(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】
(24)【登録日】2022-06-15
(45)【発行日】2022-06-23
(54)【発明の名称】超音波検査装置
(51)【国際特許分類】
G01N 29/265 20060101AFI20220616BHJP
G01N 29/04 20060101ALI20220616BHJP
G21C 17/003 20060101ALI20220616BHJP
【ＦＩ】
G01N29/265
G01N29/04
G21C17/003 100
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018135557
(22)【出願日】2018-07-19
(65)【公開番号】P2020012746
(43)【公開日】2020-01-23
【審査請求日】2021-01-15
(73)【特許権者】
【識別番号】507250427
【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 睦三
【審査官】小野寺 麻美子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－２１４１３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０５３９３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－１５３９０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９６７７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３２２１８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開昭６０－０７３３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０３－１０６４５５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開平０７－０２０５１５（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２
Ｇ２１Ｃ １７／００ － Ｇ２１Ｃ １７／１４
Ｇ０１Ｂ １１／００ － Ｇ０１Ｂ １１／３０
Ｇ０１Ｃ １／００ － Ｇ０１Ｃ １／１４
Ｇ０１Ｃ ５／００ － Ｇ０１Ｃ １５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検査部位に超音波を送信する送信用斜角探触子と、前記検査部位で反射された超音波を受信する受信用斜角探触子と、
前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を保持するマニピュレータと、
前記受信用斜角探触子で受信された超音波に関する情報を表示又は記憶する処理を実行する制御装置とを備えた超音波検査装置において、
前記マニピュレータに設けられ、前記送信用斜角探触子の姿勢角を調整する第１の回転軸と、
前記第１の回転軸に連結された第１の光ビーム発生器と、
前記マニピュレータに設けられ、前記受信用斜角探触子の姿勢角を調整する第２の回転軸と、
前記第２の回転軸に連結された第２の光ビーム発生器と、
前記第１の光ビーム発生器からの光ビームと前記第２の光ビーム発生器からの光ビームが照射された場合に、それらの照射位置を視認可能な受光板と、
前記受光板を撮影するカメラと、
前記カメラで撮影された前記受光板の画像を処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置で生成された合成画像を表示する画像表示装置とを備え、
前記画像処理装置は、
前記送信用斜角探触子の位置と予め設定された姿勢角に基づき、前記第１の光ビーム発生器からの光ビームが照射されるべき前記受光板上の第１の目標照射位置を演算し、
前記受信用斜角探触子の位置と予め設定された姿勢角に基づき、前記第２の光ビーム発生器からの光ビームが照射されるべき前記受光板上の第２の目標照射位置を演算し、
前記カメラで撮影された前記受光板の画像に対し、前記第１の目標照射位置及び前記第２の目標照射位置にそれぞれ対応する第１の目標マーカ及び第２の目標マーカを重畳して、合成画像を生成することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項2】
請求項１に記載の超音波検査装置において、前記画像処理装置で生成された合成画像を保存する記憶装置を備えたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項3】
