特許 7463202 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-29

(45)【発行日】2024-04-08

(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 29/11 20060101AFI20240401BHJP

【ＦＩ】

G01N29/11

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020105733

(22)【出願日】2020-06-19

(65)【公開番号】P2022000609

(43)【公開日】2022-01-04

【審査請求日】2023-02-13

(73)【特許権者】

【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

【審査官】横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２１６１５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０５－０４５３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９７９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６３３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１９７９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／００ － Ｇ０１Ｂ １７／０８

(57)【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て前記超音波ビームを受信する偏心配置受信プローブとを備え、
前記送信プローブの送信音軸と前記偏心配置受信プローブの受信音軸との偏心距離がゼロよりも大きくなるように前記偏心配置受信プローブが配置され、
前記偏心配置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超音波検査装置。

【請求項2】

前記偏心距離が、前記超音波ビームの、前記被検査体の欠陥部での散乱により生じる散乱波を受信可能な距離に設定された
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】

前記被検査体の欠陥部への入射時の前記偏心配置受信プローブでの受信信号強度が前記被検査体の健全部への入射時の前記受信信号強度よりも大きくなるように、前記偏心距離が設定された
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】

前記偏心距離が、前記被検査体の健全部への照射時にノイズ以外の受信信号が検出されない距離に設定された
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】

前記送信プローブ又は前記偏心配置受信プローブの少なくとも一方の位置を調整する偏心距離調整部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】

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て前記超音波ビームを受信する偏心配置受信プローブとを備え、
前記送信プローブの送信音軸と前記偏心配置受信プローブの受信音軸との偏心距離がゼロよりも大きくなるように前記偏心配置受信プローブが配置され、
前記偏心配置受信プローブの焦点は、前記送信プローブの焦点よりも、前記送信プローブの側に存在する
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項7】

前記偏心配置受信プローブの前記被検査体でのビーム入射面積は、前記送信プローブの前記被検査体でのビーム入射面積よりも大きい
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8】

前記走査計測装置は、前記送信音軸と前記受信音軸との為す角θが０°＜θ＜９０°を満たすように、前記偏心配置受信プローブの傾きを調整する設置角度調整部を備える
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9】

前記偏心配置受信プローブは、複数の単位プローブを含む
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10】

前記制御装置は、前記複数の単位プローブのうち、照射された前記超音波ビームの、前記被検査体の欠陥部での散乱により生じる散乱波を受信した前記単位プローブの受信信号に基づいて、前記被検査体での欠陥部に関する情報を判定する欠陥情報判定部を備える
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波検査装置。

【請求項11】

前記複数の単位プローブは、前記送信音軸を中心として放射状に配置される
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波検査装置。

【請求項12】

前記偏心距離が同じ位置に、少なくとも２つの前記単位プローブが配置される
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波検査装置。

【請求項13】

前記偏心配置受信プローブの振動子の、前記送信音軸に対する前記受信音軸の偏心方向の長さが、前記被検査体の表面に沿った方向かつ前記偏心方向に直交する方向の長さよりも長い
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14】

前記走査計測装置は、前記偏心距離がゼロの位置に配置された同軸配置受信プローブを備える
ことを特徴とする請求項１又は９に記載の超音波検査装置。

【請求項15】

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て前記超音波ビームを受信する偏心配置受信プローブと、
前記送信プローブの送信音軸と前記偏心配置受信プローブの受信音軸との偏心距離がゼロの位置に配置された同軸配置受信プローブと、を備え、
前記偏心距離がゼロよりも大きくなるように前記偏心配置受信プローブが配置され、
前記同軸配置受信プローブの焦点距離は、前記偏心配置受信プローブの焦点距離よりも短い
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項16】

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て前記超音波ビームを受信する偏心配置受信プローブと、
前記送信プローブの送信音軸と前記偏心配置受信プローブの受信音軸との偏心距離がゼロの位置に配置された同軸配置受信プローブと、を備え、
前記偏心距離がゼロよりも大きくなるように前記偏心配置受信プローブが配置され、
前記制御装置は、前記偏心配置受信プローブの出力信号と前記同軸配置受信プローブの出力信号とを合成する干渉信号生成部を備える
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項17】

前記干渉信号生成部は、時間領域での信号合成を行う
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波検査装置。

【請求項18】

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、
送信プローブから超音波ビームを放出する放出ステップと、
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、前記送信プローブの送信音軸とは異なる位置に受信音軸を有するとともに、前記送信プローブの焦点距離よりも長い焦点距離を有する偏心配置受信プローブにおいて、前記超音波ビームを受信する受信ステップと、
受信した前記超音波ビームの信号を基に、信号強度データを生成する解析ステップと、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。

【請求項19】

前記解析ステップで生成された前記信号強度データが、予め設定されている閾値以上か否かを判定することで、前記被検査体の欠陥部の有無を判定する判定ステップを含む
ことを特徴とする請求項１８に記載の超音波検査方法。

【請求項20】

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、
送信プローブから超音波ビームを放出する放出ステップと、
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、前記送信プローブの送信音軸とは異なる位置に受信音軸を有するとともに、前記送信プローブの焦点よりも前記送信プローブの側に存在する焦点を有する偏心配置受信プローブにおいて、前記超音波ビームを受信する受信ステップと、
受信した前記超音波ビームの信号を基に、信号強度データを生成する解析ステップと、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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】

【文献】特開２００８－１２８９６５号公報（特に要約書）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載に超音波検査装置では、超音波ビームの大きさ（ビーム径）よりも小さな欠陥部では、その周囲を透過する超音波ビームが多く、欠陥部に由来する信号変化を検出し難い。このため、欠陥部の検出性能に改善の余地がある。
本発明が解決しようとする課題は、欠陥部の検出性能、特に検出感度に優れた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】

本発明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て前記超音波ビームを受信する偏心配置受信プローブとを備え、前記送信プローブの送信音軸と前記偏心配置受信プローブの受信音軸との偏心距離がゼロよりも大きくなるように前記偏心配置受信プローブが配置され、前記偏心配置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。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】

本発明によれば、欠陥部の検出性能、特に検出感度に優れた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2A】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2B】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3】制御装置の機能ブロック図である。

【図4】送信プローブの構造を示す断面模式図である。

【図5A】偏心配置受信プローブからの受信波形であり、被検査体Ｅの健全部Ｎでの受信波形を示す図である。

【図5B】偏心配置受信プローブからの受信波形であり、被検査体Ｅの欠陥部Ｄでの受信波形を示す図である。

【図6】信号強度データのプロットの例を示す図である。

【図7A】本実施形態における超音波ビームの伝搬経路であって、健全部に超音波ビームが入射した場合を示す図である。

【図7B】本実施形態における超音波ビームの伝搬経路であって、欠陥部に超音波ビームが入射した場合を示す図である。

【図8A】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8B】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9】従来の超音波検査方法での信号強度データのプロットを示す図である。

【図10A】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10B】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、散乱波を受信する様子を示す図である。

【図11】第１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12】制御装置のハードウェア構成を示す図である。

【図13】第２実施形態に係る超音波検査装置における送信プローブと、偏心配置受信プローブとの関係を示す図である。

【図14】送信プローブにおけるビーム入射面積及び偏心配置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15】第３実施形態に係る偏心配置受信プローブの例を示す図である。

【図16】第４実施形態に係る超音波検査装置の走査計測装置の構成を示す図である。

【図17】第４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18】第５実施形態に係る超音波検査装置の構成を示す図である。

