JP5689227B2 - 超音波測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波測定方法及び装置に係り、特に、超音波振動素子を２次元配列したアレイ型の超音波センサを用いるに好適な超音波測定方法及び装置に関する。

従来、欠陥の進展方向が予測困難な場合、軸方向及び周方向の超音波探傷検査では欠陥を見落とす可能性があり、全方位を網羅する探傷が求められている。さらに、この種の欠陥の検出は斜角探傷で行うため、これらを同時に実現する超音波検査技術が必須となっている。また、検査時間の短縮化のニーズから、機械的な走査なしに全方位の斜角探傷を可能とする技術の確立が求められている。
それに対して、固定角センサを使用した場合、機械的な回転走査を必要とし、超音波の入射角を変更する場合には、センサの変更が必要となるので測定時間が長くなる。また、超音波振動素子を１次元配列したリニアアレイセンサでは、各超音波振動素子に与える電気的な信号のタイミングを制御することで、配列方向に任意の屈折角で超音波ビームを収束させ、フェーズドアレイ技術により２次元的な走査が可能である。そのためセンサの交換の必要性は無くなったが、全方位測定を行うためには固定角センサを用いた場合と同じく、機械的な回転走査が必要となり、測定時間が長くなる。
そこで、近年、検査時間をより短縮するために、超音波振動素子を２次元配列したマトリクスアレイセンサを用いたフェーズドアレイ技術の研究開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１参照）。この方法によると、リニアアレイセンサ同様に電気的な信号のタイミングを制御することにより３次元に超音波を送・受信することを可能であり、機械的な回転走査をすることなく、短時間でＳＮ比良く全方位測定を行うことができる。
しかしながら、２次元に超音波振動素子を配列する場合、フェーズドアレイ装置で制御できる素子数に技術的な限界があるため開口を十分とることができず、分解能が十分でない可能性がある。さらに、従来の矩形マトリクスアレイセンサをもちいた３６０度全方位測定は、アレイセンサを構成する超音波振動素子の配列の対称性や超音波振動素子形状が原因で、感度ムラが生じる恐れがある。
それに対して、素子を２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子のうち、電子走査する方向に沿った配列の超音波振動素子群のみ超音波の送・受信に使用する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子に対して、千鳥状に送信素子及び受信素子を選択して使用する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００５−３５１７１８号公報 特開平５−２４４６９１号公報 特開２００３−５９９号公報

しかしながら、特許文献２記載の方法では、リニアアレイセンサと同じく超音波ビームが実際には走査と直交する方向に拡がりをもつため、マトリクスアレイセンサ特有の超音波を３次元的に点集束する効果を得ることができないという問題がある。
さらに、その他の問題として、欠陥が超音波の伝搬角度が法線方向に近い測定角度範囲に存在する場合においては、超音波が被測定体裏面にてはね返り底面エコーとして検出され、この範囲において、たとえば試験体裏面と同等の深さにある欠陥に起因するコーナーエコーに対するノイズとなる。その他の角度範囲においても、高周波成分のグレーティングローブが底面で反射され、同様にノイズとなる問題がある。

ここで、特許文献３記載のものでは、例えば、特許文献３の図１に記載のように、８行８列の２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子に対して、各行、各列に対して、一つおきに、送信素子及び受信素子として交互に選択している。そのため、送信素子の間隔及び受信素子の間隔は、８行８列の２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子を全て送信素子若しくは受信素子として用いた場合の２倍の距離となる。送受信素子の間隔が広くなると、グレーティングローブの発生する位置が、欠陥の検出範囲となるため、欠陥がグレーティングローブに重畳して、検出できない場合が生じる。
本発明の目的は、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施することができる超音波測定方法及び装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、 複数の超音波振動素子が２次元的に配置された２次元アレイセンサを用いて超音波で電子走査し、測定対象内部からの反射波を用いる超音波測定方法であって、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第１の線対称軸に対して線対称に全超音波振動素子の一部を送信用の複数の超音波振動素子群に設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第２の線対称軸に対して線対称に送信用の複数の超音波振動素子群に用いられなかった超音波振動素子を受信用の複数の超音波振動素子群に設定し、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面に直交する回転対称軸に対し、前記送信用の複数の超音波振動素子群と前記受信用の複数の超音波振動素子群とが回転対称に配置され、前記第１の線対称軸に対して線対称に設定された送信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を前記測定対象の内部に集束するように送信し、前記第２の線対称軸に対して線対称に設定された受信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、得られた前記反射信号を処理して探傷する超音波測定方法であって、前記第１の線対称軸は、前記回転対称軸に対して回転して設定可能であり、前記送信用の複数の超音波振動素子群と前記受信用の複数の超音波振動素子群は、それぞれ面状に分布し、前記超音波の受信は、超音波振動素子毎に受信した信号に対して重み付けを施して行われるようにしたものである。
かかる方法により、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、さらに、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸を前記回転対称軸に対して所定角度回転させたときの第３の線対称軸に対して線対称に全超音波振動素子の一部を送信用の他の複数の超音波振動素子群に選択し、前記第３の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第４の線対称軸に対して線対称に送信用の複数の超音波振動素子群に用いられなかった超音波振動素子を受信用の他の複数の超音波振動素子群に選択し、前記第３の線対称軸に対して線対称に選択された送信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を前記測定対象の内部に集束するように送信し、前記第４の線対称軸に対して線対称に選択された受信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、得られた前記反射信号を処理して探傷するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、送信用に用いる複数の前記超音波振動素子群と、受信用に用いる複数の超音波振動素子群とが、回転対称軸を中心に９０度回転すると重なるような配置として選択されているものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、２次元アレイセンサによる超音波の送信時に結ばれる焦点を複数個所設定し、前記複数の焦点に対し、それぞれ、測定対象内部からの反射信号を収録し、得られた反射信号を処理し、測定対象内部を２次元画像化または３次元画像化して表示するようにしたものである。