請求項１に記載の超音波検査装置において、無線通信装置を介し前記カメラからの画像を受信する携帯端末機を備え、
前記携帯端末機は、前記画像処理装置と前記画像表示装置を備えたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項4】
請求項１に記載の超音波検査装置において、無線通信装置を介し前記画像処理装置からの合成画像を受信する携帯端末機を備え、
前記携帯端末機は、前記画像表示装置を備えたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項5】
検査部位に超音波を送信する送信用斜角探触子と、
前記検査部位で反射された超音波を受信する受信用斜角探触子と、
前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を保持するマニピュレータと、
前記受信用斜角探触子で受信された超音波に関する情報を表示又は記憶する処理を実行する制御装置とを備えた超音波検査装置において、
前記マニピュレータに設けられ、前記送信用斜角探触子の姿勢角を調整する第１の回転軸と、
前記第１の回転軸に連結された第１の光ビーム発生器と、
前記マニピュレータに設けられ、前記受信用斜角探触子の姿勢角を調整する第２の回転軸と、
前記第２の回転軸に連結された第２の光ビーム発生器と、
前記第１の光ビーム発生器からの光ビームと前記第２の光ビーム発生器からの光ビームが照射された場合に、それらの照射位置を視認可能な受光板とを備え、
前記受光板は、前記第１の光ビーム発生器からの光ビームが前記受光板の一方側側面に照射されると共に、前記第２の光ビーム発生器からの光ビームが前記受光板の反対側側面に照射されるように配置されて、前記第１の光ビーム発生器からの光ビームの照射位置と前記第２の光ビーム発生器からの光ビームの照射位置との関係が前記一方側側面又は前記反対側側面から目視確認可能なように半透明な材料で構成されたことを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を備えた超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
検査部位に欠陥が生じているか否かを検査する超音波検査方法の一つとして、送信用斜角探触子と受信用斜角探触子を用いる二探触子法が知られている。送信用斜角探触子は、検査部位に超音波を送信する。受信用斜角探触子は、検査部位に欠陥が存在する場合に、欠陥で反射された超音波を受信する。制御装置は、受信用斜角探触子で受信された超音波に関する情報（詳細には、例えば、超音波の振幅の経時変化、若しくは、それから得られた情報）を表示又は記憶する。検査者は、この情報により、検査部位に欠陥が生じているか否かを確認する。
【0003】
特許文献１に記載の二探触子法では、検査部位は、例えば平板状の母材に形成された溶接部である。送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子は、溶接部を挟んで一方側及び反対側にそれぞれ配置される。送信用斜角探触子は、溶接線に垂直な仮想平面に沿った送信方向で超音波を送信するように、母材の表面に配置される。受信用斜角探触子は、前述の仮想平面に沿った受信方向で超音波を受信するように、母材の表面に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００５－２７４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した二探触子法では、送信用斜角探触子の姿勢角と受信用斜角探触子の姿勢角を調整して、送信用斜角探触子の超音波の送信方向と受信用斜角探触子の超音波の受信方向の精度を高めることが好ましい。送信用斜角探触子の超音波の送信方向又は受信用斜角探触子の超音波の受信方向の精度が低ければ、検査部位に欠陥が存在しても、受信用斜角探触子は、欠陥で反射された超音波を受信しないか、若しくは、受信強度（言い換えれば、超音波の振幅）が低くなる可能性がある。一方、検査部位に欠陥が生じていなければ、受信用斜角探触子は、超音波を受信しないか、若しくは、受信強度が低くなる。したがって、検査部位に欠陥が生じていないという検査結果の信頼性を高めるためには、送信用斜角探触子の姿勢角と受信用斜角探触子の姿勢角を調整して、送信用斜角探触子の超音波の送信方向と受信用斜角探触子の超音波の受信方向の精度を高めることが好ましい。
【0006】