【図19】第５実施形態に係る超音波検査装置の機能ブロック図である。

【図20】第６実施形態における偏心配置受信プローブの配置を示す図である。

【図21】第７実施形態における偏心配置受信プローブの配置を示す図であり、単位プローブを傾斜して配置した図である。

【図22】第７実施形態における偏心配置受信プローブの配置を示す図であり、単位プローブを鉛直方向に配置した図である。

【図23】第８実施形態での超音波検査装置の構成を示す図である。

【図24】第８実施形態での超音波検査装置の機能ブロック図である。

【図25】第９実施形態の超音波検査装置の欠陥情報判定部の構成を示す図である。

【図26A】同軸配置受信プローブが受信する受信信号の測定地点での変化を示す図である。

【図26B】偏心配置受信プローブが受信する受信信号の測定地点での変化を示す図である。

【図26C】干渉信号生成部２３１で合成した干渉信号の測定地点での変化を示す図である。

【図27】第１０実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。

【図28】第１１実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。

【図29】第１２実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。

【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発明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、本発明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、本発明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、本発明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】

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。また、紙面直交方向としてｘ軸、紙面左右方向としてｙ軸、紙面上下方向としてｚ軸を含む直交３軸の座標系を示している。

【0011】

超音波検査装置Ｚは、気体を介した被検査体Ｅに超音波ビームＵ（図４）を入射することで被検査体Ｅの検査を行うものである。気体は例えば空気であり、走査計測装置１の筐体１０１の内部は空洞となっている。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、空気等の気体よりも音速が速い材料で構成されたものであれば任意である。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。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】

走査計測装置１は、探触子Ｐ（図４参照）を備え、超音波ビームＵを放出する送信プローブ１１０と、偏心配置受信プローブ１２０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。偏心配置受信プローブ１２０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を受信する受信プローブ１２１である。偏心配置受信プローブ１２０は、送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１とは異なる位置に受信音軸ＡＸ２を有する。送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２との距離が偏心距離Ｌである。偏心配置受信プローブ１２０は、受信プローブ走査部１０４を介して筐体１０１に設置される。
なお、本明細書においては、超音波を受信する受信プローブ１２１のうち，偏心距離Ｌがゼロ以上の位置に配置されたものを偏心配置受信プローブ１２０と定義し、偏心距離Ｌがゼロの位置に配置されたものを同軸配置受信プローブ１４０と定義する。言い換えると、受信プローブ１２１は、偏心配置受信プローブ１２０と同軸配置受信プローブ１４０を包括する用語である。

【0014】

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。図１に示す通り、送信音軸ＡＸ１と、受信音軸ＡＸ２とが、偏心距離Ｌだけずれるよう、送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０が設置される。なお、送信音軸ＡＸ１、受信音軸ＡＸ２、偏心距離Ｌの具体的内容については後記する。

【0015】

受信プローブ走査部１０４が移動することにより、偏心配置受信プローブ１２０は試料台１０２をｘ軸及びｙ軸方向に走査する。送信プローブ１１０と偏心配置受信プローブ１２０とは、被検査体Ｅをはさんでｘ軸方向、あるいは、ｙ軸方向に対して偏心距離Ｌを保ちながら走査する（太両矢印）。

【0016】

なお、走査計測装置１では、いずれも詳細は後記するが、偏心距離Ｌは以下のように設定されている。即ち、偏心距離Ｌが、超音波ビームＵの、被検査体Ｅの欠陥部Ｄでの散乱により生じる散乱波Ｕ１を受信可能な距離に設定されている。又は、被検査体Ｅの欠陥部Ｄへの入射時の偏心配置受信プローブ１２０での受信信号強度が被検査体Ｅの健全部Ｎへの入射時の受信信号強度よりも大きくなるように、偏心距離Ｌが設定されている。又は、偏心距離Ｌが、被検査体Ｅの健全部Ｎへの照射時にノイズ以外の受信信号が検出されない距離に設定されている。

【0017】

走査計測装置１は、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２との偏心距離Ｌがゼロよりも大きくなるように、送信プローブ１１０又は偏心配置受信プローブ１２０の少なくとも一方の位置を調整する偏心距離調整部１０５を備える。偏心距離調整部１０５（偏心距離調整機構）は、筐体１０１に設置されている受信プローブ走査部１０４に備えられている。そして、偏心距離調整部１０５には偏心配置受信プローブ１２０が備えられている。偏心距離調整部１０５により、受信プローブ走査部１０４の位置から独立して偏心配置受信プローブ１２０を移動でき、受信音軸ＡＸ２と送信音軸ＡＸ１とのずれが偏心距離Ｌになるように設定できる。なお、偏心距離調整部１０５は送信プローブ走査部１０３側に設けてもよい。即ち、受信音軸ＡＸ２と送信音軸ＡＸ１とのずれが偏心距離Ｌになるように設定できれば良いのであるから、偏心距離調整部１０５を受信プローブ１２１側に設けても、送信プローブ１１０側に設けてもよい。

【0018】

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及び偏心配置受信プローブ１２０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及び偏心配置受信プローブ１２０は被検査体Ｅをｘ軸及びｙ軸方向に走査する。さらに、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、偏心配置受信プローブ１２０から取得した信号に基づいて波形解析を行う。

【0019】

なお、本実施形態では、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と偏心配置受信プローブ１２０とを走査する例を示している。これとは逆に、送信プローブ１１０と偏心配置受信プローブ１２０とが筐体１０１に対して固定され、被検査体Ｅが移動することで、走査が行われる構成としてもよい。

【0020】

送信プローブ１１０と被検査体Ｅとの間、及び偏心配置受信プローブ１２０と被検査体Ｅとの間には気体である気相が介在する。言い換えると、超音波検査装置Ｚは、送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０のいずれも被検査体Ｅに接触しない、非接触型の超音波検査装置Ｚである。

【0021】

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、偏心配置受信プローブ１２０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。本実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０には探触子面が平面である非収束型のプローブを用いている。このような、非収束型の偏心配置受信プローブ１２０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。

【0022】

本実施形態では、送信プローブ１１０に対して、図１のｘ軸方向に偏心距離Ｌだけ偏心配置受信プローブ１２０がずらされて配置されているが、図１のｙ軸方向にずらされた状態で偏心配置受信プローブ１２０が配置されてもよい。あるいは、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）に偏心配置受信プローブ１２０が配置されてもよい。

【0023】

図２Ａ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２Ｂ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。

【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、図２Ｂ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２Ｂ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。

【0025】

また、受信音軸ＡＸ２は、偏心配置受信プローブ１２０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、偏心配置受信プローブ１２０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。
具体例として、探触子面が平面状である非収束型の受信プローブの場合を述べる。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。
受信音軸ＡＸ２の方向が探触子面の法線方向である理由は、その受信プローブから放射する仮想的な超音波ビームが探触子面の法線方向に出射するからである。超音波を受信する場合も、探触子面の法線方向で入射する超音波ビームが感度よく受信できる。

【0026】

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２Ｂ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。本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によって送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０が調整される。これにより、送信プローブ１１０から放出され、欠陥部Ｄの周囲を透過した超音波ビームＵを減らし、受信プローブ１２１での欠陥部Ｄに由来する信号変化を検出し易くできる。

【0027】

ただし、本実施形態では、好ましい例として、偏心配置受信プローブ１２０は、欠陥部Ｄでの超音波ビームＵの散乱により生じた散乱波Ｕ１を受信する。欠陥部Ｄの存在により散乱波Ｕ１が生成するため、散乱波Ｕ１の検出により、欠陥部Ｄの検出精度を更に向上できる。以下の例では、説明の簡略化のために、散乱波Ｕ１を受信可能な位置に設置された偏心配置受信プローブ１２０を例に挙げて、本実施形態を説明する。

【0028】

図２Ａ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を示している。図２Ａ及び図２Ｂ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２Ａ及び図２Ｂ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偏心配置受信プローブ１２０である。送信音軸ＡＸ１が水平面（図１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。

【0029】

図２Ｂ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を示す図である。図２Ｂでも図２Ａ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２Ｂに示す例の場合、前記したように、被検査体Ｅと空気との界面で、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２Ｂの実線矢印で示すように折れ曲がる（屈折する）。この場合、破線で示した同軸配置受信プローブ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、偏心配置受信プローブ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１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２Ａに示すようなものとなる。

