超音波探傷方法及び超音波探傷装置
【課題】アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能な超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することにある。
【解決手段】超音波探傷装置は、超音波センサ１００から送信した超音波を、媒体を介して被検体１０１に伝搬させるとともに、遠隔走査機構１０２を用いて、超音波センサを走査する。送受信装置１０４は、超音波を媒体に送信し、被検体表面及び内部からの反射波を受信信号として受信する。表示部１０５Ａには、被検体表面からの受信信号による探傷画像を、媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示する。表示部１０５Ｂには、被検体中からの反射波を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示する。
【解決手段】超音波探傷装置は、超音波センサ１００から送信した超音波を、媒体を介して被検体１０１に伝搬させるとともに、遠隔走査機構１０２を用いて、超音波センサを走査する。送受信装置１０４は、超音波を媒体に送信し、被検体表面及び内部からの反射波を受信信号として受信する。表示部１０５Ａには、被検体表面からの受信信号による探傷画像を、媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示する。表示部１０５Ｂには、被検体中からの反射波を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷方法及び超音波探傷装置に係り、特に、遠隔走査機構とアレイ探触子を用いて、金属材料の溶接部などの超音波探傷を行うに好適な超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の健全性を評価するために、構造物（例えば、金属材料の溶接部）の表面や内部の非破壊検査手法として、超音波探傷法が広く用いられている。被検体となる構造物へ直接アクセスすることが困難な場合、スキャナ，マニピュレータ，ビークルなどの遠隔走査機構が用いられ、この遠隔走査機構により、超音波探触子の位置を走査する自動探傷（AUT：Automated Ultrasonic Testing）が行われる。
【０００３】
ここで、超音波探触子と通常被検体との間には、超音波の伝達性を高めるために、中間媒質を経由させて、構造物を検査する。中間媒質として、液体（例えば、グリセリン，マシン油，水など）が広く使われている。なお、特別な場合には、中間媒質として、気体や、粘性の高いゲル状の物質が用いられる場合もある。特に、被検体の表面に曲率やうねりなどの形状変化がある場合は、水などの中間媒質を介した「水浸法」とよばれる探傷法が適用される。なお、水浸法において、超音波探触子と被検体の距離は数ミリから数十ミリ程度で用いられることが多い。
【０００４】
ここで、超音波探傷法の一種に、いわゆるフェーズドアレイ方式の超音波探傷法がある。ここで、このフェーズドアレイ方式とは、電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれ、例えば圧電素子からなる複数の超音波粗送受信素子をアレイ状に配置した探触子、いわゆるアレイ探触子を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレイ探触子の各素子に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波が重ね合わされ、合成波を形成することで、被検査体への超音波の送信角度と受信角度、送信位置と受信位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う位置、つまり焦点位置などの条件が電気的な制御により高速で変化させることができるようにした超音波探傷法のことである。なお、ここでは、素子毎に与える所定の遅延の組合せをディレイパターンと呼ぶこととする。
【０００５】
このようにアレイ探触子を用いて探傷条件を電気的に走査する理由は、広い検査範囲にわたって超音波の送受信角度位置や焦点を自由に変化させられるからであり、そうすることにより、被検査体の反射源(欠陥等)からの反射波をより強く受信できる角度や位置、焦点を選択することで、反射源である欠陥が見付け易くできるからである。代表的なディレイパターンの組み合わせとして、送信角度及び受信角度を変化させるセクタスキャン方式と、送信位置及び受信位置を平行移動させるリニアスキャン方式がある。いずれの方式においても、異なる角度（あるいは位置）で得られた信号から、被検体の断面画像として可視化できるという特徴があり、反射源の位置や性状を識別しやすいという特徴がある。
【０００６】
フェーズドアレイ法により、水浸法などの中間媒質を介して、超音波探傷法を実施する場合も、通常の超音波探触子を用いる場合と同様に、媒体中での超音波の多重反射波が探傷信号に影響しないように、所定の距離（例えば、水浸法の場合、数十ｍｍ程度）だけ、被検体とアレイ探触子を離して探傷を行う。このため、アレイ探触子の位置と、媒体を伝搬した後に被検体に超音波が入射する点（超音波入射点）との間には、空間的な隔たりが生じる。従って、より正確で信頼性の高い探傷結果を得る場合には、アレイ探触子と被検体の位置関係のうち、特に、被検体における超音波入射位置（角度、被検体との距離）を制御することが必要である。
【０００７】
そのため、例えば、被検体の曲面形状の形状データとして予め入力して記憶し、記憶されたデータに基づいて、超音波探触子の位置及び方向を被検体の表面の入射点において、一定の角度でかつ一定の距離に保持する超音波探傷方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、被検体と超音波探触子の距離及び角度を保持するために、予め距離測定用プローブで被検体形状を測定するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
また、アレイ探触子を用いた超音波探傷において、被検体の表面形状を、アレイ探触子を用いて測定し、表面形状データからアレイ探触子に与える遅延時間を計算し、複雑形状部でも所定の位置に集束する探傷方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−３０９８５３号公報
【特許文献２】特開平１−２９２２４８号公報
【特許文献３】特開２００８−１２２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１や特許文献２記載のものでは、被検体と超音波探触子の位置関係（角度及び距離）を一定に保つための事前設定に関する記載はあるが、実際の探傷でどのような位置関係となっていたかを特定することができない。
【００１２】
また、特許文献３記載のものでは、被検体の表面形状を考慮した探傷条件の設定に関する記載はあるが、自動探傷（ＡＵＴ）において、アレイ探触子と被検体の位置関係（角度と距離）を特定することができない。
【００１３】
本発明の目的は、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法により、水などの中間媒質を介して超音波を伝搬させ、遠隔走査寄稿により超音波探触子を走査させる超音波探傷方法において、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能な超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、該ティーチングによって得られた情報を元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷をするようにしたものである。
かかる方法により、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【００１５】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ティーチングは、被検体表面または内部からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示して、前記被検体の表面プロファイルを得るようにしたものである。
【００１６】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記駆動制御装置は、前記超音波探触子の回転角度θｘに対する反射エコー群の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）において、最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が最大値となる角度θｘｍに対して、超音波が被検体上の入射点での入射角θＡを加えた値をセンサ角度θｘＡとし、当該センサ角度θｘＡのときの距離ＲＡに基づいて、センサと被検体表面の所定の距離Ｒ０となるように、距離（ＲＡ−Ｒ０）だけ移動することにより、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにしたものである。
【００１７】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記被検体の探傷は、超音波を、前記媒体を介して前記被検体の内部に送信し、被検体表面または内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示するようにしたものである。
【００１８】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記被検体の探傷を行う際に、媒質の音速による探傷も実施するようにしたものである。
【００１９】
（６）上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体に送信し、被検体表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として記録し、前記超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体を介して被検体内部に送信し、被検体中からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として記録して、探傷を行うようにしたものである。
かかる方法により、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【００２０】
（７）上記（６）において、好ましくは、前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、超音波送受信方法としてセクタスキャン方式としたものである。
【００２１】
（８）上記（６）において、好ましくは、前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、超音波送受信方法としてリニアスキャン方式としたものである。
【００２２】
（９）上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷装置であって、超音波を前記媒体に送信し、被検体表面及び内部からの反射波を受信信号として受信する送受信手段と、被検体表面からの受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示する第１の表示手段と、被検体中からの反射波を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示する第２の表示手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【００２３】
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記被検体が、原子力発電プラントの炉内構造物溶接部である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構の動作説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成図である。
【図８】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法の説明図である。
【図１１】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１２】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１３】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１４】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態による超音波探傷装置によるリニアスキャン方式探傷方法の説明図である。
【図１７】本発明の一実施形態による超音波探傷装置によるリニアスキャン方式探傷方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１〜図１３を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容について説明する。ここでは、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法のうち、セクタスキャン方式を用いた例について説明する。
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、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成図である。
【００２７】
被検体１０１は、複雑形状部を有する溶接部の一例を示しており、鋼板１０１Ａに、所定角度を持って管１０１Ｂを貫通させたものである。管１０１Ｂと鋼板１０１Ａが近接する箇所の、管１０１Ｂの周囲が溶接されて溶接部１０１Ｃを形成している。
【００２８】