本発明の目的は、送信用斜角探触子の姿勢角と受信用斜角探触子の姿勢角を調整して、送信用斜角探触子の超音波の送信方向と受信用斜角探触子の超音波の受信方向の精度を高めることができる超音波検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、代表的な本発明は、検査部位に超音波を送信する送信用斜角探触子と、前記検査部位で反射された超音波を受信する受信用斜角探触子と、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を保持するマニピュレータと、前記受信用斜角探触子で受信された超音波に関する情報を表示又は記憶する処理を実行する制御装置とを備えた超音波検査装置において、前記マニピュレータに設けられ、前記送信用斜角探触子の姿勢角を調整する第１の回転軸と、前記第１の回転軸に連結された第１の光ビーム発生器と、前記マニピュレータに設けられ、前記受信用斜角探触子の姿勢角を調整する第２の回転軸と、前記第２の回転軸に連結された第２の光ビーム発生器と、前記第１の光ビーム発生器からの光ビームと前記第２の光ビーム発生器からの光ビームが照射された場合に、それらの照射位置を視認可能な受光板と、前記受光板を撮影するカメラと、前記カメラで撮影された前記受光板の画像を処理する画像処理装置と、前記画像処理装置で生成された合成画像を表示する画像表示装置とを備え、前記画像処理装置は、前記送信用斜角探触子の位置と予め設定された姿勢角に基づき、前記第１の光ビーム発生器からの光ビームが照射されるべき前記受光板上の第１の目標照射位置を演算し、前記受信用斜角探触子の位置と予め設定された姿勢角に基づき、前記第２の光ビーム発生器からの光ビームが照射されるべき前記受光板上の第２の目標照射位置を演算し、前記カメラで撮影された前記受光板の画像に対し、前記第１の目標照射位置及び前記第２の目標照射位置にそれぞれ対応する第１の目標マーカ及び第２の目標マーカを重畳して、合成画像を生成する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、送信用斜角探触子の姿勢角と受信用斜角探触子の姿勢角を調整して、送信用斜角探触子の超音波の送信方向と受信用斜角探触子の超音波の受信方向の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第１の実施形態の被検体である原子炉圧力容器の下鏡部を下側から見た図である。
【図3】本発明の第１の実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。
【図4】本発明の第１の実施形態における送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、第１及び第２のレーザ、並びに受光板の配置を表す、下鏡部を下側から見た図である。
【図5】図４中断面Ｖ－Ｖによる鉛直断面に、溶接部の欠陥と受光板の一方側側面を投影して表すと共に、送信用斜角探触子の超音波の送信方向とこれに対応する第１のレーザの光ビームの照射方向を投影して表す図である。
【図6】図４中断面VI－VIによる鉛直断面に、溶接部の欠陥と受光板の反対側側面を投影して表すと共に、受信用斜角探触子の超音波の受信方向とこれに対応する第２のレーザの光ビームの照射方向を投影して表す図である。
【図7】本発明の第２の実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。
【図8】本発明の第２の実施形態における送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、第１及び第２のレーザ、受光板、並びにカメラの配置を表す、下鏡部を下側から見た図である。
【図9】本発明の第２の実施形態における受光板の受光面の具体例を表す図である。
【図10】本発明の第２の実施形態における表示装置の表示画面の具体例を表す図である。
【図11】本発明の第１の変形例における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。
【図12】本発明の第２の変形例における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。
【図13】本発明の第３の実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。
【図14】本発明の第３の実施形態における送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、及び光位置検出器の配置を表す、下鏡部を下側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【0011】
