特許 7109980 超音波計測装置、超音波計測方法および部材の接合方法

(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】2022-07-22

(45)【発行日】2022-08-01

(54)【発明の名称】超音波計測装置、超音波計測方法および部材の接合方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20220725BHJP

   G01N 29/26 20060101ALI20220725BHJP

   G01N 29/07 20060101ALI20220725BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

G01N29/26

G01N29/07

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018085359

(22)【出願日】2018-04-26

(65)【公開番号】P2019191043

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-02-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】星 岳志

(72)【発明者】

【氏名】山本 摂

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 哲

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－００９３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３７４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００６０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４２１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４０９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４８１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９４０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８６４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１９４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８６６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２１７５４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、第１および第２の超音波を発生させる少なくとも一つの超音波発生部と、
前記第１および第２の超音波が前記被測定対象内で反射して得られる反射波を前記被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波受信箇所それぞれで受信する少なくとも一つの超音波受信部と、
前記第１および第２の超音波に基づく両方の反射波を第１の超音波受信箇所で受信した第１の受信信号と、前記第１および第２の超音波に基づく両方の反射波を第２の超音波受信箇所で受信した第２の受信信号とをそれぞれ収録する信号収録部と、
前記信号収録部に収録された前記第１および第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算部と、
を有し、
前記反射位置推定演算部は、
前記第１および第２の受信信号、前記第１の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第１の超音波を対象とする反射位置推定演算部と、
前記第１および第２の受信信号、前記第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第２の超音波を対象とする反射位置推定演算部と、
前記第１の超音波を対象とする反射位置推定演算部で推定された結果と、前記第２の超音波を対象とする反射位置推定演算部で推定された結果とに基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算部と、
を備えていることを特徴とする超音波計測装置。

【請求項2】

被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、第１および第２の超音波を発生させる少なくとも一つの超音波発生部と、
前記第１および第２の超音波が前記被測定対象内で反射して得られる反射波を前記被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波受信箇所それぞれで受信する少なくとも一つの超音波受信部と、
前記第１および第２の超音波に基づく両方の反射波を第１の超音波受信箇所で受信した第１の受信信号と、前記第１および第２の超音波に基づく両方の反射波を第２の超音波受信箇所で受信した第２の受信信号とをそれぞれ収録する信号収録部と、
前記信号収録部に収録された前記第１および第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算部と、
を有し、
前記反射位置推定演算部は、
前記第１の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて超音波の前記被測定対象内の反射位置を推定する第１の受信信号に基づく反射位置推定演算部と、
前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて超音波の前記被測定対象内の反射位置を推定する第２の受信信号に基づく反射位置推定演算部と、
前記第１の受信信号に基づく反射位置推定演算部で推定された結果と、前記第２の受信信号に基づく反射位置推定演算部で推定された結果とに基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算部と、
を備えていることを特徴とする超音波計測装置。

【請求項3】

前記反射位置推定演算部によって得られた前記被測定対象内の超音波反射位置を映像化する映像化処理部をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波計測装置。

【請求項4】

前記超音波受信部は、前記第１の超音波受信箇所および前記第２の超音波受信箇所で前記反射波を受信する受信時間範囲を設定可能に構成され、
前記超音波発生部は、前記超音波受信部が前記受信時間範囲の間に前記第１および第２の超音波に基づく両方の反射波を受信可能なように当該第１および第２の超音波を発生させるように構成される、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の超音波計測装置。

【請求項5】

被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、第１および第２の超音波を発生させる超音波発生ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記被測定対象内で反射して得られる反射波の両方を前記被測定対象の第１の超音波受信箇所で第１の受信信号として受信する第１の超音波受信ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記被測定対象内で反射して得られる反射波の両方を前記被測定対象の前記第１の超音波受信箇所から離れた第２の超音波受信箇所で第２の受信信号として受信する第２の超音波受信ステップと、
前記第１の受信信号を収録する第１の受信信号収録ステップと、
前記第２の受信信号を収録する第２の受信信号収録ステップと、
前記第１の受信信号収録ステップで収録された前記第１の受信信号および前記第２の受信信号収録ステップで収録された前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算ステップと、
を有し、
前記反射位置推定演算ステップは、
前記第１および第２の受信信号、前記第１の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、
前記第１および第２の受信信号、前記第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、
前記第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果と、前記第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果とに基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算ステップと、
を備えていること、を特徴とする超音波計測方法。

【請求項6】

被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、第１および第２の超音波を発生させる超音波発生ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記被測定対象内で反射して得られる反射波の両方を前記被測定対象の第１の超音波受信箇所で第１の受信信号として受信する第１の超音波受信ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記被測定対象内で反射して得られる反射波の両方を前記被測定対象の前記第１の超音波受信箇所から離れた第２の超音波受信箇所で第２の受信信号として受信する第２の超音波受信ステップと、
前記第１の受信信号を収録する第１の受信信号収録ステップと、
前記第２の受信信号を収録する第２の受信信号収録ステップと、
前記第１の受信信号収録ステップで収録された前記第１の受信信号および前記第２の受信信号収録ステップで収録された前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算ステップと、
を有し、
前記反射位置推定演算ステップは、
前記第１の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて超音波の前記被測定対象内の反射位置を推定する第１の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップと、
前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて超音波の前記被測定対象内の反射位置を推定する第２の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップと、
前記第１の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップで推定された結果と、前記第２の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップで推定された結果とに基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算ステップと、
を備えていること、を特徴とする超音波計測方法。

【請求項7】

前記超音波発生ステップは、予め設定された受信時間範囲の間に前記第１の超音波受信ステップおよび前記第２の超音波受信ステップが実施されるように前記第１および第２の超音波を発生させる、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波計測方法。

【請求項8】

接合対象部材に溶接により溶接部を形成するステップと、
前記接合対象部材および前記溶接部からなる接合部材の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、超音波励起用パルスレーザ光を照射して第１および第２の超音波を発生させる超音波発生ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記接合部材内で反射して得られる反射波の両方を前記接合部材の第１の超音波受信箇所に超音波励起用パルスレーザ光を照射して第１の受信信号として受信する第１の超音波受信ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記接合部材内で反射して得られる反射波の両方を前記接合部材の前記第１の超音波受信箇所から離れた第２の超音波受信箇所に前記超音波励起用パルスレーザ光を照射して第２の受信信号として受信する第２の超音波受信ステップと、
前記第１の受信信号を収録する第１の受信信号収録ステップと、
前記第２の受信信号を収録する第２の受信信号収録ステップと、
前記第１の受信信号収録ステップで収録された前記第１の受信信号および前記第２の受信信号収録ステップで収録された前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算ステップと、
を有し、
前記反射位置推定演算ステップは、
前記第１および第２の受信信号、前記第１の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、
前記第１および第２の受信信号、前記第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、
前記第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果と、前記第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果とに基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算ステップと、
を備えていること、を特徴とする部材の接合方法。

