JP2015075360A - 探触子、超音波探傷装置及び超音波探傷制御方法 - Google Patents

探触子、超音波探傷装置及び超音波探傷制御方法 Download PDF

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浩 竹本
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Abstract

【課題】被検査体の被検査面が、探触子の送受信面に対して傾斜する場合であっても、超音波を安定的に照射することができる探触子、超音波探傷装置及び超音波探傷制御方法を提供する。
【解決手段】幅方向に比して長さ方向に長い送受信面３０と、送受信面３０に設けられる複数の超音波素子３１とを備え、送受信面３０に対向する被検査体の被検査面に対して、幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子２１であって、各超音波素子３１は、長さ方向及び幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、複数の超音波素子３１は、長さ方向に並べて設けられると共に、幅方向に並べて設けられており、１以上の超音波素子３１となる所定の照射単位で、長さ方向に亘って複数回超音波を照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検査体に超音波を照射し、被検査体から反射した超音波を受信する探触子、超音波探傷装置及び超音波探傷制御方法に関するものである。
従来、超音波を照射する探触子として、アレイ状に配列された複数の圧電振動子を有する超音波探触子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この超音波探触子は、複数の圧電振動子がアレイ方向に沿って所定ピッチで配列されている。
特許第３５０５２９６号公報
しかしながら、特許文献１の超音波探触子では、アレイ方向に並ぶ複数の超音波素子（圧電振動子）のうち、１つの超音波素子において、被検査体の被検査面が傾斜する場合、具体的に、１つの超音波素子のアレイ方向に直交するスライス方向において、被検査面の一方側と他方側との高低差が大きくなる場合、超音波素子と被検査面との間の距離がスライス方向にばらついてしまい、探傷検査によって得られる検査結果に誤差が生ずる可能性がある。特に、被検査面を有する被検査体が、音響異方性を有する材料で構成される場合、距離のばらつきによって超音波の照射方向が異なってしまうと、被検査体の内部に伝播する超音波にばらつきが生じてしまい、より誤差が生じ易くなる可能性がある。
そこで、本発明は、被検査体の被検査面が、探触子の送受信面に対して傾斜する場合であっても、超音波を安定的に照射することができる探触子、超音波探傷装置及び超音波探傷制御方法を提供することを課題とする。
本発明の探触子は、幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子であって、前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、前記複数の超音波素子は、前記長さ方向に並べて設けられると共に、前記幅方向に並べて設けられており、１以上の前記超音波素子となる所定の照射単位で、前記長さ方向に亘って複数回超音波を照射することを特徴とする。
この構成によれば、各超音波素子の形状を、長さ方向及び幅方向に同じ長さにすることができるため、超音波素子に対向する被検査面が傾斜する場合であっても、幅方向の一方側と他方側との高低差を小さくすることができる。このため、超音波素子と被検査面との間の距離の幅方向におけるばらつきを抑制することができ、被検査面に対し超音波を安定的に照射することができる。なお、長さ方向及び幅方向に同じ長さとなる形状としては、例えば、正方形等の多角形、または円形等である。
また、前記複数の超音波素子は、前記長さ方向に１列に並べて配置される第１超音波素子群と、前記第１超音波素子群の前記幅方向に隣接し、前記長さ方向に１列に並べて配置される第２超音波素子群と、を有し、前記第１超音波素子群の前記各超音波素子は、前記長さ方向において、前記第２超音波素子群の隣接する前記超音波素子の間に位置し、前記照射単位は、１つの前記超音波素子となっていることが好ましい。
この構成によれば、１つの超音波素子を照射単位として、第１超音波素子群の各超音波素子と、第２超音波素子群の各超音波素子とを、長さ方向に沿って交互に超音波を照射することができる。このとき、第１超音波素子群の超音波素子は、長さ方向において、第２超音波素子群の隣接する超音波素子の間に位置している。このため、各超音波素子群の超音波素子同士の間隔よりも短い間隔で超音波を照射できることから、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
また、前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向にマトリクス状に配置され、前記照射単位は、前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群となっていることが好ましい。
