JP2008139123A - 超音波探傷装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】探触子が走査されて送信位置と受信位置とが移動する場合において、送信時と受信時との焦点のズレを防止して、検出感度の高い探傷を行うことができるフェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷装置および探傷方法を提供すること。
【解決手段】複数個の振動子３を列状に並べてなるフェーズドアレイ超音波探傷探触子１を用いる超音波探傷装置において、探触子１を被検体７の表面に沿って移動せしめる走査手段１５によって探触子１が送信時点から受信時点まで移動したときの移動後の受信位置において受信側の焦点位置と送信側の焦点位置とが一致するように送信遅延時間算出手段１１または受信遅延時間算出手段１３において遅延時間が補正されるように構成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種プラント等の容器や配管の非破壊検査に用いられる超音波探傷装置および方法に関するものである。

従来、溶接不良箇所や材料内部の欠陥等の検査に用いられる非破壊探傷装置として、超音波探傷装置が広く知られている。この超音波探傷装置とは、探触子から被検査体へ入射された超音波は欠陥があればそこから反射して戻ってくるので、欠陥を検出することができ、入射してから戻ってくるまでの時間を測定すれば、探触子から反射源までの距離を知ることができるものである。

通常の超音波探傷のプローブ（探触子）は、図１５（ａ）に示すように、送信のビーム径ｄは大きいため、探触子を自動的に移動する自動探傷などでは、送信時の探触子の位置Ａにおける送信のカバーエリアと、受信時の探触子の位置Ｂにおける受信のカバーエリアとがラップする範囲ａも大きくなりなり、送受信の微妙なズレは感度低下にあまり問題とならない。

一方、フェーズドアレイ超音波探傷探触子や一般的なフォーカス型プローブでは、超音波のビーム径が小さく、そのため、図１５（ｂ）に示すように、送信時の探触子の位置Ａにおける送信のカバーエリアと、受信時の探触子の位置Ｂにおける受信のカバーエリアとがラップする範囲ａも小さく、しかも、送信時の焦点位置Ｐ１と受信時の焦点位置Ｐ２とがラップせず、送受信のズレが検出性に影響を与え感度低下をもたらす問題があった。

特に、被検体の板厚が厚い場合、探触子を一定速度で移動させて自動探傷を行うと、板厚の端面または板厚内の欠陥部で反射波が戻ってくるまでの時間が長くかかりその間に探触子が大きく移動してしまい感度低下をもたらす問題があった。

フェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いた超音波探傷技術として、例えば、特開昭６０−２３６０６２号公報（特許文献１）、および特開２００１−３０５１１５号（特許文献２）が知られている。
この特許文献１には、所定位置に超音波ビームを集束させるために時間差を各振動子に与え、さらに受信信号は夫々送信時に対応して所定時間だけ遅延させた波形加算または遅延加算を行わず同時加算することが示されている。
さらに、特許文献２には、探傷面が平面でなく複雑形状の曲面をなす場合にも、超音波ビームを集束させるための遅延時間を算出する演算回路を備える構成が示されている。
特開昭６０−２３６０６２号公報（公報第２頁左上欄１４行〜第１８行、公報第２頁右上欄１９行〜左下欄３行） 特開２００１−３０５１１５号公報