【請求項9】

接合対象部材に溶接により溶接部を形成するステップと、
前記接合対象部材および前記溶接部からなる接合部材の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、超音波励起用パルスレーザ光を照射して第１および第２の超音波を発生させる超音波発生ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記接合部材内で反射して得られる反射波の両方を前記接合部材の第１の超音波受信箇所に超音波励起用パルスレーザ光を照射して第１の受信信号として受信する第１の超音波受信ステップと、
前記第１および第２の超音波それぞれが前記接合部材内で反射して得られる反射波の両方を前記接合部材の前記第１の超音波受信箇所から離れた第２の超音波受信箇所に前記超音波励起用パルスレーザ光を照射して第２の受信信号として受信する第２の超音波受信ステップと、
前記第１の受信信号を収録する第１の受信信号収録ステップと、
前記第２の受信信号を収録する第２の受信信号収録ステップと、
前記第１の受信信号収録ステップで収録された前記第１の受信信号および前記第２の受信信号収録ステップで収録された前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算ステップと、
を有し、
前記反射位置推定演算ステップは、
前記第１の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて超音波の前記接合部材内の反射位置を推定する第１の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップと、
前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて超音波の前記接合部材内の反射位置を推定する第２の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップと、
前記第１の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップで推定された結果と、前記第２の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップで推定された結果とに基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算ステップと、
を備えていること、を特徴とする部材の接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、超音波計測装置、超音波計測方法および部材の接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波探傷試験（ＵＴ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ）は、非破壊で構造材の表面および内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術となっている。圧電素子を検査対象に接触させて超音波を送受信する接触式のＵＴ、小型の超音波送受信用圧電素子を並べ、圧電素子ごとにタイミング（遅延時間）をずらして超音波発信することにより任意の波形を形成できるフェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ）は、工業用途で広く用いられている。

【0003】

また、パルスレーザの照射により超音波を励起し、別のレーザおよびレーザ干渉計により検査対象表面の微小振動を計測するレーザ超音波法（ＬＵＴ：Ｌａｓｅｒ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）などの方法も利用されている。レーザ超音波法は非接触で検査できるため、溶接施工中の検査などにも適用されている。

【0004】

超音波信号の処理方法、検査対象内部を映像化するための装置や手法についても、用途に応じた多様な形態が提案されており、たとえば生体の内部を超音波により映像化する場合、生体内の組織の違いにより音速が異なることから、検査対象のある特定の領域の音速を仮定して超音波の計測を行い、得られた検出結果とあらかじめ想定していた結果との違いから解析する手法等が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５６５１５３３号公報

【文献】特許第４６３２５１７号公報

【文献】特許第５５２８０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

超音波計測により材料内の欠陥を検査する場合、検査対象となる材料、発生し得る欠陥の位置、形状などに応じて超音波の送受信位置を設定する。しかし検査対象によっては超音波の伝播範囲外に欠陥が存在することがあり、その場合、送受信位置を設定し直して、複数回測定して欠陥を検出する必要が生じるため、探傷に時間や手間がかかる。

【0007】

この発明の実施形態では、以上の状況を踏まえ、部材の接合時などの超音波検査において、検査に要する時間を削減し、もしくは探傷可能範囲を拡大できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、実施形態に係る超音波計測装置は、被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、第１および第２の超音波を発生させる少なくとも一つの超音波発生部と、前記第１および第２の超音波が前記被測定対象内で反射して得られる反射波を前記被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波受信箇所それぞれで受信する少なくとも一つの超音波受信部と、前記第１および第２の超音波に基づく両方の反射波を第１の超音波受信箇所で受信した第１の受信信号と、前記第１および第２の超音波に基づく両方の反射波を第２の超音波受信箇所で受信した第２の受信信号とをそれぞれ収録する信号収録部と、前記信号収録部に収録された前記第１および第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算部と、を有し、前記反射位置推定演算部は、前記第１および第２の受信信号、前記第１の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第１の超音波を対象とする反射位置推定演算部と、前記第１および第２の受信信号、前記第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第２の超音波を対象とする反射位置推定演算部と、前記第１の超音波を対象とする反射位置推定演算部で推定された結果と、前記第２の超音波を対象とする反射位置推定演算部で推定された結果とに基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算部と、を備えていることを特徴とする。

【0009】

また、実施形態に係る超音波計測方法は、被測定対象の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ、第１および第２の超音波を発生させる超音波発生ステップと、前記第１および第２の超音波それぞれが前記被測定対象内で反射して得られる反射波の両方を前記被測定対象の第１の超音波受信箇所で第１の受信信号として受信する第１の超音波受信ステップと、前記第１および第２の超音波それぞれが前記被測定対象内で反射して得られる反射波の両方を前記被測定対象の前記第１の超音波受信箇所から離れた第２の超音波受信箇所で第２の受信信号として受信する第２の超音波受信ステップと、前記第１の受信信号を収録する第１の受信信号収録ステップと、前記第２の受信信号を収録する第２の受信信号収録ステップと、前記第１の受信信号収録ステップで収録された前記第１の受信信号および前記第２の受信信号収録ステップで収録された前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算ステップと、を有し、前記反射位置推定演算ステップは、前記第１および第２の受信信号、前記第１の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、前記第１および第２の受信信号、前記第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、前記第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果と、前記第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果とに基づいて前記被測定対象内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算ステップと、を備えていること、を特徴とする。

【0010】

さらに、実施形態に係る部材の接合方法は、接合対象部材に溶接により溶接部を形成するステップと、前記接合対象部材および前記溶接部からなる接合部材の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所にそれぞれ超音波励起用パルスレーザ光を照射して第１および第２の超音波を発生させる超音波発生ステップと、前記第１および第２の超音波それぞれが前記接合部材内で反射して得られる反射波の両方を前記接合部材の第１の超音波受信箇所に超音波励起用パルスレーザ光を照射して第１の受信信号として受信する第１の超音波受信ステップと、前記第１および第２の超音波それぞれが前記接合部材内で反射して得られる反射波の両方を前記接合部材の前記第１の超音波受信箇所から離れた第２の超音波受信箇所に前記超音波励起用パルスレーザ光を照射して第２の受信信号として受信する第２の超音波受信ステップと、前記第１の受信信号を収録する第１の受信信号収録ステップと、前記第２の受信信号を収録する第２の受信信号収録ステップと、前記第１の受信信号収録ステップで収録された前記第１の受信信号および前記第２の受信信号収録ステップで収録された前記第２の受信信号、前記第１および第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標、に基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する反射位置推定演算ステップと、を有し、前記反射位置推定演算ステップは、前記第１および第２の受信信号、前記第１の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、前記第１および第２の受信信号、前記第２の超音波発生箇所の座標、ならびに前記第１および第２の超音波受信箇所の座標の情報に基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップと、前記第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果と、前記第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップで推定された結果とに基づいて前記接合部材内の超音波反射位置を推定する反射位置総合推定演算ステップと、を備えていること、を特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