図１は、本実施形態の被検体である原子炉圧力容器の下鏡部を下側から見た図であり、図２は、図１中断面II－IIによる下鏡部の鉛直断面図である。図３は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。図４は、本実施形態における送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、第１及び第２のレーザ、並びに受光板の配置を表す、下鏡部を下側から見た図である。図５は、図４中断面Ｖ－Ｖによる鉛直断面に、溶接部の欠陥と受光板の一方側側面を投影して表すと共に、送信用斜角探触子の超音波の送信方向とこれに対応する第１のレーザの光ビームの照射方向を投影して表す図である。図６は、図４中断面VI－VIによる鉛直断面に、溶接部の欠陥と受光板の反対側側面を投影して表すと共に、受信用斜角探触子の超音波の受信方向とこれに対応する第２のレーザの光ビームの照射方向を投影して表す図である。
【0012】
原子炉圧力容器の下鏡部は、球冠形状のドーム部１１と、円錐台の側部形状の下鏡ペタル部１２とを有し、それらが円筒形状の溶接部１３で接合されている。ドーム部１１には、複数の制御棒駆動機構ハウジング１４が形成され、下鏡ペタル部１２には、複数のインターナルポンプケーシング１５が形成されている。
【0013】
本実施形態の超音波検査装置は、原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部１３に欠陥１６（詳細には、溶接部１３の境界面に沿って生じる面状の内部欠陥）が生じているか否かを検査するためのものである。この超音波検査装置は、送信用斜角探触子２１、受信用斜角探触子２２、マニピュレータ２３、送受信装置２４、制御装置２５、記憶装置２６、及び表示装置２７を備えている。なお、制御装置２５はコンピュータ又は電子部品を搭載した基板等で構成され、記憶装置２６はハードディスク等で構成され、表示装置２７はディスプレイ等で構成されている。
【0014】
制御装置２５は、マニピュレータ２３を介して送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２の位置を制御すると共に、送受信装置２４を介して送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２による超音波の送受信を制御するようになっている。
【0015】
送受信装置２４は、図示しないものの、パルサ及びレシーバを有している。送受信装置２４のパルサは、制御装置２５からの指令に応じて送信用斜角探触子２１に駆動信号（電気信号）を出力する。送信用斜角探触子２１は、送受信装置２４のパルサからの駆動信号に応じて超音波を溶接部１３に送信する。受信用斜角探触子２２は、溶接部１３に欠陥１６が存在する場合に、欠陥１６で反射された超音波を受信し、受信した超音波を波形信号（電気信号）に変換して送受信装置２４のレシーバに出力する。送受信装置２４のレシーバは、受信用斜角探触子２２からの波形信号に対し所定の処理（詳細には、アナログ信号からデジタル信号への変換処理等）を行い、制御装置２５に出力する。
【0016】
送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２として用いる「斜角探触子」の定義を述べる。本明細書の「斜角探触子」とは、被検体の表面（検査面）の法線方向に対して斜めに超音波を送信又は受信する探触子と定義される。したがって、斜角探触子として、探触子の表面から斜め方向に超音波を送信又は受信する探触子を用いてもよい。また、垂直探触子とシュー（またはウエッジ）を組み合わせることで、検査面の法線方向に対して斜めに超音波を送信又は受信する探触子を用いてもよい。さらに、複数の振動子を有するフェーズドアレイ探触子を用いてもよい。フェーズドアレイ探触子は、複数の振動子の放射位相を適切に調整することで、検査面の法線方向に対して斜めに超音波を送信又は受信することが可能である。
【0017】
制御装置２５は、送受信装置２４のレシーバからの波形信号により、受信用斜角探触子２２で受信された超音波に関する情報を取得しており、この情報を記憶装置２６で記憶すると共に、表示装置２７で表示する処理を実行する。具体的に説明すると、例えば、受信用斜角探触子２２で受信された超音波の振幅の経時変化をそのまま、若しくは、送信用斜角探触子２１の送信タイミングを基準として設定された時間範囲における超音波の振幅の経時変化を抽出して、記憶装置２６で記憶すると共に、表示装置２７で表示する。あるいは、例えば、受信用斜角探触子２２で受信された超音波の振幅が予め設定された閾値より大きい場合に、溶接部１３に欠陥１６が存在すると判定し、その判定結果を記憶装置２６で記憶すると共に、表示装置２７で表示する。なお、前述した情報は、送信用斜角探触子２１の位置及び姿勢角と受信用斜角探触子２２の位置及び姿勢角に基づいて算出された探傷位置と関連付けられて、記憶装置２６で記憶すると共に、表示装置２７で表示することが好ましい。また、前述した処理は、記憶装置２６の記憶又は表示装置２７の表示のうちのいずれ一方のみでもよい。
【0018】
