中，判断通过在步骤39中的计算求得的角度θ1b～θub是否在接收用探头7B的接收超声波束的有效波束宽度内。然后，从角度θ1b～θub中进行选择并选出在接收超声波束的有效波束宽度内的角度。即，假定kb为从1到u的整数，并选出满足下列条件式55的θkb。这里，假定作为满足上述条件式的θkb选出的角度为θpb～θqb。pb及qb是在从1到u的范围内的整数。
θLb≤θkb≤θHb    ...式55
而当不存在满足上述条式件的θkb时，进入步骤49。关于步骤49，如后文所述。
在步骤41中，选出分别与在步骤40中选出的角度θpb～θqb对应的上述接收的超声波束的传播路径。即，在各角度θpb～θqb中，选出在图象再生点(xi，yi)反射的超声波到达接收用探头7B的传播路径(返回时传播路径)。并且，计算分别与角度θpb～θqb对应的波程wpb～wqb。
在步骤42中，根据在步骤37中选出的超声波束射入时传播路径及在步骤40中选出的返回时传播路径，选出由这些射入时和返回时传播路径构成的往复传播路径的全部组合。这里，如作进一步的说明，则所谓射入时传播路径，是指从发射用探头7A发射的超声波到达图象再生点(xi，yi)的路径，而所谓返回时传播路径，是指在图象再生点(xi，yi)反射的超声波到达接收用探头7B的传播路径。射入时传播路径与角度θpa～θqa中的某一个角度相对应，返回时传播路径与角度θpb～θqb中的某一个角度相对应。因此，往复传播路径可能存在各种各样的路径。
然后，对按如上方式选出的往复传播路径的全部组合，分别根据上述射入时的波程即wpa～wqa及上述返回时的波程即wpb～wqb计算往复中的波程。由此可以计算出可能存在的全部往复中的波程。
在步骤43中，对与在步骤34中选出的发射用探头7A的空间位置和在步骤38中选出的接收用探头7B的空间位置的组合位置对应的回波波形，根据在被检验件1中的声速计算出应接收回波的时间，并调出与该时间对应的回波振幅。然后，将对各个往复中的波程调出的回波振幅相加，并将该相加结果与P(xi，yi)相加。
在步骤44中，判断在接收用探头7B的整个扫查范围上、或在预定的扫查范围上、步骤38～步骤43的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤49，如已完成时，进入接着的步骤45。
这里，在步骤49中，将接收用探头7B的位置移动到另一空间位置，继续进行从步骤38到步骤43的信号处理。即，在步骤38中，在接收用探头7B的扫查范围内，选出除到上次为止选出的空间位置之外的接收用探头7B的新的空间位置(上述移动后的位置)，并完成直到步骤44的信号处理。
在步骤45中，判断在发射用探头7A的整个扫查范围上、或在预定的扫查范围上、步骤34～步骤44的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤48，如已完成时，进入接着的步骤46。
这里，在步骤48中，将发射用探头7A的位置移动到另一空间位置，继续进行从步骤34到步骤45信号处理。即，在步骤34中，在发射用探头7A的扫查范围内，选出除到上次为止选出的空间位置之外的发射用探头7A的新的空间位置(上述移动后的位置)，并完成直到步骤45的信号处理。
在步骤46中，将P(xi，yi)的值、或其绝对值、或绝对值的平方值等作为图象再生点(xi，yi)的再生图象输出。
在步骤47中，对所要求的图象再生范围内的所需的全部再生点、或预定的再生点，判断从骤32到步骤46的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤50，如已完成时，信号处理部84A的信号处理即全部完成。
在步骤50中，指定所要求的图象再生范围内的另一所需的图象再生点，并反复进行从步骤32到步骤47的信号处理。
另外，在如上所述信号处理的步骤43中，与上述实施形态1相同，当与往复中的波程对应的时间内的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值时，可将该振幅作为零进行处理，这样将能减小噪声对作为最终结果得到的再生图象的影响。在这种情况下，仅从由步骤42选出的可能存在的全部往复波程中选择对应的回波振幅具有有效的值的波程，并将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，采用这种方法可以获得理想的结果。
另外，选择折射角并以其为依据选出往复波束传播路径的方法，只不过是一种抽出方法，还可以有其他方法。另外，也不一定需要将往复波束传播路径全部选出，只选出几个供选用即可。
这样，作为以上信号处理的结果，在本实施例2中可以按图象得到被检验件1中的检查结果。其次，说明本实施例2的作用效果。
在本实施例2中，与以往不同，但与上述实施例1相同，还考虑了超声波在被检验件1的底面4及表面3上的反射，选出供选用的可能存在的超声波束传播路径，通过运算求得与这些供选用的传播路径对应的超声波波程，并将与这些超声波波程对应的时间位置上的回波振幅相加。进而，与实施例1不同，将该相加结果相对于与发射用探头7A的扫查范围内的发射用探头7A的各位置和接收用探头7B的扫查范围内的接收用探头7B的各位置的位置组合的时间位置对应的回波进行相加运算。将该相加结果作为图象再生点上的图象输出。因此，与实施例1相同，由于能再生出考虑到以往所没有考虑的超声波束传播路径的图象，所以具有可获得精度比以往高的检查结果的作用、效果，同时，还由于使发射用探头7A与接收用探头7B一起进行空间扫查，因而与实施例1相比，可以增加相加次数，所以在某些情况下具有能获得精度比实施例1高的检查结果的作用、效果。
另外，当在与可能存在的上述超声波束传播路径的超声波波程对应的时间位置上的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值时，与实施例1相同，仅从上述超声波束传播路径中选择对应的回波振幅具有有效值的超声波束路径，并只将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，所以能获得更为清晰的图象，因而可获得进行高精度检查的作用、效果。
另外，如在发射超声波束中采用-3dB的波束宽度作为由上述角度θLa和θHa规定的超声波束宽度、并在接收超声波束中采用-3dB的波束宽度作为由上述角度θLb和θHb规定的超声波束宽度，则由于发射和接收都进行以主波束为对象的信号处理，所以，与实施例1相同，具有可获得更为清晰的图象的作用、效果。
再有，在上述实施例2中，图中虽未示出，但以以下情况为对象进行了说明，即，使发射用探头7A和接收用探头7B在与x轴和y轴垂直的z轴上的某一特定的z值上、即在(x，y)断面内进行扫查，并通过信号处理再生再生图象，但本发明并不限于这种情况，如果也沿Z轴方向、即在不同的z值上进行同样的发射用探头7A和接收用探头7B的扫查及信号处理，而且作为最终结果以在被检验件1中的三维图象进行再生和显示，则与实施例1相同，还可以得到缺陷6的沿z轴方向的信息，所以可获得能有效地应用于缺陷6的分级、分类等的作用、效果。
另外，在本实施例2中，除与如上所述的实施例1相同的作用、效果外，还具有以下的作用、效果。即，根据缺陷6的形状，在有些情况下，从缺陷6的反射特性具有空间指向性。例如，如果是平面状的形状，则射在该缺陷6上的超声波脉冲呈现出镜面反射或接近镜面反射的反射特性。在这种情况下，入射到缺陷6的超声波不向入射的方向反射。在与入射方向完全不同的方向发生强的反射。因此，由缺陷6反射的超声波脉冲很难返回到发射超声波脉冲的发射用探头7A。在这种情况下，在实施例1中，几乎不可能由探头接收来自缺陷6的回波。与此相反，在本实施例2中，由于设有与发送用探头7A分开的接收用探头7B，由接收用探头7B进行扫查并接收回波，所以即使如上所述从缺陷6的反射特性存在着空间指向性，可接收回波的概率仍是很高的。因此，与实施例1相比，可在实施例1的作用、效果的基础上进一步获得能提高对缺陷6的检测能力、即不漏过缺陷6的能力的作用、效果。
另外，如果对发射用探头7A和接收用探头7B分别采用不同的折射角进而采用不同的组合并对其每种组合完成实施例2，则即使如上所述从缺陷6的反射特性具有指向性，也仍能以更高的概率进行检测而不漏过缺陷6，因而可获得能够得到其清晰图象的作用、效果。
本发明实施例2的超声波探伤装置及超声波探伤方法，还能起到如下的作用、效果。例如，在象焊接区的焊道等这样的被检验件表面严重凹凸不平的情况下，有时很难使发射用探头和接收用探头移动到接近缺陷并通过被检验件的表面进行超声波的发射接收。在这种情况下，如果在靠近被检验件表面处存在缺陷，则由于对能够良好地进行超声波发射接收的发射用探头和接收用探头的移动范围存在着如上所述的限制，所以不能通过直射而捕捉到来自缺陷的回波。在这种情况下，必须将发射用探头和接收用探头配置在被检验件的底面侧，并以底面侧为探伤面进行探伤检验，或者将发射用探头配置在表面侧，将接收用探头配置在底面侧，进行探伤试验。但是，如果被检验件是结构物的一部分，则有时实际上不可能接近底面侧，因而不能将底面侧作为探伤面。即使在如上所述缺陷靠近表面的情况下，因在本发明的超声波探伤装置及超声波探伤方法中，不只是采用直射而且还采用着底面的超声波反射或表面的超声波反射，所以可取得能通过采用上述的反射克服如上所述的限制从而能进行探伤检验的作用、效果。
在本发明的实施例2中，说明了将发射用探头和接收用探头配置在被试验件的表面侧的结构，但在可以将被试验件的底面侧用作探伤面的情况下，也可以将发射用探头和接收用探头中的一个配置在表面侧而将另一个配置在底面侧，并按照与实施例2同样的步骤进行探伤。
另外，以上，说明了将探头与被检验件的探伤面直接接触而进行探伤检验的情况，但本发明并不限于这种方式，也可采用将被检验件浸在水等液体中、通过该液体从探头对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的浸渍法或水浸法。或者，也可采用只在作为探头的正面的声发射接收面、即探头与被检验件的探伤面之间的局部空间设置水膜而对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的局部水浸法。在这种浸渍法或水浸法以及局部水浸法中，也能获得与上述相同的作用、效果。
另外，在图1和图16中，说明了扫查机构部9、9A、9B具有使探头7、7A、7B在空间扫查的功能及输出探头7、7A、7B的空间位置信息，并将其输入到位置检测部85，但收集和输出探头7、7A、7B的空间位置的信息的功能，也以可由与扫查机构部9、9A、9B分开独立设置的位置信息发生部进行。即，探头7、7A、7B的空间位置信息由位置信息发生部收集和输出并输入到位置检测部85。在这种情况下，扫查机构部9、9A、9B仅承担使探头7、7A、7B在空间扫查的功能。此外，在这种情况下，位置信息发生部也必须与控制部81连接并与控制部81交换各种信号。
另外，在图1和图16中，说明了从扫查机构部9、9A、9B输出探头7、7A、7B的空间位置信息并输入到位置检测部85，但由于探头7、7A、7B的空间扫查范围和移动距离等信息由控制部81控制和发生，所以在结构上也可使扫查机构部9、9A、9B只具有使探头7、7A、7B在空间扫查的功能，并且不设位置检测部85，而将来自控制部81的有关探头7、7A、7B的扫查信息直接输入并存储在信号处理部84A内。
实施例3
参照图30和图31说明本发明实施例3的超声波探伤装置的结构。图30是表示本发明实施例3的超声波探伤装置结构的框图。而图31是表示本发明实施例3的超声波探伤装置的探头结构的图。另外，图31是从文献B引用的。
在图30中，超声波探伤装置备有放置在被检验件1上的探头7、与探头7连接的发送接收装置8B、及用于探头7的扫查机构部9。
另外，在该图中，发射接收装置8B包括控制部81、发射部82、接收部83、信号处理部84B、探头7的位置检测部85。而扫查机构部9包括图中未示出的探头7的位置检测传感器。
在该图中，探头7通过信号线连接于发射部82和接收部83。接收部83与信号处理部84B连接。位置检测部85连接于信号处理部84B。控制部81连接着发射部82、接收部83、信号处理部84B、位置检测部85、及扫查机构部9。
另外，在该图中，扫查机构部9与位置检测部85连接。从扫查机构部9的位置检测传感器输出的信号输入到位置检测部85。由位置检测部85检测出的探头7的位置信息输入到信号处理部84B。
信号处理部84B，图中虽未示出但在内部具有存储器。在信号处理部84B中在该存储器内适当地存储各种运算和计算结果，同时适当存储输入到信号处理部84B的输入信号。
另外，虽然图中未示出，但从信号处理部84B将表示处理状况的信号适当地输入到控制部81。控制部81根据该输入信号则向发射部82、接收部83、信号处理部84B、位置检测部85、及扫查机构部9输出控制信号，执行对各部分的控制。
在图31中探头7包括由丙烯等材料构成的楔块71及由压电陶瓷等压电材料构成的矩形或圆形振子72。
这里，说明探头7的动作。在超声波斜角探伤中，作为从探头7向被检验件1中发送的超声波波型，广泛地采用着横波。在这种横波专用探头7中，从振子72向楔块71内发射纵波超声波。在设计上，设计成：使向楔块71内发射的纵超声波根据斯内尔反射、折射定律在楔块71与被检验件1的交界面、即被检验件1的表面3上发生反射、折射，从而只是使横波超声波向被检验件1内折射传播。就是说，将探头7设计成具有这样的入射角「α」，即，在被检验件1与楔块71的交界面上，如利用斯内尔反射、折射定律进行计算，则从振子72向楔块71内发射的纵波在上述交界面上折射时，应使折射的纵波不入射到被检验件1内，而只是使折射的横波入射。当接收在被检验件1内传播的横波超声波时，由于其走向是与上述过程相反的过程，所以按横波专用设计成的探头7在设计上只接收在被检验件1中传播的横波超声波。
对于按上述方式设计的横波专用探头7，如进行如下讨论则很容易理解其动作。在图31中，符号72A是视在振子，「Hs」是从被检验件1的表面3到视在振子72A的中心的高度。另外，「W」是振子72的宽度，「W′」是视在振子72A的宽度，「p1」是楔块内的距离，「p1s′」是视在的楔块内距离，「α」是楔块71与被检验件1的表面3的交界面的超声波入射角，「θs」是折射角。
为便于说明，在本说明书(实施例3的说明)中使用的这些符号和名称与上述文献B不同。本说明书与文献B的对应如下。箭头(→)的左侧是文献B中的名称和符号，右侧是本说明书中的名称和符号。另外，在本说明书中使用着的与符号H相当的高度，在文献B中没有记载。而原点O的位置与文献B不同，如图31所示，采用的是将视在振子72A的中心垂直投影到被检验件1的表面3上的点。振子的高度H                               →振子72的宽度W振子的视在高度HR                          →振子72的视在宽度Ws′楔块内距离11                              →楔块内距离p1换算成被检验件中的距离后的楔块内距离12    →视在楔块内距离P1s′
以上，采用了「视在的」这样一种表述方式，其含义如文献B所述，这是由于根据斯内尔折射定律，从振子72向楔块71内发射的纵波超声波在与被检验件1的交界面、即表面3上发生折射并作为横波超声波向被检验件1内发射，所以，对于向被检验件1内发射的横波超声波来说，从被检验件1一侧观察到的振子72的宽度W好象等效地变成了Ws′，如将楔块内距离p1换算成在被检验件1中的距离，则也好象等效地变成了p1S′。如采用这些视在的物理量，则可将楔块71看作如同是被检验件1而进行各种计算和信号处理。因此，在以下的说明中，将采用视在振子72A、其宽度WS′、视在的楔块内距离P1S′、及与视在振子72A的中心有关的高度Hs进行说明。此外，假定点Qs为视在振子72A的中心。点Qs的坐标为(0，-Hs)。
可是，即使是在作为在超声波斜角探伤中广泛采用着的横波专用探头7设计的探头7中，由于探头7的振子72的宽度W有限，所以也还是存在着折射纵波，尽管其强度比折射横波低。即，折射纵波尽管其强度低但也发射到被检验件1内。对于接收而言，由于其走向与上述过程相反，所以即使在按横波专用设计的探头7中也接收在被检验件1中传播的纵波，但如与在被检验件1中传播的横波相比其接收强度低。这样，从探头7向被检验件1中发射纵波，反过来由探头7接收在被检验件1中传播的纵波，但对于所发射的纵波及所接收的纵波，根据我们(发明者)的实验可知，与横波的情况一样，对于纵波也可采用视在的楔块内距离和视在振子等概念。因此，图中虽未示出，但以点QL表示与纵波对应的视在振子的中心。该点QL的坐标一般与对应于横波的点Qs不同。点QL的坐标以(xL，-HL)表示。