この発明の実施形態によれば、部材の接合時などの超音波検査において、検査に要する時間を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に設置した状況を示す模式的断面図である。

【図2】図１の超音波計測装置の信号処理部の機能構成を示すブロック図である。

【図3】第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波発生部から発せられた第１の超音波が第１の反射部で反射して各超音波受信部に到達するまでの経路を示す断面図である。

【図4】第１の実施形態に係る超音波計測装置の第２の超音波発生部から発せられた第２の超音波が第２の反射部で反射して各超音波受信部に到達するまでの経路を示す断面図である。

【図5】第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１および第２の超音波発生部から発せられた超音波が第１の超音波受信部に到達するまでの経路を示す断面図である。

【図6】第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波受信部で受信される第１の受信信号のタイムチャートである。

【図7】第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１および第２の超音波発生部から発せられた超音波が各超音波受信部に到達するまでの経路を示す断面図である。

【図8】本発明の第１の実施形態に係る超音波計測装置による超音波計測方法の手順を示すフロー図である。

【図9】第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波発生部から発せられた第１の超音波を対象として開口合成処理をして得られた映像化結果を模式的に示す図である。

【図10】第１の実施形態に係る超音波計測装置の第２の超音波発生部から発せられた第２の超音波を対象として開口合成処理をして得られた映像化結果を模式的に示す図である。

【図11】図１０および図１１の映像化結果を重ね合わせて得られた映像化結果を模式的に示す図である。

【図12】本発明の第２の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波受信部で受信される第１の受信信号のタイムチャートである。

【図13】本発明の第３の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。

【図14】本発明の第４の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。

【図15】本発明の第５の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。

【図16】本発明の第６の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する場合の被測定対象を示す模式的斜視図である。

【図17】本発明の第７の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。

【図18】本発明の第８の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。

【図19】本発明の第９の実施形態に係る超音波計測装置の信号処理部の機能構成を示すブロック図である。

【図20】本発明の第９の実施形態に係る超音波計測装置による超音波計測方法の手順を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

【0014】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に設置した状況を示す模式的断面図である。

【0015】

第１の実施形態では、被測定対象１０は、たとえば金属製の平板状であって、その内部に、欠陥である第１および第２の超音波反射部１１、１２が存在しているものとする。超音波反射部１１、１２に超音波が入射すると、反射、散乱もしくは回折して反射波（実施形態では反射、散乱または回折により生じた波を反射波と総称する）が生じる。超音波計測装置２０は、第１および第２の超音波発生部２１、２２と、超音波受信部２３と、信号収録部２４と、信号処理部２５と、映像表示部２６とを有する。

【0016】

第１および第２の超音波発生部２１、２２は、それぞれ、被測定対象１０の表面の互いに離れた第１および第２の超音波発生箇所７１、７２に取り付けられる。超音波発生部２１、２２は、たとえば圧電素子を備える。第１の超音波発生箇所７１から被測定対象１０内に第１の超音波が発せられ、第２の超音波発生箇所７２から被測定対象１０内に第２の超音波が発せられる。

【0017】

超音波受信部２３は、超音波アレイプローブであって、複数（図示の例では１１個）の超音波受信部が並列されている。超音波受信部２３は、第１、第２、第３の超音波受信部２３１、２３２、２３３を含む。第１、第２、第３の超音波受信部２３１、２３２、２３３などはそれぞれ、被測定対象１０の表面上の互いに離れた超音波受信箇所７３、７４、７５などに取り付けられる。

【0018】

超音波アレイプローブを構成する各受信部は圧電素子を備えている。超音波発生部２１、２２および超音波受信部２３はともに超音波探触子と呼ばれるものであり、被測定対象１０の表面に接触して取り付けられる。超音波発生部２１、２２として、複数の超音波発生点が並列する超音波アレイプローブを用いてもよい。

【0019】

超音波発生部２１、２２、超音波受信部２３は、それぞれが複数箇所の超音波発生箇所、複数箇所の超音波受信箇所を持つものであれば、それぞれが何箇所であってもよい。超音波発生部２１、２２、超音波受信部２３は、それぞれが、超音波を発生または受信する振動面と、ダンピング材（図示せず）とを備えている。

【0020】

なお、複数の超音波探触子を備えた一つの超音波アレイプローブで超音波発生部と超音波受信部とを兼ねることもできる。

【0021】

超音波発生部２１、２２および超音波受信部２３１、２３２、２３３、・・・は、好ましくは、被測定対象１０の一つの平面上で一直線上に並べられている。これにより、被測定対象１０の一つの断面内の超音波反射位置（すなわち、被測定対象１０内で超音波の反射、散乱または回折等が生じた位置）を推定できる。他の断面内の超音波反射位置を推定するためには、超音波発生部２１、２２および超音波受信部２３を、被測定対象１０の表面に沿って移動させて、同様の測定を繰り返せばよい。

【0022】

信号収録部２４は、超音波受信部２３で得られた受信信号を収録する。各超音波受信部２３で受信する受信信号にはそれぞれに、第１および第２の超音波発生部２１、２２で発せられた第１および第２の超音波の反射波の情報が含まれる。なお実施形態において、反射波には散乱波、回折波を含むものとする。すなわち、第１の超音波受信部２３１で受信される第１の受信信号には第１および第２の超音波両方の反射超音波による信号が含まれ、同様に、第２の超音波受信部２３２で受信される第２の受信信号にも、第３の超音波受信部２３３で受信される第３の受信信号にも、第１および第２の超音波両方の反射超音波による信号が含まれる。

【0023】

信号処理部２５は、信号収録部２４に収録された受信信号に基づいて、被測定対象１０内の欠陥である第１および第２の超音波反射部１１、１２の位置や形状を求める。映像表示部２６は、信号処理部２５によって得られた第１および第２の超音波反射部１１、１２の位置や形状を映像として表示する。信号収録部２４、信号処理部２５および映像表示部２６の一部または全部を電子計算機で実現することができる。

【0024】

図２は、図１の超音波計測装置の信号処理部２５の機能構成を示すブロック図である。信号処理部２５は、反射位置推定演算部３０と、開口合成演算部３１とを備えている。また、反射位置推定演算部３０は、第１の超音波を対象とする反射位置推定演算部３２と、第２の超音波を対象とする反射位置推定演算部３３と、反射位置総合推定演算部３４とを備えている。開口合成演算部３１は、反射位置推定演算部３０によって得られた被測定対象１０内の第１および第２の超音波反射部１１、１２の位置のデータを、映像として表示するためのデータに開口合成によって変換するものである。開口合成のほか、平均化処理、移動平均、フィルタ、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）、ウェーブレット変換等を行うことも可能である。

