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(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】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】超音波探傷装置、超音波探傷方法、および、プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 29/07 20060101AFI20240214BHJP
G01N 29/26 20060101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
G01N29/07
G01N29/26
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020115544
(22)【出願日】2020-07-03
(65)【公開番号】P2022013166
(43)【公開日】2022-01-18
【審査請求日】2022-12-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001900
【氏名又は名称】弁理士法人 ナカジマ知的財産綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 泰仁
【審査官】小澤 瞬
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１０９１０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１１２１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１２７８１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２４７６７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】再公表特許第２０１４／００７０２３（ＪＰ，Ａ１）
【文献】特開２００８－２９８４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０４９２１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０４４８７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋳造品又はキャスト成形品を含む被検査体を液体内に浸漬して被検査体の探傷を行う超音波探傷装置であって、複数の振動子を備え、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在する状態で保持されていて、超音波ビームの向きが調整可能な超音波探触子と、
超音波ビームの方向が被検査体の表面の法線方向から所定の角度をなすよう超音波探触子が保持されている状態で前記超音波探触子に超音波ビームを送信させ、前記被検査体から反射された反射超音波を前記超音波探触子に受信させる送受信部と、
前記反射超音波に基づいて前記送受信部が生成した受信信号に基づいて超音波画像を生成して、探傷を含む画像処理を行う超音波信号処理部とを備え、
前記反射超音波に基づいて生成される受信信号のＳ／Ｎ比が４以上になる場合に、超音波ビームが被検査体の表面の鉛直方向に対して所定の角度をなすとする
超音波探傷装置。
【請求項2】
前記所定の角度は、５度以上９度以下の角度である
請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項3】
前記超音波信号処理部は、前記超音波探触子からの相対位置として前記被検査体内に走査範囲を設定し、前記超音波ビームの伝搬時間である送信時間と前記反射超音波の伝搬時間である受信時間とに基づいて、前記超音波画像における傷の位置を決める
請求項１から２のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項4】
前記超音波画像のうち、液体の像については第１の縮尺とし、被検査体の像については第２の縮尺とし、第１の縮尺は、前記所定の角度に基づき、第２の縮尺は超音波ビームが前記所定の角度で被検査体に入射して、被検査体内で出射する際の出射角に基づく
請求項３に記載の超音波探傷装置。
【請求項5】
前記第１の縮尺は所定の角度θsのcos値、前記第２の縮尺は出射角θtのcos値であり、前記出射角θtは、前記所定の角度θs、前記液体と前記被検査体とのそれぞれの屈折率に応じて定める
請求項４に記載の超音波探傷装置。
【請求項6】
前記走査範囲は前記出射角θtに基づき設定される
請求項５に記載の超音波探傷装置。
【請求項7】
前記超音波信号処理部は、前記被検査体のうち、前記被検査体の表面からの距離が遠い部分を対象として第２の走査範囲を設定し、前記送受信部は、前記第２の走査範囲に対して超音波ビームを送信するとき、前記走査範囲に対して超音波ビームを送信するよりも更に前記被検査体の表面の法線方向に対する超音波探触子の傾きを小さくして、超音波ビームを送信させる
請求項４から６のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項8】
前記超音波探触子の送信面において前記振動子が並ぶ向きと直交する方向が前記被検査体の表面に対して前記所定の角度をなすように、前記超音波探触子を保持する請求項２に記載の超音波探傷装置。
【請求項9】
前記超音波探触子は、行列状に振動子を備え、前記振動子の並ぶ向きのうち、振動子の並ぶ数が少ない方向が前記被検査体の表面に対して前記所定の角度をなすように、前記超音波探触子は超音波ビームを送信する請求項２に記載の超音波探傷装置。
【請求項10】
鋳造品又はキャスト成形品を含む被検査体を液体内に浸漬して被検査体の探傷を行う超音波探傷方法であって、複数の振動子を備える超音波探触子を、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在していて、超音波ビームの向きが調整可能な状態で保持し、
超音波ビームの方向が被検査体の表面の法線方向から所定の角度をなすよう超音波探触子が保持されている状態で前記超音波探触子に超音波ビームを送信させ、前記被検査体から反射された反射超音波を前記超音波探触子に受信させ、
前記反射超音波に基づいて受信信号を生成し、前記受信信号に基づいて超音波画像を生成し、
前記反射超音波に基づいて生成される受信信号のＳ／Ｎ比が４以上になる場合に、超音波ビームが被検査体の表面の鉛直方向に対して所定の角度をなすとする超音波探傷方法。
【請求項11】
鋳造品又はキャスト成形品を含む被検査体を液体内に浸漬して被検査体の探傷をコンピュータに行わせるプログラムであって、複数の振動子を備える超音波探触子が、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在していて、超音波ビームの向きが調整可能な状態で保持し、
前記探傷は、
超音波ビームの方向が被検査体の表面の法線方向から所定の角度をなすよう超音波探触子が保持されている状態で前記超音波探触子に超音波ビームを送信させ、前記被検査体から反射された反射超音波を前記超音波探触子に受信させ、
前記反射超音波に基づいて受信信号を生成し、前記受信信号に基づいて超音波画像を生成して、探傷を含む画像処理を行うようコンピューターに指示することでなされ、
前記反射超音波に基づいて生成される受信信号のＳ／Ｎ比が４以上になる場合に、超音波ビームが被検査体の表面の鉛直方向に対して所定の角度をなすとするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、超音波探傷装置、及び、超音波探傷方法に関し、特に、反射超音波の処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
超音波探傷方法は、構造物の非破壊検査として用いられている。特に、溶接された構造物の溶接部周辺の欠陥、一体成形された構造物の表面や内部の欠陥を検出する目的において、放射線透過試験と比較して、遮蔽などの大掛かりな付帯装置が不要であるため、広く利用されている。
【0003】
形状の定まった被検査体に対して検査を行う場合、被検査体に密着する形状の超音波探触子（プローブ）を用いる（例えば、特許文献１－３参照）。これらの超音波探触子は、送信用の振動子と受信用の振動子とを個別に備え、被検査体の構造に適した超音波の送受信が可能となっている。一方、これらの超音波探触子は、複雑な形状をした被検査体、例えば、形状の異なる部材を溶接したもの、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）等の複合材や軽金属をキャスト法（鋳造法）で一体成形したもの、等に対して直接密着させることができないため、これらの検査には適さない。したがって、このような被検査体を検査する場合には、水などの液体内に被検査体を浸漬し、複数の振動子を備える超音波探触子を液体内に配置することで、液体を介して超音波を送受信する手法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１４－２３２０４４号公報
【文献】特開２０１３－８８２４０号公報
【文献】特開２００１－２４９１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、液体中に被検査体を浸漬する手法において、被検査体の表面と超音波探触子からの超音波ビームの照射方向との関係によっては、受信信号の品質が十分に向上しない。特に、被検査体の表面に対して直交する向きに超音波ビームの照射を行うと、受信信号の品質が十分でない場合がある。
【0006】
本開示の態様は、上記課題に鑑み、液体中に被検査体を浸漬する手法において、受信信号の品質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、鋳造品又はキャスト成形品を含む被検査体を液体内に浸漬して被検査体の探傷を行う超音波探傷装置であって、複数の振動子を備え、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在する状態で保持されていて、超音波ビームの向きが調整可能な超音波探触子と、超音波ビームの方向が被検査体の表面の法線方向から所定の角度をなすよう超音波探触子が保持されている状態で超音波ビームを送信し、前記被検査体から反射された反射超音波を受信する送受信部と、前記反射超音波に基づいて前記送受信部が生成した受信信号に基づいて超音波画像を生成して、探傷を含む画像処理を行う超音波信号処理部とを備え、
