超音波探傷方法及び装置
【課題】迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られる超音波探傷方法及び装置を提供することにある。
【解決手段】アレイ型超音波センサ１０１を構成する素子のうち、画素化設定部１０２Ｆで設定された１素子で送信し、１素子で受信した素信号を記録する。計算機１０２Ｇは、複数個のセンサ中心位置に対して、遅延時間設定部１０２Ｅにより設定された焦点位置を基準とした遅延時間により素信号を合成することで、全画素で焦点を結んだ探傷画像を複数枚合成し、さらなる高ＳＮ比の画像が得られ、また、画素位置を局所的に変化させることで、より迅速に、高分解能・高ＳＮ比の超音波探傷結果を提供することができる。
【解決手段】アレイ型超音波センサ１０１を構成する素子のうち、画素化設定部１０２Ｆで設定された１素子で送信し、１素子で受信した素信号を記録する。計算機１０２Ｇは、複数個のセンサ中心位置に対して、遅延時間設定部１０２Ｅにより設定された焦点位置を基準とした遅延時間により素信号を合成することで、全画素で焦点を結んだ探傷画像を複数枚合成し、さらなる高ＳＮ比の画像が得られ、また、画素位置を局所的に変化させることで、より迅速に、高分解能・高ＳＮ比の超音波探傷結果を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊検査手法のひとつである超音波探傷方法及び装置に係り、特に、アレイ型の超音波センサ（超音波アレイ探触子）を用いた全波形サンプリング方式による欠陥映像化に好適な超音波探傷方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造材などを検査対象とした超音波探傷法では、従来から超音波の送信と受信に単一の素子からなる超音波センサを用い、検査対象内部の欠陥などにより反射された超音波信号を検出し、伝播時間と超音波センサの位置に基づいて欠陥の検出を行っている。
【０００３】
このとき、超音波センサを移動させては欠陥からの反射波が得られる位置を求め、検査対象の底面(遠い方の境界面)又は表面(近い方の境界面)からの反射波の受信時間の差と、材料音速(検査対象材料中の音速)の積算により、当該欠陥の寸法を同定している。
【０００４】
この方法は、動作原理が単純明快であり、装置も比較的簡便で済むので、一般的な欠陥検査によく用いられているが、超音波反射波を計測し反射波の受信時間だけから欠陥を評価しなければならないため、高精度な検査には熟練した検査員を要する上、計測に多大の時間が必要であった。
【０００５】
一方、近年では、フェーズドアレイ法や開口合成法などとして知られているように、検査対象内部を高精度に画像化して検査する探傷方法が開発されている(例えば、非特許文献１参照。)。
【０００６】
フェーズドアレイ法は、圧電振動素子を複数個配列した、いわゆる超音波アレイ探触子を使用し、各圧電振動素子から送信される超音波の波面が干渉し合成波面を形成して伝播していくという原理に基づいたものである。従って、各圧電振動素子の超音波送信タイミングを遅延制御し、それぞれのタイミングをずらすことで、超音波の入射角度が制御でき、超音波を集束させることができる。
【０００７】
また、超音波の受信に際しても、各圧電振動素子で受信した反射超音波をずらして加算することで、送信時と同様、超音波の受信入射角度を制御したり、焦点を合わせて超音波を受信したりすることができる。
【０００８】
そして、このフェーズドアレイ法としては、圧電振動子を直線的に走査するリニアスキャン方式や、超音波の送信と受信方向を扇状に変化させるセクタスキャン方式が一般的に知られている。何れの方式の場合も、超音波センサを動かすことなく超音波を高速に走査したり、超音波センサを交換することなく超音波の入射角度や集束深さの位置を任意に制御したりすることができ、従って高速且つ高精度の検査が可能な技術であるということができる。
【０００９】
一方、開口合成法は、検査対象内に波動が広く拡散するようにして超音波を送信し、反射超音波信号を受信した場合、受信された反射超音波の音源となる欠陥の位置は、超音波を送信し受信した圧電振動素子の位置を中心とし、反射超音波の伝播距離を半径とした円弧上（または、送信用と受信用の圧電振動子が異なる場合には、送信用圧電振動子と受信用圧電振動子を焦点位置とする楕円弧上）に存在するという原理に基づいたものである。このため、圧電振動素子の位置を順次変えて超音波の送信と受信を行い、各位置における受信信号を、電子計算機上で演算して円弧状（または楕円弧状）に広げることにより、超音波反射源となる欠陥の存在位置に前記の円弧の交点が集中し、欠陥の位置が特定されるようにするものである。
【００１０】
実際には超音波センサの位置と、その位置での超音波波形信号を用い、電子計算機上で演算処理することで高分解能な画像化を行う技術であり、このときの演算処理の内容に付いては、非特許文献１に記載されている。
【００１１】
さらに、超音波アレイ探触子から発振した超音波の入射角度を振ってセクタスキャンにより検査対象内部を探傷しながら、順次、超音波の送受信位置を移動し、移動させては取得した探傷画像を、送受信位置だけずらしながら加算あるいは平均化することで、複数枚の画像から映像を合成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−３０８５６６号公報
【非特許文献１】近藤倫正、大橋由昌、実森彰郎共著，ディジタル信号処理シリーズ１２巻「計測・センサにおけるディジタル信号処理」，１９９３年５月２０日，昭晃堂発行，１４３頁〜１８６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
まず、上記従来技術の中で、フェーズドアレイ法の場合、超音波の入射角度や集束位置を複数の圧電振動素子により任意に制御し、高速且つ高精度の検査が行える利点がある反面、設定した集束深さ位置にしか焦点が合わないため、集束していない深さ位置では非集束となり、この結果、当該焦点が合っていない深さ位置においては、空間分解能が低下するという問題があった。
【００１４】
また、このフェーズドアレイ法を利用して、検査対象の全ての深さ位置に逐次焦点を合わせては超音波走査を行おうとすると、焦点位置の設定を少しずつ変化させながら探傷するという手順を繰り返す必要があり、検査及びその評価に膨大な時間を要してしまい、現実的ではないという問題があった。
【００１５】
次に、上記従来技術の中で、開口合成法の場合には、超音波の送信点と受信点の各々の波形を電子計算機上で演算処理するので、高分解能の画像化が可能であるという利点がある反面、一般に、映像化する範囲及びそのピッチ（空間分解能）を映像化前に予め決定しておき、電子計算機上で高度な演算処理を行う必要がある。従って、より分解能の良い映像として映像化するためには、非常に大量の演算が必要となり、例えば、検査の現場で探傷画像を短時間に評価することが困難であるという問題があった。
【００１６】
また、特許文献１記載のものでは、映像化に用いる元となっている信号は、通常のフェーズドアレイ法（セクタスキャン法）で得られる画像であるので、フェーズドアレイ法の本質的な課題、すなわち、設定した集束深さ位置にしか焦点が合わないため、集束していない深さ位置では非集束となり、当該焦点が合っていない深さ位置においては、空間分解能が低下するという問題が依然として残されたままである。
【００１７】
本発明の目的は、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られる超音波探傷方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置であって、前記超音波アレイ探触子は、Ｎ個の圧電素子を備え、該Ｎ個の圧電素子の内、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信するための素子切替手段と、該切替手段により送受信の素子を切り替えて得られる合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を記録する記録手段と、複数個のセンサ中心位置と、送信に使用するＫ個（１≦Ｋ≦Ｎ）の送信用素子と、受信に使用するＬ個（１≦Ｌ≦Ｎ）の受信用素子を設定する受信用素子設定手段と、画像表示のための画素位置を設定する画素位置設定手段と、前記素信号に対して、前記受信用素子設定手段により設定された送信用及び受信用素子、及び、前記センサ中心位置と前記焦点位置を基準とした、遅延時間を与えて信号を合成する演算手段と、該演算手段により合成された合成信号を表示する表示部を備え、前記合成信号について前記複数個のセンサ中心位置を基準とする信号を加算または平均して表示することにより、前記被検体の内部を前記表示部に映像化するようにしたものである。
かかる構成により、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られるものとなる。
【００１９】
（２）上記（１）において、好ましくは、映像表示のための前記画素位置について、画素の位置またはサイズについて設定する位置サイズ設定手段を有するものである。
【００２０】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷方法であって、前記超音波アレイ探触子を構成するＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化するようにしたものである。
かかる方法により、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られるものとなる。
【００２１】
（４）上記（３）において、好ましくは、厚さ及び音速が既知である試験体に対して、前記試験体の内部または表面の形状変化部または前記試験体の底面を反射源とし、ｉ番目の素子で送信し、送信と同一のｉ番目の素子で受信した、１個以上の校正用素信号（参照信号）により、圧電素子の特性を測定し、前記特性を補償する処理を行ったのちに、被検体の探傷により得られる最大Ｎ×Ｎ個の素信号を映像化するようにしたものである。
【００２２】
（５）上記（３）において、好ましくは、部分的に選択された領域で、映像表示のための画素位置の間隔またはサイズについて、前記選択領域の周囲とは異なる画素位置の間隔またはサイズで表示するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図１〜図１６を用いて、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【００２５】
本実施形態の超音波探傷装置は、超音波アレイ探触子１０１と、送受信部１０２と、探傷画像を表示する表示部１０３とから構成されている。超音波アレイ探触子１０１は、検査対象となる被検体１００に対して、超音波を入射する。送受信部１０２は、被検体１００からの反射波を用いて、例えば、被検体１００の内部または表面における欠陥や亀裂、割れなどの反射源１１０を映像化により探傷する。
【００２６】
超音波アレイ探触子１０１は、図示のように、基本的には超音波を発生し受信する複数個の圧電振動素子１０４で構成される。超音波アレイ探触子１０１は、被検体１００の探傷面に、接触媒質（水、グリセリンなどの液体）またはシュー（アクリル等の合成樹脂製）を介して設置される。超音波アレイ探触子１０１は、送受信部１０２から供給される駆動信号により超音波１０５を発生し、これを被検体１００内に伝搬させ、これにより現れる反射波（エコー）１０６を検知して受信信号を送受信部１０２に入力する。
【００２７】
送受信部１０２は、超音波アレイ探触子１０１により超音波の送受信を行うものである。送受信部１０２は、パルサー１０２Ａ、レシーバ１０２Ｂ、データ収録部１０２Ｃ、素子切替部１０２Ｄ、遅延時間設定部１０２Ｅ、映像化設定部１０２Ｆ、計算機１０２Ｇ、記憶部１０２Ｈを備える。パルサー１０２Ａは駆動振動を超音波アレイ探触子１０１に供給し、これにより超音波アレイ探触子１０１から入力される受信信号をレシーバ１０２Ｂが処理する。
【００２８】
このとき、計算機１０２Ｇは、パルサー１０２Ａ、レシーバ１０２Ｂ、データ収録部１０２Ｃ、素子切替部１０２Ｄ、遅延時間設定部１０２Ｅ、映像化設定部１０２Ｆを制御し、必要な動作が得られるようにする。また、計算機１０２Ｇは、データ収録部１０２Ｃで受信された信号を合成して映像化を行うものである。
【００２９】
まず、素子切替部１０２Ｄは、送信及び受信に用いる素子を切替る。たとえば、超音波アレイ探触子１０１がＮ個の圧電振動素子１０４から構成される場合、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信する、という動作を繰り返し、送信でＮパターン、受信でＮパターン、最大で合計Ｎ×Ｎパターンの送受信の組み合わせについて、パルサー１０２Ａ及びレシーバ１０２Ｂと接続すべき素子を順次切替る。
【００３０】
次に、データ収録部１０２Ｃは、前述した最大Ｎ×Ｎパターンに対応した、最大Ｎ×Ｎ個の受信信号（素信号）について、ＡＤ変換等を行い、受信信号を記録する。
【００３１】
ここで、本実施形態の説明では、ｉ番目の素子１個で送信し、ｊ番目の素子１個で受信することで得られる最も基本的な受信信号のことを素信号φｉｊと記すこととする。