被検体１０１は、容器ＣＨ内に配置されており、容器内には水が収納されている。すなわち、被検体１０１は、水中に配置されている。従って、超音波送受信手段であるアレイ探触子１００からの超音波を被検体１０１に伝搬させる媒体として水が用いられ、水浸法による超音波探傷によって、溶接部１０１Ｃの傷の有無の検査や、傷の寸法測定を実施する。
【００２９】
ここで、管１０１Ｂの周方向の角度によって溶接部１０１Ｃの形状が３次元的に変化し、凹面と凸面の組み合わされた鞍型形状をしている特徴があり、正確に超音波を目的の位置に入射させることが難しい形状を有している。
【００３０】
ここで、本例の適用先は、例えば、原子力発電所の炉内構造物の溶接部１０１Ｃ（例えば、制御棒駆動機構スタブチューブ、炉内計装管台ハウジング、シュラウドサポート、シュラウド等）の欠陥検出及び寸法測定に関する非破壊検査である。なお、本例に記載の方法及び手順は、炉内構造物に特徴的な曲面の他、配管や平板形状の検査対象にも同様に適用することが可能である。
【００３１】
アレイ探触子１００は、被検体１０１の探傷面の上方に液体（例えば、水）を介して設置され、超音波送受信装置１０４から供給される駆動信号により、超音波送受信面１００Ａから超音波を発生し、これを被検体１０１に向けて伝搬させ、被検体１０１の表面または内部より現れる反射波を検出し、受信信号を超音波送受信装置１０４に入力する。
【００３２】
溶接部１０１Ｃにき裂などの反射源１０３が存在する場合には、き裂１０３からの反射波がアレイ探触子１００で受信される。
【００３３】
アレイ探触子１００は、超音波送受信装置１０４に接続され、音響画像表示手段１０５において探傷結果情報として表示される。アレイ探触子１００は、遠隔走査機構１０２に取り付けられ、所定の位置へ移動して、探傷を行う。
【００３４】
音響画像表示手段１０５は、表示部１０５Ａと、表示部１０５Ｂとを備えている。表示部１０５Ａの表示画像については、図５を用いて後述するが、被検体表面１０１Ｄからの反射画像が得られ、溶接部１０１Ｃの表面プロファイルの情報が得られる。表示部１０５Ｂの表示画像については、図８を用いて後述する。
【００３５】
駆動制御装置１１０は、超音波送受信装置１０４によって検出された溶接部１０１Ｃの表面プロファイルの情報に基づいて、遠隔走査機構１０２を制御して、アレイ探触子１００が、溶接部１０１Ｃの表面に対して、所定の距離で所定の角度となるようにする。
【００３６】
次に、図２を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構１０２の動作について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構の動作説明図である。
【００３７】
アレイ探触子１００を３次元に走査するためには、例えば、自動ロボットやマニピュレータ等に用いられる６軸以上の制御軸を有する遠隔走査機構１０２を用いる。
【００３８】
遠隔走査機構１０２は、例えば、アレイ探触子１０４を中心に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向を回転軸として回転する、θｘ，θｙ，θｚの３つの回転軸を備えたヘッド部１０２Ａと、配管１０１Ｂに着座し、ヘッド部１０２Ａの全体を移動させる、上下（Ｈ軸），径方向（Ｒ軸），回転軸（φ軸）の３つの軸Ｚ，Ｒ，φとから構成される。遠隔走査機構１０２により、アレイ探触子１００を移動することができる。
【００３９】
次に、図３を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置１０４の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【００４０】
送受信装置１０４は、計算機１０４Ａと、時間制御部１０４Ｂと、パルサー１０４Ｃと、レシーバ１０４Ｄと、データ収録部１０４Ｅと、記憶部１０４Ｆとを備えている。パルサー１０４Ｃは、駆動信号を図１に示したアレイ探触子１００に供給し、アレイ探触子１００から入力される受信信号をレシーバ１０４Ｄが処理する。
【００４１】
ここで、計算機１０４Ａは、時間制御部１０４Ｂと、パルサー１０４Ｃと、レシーバ１０４Ｄと、データ収録部１０４Ｅとを制御して、必要な動作が得られるようにする。
【００４２】
時間制御部１０４Ｂは、パルサー１０４Ｃから出力される駆動信号のタイミングを制御すると共に、レシーバ１０４Ｄによる受信信号の入力タイミングを制御する。これにより、レシーバ１０４Ｃからの受信信号を、送信信号に同期して、データ収録部１０４Ｅに逐次保存する。
【００４３】
データ収録部１０４Ｅは、レシーバ１０４Ｄから供給される受信信号を処理し、音響画像表示手段１０５に供給する働きをするが、ここで、音響画像表示手段１０５の動作については、後で詳述する。
【００４４】
記憶部１０４Ｆには、例えば、セクタスキャンする際の遅延時間のディレイパターン等が記憶されている。
【００４５】
次に、図４を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子１００の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。図４（Ａ）は底面図であり、図４（Ｂ）は正面図である。
【００４６】
図４は、アレイ探触子１００の最も基本的な構成を模式的に示したものである。アレイ探触子１００は、一列に配列された複数の超音波送受信素子１２０２で構成されている。超音波送受信素子１２０２は、圧電セラミックや圧電ポリマー、圧電コンポジット材等の圧電変換素子で構成される。超音波送受信素子１２０２は、超音波送受信素子の保護及び多重反射による音響整合を整えるための前面板１２０３を備えており、超音波送受信面としてアレイ探触子の外部の媒体（水など）に接している。超音波送受信面の中心位置１２０１は、表示や評価の際に、必要に応じてアレイ探触子の送受信点として、代表点として扱われる。アレイ探触子１００は、ケーブルにより、図１に示した送受信装置１０４に接続されている。
【００４７】
次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
図５及び図６は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。図５は、媒体の音速を用いた探傷画面である。図６は、被検体の音速を用いた探傷画面である。
【００４８】
最初に、図５により、被検体とアレイ探触子の間の媒体（水浸法では水）の音速を用いた探傷画面について説明する。
【００４９】
アレイ探触子１００から、水などの媒体中に超音波１３０１を発信する。
【００５０】
アレイ探触子１００から、被検体１０１に対して、媒体に対する伝搬角度（入射角）が変化するように、ディレイパターンを設定し、屈折角θｉを変化させながら超音波を送信する。例えば、入射角の変化の範囲として、−６０°から＋６０°まで１°ピッチ（全１２１角度）と設定する。
【００５１】
アレイ探触子１００から送信された超音波１３０１は、被検体表面１０１Ｄで反射され、再びアレイ探触子１００で受信される。受信される信号は、入射角θｉごとに１つの波形として、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ１の点１３０２Ｂの振幅値をＡ(Ｔ１;θｉ)とすると、振幅値の強度に比例した濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θ１と伝搬路程（時間Ｔ１と媒体の音速の積）で扇状に表示することで、図１の表示部１０５Ａには、図５に示すように、探傷画像１０６Ａ及び被検体表面１０１Ｄからの反射画像１０６Ｅを得ることができる。
【００５２】
さらに、被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、波形の立ち上がり点１３０２Ａによる画像１０６Ｃから、被検体表面１０１Ｄの形状（表面プロファイル）を特定することができる。この表面プロファイルの特定を、被検体のテイーチングと称する。
【００５３】
また、被検体表面形状の画像１０６Ｃから、センサ直下の方向の距離１０６Ｄから、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【００５４】
次に、図６により、被検体の音速を用いた探傷画面について説明する。
【００５５】
アレイ探触子１００から、水などの媒体中に超音波１４０１を発信する。
【００５６】
アレイ探触子１００から、被検体１００に対して、被検体中の伝搬角度（屈折角）を変化させるように、ディレイパターンを設置し、屈折角θｊを変化させた超音波を送信する。なお、被検体にθｊで伝搬する場合の、アレイ探触子から媒体への入射角θｊ’は、Ｓｎｅｌｌの法則により、ｓｉｎθｊ’＝ｓｉｎθｊ×（Ｖ’／Ｖ）で与えられる。なお、Ｖ’は水などの媒体の音速、Ｖは被検体の音速である。
【００５７】
アレイ探触子１００から送信された超音波１４０１は、被検体表面１０１Ｄで被検体内部へ屈折され、被検体中に伝搬し、被検体に欠陥などの反射源１０３が存在する場合には、反射源１０３で反射された信号が、被検体表面１０１Ｄで屈折し、再びアレイ探触子１００で受信される。
【００５８】
受信される信号は、屈折角θｊごとに１つの波形として、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。被検体内部の反射源１０３の反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ２の点１４０２の振幅値をＡ(Ｔ２;θｊ)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θｊと伝搬路程（時間Ｔ１と被検体の音速の積）で扇状に表示することで、図１の表示部１０５Ｂには、図６に示すように、被検体の断面図に相当する探傷画像１０６Ｂを得ることができる。
【００５９】
アレイ探触子１００を遠隔駆動機構１０２で、位置を制御しながら自動超音波探傷（ＡＵＴ）を実施する場合、図２に示すように、例えば、６軸以上のロボットを用いて、図５にて説明した被検体のテイーチングによって求められた被検体の表面プロファイルを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する。なお、アレイ探触子と被検体の間には、前記媒体として水が存在し、アレイ探触子と被検体の距離は、例えば、３０ｍｍ程度に設定される。また、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定にするための具体的手法については、図１０を用いて後述する。
【００６０】
なお、図６に示した被検体の音速による探傷と、図５に示した前記媒体（水など）の音速による探傷は、例えば、被検体音速のディレイパターンと、前記媒体の音速によるディレイパターンを同時に、または、切り替えて、設定することで、実現することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、従来の超音波検査で実施されていた被検体音速を用いた超音波探傷に、さらに、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体（水など）の音速による探傷を、同時に（または、切り替えて）実施することで、アレイ探触子と被検体の距離を特定し、アレイ探触子直下の被検体形状を特定することにより、探傷時における、アレイ探触子と被検体の正確な位置関係を特定することが可能になる。このように、相互の位置関係が特定されることで、反射源の位置をより正確に評価することが可能となり、反射源位置の測定精度や、反射源位置の寸法測定精度の高い、信頼性の高い検査をすることができる。
【００６２】
次に、図７〜図１４を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の具体例について説明する。
最初に、図７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成図である。
【００６３】
ここでは、適用対象の一例として、原子力発電プラントの炉内構造物の溶接部の検査に適用する場合の、超音波探傷システムの全体構成を示している。
【００６４】
検査対象となる被検体は、原子炉圧力容器２００１内の構造物であるシュラウド２００２の各種溶接継手、制御棒駆動機構スタブチューブ等の貫通配管溶接部１０１Ｂ、などである。オペレーションフロア２００３には、遠隔駆動機構１０２である多軸マニピュレータの制御装置２００５、超音波探傷装置２００６、各種ケーブル２００７、などの装備を炉内に昇降するための作業台車２００４を設置する構成となる。多軸マニピュレータ１０２の先に、アレイ探触子１００が設置され、被検体の検査領域をカバーするように、多軸マニピュレータ１０２により探触子が走査され、自動探傷を実施する。
【００６５】
超音波探傷装置２００６は、図１に示した送受信装置１０４及び音響画像表示手段１０５から構成される。マニピュレータ制御装置２００５は、図１に示した駆動制御装置１１０から構成される。
【００６６】
次に、図８を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【００６７】
ここでは、図７に示した原子炉の炉内構造物溶接部の検査の場合について説明する。
【００６８】
最初に、ステップＳ１８０１において、検査者は、欠陥指示の検出を目的として、水中カメラによる目視検査を実施する。
【００６９】
その後、ステップＳ１８０２において、検査者は、必要に応じて、欠陥の開口長さを測定するために、渦電流探傷を実施する。
【００７０】
さらに、ステップＳ１８０３において、検査者は、本実施形態の超音波探傷装置を用いて、検出された欠陥に対して、欠陥の深さ測定（深さサイジング）を目的として、超音波検査（ＵＴ）を実施する。
【００７１】
その後、ステップＳ１８０４において、検査者は、欠陥の進展評価を実施し、ステップＳ１８０５において、必要に応じて補修、取替を行う。
【００７２】
本実施形態による超音波探傷方法は、ステップＳ１８０３の深さサイジングにて適用される。
【００７３】
次に、図９を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容について説明する。