この構成によれば、超音波素子照射群を照射単位として、長さ方向に沿って超音波を照射することができる。これにより、超音波素子照射群は、１つの超音波素子から超音波を照射する場合に比べて音圧を高めることができるため、より安定的に超音波を照射することができ、また、被検査体から反射した超音波を好適に受信することができる。
また、前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に対して、所定の角度を傾けてマトリクス状に配置され、前記照射単位は、前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群となっていることが好ましい。
この構成によれば、超音波素子照射群を照射単位として、長さ方向に沿って超音波を照射することができる。これにより、超音波素子照射群は、１つの超音波素子から超音波を照射する場合に比べて音圧を高めることができるため、より安定的に超音波を照射することができ、また、被検査体から反射した超音波を好適に受信することができる。
また、前記超音波素子照射群は、少なくとも１つの前記超音波素子から照射される超音波に対して、他の前記超音波素子から照射される超音波を遅延させることで、前記被検査面に直交する深さ方向の所定の焦点位置に、超音波を集束させることが好ましい。
この構成によれば、超音波素子照射群の複数の超音波素子から照射される超音波の照射タイミングを異ならせることで、所定の焦点位置に超音波を集束させる、いわゆる電子フォーカスを行うことができる。このため、超音波を集束させることで、音圧を高くしたり、分解能を向上させたりすることができ、超音波探傷の感度を向上させることができる。
本発明の超音波探傷装置は、上記の探触子と、前記探触子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、１つの前記超音波素子を前記照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記第１超音波素子群の前記超音波素子と前記第２超音波素子群の前記超音波素子とが交互となるように前記長さ方向に前記照射単位の位置を異ならせながら、超音波を複数回照射する照射制御を実行することを特徴とする。
この構成によれば、制御部は、探触子の長さ方向に超音波を複数回照射することで、各超音波素子群の超音波素子同士の間隔よりも短い間隔で超音波を照射できる。このため、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
本発明の他の超音波探傷装置は、上記の探触子と、前記探触子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記超音波素子照射群を前記照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記照射単位の一部を重複させて前記長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射する照射制御を実行することを特徴とする。
この構成によれば、制御部は、照射単位の一部を重複させながら、探触子の長さ方向に超音波を複数回照射することで、短い間隔で超音波を照射することができる。このため、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
また、前記制御部は、前記超音波素子照射群を前記照射単位とする場合、前記超音波素子照射群の複数の前記超音波素子を同時励振させて、複数の前記超音波素子から超音波を照射する一方で、前記被検査体で反射した超音波を、前記各超音波素子で受信することが好ましい。
この構成によれば、制御部は、超音波素子照射群の複数の超音波素子を同時励振させることで、１つの超音波素子から超音波を照射する場合に比べて音圧を高めることができるため、より安定的に超音波を照射することができる。また、各超音波素子で受信することができるため、被検査体から反射した超音波を詳細に受信することができる。
また、前記制御部は、前記超音波素子照射群の複数の前記超音波素子を同時励振させる場合、少なくとも１つの前記超音波素子から照射される超音波に対して、他の前記超音波素子から照射される超音波を遅延させる遅延制御を実行することが好ましい。
この構成によれば、超音波素子照射群の複数の超音波素子から照射される超音波の照射タイミングを異ならせることで、所定の焦点位置に超音波を集束させる、いわゆる電子フォーカスを行うことができる。このため、超音波を集束させることで、音圧を高くしたり、分解能を向上させたりすることができることから、超音波探傷の感度を向上させることができる。