下面，参照图32至图53说明本发明实施例3的超声波探伤装置的动作。
图32、图33和图34是用于说明在被检验件与空气的交界面上的超声波反射的性质的图。从图35到图51是表示用于说明本实施例3的超声波探伤装置动作的超声波束传播路径的图。此外，图52是用于说明本实施例3的超声波探伤装置的信号处理的流程图。图53是表示用于说明图52所示信号处理流程图的波束传播路径的图。
从发射接收装置8B的发射部82产生即使将其看作是脉冲也无问题的窄脉冲、或具有一定载频的脉冲串信号等发射信号，并传送给探头7。探头7由发射信号驱动，将超声波脉冲倾斜地向被检验件1的探伤面、即被检验件1的表面3发射。在本实施例中是以探伤面为表面为例进行说明的，但探伤面并不限于表面，有时也可以是底面或侧面。超声波脉冲在被检验件1中传播并由缺陷6反射、散射、衍射。这里，反射这一术语，不单是指反射，而是作为包含散射和衍射等物理现象处理。即，术语反射应解释为包括超声波的传播受缺陷6的影响而进行与不存在缺陷6的情况相比在传播的性能状态上不同的动作的全部现象。尤其是将在缺陷6的尖端部发生的所谓尖端衍射回波或被称作端部回波的回波也包括在由缺陷6反射的回波内进行说明。该反射、散射、衍射的超声波脉冲在被检验件1中传播并再次由探头7接收。该接收的回波脉冲由接收部83放大后传送到信号处理部84B。
另一方面，由扫查机构部9检测探头7的空间位置信息，并传送到位置检测部85。来自位置检测部85的探头7的空间位置信息被传送到信号处理部84B。将探头7的空间位置信息及所接收的回波存储在该信号处理部84B中。
接着，由扫查机构部9将探头7移动到另一空间位置(坐标)。然后，根据发射信号从探头7发射超声波脉冲，并与上述基本相同，将来自缺陷6的回波及探头7的空间位置信息传送并存储在信号处理部84B内。
在所要求的探头7的扫查范围上进行该一系列的动作。在这之后，在信号处理部84B中进行后文所述的信号处理。
这里，在说明信号处理部84B的信号处理程序之前，先参照图32、图33和图34说明在被检验件1与空气的交界面上的超声波反射的性质。在这些图中，带箭头的实线相当于横波，箭头方向表示传播方向。而带箭头的虚线相当于纵波，箭头方向同样表示传播方向。在本实施例3的说明中，为了区别纵波和横波，在实施例3的所有图中，横波由实线、纵波由虚线分别对应表示。此外，对纵波和横波，其传播方向都用箭头方向表示。作为被检验件1与空气的交界面的例，以被检验件1的底面4为例进行说明。另外，在以下说明的与超声波的反射有关的性质，当然是以斯内尔反射定律为基础的。
图32和图33是表示在被检验件1中传播的横波倾斜地入射到底面4时的反射状态的图。图32和图33的不同之处在于，图32的情况，与图33的情况相比，在各图中以符号「αs」表示的入射角大。如图32所示，在横波的入射角「αs」大的情况下，由底面4反射产生的超声波只是横波。然而，如图33所示，如横波的入射角「αs」小于一定值，则除αs等于零外、即除垂直入射的情况外，由底面4反射后，既产生横波也产生纵波。而在图32和图33中，以符号「βs」表示的横波反射角，与入射角αs相等。此外，在图33中，以符号「βL」表示的纵波反射角，大于横波反射角βs。
另一方面，图34是表示在被检验件1中传播的纵波倾斜地入射到底面4时的反射状态的图。图中，以符号「αL」表示的角度，是纵波的入射角。以符号「βL」表示的角度是纵波的反射角度。以符号「βs」表示的角度，是横波的反射角度。当纵波倾斜地入射到底面4时，入射角度αL，除等于零外、即除垂直入射的情况外，无论是大还是小，由底面4反射后，既产生横波也产生纵波。此外，纵波的反射角度βL等于纵波的入射角度αL。而横波的反射角度βs小于纵波的反射角度βL。
其次，考虑参照图32、图33和图34说明的与超声波的反射有关的上述性质，说明被检验件1中的超声波束的传播特性。首先，参照图35讨论超声波束传播路径。图中，取横向为x轴，垂直方向为y轴。
假定与缺陷6相当的点反射源位于(x0、y0)。以下讨论入射到被检验件1内的超声波为横波的情况。从视在振子72A发射的横波超声波束因衍射而扩散，图中，粗实线表示波束的中心线。而细实线表示在发射或接收的超声波束中由中心线上的声压、例如声压为-3dB的点连接的线。即，2条细实线之间相当于在横波发射或横波接收中的有效波束宽度。与2条细实线对应的折射角，如图中所示，假定为θsL、θsH。在这里采用了-3dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定义有效波束宽度。
另外，在图35中，粗虚线表示与纵波对应的波束的中心线。而细虚线表示在发射或接收的纵波超声波束中由中心线上的声压、例如声压为-3dB的点连接的线。即，2条细虚线之间相当于在纵波发射或纵波接收中的有效波束宽度。与2条细虚线对应的图中所示的角度，假定为θLL、θLH。这2个角度分别对应于与横波有关的折射角θsL、θsH。在这里采用了-3dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定义有效波束宽度。
以下，将参照图36至图51讨论上述波束宽度内的声线。在图36～图51中，坐标原点(0，0)，与图31相同，取将视在振子72A的中心沿y轴投影到被检验件1的表面3上的点。点Qs表示视在振子72A的中心，其坐标为(0，-Hs)。此外，位于(x0、y0)的白圆圈符号是与缺陷6对应的反射源。
如图36所示，与折射角θs1相当的声线如存在于上述波束宽度内，即，如θsL≤θs1≤θsH，则可能存在如带箭头的实线所示的超声波束传播路径。这时，从探头7发射并入射到被检验件1内的横波超声波直射在缺陷6上、并由缺陷6作为横波直接反射后由探头7作为回波接收。
在图37中，直射在缺陷6上的横波超声波，根据缺陷6的性质，可能产生经波型变换而成为纵波后作为纵波反射的分量。该反射后的纵波超声波，在图中如带箭头的虚线所示，如果图中以符号「θL1」表示的角度存在于与纵波的接收有关的有效波束宽度内，即如θLL≤θL1≤θLH，则直接由探头7作为强度低的回波接收。另外，图中的点QL是与纵波对应的视在振子的中心。点QL实际上位于点Qs附近，但为看图方便，在图37中，将QL和Qs这两个点画得彼此离得很远。以下也同样。
其次，如图38所示，如果与折射角θs1相当的声线存在于上述横波的波束宽度内，且与折射角θs2相当的声线也存在于上述横波的波束宽度内，即，如θsL≤θs1≤θsH、且θsL≤θs2≤θsH，则可能存在这样的传播路径，即从探头7向被检验件1内发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次、然后射在缺陷6上，由缺陷6作为横波超声波反射后、直接到达探头7作为回波接收。
图中虽未示出，但也可能存在与其相反的传播路径。即，从探头7向被检验件1内发射的横波超声波，直射在缺陷6上、由缺陷6作为横波超声波反射、并在底面4上作为横波超声波反射1次、然后到达探头7作为回波接收。
另外，如θsL≤θs1≤θsH、且θsL≤θs2′≤θsH，则也可能存在图39所示的传播路径。就是说，可能存在这样的传播路径，即从探头7向被检验件1内发射的如带箭头的实线所示的横波超声波，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次、然后射在缺陷6上、由缺陷6进行波型转换并作为横波超声波反射后、直接到达探头7作为回波接收。
图中虽未示出，但也可能存在与图39所示传播路径相反的传播路径。即，从探头7向被检验件1内发射的横波超声波，由缺陷6进行波型转换并作为纵波超声波反射后、在底面4上作为横波超声波反射1次、然后直接到达探头7作为回波接收。
另外，如θsL≤θs1≤θsH、且θsL≤θs2≤θsH、且θsL≤θs2′≤θsH、且θLL≤θL1≤θLH、且θLL≤θL2≤θLH、且θLL≤θL2′≤θLH，则还可能存在图40至图43所示的传播路径。
在图40中，从探头7向被检验件1内发射的如带箭头的实线所示的横波超声波，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次，然后射在缺陷6上，由缺陷6进行波型转换并如带箭头的虚线所示作为纵波超声波反射后，直接到达探头7作为回波接收。
在图41中，从探头7向被检验件1内发射的如带箭头的实线所示横波超声波，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次，然后射在缺陷6上，并如带箭头的虚线所示，由缺陷6作为纵波超声波反射后，直接到达探头7作为回波接收。
在图42中，从探头7向被检验件1内发射的如带箭头的实线所示的横波超声波，如带箭头的实线所示，直射在缺陷6上，并如带箭头的实线所示，由缺陷6作为横波超声波反射，然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，直接到达探头7作为回波接收。
在图43中，从探头7向被检验件1内发射的如带箭头的实线所示的横波超声波，如带箭头的实线所示，直射在缺陷6上，并如带箭头的虚线所示，由缺陷6进行波型转换并作为纵波超声波反射，然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，直接到达探头7作为回波接收。
在图40至图43示出的传播路径中，与图37所示的传播路径的情况一样，由于用探头7接收在被检验件1中传播的纵波，所以在如上所述的横波专用探头7中，接收强度低。
而如果θsL≤θs2≤θsH、且θsL≤θs2′≤θsH、且θLL≤θL2≤θLH、且θLL≤θL2′≤θLH，则也可能存在图44至图51所示的传播路径。
在图44中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的实线所示，由缺陷6作为横波超声波反射，然后，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图45中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的虚线所示，由缺陷6作为纵波超声波反射，然后，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图46中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的实线所示，由缺陷6作为横波超声波反射，然后，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图47中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的虚线所示，由缺陷6作为纵波超声波反射，然后，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图48中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的实线所示，由缺陷6作为横波超声波反射，然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图49中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的虚线所示，由缺陷6作为纵波超声波反射，然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图50中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的实线所示，由缺陷6作为横波超声波反射，然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图51中，从探头7发射的横波超声波，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，射在缺陷6上，并如带箭头的虚线所示，由缺陷6作为纵波超声波反射，然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次后，到达探头7作为回波接收。
在图48至图51示出的传播路径中，由于探头7接收在被检验件1中传播的纵波，所以接收强度低。
以上，讨论了只从探头7向被检验件1内发射横波的情况，但如上所述，从探头7还向被检验件1内发射纵波，尽管其强度很低。因此，除上述波束传播路径外，进一步还可能存在以下的传播路径。
试讨论θLL≤θL1≤θLH的情况。以下，在最左侧记述的波型，表示从探头7向被检验件1内发射的超声波的波型，通过箭头，从左起第2个位置记述的波型(在最右侧记述的波型)，表示由缺陷6反射后直接由探头7接收的波型。
                      纵波→纵波
                      纵波→横波
其次，在θLL≤θL1≤θLH、且θLL≤θL2≤θLH的情况下，可考虑的波束路径如下所示。以下，在最左侧记述的波型，表示从探头7向被检验件1内发射的超声波的波型，通过箭头，从左起第2个位置记述的波型，表示从探头7向被检验件1内发射的超声波在底面4上反射后的波型，进一步通过箭头，从左起第3个位置(最右侧)记述的波型，表示在底面4上反射的上述波型射在缺陷6上、并由缺陷6反射后直接由探头7接收的波型。
                    纵波→纵波→纵波
                    纵波→横波→纵波
                    纵波→纵波→横波
                    纵波→横波→横波
另外，还可考虑如下所示的传播路径。以下，在最左侧记述的波型，表示从探头7向被检验件1内发射的超声波的波型，通过箭头，从左起第2个位置记述的波型，表示从探头7向被检验件1内发射的超声波由缺陷6反射后的波型，进一步通过箭头，从左起第3个位置(最右侧)记述的波型，表示由缺陷6反射的上述波型射在底面4上、并在底面4上反射后直接由探头7接收的波型。
                      纵波→横波→纵波
                      纵波→纵波→横波
                      纵波→横波→横波
另外，还可考虑如下所示的传播路径。以下，在最左侧记述的波型，表示从探头7向被检验件1内发射的超声波的波型，通过箭头，从左起第2个位置记述的波型，表示从探头7向被检验件1内发射的超声波在底面4上反射后的波型，进一步通过箭头，从左起第3个位置记述的波型，表示在底面4上反射的上述波型射在缺陷6上并由缺陷6反射后的波型，从左起第4个位置(最右侧)记述的波型，表示由缺陷6反射的上述波型的超声波在底面4上反射后由探头7接收的波型。
                纵波→纵波→纵波→纵波
                纵波→纵波→横波→纵波
                纵波→横波→纵波→纵波
                纵波→横波→横波→纵波
                纵波→纵波→纵波→横波
                纵波→纵波→横波→横波
                纵波→横波→纵波→横波
                纵波→横波→横波→横波
以上，为简化说明，仅讨论到与有关横波的折射角θs2及与有关纵波的折射角θL2相当的声线存在于有效超声波束宽度内的情况。即，仅考虑到在波束路径上在底面4上反射1次的情况。
在波束宽度比在以上考察中作为对象的宽度更宽的情况下，可能存在与以上所示的传播路径不同的更多的路径。即，例如与有关横波的折射角θs3及与有关纵波的折射角θL3相当的声线存在于有效超声波束宽度内的情况下，可能存在着在底面4上1次、在表面3上1次、合计发生2次反射的传播路径。这时，可能存在考虑到在底面4、表面3、以及缺陷6上分别进行的从横波到纵波、反之、从纵波到横波的波型转换后而确定的各种传播路径。
进而，随着波束宽度增大，还必须考虑到在底面4上反射2次、在表面3上反射1次的路径并考虑波型转换。当波束宽度进一步增大时，还必须考虑在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路径并考虑波型转换。
以下，随着波束宽度增大，相对于应考虑的路径增加在底面4或表面3上的反射次数，而且，在各次反射时必须考虑波型转换。
