特許 7173931 超音波検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】超音波検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/26 20060101AFI20221109BHJP

【ＦＩ】

G01N29/26

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019106752

(22)【出願日】2019-06-07

(65)【公開番号】P2020201065

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-11-29

(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】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】大島 佑己

(72)【発明者】

【氏名】三木 将裕

(72)【発明者】

【氏名】江原 和也

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２８２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０５５５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１４１６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－１０９９５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／００－１７／０８

Ｈ０４Ｒ １７／００－１７／１０

Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一列に配置された複数の圧電素子を有するアレイ探触子と、
前記複数の圧電素子が被検体の表面に対し傾斜するように前記アレイ探触子を支持するウェッジと、
前記複数の圧電素子からの複数の超音波の送信タイミングを制御して、前記複数の超音波からなる合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する制御装置とを備え、
前記合成波が前記ウェッジを介し前記被検体の表面に入射して表面波にモード変換し、前記表面波が前記被検体の表面に沿って伝播する超音波検査装置において、
前記ウェッジは、前記合成波の伝播方向にかかわらず、前記被検体の表面に対する合成波の入射角が所定値となるように、前記圧電素子の配列方向に垂直な前記ウェッジの各断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、前記圧電素子の配列方向における前記各断面の位置に応じて変化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、
前記ウェッジは、前記圧電素子の配列方向に垂直かつ前記複数の圧電素子の中心に位置する基準断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、ゼロであって、前記圧電素子の配列方向に垂直かつ前記基準断面とは異なる他の断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、前記基準断面から前記他の断面までの距離が大きくなるほど、大きくなる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、
前記ウェッジと前記被検体の表面の間は液体で満た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、表面波を用いて被検体の表層の探傷を行う超音波検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波を用いて被検体の探傷を行う超音波検査装置が知られている。超音波には、被検体の体積中を伝播する体積波（縦波、横波）以外に、被検体の表面に沿って伝播する表面波（レイリー波）がある。表面波は、被検体の表面が曲面である場合も、被検体の表面に沿って伝播するものであり、その音速は横波音速の９０％程度である。

【0003】

非特許文献１は、表面波を用いて被検体の表層の探傷を行う超音波検査装置を開示する。非特許文献１の超音波検査装置は、一列に配置された複数の圧電素子を有するアレイ探触子と、複数の圧電素子が被検体の表面に対し傾斜するようにアレイ探触子を支持するウェッジと、複数の圧電素子からの複数の超音波の送信タイミングを制御して、複数の超音波からなる合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する制御装置とを備える。

【0004】

この超音波検査装置では、合成波がウェッジを介し被検体の表面に入射して表面波にモード変換し、表面波が被検体の表面に沿って伝播する。被検体の表層にきずが存在する場合、きずで反射された反射波がウェッジを介しアレイ探触子で受信される。これにより、被検体の表層のきずを検出する。セクタ走査を実行することにより、探触子を移動させる機械走査を実行する場合と比べ、短時間で広範囲の探傷を行うことができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】小原良和、他１名、日本材料学会高温強度部門委員会資料、「表面波を用いた超音波非破壊計測」、［online］、東北大学、［2019年5月24日検索］、インターネット＜URL:http://www.material.tohoku.ac.jp/~hyoka/nonlinear04.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記従来技術では、合成波の伝播方向に応じて、被検体の表面に対する合成波の入射角が変化する。合成波の伝播方向によっては、合成波の入射角が表面波の臨界角から大きく離れるため、表面波の強度が低減し、検出感度が低減する。また、表面波の強度がばらつくため、検出感度がばらつく。

【0007】

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、短時間で広範囲の探傷を行うことができ、且つ、検出感度の向上を図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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、一列に配置された複数の圧電素子を有するアレイ探触子と、前記複数の圧電素子が被検体の表面に対し傾斜するように前記アレイ探触子を支持するウェッジと、前記複数の圧電素子からの複数の超音波の送信タイミングを制御して、前記複数の超音波からなる合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する制御装置とを備え、前記合成波が前記ウェッジを介し前記被検体の表面に入射して表面波にモード変換し、前記表面波が前記被検体の表面に沿って伝播する超音波検査装置において、前記ウェッジは、前記合成波の伝播方向にかかわらず、前記被検体の表面に対する合成波の入射角が所定値となるように、前記圧電素子の配列方向に垂直な前記ウェッジの各断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、前記圧電素子の配列方向における前記各断面の位置に応じて変化する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、短時間で広範囲の探傷を行うことができ、且つ、検出感度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態における超音波検査装置の構成を表す図である。