【００３２】
また、遅延時間設定部１０２Ｅは、映像化設定部１０２Ｆにおける、画素位置設定部、センサ中心位置設定部、送受信位置設定部により決定される値に基づいて、受信信号に与えるべきタイミングのシフト量（遅延時間）を計算し、最大Ｎ×Ｎ個の素信号それぞれに対して時間軸をプラスまたはマイナスにシフトさせる処理を行う。なお、素信号の数は最大Ｎ×Ｎ個ではあるが、送信にＮ個のうちＫ個、受信にＮ個のうちＬ個を使用した場合、素波形φｉｊの数は、Ｋ×Ｌ個となる。
【００３３】
ここで、図２を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の計算方法について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の計算方法の説明図である。
【００３４】
ここでは、送信にＫ個、受信にＬ個の素子を使うものとする。また、図１に示した映像化設定部１０２Ｆの画素位置設定部において、映像化のための画素位置として、点Ｆ（２０１）が設定されているとして、以下説明する。
【００３５】
映像化設定部１０２Ｆの送受信位置設定部において、ｉ番目の素子を送信用、ｊ番目の素子を受信用と設定することとする。また、それぞれ、送信用素子の位置を点Ｉ（図２の符号２０２）、受信用素子の位置を点Ｊ（図２の符号２０３）とする。また、映像化設定部１０２Ｆのセンサ中心位置設定部において、センサ中心を点Ｃ（図２の符号１０１Ａ）と設定することとする。この場合、ｉ番目素子から送信されてｊ番目素子で受信される素信号が、あたかもセンサ中心位置Ｃ（図２の符号２０２）から送信及び受信されたのと同等であると見なし得るように、遅延時間設定部１０２Ｅにより、遅延時間が設定される。
【００３６】
以下、説明をわかりやすくするために、画素位置Ｆ（図２の符号２０１）に超音波を反射する反射源が存在すると仮定する。センサ中心位置Ｃを基準として考えると、画素位置Ｆに送信され、点Ｆで反射され、再度センサ中心位置Ｃで受信される信号は、送信経路がＣＦ、受信経路がＦＣとなるため、素信号は、図２の下の（１）経路ＣＦ→ＦＣに示される、符号２１０で示す波形のように模式的に書くことができる。ここで、たとえば、Ｔ（ＣＦ）は経路ＣＦを超音波が伝わる伝播時間を表す。
【００３７】
次に、ｉ番目の送信用素子から超音波が送信され、点Ｆで反射され、ｊ番目の受信用素子により受信される信号は、送信経路がＩＦ、受信経路がＦＪとなるため、素信号φｉｊは、図２の下の（２）経路ＩＦ→ＦＪΦｉｊに示される、符号２１１Ａで示す波形のように模式的に書くことができる。
【００３８】
送信がｉ番目素子、受信がｊ番目素子である場合の遅延時間をΔＴ（ｉ,ｊ）と書くとする。遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）の値は、ｉ番目素子、受信がｊ番目素子である場合の素信号が、あたかもセンサ中心Ｃにおいて送受信されたように見なすための変換であるから、遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）は、式（１）のように書くことができる。
【００３９】
【数１】
【００４０】
このように遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を定義すると、送信経路がＩＦ、受信経路がＦＪである素信号は、遅延時間分を考慮すると、図２の下のΦｉｊに示すように、素信号２１１Ｂのように書くことができ、センサ中心Ｃで送受信するときの素信号２１０と伝播時間が等しくなることがわかる。このように、画素位置Ｆを基準として遅延時間を設定することは、素信号が画素位置Ｆで同位相になることから、画素位置Ｆは焦点位置とみなすことができ、本実施形態による方法では、映像化対象となるすべての画素位置で焦点を結ぶ高解像度な探傷結果を得ることが可能である。
【００４１】
次に、図３〜図６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例について説明する。
図３〜図６は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【００４２】
例えば、図３に示すように、画素位置は、実際には、空間的に分布して設定される。そこで、画素位置Ｆ１（図３の符号３０１），Ｆ２（図３の符号３０２），Ｆ３（図３の符号３０３）のように、センサ中心から見て、左斜め下（Ｆ１）、真下（Ｆ２），右斜め下（Ｆ３）の場合について、具体的に遅延時間を計算する。
【００４３】
図４は、図３の画素位置Ｆ１に対して算出された遅延時間を示している。図５は、図３の画素位置Ｆ２に対して算出された遅延時間を示している。図６は、図３の画素位置Ｆ３に対して算出された遅延時間を示している。
【００４４】
図４〜図６では、超音波アレイ探触子は８個の素子で構成されており、被検体の超音波音速が５９００ｍ／秒（たとえば、炭素鋼など）、センサ中心Ｃと各画素位置（Ｆ１〜Ｆ３）の距離は３０ｍｍ、素子のピッチは１ｍｍ間隔である。このとき、図４〜図６は、送信用素子の番号（Ｔ）を横軸に、受信用素子の番号（Ｒ）を縦軸にして、遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を表でまとめたものである。なお、単位はｎｓである。
【００４５】
図３〜図６のように、映像化設定部１０２Ｆで、画素位置（点Ｆ）、センサ中心位置（点Ｃ）、送受信位置（点Ｉおよび点Ｊ）が設定されると、遅延時間設定部１０２Ｅは、被検体の音速から、遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を具体的に求めることができる。
【００４６】
次に、図７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を考慮したＫ×Ｌ個の素信号を映像化する手順について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を考慮したＫ×Ｌ個の素信号を映像化する手順の説明図である。
【００４７】
最終的には、画素位置Ｆ及びセンサ中心位置Ｃも複数箇所に設定するのであるが、最初は、画素位置Ｆ及びセンサ中心位置Ｃを１箇所に固定した場合について説明し、次に複数の画素位置Ｆについて、最後に、複数のセンサ中心位置Ｃについて説明する。
【００４８】
最初に、ある画素位置Ｆ（図７の符号２０１）についての、映像化結果を得る場合について説明する。ｉ番目素子で送信し、ｊ番目素子で受信して得られる素信号φｉｊ（ｔ）に対して、上述の遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）をシフトさせた素信号をΦｉｊと書く。
【００４９】
例えば、送信用として、ｉ番目素子を設定し、受信用の素子を１〜Ｌまで順々に変化させる。これを１セットとして、次に、送信用の素子を（ｉ＋１）番目素子に設定し、同様に、受信用の素子を１〜Ｌまで順々に変化させる。
【００５０】
この手順を送信素子が１〜Ｋまで繰り返すことで、素信号が合計Ｋ×Ｌ個受信される。これらの素信号に対して、遅延時間設定部１０２Ｅにおいて、センサ中心位置Ｃおよび画素位置Ｆを想定した遅延時間分のシフトが素信号に与えられ、記憶部１０２Ｈに素波形Φｉｊ（Ｋ×Ｌ個）が記録される。
【００５１】
これらの素波形Φｉｊについて、センサ中心位置Ｃおよび画素位置Ｆから、画素位置Ｆに対する往復伝播時間ｔ（ｉ,ｊ）＝Ｔ（ＩＦ）＋Ｔ（ＦＪ）−ΔＴ（ｉ,ｊ）に相当する振幅値Φｉｊ（ｔ（ｉ,ｊ））を求め、式（２）のように、素信号の振幅値を素子ｉ及びｊについて繰り返し計算して加算して、素波形の振幅の合成値Ａ（Ｆ）を算出する。
【００５２】
【数２】
【００５３】
このように求めた、素波形の振幅の合成値Ａ（Ｆ）により、画素位置Ｆ（図２の符号２０１）の映像化を行う。例えば、合成値Ａ（Ｆ）の振幅値の大きさに応じた白黒またはカラーの色を用いて画素を表示する。
【００５４】
次に、図８〜図１１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容について説明する。
図８〜図１１は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【００５５】
図７で説明した手順は、１箇所に固定されたセンサ中心位置Ｃと、１箇所に固定された画素位置Ｆに対する映像化処理についての説明であった。それに対して、図８〜図１１により、画素位置Ｆを変化させる状況について説明する。
【００５６】
被検体の内部について、ひびや欠陥などの反射源の有無を非破壊的に検査するために、本実施形態においても、被検体内部の広い領域を映像化することができる。例えば画素位置の分布として、図８のように、矩形で指定された範囲８０２の内部を、画素位置F８０１を２次元的に等間隔に分布させる方法がある。これは、例えば、横方向の画素位置のピッチをΔＹ、縦方向の画素位置のピッチをΔＺとおくと、画素位置に対するインデックスｍ及びｎをもちいて、Ｆ（ｍ, ｎ）のＹＺ座標は、（ｍΔＹ、ｎΔＺ）と表すことができる。
【００５７】
ある画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）８０１に対して、上述したように、センサ中心位置を基準として遅延時間を考慮した素波形を合成することで、それぞれの画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）での合成値 Ａ（Ｆ（ｍ, ｎ））を求めることができる。このようにして得られた合成値Ａを画素位置Ｆに対するマップを空間的に表示したものを、探傷画像と呼ぶこととする。
【００５８】
なお、画素位置Ｆの分布として、図８に示した、等間隔のグリッド状のもの以外に、図９に示すように、例えば、扇形の範囲９０２の内部でグリッド状に画素位置Ｆ９０１を分布させてもよいものである。
【００５９】
なお、図１０及び図１１は、図１７及び図１８にて説明する簡易表示モードに関するものであり、この点については、図１７及び図１８と共に、後述する。
【００６０】
次に、図１２及び図１３を用いて、本実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置Ｃを変化させる状況について説明する。
図１２及び図１３は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置を変化させる状況の説明図である。
【００６１】
これまでの説明では、センサ中心位置Ｃを１箇所に固定し、画素位置Ｆを空間的に分布させる場合についてであったが、本実施形態では、センサ中心位置Ｃを移動させて映像化を行う。
【００６２】
図１２は、図８に示したセンサ中心位置Ｃに対して矩形に画素位置を分布させて探傷画像を描画する場合の、センサ中心を移動させる例について示している。センサ中心位置を点Ｃ（ｐ−１）１２０１に設定する。この状況で、送信用としてＫ個の素子、受信用としてＬ個の素子を用いて、空間に分布した画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）について、１箇所の画素位置あたり、Ｋ×Ｌ個の素波形を合成して、矩形領域１２０４内で合成値 Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。次に、センサ中心位置を点Ｃ（ｐ）１２０２に設定し、同様に矩形領域１２０５で合成信号Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。以下、順々にセンサ中心位置を移動しながら、同様にそれぞれの矩形領域内で、画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）に対する合成値Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。センサ中心位置の数を表すインデックスｐについて、ｐ＝１〜Ｑであれば、合計で、Ｑ枚の矩形の探傷画像が得られる。
【００６３】
図１３は、図９に示したセンサ中心位置に対して扇形に描画する例について、センサ中心位置を移動させる場合を示している。図１２の場合と同様に、扇形１３０４の領域内で合成値 Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算し、次に、センサ中心位置として点Ｃ（ｐ）１３０２に設定し、同様に扇形１３０５の領域内で合成波形Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。以下、順々にセンサ中心位置を移動しながら、同様の処理を行う。センサ中心位置が全部でＱ箇所移動する場合には、矩形の探傷画像がＱ枚得られる。
【００６４】
次に、図１４を用いて、本実施形態による超音波探傷装置におけるＱ枚の探傷画像の合成方法について説明する。
図１４は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるＱ枚の探傷画像の合成方法の説明図である。
【００６５】
なお、図１４は、図８及び図１２にて説明した、一箇所のセンサ中心位置に対して矩形に画素位置を分布させる場合についての説明図であるが、画素位置の分布が扇形などの場合であっても同様の手順となる。
