特開 2024-120595 超音波検査装置及び超音波検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120595

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】超音波検査装置及び超音波検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/12 20060101AFI20240829BHJP

   G01N 29/46 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

G01N29/12

G01N29/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】29

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027487

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 睦三

(72)【発明者】

【氏名】高麗 友輔

(72)【発明者】

【氏名】大野 茂

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA05

2G047BA01

2G047BC04

2G047BC07

2G047CA01

2G047EA10

2G047GF08

2G047GF11

2G047GF18

2G047GG12

2G047GG17

2G047GG23

2G047GG32

(57)【要約】

【課題】欠陥部の検出性能、例えば検出可能な欠陥サイズが小さく、微小な欠陥でも検出可能にする超音波検査装置を提供する。
【解決手段】超音波検査装置Ｚの走査計測装置１は、送信プローブ１１０と、被検査体に関して送信プローブ１１０の反対側に設置された受信プローブ１２１とを備え、送信プローブ１１０は、波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の電圧波形を印加されて超音波ビームを放出し、送信プローブ１１０の共振周波数からずらした励起周波数で送信プローブ１１０を駆動し、制御装置２は信号処理部２５０を備え、信号処理部２５０は、受信プローブ１２１の受信信号のうちの少なくとも最大強度周波数成分を低減するフィルタ部２４０を備え、フィルタ部２４０は、最大強度周波数成分を含む基本波帯のうちの最大強度周波数成分以外の裾野成分を検出する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査装置であって、
前記被検査体への前記超音波ビームの走査及び計測を行う走査計測装置と、前記走査計測装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記走査計測装置は、
前記超音波ビームを放出する送信プローブと、前記被検査体に関して前記送信プローブの反対側に設置された、前記超音波ビームを受信する受信プローブとを備え、
前記送信プローブは、波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の電圧波形を印加されて超音波ビームを放出し、
前記送信プローブの共振周波数からずらした励起周波数で前記送信プローブを駆動し、
前記制御装置は信号処理部を備え、
前記信号処理部は、前記受信プローブの受信信号のうちの少なくとも最大強度周波数成分を低減するフィルタ部を備え、
前記フィルタ部は、前記最大強度周波数成分を含む基本波帯のうちの前記最大強度周波数成分以外の裾野成分を検出する超音波検査装置。

【請求項2】

前記受信プローブの焦点距離は、前記送信プローブの焦点距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項3】

前記受信プローブは、非収束型の受信プローブであることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項4】

前記基本波帯の周波数スペクトルの半値全幅は、前記最大強度周波数成分に対応した周波数である最大成分周波数の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項5】

前記フィルタ部は、
前記受信プローブの受信信号を周波数成分に変換する周波数成分変換部と、
前記最大強度周波数成分を含む周波数帯の除去により前記裾野成分を選択する周波数選択部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項6】

前記励起周波数は、前記基本波帯の周波数範囲に設定されることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項7】

前記波束の波数は３０以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項8】

前記励起周波数と前記共振周波数との差の絶対値は、前記最大強度周波数成分に対応した周波数である最大成分周波数の２５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項9】

前記励起周波数と前記共振周波数との差の絶対値は、前記最大強度周波数成分に対応した周波数である最大成分周波数の１５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項10】

前記フィルタ部が検出する周波数は、前記最大強度周波数成分に対応した周波数である最大成分周波数をｆｍとすると、（ｆｍ±０．２５ｆｍ）の範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項11】

気体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査装置であって、
前記被検査体への前記超音波ビームの走査及び計測を行う走査計測装置と、前記走査計測装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記走査計測装置は、
前記超音波ビームを放出する送信プローブと、前記超音波ビームを受信する受信プローブとを備え、
前記送信プローブの共振周波数からずらした励起周波数で前記送信プローブを駆動し、
前記制御装置は信号処理部を備え、
前記信号処理部は、
前記受信プローブの受信信号を周波数成分に変換する周波数変換部と、
変換された前記周波数成分のうち、周波数パラメータにより指定された周波数成分の部分を用いて、欠陥位置を示す画像を生成する画像化部と、
前記被検査体における欠陥部の検出精度に影響を与える情報と、前記周波数パラメータとを対応付けたデータベースと、
表示装置への表示を行う表示部と、
を備え、
前記表示部は、前記表示装置に、前記被検査体における欠陥部の検出精度に影響を与える情報を受け付ける入力部を表示する
超音波検査装置。

【請求項12】

前記データベースは、前記励起周波数の情報を含むことを特徴とする請求項１１に記載の超音波検査装置。

【請求項13】

気体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査方法であって、
送信プローブの共振周波数からずらした励起周波数で、前記送信プローブを励起して超音波ビームを放出する放出ステップと、
前記超音波ビームを受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記超音波ビームの信号の最大強度周波数成分を低減するフィルタ処理ステップと、
前記超音波ビームの信号における基本波帯の裾野成分を検出する信号強度算出ステップとを含む
ことを特徴とする超音波検査方法。

【請求項14】

気体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査装置であって、
前記被検査体への前記超音波ビームの走査及び計測を行う走査計測装置と、前記走査計測装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記走査計測装置は、
前記超音波ビームを放出する送信プローブと、前記被検査体に関して前記送信プローブの反対側に設置された、前記超音波ビームを受信する受信プローブとを備え、
前記送信プローブは、波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の電圧波形を印加されて超音波ビームを放出し、
前記制御装置は信号処理部を備え、
前記信号処理部は、前記受信プローブの受信信号のうちの少なくとも最大強度周波数成分を低減するフィルタ部を備え、
前記フィルタ部は、前記最大強度周波数成分を含む基本波帯のうちの前記最大強度周波数成分以外の裾野成分を検出する超音波検査装置。

【請求項15】

前記受信プローブの焦点距離は、前記送信プローブの焦点距離よりも長いことを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項16】

前記受信プローブは、非収束型のプローブであることを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項17】

前記波束の波数は３以上であることを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項18】

前記基本波帯の周波数スペクトルの半値全幅は、前記最大強度周波数成分に対応した周波数である最大成分周波数の５０％以下であることを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項19】

前記送信プローブは、狭帯域のプローブであることを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項20】

前記フィルタ部は、帯域遮断フィルタを含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項21】

前記フィルタ部は、低域通過フィルタを含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項22】

前記フィルタ部は、
前記受信プローブの受信信号を周波数成分に変換する周波数成分変換部と、
前記最大強度周波数成分を含む周波数帯の除去により前記裾野成分を選択する周波数選択部と、
を備えることを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項23】

前記フィルタ部は、
欠陥部の位置が既知の試料での健全部及び欠陥部に前記超音波ビームを照射することで得られた、周波数と信号強度との関係において、前記基本波帯のうちの異なる複数の前記裾野成分を検出する検出部と、
検出した複数の前記裾野成分同士の比較により、どの前記裾野成分を使用するかを決定する決定部とを備えることを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項24】

前記送信プローブの音軸と前記受信プローブの音軸との間の距離がゼロより大きいことを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項25】

前記送信プローブの音軸と前記受信プローブの音軸との間の距離がゼロであることを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項26】

気体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査方法であって、
送信プローブから波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の超音波ビームを放出する放出ステップと、
前記超音波ビームを受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記超音波ビームの信号の最大強度周波数成分を低減するフィルタ処理ステップと、
前記超音波ビームの信号の基本波帯の裾野成分を検出する信号強度算出ステップとを含む
ことを特徴とする超音波検査方法。

【請求項27】

前記フィルタ部が検出する周波数は、前記最大強度周波数成分に対応した周波数である最大成分周波数をｆｍとすると、（ｆｍ±０．２５ｆｍ）の範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項28】

前記フィルタ部が検出する周波数は、前記最大強度周波数成分に対応した周波数である最大成分周波数をｆｍとすると、（ｆｍ±０．１５ｆｍ）の範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【請求項29】

前記送信プローブの送信音軸が、前記被検査体を載置する試料台の載置面に対して垂直になるように、前記送信プローブが設置されたことを特徴とする請求項１４に記載の超音波検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波ビームを用いた被検査体の欠陥部の検査方法が知られている。例えば、被検査体の内部に空気等の音響インピーダンスが小さな欠陥部（空洞等）がある場合、被検査体の内部で音響インピーダンスのギャップが生じるため、超音波ビームの透過量が小さくなる。従って、超音波ビームの透過量を計測することで、被検査体内部の欠陥部を検出できる。

【0003】

超音波検査装置について特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の超音波検査装置では、連続する所定個数の負の矩形波からなる矩形波バースト信号を被検体に空気を介して対向配設された送信超音波探触子に印加する。被検体に空気を介して対向配設され受信超音波探触子で被検体を伝搬した超音波を透過波信号に変換する。この透過波信号の信号レベルに基づき被検体の欠陥の有無を判定する。また、送信超音波探触子及び受信超音波探触子は、振動子及び当該振動子の超音波の送受信側に取付られた前面板の音響インピーダンスを、被検体に当接して使用する接触型超音波探触子に比較して低く設定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－１２８９６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の超音波検査装置では、被検査体中の微小な欠陥を検出することが困難であるという課題がある。特に、検出しようとする欠陥のサイズが、超音波ビームよりも小さい場合に、欠陥の検出が困難になる。
本開示が解決しようとする課題は、欠陥部の検出性能、例えば検出可能な欠陥サイズが小さく、微小な欠陥でも検出可能にする超音波検査装置及び超音波検査方法の提供である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の超音波検査装置は、気体を介して被検査体に超音波ビームを入射することにより前記被検査体の検査を行う超音波検査装置であって、前記被検査体への前記超音波ビームの走査及び計測を行う走査計測装置と、前記走査計測装置の駆動を制御する制御装置とを備え、前記走査計測装置は、前記超音波ビームを放出する送信プローブと、前記被検査体に関して前記送信プローブの反対側に設置された、前記超音波ビームを受信する受信プローブとを備え、前記送信プローブは、波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の電圧波形を印加されて超音波ビームを放出し、前記送信プローブの共振周波数からずらした励起周波数で前記送信プローブを駆動し、前記制御装置は信号処理部を備え、前記信号処理部は、前記受信プローブの受信信号のうちの少なくとも最大強度周波数成分を低減するフィルタ部を備え、前記フィルタ部は、前記最大強度周波数成分を含む基本波帯のうちの前記最大強度周波数成分以外の裾野成分を検出する。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、欠陥部の検出性能、例えば検出可能な欠陥サイズが小さく、微小な欠陥でも検出可能にする超音波検査装置及び超音波検査方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。

【図2】送信プローブの構造を示す断面模式図である。

【図3A】従来の超音波検査方法での超音波ビームの伝搬経路を示す図であり、健全部への入射時を示す図である。

【図3B】従来の超音波検査方法での超音波ビームの伝搬経路を示す図であり、欠陥部への入射時を示す図である。

【図4】被検査体内での欠陥部と超音波ビームとの相互作用を示す図であり、直達する超音波ビームを受信する様子を示す図である。

【図5】欠陥部と相互作用した超音波ビームである散乱波を模式的に示した図である。

【図6】制御装置の機能ブロック図である。

【図7】受信信号の周波数成分の分布を模式的に示した図である。

【図8A】欠陥部をまたがるように送信プローブ及び受信プローブを走査したときの信号強度情報の位置による変化を示したものである。

【図8B】フィルタ部を備えた制御装置により、信号強度情報を測定した結果である。

【図9】送信プローブに印加するバースト波の電圧波形である。

【図10】図９に示す条件での受信信号の周波数成分分布を示したものである。

【図11】受信信号の周波数成分分布（周波数スペクトル）の実測データを、健全部（実線）と欠陥部（破線）とで比較した図である。

【図12A】波数を変えた時の送信超音波の周波数スペクトルを示す。

【図12B】波数が３個（破線）、５個（実線）、１０個（一点鎖線）の場合の周波数スペクトルである。

【図13】基本波帯の周波数スペクトルを模式的に示した図である。

【図14】基本波帯の半値全幅比（ＦＷＨＭ比）と波数との関係を示す図である。

【図15A】帯域遮断フィルタでのゲイン（利得）の周波数特性を示す。

【図15B】帯域遮断フィルタで処理した後の信号の周波数特性を模式的に示した図である。

【図16A】低域通過フィルタでのゲイン（利得）の周波数特性を示す。

【図16B】低域通過フィルタで処理した後の信号の周波数特性を模式的に示した図である。

【図17A】高域通過フィルタでのゲイン（利得）の周波数特性を示す。

【図17B】高域通過フィルタで処理した後の信号の周波数特性を模式的に示した図である。

【図18】デジタル方式のフィルタ部を示すブロック図である。

【図19】別の実施形態に係るフィルタ部を示すブロック図である。

【図20A】送信プローブの焦点距離と受信プローブの焦点距離を等しくした場合の超音波ビームの伝播経路を模式的に示した図である。

【図20B】送信プローブの焦点距離よりも、受信プローブの焦点距離を長くした場合の超音波ビームの伝播経路を模式的に示した図である。

【図21】送信プローブにおけるビーム入射面積及び受信プローブにおけるビーム入射面積の関係を説明する図である。

【図22】第２実施形態での超音波検査装置の構成を示す図である。

【図23A】送信音軸、受信音軸及び偏心距離を説明する図であり、送信音軸及び受信音軸が鉛直方向に延びる場合である。

【図23B】送信音軸、受信音軸及び偏心距離を説明する図であり、送信音軸及び受信音軸が傾斜して延びる場合である。

【図24】第３実施形態での超音波検査装置の構成を示す図である。

【図25】第３実施形態による効果が生じる理由を説明する図である。

【図26】第４実施形態での超音波検査装置における制御装置２の機能ブロック図である。

【図27】第５実施形態での超音波検査装置における制御装置２の機能ブロック図である。

【図28】第６実施形態での超音波検査装置における制御装置２の機能ブロック図である。

【図29】制御装置のハードウェア構成を示す図である。

【図30】上記各実施形態の超音波検査方法を示すフローチャートである。

【図31】第７実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。

【図32】制御装置の機能ブロック図である。

【図33A】欠陥部をまたがるように送信プローブ及び受信プローブを走査したときの信号強度情報の位置による変化を示したものである。

【図33B】送信プローブの励起周波数ｆｅｘを０．７８ＭＨｚに設定するとともに、フィルタ部を備えた制御装置により、信号強度情報を測定した結果である。

【図34】第７実施形態に示す条件での受信信号の周波数成分分布を示したものである。

【図35】受信信号の周波数成分分布（周波数スペクトル）の実測データを、健全部（実線）と欠陥部（破線）とで比較した図である。

【図36A】波束の波数と、その超音波の基本波帯の周波数スペクトルである。

【図36B】図３６Ａに示したスペクトルの基本波帯の半値全幅が波束の波数Ｎ０に対してどのように変化するかを示した図である。

【図37】励起周波数ｆｅｘを変えて、受信信号の周波数スペクトルを測定した結果である。

【図38】１つの波束の時間領域において、瞬時周波数の変化を示す図である。

【図39】第８実施形態での超音波検査装置Ｚにおける制御装置の機能ブロック図である。

【図40】第９実施形態での超音波検査装置Ｚにおける制御装置の機能ブロック図である。

【図41】第１１実施形態での超音波検査装置の構成を示す図である。

【図42】第１３実施形態の制御装置２の機能ブロック図である。

【図43A】データベースの一例である。

【図43B】図４３Ａに示すデータベースを立体的に示す図である。

【図44】本開示の例での超音波検査装置の操作画面の構成例を模式的に示す図である。

【図45】第１４実施形態で被検査体Ｅの欠陥画像を得るステップを示す図である。

【図46】標準検査体を模擬欠陥を横切るように走査しながら、超音波ビームを送信して受信信号を計測し、受信信号を適切な信号処理により信号量を算出してプロットした結果である。

【図47】第１５実施形態で被検査体の欠陥画像を得るステップを示す図である。

【図48】ステップで表示される周波数スペクトルである。

【図49】第１６実施形態の超音波検査装置の機能ブロック図である。

【図50】制御装置のハードウェア構成を示す図である。

【図51】上記各実施形態の超音波検査方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態（実施形態と称する）を説明する。ただし、本開示は以下の実施形態に限られず、例えば異なる実施形態同士を組み合わせたり、本開示の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形したりできる。また、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。更に、同じ機能を有するものは同じ名称を付すものとする。図示の内容は、あくまで模式的なものであり、図示の都合上、本開示の効果を著しく損なわない範囲で実際の構成から変更することがある。

【0010】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。図１では、走査計測装置１は、断面模式図で示している。図１には、紙面左右方向としてのｘ軸、紙面直交方向としてのｙ軸、紙面上下方向としてのｚ軸を含む直交３軸の座標系が示される。

【0011】

超音波検査装置Ｚは、流体Ｆを介して被検査体Ｅに超音波ビームＵ（後記する）を入射することにより被検査体Ｅの検査を行うものである。本実施形態では、流体Ｆは空気等の気体Ｇである。被検査体Ｅは流体Ｆ中に存在する。第１実施形態では、流体Ｆとして空気（気体Ｇの一例）が使用される。従って、走査計測装置１の筐体１０１の内部は空気で満たされた空洞となっている。図１に示すように、超音波検査装置Ｚは、走査計測装置１と、制御装置２と、表示装置３とを備える。表示装置３は制御装置２に接続される。

【0012】

走査計測装置１は、被検査体Ｅへの超音波ビームＵの走査及び計測を行うものであり、筐体１０１に固定された試料台１０２を備え、試料台１０２には被検査体Ｅが載置される。被検査体Ｅは、動かないように固定具で試料台１０２に固定されるとなお好ましい。被検査体Ｅが充分に重く不用意に動かない場合などは、固定具が無くてもよい。被検査体Ｅは、任意の材料で構成されている。被検査体Ｅは例えば固体材料であり、より具体には例えば金属、ガラス、樹脂材料、あるいはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック、Ｃａｒｂｏｎ－Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材料等である。また、図１の例において、被検査体Ｅは内部に欠陥部Ｄを有している。欠陥部Ｄは、空洞等である。欠陥部Ｄの例は、空洞、本来あるべき材料と異なる異物材等である。被検査体Ｅにおいて、欠陥部Ｄ以外の部分を健全部Ｎと称する。

【0013】

欠陥部Ｄと健全部Ｎとは、構成する材料が異なるため、両者の間では音響インピーダンスが異なり、超音波ビームＵの伝搬特性が変化する。超音波検査装置Ｚは、この変化を観測して、欠陥部Ｄを検出する。

【0014】

走査計測装置１は、超音波ビームＵを放出する送信プローブ１１０と、受信プローブ１２１とを有する。送信プローブ１１０は、送信プローブ走査部１０３を介して筐体１０１に設置され、超音波ビームＵを放出する。受信プローブ１２１は、被検査体Ｅに関して送信プローブ１１０の反対側に設置された、超音波ビームＵを受信するものである。受信プローブ１２１は、送信プローブ１１０と同軸に配置された（後記する偏心距離Ｌがゼロ）の受信プローブ１４０（同軸配置受信プローブ）である。従って、第１実施形態では、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１（音軸）と受信プローブ１４０の受信音軸ＡＸ２（音軸）との間の偏心距離Ｌ（距離。後記する。）がゼロである。これにより、送信プローブ１１０及び受信プローブ１４０を容易に設置できる。

【0015】

ここで、「送信プローブ１１０の反対側」とは、被検査体Ｅにより区切られる２つの空間のうち、送信プローブ１１０が位置する空間と反対側（ｚ軸方向において反対側）の空間という意味であり、ｘ、ｙ座標が同一の反対側（つまり、ｘｙ平面に関して面対称の位置）という意味ではない。

【0016】

本開示での、被検査体Ｅに関して送信プローブ１１０の反対側に受信プローブ１４０を配置する構成は、透過型配置に対応する。超音波検査装置Ｚでは、この他、被検査体Ｅに関して送信プローブと同じ側に受信プローブを配置する、反射型配置も知られている。

【0017】

透過型配置は、透過法とも呼ばれる。透過型配置では、被検査体Ｅを透過してきた超音波ビームＵが受信される。被検査体Ｅ内の欠陥部Ｄの存在による超音波ビームＵの透過量の変化により、欠陥部Ｄが検出される。これに対して、反射型配置は、反射法とも呼ばれ、欠陥部Ｄで反射された超音波ビームＵを検出することで、欠陥部Ｄが検出される。

【0018】

本開示の例では、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１が、試料台１０２の載置面１０２１に対して垂直になるように、送信プローブ１１０が設置される。即ち、送信音軸ＡＸ１が試料台１０２の被検査体Ｅの載置面１０２１の法線方向になるように送信プローブ１１０が設置される。このようにすると、板状の被検査体Ｅにおいては、被検査体Ｅの表面に垂直に送信音軸ＡＸ１が配置されるので、走査位置と欠陥部Ｄの位置との対応関係がわかり易くなるという効果がある。