本発明の超音波探傷制御方法は、幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子を制御する超音波探傷制御方法であって、前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、前記複数の超音波素子は、前記長さ方向に１列に並べて配置される第１超音波素子群と、前記第１超音波素子群の前記幅方向に隣接し、前記長さ方向に１列に並べて配置される第２超音波素子群と、を有し、前記第１超音波素子群の前記各超音波素子は、前記長さ方向において、前記第２超音波素子群の隣接する前記超音波素子の間に位置しており、１つの前記超音波素子を照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記第１超音波素子群の前記超音波素子と前記第２超音波素子群の前記超音波素子とが交互となるように前記長さ方向に前記照射単位の位置を異ならせながら、超音波を複数回照射することを特徴とする。
この構成によれば、各超音波素子の形状を、長さ方向及び幅方向に同じ長さにすることができるため、幅方向の一方側と他方側との高低差を小さくすることができ、被検査面に対し超音波を安定的に照射することができる。このとき、探触子の長さ方向に超音波を複数回照射することで、各超音波素子群の超音波素子同士の間隔よりも短い間隔で超音波を照射できる。このため、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
本発明の他の超音波探傷制御方法は、幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子を制御する超音波探傷制御方法であって、前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向にマトリクス状に配置され、前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群を照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記照射単位の一部を重複させて前記長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射することを特徴とする。
この構成によれば、各超音波素子の形状を、長さ方向及び幅方向に同じ長さにすることができるため、幅方向の一方側と他方側との高低差を小さくすることができ、被検査面に対し超音波を安定的に照射することができる。このとき、照射単位の一部を重複させながら、探触子の長さ方向に超音波を複数回照射することで、短い間隔で超音波を照射することができる。このため、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
本発明の他の超音波探傷制御方法は、幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子を制御する超音波探傷制御方法であって、前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に対して、所定の角度を傾けてマトリクス状に配置され、前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群を照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記照射単位の一部を重複させて前記長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射することを特徴とする。
この構成によれば、各超音波素子の形状を、長さ方向及び幅方向に同じ長さにすることができるため、幅方向の一方側と他方側との高低差を小さくすることができ、被検査面に対し超音波を安定的に照射することができる。このとき、照射単位の一部を重複させながら、探触子の長さ方向に超音波を複数回照射することで、短い間隔で超音波を照射することができる。このため、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
図１は、実施例１に係る超音波探傷装置を模式的に表した概略構成図である。 図２は、実施例１に係る超音波探傷装置の探触子の送受信面を表した模式図である。 図３は、実施例１に係る超音波探傷装置の遅延制御に関する説明図である。 図４は、実施例２に係る超音波探傷装置の探触子の送受信面を表した模式図である。 図５は、実施例３に係る超音波探傷装置の探触子の送受信面を表した模式図である。
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図１は、実施例１に係る超音波探傷装置を模式的に表した概略構成図であり、図２は、実施例１に係る超音波探傷装置の探触子の送受信面を表した模式図である。また、図３は、実施例１に係る超音波探傷装置の遅延制御に関する説明図である。
実施例１の超音波探傷装置１は、被検査体の被検査面に沿って超音波探触子２１（以下、単に探触子という）を移動させながら、探触子２１から被検査面に超音波を照射して、被検査面下の被検査体の内部を探傷し検査するものである。ここで、被検査体は、例えば、複合材料を用いて構成されており、複合材料としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）が用いられる。なお、本実施例では、被検査体を、ＣＦＲＰを用いて構成したが、他の繊維強化プラスチックを用いてもよいし、アルミ合金等の金属材料を用いてもよく、特に限定されない。