図９は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【００７４】
最初に、探傷前のキャリブレーション（ステップＳ１９０１）を実施し、感度や時間軸などを調整する。次に、装置を炉内にインストールし（ステップＳ１９０２）、装置位置（各軸の原点など）を初期化する（ステップＳ１９０３）。
【００７５】
次に、想定する欠陥の位置を対象に、アレイ探触子の位置をティーチング（設定値の初期値の教示）を行う（ステップＳ１９０４）。
【００７６】
次に、ティーチングデータの確認のための確認走査を実施し（ステップＳ１９０５）、機器等と検査装置（遠隔駆動装置、探触子、ケーブルなど）の干渉がないかの確認と、探触子と被検体の位置関係が妥当であるかの確認を行い、機器との干渉性確認と探触子と被検体の位置関係が問題ない状態になるまえ、ティーチング（ステップＳ１９０４）と確認走査（ステップＳ１９０５）を繰り返す。
【００７７】
問題がないことが確認された後、探触子を探傷開始位置へ移動し（ステップＳ１９０６）、開始位置でのセンサ設置状態を確認した後（ステップＳ１９０７）、探傷を開始する（ステップＳ１９０８）。
【００７８】
探傷中には、試験データの異常がないかの確認（ステップＳ１９０９）と、探触子と被検体の位置関係の確認（ステップＳ１９１０）と、最終的には、探傷範囲をカバーしたかどうかを確認し（ステップＳ１９１１）、いずれも問題がなければ、探傷を終了する（ステップＳ１９１２）。
【００７９】
探傷終了後、装置を炉内からアンインストールし（ステップＳ１９１３）、探傷終了後のキャリブレーションを実施する（ステップＳ１９１４）。
【００８０】
ここで、例えば、探傷中のステップ（ステップＳ１９０８〜ステップＳ１９１２）において、アレイ探触子と被検体の位置関係の確認（ステップＳ１９１０）を実施する際に、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体（水など）の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度（被検体の傾斜）を確認する。
【００８１】
このとき、被検体音速による音響画像と、媒体（水など）音速による音響画像を同時に（あるいは、切り替えて）表示することで、探傷しながら位置関係を確認し、また、被検体音速による音響画像を収録することで、位置関係を記録することができる。
【００８２】
アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、例えば、探傷後に、アレイ探触子と被検体の距離や角度を特定することができ、想定した値とずれがある場合に、補正して評価することができ、信頼性の高い超音波探傷を提供することができる。
【００８３】
さらに、例えば、探傷前のステップである、ティーチング（ステップＳ１９０４）において、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体（水など）の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度（被検体の傾斜）を確認しながら、適正な教示データ（初期値）を設定することができる。
【００８４】
一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録すること自体も重要である。例えば、ティーチング（ステップＳ１９０４）を行わないで、探傷する場合に、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録するようにすることもできる。この場合、被検体の表面の凹凸が少なく、ティーチング（ステップＳ１９０４）を行わないで、探傷できるような場合である。この場合、ティーチング（ステップＳ１９０４）を行わないで、探傷し、一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、探傷終了後に探傷データをチェックした結果、探傷データに不審な箇所があるとき、すでに記録しているアレイ探触子と被検体との位置関係を確認することで、アレイ探触子と被検体の距離や角度に異常がないかどうかを確認できる。角度距離に異常がない場合には、その不審な箇所のデータは、被検体内部の欠陥等によるデータと考えることができる。
【００８５】
次に、図１０を用いて、本実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法の説明図である。
【００８６】
アレイ探触子１００は、その真下方向に超音波２１０１を送信する。
【００８７】
被検体表面１０１Ｄから反射した波形は、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。この波形データには、アレイ探触子１００と被検体１０１との距離の情報と、アレイ探触子１００と被検体１０１の角度の情報を含んでいる。
【００８８】
受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面１０１Ｄからの反射エコー群２１０５の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）を求めることができる。ここで、θｘは遠隔駆動機構の回転軸を表す。θｘは説明のための例であり、他の回転軸θｙ，θｚの他、駆動軸のいずれでも構わない。
【００８９】
回転軸θｘを変化させると、θｘに対して最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が変化する。このとき、最大振幅値が最大値となる場合（表示部１０５Ｃにおける表示において、センサ回転角度２１０２の場合）に、アレイ探触子と被検体が正対している（入射角０度）ことが確認できるため、被検体に対して最も効率よく超音波が入射する正対条件を与える回転軸の値θｘを求めることができ、教示値として設定することができる。
【００９０】
さらに、必要に応じて、アレイ探触子を被検体表面の法線方向（正対関係）の位置が特定できるため、アレイ探触子と被検体の角度を調整することができる。
【００９１】
同様に、受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面からの反射エコー群２１０５の立ち上がりまでの片道伝搬時間に、媒体（水など）の音速を乗算することで、距離Ｒ（θｘ）が求められる。なお、エコーの立ち上がりは、時間ゲート信号２１０６と波形２１０５との交点として、自動的に求めることができる。なお、θｘは遠隔駆動機構の回転軸を表す。θｘは説明のための例であり、他の回転軸θｙ、θｚの他、駆動軸のいずれでも構わない。
【００９２】
回転軸θｘを変化させると、θｘに対して距離Ｒ（θｘ）が変化する。例えば、距離Ｒ０に設定したい場合、距離Ｒ（θｘ）が最も距離Ｒ０に近づく値（表示部１０５Ｄにおける表示において、センサ回転角度２１０３の場合）、あるいは、距離Ｒ０と距離Ｒ（θｘ）の差の絶対値が最小値となるθｘを教示値として設定することができる。
【００９３】
このようにティーチングの段階で精度のよい教示値を設定することで、探傷時の確認（ステップＳ１９１０）の設定値とのずれを予め低減することができ、より効率的に短時間で探傷を行うことが可能となる。
【００９４】
ここで、図１１〜図１４を用いて、センサと被検体の関係について説明する。
【００９５】
図１１〜図１４は、超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【００９６】
以下、中間媒質を介して超音波を被検体である構造物に送信する場合、例として水浸法の場合における超音波と被検体の位置関係の変化について説明する。
【００９７】
図１１に示すように、被検体１０１の表面２１０は曲面を有し、超音波の入射点をＡ点からＢ点に変化するように探触子を走査する場合を考える。Ａ点では、超音波入射点２０３Ａの接線２０４Ａに直交する法線に対して、角度θＡだけ傾斜して探触子２０２Ａが設置される。このように配置することで、超音波２０８Ａは被検体上の入射点２０３Ａに角度θＡで入射し、被検体表面で角度θＡ’で屈折することにより、鋼材中を伝搬する斜角超音波２０９Ａが得られる。
【００９８】
図１１は、探傷条件を考慮しない探触子走査の例を示している。超音波探触子を、単に位置２０２Ａから、平行移動して位置２０２Ｂに走査すると、入射点２０３Ｂに対する接線２０４Ｂに直交する法線に対して、超音波２０８Ｂは、角度θＢで入射し、被検体表面で角度θＢ’に屈折し、斜角超音２０９Ｂとして伝搬する。
【００９９】
このとき、Ａ点における、被検体に対する屈折角θＡ’と、Ｂ点における被検体に対する屈折角θＢ’の向きが異なっている。超音波探傷時に、角度のずれがあったか否かを確認できず、ずれがなかったとして評価すると、実際の屈折角が異なるために、精度のよい評価ができない。このため、一般に、超音波検査では、被検体（または被検体内部の反射源）に対して、同じ角度（例えば、４５°）を維持して検査することが求められており、屈折角の変化がないように探触子を移動する必要がある。
【０１００】
水浸法で用いる中間媒質（水）と、被検体（例えば、鉄鋼）に関して、縦波超音波の伝搬速度を比較すると、水の音速Ｖ１＝１５００ｍ／ｓ、鋼材の音速Ｖ２＝６０００ｍ／ｓと４倍音速が異なる。このため、Ｓｎｅｌｌの法則から、水からの入射角θ１と、鋼材への屈折角θ２には、以下の式（１）の関係が成立する。
ｓｉｎθ２ ＝ ｓｉｎθ１×（Ｖ２／Ｖ１） …（１）
すなわち、音速比（Ｖ２／Ｖ１）が大きいほど、屈折による角度変化が大きくなる。例えば、θ１＝０°から微小角度Δθだけ入射角がずれたとすると、超音波探傷結果を評価する際に、そのずれ量を把握できない場合は、ずれが無いものとして処理するため、音速比Ｖ２／Ｖ１＝４であるため、鋼材中の屈折角は、４Δθと大きなずれが生じる。
【０１０１】
さらに、探触子から超音波が発信する点と被検体上の超音波入射点の距離（水距離）についても、点２０７Ａから点２０３Ａの距離と、点２０７Ｂから点２０３Ｂの距離は異なっている。
【０１０２】
従って、Ａ点とＢ点における超音波受信波形を比較すると、図１２（Ａ），（Ｂ）のように、被検体表面からの信号（３０１Ａと３０１Ｂ）と被検体内部からの信号（３０２Ａと３０２Ｂ）の受信時間が時間差Δｔだけ異なる波形となる。超音波検査では、受信信号の時間によって、反射源の位置や性状を特定するため、反射源からの信号の受信時間が、探触子位置によって異なることがないように探触子位置を移動する必要がある。
【０１０３】
受信信号の時間的なずれに関して、水中の伝搬距離をＤ１、鋼材中の伝搬距離をＤ２とすると、片道伝搬時間Ｔは、式（２）で表される。
Ｔ＝（Ｄ１／Ｖ１）＋（Ｄ２／Ｖ２） …（２）
ここで、超音波探傷器は、被検体の音速Ｖ２を用いて、伝搬時間を伝搬距離に換算して表示する場合が一般的であるので、式（２）の伝搬時間を、鋼材中の伝搬距離Ｗに変換すると、式（３）と表すことができる。
Ｗ＝Ｄ１×（Ｖ２／Ｖ１）＋Ｄ２ …（３）
したがって、水中の伝搬距離Ｄ１がΔＤずれたとすると、音速比Ｖ２／Ｖ１＝４であるため、超音波探傷実施時に、伝搬距離のずれを把握できない場合、超音波探傷器上に表示される片道伝搬路程Ｗは、４ΔＤと大きなずれとして表示され、評価結果の誤差の要因となる。
【０１０４】
このように、水浸法などの媒質を介する超音波検査では、探触子位置の角度や被検体との距離を正しく設定し、また、探傷実施時の実際の位置関係を把握することが、正確な評価において必要となる。
【０１０５】
次に、図１３を用いて、探傷条件を考慮した探触子走査の例について説明する。超音波探触子を、位置２０２Ａから、位置４０２Ｂに走査する際に、入射点２０３Ｂに対する接線２０４Ｂに直交する法線に対して、超音波４０６Ｂが、角度θＢと等しい角度４０６Ｂで入射するように探触子の角度を設定されていれば、被検体表面で角度２１０Ａと等しい角度４１０Ｂで屈折し、斜角超音４０９Ｂとして伝搬する。
【０１０６】
超音波探触子から送信される超音波の向きが４０８Ｂのように設定され、さらに、探触子から超音波が発信する点と被検体上の超音波入射点の距離（水距離）についても、２０７Ａから２０３Ａの距離と、４０７Ｂから４０３Ｂの距離が等しくなるように、探触子の位置が設定される必要がある。
【０１０７】
このように設定されていれば、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ点とＢ点の受信波形において、被検体表面からの反射波（３０１Ａ及び５０１Ａ）と、被検体内部からの反射波（３０２Ａ及び５０２Ｂ）の受信時間が、ほぼ同じになるように表示され、より正確な探傷結果の評価が可能となる。
【０１０８】
再び、図１０を用いて、被検体のテイーチングによって求められた被検体の表面プロファイルを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する方法について説明する。この走査は、図１に示した駆動制御装置１１０が、送受信装置１０４からの被検体の表面プロファイルに基づいて、６軸以上の制御軸を有する遠隔走査機構１０２を用いて、アレイ探触子１００を３次元に走査することで行われる。
【０１０９】
図１０にて説明したように、データ収録部１０４Ｅに記録された被検体表面１０１Ｄから反射した波形データは、アレイ探触子１００と被検体１０１との距離の情報と、アレイ探触子１００と被検体１０１の角度の情報を含んでいる。
【０１１０】
表示部１０５Ｃに表示されるセンサ回転角度θｘに対する反射エコー群の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）の関係において、最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が最大値となる角度を、θｘｍとする。センサ回転角度θｘｍのとき、アレイ探触子と被検体が正対している（入射角０度）。図１３に示した例で、超音波が被検体上の入射点での入射角θＡを、例えば、５度とする。一方、図１０の表示部１０５Ｃの表示例において、センサ回転角度θｘｍ＋５度の角度を、センサ角度θｘＡとすると、センサ角度をθｘＡとすれば、入射角度を５度とすることができる。なお、入射角度を０度とする場合には、センサ角度をθｘｍとする。これで、入射角度を所定の角度とすることができる。