しかし、特許文献１に記載の超音波探傷装置は、受信時に遅延加算の集束や同時加算を行うことは示されているが、探触子の走査に伴う移動によって送信時の焦点位置と受信時の焦点位置のズレを防止することまでは示されてなく、探触子の走査に伴う感度低下を防止して検査精度を高めることはできない。
また、特許文献２においては、複雑形状の曲面をなす被検体に対して遅延時間を補正することは示されているものの、探触子の走査に伴う移動によって受信時の焦点位置のズレを防止することまでは示されてなく、探触子の走査に伴う感度低下を防止して検査精度を高めることはできない。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、探触子が走査されて送信位置と受信位置とが移動する場合に、特に、被検体の厚みが厚く欠陥が深い位置に存在する場合において、送信時と受信時との焦点のズレを防止して、検出感度の高い探傷を行うことができるフェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷装置および探傷方法を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数個の振動子を列状に並べてなるフェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷装置において、前記各振動子によって発せられる超音波ビームを同時に被検体内の送信側の焦点位置に集束させるために前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出する送信遅延時間算出手段と、被検体内の受信側の焦点位置に収束するように受信時の前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出する受信遅延時間算出手段と、前記探触子を被検体の表面に沿って移動せしめる走査手段とを備え、該走査手段によって探触子が送信時点から受信時点まで移動したときの移動後の受信位置において前記受信側の焦点位置と前記送信側の焦点位置とが一致するように前記送信遅延時間算出手段または前記受信遅延時間算出手段の少なくとも一方において遅延時間が補正されるように構成してなることを特徴とする。

かかる発明によれば、探触子の移動後の受信位置において前記受信側の焦点位置と前記送信側の焦点位置とが一致するように前記送信遅延時間算出手段または前記受信遅延時間算出手段の少なくとも一方において遅延時間が補正されるため、走査による移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。その結果、受信信号のＳＮ比（信号雑音比）が向上し、欠陥の検出感度が向上する。

また、請求項２記載の発明は、前記探触子の移動量を前記走査手段による移動速度と探触子の送受信の時間差との積算によって算出する移動量算出手段を備え、前記移動量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信遅延時間を補正することを特徴とする。
かかる請求項２記載の発明によれば、送信時から受信時までの探触子の移動量に応じて受信側の遅延時間を補正する。すなわち、移動量が求められれば、既に設定されている送信側の焦点位置に対して新たな屈折角、路程距離が算出でき、この新たな屈折角、路程距離を条件として受信側の遅延時間が再計算される。
従って、走査手段の移動速度と探触子の送受信の時間差との積算によって移動量を算出して、この移動量に基づいて、受信側の遅延時間、周波数が再計算されて受信遅延時間が設定され、探触子の移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。

また、請求項３記載の発明は、前記探触子の移動量を位置検出センサからの検出信号によって算出する移動量算出手段を備え、前記移動量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信遅延時間を補正することを特徴とする。
かかる請求項３記載の発明によれば、探触子の移動量を位置検出センサからの検出信号によって求めるため、探触子を走査する走査手段の速度制御が困難で速度を算出できない場合に有効であり、前記請求項２と同様に送信時から受信時までの探触子の移動量に応じて適正に受信遅延時間を算出することができ、探触子の移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。

また、請求項４記載の発明は、前記探触子の移動速度が一定であり、受信時に前記受信側の焦点位置と前記送信側の焦点位置とが一致するように前記送信遅延時間算出手段または前記受信遅延時間算出手段の少なくとも一方に予め遅延時間が設定されることを特徴とする。
かかる請求項４記載の発明によれば、走査手段によって探触子を走査中一定速度で移動することで、探触子の移動量は探傷中一定となり、受信位置に達したときに、ちょうど送信側の焦点位置と受信側の焦点位置とが一致するように送信遅延時間と受信遅延時間の設定を予めしておくことが可能になる。従って、探触子の移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。
また、探触子の移動量を算出したり、位置検出センサで検出する必要が無く、予め遅延時間を設定しておくだけでよいため、装置構成および制御が簡単化する。

また、請求項５記載の発明は、前記探触子の移動位置を二次元的または三次元的に検出して、該位置情報から算出された変移量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信遅延時間を補正することを特徴とする。
かかる請求項５記載の発明によれば、複雑な形状面を走査する場合でも、走査の移動に伴う送受信時の焦点位置のズレを防止して、感度が高く検出性の高い検査が可能となる。