（５）上記（４）において、好ましくは、３次元的に収録された測定データを平面に射影し、測定結果表示画面で平面表示するようにしたものである。

（６）上記（５）において、好ましくは、屈折角φ、方位角θ、反射強度Ｉの情報を表示するようにしたものである。

（７）上記（６）において、好ましくは、表示する屈折角φの範囲を指定できるものである。

（８）上記（１）において、好ましくは、超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施して、反射データ及び反射強度を校正するようにしたものである。

（９）上記目的を達成するために、本発明は、複数の超音波振動素子が２次元的に配置され、超音波で電子走査する２次元アレイセンサと、該２次元アレイセンサの超音波振動子毎から測定対象に超音波を送信し、また、前記測定対象からの反射波を受信する送・受信部と、該送・受信部を制御して、３次元または２次元の画像データを生成する制御部と、前記制御部により得られた３次元または２次元の画像データを表示する表示部とを有する超音波測定装置であって、前記制御部は、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第１の線対称軸に対して線対称に全超音波振動素子の一部を送信用の複数の超音波振動素子群に設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第２の線対称軸に対して線対称に送信用の複数の超音波振動素子群に用いられなかった超音波振動素子を受信用の複数の超音波振動素子群に設定する素子選択部を備え、前記送・受信部は、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を前記第１の線対称軸に対して線対称に設定された送信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を前記測定対象の内部に集束するように送信する送信素子として選択する送信素子選択部と、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を前記第２の線対称軸に対して線対称に設定された受信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を受信する受信素子として選択する受信素子選択部とを備え、前記第１の線対称軸は、前記回転対称軸に対して回転して設定可能であり、前記送信用の複数の超音波振動素子群と前記受信用の複数の超音波振動素子群は、それぞれ面状に分布し、前記制御部は、超音波振動素子毎に受信した信号に対して重み付けを施す重みづけ部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施し得るものとなる。

（１０）上記（９）において、好ましくは、前記制御部は、超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施す振幅調整部を備えるようにしたものである。

本発明によれば、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施することができるものとなる。

本発明の一実施形態による超音波測定装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置に用いる２次元アレイセンサの構成図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せテーブルの説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における送受信素子の他の選択方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子の他の組合せテーブルの説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子のその他の組合せテーブルの説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における画像化の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における計測領域の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示例の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示処理の内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示処理の他の内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第１の例の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第２の例の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第３の例の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第４の例の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第５の例の説明図である。 本発明の他の実施形態による超音波測定装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態による超音波測定装置における重みづけ定数の決定方法の内容を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態による超音波測定装置における重みづけ定数の決定方法の内容の説明図である。 本発明のその他の実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法を示すフローチャートである。 本発明のその他の実施形態による超音波測定装置において選択される送受信素子の説明図である。 本発明の第４の実施形態による超音波測定装置において選択される送受信素子の説明図である。

以下、図１〜図１７を用いて、本発明の一実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による超音波測定装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による超音波測定装置の全体構成を示すブロック図である。

本実施形態の超音波測定装置は、例えば被検体１００と被検体内部または表面における反射源１００ＡをＳＮ比よく測定を行うものであり、探傷部１０１と、送・受信部１０２と、制御部１０３と、表示部１０４から構成されている。

探傷部１０１は、測定対象１００に超音波を送・受信するアレイセンサ１０１Ｂを備えている。アレイセンサ１０１は、複数の超音波振動素子１０１Ａを備えている。

送・受信部１０２は、アレイセンサ１０１Ａに遅延時間を与えて超音波を送信するパルサ１０２Ａと、受信した超音波をアナログ‐デジタル変換して受信信号とするレシーバ１０２とを備えている。

制御部１０３は、記憶装置１０３Ｂを有する制御・処理用コンピュータ１０３Ａと、使用素子選択回路１０３Ｃと、遅延時間制御回路１０３Ｄと、加算回路１０３Ｚとを備えている。使用素子選択回路１０３Ｃは、超音波の送・受信素子に用いる超音波振動素子１０１Ａを切り替え、随時制御する。制御回路１０３Ｄは、送・受信時の遅延時間を制御する。加算回路１０３Ｚは、レシーバ１０２から得られた複数の受信信号を加算する。制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、使用素子選択回路１０３Ｃ，遅延時間制御回路１０３Ｄ，加算回路１０３Ｚを制御するとともに受信した信号を記憶装置１０３Ｂに収録し、また受信した信号の処理を行う。

表示部１０４は、各種設定を表示し入力可能とする設定入力画面１０４Ａと、受信信号及び測定画像を表示する表示画面１０４Ｚとを備えている。

次に、各部の動作について説明する。

制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、超音波を送・受信して測定対象からの反射信号を収録する際に、使用素子選択回路１０３Ｃへ超音波の送・受信に用いる超音波振動素子の選択のための送・受信素子切替信号を送信するとともに、遅延制御回路１０３Ｄを通じて、超音波を集束して送・受信するための超音波振動素子への遅延時間を与える。