【００６６】
図１４に示すように、センサ中心位置をＣ（ｐ−１）１２０１に設定したとき、遅延時間を考慮した複数個の素信号を加算（数２参照）することで、映像化領域１２０４内で、各画素位置Ｆ（ｍ,ｎ）に対する映像化のための合成値Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ（ｍ,ｎ））が求められ、探傷画像（ｐ−１）１２０４を描画することができる。
【００６７】
ここで、ある特定の画素位置Ｆ’に注目してみると、センサ中心位置がＣ（ｐ−１）にある場合の合成値は、Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ’）となる。次に、センサ中心位置をＣ（ｐ）に移動した場合、画素位置Ｆ’の合成値は、同様に、Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ’）となり、センサ中心位置がＱ箇所移動したとすれば、ある特定の画素位置Ｆ’に対する合成値として、Ａ（Ｃ（１）；Ｆ’）〜Ａ（Ｃ（Ｑ）；Ｆ’）のＱ個の値が得られることになる。
【００６８】
これらのＱ個の合成値Ａ（Ｃ；Ｆ’）について、式（３）に示す加算平均処理を行うことで、画素位置Ｆ’に対する最終的な処理値Ｓ（Ｆ’）を得ることができる。
【００６９】
【数３】
【００７０】
ここで、式（３）のＮｐは、映像化する当該画素位置Ｆ’に対する合成値Ａの個数であり、たとえば、映像化領域１２１１のように、複数個の３個の合成値Ａ（ｐ−１）〜Ａ（ｐ＋１）について加算平均処理を行う場合には、Ｎｐ＝３となる。一般的に、センサ中心位置がＱ箇所移動するのであれば、Ｎｐ＝Ｑとなる。ただし、映像化領域１２１２のように、探傷画像の端の方では、センサ中心が移動したときに探傷画像が重ならない領域が出てくる場合も想定される。このような場合は、当該映像化領域に寄与した探傷画像の枚数をＮｐの値として設定する。
【００７１】
このようにして加算平均された処理値Ｓ（Ｆ）を画素位置Ｆについてのマップを空間的に描画させることで処理画像１２１０を得ることができ、図１の表示部１０３に処理画像が表示される。
【００７２】
次に、図１５を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法について説明する。
図１５は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【００７３】
Ｎ個の圧電素子で構成される超音波アレイ探触子１０１を被検体１００に設置する。処理の初期のステップは、素波形の記録（ステップＳ１５０１〜ステップＳ１５０２）と初期設定（ステップＳ１５１１〜１５１３）の２つの処理から構成される。
【００７４】
最初に、Ｎ個の圧電素子のうちｉ番目素子から超音波を送信し、ｊ番目素子で素信号として超音波信号を受信する。この素信号は、ｉとｊについて繰り返すことで、最大Ｎ×Ｎ個となる（ステップＳ１５０１）。これらの素信号をいったん記憶部１０２Ｈに記録する（ステップＳ１５０２）。例えば、超音波アレイ探触子が６４個の圧電素子から構成されている場合には、６４×６４＝４０９６個の素信号が記録される。
【００７５】
もう一つの処理として、映像化の条件を設定する。まず、映像化すべき画素位置を設定する（ステップＳ１５１１）。例えば、被検体の深さ方向５０ｍｍ、深さ方向に直交する方向に１００ｍｍ、画素の大きさを０．５ｍｍピッチとすれば、１００×２００＝２００００点の画素位置が設定される。次に、センサ中心位置及び送受信位置を設定する（ステップＳ１５１２，ステップＳ１５１３）。例えば、超音波アレイ探触子が６４個の圧電素子から構成されている場合に、最初の１〜２４番目の素子をひとつのグループとして考え、センサ中心位置の初期値を１〜２４素子の中心に設定する。このとき、初期のセンサ中心位置に対しては、仮想的に、送信位置は１〜２４番目の各素子、受信位置は１〜２４番目の各素子に対応する位置として設定される。
【００７６】
次に、映像化の処理（ステップＳ１５２１〜ステップＳ１５２７）に移る。映像化処理の最初として、ある画素位置を設定する（ステップＳ１５２１）。次に、センサ中心位置を設定し（ステップＳ１５２２），センサ中心位置及び送受信位置の初期値から、数１により当該画素位置に対する遅延時間ΔＴを計算し、最初に記録した素信号を時間分シフトさせ、素信号Φｉｊを計算する（ステップＳ１５２３）。
【００７７】
次に、この素信号Φｉｊを数２に従って処理することで、合成値Ａ（Ｃ；Ｆ）を計算する（ステップＳ１５２４）。これは、あるセンサ中心位置に対する合成値であるので、センサ中心位置に対して繰り返し計算を行う。具体的には、先ほどの例のように、超音波アレイ探触子が６４個の圧電素子から構成されている場合には、２〜２５番目の素子を次のグループとして考え、センサ中心を２〜２５番目の素子の中心に設定する。なお、このセンサ中心位置に対しては、送信位置は２〜２５番目の各素子、受信位置は２〜２５番目の各素子の位置として設定される。センサ中心位置を移動させて、それぞれのセンサ中心位置に対する合成値Ａ（Ｃ;Ｆ）を計算し、前述の式（３）に従って、ある画素位置Ｆに対する処理値Ｓ（Ｆ）を計算する（ステップＳ１５２５）。
【００７８】
以上の処理は、ある一箇所の画素位置に対する処理値であったので、ステップＳ１５２１〜ステップＳ１５２５のステップを画素位置に対して繰り返し計算を行う。
【００７９】
最後に、処理値Ｓの画素位置Ｆに対するマップを作成し（ステップＳ１５２６）、処理画像として表示部１０３に表示する（ステップＳ１５２７）。
【００８０】
次に、図１６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置によって得られる処理画像の例について説明する。
図１６は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置によって得られる処理画像の例の説明図である。
【００８１】
図１６は、本実施形態によって得られる処理画像の例として、センサ中心位置がＣ（ｐ−１）〜Ｃ（ｐ＋１）まで変化した場合を模式的に示している。超音波探傷の対象は、被検体１００の内部または表面に存在する反射源１１０とする。あるセンサ中心位置での探傷画像１２０４には、被検体の底面からの反射波（底面エコー１６０１）と、反射源の先端からの反射波（欠陥先端エコー１６０２）と反射源の底面への開口部からの反射波（欠陥コーナーエコー１６０３）が映像化されている。この探傷画像については、映像化領域内の全ての画素に対して遅延時間を考慮しているため、分解能及びＳＮ比の向上した映像となっている。
【００８２】
しかしこれらの信号以外に、被検体の材料特性によるノイズ信号（結晶粒が大きい場合や溶接部の場合などに発生する材料中での超音波の散乱エコー）や電気的ノイズなど、本来探傷にとってノイズとなる信号１６１０Ａも映像化される可能性がある。
【００８３】
センサ中心位置を移動させた場合、底面エコー１６０１、欠陥先端エコー１６０２、欠陥コーナーエコー１６０３及びノイズが映像化されるが、底面や欠陥に起因する信号は、反射源の位置が一定であることから、それらが映像化される座標は、ほぼ同じとなるという特徴がある。一方、材料ノイズや電気ノイズ１６１０Ａ，１６１０Ｂ，１６１０Ｃは、映像化される位置がランダムとなる特徴がある。
【００８４】
本発明では、センサ中心位置の異なる複数個の探傷画像を加算平均処理することで、図１６の最下段に示す最終的な処理画像１２１０を合成している。こうすることで、映像化の際にその座標があまり変わらない信号については、加算平均することで信号が強められ、一方、ランダムに座標が変わるノイズに対しては、加算平均することでその強度は弱くなる。この加算平均処理により、底面エコー１６０１及び欠陥コーナーエコー１６０３が深さ位置１６０５に、欠陥先端エコー１６０２が深さ位置１６０４に、それぞれ映像化されることとなる。
【００８５】
したがって、本実施形態で得られる処理画像は、加算平均処理により、さらにＳＮ比の高い映像を得ることができる。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波アレイ探触子にＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することで、第一に映像を表示する領域内のすべての画素位置について焦点を絞った高分解能な探傷画像を得ることができ、第二にそれらの探傷画像を加算または平均処理することで、高ＳＮ比な画像を得ることができる。
【００８７】
次に、図１７〜図１９を用いて、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の構成は、図１に示したものと同様である。
図１７及び図１８は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。図１９は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置における詳細画像化範囲の設定の説明図である。
【００８８】
図１７に示すフローチャートでは、図１５に示したフローチャートに対して、簡易表示モードに関する処理（ステップＳ１７０１）が加えられている。
【００８９】
図１８は、図１７のステップＳ１７０１の前記簡易表示モードの処理の詳細を示すフローチャートである。まず、簡易モードの映像化の初期設定として、画素位置、センサ中心位置、送受信位置を設定する（ステップＳ１８０１）。例えば、矩形の領域を映像化する例で説明すると、第１の実施例で図８のように画素位置Ｆを設定したが、第２の実施例における簡易モードでは、図１０（Ａ）のように、画素位置Ｆを互いに粗い間隔となるように設定する。
【００９０】
次に、画素位置を設定し（ステップＳ１８０２）、センサ中心位置を設定する（ステップＳ１８０３）。ここで、センサ中心位置の設定について、簡易モードでは、必ずしもセンサ中心位置を移動させる必要はなく、１箇所以上の場所でセンサ中心位置を設定すればよい。センサ中心位置Ｃおよび画素位置Ｆに対して、遅延時間を計算し（ステップＳ１８０４）、合成値Ａ（Ｃ；Ｆ）を計算する（ステップＳ１８０５）。その後、画素位置に対する繰り返し計算を実行する（ステップＳ１８０６）。
【００９１】
次に、簡易処理による処理値Ｓ（Ｆ）のＦに対するマップ（簡易処理画像）を作成する（ステップＳ１８０７）。次に、この簡易処理画像を表示し（ステップＳ１８０８）、詳細モードで映像化を行う範囲を設定する（ステップＳ１８０９）。
【００９２】
ここで詳細映像化範囲の設定について、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１９（Ａ）、１９（Ｂ）を用いて詳細に説明する。
【００９３】
図１０（Ａ）は、前述のように、センサ中心Ｃの場合における簡易モードの画素位置Ｆの設定例である。簡易モードでは、画素位置Ｆ１００１Ａを粗いピッチで設定しているために、短い計算時間、かつ、少ない計算リソースで、分解能は粗いものの高速・簡便に被検体内部の映像を得ることができる。ここで、簡易処理画像を表示した場合に、領域１００３において、被検体内部から何らかの反射波が映像化されていると仮定する。詳細モードでは、注目したい領域について、より詳細に映像化することが可能なモードである。たとえば、領域１００３内を詳細に見たいのであれば、その範囲内において、より細かい間隔で画素位置Ｆ１００１Ｂを設定し映像化すればよい。例えば、簡易モードで図１９（Ａ）のような画像が得られたとする。簡易画像からは、信号１９１０が被検体底面による信号であり、信号１９１１及び１９１２が欠陥による信号であることが予想される。そこで、水平カーソル（１９０１Ｓ、１９０１Ｅ）及び垂直カーソル（１９０２Ｓ、１９０２Ｅ）により、詳細に映像化したい範囲を指定する。詳細に指定したい範囲は複数個指定してもよく、ユーザが手動で設定する場合と、処理値Ｓ（Ｆ）がある閾値を超えるような簡易処理の画素位置Ｆを含む範囲を自動的に詳細映像化範囲として設定する自動処理の場合の、いずれを用いてもよい。詳細映像化範囲内の画素位置について、例えば、図１９（Ｂ）に示すような入力手段を用いて、画素のサイズ（画素位置の間隔）を設定する。
【００９４】
このようにして簡易表示モードで、詳細映像化の範囲及び画素サイズを指定した後は、図１７に示すように、第１の実施形態と同様に、詳細に映像化したい範囲について、処理画像を求める。
【００９５】
なお、簡易処理画像の表示にあたっては、図１０（Ａ）のように、画素位置の間隔を粗く設定する処理を用いる他に、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す、より簡便な方法を用いてもよい。簡易モードにおいて、画素位置Ｆ１１０１Ａに設定し、当該画素位置１１０１Ａでの合成値Ａ（Ｆ）を得る場合に、方向が線分ＣＦと同じで、センサ中心点Ｃからの距離がＲであるような円弧１１０３上の点Ｆ０（図１１（Ａ）の符号１１０４）に仮想的に画素位置があるとして、数１に従って、遅延時間ΔＴを求め、かつ、数２に従って、合成値Ａ（Ｆ０）を計算する。これは、焦点位置がＦ０である焦点型超音波センサによる信号を模擬したことに対応しており、画素位置Ｆ０で代用した遅延時関及び合成値を用いるため、画素位置Ｆでの分解能やＳＮ比は低下するものの、注目すべき信号がどこにあるかという情報を得るという簡易モードの目的を満たすことは可能である。このように、扇形１１０３上の画素位置で代用して簡易処理画像を求めた後に、図１１（Ｂ）のように、詳細映像化の範囲１１０５内に画素位置１１０１Ｂを設定し、より詳細な映像化を行うことができる。