また、請求項６乃至請求項９記載の発明は、超音波探傷方法に係る発明であり、請求項６記載の発明は、複数個の振動子を列状に並べてなるフェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷方法において、前記各振動子によって発せられる超音波ビームを同時に被検体内の送信側の焦点位置に集束させるために前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出し、被検体内の受信側の焦点位置に収束するように受信時の前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出し、走査手段によって前記探触子を被検体の表面に沿って移動し、移動後の探触子の受信位置において前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように前記送信の遅延時間または前記受信の遅延時間の少なくとも一方を補正することを特徴とする。

かかる請求項６記載の発明によれば、探触子の移動後の受信位置において前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように送信の遅延時間または前記受信の遅延時間の少なくとも一方が補正されるため、走査によって移動される探触子の送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。その結果、受信信号のＳＮ比（信号雑音比）が向上し、欠陥の検出感度が向上する。

また、請求項７記載の発明は、前記探触子の移動量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信の遅延時間を補正することを特徴とする。

かかる請求項７記載の発明によれば、送信時から受信時までの探触子の移動量に応じて受信の遅延時間を補正する。すなわち、移動量が求められれば、既に設定されている送信側の焦点位置に対して新たな屈折角、路程距離が算出でき、この新たな屈折角、路程距離を条件として受信の遅延時間、周波数が再計算される。従って、この再計算後の受信の遅延時間によって受信することで、走査によって移動される探触子の送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。

また、請求項８記載の発明は、前記探触子を一定の移動速度で移動し、受信時に前記受信側の焦点位置と前記送信側の焦点位置とが一致するように予め前記送信の遅延時間および前記受信の遅延時間が設定されることを特徴とする。

かかる請求項８記載の発明によれば、走査手段によって探触子を走査中一定速度で移動することで、探触子の移動量は探傷中一定となり、受信位置に達したときに、ちょうど送信側の焦点位置と受信側の焦点位置とが一致するように送信遅延時間と受信遅延時間の設定を予めしておくことが可能になる。従って、探触子の移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。
また、探触子の移動量を算出したり、位置検出センサで検出する必要が無く、予め遅延時間を設定しておくだけでよいため、装置構成および制御が簡単化する。

また、請求項９記載の発明は、前記探触子の移動位置を二次元的または三次元的に検出して、該位置情報から算出された変移量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信の遅延時間を補正することを特徴とする。
かかる請求項９記載の発明によれば、複雑な形状面を走査する場合でも、走査の移動に伴う送受信時の焦点位置のズレを防止して、感度が高く検出性の高い検査が可能となる。

本発明によれば、探触子が走査されて送信位置と受信位置とが移動する場合に、特に、被検体の厚みが厚く欠陥が深い位置に存在する場合において、送信時と受信時との焦点のズレを防止して、検出感度の高い探傷を行うことができるフェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷装置および方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

参照する図面において、図１は本発明に係る超音波探傷装置および方法の第１の実施形態を示す構成ブロック図であり、図２はフェーズドアレイ超音波探傷探触子の説明図であり（ａ）は直進方向の集束、（ｂ）は斜め方向の集束の説明図である。また、図３は第１の実施形態の制御フロー図であり、図４は第１の実施形態の作用説明図である。図５は第２の実施形態の構成ブロック図であり、図６は第２の実施形態の制御フロー図である。図７は第３の実施形態の作用説明図であり、図８は第３の実施形態の構成ブロック図であり、図９は第３の実施形態の制御フロー図である。図１０は第４の実施形態の説明図であり、（ａ）はラスタースキャンによる走査の説明図であり、（ｂ）、（ｃ）は異なる走査方向における超音波ビームの集束位置関および遅延時間タイミングの説明図である。図１１は第５の実施形態の超音波ビームの集束位置関係を示す説明図であり、図１２は第５の実施形態の座標関係の説明図であり、図１３は第５の実施形態の構成ブロック図であり、図１４は第５の実施形態の制御フロー図である。

（第１の実施形態）
図１から図４を参照して第１の実施形態を説明する。図１に示すように、探触子１は複数の振動子３が１列に並んで配列されてなるフェーズドアレイ超音波探傷探触子である。超音波を効率よく被検体７中に伝搬させるために、探傷面にグリセリン等の接触媒体９が塗布されている。