送信信号と遅延時間を受取った送信遅延回路１０２Ｂは、与えられた遅延時間で送信信号を送信素子選択部１０２Ｃに送る。

送信素子選択部１０２Ｃは、送信遅延回路１０２Ｂから遅延時間を付与して送信された送信信号を受け、使用素子選択回路１０３Ｃからの送信素子の選択信号に基づき、送信素子を選択して、送信信号を送信増幅器１０２Ｅへ送信する。また、送信素子選択部１０２Ｃは、制御・処理用コンピュータ１０３Ａからの受信素子切替信号に基づいて、受信素子を選択する。本実施形態は、送信素子選択部１０２Ｃにおける送・受信素子の選択の仕方に特徴があり、その詳細については，図１３以降を用いて説明する。

信増幅器１０２Ｅは、送信信号を増幅して、アレイセンサ１０１Ａにある超音波振動素子１０１Ｂに超音波を送信するための駆動電圧を印加する。この際に、送信素子選択部１０２Ｃは、アレイセンサ１０１Ｂが持つＮ個の超音波振動素子１０１Ａに対して、個々にあるいは複数の超音波振動素子１０１Ａに同時に送信信号を送ることが可能である。

増幅された送信信号を受けた複数の超音波振動素子１０１Ａは、圧電効果で超音波を送信するが、ここでは、アレイセンサの超音波振動素子１０１Ａを用いて超音波を送・受信する際の説明をする。

上記で説明したように、送信信号に遅延時間を与えて各々の超音波振動素子１０１Ａに電圧を印加すると、それぞれの超音波振動素子は遅延時間に対応した時間遅れで超音波を送信する。超音波を集束する場合には、各超音波振動素子から集束位置までの幾何学的な距離、つまり各媒質での超音波の音速と境界面での屈折を考慮した距離に対応した遅延時間で各超音波振動素子に電圧を印加し、測定対象１００の所定の位置に超音波を集束（例えば、測定対象１００の内部に欠陥１００Ａがあった場合、これをＳＮ比よく検出できるように超音波を焦点１００Ｂに集束）して送信する。

一方、超音波をレシーバ１０２Ｚで受信し圧電効果により生じた電気信号を処理する際には、超音波振動素子１０１Ａのそれぞれで受信した超音波に対応して、受信信号を受信増幅器１０２Ｙで増幅して、アナログ‐デジタル変換器１０２Ｘでアナログであった受信信号をデジタル信号に変換する。

更に、受信素子選択部１０２Ｗは、送信素子選択部１０２Ｃからの指令により選択された受信素子により受信する。デジタル信号に変換され、選択された受信信号は、遅延メモリ１０２Ｖに記憶される。この際に、遅延メモリ１０２Ｖでは、超音波送信時と同様に超音波を焦点１００Ｂに集束して受信する際には、遅延制御回路１０３Ｄから送信された遅延時間を各超音波振動素子からの受信信号に付与して、記憶される。

制御部１０３の加算回路１０３Ｚは、受信信号を加算し、制御・処理用コンピュータ１０３Ａに送る。

次に、図２〜図４を用いて、本実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による超音波測定装置に用いる２次元アレイセンサの構成図である。図３は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法を示すフローチャートである。図４は、本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せテーブルの説明図である。

図１にて説明した装置を用いて、超音波の送・受信時において、送・受信に使用する超音波振動素子を選択して行うことにより、ＳＮ比を向上させる場合の手順を説明する。

まず、設定入力画面１０４Ａにより設定を行う際に、アレイセンサを構成する素子に関する素子大きさや配列、素子位置の情報が必要となる。

図２は、超音波振動素子が２次元に配列されたアレイセンサ１０１Ｂを模式的に示している。

Ｎ個（Ｐ行×Ｑ列＝Ｎ個）のアレイセンサに関して、例えば、被検体の超音波音速、超音波振動素子の数（Ｎ個）のアレイセンサ１０１Ｂを構成する超音波振動素子１０１Ａの配列や間隔を設定するには、２次元配列された超音波振動素子の場合、図で示した縦方向の素子間隔Ｌｘと横方向の素子間隔Ｌｙ配列を設定することで、アレイセンサ内に分布する超音波振動素子の位置を把握することができる。

次に、図３を用いて、手順について説明する。

設定を開始すると、ステップＳ１０１において、検査者は、アレイセンサに関する初期設定として、前述のアレイセンサを構成する超音波振動素子の素子情報や音速等、必要な情報を、設定入力画面１０４Ａ（図１）を用いて入力する。

さらに、ステップＳ１０２において、これらＮ個の超音波振動素子に対して、遅延時間や画像表示の際の基準となるセンサ中心位置を設定する。一般的には、図２に示すように、超音波振動素子の中心（中心線Ｃｙ及び中心線Ｃｘの交点）をセンサ中心Ｃとして設定する。

次に、ステップＳ１０３において、制御処理用コンピュータ１０３Ａは、アレイセンサの各超音波振動素子に対する遅延時間のパターンを計算する。

一方、ステップＳ１０４において、使用素子選択回路１０３Ｃは、ステップＳ１０１の初期設定で与えた情報を用いて、送信に用いる超音波振動素子群と受信に用いる超音波振動素子群の設定を行う。

そして、ステップＳ１０５において、送・受信部１０２は、これらの設定の元に超音波の送・受信を行い、ステップＳ１０６において、データを収録し、終了する。

このような、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せの設定を簡便に実施するためには、あらかじめ送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを制御・処理コンピュータの記憶装置１０３Ｂ（図１）に保存しておき、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せパターンを指定し、測定開始時に読み込んで、送信時は送信素子選択部１０２Ｃを動作すればよく、受信時は受信素子選択部１０２Ｗを動作すればよい。

