特許 6571958 超音波検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6571958

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】超音波検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/521 20060101AFI20190826BHJP

   G01S 15/89 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/521 A

   G01S15/89

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-59268(P2015-59268)

(22)【出願日】2015年3月23日

(65)【公開番号】特開2016-176908(P2016-176908A)

(43)【公開日】2016年10月6日

【審査請求日】2018年3月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】505374783

【氏名又は名称】国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

(73)【特許権者】

【識別番号】307041573

【氏名又は名称】三菱ＦＢＲシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(72)【発明者】

【氏名】近澤 佳隆

(72)【発明者】

【氏名】荒 邦章

(72)【発明者】

【氏名】相澤 康介

(72)【発明者】

【氏名】谷口 善洋

(72)【発明者】

【氏名】由井 正弘

【審査官】 藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−３０６１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１０３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２７４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１０６３００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１５３８０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／５２− ７／６４

Ｇ０１Ｓ １５／００−１５／９６

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

Ｇ２１Ｃ １７／００−１７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

媒質中に存在する被測定対象物に対して超音波を送信する送信センサと、
貫通孔を有する支持体、並びに前記貫通孔及び前記支持体の表面を覆う金属膜体を有する受信センサとを備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体と前記金属膜体との間に、耐熱性を有し超音波を反射する伝搬防止板を設けた
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項2】

前記伝搬防止板が、前記支持体及び前記金属膜体と異なる音響インピーダンスを有する材質からなる
ことを特徴とする請求項１記載の超音波検査装置。

【請求項3】

前記伝搬防止板が、フッ素ゴムからなる
ことを特徴とする請求項２記載の超音波検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波検査装置に関し、より詳しくは、媒質中に存在する被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波を出射する超音波送信手段と、レーザ光を照射及び入射する光ファイバとを備え、前記超音波送信手段から出射された超音波の被測定対象物による反射波（受信信号）を前記光ファイバを介して受信し、受信信号を解析することにより被測定対象物の画像化を行う超音波検査装置が公知となっている（例えば、下記特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３０２１１７６号公報

【特許文献2】特許第４８９８２４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した従来の技術にあっては、例えば図６に示すように被測定対象物からの反射波６２の一部６５，６６が、センサ本体０１の内部及び受信面０２を伝播して受信点Ｐに到達することによって本来の受信信号（実信号）のノイズとなり、被測定対象物を画像化する際に画像の劣化要因となるという問題があった。また、一つの送信センサに対し複数の受信センサを設けて開口合成処理により画像化を行う場合、受信感度を向上させるためには多数の受信センサを設ける必要があり、受信センサの高密度配置を要して装置のコスト増加につながるという問題もあった。

【0005】

このようなことから本発明は、受信信号に重畳されるノイズを低減し、画像化における視認性を向上させることを可能とした超音波検査装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するための第１の発明に係る超音波検査装置は、
媒質中に存在する被測定対象物に対して超音波を送信する送信センサと、
貫通孔を有する支持体、並びに前記貫通孔及び前記支持体の表面を覆う金属膜体を有する受信センサとを備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体と前記金属膜体との間に、耐熱性を有し超音波を反射する伝搬防止板を設けたことを特徴とする。

【0007】

また、第２の発明に係る超音波検査装置は、第１の発明に係る超音波検査装置において、
前記伝搬防止板が、前記支持体及び前記金属膜体と異なる音響インピーダンスを有する材質からなることを特徴とする。

【0008】

また、第３の発明に係る超音波検査装置は、第２の発明に係る超音波検査装置において、
前記伝搬防止板が、フッ素ゴムからなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

上述した本発明に係る超音波検査装置によれば、受信信号に重畳されるノイズを低減し、相対的に受信信号の信号強度を向上させることができる。これにより、被測定対象物までの距離を高精度に測定することができ、画像処理により被測定対象物を可視化した際の視認性を向上させることができる。また、一つの送信センサに対し複数の受信センサを備えて開口合成処理により被測定対象物の可視化を行う場合、有効受信点数を低減しても従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例に係る超音波検査装置の概略構成図である。

【図2】本発明の実施例に係る超音波検査装置のセンサ部を示す断面図である。

【図3】本発明の実施例に係る超音波検査装置の受信センサの構造を示す説明図である。

【図4】図２の要部拡大図である。

【図5】同一の条件下で取得した受信超音波波形の一例を示すグラフであり、図５（ａ）は本発明の実施例に係る超音波検査装置による受信超音波波形、図５（ｂ）は従来の超音波検査装置による受信超音波波形を示す。