なお、フェーズドアレイ超音波探傷探触子は、図２に示すように複数の振動子３を１列に並べて配列し、夫々の振動子３から超音波を発進し、夫々の振動子３を独立に制御する。そして各振動子３からの超音波の合成波面を形成して、任意の点に超音波ビームを集束させたり、任意の角度に超音波ビームを振ったりすることが可能である。例えば、図２（ａ）は直進方向のＰ点に超音波ビームを集束させた場合であり、各振動子３の超音波発信時期、すなわち遅延時間のタイミングを棒グラフによって示す。図２（ｂ）は斜め方向の点Ｐに超音波ビームを集束させた場合である。

各振動子３によって発せられる超音波ビームを同時にターゲットに集束させるためには、各振動子３に対する所定の遅延時間を求める必要がある。この遅延時間は、集束すべきターゲットの位置と各振動子３との路程距離より算出され、またターゲットへの屈折角から各振動子３の振動周波数が算出される。

図１の構成ブロック図に示すように、第１の実施形態では、各振動子３によって発せられる超音波ビームを同時に被検体７内の送信側の焦点位置Ｐ１（図１５（ｂ）参照）に集束させるために各振動子３に対する所要の遅延時間を算出する送信遅延時間算出手段１１と、
被検体７内の受信側の焦点位置Ｐ２（図１５（ｂ）参照）に収束するように受信時の前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出する受信遅延時間算出手段１３と、探触子１を被検体７の表面に沿って移動せしめる走査手段１５とを備えている。

さらに、走査手段１５による探触子１の移動量を、走査手段１５の移動速度Ｖ（ｔ）と、探触子制御手段１６から探触子１へ指示される探触子１の送信から受信までの時間差（Δｔ）との積算によって算出する移動量算出手段１７を備え、移動量算出手段１７によって算出された移動量に基づいて受信時に受信側の焦点位置Ｐ２が送信側の焦点位置Ｐ１に一致するように受信遅延時間を再計算して補正する補正手段１９を有している。

次に、図３に示す制御フロー図を参照して、受信遅延時間の補正について説明する。まずステップＳ２で、送信遅延時間算出手段１１によって各振動子３によって発せられる超音波ビームを同時に被検体７内の送信側の焦点位置Ｐ１に集束させるための所要の遅延時間を算出し、ステップＳ４でその遅延時間によって各振動子３から超音波を送信する。
次にステップＳ６で、被検体７から反射してくる超音波を受信する。そしてステップ８で、移動量算出手段１７によって、走査手段１５の移動速度Ｖ（ｔ）と、探触子１の送信から受信までの時間差（Δｔ）との積算によって移動量を算出する。

次に、ステップＳ１０で、移動量算出手段１７によって算出された移動量に基づいて受信時に受信側の焦点位置Ｐ２が送信側の焦点位置Ｐ１に一致するように受信遅延時間を算出する。具体的には、図４に示すように移動量ｆが求められれば、移動後の探触子１と既に設定されている送信側の焦点位置Ｐ１との間の新たな屈折角θ'、路程距離Ｗ'が算出できる。この新たな屈折角θ'、路程距離Ｗ'を条件として受信側の遅延時間が再計算される。なお、図４において矢印ｈは探触子１の移動方向を示し、屈折角θ、路程距離Ｗは送信側の屈折角、路程距離を示す。
そして、ステップＳ１２では、受信信号処理手段２０によって受信した超音波信号を前記の再計算された受信側の遅延時間によって合成して、受信信号を算出する。

以上の第１の実施形態によれば、探触子の移動後の受信位置において受信側の焦点位置Ｐ２が送信側の焦点位置Ｐ１に一致するように受信遅延時間算出手段１３において遅延時間が再計算されて、遅延時間が補正されるため、探触子の移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。その結果、受信信号のＳＮ比（信号雑音比）が向上し、欠陥の検出感度が向上する。