ここで、複合材料は、音響異方性を有する材料となっており、被検査体に照射される超音波の伝播方向によって、超音波の音速等のばらつきが生じ易いものとなっている。このため、探傷検査により得られる検査結果の誤差が大きくなることから、被検査体が音響異方性を有する材料を用いて構成される場合、被検査体に照射される超音波の照射方向は、一定の照射方向とすることが好ましい。
次に、図１を参照して、超音波探傷装置１について説明する。図１に示すように、超音波探傷装置１は、探触子２１と、制御部２５と、を備えている。
探触子２１は、被検査体の被検査面へ向けて超音波を照射すると共に、反射した超音波を受信する送受信面３０が形成されている。図２に示すように、送受信面３０は、長さ方向の長さが、長く形成されており、幅方向の長さが、長さ方向の長さに比して短く形成されている。探触子２１は、送受信面３０が被検査面に対向した状態で、送受信面３０の幅方向に移動させられる。
この探触子２１は、マトリックスアレイ型の探触子２１となっており、送受信面３０において、複数の超音波素子３１が長さ方向及び幅方向に並べて設けられている。各超音波素子３１は、圧電素子が用いられ、超音波を照射すると共に、超音波を受信可能な素子となっている。また、各超音波素子３１は、長さ方向及び幅方向に同じ長さとなる形状に形成されており、実施例１では、正方形状に形成されている。なお、実施例１では、超音波素子３１を正方形状としたが、円形状であってもよく、長さ方向及び幅方向に同じ長さであれば、いずれの形状であってもよい。なお、同じ長さとは、略同じ長さであればよく、被検査面に対し超音波を安定的に照射可能な程度に同じ長さであればよい。複数の超音波素子３１は、例えば、長さ方向に１列に並べたものを、幅方向に３行並べて構成されている。そして、探触子２１は、所定の照射単位で、長さ方向に亘って複数回超音波を照射する。
ここで、照射単位は、図２の点線で囲んだ超音波素子照射群３５となっている。超音波素子照射群３５は、長さ方向に隣接する３つの超音波素子３１と、幅方向に隣接する３つの超音波素子３１とにより囲まれる、計９つの超音波素子３１から構成される。このような超音波素子照射群３５を照射単位として超音波を照射する場合、探触子２１は、長さ方向の一方から他方に向かって、照射単位の一部を重複させて長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射する。
具体的に、図２に示すように、超音波素子照射群３５の１回目の照射単位をＳ１とし、超音波素子照射群３５の２回目の照射単位をＳ２とし、超音波素子照射群３５の３回目の照射単位をＳ３とする。１回目の照射単位Ｓ１となる超音波素子照射群３５は、長さ方向の一方の１つ目から３つ目までの間の超音波素子３１を用いている。２回目の照射単位Ｓ２となる超音波素子照射群３５は、長さ方向の一方の２つ目から４つ目までの間の超音波素子３１を用いている。照射単位Ｓ３となる超音波素子照射群３５は、長さ方向の一方の３つ目から５つ目までの間の超音波素子３１を用いている。つまり、探触子２１は、超音波素子照射群３５を、幅方向に並んだ１列の超音波素子３１の分だけ、長さ方向に位置を異ならせて超音波を複数回照射することにより、長さ方向の全長に超音波を照射する。
制御部２５は、探触子２１に接続され、探触子２１を制御することで、複数の超音波素子３１から照射される超音波を照射制御している。具体的に、制御部２５は、超音波素子照射群３５の複数の超音波素子３１を同時励振することで、超音波素子照射群３５となる照射単位で、探触子２１から超音波を照射させる（送信させる）。一方で、制御部２５は、被検査体から反射した超音波を、超音波素子照射群３５の各超音波素子３１で受信する。制御部２５は、超音波素子照射群３５の各超音波素子３１で受信した結果に基づいて、照射単位ごとの探傷結果を取得する。そして、制御部２５は、超音波素子照射群３５を、幅方向に並んだ１列の超音波素子の分だけ、長さ方向に位置を異ならせて、探触子２１から超音波を複数回送受信させることで、長さ方向の全長において被検査体の内部を探傷する。
また、図３に示すように、制御部２５は、各超音波素子３１の超音波の照射タイミングを遅延させる遅延回路４１を有している。なお、図３では、超音波素子照射群３５の複数の超音波素子３１を図示しており、また、この超音波素子３１に対応する遅延回路４１を図示している。制御部２５は、超音波が照射される被検査面に直交する深さ方向において、被検査体の内部の所定の深さとなる焦点位置Ｐ１、焦点位置Ｐ２及び焦点位置Ｐ３のそれぞれに、超音波を集束させる遅延制御を実行している。ここで、焦点位置Ｐ２は、深さ方向において浅い焦点となっており、焦点位置Ｐ３は、深さ方向において深い焦点となっており、焦点位置Ｐ１は、焦点位置Ｐ２と焦点位置Ｐ３の間の焦点となっている。なお、実施例１では、３つの焦点位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に超音波を集束させているが、焦点位置の深さ及び焦点位置の数については、特に限定されない。