【００９６】
本実施形態によれば、部分的に選択された領域で、映像表示のための画素位置の間隔またはサイズについて、前記選択領域の周囲とは異なる画素位置の間隔またはサイズで表示することによって、より高精度な探傷画像が必要となる領域だけを選択的に映像化することが可能となり、迅速に、高分解能・高ＳＮ比の探傷画像を得ることができる。
【００９７】
また、前述のように、本実施形態によれば、超音波アレイ探触子にＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することで、第一に映像を表示する領域内のすべての画素位置について焦点を絞った高分解能な探傷画像を得ることができ、第二にそれらの探傷画像を加算または平均処理することで、高ＳＮ比な画像を得ることができる。
【００９８】
次に、図２０〜図２４を用いて、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の構成は、図１に示したものと同様である。
図２０及び図２１は、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。図２２は、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの補正処理の説明図である。図２３及び図２４は、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの他の補正処理の説明図である。
【００９９】
図２０に示すフローチャートでは、図１５に示したフローチャートに対して、ステップＳ１５０２とステップＳ１５２１の間に、参照信号の処理のためのステップＳ２００１が加えられている。なお、本実施形態では、第２の実施形態の図１７のフローチャートにおけるステップＳ１５０２及びステップＳ１５２１の間に、ステップＳ２００１を加えることでも同様の効果を得ることができる。
【０１００】
図２１は、図２０のステップＳ２００１の参照信号の処理の詳細をフローチャートで示している。
【０１０１】
まず、送信と受信に使用する素子を同一のものに設定し、試験体の表面または底面の反射源（たとえば、スリットやドリル穴など）や試験体底面の反射波を受信する（ステップＳ２１０１）。ｉ番目素子で送信し、同じｉ番目の素子で受信した参照信号を少なくとも１つ記録部に記録する（ステップＳ２１０２）。なお、送受信に用いる素子を１番目からＮ番目まで繰り返して、最大Ｎ個の参照信号を記録してもよい。
【０１０２】
次に、波形処理（詳細は後述）をするかどうかを確認し（ステップＳ２１０３）、波形処理を行う場合には、波形処理内容を選択し（ステップＳ２１０４）、遅延時間を考慮する以前の最大Ｎ×Ｎ個の素信号に対して、波形処理を行う（ステップＳ２１０５）。
【０１０３】
参照信号の処理が終了した後、通常の映像化手順に戻る。なお、波形処理を行うことを選択した場合には、最大Ｎ×Ｎ個の素信号が、波形処理を施した素信号のセットに入れ替えられて記憶部に記憶され、その後の合成値計算、処理画像計算の手順が行われることになる。
【０１０４】
波形処理内容として、たとえば次のようなものがある。ひとつは、超音波アレイ探触子１０１の素子間の感度ばらつきの補正処理である。
【０１０５】
図２２を用いて、超音波アレイ探触子１０１の素子間の感度ばらつきの補正処理詳細について説明する。まず、厚さ及び音速が既知である試験体２２０１に超音波アレイ探触子を設置し、試験体２２０１の底面反射波２２０２を受信し、底面反射波の振幅値Ｓ（ｉ）を記録する。なお、試験体２２０１は、被検体であってもよい。また、底面反射波でなくても、試験体または被検体の形状変化部や人工的な反射源（スリットやドリル穴）からの反射波を用いてもよい。
【０１０６】
それぞれの素子に対して、振幅Ｐ（ｉ）を記録し、振幅Ｐ（ｉ）の平均値Ｓ０を求め、平均値Ｓ０とＰ（ｉ）の比の平方根を重みＷ（ｉ）とする。ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信した素信号φｉｊに対して、Ｗ（ｉ）×Ｗ（ｊ）倍することで、これにより、各素子の感度ばらつきが補正することができる。なお、感度ばらつき補正処理をするためには、Ｎ個の参照信号が必要となる。
【０１０７】
次に、図２３を用いて、伝達関数を用いた周波数特性の他の補正処理について説明する。まず、厚さ及び音速が既知である試験体２３０１に超音波アレイセンサを設置し、試験体２２０１の底面反射波２３０２を受信し、底面反射波ｒ（ｔ）を記録する。なお、試験体２２０１は、被検体であってもよい。今回の処理では、周波数特性を補正するため、各素子についてｒ（ｔ）を記録してもよいが、周波数特性にばらつきがみられない場合は、ｉ番目素子についての底面反射波で代表させてよい。底面反射波ｒ（ｔ）は、インパルス関数δ（ｔ）を入力信号とした場合に、超音波の送受信による伝達特性を反映したものと見なすことができる。なお、底面反射波以外の反射源として、ドリル穴などの、予めその形状が分かっている反射源からの反射波を用いてもよい。
【０１０８】
超音波送受信による伝達特性をτ（ｔ）と書くと、ｒ（ｔ）は、δ（ｔ）とτ（ｔ）の畳み込み積分の形で書くことができるので、フーリエ変換の成分（Ｒ（ω）、Ｉ（ω）、Ｔ（ω））を用いて、式（４）のように書くことができる。
【０１０９】
【数４】
【０１１０】
送受信の伝達関数Ｔ（ω）を利用することで、被検体を探傷したときに得られる素信号φｉｊ（ｔ）に対して、送受信の周波数特性（伝達特性）を補正した素信号φ’ｉｊ（ｔ）を求めることができる。
【０１１１】
ここで、図２４を用いて、補正した素信号φ’ｉｊ（ｔ）の詳細について説明する。素信号φｉｊ（ｔ）は、δ（ｔ）を入力信号とみなした場合、送受信の特性（τ（ｔ））と、反射源による特性（ｇ（ｔ））の影響を受けた出力信号をみなすことができる。底面反射波ｒ（ｔ）の場合と同様に、φｉｊ（ｔ）のフーリエ変換であるψｉｊ（ω）は、フーリエ変換成分（Ｉ（ω）、Ｔ（ω）、Ｇ（ω））の積であらわすことができる。このうち、送受信の伝達特性を取り除くことで、式（５）のように、純粋に反射源による特性の影響による信号φ’ｉｊ（ｔ）を得ることができる。
【０１１２】
【数５】
【０１１３】
送受信の周波数特性を補正した素信号φ’ｉｊ（ｔ）について、遅延時間ΔＴを計算し、Φ’ｉｊ（ｔ）を求め、これに基づいて、合成値Ａ（Ｆ）及び処理値Ｓ（Ｆ）を求めて処理画像を作成すると、送受信の伝達特性の影響が補正され、受信された超音波信号が振動の回数が減少しインパルス的な波形に近付き、時間分解能が向上する結果を得ることができる。
【０１１４】
以上のように、本実施形態によれば、厚さ及び音速が既知である試験体に対して、前記試験体の内部または表面の形状変化部または前記試験体の底面を反射源とし、ｉ番目の素子で送信し、送信と同一のｉ番目の素子で受信した、１個以上の校正用素信号（参照信号）により、圧電素子の特性を測定し、前記特性を補償する処理を行ったのちに、被検体の探傷により得られる最大Ｎ×Ｎ個の素信号を映像化することによって、素信号に対して素子の持つ感度ばらつきや周波数特性を補正するための信号処理を素信号に対して行うことにより、高精度な探傷画像を得ることができる。すなわち、被検体内部のうち、欠陥や割れなど、注目すべき反射源が存在する領域のみより詳細に映像化することが可能となり、映像化に要する時間やメモリを削減することが可能となる。
【０１１５】
また、前述のように、本実施形態によれば、超音波アレイ探触子にＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することで、第一に映像を表示する領域内のすべての画素位置について焦点を絞った高分解能な探傷画像を得ることができ、第二にそれらの探傷画像を加算または平均処理することで、高ＳＮ比な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の計算方法の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を考慮したＫ×Ｌ個の素信号を映像化する手順の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置を変化させる状況の説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置を変化させる状況の説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるＱ枚の探傷画像の合成方法の説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置によって得られる処理画像の例の説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置における詳細画像化範囲の設定の説明図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの補正処理の説明図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの他の補正処理の説明図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの他の補正処理の説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０１…超音波アレイ探触子
１０２…送受信部
１０３…表示部
１００…被検体
１０４…圧電振動素子
１０２Ａ…パルサー
１０２Ｂ…レシーバ
１０２Ｃ…データ収録部
１０２Ｄ…素子切替部
１０２Ｅ…遅延時間設定部
１０２Ｆ…映像化設定部
１０２Ｇ…計算機
１０２Ｈ…記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊検査手法のひとつである超音波探傷方法及び装置に係り、特に、アレイ型の超音波センサ（超音波アレイ探触子）を用いた全波形サンプリング方式による欠陥映像化に好適な超音波探傷方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造材などを検査対象とした超音波探傷法では、従来から超音波の送信と受信に単一の素子からなる超音波センサを用い、検査対象内部の欠陥などにより反射された超音波信号を検出し、伝播時間と超音波センサの位置に基づいて欠陥の検出を行っている。
【０００３】
このとき、超音波センサを移動させては欠陥からの反射波が得られる位置を求め、検査対象の底面(遠い方の境界面)又は表面(近い方の境界面)からの反射波の受信時間の差と、材料音速(検査対象材料中の音速)の積算により、当該欠陥の寸法を同定している。
【０００４】
この方法は、動作原理が単純明快であり、装置も比較的簡便で済むので、一般的な欠陥検査によく用いられているが、超音波反射波を計測し反射波の受信時間だけから欠陥を評価しなければならないため、高精度な検査には熟練した検査員を要する上、計測に多大の時間が必要であった。
【０００５】
一方、近年では、フェーズドアレイ法や開口合成法などとして知られているように、検査対象内部を高精度に画像化して検査する探傷方法が開発されている(例えば、非特許文献１参照。)。
【０００６】
フェーズドアレイ法は、圧電振動素子を複数個配列した、いわゆる超音波アレイ探触子を使用し、各圧電振動素子から送信される超音波の波面が干渉し合成波面を形成して伝播していくという原理に基づいたものである。従って、各圧電振動素子の超音波送信タイミングを遅延制御し、それぞれのタイミングをずらすことで、超音波の入射角度が制御でき、超音波を集束させることができる。
【０００７】
また、超音波の受信に際しても、各圧電振動素子で受信した反射超音波をずらして加算することで、送信時と同様、超音波の受信入射角度を制御したり、焦点を合わせて超音波を受信したりすることができる。
【０００８】
そして、このフェーズドアレイ法としては、圧電振動子を直線的に走査するリニアスキャン方式や、超音波の送信と受信方向を扇状に変化させるセクタスキャン方式が一般的に知られている。何れの方式の場合も、超音波センサを動かすことなく超音波を高速に走査したり、超音波センサを交換することなく超音波の入射角度や集束深さの位置を任意に制御したりすることができ、従って高速且つ高精度の検査が可能な技術であるということができる。
【０００９】
一方、開口合成法は、検査対象内に波動が広く拡散するようにして超音波を送信し、反射超音波信号を受信した場合、受信された反射超音波の音源となる欠陥の位置は、超音波を送信し受信した圧電振動素子の位置を中心とし、反射超音波の伝播距離を半径とした円弧上（または、送信用と受信用の圧電振動子が異なる場合には、送信用圧電振動子と受信用圧電振動子を焦点位置とする楕円弧上）に存在するという原理に基づいたものである。このため、圧電振動素子の位置を順次変えて超音波の送信と受信を行い、各位置における受信信号を、電子計算機上で演算して円弧状（または楕円弧状）に広げることにより、超音波反射源となる欠陥の存在位置に前記の円弧の交点が集中し、欠陥の位置が特定されるようにするものである。