また、走査手段の移動速度と探触子の送受信の時間差との積算によって移動量を算出して、この移動量に基づいて、受信側の遅延時間、周波数が再計算されて受信遅延時間が設定され、走査による移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。

（第２の実施形態）
次に、図５、６を参照して、第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、第１の実施形態の移動量算出手段１７に変えて、位置センサであるエンコーダ２１を用いて移動量を直接検出するものである。

図５に図１対応の構成ブロック図に示す。図１に対して位置センサのエンコーダ２１が変更になったのみで他は第１の実施形態と同様であり同一符号付して説明は省略する。
また、図６に図３対応の制御フロー図を示す。ステップＳ１６の超音波受信と、ステップＳ１８の移動量受信が変更になったのみで他は第１の実施形態と同様であり同一符号付して説明は省略する。ステップＳ１６では、被検体７から反射してくる超音波を受信し、ステップＳ１８では、エンコーダ２１からの移動量信号を入力する。これらステップＳ１６、ステップＳ１８は同時に処理し、その後ステップＳ１０で、移動量算出手段１７によって算出された移動量に基づいて受信時に受信側の焦点位置Ｐ２が送信側の焦点位置Ｐ１に一致するように受信遅延時間を算出する。

以上の第２の実施形態によれば、探触子の移動量を位置検出センサのエンコーダ２１からの検出信号によって求めるため、探触子を走査する走査手段の速度制御が困難で速度を算出できない場合に有効であり、前記第１の実施形態と同様に送信時から受信時までの探触子の移動量に応じて適正に受信遅延時間を算出することができ、探触子１の移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正され、探傷感度が向上する。

（第３の実施形態）
次に、図７、８、９を参照して、第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態は、第１、第２の実施形態では、探触子の移動による焦点位置のズレの補正を、受信側の遅延時間を移動量に基づいて再算出することによって行っていたのを、予め送信側もしくは受信側、または両方の遅延時間を設定することで補正を行うものである。

すなわち、第３の実施形態は、探触子１を走査手段１５によって一定速度で移動させるものであり、一定速度のため、受信時に受信側の焦点位置Ｐ２と送信側の焦点位置とが一致するように、予め送信遅延時間算出手段１１と受信遅延時間算出手段１３とにおいて遅延時間を設定しておくものである。
図７（ａ）に示すように、探触子１が停止しているときに、予め送信側の焦点位置Ｐ１と受信側の焦点位置Ｐ２とを送受信間の移動量ｆだけすらした位置に設定して、そのずらした位置Ｐ１、Ｐ２に集束するように遅延時間を設定する。この停止時のビーム形状は送信側を実線で示し、受信側を点線で示す。そして、矢印ｈ方向に探触子１を走査して移動量ｆだけ移動した受信時に図７（ｂ）に示すように一致させる。
この焦点位置のズレを補正するための遅延時間の設定は、送信側と受信側とをそれぞれ設定して行なってもよく、片側の受信側だけでも、送信側だけでもよい。

図８に図１対応の構成ブロック図を示す。移動量算出手段１７を設けずに、送信遅延時間算出手段１１に補正手段２３と、受信遅延時間算出手段１３に補正手段１９を設けた点が変更になったのみで他は第１の実施形態と同様であり同一符号付して説明は省略する。

また、図９に図３対応の制御フロー図を示す。ステップＳ２１の送信遅延時間算出とステップＳ２２の受信遅延時間算出が変更になったのみで他は第１の実施形態と同様であり同一符号付して説明は省略する。
ステップＳ２１では、予め焦点位置のズレを補正するための送信遅延時間が算出されて設定され、ステップＳ２２では予め焦点位置のズレを補正するための送信遅延時間が算出されて設定される。
そして、ステップＳ１２では、受信信号処理手段２０によって受信した超音波信号をステップＳ２２で設定された受信側の遅延時間によって合成して、受信信号を算出する。