【図2】本発明の一実施形態における表示装置の表示画面の一例を表す図である。

【図3】本発明の一実施形態における表示装置の表示画面の他の例を表す図である。

【図4】本発明の一実施形態におけるウェッジの構造を表す上面図である。

【図5】本発明の一実施形態におけるウェッジの構造を表す断面図である。

【図6】本発明の一実施形態におけるウェッジの構造を表す断面図である。

【図7】従来技術におけるアレイ探触子及びウェッジの配置を表すと共に、被検体の表面に入射する合成波の入射点を示す平面図である。

【図8】従来技術において圧電素子の法線方向に伝播して被検体の表面に入射する合成波の入射角を示す断面図である。

【図9】従来技術において圧電素子の法線方向に対し傾斜した方向に伝播して被検体の表面に入射する合成波の入射角を示す断面図である。

【図10】本発明の一実施形態におけるアレイ探触子及びウェッジの配置を表すと共に、被検体の表面に入射する合成波の入射点を示す平面図である。

【図11】本発明の一実施形態において圧電素子の法線方向に伝播して被検体の表面に入射する合成波の入射角を示す断面図である。

【図12】本発明の一実施形態において圧電素子の法線方向に対し傾斜した方向に伝播して被検体の表面に入射する合成波の入射角を示す断面図である。

【図13】本発明の一実施形態におけるウェッジ及び液体中の合成波伝播方向ベクトル並びに被検体中の表面波の伝播方向ベクトルを表す斜視図である。

【図14】本発明の一実施形態における合成波の出射点の位置によるウェッジの底面の法線ベクトルを、ウェッジ及び液体中の合成波の伝播方向ベクトルと共に表す断面図である。

【図15】本発明の一実施形態におけるウェッジの各断面の位置と各断面における上辺と下辺との相対角との関係の具体例を表す図である。

【図16】本発明の一実施形態におけるウェッジ中の合成波の伝播方位角と被検体中の表面波の伝播方位角との関係の具体例を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表す図である。

【0013】

本実施形態の超音波検査装置は、表面波を用いて被検体２０（詳細には、例えば鋼材などの固体）の表層の探傷を行うものである。この超音波検査装置は、一列に配置された複数の圧電素子１を有するアレイ探触子２と、複数の圧電素子１が被検体２０の表面に対し傾斜するようにアレイ探触子２を支持するウェッジ３と、制御装置４と、計算機５と、表示装置６とを備えている。計算機５は、コンピュータ等で構成され、表示装置６は、ディスプレイ等で構成されている。

【0014】

複数の圧電素子１は、後述する制御装置４のパルサ７からの複数の駆動信号によって発振し、複数の超音波を送信し、それらが合成されて合成波となる。この合成波がウェッジ３を介し被検体２０の表面に入射して表面波にモード変換し、表面波が被検体２０の表面に沿って伝播する。なお、ウェッジ３は、例えばアクリル、ポリスチレン、又はポリイミドなどの樹脂材で形成され、ウェッジ３と被検体２０の表面の間は、例えば水などの液体で満たされている。

【0015】

図１で示すように被検体２０の表層にきず２１が存在する場合、きず２１で反射された反射波がウェッジ３を介し圧電素子１で受信される。圧電素子１は、受信した反射波を波形信号に変換し、後述する制御装置４のレシーバ８へ出力する。

【0016】

制御装置４は、パルサ７、レシーバ８、遅延制御部９、及びデータ収録部１０を有している。遅延制御部９は、プログラムに従って処理を実行するプロセッサ等で構成され、データ収録部１０は、メモリ等で構成されている。遅延制御部９は、計算機５からの指令に応じて、合成波の伝播方向に対応する遅延パターンをパルサ７及びレシーバ８へ出力する。

【0017】

パルサ７は、遅延パターンに基づき、複数の圧電素子１へそれぞれ出力する複数の駆動信号の出力タイミングを制御する。これにより、合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する。

【0018】

レシーバ８は、遅延パターンに基づき、圧電素子１からの波形信号の入力タイミングを調整すると共に、波形信号を合成する。これにより、合成波の伝播方向に対応するように反射波の伝播方向を調整する。

【0019】

レシーバで合成された波形信号は、アナログ－デジタル変換器（図示せず）で波形データに変換されて、データ収録部１０で収録される。データ収録部１０は、遅延パターン（又はこれに対応する合成波及び表面波の伝播方向の情報）と関連付けて、波形データを収録する。波形データは、受信時間と信号強度の組合せからなる。