本实施例3，如上所述，在提供考虑到超声波束的扩散而以斜角探伤的装置和方法这一点上与以往有很大区别。另外，在考虑到在表面3和底面4上的反射这一点上也与在特开平2-278149号公报、特开平2-248855号公报、或特开平5-172789号公报中所公开的现有技术完全不同。另外，在考虑到在底面4、表面3、以及缺陷6的各次反射中分别进行的从横波到纵波的波型转换及从纵波到横波的波型转换这一点上也与现有技术不同。
其次，根据如上所述的有关波束路径的考察结果，参照图52和图53说明信号处理部84B的信号处理程序。即使图52中的坐标原点与图31、图35～图51不同也可以。显然，可将原点确定在任何位置。当然，如果与探头7在扫查时的原点不同，则必须进行适当的坐标转换。
在信号处理部84B中，如上所述，存储着使探头7在所要求的扫查范围上进行扫查时在扫查范围内的各空间点上的回波波形及接收到该回波波形时的探头7的空间位置信息。此外，回波波形是以原始波形、即未经整流、检波等处理的AC波形存储的。
在图52的步骤51中，确定所需要的图象再生范围。即，在图53中，例如，按虚线所包围的区域所示，确定想要进行图象显示的范围，作为被检验件1的探伤结果。
在步骤52中，确定图象再生点。图象再生点是上述图象再生范围内的1个点。该点的坐标，如图52所示，假定为(xi，yi)。
在步骤53中，设与该再生点(xi，yi)对应的输出为P(xi，yi)，并将其值设定为零。即假定P(xi，yi)＝0、
在步骤54中，从存储器中选择探头7的空间位置即坐标、及在该位置接收到的回波波形。如图53所示，当向被检验件1内发射的超声波为横波时，及由探头7接收在被检验件1中传播的横波时，探头7的位置以点Qs为代表进行讨论，并假定其坐标为(xs，-Hs)。而点Qs的含义与图31相同。另外，当向被检验件1内发射的超声波为纵波时，及由探头7接收在被检验件1中传播的纵波时，探头7的位置以点QL为代表进行讨论，并假定其坐标为(xL，-HL)。而点QL的含义与图31相同。
在步骤55中，在将图象再生点看作缺陷6时，可选出这样的波束传播路径，即，在与横波有关的有效波束宽度内、即大于θsL、小于θsH的范围内，从代表探头7的点Qs按横波发射，到达缺陷6，由缺陷6反射，并在与横波有关的有效波束宽度内、即大于θsL、小于θsH的范围内，在代表探头7的点Qs处作为横波接收。
另外，还可选出这样的波束传播路径，即，在与横波有关的有效波束宽度内、即大于θsL、小于θsH的范围内，从代表探头7的点Qs按横波发射，到达缺陷6，由缺陷6反射，并在与纵波有关的有效波束宽度内、即大于θLL、小于θLH的范围内，在代表探头7的点QL处作为纵波接收。
另外，还可选出这样的波束传播路径，即，在与纵波有关的有效波束宽度内、即大于θLL、小于θLH的范围内，从代表探头7的点QL作为纵波发射，到达缺陷6，由缺陷6反射，并在与纵波有关的有效波束宽度内、即大于θLL、小于θLH的范围内，在代表探头7的点QL处作为纵波接收。
进而，在以下的波束传播路径中选出可考虑的全部传播路径，即，在与纵波有关的有效波束宽度内、即大于θLL、小于θLH的范围内，从代表探头7的点QL作为纵波发射，到达缺陷6，由缺陷6反射，并在与横波有关的有效波束宽度内、即大于θsL、小于θsH的范围内，在代表探头7的点Qs处作为横波接收。
在以上的波束传播路径的选出中，应全面地考虑有无被检验件1的底面4和表面3的波型变换、有无伴随着缺陷的反射波型变换。在图53中，由于画出全部这些传播路径，使该图变得很复杂，所以仅示出传播路径的几个例。而有时上述传播路径可能并不存在。在这种情况下，进入步骤60。关于该步骤60，如后文所述。
在步骤56中，对在步骤55中求得的全部波束传播路径的每一个，根据在被检验件1中的纵波声速及横波声速计算出应接收回波的时间，并调出与该时间对应的回波振幅。而该回波就是在步骤54中选出的回波波形。接着，将对各个波束传播路径调出的回波振幅相加，并将该相加结果与P(xi，yi)相加。
在步骤57中，判断在探头7的整个扫查范围上、或在预定的扫查范围上，步骤54～步骤56的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤60，如已完成时，进入步骤58。
在步骤58中，将P(xi，yi)的值、或其绝对值、或绝对值的平方值等作为图象再生点(xi，yi)的再生图象输出。
在步骤59中，对所要求的图象再生范围内的所需的全部再生点、或预定的再生点，判断从骤52到步骤58的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤61，如已完成时，信号处理部84B的信号处理即全部完成。
在步骤60中，指定探头7的扫查范围内的另一空间位置(坐标)，并继续进行从步骤54到步骤57的信号处理。
在步骤61中，指定所要求的图象再生范围内的所需的另一图象再生点，并反复进行从步骤52到步骤59的信号处理。
另外，在如上所述信号处理的步骤56中，对全部波束传播路径的每一个计算出应接收回波的时间，并调出与该时间对应的回波振幅进行相加运算，但在该相加运算中必须注意以下情况。
即，超声波在底面4上反射1次后，其相位发生变化。同样，在表面3上反射后相位也发生变化。因此，相加运算必须在校正了与这种反射有关的相位变化量后进行。以下给出当与反射有关的相位变化为反相(180°)时的例。
例如，假定有如下的波束路径：从探头7发射的横波超声波脉冲直射到缺陷6，由缺陷6作为横波反射后由探头7接收的路径(第1路径)；从探头7发射的横波超声波脉冲直射到缺陷6并由缺陷6作为横波反射后、在底面4上作为横波反射1次、然后由探头7接收的路径(第2路径)；从探头7发射的横波超声波脉冲直射到缺陷6并由缺陷6作为横波反射后、在表面3上作为横波反射1次、然后在底面4上作为横波反射1次后由探头7接收的路径(第3路径)。
在这种情况下，在第2路径中，由于在底面4上反射1次，所以与第1路径相比，其相位旋转180°。在第3路径中，由于在表面3上反射1次、然后在底面4上又反射1次，所以其合计的相位与第1路径相比旋转360°，作为结果，意味着与第1路径同相。因此，与第1路径对应的回波振幅及与第3路径对应的回波振幅，可直接相加，与第2路径对应的回波振幅的相位反转后的值、即乘-1后的值，可以和与第1及第2路径对应的振幅相加。对于由缺陷6反射引起的相位变化也必须作同样的考虑。对全部波束路径的每一个，都必须在进行了与以上所述相同的相位变化量校正后方可将回波的振幅相加。
另外，在如上所述的信号处理的步骤56中，当与波束路径对应的时间内的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值时，可将该振幅作为零进行处理，这样将能减小噪声对作为最终结果得到的再生图象的影响。在这种情况下，仅从在步骤55中选出的可能存在的全部波束路径中选择对应的回波振幅具有有效值的波程，并将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，采用这种方法可以获得最理想的结果。
另外，选择折射角并以其为依据选出波束往复传播路径的方法，只不过是一种选出方法，还可以有其他方法。另外，也不一定需要将波束往复传播路径全部选出，只选出几个供选用即可。
这样，作为以上信号处理的结果，可以按图象得到被检验件1中的检查结果。其次，说明本实施例3的作用效果。
在本实施例3中，与以往不同，还考虑了在被检验件1的底面4及表面3上超声波反射及与反射同时发生的从横波到纵波的波型转换或从纵波到横波的波型转换，进而还考虑到在缺陷6的同样的波型转换，选出可能存在的供选用的超声波束传播路径，并将与这些超声波束路径对应的时间位置上的回波振幅相加。进而，将该相加结果相对于与在探头7的扫查范围内的各探头7的位置对应的回波进行相加运算。将该相加结果作为图象再生点上的图象输出。因此，由于能再生出考虑到以往所没有考虑的超声波束传播路径的图象，所以具有可获得精度比以往高的检查结果的作用、效果。
另外，当在与可能存在的上述超声波束传播路径对应的时间位置上的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值时，仅从上述超声波束传播路径中选择对应的回波振幅具有有效值的超声波波程，并只将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，所以能获得更为清晰的图象，因而可达到进行高精度检查的作用、效果。
另外，如在发射超声波束及接收超声波束中分别采用-3dB的波束宽度作为由与横波有关的上述角度θsL和θsH规定的超声波束宽度，则由于进行以主波束为对象的信号处理，所以具有可获得更为清晰的图象的作用、效果。
再有，在上述实施例3中，图中虽未示出，但以以下情况为对象进行了说明，即，使探头7在与x轴和y轴垂直的z轴上的某一特定的z值上、即在(x，y)断面内进行扫查，并通过对再生图象的信号处理进行再生。但本发明并不限于这种情况，如果也沿Z轴方向、即在不同的z值上进行同样的探头7的扫查及信号处理，而且作为最终结果以在被检验件1中的三维图象进行再生和显示，则还可以得到缺陷6的沿z轴方向的信息，所以可获得能有效地应用于缺陷6的分级、分类等的作用、效果。
本发明实施例3的超声波探伤装置及超声波探伤方法，还具有如下的作用、效果。例如，在象焊接区的焊道等那样的被检验件表面严重凹凸不平的情况下，有时很难使探头移动到接近缺陷并通过被检验件的表面进行超声波的发射接收。在这种情况下，如果在靠近被检验件表面处存在缺陷，则由于对能够良好地进行超声波发射接收的探头移动范围存在着如上所述的限制，所以不能通过直射而捕捉到来自缺陷的回波。此外，即使对被检验件表面上的探头移动范围不存在如上所述的限制，但在靠近表面处存在缺陷时，从发射出发射信号的时间起到接收到回波的时间很短，而另一方面，由于发射信号漏入接收电路侧、即接收部侧，因而使回波被该发射信号的泄漏所掩盖，所以也不能正常地接收回波。在如上所述的情况下，必须将探头配置在被检验件的底面侧，以底面侧为探伤面进行探伤检验。但是，如果被检验件是结构物的一部分，则有时实际上不可能接近底面侧，因而不能将底面侧作为探伤面。即使在如上所述缺陷靠近表面且对上述探头的移动范围存在限制、或存在发射信号泄漏问题的情况下，因在本发明的超声波探伤装置及超声波探伤方法中，除采用直射外还采用着底面的超声波反射或表面的超声波反射，所以能通过采用上述的反射克服如上所述的限制，因而可取得能避免如上所述的问题而进行探伤检验的作用、效果。
另外，以上说明了将探头与被检验件的探伤面直接接触而进行探伤检验的情况，但本发明并不限于这种方式，也可采用将被检验件浸在水等液体中、通过该液体从探头对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的浸渍法或水浸法。或者，也可采用只在作为探头正面的声发射接收面、即探头与被检验件的探伤面之间的局部空间设置水膜而对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的局部水浸法。在这种浸渍法或水浸法以及局部水浸法中，也能获得与本发明相同的作用、效果。
另外，在图30中，说明了扫查机构部9具有使探头7在空间扫查的功能及输出探头的空间位置信息，并将其输入到位置检测部85，但收集和输出探头7的空间位置信息的功能，也以可由与扫查机构部9分开独立设置的位置信息发生部进行，即，由位置信息发生部收集和输出并输入到位置检测部85。在这种情况下，扫查机构部9仅承担使探头7在空间扫查的功能。此外，在这种情况下，位置信息发生部也必须与控制部81连接并与控制部81交换各种信号。
另外，在图30中，说明了从扫查机构部9输出探头7的空间位置信息并输入到位置检测部85，但由于探头7的空间扫查范围和移动距离等信息由控制部81控制和发生，所以在结构上也可使扫查机构部9只具有使探头7在空间扫查的功能，并且不设位置检测部85，而将来自控制部81的有关探头7的扫查的信息直接输入并存储在信号处理部84B内。
实施例4
参照图54和图55说明本发明实施例4的超声波探伤装置的结构。图54是表示本发明实施例4的超声波探伤装置结构的框图。而图55是表示本实施例4的超声波探伤装置的探头结构的图。另外，图55是从文献B引用的。
在图54中，超声波探伤装置备有放置在被检验件1上的发射用探头7A和接收用探头7B、与探头7A、7B连接的发射接收装置8C、及发射用探头7A和接收用探头7B用的扫查机构部9A和9B。
另外，在该图中，发射接收装置8C包括控制部81、发射部82、接收部83、信号处理部84C、及探头7A、7B的位置检测部85。而扫查机构部9A、9B包括图中未示出的发射用探头7A和接收用探头7B的位置检测传感器。
在该图中，发射用探头7A和接收用探头7B通过信号线分别连接于发射部82和接收部83。接收部83与信号处理部84C连接。位置检测部85连接于信号处理部84C。控制部81连接着发射部82、接收部83、信号处理部84C、位置检测部85、及扫查机构部9A和9B。
另外，在该图中，扫查机构部9A和9B与位置检测部85连接。从扫查机构部9A、9B的位置检测传感器输出的信号输入到位置检测部85。由位置检测部85检测出的探头7A、7B的位置信息输入到信号处理部84C。
信号处理部84C，图中虽未示出但在内部具有存储器。在该存储器内相应地存储各种运算和计算结果，同时适当存储输入到信号处理部84C的输入信号。
另外，虽然图中未示出，但从信号处理部84C将表示处理状况的信号相应地输入到控制部81。控制部81根据该输入信号则对发射部82、接收部83、信号处理部84C、位置检测部85、及扫查机构部9A、9B输出控制信号，执行对各部分的控制。
在图55中，发射用探头7包括由丙烯等材料构成的楔块71及由压电陶瓷等压电材料构成的矩形或圆形振子72。而接收用探头7B的结构与图55所示的发射用探头7A的结构相同。
这里，说明探头7A(7B)的动作。在超声波斜角探伤中，作为从探头7A向被检验件1中发射的超声波波型，广泛地采用着横波。在这种横波专用探头7A中，从振子72向楔块71内发射纵波超声波。在设计上，设计成：使从振子72向楔块71内发射的超声波根据斯内尔反射、折射定律在楔块71与被检验件1的交界面、即被检验件1的表面3上发生反射、折射，从而只是使横波超声波向被检验件1内折射和传播。就是说，将探头7A设计成具有这样的入射角「α」，即，在被检验件1与楔块71的交界面上，如利用斯内尔反射、折射定律进行计算，则从振子72向楔块71内发射的纵波在上述交界面上折射时，应使折射的纵波不入射到被检验件1内，而只是使折射的横波入射。在接收在被检验件1内传播的横波超声波时，由于其走向是与上述过程相反的过程，所以按横向专用设计成的探头7A在设计上只接收在被检验件1中传播的横波超声波。
对于按上述方式设计的横波专用探头7A，如进行如下讨论则很容易理解其动作。在图55中，符号72A是视在振子，「Hs」是从被检验件1的表面3到视在振子72A的中心的高度。另外，「W」是振子72的宽度，「W′s」是视在振子72A的宽度，「p1」是楔块内的距离，「p1s′」是视在的楔块内距离，「α」是楔块71与被检验件1的表面3的交界面的超声波入射角，「θs」是折射角。
为便于说明，在本说明书(本实施例4)中使用的这些符号和名称与上述文献B不同。本说明书与文献B的对应如下。箭头(→)的左侧是文献B中的名称和符号，右侧是本说明书中的名称和符号。另外，在本说明书中使用着的与符号H相当的高度，在文献B中没有记载。而原点O的位置与文献B不同，如图55所示，采用的是将视在振子72A的中心垂直投影到被检验件1的表面3上的点。  振子的高度H                                →振子72的宽度W振子的视在高度HR                           →振子72的视在宽度Ws′楔块内距离11                               →楔块内距离p1换算成被检验件中的距离后的楔块内距离12     →视在楔块内距离P1s′
以上，采用了「视在的」这样一种表述方式，其含义如文献B所述，这是由于根据斯内尔折射定律，从振子72向楔块71内发射的纵波超声波在与被检验件1的交界面、即表面3上发生折射并作为横波超声波向被检验件1内发射，所以，对于向被检验件1内发射的横波超声波来说，从被检验件1一侧观察到的振子72的宽度W好象等效地变成了Ws′，如将楔块内距离p1换算成在被检验件1中的距离，则也好象等效地变成了p1S′。如采用这些视在的物理量，则可将楔块71看作如同是被检验件1而进行各种计算和信号处理。因此，在以下的说明中，将采用视在振子72A、其宽度WS′、视在的楔块内距离P1S′、及与视在振子72A的中心有关的高度Hs进行说明。此外，假定点Qs为视在振子72A的中心。点Qs的坐标为(0，-Hs)。