以上第３の実施形態によれば、走査手段１５によって探触子を走査中一定速度で移動することで、探触子の移動量は探傷中一定となり、受信位置に達したときに、ちょうど送信側の焦点位置と受信側の焦点位置とが一致するように送信遅延時間と受信遅延時間の設定が可能になる。従って、走査による移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正され、探傷感度が向上する。
また、受信時の探触子１の移動量を算出したり、エンコーダ２１等の位置検出センサで位置を検出する必要が無く、予め遅延時間を設定しておくだけでよいため、装置構成および制御が簡単化する。

（第４の実施形態）
次に、図１０に第４の実施形態を示す。第４の実施形態は、第３の実施形態の変形例であり、広い範囲を探傷するラスタースキャン手法で走査手段１５が探触子１を移動した時の、送信時と受信時との焦点位置のズレを補正する例である。

このラスタースキャン手法とは、ある範囲内を往復走査して探傷することをいい、図１０（ａ）に示すように、ｈ１方向とｈ２方向とを繰り返して移動させる。このとき探触子１の前後はｈ１方向とｈ２方向とで進行方向に対して入れ替わる。
前記第３の実施形態で設定した送信遅延時間と受信遅延時間の設定関係を保ちつつ、すなわち送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される遅延時間の設定関係を保ちつつ、さらに、例えば、ｈ１方向のときの送信遅延時間の遅延タイミングパターンＴ１と受信遅延時間の遅延タイミングパターンＲ１に対し、逆方向のｈ２方向のときの送信遅延時間の遅延タイミングパターンＴ２と受信遅延時間の遅延タイミングパターンＲ２は、Ｔ２＝Ｒ１、およびＲ２＝Ｔ１の関係式にすることで、ｈ１方向の走査からｈ２方向の走査へ対応することができる。

図１０（ｂ）には、ｈ１方向に走査するときの停止時の超音波ビームの焦点位置Ｐ１（送信側の集束位置、実線のビーム形状）と焦点位置Ｐ２（受信側の集束位置、点線のビーム形状）の関係を示す。
図１０（ｃ）には、ｈ１とは逆のｈ２方向に走査するときの停止時の超音波ビームの焦点位置Ｐ１（送信側の集束位置、実線のビーム形状）と焦点位置Ｐ２（受信側の集束位置、点線のビーム形状）の関係を示す。

第４の実施形態によれば、広い範囲を探傷するラスタースキャン手法で走査手段１５が探触子１を移動した時ときにおいても、送信時と受信時との焦点位置のズレが補正させて探傷感度が向上する。
また、往復走査に対して遅延タイミングパターンを逆の関係に置き換えるだけでよいため、簡単な制御で広い面積を感度よく探傷できるため探傷効率が向上する。

（第５の実施形態）
次に、図１１、１２、１３、１４を参照して、第５の実施形態について説明する。この第５の実施形態は、曲面状の被検体７に対して焦点位置のズレを補正する例である。第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に超音波ビームの集束状態を示す。図１１（ａ）に示すように探触子１の移動による焦点位置のズレを補正するための遅延時間の設定を行わないと、曲面形状の場合には送信側の焦点位置Ｐ１と受信側の焦点位置Ｐ２とは平面上の探傷面に比べると大きくずれる。なお、図１１（ａ）はｈ方向に移動し実線ビーム形状が送信時を示し、点線ビーム形状が受信時を示す。図１１（ｂ）は受信側の遅延時間を補正した場合を示し、送信側の焦点位置Ｐ１と受信側の焦点位置Ｐ２とが一致する。

図１３に、図１対応の構成ブロック図を示す。変化量算出手段２８が時間の関数として位置形状情報を取得し、この位置形状情報と、探触子制御手段１６から探触子１へ指示される探触子１の送信から受信までの時間差（Δｔ）との積算によって位置変化量を算出する。また、変化量算出手段２８によって算出された位置の変化量に基づいて受信時に受信側の焦点位置Ｐ２が送信側の焦点位置Ｐ１に一致するように受信遅延時間を再計算して補正する補正手段２９を有している。