前記反射超音波に基づいて生成される受信信号のＳ／Ｎ比が４以上になる場合に、超音波ビームが被検査体の表面の鉛直方向に対して所定の角度をなすとする。
前記反射超音波に基づいて生成される受信信号のＳ／Ｎ比が４以上になる場合に、超音波ビームが被検査体の表面の鉛直方向に対して所定の角度をなすとする。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一態様に係る超音波探傷装置、超音波探傷方法、および、プログラムによれば、振動子の並ぶ方向が被検査体の表面と平行な状態の超音波探触子から、超音波ビームが被検査体の表面と直交しないように超音波の送受信が行われる。したがって、超音波の多重反射や被検査体の表面波が受信信号の品質を劣化することを抑止することができ、受信信号の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態に係る超音波探傷システム１０００の構成を示す機能ブロック図である。
【図2】実施の形態に係るプローブ１０１の使用状態を示す模式図である。
【図3】実施の形態および比較例に係るプローブ１０１と被検査体３００との相対位置関係を示す模式図である。
【図4】実施の形態および比較例に係るプローブ１０１と被検査体３００との間の超音波多重反射について説明する模式図である。
【図5】実施の形態および比較例に係る被検査体３００の表面波と超音波ビーム進行方向との関係を示す模式図である。
【図6】実施の形態に係る送信ビームフォーミングの概要を示す模式図である。
【図7】実施の形態に係る受信ビームフォーマ部１０４の構成を示す機能ブロック図である。
【図8】実施の形態に係る整相加算部１０４１の構成を示す機能ブロック図である。
【図9】実施の形態に係る受信ビームフォーマ部１０４の音響線信号生成動作を示すフローチャートである。
【図10】被検査体３００表面法線に対するプローブ１０１の短軸方向の傾きと受信信号のＳ／Ｎ比との関係を示すグラフである。
【図11】実施の形態及び比較例に係る超音波画像の例である。
【図12】変形例１に係る超音波ビームの伝搬経路を示す模式図と、超音波画像の例である。
【図13】比較例２に係る超音波ビームの伝搬経路を示す模式図と、超音波画像の例である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
≪発明を実施するための形態に至った経緯≫
発明者は、液体中に被検査体を浸漬する手法において複数の振動子を有する超音波探触子を用いる場合に、受信信号の品質を向上させるために各種の検討を行った。
発明者は、液体中に被検査体を浸漬する手法において複数の振動子を有する超音波探触子を用いる場合に、受信信号の品質を向上させるために各種の検討を行った。
【0011】
受信信号の品質を向上させる手法としては、超音波の総伝搬距離を短縮することと、反射超音波の信号強度が高い場所に受信振動子を設置することが挙げられる。液体中に被検査体を浸漬する手法において、超音波の総伝搬距離を短縮するためには、超音波探触子の振動子表面と被検査体の表面とを近接させることが好ましい。また、送受信兼用の振動子列を有する超音波探触子を用いて反射超音波の信号強度が高い場所に受信振動子を設置するためには、被検査体の表面に対して直交する方向に超音波ビームを送信して反射超音波を受信することが好ましい。しかしながら、発明者は、当該構成では、ノイズ成分が強いため、却ってＳ／Ｎ比が低下する課題を見出した。
【0012】
図４は、振動子が一方向に列設された超音波探触子において、超音波探触子の短軸と被検査体の表面との関係と、被検査体の表面における超音波ビームの反射の状態を示した概略図である。なお、超音波探触子の長軸方向とは、超音波探触子の振動子表面において超音波振動子の並ぶ方向、短軸方向とは、超音波探触子の振動子表面において長軸方向と直交する方向を指す。図４（ｂ）は、超音波探触子の振動子表面（ｘｙ平面）と被検査体の表面（ＸＹ平面）とを平行に対向させ、双方に直交する方向（ｚ方向、Ｚ方向）に超音波を送信した状態を示している。このとき、被検査体と液体との界面は超音波ビームの進行方向に直交しているため、被検査体の表面からの反射超音波は主として超音波ビームの進行方向の逆向きに伝搬する。したがって、被検査体の表面からの反射超音波の信号強度が大きくなる。一方、超音波探触子の振動子表面と液体との間にも屈折率の差が存在するため、超音波探触子の振動子表面において、超音波の反射が発生する。このとき、振動子表面と反射超音波の進行方向が直交しているため、振動子表面からの反射波は振動子表面と直交する方向、すなわち、当初の超音波ビームの進行方向（ｚ方向、Ｚ方向）に主として進行する。さらに、同様の反射が被検査体の表面についても起きるため、超音波探触子の振動子表面と被検査体の表面との間を超音波が何度も反射しながら往復する「多重反射」が発生する。そのため、超音波画像において、被検査体の内部に、被検査体の表面の虚像（アーチファクト）が発生する。
【0013】
また、図５は、振動子が一方向に列設された超音波探触子において、超音波探触子の短軸と被検査体の表面との関係と、被検査体の表面における表面波の状態を示した概略図である。図５（ｂ）は、超音波探触子の振動子表面と被検査体の表面とを平行に対向させ、双方に直交する方向に超音波を送信した状態を示している。被検査体と液体との界面では、界面に直交する向きに振動し、界面に沿った方向に伝搬する表面波（せん断波）が発生しやすい。したがって、被検査体の表面に対して直交する方向に伝搬する粗密波である超音波ビームを照射すると、表面波の振動方向と超音波ビームの振動方向とが一致するため、超音波ビームにより表面波が励起されやすい。さらに、被検査体の表面に対して直交する方向に超音波ビームを照射すると、反射超音波の進行方向および振動方向と表面波の振動方向とも一致するため、反射超音波に表面波に起因するノイズが混入しやすくなり、ノイズ音量が大きくなってＳ／Ｎ比の低下が発生する。
【0014】
そこで、発明者は、上述の課題を解決する方法について模索し、受信信号の品質を向上させる方法について検討し、本開示の態様に至ったものである。
【0015】
以下、実施の形態に係る超音波探傷方法およびそれを用いた超音波探傷装置について図面を用いて詳細に説明する。
【0016】
≪実施の形態≫
以下、実施の形態に係る超音波探傷装置１００について、図面を参照しながら説明する。
以下、実施の形態に係る超音波探傷装置１００について、図面を参照しながら説明する。
【0017】
図１は、実施の形態に係る超音波探傷システム１０００の機能ブロック図である。図１に示すように、超音波探傷システム１０００は、被検査体に向けて超音波を送信しその反射を受信する複数の振動子１０１ａを有するプローブ１０１、プローブ１０１に超音波の送受信を行わせプローブ１０１からの出力信号に基づき超音波画像を生成する超音波探傷装置１００、超音波画像を画面上に表示する表示部１０６を有する。プローブ１０１、表示部１０６は、それぞれ、超音波探傷装置１００に各々接続可能に構成されている。図１は超音波探傷装置１００に、プローブ１０１、表示部１０６が接続された状態を示している。なお、プローブ１０１と、表示部１０６とは、超音波探傷装置１００の内部にあってもよい。
【0018】
図２は、超音波探傷システム１０００と被検査体３００との関係を示す模式図である。被検査体３００は、液体３１０が満たされた機密性容器（水槽）２１０に、全体が液体３１０に浸漬された状態に配される。被検査体３００は、例えば、チタンやアルミニウムの鋳造品、ＣＦＲＰのキャスト成形品等であるが、これに限られない。液体３１０は、例えば、水であるが、被検査体３００、プローブ１０１を浸食するものでなければ、これに限られない。プローブ１０１は、保持部材２１１によって、少なくとも振動子面の全体が液体３１０に浸漬された状態に保持される。保持部材２１１は、少なくとも、プローブ１０１の短軸方向においてプローブ１０１の向きを調整可能かつ所望の向きにプローブ１０１を保持可能な機能を有する。
【0019】
図３は、プローブ１０１と被検査体３００との関係を示す模式断面図であり、図３（ａ）に示すように、プローブ１０１の長軸方向（振動子の並ぶ向き）ｄLは、被検査体３００の表面と略平行であり、そのなす角θLは、０または０と見なせる程度に小さい。すなわち、プローブ１０１の表面において長軸方向をｘ方向、被検査体３００の表面における１方向をＸ方向としたとき、ｘ軸とＸ軸は平行となる。一方、図３（ｂ）に示すように、プローブ１０１の短軸方向（振動子面において長軸方向と直交する向き）ｄSは、被検査体３００の表面に対して所定の角θSをなす。すなわち、プローブ１０１の表面において短軸方向をｙ方向、被検査体３００の表面におけるＸ方向に直交する向きをＹ方向としたとき、ｙ軸とＹ軸は所定の角θSをなす。また、プローブ１０１の表面に直交する方向をｘ方向、被検査体３００の表面に直交する方向をＸ方向としたとき、ｚ軸とＺ軸も所定の角θSをなす。本構成により、図４（ａ）の模式図に示すように、被検査体３００の表面で反射された反射超音波の主成分がプローブ１０１の振動子１０１ａに直接的に入射しないため、多重反射を抑止することができる。また、図５（ａ）の模式図に示すように、超音波ビームの伝搬方向（ｚ方向）と表面波の振動方向ｄsw（Ｚ方向）とが平行とならないため、超音波ビームによる表面波の励起を抑制するとともに、反射超音波における表面波起因のノイズを低減することができる。したがって、所定の角θSは、少なくとも、被検査体３００の表面で反射された反射超音波の主成分がプローブ１０１の振動子１０１ａに直接的に入射しない程度に大きいことが好ましい。一方、角θSが大きくなるほど振動子１０１ａにおける反射超音波の信号強度が低下するため、過度に大きくならないことが好ましい。すなわち、角θSは、反射超音波の信号強度が過少とならない程度に小さく多重反射や表面波に起因する雑音強度が小さくなる程度に大きいことが好ましい。
【0020】
＜超音波探傷装置１００の構成＞
超音波探傷装置１００は、プローブ１０１の複数ある振動子１０１ａのうち、送信又は受信の際に用いる振動子を各々に選択し、選択された振動子に対する入出力を確保するマルチプレクサ部１０２と、超音波の送信を行うためにプローブ１０１の各振動子１０１ａに対する高電圧印加のタイミングを制御する送信ビームフォーマ部１０３と、プローブ１０１で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子１０１ａで得られた電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、受信ビームフォーミングして音響線信号を生成する受信ビームフォーマ部１０４を有する。また、受信ビームフォーマ部１０４からの出力信号に基づいて超音波画像（Ｂモード断層画像）を生成する超音波画像生成部１０５、受信ビームフォーマ部１０４が出力する音響線信号及び超音波画像生成部１０５が出力する超音波画像を保存するデータ格納部１０７と、各構成要素を制御する制御部１０８を備える。