【0030】

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。この点については後記する。

【0031】

図３は、制御装置２の機能ブロック図である。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とを備える。

【0032】

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及び出力アンプ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出力アンプ２１２で増幅される。出力アンプ２１２から出力された電圧は送信プローブ１１０に印加される。

【0033】

受信系統２２０は、偏心配置受信プローブ１２０から出力される受信信号を検出する系統である。偏心配置受信プローブ１２０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、波形解析部２２１に入力される。波形解析部２２１は、受信信号から後記する信号強度データ（図６参照）を生成する。生成された信号強度データはデータ処理部２０１に送られる。

【0034】

データ処理部２０１は、被検査体Ｅの欠陥部Ｄに関する情報を画像化したり、欠陥部Ｄの存在の有無を検出したりするといった、取得した情報を所望の形態に処理する。なお、データ処理部２０１で生成された画像や情報は表示装置３に表示される。

【0035】

スキャンコントローラ２０４は、図１に示す送信プローブ走査部１０３及び受信プローブ１０４を駆動制御する。送信プローブ走査部１０３及び受信プローブ１０４の駆動制御は、駆動部２０２を通じて行われる。また、スキャンコントローラ２０４は、位置計測部２０３を介して、送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０の位置情報を計測する。

【0036】

ここで、データ処理部２０１は、スキャンコントローラ２０４から受け取る送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０の位置情報を基にして、それぞれの位置での信号強度データをプロットして画像化し、表示装置３に表示する。後記するように、本実施形態では、欠陥部Ｄで取得した信号強度データは、健全部Ｎの信号強度データよりも大きい。従って、送信プローブ１１０の(ｘ，ｙ)走査位置に対して信号強度データをプロットすると、(ｘ，ｙ)位置のどこに欠陥があるかを示す画像が取得できる。この欠陥位置を示す画像を表示装置３が表示する。

【0037】

図４は、送信プローブ１１０の構造を示す断面模式図である。図４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。

【0038】

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の内部に探触子Ｐを備える。探触子Ｐは、バッキング１１２と、振動子１１１と、整合層１１３とを備える。探触子Ｐ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（図示しない）及び制御装置２に接続される。

【0039】

図５Ａは、偏心配置受信プローブ１２０からの受信波形であり、被検査体Ｅの健全部Ｎでの受信波形を示す図である。図５Ｂは、偏心配置受信プローブ１２０からの受信波形であり、被検査体Ｅの欠陥部Ｄでの受信波形を示す図である。図５Ｂは、被検査体Ｅ内に設けられた幅２ｍｍ幅の空洞（欠陥部Ｄ）のｘｙ座標位置に送信プローブ１１０を配置したときの受信信号を示す。なお、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、時間はバースト波が送信プローブ１１０に印加されてからの経過時間を示し、被検査体Ｅとして厚さ２ｍｍのステンレス板を用いた。送信プローブ１１０には周波数８００ｋＨｚのバースト波を印加した。より具体的には、１０波の正弦波で構成されるバースト波を一定周期で被検査体Ｅに印加した。

【0040】

図５Ａでは、有意な信号は観測されていないが、図５Ｂでは、バースト波が送信プローブ１１０に印加されてから９０マイクロ秒後に有意な信号が観測されている。この有意な信号が観測されるまでの９０マイクロ秒の遅れは、超音波ビームＵの放出から偏心配置受信プローブ１２０への散乱波Ｕ１の到達までに時間がかかるためである。具体的には、空中の音速が３４０（ｍ／ｓ）であるのに対し、被検査体Ｅを構成するステンレス中では６０００（ｍ／ｓ）程度であるため、９０マイクロ秒の遅れが発生する。

【0041】

図６は、信号強度データのプロットの例を示す図である。この例では、幅２ｍｍの欠陥部Ｄに対し、送信プローブ１１０と偏心配置受信プローブ１２０とをｘ軸方向に走査し、ｘ軸位置での受信信号（図５Ｂに示す受信信号）から抽出した信号強度データをプロットしている。本実施形態では、信号強度データの抽出方法は、図５Ｂに示す受信信号のＰｅａｋ Ｔｏ Ｐｅａｋ値、即ち、適切な時間領域での最大値と最小値との差を抽出した。信号強度データの抽出方法の他の例として、図５Ｂに示す受信信号が、短時間フーリエ変換などの信号処理により周波数成分に変換され、適切な周波数成分の強度が抽出されてもよい。さらには、信号強度データとして、適切な参照波を基準として、相関関数が計算されてもよい。このようにして信号強度データが、送信プローブ１１０の各走査位置に対応して取得される。

【0042】

図６に示した信号強度データのプロットにおいて、２ｍｍ幅の空洞（欠陥部Ｄ）は、図６の符号Ｄ１に対応する。被検査体Ｅの健全部Ｎ（符号Ｄ１以外の部分）ではノイズレベルの信号であるのに対し、内部に欠陥部Ｄがある位置（符号Ｄ１）では、受信信号が有意に大きくなっていることがわかる。

【0043】

そこで、偏心距離調整部１０５は、欠陥部Ｄへの入射時の偏心配置受信プローブ１２０での受信信号強度が健全部Ｎへの入射時の受信信号強度よりも大きくなるように、偏心距離Ｌを調整することが好ましい。このようにすることで、受信信号強度に基づいて、欠陥部Ｄを検出できる。このような偏心距離Ｌは、例えば、散乱波Ｕ１（後記する）を受信可能な位置に配置した偏心配置受信プローブ１２０の受信音軸ＡＸ２と送信プローブ１１０の送信音軸ＡＸ１との距離である。偏心距離調整部１０５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。

【0044】

また、偏心距離調整部１０５は、偏心距離Ｌを、健全部Ｎへの照射時にノイズ以外の受信信号が検出されない距離に調整することが好ましい。即ち、偏心距離調整部１０５は、被検査体Ｅの健全部Ｎでは有意の受信信号が出ないように偏心距離Ｌを設定することが好ましい。このようにすることで、ＳＮ比を増大させ、ノイズ以外の受信信号が検出された場所を欠陥部Ｄを判断でき、欠陥部Ｄを検出できる。

【0045】

偏心距離Ｌは、例えば、被検査体Ｅと同じ材料で構成され、かつ、内部に欠陥部Ｄを有する標準試料を使用して決定できる。そして、標準試料の欠陥部Ｄへの超音波ビームＵの照射し、超音波ビームＵ又は散乱波Ｕ１を受信可能な位置に基づき、偏心距離Ｌを決定できる。

【0046】

送信プローブ１１０をｘ軸方向のみの１次元で走査した場合は、表示装置３には図６に示す信号強度データのグラフ（信号強度グラフＧ）が表示される。送信プローブ１１０の走査方向がｘ軸方向及びｙ軸方向の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、欠陥位置が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。

【0047】

図７Ａは、本実施形態における超音波ビームＵの伝搬経路であって、健全部Ｎに超音波ビームＵが入射した場合を示す図である。図７Ｂは、本実施形態における超音波ビームＵの伝搬経路であって、欠陥部Ｄに超音波ビームＵが入射した場合を示す図である。

【0048】

図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、送信プローブ１１０から放出された超音波ビームＵは被検査体Ｅに入射する。図７Ａに示すように、健全部Ｎに超音波ビームＵが入射した場合、超音波ビームＵは送信音軸ＡＸ１に向かって収束するように通過する。そのため、偏心距離Ｌを保って配置されている偏心配置受信プローブ１２０では受信信号が観測されない。これに対し、図７Ｂ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で超音波ビームＵが散乱され、その散乱波Ｕ１が偏心設置された偏心配置受信プローブ１２０で受信される。そのため、有意な受信信号が観測される。