【図6】従来のセンサ本体の内部及び受信面を伝播する反射波の例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しつつ本発明に係る超音波検査装置の詳細を説明する。

【実施例】

【0012】

図１から図４を用いて本発明の実施例に係る超音波検査装置について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る超音波検査装置は、送信センサ１１及び受信センサ１２を有するセンサ部１０と、光信号を電気信号に変換する光学処理部２０と、光学処理部２０から入力される電気信号に基づき開口合成処理（画像処理）を行って被測定対象物５０（図２参照）を画像化する可視化部（例えば、モニタ等）３０とを備えている。
なお、光学処理部２０、可視化部３０の構成は既知のものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

【0013】

図１及び図２に示すように、本実施例において送信センサ１１は、筒状の筐体１３の内部に複数（例えば、９個）設けられ、後述するバックアッププレート１４に形成された送信センサ用貫通孔に、相互に一定間隔で離間するように二次元的かつ間欠的に配設され固定されている。この送信センサ１１は例えば圧電素子からなり、被測定対象物５０に対して超音波を出射する。
なお、図２中の符号４０は媒質（例えば、液体ナトリウム等）である。

【0014】

また、受信センサ１２は多数（例えば、約２５００個）の貫通孔（以下、受信センサ用貫通孔という）１４ｃを有して前記筺体１３の開口部を覆うバックアッププレート１４と、当該バックアッププレート１４の表面及び貫通孔１４ｃを覆うダイヤフラム（金属膜体）１６とを備えている。バックアッププレート１４は、無垢の金属材（例えば、ニッケル。以下、無垢材という）からなり、受信センサ用貫通孔１４ｃは各送信センサ１１の周囲に相互に一定間隔で離間するように二次元的にそれぞれ複数配列されている。また、ダイヤフラム１６は例えばニッケルを材料とする金属箔により形成されており、図３に破線で示すように、ダイヤフラム１６の受信センサ用貫通孔１４ｃを覆う部分が、送信センサ１１から出射された超音波６１の、被測定対象物５０によって反射された反射波６２により振動するように構成されている。なお、当該ダイヤフラム１６の送信センサ１１に対向する部分は開口しており、これにより、送信センサ１１の送信面は露出した状態となっている。

【0015】

また、図３及び図４に示すように、バックアッププレート１４の受信センサ用貫通孔１４ｃには、それぞれ光ファイバ１５がダイヤフラム１６とは非接触に固定されており、光ファイバ１５の先端がダイヤフラム１６によって非接触に覆われた状態となっている。より具体的には、図４に示すように光ファイバ１５はその先端がバックアッププレート１４のダイヤフラム１６側の面より内側（ダイヤフラム１６とは反対側）に位置付けられるようにフェルール１７を介してバックアッププレート１４に固定されている。そして、図３に示すように光ファイバ１５を介してダイヤフラム１６に対しレーザ光（以下、検査用レーザ光という）６３が照射され、また、検査用レーザ光６３のダイヤフラム１６によって反射された反射レーザ光６４が光ファイバ１５に入射されるようになっている。すなわち、本実施例では、ダイヤフラム１６の振動を反射レーザ光６４の検査用レーザ光６３に対する変調として捉え、これを受信信号（パルス）として受信するように構成されている。

【0016】

さらに、本実施例に係る超音波検査装置では、バックアッププレート１４とダイヤフラム１６との間に、伝搬防止板１８が設けられている。伝搬防止板１８は、耐熱性を有しかつ超音波を反射する材質、より具体的には、ダイヤフラム１６とは異なる音響インピーダンスであって、ダイヤフラム１６を伝搬した超音波の大部分をダイヤフラム１６と当該伝搬防止板１８との境界面で反射させることができる大きさの音響インピーダンスを有する材質（例えば、フッ素ゴム）からなる。

【0017】

なお、図３及び図４では、光ファイバ１５とダイヤフラム１６との関係を分かり易くするため、光ファイバ１５とダイヤフラム１６との間の距離を誇張して示している。また、図３及び図４に示す伝搬防止板１８の厚さは一例であって、必要に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。

【0018】

以下、図３及び図４を用いて本実施例に係る超音波検査装置による作用効果を説明する。
図３に示すように、送信センサ１１（図１，２参照）から出射された超音波６１は、被測定対象物５０によって反射され、反射波６２としてセンサ部１０（図１，２参照）に戻ってくる。一方、光ファイバ１５から照射された検査用レーザ光６３は、光ファイバ１５の先端がダイヤフラム１６によって覆われているため、上述したようにダイヤフラム１６によって反射され、反射レーザ光（受信信号）６４として光ファイバ１５に入射する。