【0019】

但し、送信音軸ＡＸ１が試料台１０２の被検査体Ｅの載置面１０２１に対して垂直になるように送信プローブ１１０を設置することに本開示が限定されるわけではない。送信音軸ＡＸ１が試料台１０２の被検査体Ｅの載置面１０２１に対して垂直でない場合でも、本開示の効果はある。後者の場合、欠陥部Ｄの位置を正確に知るには、垂直方向からの送信音軸ＡＸ１の傾きに応じて、送信音軸ＡＸ１の経路を計算すればよい。

【0020】

ここで、送信プローブ１１０と受信プローブ１２１との位置関係について述べる。送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１と受信プローブ１２１の受信音軸ＡＸ２との距離を偏心距離Ｌ（後記）と定義する。第１実施形態では、上記のように、偏心距離Ｌがゼロに設定される。即ち、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とが同軸上になるような受信プローブ１２１が配置される。これを同軸配置と呼ぶ。なお、本開示では、偏心距離Ｌは０に限定されるものではない。

【0021】

本開示では、受信プローブ１２１の配置位置として、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とを同軸に配置したものを同軸配置と呼び、２つの音軸（送信音軸ＡＸ１及び受信音軸ＡＸ２）をずらしたもの（即ち、偏心させた配置）を偏心配置と呼ぶ。本開示は、受信プローブ１２１を同軸配置にした場合と、偏心配置にした場合とのいずれの場合でも効果を奏する。従って、本開示は、受信プローブ１２１の配置として、同軸配置及び偏心配置のいずれも含む。偏心配置の具体的な図示は後記する。

【0022】

本開示において、特に、受信配置位置を指定する場合には、同軸配置された受信プローブ１２１を受信プローブ１４０（同軸配置受信プローブ）と記し、偏心配置された受信プローブ１２１を、受信プローブ１２０（偏心配置受信プローブ）と記すことにする。

【0023】

受信プローブ１２１と記した場合は、同軸配置か偏心配置かは特段に指定しない。

【0024】

音軸とは、超音波ビームＵの中心軸と定義される。ここで、送信音軸ＡＸ１は、送信プローブ１１０が放出する超音波ビームＵの伝搬経路の音軸と定義される。言い換えると、送信音軸ＡＸ１は、送信プローブ１１０が放出する超音波ビームＵの伝搬経路の中心軸である。送信音軸ＡＸ１は、後記するように、被検査体Ｅの界面による屈折を含めることとする。つまり、送信プローブ１１０から放出された超音波ビームＵが、被検査体Ｅの界面で屈折する場合は、その超音波ビームＵの伝搬経路の中心（音軸）が送信音軸ＡＸ１となる。

【0025】

また、受信音軸ＡＸ２は、受信プローブ１２１が超音波ビームＵを放出すると想定した場合の仮想的な超音波ビームの伝搬経路の音軸と定義される。言い換えると、受信音軸ＡＸ２は、受信プローブ１２１が超音波ビームＵを放出すると想定した場合の仮想的な超音波ビームの中心軸である。

【0026】

具体例として、探触子面１１４（後記）が平面状である非収束型の受信プローブ１２１の場合を述べる。この場合、受信音軸ＡＸ２の方向は探触子面１１４の法線方向であり、探触子面１１４の中心点を通る軸が受信音軸ＡＸ２になる。探触子面１１４が長方形の場合は、その中心点は長方形の対角線の交点と定義する。

【0027】

走査計測装置１には、制御装置２が接続されている。制御装置２は、走査計測装置１の駆動を制御するものであり、送信プローブ走査部１０３及び受信プローブ走査部１０４に指示することで、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１の移動（走査）を制御する。送信プローブ走査部１０３及び受信プローブ走査部１０４がｘ軸及びｙ軸方向に同期して移動することにより、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１は被検査体Ｅをｘ軸及びｙ軸方向に走査する。更に、制御装置２は、送信プローブ１１０から超音波ビームＵを放出し、受信プローブ１２１から取得した信号に基づいて波形解析を行う。なお、送信プローブ１１０の走査方向であるｘ軸及びｙ軸方向の２つの軸が作る平面を走査面と呼ぶことにする。

【0028】

なお、第１実施形態では、被検査体Ｅが試料台１０２を介して筐体１０１に固定された状態、つまり、被検査体Ｅは筐体１０１に対し固定された状態で、送信プローブ１１０と受信プローブ１２１とを走査する例が示される。これとは逆に、送信プローブ１１０と受信プローブ１２１とが筐体１０１に対して固定され、試料台１０２の位置をｘ軸及びｙ軸方向に走査する構成としてもよい。この構成では、試料台１０２に載置された被検査体Ｅも移動するので、送信プローブ１１０との相対位置がｘ軸およびｙ軸方向に走査される。

【0029】

送信プローブ１１０と被検査体Ｅとの間、及び受信プローブ１２１と被検査体Ｅとの間には、図示の例では気体Ｇが介在する。このため、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を被検査体Ｅに非接触で検査できるため、ｘｙ面内方向の相対位置をスムーズかつ高速に変えることが可能である。即ち、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１と被検査体Ｅとの間に気体Ｇを介在させることにより、スムーズな走査が可能になる。

【0030】

送信プローブ１１０から局所的な超音波ビームＵを発することで、局所的な超音波ビームＵが被検査体Ｅに局所的に照射する。局所的な超音波ビームＵを照射する位置は走査して変える。前述の通り、被検査体Ｅの欠陥部Ｄと健全部Ｎとで受信プローブ１２１に到達する超音波ビームＵが変化するので、この構成により欠陥部Ｄを検出することができる。

【0031】

局所的な超音波ビームＵを生成するために、本実施形態では収束型の送信プローブ１１０を用いることができる。収束型の送信プローブ１１０の具体的な構成は後述する。局所的な超音波ビームＵを生成する構成としては、超音波ビームＵを発生する圧電素子（後記する振動子１１１。以下同じ）の面積を小さくすることでビーム径を小さくする構成を用いてもよい。収束型の送信プローブ１１０では、圧電素子の面積を大きくしながら、ビーム径を小さくできるので、ビーム強度が強くて、かつビーム径が小さい局所的な超音波ビームＵを発生できるのでより好ましい。

【0032】

送信プローブ１１０は、収束型の送信プローブ１１０である。一方で、受信プローブ１２１は、収束性が送信プローブ１１０よりも緩いプローブである。本実施形態では、受信プローブ１２１には探触子面が平面である非収束型のプローブが使用される。このような、非収束型の受信プローブ１２１を用いることで、幅広い範囲について欠陥部Ｄの情報を収集することができる。

【0033】

図２は、送信プローブ１１０の構造を示す断面模式図である。図２では、簡略化のために、放出される超音波ビームＵの外郭のみを図示しているが、実際には、探触子面１１４の全域にわたり、探触子面１１４の法線ベクトル方向に多数の超音波ビームＵが放出される。

【0034】

送信プローブ１１０は、超音波ビームＵを収束するように構成される。これにより、被検査体Ｅ中の微小な欠陥部Ｄを高精度に検出できる。微小な欠陥部Ｄを検出できる理由は後記する。送信プローブ１１０は、送信プローブ筐体１１５を備え、送信プローブ筐体１１５の内部に、バッキング１１２と、振動子１１１と、整合層１１３とを備える。振動子１１１には電極（不図示）が取り付けられており、電極はリード線１１８により、コネクタ１１６に接続されている。さらに、コネクタ１１６はリード線１１７により電源装置（不図示）及び制御装置２に接続される。

【0035】

本開示において、送信プローブ１１０又は受信プローブ１２１の探触子面１１４とは、整合層１１３を備える場合は整合層１１３の表面と定義し、整合層１１３を備えない場合は振動子１１１の表面と定義する。即ち、探触子面１１４は、送信プローブ１１０の場合は、超音波ビームＵを放出する面であり、受信プローブ１２１の場合は、超音波ビームＵを受信する面である。

【0036】

ここで、比較例として、従来の超音波検査の手法を説明する。

【0037】

図３Ａは、従来の超音波検査方法での超音波ビームＵの伝搬経路を示す図であり、健全部Ｎへの入射時を示す図である。図３Ｂは、従来の超音波検査方法での超音波ビームＵの伝搬経路を示す図であり、欠陥部Ｄへの入射時を示す図である。従来の超音波検査方法では、例えば特許文献１に記載されているように、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とが一致するように、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１としての受信プローブ１４０が配置される。

【0038】

図３Ａに示すように、被検査体Ｅの健全部Ｎに超音波ビームＵが入射された場合、超音波ビームＵが被検査体Ｅを通過して受信プローブ１４０に到達する。従って、受信信号が大きくなる。一方、図３Ｂに示すように、欠陥部Ｄに超音波ビームＵが入射された場合、欠陥部Ｄにより超音波ビームＵの透過が阻止されるために受信信号が減少する。このように受信信号の減少により欠陥部Ｄを検出する。これは、特許文献１に示されている通りである。

【0039】

ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、欠陥部Ｄにおいて超音波ビームＵの透過が阻止されることによって受信信号が減少し、欠陥部Ｄを検出する方法を、ここでは「阻止法」と呼ぶことにする。

【0040】

従来技術の問題点は、欠陥サイズがビームサイズよりも小さくなると検出が困難になることである。この点を、図４を参照して説明する。

【0041】

図４は、被検査体Ｅ内での欠陥部Ｄと超音波ビームＵとの相互作用を示す図であり、直達する超音波ビームＵ（以下、「直達波Ｕ３」という）を受信する様子を示す図である。直達波Ｕ３については後記する。ここでは、欠陥部Ｄの大きさが超音波ビームＵの幅（以下、ビーム幅ＢＷと称する）よりも小さい場合を考察する。ここでのビーム幅ＢＷとは、欠陥部Ｄに到達した時の超音波ビームＵの幅である。

【0042】

また、図４は、欠陥部Ｄ近傍の微小領域での超音波ビームＵの形状を模式的に示しているので超音波ビームＵを平行に描いてあるが、実際には収束させた超音波ビームＵである。さらに、図４での受信プローブ１２１の位置は、わかりやすく説明するために概念的な位置を記入したものであり、受信プローブ１２１の位置と形状は正確にスケールされていない。即ち、欠陥部Ｄと超音波ビームＵとの形状の拡大スケールで考えると、図４に示す位置よりも、図面上下方向で離れた位置に受信プローブ１２１は位置する。

【0043】

図４では、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とを一致させた阻止法の場合が示される。欠陥部Ｄがビーム幅ＢＷよりも小さい場合、一部の超音波ビームＵは阻止されるので受信信号は減少するが、ゼロにはならない。例えば、欠陥部Ｄの断面積がビーム幅ＢＷで規定されるビーム断面積の５％の場合、受信信号は概ね５％の減少に止まるので、欠陥部Ｄの検出が困難である。つまり、図４に示すような場合、欠陥部Ｄが存在する箇所では、受信信号が５％減少するにとどまる。このように、欠陥部Ｄがビーム幅ＢＷよりも小さい場合、欠陥部Ｄと相互作用することなく、素通りするビームが多くなるので、欠陥の検出が困難になる。

【0044】

図５は、欠陥部Ｄと相互作用した超音波ビームＵである散乱波Ｕ１を模式的に示した図である。本開示では、欠陥部Ｄと相互作用した超音波ビームＵを散乱波Ｕ１と呼ぶ。従って、本開示での「散乱波Ｕ１」とは、欠陥部Ｄと相互作用した超音波を指す。散乱波Ｕ１には、図５のように方向を変える波もある。また、散乱波Ｕ１には、欠陥部Ｄとの相互作用により波の位相又は周波数の少なくとも一方が変化するが、進行方向は変わらない波もある。欠陥部Ｄと相互作用することなく、通過する超音波を直達波Ｕ３と呼ぶ。直達波Ｕ３と区別して、散乱波Ｕ１のみを検出できれば、小さな欠陥部Ｄを検出し易くできる。本開示では、周波数の違いに着目することで、散乱波Ｕ１が効率的に検出される。

【0045】

本実施形態では、送信プローブ１１０と被検査体Ｅとの間の流体Ｆとして空気等の気体Ｇが使用される。この場合、以下に述べる理由から、従来法である阻止法では微小な欠陥部Ｄの検出がとりわけ困難になる。このため、散乱波Ｕ１を検出する本開示の効果が大きい。

【0046】

液体中と比較して、気体Ｇ中では超音波の減衰量が大きい。超音波の気体Ｇ中での減衰量は周波数の２乗に比例することが知られている。このため、気体Ｇ中で超音波を伝搬させるには１ＭＨｚ程度が上限となる。液体中の場合は、５ＭＨｚ～数１０ＭＨｚの超音波でも伝搬するので、気体Ｇ中で使用可能な周波数は、液体中のそれより小さいことになる。

【0047】

一般に、超音波ビームＵの周波数が低くなると、超音波ビームＵの収束が困難になる。そのため、気体Ｇ中を伝搬させる１ＭＨｚの超音波ビームＵは、液体中の超音波ビームＵと比べて収束可能なビーム径が大きくなる。一方、上記図４に示したように、従来法である阻止モードでは、ビームサイズよりも小さな欠陥部Ｄを検出することが困難である。しかし、本開示によれば、上記図５に示したように、散乱波Ｕ１の成分の割合を増やして検出するため、ビームサイズよりも小さな欠陥部Ｄを検出することが可能である。

【0048】

図６は、制御装置２の機能ブロック図である。制御装置２は、走査計測装置１の駆動を制御するものである。制御装置２は、送信系統２１０と、受信系統２２０と、データ処理部２０１と、スキャンコントローラ２０４と、駆動部２０２と、位置計測部２０３と、信号処理部２５０とを備える。受信系統２２０とデータ処理部２０１とを合わせて、信号処理部２５０と呼ぶ。信号処理部２５０は、受信プローブ１２１からの信号を増幅処理、フィルタ処理等により、有意な情報を抽出する信号処理を行う。

【0049】

送信系統２１０は、送信プローブ１１０への印加電圧を生成する系統である。送信系統２１０は、波形発生器２１１及び信号アンプ２１２を備える。波形発生器２１１でバースト波信号が発生する。そして、発生したバースト波信号は信号アンプ２１２で増幅される。信号アンプ２１２から出力された電圧は送信プローブ１１０に印加される。

【0050】

このようにして、制御装置２に含まれる送信系統２１０はバースト波の電圧波形を出力し、出力されたバースト波の電圧波形が送信プローブ１１０に印加される。本開示では、バースト波は繰り返し波束とも呼ぶ。バースト波の波形については後述する。

【0051】

信号処理部２５０は、受信系統２２０を備える。受信系統２２０は、受信プローブ１２１から出力される受信信号を検出する系統である。受信プローブ１２１から出力された信号は、信号アンプ２２２に入力されて増幅される。増幅された信号は、フィルタ部２４０（遮断フィルタ）に入力される。フィルタ部２４０は、入力信号の特定の周波数範囲の成分を低減する（遮断する）。フィルタ部２４０については後述する。フィルタ部２４０からの出力信号は、データ処理部２０１に入力される。

【0052】

データ処理部２０１では、フィルタ部２４０から入力された信号から、信号強度データを生成する。信号強度データの生成方法として、本実施例ではピーク間信号量（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｐｅａｋ ｓｉｇｎａｌ）を用いた。これは信号のうち最大値と最小値との差である。信号強度データの生成方法には、この他、フーリエ変換をして特定周波数範囲の周波数成分の強度を用いてもよい。

【0053】

データ処理部２０１は、スキャンコントローラ２０４から走査位置の情報も受け取る。このようにして、現在の２次元走査位置（ｘ、ｙ）における信号強度データの値が得られる。信号強度データの値を走査位置に対してプロットすると、欠陥部Ｄの位置又は形状の少なくとも一方に対応した画像（欠陥画像）が得られる。この欠陥画像は表示装置３に出力される。

【0054】

（フィルタ部２４０）
本開示においてフィルタ部２４０は、所定の周波数範囲の信号成分の強度を低減させる信号処理を行う制御部と定義される。また、フィルタ処理は、所定の周波数範囲の信号成分の強度を低減させる信号処理と定義される。受信信号をフーリエ変換等で周波数成分毎の成分強度に分解した際、成分強度が最大になる周波数を最大成分周波数と呼ぶ。最大強度周波数成分は最大成分周波数における周波数成分である。即ち、最大成分周波数は、最大強度周波数成分に対応した周波数である。本開示のフィルタ部２４０は、最大強度周波数成分を含む基本波帯、即ち、最大成分周波数を含む周波数範囲の信号成分の強度を低減する。なお、周波数成分毎の成分強度の分布を周波数スペクトルと呼ぶ。

【0055】

図７は、受信信号の周波数成分の分布（周波数スペクトル）を模式的に示した図である。図７を用いて、フィルタ部２４０をさらに具体的に説明する。同図において、横軸が周波数、縦軸は成分強度（強度）を示す。縦軸は、対数スケールで示してあり、幅広い強度範囲を模式的に示している。

【0056】

成分強度が最大になる最大成分周波数をｆｍとする。最大成分周波数ｆｍは、送信プローブ１１０から送信したバースト波の基本周波数ｆ０にほぼ等しい。信号の周波数成分は、最大成分周波数ｆｍの前後に広がりを持ち、これを基本波帯Ｗ１と呼ぶ。

【0057】

最大成分周波数ｆｍのＮ倍の周波数（Ｎ×ｆｍ）の成分は、高調波である。最大成分周波数ｆｍの１／Ｎ倍の周波数（ｆｍ／Ｎ）の成分は、分調波である。ここで、Ｎは、Ｎ≧２の整数である。高調波、分調波もそれぞれ広がりをもつ。本開示では、高調波、分調波が周波数的な広がりを持つことを特に強調する場合に、それぞれ高調波帯、分調波帯と呼ぶ。従って、単に「高調波」と記した場合も、周波数的な広がりを持つ。高調波帯、分調波帯は、非線形現象で発生するものであり、被検査体Ｅに入力した超音波ビームＵの音圧が極めて強い場合に発生する。

【0058】

第１実施形態のように、送信プローブ１１０と被検査体Ｅとの間に気体Ｇを介した場合には、被検査体Ｅの内部に音圧が強い超音波ビームＵを入れることは、一般的には困難なため、高調波帯又は分調波帯の少なくとも一方は観測されないことが多い。第１実施形態での条件でも、高調波帯及び分調波帯は検出限界以下であった。

【0059】

図７に示すように、基本波帯Ｗ１は周波数的に広がりを持つ。基本波帯Ｗ１のうち、最大成分周波数ｆｍの成分以外の周波数成分を「裾野成分Ｗ３」と呼ぶことにする。裾野成分Ｗ３には、基本波のサイドローブも含まれる。

【0060】

第１実施形態では、フィルタ部２４０は、最大成分周波数ｆｍを含む遮断周波数範囲の成分強度を低減する。即ち、フィルタ部２４０は、受信プローブ１２１の受信信号のうちの少なくとも最大強度周波数成分（最大成分周波数ｆｍに対応する成分）を低減する。そして、フィルタ部２４０は、最大強度周波数成分を含む基本波帯Ｗ１のうちの最大強度周波数成分以外の裾野成分Ｗ３を検出する。フィルタ部２４０により、遮断周波数範囲の成分強度が低減するので、フィルタ部２４０を通過した後の信号では、基本波帯Ｗ１のうち裾野成分Ｗ３が占める割合が増加する。このようにすることで、後記のように、欠陥部Ｄの検出性能を向上できる。

【0061】

図８Ａは、欠陥部Ｄに跨るように送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を走査したときの信号強度情報の位置による変化を示したものである。図８Ａでは、上記図６の構成からフィルタ部２４０を除いた構成で測定した結果である。健全部Ｎでの信号強度はｖ０である。一方で、欠陥部Ｄに対応する位置（ｘ＝０）で、信号強度がΔｖだけ低下しており、欠陥部Ｄを検出できている。しかし、信号強度の変化率（Δｖ／ｖ０）は小さい。ここで信号強度の変化率とは、欠陥部Ｄでの信号変化量Δｖを健全部Ｎでの信号強度ｖ０で割った値と定義する。

【0062】

図８Ｂは、フィルタ部２４０を備えた制御装置２（図６）により、信号強度情報を測定した結果である。欠陥部Ｄの場所での信号強度の変化率（Δｖ／ｖ０）が大きくなり、欠陥部Ｄの検出性が改善したことがわかる。

【0063】

図８Ａ及び図８Ｂの実験結果を取得した実験条件を説明する。

【0064】

図９は、送信プローブ１１０に印加するバースト波の電圧波形である。横軸は時間、縦軸は電圧である。図９の例では、基本周波数ｆ０が０．８２ＭＨｚの正弦波が１０波印加される。この１０波を波束と呼ぶ。なお、基本周波数ｆ０の逆数を基本周期Ｔ０と呼ぶ。基本周期Ｔ０は、同図に示した通り、１波束を構成する波の周期である。波束は繰り返し周期Ｔｒ＝５ｍｓで印加される。従って、送信プローブ１１０は、波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の電圧波形を印加されて超音波ビームＵを放出する。