マニピュレータ２３は、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を保持して、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２をインターナルポンプケーシング１５等と干渉しないように下鏡ペタル部１２の表面に配置するためのものである。マニピュレータ２３は、例えば、溶接部１３に沿って延在する円環状の軌道レール３１と、軌道レール３１に沿って移動する駆動装置３２Ａ，３２Ｂとで構成されている。
【0019】
駆動装置３２Ａは、軌道レール３１上を走行可能な移動体３３Ａと、移動体３３Ａの周方向位置での下鏡ペタル部１２の円錐台母線方向（図４中直線Ｋ１の方向）に沿ってスライド可能なように移動体３３Ａに設けられたアーム３４Ａと、アーム３４Ａの先端側に設けられて送信用斜角探触子２１を支持する回転軸３５Ａ（第１の回転軸）とを有している。そして、制御装置２５からの指令に応じて、移動体３３Ａが移動すると共にアーム３４Ａがスライドすることにより、送信用斜角探触子２１の位置を制御するようになっている。
【0020】
回転軸３５Ａは、手動操作により、下鏡ペタル部１２の円錐台母線方向に対し垂直な軸心まわりで回転可能とし、且つ、その回転位置を固定可能としている。これにより、送信用斜角探触子２１の姿勢角（詳細には、下鏡ペタル部１２の円錐台母線方向と送信用斜角探触子２１の向きの間の角度）を調整可能としている。
【0021】
駆動装置３２Ｂは、軌道レール３１上を走行可能な移動体３３Ｂと、移動体３３Ｂの周方向位置での下鏡ペタル部１２の円錐台母線方向（図４中直線Ｋ２の方向）に沿ってスライド可能なように移動体３３Ｂに設けられたアーム３４Ｂと、アーム３４Ｂの先端側に設けられて受信用斜角探触子２２を支持する回転軸３５Ｂ（第２の回転軸）とを有している。そして、制御装置２５からの指令に応じて、移動体３３Ｂが移動すると共にアーム３４Ｂがスライドすることにより、受信用斜角探触子２２の位置を制御するようになっている。
【0022】
回転軸３５Ｂは、手動操作により、下鏡ペタル部１２の円錐台母線方向に対し垂直な軸心まわりで回転可能とし、且つ、その回転位置を可能としている。これにより、受信用斜角探触子２２の姿勢角（詳細には、下鏡ペタル部１２の円錐台母線方向と受信用斜角探触子２２の向きの間の角度）を調整可能としている。
【0023】
送信用斜角探触子２１は、溶接部１３の円筒軸方向（言い換えれば、鉛直方向）に垂直な仮想平面（言い換えれば、水平面）に沿った送信方向Ｓ１で超音波を送信するように、その姿勢角が調整されることが好ましい。受信用斜角探触子２２は、前述した仮想平面に沿った受信方向Ｓ２で超音波を受信するように、その姿勢角が調整されることが好ましい。これにより、溶接部１３の欠陥１６を高感度に検出することが可能である。
【0024】
そこで、本実施形態の超音波検査装置は、回転軸３５Ａに連結されたレーザ４１Ａ（第１の光ビーム発生器）と、回転軸３５Ｂに連結されたレーザ４１Ｂ（第２の光ビーム発生器）と、例えば軌道レール３１に取付具（図示せず）を介し取付けられた受光板４２とを備えている。
【0025】
レーザ４１Ａは、回転軸３５Ａを介し送信用斜角探触子２１と連動して回転する。そして、指向性の（言い換えれば、比較的小さなビームの広がり角を有する）光ビームを発生しており、その照射方向Ｌ１が送信用斜角探触子２１の向きに平行であって、超音波の送信方向Ｓ１に対応する。レーザ４１Ｂは、回転軸３５Ｂを介し受信用斜角探触子２２と連動して回転する。そして、指向性の光ビームを発生しており、その照射方向Ｌ２が受信用斜角探触子２２の向きに平行であって、超音波の受信方向Ｓ２に対応する。
【0026】
受光板４２は、送信用斜角探触子２１の姿勢角及び受信用斜角探触子２２の姿勢角が適切である場合にレーザ４１Ａからの光ビームとレーザ４１Ｂからの光ビームが交差する位置（本実施形態では、送信用斜角探触子２１と受信用斜角探触子２２の対称面）に配置されている。また、受光板４２は、レーザ４１Ａからの光ビームが受光板４２の一方側（図４中下側）の側面に照射されると共に、レーザ４１Ｂからの光ビームが受光板４２の反対側（図４中上側）の側面に照射されるように配置されている。
【0027】
そして、受光板４２は半透明な材料で構成されている。これにより、検査者は、例えば検査前（詳細には、斜角探触子２１，２２の設置時）又は検査途中に（詳細には、斜角探触子２１，２２の移動毎に、若しくは所定時間の経過毎に）、レーザ４１Ａからの光ビームの照射位置（図５中の位置Ｍ１）とレーザ４１Ｂからの光ビームの照射位置（図６中の位置Ｍ２）との関係を、受光板４２の一方側側面又は反対側側面から目視確認可能としている。そして、検査者は、２つの光ビームの照射位置が互いにずれていれば、２つの光ビームの照射位置が互いに同じとなるように回転軸３５Ａ又は３５Ｂを手動操作して、送信用斜角探触子２１の姿勢角又は受信用斜角探触子２２の姿勢角を調整する。これにより、送信用斜角探触子２１の超音波の送信方向と受信用斜角探触子２２の超音波の受信方向の精度を高めることができる。特に、本実施形態の被検体である原子炉圧力容器の下鏡部は大型であり、超音波の伝播距離が長くなることから、その効果が顕著となる。