【０１１１】
次に、表示部１０５Ｄに示す表示例において、距離Ｒ０が所定の距離とする。そして、センサ角度がθｘＡのときの距離をＲＡとすると、距離を（ＲＡ−Ｒ０）だけ移動することで、センサと被検体表面の距離を所定の距離Ｒ０にすることができる。
【０１１２】
なお、超音波探傷（ステップＳ１８０３）の実施前に、超音波探傷に用いる遠隔駆動機構と１つ以上の駆動軸が共有化された駆動軸を持った遠隔駆動機構を用いて、渦電流探傷（ステップＳ１８０２）等の別プロセスを実施している場合は、ティーチングの初期値として、例えば、過電流探傷で用いた教示値を用いることで、超音波探傷に用いる教示値の精度を向上させることが可能となり、探傷時の確認（ステップＳ１９１０）の設定値とのずれを予め低減することができ、より効率的に短時間で探傷を行うことが可能となる。
【０１１３】
以上のように、探傷中のステップと探傷前の教示のステップにおいて、媒体音速による探傷と、被検体音速による探傷を実施することで、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定することができることにより、より信頼性の高い超音波探傷を提供することができる。
【０１１４】
次に、図１５〜図１７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法として、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法のうち、リニアスキャン方式を用いた例について説明する。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。また、本実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構１０２の構成は、図２にて説明したものと同様である。さらに、本実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置１０４の構成は、図３にて説明したものと同様である。
【０１１５】
最初に、図１５を用いて、本例で用いるアレイ探触子の構成について説明する。
図１５は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。図１５（Ａ）は底面図であり、図１５（Ｂ）は正面図である。
【０１１６】
ここで、アレイ探触子の基本的な構成は図４に示したものと同様である。本例で用いるリニアスキャン方式アレイ探触子１００’の特徴である、アクティブな素子列について説明する。図示のように、このアレイ探触子１００’は、一列に配列されたＮ個の超音波粗送受信素子１２０２で構成されている。リニアスキャン方式では、例えば、送受信に用いる素子群（アクティブな素子）の数をｎ個とすると、ｊ番目の素子から、（ｊ＋ｎ―１）番目の素子がアクティブになる。リニアスキャン方式では、ディレイパターンを切る変えることにより、アクティブな素子の開始素子番号を、例えば、１から（Ｎ−ｎ−１）番目まで変化させることで、アクティブな素子群の送受信位置１５０１を切り替えて探傷を行う。
【０１１７】
次に、図１６及び図１７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
図１６及び図１７は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置によるリニアスキャン方式探傷方法の説明図である。図１６は、媒体の音速を用いた探傷画面である。図１７は、被検体の音速を用いた探傷画面である。
【０１１８】
最初に、図１６により、被検体とアレイ探触子の間の媒体（水浸法では水）の音速を用いた探傷画面について説明する。
【０１１９】
アレイ探触子１００’から、水などの媒体中に超音波１６０１を発信する。
アレイ探触子１００’から、被検体１００に対して、アクティブな素子群の送受信位置１５０１（図１５）が変化するように、ディレイパターンを設定し、送受信位置Ｘｉを変化させながら超音波を送信する。例えば、アクティブな素子群の数として、１２８素子（Ｎ＝１２８）のうち、３２素子（ｎ＝３２）と設定する。
【０１２０】
アレイ探触子１００’から送信された超音波１６０１は、被検体表面１０１Ｄで反射され、再びアレイ探触子１００’で受信される。受信される信号は、図３のデータ収録部１０４Ｅに、送受信位置Ｘｉごとに１つの波形として記録される。被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ１の点１６０２Ｂの振幅値をＡ(Ｔ１;Ｘｉ)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θ１と伝搬路程（時間Ｔ１と媒体の音速の積）で平行四辺形型に表示部１０５Ｅに表示することで、探傷画像１６０３及び被検体表面１０１Ｄからの反射画像を得ることができる。
【０１２１】
さらに、被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、波形の立ち上がり点１６０２Ａによる画像から、被検体表面１０１Ｄの形状を特定することができる。
【０１２２】
また、被検体表面形状の画像から、センサ直下の方向の距離から、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【０１２３】
なお、図１６はアレイ探触子１００’から水などの媒体に対する伝搬角度（入射角）は０°として説明したが、例えば、１０°などの斜め成分でも同様に被検体表面１０１Ｄの形状をえることができる。
【０１２４】
次に、図１７により、被検体の音速を用いた探傷画面について説明する。
【０１２５】
なお、被検体の音速による探傷と、前記媒体（水など）の音速による探傷は、例えば、被検体音速のディレイパターンと、前記媒体の音速によるディレイパターンを同時に、または、切り替えて、設定することで、実現することができる。
【０１２６】
アレイ探触子１００’から、水などの媒体中に超音波１７０１を発信する。
【０１２７】
アレイ探触子１００’から、被検体１００に対して、被検体中の伝搬角度（屈折角）を変化させるように、ディレイパターンを設置し、入射角θＡで固定して超音波を送信し、送受信位置を変化させる。なお、被検体にθＡで入射する場合の、媒体から被検体への屈折角θＢは、Ｓｎｅｌｌの法則により、ｓｉｎθＡ＝ｓｉｎθＢ×（Ｖ’／Ｖ）で与えられる。なお、Ｖ’は水などの媒体の音速、Ｖは被検体の音速である。
【０１２８】
アレイ探触子１００’から送信された超音波１７０１は、被検体表面１０１Ｄで被検体内部へ屈折され、被検体中に伝搬し、被検体に欠陥などの反射源１０３が存在する場合には、反射源１０３で反射された信号が、被検体表面１０１Ｄで屈折し、再びアレイ探触子１００で受信される。
【０１２９】
受信される信号は、図３のデータ収録部１０４Ｅに、送受信位置Ｘｊごとに１つの波形として記録される。被検体内部の反射源１０３の反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ２の点１７０２Ｂの振幅値をＡ(Ｔ２；Ｘｊ)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、送受信点位置Ｘｊと伝搬路程（時間Ｔ１と被検体の音速の積）で平行四辺形状に表示部１０５Ｅに表示することで、被検体の断面図に相当する探傷画像を得ることができる。
【０１３０】
このように表示部１０５は、水などの媒体の音速による音響画像と、被検体音速による音響画像を表示することができ、媒体音速による音響画像により、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定することができ、被検体音速による音響画像により、被検体の超音波検査が可能となる。
【０１３１】
遠隔駆動機構１０２を用いて、アレイ探触子１００の探触子位置を制御しながら自動超音波探傷（ＡＵＴ）を実施する場合、図１０に示すように、例えば、６軸以上のロボットを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する。なお、アレイ探触子と被検体の間には、前記媒体として水が存在し、アレイ探触子と被検体の距離は、例えば、３０ｍｍ程度に設定される。
【０１３２】
本例のように、従来の超音波検査で実施されていた被検体音速を用いた超音波探傷に、さらに、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体（水など）の音速による探傷を、同時に（または、切り替えて）実施することで、アレイ探触子と被検体の距離を特定し、アレイ探触子直下の被検体形状を特定することにより、探傷時における、アレイ探触子と被検体の正確な位置関係を特定することが可能になる。
【０１３３】
このように、相互の位置関係が特定されることで、反射源の位置をより正確に評価することが可能となり、反射源位置の測定精度や、反射源位置の寸法測定精度の高い、信頼性の高い検査を提供することができる。
【０１３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、通常実施される被検体の音速による探傷に加えて、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体の音速による探傷を行うことで、被検体表面の形状の特定ができるとともに、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【０１３５】
また、被検体表面からの信号の強度により、アレイ探触子と被検体を正対位置に設定することが可能である。
【０１３６】
したがって、アレイ探触子と被検体の位置の設定値にかかわらず、実際の探傷時における両者の位置関係を特定することができ、位置関係にずれが生じた場合であっても、媒体の音速による探傷結果から、アレイ探触子と被検体の距離及び角度を特定することができるため、位置関係のずれを補正し、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１３７】
また、探傷の実施前に行うティーチングにおいて、媒体の音速と被検体の音速を用いることで、より正確に、アレイ探触子の位置に対する教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１３８】
また、探傷前に行うティーチングにおいて、探傷より以前に実施した自動走査のティーチング情報がある場合には、その情報を利用することで、より正確に、アレイ探触子の位置に対する教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１３９】
また、被検体の音速による音響画像の表示により、欠陥の検査が可能となるとともに、前記媒体の音速による音響画像を表示することにより、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定でき、被検体音速による音響画像の反射源位置の測定位置精度や欠陥寸法測定の精度が向上する。
【符号の説明】
【０１４０】
１００，１００’…アレイ探触子
１０１…被検体
１０２…遠隔走査機構
１０４…超音波送受信装置
１０５…超音波画像表示手段
１１０…駆動制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷方法及び超音波探傷装置に係り、特に、遠隔走査機構とアレイ探触子を用いて、金属材料の溶接部などの超音波探傷を行うに好適な超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の健全性を評価するために、構造物（例えば、金属材料の溶接部）の表面や内部の非破壊検査手法として、超音波探傷法が広く用いられている。被検体となる構造物へ直接アクセスすることが困難な場合、スキャナ，マニピュレータ，ビークルなどの遠隔走査機構が用いられ、この遠隔走査機構により、超音波探触子の位置を走査する自動探傷（AUT：Automated Ultrasonic Testing）が行われる。
【０００３】
ここで、超音波探触子と通常被検体との間には、超音波の伝達性を高めるために、中間媒質を経由させて、構造物を検査する。中間媒質として、液体（例えば、グリセリン，マシン油，水など）が広く使われている。なお、特別な場合には、中間媒質として、気体や、粘性の高いゲル状の物質が用いられる場合もある。特に、被検体の表面に曲率やうねりなどの形状変化がある場合は、水などの中間媒質を介した「水浸法」とよばれる探傷法が適用される。なお、水浸法において、超音波探触子と被検体の距離は数ミリから数十ミリ程度で用いられることが多い。
【０００４】
ここで、超音波探傷法の一種に、いわゆるフェーズドアレイ方式の超音波探傷法がある。ここで、このフェーズドアレイ方式とは、電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれ、例えば圧電素子からなる複数の超音波粗送受信素子をアレイ状に配置した探触子、いわゆるアレイ探触子を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレイ探触子の各素子に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波が重ね合わされ、合成波を形成することで、被検査体への超音波の送信角度と受信角度、送信位置と受信位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う位置、つまり焦点位置などの条件が電気的な制御により高速で変化させることができるようにした超音波探傷法のことである。なお、ここでは、素子毎に与える所定の遅延の組合せをディレイパターンと呼ぶこととする。
【０００５】
このようにアレイ探触子を用いて探傷条件を電気的に走査する理由は、広い検査範囲にわたって超音波の送受信角度位置や焦点を自由に変化させられるからであり、そうすることにより、被検査体の反射源(欠陥等)からの反射波をより強く受信できる角度や位置、焦点を選択することで、反射源である欠陥が見付け易くできるからである。代表的なディレイパターンの組み合わせとして、送信角度及び受信角度を変化させるセクタスキャン方式と、送信位置及び受信位置を平行移動させるリニアスキャン方式がある。いずれの方式においても、異なる角度（あるいは位置）で得られた信号から、被検体の断面画像として可視化できるという特徴があり、反射源の位置や性状を識別しやすいという特徴がある。