超音波探傷装置１００は、プローブ１０１の複数ある振動子１０１ａのうち、送信又は受信の際に用いる振動子を各々に選択し、選択された振動子に対する入出力を確保するマルチプレクサ部１０２と、超音波の送信を行うためにプローブ１０１の各振動子１０１ａに対する高電圧印加のタイミングを制御する送信ビームフォーマ部１０３と、プローブ１０１で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子１０１ａで得られた電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、受信ビームフォーミングして音響線信号を生成する受信ビームフォーマ部１０４を有する。また、受信ビームフォーマ部１０４からの出力信号に基づいて超音波画像（Ｂモード断層画像）を生成する超音波画像生成部１０５、受信ビームフォーマ部１０４が出力する音響線信号及び超音波画像生成部１０５が出力する超音波画像を保存するデータ格納部１０７と、各構成要素を制御する制御部１０８を備える。
【0021】
このうち、マルチプレクサ部１０２、送信ビームフォーマ部１０３、受信ビームフォーマ部１０４、超音波画像生成部１０５は、超音波信号処理装置１５０を構成する。
【0022】
超音波探傷装置１００を構成する各要素、例えば、マルチプレクサ部１０２、送信ビームフォーマ部１０３、受信ビームフォーマ部１０４、超音波画像生成部１０５、制御部１０８は、それぞれ、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウエア回路により実現される。あるいは、プロセッサなどのプログラマブルデバイスとソフトウェアにより実現される構成であってもよい。プロセッサとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を用いることができ、ＧＰＵを用いる構成はＧＰＧＰＵ（General-Purpose computing on Graphics Processing Unit）と呼ばれる。これらの構成要素は一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。また、複数の構成要素を組合せて一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。
【0023】
データ格納部１０７は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ、半導体メモリ等を用いることができる。また、データ格納部１０７は、超音波探傷装置１００に外部から接続された記憶装置であってもよい。
【0024】
なお、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００は、図１で示した構成の超音波探傷装置に限定されない。例えば、マルチプレクサ部１０２がなく、送信ビームフォーマ部１０３と受信ビームフォーマ部１０４とが直接、プローブ１０１の各振動子１０１ａに接続されていてもよい。また、プローブ１０１に送信ビームフォーマ部１０３や受信ビームフォーマ部１０４、またその一部などが内蔵される構成であってもよい。これは、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００に限られず、後に説明する変形例に係る超音波探傷装置でも同様である。
【0025】
＜超音波探傷装置１００の細部構成＞
以下、超音波探傷装置１００の主要部分である送信ビームフォーマ部１０３、受信ビームフォーマ部１０４、超音波画像生成部１０５について、より詳細に説明する。
以下、超音波探傷装置１００の主要部分である送信ビームフォーマ部１０３、受信ビームフォーマ部１０４、超音波画像生成部１０５について、より詳細に説明する。
【0026】
１．送信ビームフォーマ部１０３
送信ビームフォーマ部１０３は、マルチプレクサ部１０２を介してプローブ１０１と接続され、プローブ１０１から超音波の送信を行うためにプローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａの全てもしくは一部に当たる送信振動子列からなる送信開口Ｔｘに含まれる複数の振動子の各々に対する高電圧印加のタイミングを制御する。送信ビームフォーマ部１０３は送信部１０３１から構成される。
送信ビームフォーマ部１０３は、マルチプレクサ部１０２を介してプローブ１０１と接続され、プローブ１０１から超音波の送信を行うためにプローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａの全てもしくは一部に当たる送信振動子列からなる送信開口Ｔｘに含まれる複数の振動子の各々に対する高電圧印加のタイミングを制御する。送信ビームフォーマ部１０３は送信部１０３１から構成される。
【0027】
送信部１０３１は、制御部１０８からの送信制御信号に基づき、プローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａ中、送信開口Ｔｘに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させるためのパルス状の送信信号を供給する送信処理を行う。具体的には、送信部１０３１は、例えば、クロック発生回路、パルス発生回路、遅延回路を備えている。クロック発生回路は、超音波ビームの送信タイミングを決定するクロック信号を発生させる回路である。パルス発生回路は、各振動子を駆動するパルス信号を発生させるための回路である。遅延回路は、超音波ビームの送信タイミングを振動子毎に遅延時間を設定し、遅延時間だけ超音波ビームの送信を遅延させることで所望の形状の波面を形成することにより超音波ビームの送信ビームフォーミングを行うための回路である。送信開口Ｔｘを構成する振動子の数としては、例えば、プローブ１０１に存する振動子１０１ａ全数を１９２としたとき、２０～１００を選択することができる。
【0028】
送信ビームフォーマ部１０３において、送信開口Ｔｘの中心に位置する振動子ほど送信タイミングを遅らせるように各振動子の送信タイミングを制御する。これにより、例えば、図６（ａ）の模式図に示すように、送信開口Ｔｘ内の振動子列から送信された超音波送信波は、液体内または被検査体のある深度（Focal depth）において、波面がある一点、すなわち送信フォーカス点Ｆ（Focal point）で、フォーカスがあう（集束する）状態となる。送信フォーカス点Ｆの深さ（Focal depth）は、任意に設定することができる。送信フォーカス点Ｆで合焦した波面は、再び拡散し、送信開口Ｔｘを底とし送信フォーカス点Ｆを節とする交差する２つの直線で区切られた砂時計型の空間内を超音波送信波が伝搬する。すなわち、送信開口Ｔｘで放射された超音波は、次第にその空間上での幅（ｘ方向）を小さくし、送信フォーカス点Ｆでその幅を最小化し、それよりも深部（ｚ方向）に進行するにしたがって、再び、その幅を大きくしながら拡散し、伝搬することとなる。この砂時計型の領域が超音波主照射領域である。
【0029】
または、例えば、送信ビームフォーマ部１０３において、送信開口Ｔｘ内の全ての振動子の送信タイミングを一致させるように各振動子の送信タイミングを制御してもよい。または、例えば、送信ビームフォーマ部１０３において、隣接する振動子の送信タイミングの差が一定となるように各振動子の送信タイミングを制御してもよい。これにより、例えば、図６（ｂ）の模式図に示すように、送信開口Ｔｘ内の振動子から送信された超音波送信波は、波面がｘ方向に対して一定の傾斜角（０であってもよい）を持つ直線である平面波となる。そのため、超音波主照射領域は、送信開口Ｔｘを一つの辺とする長方形または平行四辺形の領域となる。
【0030】
２．受信ビームフォーマ部１０４の構成
受信ビームフォーマ部１０４は、プローブ１０１で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子１０１ａで得られた電気信号から音響線信号を生成する。なお、「音響線信号」とは、ある観測点に対する、整相加算処理がされた後の信号である。整相加算処理については後述する。図７は、受信ビームフォーマ部１０４の構成を示す機能ブロック図である。図７に示すように、受信ビームフォーマ部１０４は、受信部１０４０と整相加算部１０４１とを備える。
受信ビームフォーマ部１０４は、プローブ１０１で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子１０１ａで得られた電気信号から音響線信号を生成する。なお、「音響線信号」とは、ある観測点に対する、整相加算処理がされた後の信号である。整相加算処理については後述する。図７は、受信ビームフォーマ部１０４の構成を示す機能ブロック図である。図７に示すように、受信ビームフォーマ部１０４は、受信部１０４０と整相加算部１０４１とを備える。
【0031】
以下、受信ビームフォーマ部１０４を構成する各部の構成について説明する。
【0032】
（１）受信部１０４０
受信部１０４０は、マルチプレクサ部１０２を介してプローブ１０１と接続され、送信イベントに同期してプローブ１０１での超音波反射波の受信から得た電気信号を増幅した後ＡＤ変換した受信信号（ＲＦ信号）を生成する回路である。送信イベントの順に時系列に受信信号を生成しデータ格納部１０７に出力し、データ格納部１０７に受信信号を保存する。
受信部１０４０は、マルチプレクサ部１０２を介してプローブ１０１と接続され、送信イベントに同期してプローブ１０１での超音波反射波の受信から得た電気信号を増幅した後ＡＤ変換した受信信号（ＲＦ信号）を生成する回路である。送信イベントの順に時系列に受信信号を生成しデータ格納部１０７に出力し、データ格納部１０７に受信信号を保存する。
【0033】
ここで、受信信号（ＲＦ信号）とは、各振動子にて受信された反射超音波から変換された電気信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号であり、各振動子にて受信された超音波の送信方向（被検査体の深さ方向）に連なった信号の列を形成している。
【0034】