【0028】
なお、第１の実施形態においては、検査者が受光板４２の一方側側面又は反対側側面を目視確認する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、受光板４２の一方側側面又は反対側側面を撮影するカメラと、このカメラで撮影された受光板４２の画像を表示する画像表示装置とを設けることにより、検査者が画像表示装置を見て確認してもよい。更に、カメラで撮影された受光板４２の画像を処理する画像処理装置を設け、レーザ４１Ａからの光ビームの照射位置とレーザ４１Ｂからの光ビームの照射位置とのずれを画像処理装置によって抽出して画像表示装置に表示してもよい。
【0029】
【0030】
図７は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。図８は、本実施形態における送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、第１及び第２のレーザ、受光板、並びにカメラの配置を表す、下鏡部を下側から見た図である。図９は、本実施形態における受光板の受光面の具体例を表す図である。図１０は、本実施形態における表示装置の画面の具体例を表す図である。
【0031】
本実施形態では、受光板４２Ａは、送信用斜角探触子２１の姿勢角及び受信用斜角探触子２２の姿勢角が適切である場合にレーザ４１Ａからの光ビームとレーザ４１Ｂからの光ビームが交差する位置の近傍（本実施形態では、送信用斜角探触子２１と受信用斜角探触子２２の対称面）に配置されている。また、受光板４２Ａは、レーザ４１Ａからの光ビームとレーザ４１Ｂからの光ビームが受光板４２の一方側（図８中右側）の側面（受光面）に照射されるように配置されている。そして、受光板４２Ａは、不透明な材料で構成されている。
【0032】
本実施形態の超音波検査装置は、受光板４２Ａの受光面を撮影するカメラ４３と、カメラ４３で撮影された受光板４２Ａの受光面の画像を処理する画像処理装置４４と、画像処理装置４４で処理された画像を表示する画像表示装置４５と、入力装置４６とを備えている。なお、画像処理装置４４はコンピュータ又は電子部品を搭載した基板等で構成され、画像表示装置４５はディスプレイ等で構成され、入力装置４６はキーボードやマウスで構成されるか、若しくはタッチパネル等で構成されている。
【0033】
画像表示装置４５は、例えば図１０で示す画面５１を表示する。画面５１は、カメラ４３で撮影された受光板４２Ａの受光面の画像と共に、例えば入力装置４６によって入力された送信用斜角探触子２１の位置及び姿勢角と受信用斜角探触子２２の位置及び姿勢角を表示する。なお、記憶装置２６は、各検査番号に対応する送信用斜角探触子２１の位置及び姿勢角と受信用斜角探触子２２の位置及び姿勢角を予め記憶してもよい。そして、画像表示装置４５は、入力装置４６によって入力された検査番号に応じて、送信用斜角探触子２１の位置及び姿勢角と受信用斜角探触子２２の位置及び姿勢角を記憶装置２６から取得して、画面５１に表示してもよい。あるいは、画像表示装置４５は、送信用斜角探触子２１の位置及び姿勢角と受信用斜角探触子２２の位置及び姿勢角を制御装置２５から取得して、画面５１に表示してもよい。
【0034】
画面５１は、「マーカ表示」ボタン５２、「ビームＯＮ」ボタン５３、及び「保存」ボタン５４を有している。そして、検査者が入力装置４６を用いて画面５１の「マーカ表示」ボタン５２を操作すると、その指令が画像処理装置４４に入力される。画像処理装置４４は、前述した指令に応じて、カメラ４３で撮影された受光板４２Ａの受光面の画像に対し目標マーカ５５Ａ，５５Ｂを重畳して合成画像を生成し、画像表示装置４５の画面５１は、合成画像を表示する。
【0035】
画像処理装置４４の合成画像の生成処理について説明する。画像処理装置４４は、入力装置４６によって入力された送信用斜角探触子２１の位置と予め設定された理想的な姿勢角に基づき、レーザ４１Ａからの光ビームが照射されるべき受光板４２Ａの受光面上の第１の目標照射位置を演算する。詳しく説明すると、レーザ４１Ａの光ビームの出射位置をベクトルｒ０で表し、レーザ４１Ａの光ビームの出射方向をベクトルｕで表す。受光板４２Ａの受光面の法線方向をベクトルｎで表し、受光板４２Ａの受光面上の任意の点の位置をベクトルｒで表す。座標原点から受光板４２Ａの受光面を含む無限長平面までの距離をｈで表す。距離ｈは、ベクトルｎとベクトルｒの内積（ｎ，ｒ）に等しい。レーザ４１Ａの光ビームと受光板４２Ａの受光面との交差点である位置ベクトルｒは、下記の式（１）を用いて演算する。なお、式中の括弧は内積を示す。