【0025】

図３は、第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波発生部２１から発せられた第１の超音波Ｕｔｉが第１の超音波反射部１１で反射して各超音波受信部２３に到達するまでの経路を示す断面図である。第１の超音波発生部２１から発せられた第１の超音波Ｕｔｉは、超音波の指向性のために、第１の超音波発生部２１のほぼ真下にある第１の超音波反射部１１に到達し、第１の超音波反射部１１で反射した反射超音波Ｕｒｉは、各超音波受信部２３で受信される。

【0026】

図３に示す配置関係からわかるように、第２の超音波反射部１２の位置は第１の超音波Ｕｔｉの指向性の外側にある。そのため、第１の超音波Ｕｔｉのうちで第２の超音波反射部１２に到達する超音波の強度は極めて低く、第１の超音波Ｕｔｉが第２の超音波反射部１２で反射して超音波受信部２３に到達する超音波の強度は極めて低い。

【0027】

図４は、第１の実施形態に係る超音波計測装置の第２の超音波発生部２２から発せられた第２の超音波Ｕｔｊが第２の超音波反射部２２で反射して各超音波受信部２３に到達するまでの経路を示す断面図である。第２の超音波発生部２２から発せられた第２の超音波Ｕｔｊは、第２の超音波発生部２２のほぼ真下にある第２の超音波反射部１２に到達し、第２の超音波反射部１２で反射した反射超音波Ｕｒｊは、各超音波受信部２３で受信される。

【0028】

第２の超音波Ｕｔｊの一部は第１の超音波反射部１１にも到達するが、第２の超音波発生部２２から発せられた超音波Ｕｔｊが第１の超音波反射部１１で反射するとその反射超音波は、図４に示す配置関係から、ほとんどが超音波受信部２３の方向から離れる方向（図４の左方向）に向かう。そのため、第２の超音波Ｕｔｊが第１の超音波反射部１１で反射して超音波受信部２３に到達する反射超音波の強度は極めて低い。

【0029】

図５は、第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１および第２の超音波発生部から発せられた超音波が第１の超音波受信部２３１に到達するまでの経路を示す断面図である。図６は、第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波受信部で受信される第１の受信信号のタイムチャートである。

【0030】

第１の超音波発生部２１で発生した第１の超音波Ｕｔｉは、第１の超音波反射部１１で反射して、その反射超音波Ｕｒｉは第１の超音波受信部２３１に到達する。また、第２の超音波発生部２２で発生した第２の超音波Ｕｔｊは、第２の超音波反射部１２で反射して、その反射超音波Ｕｒｊは第１の超音波受信部２３１に到達する。ここでは、第１の超音波発生部２１が超音波Ｕｔｉを発する時刻Ｔｉと、第２の超音波発生部２２が超音波Ｕｔｊを発する時刻Ｔｊとが同時である。

【0031】

第１の超音波受信部２３１では、受信開始から受信終了までの１回の受信時間範囲内に反射超音波ＵｒｉおよびＵｒｊの両方を一つの受信信号（第１の受信信号：Ｕｒｉ＋Ｕｒｊ）として受信する。第１の超音波受信部２３１で受信した第１の受信信号は、信号収録部２４に収録される。

【0032】

同様に、第２の超音波受信部２３２では、１回の受信時間範囲内に反射超音波ＵｒｉおよびＵｒｊの両方を一つの受信信号（第２の受信信号）として受信し、第２の受信信号が信号収録部２４に収録される。他の超音波受信部も同様である。

【0033】

図７は、第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１および第２の超音波発生部から発せられた超音波が各超音波受信部に到達するまでの経路を示す断面図である。

【0034】

第１の超音波発生部２１で発生した超音波Ｕｔｉが、第１の超音波反射部１１で反射して、その反射超音波Ｕｒｉが各超音波受信部２３に到達する。また、第２の超音波発生部２２で発生した第２の超音波Ｕｔｊが、第２の超音波反射部１２で反射して、その反射超音波Ｕｒｊが各超音波受信部２３に到達する。各超音波受信部２３で受信した受信信号は、信号収録部２４に収録される。

【0035】

信号処理部２５の反射位置推定演算部３０は、信号収録部２４に収録された受信信号と、第１および第２の超音波発生箇所７１、７２、超音波受信箇所７３、７４，７５などの位置座標とに基づいて、超音波反射部の位置１１、１２を計算する。また、信号処理部２５の開口合成演算部３１は、反射位置推定演算部３０によって得られた被測定対象１０内の第１および第２の超音波反射部１１、１２の位置のデータを、映像として表示するためのデータに、開口合成によって変換する。開口合成を行うに当たっては、図７に示すように、被測定対象１０のうちの必要な部分を開口合成範囲４０として設定する。ここで、超音波発生部２１、２２および超音波受信部２３１、２３２、２３３、・・・が並ぶ方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直に、超音波発生部２１、２２および超音波受信部２３１、２３２、２３３、・・・が配置された被測定対象１０の表面に垂直に被測定対象１０の内部に向かう方向をＺ軸方向とする。

【0036】

ここで、本発明の第１の実施形態に係る超音波計測装置による超音波計測方法の手順を、図８に沿って説明する。図８は、本発明の第１の実施形態に係る超音波計測装置による超音波計測方法の手順を示すフロー図である。

【0037】

図１などでは１１個の超音波受信部２３が並べられているものとしたが、図８では、単純化して、第１の超音波受信部２３１、第２の超音波受信部２３２、第３の超音波受信部２３３の３個の超音波受信部で超音波反射波を受信するものとする。図８で、初めに、第１の超音波発生部２１から第１の超音波Ｕｔｉが発せられ（第１の超音波発生ステップＳ１１）、第２の超音波発生部２２から第２の超音波Ｕｔｊが発せられる（第２の超音波発生ステップＳ１２）。

【0038】

第１の超音波受信部２３１、第２の超音波受信部２３２、第３の超音波受信部２３３はそれぞれが、第１の超音波Ｕｔｉおよび第２の超音波Ｕｔｊの両方の反射波を受信する（第１、第２、第３の超音波受信ステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５）。第１の超音波受信部２３１、第２の超音波受信部２３２、第３の超音波受信部２３３それぞれの受信信号を第１、第２、第３の受信信号と呼ぶ。第１、第２、第３の受信信号は、それぞれが、信号収録部２４に収録される（第１、第２、第３の受信信号収録ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８）。