【0049】

このように、被検査体Ｅにおける欠陥部Ｄにより散乱された散乱波Ｕ１が偏心配置受信プローブ１２０で観測される。そのため、健全部Ｎでの受信信号よりも欠陥部Ｄでの受信信号の方が大きくなる。即ち、信号が大きな位置に欠陥部Ｄがあると判定される。従って、偏心距離調整部１０５は、偏心距離Ｌを、照射された超音波ビームＵの、被検査体Ｅの欠陥部Ｄでの散乱により生じる散乱波Ｕ１を受信可能な距離に調整することが好ましい。このようにすることで、欠陥部Ｄに特有の散乱波Ｕ１を検出でき、欠陥部Ｄの検出精度を向上できる。

【0050】

偏心距離Ｌは、送信プローブ１１０から放出された超音波ビームＵを受信せず、散乱波Ｕ１のみを選択的に受信できる長さになることが好ましい。これにより、ＳＮ比を増大させて、欠陥部Ｄの検出性能、特に検出感度を向上できる。ここで、「検出感度が高い」とは、従来法よりも小さな欠陥部Ｄを検出可能ということである。即ち、検出可能な欠陥部Ｄのサイズの下限が従来法よりも小さいことである。

【0051】

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。

【0052】

図８Ａ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８Ｂ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としての同軸配置受信プローブ１４０が配置される。

【0053】

図８Ａ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を通過して同軸配置受信プローブ１４０に到達する。従って、受信信号が大きくなる。一方、図８Ｂ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。

【0054】

ここで、図８Ａ及び図８Ｂ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、ここででは「阻止法」と呼ぶことにする。一方、本実施形態のように、欠陥部Ｄでの散乱波Ｕ１を検出する検査方法を「散乱法」と呼ぶことにする。

【0055】

図９は、従来の超音波検査方法での信号強度データのプロットを示す図である。この図は、発明者らが、図８Ａ及び図８Ｂに示す阻止法による超音波検査方法、即ち、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２を一致させた配置で、上記の図６で用いられた被検査体Ｅと同じ欠陥部Ｄを有する被検査体Ｅを検査した信号強度グラフである。図９において、符号Ｄ１の部分が欠陥部Ｄに相当する部分である。

【0056】

図９では、欠陥部Ｄの中心位置（位置が０ｍｍ）で信号の減少が認められるが、その減少量は小さい。これは、超音波ビームＵの大きさよりも小さな欠陥部Ｄでは、その周囲を透過する超音波ビームＵが多いことに起因すると考えられる。このため、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とを一致させた阻止法では、欠陥部Ｄに由来する信号変化を検出し難く、検出感度が低い。

【0057】

これに対し、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２とをずらすことで、偏心配置受信プローブ１２０が受信する信号強度のうち、超音波ビームＵの大きさよりも小さな欠陥部Ｄの周囲を透過する超音波ビームＵの信号を小さくできる。これにより、欠陥部Ｄに起因する信号強度を減少量を相対的に大きくし、欠陥部Ｄの検出性能、特に検出感度を向上できる。中でも、上記の図６に示すように、本実施形態に好適な散乱法による構成によれば、阻止法による図９の結果と比べると、欠陥部Ｄの位置を明確に検出できることがわかる。つまり、比較例である図９に示す受信結果と、図６に示す本実施形態による手法の受信結果とを比較すると、図６に示す本実施形態による手法の方が、高いＳＮ比が得られる。

【0058】

このように、本実施形態の散乱法が高いＳＮ比を得られる理由について、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して説明する。

【0059】

図１０Ａ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。図１０Ｂ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、散乱波Ｕ１を受信する様子を示す図である。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。

【0060】

また、図１０Ａ及び図１０Ｂ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１０Ａ及び図１０Ｂ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１０Ａ及び図１０Ｂ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。ここで、受信プローブ１２１は、図１０Ａでは同軸配置受信プローブ１４０であり、図１０Ｂでは偏心配置受信プローブ１２０を意味する。

【0061】

超音波ビームＵは、収束させて入射させても欠陥部Ｄ近傍ではある有限の幅を持つ。これを、欠陥部Ｄの位置でのビーム幅ＢＷとする。ちなみに、図１０Ａ及び図１０Ｂでは、欠陥部Ｄの位置でのビーム幅ＢＷが欠陥部Ｄの大きさよりも広い場合を示している。

【0062】

図１０Ａ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を示す図である。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２０％の場合、受信信号は概ね２０％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１０Ａ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２０％減少するにとどまる（図９参照）。

【0063】

図１０Ｂは、本実施形態の好適な手法の場合、即ち散乱法の場合を示す図である。散乱法では、欠陥部Ｄに超音波ビームＵが当たらない場合、超音波ビームＵは偏心配置受信プローブ１２０に入射しないので、受信信号はゼロである。そして、図１０Ｂに示すように、超音波ビームＵの一部が欠陥部Ｄに当たった場合でも、散乱波Ｕ１が偏心配置受信プローブ１２０で観測されるので、阻止法と比べて欠陥部Ｄの検出が容易である。つまり、欠陥部Ｄが存在しなければ受信信号はゼロとなり、微小でも欠陥部Ｄが存在すれば受信信号は非ゼロとなる。そのため、ＳＮ比を高くすることが可能になる（図６参照）。このように、本実施形態による手法（散乱法）によれば、ビーム幅ＢＷよりも小さな欠陥部Ｄを、高感度で検出できる。ここで、「高感度で検出できる」とは、従来法より小さな欠陥部Ｄを検出可能ということである。即ち、検出可能な欠陥部Ｄのサイズの下限が従来法よりも小さい。

【0064】

また、図１０Ａで示すように、阻止法では、健全部Ｎに対応する受信信号量を基準として、そこからの減少量で欠陥部Ｄが判定される。従って、健全部Ｎでの受信信号が一定値とすることが好ましい。しかしながら、特に気体中を伝搬する超音波では、水中を伝搬する超音波と比較して、受信プローブ１２１に到達する強度が極めて小さい。そのため、受信信号は高い増幅率（ゲイン）で増幅することが好ましい。このため、ゲインを一定に保つには高精度な信号増幅回路が好ましい。一方、本実施形態による散乱法では、図６に示すように、健全部Ｎでは信号が、ほぼゼロであり、欠陥部Ｄで信号が観測されるので、信号増幅回路のゲイン安定性への要求を小さくできる。ただし、上記の図６では、オフセット値だけ信号強度の値が底上げされている。

【0065】

また、本実施形態では、ポジ画像が得られる。即ち、散乱法では健全部Ｎには信号が発生しないか発生しても小さく、欠陥部Ｄでは信号が新たに発生するか信号が大きくなる。つまり、欠陥部Ｄのポジ画像が得られる。これに対して、阻止法では、阻止法では健全部Ｎで信号が大きく、欠陥部Ｄで信号が減少する。つまり、欠陥部Ｄのネガ画像が得られる。

【0066】

また、従来の阻止法の超音波検査装置の同軸配置受信プローブ１４０の位置を偏心距離Ｌだけずらすだけで、本実施形態に係る超音波検査装置Ｚを実現できる。つまり、これまで使用していた超音波検査装置を利用でき、設置コストを軽減できる。

【0067】

図１１は、第１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、適宜、図１及び図３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。まず、制御装置２（図３）の指令により、送信プローブ１１０（図１）から超音波ビームＵを放出する放出ステップＳ１０１が行われる。続いて、偏心配置受信プローブ１２０（図１）において超音波ビームＵ（この例では散乱波Ｕ１）を受信する受信ステップＳ１０２が行われる。

【0068】

その後、受信した超音波ビームＵ（この例では散乱波Ｕ１）の波形信号を基に、信号強度データを生成する解析ステップＳ１０３が行われる。解析ステップＳ１０３は、波形解析部２２１（図３）により行われ、波形解析部２２１は、例えば上記図５Ｂに示す受信信号から信号強度データを抽出（生成）する。信号強度データとしては、例えば、上記の図６を参照しながら説明した方法により抽出できる。このようにして信号強度データが、送信プローブ１１０の各走査位置に対応して取得される。