【0020】

計算機５は、データ収録部１０で収録された波形データとこれに対応する合成波及び表面波の伝播方向の情報に基づいて、探傷画像を作成する。詳細には、合成波及び表面波の伝播方向の情報と受信時間に基づいて反射位置を仮想し、この反射位置に応じて画素の位置を選択すると共に、信号強度に応じて画素の色相、彩度、又は明度を可変して、探傷画像を作成する。

【0021】

表示装置６は、例えば図２で示すように、データ収録部１０で収録された波形データを表示する。これにより、検査員がきずの有無や位置を評価することが可能である。また、表示装置６は、例えば図３で示すように、計算機５で作成された探傷画像を表示する。これにより、検査員がきずの寸法や性状を評価することが可能である。

【0022】

本実施形態では、セクタ走査（すなわち、電子走査）を実行することにより、探触子を移動させる機械走査を実行する場合と比べ、短時間で広範囲の探傷を行うことができる。すなわち、アレイ探触子２を移動させなくとも、例えば図１で示す検査範囲２２を探傷することができる。

【0023】

ここで、本実施形態においては、複数の圧電素子１の中心を合成波の仮想起点Ｐ（後述の図４、図５（ａ）、及び図６参照）とし、この合成波の仮想起点Ｐを通って圧電素子１の配列方向に延在する軸をＸ_１軸（後述の図４及び図６参照）と定義する。合成波の仮想起点Ｐを通って圧電素子１の法線方向に延在する軸をＺ_１軸（後述の図５（ａ）及び図６参照）と定義する。セクタ走査とは、ウェッジ３中の合成波の伝播方向を走査面（Ｘ_１－Ｚ_１平面）に沿って可変するものであり、走査面に垂直な軸をＹ_１軸（後述の図４及び図５（ａ）参照）と定義する。

【0024】

また、被検体２０の表面とＺ_１軸が交わる交点を原点Ｏ（図１及び後述の図１３参照）と定義する。被検体２０の表面上で原点Ｏを通って圧電素子１の配列方向に平行な軸をＸ_２軸（図１及び後述の図１３参照）と定義する。被検体２０の表面上で原点Ｏを通って圧電素子１の配列方向（言い換えれば、Ｘ_２軸）に垂直な軸をＹ_２軸（図１及び後述の図１３参照）と定義する。原点Ｏを通って被検体２０の表面（言い換えれば、Ｘ_２－Ｙ_２平面）に垂直な軸をＺ_２軸（図１及び後述の図１３参照）と定義する。

【0025】

次に、本実施形態の要部であるウェッジ３の構造を説明する。

【0026】

図４は、本実施形態におけるウェッジ３の構造を表す上面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、及び図６は、本実施形態におけるウェッジ３の構造を表す断面図である。図５（ａ）は、図４中断面Ａ－Ａによる断面図、図５（ｂ）は、図４中断面Ｂ－Ｂによる断面図、図５（ｃ）は、図４中断面Ｃ－Ｃによる断面図、図６は、図４中断面Ｄ－Ｄによる断面図である。

【0027】

本実施形態のウェッジ３は、アレイ探触子２を支持する平面（以降、適宜、上面という）と、その反対側（すなわち、被検体２０側）に形成された特殊な曲面（以降、適宜、底面という）とを有しており、圧電素子１の配列方向（言い換えれば、Ｘ_１軸）に垂直な各断面における圧電素子１側の一辺（以降、適宜、上辺という）と被検体２０側の一辺（以降、適宜、底辺という）との相対角が、圧電素子１の配列方向における各断面の位置に応じて変化する。

【0028】

詳しく説明すると、圧電素子１の配列方向に垂直なウェッジ３の断面のうち、複数の圧電素子１の中心（言い換えれば、Ｘ_１＝０）に位置する断面を基準断面と定義すれば、本実施形態では、図５（ａ）で示すように、基準断面における上辺Ｅ_０と底辺Ｆ_０との相対角β_０は、ゼロである。