ここでは、図１２に示すような、被検体７はＸ方向に対してＺ座標が変化するが、Ｙ方向に対してはＺ座標が一定な曲面である場合について説明する。探触子１内でＸ方向に並べられた各振動子３が夫々Ｚ方向に移動可能に取り付けられており、各振動子３が曲面状の探傷面に追従してＺ方向に移動し、その移動量が探触子１内の検出手段３０によって検出される。ＸＹ座標上の位置情報については、エンコーダ２１によって検出される。
このように、検出手段３０、およびエンコーダ２１によって探触子１の位置情報を入手し、変化量算出手段２８に与えている。

図１４に図３対応の制御フロー図を示す。まずステップＳ３２で、送信遅延時間算出手段１１によって各振動子３によって発せられる超音波ビームを同時に被検体７内の送信側の焦点位置Ｐ１に集束させるための所要の遅延時間を算出する。このとき焦点位置Ｐ１は、形状変化があるため２次元の位置情報、本実施形態の例ではＸＺ面の位置情報を基に算出する。
そして、ステップＳ４でその遅延時間によって各振動子３から超音波を送信し、ステップＳ６で、被検体７から反射してくる超音波を受信する。そしてステップ３４で、変化量算出手段２８によって、送受信の時間差（Δｔ）と、検出手段３０とエンコーダ２１によって得られる位置情報との積算によって変化量を算出する。

次に、ステップＳ３６では、変化量算出手段２８によって算出された変化量に基づいて受信時に受信側の焦点位置Ｐ２が送信側の焦点位置Ｐ１に一致するように受信遅延時間を算出する。
具体的には、第１の実施形態と同様に、探触子１の変化量が求められれば、移動後の探触子１と既に設定されている送信側の焦点位置Ｐ１との間の新たな屈折角θ'、路程距離Ｗ'が算出できる。この新たな屈折角θ'、路程距離Ｗ'を条件として夫々の振動子３に対する受信側の遅延時間が再計算される。
そして、ステップＳ３８では、受信信号処理手段２０によって受信した超音波信号を前記の再計算された受信側の遅延時間によって合成して、受信信号を算出する。

第５の実施形態によれば、探触子の移動後の受信位置において受信側の焦点位置Ｐ２が送信側の焦点位置Ｐ１に一致するように受信遅延時間算出手段１３において遅延時間が再計算されて、遅延時間が補正されるため、探触子の移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。その結果、受信信号のＳＮ比（信号雑音比）が向上し、欠陥の検出感度が向上する。

また、走査手段の移動速度と探触子の送受信の時間差との積算によって変化量を算出して、この変化量に基づいて、受信側の遅延時間、周波数が再計算されて受信遅延時間が設定され、走査による移動による送信時と受信時との焦点位置のズレが補正される。
従って、湾曲している複雑な形状面を走査する場合でも、送受信時の焦点位置のズレを防止して、感度が高く検出性の高い検査が可能となる。

なお、以上の第５の実施形態の説明では、図１２に示すような、被検体７はＸ方向に対してＺ座標が変化するが、Ｙ方向に対してはＺ座標が一定な曲面である場合について説明した。すなわち２次元の変化について説明したが、被検体７がＹ方向に対してＺ座標が変化する３次元の場合においても同様に、位置の変化量を求めて送信時と受信時との焦点位置のズレを補正することができる。例えば、マトリックスアレイの探触子を用いる場合には、３次元の位置情報を求めて送信時と受信時との焦点位置のズレを補正することができる。

本発明によれば、探触子が走査されて送信位置と受信位置とが移動する場合に、特に、被検体の厚みが厚く欠陥が深い位置に存在する場合において、送信時と受信時との焦点のズレを防止して、検出感度の高い探傷を行うことができるので、フェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷装置への適用に際して有益である。