【0065】

なお、本実施形態では各々の波束は基本周波数ｆ０の正弦波を用いたが，正弦波以外でも良い。例えば、波束は、波数Ｎ０の矩形波で構成された波束であってもよい。

【0066】

波束の波数Ｎ０とは、１つの波束に含まれる基本周波数ｆ０の波の個数（サイクル数）である。本開示では、波束の波数Ｎ０は２以上であり、波束の波数Ｎ０は３以上であることが好ましい。従って、送信プローブ１１０は、波数Ｎ０が２以上の波束で構成される繰り返し波束の電圧波形を印加されて超音波ビームＵを放出する。本実施形態の実験条件では、前述の通り波数Ｎ０は１０波である。波束を繰り返す、繰り返し波束の波形をバースト波と呼ぶ。

【0067】

図１０は、図９に示す条件での受信信号の周波数成分分布を示したものである。同図は、横軸が周波数で、縦軸がそれぞれの周波数での成分強度の実測データをプロットしている。このグラフは、フィルタ部２４０で処理していない信号の周波数成分分布である。成分強度が最大になる０．８２ＭＨｚが最大成分周波数ｆｍである。基本波帯Ｗ１は、０．７４ＭＨｚから０．８８ＭＨｚに拡がっており、このうち最大成分周波数ｆｍを除いた成分が裾野成分Ｗ３である。本実施形態では、最大成分周波数ｆｍは、送信プローブ１１０が送信する超音波の基本周波数ｆ０と等しくなっている。このように、多くの場合、最大成分周波数ｆｍは送信する超音波の基本周波数ｆ０に概ね等しくなる。

【0068】

フィルタ部２４０（図６）は、上記のように、最大成分周波数ｆｍを除く。具体的には、図示の例では、フィルタ部２４０（図６）は０．７８ＭＨｚ以下の裾野成分Ｗ３を透過させ、０．８２ＭＨｚを含む、０．７８ＭＨｚを超える波を遮断する。このようなフィルタ部２４０を用いると、上記図８Ｂのように、欠陥部Ｄでの信号強度の変化率が増大し、欠陥の検出性が大幅に改善することがわかる。

【0069】

図１１は、受信信号の周波数成分分布（周波数スペクトル）の実測データを、健全部Ｎ（実線）と欠陥部Ｄ（破線）とで比較した図である。フィルタ部２４０により欠陥部Ｄの検出性が改善するメカニズムは以下の通りである。最大成分周波数ｆｍ＝０．８２ＭＨｚでは、健全部Ｎと欠陥部Ｄとで成分強度（信号の大きさ）の違いは小さい。一方、最大成分周波数ｆｍ以外である裾野成分Ｗ３、特に低域帯については、健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差が大きくなっている。

【0070】

このように、受信信号の周波数成分を調べ、最大成分周波数ｆｍよりも、裾野成分Ｗ３の方が健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差が大きい、ことを発明者らは見出した。この知見に基づき、健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差が小さい最大成分周波数ｆｍの周波数成分を低減するようなフィルタ部２４０を用いることにより、欠陥部Ｄの検出性を改善できることを見出した。

【0071】

このように、本開示は受信信号の周波数成分分布において、最大成分周波数ｆｍでの信号成分よりも、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３の方が欠陥部Ｄでの信号変化率が大きいという、発明者らが見出した新しい知見に基づくものである。最大成分周波数ｆｍの成分は、受信信号の中で大きな割合を占めるが、欠陥部Ｄでの信号変化率が小さいので、この成分を低減することで、その結果、裾野成分Ｗ３が占める割合が増大する。このようにすることで、フィルタ部２４０で処理後の信号は、欠陥部Ｄでの信号変化率が増大するために、欠陥部Ｄの検出性を改善できる。そして、図８Ａ及び図８Ｂに示した実測データを比較しても、フィルタ部２４０による欠陥部Ｄの検出性が改善する効果は明らかである。

【0072】

（バースト波の効果）
本開示において、送信プローブ１１０に、バースト波、即ち繰り返し波束の電圧波形を印加する効果を述べる。

【0073】

前記した通り、本開示では最大成分周波数ｆｍからΔｆだけずれた周波数成分（裾野成分）が欠陥部Ｄでの信号変化率が大きいという新しい知見に基づいている。そのため、基本波帯Ｗ１の帯域を適正な幅に狭めることにより、ずれた成分（ｆｍ±Δｆ）の周波数領域が特定の領域に入るので、ずれた成分（裾野成分Ｗ３）に含まれる欠陥情報を検出し易くなる。

【0074】

これに対し、単一パルス又は１周期の電圧波形を印加すると、後述するように、送信波の周波数帯域自体が広帯域に拡がるため、ずれた成分（ｆｍ±Δｆ）も広い周波数範囲に拡がってしまう。このため、本開示のように、Δｆだけずれた周波数成分を抽出して検出することが困難である。

【0075】

単一パルス又は１周期の電圧波形を印加して、被検査体Ｅの内部の欠陥部Ｄを検査する方法はパルスエコー法として知られている。超音波の送信時刻から受信までの時間を計ることで、欠陥部Ｄまでの距離を知ることが出来る。

【0076】

次に、送信プローブ１１０に印加する波束の波数Ｎ０と送信される超音波の周波数帯域との関係を述べる。

【0077】

図１２Ａは、波数Ｎ０を変えた時の送信超音波の周波数スペクトルを示す。ここでは、波数Ｎ０で構成する波束の時間波形をフーリエ変換することで、周波数スペクトルを算出した。波束Ｎ０を構成する波の基本周波数ｆ０は０．８２ＭＨｚとしている。図１２Ａは波数Ｎ０が１～３個の場合のスペクトルを示した。なお、波数１個の場合は、波束にならないので繰り返し波束にならず、バースト波ではない。

【0078】

破線で示す波数Ｎ０＝１の場合、０～１．６ＭＨｚの周波数範囲に基本波帯Ｗ１の周波数成分が拡がっていることがわかる。これは０～２ｆｍに対応する。従って、前述の通り、本開示のような最大成分周波数ｆｍからずれた信号成分を優先的に抽出することは困難である。なお、波数Ｎ０＝１の周波数スペクトルは、パルスエコー法の典型的なスペクトル形状である。

【0079】

図１２Ａからわかるように、実線で示す波数Ｎ０が２個の場合、基本波帯Ｗ１の幅（帯域）はＮ０＝１の場合の１／２に狭まる。更に、一点鎖線で示す波数Ｎ０が３個の場合、基本波帯Ｗ１の幅（帯域）はＮ０＝１の場合の１／３に狭まる。このため、本開示のように最大成分周波数ｆｍからずれた信号成分を抽出することが可能になる。

【0080】

図１２Ｂは、波数Ｎ０が３個（破線）、５個（実線）、１０個（一点鎖線）の場合の周波数スペクトルである。波数Ｎ０を増やすと、基本波帯の幅（帯域）がさらに狭くなることがわかる。

【0081】

図１３は、基本波帯Ｗ１の周波数スペクトルを模式的に示した図である。ここで、基本波帯Ｗ１の帯域幅を以下のように定義する。基本波帯Ｗ１の最大成分周波数ｆｍでのスペクトル強度を１として、その１／２の強度での周波数幅を半値全幅ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ－Ｗｉｄｔｈ ｏｆ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）とする。そして、半値全幅を最大成分周波数ｆｍで規格化した値を半値全幅比（ＦＷＨＭ比）と定義する。即ち、半値全幅比は、次式で表される。
半値全幅比＝半値全幅／ｆｍ

【0082】

図１４は、基本波帯Ｗ１の半値全幅比（ＦＷＨＭ比）と波数Ｎ０との関係を示す図である。縦軸に示す半値全幅比は、図１２Ａ及び図１２Ｂの周波数スペクトルから算出した。波数Ｎ０＝１の場合、半値全幅比は１２０％にまで拡がる。波数Ｎ０＝２の場合は、半値全幅比は６０％にまで狭まる。前述した通り、Ｎ０＝１の場合は、送信波の周波数スペクトルが０～２ｆｍの範囲に拡がる。一方、波数Ｎ０を２以上にすると、本開示の効果が大きい。

【0083】

なお、欠陥部Ｄの情報を含む信号成分は、ｆｍ±０．２５ｆｍの周波数範囲に現れるので、送信波のスペクトルの基本波帯Ｗ１の幅はこれより狭いとさらに好ましい。即ち、基本波帯Ｗ１の周波数スペクトルの半値全幅は最大成分周波数ｆｍの５０％以下であることが好ましい。これにより、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0084】

基本波帯Ｗ１の半値全幅比（ＦＷＨＭ比）を５０％以下にするには、図１４からわかるように、波束の波数Ｎ０を３以上にすることで達成できる。従って、上記のように、波束の波数Ｎ０を３以上にすると、さらに好ましい。

【0085】

基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出することで欠陥検出性が向上するのであるから、フィルタ部２４０が検出する周波数は、最大成分周波数ｆｍに対して、（ｆｍ±０．２５ｆｍ）の範囲を含む周波数を含むことが好ましい。ここで、「０．２５ｆｍ」は最大成分周波数ｆｍの０．２５倍（即ち２５％）を意味する。例として、ｆｍ＝１ＭＨｚの場合は、（１±０．２５）ＭＨｚの範囲、即ち（０．７５～１．２５）ＭＨｚの範囲を指す。これは半値全幅比を５０％以下にすることに対応する。

【0086】

図１４からわかるように、波数Ｎ０を５にすると、基本波帯Ｗ１の半値全幅比は３０％以下になる。これに対応して、フィルタ部２４０が検出する周波数は、最大成分周波数ｆｍに対して、（ｆｍ±０．１５ｆｍ）の範囲を含むとさらに好ましい。

【0087】

（狭帯域のプローブ）
よく知られているように、送信プローブ１１０には広帯域型のプローブと狭帯域型のプローブとが存在する。一般的には、広帯域型のプローブは基本波帯Ｗ１の半値全幅比が７０％程度以上であり、狭帯域型のプローブは半値全幅比が５０％程度以下である。

【0088】

パルスエコー法では、送信波の周波数帯域を拡げるために、広帯域型のプローブを用いることが多い。

【0089】

一方、狭帯域型のプローブは、狭い周波数範囲に超音波のエネルギが集中するため、特定周波数の周波数成分を検出するのに有利である。

【0090】

前述の通り、本開示では基本波帯Ｗ１の半値全幅比を５０％以下にすることが好ましい。この点からも、本開示においては、送信プローブ１１０は、狭帯域のプローブであることが更に好ましい。

【0091】

（フィルタ部２４０の構成の具体例）
本開示の効果を奏するためのフィルタ部２４０の周波数特性の代表的な例を以下に示す。フィルタ部２４０は、帯域遮断フィルタ、低域通過フィルタ、又は、高域通過フィルタの少なくとも１つを含むことが好ましい。これらの少なくとも１つを含むことで、最大成分周波数ｆｍを含む周波数範囲の成分を低減できる。中でも、低域通過フィルタ、又は、高域通過フィルタの少なくとも１つを含むことで、高域又は低域の一方のみが遮断されるため、遮断のためのプログラムを簡便にできる。また、フィルタ部２４０を電子回路で実装する場合は、遮断のための回路構成を簡便にできる。

【0092】

図１５Ａは、帯域遮断フィルタでのゲイン（利得）の周波数特性を示す。帯域遮断フィルタは、最大成分周波数ｆｍ（最大強度周波数成分）を含む基本波帯Ｗ１（図１５Ｂ）のうち、最大成分周波数ｆｍを含む周波数範囲Ｗ２（図１５Ｂ）の成分を低減する。低減率ｘは、透過領域でのゲインＧ０と遮断領域でのゲインＧ１との比Ｇ１／Ｇ０である。第１実施形態では、低減率ｘを－２０ｄＢ（１／１０）～－４０ｄＢ（１／１００）にした。

【0093】

図１５Ｂは、帯域遮断フィルタで処理した後の信号の周波数特性を模式的に示した図である。実線及び点線で示される波形が基本波帯Ｗ１である。点線は処理前の信号成分であり、点線の部分に示す周波数範囲Ｗ２の成分が帯域遮断フィルタで低減される。この結果、実線で示した、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出できる。

【0094】

図１６Ａは、低域通過フィルタでのゲイン（利得）の周波数特性を示す。低域通過フィルタの遮断周波数（カットオフ周波数）を最大成分周波数ｆｍよりも小さな周波数に設定することで、最大成分周波数ｆｍでの信号成分を低減できる。ここで、フィルタの遮断周波数（カットオフ周波数）とは、信号を通過させる通過域と減衰させる減衰域との境界の周波数である。第１実施形態では、遮断周波数を０．７８ＭＨｚとした。即ち、最大成分周波数ｆｍ（０．８２ＭＨｚ）よりも４０ｋＨｚ小さな周波数に設定した。遮断部での低減率は－４０ｄＢ程度にした。

【0095】

図１６Ｂは、低域通過フィルタで処理した後の信号の周波数特性を模式的に示した図である。点線及び実線の意味は、図１５Ｂと同じである。低域通過フィルタを用いると、裾野成分Ｗ３のうち、実線で示すように、最大成分周波数ｆｍよりも小さな周波数成分を検出できる。

【0096】

図１７Ａは、高域通過フィルタでのゲイン（利得）の周波数特性を示す。高域通過フィルタの遮断周波数（カットオフ周波数）を最大成分周波数ｆｍよりも大きな周波数に設定することで、最大成分周波数ｆｍでの信号成分を低減できる。

【0097】

図１７Ｂは、高域通過フィルタで処理した後の信号の周波数特性を模式的に示した図である。点線及び実線の意味は、図１５Ｂと同じである。高域通過フィルタを用いると、裾野成分Ｗ３のうち、実線で示すように、最大成分周波数ｆｍよりも大きな周波数成分を検出できる。

【0098】

（フィルタ部２４０の実装方法）
フィルタ部２４０の実装方法の代表的な構成例を以下に述べる。フィルタ部２４０の実装方法は、アナログ方式及びデジタル方式に大別される。

【0099】

アナログ方式は、アナログ回路により所望の周波数範囲の信号成分を低減するものである。フィルタ部２４０の周波数特性としては、帯域遮断フィルタ（図１５Ａ及び図１５Ｂ）、低域通過フィルタ（図１６Ａ及び図１６Ｂ）、高域通過フィルタ（図１７Ａ及び図１７Ｂ）が代表的な例である。このような周波数特性を持つアナログ回路の実現方式は種々の既知のものが知られている。

【0100】

図１８は、デジタル方式のフィルタ部２４０を示すブロック図である。フィルタ部２４０は、周波数成分変換部２４１と、周波数選択部２４２と、周波数成分逆変換部２４３とを備える。周波数成分変換部２４１は、信号アンプ２２２から入力される受信プローブ１２１の受信信号を周波数成分に変換するものである。周波数選択部２４２は、最大成分周波数ｆｍ（最大強度周波数成分）を含む周波数帯の除去により上記裾野成分Ｗ３を選択するものである。周波数成分逆変換部２４３は、必要な周波数成分のみを、時間領域信号に戻すものである。これらのうち、特に、周波数成分変換部２４１及び周波数選択部２４２を備えることで、デジタル方式のフィルタ部２４０を構成できる。

【0101】

このようなデジタル方式のフィルタ部２４０によっても、最大成分周波数ｆｍを含む周波数範囲の成分を低減できる。周波数成分変換部２４１で行う処理は、時間領域の信号波形を周波数成分に変換する処理であり、典型的にはフーリエ変換を用いる。周波数成分逆変換部２４３で行う処理は、周波数成分（周波数スペクトル）から時間領域の信号波形に変換する処理であり、典型的にはフーリエ逆変換を用いる。

【0102】

図１９は、別の実施形態に係るフィルタ部２４０を示すブロック図である。フィルタ部２４０は、信号処理部２５０の中に設けられている。フィルタ部２４０は、周波数成分変換部２４１及び周波数選択部２４２を備える。周波数選択部２４２の出力は、データ処理部２０１内の信号強度算出部２３１に入力される。信号強度算出部２３１は、周波数成分の情報に基づいて信号強度を算出する。

【0103】

上記図１１の周波数スペクトルに示したように、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３が欠陥部Ｄに敏感に変化する理由は以下のように考えられる。

【0104】

欠陥部Ｄと相互作用しない直達波Ｕ３は、波の伝播方向、位相、周波数等が変化しない。従って、最大成分周波数ｆｍの信号成分は、直達波Ｕ３が占める割合が多い。そのため、欠陥部Ｄと健全部Ｎとの変化が小さい。

【0105】

上記図５に示したように、欠陥部Ｄと相互作用する散乱波Ｕ１は、伝播方向を変える成分もあり、また、伝播方向は変わらないが位相又は周波数の少なくとも一方が変化する成分もある。また、伝播方向を変える成分の中にも、周波数が変化する成分がある。従って、最大周波数ｆｍからずれた成分である基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３には、欠陥部Ｄと相互作用した超音波ビームＵである散乱波Ｕ１の成分が占める割合が増える。このため、欠陥部Ｄと健全部Ｎとの変化が大きくなる。このようにして、最大成分周波数ｆｍの成分を低減して、かつ基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出することで、欠陥部Ｄの検出性能を向上できる。

【0106】

（受信プローブの焦点距離）
受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２は、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長いことがさらに好ましい。このようにすると、後述の通り、散乱波Ｕ１の成分をより多く検出できるようになるためである。前述の通り、散乱波Ｕ１は、欠陥部Ｄと相互作用した超音波ビームＵであるから、散乱波Ｕ１の成分の割合が増えるほど、欠陥部Ｄを検出し易くできる。

【0107】

受信プローブ１２１の焦点距離を長くすると散乱波の成分を多く検出できる理由を図２０Ａ及び図２０Ｂを用いて述べる。

【0108】

図２０Ａは、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１と受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２を等しくした場合の超音波ビームＵの伝播経路を模式的に示した図である。受信プローブ１２１は、受信プローブ１２１から仮想的に放出される仮想ビームのコーン（形状）Ｃ２の範囲内の超音波ビームＵを検出可能である。図２０Ａに示す例では、送信プローブ１１０から送信された超音波ビームＵの収束点と、受信プローブ１２１から仮想的に放出される仮想ビームの収束点が同じである。従って、欠陥部Ｄにおいて伝播方向が変化しない超音波ビームＵを効率的に受信できる。一方、欠陥部Ｄで伝播方向が変化した超音波ビームＵは、検出が困難になる。

【0109】

図２０Ｂは、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも、受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２を長くした場合の超音波ビームＵの伝播経路を模式的に示した図である。受信プローブ１２１から仮想的に放出される仮想ビームのコーン（形状）Ｃ３の範囲内の超音波ビームＵを受信プローブ１２１は検出可能である。そのため、欠陥部Ｄで伝播方向が少し変化した散乱波Ｕ１であっても、コーンＣ３の範囲に入っていれば検出できる。このように、受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２を送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長くすることにより、検出可能な散乱波Ｕ１を増加できる。前述の通り、散乱波Ｕ１は欠陥部Ｄと相互作用した波であるから、これにより欠陥部Ｄの検出性能をさらに向上できる。

【0110】

図５においては、比較的大きな角度で散乱した散乱波Ｕ１を示したので、受信プローブ１２０の位置をずらして描いている。一方、微小な角度で散乱した散乱波Ｕ１は、受信プローブ１２１の焦点距離を長くすることで検出可能になる。これにより欠陥部Ｄの検出性能が向上する。

【0111】

収束性の大小関係は、被検査体Ｅの表面におけるビーム入射面積Ｔ１、Ｔ２の大小関係でも定義される。ビーム入射面積Ｔ１、Ｔ２について説明する。

【0112】

図２１は、送信プローブ１１０におけるビーム入射面積Ｔ１及び受信プローブ１２１におけるビーム入射面積Ｔ２の関係を説明する図である。送信プローブ１１０の被検査体Ｅでのビーム入射面積Ｔ１は、送信プローブ１１０から放出された超音波ビームＵの被検査体Ｅ表面での交差面積である。また、受信プローブ１２１のビーム入射面積Ｔ２は、受信プローブ１２１から超音波ビームＵが放出された場合を想定した仮想的な超音波ビームＵ２と被検査体Ｅ表面での交差面積である。

【0113】

なお、図２１において、超音波ビームＵの経路は、被検査体Ｅがない場合における経路を示したものである。被検査体Ｅがある場合は、被検査体Ｅ表面で超音波ビームＵが屈折するため、超音波ビームＵは破線で示した経路とは異なる経路を伝搬する。ここで、図２１に示すように、受信プローブ１２１の被検査体Ｅでのビーム入射面積Ｔ２は、送信プローブ１１０の被検査体Ｅでのビーム入射面積Ｔ１よりも大きい。このようにすることで、受信プローブ１２１の収束性を、送信プローブ１１０の収束性よりも緩くできる。

【0114】

さらに、受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２は、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長い。このようにしても、受信プローブ１２１の収束性を、送信プローブ１１０の収束性よりも緩くできる。このとき、被検査体Ｅから送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１までの距離は例えば何れも同じであるが、同じでなくてもよい。