図４は、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せテーブルの一例を示している。

図４に示すように、縦方向には送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを順番に並べて、アレイセンサの超音波振動素子の素子番号（たとえば図２の素子番号）と、この超音波振動素子それぞれの送信素子（Ｐ）４０１と受信素子（Ｒ）４０２のＯＮ／ＯＦＦをＯＮ＝１、ＯＦＦ＝０として表示する。

次に、図５〜図７を用いて、本実施形態による超音波測定装置における送受信素子の他の選択方法について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における送受信素子の他の選択方法を示すフローチャートである。図６は、本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子の他の組合せテーブルの説明図である。図７は、本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子のその他の組合せテーブルの説明図である。

図５は、複数個の焦点Ｆ（ｉ）に対して、実施する場合のフローチャートである。

設定を開始すると、ステップＳ１０１において、検査者は、アレイセンサに関する初期設定として、前述のアレイセンサを構成する超音波振動素子の素子情報や音速等、必要な情報を、設定入力画面１０４Ａ（図１）を用いて入力する。

さらに、ステップＳ１０２において、これらＮ個の超音波振動素子に対して、遅延時間や画像表示の際の基準となるセンサ中心位置を設定する。一般的には、図２に示すように、超音波振動素子の中心（中心線Ｃｙ及び中心線Ｃｘの交点）をセンサ中心Ｃとして設定する。

次に、ステップＳ１０７において、制御処理用コンピュータ１０３Ａは、アレイセンサの各超音波振動素子に対する焦点Ｆ及び遅延時間を計算し、設定する。

一方、ステップＳ１０４において、使用素子選択回路１０３Ｃは、ステップＳ１０１の初期設定で与えた情報を用いて、送信に用いる超音波振動素子群と受信に用いる超音波振動素子群の設定を行う。

そして、ステップＳ１０５Ａにおいて、送・受信部１０２は、焦点Ｆ（ｉ）に対して、上記のように設定した超音波の送・受信を行い、ステップＳ１０６Ａにおいて、焦点Ｆ（ｉ）に対するデータ（反射データ）を収録する。

さらに、ステップＳ１０８において、全方位でのデータ収録を終了したかどうかの判別を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、ステップＳ１０５Ａに戻り、次の焦点Ｆ（ｉ＋１）へ移行し、再び超音波の送・受信行い、反射データを収録することを全測定領域での反射データの収録が終了するまで順次繰り返す。

ステップＳ１０８において、全終了した（ＹＥＳ）と判定された場合は、ステップＳ１０９において、制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、画素と画素値のマップを作成し、ステップＳ１１０において、画像の表示を行い、終了する（Ｓ４１０）。

送・受信に使用する超音波振動素子の組合せの設定を簡便に実施するために、あらかじめ図４で示したような送・受信に使用する超音波振動素子の組合せテーブルを制御・処理コンピュータの記憶装置１０３Ｂ（図１）に保存しておいて、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを測定開始時に読み込んで、送信時は送信素子選択部１０２Ｃを動作すればよく、受信時は受信素子選択部１０２Ｗを動作すればよい。

また、図６は、送・受信の各素子に与える遅延時間の表を一例として示している。遅延時間の作成方法については、さまざまな文献に記載されており、たとえば、医用超音波機器ハンドブックに記載されている。

焦点Ｆ（ｉ）に対応する送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを選び、各々、送信素子選択部１０２Ｃと受信素子選択部１０２Ｗへ反映し、送・受信で使用する超音波振動素子を限定する。

図７は、図４に示した遅延時間テーブルと、図６に示した超音波振動素子の組み合わせテーブルを組み合わせた形のものであり、ＯＮ＝（正の遅延時間：Ｐｉｋ，Ｒｉｋ）、ＯＦＦ＝−１として表示した例である。

次に、図８〜図１１を用いて、本実施形態による超音波測定装置における画像化について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における画像化の説明図である。図９は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における計測領域の説明図である。図１０は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示例の説明図である。図１１は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示処理の内容を示すフローチャートである。図１２は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示処理の他の内容を示すフローチャートである。

図８（Ａ）の模式図は、電子走査により、遅延時間により設定した各焦点Ｆ（ｉ）に対し、設定した焦点数分だけデータＤ（Ｆ（ｉ））を収録した様子を示している。データＤ（Ｆ（ｉ））は、図８（Ａ）の左上に図示するように、予告軸を路程（Ｒ）とし、縦軸を強度（Ｉ）とするデータである。

検波処理、ゲイン処理、フィルタ処理など各種信号処理を施したのち、前記データを画像データに変換し、各焦点に対するデータを画像データに変換後、補間処理を行い、３Ｄ画像表示すると、例えば、図９の計測領域ＭＡに相当する３次元の計測結果が得られる。

このように、通常超音波による３次元測定では３Ｄ画像化を行い、測定結果を表示するが、データ処理や表示に時間がかかる。そこで、例えば超音波探傷において、この３Ｄ表示を２Ｄ表示に落とし込む方法を、図８を用いてさらに説明する。

図８（Ａ）に示すセンサ１０１Ｂから、各焦点Ｆ（ｉ）に超音波を送・受信した時に対する、データＤ（Ｆ（ｉ））は、強度Ｉを方位角（φ）、屈折角（θ）、路程（Ｒ）を変数とするデータとみなし、これらデータを、図８（Ｂ）の射影平面ＰＬに射影する変換を、以下の式（１）用いて行う。