【0029】

また、圧電素子１の配列方向に垂直なウェッジ３の断面のうち、基準断面とは異なる断面を他の断面と定義すれば、本実施形態では、他の断面における上辺と底辺との相対角は、基準断面から他の断面までの距離（言い換えれば、Ｘ_１座標の絶対値）が大きくなるほど、大きくなる。すなわち、図５（ｂ）で示す他の断面における上辺Ｅ_１と底辺Ｆ_１との相対角β_１は、相対角β_０より大きい。図５（ｃ）で示す他の断面における上辺Ｅ_２と底辺Ｆ_２との相対角β_２は、相対角β_１より大きい。なお、ウェッジ３の断面の上辺と底辺との相対角が大きくなることは、ウェッジ３の断面の下辺と被検体２０の表面との相対角が小さくなることを意味する。

【0030】

なお、ウェッジ３は、基準断面を中心として線対称な構造となっている。また、図６で示すように、Ｘ_１軸及びＺ_１軸を含むウェッジ３の断面において、ウェッジ３の厚みｄ（以降、基準厚みという）が一定である。

【0031】

本実施形態では、上述したウェッジ３の構造により、合成波の伝播方向にかかわらず、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γが所定値（詳細には、表面波の臨界角γ_Ｒが好ましいものの、表面波の臨界角γ_Ｒ±合成波の指向角の範囲内で設定された所定値でもよい）となる。これにより、検出感度の向上を図ることができる。この作用効果を、非特許文献１に記載の従来技術と比較しながら説明する。

【0032】

図７は、従来技術におけるアレイ探触子２及びウェッジ１００の配置を表すと共に、被検体２０の表面に入射する合成波の入射点を示す平面図である。図８は、図７中断面VIII－VIIIによる断面図であって、圧電素子１の法線方向（言い換えれば、Ｚ_１方向）に伝播して被検体２０の表面に入射する合成波の入射角を示す。図９は、図７中断面IX－IXによる断面図であって、圧電素子１の法線方向に対し傾斜した方向に伝播して被検体２０の表面に入射する合成波の入射角を示す。図１０は、本実施形態におけるアレイ探触子２及びウェッジ３の配置を表すと共に、被検体２０の表面に入射する合成波の入射点を示す平面図である。図１１は、図１０中断面XI－XIによる断面図であって、圧電素子１の法線方向に伝播して被検体２０の表面に入射する合成波の入射角を示す。図１２は、図１０中断面XII－XIIによる断面図であって、圧電素子１の法線方向に対し傾斜した方向に伝播して被検体２０の表面に入射する合成波の入射角を示す。なお、図７及び図１０においては、便宜上、圧電素子１の図示を省略している。また、図９及び図１２においては、便宜上、圧電素子１、アレイ探触子２、及びウェッジ３の図示を省略している。また、図１２においては、便宜上、合成波の仮想起点Ｐ及びウェッジ３中の合成波を断面に投影したものを示す。

【0033】

従来技術では、ウェッジ１００は、圧電素子１が被検体２０の表面に対し傾斜角αで傾斜するようにアレイ探触子２を支持する平面（上面）と、その反対側に形成された平面（底面）とを有している。そして、圧電素子１の配列方向（言い換えれば、Ｘ_１軸）に垂直なウェッジ１００の各断面における圧電素子１側の一辺（上辺）と被検体２０側の一辺（下辺）との相対角が、圧電素子１の配列方向における各断面の位置にかかわらず、同じである。また、ウェッジ１００の底面は、被検体２０の表面に接触している。そのため、図７で示すように、被検体２０の表面に対する合成波の入射点Ｇ_１，Ｇ_２は、被検体２０の表面（Ｘ_２－Ｙ_２平面）と走査面（Ｘ_１－Ｚ_１平面）が交わる直線（Ｘ_２軸）上に位置する。

【0034】

従来技術では、図８で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子１の法線方向である場合、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γ_１は、上述した傾斜角αと等しくなる。合成波の入射角γ_１が表面波の臨界角γ_Ｒであれば、表面波の強度を高めることができる。

【0035】

しかし、図９で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子１の法線方向に対し傾斜した方向である場合、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γ_２は、入射角γ_１より大きくなる。これは、被検体２０の表面に垂直な方向におけるウェッジ１００中の合成波の伝播距離が前者の場合と同じであるものの、被検体２０の表面に平行な方向におけるウェッジ１００中の合成波の伝播距離が前者の場合より長くなるからである（図示のように、Ｉ_２＞Ｉ_１）。そして、合成波の伝播方向によっては、合成波の入射角γ_２が表面波の臨界角γ_Ｒから大きく離れるため、表面波の強度が低減し、検出感度が低減する。また、表面波の強度がばらつくため、検出感度がばらつく。