制御部２５は、遅延回路４１により、超音波素子照射群３５の少なくとも１つの超音波素子３１から照射される超音波に対して、他の超音波素子３１から照射される超音波を遅延させている。実施例１において、制御部２５は、超音波素子照射群３５の９つの超音波素子３１のうち、中央の１つの超音波素子３１から照射される超音波の照射タイミングを、周囲の８つの超音波素子３１から照射される超音波の照射タイミングに比して遅延させている。このように、制御部２５は、遅延回路４１による遅延制御を実行することで、超音波を集束する、いわゆる電子フォーカスを実行することが可能となっている。よって、超音波素子３１には、物理的なフォーカス機構は設けられておらず、探触子２１の送受信面３０は、平坦面となっている。そして、制御部２５は、３つの焦点位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を変更しながら、被検査体の内部を探傷することで、焦点位置Ｐ１における被検査体の探傷結果、焦点位置Ｐ２における被検査体の探傷結果、及び焦点位置Ｐ３における被検査体の探傷結果を取得する。このため、超音波探傷装置１は、焦点位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を変更して、超音波探傷を行うことができるため、被検査体内の欠陥の検出性を向上させることができる。
以上のように、実施例１の構成によれば、各超音波素子３１の形状を、長さ方向及び幅方向に同じ長さにすることができるため、超音波素子３１に対向する被検査面が傾斜する場合であっても、幅方向の一方側と他方側との高低差を小さくすることができる。このため、超音波素子３１と被検査面との間の距離の幅方向におけるばらつきを抑制することができ、被検査面に対し超音波を安定的に照射することができる。
また、実施例１の構成によれば、超音波素子照射群３５を照射単位として、長さ方向に沿って超音波を複数回照射することができる。これにより、超音波素子照射群３５は、１つの超音波素子３１から超音波を照射する場合に比べて音圧を高めることができるため、より安定的に超音波を照射することができ、また、被検査体から反射した超音波を好適に受信することができる。さらに、各超音波素子３１で受信することができるため、被検査体から反射した超音波を詳細に受信することができる。
また、実施例１の構成によれば、制御部２５は、複数の超音波素子３１を同時励振させる場合、中央の１つの超音波素子３１から照射される超音波の照射タイミングを、周囲の８つの超音波素子３１から照射される超音波の照射タイミングに比して遅延させることができる。このため、制御部２５は、焦点位置Ｐに超音波を集束させる、いわゆる電子フォーカスを行うことができる。これにより、超音波を集束させることで、音圧を高くしたり、分解能を向上させたりすることができることから、超音波探傷の感度を向上させることができる。
また、実施例１の構成によれば、制御部２５は、照射単位の一部を重複させながら、探触子２１の長さ方向に超音波を複数回照射することで、短い間隔で超音波を照射することができる。このため、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
次に、図４を参照して、実施例２に係る超音波探傷装置５０について説明する。図４は、実施例２に係る超音波探傷装置の探触子の送受信面を表した模式図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明し、実施例１と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
実施例２の超音波探傷装置５０の探触子５１は、マトリックスアレイ型の探触子５１となっており、送受信面３０において、複数の超音波素子３１が長さ方向及び幅方向に対して所定の角度を傾けた状態で並べて設けられている。ここで、所定の角度は、例えば、４５°であり、複数の超音波素子３１は、長さ方向に対し４５°傾けた方向に並べて設けられ、幅方向に対し４５°傾けた方向に並べて設けられる。なお、各超音波素子３１は、実施例１と同様に、長さ方向及び幅方向に同じ長さとなる形状に形成されており、実施例２でも、正方形状に形成されている。複数の超音波素子３１は、例えば、長さ方向に対し４５°傾けた方向に３つ並べたものを、長さ方向に対し４５°傾けた方向に超音波素子３１の１個分を位置ずれさせながら長さ方向に並べて配置されている。このため、複数の超音波素子３１は、Ｘ状に配置されたものを、長さ方向に並べて配置されている。そして、探触子５１は、所定の照射単位で、長さ方向に亘って複数回超音波を照射する。
ここで、照射単位は、図４の点線で囲んだ超音波素子照射群５５となっている。つまり、超音波素子照射群５５は、超音波素子３１の対角線上の長さ方向に隣接する２つの超音波素子３１と、超音波素子３１の対角線上の幅方向に隣接する２つの超音波素子３１とにより囲まれる、計５つの超音波素子から構成される。換言すれば、超音波素子照射群５５は、幅方向の中央に位置する１つの超音波素子３１と、中央の超音波素子３１の４辺に隣接する４つの超音波素子３１とからなる、計５つの超音波素子３１から構成される。このような超音波素子照射群５５を照射単位として超音波を照射する場合、探触子５１は、長さ方向の一方から他方に向かって、照射単位の一部を重複させて長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射する。