可是，即使是在作为在超声波斜角探伤中广泛采用着的横波专用设计的探头7A中，由于探头7A的振子72的宽度W有限，所以也还是存在着折射纵波，尽管其强度比折射横波低。即，折射纵波尽管其强度低但也发射到被检验件1内。对于接收而言，由于其走向与上述过程相反，所以即使在按横波专用设计的探头7A中也接收在被检验件1中传播的纵波，但如与在被检验件1中传播的横波相比其接收强度很低。这样，从探头7A向被检验件1中发射纵波，反过来由探头7A接收在被检验件1中传播的纵波，但对于所发射的纵波及所接收的纵波，根据我们(发明者)的实验可知，与横波的情况一样，对于纵波也可采用视在的楔块内距离和视在振子等概念。因此，图中虽未示出，但以点QL表示与纵波对应的视在振子的中心。该点QL的坐标一般与横波所对应的点Qs不同。点QL的坐标以(xL，-HL)表示。
与发射用探头7A有关的折射角θsa和与接收用探头7B有关的同样的折射角θsb，可以是相同的，也可以彼此不同。在彼此不同的情况下，有时能进一步提高对缺陷的检测能力。
下面，参照图56至图79说明本发明实施例4的超声波探伤装置的动作。
图56、图57和图58是用于说明在被检验件与空气的交界面上的超声波反射的性质的图。从图59到图74是表示用于说明本实施例4的超声波探伤装置动作的超声波束传播路径的图。此外，图75是用于说明本实施例4的超声波探伤装置的信号处理的流程图。从图76到图79是表示用于说明图75所示信号处理流程图的波束传播路径的图。
从发射接收装置8C的发射部82产生即使将其看作是脉冲也无问题的窄脉冲、或具有一定载频的脉冲串信号等发射信号，并传送给发射用探头7A。发射用探头7A由发射信号驱动，将超声波脉冲倾斜地向被检验件1的探伤面、即被检验件1的表面3发射。超声波脉冲在被检验件1中传播并由缺陷6反射、散射、衍射。这里，反射这一术语，不只是指反射，而是作为包含散射和衍射等物理现象处理。即，术语反射应解释为超声波的传播受缺陷6的影响而进行与不存在缺陷6的情况相比在传播的性能状态上不同的动作的全部现象。尤其是将在缺陷6的尖端部发生的所谓尖端衍射回波或被称作端部回波的回波也包括在由缺陷6反射的回波内进行说明。该反射、散射、衍射的超声波脉冲在被检验件1中传播并由接收用探头7B接收。该接收的回波脉冲由接收部83放大后传送到信号处理部84C。
另一方面，由扫查机构部9A和9B检测发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息，并传送到位置检测部85。从位置检测部85来的发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息传送到信号处理部84C。
将发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息及所接收的回波存储在该信号处理部84C内。
然后，在将发射用探头7A和接收用探头7B都固定在某个空间位置的状态下，完成上述动作，并存储发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息及回波信息。
接着，使发射用探头7A保持固定其空间位置的状态，由扫查机构部9B将接收用探头7B移动到另一空间位置。然后，根据发射信号从发射用探头7A发射超声波脉冲，并与上述基本相同，将来自缺陷6的接收回波及发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息传送并存储在信号处理部84C内。包括该接收用探头7B的空间扫查的一系列的动作在所要求的接收用探头7B的扫查范围上进行。
接着，由扫查机构部9A将发射用探头7A移动到另一空间位置并在该点处固定。然后，根据发射信号从发射用探头7A发射超声波脉冲，并与上述基本相同，将来自缺陷6的接收回波及发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息传送并存储在信号处理部84C内。该一系列的动作在所要求的接收用探头7B的扫查范围上进行。
以上的包括接发射用探头7A和接收用探头7B的空间扫查的一系列的动作在所要求的发射用探头7A和接收用探头7B的扫查范围上进行。
通过上述操作，使发射用探头7A在所要求的扫查范围上进行空间扫查，并在该所要求的扫查范围内的发射用探头7A的各个位置上，使接收用探头7B在所要求的扫查范围上进行扫查，将发射用探头7A和接收用探头7B的各空间位置的信息及在这些位置上的回波信息存储在信号处理部84C内。在这之后，在信号处理部84C中执行后文所述的信号处理。
这里，在说明信号处理部84C的信号处理程序之前，先参照图56、图57和图58说明在被检验件1与空气的交界面上的超声波反射的性质。在这些图中，带箭头的实线相当于横波，箭头方向表示传播方向。而带箭头的虚线相当于纵波，箭头方向同样表示传播方向。在本实施例4的说明中，为了区别纵波和横波，在实施例4的所有图中，横波由实线、纵波由虚线分别对应表示。此外，对纵波和横波其传播方向都用箭头方向表示。作为被检验件1与空气的交界面的例，以被检验件1的底面4为例进行说明。另外，在以下说明的与超声波的反射有关的性质，当然是以斯内尔反射定律为基础的。
图56和图57是表示在被检验件1中传播的横波倾斜地入射到底面4时的反射状态的图。图56和图57的不同之处在于，图56的情况，与图57的情况相比，在各图中以符号「αs」表示的入射角大。如图56所示，在横波的入射角「αs」大的情况下，由底面4反射产生的超声波只是横波。然而，如图57所示，如横波的入射角「αs」小于一定值，则除αs等于零外、即除垂直入射的情况外，由底面4反射后，既产生横波也产生纵波。而在图56和图57中，以符号「βs」表示的横波反射角，与入射角αs相等。此外，在图57中，以符号「βL」表示的纵波反射角，大于横波反射角βs。
另一方面，图58是表示在被检验件1中传播的纵波倾斜地入射到底面4时的反射状态的图。图中，以符号「αL」表示的角度，是纵波的入射角度。以符号「βL」表示的角度是纵波的反射角度。以符号「βs」表示的角度，是横波的反射角度。当纵波倾斜地入射到底面4时，入射角度αL，除等于零外、即除垂直入射的情况外，无论是大还是小，由底面4反射后，既产生横波也产生纵波。此外，纵波的反射角度βL等于纵波的入射角度αL。而横波的反射角度βs小于纵波的反射角度βL。
其次，考虑参照图56、图57和图58说明的与超声波的反射有关的上述性质，说明被检验件1中的超声波束传播特性。首先，参照图59和图60讨论超声波的传播路径。在两图中，取横向(与被检验件1的表面3平行的方向)为x轴，垂直方向(被检验件1的深度方向)为y轴。假定与缺陷6相当的点反射源位于(x0、y0)。
图59是与从发射用探头7A发射的超声波束有关的超声波传播路径图。在图59中，点Qsa是与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A的中心，假定该点的坐标为(0，-Hsa)。这里，「Hsa」是从被检验件1的表面3到与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A的中心的高度。此外，在图59中，点QLa是与发射用探头7A的纵波有关的视在振子的中心，假定该点的坐标为(xLa，-HLa)。这里，「xLa」是与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A的中心和与纵波有关的视在振子的中心之间沿x轴方向的距离。「HLa」是从被检验件1的表面3到与发射用探头7A的纵波有关的视在振子的中心的高度。另外，图中，表示与发射用探头7A的纵波有关的视在振子的中心的点QLa，实际上位于表示与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A的中心的点Qsa的附近，但为看图方便，在图59中，将QLa和Qsa这两个点画得彼此离得很远。以下也同样。
另外，在以上的说明中，对于与发射用探头7A的横波有关的视在振子，标以符号72A进行了说明，但对于与纵波有关的视在振子，在说明中没有特别标记符号。以下，按同样方式进行说明。此外，对于接收用探头7B，以下也同样，对于与横波有关的视在振子，标以符号72B进行说明，但对于与纵波有关的视在振子，在说明中也没有特别标记符号。
首先，讨论在图59中从发射用探头7A向被检验件1入射的超声波为横波的情况。从与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A向被检验件1发射的发射横波超声波束因衍射而扩散，图中，粗实线表示该波束的中心线。而细实线表示在该发射横波超声波束中由中心线上的声压、例如声压为-3dB的点连接的线。即，2条细实线之间相当于在发射横波超声波束的有效波束宽度。与2条细实线对应的折射角，如图中所示，假定为θsLa、θsHa。在这里采用了-3dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定义有效波束宽度。此外，作为超声波的传播波型有纵波和横波，在本发明的说明书中为进行说明而采用的纵波超声波和横波超声波这2个术语，其含义分别为以纵波波型传播的超声波和以横波波型传播的超声波。
其次，讨论在图59中从发射用探头7A向被检验件1入射的超声波为纵波的情况。从与发射用探头7A的纵波有关的视在振子向被检验件1发射的发射纵波超声波束也因衍射而扩散，图59中，粗虚线表示该波束的中心线。而细虚线表示在该发射纵波超声波束中由中心线上的声压、例如声压为-3dB的点连接的线。即，2条细虚线之间相当于发射纵波超声波束的有效波束宽度。与2条细虚线对应的图中所示的折射角，假定为θLLa、θLHa。这2个角度分别对应于与横波有关的折射角θsLa、θsHa。在这里也采用了-3dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定义有效波束宽度。
图60是与由接收用探头7B接收超声波时的超声波束有关的超声波束传播路径图。在图60中，点Qsb是与接收用探头7B的横波有关的视在振子72B的中心，假定该点的坐标为(0，-Hsb)。这里，「Hsb」是从被检验件1的表面3到与接收用探头7B的横波有关的视在振子72B的中心的高度。此外，在图60中，点QLb是与接收用探头7B的纵波有关的视在振子的中心，假定该点的坐标为(xLb，-HLb)。这里，「xLb」是与接收用探头7B的横波有关的视在振子72B的中心和与纵波有关的视在振子的中心之间沿x轴方向的距离。「HLb」是从被检验件1的表面3到与接收用探头7B的纵波有关的视在振子的中心的高度。另外，图中，表示与接收用探头7B的纵波有关的视在振子的中心的点QLb，实际上位于表示与接收用探头7B的横波有关的视在振子72B的中心的点Qsb的附近，但为看图方便，在图60中，将QLb和Qsb这两个点画得彼此离得很远。以下也同样。
首先，讨论在图60中由接收用探头7B接收超声波时的超声波为横波的情况。由与接收用探头7B的横波有关的视在振子72B接收的横波超声波，如考虑超声波的衍射，则在一定的扩散角度上进行接收，所以所接收的横波超声波的波束在一定的角度范围上扩散。图中，粗实线表示该接收横波超声波束的中心线。而细实线表示在该接收横波超声波束中由中心线上的声压、例如声压为-3dB的点连接的线。即，2条细实线之间相当于接收横波超声波束的有效波束宽度。与2条细实线对应的折射角，如图中所示，假定为θsLb、θsHb。在这里也采用了-3dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定义有效波束宽度。
其次，讨论在图60中由接收用探头7B接收超声波时的超声波为纵波的情况。由与接收用探头7B的纵波有关的视在振子接收时的接收纵波超声波束也因衍射而扩散，在图60中，粗虚线表示该波束的中心线。而细虚线表示在该接收纵波超声波束中由中心线上的声压、例如声压为-3dB的点连接的线。即，2条细虚线之间相当于接收纵波超声波束的有效波束宽度。与2条细虚线对应的图中所示的折射角，假定为θLLb、θLHb。这2个角度分别对应于与横波有关的折射角θsLb、θsHb。在这里也采用了-3dB的波束宽度，但并不限于这个值，根据用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定义有效波束宽度。
下面，参照图61至图74，讨论在上述发射横波超声波束宽度内、发射纵波超声波束宽度内、接收横波超声波束宽度内及接收纵波超声波束宽度内的声线。在图61～图74中，坐标原点(0，0)，与图59相同，取与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A的中心沿y轴投影到被检验件1的表面3上的点。点Qsa表示与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A的中心，其坐标为(0，-Hsa)。点QLa表示与发射用探头7A的纵波有关的视在振子的中心，该点的坐标为(xLa，-HLa)。点Qsb表示与接收用探头7B的横波有关的视在振子72B的中心，该点的坐标取(xr，-Hsb)。点QLb是与接收用探头7B的纵波有关的视在振子的中心，该点的坐标为(xr+xLb，-HLb)。此外，位于(x0、y0)的白圆圈符号是与缺陷6对应的反射源。
首先，参照图61至图64进行说明。
如图61所示，如果与折射角θs1a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θs1b相当的声线存在于上述接收横波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，则可能存在如图中带箭头的实线和带箭头的虚线所示的超声波束传播路径。这时，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波，直射在缺陷6上并由缺陷6作为横波反射后，直接由接收用探头7B作为回波接收。
如图62所示，如果与折射角θs1a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θＬ1b相当的声线存在于上述接收纵波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θLLb≤θＬ1b≤θLHb，则可能存在如图中带箭头的实线和带箭头的虚线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波，如图中带箭头的实线所示，直射在缺陷6上。直射在缺陷6上的横波，根据缺陷6的性质，可能产生经波型转换而成为纵波后作为纵波反射的分量。该反射后的纵波，如带箭头的虚线所示，直接由接收用探头7B作为强度低的回波接收。
如图63所示，如果与折射角θL1a相当的声线存在于上述发射纵波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θs1b相当的声线存在于上述接收横波超声波束的有效波束宽度内，即，如θLLa≤θL1a≤θLHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，则可能存在如图中带箭头的实线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射其强度比横波分量低的纵波。该发射的纵波，如图中带箭头的虚线所示，直射在缺陷6上。直射在缺陷6上的纵波，根据缺陷6的性质，可能产生经波型转换而成为横波后作为横波反射的分量。该反射后的横波，如带箭头的实线所示，直接由接收用探头7B作为回波接收。
如图64所示，如果与折射角θL1a相当的声线存在于上述发射纵波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θL1b相当的声线存在于上述接收纵波超声波束的有效波束宽度内，即，如θLLa≤θL1a≤θLHa、且θLLb≤θＬ1b≤θLHb，则可能存在如图中带箭头的虚线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射其强度比横波分量低的纵波。该发射的纵波，直射在缺陷6上，并由缺陷6作为纵波反射后，直接由接收用探头7B作为强度低的回波接收。