Ｉ（Ｒ，θ，φ）→Ｉ（Ｒｓｉｎθｃｏｓφ，Ｒｓｉｎθｓｉｎφ） …（１）

ここで、方位角（φ）、屈折角（θ）、深さ（Ｚ）は、図９に示したとおりである。

図８（Ｂ）には、便宜上、射影平面ＰＬに射影したセンサ面１０１Ｂ’を図示している。平面に射影されたデータＤ（Ｆ（ｉ））を、セクタ画像表示などを行う時同様、画素Ａｉｊに平面に射影されたデータＤ（Ｆ（ｉ））の強度を対応させ、補間処理を行い、図１０（Ａ）に示すように、図１に示した表示画面１０４Ｚに表示する。図示の例では、欠陥エコーＥｄと、底面エコーＥｂが図示されている。

しかし、焦点の設定方法によっては、図８（Ｂ）に示すように、平面に射影されたデータＤ（Ｆ（ｉ））が重なる場合がある。その時は、たとえば各点において加算、平均処理を行うとよい。

理想的な形としては、焦点の設定を、射影した時に重ならないように、また、焦点を計測すべき屈折角範囲内に設定することである。

また、このような表示を行った場合、底面エコーや不感帯によって望む信号が返ってこない範囲が存在するので、あらかじめ、設定する焦点を前述の範囲外に設定するか、収録したのち、図１０（Ｂ）に示すように、指定した屈折角範囲だけを表示させてもよい。すなわち、表示最小角θ１を設定し、表示最小角θ１より小さい領域は表示しないようにする。なお、θ２は、表示最大角である。

次に、図１１を用いて、図８〜図１０にて説明した測定結果の表示を可能にする処理手順について説明する。

収録したデータ処理を開始すると、ステップＳ２０１において、制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、収録した全データのうち、１波形のデータを入力する。

次に、ステップＳ２０２において、前述の１波形データの座標変換を行う。そして、ステップＳ２０３において、全データの座標変換が終了したか判別を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、次の波形を入力し、データ処理を行う。

全データの処理が終了した（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ２０４において、データマッピングを行い、ステップＳ２０５において、表示範囲（屈折角範囲）指定を行い、ステップＳ２０６において、画像表示を行い、終了する。

次に、図１２を用いて、図８〜図１０にて説明した測定結果の表示を可能にする他の処理手順について説明する。

測定対象の形状が分かっている場合、以下に説明するように、余分な信号が表示されないように、あらかじめデータ８０１の路程の範囲を指定する。

収録したデータ処理を開始すると、ステップＳ２０１’において、制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、収録した１波形のデータを入力する（Ｓ２０１Ｂ）。

また、ステップＳ２０７において、１波形のデータより抽出したい路程範囲を入力する。

そして、ステップ１１０８において、入力した深さ範囲に相当する部分の１波形のデータの抽出を行う。

次に、ステップＳ２０２において、前述の１波形データの座標変換を行う。そして、ステップＳ２０３において、全データの座標変換が終了したか判別を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、次の波形を入力し、データ処理を行う。

全データの処理が終了した（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ２０４において、データマッピングを行い、ステップＳ２０９において、画像再構成をし、ステップＳ２０５において、表示範囲（屈折角範囲）指定を行い、ステップＳ２０６において、画像表示を行い、終了する。

また、このようにして得た、図１０に示した画像表示上にカーソルを合わせると屈折角（θ）と方位角（φ）と強度Ｉの情報を表示する機能を備えていてもよい。

また、信号のあるアドレスのところに視覚上の高解像度を得るため、データＤ（Ｆ（ｉ））に示した強度Ｉに対応させて、色を付けてもよい。

次に、図１３〜図１７を用いて、本実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せについて説明する。
図１３は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第１の例の説明図である。図１４は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第２の例の説明図である。図１５は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第３の例の説明図である。図１６は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第４の例の説明図である。図１７は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第５の例の説明図である。

上述したように、本実施形態によるアレイセンサによる測定方法及び装置では、超音波の送・受信素子の分割の組合せにより、単一および複数の反射信号を収録するため、送・受信素子の分割方法の組合せと超音波の送受信方向は、素子配列ごとに様々なものが考えられる。

最初に、図１３を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第１の例について説明する。

図１３は、矩形のアレイセンサを場合を示している。この例では、６行６列の合計３０個の超音波振動子から構成されている場合を図示している。

ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。

図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。

破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの四角で示される素子は、送信にも受信にも用いない素子である。

この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。

次に、図１４を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第２の例について説明する。

図１４は、矩形のアレイセンサを場合を示している。この例では、６行６列の合計３０個の超音波振動子から構成されている場合を図示している。

ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。また、黒い四角で示される素子は、送信にも受信にも用いる送受信素子１０１ＴＲとして選択する。

図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。

破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。

さらに、黒い四角で示される素子は、送信にも受信にも用いる送受信素子１０１ＴＲである。すなわち、図１３に示した例では、対角線に配置される素子は、送信にも受信にも用いていないのに対して、本例では、対角線に配置される素子は、送信にも受信にも用いている。

この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔ及び送受信素子１０１ＴＲの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。

次に、図１５を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第３の例について説明する。

図１５は、矩形のアレイセンサの場合を示している。この例では、６行６列の合計３０個の超音波振動子から構成されている場合を図示している。

ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。

図において、対角線である破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。

破線Ａｌｓ２は、対角線であり、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの四角で示される素子は、送信にも受信にも用いない素子である。