具体的に、図４に示すように、超音波素子照射群５５の１回目の照射単位をＳ１とし、超音波素子照射群５５の２回目の照射単位をＳ２とし、超音波素子照射群５５の３回目の照射単位をＳ３とする。１回目の照射単位Ｓ１となる超音波素子照射群５５は、長さ方向の一方側に位置する幅方向中央の超音波素子３１と、幅方向中央の超音波素子３１の４辺に隣接する４つの超音波素子３１とを用いている。２回目の照射単位Ｓ２となる超音波素子照射群５５は、照射単位Ｓ１の幅方向中央の超音波素子３１に対して長さ方向の他方側に隣接する幅方向中央の超音波素子３１と、幅方向中央の超音波素子３１の４辺に隣接する４つの超音波素子３１とを用いている。このとき、照射単位Ｓ１の５つの超音波素子３１のうち、幅方向中央の超音波素子３１の長さ方向の他方側の２辺に隣接する２つの超音波素子３１と、照射単位Ｓ２の５つの超音波素子３１のうち、幅方向中央の超音波素子３１の長さ方向の一方側の２辺に隣接する２つの超音波素子３１とが重複する。３回目の照射単位Ｓ３となる超音波素子照射群５５は、照射単位Ｓ２の幅方向中央の超音波素子３１に対して長さ方向の他方側に隣接する幅方向中央の超音波素子３１と、幅方向中央の超音波素子３１の４辺に隣接する４つの超音波素子３１とを用いている。このとき、照射単位Ｓ２の５つの超音波素子３１のうち、幅方向中央の超音波素子３１の長さ方向の他方側の２辺に隣接する２つの超音波素子３１と、照射単位Ｓ３の５つの超音波素子３１のうち、幅方向中央の超音波素子３１の長さ方向の一方側の２辺に隣接する２つの超音波素子３１とが重複する。つまり、探触子５１は、超音波素子照射群５５の２つの超音波素子３１を重複させながら、探触子５１の長さ方向に超音波を複数回照射することにより、長さ方向の全長に超音波を照射する。
制御部２５は、探触子５１に接続されており、実施例１と同様に、超音波素子照射群５５の複数の超音波素子３１を同時励振させることで、超音波素子照射群５５となる照射単位で、探触子５１から超音波を照射させる照射制御を実行する。また、制御部２５は、被検査体から反射した超音波を、超音波素子照射群５５の各超音波素子３１で受信する。さらに、制御部２５は、超音波素子照射群５５の２つの超音波素子３１を重複させながら、探触子５１から超音波を複数回送受信させることで、長さ方向の全長において被検査体の内部を探傷する。
また、制御部２５は、図４に示す超音波素子照射群５５の各超音波素子３１の超音波の照射タイミングを遅延させている。実施例２において、制御部２５は、図４に示す超音波素子照射群５５の５つの超音波素子３１のうち、幅方向中央の超音波素子３１から照射される超音波の照射タイミングを、４辺に隣接する４つの超音波素子３１から照射される超音波の照射タイミングに比して遅延させている。このように、制御部２５は、遅延制御を実行することで、超音波を集束する、いわゆる電子フォーカスを実行することが可能となっている。よって、実施例２においても、超音波素子３１には、物理的なフォーカス機構は設けられておらず、探触子５１の送受信面３０は、平坦面となっている。
以上のように、実施例２の構成によれば、音波素子照射群５５を照射単位として、長さ方向に沿って超音波を複数回照射することができる。これにより、超音波素子照射群５５は、１つの超音波素子３１から超音波を照射する場合に比べて音圧を高めることができるため、より安定的に超音波を照射することができ、また、被検査体から反射した超音波を好適に受信することができる。さらに、各超音波素子３１で受信することができるため、被検査体から反射した超音波を詳細に受信することができる。
また、実施例２の構成においても、超音波素子照射群５５の複数の超音波素子３１から照射される超音波の照射タイミングを異ならせることで、所定の焦点位置Ｐに超音波を集束させる、いわゆる電子フォーカスを行うことができる。このため、超音波を集束させることで、音圧を高くしたり、分解能を向上させたりすることができ、超音波探傷の感度を向上させることができる。
また、実施例２の構成においても、制御部２５は、照射単位の一部を重複させながら、探触子５１の長さ方向に超音波を複数回照射することで、短い間隔で超音波を照射することができる。このため、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
次に、図５を参照して、実施例３に係る超音波探傷装置６０について説明する。図５は、実施例３に係る超音波探傷装置の探触子の送受信面を表した模式図である。なお、実施例３では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明し、実施例１と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
実施例３の超音波探傷装置６０の探触子６１は、複数の超音波素子３１が長さ方向及び幅方向に並べて設けられている。なお、各超音波素子３１は、実施例１と同様に、長さ方向及び幅方向に同じ長さとなる形状に形成されており、実施例３でも、正方形状に形成されている。ここで、実施例３の超音波素子３１は、実施例１の超音波素子３１よりも大きくなっている。具体的に、複数の超音波素子３１は、長さ方向に１列に並べて配置される第１超音波素子群６２と、第１超音波素子群６２の幅方向に隣接し、長さ方向に１列に並べて配置される第２超音波素子群６３とを有している。第１超音波素子群６２の各超音波素子３１は、長さ方向において、第２超音波素子群６３の隣接する超音波素子３１の間に位置している。このため、複数の超音波素子３１は、長さ方向に沿って千鳥状に配置されている。そして、探触子６１は、所定の照射単位で、長さ方向に亘って複数回超音波を照射する。