【0036】
【数1】
【0037】
同様に、画像処理装置４４は、入力装置４６によって入力された受信用斜角探触子２２の位置と予め設定された理想的な姿勢角に基づき、レーザ４１Ｂからの光ビームが照射されるべき受光板４２Ａ上の第２の目標照射位置を演算する。
【0038】
そして、画像処理装置４４は、カメラ４３で撮影された受光板４２Ａの受光面の画像に対し、上述した第１の目標照射位置及び第２の目標照射位置にそれぞれ対応する目標マーカ５５Ａ，５５Ｂを重畳して、合成画像を生成する。なお、例えば図９で示すように、受光板４２Ａの受光面には、複数の位置合わせマーカ４７が設けられている。画像処理装置４４は、画像上の位置合わせマーカ４７を認識することにより、目標マーカ５５Ａ，５５Ｂを正確な位置に重畳することが可能である。
【0039】
検査者が入力装置４６を用いて画面５１の「ビームＯＮ」ボタン５３を操作すると、その指令が制御装置２５に入力される。制御装置２５は、前述した指令に応じてレーザ４１Ａ，４１Ｂを駆動させる。これにより、画像表示装置４５の画面５１は、カメラ４３で撮影された受光板４２Ａの受光面の画像であって、レーザ４１Ａからの光ビームが照射されて受光板４２Ａの受光面上の照射位置５６Ａとレーザ４１Ｂからの光ビームが照射された受光板４２Ａ上の照射位置５６Ｂを示す画像を表示する。検査者は、画像表示装置４５の画面５１を見て、照射位置５６Ａが目標マーカ５５Ａに対してずれているかどうか、照射位置５６Ｂが目標マーカ５５Ｂに対してずれているかどうかを確認することができる。
【0040】
そして、検査者は、照射位置５６Ａが目標マーカ５５Ａに対してずれていれば、照射位置５６Ａが目標マーカ５５Ａに重なるように回転軸３５Ａを手動操作して、送信用斜角探触子２１の姿勢角を調整することができる。また、検査者は、照射位置５６Ｂが目標マーカ５５Ｂに対してずれていれば、照射位置５６Ｂが目標マーカ５５Ｂに重なるように回転軸３５Ｂを手動操作して、受信用斜角探触子２２の姿勢角を調整する。これにより、送信用斜角探触子２１の超音波の送信方向と受信用斜角探触子２２の超音波の受信方向の精度を高めることができる。
【0041】
その後、検査者が入力装置４６を用いて画面５１の「画像保存」ボタン５４を操作すると、その指令が画像処理装置４４に入力される。画像処理装置４４は、前述した指令に応じて、目標マーカ５５Ａ，５５Ｂ及び照射位置５６Ａ，５６Ｂを示す合成画像を記憶装置２６で記憶する処理を実行する。
【0042】
なお、第１及び第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、レーザ４１Ａ，４１Ｂが発生する光ビームの色を互いに異ならせてもよい。具体的には、例えば、レーザ４１Ａ，４１Ｂのうちの一方が発生する光ビームを赤色とし、他方が発生する光ビームを緑色としてもよい。これにより、受光板４２又は４２Ａにおける２つの光ビームの照射位置を容易に識別することができる。
【0043】
また、第２の実施形態においては、受光板４２Ａに対するレーザ４１Ａからの光ビームの照射とレーザ４１Ｂからの光ビームの照射を同時に行う場合を例にとって説明したが、これに限られず、別々の時間に行ってもよい。
【0044】
また、第２の実施形態においては、カメラ４３等にケーブルを介し画像処理装置４４が接続された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば図１１で示す第１の変形例のように、超音波検査装置は、無線通信装置４８を介しカメラ４３からの画像を受信する携帯端末機４９を備え、携帯端末機４９は、画像処理装置４４、画像表示装置４５、及び入力装置４６を備えてもよい。更に、携帯端末機４９は、無線通信装置４８及び制御装置２５を介して記憶装置２６に合成画像を記憶させてもよい。あるいは、例えば図１２で示す第２の変形例のように、超音波検査装置は、無線通信装置４８を介し画像処理装置４４からの合成画像（又はカメラ４３で撮影された画像）を受信する携帯端末機４９Ａを備え、携帯端末機４９Ａは、画像表示装置４５及び入力装置４６を備えてもよい。これらの変形例では、検査者が携帯端末機を持ちながら、送信用斜角探触子２１又は受信用斜角探触子２２に近づくことができるため、送信用斜角探触子２１の姿勢角又は受信用斜角探触子２２の姿勢角を効率よく調整することができる。
【0045】
また、第２の実施形態及び変形例においては、カメラ４３で撮影された受光板４２Ａの受光面の画像を処理する画像処理装置４４を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、受光板４２Ａの受光面に目標マーカを設けることにより、画像処理装置４４を備えなくともよい。