以上，讨论了从发射用探头7A向被检验件1内发射的超声波直接射在缺陷6上、由缺陷6反射的超声波直接由接收用探头7B接收的传播路径。
以下，参照图65至图68，讨论可能存在的其他传播路径。
如图65所示，如果与折射角θs2a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θs1b相当的声线存在于上述接收横波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs2a≤θsHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，则可能存在如图中带箭头的实线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发送的横波超声波，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次，然后射在缺陷6上，并由缺陷6作为横波超声波反射后，直接到达接收用探头7B并作为回波接收。
如图66所示，如果与折射角θs2′a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θs1b相当的声线存在于上述接收横波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs2′a≤θsHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，则可能存在如图中沿箭头方向的带箭头的实线、接在其后的带箭头的虚线、进一步接在其后的带箭头的实线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，向底面4传播。然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次，并向缺陷6传播。然后，该纵波超声波，射在缺陷6上，并由缺陷6作为横波超声波反射。该反射后的横波超声波，如带箭头的实线所示，直接到达接收用探头7B并作为回波接收。
如图67所示，如果与折射角θs2a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θL1b相当的声线存在于上述接收纵波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs2a≤θsHa、且θLLb≤θＬ1b≤θLHb，则可能存在如图中沿箭头方向的带箭头的实线、接在其后的带箭头的实线、进一步接在其后的带箭头的虚线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，向底面4传播。然后，如带箭头的实线所示，在底面4上作为横波超声波反射1次，并向缺陷6传播。然后，该横波超声波，射在缺陷6上，并由缺陷6作为纵波超声波反射。该反射后的纵波超声波，如带箭头的虚线所示，直接到达接收用探头7B并作为回波接收。
如图68所示，如果与折射角θs2′a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θL1b相当的声线存在于上述接收纵波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs2′a≤θsHa、且θLLb≤θL1b≤θLHb，则可能存在如图中沿箭头方向的带箭头的实线、接在其后的带箭头的虚线、进一步接在其后的带箭头的虚线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，向底面4传播。然后，如带箭头的虚线所示，在底面4上作为纵波超声波反射1次，并向缺陷6传播。然后，该纵波超声波，射在缺陷6上，并由缺陷6作为纵波超声波反射。该反射后的纵波超声波，如带箭头的虚线所示，直接到达接收用探头7B并作为回波接收。
以上，以从发射用探头7A向被检验件1发射的超声波为横波超声波的情况为对象，讨论了该横波超声波在被试验件1的底面4上反射后向缺陷6的方向传播并由缺陷6反射后直接到达接收用探头7B的传播路径。这时，考虑了底面4和缺陷6的波型转换。
以下，参照图69至图72，讨论可能存在的其他传播路径。
如图69所示，如果与折射角θs1a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θs2b相当的声线存在于上述接收横波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θsLb≤θs2b≤θsHb，则可能存在如图中带箭头的实线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，直射在缺陷6上并由缺陷6作为横波超声波反射，然后，在底面4上作为横波超声波反射1次后，到达接收用探头7B并作为回波接收。
如图70所示，如果与折射角θs1a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θs2′b相当的声线存在于上述接收横波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θsLb≤θs2′b≤θsHb，则可能存在如图中沿箭头方向的带箭头的实线、接在其后的带箭头的虚线、进一步接在其后的带箭头的实线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，向缺陷6传播。然后，该横波超声波直射在缺陷6上，并由缺陷6作为纵波超声波反射。该反射后的纵波超声波，如带箭头的虚线所示，向底面4传播。然后，该纵波超声波在底面4上作为横波超声波反射1次。该反射后的横波超声波，如带箭头的实线所示，到达接收用探头7B并作为回波接收。
如图71所示，如果与折射角θs1a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θL2′b相当的声线存在于上述接收纵波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θLLb≤θL2′b≤θLHb，则可能存在如图中沿箭头方向的带箭头的实线、接在其后的带箭头的实线、进一步接在其后的带箭头的虚线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，向缺陷6传播。然后，该横波超声波直射在缺陷6上，并由缺陷6作为横波超声波反射。该反射后的横波超声波，如带箭头的实线所示，向底面4传播。然后，该横波超声波在底面4上作为纵波超声波反射1次。该反射后的纵波超声波，如带箭头的虚线所示，到达接收用探头7B并作为回波接收。
如图72所示，如果与折射角θs1a相当的声线存在于上述发射横波超声波束的有效波束宽度内、且与折射角θL2b相当的声线存在于上述接收纵波超声波束的有效波束宽度内，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θLLb≤θL2b≤θLHb，则可能存在如图中沿箭头方向的带箭头的实线、接在其后的带箭头的虚线、进一步接在其后的带箭头的虚线所示的超声波束传播路径。即，从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波，如带箭头的实线所示，向缺陷6传播。然后，该横波超声波直射在缺陷6上，并由缺陷6作为纵波超声波反射。该反射后的纵波超声波，如带箭头的虚线所示，向底面4传播。然后，该纵波超声波在底面4上作为纵波超声波反射1次。该反射后的纵波超声波，如带箭头的虚线所示，到达接收用探头7B并作为回波接收。
以上，以从发射用探头7A向被检验件1发射的超声波为横波超声波的情况为对象，讨论了该横波超声波直射在缺陷6上，由缺陷6反射后在底面4上反射1次后到达接收用探头7B的传播路径。这时，考虑了缺陷6和底面4的波型转换。
以下，参照图73至图74，以从发射用探头7A向被检验件1发射的超声波为纵波超声波的情况为对象进行讨论。在图73中示出的从传播路径I到传播路径IV及在图74中示出从传播路径V到传播路径VIII，是从发射用探头7A向被检验件1发射的超声波为纵波时可能存在的其他路径。
在图73中，从传播路径I到传播路径IV，图中虽未示出，但其传播路径为：从发射用探头7A发射的纵波超声波，向被检验件1的底面4传播，并在底面4上反射1次后向缺陷6传播，由缺陷6反射后，直接向接收用探头7B传播并由接收用探头7B作为回波而接收。
在这4条传播路径I到IV中，传播路径I是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到底面4的传播波型是纵波，在底面4上作为横波超声波反射，从底面4到缺陷6的传播波型变成横波，进而，在缺陷6上作为横波超声波反射，从缺陷6到接收用探头7B的传播波型变成横波。在图73中，为简化该传播路径I，仅代表性地记入了沿该传播路径I传播的传播波型。即，作为沿传播路径I的传播波型，在表中从左侧到右侧依次记入纵波、横波、横波。就是说，所记入的第1个波型对应于从发射用探头7A向被检验件1发射并向被检验件1的底面4传播的传播波型，所记入的第2个波型对应于在底面4上反射后、从底面4向缺陷6传播的传播波型，而所记入的第3个波型对应于在缺陷6上反射后、从缺陷6向接收用探头7B传播的传播波型。为供作参考，在图73中记入上述3种波型的右侧列出传播路径I相对于发射纵波超声波束有效波束宽度、接收横波超声波束有效波束宽度、及接收纵波超声波束有效波束宽度的可能存在的条件。另外，为供作参考，在图73中作为备考还记入了是否在底面4上的反射及在缺陷6的反射的同时发生波型转换。即，「有」意味着同时发生波型转换，而「无」则意味着不同时发生波型转换。以下，在图73中，对传播路径II～IV的图示方式是同样的。
就是说，在图73中，传播路径II是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到底面4的传播波型是纵波，在底面4上作为纵波超声波反射，从底面4到缺陷6的传播波型变成纵波，进而，在缺陷6上作为横波超声波反射，从缺陷6到接收用探头7B的传播波型变成横波。
在图73中，传播路径III是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到底面4的传播波型是纵波，在底面4上作为横波超声波反射，从底面4到缺陷6的传播波型变成横波，进而，在缺陷6上作为纵波超声波反射，从缺陷6到接收用探头7B的传播波型变成纵波。
在图73中，传播路径IV是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到底面4的传播波型是纵波，在底面4上作为纵波超声波反射，从底面4到缺陷6的传播波型是纵波，进而，在缺陷6上作为纵波超声波反射，从缺陷6到接收用探头7B的传播波型成为纵波。
其次，在图74中，从传播路径V到传播路径VIII，图中虽未示出，但其传播路径为：从发射用探头7A发射的纵波超声波，向缺陷6传播，然后在缺陷6上反射后向底面4传播，在底面4上反射1次后，向接收用探头7B传播并由接收用探头7B作为回波接收。
在这4条传播路径V到VIII中，传播路径V是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到缺陷6的传播波型是纵波，在缺陷6上作为横波超声波反射，从底面4到缺陷6的传播波型变成横波，进而，在底面4上作为横波超声波反射，从底面4到接收用探头7B的传播波型变成横波。在图74中，为简化该传播路径V，仅代表性地记入了沿该传播路径V传播的传播波型。即，作为沿传播路径V的传播波型，在表中从左侧到右侧依次记入纵波、横波、横波。就是说，所记入的第1个波型对应于从发射用探头7A向缺陷6传播的传播波型，所记入的第2个波型对应于在缺陷6上反射后、从缺陷6向底面4传播的传播波型，而所记入的第3个波型对应于在底面4上反射后、从底面4向接收用探头7B传播的传播波型。为供作参考，在图74中记入上述3种波型的右侧列出传播路径V相对于发射纵波超声波束有效波束宽度、接收横波超声波束有效波束宽度、及接收纵波超声波束有效波束宽度的可能存在的条件。另外，为供作参考，在图74中作为备考还记入了是否在底面4上的反射及在缺陷6的反射的同时发生波型转换。即，「有」意味着同时发生波型转换，而「无」则意味着不同时发生波型转换。以下，在图74中，对传播路径VI～VIII的图示方式是同样的。
就是说，在图74中，传播路径VI是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到缺陷6的传播波型是纵波，在缺陷6上作为纵波超声波反射，从缺陷6到底面4的传播波型成为纵波，进而，在底面4上作为横波超声波反射，从底面4到接收用探头7B的传播波型变成横波。
在图74中，传播路径VII是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到缺陷6的传播波型是纵波，在缺陷6上作为横波超声波反射，从缺陷6到底面4的传播波型变成横波，进而，在底面4上作为纵波超声波反射，从底面4到接收用探头7B的传播波型变成纵波。
在图74中，传播路径VIII是这样一条传播路径，即，从发射用探头7A到缺陷6的传播波型是纵波，在缺陷6上作为纵波超声波反射，从缺陷6到底面4的传播波型成为纵波，进而，在底面4上作为纵波超声波反射，从底面4到接收用探头7B的传播波型变成纵波。
以上，为简化说明，讨论了如下的情况，即，与对应于从发射用探头7A向被检验件1发射的横波超声波的折射角θs1a相当的声线、与对应于横波超声波的折射角θs2a相当的声线、与对应于横波超声波的折射角θs2′a相当的声线，存在于发射横波超声波束的有效波束宽度内；与对应于从发射用探头7A向被检验件1发射的纵波超声波的折射角θL1a相当的声线、与对应于纵波超声波的折射角θL2a相当的声线、与对应于纵波超声波的折射角θL2′a相当的声线，存在于发射纵波超声波束的有效波束宽度内；与对应于由接收用探头7B接收的横波超声波的折射角θs1b相当的声线、与对应于横波超声波的折射角θs2b相当的声线、与对应于横波超声波的折射角θs2′b相当的声线，存在于接收横波超声波束的有效波束宽度内；与对应于由接收用探头7B接收的纵波超声波的折射角θL1b相当的声线、与对应于纵波超声波的折射角θL2b相当的声线、与对应于纵波超声波的折射角θL2′b相当的声线，存在于接收纵波超声波束的有效波束宽度内。即考虑到在超声波束传播路径中在底面4上反射一次的情况。
在发射横波超声波束、发射纵波超声波束、接收横波超声波束、及接收纵波超声波束的各有效波束宽度比在以上考察中作为对象的宽度更宽的情况下，可能存在更多的与以上给出的传播路径不同的传播路径。即，例如，可能存在着在底面4上反射1次、在表面3上反射1次合计发生2次反射的传播路径。这时，可能存在考虑到在底面4、表面3、进而在缺陷6上分别发生的从横波到纵波、反之、从纵波到横波的波型转换而确定的各种传播路径。
另外，随着波束宽度增大，还必须考虑到在底面4上反射2次、在表面3上反射1次的路径，并考虑在各次反射中的波型转换。当波束宽度进一步增大时，还必须考虑在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路径并考虑在各次反射中的波型转换。
以下，随着波束宽度增大，相对于应考虑的路径增加在底面4或表面3上的反射次数，而且，在各次反射时必须考虑波型转换。
本实施例4，如上所述，在提供考虑到发射超声波束及接收超声波束的扩散而以斜角探伤的装置和方法这一点上与以往有很大区别。此外，在作为发射超声波束考虑到发射横波超声波束及发射纵波超声波束、作为接收超声波束考虑到接收横波超声波束及接收纵波超声波束这一点上，也与以往不同。进而，在考虑到在表面3和底面4上的反射这一点上也与在特开平2-278149号公报、特开平2-248855号公报、或特开平5-172789号公报中所公开的现有技术完全不同。另外，在考虑到在底面4、表面3、以及缺陷6的各次反射中分别进行的从横波到纵波的波型转换及从纵波到横波的波型转换这一点上也与现有技术不同。
其次，根据如上所述的有关超声波束的传播路径的考察结果，参照图75～图79说明信号处理部84C的信号处理程序。从图76到图79中的坐标原点与图56、图57及图61～图72不同。显然，可将原点确定在任何位置。当然，如果与发射用探头7A和接收用探头7B在扫查时的原点不同，则在信号处理部84C的信号处理中必须进行适当的坐标转换。