【0039】

つぎに、反射位置推定演算部３０が、信号収録部２４に収録された受信信号に基づいて、被測定対象１０内の超音波反射部の位置を推定する演算を行う（超音波反射位置推定演算ステップＳ２０）。

【0040】

より具体的には、まず、第１の超音波を対象とする反射位置推定演算部３２が、第１、第２、第３の受信信号に基づき、第１の超音波発生部２１から発せられる第１の超音波Ｕｔｉの反射超音波である第１の超音波反射波Ｕｒｉを対象として超音波反射部の位置を推定する演算を行う（第１の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップＳ２１）。このとき、第１の超音波発生箇所７１の座標と、第１の超音波受信箇所７３、第２の超音波受信箇所７４、第３の超音波受信箇所７５それぞれの座標とを用いる。

【0041】

同様に、第２の超音波を対象とする反射位置推定演算部３３が、第１、第２、第３の受信信号に基づき、第２の超音波発生部２２から発せられる第２の超音波Ｕｔｊの反射超音波である第２の超音波反射波Ｕｒｊを対象として超音波反射部の位置を推定する演算を行う（第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップＳ２２）。このとき、第２の超音波発生箇所７２の座標と、第１の超音波受信箇所７３、第２の超音波受信箇所７４、第３の超音波受信箇所７５それぞれの座標とを用いる。

【0042】

つぎに、反射位置総合推定演算部３４が、第１の超音波Ｕｔｉに基づく反射位置推定演算ステップＳ２１の結果と、第２の超音波Ｕｔｊに基づく第２の超音波反射位置推定演算ステップＳ２２の結果とに基づいて、超音波反射部の位置を総合的に推定する演算を行う（超音波反射位置総合推定演算ステップＳ２３）。

【0043】

開口合成演算部３１は、第１、第２の超音波を対象とする反射位置推定演算ステップＳ２１、Ｓ２２の結果それぞれに基づいて開口合成演算を行うことができる。また、超音波反射位置総合推定演算ステップＳ２３の結果に基づいて開口合成演算を行うことができる。開口合成演算の結果は、映像表示部２６に映像として表示される。

【0044】

図９は、第１の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波発生部２１から発せられた第１の超音波Ｕｔｉによる第１の反射超音波Ｕｒｉを対象として開口合成処理をして得られた映像化結果を模式的に示す図である。すなわち、この図９は、第１の超音波Ｕｔｉを対象とする反射位置推定演算ステップＳ２１の結果に基づいている。この図９の場合は、図３に示すように、第１の反射超音波Ｕｒｉのうちで、第１の超音波反射部１１で反射して超音波受信部２３に届くものの割合が高いので、第１の超音波反射部１１の画像Ａ１が濃く明りょうに表示される。一方、第１の反射超音波Ｕｒｉのうちで、第２の超音波反射部１２で反射して超音波受信部２３に届くものの割合が低いので、第２の超音波反射部１２の画像Ａ２は薄く不明りょうに表示される。

【0045】

図１０は、第１の実施形態に係る超音波計測装置の第２の超音波発生部２２から発せられた第２の超音波Ｕｔｊによる第２の反射超音波Ｕｒｊを対象として開口合成処理をして得られた映像化結果を模式的に示す図である。すなわち、この図１０は、第２の超音波Ｕｔｊを対象とする反射位置推定演算ステップＳ２２の結果に基づいている。この図１０の場合は、図４に示すように、第２の反射超音波Ｕｒｊのうちで、第２の超音波反射部１２で反射して超音波受信部２３に届くものの割合が高いので、第２の超音波反射部１２の画像Ｂ２が濃く明りょうに表示される。一方、第２の反射超音波Ｕｒｊのうちで、第１の超音波反射部１１で反射して超音波受信部２３に届くものの割合が低いので、第１の超音波反射部１１の画像Ｂ１は薄く不明りょうに表示される。

【0046】

図１１は、図１０および図１１の映像化結果を重ね合わせて得られた映像化結果を模式的に示す図である。この図１１の場合は、第１の超音波反射部１１および第２の超音波反射部１２に対応する位置の画像のそれぞれが、濃く明りょうな部分とその周囲にある薄く不明りょうな部分との組み合わせの画像Ｃ１、Ｃ２として表示される。第１の超音波反射部１１および第２の超音波反射部１２に対応する位置に濃く明りょうな部分が表示されるので、全体で第１の超音波反射部１１および第２の超音波反射部１２に対応する位置およびそれぞれの形状を特定することができる。

【0047】

以上説明したように、この第１の実施形態によれば、超音波発生部および超音波受信部の位置を変更せずに、被測定対象の広範囲の検査を行うことができ、検査に要する手間および時間を減らすことができる。

【0048】

［第２の実施形態］
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る超音波計測装置の第１の超音波受信部で受信される第１の受信信号のタイムチャートである。

【0049】

第２の実施形態は、第１の実施形態の変形であって、第１の超音波発生部２１が超音波Ｕｔｉを発する時刻Ｔｉと第２の超音波発生部２２が超音波Ｕｔｊを発する時刻Ｔｊがずれている点が、第１の実施形態と相違する。その他の構成、作用は第１の実施形態と同様である。時刻Ｔｉと時刻Ｔｊがずれているが、第１の超音波Ｕｔｉに対応する第１の反射超音波Ｕｒｉの受信信号と第２の超音波Ｕｔｊに対応する第２の反射超音波Ｕｒｊの受信信号は、各超音波受信部２３における各受信時間範囲内であって、一つの受信信号として受信され、各受信信号が信号収録部２４に収録される。

【0050】

信号処理部２５において、時刻Ｔｉと時刻Ｔｊとのずれを考慮して反射位置推定演算を行う。これにより、第１の実施形態と同様に、開口合成演算部３１による開口合成演算も行うことができる。

【0051】

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、超音波発生部および超音波受信部の位置を変更せずに、被測定対象の広範囲の検査を行うことができ、検査に要する手間および時間を減らすことができる。

【0052】

［第３の実施形態］
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。第３の実施形態は、たとえば第１の実施形態の変形である。第３の実施形態の超音波計測装置５０は、超音波励起用パルスレーザ５３と、部分透過反射鏡５４と、全反射鏡５５と、超音波受信用レーザ５６と、受信プローブ５７と、スキャン機構５８と、レーザ干渉計５９と、光ケーブル６０、６１とを有する。そのほかに、超音波計測装置５０は、第１の実施形態と同様に、信号収録部２４と、信号処理部２５と、映像表示部２６とを有する。

【0053】

また、第１の実施形態と同様に、被測定対象１０は、たとえば金属製の平板状であって、その内部に、欠陥である第１および第２の超音波反射部１１、１２が存在しているものとする。