【0115】

このように、本実施形態では、受信プローブ１２１の収束性を送信プローブ１１０の収束性よりも緩くしている。即ち、受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２は、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長く設定されている。この結果、受信プローブ１２１のビーム入射面積Ｔ２が広くなるため、広い範囲の散乱波Ｕ１を検出できる。これにより、散乱波Ｕ１の伝搬経路が多少変化しても、受信プローブ１２１で散乱波Ｕ１を検出可能になる。その結果、広い範囲の欠陥部Ｄを検出できる。

【0116】

また、受信プローブ１２１の焦点Ｐ１は、送信プローブ１１０の焦点Ｐ２よりも、送信プローブ１１０の側（図示の例では上方）に存在する。このように焦点Ｐ１，Ｐ２をずらすことで、受信プローブ１２１で散乱波Ｕ１を受信し易くでき、散乱波Ｕ１を検出し易くできる。

【0117】

なお、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２を長くする構成として、受信プローブ１２１として、非収束型のプローブ（不図示）が用いられてもよい。即ち、別の実施形態では、受信プローブ１２１は、非収束型のプローブである。非収束型のプローブでは焦点距離Ｒ２が無限大なので、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長くなる。即ち、非収束型の受信プローブ１２１でも、受信プローブ１２１の収束性は送信プローブ１１０の収束性よりも緩くなる。

【0118】

（第２実施形態）
図２２は、第２実施形態での超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。第２実施形態では、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１と受信プローブ１２１の受信音軸ＡＸ２とがずらして配置される。即ち、第２実施形態での受信プローブ１２１は、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１とは異なる位置に配置された受信音軸ＡＸ２を有する受信プローブ１２０（偏心配置受信プローブ）である。従って、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１（音軸）と受信プローブ１２０の受信音軸ＡＸ（音軸）との間の偏心距離Ｌ（距離）がゼロより大きい。

【0119】

このような配置にすることで、散乱波Ｕ１のうち空間的な方向が変わった波を検出できる。フィルタ部２４０（図６）による周波数的な散乱波Ｕ１の抽出原理と、偏心配置による空間的な散乱波Ｕ１の抽出原理とを組み合わせることで、欠陥部Ｄの検出性をさらに向上できる。

【0120】

第２実施形態では、送信プローブ１１０に対して、図２２のｘ軸方向に偏心距離Ｌだけ受信プローブ１２０がずらされて配置されているが、図２２のｙ軸方向にずらされた状態で受信プローブ１２０が配置されてもよい。又は、ｘ軸方向にＬ１、ｙ軸方向にＬ２（即ち、送信プローブ１１０のｘｙ平面での位置を原点とすると、（Ｌ１、Ｌ２）の位置）に受信プローブ１２０が配置されてもよい。

【0121】

図２３Ａは、送信音軸ＡＸ１、受信音軸ＡＸ２及び偏心距離Ｌを説明する図であり、送信音軸ＡＸ１及び受信音軸ＡＸ２が鉛直方向に延びる場合である。図２３Ｂは、送信音軸ＡＸ１、受信音軸ＡＸ２及び偏心距離Ｌを説明する図であり、送信音軸ＡＸ１及び受信音軸ＡＸ２が傾斜して延びる場合である。図２３Ａ及び図２３Ｂには、参考として、破線で受信プローブ１４０（同軸配置受信プローブ）も図示される。

【0122】

音軸とは、超音波ビームＵの中心軸と定義される。ここで、送信音軸ＡＸ１は、送信プローブ１１０が放出する超音波ビームＵの伝搬経路の音軸と定義される。言い換えると、送信音軸ＡＸ１は、送信プローブ１１０が放出する超音波ビームＵの伝搬経路の中心軸である。送信音軸ＡＸ１は、図２３Ｂに示すように、被検査体Ｅの界面による屈折を含めることとする。つまり、図２３Ｂに示すように、送信プローブ１１０から放出された超音波ビームＵが、被検査体Ｅの界面で屈折する場合は、その超音波ビームＵの伝搬経路の中心（音軸）が送信音軸ＡＸ１となる。

【0123】

また、受信音軸ＡＸ２は、受信プローブ１２１が超音波ビームＵを放出すると想定した場合の仮想超音波ビームの伝搬経路の音軸と定義される。言い換えると、受信音軸ＡＸ２は、受信プローブ１２１が超音波ビームＵを放出すると想定した場合の仮想超音波ビームの中心軸である。

【0124】

具体例として、探触子面が平面状である非収束型のプローブ（不図示）の場合を述べる。この場合、受信音軸ＡＸ２の方向は探触子面の法線方向であり、探触子面の中心点を通る軸が受信音軸ＡＸ２になる。探触子面が長方形の場合は、その中心点は長方形の対角線の交点と定義する。

【0125】

受信音軸ＡＸ２の方向が探触子面の法線方向である理由は、その受信プローブ１２１から放射する仮想的な超音波ビームＵが探触子面の法線方向に出射するからである。超音波ビームＵを受信する場合も、探触子面の法線方向で入射する超音波ビームＵを感度よく受信できる。

【0126】

偏心距離Ｌとは、送信音軸ＡＸ１と、受信音軸ＡＸ２とのずれの距離で定義される。従って、図２３Ｂに示すように、送信プローブ１１０から放出された超音波ビームＵが屈折する場合、偏心距離Ｌは、屈折している送信音軸ＡＸ１と、受信音軸ＡＸ２とのずれの距離で定義される。第２実施形態の超音波検査装置Ｚは、このように定義される偏心距離Ｌが、ゼロより大きな距離となるよう、偏心距離調整部１０５（図２２）によって送信プローブ１１０及び受信プローブ１２０が調整される。

【0127】

図２３Ａでは、送信プローブ１１０を被検査体Ｅの表面における法線方向に配置した場合が示される。図２３Ａ及び図２３Ｂにおいて、送信音軸ＡＸ１を実線の矢印で示している。また、受信音軸ＡＸ２を一点鎖線の矢印で示している。なお、図２３Ａ及び図２３Ｂにおいて、破線で示す受信プローブ１２１の位置が偏心距離Ｌがゼロの位置であり、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とが一致する受信プローブ１２１は同軸配置受信プローブとしての受信プローブ１４０である。また、実線で示す受信プローブ１２１はゼロより大きな偏心距離Ｌの位置に配置されている受信プローブ１２０（偏心配置受信プローブ）である。送信音軸ＡＸ１が水平面（図２２のｘｙ平面）に対して垂直になるように送信プローブ１１０が設置される場合、超音波ビームＵの伝搬経路は屈折しない。つまり、送信音軸ＡＸ１は屈折しない。これは、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１が試料台１０２の載置面１０２１に対して垂直になるように、送信プローブ１１０を設置した場合に対応する。

【0128】

本実施形態では、送信音軸ＡＸ１が試料台１０２の被検査体Ｅの載置面１０２１の法線方向になるように送信プローブ１１０が設置される。前述の通り、このようにすると、板状の被検査体Ｅにおいては、被検査体Ｅの表面に垂直に送信音軸ＡＸ１が配置されるので、走査位置と欠陥部Ｄの位置との対応関係がわかり易くなるという効果がある。

【0129】

図２３Ｂでは、送信プローブ１１０を被検査体Ｅの表面における法線方向から角度αだけ傾けて配置した場合が示される。図２３Ｂでも図２３Ａと同様、送信音軸ＡＸ１を実線の矢印で示し、受信音軸ＡＸ２を一点鎖線の矢印で示している。図２３Ｂに示す例の場合、前記したように、被検査体Ｅと流体Ｆとの界面で、超音波ビームＵの伝搬経路が屈折角βで屈折する。そのため、送信音軸ＡＸ１は、図２３Ｂの実線矢印で示すように折れ曲がる（屈折する）。この場合、破線で示した受信プローブ１４０の位置は、送信音軸ＡＸ１上に位置するため偏心距離Ｌがゼロの位置である。そして、前記したように、超音波ビームＵが屈折する場合であっても、受信プローブ１２０は、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２との距離がＬになるように、配置される。なお、図２２に示す例では、送信プローブ１１０を被検査体Ｅの表面における法線方向に設置しているので、偏心距離Ｌは、図２３Ａに示すようなものとなる。

【0130】

偏心距離Ｌは、被検査体Ｅの健全部Ｎでの受信信号よりも、欠陥部Ｄでの信号強度の方が大きくなるような位置に設定するとさらに好ましい。

【0131】

（第３実施形態）
図２４は、第３実施形態での超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。第３実施形態では、走査計測装置１は、受信プローブ１２０の傾きを調整する設置角度調整部１０６を備える。これにより、受信信号の強度を増大でき、信号のＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ比、信号雑音比）を大きくできる。設置角度調整部１０６は、例えば、いずれも図示しないが、アクチュエータ、モータ等により構成される。

【0132】

ここで、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とが為す角度θを受信プローブ設置角度と定義する。図２４の場合、送信プローブ１１０は鉛直方向に設置されているので送信音軸ＡＸ１は鉛直方向であるため、受信プローブ設置角度である角度θは、送信音軸ＡＸ１（即ち鉛直方向）と受信プローブ１２０の探触子面の法線との為す角度である。そして、設置角度調整部１０６により、角度θを送信音軸ＡＸ１が存在する側に傾け、角度θをゼロより大きな値に設定する。即ち、受信プローブ１２０が傾斜配置される。具体的には、受信プローブ１２０は、０°＜θ＜９０°を満たすように傾斜配置され、角度θは例えば１０°であるがこれに限られない。

【0133】

また、受信プローブ１２０を傾斜配置する場合の偏心距離Ｌは以下のように定義される。受信音軸ＡＸ２と、受信プローブ１２０の探触子面との交点Ｐ１２を定義する。また、送信音軸ＡＸ１と、送信プローブ１１０の探触子面との交点Ｐ１１を定義する。交点Ｐ１１の位置をｘｙ平面に投影した座標位置（ｘ４、ｙ４）（図示せず）と、交点Ｐ１２の位置をｘｙ平面に投影した座標位置（ｘ５、ｙ５）（図示せず）との距離を偏心距離Ｌと定義する。

【0134】

このように受信プローブ１２０を傾斜配置して、本発明者が実際に欠陥部Ｄの検出を行ったところ、受信信号の信号強度がθ＝０の場合と比較して３倍に増加した。

【0135】

図２５は、第３実施形態による効果が生じる理由を説明する図である。散乱波Ｕ１は送信音軸ＡＸ１から外れた方向に伝搬する。従って、図２５に示すように、散乱波Ｕ１は被検査体Ｅの外側に到達した際、被検査体Ｅ表面の法線ベクトルとは非ゼロの角度α２をもって被検査体Ｅと外部との界面に入射する。そして、被検査体Ｅの表面から出る散乱波Ｕ１の角度は被検査体Ｅ表面の法線方向に対して非ゼロの出射角である角度β２を有する。散乱波Ｕ１は、受信プローブ１２０の探触子面の法線ベクトルを散乱波Ｕ１の進行方向と一致させたときに、最も効率よく受信できる。つまり、受信プローブ１２０を傾斜配置することで受信信号強度を増大できる。

【0136】

なお、被検査体Ｅから出射する超音波ビームＵの角度β２と、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２との為す角度θとが一致すると、最も受信効果が高くなる。しかしながら、角度β２と角度θとが完全に一致しない場合であっても、受信信号増大の効果が得られるので、図２５に示しているように、角度β２と角度θとが完全に一致しなくてもよい。

【0137】

（第４実施形態）
図２６は、第４実施形態での超音波検査装置Ｚにおける制御装置２の機能ブロック図である。第４実施形態では、フィルタ部２４０で使用されるフィルタが、被検査体Ｅの検査前に、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）に対して超音波ビームＵを照射することにより決定される。そして、被検査体Ｅの検査は、検査前に決定されたフィルタを使用して行われる。

【0138】

フィルタ部２４０は、検出部２４４及び決定部２４５を備える。検出部２４４は、周波数と信号強度（成分強度）との関係において、基本波帯Ｗ１のうちの異なる複数の裾野成分Ｗ３を検出するものである。ここでいう関係は、例えば図１１に示した関係であり、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）での健全部Ｎ及び欠陥部Ｄに超音波ビームＵを照射することで得られたものである。決定部２４５は、検出した複数の裾野成分Ｗ３同士の比較により、どの裾野成分Ｗ３を使用するかを決定するものである。フィルタ部２４０をこのように構成することで、欠陥部Ｄに起因する信号変化を識別し易い裾野成分Ｗ３を使用でき、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0139】

検出部２４４は、例えば、異なる裾野成分Ｗ３を検出可能なフィルタを備える。ここでいうフィルタは、例えば、上記の帯域遮断フィルタ（図１５Ａ）、低域通過フィルタ（図１６Ａ）、高域通過フィルタ（図１７Ａ）のうちの少なくとも２つである。例えば、検出部２４４がこれら３つのフィルタを備える場合、検出部２４４は、例えば図１１に示す関係において、３つのフィルタを用いて、図１５Ｂに示す裾野成分Ｗ３、図１６Ｂに示す裾野成分Ｗ３、及び、図１７Ｂに示す裾野成分Ｗ３を検出する。そして、決定部２４５は、検出した３つの裾野成分Ｗ３同士の比較により、例えば健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差分が最も大きくなる裾野成分Ｗ３の選択等により、どの裾野成分Ｗ３を使用するかを決定する。フィルタ部２４０は、決定した裾野成分Ｗ３を使用して、被検査体Ｅの検査を行うことで、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0140】

（第５実施形態）
図２７は、第５実施形態での超音波検査装置Ｚにおける制御装置２の機能ブロック図である。第５実施形態では、被検査体Ｅの検査前、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）に対して超音波ビームＵを照射することにより得られたデータを使用者に提示し、使用者が、どの裾野成分Ｗ３を使用するか、即ち、どのフィルタを使用するのかを決定する。

【0141】

制御装置２は、表示部２２３及び受付部２２４を備える。表示部２２３及び受付部２２４は、図示の例ではデータ処理部２０１に備えられる。表示部２２３は、周波数と信号強度（成分強度）との関係を表示装置３に表示させるものである。ここでいう関係は、例えば図１１に示す関係であり、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）での健全部Ｎ及び欠陥部Ｄに超音波ビームＵを照射することで得られたものである。受付部２２４は、周波数と信号強度との関係に基づいて使用者によって入力され、検出すべき裾野成分Ｗ３を表す情報を受け付けるものである。入力は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等である入力装置４を通じて行われる。そして、フィルタ部２４０は、受付部２２４が受け付けた情報に基づいて、当該情報に対応する裾野成分Ｗ３を検出する。

【0142】

制御装置２をこのように構成することで、使用者の主観に基づいて検出すべき裾野成分Ｗ３を判断できる。これにより、使用者の経験に基づき判断ができるため、検査実体に即した検査を実行できる。

【0143】

（第６実施形態）
図２８は、第６実施形態での超音波検査装置Ｚにおける制御装置２の機能ブロック図である。第６実施形態では、受信信号を周波数変換部２３０で周波数成分に変換して記憶し、検査の測定後に、適切な周波数成分を用いて画像化する構成である。これによりフィルタ部２４０が構成される。

【0144】

制御装置２は、走査計測装置１の駆動を制御するものである。制御装置２は、送信系統２１０と、受信系統２２０と、データ処理部２０１と、スキャンコントローラ２０４と、駆動部２０２と、位置計測部２０３と、信号処理部２５０とを備える。駆動部２０２は、例えば、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を駆動させることで、被検査体Ｅに対する送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１の相対的な位置を変更するものである。位置計測部２０３は、走査位置を計測するものである。スキャンコントローラ２０４は、駆動部２０２を通じて、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を駆動させる。送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１による走査位置は、位置計測部２０３を通じて、スキャンコントローラ２０４に入力される。

【0145】

受信系統２２０とデータ処理部２０１とを合わせて、信号処理部２５０と呼ぶ。信号処理部２５０は、受信プローブ１２１からの信号を増幅処理、周波数選択処理等により、有意な情報を抽出する信号処理を行う。

【0146】

送信系統２１０は、送信プローブ１１０への印加電圧を生成する系統である。送信系統２１０の構成は、第１実施形態と同様である。

【0147】

送信プローブ１１０へ印加する電圧波形は、上記図９に示す通り、繰り返し波束の波形である。印加する電圧波形は、第１実施形態と同様である。

【0148】

信号処理部２５０は、データ処理部２０１と、受信系統２２０とを備える。受信系統２２０は、受信プローブ１２１から出力される受信信号を検出する系統である。受信プローブ１２１から出力された信号は、信号アンプ２２２に入力されて増幅される。増幅された信号は、周波数変換部２３０に入力される。周波数変換部２３０は、信号処理部２５０に備えられ、受信プローブ１２１の受信信号を周波数成分に変換（信号処理）するものであり、本開示の例では、時間領域波形である受信信号を周波数成分に変換する。周波数成分は、夫々の周波数の成分の大きさ（スペクトル）である。周波数成分としては、例えば複素数で表現され実部と虚部との組合せで表す方法、振幅（絶対値）と位相とにより表す方法等が挙げられる。

【0149】

周波数変換部２３０での変換は、例えばフーリエ変換により実行できる。また、変換は、予め指定した周波数範囲（周波数パラメータ）の周波数成分のみの抽出とともに実行されてもよい。周波数変換部２３０で周波数成分に変換された信号は、データ処理部２０１に入力される。なお、周波数変換部２３０は、データ処理部２０１の内部に設けられてもよい。即ち、データ処理部の中で周波数成分に変換されてもよい。

【0150】

（周波数成分データの蓄積）
データ処理部２０１は、記憶部２６１と、周波数選択部２４２と、画像化部２６２と、表示部２６３とを備える。従って、信号処理部２５０は、周波数変換部２３０と、画像化部２６２と、周波数選択部２４２と、表示部２６３とを備える。

【0151】

本開示の例では、周波数変換部２３０は、時間領域波形を周波数成分データに変換して位置情報と合わせて記憶部２６１に保存する。そして、画像化部２６２は、詳細は後記するが、変換された周波数成分のうち、周波数パラメータにより指定された周波数成分の部分を用いて、欠陥位置を示す画像２７３（後記）を生成する。即ち、画像化部２６２は、入力された周波数パラメータに基づき、信号特徴量を画像化する。即ち、被検査体Ｅを１回測定する場合に、周波数成分データへの変換は１回で済み、周波数成分データから信号特徴量の抽出は複数回行われる。

【0152】

この構成は、以下の２つの点で好ましい。
第１は、計算所要時間である。周波数変換部２３０での周波数成分データへの変換処理には時間がかかる。典型的には、上記のようにフーリエ変換が用いられが、高速なアルゴリズムとして知られる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いても、この変換の処理時間は長い。一方、信号特徴量の算出は、後記する式（１）を用いて行われるが、この計算所要時間は短い。典型例として１００行×１００列の測定点に対しても、０．２秒以下で処理が終わる。

【0153】

このため、本開示の例によれば、詳細は後記するが、周波数パラメータを「更新」すると、瞬時に更新された画像２７３（後記）を得ることが可能である。このように、周波数成分データを記憶部２６１に保存することにより、欠陥検出性を向上させるのに好適な周波数集合を選択するのを短時間で行える。

【0154】

第２に、データ量の低減である。受信プローブ１４０の信号波形は、１測定位置に対して、時間領域波形では１０万点程度あるのに対し、周波数成分データでは、２０～１００種類の周波数に対する複素数があればよい。即ち、被検査体Ｅに対するデータ量を１／１０００程度に削減できる。このように記憶部２６１に保存するデータ量を大幅に削減できるという利点もある。

【0155】

データ処理部２０１は、スキャンコントローラ２０４から走査位置の情報も受け取る。このようにして、現在の２次元走査位置（ｘ、ｙ）における受信信号の周波数成分に関するデータ（以下、周波数成分データという）が得られる。データ処理部２０１は、走査位置（ｘ、ｙ）と、その位置での周波数成分データとを対応づけて記憶部２６１に保存する。なお、周波数成分データから決定される信号特徴量を、走査位置毎に決定することで、欠陥部Ｄに関する画像２７３が作成される。

【0156】

周波数成分データは、複数の周波数に対応する周波数成分である。典型的な例では、周波数成分データは、受信信号のフーリエ変換で得られる周波数スペクトルである。上記のように、周波数成分は振幅（絶対値）に加えて位相情報も含むことがより好ましい。これは、周波数成分を複素数として扱うことと同義である。後記のように、位相情報も含めることで、より高性能な信号特徴量を算出できる。

【0157】

図２８において、データ処理部２０１は、画像化部２６２を備える。画像化部２６２は、信号処理部２５０に備えられ、変換された周波数成分のうち、周波数パラメータにより指定された周波数成分の部分を用いて、欠陥部Ｄの位置（欠陥位置）を示す画像２７３（後記）を生成する。画像化部２６２は、具体的には、周波数変換部２３０により変換された周波数成分に対応する周波数スペクトルのうち、適切な周波数パラメータに対応する部分の周波数スペクトルにおいて、被検査体Ｅの欠陥部Ｄに起因する信号の変化（変化量）に基づき、画像２７３を作成する。このようにすることで、画像２７３を生成できる。