上述のとおり、送信部１０３１は、プローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａ中、送信開口Ｔｘに含まれる複数の振動子の各々に超音波ビームを送信させる。これに対し、受信部１０４０は、超音波ビームの送信に同期してプローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａの一部又は全部にあたる振動子の各々が得た反射超音波に基づいて、各振動子に対する受信信号の列を生成する。ここで、反射超音波を受波する振動子を「受波振動子」と称呼する。受波振動子の数は、送信開口Ｔｘに含まれる振動子の数よりも多いことが好ましい。また、受波振動子の数はプローブ１０１に存する振動子１０１ａの全数としてもよい。
【0035】
（２）整相加算部１０４１
整相加算部１０４１は、超音波ビームの送信に同期して、被検査体中においてサブフレーム音響線信号の生成を行う複数の観測点Ｐｉｊを設定する。次に、観測点Ｐｉｊのそれぞれについて、観測点から各受信振動子Ｒｋが受信した受信信号列を整相加算する。そして、各観測点における音響線信号を生成する回路である。図８は、整相加算部１０４１の構成を示す機能ブロック図である。図８に示すように、整相加算部１０４１は、観測点設定部１０４２、受信開口設定部１０４３、送信時間算出部１０４４、受信時間算出部１０４５、遅延量算出部１０４６、遅延処理部１０４７、重み算出部１０４８、及び加算部１０４９を備える。
整相加算部１０４１は、超音波ビームの送信に同期して、被検査体中においてサブフレーム音響線信号の生成を行う複数の観測点Ｐｉｊを設定する。次に、観測点Ｐｉｊのそれぞれについて、観測点から各受信振動子Ｒｋが受信した受信信号列を整相加算する。そして、各観測点における音響線信号を生成する回路である。図８は、整相加算部１０４１の構成を示す機能ブロック図である。図８に示すように、整相加算部１０４１は、観測点設定部１０４２、受信開口設定部１０４３、送信時間算出部１０４４、受信時間算出部１０４５、遅延量算出部１０４６、遅延処理部１０４７、重み算出部１０４８、及び加算部１０４９を備える。
【0036】
以下、整相加算部１０４１を構成する各部の構成について説明する。
【0037】
ｉ）観測点設定部１０４２
観測点設定部１０４２は、被検査体中において音響線信号の生成を行う対象である複数の観測点Ｐｉｊを設定する。観測点Ｐｉｊは、音響線信号の生成が行われる観測対象点として、超音波ビームの送信に同期して計算の便宜上設定される。
観測点設定部１０４２は、被検査体中において音響線信号の生成を行う対象である複数の観測点Ｐｉｊを設定する。観測点Ｐｉｊは、音響線信号の生成が行われる観測対象点として、超音波ビームの送信に同期して計算の便宜上設定される。
【0038】
ここで、「音響線信号群」とは、超音波ビームの送信に同期して設定される全ての観測点Ｐｉｊに対する音響線信号の集合である。すなわち、音響線信号群は、１回の超音波ビームの送信とそれに伴う受信処理により得られる、観測点Ｐｉｊに対応するまとまった信号を形成する単位をさす。なお、超音波探傷装置１００の１フレーム分の音響線信号は、１の音響線信号群からなってもよいし、複数の音響線信号群からなってもよい。
【0039】
観測点設定部１０４２は、超音波ビームの送信に同期して、送信ビームフォーマ部１０３から取得する送信開口Ｔｘの位置を示す情報に基づき複数の観測点Ｐｉｊを設定する。例えば、観測点設定部１０４２は、超音波ビームとして集束波を送信する場合には、送信中心軸（送信開口Ｔｘの中央とフォーカス点Ｆとを結ぶ直線）上、または、その近傍に観測点Ｐｉｊを設定する。より具体的には、中心軸、および／または、中心軸の近傍かつ中心軸と平行な直線上に、複数の観測点Ｐｉｊを設定する。または、例えば、観測点設定部１０４２は、超音波ビームとして平面波を送信する場合には、超音波主照射領域内に、空間密度が一定となるように等間隔に複数の観測点Ｐｉｊを設定する。
【0040】
設定された観測点Ｐｉｊは送信時間算出部１０４４、受信時間算出部１０４５、遅延処理部１０４７に出力される。
【0041】
ｉｉ）受信開口設定部１０４３
受信開口設定部１０４３は、制御部１０８からの制御信号と、送信ビームフォーマ部１０３からの送信開口Ｔｘの位置を示す情報とに基づき、プローブ１０１に存する複数の振動子の一部または全部の振動子列（受信振動子列）を受信振動子として設定して受信開口Ｒｘを設定する回路である。
受信開口設定部１０４３は、制御部１０８からの制御信号と、送信ビームフォーマ部１０３からの送信開口Ｔｘの位置を示す情報とに基づき、プローブ１０１に存する複数の振動子の一部または全部の振動子列（受信振動子列）を受信振動子として設定して受信開口Ｒｘを設定する回路である。
【0042】
受信開口Ｒｘは、例えば、列中心が観測点Ｐｉｊに最も空間的に近接する振動子と合致するように選択することができる（観測点同期型）。この場合、観測点Ｐｉｊごとに受信開口Ｒｘが設定される。または、例えば、送信開口Ｔｘの列中心と受信開口Ｒｘの列中心とが一致するように受信開口Ｒｘを設定してもよい（送信開口同期型）。この場合、超音波ビームの送信に同期して、受信開口Ｒｘが設定される。
【0043】
いずれの場合においても、超音波主照射領域全体からの反射波を受信するために、受信開口Ｒｘに含まれる振動子の数は、対応する送信イベントにおける送信開口Ｔｘに含まれる振動子の数以上に設定することが好ましい。受信開口Ｒｘを構成する振動子列の数は、例えば３２、６４、９６、１２８、１９２等としてもよい。
【0044】
選択された受信開口Ｒｘの位置を示す情報は制御部１０８を介してデータ格納部１０７に出力される。
【0045】
データ格納部１０７は、受信開口Ｒｘの位置を示す情報と受信振動子に対応する受信信号とを、送信時間算出部１０４４、受信時間算出部１０４５、遅延処理部１０４７、重み算出部１０４８に出力する。
【0046】
ｉｉｉ）送信時間算出部１０４４
送信時間算出部１０４４は、送信された超音波が被検査体中の観測点Ｐｉｊのそれぞれに到達する送信時間を算出する回路である。送信時間算出部１０４４は、データ格納部１０７から取得した送信開口Ｔｘに含まれる振動子の位置を示す情報と、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報とに基づき、各観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が被検査体中の観測点Ｐｉｊに到達する送信時間を算出する。送信時間算出部１０４４は、例えば、幾何学的に算出される送信開口Ｔｘと観測点Ｐｉｊとの距離に基づき、送信時間を算出する。
送信時間算出部１０４４は、送信された超音波が被検査体中の観測点Ｐｉｊのそれぞれに到達する送信時間を算出する回路である。送信時間算出部１０４４は、データ格納部１０７から取得した送信開口Ｔｘに含まれる振動子の位置を示す情報と、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報とに基づき、各観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が被検査体中の観測点Ｐｉｊに到達する送信時間を算出する。送信時間算出部１０４４は、例えば、幾何学的に算出される送信開口Ｔｘと観測点Ｐｉｊとの距離に基づき、送信時間を算出する。
【0047】
送信時間算出部１０４４は、超音波ビームの送信に同期して、全ての観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が被検査体中の観測点Ｐｉｊに到達する送信時間を算出して遅延量算出部１０４６に出力する。
【0048】
ｉｖ）受信時間算出部１０４５
受信時間算出部１０４５は、観測点Ｐｉｊからの反射波が、受信開口Ｒｘに含まれる受信振動子Ｒｋの各々に到達する受信時間を算出する回路である。受信時間算出部１０４５は、超音波ビームの送信に同期して、データ格納部１０７から取得した受信振動子Ｒｋの位置を示す情報と、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報に基づき、送信された超音波が被検査体中の観測点Ｐｉｊで反射され受信開口Ｒｘの各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を算出する。受信時間算出部１０４５は、例えば、幾何学的に算出される観測点Ｐｉｊと受信振動子Ｒｋとの距離に基づき、受信時間を算出する。
受信時間算出部１０４５は、観測点Ｐｉｊからの反射波が、受信開口Ｒｘに含まれる受信振動子Ｒｋの各々に到達する受信時間を算出する回路である。受信時間算出部１０４５は、超音波ビームの送信に同期して、データ格納部１０７から取得した受信振動子Ｒｋの位置を示す情報と、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報に基づき、送信された超音波が被検査体中の観測点Ｐｉｊで反射され受信開口Ｒｘの各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を算出する。受信時間算出部１０４５は、例えば、幾何学的に算出される観測点Ｐｉｊと受信振動子Ｒｋとの距離に基づき、受信時間を算出する。
【0049】
受信時間算出部１０４５は、超音波ビームの送信に同期して、全ての観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が観測点Ｐｉｊで反射して各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を算出して遅延量算出部１０４６に出力する。
【0050】
ｖ）遅延量算出部１０４６
遅延量算出部１０４６は、送信時間と受信時間とから受信開口Ｒｘ内の各受信振動子Ｒｉへの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて、各受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出する回路である。遅延量算出部１０４６は、送信時間算出部１０４４から送信された超音波が観測点Ｐｉｊに到達する送信時間と、観測点Ｐｉｊで反射して各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を取得する。そして、送信された超音波が各受信振動子Ｒｋへ到達するまでの総伝播時間を算出し、各受信振動子Ｒｋに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を算出する。遅延量算出部１０４６は、全ての観測点Ｐｉｊについて、各受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出して遅延処理部１０４７に出力する。