この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。

次に、図１６を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第４の例について説明する。

図１６は、六角形に配置されたアレイセンサを場合を示している。この例では、最外周の一辺に６個の超音波振動子が配置され、内周に行くほど超音波素子の数が減少する配置となっており、合計９３個の超音波素振動子から構成されている場合を図示している。

ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。

図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。

破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの六角形で示される素子は、送信にも受信にも用いない素子である。

この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。

次に、図１７を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第５の例について説明する。

図１７は、円形に配置されたアレイセンサを場合を示している。この例では、円周方向に２４個の超音波振動子が配置され、合計１２１個の超音波素振動子から構成されている場合を図示している。

ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。

図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。

破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの円形で示される中央の素子は、送信にも受信にも用いない素子である。

この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。

以上説明したように、本実施形態によれば、全方位において機械走査することなく、法線とのなす角度にして０度から９０度までのある定まった屈折角範囲で点集束の効果を保ったまま超音波の送・受信が可能である。

次に、図１８〜図２０を用いて、本発明の他の実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１８を用いて、本実施形態による超音波測定装置の全体構成について説明する。
図１８は、本発明の他の実施形態による超音波測定装置の全体構成を示すブロック図である。

図１７で示したようなアレイセンサの場合、アレイセンサを構成する素子ごとの大きさが異なるので、超音波の送・受信に強度や感度ムラが生じる。そこで、図１８に示す本実施形態の装置では、超音波の受信時に重み付けを行い、１素子あたりの送信時の超音波の強度あるいは受信時の感度の校正を行い、感度ムラを軽減するようにしている。

本実施形態の超音波測定装置は、例えば被検体１００と被検体内部または表面における反射源１００ＡをＳＮ比よく測定を行うものであり、探傷部１０１と、送・受信部１０２と、制御部１０３と、表示部１０４から構成されている。

送・受信部１０２は、図１に示した構成に加えて、アレイセンサを構成する１素子ごとの超音波の送信強度に対し微調整が行えるように振幅調節部１０２Ｄを備えている。また、制御部１０３は、１素子ごとの受信感度に対し重みづけ回路１０３Ｇを備えている。

なお、送信時に振幅調節部１０２Ｄを用いて、各素子の送信波強度を調節することが技術的に困難で装置に実装ができない場合、受信時の波形データに対してのみ、重みづけ回路１０３Ｇにより重みづけをしてもよいものである。

受信時においては、遅延時間を与えられた受信信号は、重みづけ回路１０３Ｇで送信時の振幅調節部と同様に波形を整える。重みづけ回路１０３Ｇは、各素子毎の重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを備えており、各素子の出力に対して重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを乗ずる。

次に、図１９及び図２０を用いて、重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎの決定方法について説明する。
図１９は、本発明の他の実施形態による超音波測定装置における重みづけ定数の決定方法の内容を示すフローチャートである。図２０は、本発明の他の実施形態による超音波測定装置における重みづけ定数の決定方法の内容の説明図である。

例えば、このような各素子（総素子数ｎ個とする）に対応するｎ個の重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを決定する場合、図２０に示すように、例えば水中でセンサ１０１Ｂの平面に並行に配置された平板ＦＰをもちいて、アレイセンサ１０１Ｂを構成する１素子１０１Ａ（図中の白抜きで示すセンサ）ずつ順次、超音波の送・受信を繰り返し、この平板より反射された反射データ収録する。

そして、波形比較部ＷＣにより、素子ごとに収録した反射データの数値を比較し、全素子の反射波高値が同じとなるよう、定数決定部ＣＤにおいて、校正のための各素子に対応する重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを決定する。

ここで、図１９を用いて、重みづけ決定のための処理内容について説明する。

最初に、ステップＳ３０１において、図２０にて説明したように、アレイセンサ１０１Ｂを構成する１素子１０１Ａずつ超音波の送・受信を行い、ステップＳ３０２において、データを収録する。

そして、Ｓ３０３において、全素子に対してデータ収録したか判定を行い、終了していない場合は、Ｓ３０４において、素子を切替え、全素子に対して、収録が終了するまで繰り返す。

収録終了後に、Ｓ３０５において、波形比較部ＷＣ収録したデータの波高値を比較し、Ｓ３０６において、定数決定部ＣＤ各素子に対する重みづけの値を出力し、終了とする。

前期の重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを重みづけ回路によって、各波形１から波形ｎの強度に対し、図１８に示した重みづけ回路１０３Ｇで各々乗算を行うことにより、素子ごとの超音波の送・受信の信号強度にばらつきを軽減できる。

なお、重みづけ決定は、全素子に対して行っても良いが、例えば、図１７に示した円形アレイセンサの同心円上の素子に対して送信強度や感度にばらつきがある場合、この手法を用いて校正を行い、全方位探傷において感度ムラを低減するのに有効である。

以上説明したように、本実施形態によれば、全方位において機械走査することなく、法線とのなす角度にして０度から９０度までのある定まった屈折角範囲で点集束の効果を保ったまま超音波の送・受信が可能である。

また、被検体のセンサの対向面の法線に対して垂直な面上において周方向に感度ムラが抑制された、ＳＮ比が良い欠陥検出を短時間で実施することができる。

次に、図２１及び図２２を用いて、本発明のその他の実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波測定装置の全体構成は、図１若しくは図１８に示したものと同様である。送受信に用いる素子設定が、図１３〜図１６に示すものの場合には、図１に示した超音波測定装置を用いることができる。図１７に示したものの場合には、図１８に示した超音波測定装置を用いることができる。