【0054】

超音波励起用パルスレーザ５３で発生したレーザ光の一部は、部分透過反射鏡５４で反射して、被測定対象１０の第１の超音波発生箇所７１に照射される。超音波励起用パルスレーザ５３で発生したレーザ光の他の部分は、部分透過反射鏡５４を透過し、全反射鏡５５で反射して被測定対象１０の第２の超音波発生箇所７２に照射される。これにより、第１の超音波発生箇所７１から被測定対象１０内に第１の超音波が伝搬し、第２の超音波発生箇所７２から被測定対象１０内に第２の超音波が伝搬する。第１および第２の超音波は、被測定対象１０内の第１および第２の超音波反射部１１、１２で反射して反射超音波となって、被測定対象１０内を伝搬する。なお、部分透過反射鏡５４を複数個とすることにより、超音波発生箇所を３か所以上に増やすこともできる。

【0055】

超音波受信用レーザ５６で発生した超音波受信用レーザ光は、光ケーブル６０を通して受信プローブ５７に送られ、受信プローブ５７から超音波受信用レーザ光が被測定対象１０の超音波受信箇所７３に照射される。超音波受信用レーザ光は超音波受信箇所７３で反射・散乱して受信プローブ５７に戻される。

【0056】

受信プローブ５７は光ケーブル６１を介してレーザ干渉計５９に接続されている。

【0057】

第１および第２の超音波発生箇所７１、７２から発せられて超音波反射部１１、１２で反射した超音波は、超音波受信箇所７３に到達し、超音波受信箇所７３の表面に微小振動を生じさせる。超音波受信箇所７３で反射して受信プローブ５７に戻されたレーザ光は、超音波受信箇所７３の微小振動の影響を受けている。超音波受信用レーザ５６からのレーザ光と超音波受信箇所７３で反射した反射レーザ光とをレーザ干渉計５９に入力することにより、レーザ干渉計５９の出力として、超音波受信信号を得ることができる。

【0058】

受信プローブ５７はスキャン機構５８によって移動させることができ、それにより、複数の超音波受信箇所７３でレーザ光を送受信することができる。

【0059】

レーザ干渉計５９の出力である受信信号が、電気信号として信号収録部２４に収録される。信号収録部２４に収録された受信信号は、第１の実施形態と同様に、信号処理部２５で処理され、その処理結果が映像表示部２６に表示される。

【0060】

超音波励起用パルスレーザ５３および超音波受信用レーザ５６として使用されるレーザの例としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレーザ、色素（ダイ）レーザおよびエキシマレーザなどが挙げられる。

【0061】

レーザ光源は連続波またはパルス波のどちらかとなり、１台だけでなく２台以上の複数台から構成することも可能である。複数台から構成する場合には、超音波を計測するために必要な他の機能も必要に応じて複数台使用する。

【0062】

レーザ干渉計５９の例としては、たとえば、マイケルソン干渉計、ホモダイン干渉計、ヘテロダイン干渉計、フィゾー干渉計、マッハツェンダー干渉計、ファブリー＝ペロー干渉計およびフォトリフラクティブ干渉計などが挙げられる。また干渉計測以外の方法として、ナイフエッジ法も考えられる。いずれの干渉計も１台以上の複数台使用することもできる。

【0063】

この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、超音波発生部および超音波受信部の位置を変更せずに、被測定対象の広範囲の検査を行うことができ、検査に要する手間および時間を減らすことができる。

【0064】

さらに、この第３の実施形態によれば、被測定対象１０の超音波発生箇所および超音波受信箇所に、プローブ等の機器を接触させる必要がない。そのため、接合対象部材に溶接により溶接部が形成された接合部材を対象とし、被測定対象１０がたとえば溶接中や溶接直後の溶接部や接合対象部材の金属部分などの高温状態にあるものであっても、また、被測定対象１０の超音波発生箇所または超音波受信箇所が平坦な面でなくても、容易に適用することができる。

【0065】

［第４の実施形態］
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。第４の実施形態は第３の実施形態の変形である。第４の実施形態の超音波計測装置５０は、第１の超音波励起用パルスレーザ５３ａおよび第２の超音波励起用パルスレーザ５３ｂを備え、これらのパルスレーザ５３ａ、５３ｂから発せられるパルスレーザ光が、反射鏡を介さずに、それぞれ、被測定対象１０の第１および第２の超音波発生箇所７１、７２に照射される。上記以外の構成は第３の実施形態と同様である。

【0066】

この第４の実施形態によれば、第３の実施形態などと同様に、超音波発生部および超音波受信部の位置を変更せずに、被測定対象の広範囲の検査を行うことができ、検査に要する手間および時間を減らすことができる。さらに、被測定対象１０の超音波発生箇所および超音波受信箇所に、プローブ等の機器を接触させる必要がない。そのため、被測定対象１０がたとえば溶接中の金属部分などの高温状態にあるものであっても、また、被測定対象１０の超音波発生部または超音波受信部が平坦な面でなくても、容易に適用することができる。

【0067】

さらに、この第４の実施形態によれば、部分透過反射鏡５４や全反射鏡５５（図１３）を用いずに、被測定対象１０の第１および第２の超音波発生箇所７１、７２で超音波を発生させることができる。また、第１の超音波発生箇所７１で超音波Ｕｔｉが発せられる時刻Ｔｉと第２の超音波発生箇所７２で超音波Ｕｔｊが発せられる時刻Ｔｊとを、第１の実施形態のように一致させることもできるし、第２の実施形態のようにずらすこともできる。

【0068】

なお、超音波励起用パルスレーザの個数は、２個以上であれば何個であってもよい。

【0069】

［第５の実施形態］
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。第５の実施形態は第３の実施形態の変形である。第５の実施形態の超音波計測装置５０は、超音波励起用のレーザスキャン装置８５を備える。超音波励起用パルスレーザ５３から発せられたパルスレーザは、レーザスキャン装置８５を介して被測定対象１０の第１および第２の超音波発生箇所７１、７２に照射される。レーザスキャン装置８５により、複数の超音波発生箇所７１、７２で超音波を発生させることができる。上記以外の構成は第３の実施形態と同様である。

【0070】

この第５の実施形態では、複数の超音波発生箇所７１、７２で超音波が発生する時刻は互いにずれるが、第２の実施形態の場合と同様であって、複数の超音波発生箇所７１、７２で発生した超音波Ｕｔの反射波Ｕｒが一つの受信時間範囲内で受信できれば問題ない。

【0071】

この第５の実施形態によれば、第３の実施形態などと同様に、超音波発生部および超音波受信部の位置を変更せずに、被測定対象の広範囲の検査を行うことができ、検査に要する手間および時間を減らすことができる。さらに、被測定対象１０の超音波発生部および超音波受信部に、プローブ等の機器を接触させる必要がない。そのため、被測定対象１０がたとえば溶接中の金属部分などの高温状態にあるものであっても、また、被測定対象１０の超音波発生部または超音波受信部が平坦な面でなくても、容易に適用することができる。