【0158】

ここでいう信号の変化（受信信号の変化）は、本開示の例では、信号特徴量である。従って、画像化部２６２は、まず、変換された周波数成分に対応する周波数スペクトルのうち、入力された周波数パラメータの部分から、信号特徴量を算出する。信号特徴量は、上記のように信号の変化を表す例えば値であり、欠陥情報（例えば欠陥部Ｄの位置）を適切に含むように周波数成分データから算出した値である。信号特徴量の具体的な算出方法の例は後記する。このようにして得られた信号特徴量を走査位置（ｘ、ｙ）に対してプロットすることで、被検査体Ｅの内部に存在する欠陥部Ｄの２次元画像（欠陥画像）が生成する。

【0159】

以上の手順を走査位置（ｘ，ｙ）を変えながら行うことで、所望の範囲が走査される。走査完了すると、走査位置（ｘ，ｙ）に対応した周波数成分データ及び信号特徴量がデータ処理部２０１内の記憶部２６１に保存される。本開示では、走査位置で信号を取得する毎に信号特徴量が算出される。ただし、測定中、周波数成分データが記憶部２６１に保存され、測定後に信号特徴量が纏めて算出されることで欠陥画像を生成してもよい。

【0160】

（信号特徴量の算出）
本開示の例で用いた、周波数成分データから信号特徴量の算出方法を述べる。
ここでは数式を見やすくするため、周波数ｆを角周波数ωで表す。角周波数ωは周波数ｆに２πを乗じたものである。複素数で表した周波数成分がＨ（ω）で表される。次式（１）に従ってｈ（ｔ）が算出される。

【0161】

【数1】

【0162】

【数2】

【0163】

ここで、式（１）においてｊは虚数単位であり、式（２）においてＲｅ［ ］は複素数の実部を取り出す処理である。式（１）において、Σ記号の添え字ωは、積算する角周波数成分の周波数集合を示す。式（１）において、積算する角周波数成分は、後記のように、適切に設定された周波数集合｛ω｝について行う。

【0164】

式（１）において、積算に含める周波数の集合｛ω｝を周波数パラメータと呼ぶ。周波数パラメータは、周波数集合｛ω｝の形で指定してもよいし、周波数範囲の形で指定しても良い。また、周波数パラメータは、あらかじめ設定しておいてもよい。また、周波数パラメータは、使用者により入力されてもよい。

【0165】

式（２）で得られるｈ（ｔ）は、周波数パラメータにより設定された周波数集合から合成した時間領域の信号波形である。このｈ（ｔ）の最大値と最小値との差（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｐｅａｋ値）を本開示の例では信号特徴量とした。本開示の例においては、最大値と最小値との差（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｐｅａｋ値）をＰＰ値と略記する。

【0166】

式（１）において、Ｈ（ω）及びｅｘｐ（ｊωｔ）はいずれも複素数であり、複素数として計算している。即ち、周波数成分Ｈ（ω）の位相情報も考慮して信号特徴量を算出している。これにより、欠陥部Ｄの位置情報が正確に反映した信号特徴量が得られるので、より好ましい。

【0167】

周波数パラメータ、即ち、式（１）において積算に含める周波数の集合｛ω｝の選択が重要になる。積算に含める周波数の集合｛ω｝からは、最大成分周波数ｆｍが除かれる。このようにすることで、受信プローブ１２０の受信信号のうちの少なくとも最大強度周波数成分を低減するフィルタ部２４０を構成できる。また、積算に含める周波数には、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３の周波数を含める。これにより、被検査体Ｅ内の欠陥部Ｄの検出性を向上できる。また、最大成分周波数ｆｍの近傍の周波数成分も除くとさらに効果がある。

【0168】

角周波数ωが周波数ｆは、ω＝２πｆの関係で換算できるので、適宜換算して解釈することとする。例えば、「周波数の集合｛ω｝から最大成分周波数ｆｍを除く」と記載した場合は、「ωｍ＝２πｆｍを除く」ということを意味する。

【0169】

最大成分周波数ｆｍとは、受信信号の基本波帯Ｗ１のスペクトルが最大になる周波数であるが、本開示においては概ね最大になる周波数とする。

【0170】

また、式（１）において、積算に含める周波数の集合｛ω｝に、最大成分周波数ｆｍよりも低い周波数のみを含むようにしてもよい。これにより、低域通過フィルタの特性を有するフィルタ部２４０を構成できる。同様にして、最大成分周波数ｆｍよりも低い周波数のみを含むようにしてもよい。

【0171】

周波数パラメータを適正に設定することは、周波数選択部２４２（図２８）においてなされる。このようにして、周波数変換部２３０と周波数選択部２４２とにより、フィルタ部２４０が構成される。

【0172】

周波数パラメータは、検査に先立ち予め適正なパラメータを設定しておいてもよいし、測定後に変更してもよい。また、ユーザが設定してもよい。

【0173】

なお、信号特徴量は、欠陥部Ｄの位置情報を適切に含むように周波数成分データから算出した値であればよく、上記の算出方法に限定されるものではない。上記の例では、時間領域の信号波形ｈ（ｔ）のＰＰ値を信号特徴量としたが、ｈ（ｔ）の絶対値を算出し、ｈ（ｔ）の面積を算出して信号特徴量としてもよい。ここで面積の算出手順は、ｈ（ｔ）を適切な時間間隔でサンプリングして、サンプリング点でのｈ（ｔ）の総和を算出すればよい。また、ｈ（ｔ）の絶対値の代わりに、ｈ（ｔ）の２乗値を用いてもよい。更に、式（１）及び式（２）を用いる代わりに、周波数成分Ｈ（ω）の絶対値を、入力された周波数集合｛ω｝について合計した値を信号特徴量として用いてもよい。

【0174】

図２９は、制御装置２のハードウェア構成を示す図である。前記した各構成、機能、ブロック図を構成する各部等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図２９に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ２５２等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。制御装置２は、例えば、メモリ２５１、ＣＰＵ２５２、記憶装置２５３（ＳＳＤ，ＨＤＤ等）、通信装置２５４及びＩ／Ｆ２５５を備える。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤＤに格納すること以外に、メモリ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード、ＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）カード、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の記録媒体に格納することができる。

【0175】

図３０は、上記各実施形態の超音波検査方法を示すフローチャートである。第１実施形態の超音波検査方法は上記の超音波検査装置Ｚにより実行でき、一例として適宜、図１及び図６を参照して説明する。第１実施形態の超音波検査方法は、気体Ｇ（図１）を介して被検査体Ｅ（図１）に超音波ビームＵを入射することにより被検査体Ｅの検査を行うものである。

【0176】

本開示の超音波検査方法は、ステップＳ１０１～Ｓ１０５，Ｓ１１１，Ｓ１１２を含む。まず、制御装置２の指令により、送信プローブ１１０が、送信プローブ１１０から超音波ビームＵを放出するステップＳ１０１（放出ステップ）を行う。ステップＳ１０１では、送信プローブ１１０から波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の超音波ビームＵが放出される。続いて、受信プローブ１２１が、超音波ビームＵを受信するステップＳ１０２（受信ステップ）を行う。

【0177】

その後、フィルタ部２４０は、受信プローブ１２１が受信した超音波ビームＵの信号（例えば波形信号）を基に、特定の周波数範囲、具体的には、最大成分周波数ｆｍを含む周波数範囲の成分（最大強度周波数成分）を低減するステップＳ１０３（フィルタ処理ステップ）を行う。即ち、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で受信した超音波ビームＵの信号の最大強度周波数成分が低減される。そして、データ処理部２０１は、フィルタ処理を行った信号から、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出して信号強度データを生成するステップＳ１０４（信号強度算出ステップ）を行う。即ち、ステップＳ１０４では、超音波ビームＵの信号の基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３が検出される。信号強度データの生成方法として、本実施例ではピーク間信号量(Peak-to-Peak signal)が使用される。これは信号のうち最大値と最小値との差である。

【0178】

この次に、ステップＳ１０５（形状表示ステップ）が行われる。送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１の走査位置情報は、位置計測部２０３からスキャンコントローラ２０４に送信される。データ処理部２０１は、スキャンコントローラ２０４から取得した送信プローブ１１０の走査位置情報に対して、それぞれの走査位置での信号強度データをプロットする。このようにして、信号強度データが画像化される。これがステップＳ１０５である。

【0179】

なお、図８Ｂは走査位置情報が１次元（１方向）の場合であり、走査位置情報がｘ、ｙの２次元の場合については、信号強度データをプロットすることで、欠陥部Ｄが２次元画像として示され、それが表示装置３に表示される。

【0180】

データ処理部２０１は、走査が完了したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。走査が完了している場合（Ｙｅｓ）、制御装置２は処理を終了する。走査が完了していない場合（Ｎｏ）、データ処理部２０１は駆動部２０２に指令を出力することによって、次の走査位置まで送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を移動させ（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０１へ処理を戻す。

【0181】

（第７実施形態）
図３１は、第７実施形態の超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。図３１では、走査計測装置１は、断面模式図で示している。図３１には、紙面左右方向としてのｘ軸、紙面直交方向としてのｙ軸、紙面上下方向としてのｚ軸を含む直交３軸の座標系が示される。

【0182】

超音波検査装置Ｚは、流体Ｆを介して被検査体Ｅに超音波ビームＵ（後記する）を入射することにより被検査体Ｅの検査を行うものである。流体Ｆは、空気等の気体Ｇであり、被検査体Ｅは流体Ｆ中に存在する。第７実施形態では、流体Ｆとして空気（気体Ｇの一例）が使用される。従って、走査計測装置１の筐体１０１の内部は空気で満たされた空洞となっている。図３１に示すように、超音波検査装置Ｚは、走査計測装置１と、制御装置２と、表示装置３とを備える。表示装置３は制御装置２に接続される。

【0183】

走査計測装置１は、被検査体Ｅへの超音波ビームＵの走査及び計測を行うものであり、筐体１０１に固定された試料台１０２を備え、試料台１０２には被検査体Ｅが載置される。被検査体Ｅは、動かないように固定具（不図示）で試料台１０２に固定されるとなお好ましい。被検査体Ｅが充分に重く不用意に動かない場合等は、固定具が無くてもよい。被検査体Ｅは、任意の材料で構成されている。被検査体Ｅは例えば固体材料であり、より具体的には例えば金属、ガラス、樹脂材料、あるいはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック、Ｃａｒｂｏｎ－Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材料等である。また、図３１の例において、被検査体Ｅは内部に欠陥部Ｄを有している。欠陥部Ｄ（欠陥）は、空洞等である。欠陥部Ｄの例は、空洞、本来あるべき材料と異なる異物材等である。被検査体Ｅにおいて、欠陥部Ｄ以外の部分を健全部Ｎと称する。

【0184】

欠陥部Ｄと健全部Ｎとは、構成する材料が異なるため、両者の間では音響インピーダンスが異なり、超音波ビームＵの伝搬特性が変化する。超音波検査装置Ｚは、この変化を観測して、欠陥部Ｄを検出する。

【0185】

走査計測装置１は、超音波ビームＵを放出する送信プローブ１１０と、超音波ビームＵを受信する受信プローブ１２１とを有する。送信プローブ１１０は、送信プローブ走査部１０３を介して筐体１０１に設置され、超音波ビームＵを放出する。受信プローブ１２１は、被検査体Ｅに関して送信プローブ１１０の反対側に設置されて超音波ビームＵを受信し、送信プローブ１１０と同軸に配置された（後記する偏心距離Ｌがゼロ）、受信プローブ１４０（同軸配置受信プローブ）である。従って、本開示では、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１（音軸）と受信プローブ１４０の受信音軸ＡＸ２（音軸）との間の偏心距離Ｌ（距離。後記する）がゼロである。これにより、送信プローブ１１０及び受信プローブ１４０を容易に設置できる。

【0186】

ここで、「送信プローブ１１０の反対側」とは、被検査体Ｅにより区切られる２つの空間のうち、送信プローブ１１０が位置する空間と反対側（ｚ軸方向において反対側）の空間という意味であり、ｘ、ｙ座標が同一の反対側（つまり、ｘｙ平面に関して面対称の位置）に限定される意味ではない。

【0187】

本開示の例では、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１が、試料台１０２の載置面１０２１に対して垂直になるように、送信プローブ１１０が設置される。即ち、送信音軸ＡＸ１が試料台１０２の被検査体Ｅの載置面１０２１の法線方向になるように送信プローブ１１０が設置される。このようにすると、板状の被検査体Ｅにおいては、被検査体Ｅの表面に垂直に送信音軸ＡＸ１が配置されるので、走査位置と欠陥部Ｄの位置との対応関係がわかり易くなるという効果がある。

【0188】

走査計測装置１には、制御装置２が接続されている。制御装置２は、走査計測装置１の駆動を制御するものであり、送信プローブ走査部１０３及び受信プローブ走査部１０４に指示することで、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１の移動（走査）を制御する。送信プローブ走査部１０３及び受信プローブ走査部１０４が同期して、ｘ軸及びｙ軸方向に移動することにより、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１は被検査体Ｅをｘ軸及びｙ軸方向に走査する。更に、制御装置２は、送信プローブ１１０から超音波ビームＵを放出し、受信プローブ１２１から取得した信号に基づいて波形解析を行う。なお、送信プローブ１１０の走査方向であるｘ軸及びｙ軸方向の２つの軸が作る平面を走査面と呼ぶことにする。

【0189】

送信プローブ１１０と被検査体Ｅとの間、及び受信プローブ１２１と被検査体Ｅとの間には、図示の例では気体Ｇが介在する。このため、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を被検査体Ｅに非接触で検査できるため、ｘｙ面内方向の相対位置をスムーズかつ高速に変えることが可能である。即ち、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１と被検査体Ｅとの間に流体Ｆ（気体Ｇ）を介在させることにより、スムーズな走査が可能になる。

【0190】

送信プローブ１１０から局所的な超音波ビームＵを発すると、発された超音波ビームＵは、被検査体Ｅに局所的に照射する。局所的な超音波ビームＵを照射する位置は走査して変える。前述の通り、被検査体Ｅの欠陥部Ｄと健全部Ｎとで受信プローブ１２１に到達する超音波ビームＵが変化するので、この構成により欠陥部Ｄを検出することができる。

【0191】

局所的な超音波ビームＵを生成するために、本実施形態では収束型の送信プローブ１１０を用いた。

【0192】

送信プローブ１１０は、収束型の送信プローブ１１０である。一方で、受信プローブ１２１は、収束性が送信プローブ１１０よりも緩いプローブを用いる。本開示では、受信プローブ１２１には探触子面が平面である非収束型のプローブが使用される。従って、受信プローブ１２１は非収束型の受信プローブである。このような、非収束型の受信プローブ１２１を用いることで、幅広い範囲について欠陥部Ｄの情報を収集することができる。

【0193】

第１実施形態において図５に即して述べた通り、本開示では、受信信号で検出する周波数の違いに着目することで、散乱波Ｕ１が効率的に検出される。この詳細は、図５に即して述べた通りである。

【0194】

図３２は、制御装置２の機能ブロック図である。制御装置２は、走査計測装置１の駆動を制御するものである。制御装置２は、送信系統２１０と、受信系統２２０と、データ処理部２０１と、スキャンコントローラ２０４と、駆動部２０２と、位置計測部２０３と、信号処理部２５０とを備える。駆動部２０２は、例えば、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を駆動させることで、被検査体Ｅに対する送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１の相対的な位置を変更するものである。位置計測部２０３は、走査位置を計測するものである。スキャンコントローラ２０４は、駆動部２０２を通じて、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を駆動させる。送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１による走査位置は、位置計測部２０３を通じて、スキャンコントローラ２０４に入力される。

【0195】

受信系統２２０とデータ処理部２０１とを合わせて、信号処理部２５０と呼ぶ。信号処理部２５０は、受信プローブ１２１からの信号を増幅処理、フィルタ処理等により、有意な情報を抽出する信号処理を行う。

【0196】

（送信プローブの固有周波数ｆｒｅｓと励起周波数ｆｅｘ）
送信系統２１０は、送信プローブ１１０への印加電圧を生成する系統である。送信系統２１０は、波形発生器２１１、信号アンプ２１２及び送信周波数設定部２１３を備える。波形発生器２１１でバースト波信号が発生する。そして、発生したバースト波信号は信号アンプ２１２で増幅される。信号アンプ２１２から出力された電圧は送信プローブ１１０に印加される。

【0197】

バースト波信号の波形は後述するが、概略を述べると、当該波形は、基本周波数ｆ０で波数Ｎの波束を繰り返えす、繰り返し波束の波形である。送信系統２１０は、送信周波数設定部２１３を備える。送信周波数設定部２１３により、基本周波数ｆ０を変更することができる。本開示は、基本周波数ｆ０の選定方法を特徴の１つとするので、変更後の基本周波数ｆ０を、送信プローブ１１０を励起する周波数という意味から励起周波数ｆｅｘ（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と呼ぶ。

【0198】

後述するように、励起周波数ｆｅｘを適正な値に設定することにより、本実施形態の超音波検査装置Ｚの性能を高めることができる。

【0199】

一般に、送信プローブ１１０は、プローブ毎に定まる特定の周波数で動作させると、発生する超音波の振幅強度（音圧）が最大になる。この最大になる周波数をその送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓ（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と呼ぶことにする。固有周波数で音圧が最大になる理由は、固有周波数ｆｒｅｓにおいて、内蔵する圧電素子の振動が共振するためである。このため、通常は励起周波数を固有周波数に等しく設定して、送信プローブ１００が利用される。

【0200】

本実施形態では、励起周波数ｆｅｘが、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓからずらした周波数に設定される。従って、走査計測装置１は、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓ（共振周波数と同義）からずらした励起周波数ｆｅｘで送信プローブ１１０を駆動する。

【0201】

信号処理部２５０は、データ処理部２０１と、受信系統２２０とを備える。受信系統２２０は、受信プローブ１２１から出力される受信信号を検出する系統である。受信系統２２０は、信号アンプ２２２と、フィルタ部２４０とを備える。従って、信号処理部２５０はフィルタ部２４０を備える。受信プローブ１２１から出力された信号は、信号アンプ２２２に入力されて増幅される。増幅された信号は、フィルタ部２４０（遮断フィルタ）に入力される。フィルタ部２４０は、入力信号の特定の周波数範囲の成分を低減する（遮断する）。フィルタ部２４０については後述する。フィルタ部２４０からの出力信号は、データ処理部２０１に入力される。

【0202】

データ処理２０１の構成は、第１実施形態で用いた構成と同様である。また、フィルタ部２４０の構成も、第１実施形態で用いた構成と同様である。

【0203】

データ処理部２０１では、フィルタ部２４０から入力された信号から、信号強度データを生成する。信号強度データの生成方法として、本実施形態ではピーク間信号量（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｐｅａｋ ｓｉｇｎａｌ）を用いた。ピーク間信号量は信号のうち最大値と最小値との差である。信号強度データの生成方法には、この他、フーリエ変換をして特定周波数範囲の周波数成分の強度を用いてもよい。

【0204】

データ処理部２０１は、スキャンコントローラ２０４から走査位置の情報も受け取る。このようにして、現在の２次元走査位置（ｘ，ｙ）における信号強度データの値が得られる。信号強度データの値（ピーク間信号量）を走査位置に対してプロットすると、欠陥部Ｄの位置又は形状の少なくとも一方に対応した画像（欠陥画像）が得られる。この欠陥画像は表示装置３に出力される。

【0205】

（フィルタ部２４０）
本実施形態で用いるフィルタ部２４０の構成は、第１実施形態でのフィルタ部２４０と同様であり、前述した通りである。フィルタ部２４０の定義も前述の通りである。

【0206】

本開示においてフィルタ部２４０は、所定の周波数範囲の信号成分の強度を低減させる信号処理を行う制御部と定義される。また、フィルタ処理は、所定の周波数範囲の信号成分の強度を低減させる信号処理と定義される。受信信号をフーリエ変換等で周波数成分毎の成分強度に分解した際、成分強度が最大になる周波数を最大成分周波数と呼ぶ。最大強度周波数成分は最大成分周波数における周波数成分である。本開示のフィルタ部２４０は、最大強度周波数成分を含む基本波帯、即ち、最大成分周波数を含む周波数範囲の信号成分の強度を低減する。なお、周波数成分毎の成分強度の分布を周波数スペクトルと呼ぶ。