図２１は、本発明のその他の実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法を示すフローチャートである。図２２は、本発明のその他の実施形態による超音波測定装置において選択される送受信素子の説明図である。

本実施形態では、送受信に使用する超音波振動素子を切替えるようにしている。

図２２は、図１３に示したものと基本的に同じである。図１３にて説明したように、送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択され、また、隣接する素子が送信素子１０１Ｔとして選択されている。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択され、また、隣接する素子が受信素子１０１Ｒとして選択されている。

以上のように、送受信素子を設定した場合、探傷方向は一方向であるため、欠陥の形状や欠陥が伸びている方向によっては、探傷感度が低下する場合がある。このような場合、探傷方向を変えることで、探傷感度を向上することができる。

本実施形態では、探傷方向を変えるために、送受信に使用する超音波振動素子を切替えるようにしている。すなわち、図２２に示す線対称軸Ａｌｓ１を、矢印方向に、回転対称軸Ａｒｓを中心として、４５°回転させると、軸Ａｌｓ１’となる。同様に、線対称軸Ａｌｓ２を、矢印方向に、回転対称軸Ａｒｓを中心として、４５°回転させると、軸Ａｌｓ２’となる。これらの軸Ａｌｓ１’，Ａｌｓ２’は、図１５に示した線対称軸Ａｌｓ１，Ａｌｓ２と同じ軸である。従って、図１５にて説明したように、送信素子１０１Ｔと、受信素子１０１Ｒを選択することで、探傷方向を変えることができる。

以上のように、線対称軸に対して線対称に、送信素子及び受信素子を設定して探傷を行った後、上述のように、線対称軸を回転させて新たな線対称軸に基づいて線対称に送信素子及び受信素子を設定して、探傷を行うことで、複数方向からの探傷を行うことができる。

また、図１４に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を４５°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することで、異なる方向からの探傷が行える。

さらに、図１６に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を６０°及び１２０°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することで、異なる方向からの探傷が行える。なお、図１６に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を３０°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することができる。

また、図１７に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を１５°及び３０°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することで、異なる方向からの探傷が行える。なお、図１７に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を７．５°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することができる。

次に、図２１を用いて、送受信素子を切替ながら、探傷を行う場合の探傷方法について説明する。

設定を開始すると、ステップＳ１０１において、検査者は、アレイセンサに関する初期設定として、前述のアレイセンサを構成する超音波振動素子の素子情報や音速等、必要な情報を、設定入力画面１０４Ａ（図１）を用いて入力する。

さらに、ステップＳ１０２において、これらＮ個の超音波振動素子に対して、遅延時間や画像表示の際の基準となるセンサ中心位置を設定する。一般的には、図２に示すように、超音波振動素子の中心（中心線Ｃｙ及び中心線Ｃｘの交点）をセンサ中心Ｃとして設定する。

次に、ステップＳ１０３において、制御処理用コンピュータ１０３Ａは、アレイセンサの各超音波振動素子に対する遅延時間のパターンを計算する。

一方、ステップＳ１０４において、使用素子選択回路１０３Ｃは、ステップＳ１０１の初期設定で与えた情報を用いて、送信に用いる超音波振動素子群と受信に用いる超音波振動素子群の設定を行う。

そして、ステップＳ１０５において、送・受信部１０２は、これらの設定の元に超音波の送・受信を行い、ステップＳ１０６において、データを収録する。

次に、ステップＳ１１１において、素子切替が終了したか否かを判定し、終了してない場合には、ステップＳ１０４に戻り、新たな送受信に用いる素子を設定し、ステップＳ１０５及びＳ１０６の処理により、これらの設定の元に超音波の送・受信を行い、データを収録する。

以上説明したように、本実施形態によれば、全方位において機械走査することなく、法線とのなす角度にして０度から９０度までのある定まった屈折角範囲で点集束の効果を保ったまま超音波の送・受信が可能である。

また、底面エコーに起因するノイズを低減することによってＳＮ比を向上させることができる。

次に、図２３を用いて、本発明の第４の実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波測定装置の全体構成は、図１８に示したものと同様である。
図２３は、本発明の第４の実施形態による超音波測定装置において選択される送受信素子の説明図である。

図２３は、図１７と同様に、円形に配置されたアレイセンサを場合を示している。この例では、円周方向に２４個の超音波振動子が配置され、合計１２１個の超音波素振動子から構成されている場合を図示している。

ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。

図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。

破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。

さらに、本実施形態では、図１７と異なるのは、周方向に見た場合、送信素子と、受信素子が交互に位置するように設定されている。

この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。

ここで、図中に示す破線は、全て、回転対称軸Ａｒｓを通る線であり、線対称軸となる。従って、これらの線対称軸に対して、線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することができる。すなわち、図２３に示すような分割を行った場合は、線対称軸が十分に存在するので、この線対称軸上に焦点を設定することで、素子を随時切替る必要はなく、底面エコーに起因するノイズを低減しＳＮ比を向上させることができる。