【0072】

さらに、この第５の実施形態によれば、部分透過反射鏡５４や全反射鏡５５（図１３）を用いず、また、複数の超音波励起用のレーザを用いずに、被測定対象１０の複数の超音波発生箇所７１、７２で超音波を発生させることができる。

【0073】

上記説明では超音波発生箇所７１、７２は２箇所であるとしたが、複数箇所であればよく、３箇所以上であってもよい。

【0074】

［第６の実施形態］
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する場合の被測定対象を示す模式的斜視図である。第６の実施形態は第３～第５の実施形態の変形である。

【0075】

これまで説明した各実施形態では、被測定対象１０が平板状であるとした。それに対して、この第６の実施形態では、被測定対象１０が、太径円柱部１０ａと細径円柱部１０ｂとが軸方向に接続された形状となっている。第３～第５の実施形態のように超音波励起用パルスレーザおよび超音波受信用レーザを用いる場合、被測定対象１０の表面にプローブ等の機器を接触させる必要がないので、このように被測定対象１０が平板状でない場合であっても、超音波計測装置を簡単に適用できる。

【0076】

図１６の例では、例えば太径円柱部１０ａに、２個の超音波発生箇所７１ａ、７２ａを設定し、４個の超音波受信箇所７３ａを設定している。また、細径円柱部１０ｂに、２個の超音波発生箇所７１ｂ、７２ｂを設定し、３個の超音波受信箇所７３ｂを設定している。

【0077】

被測定対象１０の形状は、図１６に示すものに限らず、任意の形状とすることができる。

【0078】

［第７の実施形態］
図１７は、本発明の第７の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。第７の実施形態の超音波計測装置５０の構成自体は、第３または第４の実施形態の超音波計測装置５０と同じである。この第７の実施形態では、被測定対象１０が、第１の平板（接合対象部材）１０ｃと第２の平板（接合対象部材）１０ｄとが突き合わせ溶接によって溶接される溶接中の溶接部８０を含む溶接構造である。ここで、「溶接中」には、溶接を行うのと同時の場合と、複数の層を重ねて溶接を行う場合に、途中の層まで溶接が終わって次の層の溶接を行うまでの間の時間（溶接中断中）の場合との両方の場合がある。なお、図１７では、超音波励起用レーザ等の図示を省略している。

【0079】

図１７に示す例では、１層２パスの溶接ビード上の各々のパス８１、８２の上にそれぞれ、第１の超音波発生箇所７１、第２の超音波発生箇所７２を設定して、ここに２系統の超音波励起用パルスレーザ光を照射する。これにより、第１、第２の超音波発生箇所７１、７２で超音波が発生する。

【0080】

また、超音波受信箇所７３は、第２の平板１０ｄの表面上に設定する。第１、第２の超音波発生箇所７１、７２で発生した超音波は、溶接部８０および第２の平板１０ｄ内を伝播し、溶接部８０内の欠陥すなわち超音波反射部１１、１２で反射され、反射超音波が超音波受信箇所７３に到達する。これにより、第３または第４の実施形態の場合と同様に、超音波反射部１１、１２の位置および形状を特定することができる。

【0081】

図１７に示す例のように、広い開先の溶接部８０が測定対象の場合、超音波発生箇所が一つだと、超音波の伝播範囲外に発生した欠陥は検出することができない。しかし、図１７に示すように、２系統のレーザを各々のパス８１、８２上に照射することで、両パスに発生した欠陥すなわち超音波反射部１１、１２の両方を検出することが可能となる。

【0082】

ここで、溶接部８０の溶接方法は限定されず、たとえば、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、イナートガスアーク溶接、ティグ溶接、マグ溶接、ミグ溶接、炭酸ガスアーク溶接、プラズマアーク溶接、エレクトロスラグ溶接等のアーク溶接全般、スポット溶接、シーム溶接等の抵抗溶接全般、ガス溶接、テルミット溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接等の特殊な融接、さらに摩擦拡散接合などの圧接やろう接など金属間の接合技術全般を対象とする。

【0083】

また、被検査対象は平板に限らず、たとえば円筒形状や、それ以外の様々な形状における溶接を対象とする。また溶接継手の組み合わせ方としては、突合せ継手、Ｔ継手、十字継手、角継手、重ね継手、へり継手、当て金継手など、溶接継手全般を対象とする。継手形状については開先溶接、すみ肉溶接、シーム溶接、せん溶接、スロット溶接など継手形状全般を対象とする。

【0084】

図１７では１層２パスの溶接の場合で説明したが、前述の接合技術、溶接継手、継手形状に対応した様々な溶接方法に応じて、最適な送信点を配置することができる。以下、具体的に欠陥を検出する過程を説明する。

【0085】

溶接中に溶接部８０に欠陥すなわち超音波反射部１１、１２が発生した場合、超音波反射部１１、１２で反射した反射超音波は、溶接部８０および第２の平板（母材）１０ｄ内を伝搬して、第２の平板１０ｄの表面に設定した超音波受信箇所７３に到達する。一方、この超音波受信箇所７３に、受信プローブ５７から超音波受信用レーザ光を照射する。これにより、第３の実施形態などと同様に、レーザ干渉計５９から、電気信号としての受信信号が信号収録部２４に送られ、そこに収録される。受信信号が信号収録部２４に収録された後の処理は第３の実施形態などと同様である。

【0086】

この方法で溶接中に欠陥を検出した場合、溶接施工を止め、欠陥発生箇所を補修するなどの対応を取ることができる。また溶接中の検査ではなく、溶接施工を途中で止め、途中経過における溶接部８０の検査（溶接中断中検査）を行うことも可能である。たとえば溶接パスを積層していく場合、全積層数の半分の時点で欠陥検査を行い、施工を続行するか判断をすることが可能である。

【0087】

この第７の実施形態では、レーザ超音波法による溶接欠陥検査について説明しているが、たとえば、溶接中断中検査の場合などは、圧電素子を用いた接触式の超音波用を適用することも考えられる。

【0088】

［第８の実施形態］
図１８は、本発明の第８の実施形態に係る超音波計測装置を被測定対象に適用する状況を示す模式的断面図である。第８の実施形態の超音波計測装置５０の構成自体は、第３、第４、第７の実施形態の超音波計測装置５０と同じである。この第８の実施形態では、第７の実施形態とほぼ同様に、被測定対象１０が、第１の平板１０ｃと第２の平板１０ｄとが突き合わせ溶接によって溶接される溶接中の溶接部８０を含む溶接構造である。