遅延量算出部１０４６は、送信時間と受信時間とから受信開口Ｒｘ内の各受信振動子Ｒｉへの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて、各受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出する回路である。遅延量算出部１０４６は、送信時間算出部１０４４から送信された超音波が観測点Ｐｉｊに到達する送信時間と、観測点Ｐｉｊで反射して各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を取得する。そして、送信された超音波が各受信振動子Ｒｋへ到達するまでの総伝播時間を算出し、各受信振動子Ｒｋに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を算出する。遅延量算出部１０４６は、全ての観測点Ｐｉｊについて、各受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出して遅延処理部１０４７に出力する。
【0051】
ｖｉ）遅延処理部１０４７
遅延処理部１０４７は、受信開口Ｒｘ内の受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量に相当する受信信号を、観測点Ｐｉｊからの反射超音波に基づく各受信振動子Ｒｋに対応する受信信号として同定する回路である。
遅延処理部１０４７は、受信開口Ｒｘ内の受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量に相当する受信信号を、観測点Ｐｉｊからの反射超音波に基づく各受信振動子Ｒｋに対応する受信信号として同定する回路である。
【0052】
遅延処理部１０４７は、超音波ビームの送信に同期して、受信開口設定部１０４３から受信振動子Ｒｋの位置を示す情報、データ格納部１０７から受信振動子Ｒｋに対応する受信信号、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報、遅延量算出部１０４６から各受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列に適用する遅延量を入力として取得する。そして、各受信振動子Ｒｋに対応する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を差引いた時間に対応する受信信号を観測点Ｐｉｊからの反射波に基づく受信信号として同定し、加算部１０４９に出力する。
【0053】
ｖｉｉ）重み算出部１０４８
重み算出部１０４８は、受信開口Ｒｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各受信振動子Ｒｋに対する重み数列（受信アポダイゼーション）を算出する回路である。重み数列は受信開口Ｒｘ内の各振動子に対応する受信信号に適用される重み係数の数列である。重み数列は、送信フォーカス点Ｆを中心として対称な分布をなす。重み数列の分布の形状は、ハミング窓、ハニング窓、矩形窓などを用いることができ、分布の形状は特に限定されない。重み数列は、受信開口Ｒｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるように設定され、重みの分布の中心軸は、受信開口中心軸Ｒｘｏと一致する。重み算出部１０４８は、受信開口設定部１０４３から出力される受信振動子Ｒｋの位置を示す情報を入力として、各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を算出し加算部１０４９に出力する。
重み算出部１０４８は、受信開口Ｒｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各受信振動子Ｒｋに対する重み数列（受信アポダイゼーション）を算出する回路である。重み数列は受信開口Ｒｘ内の各振動子に対応する受信信号に適用される重み係数の数列である。重み数列は、送信フォーカス点Ｆを中心として対称な分布をなす。重み数列の分布の形状は、ハミング窓、ハニング窓、矩形窓などを用いることができ、分布の形状は特に限定されない。重み数列は、受信開口Ｒｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるように設定され、重みの分布の中心軸は、受信開口中心軸Ｒｘｏと一致する。重み算出部１０４８は、受信開口設定部１０４３から出力される受信振動子Ｒｋの位置を示す情報を入力として、各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を算出し加算部１０４９に出力する。
【0054】
ｖｉｉｉ）加算部１０４９
加算部１０４９は、遅延処理部１０４７から出力される各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号を入力として、それらを加算して、観測点Ｐｉｊに対する整相加算された音響線信号を生成する回路である。あるいは、さらに、重み算出部１０４８から出力される各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を入力として、各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Ｒｋに対する重みを乗じて加算して、観測点Ｐｉｊに対する音響線信号を生成する構成としてもよい。遅延処理部１０４７において受信開口Ｒｘ内に位置する各受信振動子Ｒｋが検出した受信信号の位相を整えて加算部１０４９にて加算処理をすることにより、観測点Ｐｉｊからの反射波に基づいて各受信振動子Ｒｋで受信した受信信号を重ね合わせてその信号Ｓ／Ｎ比を増加し、観測点Ｐｉｊからの受信信号を抽出することができる。
加算部１０４９は、遅延処理部１０４７から出力される各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号を入力として、それらを加算して、観測点Ｐｉｊに対する整相加算された音響線信号を生成する回路である。あるいは、さらに、重み算出部１０４８から出力される各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を入力として、各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Ｒｋに対する重みを乗じて加算して、観測点Ｐｉｊに対する音響線信号を生成する構成としてもよい。遅延処理部１０４７において受信開口Ｒｘ内に位置する各受信振動子Ｒｋが検出した受信信号の位相を整えて加算部１０４９にて加算処理をすることにより、観測点Ｐｉｊからの反射波に基づいて各受信振動子Ｒｋで受信した受信信号を重ね合わせてその信号Ｓ／Ｎ比を増加し、観測点Ｐｉｊからの受信信号を抽出することができる。
【0055】
１回の超音波ビームの送信とそれに伴う処理から、全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号を生成することができる。
【0056】
３．超音波画像生成部１０５の構成
超音波画像生成部１０５は、１フレーム分の音響線信号を取得し、直交座標系への座標変換と、輝度値への変換とを行い、超音波画像（Ｂモード断層画像）に変換する。直交座標系への座標変換は、例えば、観測点Ｐｉｊの位置を示す情報を、ｘｚ座標またはＸＺ座標に変換することで行われる。また、輝度値への変換は、音響線信号に対して包絡線検波を行って送信超音波の周波数成分を除去し、対数圧縮を行って超音波画像のコントラストを向上することで行われる。上記処理により、１フレーム分の音響線信号に基づいて、１フレームの超音波画像を生成する。
超音波画像生成部１０５は、１フレーム分の音響線信号を取得し、直交座標系への座標変換と、輝度値への変換とを行い、超音波画像（Ｂモード断層画像）に変換する。直交座標系への座標変換は、例えば、観測点Ｐｉｊの位置を示す情報を、ｘｚ座標またはＸＺ座標に変換することで行われる。また、輝度値への変換は、音響線信号に対して包絡線検波を行って送信超音波の周波数成分を除去し、対数圧縮を行って超音波画像のコントラストを向上することで行われる。上記処理により、１フレーム分の音響線信号に基づいて、１フレームの超音波画像を生成する。
【0057】
＜動作＞
以上の構成からなる超音波探傷装置１００の動作について説明する。
以上の構成からなる超音波探傷装置１００の動作について説明する。
【0058】
図９は、受信ビームフォーマ部１０４のビームフォーミング処理動作を示すフローチャートである。
【0059】
先ず、ステップＳ１において、観測点設定部１０４２は、送信部１０３１から送信開口Ｔｘの位置を示す情報を取得し、複数の観測点Ｐｉｊを設定する。
【0060】
次に、ステップＳ２において、送信部１０３１は、プローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａ中送信開口Ｔｘに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させるための送信信号を供給し、被検査体内に超音波ビームを送信させる。
【0061】
次に、ステップＳ３において、受信部１０４０は、プローブ１０１での超音波反射波の受信から得た電気信号に基づき受信信号を生成してデータ格納部１０７に出力し、データ格納部１０７に受信信号を保存する。
【0062】
次に、ステップＳ４において、受信開口設定部１０４３は、受信開口Ｒｘを設定する。ここでは、受信開口Ｒｘは、送信開口Ｔｘの列中心と受信開口Ｒｘの列中心が一致するように選択される。
【0063】
次に、観測点Ｐｉｊについて音響線信号を生成する。まず、ステップＳ５、Ｓ６において変数ｉ、ｊを初期化する。
【0064】
次に、ステップＳ７において、送信時間算出部１０４４は、観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が被検査体内の観測点Ｐｉｊに到達する時間を算出する。送信時間は、送信開口Ｔｘから観測点Ｐｉｊまでの経路長を超音波の音速で除することにより算出される。ここでは、経路長は、送信開口Ｔｘから観測点Ｐｉｊまでの直線距離であるとする。なお、送信開口Ｔｘから観測点Ｐｉｊまでの直線距離は経路長の例示の１つであり、経路長をこれに限定するものではなく、送信ビームフォーミング方法および受信ビームフォーミング方法に適した経路を選択してよい。
【0065】