【０００６】
フェーズドアレイ法により、水浸法などの中間媒質を介して、超音波探傷法を実施する場合も、通常の超音波探触子を用いる場合と同様に、媒体中での超音波の多重反射波が探傷信号に影響しないように、所定の距離（例えば、水浸法の場合、数十ｍｍ程度）だけ、被検体とアレイ探触子を離して探傷を行う。このため、アレイ探触子の位置と、媒体を伝搬した後に被検体に超音波が入射する点（超音波入射点）との間には、空間的な隔たりが生じる。従って、より正確で信頼性の高い探傷結果を得る場合には、アレイ探触子と被検体の位置関係のうち、特に、被検体における超音波入射位置（角度、被検体との距離）を制御することが必要である。
【０００７】
そのため、例えば、被検体の曲面形状の形状データとして予め入力して記憶し、記憶されたデータに基づいて、超音波探触子の位置及び方向を被検体の表面の入射点において、一定の角度でかつ一定の距離に保持する超音波探傷方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、被検体と超音波探触子の距離及び角度を保持するために、予め距離測定用プローブで被検体形状を測定するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
また、アレイ探触子を用いた超音波探傷において、被検体の表面形状を、アレイ探触子を用いて測定し、表面形状データからアレイ探触子に与える遅延時間を計算し、複雑形状部でも所定の位置に集束する探傷方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−３０９８５３号公報
【特許文献２】特開平１−２９２２４８号公報
【特許文献３】特開２００８−１２２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１や特許文献２記載のものでは、被検体と超音波探触子の位置関係（角度及び距離）を一定に保つための事前設定に関する記載はあるが、実際の探傷でどのような位置関係となっていたかを特定することができない。
【００１２】
また、特許文献３記載のものでは、被検体の表面形状を考慮した探傷条件の設定に関する記載はあるが、自動探傷（ＡＵＴ）において、アレイ探触子と被検体の位置関係（角度と距離）を特定することができない。
【００１３】
本発明の目的は、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法により、水などの中間媒質を介して超音波を伝搬させ、遠隔走査寄稿により超音波探触子を走査させる超音波探傷方法において、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能な超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、該ティーチングによって得られた情報を元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷をするようにしたものである。
かかる方法により、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【００１５】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ティーチングは、被検体表面または内部からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示して、前記被検体の表面プロファイルを得るようにしたものである。
【００１６】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記駆動制御装置は、前記超音波探触子の回転角度θｘに対する反射エコー群の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）において、最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が最大値となる角度θｘｍに対して、超音波が被検体上の入射点での入射角θＡを加えた値をセンサ角度θｘＡとし、当該センサ角度θｘＡのときの距離ＲＡに基づいて、センサと被検体表面の所定の距離Ｒ０となるように、距離（ＲＡ−Ｒ０）だけ移動することにより、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにしたものである。
【００１７】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記被検体の探傷は、超音波を、前記媒体を介して前記被検体の内部に送信し、被検体表面または内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示するようにしたものである。
【００１８】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記被検体の探傷を行う際に、媒質の音速による探傷も実施するようにしたものである。
【００１９】
（６）上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体に送信し、被検体表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として記録し、前記超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体を介して被検体内部に送信し、被検体中からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として記録して、探傷を行うようにしたものである。
かかる方法により、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【００２０】
（７）上記（６）において、好ましくは、前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、超音波送受信方法としてセクタスキャン方式としたものである。
【００２１】
（８）上記（６）において、好ましくは、前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、超音波送受信方法としてリニアスキャン方式としたものである。
【００２２】
（９）上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷装置であって、超音波を前記媒体に送信し、被検体表面及び内部からの反射波を受信信号として受信する送受信手段と、被検体表面からの受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示する第１の表示手段と、被検体中からの反射波を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示する第２の表示手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【００２３】
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記被検体が、原子力発電プラントの炉内構造物溶接部である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、アレイ探触子と被検体の位置関係を正確に特定し、アレイ探触子と被検体の位置関係のずれの少ない、より正確な超音波探傷が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構の動作説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成図である。
【図８】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法の説明図である。
【図１１】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１２】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１３】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１４】超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態による超音波探傷装置によるリニアスキャン方式探傷方法の説明図である。
【図１７】本発明の一実施形態による超音波探傷装置によるリニアスキャン方式探傷方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１〜図１３を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容について説明する。ここでは、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法のうち、セクタスキャン方式を用いた例について説明する。
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、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成図である。
【００２７】
被検体１０１は、複雑形状部を有する溶接部の一例を示しており、鋼板１０１Ａに、所定角度を持って管１０１Ｂを貫通させたものである。管１０１Ｂと鋼板１０１Ａが近接する箇所の、管１０１Ｂの周囲が溶接されて溶接部１０１Ｃを形成している。
【００２８】
被検体１０１は、容器ＣＨ内に配置されており、容器内には水が収納されている。すなわち、被検体１０１は、水中に配置されている。従って、超音波送受信手段であるアレイ探触子１００からの超音波を被検体１０１に伝搬させる媒体として水が用いられ、水浸法による超音波探傷によって、溶接部１０１Ｃの傷の有無の検査や、傷の寸法測定を実施する。
【００２９】
ここで、管１０１Ｂの周方向の角度によって溶接部１０１Ｃの形状が３次元的に変化し、凹面と凸面の組み合わされた鞍型形状をしている特徴があり、正確に超音波を目的の位置に入射させることが難しい形状を有している。
【００３０】
ここで、本例の適用先は、例えば、原子力発電所の炉内構造物の溶接部１０１Ｃ（例えば、制御棒駆動機構スタブチューブ、炉内計装管台ハウジング、シュラウドサポート、シュラウド等）の欠陥検出及び寸法測定に関する非破壊検査である。なお、本例に記載の方法及び手順は、炉内構造物に特徴的な曲面の他、配管や平板形状の検査対象にも同様に適用することが可能である。
【００３１】
アレイ探触子１００は、被検体１０１の探傷面の上方に液体（例えば、水）を介して設置され、超音波送受信装置１０４から供給される駆動信号により、超音波送受信面１００Ａから超音波を発生し、これを被検体１０１に向けて伝搬させ、被検体１０１の表面または内部より現れる反射波を検出し、受信信号を超音波送受信装置１０４に入力する。
【００３２】
溶接部１０１Ｃにき裂などの反射源１０３が存在する場合には、き裂１０３からの反射波がアレイ探触子１００で受信される。
【００３３】
アレイ探触子１００は、超音波送受信装置１０４に接続され、音響画像表示手段１０５において探傷結果情報として表示される。アレイ探触子１００は、遠隔走査機構１０２に取り付けられ、所定の位置へ移動して、探傷を行う。
【００３４】
音響画像表示手段１０５は、表示部１０５Ａと、表示部１０５Ｂとを備えている。表示部１０５Ａの表示画像については、図５を用いて後述するが、被検体表面１０１Ｄからの反射画像が得られ、溶接部１０１Ｃの表面プロファイルの情報が得られる。表示部１０５Ｂの表示画像については、図８を用いて後述する。
【００３５】
駆動制御装置１１０は、超音波送受信装置１０４によって検出された溶接部１０１Ｃの表面プロファイルの情報に基づいて、遠隔走査機構１０２を制御して、アレイ探触子１００が、溶接部１０１Ｃの表面に対して、所定の距離で所定の角度となるようにする。
【００３６】
次に、図２を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構１０２の動作について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構の動作説明図である。
【００３７】
アレイ探触子１００を３次元に走査するためには、例えば、自動ロボットやマニピュレータ等に用いられる６軸以上の制御軸を有する遠隔走査機構１０２を用いる。
【００３８】
遠隔走査機構１０２は、例えば、アレイ探触子１０４を中心に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向を回転軸として回転する、θｘ，θｙ，θｚの３つの回転軸を備えたヘッド部１０２Ａと、配管１０１Ｂに着座し、ヘッド部１０２Ａの全体を移動させる、上下（Ｈ軸），径方向（Ｒ軸），回転軸（φ軸）の３つの軸Ｚ，Ｒ，φとから構成される。遠隔走査機構１０２により、アレイ探触子１００を移動することができる。
【００３９】
次に、図３を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置１０４の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【００４０】
送受信装置１０４は、計算機１０４Ａと、時間制御部１０４Ｂと、パルサー１０４Ｃと、レシーバ１０４Ｄと、データ収録部１０４Ｅと、記憶部１０４Ｆとを備えている。パルサー１０４Ｃは、駆動信号を図１に示したアレイ探触子１００に供給し、アレイ探触子１００から入力される受信信号をレシーバ１０４Ｄが処理する。
【００４１】
ここで、計算機１０４Ａは、時間制御部１０４Ｂと、パルサー１０４Ｃと、レシーバ１０４Ｄと、データ収録部１０４Ｅとを制御して、必要な動作が得られるようにする。
【００４２】