【0069】

送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０の走査位置情報は、位置計測部２０３（図３）からスキャンコントローラ２０４（図３）に送信される。データ処理部２０１（図３）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、例えば上記の図６に示す信号強度グラフＧが得られ、信号強度データが視覚化される。なお、図６は走査位置情報が１次元（１方向）の場合である。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、欠陥位置が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。

【0070】

また、解析ステップＳ１０３で生成された信号強度データが、予め設定されている閾値以上か否かを判定することで被検査体Ｅの欠陥部Ｄの有無を判定する判定ステップＳ１０４が行われる。判定ステップＳ１０４はデータ処理部２０１により行われる。判定ステップＳ１０４により、欠陥部Ｄが検出されたか否かが判定される。生成した信号強度データの値が所定の閾値以上である場合（判定ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、データ処理部２０１は欠陥部Ｄが検知された旨をユーザに通知する（通知ステップＳ１０５）。なお、通知ステップＳ１０５の処理は、すべての走査が終了した後でもよい。欠陥部Ｄが検知された旨の通知は、例えば、表示装置３（図３）に表示される。その後、データ処理部２０１は、ステップＳ１１１へ処理を進める。

【0071】

判定ステップＳ１０４の結果、生成した信号強度グラフＧの値が所定の閾値未満である場合（Ｎｏ）、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（図３）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及び偏心配置受信プローブ１２０を移動させ（ステップＳ１１２）、放出ステップＳ１０１へ処理を戻す。

【0072】

図１２は、制御装置２のハードウェア構成を示す図である。制御装置２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ２５１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２５２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置２５３、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）等の通信装置２５４、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２５５等を備えて構成されている。

【0073】

そして、制御装置２は、記憶装置２５３に格納されている所定の制御プログラムがメモリ２５１にロードされ、ＣＰＵ２５２によって実行される。これにより、図３のデータ処理部２０１、位置計測部２０３、スキャンコントローラ２０４、欠陥情報判定部２０５、波形解析部２２１等が具現化する。

【0074】

図１３は、第２実施形態に係る超音波検査装置Ｚにおける送信プローブ１１０と、偏心配置受信プローブ１２０との関係を示す図である。第２実施形態では、送信プローブ１１０と、偏心配置受信プローブ１２０の収束性の関係について説明する。

【0075】

第２実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０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。被検査体Ｅの内部における欠陥部Ｄの深さや、欠陥部Ｄの形状、傾き等により散乱波Ｕ１の伝搬経路は多少変化する。そこで、散乱波Ｕ１の経路が変化しても偏心配置受信プローブ１２０が散乱波Ｕ１を検出できるように、第２実施形態では偏心配置受信プローブ１２０の収束性を緩くしている。

【0076】

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の大小関係で定義される。ビーム入射面積Ｔ１，Ｔ２について説明する。

【0077】

図１４は、送信プローブ１１０におけるビーム入射面積Ｔ１及び偏心配置受信プローブ１２０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のビーム入射面積Ｔ１とは、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、偏心配置受信プローブ１２０のビーム入射面積Ｔ２は、偏心配置受信プローブ１２０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。

【0078】

なお、図１４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、破線で示した経路とは異なる経路を伝搬する。ここで、図１４に示すように、偏心配置受信プローブ１２０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、偏心配置受信プローブ１２０の収束性を、送信プローブ１１０の収束性よりも緩くできる。

【0079】

さらに、偏心配置受信プローブ１２０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、偏心配置受信プローブ１２０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及び偏心配置受信プローブ１２０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。

【0080】

このように、第２実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０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、偏心配置受信プローブ１２０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、偏心配置受信プローブ１２０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を検出することができる。これにより、散乱波Ｕ１の伝搬経路が多少変化しても、偏心配置受信プローブ１２０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。

【0081】

また、偏心配置受信プローブ１２０の焦点は、送信プローブ１１０の焦点よりも、送信プローブ１１０の側（図示の例では上方）に存在する。このように焦点をずらすことで、偏心配置受信プローブ１２０で散乱波Ｕ１を受信易くでき、散乱波Ｕ１を検出し易くできる。

【0082】

なお、偏心配置受信プローブ１２０として、第１実施形態で用いているような非収束型のプローブ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、非収束型の偏心配置受信プローブ１２０でも、偏心配置受信プローブ１２０の収束性は送信プローブ１１０の収束性よりも緩くなる。

【0083】

図１５は、第３実施形態に係る偏心配置受信プローブ１２０の例を示す図である。超音波検査装置Ｚを、送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０をｚ軸のマイナス側から見た平面図である。つまり、偏心配置受信プローブ１２０側からみた図である。第３実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０の振動子１１１（図４）の、送信音軸ＡＸ１に対する受信音軸ＡＸ２の偏心方向の長さｂが、被検査体Ｅの表面に沿った方向かつ偏心方向に直交する方向の長さａよりも長い。長さａ，ｂは特性長さであり、それぞれ、矩形振動子に対しては、矩形の辺の長さを意味し、楕円形の振動子に対しては、楕円の長軸又は短軸を意味する。

【0084】

このように偏心配置受信プローブ１２０の縦横比を設定すると、欠陥部Ｄの深さ等が変化して散乱波Ｕ１の到達位置が変化しても、散乱波Ｕ１を偏心配置受信プローブ１２０で検出することができる。

【0085】

散乱波Ｕ１は、送信音軸ＡＸ１を中心として放射方向に散乱する。従って、図１５の位置に偏心配置受信プローブ１２０が配置されている場合、偏心配置受信プローブ１２０の長手方向（「長さｂ」の延在方向）に散乱波Ｕ１が散乱する。換言すると、「長さｂ」の延在方向は、散乱波Ｕ１が放射される方向である。従って、「長さｂ」の値を大きくすることで、さまざまな深さ等の欠陥部Ｄで散乱した散乱波Ｕ１を検出することができる。つまり、欠陥部Ｄの深さ等が変化して散乱波Ｕ１の到達位置が変化しても、散乱波Ｕ１を偏心配置受信プローブ１２０で検出することができる。

【0086】

長さａ，ｂに制限はなく、長さｂが長さａよりも長い、即ち１＜ｂ／ａであればよいが、上限としたｂ／ａ（長さｂを長さａで割った値）が例えば１００以下、好ましくは５０以下である。

【0087】

なお、図１５では、偏心配置受信プローブ１２０として直方体（矩形状）の偏心配置受信プローブ１２０を図示したが、楕円形状にして、長軸・短軸比を同様に設定しても同様の効果が得られる。

【0088】

図１６は、第４実施形態に係る超音波検査装置Ｚの走査計測装置１の構成を示す図である。第４実施形態では、走査計測装置１は、偏心配置受信プローブ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。

【0089】

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１６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）と偏心配置受信プローブ１２０の探触子面の法線とのなす角である。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、偏心配置受信プローブ１２０が傾斜配置される。具体的には、偏心配置受信プローブ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。

【0090】

また、偏心配置受信プローブ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、偏心配置受信プローブ１２０（探触子）との交点Ｃ２を定義する。また、送信音軸ＡＸ１と、送信プローブ１１０（探触子Ｐ）との交点Ｃ１を定義する。交点Ｃ１の位置をｘｙ平面に投影した座標位置（ｘ１，ｙ１）と、交点Ｃ２の位置をｘｙ平面に投影した座標位置（ｘ２，ｙ２）との距離を偏心距離Ｌと定義する。

【0091】

このように偏心配置受信プローブ１２０を傾斜配置して、発明者らが、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３倍に増加した。

【0092】

図１７は、第４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１７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－外部界面に入射する。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、偏心配置受信プローブ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、偏心配置受信プローブ１２０を傾斜配置することで受信信号強度を増大できる。