次に、ステップＳ８において、受信開口Ｒｘ内の受信振動子Ｒｋの位置を示す座標ｋを受信開口Ｒｘ内の最小値に初期化し、ステップＳ９において、超音波が観測点Ｐｉｊで反射され受信開口Ｒｘの受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を算出する。ここでは、経路長は、観測点Ｐｉｊから受信振動子Ｒｋまでの直線距離であるとする。なお、観測点Ｐｉｊから受信振動子Ｒｋまでの直線距離は経路長の例示の１つであり、経路長をこれに限定するものではなく、送信ビームフォーミング方法および受信ビームフォーミング方法に適した経路を選択してよい。
【0066】
次に、ステップＳ１０において、受信開口Ｒｘ内に存在する全ての受信振動子Ｒｋについて受信時間を算出したか否かを判定し、完了していない場合はステップＳ１１でｋをインクリメントしてステップＳ９をさらに行い、完了している場合はステップＳ１１に進む。これにより、受信開口Ｒｘ内に存在する全ての受信振動子Ｒｋについて受信時間が算出されている。
【0067】
次に、ステップＳ１２において、送信時間と受信時間の和を用いて、観測点Ｐｉｊからの反射超音波に基づく受信信号を同定する。まず、遅延量算出部１０４６が、ステップＳ７で算出した送信時間と、ステップＳ８～Ｓ１１で算出した受信振動子Ｒｋごとの受信時間とを用いて、受信振動子Ｒｋごとの総伝搬時間を算出し、受信開口Ｒｘ内の各受信振動子Ｒｋに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を算出する。次に、遅延処理部１０４７は、受信開口Ｒｘ内の受信振動子Ｒｋに対応する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を差引いた時間に対応する受信信号を観測点Ｐｉｊからの反射波に基づく受信信号として同定する。
【0068】
次に、ステップＳ１３において、同定した受信信号を加算してＰｉｊの音響線信号を生成する。まず、重み算出部１０４８は、受信開口Ｒｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を算出する。加算部１０４９は、各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Ｒｋに対する重みを乗じて加算して、観測点Ｐｉｊに対する音響線信号を生成する。生成された観測点Ｐｉｊの音響線信号はデータ格納部１０７に出力され保存される。
【0069】
次に、座標ｉｊをインクリメントしてＳ７～Ｓ１３を繰り返すことにより、全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号が生成される。全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号の生成を完了したか否かを判定し（ステップＳ１４、Ｓ１６）、完了していない場合は座標ｉｊをインクリメントして（ステップＳ１５、Ｓ１７）、観測点Ｐｉｊについて音響線信号を生成する。全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号が生成されることで、ステップＳ２の超音波ビームの送信に対応した音響線信号群の生成が終了する。
【0070】
＜効果＞
以下、本実施の形態による効果をより詳細に説明する。
以下、本実施の形態による効果をより詳細に説明する。
【0071】
図１０は、プローブ１０１の短軸方向ｄSが、被検査体３００の表面に対してなす角θSと、被検査体３００の表面または内部に設けた観測点Ｐｉｊに対する音響線信号におけるＳ／Ｎ比の平均値との関係を示すグラフである。上述したように、反射超音波の主成分が振動子１０１ａに直接的に入射する程度に角θSが小さいと、多重反射によってノイズの強度が大きくなる。また、角θSが小さいほど表面波が強く、かつ反射超音波にもたらすノイズが大きくなるので、角θSが小さいほどノイズが大きく、角θSが大きいほどノイズが小さくなる。一方で、角θSが大きいほど反射超音波の受信強度も小さくなるため、角θSが小さいほど信号強度が大きく、角θSが大きいほど信号強度が小さくなる。したがって、少なくとも、多重反射を抑止できる程度に角θSが大きいことが好ましく、また、信号強度が過度に低すぎない程度に角θSが小さいことが好ましい。より具体的には、Ｓ／Ｎ比が４以上あれば、欠陥等を視認可能かつノイズを欠陥等と誤認しない程度の超音波画像が得られるため、これを実現するためには、角θSは５度以上１０度以下が好ましい。例えば、角θSが０度程度においては、図１１（ｂ）の超音波画像例に示すように、被検査体３００の像４００と液体３１０の像４１０との境界に、表面波によるアーチファクト４０３が現れ、Ｓ／Ｎ比が小さいためボイドの像４０２が明確ではない。これに対し、角θSが適切であれば、図１１（ａ）の超音波画像例に示すように、被検査体３００の像４００と液体３１０の像４１０との境界に、表面波によるアーチファクトがなく、Ｓ／Ｎ比が大きいためボイドの像４０１が明確な超音波画像を取得することができる。したがって、本実施の形態に係る超音波探傷システム１０００によれば、欠陥等の像が明確であり、かつ、誤検知の原因となるアーチファクトの少ない、高品質な超音波画像を得ることができる。
【0072】
＜まとめ＞
以上、説明したように本実施の形態に係る超音波探傷システム１０００によれば、超音波の多重反射や表面波に起因するノイズの影響を抑止し、空間分解能とＳ／Ｎ比を向上させた超音波画像を生成することができる。したがって、被検査体内の割れ、ボイドなどの欠陥を高精度に見つけることができる。特に、表面波に起因するノイズを抑止することにより、表面の粗さや陥没の有無などについても評価が可能であり、被検査体の形状に関わらず、被検査体全体を検査することができる。
以上、説明したように本実施の形態に係る超音波探傷システム１０００によれば、超音波の多重反射や表面波に起因するノイズの影響を抑止し、空間分解能とＳ／Ｎ比を向上させた超音波画像を生成することができる。したがって、被検査体内の割れ、ボイドなどの欠陥を高精度に見つけることができる。特に、表面波に起因するノイズを抑止することにより、表面の粗さや陥没の有無などについても評価が可能であり、被検査体の形状に関わらず、被検査体全体を検査することができる。
【0073】
また、超音波探傷システム１０００では、プローブ１０１の短軸方向を被検査体３００に対して傾ける。本構成により、超音波の多重反射や表面波に起因するノイズの影響を抑止する一方で、振動子間で被検査体３００の表面に対する距離が変化しない。したがって、プローブ１０１の長軸方向を被検査体３００に対して傾ける場合と異なり、被検査体と液体との間で屈折率が大きく異なる場合でも、被検査体と液体との界面に対する送信時間補正、受信時間補正において受信開口の位置に依存しないため、演算量を削減することができる。
【0074】
≪変形例１≫
実施の形態では、被検査体内と液体内とで送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングについて、特に制御を変更しないとした。しかしながら、被検査体と液体とで屈折率が異なる場合、超音波の伝搬経路は被検査体と液体との界面においてｙ方向およびＹ方向に、スネルの法則に従って屈曲する。したがって、被検査体内において、計算上の観測点の位置と、被検査体内において観測点に相当する位置との間にずれが生じることとなる。
実施の形態では、被検査体内と液体内とで送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングについて、特に制御を変更しないとした。しかしながら、被検査体と液体とで屈折率が異なる場合、超音波の伝搬経路は被検査体と液体との界面においてｙ方向およびＹ方向に、スネルの法則に従って屈曲する。したがって、被検査体内において、計算上の観測点の位置と、被検査体内において観測点に相当する位置との間にずれが生じることとなる。
【0075】
そこで、変形例１では、超音波の伝搬方向（Ｚ方向）について、座標変換の際に補正を行う構成とした。
【0076】
図１２（ａ）は、Ｚ方向における補正を説明するための模式図である。図１２（ａ）に示されるように、プローブ１０１は、プローブ１０１の振動子面と直交するｚ方向に超音波ビームを送信する。このとき、被検査体３００の表面に直交するＺ方向とｚ方向とは角θSをなす。したがって、ｚ方向に沿って幅Δｌの範囲は、Ｚ方向においては、以下の式を満たす幅Δｄの範囲に対応する。
Δｄ＝Δｌ×ｃｏｓθS …式（Ａ）
一方、超音波ビームは、被検査体３００の表面において、その伝搬の向きを変える。超音波に対する液体の屈折率をｎ1、被検査体３００の屈折率をｎ2としたとき、超音波ビームは、被検査体３００内部において、被検査体３００の表面に対して以下の角θtをなす向きに伝搬する。
ｎ1／ｎ2＝ｓｉｎθS／ｓｉｎθt
したがって、超音波の伝搬方向に沿って幅Δｌの範囲は、Ｚ方向においては、以下の式を満たす幅Δｄの範囲に対応する。
Δｄ＝Δｌ×ｃｏｓθt …式（Ｂ）
変形例１では、超音波画像を生成するときの直交座標系への変換において、上述の通り、液体内と被検査体内とで、Ｚ方向の縮尺を変更する。すなわち、図１２（ｂ）の超音波画像において、液体３１０の像４０１においては、式（Ａ）により座標変換を行い、被検査体３００の像３１０においては、式（Ｂ）により座標変換を行う。これにより、超音波画像内において、Ｚ方向に一定の幅を有する範囲は、対応する領域が、液体内であっても、被検査体内であっても、液体内と被検査体内とに跨っていても、Ｚ方向に同じ幅を有する範囲に対応する。したがって、被検査体と液体との間で屈折率の差の大小にかかわらず、超音波画像内においてＺ方向の縮尺が一定であるため、被検査体の欠陥等と被検査体の表面との距離を誤認することなく正確に把握することが可能となる。
Δｄ＝Δｌ×ｃｏｓθS …式（Ａ）
一方、超音波ビームは、被検査体３００の表面において、その伝搬の向きを変える。超音波に対する液体の屈折率をｎ1、被検査体３００の屈折率をｎ2としたとき、超音波ビームは、被検査体３００内部において、被検査体３００の表面に対して以下の角θtをなす向きに伝搬する。
ｎ1／ｎ2＝ｓｉｎθS／ｓｉｎθt
したがって、超音波の伝搬方向に沿って幅Δｌの範囲は、Ｚ方向においては、以下の式を満たす幅Δｄの範囲に対応する。
Δｄ＝Δｌ×ｃｏｓθt …式（Ｂ）
変形例１では、超音波画像を生成するときの直交座標系への変換において、上述の通り、液体内と被検査体内とで、Ｚ方向の縮尺を変更する。すなわち、図１２（ｂ）の超音波画像において、液体３１０の像４０１においては、式（Ａ）により座標変換を行い、被検査体３００の像３１０においては、式（Ｂ）により座標変換を行う。これにより、超音波画像内において、Ｚ方向に一定の幅を有する範囲は、対応する領域が、液体内であっても、被検査体内であっても、液体内と被検査体内とに跨っていても、Ｚ方向に同じ幅を有する範囲に対応する。したがって、被検査体と液体との間で屈折率の差の大小にかかわらず、超音波画像内においてＺ方向の縮尺が一定であるため、被検査体の欠陥等と被検査体の表面との距離を誤認することなく正確に把握することが可能となる。