在信号处理部84C中，如上所述，存储着将发射用探头7A和接收用探头7B在所要求的扫查范围上进行扫查时在扫查范围内的各空间点上的回波波形及接收到该回波波形时的发射用探头7A的空间位置信息以及接收用探头7B的空间位置信息。此外，回波波形是以原始波形、即未经整流、检波等处理的AC波形存储的。
对于由信号处理部84C执行的信号处理程序，为简化说明，以只考虑在被检验件1的底面4上的1次反射的情况为例并参照图75进行说明。对于考虑在表面3上的1次或2次以上的反射以及在底面4上的2次以上的反射的情况，通过将以下说明的信号处理程序加以扩展即可实现。
在图75的步骤71中，确定所需要的图象再生范围。即，在图76至图79中，例如，按虚线所包围的区域所示，确定想要进行图象显示的范围，作为被检验件1的探伤结果。
在步骤72中，确定图象再生点。图象再生点是上述图象再生范围内的1个点。该点的坐标，如图76至图79所示，为(xi，yi)。
在步骤73中，设与该再生点(xi，yi)对应的输出为P(xi，yi)，并将其值设定为零。即P(xi，yi)＝0、
在步骤74中，在发射用探头7A的扫查范围内选择接收回波的部位即发射用探头7A的1个空间位置。如图76所示，当考虑有关发射横波超声波束的情况时，发射用探头7A的位置，以与发射用探头7A的横波有关的视在振子72A的中心即点Qsa为代表进行讨论，并假定其坐标为(xt，-Hsa)。而点Qsa的含义与图59～图72相同。另外，如图77所示，当考虑有关发射纵波超声波束的情况时，发射用探头7A的位置以与发射用探头7A的纵波有关的视在振子的中心即点QLa为代表进行讨论，并假定其坐标为(xt+xLa，-HLa)。而点QLa的含义与图59～图72相同。
在步骤75中，计算图76所示的角度θs1a、θs2a、θs2′a及图77所示的角度θL1a、θL2a、θL2′a。
另外，如将图象再生点临时看作反射源，并相应地考虑从发射用探头7A发射的超声波到达该图象再生点(xi，yi)的波束路径，则这些角度θs1a、θs2a、θs2′a、θL1a、θL2a、θL2′a如下所述。
角度θs1a对应于从发射用探头7A发射的横波超声波直射到该图象再生点(xi，yi)时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θs1a对应的射入时传播路径。
角度θs2a对应于从发射用探头7A发射的横波超声波在底面4上作为横波超声波反射1次后到达该图象再生点(xi，yi)时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θs2a对应的射入时传播路径。
角度θs2′a对应于从发射用探头7A发射的横波超声波在底面4上作为纵波超声波反射1次后到达该图象再生点(xi，yi)时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θs2′a对应的射入时传播路径。
角度θL1a对应于从发射用探头7A发射的纵波超声波直射到该图象再生点(xi，yi)时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θL1a对应的射入时传播路径。
角度θL2a对应于从发射用探头7A发射的纵波超声波在底面4上作为纵波超声波反射1次后到达该图象再生点(xi，yi)时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θL2a对应的射入时传播路径。
角度θL2′a对应于从发射用探头7A发射的纵波超声波在底面4上作为横波超声波反射1次后到达该图象再生点(xi，yi)时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θL2′a对应的射入时传播路径。
另外，这里，由于作为在底面4上的反射次数只考虑1次而且没有考虑在表面3上的反射，所以只计算上述6个角度θs1a、θs2a、θs2′a、θL1a、θL2a、θL2′a。如考虑在底面4上的反射次数为2次以上以及在表面3上反射1次或2次以上的情况，则除上述6个角度外，还必须考虑在各面上的反射及与这些反射同时发生的波型转换，并计算与从发射用探头7A发射的横波超声波及纵波超声波到达图象再生点(xi，yi)的射入时传播路径对应的角度。
在步骤76中，判断在步骤75中通过计算求得的角度θs1a、θs2a、θs2′a是否在发送用探头7A的发射横波超声波束的有效波束宽度内。然后，从角度θs1a、θs2a、θs2′a中进行选择并选出在发射横波超声波束的有效波束宽度内的角度。即，假定k为1、2、2′，并选出满足下列条件式的θska。
           θsLa≤θska≤θsHa
这里，假定作为满足上述条件的θska选出的角度为θspa～θsqa。p及q是在1、2、2′中存在的整数。
另外，在步骤76中，还判断在步骤75中通过计算求得的角度θL1a、θL2a、θL2′a是否在发射用探头7A的发射纵波超声波束的有效波束宽度内。然后，从角度θL1a、θL2a、θL2′a中进行选择并选出在发射纵波超声波束的有效波束宽度内的角度。即，假定k为1、2、2′，并选出满足下列条件式的θLka。
                θLLa≤θLka≤θLHa
这里，假定作为满足上述条件的θLka选出的角度为θLp′a～θLq′a。p′及q′是在1、2、2中存在的整数。
在步骤76中，在只考虑在底面4上的1次反射的条件下，选出从发射用探头7A发射的超声波到达图象再生点(xi，yi)的超声波束传播路径(射入时传播路径)。
另外，当满足上述条件的θska、θLka都不存在时，进入步骤86，关于步骤86，如后文所述。
在步骤77中，在由步骤74选出的发射用探头7A的位置上使接收用探头7B进行扫查的扫查范围内，选出接收到回波时的接收用探头7B的1个空间位置。如图78所示，当考虑有关接收横波超声波束的情况时，接收用探头7B的位置，以与接收用探头7B的横波有关的视在振子72B的中心即点Qsb为代表进行讨论，并假定其坐标为(xr，-Hsb)。点Qsb的含义与图59～图72相同。此外，如图79所示，当考虑有关接收纵波超声波束的情况时，接收用探头7B的位置，以与接收用探头7B的纵波有关的视在振子的中心即点QLb为代表进行讨论，并假定其坐标为(xr+xLb，-HLb)。点QLb的含义与图59～图72相同。
在步骤78中，计算图78所示的角度θs1b、θs2b、θs2′b及图79所示的角度θL1b、θL2b、θL2′b。
另外，如将图象再生点临时看作反射源，并相应地考虑从该点反射源反射的超声波到达接收用探头7B并作为回波接收的波束路径，则这些角度θs1b、θs2b、θs2′b、θL1b、θL2b、θL2′b如下所述。
角度θs1b对应于由图象再生点反射的横波超声波直接到达接收用探头7B时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θs1b对应的返回时传播路径。
角度θs2b对应于由图象再生点反射的横波超声波在底面4上作为横波超声波反射1次后到达接收用探头7B时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θs2b对应的返回时传播路径。
角度θs2′b对应于由图象再生点反射的纵波超声波在底面4上作为横波超声波反射1次后到达接收用探头7B时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θs2′b对应的返回时传播路径。
角度θL1b对应于由图象再生点反射的纵波超声波直接到达接收用探头7B时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θL1b对应的返回时传播路径。
角度θL2b对应于由图象再生点反射的纵波超声波在底面4上作为纵波超声波反射1次后到达接收用探头7B时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θL2b对应的返回时传播路径。
角度θL2′b对应于由图象再生点反射的横波超声波在底面4上作为纵波超声波反射1次后到达接收用探头7B时的波束传播路径。以下，将该波束传播路径称为与角度θL2′b对应的返回时传播路径。
这里，也由于在超声波束的返回时传播路径中作为在底面4上的反射次数只考虑1次而且没有考虑在表面3上的反射，所以只计算上述6个角度θs1b、θs2b、θs2′b、θL1b、θL2b、θL2′b。如考虑在底面4上的反射次数为2次以上以及在表面3上反射1次或2次以上的情况，则除上述6个角度外，还必须考虑在各面上的反射及与这些反射同时发生的波型转换，并计算与由图象再生点反射的横波超声波及纵波超声波到达接收用探头7B的返回时传播路径对应的角度。
在步骤79中，判断在步骤78中通过计算求得的角度θs1b、θs2b、θs2′b是否在接收用探头7B的接收横波超声波束的有效波束宽度内。然后，从角度θs1b、θs2b、θs2′b中进行选择并选出在接收横波超声波束的有效波束宽度内的角度。即，假定k为1、2、2′，并选出满足下列条件式的θskb。
                  θsLb≤θskb≤θsHb
这里，假定作为满足上述条件的θskb选出的角度为θsp″a～θsq″a。p″及q″是在1、2、2′中存在的整数。
另外，在步骤79中，还判断在步骤78中通过计算求得的角度θL1b、θL2b、θL2′b是否在接收用探头7B的接收纵波超声波束的有效波束宽度内。然后，从角度θL1b、θL2b、θL2′b中进行选择并选出在接收纵波超声波束的有效波束宽度内的角度。即，假定k为1、2、2′，并选出满足下列条件式的θLkb。
                  θLLb≤θLkb≤θLHb
这里，假定作为满足上述条件的θLkb选出的角度为θLpa～θLqa。p及q是在1、2、2′中存在的整数。
在步骤79中，在只考虑在底面4上的1次反射的条件下，选出由图象再生点反射的横波超声波到达接收用探头7B的超声波束传播路径(返回时传播路径)。
另外，当满足上述条件的θskb、θLkb都不存在时，进入步骤87，关于步骤87，如后文所述。
在步骤80中，根据在步骤76中选出的超声波束射入时传播路径及在步骤79中选出的和返回时传播路径，选出由这些射入时和返回时的传播路径构成的往复中的传播路径的全部组合。这里，如作进一步的说明，则所谓射入时传播路径，是指从发射用探头7A发射的超声波到达图象再生点(xi，yi)的路径，而所谓返回时传播路径，是指由图象再生点(xi，yi)反射的超声波到达接收用探头7B的传播路径。射入时传播路径与角度θspa～θsqa及θLp′a～θLq′a中的某一个角度相对应，返回时传播路径与角度θsp″b～θsq″b及角度θLpb～θLqb中的某一个角度相对应。因此，往复中的传播路径可能存在各种各样的路径。
在步骤81中，对按如上方式选出的往复中传播路径的组合，分别计算为在这些往复中传播路径上传播超声波所需要的传播时间(以下，称为往复中传播时间)。而在该往复中传播时间的计算中，如果往复中传播路径由作为纵波传播的传播路径及作为横波传播的传播路径构成，则在计算往复中传播时间时，当然必须使纵波的声速与对应于作为纵波传播的传播路径的波程(距离)对应、使横波的声速与对应于作为横波传播的传播路径的波程对应。如果往复中传播路径仅由作为纵波传播的传播路径构成，则在计算往复中传播时间时，显然只需使纵波声速与其波程对应即可。而如果往复中的传播路径仅由作为横波传播的传播路径构成，则在计算往复中传播时间时，只需使横波的声速与其波程对应即可。根据按如上方式对各往复中传播路径分别求得的往复中传播时间，可以对与步骤74中选出的发射用探头7A的空间位置和步骤77中选出的接收用探头7B的空间位置的组合位置对应的回波波形，计算出应接收回波的时间。
在步骤81中，对按如上方式求得的各往复中传播路径，分别调出应接收回波的对应时间的回波振幅。另外，在步骤81中，将对各往复中传播路径调出的各回波振幅相加，并将其相加结果与P(xi，yi)相加。
在步骤82中，判断在接收用探头7B的整个扫查范围上、或在预定的扫查范围上、步骤77～步骤81的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤87，如已完成时，进入步骤83。
这里，在步骤87中，将接收用探头7B的位置移动到另一空间位置，继续进行从步骤77到步骤82的信号处理。即，在步骤77中，在接收用探头7B的扫查范围内，选出除到上次为止选出的空间位置之外的接收用探头7B的新的空间位置(上述移动后的位置)，并完成直到步骤82的信号处理。
在步骤83中，判断在发射用探头7A的整个扫查范围上、或在预定的扫查范围上、步骤74～步骤82的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤86，如已完成时，进入步骤84。
这里，在步骤86中，将发射用探头7A的位置移动到另一空间位置，继续进行从步骤74到步骤83的信号处理。即，在步骤74中，在发射用探头7A的扫查范围内，选出除到上次为止选出的空间位置之外的发射用探头7A的新的空间位置(上述移动后的位置)，并完成直到步骤83的信号处理。
在步骤84中，将P(xi，yi)的值、或其绝对值、或绝对值的平方值等作为图象再生点(xi，yi)的再生图象输出。
在步骤85中，对所要求的图象再生范围内的所需的全部再生点、或预定的再生点，判断从骤72到步骤84的信号处理是否完成。当判断结果为尚未完成时，进入步骤88，如已完成时，信号处理部84C的信号处理即全部完成。
在步骤88中，指定所要求的图象再生范围内的另一所需的图象再生点，并反复进行从步骤72到步骤85的信号处理。
另外，为简化说明起见，以只考虑在被检验件1的底面4上的1次反射的情况为例，说明了供选用的往复中传播路径的选出程序。当考虑在底面4上的反射次数为2次以上以及在表面3上反射1次或2次以上的情况时，只须在步骤75至80中考虑在底面4或表面3上的反射及与这些反射同时发生的波型转换并选出供选择用的从发射用探头7A经图象再生点到达接收用探头7B的往复中传播路径即可。
另外，在步骤75至步骤80中，只不过是给出了当提供了发射用探头7A的空间位置(坐标)、接收用探头7B的空间位置、及图象再生点的空间位置时用于选出供选择用的从发射用探头7A发射经图象再生点到达接收用探头7B的往复中传播路径的信号处理程序的一个具体例。这些供选用的往复中传播路径，也可以按照与步骤75至步骤80所给出的信号处理程序不同的程序进行。关键在于，只要是当提供了发射用探头7A的空间位置、接收用探头7B的空间位置、及图象再生点的空间位置时能够选出供选用的从发射用探头7A发射经图象再生点到达接收用探头7B的往复中的传播路径的程序，就可以采用与图75所示不同的程序。如在上述供选用的往复中传播路径的选出中需要假定伴随在底面4和表面3上的超声波脉冲反射的供选用的往复中传播路径，则在供选用的往复中传播路径的选出中，当然也必须考虑伴随在底面4和表面3上的超声波脉冲反射的路径。
另外，在如上所述的信号处理的步骤81中，对各往复中传播路径，计算应接收回波的时间，并将与该时间对应的回波振幅调出后相加，但在该相加运算中，必须注意以下情况。即，超声波在底面4上反射1次后，其相位发生变化。同样，在表面3上反射后相位也发生变化。因此，必须在校正了与这种反射有关的相位变化量后进行相加运算。以下给出当与反射有关的相位变化为反相(180°)时的例。例如，作为往复中的传播路径，假定有如下的路径：从发射用探头7A发射的横波超声波脉冲直射到缺陷6，并由缺陷6作为横波反射后直接由接收用探头7B接收的路径(第1路径)；从发射用探头7A发射的横波超声波脉冲直射到缺陷6，并由缺陷6作为横波反射后，在底面4上作为横波反射1次，然后由接收用探头7B接收的路径(第2路径)；从发射用探头7A发射的横波超声波脉冲直射到缺陷6，并由缺陷6作为横波反射后，在表面3上作为横波反射1次，然后在底面4上反作为横波射1次后由接收用探头7B接收的路径(第3路径)。在这种情况下，在第2路径中，由于在底面4上反射1次，所以与第1路径相比，其相位旋转180°。在第3路径中，由于在表面3上反射1次、然后在底面4上又反射1次，所以其合计的相位与第1路径相比旋转360°，作为结果，意味着与第1路径同相。因此，与第1路径对应的回波振幅及与第3路径对应的回波振幅，可直接相加，与第2路径对应的回波振幅将其相位反转后的值、即乘-1后的值，和与第1及第2路径对应的回波振幅相加。对于由缺陷6的反射引起的相位变化也必须作同样的考虑。以上，说明了相位变化为180°的情况，但在其他角度的情况下，如果确定任何作为基准的相位，并对来自由反射引起的相位变化部分的上述基准值的偏差量进行校正，然后再将回波振幅相加，则可以得到更为清晰的再生图象。