１００…測定対象
１００Ａ…欠陥
１００Ｂ…焦点
１０１…探傷部
１０１Ａ…超音波振動素子
１０１Ｂ…アレイセンサ
１０２…送・受信部
１０２Ａ…パルサ
１０２Ｂ…送信遅延回路
１０２Ｃ…送信素子選択部
１０２Ｄ…振幅調節部
１０２Ｅ…送信増幅器
１０２Ｖ…遅延メモリ
１０２Ｗ…受信素子選択部
１０２Ｘ…アナログ-デジタル変換器
１０２Ｙ…受信増幅器
１０２Ｚ…レシーバ
１０３…制御部
１０３Ａ…制御・処理用コンピュータ
１０３Ｂ…記憶装置
１０３Ｃ…使用素子選択回路
１０３Ｄ…遅延制御回路
１０３Ｇ…重みづけ回路
１０３Ｚ…加算回路
１０４…表示部
１０４Ａ…設定入力画面
１０４Ｚ…表示画面
１０１Ｂ…アレイセンサ

Claims (10)

1. 複数の超音波振動素子が２次元的に配置された２次元アレイセンサを用いて超音波で電子走査し、測定対象内部からの反射波を用いる超音波測定方法であって、
   前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第１の線対称軸に対して線対称に全超音波振動素子の一部を送信用の複数の超音波振動素子群に設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第２の線対称軸に対して線対称に送信用の複数の超音波振動素子群に用いられなかった超音波振動素子を受信用の複数の超音波振動素子群に設定し、
   前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面に直交する回転対称軸に対し、前記送信用の複数の超音波振動素子群と前記受信用の複数の超音波振動素子群とが回転対称に配置され、
   前記第１の線対称軸に対して線対称に設定された送信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を前記測定対象の内部に集束するように送信し、
   前記第２の線対称軸に対して線対称に設定された受信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、
   得られた前記反射信号を処理して探傷する超音波測定方法であって、
   前記第１の線対称軸は、前記回転対称軸に対して回転して設定可能であり、
   前記送信用の複数の超音波振動素子群と前記受信用の複数の超音波振動素子群は、それぞれ面状に分布し、
   前記超音波の受信は、超音波振動素子毎に受信した信号に対して重み付けを施して行われることを特徴とする超音波測定方法。
2. 請求項１記載の超音波測定方法において、さらに、
   前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸を前記回転対称軸に対して所定角度回転させたときの第３の線対称軸に対して線対称に全超音波振動素子の一部を送信用の他の複数の超音波振動素子群に選択し、前記第３の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第４の線対称軸に対して線対称に送信用の複数の超音波振動素子群に用いられなかった超音波振動素子を受信用の他の複数の超音波振動素子群に選択し、
   前記第３の線対称軸に対して線対称に選択された送信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を前記測定対象の内部に集束するように送信し、
   前記第４の線対称軸に対して線対称に選択された受信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、
   得られた前記反射信号を処理して探傷することを特徴とする超音波測定方法。
3. 請求項１記載の超音波測定方法において、
   送信用の複数の前記超音波振動素子群と、受信用の複数の超音波振動素子群とが、回転対称軸を中心に９０度回転すると重なるような配置として選択されていることを特徴とする超音波測定方法。
4. 請求項１記載の超音波測定方法において、
   ２次元アレイセンサによる超音波の送信時に結ばれる焦点を複数個所設定し、
   前記複数の焦点に対し、それぞれ、測定対象内部からの反射信号を収録し、
   得られた反射信号を処理し、測定対象内部を２次元画像化または３次元画像化して表示することを特徴とする超音波測定方法。
5. 請求項４記載の超音波測定方法において、
   前記反射信号を平面に射影し、測定結果表示画面で平面表示することを特徴とする超音波測定方法。
6. 請求項５記載の超音波測定方法において、
   超音波の屈折角θ、方位角φ、反射強度Ｉの情報を表示することを特徴とする超音波測定方法。
7. 請求項６記載の超音波測定方法において、
   表示する屈折角θの範囲を指定できることを特徴とする超音波測定方法。
8. 請求項１記載の超音波測定方法において、
   超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施して、
   反射データ及び反射強度を校正することを特徴とする超音波測定方法。
9. 複数の超音波振動素子が２次元的に配置され、超音波で電子走査する２次元アレイセンサと、
   該２次元アレイセンサの超音波振動子毎から測定対象に超音波を送信し、また、前記測定対象からの反射波を受信する送・受信部と、
   該送・受信部を制御して、３次元または２次元の画像データを生成する制御部と、
   前記制御部により得られた３次元または２次元の画像データを表示する表示部とを有する超音波測定装置であって、
   前記制御部は、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第１の線対称軸に対して線対称に全超音波振動素子の一部を送信用の複数の超音波振動素子群に設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面上の第２の線対称軸に対して線対称に送信用の複数の超音波振動素子群に用いられなかった超音波振動素子を受信用の複数の超音波振動素子群に設定し、前記２次元アレイセンサの中心を通り、前記超音波振動子が配置される平面に直交する回転対称軸に対し、前記送信用の複数の超音波振動素子群と前記受信用の複数の超音波振動素子群とを回転対称に配置する素子選択部を備え、
   前記送・受信部は、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を前記第１の線対称軸に対して線対称に設定された送信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を前記測定対象の内部に集束するように送信する送信素子として選択する送信素子選択部と、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を前記第２の線対称軸に対して線対称に設定された受信用の複数の超音波振動素子群を用いて超音波を受信する受信素子として選択する受信素子選択部とを備え、
   前記第１の線対称軸は、前記回転対称軸に対して回転して設定可能であり、
   前記送信用の複数の超音波振動素子群と前記受信用の複数の超音波振動素子群は、それぞれ面状に分布し、
   前記制御部は、超音波振動素子毎に受信した信号に対して重み付けを施す重みづけ部を備えることを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項９記載の超音波測定装置において、
    前記制御部は、超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施す振幅調整部を備えることを特徴とする超音波測定装置。

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