【0093】

なお、図１７に示すような構造から、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とが為す角度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１７に示しているように、角度β２と角度θが完全に一致しなくてもよい。

【0094】

なお、上記の図１６の走査計測装置１では、設置角度調整部１０６が設けられており、設置角度調整部１０６によって偏心配置受信プローブ１２０が設置されている。設置角度調整部１０６により、偏心配置受信プローブ１２０の受信プローブ設置角度を調整することが可能である。被検査体Ｅの材料や、厚み等により散乱波Ｕ１の経路は多少変化するので、受信プローブ設置角度の最適値も変化する。従って、設置角度調整部１０６で受信プローブ設置角度が調整可能とすることにより、被検査体Ｅの材料や、厚み等に応じて受信プローブ設置角度を適切に調整できる。

【0095】

また、第４実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０が水平面に対して傾いた状態で配置されているが、送信プローブ１１０も傾いた状態で配置されてもよい。あるいは、送信プローブ１１０が水平面に対して傾いた状態で配置され、偏心配置受信プローブ１２０の探触子面が水平面（ｘｙ平面）に対して並行となるよう配置されてもよい。いずれの場合も、上記図２Ｂに示すように、送信音軸ＡＸ１と、受信音軸ＡＸ２とは、ずらした状態で配置される。

【0096】

図１８は、第５実施形態に係る超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。第５実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０は、複数の単位プローブ１２０ａを含む。図示の例では、単位プローブ１２０ａは３つである。単位プローブ１２０ａは、偏心距離Ｌ（送信音軸ＡＸ１からの距離）が異なる位置にそれぞれ配置される。

【0097】

欠陥部Ｄの深さ、形状、傾き等により、散乱波Ｕ１の経路が多少変化する。例えば、散乱するときの散乱角（送信音軸ＡＸ１に対する散乱波Ｕ１の為す角）は通常は同程度であるため、欠陥部Ｄが深いほど散乱波Ｕ１は送信音軸ＡＸ１から近い場所に到達し、欠陥部Ｄが浅いほど散乱波Ｕ１は送信音軸ＡＸ１から遠い場所に到達する。そこで、複数の単位プローブ１２０ａを用いて、どの位置の単位プローブ１２０ａで受信したかという情報を用いることにより、欠陥部Ｄに関する情報（欠陥部Ｄの深さ等）を得ることができる。

【0098】

複数の単位プローブ１２０ａとしては、複数の感音素子１２２ａを一つの筐体に収納したアレイ型プローブ１２２（図２８及び図２９を参照して後記する）が用いられてもよい。この場合、図１８の単位プローブ１２０ａがそれぞれ感音素子に対応し、それらが一つの筐体の中に収納されている。感音素子とは、超音波を電気信号に変換する素子である。感音素子としては、圧電素子の他に、静電容量感音素子（ＣＭＵＴ，Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ－ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）等が用いられてもよい。

【0099】

図１９は、第５実施形態に係る超音波検査装置Ｚの機能ブロック図である。複数個の単位プローブ１２０ａは、それぞれに対応する受信系統２２０ａ～２２０ｃに接続される。それぞれの受信系統２２０ａ～２２０ｃの構成は、図３に示す受信系統２２０の構成と同様である。受信系統２２０ａ～２２０ｃそれぞれからの出力は、欠陥情報判定部２０５に入力される。

【0100】

欠陥情報判定部２０５は、制御装置２に備えられ、複数の単位プローブ１２０ａのうち、照射された超音波ビームＵの、被検査体Ｅの欠陥部Ｄでの散乱により生じる散乱波Ｕ１を受信した単位プローブ１２０ａの受信信号に基づいて、被検査体Ｅでの欠陥部Ｄに関する情報（欠陥部Ｄの深さ等）を判定する。具体的には、欠陥情報判定部２０５は、受信系統２２０ａ～２２０ｃそれぞれにおける波形解析結果を基に、欠陥部Ｄに関する情報を判定する。受信信号に基づくとは、どの単位プローブ１２０ａで、どの程度の受信信号（散乱波Ｕ１）が検知されたかである。このようにすることで、欠陥部Ｄの位置情報の精度を向上させることができる。

【0101】

欠陥情報判定部２０５の出力は、データ処理部２０１に入力される。データ処理部２０１では、プローブを走査するスキャンコントローラ２０４からの位置情報と合わせることにより、欠陥部Ｄの情報が画像化されて表示装置３に表示される。

【0102】

なお、欠陥情報判定部２０５はデータ処理部２０１の一部として設けてもよい。

【0103】

図２０は、第６実施形態における偏心配置受信プローブ１２０の配置を示す図である。この例では、送信プローブ１１０及び偏心配置受信プローブ１２０を、図１のｚ軸のマイナス側、つまり、偏心配置受信プローブ１２０側から見た平面図である。第６実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０をｘｙ平面方向に２次元的に配置している。即ち、偏心配置受信プローブ１２０は、平面視で矩形状の複数の単位プローブ１２０ａを含み、複数の単位プローブ１２０ａは送信音軸ＡＸ１を中心として放射状に配置されている。図示の例では、単位プローブ１２０ａは８個である。

【0104】

散乱波Ｕ１の方向は、欠陥部Ｄの形状や傾斜方向等により多少変化する。そのため、図１７のように、放射状に単位プローブ１２０ａを配置し、どの方向で散乱波Ｕ１を検出したかを記録することにより、欠陥部Ｄの形状や傾斜方向等の情報を、より精度高く得ることができる。

【0105】

図２１は、第７実施形態における偏心配置受信プローブ１２０の配置を示す図であり、単位プローブ１２０ａを傾斜して配置した図である。複数の単位プローブ１２０ａが送信音軸ＡＸ１に対して対称に配置されている。従って、偏心距離Ｌが同じ位置に、少なくとも２つの単位プローブ１２０ａが配置される。図示の例では、送信音軸ＡＸ１を含む平面視で送信音軸ＡＸ１の両側に、３個ずつ単位プローブ１２０ａが対称に配置される。そして、３つの異なる偏心距離Ｌのそれぞれの位置に、２個ずつ単位プローブ１２０ａが配置される。なお、単位プローブ１２０ａは、上記の第４実施形態（図１７）のと同様に、傾斜して配置される。

【0106】

図２２は、第７実施形態における偏心配置受信プローブ１２０の配置を示す図であり、単位プローブ１２０ａを鉛直方向に配置した図である。１組の単位プローブ１２０ａが送信音軸ＡＸ１に対して対称に配置されている。従って、偏心距離Ｌが同じ位置に、少なくとも２つの単位プローブ１２０ａが配置される。

【0107】

偏心距離Ｌが同じ位置に少なくとも２つの単位プローブ１２０ａが配置されることで、複数の方向に散乱した散乱波Ｕ１を検知することができる。また、送信音軸ＡＸ１を含む平面視（図２１及び図２２）にて、送信音軸ＡＸ１の両側に少なくとも２つの単位プローブ１２０ａを配置することで、広い範囲の散乱波Ｕ１を受信できる。さらに、制御装置２は、両側それぞれの単位プローブ１２０ａで散乱波Ｕ１を検知したとき、実際に欠陥部Ｄを検知し、どちらか一方でのみ散乱波Ｕ１を検知した場合では、エラーと判定することができる。これにより、欠陥部Ｄの検知精度を向上させることができる。

【0108】

図２３は、第８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８実施形態では、受信プローブ１２１は、偏心配置受信プローブ１２０に加えて、更に、偏心距離Ｌがゼロの位置に配置された同軸配置受信プローブ１４０を含む。同軸配置受信プローブ１４０は、走査計測装置１に備えられるものであり、送信音軸ＡＸ１と受信音軸ＡＸ２と一致するように配置される。本明細書では、偏心距離Ｌがゼロの位置に配置した受信プローブ１２１を同軸配置受信プローブ１４０と呼ぶ。