【0077】
≪変形例２≫
実施の形態及び変形例１では、プローブ１０１の位置を固定して被検査体３００の表面に対する超音波ビームの入射角を一定にする場合について説明した。しかしながら、被検査体３００の表面に対して直交する向きに超音波ビームを入射することによる影響の範囲は主として被検査体３００の表面近傍に現れ、必ずしも被検査体３００の全域に及ばない。一方で、被検査体３００において超音波の減衰が大きい場合、プローブ１０１の短軸方向ｄSが被検査体３００の表面に対してなす角θSが大きいと被検査体３００の深部からの反射超音波の信号強度が十分でない場合がある。
実施の形態及び変形例１では、プローブ１０１の位置を固定して被検査体３００の表面に対する超音波ビームの入射角を一定にする場合について説明した。しかしながら、被検査体３００の表面に対して直交する向きに超音波ビームを入射することによる影響の範囲は主として被検査体３００の表面近傍に現れ、必ずしも被検査体３００の全域に及ばない。一方で、被検査体３００において超音波の減衰が大きい場合、プローブ１０１の短軸方向ｄSが被検査体３００の表面に対してなす角θSが大きいと被検査体３００の深部からの反射超音波の信号強度が十分でない場合がある。
【0078】
そこで、変形例２では、被検査体３００内の観測点について、被検査体３００の表面からの距離に応じて、被検査体３００の表面に直交する方向とプローブ１０１の超音波照射方向とがなす角θSを変更する。より具体的には、図１３（ａ）の模式図に示すように、被検査体３００の表面から所定距離内の範囲ｒaについては、被検査体３００の表面に直交する方向とプローブ１０１の超音波照射方向とがなす角θS1を大きく設定し、範囲ｒaより被検査体３００の表面から遠い範囲ｒbについては、被検査体３００の表面に直交する方向とプローブ１０１の超音波照射方向とがなす角θS2を角θS1より小さく設定する。超音波画像を生成する際には、図１３（ｂ）の超音波画像に示すように、被検査体３００の像について、範囲ｒaについては、角θS1で超音波ビームを送信した際の超音波伝搬パス３０１に沿って像４０１を生成し、範囲ｒbについては、角θS2で超音波ビームを送信した際の超音波伝搬パス３０２に沿って像４０２を生成する。本構成によれば、範囲ｒaについては、表面波の励起と、反射超音波に対する表面波の影響とをいずれも抑止し、Ｓ／Ｎ比の低下を抑止することができる。その一方で、範囲ｒbについては、反射超音波の主たる伝搬経路にプローブ１０１を近づけて反射超音波の信号強度を向上させ、Ｓ／Ｎ比の低下を抑止する。したがって、被検査体３００内の観測点について、観測点が被検査体３００の表面に近いか遠いかに関わらず、受信信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【0079】
≪実施の形態に係るその他の変形例≫
（１）実施の形態及び各変形例では、プローブ１０１を保持部材２１１によって所定の方向に保持する場合について説明した。しかしながら、例えば、保持部材２１１は、プローブ１０１の短軸方向にプローブ１０１を回転可能な構成となっていてもよい。本構成により、被検査体３００の大きさや形状に合わせてプローブ１０１の向きを調整可能である。また、例えば、保持部材２１１は、プローブ１０１の短軸方向にプローブ１０１の向きや位置を調整できる機構を有していてもよく、超音波探傷装置１００から制御可能であってもよい。
（１）実施の形態及び各変形例では、プローブ１０１を保持部材２１１によって所定の方向に保持する場合について説明した。しかしながら、例えば、保持部材２１１は、プローブ１０１の短軸方向にプローブ１０１を回転可能な構成となっていてもよい。本構成により、被検査体３００の大きさや形状に合わせてプローブ１０１の向きを調整可能である。また、例えば、保持部材２１１は、プローブ１０１の短軸方向にプローブ１０１の向きや位置を調整できる機構を有していてもよく、超音波探傷装置１００から制御可能であってもよい。
【0080】
また、プローブ１０１は、２次元的に振動子を有するマトリックス型プローブであってもよい。この場合、振動子列の短軸側について、振動子間で送信タイミングを変更して超音波ビームの照射方向を変更するステアリング制御を行うことにより、プローブ１０１を短軸方向に回転した場合と同様の制御を行うことができる。
【0081】
（２）実施の形態および各変形例では、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングにおいて被検査体と液体との屈折率差を考慮していないが、変形例１におけるプローブ１０１の短軸方向における補正と同様、プローブ１０１の長軸方向における補正を行ってもよい。なお、プローブ１０１の振動子面の長軸方向と、被検査体の表面とが平行である場合においては、送信時間の補正値は振動子の位置と送信開口中心との相対位置関係のみに依存するため、送信開口の位置が変わっても振動子の位置と送信開口中心との相対位置関係が同じであれば、同じ補正値を用いることができる。同様に、受信時間の補正値は振動子の位置と観測点Ｐｉｊの位置との相対位置関係のみに依存するため、観測点Ｐｉｊの位置が変わっても振動子の位置と観測点Ｐｉｊの位置との相対位置関係が同じであれば、同じ補正値を用いることができる。
【0082】
（３）実施の形態及び各変形例では、受信ビームフォーミング処理を超音波の送信に同期させて行うとしたが、この場合に限られない。例えば、合成開口法において本開示の態様を適用し、１フレーム分の複数回の超音波送受信が完了してから整相加算を行うとしてもよい。また、受信時間の算出以外の各動作についても、上述の場合に限らず任意の制御を行ってよい。
【0083】
（４）なお、本開示の一態様を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本開示の一態様は、上記の実施の形態に限定されず、以下のような場合も本開示の一態様に含まれる。
【0084】
例えば、本開示の一態様は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。例えば、本発明の超音波信号処理方法のコンピュータプログラムを有しており、このプログラムに従って動作する（又は接続された各部位に動作を指示する）コンピュータシステムであってもよい。
【0085】
また、上記超音波探傷装置の全部、もしくは一部、また超音波信号処理装置の全部又は一部を、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記録媒体、ハードディスクユニットなどから構成されるコンピュータシステムで構成した場合も本発明に含まれる。上記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置はその機能を達成する。
【0086】
また、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１つのシステムＬＳＩ（Large Scale Integration（大規模集積回路））から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。なお、ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。上記ＲＡＭには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。例えば、本発明のビームフォーミング方法がＬＳＩのプログラムとして格納されており、このＬＳＩがコンピュータ内に挿入され、所定のプログラム（ビームフォーミング方法）を実施する場合も本発明に含まれる。
【0087】
なお、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサー（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
【0088】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
【0089】
また、各実施の形態に係る、超音波探傷装置の機能の一部又は全てを、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。上記超音波探傷装置の探傷方法や、ビームフォーミング方法を実施させるプログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。プログラムや信号を記録媒体に記録して移送することにより、プログラムを独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい、また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【0090】
上記実施形態に係る超音波探傷装置では、記憶装置であるデータ格納部を超音波探傷装置内に含む構成としたが、記憶装置はこれに限定されず、半導体メモリ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、磁気記憶装置、等が、超音波探傷装置に外部から接続される構成であってもよい。
【0091】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウエア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【0092】
また、上記のステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。
【0093】
また、超音波探傷装置には、プローブ及び表示部が外部から接続される構成としたが、これらは、超音波探傷装置内に一体的に具備されている構成としてもよい。
【0094】
また、上記実施の形態においては、プローブは、複数の圧電素子が一次元方向に配列されたプローブ構成を示した。しかしながら、プローブの構成は、これに限定されるものではなく、例えば、複数の圧電変換素子を二次元方向に配列した二次元配列振動子や、一次元方向に配列された複数の振動子を機械的に揺動させて三次元の断層画像を取得する揺動型プローブを用いてもよく、測定に応じて適宜使い分けることができる。例えば、２次元に配列されたプローブを用いた場合、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングや電圧の値を個々に変化させることによって、送信する超音波ビームの照射位置や方向を制御することができる。