【0046】
【0047】
図１３は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表すブロック図である。図１４は、本実施形態における送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、第１及び第２のレーザ、並びに光位置検出器の配置を表す、下鏡部を下側から見た図である。
【0048】
本実施形態では、マニピュレータ２３Ａは、回転軸３５Ａ，３５Ｂをそれぞれ駆動する回転装置３６Ａ，３６Ｂを備えている。また、送信用斜角探触子２１の姿勢角及び受信用斜角探触子２２の姿勢角が適切である場合にレーザ４１Ａからの光ビームとレーザ４１Ｂからの光ビームが交差する位置の近傍（本実施形態では、送信用斜角探触子２１と受信用斜角探触子２２の対称面）には、第１の実施形態の受光板４２に代えて、光位置検出器５０が設けられている。光位置検出器５０は、例えば２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）であって、フォトダイオードの表面抵抗を利用して光ビームの照射位置を計測する素子を有する。
【0049】
光位置検出器５０は、レーザ４１Ａからの光ビームが照射された場合の第１の照射位置を検出し、この第１の照射位置を制御装置２５Ａへ出力する。制御装置２５Ａは、光位置検出器５０で検出された第１の照射位置に基づいて回転装置３６Ａを制御する。詳しく説明すると、制御装置２５Ａは、送信用斜角探触子２１の位置と予め設定された理想的な姿勢角に基づき、レーザ４１Ａからの光ビームが照射されるべき光位置検出器５０上の第１の目標照射位置を演算する。そして、光位置検出器５０で検出された第１の照射位置が第１の目標照射位置となるように回転装置３６Ａを制御する。これにより、送信用斜角探触子２１の姿勢角を調整して、送信用斜角探触子２１の超音波の送信方向の精度を高めることができる。
【0050】
光位置検出器５０は、レーザ４１Ｂからの光ビームが照射された場合の第２の照射位置を検出し、この第２の照射位置を制御装置２５Ａへ出力する。制御装置２５Ａは、光位置検出器５０で検出された第２の照射位置に基づいて回転装置３６Ｂを制御する。詳しく説明すると、制御装置２５Ａは、受信用斜角探触子２２の位置と予め設定された理想的な姿勢角に基づき、レーザ４１Ｂからの光ビームが照射されるべき光位置検出器５０上の第２の目標照射位置を演算する。そして、光位置検出器５０で検出された第２の照射位置が第２の目標照射位置となるように回転装置３６Ｂを制御する。これにより、受信用斜角探触子２２の姿勢角を調整して、受信用斜角探触子２２の超音波の受信方向の精度を高めることができる。
【0051】
光位置検出器５０に対するレーザ４１Ａからの光ビームの照射とレーザ４１Ｂからの光ビームの照射は、同時に行わないほうがよい。そのため、送信用斜角探触子２１の姿勢角の調整と受信用斜角探触子２２の姿勢角の調整は別々の時間で行う。
【0052】
なお、第１～第３の実施形態においては、光ビーム発生器としてレーザ４１Ａ，４１Ｂを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。光ビーム発生器として、例えば、指向性の光ビームを発生する発光ダイオードを備えてもよい。
【0053】
以上において、検査部位は、円錐台の側部形状の下鏡ペタル部１２（母材）に形成された円筒形状の溶接部１３である場合を例にとって説明したが、これに限られない。検査部位は、例えば円錐の側部形状の母材に形成された円筒形状の溶接部であってもよい。
【符号の説明】
【0054】
１３ 溶接部
２１ 送信用斜角探触子
２２ 受信用斜角探触子
２３，２３Ａ マニピュレータ
２５，２５Ａ 制御装置
２６ 記憶装置
３５Ａ 回転軸（第１の回転軸）
３５Ｂ 回転軸（第２の回転軸）
３６Ａ 回転装置（第１の回転装置）
３６Ｂ 回転装置（第２の回転装置）
４１Ａ レーザ（第１の光ビーム発生器）
４１Ｂ レーザ（第２の光ビーム発生器）
４２，４２Ａ 受光板
４３ カメラ
４４ 画像処理装置
４５ 画像表示装置
４８ 無線通信装置
４９，４９Ａ 携帯端末機
５０ 光位置検出器
２１ 送信用斜角探触子
２２ 受信用斜角探触子
２３，２３Ａ マニピュレータ
２５，２５Ａ 制御装置
２６ 記憶装置
３５Ａ 回転軸（第１の回転軸）
３５Ｂ 回転軸（第２の回転軸）
３６Ａ 回転装置（第１の回転装置）
３６Ｂ 回転装置（第２の回転装置）
４１Ａ レーザ（第１の光ビーム発生器）
４１Ｂ レーザ（第２の光ビーム発生器）
４２，４２Ａ 受光板
４３ カメラ
４４ 画像処理装置
４５ 画像表示装置
４８ 無線通信装置
４９，４９Ａ 携帯端末機
５０ 光位置検出器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】