時間制御部１０４Ｂは、パルサー１０４Ｃから出力される駆動信号のタイミングを制御すると共に、レシーバ１０４Ｄによる受信信号の入力タイミングを制御する。これにより、レシーバ１０４Ｃからの受信信号を、送信信号に同期して、データ収録部１０４Ｅに逐次保存する。
【００４３】
データ収録部１０４Ｅは、レシーバ１０４Ｄから供給される受信信号を処理し、音響画像表示手段１０５に供給する働きをするが、ここで、音響画像表示手段１０５の動作については、後で詳述する。
【００４４】
記憶部１０４Ｆには、例えば、セクタスキャンする際の遅延時間のディレイパターン等が記憶されている。
【００４５】
次に、図４を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子１００の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。図４（Ａ）は底面図であり、図４（Ｂ）は正面図である。
【００４６】
図４は、アレイ探触子１００の最も基本的な構成を模式的に示したものである。アレイ探触子１００は、一列に配列された複数の超音波送受信素子１２０２で構成されている。超音波送受信素子１２０２は、圧電セラミックや圧電ポリマー、圧電コンポジット材等の圧電変換素子で構成される。超音波送受信素子１２０２は、超音波送受信素子の保護及び多重反射による音響整合を整えるための前面板１２０３を備えており、超音波送受信面としてアレイ探触子の外部の媒体（水など）に接している。超音波送受信面の中心位置１２０１は、表示や評価の際に、必要に応じてアレイ探触子の送受信点として、代表点として扱われる。アレイ探触子１００は、ケーブルにより、図１に示した送受信装置１０４に接続されている。
【００４７】
次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
図５及び図６は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。図５は、媒体の音速を用いた探傷画面である。図６は、被検体の音速を用いた探傷画面である。
【００４８】
最初に、図５により、被検体とアレイ探触子の間の媒体（水浸法では水）の音速を用いた探傷画面について説明する。
【００４９】
アレイ探触子１００から、水などの媒体中に超音波１３０１を発信する。
【００５０】
アレイ探触子１００から、被検体１０１に対して、媒体に対する伝搬角度（入射角）が変化するように、ディレイパターンを設定し、屈折角θｉを変化させながら超音波を送信する。例えば、入射角の変化の範囲として、−６０°から＋６０°まで１°ピッチ（全１２１角度）と設定する。
【００５１】
アレイ探触子１００から送信された超音波１３０１は、被検体表面１０１Ｄで反射され、再びアレイ探触子１００で受信される。受信される信号は、入射角θｉごとに１つの波形として、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ１の点１３０２Ｂの振幅値をＡ(Ｔ１;θｉ)とすると、振幅値の強度に比例した濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θ１と伝搬路程（時間Ｔ１と媒体の音速の積）で扇状に表示することで、図１の表示部１０５Ａには、図５に示すように、探傷画像１０６Ａ及び被検体表面１０１Ｄからの反射画像１０６Ｅを得ることができる。
【００５２】
さらに、被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、波形の立ち上がり点１３０２Ａによる画像１０６Ｃから、被検体表面１０１Ｄの形状（表面プロファイル）を特定することができる。この表面プロファイルの特定を、被検体のテイーチングと称する。
【００５３】
また、被検体表面形状の画像１０６Ｃから、センサ直下の方向の距離１０６Ｄから、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【００５４】
次に、図６により、被検体の音速を用いた探傷画面について説明する。
【００５５】
アレイ探触子１００から、水などの媒体中に超音波１４０１を発信する。
【００５６】
アレイ探触子１００から、被検体１００に対して、被検体中の伝搬角度（屈折角）を変化させるように、ディレイパターンを設置し、屈折角θｊを変化させた超音波を送信する。なお、被検体にθｊで伝搬する場合の、アレイ探触子から媒体への入射角θｊ’は、Ｓｎｅｌｌの法則により、ｓｉｎθｊ’＝ｓｉｎθｊ×（Ｖ’／Ｖ）で与えられる。なお、Ｖ’は水などの媒体の音速、Ｖは被検体の音速である。
【００５７】
アレイ探触子１００から送信された超音波１４０１は、被検体表面１０１Ｄで被検体内部へ屈折され、被検体中に伝搬し、被検体に欠陥などの反射源１０３が存在する場合には、反射源１０３で反射された信号が、被検体表面１０１Ｄで屈折し、再びアレイ探触子１００で受信される。
【００５８】
受信される信号は、屈折角θｊごとに１つの波形として、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。被検体内部の反射源１０３の反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ２の点１４０２の振幅値をＡ(Ｔ２;θｊ)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θｊと伝搬路程（時間Ｔ１と被検体の音速の積）で扇状に表示することで、図１の表示部１０５Ｂには、図６に示すように、被検体の断面図に相当する探傷画像１０６Ｂを得ることができる。
【００５９】
アレイ探触子１００を遠隔駆動機構１０２で、位置を制御しながら自動超音波探傷（ＡＵＴ）を実施する場合、図２に示すように、例えば、６軸以上のロボットを用いて、図５にて説明した被検体のテイーチングによって求められた被検体の表面プロファイルを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する。なお、アレイ探触子と被検体の間には、前記媒体として水が存在し、アレイ探触子と被検体の距離は、例えば、３０ｍｍ程度に設定される。また、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定にするための具体的手法については、図１０を用いて後述する。
【００６０】
なお、図６に示した被検体の音速による探傷と、図５に示した前記媒体（水など）の音速による探傷は、例えば、被検体音速のディレイパターンと、前記媒体の音速によるディレイパターンを同時に、または、切り替えて、設定することで、実現することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、従来の超音波検査で実施されていた被検体音速を用いた超音波探傷に、さらに、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体（水など）の音速による探傷を、同時に（または、切り替えて）実施することで、アレイ探触子と被検体の距離を特定し、アレイ探触子直下の被検体形状を特定することにより、探傷時における、アレイ探触子と被検体の正確な位置関係を特定することが可能になる。このように、相互の位置関係が特定されることで、反射源の位置をより正確に評価することが可能となり、反射源位置の測定精度や、反射源位置の寸法測定精度の高い、信頼性の高い検査をすることができる。
【００６２】
次に、図７〜図１４を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の具体例について説明する。
最初に、図７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷システムの全体構成図である。
【００６３】
ここでは、適用対象の一例として、原子力発電プラントの炉内構造物の溶接部の検査に適用する場合の、超音波探傷システムの全体構成を示している。
【００６４】
検査対象となる被検体は、原子炉圧力容器２００１内の構造物であるシュラウド２００２の各種溶接継手、制御棒駆動機構スタブチューブ等の貫通配管溶接部１０１Ｂ、などである。オペレーションフロア２００３には、遠隔駆動機構１０２である多軸マニピュレータの制御装置２００５、超音波探傷装置２００６、各種ケーブル２００７、などの装備を炉内に昇降するための作業台車２００４を設置する構成となる。多軸マニピュレータ１０２の先に、アレイ探触子１００が設置され、被検体の検査領域をカバーするように、多軸マニピュレータ１０２により探触子が走査され、自動探傷を実施する。
【００６５】
超音波探傷装置２００６は、図１に示した送受信装置１０４及び音響画像表示手段１０５から構成される。マニピュレータ制御装置２００５は、図１に示した駆動制御装置１１０から構成される。
【００６６】
次に、図８を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【００６７】
ここでは、図７に示した原子炉の炉内構造物溶接部の検査の場合について説明する。
【００６８】
最初に、ステップＳ１８０１において、検査者は、欠陥指示の検出を目的として、水中カメラによる目視検査を実施する。
【００６９】
その後、ステップＳ１８０２において、検査者は、必要に応じて、欠陥の開口長さを測定するために、渦電流探傷を実施する。
【００７０】
さらに、ステップＳ１８０３において、検査者は、本実施形態の超音波探傷装置を用いて、検出された欠陥に対して、欠陥の深さ測定（深さサイジング）を目的として、超音波検査（ＵＴ）を実施する。
【００７１】
その後、ステップＳ１８０４において、検査者は、欠陥の進展評価を実施し、ステップＳ１８０５において、必要に応じて補修、取替を行う。
【００７２】
本実施形態による超音波探傷方法は、ステップＳ１８０３の深さサイジングにて適用される。
【００７３】
次に、図９を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容について説明する。
図９は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による深さサイジングのための超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。
【００７４】
最初に、探傷前のキャリブレーション（ステップＳ１９０１）を実施し、感度や時間軸などを調整する。次に、装置を炉内にインストールし（ステップＳ１９０２）、装置位置（各軸の原点など）を初期化する（ステップＳ１９０３）。
【００７５】
次に、想定する欠陥の位置を対象に、アレイ探触子の位置をティーチング（設定値の初期値の教示）を行う（ステップＳ１９０４）。
【００７６】
次に、ティーチングデータの確認のための確認走査を実施し（ステップＳ１９０５）、機器等と検査装置（遠隔駆動装置、探触子、ケーブルなど）の干渉がないかの確認と、探触子と被検体の位置関係が妥当であるかの確認を行い、機器との干渉性確認と探触子と被検体の位置関係が問題ない状態になるまえ、ティーチング（ステップＳ１９０４）と確認走査（ステップＳ１９０５）を繰り返す。
【００７７】
問題がないことが確認された後、探触子を探傷開始位置へ移動し（ステップＳ１９０６）、開始位置でのセンサ設置状態を確認した後（ステップＳ１９０７）、探傷を開始する（ステップＳ１９０８）。
【００７８】
探傷中には、試験データの異常がないかの確認（ステップＳ１９０９）と、探触子と被検体の位置関係の確認（ステップＳ１９１０）と、最終的には、探傷範囲をカバーしたかどうかを確認し（ステップＳ１９１１）、いずれも問題がなければ、探傷を終了する（ステップＳ１９１２）。
【００７９】
探傷終了後、装置を炉内からアンインストールし（ステップＳ１９１３）、探傷終了後のキャリブレーションを実施する（ステップＳ１９１４）。
【００８０】
ここで、例えば、探傷中のステップ（ステップＳ１９０８〜ステップＳ１９１２）において、アレイ探触子と被検体の位置関係の確認（ステップＳ１９１０）を実施する際に、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体（水など）の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度（被検体の傾斜）を確認する。
【００８１】
このとき、被検体音速による音響画像と、媒体（水など）音速による音響画像を同時に（あるいは、切り替えて）表示することで、探傷しながら位置関係を確認し、また、被検体音速による音響画像を収録することで、位置関係を記録することができる。
【００８２】
アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、例えば、探傷後に、アレイ探触子と被検体の距離や角度を特定することができ、想定した値とずれがある場合に、補正して評価することができ、信頼性の高い超音波探傷を提供することができる。
【００８３】
さらに、例えば、探傷前のステップである、ティーチング（ステップＳ１９０４）において、被検体音速を用いた通常の探傷と同時に、アレイ探触子と被検体の間の媒体（水など）の音速を用いて、前述のように、アレイ探触子と被検体の距離と角度（被検体の傾斜）を確認しながら、適正な教示データ（初期値）を設定することができる。
【００８４】
一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録すること自体も重要である。例えば、ティーチング（ステップＳ１９０４）を行わないで、探傷する場合に、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録するようにすることもできる。この場合、被検体の表面の凹凸が少なく、ティーチング（ステップＳ１９０４）を行わないで、探傷できるような場合である。この場合、ティーチング（ステップＳ１９０４）を行わないで、探傷し、一方では、アレイ探触子と被検体との位置関係を記録することで、探傷終了後に探傷データをチェックした結果、探傷データに不審な箇所があるとき、すでに記録しているアレイ探触子と被検体との位置関係を確認することで、アレイ探触子と被検体の距離や角度に異常がないかどうかを確認できる。角度距離に異常がない場合には、その不審な箇所のデータは、被検体内部の欠陥等によるデータと考えることができる。