ここで、照射単位は、図５の点線で囲んだ１つの超音波素子３１となっている。このような１つの超音波素子３１を照射単位として超音波を照射する場合、探触子６１は、長さ方向の一方から他方に向かって、照射単位の位置を異ならせながら、超音波を複数回照射する。
具体的に、図５に示すように、超音波素子３１の１回目の照射単位をＳ１とし、超音波素子３１の２回目の照射単位をＳ２とし、超音波素子３１の３回目の照射単位をＳ３とする。１回目の照射単位Ｓ１となる超音波素子３１は、第１超音波素子群６２における長さ方向の一方の１つ目の超音波素子３１を用いている。２回目の照射単位Ｓ２となる超音波素子３１は、第２超音波素子群６３における長さ方向の一方の１つ目の超音波素子３１を用いている。照射単位Ｓ３となる超音波素子３１は、第１超音波素子群６２における長さ方向の一方の２つ目の超音波素子３１を用いている。このとき、照射単位Ｓ２の超音波素子３１は、長さ方向において、照射単位Ｓ１の超音波素子３１と、照射単位Ｓ３の超音波素子３１との間に位置している。つまり、探触子６１は、第１超音波素子群６２の超音波素子３１と、第２超音波素子群６３の超音波素子３１とを長さ方向に交互に異ならせながら、超音波を複数回照射することにより、長さ方向の全長に超音波を照射する。
制御部２５は、探触子６１に接続されており、１つの超音波素子３１を照射単位として、探触子６１から超音波を照射させる照射制御を実行する。また、制御部２５は、被検査体から反射した超音波を、超音波を照射した１つの超音波素子３１で受信する。さらに、制御部２５は、第１超音波素子群６２の超音波素子３１と、第２超音波素子群６３の超音波素子３１とを長さ方向に交互に異ならせながら、探触子２１から超音波を複数回送受信させることで、長さ方向の全長において被検査体の内部を探傷する。
なお、実施例３では、照射単位を１つの超音波素子３１としていることから、電子フォーカスが可能な構成とはなっておらず、探触子６１の送受信面３０に物理的なフォーカス機構を設けてもよい。
以上のように、実施例３の構成によれば、１つの超音波素子３１を照射単位として、長さ方向に沿って超音波を複数回照射することができる。このとき、第１超音波素子群６２の各超音波素子３１と、第２超音波素子群６３の各超音波素子３１とを、長さ方向に沿って交互に超音波を照射することができる。このため、各超音波素子群６２，６３の超音波素子３１同士の間隔よりも短い間隔で超音波を照射できることから、長さ方向において詳細な超音波探傷を行うことが可能となる。
１ 超音波探傷装置
２１ 探触子
２５ 制御部
３０ 送受信面
３１ 超音波素子
３５ 超音波素子照射群
４１ 遅延回路
５０ 超音波探傷装置（実施例２）
５１ 探触子（実施例２）
５５ 超音波素子照射群（実施例２）
６０ 超音波探傷装置（実施例３）
６１ 探触子（実施例３）
６２ 第１超音波素子群
６３ 第２超音波素子群
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 焦点位置

Claims (12)

  1. 幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子であって、
    前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、
    前記複数の超音波素子は、前記長さ方向に並べて設けられると共に、前記幅方向に並べて設けられており、１以上の前記超音波素子となる所定の照射単位で、前記長さ方向に亘って複数回超音波を照射することを特徴とする探触子。
  2. 前記複数の超音波素子は、前記長さ方向に１列に並べて配置される第１超音波素子群と、前記第１超音波素子群の前記幅方向に隣接し、前記長さ方向に１列に並べて配置される第２超音波素子群と、を有し、
    前記第１超音波素子群の前記各超音波素子は、前記長さ方向において、前記第２超音波素子群の隣接する前記超音波素子の間に位置し、
    前記照射単位は、１つの前記超音波素子となっていることを特徴とする請求項１に記載の探触子。
  3. 前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向にマトリクス状に配置され、
    前記照射単位は、前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群となっていることを特徴とする請求項１に記載の探触子。
  4. 前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に対して、所定の角度を傾けてマトリクス状に配置され、
    前記照射単位は、前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群となっていることを特徴とする請求項１に記載の探触子。