【0109】

走査計測装置１は、実施例１の構成（図１）に加えて、同軸配置受信プローブ１４０を備える。偏心配置受信プローブ１２０は、偏心距離調整部１０５により同軸配置受信プローブ１４０から独立して、散乱波Ｕ１を受信可能な位置に移動可能である。被検査体Ｅの走査時には、送信プローブ１１０、偏心配置受信プローブ１２０及び同軸配置受信プローブ１４０は、送信プローブ走査部１０３及び受信プローブ走査部１０４のｘｙ平面内での移動により、一体に移動する。同軸配置受信プローブ１４０の出力信号は、制御装置２に入力される。

【0110】

上記の図８Ｂに示した通り、同軸配置受信プローブ１４０は阻止法による信号を受信する。従って、超音波ビームＵの収束径よりも大きな欠陥がある場合に、受信信号の低減が観測されるので、欠陥を検出できる。一方、超音波ビームＵの収束径よりも小さな欠陥については、偏心配置受信プローブ１２０で散乱波Ｕ１を観測することで、欠陥部Ｄを検出できる。従って、偏心配置受信プローブ１２０及び同軸配置受信プローブ１４０を備えることで、超音波ビームＵの径よりも微小な欠陥部Ｄが検出できるのに加えて、超音波ビームＵの径よりも大きな欠陥部Ｄも検出できる。

【0111】

図２４は、第８実施形態での超音波検査装置Ｚの機能ブロック図である。偏心配置受信プローブ１２０の出力信号は受信系統２２０ａに入力される。同軸配置受信プローブ１４０の出力信号は受信系統２２０ｂに入力される。受信系統２２０ａの出力信号及び受信系統２２０ｂの出力信号は、それぞれ欠陥情報判定部２０５に入力される。欠陥情報判定部２０５では２つの受信信号を用いて欠陥部Ｄの有無を判定し、その結果をデータ処理部２０１に出力する。

【0112】

欠陥情報判定部２０５の処理方法の具体例を述べる。偏心配置受信プローブ１２０からの受信信号については、信号が一定量増加した走査位置に欠陥部Ｄが存在すると判定する。同軸配置受信プローブ１４０からの受信信号については、信号が一定量減少した位置に欠陥部Ｄが存在すると判定する。２つの信号に基づく判定の論理和を欠陥情報判定部２０５の出力とする。即ち、偏心配置受信プローブ１２０の受信信号に基づく判定、及び同軸配置受信プローブ１４０の受信信号に基づく判定のうち、いずれか一方で欠陥ありと判定された場合には、欠陥情報判定部２０５は欠陥部Ｄが存在すると判定する。

【0113】

偏心配置受信プローブ１２０及び同軸配置受信プローブ１４０を備えることで、欠陥部Ｄの検出漏れを減らし、検出性能を向上できる。

【0114】

図２５は、第９実施形態の超音波検査装置Ｚの欠陥情報判定部２０５の構成を示す図である。第９実施形態では、例えば図２３に示した超音波検査装置Ｚを使用でき、同軸配置受信プローブ１４０で観測した直達波Ｕ３の信号と、偏心配置受信プローブ１２０で受信した散乱波Ｕ１の信号とを合成することで生じる干渉信号を用いて、微小な欠陥が検出される。

【0115】

欠陥情報判定部２０５は、干渉信号生成部２３１、散乱波特徴量抽出部２３２ａ、直達波特徴量抽出部２３２ｂ、干渉信号特徴量抽出部２３２ｃ、及び信号統合処理部２４０を備える。まず、受信系統２２０ａの出力信号及び受信系統２２０ｂの出力信号は、いずれも、干渉信号生成部２３１に入力される。干渉信号生成部２３１は、制御装置２に備えられ、偏心配置受信プローブ１２０の出力信号（散乱波Ｕ１の信号）と同軸配置受信プローブ１４０の出力信号（直達波Ｕ３の信号）とを合成する。欠陥部Ｄにおいて発生する散乱波Ｕ１の位相と直達波Ｕ３の位相が異なるため、合成により生成された干渉信号では互いに相殺し、欠陥部Ｄにおける信号変化量が大きくなる。これにより、直達波Ｕ３の信号変化量を観測する、従来の阻止型よりも微小な欠陥Ｄを検出できる。

【0116】

ここで、干渉信号が生成する原理を、上記の図１０Ａ及び図１０Ｂを再度参照して説明する。図１０Ａは同軸配置受信プローブ１４０が受信する直達波Ｕ３の伝搬経路を模式的に示している。図１０Ｂは、偏心配置受信プローブ１２０が受信する散乱波Ｕ１の伝搬経路を模式的に示している。

【0117】

欠陥部Ｄの大きさ（径）が、送信された超音波ビームＵのビーム径よりも小さい場合を想定する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、そのような場合を想定した模式図である。この場合、図１０Ａに示すように、送信プローブ１１０（図１）から放出された超音波ビームＵの一部は欠陥部Ｄにより阻止されるが、欠陥部Ｄで阻止されない直達波Ｕ３は、同軸配置受信プローブ１４０に入射する。これに対して、図１０Ｂに示すように、欠陥部Ｄで散乱された散乱波Ｕ１が偏心配置受信プローブ１２０に入射する。散乱波Ｕ１は、図１０Ｂに示すように、同軸配置受信プローブ１４０に入射する超音波ビームＵとは伝搬経路が異なるため、波の位相が異なる。また、欠陥部Ｄで散乱される過程でも波の位相が変化する。

【0118】

このように、同軸配置受信プローブ１４０で受信する超音波と、偏心配置受信プローブ１２０で受信する超音波とは波の位相が異なる。このため、２つの受信信号を適切に合成すると、互いに打ち消し合う。ここでいう適切な合成とは、位相を反映させた合成であり、例えば周波数領域にフーリエ変換した合成等があるが、中でも、時間領域での信号合成が好ましい。即ち、干渉信号生成部２３１は、時間領域での信号合成を行うことが好ましい。時間領域での合成により、容易に合成できる。

【0119】

図２６Ａは、同軸配置受信プローブ１４０が受信する受信信号Ａの測定地点での変化を示す図である。図２６Ｂは、偏心配置受信プローブ１２０が受信する受信信号Ｂの測定地点での変化を示す図である。図２６Ｃは、干渉信号生成部２３１で合成した干渉信号Ｃの測定地点での変化を示す図である。これらの図では、横軸が測定位置のｘ座標、縦軸が振幅の最大値であり、欠陥部Ｄがｘ＝０の位置に存在する場合を示す。

【0120】

同軸配置受信プローブ１４０（図１０Ａ）が受信する受信信号Ａは、欠陥部Ｄの位置（ｘ＝０。以下同じ）で減少する。偏心配置受信プローブ１２０（図１０Ｂ）が受信する受信信号Ｂは散乱波Ｕ１に対応するので、欠陥部Ｄの位置で増加する。両者を合成した干渉信号Ｃは、欠陥部Ｄの位置で位相が異なる受信信号Ａと受信信号Ｂとの干渉効果により、受信信号Ａの単独よりも大きく減少する。従って、散乱波Ｕ１の受信信号Ｂは欠陥部Ｄの位置で大きくなるが（図２６Ｂ）、干渉信号生成部２３１から出力される干渉信号Ｃは、欠陥部Ｄの位置で小さくなる（図２６Ｃ）。小さくなる度合いは、同軸配置受信プローブ１４０の受信信号Ａ（図２６Ａ）と比べて大きくなる。

【0121】

このように、同軸配置受信プローブ１４０の受信信号と偏心配置受信プローブ１２０での受信信号とを干渉信号生成部２３１で合成することにより、欠陥部Ｄに起因する信号変化量を大きくでき、検出性能、特に検出感度を向上できる。