【００８５】
次に、図１０を用いて、本実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態による超音波探傷方法における教示データの設定方法の説明図である。
【００８６】
アレイ探触子１００は、その真下方向に超音波２１０１を送信する。
【００８７】
被検体表面１０１Ｄから反射した波形は、図３のデータ収録部１０４Ｅに記録される。この波形データには、アレイ探触子１００と被検体１０１との距離の情報と、アレイ探触子１００と被検体１０１の角度の情報を含んでいる。
【００８８】
受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面１０１Ｄからの反射エコー群２１０５の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）を求めることができる。ここで、θｘは遠隔駆動機構の回転軸を表す。θｘは説明のための例であり、他の回転軸θｙ，θｚの他、駆動軸のいずれでも構わない。
【００８９】
回転軸θｘを変化させると、θｘに対して最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が変化する。このとき、最大振幅値が最大値となる場合（表示部１０５Ｃにおける表示において、センサ回転角度２１０２の場合）に、アレイ探触子と被検体が正対している（入射角０度）ことが確認できるため、被検体に対して最も効率よく超音波が入射する正対条件を与える回転軸の値θｘを求めることができ、教示値として設定することができる。
【００９０】
さらに、必要に応じて、アレイ探触子を被検体表面の法線方向（正対関係）の位置が特定できるため、アレイ探触子と被検体の角度を調整することができる。
【００９１】
同様に、受信波形として、横軸に伝搬時間、縦軸に振幅の絶対値をとった場合、被検体表面からの反射エコー群２１０５の立ち上がりまでの片道伝搬時間に、媒体（水など）の音速を乗算することで、距離Ｒ（θｘ）が求められる。なお、エコーの立ち上がりは、時間ゲート信号２１０６と波形２１０５との交点として、自動的に求めることができる。なお、θｘは遠隔駆動機構の回転軸を表す。θｘは説明のための例であり、他の回転軸θｙ、θｚの他、駆動軸のいずれでも構わない。
【００９２】
回転軸θｘを変化させると、θｘに対して距離Ｒ（θｘ）が変化する。例えば、距離Ｒ０に設定したい場合、距離Ｒ（θｘ）が最も距離Ｒ０に近づく値（表示部１０５Ｄにおける表示において、センサ回転角度２１０３の場合）、あるいは、距離Ｒ０と距離Ｒ（θｘ）の差の絶対値が最小値となるθｘを教示値として設定することができる。
【００９３】
このようにティーチングの段階で精度のよい教示値を設定することで、探傷時の確認（ステップＳ１９１０）の設定値とのずれを予め低減することができ、より効率的に短時間で探傷を行うことが可能となる。
【００９４】
ここで、図１１〜図１４を用いて、センサと被検体の関係について説明する。
【００９５】
図１１〜図１４は、超音波探傷方法におけるセンサと被検体の関係の説明図である。
【００９６】
以下、中間媒質を介して超音波を被検体である構造物に送信する場合、例として水浸法の場合における超音波と被検体の位置関係の変化について説明する。
【００９７】
図１１に示すように、被検体１０１の表面２１０は曲面を有し、超音波の入射点をＡ点からＢ点に変化するように探触子を走査する場合を考える。Ａ点では、超音波入射点２０３Ａの接線２０４Ａに直交する法線に対して、角度θＡだけ傾斜して探触子２０２Ａが設置される。このように配置することで、超音波２０８Ａは被検体上の入射点２０３Ａに角度θＡで入射し、被検体表面で角度θＡ’で屈折することにより、鋼材中を伝搬する斜角超音波２０９Ａが得られる。
【００９８】
図１１は、探傷条件を考慮しない探触子走査の例を示している。超音波探触子を、単に位置２０２Ａから、平行移動して位置２０２Ｂに走査すると、入射点２０３Ｂに対する接線２０４Ｂに直交する法線に対して、超音波２０８Ｂは、角度θＢで入射し、被検体表面で角度θＢ’に屈折し、斜角超音２０９Ｂとして伝搬する。
【００９９】
このとき、Ａ点における、被検体に対する屈折角θＡ’と、Ｂ点における被検体に対する屈折角θＢ’の向きが異なっている。超音波探傷時に、角度のずれがあったか否かを確認できず、ずれがなかったとして評価すると、実際の屈折角が異なるために、精度のよい評価ができない。このため、一般に、超音波検査では、被検体（または被検体内部の反射源）に対して、同じ角度（例えば、４５°）を維持して検査することが求められており、屈折角の変化がないように探触子を移動する必要がある。
【０１００】
水浸法で用いる中間媒質（水）と、被検体（例えば、鉄鋼）に関して、縦波超音波の伝搬速度を比較すると、水の音速Ｖ１＝１５００ｍ／ｓ、鋼材の音速Ｖ２＝６０００ｍ／ｓと４倍音速が異なる。このため、Ｓｎｅｌｌの法則から、水からの入射角θ１と、鋼材への屈折角θ２には、以下の式（１）の関係が成立する。
ｓｉｎθ２ ＝ ｓｉｎθ１×（Ｖ２／Ｖ１） …（１）
すなわち、音速比（Ｖ２／Ｖ１）が大きいほど、屈折による角度変化が大きくなる。例えば、θ１＝０°から微小角度Δθだけ入射角がずれたとすると、超音波探傷結果を評価する際に、そのずれ量を把握できない場合は、ずれが無いものとして処理するため、音速比Ｖ２／Ｖ１＝４であるため、鋼材中の屈折角は、４Δθと大きなずれが生じる。
【０１０１】
さらに、探触子から超音波が発信する点と被検体上の超音波入射点の距離（水距離）についても、点２０７Ａから点２０３Ａの距離と、点２０７Ｂから点２０３Ｂの距離は異なっている。
【０１０２】
従って、Ａ点とＢ点における超音波受信波形を比較すると、図１２（Ａ），（Ｂ）のように、被検体表面からの信号（３０１Ａと３０１Ｂ）と被検体内部からの信号（３０２Ａと３０２Ｂ）の受信時間が時間差Δｔだけ異なる波形となる。超音波検査では、受信信号の時間によって、反射源の位置や性状を特定するため、反射源からの信号の受信時間が、探触子位置によって異なることがないように探触子位置を移動する必要がある。
【０１０３】
受信信号の時間的なずれに関して、水中の伝搬距離をＤ１、鋼材中の伝搬距離をＤ２とすると、片道伝搬時間Ｔは、式（２）で表される。
Ｔ＝（Ｄ１／Ｖ１）＋（Ｄ２／Ｖ２） …（２）
ここで、超音波探傷器は、被検体の音速Ｖ２を用いて、伝搬時間を伝搬距離に換算して表示する場合が一般的であるので、式（２）の伝搬時間を、鋼材中の伝搬距離Ｗに変換すると、式（３）と表すことができる。
Ｗ＝Ｄ１×（Ｖ２／Ｖ１）＋Ｄ２ …（３）
したがって、水中の伝搬距離Ｄ１がΔＤずれたとすると、音速比Ｖ２／Ｖ１＝４であるため、超音波探傷実施時に、伝搬距離のずれを把握できない場合、超音波探傷器上に表示される片道伝搬路程Ｗは、４ΔＤと大きなずれとして表示され、評価結果の誤差の要因となる。
【０１０４】
このように、水浸法などの媒質を介する超音波検査では、探触子位置の角度や被検体との距離を正しく設定し、また、探傷実施時の実際の位置関係を把握することが、正確な評価において必要となる。
【０１０５】
次に、図１３を用いて、探傷条件を考慮した探触子走査の例について説明する。超音波探触子を、位置２０２Ａから、位置４０２Ｂに走査する際に、入射点２０３Ｂに対する接線２０４Ｂに直交する法線に対して、超音波４０６Ｂが、角度θＢと等しい角度４０６Ｂで入射するように探触子の角度を設定されていれば、被検体表面で角度２１０Ａと等しい角度４１０Ｂで屈折し、斜角超音４０９Ｂとして伝搬する。
【０１０６】
超音波探触子から送信される超音波の向きが４０８Ｂのように設定され、さらに、探触子から超音波が発信する点と被検体上の超音波入射点の距離（水距離）についても、２０７Ａから２０３Ａの距離と、４０７Ｂから４０３Ｂの距離が等しくなるように、探触子の位置が設定される必要がある。
【０１０７】
このように設定されていれば、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ点とＢ点の受信波形において、被検体表面からの反射波（３０１Ａ及び５０１Ａ）と、被検体内部からの反射波（３０２Ａ及び５０２Ｂ）の受信時間が、ほぼ同じになるように表示され、より正確な探傷結果の評価が可能となる。
【０１０８】
再び、図１０を用いて、被検体のテイーチングによって求められた被検体の表面プロファイルを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する方法について説明する。この走査は、図１に示した駆動制御装置１１０が、送受信装置１０４からの被検体の表面プロファイルに基づいて、６軸以上の制御軸を有する遠隔走査機構１０２を用いて、アレイ探触子１００を３次元に走査することで行われる。
【０１０９】
図１０にて説明したように、データ収録部１０４Ｅに記録された被検体表面１０１Ｄから反射した波形データは、アレイ探触子１００と被検体１０１との距離の情報と、アレイ探触子１００と被検体１０１の角度の情報を含んでいる。
【０１１０】
表示部１０５Ｃに表示されるセンサ回転角度θｘに対する反射エコー群の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）の関係において、最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が最大値となる角度を、θｘｍとする。センサ回転角度θｘｍのとき、アレイ探触子と被検体が正対している（入射角０度）。図１３に示した例で、超音波が被検体上の入射点での入射角θＡを、例えば、５度とする。一方、図１０の表示部１０５Ｃの表示例において、センサ回転角度θｘｍ＋５度の角度を、センサ角度θｘＡとすると、センサ角度をθｘＡとすれば、入射角度を５度とすることができる。なお、入射角度を０度とする場合には、センサ角度をθｘｍとする。これで、入射角度を所定の角度とすることができる。
【０１１１】
次に、表示部１０５Ｄに示す表示例において、距離Ｒ０が所定の距離とする。そして、センサ角度がθｘＡのときの距離をＲＡとすると、距離を（ＲＡ−Ｒ０）だけ移動することで、センサと被検体表面の距離を所定の距離Ｒ０にすることができる。
【０１１２】
なお、超音波探傷（ステップＳ１８０３）の実施前に、超音波探傷に用いる遠隔駆動機構と１つ以上の駆動軸が共有化された駆動軸を持った遠隔駆動機構を用いて、渦電流探傷（ステップＳ１８０２）等の別プロセスを実施している場合は、ティーチングの初期値として、例えば、過電流探傷で用いた教示値を用いることで、超音波探傷に用いる教示値の精度を向上させることが可能となり、探傷時の確認（ステップＳ１９１０）の設定値とのずれを予め低減することができ、より効率的に短時間で探傷を行うことが可能となる。
【０１１３】
以上のように、探傷中のステップと探傷前の教示のステップにおいて、媒体音速による探傷と、被検体音速による探傷を実施することで、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定することができることにより、より信頼性の高い超音波探傷を提供することができる。
【０１１４】
次に、図１５〜図１７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法として、アレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法のうち、リニアスキャン方式を用いた例について説明する。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。また、本実施形態による超音波探傷装置に用いる遠隔走査機構１０２の構成は、図２にて説明したものと同様である。さらに、本実施形態による超音波探傷装置に用いる超音波送受信装置１０４の構成は、図３にて説明したものと同様である。
【０１１５】
最初に、図１５を用いて、本例で用いるアレイ探触子の構成について説明する。
図１５は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイ探触子の構成の説明図である。図１５（Ａ）は底面図であり、図１５（Ｂ）は正面図である。
【０１１６】
ここで、アレイ探触子の基本的な構成は図４に示したものと同様である。本例で用いるリニアスキャン方式アレイ探触子１００’の特徴である、アクティブな素子列について説明する。図示のように、このアレイ探触子１００’は、一列に配列されたＮ個の超音波粗送受信素子１２０２で構成されている。リニアスキャン方式では、例えば、送受信に用いる素子群（アクティブな素子）の数をｎ個とすると、ｊ番目の素子から、（ｊ＋ｎ―１）番目の素子がアクティブになる。リニアスキャン方式では、ディレイパターンを切る変えることにより、アクティブな素子の開始素子番号を、例えば、１から（Ｎ−ｎ−１）番目まで変化させることで、アクティブな素子群の送受信位置１５０１を切り替えて探傷を行う。
【０１１７】
次に、図１６及び図１７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
図１６及び図１７は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置によるリニアスキャン方式探傷方法の説明図である。図１６は、媒体の音速を用いた探傷画面である。図１７は、被検体の音速を用いた探傷画面である。
【０１１８】
最初に、図１６により、被検体とアレイ探触子の間の媒体（水浸法では水）の音速を用いた探傷画面について説明する。
【０１１９】
アレイ探触子１００’から、水などの媒体中に超音波１６０１を発信する。
アレイ探触子１００’から、被検体１００に対して、アクティブな素子群の送受信位置１５０１（図１５）が変化するように、ディレイパターンを設定し、送受信位置Ｘｉを変化させながら超音波を送信する。例えば、アクティブな素子群の数として、１２８素子（Ｎ＝１２８）のうち、３２素子（ｎ＝３２）と設定する。
【０１２０】