【００１０】
実際には超音波センサの位置と、その位置での超音波波形信号を用い、電子計算機上で演算処理することで高分解能な画像化を行う技術であり、このときの演算処理の内容に付いては、非特許文献１に記載されている。
【００１１】
さらに、超音波アレイ探触子から発振した超音波の入射角度を振ってセクタスキャンにより検査対象内部を探傷しながら、順次、超音波の送受信位置を移動し、移動させては取得した探傷画像を、送受信位置だけずらしながら加算あるいは平均化することで、複数枚の画像から映像を合成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−３０８５６６号公報
【非特許文献１】近藤倫正、大橋由昌、実森彰郎共著，ディジタル信号処理シリーズ１２巻「計測・センサにおけるディジタル信号処理」，１９９３年５月２０日，昭晃堂発行，１４３頁〜１８６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
まず、上記従来技術の中で、フェーズドアレイ法の場合、超音波の入射角度や集束位置を複数の圧電振動素子により任意に制御し、高速且つ高精度の検査が行える利点がある反面、設定した集束深さ位置にしか焦点が合わないため、集束していない深さ位置では非集束となり、この結果、当該焦点が合っていない深さ位置においては、空間分解能が低下するという問題があった。
【００１４】
また、このフェーズドアレイ法を利用して、検査対象の全ての深さ位置に逐次焦点を合わせては超音波走査を行おうとすると、焦点位置の設定を少しずつ変化させながら探傷するという手順を繰り返す必要があり、検査及びその評価に膨大な時間を要してしまい、現実的ではないという問題があった。
【００１５】
次に、上記従来技術の中で、開口合成法の場合には、超音波の送信点と受信点の各々の波形を電子計算機上で演算処理するので、高分解能の画像化が可能であるという利点がある反面、一般に、映像化する範囲及びそのピッチ（空間分解能）を映像化前に予め決定しておき、電子計算機上で高度な演算処理を行う必要がある。従って、より分解能の良い映像として映像化するためには、非常に大量の演算が必要となり、例えば、検査の現場で探傷画像を短時間に評価することが困難であるという問題があった。
【００１６】
また、特許文献１記載のものでは、映像化に用いる元となっている信号は、通常のフェーズドアレイ法（セクタスキャン法）で得られる画像であるので、フェーズドアレイ法の本質的な課題、すなわち、設定した集束深さ位置にしか焦点が合わないため、集束していない深さ位置では非集束となり、当該焦点が合っていない深さ位置においては、空間分解能が低下するという問題が依然として残されたままである。
【００１７】
本発明の目的は、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られる超音波探傷方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置であって、前記超音波アレイ探触子は、Ｎ個の圧電素子を備え、該Ｎ個の圧電素子の内、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信するための素子切替手段と、該切替手段により送受信の素子を切り替えて得られる合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を記録する記録手段と、複数個のセンサ中心位置と、送信に使用するＫ個（１≦Ｋ≦Ｎ）の送信用素子と、受信に使用するＬ個（１≦Ｌ≦Ｎ）の受信用素子を設定する受信用素子設定手段と、画像表示のための画素位置を設定する画素位置設定手段と、前記素信号に対して、前記受信用素子設定手段により設定された送信用及び受信用素子、及び、前記センサ中心位置と前記焦点位置を基準とした、遅延時間を与えて信号を合成する演算手段と、該演算手段により合成された合成信号を表示する表示部を備え、前記合成信号について前記複数個のセンサ中心位置を基準とする信号を加算または平均して表示することにより、前記被検体の内部を前記表示部に映像化するようにしたものである。
かかる構成により、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られるものとなる。
【００１９】
（２）上記（１）において、好ましくは、映像表示のための前記画素位置について、画素の位置またはサイズについて設定する位置サイズ設定手段を有するものである。
【００２０】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷方法であって、前記超音波アレイ探触子を構成するＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化するようにしたものである。
かかる方法により、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られるものとなる。
【００２１】
（４）上記（３）において、好ましくは、厚さ及び音速が既知である試験体に対して、前記試験体の内部または表面の形状変化部または前記試験体の底面を反射源とし、ｉ番目の素子で送信し、送信と同一のｉ番目の素子で受信した、１個以上の校正用素信号（参照信号）により、圧電素子の特性を測定し、前記特性を補償する処理を行ったのちに、被検体の探傷により得られる最大Ｎ×Ｎ個の素信号を映像化するようにしたものである。
【００２２】
（５）上記（３）において、好ましくは、部分的に選択された領域で、映像表示のための画素位置の間隔またはサイズについて、前記選択領域の周囲とは異なる画素位置の間隔またはサイズで表示するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、迅速に、高分解能・高ＳＮ比である探傷結果を得られるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図１〜図１６を用いて、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【００２５】
本実施形態の超音波探傷装置は、超音波アレイ探触子１０１と、送受信部１０２と、探傷画像を表示する表示部１０３とから構成されている。超音波アレイ探触子１０１は、検査対象となる被検体１００に対して、超音波を入射する。送受信部１０２は、被検体１００からの反射波を用いて、例えば、被検体１００の内部または表面における欠陥や亀裂、割れなどの反射源１１０を映像化により探傷する。
【００２６】
超音波アレイ探触子１０１は、図示のように、基本的には超音波を発生し受信する複数個の圧電振動素子１０４で構成される。超音波アレイ探触子１０１は、被検体１００の探傷面に、接触媒質（水、グリセリンなどの液体）またはシュー（アクリル等の合成樹脂製）を介して設置される。超音波アレイ探触子１０１は、送受信部１０２から供給される駆動信号により超音波１０５を発生し、これを被検体１００内に伝搬させ、これにより現れる反射波（エコー）１０６を検知して受信信号を送受信部１０２に入力する。
【００２７】
送受信部１０２は、超音波アレイ探触子１０１により超音波の送受信を行うものである。送受信部１０２は、パルサー１０２Ａ、レシーバ１０２Ｂ、データ収録部１０２Ｃ、素子切替部１０２Ｄ、遅延時間設定部１０２Ｅ、映像化設定部１０２Ｆ、計算機１０２Ｇ、記憶部１０２Ｈを備える。パルサー１０２Ａは駆動振動を超音波アレイ探触子１０１に供給し、これにより超音波アレイ探触子１０１から入力される受信信号をレシーバ１０２Ｂが処理する。
【００２８】
このとき、計算機１０２Ｇは、パルサー１０２Ａ、レシーバ１０２Ｂ、データ収録部１０２Ｃ、素子切替部１０２Ｄ、遅延時間設定部１０２Ｅ、映像化設定部１０２Ｆを制御し、必要な動作が得られるようにする。また、計算機１０２Ｇは、データ収録部１０２Ｃで受信された信号を合成して映像化を行うものである。
【００２９】
まず、素子切替部１０２Ｄは、送信及び受信に用いる素子を切替る。たとえば、超音波アレイ探触子１０１がＮ個の圧電振動素子１０４から構成される場合、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信する、という動作を繰り返し、送信でＮパターン、受信でＮパターン、最大で合計Ｎ×Ｎパターンの送受信の組み合わせについて、パルサー１０２Ａ及びレシーバ１０２Ｂと接続すべき素子を順次切替る。
【００３０】
次に、データ収録部１０２Ｃは、前述した最大Ｎ×Ｎパターンに対応した、最大Ｎ×Ｎ個の受信信号（素信号）について、ＡＤ変換等を行い、受信信号を記録する。
【００３１】
ここで、本実施形態の説明では、ｉ番目の素子１個で送信し、ｊ番目の素子１個で受信することで得られる最も基本的な受信信号のことを素信号φｉｊと記すこととする。
【００３２】
また、遅延時間設定部１０２Ｅは、映像化設定部１０２Ｆにおける、画素位置設定部、センサ中心位置設定部、送受信位置設定部により決定される値に基づいて、受信信号に与えるべきタイミングのシフト量（遅延時間）を計算し、最大Ｎ×Ｎ個の素信号それぞれに対して時間軸をプラスまたはマイナスにシフトさせる処理を行う。なお、素信号の数は最大Ｎ×Ｎ個ではあるが、送信にＮ個のうちＫ個、受信にＮ個のうちＬ個を使用した場合、素波形φｉｊの数は、Ｋ×Ｌ個となる。
【００３３】
ここで、図２を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の計算方法について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の計算方法の説明図である。
【００３４】
ここでは、送信にＫ個、受信にＬ個の素子を使うものとする。また、図１に示した映像化設定部１０２Ｆの画素位置設定部において、映像化のための画素位置として、点Ｆ（２０１）が設定されているとして、以下説明する。
【００３５】
映像化設定部１０２Ｆの送受信位置設定部において、ｉ番目の素子を送信用、ｊ番目の素子を受信用と設定することとする。また、それぞれ、送信用素子の位置を点Ｉ（図２の符号２０２）、受信用素子の位置を点Ｊ（図２の符号２０３）とする。また、映像化設定部１０２Ｆのセンサ中心位置設定部において、センサ中心を点Ｃ（図２の符号１０１Ａ）と設定することとする。この場合、ｉ番目素子から送信されてｊ番目素子で受信される素信号が、あたかもセンサ中心位置Ｃ（図２の符号２０２）から送信及び受信されたのと同等であると見なし得るように、遅延時間設定部１０２Ｅにより、遅延時間が設定される。
【００３６】
以下、説明をわかりやすくするために、画素位置Ｆ（図２の符号２０１）に超音波を反射する反射源が存在すると仮定する。センサ中心位置Ｃを基準として考えると、画素位置Ｆに送信され、点Ｆで反射され、再度センサ中心位置Ｃで受信される信号は、送信経路がＣＦ、受信経路がＦＣとなるため、素信号は、図２の下の（１）経路ＣＦ→ＦＣに示される、符号２１０で示す波形のように模式的に書くことができる。ここで、たとえば、Ｔ（ＣＦ）は経路ＣＦを超音波が伝わる伝播時間を表す。
【００３７】
次に、ｉ番目の送信用素子から超音波が送信され、点Ｆで反射され、ｊ番目の受信用素子により受信される信号は、送信経路がＩＦ、受信経路がＦＪとなるため、素信号φｉｊは、図２の下の（２）経路ＩＦ→ＦＪΦｉｊに示される、符号２１１Ａで示す波形のように模式的に書くことができる。
【００３８】
送信がｉ番目素子、受信がｊ番目素子である場合の遅延時間をΔＴ（ｉ,ｊ）と書くとする。遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）の値は、ｉ番目素子、受信がｊ番目素子である場合の素信号が、あたかもセンサ中心Ｃにおいて送受信されたように見なすための変換であるから、遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）は、式（１）のように書くことができる。
【００３９】
【数１】
【００４０】
このように遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を定義すると、送信経路がＩＦ、受信経路がＦＪである素信号は、遅延時間分を考慮すると、図２の下のΦｉｊに示すように、素信号２１１Ｂのように書くことができ、センサ中心Ｃで送受信するときの素信号２１０と伝播時間が等しくなることがわかる。このように、画素位置Ｆを基準として遅延時間を設定することは、素信号が画素位置Ｆで同位相になることから、画素位置Ｆは焦点位置とみなすことができ、本実施形態による方法では、映像化対象となるすべての画素位置で焦点を結ぶ高解像度な探傷結果を得ることが可能である。
【００４１】
次に、図３〜図６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例について説明する。
図３〜図６は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【００４２】