  5. 前記超音波素子照射群は、少なくとも１つの前記超音波素子から照射される超音波に対して、他の前記超音波素子から照射される超音波を遅延させることで、前記被検査面に直交する深さ方向の所定の焦点位置に、超音波を集束させることを特徴とする請求項３または４に記載の探触子。
  6. 請求項２に記載の探触子と、
    前記探触子を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、１つの前記超音波素子を前記照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記第１超音波素子群の前記超音波素子と前記第２超音波素子群の前記超音波素子とが交互となるように前記長さ方向に前記照射単位の位置を異ならせながら、超音波を複数回照射する照射制御を実行することを特徴とする超音波探傷装置。
  7. 請求項３または４に記載の探触子と、
    前記探触子を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記超音波素子照射群を前記照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記照射単位の一部を重複させて前記長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射する照射制御を実行することを特徴とする超音波探傷装置。
  8. 前記制御部は、前記超音波素子照射群を前記照射単位とする場合、前記超音波素子照射群の複数の前記超音波素子を同時励振させて、複数の前記超音波素子から超音波を照射する一方で、前記被検査体で反射した超音波を、前記各超音波素子で受信することを特徴とする請求項７に記載の超音波探傷装置。
  9. 前記制御部は、前記超音波素子照射群の複数の前記超音波素子を同時励振させる場合、少なくとも１つの前記超音波素子から照射される超音波に対して、他の前記超音波素子から照射される超音波を遅延させる遅延制御を実行することを特徴とする請求項８に記載の超音波探傷装置。
  10. 幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子を制御する超音波探傷制御方法であって、
    前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、
    前記複数の超音波素子は、前記長さ方向に１列に並べて配置される第１超音波素子群と、前記第１超音波素子群の前記幅方向に隣接し、前記長さ方向に１列に並べて配置される第２超音波素子群と、を有し、
    前記第１超音波素子群の前記各超音波素子は、前記長さ方向において、前記第２超音波素子群の隣接する前記超音波素子の間に位置しており、
    １つの前記超音波素子を照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記第１超音波素子群の前記超音波素子と前記第２超音波素子群の前記超音波素子とが交互となるように前記長さ方向に前記照射単位の位置を異ならせながら、超音波を複数回照射することを特徴とする超音波探傷制御方法。
  11. 幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子を制御する超音波探傷制御方法であって、
    前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、
    前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向にマトリクス状に配置され、
    前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群を照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記照射単位の一部を重複させて前記長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射することを特徴とする超音波探傷制御方法。
  12. 幅方向に比して長さ方向に長い送受信面と、前記送受信面に設けられる複数の超音波素子とを備え、前記送受信面に対向する被検査体の被検査面に対して、前記幅方向に移動させながら、超音波を照射する探触子を制御する超音波探傷制御方法であって、
    前記各超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に同じ長さとなる形状に形成され、
    前記複数の超音波素子は、前記長さ方向及び前記幅方向に対して、所定の角度を傾けてマトリクス状に配置され、
    前記長さ方向に隣接する複数の前記超音波素子と、前記幅方向に隣接する複数の前記超音波素子とで囲まれた、前記長さ方向及び前記幅方向に同数となる超音波素子照射群を照射単位として、前記長さ方向の一方から他方に向かって、前記照射単位の一部を重複させて前記長さ方向に位置を異ならせながら、超音波を複数回照射することを特徴とする超音波探傷制御方法。
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