【0036】

これに対し、本実施形態では、ウェッジ３は、圧電素子１が被検体２０の表面に対し傾斜角αで傾斜するようにアレイ探触子２を支持する平面（上面）と、その反対側に形成された特殊な曲面（底面）とを有している。そして、圧電素子１の配列方向に垂直なウェッジ１００の各断面における圧電素子１側の一辺（上辺）と被検体２０側の一辺（下辺）との相対角が、圧電素子１の配列方向における各断面の位置に応じて変化する。また、ウェッジ３の底面と被検体２０の表面の間は、液体で満たされている。そのため、図１０で示すように、被検体２０の表面に対する合成波の入射点Ｇ_３，Ｇ_４は、被検体２０の表面（Ｘ_２－Ｙ_２平面）と走査面（Ｘ_１－Ｚ_１平面）が交わる直線（Ｘ_２軸）上でなく、円弧上に位置する。

【0037】

本実施形態では、ウェッジ３の基準断面における上辺と底辺との相対角は、ゼロである。それ故、図１１で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子１の法線方向である場合、合成波は、ウェッジ３の底面の出射点Ｈ_３から出射する際に屈折されない。そして、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γ_３は、傾斜角αと等しくなる。合成波の入射角γ_３が表面波の臨界角であれば、表面波の強度を高めることができる。

【0038】

一方、ウェッジ３の他の断面における上辺と底辺との相対角は、基準断面から他の断面までの距離が大きくなるほど、大きくなっている。それ故、図１２で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子１の法線方向に対し傾斜した方向である場合、合成波は、ウェッジ３の底面の出射点Ｈ_４から出射する際に、ウェッジ３の底面の形状の影響を受けて、走査面（Ｘ_１－Ｚ_１平面）から外れるように屈折される。そして、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γ_４は、入射角γ_３と等しくなる。これは、被検体２０の表面に垂直な方向における液体中の合成波の伝播距離だけでなく、被検体２０の表面に平行な方向における液体中の合成波の伝播距離も前者の場合と等しくなるからである（図示のように、Ｉ_４＝Ｉ_３）。そして、合成波の伝播方向にかかわらず、合成波の入射角が所定値（本実施形態では、傾斜角αと同じであって、例えば表面波の臨界角）となるため、表面波の強度を高めることができる。また、表面波の強度のばらつきを抑えることができる。したがって、検出感度の向上を図ることができる。

【0039】

次に、本実施形態の角度パラメータの具体例について説明する。

【0040】

上述した通り、本実施形態のウェッジ３の上面の傾斜角α（言い換えれば、ウェッジ３の各断面の上辺の傾斜角α）は、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γと同じである。そのため、傾斜角αは、下記の式（１）で計算される表面波の臨界角γ_Ｒに設定することが好ましい。式中のＣ_Ｌは液体中の縦波音速、Ｃ_Ｒは被検体２０中の表面波音速である。例えばウェッジ３と被検体２０の表面の間の液体が水であれば、液体中の縦波音速Ｃ_Ｌは1．４８km／sである。例えば被検体２０が鋼材であれば、被検体２０中の横波音速が３．２３km／ｓであり、表面波音速が横波音速の約０．９倍であるから、被検体２０中の表面波音速Ｃ_Ｒは２．９１km／ｓである。この場合、表面波の臨界角γ_Ｒは３０．６度となる。したがって、傾斜角αは、３０．６度に設定することが好ましい。
γ_Ｒ＝sin^－１（Ｃ_Ｌ／Ｃ_Ｒ） ・・・（１）

【0041】

アレイ探触子２から被検体２０の表面に向かって伝播する合成波は、空間的に広がるため、指向角（広がり角）を有する。そのため、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γは、表面波の臨界角γ_Ｒ±合成波の指向角の範囲内で設定された所定値でもよい。したがって、傾斜角αは、約２８度～約３３度の範囲内で設定された所定値に設定してもよい。

【0042】

ウェッジ３の各断面の上辺と底辺との相対角βについて、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、本実施形態におけるウェッジ３中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｗ、液体中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｌ、及び被検体２０中の表面波の伝播方向ベクトルｒ_Ｒを表す斜視図である。図１４は、図１３中断面XIV－XIV（詳細には、ウェッジ３の底面から出射する合成波の出射点Ｈ_５を含み且つＸ_１軸に垂直な断面）による断面図であって、合成波の出射点Ｈ_５の位置によるウェッジ３の底面の法線ベクトルｎ_Ｗを、ウェッジ３中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｗ及び液体中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｌと共に表す。なお、図１４においては、便宜上、合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｗ、ｒ_Ｌを断面に投影したものを示す。また、各ベクトルは、長さが１である単位ベクトルである。