【0122】

図２５に戻って、受信系統２２０ａの出力信号及び受信系統２２０ｂの出力信号は、更に、それぞれ、散乱波特徴量抽出部２３２ａ及び直達波特徴量抽出部２３２ｂに入力される。散乱波特徴量抽出部２３２ａは、散乱波Ｕ１の信号波形から欠陥部Ｄに由来する特徴量を抽出する。直達波特徴量抽出部２３２ｂは、直達波Ｕ３の信号波形から欠陥部Ｄに由来する特徴量を抽出する。特徴量の抽出は、例えば、信号遅延時間を考慮して適切な遅延時間範囲の信号振幅の最大値の抽出、短時間フーリエ変換やウェーブレット変換などの周波数領域での特徴量抽出等である。

【0123】

また、干渉信号生成部２３１の出力信号は、干渉信号特徴量抽出部２３２ｃに入力される。干渉信号特徴量抽出部２３２ｃは、散乱波特徴量抽出部２３２ａ及び直達波特徴量抽出部２３２ｂと同様にして、生成した干渉信号の波形から欠陥部Ｄに由来する特徴量を抽出する。

【0124】

散乱波特徴量抽出部２３２ａ、直達波特徴量抽出部２３２ｂ及び干渉信号特徴量抽出部２３２ｃで得られた出力信号（抽出された特徴量）は、信号統合処理部２４０に入力される。信号統合処理部２４０は、特徴量が抽出された位置に欠陥部Ｄが存在すると判定する。信号統合処理部２４０は、欠陥部Ｄが存在すると判定された位置を、データ処理部２０１に出力する。

【0125】

欠陥情報判定部２０５によれば、大きな欠陥部Ｄから微小な欠陥部Ｄまでを検出でき、検出精度を向上できる。

【0126】

なお、散乱波特徴量抽出部２３２ａ、直達波特徴量抽出部２３２ｂ及び干渉信号特徴量抽出部２３２ｃは、信号統合処理部２４０を介さず、データ処理部２０１に出力してよい。このような構成にすると、３種類の情報に基づいて、複数種類の欠陥画像を映像化することが可能になるので、欠陥部Ｄに関するより多くの情報を取得できる。

【0127】

図２７は、第１０実施形態の超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。第１０実施形態では、同軸配置受信プローブ１４０の焦点距離Ｒ３は、偏心配置受信プローブ１２０の焦点距離Ｒ２よりも短い。これにより、同軸配置受信プローブ１４０の収束性が、偏心配置受信プローブ１２０の収束性よりも高まっている。

【0128】

同軸配置受信プローブ１４０の焦点距離Ｒ３を偏心配置受信プローブ１２０の焦点距離Ｒ２よりも短くすることで、送信プローブ１１０から放出される超音波ビームＵのうち、受信音軸ＡＸ２上の超音波ビームＵを同軸配置受信プローブ１４０が効率よく受信できる。一方で、散乱波Ｕ１は複数の伝搬経路を持つので、それを受信する偏心配置受信プローブ１２０は収束性を低くすることで、散乱波Ｕ１を十分に受信できる。このため、直達波Ｕ３及び散乱波Ｕ１のそれぞれの特性に合わせた収束性を持つ受信プローブ１２１を用いることで、より効率的に欠陥を検出できる。

【0129】

図２８は、第１１実施形態の超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。第１１実施形態では、偏心配置受信プローブ１２０及び同軸配置受信プローブ１４０の双方の機能を有するアレイ型プローブ１２２が使用される。アレイ型プローブ１２２は、複数個の感音素子１２２ａ（単位プローブ１２０ａ（図１８）としても機能する）が１次元的（図２８）又は２次元的（後記の図２９）に配置された受信プローブ１２１である。

【0130】

アレイ型プローブ１２２は、構成する１つの感音素子１２２ａの受信音軸ＡＸ２を送信音軸ＡＸ１と一致するように配置する。この位置に配置された感音素子１２２ａが、同軸配置受信プローブ１４０として機能する。残りの感音素子１２２ａは、上記の図１８に示す例と同様に、送信音軸ＡＸ１を中心とした図２８において紙面左右方向に連続的かつ対称に配置され、これらは偏心配置受信プローブ１２０として機能する。この例では、感音素子１２２ａは、１次元的に配置される。

【0131】

アレイ型プローブ１２２を使用し、感音素子１２２ａを１次元的に配置することで、感音素子１２２ａの設置数が少ないためアレイ型プローブ１２２の設置コストを削減でき、かつ、複数の感音素子１２２ａで散乱波Ｕ１を受信できる。また、欠陥Ｄが小さく、超音波伝搬が完全に阻止された場合でも、送信音軸ＡＸ１と一致する受信音軸ＡＸ２を有する感音素子１２２ａが信号量の減少を検知できる。これにより、小さな欠陥部Ｄから大きな欠陥部Ｄまで効率よく検出できる。

【0132】

図２９は、第１２実施形態の超音波検査装置Ｚの構成を示す図である。図２９は、送信プローブ１１０及びアレイ型プローブ１２２を、図１のｚ軸のマイナス側、つまり、アレイ型プローブ１２２の側から見た平面図である。上記の図２８では、アレイ型プローブ１２２を構成する感音素子１２２ａは、一方向にのみ１次元的に配置されていた。しかし、図２９に示すアレイ型プローブ１２２では、感音素子１２２ａはｘｙの二方向に２次元的に配置されている。図示の例では、感音素子１２２ａは、ｘｙの各方向に同数ずつ（７個ずつ）配置され、正方形状に配置される。しかし、感音素子１２２ａは、正方形状の配置に限られず、例えば長方形、円形、楕円形等の各形状に配置されてもよい。

【0133】

アレイ型プローブ１２２を使用し、感音素子１２２ａを２次元的に配置することで、多くの感音素子１２２ａにより散乱波Ｕ１を受信でき散乱波Ｕ１の検出漏れを抑制できる。また、欠陥部Ｄが小さく、超音波伝搬が完全に阻止された場合でも、送信音軸ＡＸ１と一致する受信音軸ＡＸ２を有する感音素子１２２ａが信号量の減少を検知できる。これにより、小さな欠陥部Ｄから大きな欠陥部Ｄまで効率よく検出できる。

【0134】

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、本実施形態の構成が有効である。本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。

【0135】

本発明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発明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。

【0136】

また、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２２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。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、ＨＤに格納すること以外に、メモリ２５１や、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）カードや、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。

【0137】

また、各実施形態において、制御線や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や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】

【0138】

１ 走査計測装置
１０１ 筐体
１０２ 試料台
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
１１７，１１８ リード線
１２０ 偏心配置受信プローブ（受信プローブ）
１２０ａ 単位プローブ
１２１ 受信プローブ
１２２ アレイ型プローブ（送信プローブ、受信プローブ）
１２２ａ 感音素子
１４０ 同軸配置受信プローブ（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
２０５ 欠陥情報判定部
２１０ 送信系統
２１１ 波形発生器
２１２ 出力アンプ
２２０，２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ 受信系統
２２１ 波形解析部
２２２ 信号アンプ
２３１ 干渉信号生成部
２３２ａ 散乱波特徴量抽出部
２３２ｂ 直達波特徴量抽出部
２３２ｃ 干渉信号特徴量抽出部
２４０ 信号統合処理部
Ａ，Ｂ 受信信号
ＡＸ１ 送信音軸
ＡＸ２ 受信音軸
Ｃ 干渉信号
Ｄ 欠陥部
Ｅ 被検査体
Ｌ 偏心距離
Ｎ 健全部
Ｐ 探触子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 焦点距離
Ｓ１０１ 放出ステップ
Ｓ１０２ 受信ステップ
Ｓ１０３ 解析ステップ
Ｓ１０４ 判定ステップ
Ｓ１０５ 通知ステップ
Ｔ１，Ｔ２ ビーム入射面積
Ｕ，Ｕ２ 超音波ビーム
Ｕ１ 散乱波
Ｕ３ 直達波
Ｚ 超音波検査装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26A】

【図26B】

【図26C】

【図27】

【図28】

【図29】