【0095】
また、プローブは、送受信部の一部の機能をプローブに含んでいてもよい。例えば、送受信部から出力された送信電気信号を生成するための制御信号に基づき、プローブ内で送信電気信号を生成し、この送信電気信号を超音波に変換する。併せて、受信した反射超音波を受信電気信号に変換し、プローブ内で受信電気信号に基づき受信信号を生成する構成を採ることができる。
【0096】
また、各実施の形態に係る超音波探傷装置、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。更に上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
【0097】
さらに、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【0098】
≪まとめ≫
（１）本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、超音波探触子を用いて液体内の被検査体の傷を判定する超音波探傷装置であって、複数の振動子を備え、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在する状態で保持された超音波探触子と、前記複数の振動子を用いて、前記被検査体の表面の法線方向に対して所定の角度をなす第１の方向に超音波ビームを送信し、前記被検査体から反射された反射超音波を受信する送受信部と、前記反射超音波に基づいて前記送受信部が生成した受信信号に基づいて前記被検査体の傷を特定する超音波信号処理部とを備える。
（１）本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、超音波探触子を用いて液体内の被検査体の傷を判定する超音波探傷装置であって、複数の振動子を備え、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在する状態で保持された超音波探触子と、前記複数の振動子を用いて、前記被検査体の表面の法線方向に対して所定の角度をなす第１の方向に超音波ビームを送信し、前記被検査体から反射された反射超音波を受信する送受信部と、前記反射超音波に基づいて前記送受信部が生成した受信信号に基づいて前記被検査体の傷を特定する超音波信号処理部とを備える。
【0099】
また、本開示の一態様に係る超音波探傷方法は、超音波探触子を用いて液体内の被検査体の傷を判定する超音波探傷方法であって、複数の振動子を備える超音波探触子を、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在する状態で保持し、前記複数の振動子を用いて、前記被検査体の表面の法線方向に対して所定の角度をなす第１の方向に超音波ビームを送信し、前記被検査体から反射された反射超音波を受信し、前記反射超音波に基づいて受信信号を生成し、前記受信信号に基づいて前記被検査体の傷を特定する。
【0100】
また、本開示の一態様に係るプログラムは、超音波探触子を用いて液体内の被検査体の傷を判定する超音波探傷処理をコンピュータに行わせるプログラムであって、複数の振動子を備える超音波探触子が、振動子の並ぶ方向と前記被検査体の表面とが平行となるように、かつ、前記複数の振動子が液体内に存在する状態で保持され、前記超音波探傷処理は、前記複数の振動子を用いて、前記被検査体の表面の法線方向に対して所定の角度をなす第１の方向に超音波ビームを送信し、前記被検査体から反射された反射超音波を受信し、前記反射超音波に基づいて受信信号を生成し、前記受信信号に基づいて前記被検査体の傷を特定する。
【0101】
本開示の一態様に係る超音波探傷装置、超音波探傷方法、および、プログラムによれば、振動子の並ぶ方向が被検査体の表面と平行な状態の超音波探触子から、超音波ビームが被検査体の表面と直交しないように超音波の送受信が行われる。したがって、超音波の多重反射や被検査体の表面波が受信信号の品質を劣化することを抑止することができ、受信信号の品質を向上させることができる。
【0102】
（２）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記受信信号におけるＳ／Ｎ比が４以上となるように前記第１の方向が設定される、としてもよい。
【0103】
上記構成により、ノイズを欠陥等と誤認することなく被検査体の欠陥等を発見するために十分な品質の超音波画像を得ることができる。
【0104】
（３）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記第１の方向は、５度以上９度以下である、としてもよい。
【0105】
上記構成により、被検査体と液体との界面に発生する表面波に起因するノイズや、超音波探触子と被検査体との間の超音波の多重反射に起因するノイズを抑止し、かつ、受信信号の強度が過度に低下しないため、受信信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【0106】
（４）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記超音波信号処理部は、前記超音波探触子からの相対位置として前記被検査体内に走査範囲を設定し、前記超音波ビームの伝搬時間である送信時間と前記反射超音波の伝搬時間である受信時間とに基づいて、走査範囲内に存在する前記被検査体の傷を特定する、としてもよい。
【0107】
上記構成により、任意の送信ビームフォーミング方法と任意の受信ビームフォーミング方法とを組み合わせて超音波の送受信及び信号処理を行うことができる。
【0108】
（５）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記超音波信号処理部は、前記液体と前記被検査体とのそれぞれの屈折率に基づき、前記走査範囲内の位置と前記被検査体の表面との相対位置関係を算出する、としてもよい。
【0109】
上記構成により、スネルの法則に基づいて被検査体内の位置を正確に取得することができる。
【0110】
（６）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記超音波信号処理部は、前記液体と前記被検査体とのそれぞれの屈折率に基づき、前記被検査体の表面の法線方向に対して第２の方向に前記走査範囲を設定する、としてもよい。
【0111】
上記構成により、スネルの法則に基づいて被検査体内の位置を正確に取得することができる。
【0112】
（７）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記超音波信号処理部は、前記被検査体内に前記走査範囲と異なる第２の走査範囲を設定し、前記送受信部は、前記第２の走査範囲に対して超音波ビームを送信するとき、前記被検査体の表面の法線方向に対して前記所定の角度と異なる第２の所定の角度をなす第３の方向に超音波ビームを送信させる、としてもよい。
【0113】
上記構成により、被検査体内の位置に応じて超音波ビームの傾斜度を変更することができる。
【0114】
（８）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記第２の走査範囲は、前記走査範囲より前記被検査体の表面からの距離が遠く、前記第２の所定の角度は、前記所定の角度より小さい、としてもよい。
【0115】
上記構成により、表面波の影響が大きい被検査体表面付近については超音波ビームの傾斜度を大きくすることで表面波の影響を避け、一方で、表面波の影響が小さい被検査体深部については超音波ビームの傾斜度を小さくすることで受信信号の強度を向上することができる。
【0116】
（９）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記超音波探触子の送信面において前記振動子が並ぶ向きと直交する方向を第４の方向としたとき、前記第４の方向が前記被検査体の表面に対して前記所定の角度となるように、前記保持部は前記超音波探触子を保持する、としてもよい。
【0117】
上記構成により、超音波探触子の短軸方向を傾斜させることで超音波ビームの傾斜度を所望の向きに設定することができる。
【0118】
（１０）また、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、前記超音波探触子は、行列状に振動子を備え、前記振動子の並ぶ向きのうち、振動子の並ぶ数が少ない方向を第５の方向としたとき、前記第５の方向が前記被検査体の表面に対して前記所定の角度となるように、前記超音波探触子は超音波ビームを送信する、としてもよい。
【0119】
上記構成により、超音波探触子の短軸方向についてステアリング処理により超音波プローブの向きを変更しなくても超音波ビームの傾斜度を所望の向きに設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【0120】
本開示にかかる超音波探傷装置、超音波探傷方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体は、振動子列を備える超音波プローブを用いて非破壊検査を行う場合における性能向上、特に、解像度およびＳ／Ｎ比の向上に有用である。
【符号の説明】
【0121】
１０００ 超音波探傷システム
１００ 超音波探傷装置
１５０ 超音波信号処理装置
１０１ プローブ
１０１ａ 振動子
１０２ マルチプレクサ部
１０３ 送信ビームフォーマ部
１０３１ 送信部
１０４ 受信ビームフォーマ部
１０４０ 受信部
１０４１ 整相加算部
１０４２ 観測点設定部
１０４３ 受信開口設定部
１０４４ 送信時間算出部
１０４５ 受信時間算出部
１０４６ 遅延量算出部
１０４７ 遅延処理部
１０４８ 重み算出部
１０４９ 加算部
１０５ 超音波画像生成部
１０６ 表示部
１０７ データ格納部
１０８ 制御部
２１１ 保持部材
３００ 被検査体
１００ 超音波探傷装置
１５０ 超音波信号処理装置
１０１ プローブ
１０１ａ 振動子
１０２ マルチプレクサ部
１０３ 送信ビームフォーマ部
１０３１ 送信部
１０４ 受信ビームフォーマ部
１０４０ 受信部
１０４１ 整相加算部
１０４２ 観測点設定部
１０４３ 受信開口設定部
１０４４ 送信時間算出部
１０４５ 受信時間算出部
１０４６ 遅延量算出部
１０４７ 遅延処理部
１０４８ 重み算出部
１０４９ 加算部
１０５ 超音波画像生成部
１０６ 表示部
１０７ データ格納部
１０８ 制御部
２１１ 保持部材
３００ 被検査体
【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】