【0207】

第７実施形態では、フィルタ部２４０は、最大成分周波数ｆｍを含む遮断周波数範囲の成分強度を低減する。即ち、フィルタ部２４０は、受信プローブ１２１の受信信号のうちの少なくとも最大強度周波数成分（最大成分周波数ｆｍに対応する成分）を低減する。そして、フィルタ部２４０は、最大強度周波数成分を含む基本波帯Ｗ１のうちの最大強度周波数成分以外の裾野成分Ｗ３を検出する。フィルタ部２４０により、遮断周波数範囲の成分強度が低減するので、フィルタ部２４０を通過した後の信号では、基本波帯Ｗ１のうち裾野成分Ｗ３が占める割合が増加する。このようにすることで、後記のように、欠陥部Ｄの検出性能を向上できる。

【0208】

図３３Ａは、欠陥部Ｄにまたがるように送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を走査したときの信号強度情報の位置による変化を示したものである。図３３Ａでは、上記図３２の構成からフィルタ部２４０を除いた構成で測定した結果である。送信プローブ１１０の励起周波数ｆｅｘは、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓ＝０．８２ＭＨｚと等しく設定している。健全部Ｎでの信号強度はｖ０である。一方で、欠陥部Ｄに対応する位置（ｘ＝０）で、信号強度がΔｖだけ低下しており、欠陥部Ｄを検出できている。しかし、信号強度の変化率（Δｖ／ｖ０）は小さい。ここで信号強度の変化率は、欠陥部Ｄでの信号変化量Δｖを健全部Ｎでの信号強度ｖ０で割った値と定義される。

【0209】

図３３Ｂは、送信プローブ１１０の励起周波数ｆｅｘを０．７８ＭＨｚに設定するとともに、フィルタ部２４０を備えた制御装置２（図３２）により、信号強度情報を測定した結果である。欠陥部Ｄの場所での信号強度の変化率（Δｖ／ｖ０）が大きくなり、欠陥部Ｄの検出性が改善したことがわかる。

【0210】

図３３Ａ及び図３３Ｂの実験結果を取得した実験条件を説明する。

【0211】

上記の図９は、上記のように、送信プローブ１１０に印加するバースト波の電圧波形である。横軸は時間、縦軸は電圧である。本実施形態では、図９の波形で、基本周波数ｆ０が０．７８ＭＨｚの正弦波が１０波印加される。この１０波を波束と呼ぶ。なお、基本周波数ｆ０の逆数を基本周期Ｔ０と呼ぶ。基本周期Ｔ０は、同図に示した通り、１波束を構成する波の周期である。波束は繰り返し周期Ｔｒ＝５ｍｓで印加される。従って、送信プローブ１１０は、波数が２以上の波束で構成される繰り返し波束の電圧波形を印加されて超音波ビームＵを放出する。

【0212】

なお、本実施形態では各々の波束は基本周波数ｆ０の正弦波を用いたが，正弦波以外でも良い。例えば、波束は、波数Ｎ０の矩形波で構成された波束であってもよい。

【0213】

図３４は、上記図９に示す波形で、基本周波数ｆ０が０．７８ＭＨｚの正弦波を波数１０波を印加した時の、受信信号の周波数成分分布を示したものである。同図は、横軸が周波数で、縦軸がそれぞれの周波数での成分強度の実測データをプロットしている。これは、フィルタ部２４０で処理していない信号の周波数成分分布である。成分強度が最大になる０．８２ＭＨｚが最大成分周波数ｆｍ（図７）である。基本波帯Ｗ１（図７）は、０．７２ＭＨｚから０．８６ＭＨｚに拡がっており、このうち最大成分周波数ｆｍを除いた成分が裾野成分Ｗ３（図７）である。本実施形態では、最大成分周波数ｆｍは、送信プローブ１１０が送信する超音波の基本周波数ｆ０（図９）と等しくなっている。このように、多くの場合、最大成分周波数ｆｍは送信する超音波の基本周波数ｆ０に概ね等しくなる。

【0214】

フィルタ部２４０（図３２）は、上記のように、最大成分周波数ｆｍを除く。具体的には、図示の例では、フィルタ部２４０（図３２）は０．７８ＭＨｚ以下の裾野成分Ｗ３を透過させ、０．８２ＭＨｚを含む、０．７８ＭＨｚを超える波を遮断した。このようなフィルタ部２４０を用いると、上記図８Ｂのように、欠陥部Ｄでの信号強度の変化率が増大し、欠陥の検出性が大幅に改善することがわかる。

【0215】

図３５は、受信信号の周波数成分分布（周波数スペクトル）の実測データを、健全部Ｎ（実線）と欠陥部Ｄ（破線）とで比較した図である。フィルタ部２４０により欠陥部Ｄの検出性が改善するメカニズムは以下の通りである。最大成分周波数ｆｍ＝０．８２ＭＨｚでは、健全部Ｎと欠陥部Ｄとで成分強度（信号の大きさ）の違いは小さい。一方、最大成分周波数ｆｍ以外である裾野成分Ｗ３、特に低域帯については、健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差が大きくなっている。

【0216】

このように、本開示は受信信号の周波数成分分布において、最大成分周波数ｆｍでの信号成分よりも、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３の方が欠陥部Ｄでの信号変化率が大きいという、発明者らが見出した新しい知見に基づくものである。最大成分周波数ｆｍの成分は、受信信号の中で大きな割合を占めるが、欠陥部Ｄでの信号変化率が小さいので、この成分を低減することで、その結果、裾野成分Ｗ３が占める割合が増大する。このようにすることで、フィルタ部２４０で処理後の信号は、欠陥部Ｄでの信号変化率が増大するために、欠陥部Ｄの検出性を改善できる。そして、図３３Ａ及び図３３Ｂに示した実測データを比較しても、フィルタ部２４０による欠陥部Ｄの検出性が改善する効果は明らかである。

【0217】

本開示の効果を奏するためのフィルタ部２４０の周波数特性の代表的な例を以下に示す。フィルタ部２４０は、帯域遮断フィルタ、低域通過フィルタ、又は、高域通過フィルタの少なくとも１つを含むことが好ましい。これらの少なくとも１つを含むことで、最大成分周波数ｆｍを含む周波数範囲の成分を低減できる。フィルタ部２４０の代表的な構成は、第１実施形態で述べたものと同様である。

【0218】

（フィルタ部２４０の実装方法）
第１実施形態で述べたように、フィルタ部２４０の実装方法は、アナログ方式及びデジタル方式に大別される。本実施形態においては、アナログ方式、デジタル方式のいずれを用いても効果が奏される。アナログ方式、デジタル方式の具体的な構成については、第１実施形態において述べた。

【0219】

基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３が欠陥部Ｄに敏感に変化する理由は以下のように考えられる。

【0220】

欠陥部Ｄと相互作用しない直達波Ｕ３は、波の伝播方向、位相、周波数等が変化しない。従って、最大成分周波数ｆｍの信号成分は、直達波Ｕ３が占める割合が多い。そのため、欠陥部Ｄと健全部Ｎとの変化が小さい。

【0221】

上記図５に示したように、欠陥部Ｄと相互作用する散乱波Ｕ１は、伝播方向を変える成分もあり、また、伝播方向は変わらないが位相又は周波数の少なくとも一方が変化する成分もある。また、伝播方向を変える成分の中にも、周波数が変化する成分がある。従って、最大周波数ｆｍからずれた成分である基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３には、欠陥部Ｄと相互作用した超音波ビームＵである散乱波Ｕ１の成分が占める割合が増える。このため、欠陥部Ｄと健全部Ｎとの変化が大きくなる。このようにして、最大成分周波数ｆｍの成分を低減して、かつ基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出することで、欠陥部Ｄの検出性能を向上できる。

【0222】

（基本周波数の裾野成分）
前述の通り、本開示では基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出することで欠陥部Ｄの検出性能を向上するものである。そのため、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を増やすことがさらに検出性能の向上に寄与する。そこで、発明者らは、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を増やすための、送信する超音波波形の関係を鋭意検討した。

【0223】

基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３の量を増やす効果があるものは、繰り返し波束を構成する個々の波束の波数、及び、励起周波数の選択の２つである。

【0224】

（波束の波数）
始めに、繰り返し波束を構成する波束の波数と裾野成分との関係を示す。波束の波数とは、上記図９に示す通り、１つの波束に含まれる基本周波数ｆ０の波の個数である。

【0225】

図３６Ａは、波束の波数Ｎ０と、その超音波の基本波帯Ｗ１の周波数スペクトルである。ここでは基本周波数ｆ０＝０．８２ＭＨｚの超音波を例とした。波数Ｎ０＝１０（破線）、Ｎ０＝２０（実線）の種類の波束について、それぞれの周波数スペクトルを示した。一点鎖線で示したスペクトルは連続波の場合である。連続波の場合は、基本周波数ｆ０の成分のみを有し、裾野成分Ｗ３は殆ど存在しない。これに対して、Ｎ０＝２０、１０でのスペクトルからわかるように、波数Ｎ０が少なくするほど、基本波帯Ｗ１の幅が拡がり裾野成分Ｗ３が増加する。

【0226】

図３６Ｂは、図３６Ａに示したスペクトルの基本波帯の半値全幅（ＦＷＨＭ）が波束の波数Ｎ０に対してどのように変化するかを示した図である。

【0227】

本開示によれば、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３では、欠陥部Ｄによる変化が大きいのであるから、本開示に用いる超音波は、連続波ではなく、繰り返し波束で構成される超音波が好ましいことがわかる。さらに、図３６Ｂに示す通り、各々の波束の波数Ｎ０は少ないほど基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３が増えるので、波数Ｎ０は少ないほど好ましい。図３６Ｂに示すように、Ｎ０≦３０では半値全幅は３０ｋＨｚ（０．０３ＭＨｚ）以上に拡がるので、波束の波数Ｎ０は３０以下であることが好ましい。

【0228】

なお、基本波帯の半値全幅（ＦＷＨＭ)は広すぎても好ましくなく、最大成分周波数ｆｍの５０％以下が好ましい。基本波帯Ｗ１の半値全幅を、最大成分周波数ｆｍの５０％以下にするために、波束の波数Ｎ０は２つ以上が好ましく、また、Ｎ０が３以上だとさらに好ましい。これらの理由は、第１実施例において述べた通りである。

【0229】

従って、波束の波数Ｎ０は、２つ以上、かつ３０以下が好ましい。

【0230】

なお、欠陥部Ｄの情報を含む信号成分は、ｆｍ±０．２５ｆｍの周波数範囲に現れるので、送信波のスペクトルの基本波帯Ｗ１の幅はこれより狭いとさらに好ましい。即ち、基本波帯Ｗ１の周波数スペクトルの半値全幅は最大成分周波数ｆｍの５０％以下であることが好ましい。これにより、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0231】

基本波帯Ｗ１の半値全幅を最大成分周波数ｆｍの５０％以下にするには、上記図１４からわかるように、波束の波数Ｎ０を３以上にすることで達成できる。従って、上記のように、波束の波数Ｎ０を３以上にすると、さらに好ましい。

【0232】

基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出することで欠陥検出性が向上するのであるから、フィルタ部２４０が検出する周波数は、最大成分周波数ｆｍに対して、（ｆｍ±０．２５ｆｍ）の範囲を含む周波数成分を検出することが好ましい。ここで、「０．２５ｆｍ」は最大成分周波数ｆｍの０．２５倍（即ち２５％）を意味する。例として、ｆｍ＝１ＭＨｚの場合は、（１±０．２５）ＭＨｚの範囲、即ち（０．７５～１．２５）ＭＨｚの範囲を指す。これは半値全幅比を５０％以下にすることに対応する。

【0233】

上記図１４からわかるように、波数Ｎ０を５以上にすると、基本波帯Ｗ１の半値全幅比は３０％以下になる。これに対応して、フィルタ部２４０は、最大成分周波数ｆｍに対して、（ｆｍ±０．１５ｆｍ）の範囲を含む周波数成分を検出すると更に好ましい。

【0234】

（励起周波数）
次に、励起周波数ｆｅｘと裾野成分Ｗ３との関係を示す。励起周波数ｆｅｘは波束の基本周波数ｆ０に対応する周波数であり、送信プローブ１１０に印加される周波数である。励起周波数ｆｅｘは、基本波帯Ｗ１の周波数範囲に設定される。

【0235】

一般に送信プローブ１１０は固有周波数ｆｒｅｓ（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を持つ。送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓは、送信プローブ１１０を構成する圧電素子が最も振動し易い周波数である。固有周波数ｆｒｅｓの電圧を印加すると、放出される超音波の強度（音響エネルギ）が最大になるので、通常は、励起周波数ｆｅｘは送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓに等しくなるようにされる。なお、本開示において、固有周波数ｆｒｅｓは、共振周波数ｆｒｅｓと同義である。

【0236】

図３７は、励起周波数ｆｅｘを変えて、受信信号の周波数スペクトルを測定した結果である。この送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓは０．８２ＭＨｚである。図３７の破線は、固有周波数ｆｒｅｓと等しく励起周波数ｆｅｘを設定した時の周波数スペクトルである。前述の通り、これが通常の使用方法である。この測定では繰り返し波束を用いており、各波束の波数Ｎ０は１０個である。このため、基本波帯Ｗ１はある程度の拡がりを持ち、裾野成分Ｗ３を有する。点線で示す周波数スペクトルは、固有周波数ｆｒｅｓを中心として概ね対称なスペクトル形状である。

【0237】

これに対して、図３７の実線は、励起周波数ｆｅｘを固有周波数ｆｒｅｓよりも４０ｋＨｚ小さい０．７８ＭＨｚに設定した時の周波数スペクトルである。ここで、励起周波数ｆｅｘの設定値（０．７８ＭＨｚ）は、基本波帯Ｗ１の周波数範囲内であり、かつ固有周波数ｆｒｅｓからずらした値にしている。破線のスペクトルと比べて実線のスペクトルでは、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３の量（成分強度）が増えていることがわかる。

【0238】

このように、励起周波数ｆｅｘを、基本波帯Ｗ１の周波数範囲内であり、かつ固有周波数ｆｒｅｓからずらした値に設定することにより、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３の量が増加し、欠陥部Ｄの検出性能が向上する。従って、励起周波数ｆｅｘは、基本波帯Ｗ１の周波数範囲に設定されることが好ましい。

【0239】

前述の通り、基本波帯Ｗ１の半値全幅は最大成分周波数ｆｍの５０％以下にすることが好ましい。従って、励起周波数ｆｅｘは（ｆｒｅｓ±０．２５ｆｍ）の範囲に設定することが好ましい。ここで、ｆｒｅｓは送信プローブ１１０の固有周波数である。即ち、励起周波数ｆｅｘと固有周波数ｆｒｅｓ（共振周波数）との差の絶対値｜ｆｅｘ－ｆｒｅｓ｜は最大成分周波数ｆｍの２５％以下にすることが好ましい。なお、本開示において、固有周波数ｆｒｅｓは、共振周波数ｆｒｅｓと同義である。

【0240】

また、送信プローブ１１０は固有振動数ｆｒｅｓで駆動すると、最も強い超音ビームＵ波が放出されることが知られている。励起周波数ｆｅｘの固有周波数ｆｒｅｓからのずれが大きいほど超音波ビームＵの放出効率が低下する。このため、励起周波数ｆｅｘと固有周波数ｆｒｅｓ（共振周波数）との差の絶対値｜ｆｅｘ－ｆｒｅｓ｜は最大成分周波数ｆｍの１５％以下にすると更に好ましい。

【0241】

（瞬時周波数）
励起周波数ｆｅｘを送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓからずらすことにより基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を増えることを述べた。このように裾野成分Ｗ３が増加するメカニズムを述べる。

【0242】

図３８は、１つの波束の時間領域において、瞬時周波数の変化を示す図である。ここでは、固有周波数ｆｒｅｓ＝０．８２ＭＨｚの圧電素子を励起周波数ｆｅｘで駆動した時の振幅波形を振動体モデルで計算した。瞬時周波数は、振幅波形のゼロクロス点から求めた。ゼロクロス点とは、信号がゼロ点を横切る時間を表し、ゼロクロス点の間隔からが周期が分かるので、瞬時周波数が算出できる。図３８の計算では、波束の波数Ｎ０を１０個とした。破線は、励起周波数ｆｅｘを固有周波数ｆｒｅｓに等しい０．８２ＭＨｚに設定した場合の結果であり、実線は励起周波数ｆｅｘを０．７４ＭＨｚに設定した場合の結果である。

【0243】

図３８の破線を見ると、励起周波数ｆｅｘを固有周波数ｆｒｅｓに等しくすると、瞬時周波数は固有周波数ｆｒｅｓである０．８２ＭＨｚで一定になる。これが従来の設定条件に対応する。これに対して、実線を見ると、励起周波数ｆｅｘを０．７４ＭＨｚにした場合は、瞬時周波数が時間とともに変化する。即ち、横軸に示す時刻ｔ＝０で励起周波数ｆｅｘを印加すると、固有周波数ｆｒｅｓに近い周波数で振動を開始し、その後だんだんと励起周波数ｆｅｘに近づいていく。そして、Ｎ０＝１０個を過ぎて励起電圧の印加が終了すると、縦軸に示す瞬時周波数は固有周波数ｆｒｅｓ＝０．８２ＭＨｚに戻る。

【0244】

このように、励起周波数ｆｅｘから固有周波数ｆｒｅｓの間の広い範囲の超音波が発生するため、受信信号には基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３の量が増えるわけである。

【0245】

（送信プローブ１１０の固有周波数の範囲）
本開示に用いる送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓの好ましい範囲を述べる。

【0246】

本開示では局所的な超音波ビームＵを被検査体Ｅに照射して、その位置にある欠陥部Ｄが検知される。従って、局所的な超音波ビームＵのビーム径は小さいほど好ましい。そのため、送信プローブ１１０には収束型プローブを用いることが好ましい。

【0247】

超音波は波動であるから、音響レンズ等を用いて収束させても波長の程度以下に収束させることは難しいことが知られている。これは、波動の回折の効果が現れるためである。

【0248】

周波数ｆ０の超音波は、音速ｃの媒質中での波長λは、λ＝ｃ／ｆ０で表される。被検査体Ｅとしてアクリルを例にとると、音速ｃは２７３０（ｍ／ｓ）であるから、周波数ｆ０＝５０ＫＨｚでは超音波の波長λ＝５４ｍｍになる。即ち、周波数ｆ０＝５０ｋＨｚの超音波は収束型プローブを用いても５０ｍｍ程度までしか収束できず、充分に収束させることが困難である。

【0249】

周波数ｆ０＝２００ｋＨｚの場合は、波長λ＝１４ｍｍとなるので、収束した超音波ビームＵを実現できる。このため、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓは２００ｋＨｚ以上にすることが好ましい。本実施形態では、送信プローブ１１０の固有周波数は０．８２ＭＨｚ（８２０ｋＨｚ）にしている。

【0250】

なお、本開示では散乱波Ｕ１を検出するため、上記図５に示した通り、ビーム径よりも小さな欠陥部Ｄを検出することができる。

【0251】

なお、本実施形態では各々の波束は基本周波数ｆ０の正弦波を用いたが、正弦波以外でも良い。例えば、波数Ｎ０の矩形波で構成された波束であってもよい。

【0252】

また、励起周波数ｆｅｘが１つの波束の中で複数の励起周波数を持つ波であってもよい。このような波としては、周波数が時間とともに変化するチャープ波が知られている。複数の励起周波数を持つ波を用いる場合も、各励起周波数が基本波帯Ｗ１の周波数範囲に設定されることが好ましい。

【0253】

（第８実施形態）
図３９は、第８実施形態での超音波検査装置Ｚにおける制御装置２の機能ブロック図である。第８実施形態では、フィルタ部２４０で使用されるフィルタが、被検査体Ｅの検査前に、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）に対して超音波ビームＵを照射することにより決定される。そして、被検査体Ｅの検査は、検査前に決定されたフィルタを使用して行われる。

【0254】

送信系統２１０は、送信プローブ１１０への印加電圧を生成する系統である。送信系統２１０は、波形発生器２１１、信号アンプ２１２及び送信周波数設定部２１３を備える。波形発生器２１１でバースト波信号が発生する。そして、発生したバースト波信号は信号アンプ２１２で増幅される。信号アンプ２１２から出力された電圧は送信プローブ１１０に印加される。

【0255】

本実施形態では、第７実施形態と同様に、バースト波により送信プローブ１１０を駆動する。送信系統２１０は、送信周波数設定部２１３を備える。送信周波数設定部２１３により、バースト波の基本周波数ｆ０を変更することができ、基本周波数ｆ０を適切な励起周波数ｆｅｘに設定できる。

【0256】

第７実施形態と同様に、本実施形態では、励起周波数ｆｅｘが、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓからずらした周波数に設定される。従って、走査計測装置１は、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓ（共振周波数と同義）からずらした励起周波数ｆｅｘで送信プローブ１１０を駆動する。励起周波数ｆｅｘを適正な値に設定することにより、本実施形態の超音波検査装置Ｚの性能を高めることができる。