例えば、図３に示すように、画素位置は、実際には、空間的に分布して設定される。そこで、画素位置Ｆ１（図３の符号３０１），Ｆ２（図３の符号３０２），Ｆ３（図３の符号３０３）のように、センサ中心から見て、左斜め下（Ｆ１）、真下（Ｆ２），右斜め下（Ｆ３）の場合について、具体的に遅延時間を計算する。
【００４３】
図４は、図３の画素位置Ｆ１に対して算出された遅延時間を示している。図５は、図３の画素位置Ｆ２に対して算出された遅延時間を示している。図６は、図３の画素位置Ｆ３に対して算出された遅延時間を示している。
【００４４】
図４〜図６では、超音波アレイ探触子は８個の素子で構成されており、被検体の超音波音速が５９００ｍ／秒（たとえば、炭素鋼など）、センサ中心Ｃと各画素位置（Ｆ１〜Ｆ３）の距離は３０ｍｍ、素子のピッチは１ｍｍ間隔である。このとき、図４〜図６は、送信用素子の番号（Ｔ）を横軸に、受信用素子の番号（Ｒ）を縦軸にして、遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を表でまとめたものである。なお、単位はｎｓである。
【００４５】
図３〜図６のように、映像化設定部１０２Ｆで、画素位置（点Ｆ）、センサ中心位置（点Ｃ）、送受信位置（点Ｉおよび点Ｊ）が設定されると、遅延時間設定部１０２Ｅは、被検体の音速から、遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を具体的に求めることができる。
【００４６】
次に、図７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を考慮したＫ×Ｌ個の素信号を映像化する手順について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を考慮したＫ×Ｌ個の素信号を映像化する手順の説明図である。
【００４７】
最終的には、画素位置Ｆ及びセンサ中心位置Ｃも複数箇所に設定するのであるが、最初は、画素位置Ｆ及びセンサ中心位置Ｃを１箇所に固定した場合について説明し、次に複数の画素位置Ｆについて、最後に、複数のセンサ中心位置Ｃについて説明する。
【００４８】
最初に、ある画素位置Ｆ（図７の符号２０１）についての、映像化結果を得る場合について説明する。ｉ番目素子で送信し、ｊ番目素子で受信して得られる素信号φｉｊ（ｔ）に対して、上述の遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）をシフトさせた素信号をΦｉｊと書く。
【００４９】
例えば、送信用として、ｉ番目素子を設定し、受信用の素子を１〜Ｌまで順々に変化させる。これを１セットとして、次に、送信用の素子を（ｉ＋１）番目素子に設定し、同様に、受信用の素子を１〜Ｌまで順々に変化させる。
【００５０】
この手順を送信素子が１〜Ｋまで繰り返すことで、素信号が合計Ｋ×Ｌ個受信される。これらの素信号に対して、遅延時間設定部１０２Ｅにおいて、センサ中心位置Ｃおよび画素位置Ｆを想定した遅延時間分のシフトが素信号に与えられ、記憶部１０２Ｈに素波形Φｉｊ（Ｋ×Ｌ個）が記録される。
【００５１】
これらの素波形Φｉｊについて、センサ中心位置Ｃおよび画素位置Ｆから、画素位置Ｆに対する往復伝播時間ｔ（ｉ,ｊ）＝Ｔ（ＩＦ）＋Ｔ（ＦＪ）−ΔＴ（ｉ,ｊ）に相当する振幅値Φｉｊ（ｔ（ｉ,ｊ））を求め、式（２）のように、素信号の振幅値を素子ｉ及びｊについて繰り返し計算して加算して、素波形の振幅の合成値Ａ（Ｆ）を算出する。
【００５２】
【数２】
【００５３】
このように求めた、素波形の振幅の合成値Ａ（Ｆ）により、画素位置Ｆ（図２の符号２０１）の映像化を行う。例えば、合成値Ａ（Ｆ）の振幅値の大きさに応じた白黒またはカラーの色を用いて画素を表示する。
【００５４】
次に、図８〜図１１を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容について説明する。
図８〜図１１は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【００５５】
図７で説明した手順は、１箇所に固定されたセンサ中心位置Ｃと、１箇所に固定された画素位置Ｆに対する映像化処理についての説明であった。それに対して、図８〜図１１により、画素位置Ｆを変化させる状況について説明する。
【００５６】
被検体の内部について、ひびや欠陥などの反射源の有無を非破壊的に検査するために、本実施形態においても、被検体内部の広い領域を映像化することができる。例えば画素位置の分布として、図８のように、矩形で指定された範囲８０２の内部を、画素位置F８０１を２次元的に等間隔に分布させる方法がある。これは、例えば、横方向の画素位置のピッチをΔＹ、縦方向の画素位置のピッチをΔＺとおくと、画素位置に対するインデックスｍ及びｎをもちいて、Ｆ（ｍ, ｎ）のＹＺ座標は、（ｍΔＹ、ｎΔＺ）と表すことができる。
【００５７】
ある画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）８０１に対して、上述したように、センサ中心位置を基準として遅延時間を考慮した素波形を合成することで、それぞれの画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）での合成値 Ａ（Ｆ（ｍ, ｎ））を求めることができる。このようにして得られた合成値Ａを画素位置Ｆに対するマップを空間的に表示したものを、探傷画像と呼ぶこととする。
【００５８】
なお、画素位置Ｆの分布として、図８に示した、等間隔のグリッド状のもの以外に、図９に示すように、例えば、扇形の範囲９０２の内部でグリッド状に画素位置Ｆ９０１を分布させてもよいものである。
【００５９】
なお、図１０及び図１１は、図１７及び図１８にて説明する簡易表示モードに関するものであり、この点については、図１７及び図１８と共に、後述する。
【００６０】
次に、図１２及び図１３を用いて、本実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置Ｃを変化させる状況について説明する。
図１２及び図１３は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置を変化させる状況の説明図である。
【００６１】
これまでの説明では、センサ中心位置Ｃを１箇所に固定し、画素位置Ｆを空間的に分布させる場合についてであったが、本実施形態では、センサ中心位置Ｃを移動させて映像化を行う。
【００６２】
図１２は、図８に示したセンサ中心位置Ｃに対して矩形に画素位置を分布させて探傷画像を描画する場合の、センサ中心を移動させる例について示している。センサ中心位置を点Ｃ（ｐ−１）１２０１に設定する。この状況で、送信用としてＫ個の素子、受信用としてＬ個の素子を用いて、空間に分布した画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）について、１箇所の画素位置あたり、Ｋ×Ｌ個の素波形を合成して、矩形領域１２０４内で合成値 Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。次に、センサ中心位置を点Ｃ（ｐ）１２０２に設定し、同様に矩形領域１２０５で合成信号Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。以下、順々にセンサ中心位置を移動しながら、同様にそれぞれの矩形領域内で、画素位置Ｆ（ｍ, ｎ）に対する合成値Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。センサ中心位置の数を表すインデックスｐについて、ｐ＝１〜Ｑであれば、合計で、Ｑ枚の矩形の探傷画像が得られる。
【００６３】
図１３は、図９に示したセンサ中心位置に対して扇形に描画する例について、センサ中心位置を移動させる場合を示している。図１２の場合と同様に、扇形１３０４の領域内で合成値 Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算し、次に、センサ中心位置として点Ｃ（ｐ）１３０２に設定し、同様に扇形１３０５の領域内で合成波形Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ（ｍ, ｎ））を計算する。以下、順々にセンサ中心位置を移動しながら、同様の処理を行う。センサ中心位置が全部でＱ箇所移動する場合には、矩形の探傷画像がＱ枚得られる。
【００６４】
次に、図１４を用いて、本実施形態による超音波探傷装置におけるＱ枚の探傷画像の合成方法について説明する。
図１４は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるＱ枚の探傷画像の合成方法の説明図である。
【００６５】
なお、図１４は、図８及び図１２にて説明した、一箇所のセンサ中心位置に対して矩形に画素位置を分布させる場合についての説明図であるが、画素位置の分布が扇形などの場合であっても同様の手順となる。
【００６６】
図１４に示すように、センサ中心位置をＣ（ｐ−１）１２０１に設定したとき、遅延時間を考慮した複数個の素信号を加算（数２参照）することで、映像化領域１２０４内で、各画素位置Ｆ（ｍ,ｎ）に対する映像化のための合成値Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ（ｍ,ｎ））が求められ、探傷画像（ｐ−１）１２０４を描画することができる。
【００６７】
ここで、ある特定の画素位置Ｆ’に注目してみると、センサ中心位置がＣ（ｐ−１）にある場合の合成値は、Ａ（Ｃ（ｐ−１）；Ｆ’）となる。次に、センサ中心位置をＣ（ｐ）に移動した場合、画素位置Ｆ’の合成値は、同様に、Ａ（Ｃ（ｐ）；Ｆ’）となり、センサ中心位置がＱ箇所移動したとすれば、ある特定の画素位置Ｆ’に対する合成値として、Ａ（Ｃ（１）；Ｆ’）〜Ａ（Ｃ（Ｑ）；Ｆ’）のＱ個の値が得られることになる。
【００６８】
これらのＱ個の合成値Ａ（Ｃ；Ｆ’）について、式（３）に示す加算平均処理を行うことで、画素位置Ｆ’に対する最終的な処理値Ｓ（Ｆ’）を得ることができる。
【００６９】
【数３】
【００７０】
ここで、式（３）のＮｐは、映像化する当該画素位置Ｆ’に対する合成値Ａの個数であり、たとえば、映像化領域１２１１のように、複数個の３個の合成値Ａ（ｐ−１）〜Ａ（ｐ＋１）について加算平均処理を行う場合には、Ｎｐ＝３となる。一般的に、センサ中心位置がＱ箇所移動するのであれば、Ｎｐ＝Ｑとなる。ただし、映像化領域１２１２のように、探傷画像の端の方では、センサ中心が移動したときに探傷画像が重ならない領域が出てくる場合も想定される。このような場合は、当該映像化領域に寄与した探傷画像の枚数をＮｐの値として設定する。
【００７１】
このようにして加算平均された処理値Ｓ（Ｆ）を画素位置Ｆについてのマップを空間的に描画させることで処理画像１２１０を得ることができ、図１の表示部１０３に処理画像が表示される。
【００７２】
次に、図１５を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法について説明する。
図１５は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【００７３】
Ｎ個の圧電素子で構成される超音波アレイ探触子１０１を被検体１００に設置する。処理の初期のステップは、素波形の記録（ステップＳ１５０１〜ステップＳ１５０２）と初期設定（ステップＳ１５１１〜１５１３）の２つの処理から構成される。
【００７４】
最初に、Ｎ個の圧電素子のうちｉ番目素子から超音波を送信し、ｊ番目素子で素信号として超音波信号を受信する。この素信号は、ｉとｊについて繰り返すことで、最大Ｎ×Ｎ個となる（ステップＳ１５０１）。これらの素信号をいったん記憶部１０２Ｈに記録する（ステップＳ１５０２）。例えば、超音波アレイ探触子が６４個の圧電素子から構成されている場合には、６４×６４＝４０９６個の素信号が記録される。
【００７５】
もう一つの処理として、映像化の条件を設定する。まず、映像化すべき画素位置を設定する（ステップＳ１５１１）。例えば、被検体の深さ方向５０ｍｍ、深さ方向に直交する方向に１００ｍｍ、画素の大きさを０．５ｍｍピッチとすれば、１００×２００＝２００００点の画素位置が設定される。次に、センサ中心位置及び送受信位置を設定する（ステップＳ１５１２，ステップＳ１５１３）。例えば、超音波アレイ探触子が６４個の圧電素子から構成されている場合に、最初の１〜２４番目の素子をひとつのグループとして考え、センサ中心位置の初期値を１〜２４素子の中心に設定する。このとき、初期のセンサ中心位置に対しては、仮想的に、送信位置は１〜２４番目の各素子、受信位置は１〜２４番目の各素子に対応する位置として設定される。
【００７６】
次に、映像化の処理（ステップＳ１５２１〜ステップＳ１５２７）に移る。映像化処理の最初として、ある画素位置を設定する（ステップＳ１５２１）。次に、センサ中心位置を設定し（ステップＳ１５２２），センサ中心位置及び送受信位置の初期値から、数１により当該画素位置に対する遅延時間ΔＴを計算し、最初に記録した素信号を時間分シフトさせ、素信号Φｉｊを計算する（ステップＳ１５２３）。
【００７７】