【0089】

図１８に示す例では、１層１パスの溶接部８０上に、第１の超音波発生箇所７１を設定し、第１の平板１０ｃの表面上に第２の超音波発生箇所７２を設定して、ここに２系統の超音波励起用パルスレーザ光を照射する。これにより、第１、第２の超音波発生箇所７１、７２で超音波が発生する。また、超音波受信箇所７３は、第７の実施形態と同様に、第２の平板１０ｄの表面上に設定する。

【0090】

この第８の実施形態によれば、特に、溶接部８０の周辺の第１の平板１０ｃに欠陥（超音波反射部）がある場合にその欠陥を検出しやすくなる。

【0091】

［第９の実施形態］
図１９は、本発明の第９の実施形態に係る超音波計測装置の信号処理部の機能構成を示すブロック図である。この実施形態は、たとえば第１の実施形態の変形である。図１に示す超音波計測装置の構成は第１の実施形態と同様であるが、信号処理部２５の内容が第１の実施形態と相違する。

【0092】

図１９に示すように、この第９の実施形態の信号処理部２５は、反射位置推定演算部９０と開口合成演算部３１とを有する。開口合成演算部３１の内容は第１の実施形態と同様である。

【0093】

反射位置推定演算部９０は、第１の受信信号に基づく反射位置推定演算部９２と、第２の受信信号に基づく反射位置推定演算部９３と、第３の受信信号に基づく反射位置推定演算部９４と、反射位置総合推定演算部９５とを有する。

【0094】

前述のように、第１、第２、第３の受信信号は、それぞれ、第１の超音波受信部２３１、第２の超音波受信部２３２、第３の超音波受信部２３３で受信した信号である。また、前述のように、第１、第２、第３の受信信号それぞれの中に、第１の超音波発生部２１から発せられる第１の超音波Ｕｔｉによる第１の反射超音波Ｕｒｉの信号と、第２の超音波発生部２２から発せられる第２の超音波Ｕｔｊによる第２の反射超音波Ｕｒｊの信号の両方が含まれている。

【0095】

図２０は、本発明の第９の実施形態に係る超音波計測装置による超音波計測方法の手順を示すフロー図である。図２０に示す本実施形態の超音波計測方法の手順と図８に示す第１の実施形態の超音波計測方法の手順とを比べると、超音波発生のステップＳ１１、Ｓ１２、超音波受信のステップＳ１３～Ｓ１５、受信信号収録のステップＳ１６～Ｓ１８の部分は共通である。そのつぎに、信号処理部２５が、第１～第３の受信信号に基づいて、被測定対象１０内の超音波反射部の位置を推定する演算を行う（超音波反射位置推定演算ステップＳ３０）。この超音波反射位置推定演算ステップＳ３０の内容は、第１の実施形態の超音波計測方法の場合と相違する。

【0096】

第１の受信信号に基づく反射位置推定演算部９２は、第１の超音波受信部２３１で受信した第１の受信信号に基づいて反射位置推定演算を行う（第１の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップＳ３１）。前述のように、第１の受信信号それぞれの中に、第１の超音波Ｕｔｉによる第１の反射超音波Ｕｒｉの信号と、第２の超音波Ｕｔｊによる第２の反射超音波Ｕｒｊの信号の両方が含まれている。このステップＳ３０では、第１の反射超音波Ｕｒｉによる信号と第２の反射超音波Ｕｒｊによる信号の両方を対象とする。このとき、第１の超音波発生箇所７１の座標と、第２の超音波発生箇所７２の座標と、第１の超音波受信箇所７３の座標とを用いる。

【0097】

同様に、第２の受信信号に基づく反射位置推定演算部９３は、第２の超音波受信部２３２で受信した第２の受信信号に基づいて反射位置推定演算を行う（第２の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップＳ３２）。このとき、第１の超音波発生箇所７１の座標と、第２の超音波発生箇所７２の座標と、第２の超音波受信箇所７４の座標とを用いる。

【0098】

同様に、第３の受信信号に基づく反射位置推定演算部９４は、第３の超音波受信部２３３で受信した第３の受信信号に基づいて反射位置推定演算を行う（第３の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップＳ３３）。このとき、第１の超音波発生箇所７１の座標と、第２の超音波発生箇所７２の座標と、第３の超音波受信箇所７５の座標とを用いる。

【0099】

つぎに、反射位置総合推定演算部９５が、第１の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップＳ３１の結果と、第２の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップＳ３２の結果と、第３の受信信号に基づく反射位置推定演算ステップＳ３３の結果と、に基づいて、被測定対象１０内で超音波の反射、散乱または回折などが生じた部位である超音波反射部の位置（超音波反射位置）を総合的に推定する演算を行う（超音波反射位置総合推定演算ステップＳ２３）。

【0100】

以上説明したように、この第９の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0101】

上記説明では超音波発生箇所が２か所で超音波受信箇所が３か所としたが、超音波発生箇所および超音波受信箇所がそれぞれ２箇所以上であれば、それぞれが何か所であってもよい。この第９の実施形態は、超音波発生箇所が超音波受信箇所よりも多数ある場合に有利である。

【0102】

［他の実施形態］
上記各実施形態の特徴を適宜組み合わせることもできる。

【0103】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0104】

１０…被測定対象、 １０ａ…太径円柱部、 １０ｂ…細径円柱部、 １０ｃ、１０ｄ…平板（母材：接合対象部材）、 １１、１２…超音波反射部、 ２０…超音波計測装置、 ２１、２２…超音波発生部、 ２３…超音波受信部、 ２４…信号収録部、 ２５…信号処理部、 ２６…映像表示部、 ３０…反射位置推定演算部、 ３１…開口合成演算部、 ３２…第１の超音波を対象とする反射位置推定演算部、 ３３…第２の超音波を対象とする反射位置推定演算部、 ３４…反射位置総合推定演算部、 ４０…開口合成範囲、 ５０…超音波計測装置、 ５３、５３ａ、５３ｂ…超音波励起用パルスレーザ、 ５４…部分透過反射鏡、 ５５…全反射鏡、 ５６…超音波受信用レーザ、 ５７…受信プローブ、 ５８…スキャン機構、 ５９…レーザ干渉計、 ６０、６１…光ケーブル、 ７１、７２…超音波発生箇所、 ７３、７４、７５…超音波受信箇所、 ８０…溶接部、 ８１、８２…パス、 ８５…レーザスキャン装置、 ９０…反射位置推定演算部、 ９２…第１の受信信号に基づく反射位置推定演算部、 ９３…第２の受信信号に基づく反射位置推定演算部、 ９４…第３の受信信号に基づく反射位置推定演算部、 ９５…反射位置総合推定演算部、 ２３１、２３２、２３３…超音波受信部

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】