本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成ブロック図である。 フェーズドアレイ超音波探傷探触子の説明図であり、（ａ）は直進方向の集束、（ｂ）は斜め方向の集束の説明図である。 第１の実施形態の制御フロー図である。 第１の実施形態の作用説明図である。 第２の実施形態の構成ブロック図である。 第２の実施形態の制御フロー図である。 第３の実施形態の作用説明図である。 第３の実施形態の構成ブロック図である。 第３の実施形態の制御フロー図である。 第４の実施形態の説明図であり、（ａ）はラスタースキャンによる走査の説明図であり、（ｂ）、（ｃ）は異なる走査方向における超音波ビームの集束位置関および遅延時間タイミングの説明図である。 第５の実施形態の超音波ビームの集束位置関係を示す説明図である。 第５の実施形態の座標関係の説明図である。 第５の実施形態の構成ブロック図である。 第５の実施形態の制御フロー図である。 従来技術を説明する超音波ビームの集束状態を示す説明図であり、（ａ）は集束されないビーム径が大の場合、（ｂ）は集束されるビーム径が小の場合を示す。

符号の説明

１ 探触子
３ 振動子
７ 被検体
９ 接触媒体
１１ 送信遅延時間算出手段
１３ 受信遅延時間算出手段
１５ 走査手段
１７ 移動量算出手段
１９、２３、２９ 補正手段
２０ 受信信号処理手段
２１ エンコーダ
２８ 変化量算出手段

Claims (9)

1. 複数個の振動子を列状に並べてなるフェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷装置において、
   前記各振動子によって発せられる超音波ビームを同時に被検体内の送信側の焦点位置に集束させるために前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出する送信遅延時間算出手段と、
   被検体内の受信側の焦点位置に収束するように受信時の前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出する受信遅延時間算出手段と、
   前記探触子を被検体の表面に沿って移動せしめる走査手段とを備え、
   該走査手段によって探触子が送信時点から受信時点まで移動したときの移動後の受信位置において前記受信側の焦点位置と前記送信側の焦点位置とが一致するように前記送信遅延時間算出手段または前記受信遅延時間算出手段の少なくとも一方において遅延時間が補正されるように構成してなることを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記探触子の移動量を前記走査手段による移動速度と探触子の送受信の時間差との積算によって算出する移動量算出手段を備え、
   前記移動量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信遅延時間を補正することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
3. 前記探触子の移動量を位置検出センサからの検出信号によって算出する移動量算出手段を備え、
   前記移動量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信遅延時間を補正することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
4. 前記探触子の移動速度が一定であり、受信時に前記受信側の焦点位置と前記送信側の焦点位置とが一致するように前記送信遅延時間算出手段または前記受信遅延時間算出手段の少なくとも一方に予め遅延時間が設定されることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
5. 前記探触子の移動位置を二次元的または三次元的に検出して、該位置情報から算出された変移量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信遅延時間を補正することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
6. 複数個の振動子を列状に並べてなるフェーズドアレイ超音波探傷探触子を用いる超音波探傷方法において、
   前記各振動子によって発せられる超音波ビームを同時に被検体内の送信側の焦点位置に集束させるために前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出し、
   被検体内の受信側の焦点位置に収束するように受信時の前記各振動子に対する所要の遅延時間を算出し、
   走査手段によって前記探触子を被検体の表面に沿って移動し、
   移動後の探触子の受信位置において前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように前記送信の遅延時間または前記受信の遅延時間の少なくとも一方を補正することを特徴とする超音波探傷方法。
7. 前記探触子の移動量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信の遅延時間を補正することを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷方法。
8. 前記探触子を一定の移動速度で移動し、受信時に前記受信側の焦点位置と前記送信側の焦点位置とが一致するように予め前記送信の遅延時間および前記受信の遅延時間が設定されることを特徴とする請求項６記載の超音波探傷装置。
9. 前記探触子の移動位置を二次元的または三次元的に検出して、該位置情報から算出された変移量に基づいて受信時に前記受信側の焦点位置が前記送信側の焦点位置に一致するように受信の遅延時間を補正することを特徴とする請求項６記載の超音波探傷装置。
   

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