次に、この素信号Φｉｊを数２に従って処理することで、合成値Ａ（Ｃ；Ｆ）を計算する（ステップＳ１５２４）。これは、あるセンサ中心位置に対する合成値であるので、センサ中心位置に対して繰り返し計算を行う。具体的には、先ほどの例のように、超音波アレイ探触子が６４個の圧電素子から構成されている場合には、２〜２５番目の素子を次のグループとして考え、センサ中心を２〜２５番目の素子の中心に設定する。なお、このセンサ中心位置に対しては、送信位置は２〜２５番目の各素子、受信位置は２〜２５番目の各素子の位置として設定される。センサ中心位置を移動させて、それぞれのセンサ中心位置に対する合成値Ａ（Ｃ;Ｆ）を計算し、前述の式（３）に従って、ある画素位置Ｆに対する処理値Ｓ（Ｆ）を計算する（ステップＳ１５２５）。
【００７８】
以上の処理は、ある一箇所の画素位置に対する処理値であったので、ステップＳ１５２１〜ステップＳ１５２５のステップを画素位置に対して繰り返し計算を行う。
【００７９】
最後に、処理値Ｓの画素位置Ｆに対するマップを作成し（ステップＳ１５２６）、処理画像として表示部１０３に表示する（ステップＳ１５２７）。
【００８０】
次に、図１６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置によって得られる処理画像の例について説明する。
図１６は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置によって得られる処理画像の例の説明図である。
【００８１】
図１６は、本実施形態によって得られる処理画像の例として、センサ中心位置がＣ（ｐ−１）〜Ｃ（ｐ＋１）まで変化した場合を模式的に示している。超音波探傷の対象は、被検体１００の内部または表面に存在する反射源１１０とする。あるセンサ中心位置での探傷画像１２０４には、被検体の底面からの反射波（底面エコー１６０１）と、反射源の先端からの反射波（欠陥先端エコー１６０２）と反射源の底面への開口部からの反射波（欠陥コーナーエコー１６０３）が映像化されている。この探傷画像については、映像化領域内の全ての画素に対して遅延時間を考慮しているため、分解能及びＳＮ比の向上した映像となっている。
【００８２】
しかしこれらの信号以外に、被検体の材料特性によるノイズ信号（結晶粒が大きい場合や溶接部の場合などに発生する材料中での超音波の散乱エコー）や電気的ノイズなど、本来探傷にとってノイズとなる信号１６１０Ａも映像化される可能性がある。
【００８３】
センサ中心位置を移動させた場合、底面エコー１６０１、欠陥先端エコー１６０２、欠陥コーナーエコー１６０３及びノイズが映像化されるが、底面や欠陥に起因する信号は、反射源の位置が一定であることから、それらが映像化される座標は、ほぼ同じとなるという特徴がある。一方、材料ノイズや電気ノイズ１６１０Ａ，１６１０Ｂ，１６１０Ｃは、映像化される位置がランダムとなる特徴がある。
【００８４】
本発明では、センサ中心位置の異なる複数個の探傷画像を加算平均処理することで、図１６の最下段に示す最終的な処理画像１２１０を合成している。こうすることで、映像化の際にその座標があまり変わらない信号については、加算平均することで信号が強められ、一方、ランダムに座標が変わるノイズに対しては、加算平均することでその強度は弱くなる。この加算平均処理により、底面エコー１６０１及び欠陥コーナーエコー１６０３が深さ位置１６０５に、欠陥先端エコー１６０２が深さ位置１６０４に、それぞれ映像化されることとなる。
【００８５】
したがって、本実施形態で得られる処理画像は、加算平均処理により、さらにＳＮ比の高い映像を得ることができる。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波アレイ探触子にＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することで、第一に映像を表示する領域内のすべての画素位置について焦点を絞った高分解能な探傷画像を得ることができ、第二にそれらの探傷画像を加算または平均処理することで、高ＳＮ比な画像を得ることができる。
【００８７】
次に、図１７〜図１９を用いて、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の構成は、図１に示したものと同様である。
図１７及び図１８は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。図１９は、本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置における詳細画像化範囲の設定の説明図である。
【００８８】
図１７に示すフローチャートでは、図１５に示したフローチャートに対して、簡易表示モードに関する処理（ステップＳ１７０１）が加えられている。
【００８９】
図１８は、図１７のステップＳ１７０１の前記簡易表示モードの処理の詳細を示すフローチャートである。まず、簡易モードの映像化の初期設定として、画素位置、センサ中心位置、送受信位置を設定する（ステップＳ１８０１）。例えば、矩形の領域を映像化する例で説明すると、第１の実施例で図８のように画素位置Ｆを設定したが、第２の実施例における簡易モードでは、図１０（Ａ）のように、画素位置Ｆを互いに粗い間隔となるように設定する。
【００９０】
次に、画素位置を設定し（ステップＳ１８０２）、センサ中心位置を設定する（ステップＳ１８０３）。ここで、センサ中心位置の設定について、簡易モードでは、必ずしもセンサ中心位置を移動させる必要はなく、１箇所以上の場所でセンサ中心位置を設定すればよい。センサ中心位置Ｃおよび画素位置Ｆに対して、遅延時間を計算し（ステップＳ１８０４）、合成値Ａ（Ｃ；Ｆ）を計算する（ステップＳ１８０５）。その後、画素位置に対する繰り返し計算を実行する（ステップＳ１８０６）。
【００９１】
次に、簡易処理による処理値Ｓ（Ｆ）のＦに対するマップ（簡易処理画像）を作成する（ステップＳ１８０７）。次に、この簡易処理画像を表示し（ステップＳ１８０８）、詳細モードで映像化を行う範囲を設定する（ステップＳ１８０９）。
【００９２】
ここで詳細映像化範囲の設定について、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１９（Ａ）、１９（Ｂ）を用いて詳細に説明する。
【００９３】
図１０（Ａ）は、前述のように、センサ中心Ｃの場合における簡易モードの画素位置Ｆの設定例である。簡易モードでは、画素位置Ｆ１００１Ａを粗いピッチで設定しているために、短い計算時間、かつ、少ない計算リソースで、分解能は粗いものの高速・簡便に被検体内部の映像を得ることができる。ここで、簡易処理画像を表示した場合に、領域１００３において、被検体内部から何らかの反射波が映像化されていると仮定する。詳細モードでは、注目したい領域について、より詳細に映像化することが可能なモードである。たとえば、領域１００３内を詳細に見たいのであれば、その範囲内において、より細かい間隔で画素位置Ｆ１００１Ｂを設定し映像化すればよい。例えば、簡易モードで図１９（Ａ）のような画像が得られたとする。簡易画像からは、信号１９１０が被検体底面による信号であり、信号１９１１及び１９１２が欠陥による信号であることが予想される。そこで、水平カーソル（１９０１Ｓ、１９０１Ｅ）及び垂直カーソル（１９０２Ｓ、１９０２Ｅ）により、詳細に映像化したい範囲を指定する。詳細に指定したい範囲は複数個指定してもよく、ユーザが手動で設定する場合と、処理値Ｓ（Ｆ）がある閾値を超えるような簡易処理の画素位置Ｆを含む範囲を自動的に詳細映像化範囲として設定する自動処理の場合の、いずれを用いてもよい。詳細映像化範囲内の画素位置について、例えば、図１９（Ｂ）に示すような入力手段を用いて、画素のサイズ（画素位置の間隔）を設定する。
【００９４】
このようにして簡易表示モードで、詳細映像化の範囲及び画素サイズを指定した後は、図１７に示すように、第１の実施形態と同様に、詳細に映像化したい範囲について、処理画像を求める。
【００９５】
なお、簡易処理画像の表示にあたっては、図１０（Ａ）のように、画素位置の間隔を粗く設定する処理を用いる他に、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す、より簡便な方法を用いてもよい。簡易モードにおいて、画素位置Ｆ１１０１Ａに設定し、当該画素位置１１０１Ａでの合成値Ａ（Ｆ）を得る場合に、方向が線分ＣＦと同じで、センサ中心点Ｃからの距離がＲであるような円弧１１０３上の点Ｆ０（図１１（Ａ）の符号１１０４）に仮想的に画素位置があるとして、数１に従って、遅延時間ΔＴを求め、かつ、数２に従って、合成値Ａ（Ｆ０）を計算する。これは、焦点位置がＦ０である焦点型超音波センサによる信号を模擬したことに対応しており、画素位置Ｆ０で代用した遅延時関及び合成値を用いるため、画素位置Ｆでの分解能やＳＮ比は低下するものの、注目すべき信号がどこにあるかという情報を得るという簡易モードの目的を満たすことは可能である。このように、扇形１１０３上の画素位置で代用して簡易処理画像を求めた後に、図１１（Ｂ）のように、詳細映像化の範囲１１０５内に画素位置１１０１Ｂを設定し、より詳細な映像化を行うことができる。
【００９６】
本実施形態によれば、部分的に選択された領域で、映像表示のための画素位置の間隔またはサイズについて、前記選択領域の周囲とは異なる画素位置の間隔またはサイズで表示することによって、より高精度な探傷画像が必要となる領域だけを選択的に映像化することが可能となり、迅速に、高分解能・高ＳＮ比の探傷画像を得ることができる。
【００９７】
また、前述のように、本実施形態によれば、超音波アレイ探触子にＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することで、第一に映像を表示する領域内のすべての画素位置について焦点を絞った高分解能な探傷画像を得ることができ、第二にそれらの探傷画像を加算または平均処理することで、高ＳＮ比な画像を得ることができる。
【００９８】
次に、図２０〜図２４を用いて、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波探傷装置の構成は、図１に示したものと同様である。
図２０及び図２１は、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。図２２は、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの補正処理の説明図である。図２３及び図２４は、本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの他の補正処理の説明図である。
【００９９】
図２０に示すフローチャートでは、図１５に示したフローチャートに対して、ステップＳ１５０２とステップＳ１５２１の間に、参照信号の処理のためのステップＳ２００１が加えられている。なお、本実施形態では、第２の実施形態の図１７のフローチャートにおけるステップＳ１５０２及びステップＳ１５２１の間に、ステップＳ２００１を加えることでも同様の効果を得ることができる。
【０１００】
図２１は、図２０のステップＳ２００１の参照信号の処理の詳細をフローチャートで示している。
【０１０１】
まず、送信と受信に使用する素子を同一のものに設定し、試験体の表面または底面の反射源（たとえば、スリットやドリル穴など）や試験体底面の反射波を受信する（ステップＳ２１０１）。ｉ番目素子で送信し、同じｉ番目の素子で受信した参照信号を少なくとも１つ記録部に記録する（ステップＳ２１０２）。なお、送受信に用いる素子を１番目からＮ番目まで繰り返して、最大Ｎ個の参照信号を記録してもよい。
【０１０２】
次に、波形処理（詳細は後述）をするかどうかを確認し（ステップＳ２１０３）、波形処理を行う場合には、波形処理内容を選択し（ステップＳ２１０４）、遅延時間を考慮する以前の最大Ｎ×Ｎ個の素信号に対して、波形処理を行う（ステップＳ２１０５）。
【０１０３】
参照信号の処理が終了した後、通常の映像化手順に戻る。なお、波形処理を行うことを選択した場合には、最大Ｎ×Ｎ個の素信号が、波形処理を施した素信号のセットに入れ替えられて記憶部に記憶され、その後の合成値計算、処理画像計算の手順が行われることになる。
【０１０４】
波形処理内容として、たとえば次のようなものがある。ひとつは、超音波アレイ探触子１０１の素子間の感度ばらつきの補正処理である。
【０１０５】
図２２を用いて、超音波アレイ探触子１０１の素子間の感度ばらつきの補正処理詳細について説明する。まず、厚さ及び音速が既知である試験体２２０１に超音波アレイ探触子を設置し、試験体２２０１の底面反射波２２０２を受信し、底面反射波の振幅値Ｓ（ｉ）を記録する。なお、試験体２２０１は、被検体であってもよい。また、底面反射波でなくても、試験体または被検体の形状変化部や人工的な反射源（スリットやドリル穴）からの反射波を用いてもよい。
【０１０６】
それぞれの素子に対して、振幅Ｐ（ｉ）を記録し、振幅Ｐ（ｉ）の平均値Ｓ０を求め、平均値Ｓ０とＰ（ｉ）の比の平方根を重みＷ（ｉ）とする。ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信した素信号φｉｊに対して、Ｗ（ｉ）×Ｗ（ｊ）倍することで、これにより、各素子の感度ばらつきが補正することができる。なお、感度ばらつき補正処理をするためには、Ｎ個の参照信号が必要となる。