另外，在如上所述的信号处理的步骤81中，与其它实施例一样当与往复中传播路径对应的时间内的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值时，可将该振幅作为零进行处理，这样将能减小噪声对作为最终结果得到的再生图象的影响。在这种情况下，仅从在步骤80中选出的可能存在的全部往复中传播路径中选择对应的回波振幅具有有效值的往复中的传播路径，并将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，采用这种方法可以获得最理想的结果。
另外，在如上所述的信号处理的步骤75至步骤80中，或在与这些步骤具有相同目的的步骤、即选出供选用的往复中传播路径的步骤中，也不一定需要将可能存在的往复中传播路径全部作为供选用的路径选出。即使在可能存在的往复中传播路径中，也有不能作为具有有效强度的回波进行接收的路径，但如根据理论和实验能预先知道并将该路径从供选用的路径中预先除去而进行其余的供选用路径的选出，则能简化选出步骤。或者，在根据理论和实验预先知道作为高强度回波接收的往复中的传播路径的情况下，如在预先特定该路径时进行信号处理，则能简化信号处理步骤。在这种情况下，步骤75、步骤76、步骤78、步骤79、及步骤80就不需要了。只须在步骤81中根据在步骤74中选定的发射用探头7A的空间位置及在步骤77中选定的接收用探头7B的空间位置，对上述特定的往复中传播路径执行步骤81即可。即，在步骤81中，可采用上述特定的往复中传播路径代替在步骤75至步骤80的步骤中选出的供选用的路径。
另外，选择折射角并以其为依据选出往复波束传播路径的方法，只不过是一种选出方法，还可以有其他方法。另外，也不一定需要将往复波束传播路径全部选出，只选出几个供选用即可。
这样，作为以上的信号处理结果，在本实施例4中，可以按图象得到被检验件1中的检查结果。下面，说明本实施例4的作用效果。
在本发明的实施例4中，与以往不同，还考虑到在被检验件1的底面4及表面3上超声波反射，并选出可能存在的供选用的往复中传播路径，并将与这些往复中传播路径对应的回波接收时间的回波振幅相加。另外，在上述供选用的往复中传播路径的选出中，在选择供选用的路径时，作为从发射用探头7A向被检验件1发射的超声波，不仅考虑到横波，而且考虑到纵波，同时作为由接收用探头7B接收的超声波，也不仅考虑到横波，而且考虑到纵波。在上述供选用的往复中传播路径的选出中，在选择供选用的路径时，还考虑到在被试验件1的底面4、表面3、及缺陷6上的从横波到纵波的波型转换、以及在底面4、表面3、及缺陷6上的从纵波到横波的波型转换。进而，将与作为供选用的路径选出的往复中传播路径对应的回波接收时间的回波振幅的相加结果与在发射用探头7A的扫查范围内的发射用探头7A的各位置、及在接收用探头7B的扫查范围内的接收用探头7B的各位置的组合位置对应的回波进行相加运算。并将按以上方式得到的相加结果作为图象再生点上的图象输出。因此，由于能再生出考虑到以往所没有考虑的超声波束传播路径的图象，所以具有可获得精度比以往高的检查结果的作用、效果。另外，还由于将发射用探头7A与接收用探头7B一起进行空间扫查，因而可以增加相加次数，所以具有能获得精度更高的检查结果的作用、效果，同时，由于能再生出考虑到在本发明的其他实施例中所没有考虑的超声波束传播路径的图象，所以，与其他实施例相比，具有可获得更高精度的检查结果的作用、效果。
另外，在上述选出的供选用的往复中传播路径中，当与往复中传播路径对应的回波接收时间的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值时，(与本发明其他实施例相同)，仅从上述往复中的传播路径中选择对应的回波振幅具有有效的值的往复中传播路径，并只将与其对应的回波振幅相加，然后将该相加结果与P(xi，yi)相加，所以能获得更为清晰的图象，因而可获得进行高精度的检查的作用、效果。
另外，如在发射横波超声波束中采用-3dB的波束宽度作为由上述角度θsLa和θsHa规定的与横波有关的发射超声波束宽度、并在接收横波超声波束中采用-3dB的波束宽度作为由上述角度θsLb和θsHb规定的与横波有关的超声波束宽度，则由于对发送和接收都进行以与横波有关的主波束为对象的信号处理，所以具有可获得更为清晰的图象的作用、效果。
另外，如在发射纵波超声波束中采用-3dB的波束宽度作为由上述角度θLLa和θLHa规定的与纵波有关的发射超声波束宽度、并在接收纵波超声波束中采用-3dB的波束宽度作为由上述角度θLLb和θLHb规定的与纵波有关的接收超声波束宽度，则由于对发送和接收都进行以与纵波有关的主波束为对象的信号处理，所以具有可获得更为清晰的图象的作用、效果。
再有，在本实施例4中，图中虽未示出，但以以下情况为对象进行了说明，即，使发送用探头7A和接收用探头7B在与x轴和y轴垂直的z轴上的某一特定的z值上、即在(x，y)断面内进行扫查，并通过对再生图象的信号处理进行再生，但本发明并不限于这种情况，即使沿Z轴方向、即在不同的z值上进行同样的发射用探头7A和接收用探头7B的扫查及信号处理，而且作为最终结果以在被检验件1中的三维图象进行再生和显示，则还可以得到缺陷6的沿z轴方向的信息，所以可获得能有效地应用于缺陷6的分级、分类的作用、效果。
另外，在本实施例4中具有以下的作用、效果。即，根据缺陷6的形状，在有些情况下，从缺陷6的反射特性具有空间指向性。例如，如缺陷6具有平面状的形状，则在缺陷6的反射中没有同时发生波型转换的情况下，射在该缺陷6上的超声波脉冲将呈现出镜面反射或接近镜面反射的反射特性。在这种情况下，入射到缺陷6的超声波不向入射的方向反射。在与入射方向完全不同的方向上发生强的反射。而如在缺陷6的超声波反射中同时发生从横波到纵波的波型转换、或从纵波到横波的波型转换，则对于经过波型转换的超声波脉冲，不是镜面反射或接近镜面反射的反射特性，而是如图56至图58所示，显示出射向缺陷6的超声波脉冲的入射角与反射角不同的反射特性。另外，与入射到缺陷6的超声波脉冲的波型不同的其他波型的超声波，有时会进行强的反射。因此，即使是发生上述波型转换时，入射到缺陷6的超声波也不向入射方向反射。在有些情况下，在与入射方向完全不同的方向上发生强的反射。如上所述，在从缺陷6的反射特性具有空间指向性的情况下，由缺陷6反射的超声波脉冲很难返回到发射超声波脉冲的发射用探头7A，同时，与发射的超声波波型不同的其他波型的超声波，有时发生高强度的反射。
另外，在被检验件1的底面4和表面3的超声波脉冲的反射中也没有同时发生波型转换时，呈现出镜面反射或接近镜面反射的反射特性。而在被检验件1的底面4和表面3的超声波脉冲的反射中同时发生波型转换时，显示出超声波脉冲的入射角与反射角不同的反射特性，同时，与入射的超声波脉冲的波型不同的其他波型的超声波，有时会以高强度进行反射。如上所述，与从缺陷6反射的情况相同，在被检验件1的底面4和表面3的超声波脉冲的反射中，反射特性具有空间指向性。因此，可以认为由发射用探头7A发射的超声波脉冲不能以高的强度向发射用探头7A的方向返回。
另外，也应考虑到与从发射用探头7A发射的超声波波型不同的其他波型的超声波以高强度进行反射的情况。由于在本实施例4中设有与发射用探头7A分开的接收用探头7B，并由发射用探头7A和接收用探头7B进行扫查以接收回波，所以即使如上所述从缺陷6的反射特性存在着空间指向性、或即使在被检验件1的底面4或表面3的反射特性也具有空间指向性，可以利用接收用探头7B按横波或纵波的回波接收由缺陷6反射的超声波脉冲的概率仍是很高的。因此，可以获得能提高对缺陷6的检测能力、即不漏过缺陷6的能力的作用、效果。
另外，在本实施例4中，使发射用探头7A和接收用探头7B对在发射用探头7A和接收用探头7B的每个空间位置接收的横波或纵波回波进行空间扫查，并在信号处理部84C中对这些回波进行如上所述的加法运算，所以能使作为加法运算结果得到的回波的强度增大。因此，可以获得能进一步提高对缺陷6的检测能力的作用、效果。
如果对发射用探头7A和接收用探头7B分别采用不同的折射角并进一步采用各种不同的组合从而对这些组合中的每一个完成实施例4，则即使如上所述从缺陷6的反射特性存在着空间指向性、以及即使在被检验件1的底面4或表面3的反射特性具有空间指向性，仍能以更高的概率进行检测而不漏过缺陷6，因而具有能获得清晰图象的作用、效果：
本发明的实施例4的超声波探伤装置及超声波探伤方法，还具有如下的作用、效果。例如，象焊接区的焊道等这样的被检验件表面的严重凹凸不平，有时很难使探头移动到接近缺陷并通过被检验件的表面进行超声波的发射接收。在这种情况下，如果在靠近被检验件表面处存在缺陷，则由于对能够良好地进行超声波发射接收的探头的移动范围存在着如上所述的限制，所以不能通过直射而捕捉到来自缺陷的回波。在这种情况下，必须将发射用探头和接收用探头配置在被检验件的底面侧，以底面侧为探伤面进行探伤检验，或者将发射用探头配置在表面侧，将接收用探头配置在底面侧进行探伤检验。但是，如果被检验件是结构物的一部分，则有时实际上不可能接近底面侧，因而不能将底面作为探伤面。即使在如上所述缺陷靠近表面的情况下，因在本发明的超声波探伤装置及超声波探伤方法中，除采用直射外还采用着底面的超声波反射或表面的超声波反射，所以能取得通过采用上述的反射克服如上所述的限制而进行探伤检验的作用效果。
另外，在本发明的实施例4中，说明了将发射用探头和接收用探头配置在被试验件的表面侧的结构，但在可以将被试验件的底面侧用作探伤面的情况下，也可以将发射用探头和接收用探头中的一个配置在表面侧而将另一个配置在底面侧，并按照与实施例4同样的程序进行探伤检验。
另外，以上，说明了将发射用探头和接收用探头与被检验件表面直接接触而进行探伤检验的情况，但本发明并不限于这种方式，也可采用将被检验件浸在水等液体中、通过该液体从发射用探头和接收用探头对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的浸渍法或水浸法。或者，也可采用只在作为发射用探头和接收用探头的正面的声发射接收面、即发射用探头和接收用探头与被检验件的探伤面之间的局部空间设置水膜而对被检验件进行超声波的发射接收的所谓的局部水浸法。在这种浸渍法或水浸法以及局部水浸法中，也能获得与上述相同的作用、效果。
另外，在图54中，说明了扫查机构部9A、9B具有使发射用探头7A和接收用探头7B在空间扫查的功能及输出发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息，并将其输入到位置检测部85，但收集和输出发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置的信息的功能，也以可由与扫查机构部9A、9B分开独立设置的位置信息发生部进行，即，发送用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息由位置信息发生部收集和输出并输入到位置检测部85。在这种情况下，扫查机构部9A、9B仅承担使发射用探头7A和接收用探头7B在空间扫查的功能。此外，在这种情况下，位置信息发生部也必须与控制部81连接并与控制部81交换各种信号。
另外，在图54中，说明了从扫查机构部9A、9B输出发射用探头7A和接收用探头7B的空间位置信息并输入到位置检测部85，但由于发射用探头7A和接收用探头7B的空间扫查范围和移动距离等信息由控制部81控制和发生，所以在结构上也可使扫查机构部9A、9B只具有使探头7在空间扫查的功能，并且不设位置检测部85，而将来自控制部81的有关发射用探头7A和接收用探头7B的扫查信息直接输入并存储在信号处理部84C内。
在产业上应用的可能性
本发明的超声波探伤装置，如上所述，备有：探头，由发射信号驱动并相对于被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲，同时以回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲；扫查机构装置，用于使上述探头在上述被检验件上的规定扫查范围内移动，同时输出上述探头的空间位置；发射接收装置，用于产生上述发射信号并向上述探头输出，从上述探头输入和存储所接收的上述回波，同时从上述扫查机构装置输入和存储发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时的上述探头的空间位置，根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散而对上述声的不连续部进行检测；所以，可以得到能提高被检验件中的超声波检查精度并能提高对声的不连续部等的形状、大小、位置等检测能力及测量精度的效果。
另外，本发明的超声波探伤装置，如上所述，备有：探头，由发射信号驱动并相对于被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲，同时以回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲；扫查机构装置，用于使上述探头在上述被检验件上的规定扫查范围内移动，同时输出上述探头的空间位置；发射接收装置，用于产生上述发射信号并向上述探头输出，从上述探头输入和存储所接收的上述回波，同时从上述扫查机构装置输入和存储发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时的上述探头的空间位置，根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散、以及当上述超声波束反射时从纵波向横波、及从横波向纵波的波型转换而对上述声的不连续部进行检测；所以，可以起到能提高被检验件中的超声波检查精度并能提高对声的不连续部等的形状、大小、位置等检测能力及测量精度的效果。
本发明的超声波探伤方法，如上所述，包括：由扫查机构装置使探头在被检验件上的规定扫查范围内移动的步骤；产生发射信号并向上述探头输出、由上述探头相对于上述被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲的步骤；由上述探头以回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲的步骤；从上述探头输入和存储所接收的上述回波、同时从上述扫查机构装置输入和存储发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时的上述探头的空间位置的步骤；及根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散而对上述声的不连续部进行检测的步骤；所以可以得到能提高被检验件中的超声波检查精度并能提高对声的不连续部等的形状、大小、位置等检测能力及测量精度的效果。
另外，本发明的超声波探伤方法，如上所述，包括：由扫查机构装置使探头在被检验件上的规定扫查范围内移动的步骤；产生发射信号并向上述探头输出、由上述探头相对于上述被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲的步骤；由上述探头作为回波接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲的步骤；从上述探头输入和存储所接收的上述回波、同时从上述扫查机构装置输入和存储发射上述超声波脉冲时及收到上述回波时的上述探头的空间位置的步骤；及根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散、以及当上述超声波束反射时从纵波向横波、及从横波向纵波的波型转换而对上述声的不连续部进行检测的步骤；所以可以起到能提高被检验件中的超声波检查精度并能提高对声的不连续部等的形状、大小、位置等检测能力及测量精度的效果。

Claims (36)

1.一种超声波探伤装置，备有：探头，由发射信号驱动并相对于被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲，同时按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲；扫查机构装置，用于使上述探头在上述被检验件上的规定扫查范围内移动，同时输出上述探头的空间位置；发射接收装置，用于产生上述发射信号并向上述探头输出，从上述探头输入和存储所接收的上述回波，同时从上述扫查机构装置输入和存储发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的空间位置，根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散而对上述声的不连续部进行检测。