【0019】

ここで、送信センサ１１から出射され被測定対象物５０によって反射された反射波６２がダイヤフラム１６に到達すると、ダイヤフラム１６は図３に破線で示すように振動し、これによりダイヤフラム１６によって反射された反射レーザ光６４が検査用レーザ光６３に比較して変調される。

【0020】

本実施例では、この各受信センサ１２によって得られた検査用レーザ光６３と反射レーザ光６４との間の光の変調を光学処理部２０において電気信号に変換し、可視化部３０によって開口合成処理することにより、被測定対象物５０の形状を画像化する。

【0021】

そしてこのとき、本実施例に係る超音波検査装置では、バックアッププレート１４とダイヤフラム１６との間に超音波を反射する伝搬防止板１８を設けたことにより、被測定対象物５０によって反射されダイヤフラム１６を伝搬した反射波６２は、音響インピーダンスの違いにより伝搬防止板１８によって大部分が反射される（図４の矢印参照）。

【0022】

図５に、本実施例に係る超音波検査装置による受信超音波波形と従来の超音波検査装置による受信超音波波形とを比較した結果を示す。図５（ａ）に示すように、本実施例に係る超音波検査装置によれば、バックアッププレート１４とダイヤフラム１６との間に伝搬防止板１８を設けたことにより、反射波６２は、伝搬防止板１８によって反射され、従来のように反射波６２の一部がバックアッププレート１４の内部を伝搬して受信点に到達することによりノイズを発生することが抑制されるため、受信信号にノイズが重畳することがなく、概ね超音波受信面での受信信号のみを計測することができた。一方、図５（ｂ）に示すように、従来の構造では、超音波受信面での受信信号以外に、バックアッププレート１４等の構造内を経由した波がノイズとして含まれていることが分かる。

【0023】

このように、本実施例に係る超音波検査装置によれば、被測定対象物５０によって反射された反射波６２を伝搬防止板１８によって反射させて反射波６２がバックアッププレート１４の内部に入射し、バックアッププレート１４内部でさらに反射されてダイヤフラム１６に到達することにより受信信号（パルス）にノイズが重畳するということがなくなり、相対的に受信信号の信号強度を向上させることが可能となって、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。

【0024】

なお、上述した実施例においては、センサ部１０の構成として、送信センサ１１と受信センサ１２とを一体的に備えた例を示したが、送信センサ１１と受信センサ１２とは一体的に設けられる必要はなく、超音波を出射する送信センサと、被測定対象物により反射された反射波を受信する受信センサとを備える装置であれば適用することが可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。これは以下に示す実施例においても同様である。

【0025】

また、上述した実施例においては、複数の送信センサ１１を二次元的に配置するとともに、この送信センサ１１の周囲に受信センサ用貫通孔１４ｃを二次元的に配置する例を示したが、送信センサ１１は一つであってもよく、また、送信センサ１１及び受信センサ用貫通孔１４ｃの配置は一次元的であってもよく、必要に応じて配置すればよい。

【0026】

また、上述した実施例においては、ダイヤフラム１６の振動を検知する手段として光ファイバ１５を介して伝送されるレーザ光を利用する例を示したが、ダイヤフラム１６の振動を検知する手段としては、例えば振動子等、他の手段を用いることができる。
また、上述した実施例においては、伝搬防止板１８の材質としてフッ素ゴムを挙げたが、耐熱性を有し、バックアッププレート１４及びダイヤフラム１６との境界で超音波を反射できる大きさの音響インピーダンスを有する材質であれば、他の材質を用いても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本発明は、媒質中に存在する被測定対象物を当該被測定対象物から離間した位置から測距、可視化する超音波検査装置に適用して好適なものである。

【符号の説明】

【0028】

０１ センサ本体
０２ 受信面
１０ センサ部
１１ 送信センサ
１２ 受信センサ
１３ 筺体
１４ バックアッププレート
１５ 光ファイバ
１６ ダイヤフラム
１７ フェルール
１８ 伝搬防止板
２０ 光学処理部
３０ 可視化部
４０ 媒質
５０ 被測定対象物
６１ 超音波
６２ 反射波
６３ 検査用レーザ光
６４ 反射レーザ光
６５ 一部の反射波
６６ 一部の反射波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】