【０１０７】
次に、図２３を用いて、伝達関数を用いた周波数特性の他の補正処理について説明する。まず、厚さ及び音速が既知である試験体２３０１に超音波アレイセンサを設置し、試験体２２０１の底面反射波２３０２を受信し、底面反射波ｒ（ｔ）を記録する。なお、試験体２２０１は、被検体であってもよい。今回の処理では、周波数特性を補正するため、各素子についてｒ（ｔ）を記録してもよいが、周波数特性にばらつきがみられない場合は、ｉ番目素子についての底面反射波で代表させてよい。底面反射波ｒ（ｔ）は、インパルス関数δ（ｔ）を入力信号とした場合に、超音波の送受信による伝達特性を反映したものと見なすことができる。なお、底面反射波以外の反射源として、ドリル穴などの、予めその形状が分かっている反射源からの反射波を用いてもよい。
【０１０８】
超音波送受信による伝達特性をτ（ｔ）と書くと、ｒ（ｔ）は、δ（ｔ）とτ（ｔ）の畳み込み積分の形で書くことができるので、フーリエ変換の成分（Ｒ（ω）、Ｉ（ω）、Ｔ（ω））を用いて、式（４）のように書くことができる。
【０１０９】
【数４】
【０１１０】
送受信の伝達関数Ｔ（ω）を利用することで、被検体を探傷したときに得られる素信号φｉｊ（ｔ）に対して、送受信の周波数特性（伝達特性）を補正した素信号φ’ｉｊ（ｔ）を求めることができる。
【０１１１】
ここで、図２４を用いて、補正した素信号φ’ｉｊ（ｔ）の詳細について説明する。素信号φｉｊ（ｔ）は、δ（ｔ）を入力信号とみなした場合、送受信の特性（τ（ｔ））と、反射源による特性（ｇ（ｔ））の影響を受けた出力信号をみなすことができる。底面反射波ｒ（ｔ）の場合と同様に、φｉｊ（ｔ）のフーリエ変換であるψｉｊ（ω）は、フーリエ変換成分（Ｉ（ω）、Ｔ（ω）、Ｇ（ω））の積であらわすことができる。このうち、送受信の伝達特性を取り除くことで、式（５）のように、純粋に反射源による特性の影響による信号φ’ｉｊ（ｔ）を得ることができる。
【０１１２】
【数５】
【０１１３】
送受信の周波数特性を補正した素信号φ’ｉｊ（ｔ）について、遅延時間ΔＴを計算し、Φ’ｉｊ（ｔ）を求め、これに基づいて、合成値Ａ（Ｆ）及び処理値Ｓ（Ｆ）を求めて処理画像を作成すると、送受信の伝達特性の影響が補正され、受信された超音波信号が振動の回数が減少しインパルス的な波形に近付き、時間分解能が向上する結果を得ることができる。
【０１１４】
以上のように、本実施形態によれば、厚さ及び音速が既知である試験体に対して、前記試験体の内部または表面の形状変化部または前記試験体の底面を反射源とし、ｉ番目の素子で送信し、送信と同一のｉ番目の素子で受信した、１個以上の校正用素信号（参照信号）により、圧電素子の特性を測定し、前記特性を補償する処理を行ったのちに、被検体の探傷により得られる最大Ｎ×Ｎ個の素信号を映像化することによって、素信号に対して素子の持つ感度ばらつきや周波数特性を補正するための信号処理を素信号に対して行うことにより、高精度な探傷画像を得ることができる。すなわち、被検体内部のうち、欠陥や割れなど、注目すべき反射源が存在する領域のみより詳細に映像化することが可能となり、映像化に要する時間やメモリを削減することが可能となる。
【０１１５】
また、前述のように、本実施形態によれば、超音波アレイ探触子にＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することで、第一に映像を表示する領域内のすべての画素位置について焦点を絞った高分解能な探傷画像を得ることができ、第二にそれらの探傷画像を加算または平均処理することで、高ＳＮ比な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の計算方法の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間の具体例の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における遅延時間ΔＴ（ｉ,ｊ）を考慮したＫ×Ｌ個の素信号を映像化する手順の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置における画素位置Ｆを変化させた場合の、映像化処理の内容の説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置を変化させる状況の説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるセンサ中心位置を変化させる状況の説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置におけるＱ枚の探傷画像の合成方法の説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置によって得られる処理画像の例の説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第２の実施形態による超音波探傷装置における詳細画像化範囲の設定の説明図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置による探傷画像合成の処理方法の内容を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの補正処理の説明図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの他の補正処理の説明図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態による超音波探傷装置における超音波アレイ探触子の素子間の感度ばらつきの他の補正処理の説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０１…超音波アレイ探触子
１０２…送受信部
１０３…表示部
１００…被検体
１０４…圧電振動素子
１０２Ａ…パルサー
１０２Ｂ…レシーバ
１０２Ｃ…データ収録部
１０２Ｄ…素子切替部
１０２Ｅ…遅延時間設定部
１０２Ｆ…映像化設定部
１０２Ｇ…計算機
１０２Ｈ…記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置であって、
前記超音波アレイ探触子は、Ｎ個の圧電素子を備え、
該Ｎ個の圧電素子の内、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信するための素子切替手段と、
該切替手段により送受信の素子を切り替えて得られる合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を記録する記録手段と、
複数個のセンサ中心位置と、送信に使用するＫ個（１≦Ｋ≦Ｎ）の送信用素子と、受信に使用するＬ個（１≦Ｌ≦Ｎ）の受信用素子を設定する受信用素子設定手段と、
画像表示のための画素位置を設定する画素位置設定手段と、
前記素信号に対して、前記受信用素子設定手段により設定された送信用及び受信用素子、及び、前記センサ中心位置と前記焦点位置を基準とした、遅延時間を与えて信号を合成する演算手段と、
該演算手段により合成された合成信号を表示する表示部を備え、
前記合成信号について前記複数個のセンサ中心位置を基準とする信号を加算または平均して表示することにより、前記被検体の内部を前記表示部に映像化することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探傷装置において、
映像表示のための前記画素位置について、画素の位置またはサイズについて設定する位置サイズ設定手段を有することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項３】
複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷方法であって、
前記超音波アレイ探触子を構成するＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、
複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項３記載の超音波探傷方法において、
厚さ及び音速が既知である試験体に対して、前記試験体の内部または表面の形状変化部または前記試験体の底面を反射源とし、ｉ番目の素子で送信し、送信と同一のｉ番目の素子で受信した、１個以上の校正用素信号（参照信号）により、圧電素子の特性を測定し、前記特性を補償する処理を行ったのちに、被検体の探傷により得られる最大Ｎ×Ｎ個の素信号を映像化することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項３記載の超音波探傷方法において、
部分的に選択された領域で、映像表示のための画素位置の間隔またはサイズについて、前記選択領域の周囲とは異なる画素位置の間隔またはサイズで表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項１】
複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置であって、
前記超音波アレイ探触子は、Ｎ個の圧電素子を備え、
該Ｎ個の圧電素子の内、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信するための素子切替手段と、
該切替手段により送受信の素子を切り替えて得られる合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を記録する記録手段と、
複数個のセンサ中心位置と、送信に使用するＫ個（１≦Ｋ≦Ｎ）の送信用素子と、受信に使用するＬ個（１≦Ｌ≦Ｎ）の受信用素子を設定する受信用素子設定手段と、
画像表示のための画素位置を設定する画素位置設定手段と、
前記素信号に対して、前記受信用素子設定手段により設定された送信用及び受信用素子、及び、前記センサ中心位置と前記焦点位置を基準とした、遅延時間を与えて信号を合成する演算手段と、
該演算手段により合成された合成信号を表示する表示部を備え、
前記合成信号について前記複数個のセンサ中心位置を基準とする信号を加算または平均して表示することにより、前記被検体の内部を前記表示部に映像化することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探傷装置において、
映像表示のための前記画素位置について、画素の位置またはサイズについて設定する位置サイズ設定手段を有することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項３】
複数個の圧電素子からなる超音波アレイ探触子を用いて、被検体に超音波を送信し、前記被検体の表面または内部からの反射波（エコー）により前記被検体の内部を検査する超音波探傷方法であって、
前記超音波アレイ探触子を構成するＮ個の圧電素子のうち、ｉ番目の素子で送信し、ｊ番目の素子で受信し、合計で最大Ｎ×Ｎ個の素信号を収録し、
複数個のセンサ中心位置及び、送信に使用する送信用素子及び、受信に使用する受信用素子と、画像表示のための画素位置、を基準とした遅延時間により、前記素信号を、前記センサ中心位置に対して、遅延時間分だけずらしながら、画素位置に加算または平均処理することにより、前記被検体の内部を映像化することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項３記載の超音波探傷方法において、
厚さ及び音速が既知である試験体に対して、前記試験体の内部または表面の形状変化部または前記試験体の底面を反射源とし、ｉ番目の素子で送信し、送信と同一のｉ番目の素子で受信した、１個以上の校正用素信号（参照信号）により、圧電素子の特性を測定し、前記特性を補償する処理を行ったのちに、被検体の探傷により得られる最大Ｎ×Ｎ個の素信号を映像化することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項３記載の超音波探傷方法において、
部分的に選択された領域で、映像表示のための画素位置の間隔またはサイズについて、前記選択領域の周囲とは異なる画素位置の間隔またはサイズで表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【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】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００９−２８１８０５（Ｐ２００９−２８１８０５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３２９７１（Ｐ２００８−１３２９７１）
【出願日】平成２０年５月２１日（２００８．５．２１）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２１日（２００８．５．２１）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
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