【0043】

被検体２０中の表面波の伝播方向ベクトルｒ_Ｒは、被検体２０の表面の入射点Ｇ_６を起点としたベクトルであり、Ｘ_２－Ｙ_２平面（被検体２０の表面）に存在する。被検体２０中の表面波の伝播方位角ρは、Ｙ_２軸に対する表面波の伝播方向ベクトルｒ_Ｒの角度である。

【0044】

ウェッジ３中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｗは、合成波の仮想起点Ｐを起点としたベクトルであり、Ｘ_１－Ｚ_１平面（走査面）に存在する。ウェッジ３中の合成波の伝播方位角φは、Ｚ_１軸に対する合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｗの角度である。

【0045】

ウェッジ３の底面の出射点Ｈ_５は、Ｘ_１軸に平行な直線（Ｚ_１＝ｄ）に存在する。液体中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_Ｌは、ウェッジ３の底面の出射点Ｈ_５を起点としたベクトルであり、下記記の式（２）（詳細には、スネルの法則を３次元に拡張した光線屈折式）で与えられる関係を満たす。式中のＣ_Ｗは、ウェッジ３中の縦波音速である。
ｎ_Ｗ×ｒ_Ｌ＝（Ｃ_Ｌ／Ｃ_Ｗ）・（ｎ_Ｗ×ｒ_Ｗ） ・・・（２）

【0046】

上記の式（２）を変形すると、ウェッジ３中の合成波の伝播方位角φ、ウェッジ３の断面の上辺と底辺との相対角β、ウェッジ３の基準厚さｄ、ウェッジ３中の縦波音速Ｃ_Ｗ、液体中の縦波音速Ｃ_Ｌを変数として、液体中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_ＬのＸ_２方向成分ｒ_Ｌｘ、Ｙ_２方向成分ｒ_Ｌｙ、及びＺ_２方向成分ｒ_Ｌｚを計算する、下記の式（３）を導き出せる。式中のＴは、転置記号である。
ｒ_Ｌ（φ，β，ｄ，Ｃ_Ｗ，Ｃ_Ｌ）＝（ｒ_Ｌｘ，ｒ_Ｌｙ，ｒ_Ｌｚ）^Ｔ ・・・（３）

【0047】

一方、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γは、液体中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_ＬのＺ_２方向成分ｒ_Ｌｚから計算することが可能である（下記の式（４）参照）。
γ＝cos^－１（ｒ_Ｌｚ） ・・・（４）

【0048】

したがって、上記の式（３）及び式（４）を用いて、被検体２０の表面に対する合成波の入射角γが所定値（本実施形態では、傾斜角αと同じであり、表面波の臨界角γ_Ｒが好ましいものの、表面波の臨界角γ_Ｒ±合成波の指向角の範囲内で設定された所定値でもよい）となるように、ウェッジ３の各断面の上辺と底辺との相対角βを計算することが可能である。これにより、ウェッジ３の各断面の位置と各断面における上辺と底辺との相対角βとの関係を取得する。その具体例（但し、便宜上、Ｘ_１軸の正側のみ）を、図１５に示す。この具体例では、ウェッジ３がアクリルで形成されており、ウェッジ３と被検体２０の表面の間の液体が水であり、被検体２０が鋼材である。そして、合成波の入射角γは表面波の臨界角γ_Ｒであって３０．６度であり、ウェッジ３中の縦波音速Ｃ_Ｗは２．７３km／ｓであり、液体中の縦波音速Ｃ_Ｌは1．４８km／sであり、ウェッジ３の基準厚さｄは２０ｍｍである。

【0049】

下記の式（５）で示すように、被検体２０中の表面波の伝播方位角ρは、液体中の合成波の伝播方向ベクトルｒ_ＬのＸ_２方向成分ｒ_Ｌｘ及びＹ_２方向成分ｒ_Ｌｙから計算することが可能である。これにより、ウェッジ３中の合成波の伝播方位角φと被検体２０中の表面波の伝播方位角との関係を取得する。その具体例を、図１６に示す（但し、条件は、上記と同じである）。この情報は、探傷画像の作成に利用される。
ρ＝tan^－１（ｒ_Ｌｘ／ｒ_Ｌｙ） ・・・（５）

【符号の説明】

【0050】

１ 圧電素子
２ アレイ探触子
３ ウェッジ
４ 制御装置
２０ 被検体

【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】