【0257】

フィルタ部２４０は、検出部２４４及び決定部２４５を備える。検出部２４４は、周波数と信号強度（成分強度）との関係において、基本波帯Ｗ１のうちの異なる複数の裾野成分Ｗ３を検出するものである。ここでいう関係は、例えば上記図３５に示した関係であり、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）での健全部Ｎ及び欠陥部Ｄに超音波ビームＵを照射することで得られたものである。決定部２４５は、検出した複数の裾野成分Ｗ３同士の比較により、どの裾野成分Ｗ３を使用するかを決定するものである。フィルタ部２４０をこのように構成することで、欠陥部Ｄに起因する信号変化を識別し易い裾野成分Ｗ３を使用でき、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0258】

検出部２４４は、例えば、異なる裾野成分Ｗ３を検出可能なフィルタを備える。ここでいうフィルタは、例えば、上記の帯域遮断フィルタ（図１５Ａ）、低域通過フィルタ（図１６Ａ）、高域通過フィルタ（図１７Ａ）のうちの少なくとも２つである。例えば、検出部２４４がこれら３つのフィルタを備える場合、検出部２４４は、例えば上記図３５に示す関係において、３つのフィルタを用いて、図１５Ｂに示す裾野成分Ｗ３、図１６Ｂに示す裾野成分Ｗ３、及び、図１７Ｂに示す裾野成分Ｗ３を検出する。そして、決定部２４５は、検出した３つの裾野成分Ｗ３同士の比較により、例えば健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差分が最も大きくなる裾野成分Ｗ３の選択等により、どの裾野成分Ｗ３を使用するかを決定する。フィルタ部２４０は、決定した裾野成分Ｗ３を使用して、被検査体Ｅの検査を行うことで、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0259】

（第９実施形態）
図４０は、第９実施形態での超音波検査装置Ｚにおける制御装置２の機能ブロック図である。第９実施形態では、被検査体Ｅの検査前、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）に対して超音波ビームＵを照射することにより得られたデータを使用者に提示し、使用者が、どの裾野成分Ｗ３を使用するか、即ち、どのフィルタを使用するのかが決定される。

【0260】

送信系統２１０は、送信プローブ１１０への印加電圧を生成する系統である。送信系統２１０は、波形発生器２１１、信号アンプ２１２及び送信周波数設定部２１３を備える。波形発生器２１１でバースト波信号が発生する。そして、発生したバースト波信号は信号アンプ２１２で増幅される。信号アンプ２１２から出力された電圧は送信プローブ１１０に印加される。

【0261】

本実施形態では、上記第７実施形態と同様に、バースト波により送信プローブ１１０を駆動する。送信系統２１０は、送信周波数設定部２１３を備える。送信周波数設定部２１３により、バースト波の基本周波数ｆ０を変更することができ、基本周波数ｆ０を適切な励起周波数ｆｅｘに設定できる。

【0262】

上記第７実施形態と同様に、本実施形態では、励起周波数ｆｅｘが、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓからずらした周波数に設定される。従って、走査計測装置１は、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓ（共振周波数と同義）からずらした励起周波数ｆｅｘで送信プローブ１１０を駆動する。励起周波数ｆｅｘを適正な値に設定することにより、本実施形態の超音波検査装置Ｚの性能を高めることができる。

【0263】

制御装置２は、表示部２２３及び受付部２２４を備える。表示部２２３及び受付部２２４は、図示の例ではデータ処理部２０１に備えられる。表示部２２３は、周波数と信号強度（成分強度）との関係を表示装置３に表示させるものである。ここでいう関係は、例えば上記図３５に示す関係であり、欠陥部Ｄの位置が既知の試料（不図示）での健全部Ｎ及び欠陥部Ｄに超音波ビームＵを照射することで得られたものである。受付部２２４は、周波数と信号強度との関係に基づいて使用者によって入力され、検出すべき裾野成分Ｗ３を表す情報を受け付けるものである。入力は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等である入力装置４を通じて行われる。そして、フィルタ部２４０は、受付部２２４が受け付けた情報に基づいて、当該情報に対応する裾野成分Ｗ３を検出する。

【0264】

制御装置２をこのように構成することで、使用者の主観に基づいて検出すべき裾野成分Ｗ３を判断できる。これにより、使用者の経験に基づき判断ができるため、検査実体に即した検査を実行できる。

【0265】

（第１０実施形態。受信プローブ１２１の焦点距離）
第１０実施形態では、受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２は、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長いと、さらに好ましい。このようにすると、前記の通り、散乱波Ｕ１の成分をより多く検出できるようになるためである。前記の通り、散乱波Ｕ１は、欠陥部Ｄと相互作用した超音波ビームＵであるから、散乱波Ｕ１の成分の割合が増えるほど、欠陥部Ｄを検出し易くできる。

【0266】

受信プローブ１２１の焦点距離を長くすると散乱波の成分を多く検出できる理由は、第１実施形態において述べた通りである。即ち、受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２を送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長くすることにより、検出可能な散乱波Ｕ１を増加できる。前記の通り、散乱波Ｕ１は欠陥部Ｄと相互作用した波であるから、これにより欠陥部Ｄの検出性能をさらに向上できる。

【0267】

本開示の例では、受信プローブ１２１の収束性を送信プローブ１１０の収束性よりも緩くしている。即ち、受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２は、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長く設定されている。この結果、受信プローブ１２１のビーム入射面積Ｔ２が広くなるため、広い範囲の散乱波Ｕ１を検出できる。これにより、散乱波Ｕ１の伝搬経路が多少変化しても、受信プローブ１２１で散乱波Ｕ１を検出可能になる。その結果、広い範囲の欠陥部Ｄを検出できる。

【0268】

なお、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも受信プローブ１２１の焦点距離Ｒ２を長くする構成として、受信プローブ１２１として、非収束型のプローブ（不図示）が用いられてもよい。非収束型のプローブでは焦点距離Ｒ２が無限大なので、送信プローブ１１０の焦点距離Ｒ１よりも長くなる。即ち、非収束型の受信プローブ１２１でも、受信プローブ１２１の収束性は送信プローブ１１０の収束性よりも緩くなる。

【0269】

（第１１実施形態）
図４１は、第１１実施形態での超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。第１１実施形態では、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１と受信プローブ１２１の受信音軸ＡＸ２とがずらして配置される。即ち、第１１実施形態での受信プローブ１２１は、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１とは異なる位置に配置された受信音軸ＡＸ２を有する受信プローブ１２０（偏心配置受信プローブ）である。従って、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１（音軸）と受信プローブ１２０の受信音軸ＡＸ（音軸）との間の偏心距離Ｌ（距離）がゼロより大きい。

【0270】

このような配置にすることで、散乱波Ｕ１のうち空間的な方向が変わった波を検出できる。受信信号の周波数スペクトル（図７）に基づく周波数的な散乱波Ｕ１の抽出原理と、偏心配置による空間的な散乱波Ｕ１の抽出原理とを組み合わせることで、欠陥部Ｄの検出性をさらに向上できる。

【0271】

第１１実施形態では、送信プローブ１１０に対して、図４１のｘ軸方向に偏心距離Ｌだけ受信プローブ１２０がずらされて配置されているが、図４１のｙ軸方向にずらされた状態で受信プローブ１２０が配置されてもよい。又は、ｘ軸方向にＬ１、ｙ軸方向にＬ２（即ち、送信プローブ１１０のｘｙ平面での位置を原点とすると、（Ｌ１、Ｌ２）の位置）に受信プローブ１２０が配置されてもよい。

【0272】

送信音軸ＡＸ１、受信音軸ＡＸ２及び偏心距離Ｌの定義及び説明は、前述の通りである。

【0273】

本実施形態では、送信音軸ＡＸ１が試料台１０２の被検査体Ｅの載置面１０２１の法線方向になるように送信プローブ１１０が設置される。前述の通り、このようにすると、板状の被検査体Ｅにおいては、被検査体Ｅの表面に垂直に送信音軸ＡＸ１が配置されるので、走査位置と欠陥部Ｄの位置との対応関係がわかり易くなるという効果がある。

【0274】

偏心距離Ｌは、被検査体Ｅの健全部Ｎでの受信信号よりも、欠陥部Ｄでの信号強度の方が大きくなるような位置に設定するとさらに好ましい。

【0275】

（第１２実施形態）
第１２実施形態では、走査計測装置１は、受信プローブ１２０の傾きを調整する設置角度調整部１０６を備える。これにより、受信信号の強度を増大でき、信号のＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ比、信号雑音比）を大きくできる。本実施形態での超音波検査装置Ｚの構成は、図２４に示した通りである。

【0276】

ここで、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とが為す角度θを受信プローブ設置角度と定義する。上記図２４の場合、送信プローブ１１０は鉛直方向に設置されているので送信音軸ＡＸ１は鉛直方向であるため、受信プローブ設置角度である角度θは、送信音軸ＡＸ１（即ち鉛直方向）と受信プローブ１２０の探触子面の法線との為す角度である。そして、設置角度調整部１０６により、角度θを送信音軸ＡＸ１が存在する側に傾け、角度θをゼロより大きな値に設定する。即ち、受信プローブ１２０が傾斜配置される。具体的には、受信プローブ１２０は、０°＜θ＜９０°を満たすように傾斜配置され、角度θは例えば１０°であるがこれに限られない。

【0277】

このように受信プローブ１２０を傾斜配置して、本発明者が実際に欠陥部Ｄの検出を行ったところ、受信信号の信号強度がθ＝０の場合と比較して３倍に増加した。

【0278】

（第１３実施形態）
図４２は、第１３実施形態の制御装置２の機能ブロック図である。制御装置２は、走査計測装置１の駆動を制御するものである。制御装置２は、送信系統２１０と、受信系統２２０と、データ処理部２０１と、スキャンコントローラ２０４と、駆動部２０２と、位置計測部２０３と、信号処理部２５０とを備える。駆動部２０２は、例えば、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を駆動させることで、被検査体Ｅに対する送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１の相対的な位置を変更するものである。位置計測部２０３は、走査位置を計測するものである。スキャンコントローラ２０４は、駆動部２０２を通じて、送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を駆動させる。送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１による走査位置は、位置計測部２０３を通じて、スキャンコントローラ２０４に入力される。

【0279】

受信系統２２０とデータ処理部２０１とを合わせて、信号処理部２５０と呼ぶ。信号処理部２５０は、受信プローブ１２１からの信号を増幅処理、周波数選択処理等により、有意な情報を抽出する信号処理を行う。

【0280】

送信系統２１０は、送信プローブ１１０への印加電圧を生成する系統である。送信系統２１０は、波形発生器２１１及び信号アンプ２１２を備える。波形発生器２１１でバースト波信号が発生する。そして、発生したバースト波信号は信号アンプ２１２で増幅される。信号アンプ２１２から出力された電圧は送信プローブ１１０に印加される。

【0281】

送信プローブ１１０へ印加する電圧波形は、上記図９に示す通り、繰り返し波束の波形である。各々の波束は、基本周波数ｆ０の正弦波を有限個の波数Ｎ０で構成される。基本周波数ｆ０は、励起周波数ｆｅｘに対応する。本実施形態では、励起周波数ｆｅｘを、送信プローブの固有周波数ｆｒｅｓからずらした周波数に設定している。具体的には、送信プローブの固有周波数ｆｒｅｓ＝０．８２ＭＨｚに対して、励起周波数ｆｅｘ＝０．７８ＭＨｚに設定した。なお、波束の波数Ｎ０は１０に設定した。

【0282】

信号処理部２５０は、データ処理部２０１と、受信系統２２０とを備える。受信系統２２０は、受信プローブ１２１から出力される受信信号を検出する系統である。受信プローブ１２１から出力された信号は、信号アンプ２２２に入力されて増幅される。増幅された信号は、周波数変換部２３０に入力される。周波数変換部２３０は、信号処理部２５０に備えられ、受信プローブ１２１の受信信号を周波数成分に変換（信号処理）するものであり、本開示の例では、時間領域波形である受信信号を周波数成分に変換する。周波数成分は、夫々の周波数の成分の大きさ（スペクトル）である。

【0283】

周波数変換部２３０の構成は第６実施形態での構成と同様である。

【0284】

（周波数成分データの蓄積）
データ処理部２０１は、記憶部２６１と、画像化部２６２と、表示部２６３とを備える。記憶部２６１は、データベース２６１ａを備える。従って、信号処理部２５０は、周波数変換部２３０と、画像化部２６２と、データベース２６１ａと、表示部２６３とを備える。

【0285】

本開示の例では、周波数変換部２３０は、時間領域波形を周波数成分データに変換して位置情報と合わせて記憶部２６１に保存する。そして、画像化部２６２は、詳細は後記するが、変換された周波数成分のうち、周波数パラメータにより指定された周波数成分の部分を用いて、欠陥位置を示す画像２７３（後記）を生成する。即ち、画像化部２６２は、入力された周波数パラメータに基づき、信号特徴量を画像化する。即ち、被検査体Ｅを１回測定する場合に、周波数成分データへの変換は１回で済み、周波数成分データから信号特徴量の抽出は複数回行われる。

【0286】

この構成の好ましい点は、第６実施形態で述べた通り、計算所要時間が短くなることと、データ量の低減の２つある。

【0287】

データ処理部２０１は、スキャンコントローラ２０４から走査位置の情報も受け取る。このようにして、現在の２次元走査位置（ｘ、ｙ）における受信信号の周波数成分に関するデータ（以下、周波数成分データという）が得られる。データ処理部２０１は、走査位置（ｘ、ｙ）と、その位置での周波数成分データとを対応づけて記憶部２６１に保存する。なお、周波数成分データから決定される信号特徴量を、走査位置毎に決定することで、欠陥部Ｄに関する画像２７３が作成される。

【0288】

周波数成分データは、複数の周波数に対応する周波数成分である。典型的な例では、周波数成分データは、受信信号のフーリエ変換で得られる周波数スペクトルである。上記のように、周波数成分は振幅（絶対値）に加えて位相情報も含むことがより好ましい。これは、周波数成分を複素数として扱うことと同義である。後記のように、位相情報も含めることで、より高性能な信号特徴量を算出できる。

【0289】

図４２に示すように、制御装置２は、本開示の例ではデータ処理部２０１を構成する記憶部２６１に、データベース２６１ａを備える。データベース２６１ａは、被検査体Ｅにおける欠陥部Ｄの検出精度に影響を与える情報（以下、「被検査体Ｅに関する情報」という）と、周波数パラメータとを対応付けたものである。ここでいう情報は、例えば、被検査体Ｅの検査条件を含む。検査条件によっては、適正な周波数パラメータが異なり得る。ここでいう適正な周波数パラメータは、健全部Ｎの周波数スペクトルと欠陥部Ｄの周波数スペクトルとの差分を、欠陥部Ｄを検出可能な程度に大きくするための周波数パラメータである。周波数パラメータは、欠陥部Ｄの検出に好適な周波数集合｛ωｎ｝を示すものである。そこで、使用者が検査条件を入力部２７２（後記）に入力することで、画像２７３（後記）の作成に使用される周波数スペクトルの部分を指定できる。

【0290】

なお、本実施形態においては、周波数パラメータに使用した励起周波数ｆｅｘを追加してデータベース２６１ａに保存するとさらに好ましい。励起周波数ｆｅｘを送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓからどれだけずらすかにより、欠陥部Ｄの検出性能が変わる。このため、励起周波数ｆｅｘ（ずらした量）もデータベース２６１ａに登録することで、次回以降の測定時に適正な励起周波数ｆｅｘを選択することが可能になる。

【0291】

なお、使用した励起周波数ｆｅｘを周波数パラメータとして登録する際には、固有周波数ｆｒｅｓからのシフト量が重要なので、差分量Δｆｅｘ＝ｆｅｘ－ｆｒｅｓの形式で登録すると好ましい。さらに、差分量Δｆｅｘと固有周波数ｆｒｅｓとの比（Δｆｅｘ／ｆｒｅｓ）を登録すると好ましい。

【0292】

検査条件は、例えば、被検査体Ｅの材料、被検査体Ｅの厚さ、被検査体Ｅの構造（例えば単層構造又は多層構造の別）、受信プローブ１２１及び送信プローブ１１０に対する被検査体Ｅの位置（例えばｚ方向の位置）、流体Ｆの種類、の少なくとも１つを含む。これらは適正な周波数パラメータに影響を与え得る情報のため、これらの少なくとも１つを使用者が入力することで、適正な周波数パラメータを決定できる。

【0293】

図４３Ａは、データベース２６１ａの一例である。周波数パラメータは、本開示の例では、送信周波数ｆ０（図９）に対する比率ｆ／ｆ０の集合である。図４３Ａに示す例では、被検査体Ｅに関する情報に対する好適な周波数パラメータが、ある範囲として表現される。ここでいう情報は、説明のための一例として、例えば被検査体Ｅの厚さ及び材料である。上記図３１に示す超音波検査装置Ｚで測定を行い、好適な周波数パラメータが繰り返し登録、即ち更新されると、データベース２６１ａに情報が蓄積されていく。

【0294】

図４３Ｂは、図４３Ａに示すデータベース２６１ａを立体的に示す図である。被検査体Ｅに関する情報は、複数の軸を持つ多次元情報である。即ち、被検査体Ｅに関する情報を各成分Ｉｔ［ｋ］（ｋは１以上の整数）に分けて表記すると、ｋ＝１、２、．．．が多次元情報の各軸に対応する。図４３Ｂに示す例では、説明のための一例として、Ｉｔ［１］が被検査体Ｅの厚さ、Ｉｔ［２］が被検査体Ｅの材料である。

【0295】

図４３Ａでは、多次元情報である被検査体Ｅに関する情報を１つの軸として抽象化して示している。具体的に記すと、図４３Ｂに示すように、被検査体Ｅに関する情報は複数の軸で構成される。従って、データベース２６１ａは、本開示の例では、このように多次元情報である検査体情報を軸とするデータベースである。

【0296】

データベース２６１ａは、表形式で表してもよい。即ち、多次元の被検査体Ｅに関する情報ごとに１つのレコード（行）として、好適な周波数パラメータを記した表を作成してもよい。また、データベース２６１ａをコンピュータ等で処理する場合には、表形式のデータベースで表現してもよいし、多次元の被検査体Ｅに関する情報ごとに１つのレコードにしたデータベース形式で表現してもよい。

【0297】

図４２に戻って、データ処理部２０１は、画像化部２６２を備える。画像化部２６２は、信号処理部２５０に備えられ、変換された周波数成分のうち、周波数パラメータにより指定された周波数成分の部分を用いて、欠陥部Ｄの位置（欠陥位置）を示す画像２７３（後記）を生成する。画像化部２６２は、具体的には、周波数変換部２３０により変換された周波数成分に対応する周波数スペクトルのうち、入力された周波数パラメータに対応する部分の周波数スペクトルにおいて、被検査体Ｅの欠陥部Ｄに起因する信号の変化（変化量）に基づき、画像２７３を作成する。このようにすることで、画像２７３を生成できる。

【0298】

ここでいう信号の変化（受信信号の変化）は、本開示の例では、信号特徴量である。従って、画像化部２６２は、まず、変換された周波数成分に対応する周波数スペクトルのうち、使用者によって入力された周波数パラメータの部分から、信号特徴量を算出する。信号特徴量は、上記のように信号の変化を表す例えば値であり、欠陥情報（例えば欠陥部Ｄの位置）を適切に含むように周波数成分データから算出した値である。信号特徴量の具体的な算出方法の例は後記する。このようにして得られた信号特徴量を走査位置（ｘ、ｙ）に対してプロットすることで、被検査体Ｅの内部に存在する欠陥部Ｄの２次元画像（欠陥画像）が生成する。

【0299】

データ処理部２０１（信号処理部２５０）は、表示装置３への表示を行う表示部２６３を備える。表示部２６３は、画像２７３を表示装置３に出力して表示する。表示装置３は、例えばモニタ、ディスプレイ等である。詳細は後記するが、表示部２６３は、表示装置３に、周波数変換部２３０により変換された周波数成分に対応する周波数スペクトル２７１（後記）を表示する。これとともに、表示部２６３は、表示装置３に、周波数パラメータの入力を受け付ける入力部２７２（後記）を表示する。入力は、例えば、超音波検査装置Ｚの使用者によって行われるが、別の装置（不図示）からの入力でもよい。本開示では、一例として、使用者が周波数パラメータを入力する場合を説明する。

【0300】

以上の手順を走査位置（ｘ，ｙ）を変えながら行うことで、所望の範囲が走査される。走査完了すると、走査位置（ｘ，ｙ）に対応した周波数成分データ及び信号特徴量がデータ処理部２０１内の記憶部２６１に保存される。本開示では、走査位置で信号を取得する毎に信号特徴量が算出される。ただし、測定中、周波数成分データが記憶部２６１に保存され、測定後に信号特徴量が纏めて算出されることで欠陥画像を生成してもよい。