2.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述探头由发射信号驱动并以相对于被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲，同时以相对于上述探伤面倾斜的与上述发射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
3.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述探头由发射信号驱动并以相对于被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲，同时以相对于上述探伤面倾斜的与上述发射角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
4.根据权利要求1、2或3所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述发射接收装置具有：发射装置，用于产生上述发射信号并向上述探头输出；接收装置，用于从上述探头输入所接收的上述回波；位置检测装置，用于从上述扫查机构装置输入上述探头的空间位置；及信号处理装置，根据上述存储的探头空间位置及上述存储的回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散而对上述声的不连续部进行检测。
5.根据权利要求4所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述信号处理装置具有：原始数据存储装置，用于存储使上述探头在规定的扫查范围上扫查时接收到的回波及发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的坐标；供选用路径选出装置，根据上述被检验件的规定图象再生范围内的规定再生点及在上述原始数据存储装置内存储的上述探头坐标，选出供选用的位于上述探头的有效波束宽度内的发射接收往复中的波束传播路径；振幅相加装置，对各供选用的上述发射接收往复中的波束传播路径，求取应接收回波的时间，从上述原始数据存储装置中取出与该时间对应的回波振幅，并将取出的各回波振幅相加；及图象再生装置，将在上述探头的规定扫查范围上把上述回波振幅相加后的值，作为在规定再生点上的再生图象输出。
6.根据权利要求5所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述信号处理装置将上述图象再生范围内的规定再生点上的各再生图象作为三维图象输出。
7.根据权利要求5或6所述的超声波探伤装置，其特征在于：当与上述求得的时间对应的回波振幅为有效的值时上述振幅相加装置将该振幅相加。
8根据权利要求5或6所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述有效波束宽度为-3dB的波束宽度。
9.根据权利要求4、5或6所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述探头由与上述发射装置连接的发射用探头和与上述接收装置连接的接收用探头构成，上述扫查机构装置由与上述发射用探头对应设置的发射用扫查机构部和与上述接收用探头对应设置的接收用扫查机构部构成。
10.一种超声波探伤装置，备有：探头，由发射信号驱动并相对于被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲，同时按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲；扫查机构装置，用于使上述探头在上述被检验件上的规定扫查范围内移动，同时输出上述探头的空间位置；发射接收装置，用于产生上述发射信号并向上述探头输出，从上述探头输入和存储所接收的上述回波，同时从上述扫查机构装置输入和存储发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的空间位置，根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散、以及当上述超声波束反射时的从纵波向横波、和从横波向纵波的波型转换而对上述声的不连续部进行检测。
11.根据权利要求10所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述探头由发射信号驱动并以相对于被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲，同时以相对于上述探伤面倾斜的与上述发射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
12.根据权利要求10所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述探头由发射信号驱动并以相对于被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲，同时以相对于上述探伤面倾斜的与上述发射角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
13.根据权利要求10、11或12所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述发射接收装置具有：发射装置，用于产生上述发射信号并向上述探头输出；接收装置，用于从上述探头输入所接收的上述回波；位置检测装置，用于从上述扫查机构装置输入上述探头的空间位置；及信号处理装置，根据上述存储的探头空间位置及上述存储的回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散、以及当上述超声波束反射时的从纵波向横波、和从横波向纵波的波型转换而对上述声的不连续部进行检测。
14.根据权利要求13所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述信号处理装置具有：原始数据存储装置，用于存储使上述探头在规定的扫查范围上扫查时接收到的回波及发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的坐标；供选用路径选出装置，根据上述被检验件的规定图象再生范围内的规定再生点及在上述原始数据存储装置内存储的上述探头坐标，选出供选用的位于上述探头的有效波束宽度内的发射接收往复中的波束传播路径；振幅相加装置，对各供选用的上述发射接收往复中的波束路径，求取应接收回波的时间，从上述原始数据存储装置中取出与该时间对应的回波振幅，并将取出的各回波振幅相加；及图象再生装置，将在上述探头的规定扫查范围上把上述回波振幅相加后的值，作为在上述规定再生点上的再生图象输出。
15.根据权利要求14所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述信号处理装置将上述图象再生范围内的规定再生点上的各再生图象作为三维图象输出。
16.根据权利要求14或15所述的超声波探伤装置，其特征在于：当与上述求得的时间对应的回波振幅为有效的值时上述振幅相加装置将该振幅相加。
17.根据权利要求14或15所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述有效波束宽度是与横波有关的超声波束的-3dB的波束宽度。
18.根据权利要求14或15所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述有效波束宽度是与纵波有关的超声波束的-3dB的波束宽度。
19.根据权利要求13、14或15所述的超声波探伤装置，其特征在于：上述探头由与上述发射装置连接的发射用探头和与上述接收装置连接的接收用探头构成，上述扫查机构装置由与上述发射用探头对应设置的发射用扫查机构部和与上述接收用探头对应设置的接收用扫查机构部构成。
20.一种超声波探伤方法，包括：由扫查机构装置使探头在被检验件上的规定扫查范围内移动的步骤；产生发射信号并向上述探头输出、由上述探头相对于上述被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲的步骤；由上述探头按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲的步骤；从上述探头输入和存储所接收的上述回波、同时从上述扫查机构装置输入和存储在发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的空间位置的步骤；及根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散而对上述声的不连续部进行检测的步骤。
21.根据权利要求20所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述发射步骤，产生发射信号并向上述探头输出，并由上述探头以相对于上述被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲；上述接收步骤，由上述探头以相对于上述探伤面倾斜的与上述发射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
22.根据权利要求20所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述发射步骤，产生发射信号并向上述探头输出，由上述探头以相对于上述被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲；上述接收步骤，由上述探头以相对于上述探伤面倾斜的与上述发送角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
23.根据权利要求20、21或22所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述存储步骤，存储使上述探头在规定的扫查范围上扫查时接收到的回波及发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的坐标；上述检测步骤包括：根据上述被检验件的规定图象再生范围内的规定再生点及上述所存储的上述探头坐标，选出供选用的位于上述探头的有效波束宽度内的发射接收往复中的波束传播路径的步骤；对各供选用的上述发射接收往复中的波束传播路径，求取应接收回波的时间，取出与该时间对应的回波振幅，并将取出的各回波振幅相加的步骤；及将在上述探头的规定扫查范围上把上述回波振幅相加后的值，作为在上述规定再生点上的再生图象输出的步骤。
24.根据权利要求23所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述检测步骤将上述图象再生范围内的规定再生点上的各再生图象作为三维图象输出。
25.根据权利要求23或24所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述振幅相加步骤，当与上述求得的时间对应的回波振幅为有效的值时将该振幅相加。
26.根据权利要求23或24所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述有效波束宽度为-3dB的波束宽度。
27.根据权利要求20、21、22、23或24所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述探头由发射用探头和接收用探头构成，上述扫查机构装置由与上述发射用探头对应设置的发射用扫查机构部和与上述接收用探头对应设置的接收用扫查机构部构成；上述发射用探头的上述超声波脉冲的空间发射位置与上述接收用探头的上述回波的空间接收位置不同。
28.一种超声波探伤方法，包括：由扫查机构装置使探头在被检验件上的规定扫查范围内移动的步骤；产生发射信号并向上述探头输出、由上述探头相对于上述被检验件的探伤面倾斜地发射超声波脉冲的步骤；由上述探头按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲的步骤；从上述探头输入和存储所接收的上述回波、同时从上述扫查机构装置输入和存储发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的空间位置的步骤；及根据上述探头的空间位置和上述回波并考虑超声波束因衍射导致的扩散、以及当上述超声波束反射时的从纵波向横波、和从横波向纵波的波型转换而对上述声的不连续部进行检测的步骤。
29.根据权利要求28所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述发射步骤，产生发射信号并向上述探头输出，并由上述探头以相对于上述被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲；上述接收步骤，由上述探头以相对于上述探伤面倾斜的与上述发射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
30.根据权利要求28所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述发射步骤，产生发射信号并向上述探头输出，并由上述探头以相对于上述被检验件的探伤面倾斜的发射角度发射超声波脉冲；上述接收步骤，由上述探头以相对于上述探伤面倾斜的与上述发射角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被检验件中的声的不连续部反射的上述超声波脉冲。
31.根据权利要求28、29或30所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述存储步骤，存储使上述探头在规定的扫查范围上扫查时接收到的回波及发射上述超声波脉冲时和收到上述回波时的上述探头的坐标；上述检测步骤包括：根据上述被检验件的规定图象再生范围内的规定再生点和上述所存储的上述探头坐标，选出供选用的位于上述探头的有效波束宽度内的发射接收往复中的波束路径的步骤；对各供选用的上述发射接收往复中的波束路径，求取应接收回波的时间，取出与该时间对应的回波振幅，并将取出的各回波振幅相加的步骤；及将在上述探头的规定扫查范围上把上述回波振幅相加后的值，作为在规定再生点上的再生图象输出的步骤。
32.根据权利要求31所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述检测步骤将上述图象再生范围内的规定再生点上的各再生图象作为三维图象输出。
33.根据权利要求31或32所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述振幅相加步骤，当与上述求得的时间对应的回波振幅为有效的值时将该振幅相加。
34.根据权利要求31或32所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述有效波束宽度是与横波有关的超声波束的-3dB的波束宽度。
35.根据权利要求31或32所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述有效波束宽度是与纵波有关的超声波束的-3dB的波束宽度。
36.根据权利要求28、29、30、31或32所述的超声波探伤方法，其特征在于：上述探头由发射用探头和接收用探头构成，上述扫查机构装置由与上述发射用探头对应设置的发射用扫查机构部和与上述接收用探头对应设置的接收用扫查机构部构成；上述发射用探头的上述超声波脉冲的空间发射位置与上述接收用探头的上述回波的空间接收位置不同。
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