【0301】

（信号特徴量の算出）
本開示の例で用いた、周波数成分データから信号特徴量の算出方法については、上記第６実施形態で述べた通りである。

【0302】

上記第６実施形態で記載した、上記式（１）において、積算に含める周波数の集合｛ω｝の選択が重要になる。選択は、例えば、使用者によって実行される。上記周波数スペクトルからわかるように、基本波帯Ｗ１（図７）のうち、健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差が大きい部分の周波数範囲を選択すると、欠陥部Ｄの画像をより明瞭に得ることが出来る。従って、使用者は、健全部Ｎと欠陥部Ｄとの差が大きい部分の周波数範囲（周波数パラメータ）を入力することが好ましい。ここでいう「大きい」は、例えば、使用者が２つの周波数スペクトルの違いを明瞭の認識できる程度の違い、又は、予め決定された所定の閾値以上等を採用できる。

【0303】

なお、信号特徴量は、欠陥部Ｄの位置情報を適切に含むように周波数成分データから算出した値であればよく、上記の算出方法に限定されるものではない。上記の例では、時間領域の信号波形ｈ（ｔ）のＰＰ値を信号特徴量としたが、ｈ（ｔ）の絶対値を算出し、ｈ（ｔ）の面積を算出して信号特徴量としてもよい。ここで面積の算出手順は、ｈ（ｔ）を適切な時間間隔でサンプリングして、サンプリング点でのｈ（ｔ）の総和を算出すればよい。また、ｈ（ｔ）の絶対値の代わりに、ｈ（ｔ）の２乗値を用いてもよい。更に、式（１）及び式（２）を用いる代わりに、周波数成分Ｈ（ω）の絶対値を、入力された周波数集合｛ω｝について合計した値を信号特徴量として用いてもよい。

【0304】

（周波数の選択）
図４４は、本開示の例での超音波検査装置Ｚの操作画面２７０の構成例を模式的に示す図である。操作画面２７０は、表示部２６３（図４２）によって、表示装置３（図４２）に表示される。表示部２６３は、表示装置３に、上記のように、周波数変換部２３０（図４２）により変換された周波数成分に対応する周波数スペクトル２７１と、使用者による周波数パラメータの入力を受け付ける入力部２７２と、を表示する。本開示の例では、表示部２６３は、超音波検査装置Ｚの操作画面２７０を表示装置３に表示するとともに、周波数スペクトル２７１及び入力部２７２を操作画面２７０に表示する。これにより、周波数スペクトル２７１を含む操作画面２７０を確認しながら、使用者が入力部２７２を操作できる。

【0305】

図４４に示す構成例では、左側に被検査体Ｅの欠陥部Ｄの位置を示す画像２７３が表示される。右側の上部に周波数スペクトル２７１が表示される。ここでは、検査位置による複数箇所の周波数スペクトル２７１を表示できると比較ができるため好ましい。特に、周波数スペクトル２７１は、破線で示す第１周波数スペクトルと、実線で示す第２周波数スペクトルとを含む。破線及び実線の各グラフは、上記図３５における破線及び実線の各グラフである。これにより、周波数スペクトル同士を使用者が比較でき、適切な周波数成分を使用者が入力できる。ただし、表示される周波数スペクトル２７１は、第１周波数スペクトル又は第２周波数スペクトルのうちの何れか一方のみでよい。使用者がある程度の経験を有することで、何れか一方のみの周波数パラメータに基づいて、好適な周波数パラメータを決定でき得る。

【0306】

入力部２７２は、使用者によって周波数パラメータが入力されるものである。本開示の例では、入力部２７２は、長さ及び位置を調整可能なスライドバーにより構成される周波数選択部である。使用者がスライドバーを例えばマウス、キーボード等を使用し、周波数スペクトルの周波数位置に対応した位置にスライドバーの長さ及び位置を調整することで、信号特徴量を抽出するための周波数範囲（周波数集合）を入力できる。ここで入力された周波数範囲が周波数パラメータである。入力後、更新ボタン２７４が押下されることで、周波数スペクトル２７１が更新される。

【0307】

周波数スペクトル２７１は、表示されることが好ましいものの、表示されなくてもよい。表示されない場合、例えば、画像化部２６２は、データベース２６１ａ（図４２）の中から、入力部２７５を通じ、受け付けた被検査体Ｅに関する情報に対応する周波数パラメータを初期の周波数パラメータとして決定する。入力部２７５は、被検査体Ｅにおける欠陥部Ｄの検出精度に影響を与える情報（上記の「被検査体Ｅに関する情報」）を受け付けるものである。上記表示部２６３は表示装置３に入力部２７５を表示する。該当する周波数パラメータが無い場合には、その情報に最も近い情報に対応する周波数パラメータが決定される。決定された周波数パラメータは、表示装置３に表示される。画像化部２６２は、決定した周波数パラメータに基づき、画像２７３（図４４）を作成する。データベース２６１ａの情報を利用することで、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0308】

（第１４実施形態）
第１４実施形態は、複数の励起周波数ｆｅｘから最適な励起周波数ｆｅｘを選択する構成である。第１４実施形態は、上記図３１の超音波検査装置Ｚ、及び、上記図３２の制御装置２を用いた。

【0309】

図４５は、第１４実施形態で被検査体Ｅの欠陥画像を得るステップを示す図である。

【0310】

第１４実施形態のステップＳ１００（画像取得ステップ）は、適切な励起周波数を選択するステップＳ１と、選択した励起周波数を用いて被検査体Ｅの欠陥画像を取得するステップＳ２と、の２段階に大別される。ステップＳ１は、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を含む。ステップＳ１１では、励起周波数ｆｅｘ［ｎ］が設置される。ステップＳ１２では、信号強度が測定される。ステップＳ１３では、最適な励起周波数が選択される。ステップＳ２は、ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を含む。ステップＳ２１では、送信プローブ１１０から送信される超音波ビームＵの周波数が選択された励起周波数に設定される。ステップＳ２２では、被検査体Ｅを走査することで測定が実行される。ステップＳ２３では、画像２７３が表示される。

【0311】

第１４実施形態では、まず標準試験体（不図示）を用いて欠陥部Ｄの信号量が計測される。標準試験体は、形状、場所等が既知の模擬欠陥（欠陥部Ｄを模擬した欠陥）を形成した検査体である。標準試験体を構成する材料は、検査する被検査体Ｅと同じ材料、又は特性が近い材料で構成することが好ましい。

【0312】

第１４実施形態で用いる標準検査体では、模擬欠陥の形状は、長さ１０ｍｍ、幅１ｍｍとすることができる。幅、長さ、模擬欠陥の深さ位置等は、複数の形状、位置の模擬欠陥を形成するとさらに好ましい。

【0313】

図４６は、標準検査体を模擬欠陥を横切るように走査しながら、超音波ビームＵを送信して受信信号を計測し、受信信号を適切な信号処理により信号量を算出してプロットした結果である。図中の曲線ａは励起周波数ｆｅｘ１で測定した結果であり、曲線ｂは励起周波数ｆｅｘ１とは異なる励起周波数ｆｅｘ２で測定した結果である。Δｖ及びｖ０は、上記図３３Ａ及び図３３Ｂと同じである。曲線ｂは曲線ａよりΔｖが大きい。このように複数の励起周波数で位置が既知の模擬欠陥を計測した。励起周波数ｆｅｘは、５～１０種類程度に変更して、図４６のように信号量を計測しても良い。

【0314】

図４６の結果から最適な励起周波数ｆｅｘを選択できる。選択基準として、第１４実施形態では、信号強度の変化率Δｖ／ｖ０が最大になる励起周波数ｆｅｘを選択できる。選択基準はこれに限定されるわけでなく、信号強度の変化率Δｖ／ｖ０と信号強度ｖ０との２つの値から最適値を選択しても良い。

【0315】

第１４実施形態では、最適な励起周波数ｆｅｘの選択は、制御装置２が前述の選択基準に基づいて自動的に選択できる。この他、図４６の測定結果を操作画面２７０上に表示して、ユーザが最適な励起周波数ｆｅｘを選択する構成でもよい。

【0316】

次に、このように選択した最適な励起周波数ｆｅｘに設定して、被検査体Ｅを計測を行い、欠陥部Ｄの計測を行うことができる。第１４実施形態によれば、励起周波数ｆｅｘとして最適な周波数を用いるため、欠陥部の検出精度をさらに向上できるという効果がある。

【0317】

（第１５実施形態）
第１５実施形態は、複数の励起周波数ｆｅｘから最適な励起周波数ｆｅｘを選択する構成である。

【0318】

図４７は、第１５実施形態で被検査体Ｅの欠陥画像を得るステップを示す図である。

【0319】

第１５実施形態では、上記第１４実施形態のステップＳ１において、ステップＳ１２とステップＳ１３との間に、更にステップＳ１４が実行される。第１５実施形態のステップＳ１００（画像取得ステップ）は、適切な励起周波数を選択するステップＳ１と、選択した励起周波数を用いて被検査体Ｅの欠陥画像を取得するステップＳ２との２段階に大別される。

【0320】

第１５実施形態では、被検査体Ｅを測定対象として複数の励起周波数ｆｅｘで周波数スペクトルが測定して操作画面２７０に表示される（ステップＳ１４）。周波数スペクトルを測定する位置は、被検査体Ｅの健全部でも欠陥部Ｄのいずれでも良い。

【0321】

送信プローブ１１０の励起周波数をｆｅｘ［１］に設定して被検査体Ｅに超音波ビームを照射することで受信信号が測定する。次に、別の励起周波数ｆｅｘ［２］に設定して、同様に受信信号が測定される。このようにして、励起周波数ｆｅｘ［ｎ］（ｎ＝１、２、．．．．）と変えて受信信号が測定される。

【0322】

図４８は、ステップＳ１４で表示される周波数スペクトルである。ステップＳ１４では、測定された受信信号から周波数スペクトルを算出し、図４８に示すように、励起周波数ｆｅｘ［ｎ］に対応する周波数スペクトルが操作画面２７０上に表示される。このようにすると、図４８に示すように、異なる励起周波数に対応して、それぞれのスペクトルが表示される。なお、図４８は前述の通り、励起周波数ｆｅｘを変えて、受信信号の周波数スペクトルを測定した結果である。図４８の破線は、固有周波数ｆｒｅｓ（０．８２ＭＨｚ）と等しく励起周波数ｆｅｘを設定した時の周波数スペクトルである。実線は、励起周波数ｆｅｘを固有周波数ｆｒｅｓよりも４０ｋＨｚ小さい０．７８ＭＨｚに設定した時の周波数スペクトルである。

【0323】

ユーザは、これら複数のスペクトルを見て、適切な励起周波数ｆｅｘを選択する。励起周波数の選択基準は、第１５実施形態では、スペクトルのうち裾野成分Ｗ３の割合が大きくなるように励起周波数を選択できる。最適な励起周波数の選択基準は、これ以外であっても良い。例えば、裾野成分Ｗ３の割合と、信号強度の大きさとの２つの要素から最適な励起周波数を選択してもよい。

【0324】

図４７に戻って、このようにして最適な励起周波数ｆｅｘを選択した後、欠陥画像を取得するステップＳ２が実行される。ステップＳ２では、選択された励起周波数ｆｅｘを設定して、被検査体Ｅを走査して受信信号が取得される。取得した受信信号を用いて、欠陥画像が操作画面２７０上に表示される。

【0325】

第１５実施形態によれば、励起周波数ｆｅｘとして最適な周波数を用いるため、欠陥部Ｄの検出精度をさらに向上できるという効果がある。第１５実施形態では、標準試験体を用いることなく、最適な励起周波数ｆｅｘを選択できるという効果もある。

【0326】

また、第１５実施形態において、操作画面２７０上に表示されたスペクトルを基にして、信号特徴量を算出する周波数範囲を選定することができる。

【0327】

複数の周波数スペクトルからユーザが最適な励起周波数を選択する代わりに、制御装置２が最適な励起周波数を選択してもよい。励起周波数を選択するアルゴリズムは、測定した励起周波数ｆｅｘ［ｎ］ごとに、スペクトルの中央周波数の成分強度を基準として裾野成分の強度比率を算出し、その比率が最大になる励起周波数ｆｅｘを選択すればよい。

【0328】

（第１６実施形態）
図４９は、第１６実施形態の超音波検査装置Ｚの機能ブロック図である。本実施形態では、入力部２７５（図４４）を備えなくてもよい。

【0329】

信号処理部２５０は更新部２９１（周波数パラメータ更新部）を備える。更新部２９１は、周波数パラメータを自動的に更新する。更新部２９１でのより具体的な処理の一例を示す。画像化部２６２は、欠陥部Ｄ及び健全部Ｎの２点の受信信号について、周波数パラメータを変更しながら上記信号特徴量を算出する。そして、更新部２９１は、欠陥部Ｄ及び健全部Ｎの信号特徴量の差が最大になるような周波数パラメータを探索し、決定する。このようにして更新部２９１で更新された周波数パラメータを用いて、画像化部２６２は、画像２７３を作成する。また、このように更新された周波数パラメータがデータベース２６１ａに登録され、データベース２６１ａが更新される。

【0330】

なお、周波数パラメータに使用した励起周波数ｆｅｘを追加してデータベース２６１ａに保存するとさらに好ましい。従って、データベース２６１ａは、励起周波数ｆｅｘの情報を含むことが好ましい。励起周波数ｆｅｘを送信プローブの固有周波数ｆｒｅｓからどれだけずらすかにより、欠陥の検出性が変わるので、これもデータベース２６１ａに登録することで、次回以降の測定時に適正な励起周波数ｆｅｘを選択することが可能になる。

【0331】

なお、使用した励起周波数ｆｅｘを周波数パラメータとして登録する際には、固有周波数ｆｒｅｓからのシフト量が重要なので、差分量Δｆｅｘ＝ｆｅｘ－ｆｒｅｓの形式で登録すると好ましい。さらに、差分量Δｆｅｘと固有周波数ｆｒｅｓとの比（Δｆｅｘ／ｆｒｅｓ）を登録すると好ましい。

【0332】

なお、決定された周波数パラメータは、表示装置３に表示されてもよい。また、周波数パラメータを更新部２９１で自動的に更新するかわりに、使用者が、画像２７３を見ながら、入力部２７２を通じて、周波数パラメータを指定してもよい。このようにしても、欠陥部Ｄの検出精度をさらに向上できる。

【0333】

図５０は、制御装置２のハードウェア構成を示す図である。前記した各構成、機能、ブロック図を構成する各部等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図５０に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ２５２等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。制御装置２は、例えば、メモリ２５１、ＣＰＵ２５２、記憶装置２５３（ＳＳＤ，ＨＤＤ等）、通信装置２５４及びＩ／Ｆ２５５を備える。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤＤに格納すること以外に、メモリ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード、ＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）カード、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の記録媒体に格納することができる。

【0334】

図５１は、上記各実施形態の超音波検査方法を示すフローチャートである。本開示の超音波検査方法は上記の超音波検査装置Ｚの制御装置２により実行でき、一例として適宜、図３１及び図３２を参照して説明する。本開示の超音波検査方法は、気体Ｇ（図３１）を介して被検査体Ｅ（図３１）に超音波ビームＵを入射することにより被検査体Ｅの検査を行うものである。

【0335】

本開示の超音波検査方法は、ステップＳ１０１～Ｓ１０５，Ｓ１１１，Ｓ１１２を含む。まず、制御装置２の指令により、送信プローブ１１０が、送信プローブ１１０から超音波ビームＵを放出するステップＳ１０１（放出ステップ）を行う。

【0336】

ステップＳ１０１においては、送信プローブ１１０の励起周波数ｆｅｘが送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓからずらした周波数に設定される。従って、ステップＳ１０１では、送信プローブ１１０の固有周波数ｆｒｅｓ（共振周波数と同義）からずらした励起周波数ｆｅｘで、送信プローブ１１０を励起して超音波ビームＵが放出される。

【0337】

続いて、ステップＳ１０２（受信ステップ）では、受信プローブ１２１が、超音波ビームＵを受信する。

【0338】

その後、フィルタ部２４０は、受信プローブ１２１が受信した超音波ビームＵの信号（例えば波形信号）を基に、特定の周波数範囲、具体的には、最大成分周波数ｆｍを含む周波数範囲の成分（最大強度周波数成分）を低減するステップＳ１０３（フィルタ処理ステップ）を行う。即ち、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で受信した超音波ビームＵの信号の最大強度周波数成分が低減される。

【0339】

そして、データ処理部２０１は、フィルタ処理を行った信号から、基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３を検出して信号強度データを生成するステップＳ１０４（信号強度算出ステップ）を行う。従って、ステップＳ１０４では、超音波ビームＵの信号における基本波帯Ｗ１の裾野成分Ｗ３が検出される。信号強度データの生成方法として、本実施形態ではピーク間信号量（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｐｅａｋ ｓｉｇｎａｌ）が使用される。これは信号のうち最大値と最小値との差である。

【0340】

この次に、ステップＳ１０５（形状表示ステップ）が行われる。送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１の走査位置情報は、位置計測部２０３からスキャンコントローラ２０４に送信される。データ処理部２０１は、スキャンコントローラ２０４から取得した送信プローブ１１０の走査位置情報に対して、それぞれの走査位置での信号強度データをプロットする。このようにして、信号強度データが画像化される。これがステップＳ１０５である。

【0341】

なお、上記図３３Ｂは走査位置情報が１次元（１方向）の場合であり、走査位置情報がｘ、ｙの２次元の場合については、信号強度データをプロットすることで、欠陥部Ｄが２次元画像として示され、それが表示装置３に表示される。

【0342】

データ処理部２０１は、走査が完了したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。走査が完了している場合（Ｙｅｓ）、制御装置２は処理を終了する。走査が完了していない場合（Ｎｏ）、データ処理部２０１は駆動部２０２に指令を出力することによって、次の走査位置まで送信プローブ１１０及び受信プローブ１２１を移動させ（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０１へ処理を戻す。

【0343】

以上の超音波検査装置Ｚ及び超音波検査方法によれば、欠陥部Ｄの検出性能、例えば微小欠陥を検出する性能を向上できる。

【0344】

以上の各実施形態では、欠陥部Ｄは空洞である例を記載しているが、欠陥部Ｄとして被検査体Ｅの材質とは異なる材質が混入している異物であってもよい。この場合も、異なる材料が接する界面で音響インピーダンスの差（Ｇａｐ）があるため、散乱波Ｕ１が発生するので、上記各実施形態の構成が有効である。上記各実施形態に係る超音波検査装置Ｚは、超音波欠陥映像装置を前提としているが、非接触インライン内部欠陥検査装置に適用されてもよい。

【0345】

本開示は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0346】

また、各実施形態において、制御線及び情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線及び情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。

【符号の説明】

【0347】

１ 走査計測装置
１００ 送信プローブ
１０１ 筐体
１０２ 試料台
１０２１ 載置面
１０３ 送信プローブ走査部
１０４ 受信プローブ走査部
１０５ 偏心距離調整部
１０６ 設置角度調整部
１１０ 送信プローブ
１１１ 振動子
１１２ バッキング
１１３ 整合層
１１４ 探触子面
１１５ 送信プローブ筐体
１１６ コネクタ
１１７ リード線
１１８ リード線
１２０ 受信プローブ
１２１ 受信プローブ
１４０ 受信プローブ
２ 制御装置
２０１ データ処理部
２０２ 駆動部
２０３ 位置計測部
２０４ スキャンコントローラ
２１０ 送信系統
２１１ 波形発生器
２１２ 信号アンプ
２１３ 送信周波数設定部
２２０ 受信系統
２２２ 信号アンプ
２２３ 表示部
２２４ 受付部
２３０ 周波数変換部
２３１ 信号強度算出部
２４０ フィルタ部
２４１ 周波数成分変換部
２４２ 周波数選択部
２４３ 周波数成分逆変換部
２４４ 検出部
２４５ 決定部
２５０ 信号処理部
２５１ メモリ
２５２ ＣＰＵ
２５３ 記憶装置
２５４ 通信装置
２５５ Ｉ／Ｆ
２６１ 記憶部
２６１ａ データベース
２６２ 画像化部
２６３ 表示部
２７０ 操作画面
２７１ 周波数スペクトル
２７２ 入力部
２７３ 画像
２７４ 更新ボタン
２７５ 入力部
２９１ 更新部
３ 表示装置
４ 入力装置
ＡＸ 受信音軸
ＡＸ１ 送信音軸
ＡＸ２ 受信音軸
ＢＷ ビーム幅
Ｃ２ コーン
Ｃ３ コーン
Ｄ 欠陥部
Ｅ 被検査体
Ｆ 流体
Ｇ 気体
Ｌ 偏心距離
Ｎ 健全部
Ｐ１ 焦点
Ｐ１１ 交点
Ｐ１２ 交点
Ｐ２ 焦点
Ｒ１ 焦点距離
Ｒ２ 焦点距離
Ｔ１ ビーム入射面積
Ｔ２ ビーム入射面積
Ｕ 超音波ビーム
Ｕ１ 散乱波
Ｕ２ 超音波ビーム
Ｕ３ 直達波
Ｗ 液体
Ｗ１ 基本波帯
Ｗ２ 周波数範囲
Ｗ３ 裾野成分
Ｚ 超音波検査装置

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33A】

【図33B】

【図34】

【図35】

【図36A】

【図36B】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43A】

【図43B】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】