アレイ探触子１００’から送信された超音波１６０１は、被検体表面１０１Ｄで反射され、再びアレイ探触子１００’で受信される。受信される信号は、図３のデータ収録部１０４Ｅに、送受信位置Ｘｉごとに１つの波形として記録される。被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ１の点１６０２Ｂの振幅値をＡ(Ｔ１;Ｘｉ)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、角度θ１と伝搬路程（時間Ｔ１と媒体の音速の積）で平行四辺形型に表示部１０５Ｅに表示することで、探傷画像１６０３及び被検体表面１０１Ｄからの反射画像を得ることができる。
【０１２１】
さらに、被検体表面１０１Ｄの反射波のうち、波形の立ち上がり点１６０２Ａによる画像から、被検体表面１０１Ｄの形状を特定することができる。
【０１２２】
また、被検体表面形状の画像から、センサ直下の方向の距離から、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【０１２３】
なお、図１６はアレイ探触子１００’から水などの媒体に対する伝搬角度（入射角）は０°として説明したが、例えば、１０°などの斜め成分でも同様に被検体表面１０１Ｄの形状をえることができる。
【０１２４】
次に、図１７により、被検体の音速を用いた探傷画面について説明する。
【０１２５】
なお、被検体の音速による探傷と、前記媒体（水など）の音速による探傷は、例えば、被検体音速のディレイパターンと、前記媒体の音速によるディレイパターンを同時に、または、切り替えて、設定することで、実現することができる。
【０１２６】
アレイ探触子１００’から、水などの媒体中に超音波１７０１を発信する。
【０１２７】
アレイ探触子１００’から、被検体１００に対して、被検体中の伝搬角度（屈折角）を変化させるように、ディレイパターンを設置し、入射角θＡで固定して超音波を送信し、送受信位置を変化させる。なお、被検体にθＡで入射する場合の、媒体から被検体への屈折角θＢは、Ｓｎｅｌｌの法則により、ｓｉｎθＡ＝ｓｉｎθＢ×（Ｖ’／Ｖ）で与えられる。なお、Ｖ’は水などの媒体の音速、Ｖは被検体の音速である。
【０１２８】
アレイ探触子１００’から送信された超音波１７０１は、被検体表面１０１Ｄで被検体内部へ屈折され、被検体中に伝搬し、被検体に欠陥などの反射源１０３が存在する場合には、反射源１０３で反射された信号が、被検体表面１０１Ｄで屈折し、再びアレイ探触子１００で受信される。
【０１２９】
受信される信号は、図３のデータ収録部１０４Ｅに、送受信位置Ｘｊごとに１つの波形として記録される。被検体内部の反射源１０３の反射波のうち、片道伝搬時間Ｔ２の点１７０２Ｂの振幅値をＡ(Ｔ２；Ｘｊ)とすると、振幅値の強度にした濃淡の白黒、またはカラーの画素として、送受信点位置Ｘｊと伝搬路程（時間Ｔ１と被検体の音速の積）で平行四辺形状に表示部１０５Ｅに表示することで、被検体の断面図に相当する探傷画像を得ることができる。
【０１３０】
このように表示部１０５は、水などの媒体の音速による音響画像と、被検体音速による音響画像を表示することができ、媒体音速による音響画像により、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定することができ、被検体音速による音響画像により、被検体の超音波検査が可能となる。
【０１３１】
遠隔駆動機構１０２を用いて、アレイ探触子１００の探触子位置を制御しながら自動超音波探傷（ＡＵＴ）を実施する場合、図１０に示すように、例えば、６軸以上のロボットを用いて、アレイ探触子と被検体の角度及び距離が一定になるように、探触子位置を走査する。なお、アレイ探触子と被検体の間には、前記媒体として水が存在し、アレイ探触子と被検体の距離は、例えば、３０ｍｍ程度に設定される。
【０１３２】
本例のように、従来の超音波検査で実施されていた被検体音速を用いた超音波探傷に、さらに、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体（水など）の音速による探傷を、同時に（または、切り替えて）実施することで、アレイ探触子と被検体の距離を特定し、アレイ探触子直下の被検体形状を特定することにより、探傷時における、アレイ探触子と被検体の正確な位置関係を特定することが可能になる。
【０１３３】
このように、相互の位置関係が特定されることで、反射源の位置をより正確に評価することが可能となり、反射源位置の測定精度や、反射源位置の寸法測定精度の高い、信頼性の高い検査を提供することができる。
【０１３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、通常実施される被検体の音速による探傷に加えて、アレイ探触子と被検体の間に存在する媒体の音速による探傷を行うことで、被検体表面の形状の特定ができるとともに、アレイ探触子と被検体の距離を特定することができる。
【０１３５】
また、被検体表面からの信号の強度により、アレイ探触子と被検体を正対位置に設定することが可能である。
【０１３６】
したがって、アレイ探触子と被検体の位置の設定値にかかわらず、実際の探傷時における両者の位置関係を特定することができ、位置関係にずれが生じた場合であっても、媒体の音速による探傷結果から、アレイ探触子と被検体の距離及び角度を特定することができるため、位置関係のずれを補正し、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１３７】
また、探傷の実施前に行うティーチングにおいて、媒体の音速と被検体の音速を用いることで、より正確に、アレイ探触子の位置に対する教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１３８】
また、探傷前に行うティーチングにおいて、探傷より以前に実施した自動走査のティーチング情報がある場合には、その情報を利用することで、より正確に、アレイ探触子の位置に対する教示点を提供でき、探傷時の位置関係のずれを低減することが可能となり、より正確な探傷結果を提供することが可能となる。
【０１３９】
また、被検体の音速による音響画像の表示により、欠陥の検査が可能となるとともに、前記媒体の音速による音響画像を表示することにより、アレイ探触子と被検体の位置関係を特定でき、被検体音速による音響画像の反射源位置の測定位置精度や欠陥寸法測定の精度が向上する。
【符号の説明】
【０１４０】
１００，１００’…アレイ探触子
１０１…被検体
１０２…遠隔走査機構
１０４…超音波送受信装置
１０５…超音波画像表示手段
１１０…駆動制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、
超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、
該ティーチングによって得られた情報を元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷をすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探傷方法において、
前記ティーチングは、被検体表面または内部からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示して、前記被検体の表面プロファイルを得ることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探傷方法において、
前記駆動制御装置は、前記超音波探触子の回転角度θｘに対する反射エコー群の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）において、最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が最大値となる角度θｘｍに対して、超音波が被検体上の入射点での入射角θＡを加えた値をセンサ角度θｘＡとし、当該センサ角度θｘＡのときの距離ＲＡに基づいて、センサと被検体表面の所定の距離Ｒ０となるように、距離（ＲＡ−Ｒ０）だけ移動することにより、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ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、
前記被検体の探傷は、超音波を、前記媒体を介して前記被検体の内部に送信し、被検体表面または内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項４記載の超音波探傷方法において、
前記被検体の探傷を行う際に、媒質の音速による探傷も実施することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項６】
超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、
超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体に送信し、被検体表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として記録し、
前記超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体を介して被検体内部に送信し、被検体中からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として記録して、探傷を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、
超音波送受信方法としてセクタスキャン方式とすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項８】
請求項６に記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、
超音波送受信方法としてリニアスキャン方式とすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項９】
超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷装置であって、
超音波を前記媒体に送信し、被検体表面及び内部からの反射波を受信信号として受信する送受信手段と、
被検体表面からの受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示する第１の表示手段と、
被検体中からの反射波を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示する第２の表示手段を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波探傷装置において、
前記被検体が、原子力発電プラントの炉内構造物溶接部であることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１】
超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、
超音波送受信装置を用いて、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ走査を可能とするための探触子位置のティーチングを実施し、
該ティーチングによって得られた情報を元に、駆動制御装置により前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つようにして、前記超音波送受信装置を用いて前記被検体の探傷をすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探傷方法において、
前記ティーチングは、被検体表面または内部からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示して、前記被検体の表面プロファイルを得ることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探傷方法において、
前記駆動制御装置は、前記超音波探触子の回転角度θｘに対する反射エコー群の最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）において、最大振幅ＭＡＸ＿Ａ（θｘ）が最大値となる角度θｘｍに対して、超音波が被検体上の入射点での入射角θＡを加えた値をセンサ角度θｘＡとし、当該センサ角度θｘＡのときの距離ＲＡに基づいて、センサと被検体表面の所定の距離Ｒ０となるように、距離（ＲＡ−Ｒ０）だけ移動することにより、前記被検体に対する前記超音波探触子を所定の距離及び角度に保つ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、
前記被検体の探傷は、超音波を、前記媒体を介して前記被検体の内部に送信し、被検体表面または内部からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項４記載の超音波探傷方法において、
前記被検体の探傷を行う際に、媒質の音速による探傷も実施することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項６】
超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷方法であって、
超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体に送信し、被検体表面からの反射波を第一の受信信号として受信し、前記第一の受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として記録し、
前記超音波送受信装置を用いて、超音波を前記媒体を介して被検体内部に送信し、被検体中からの反射波を第二の受信信号として受信し、前記第二の受信信号による探傷画像を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として記録して、探傷を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、
超音波送受信方法としてセクタスキャン方式とすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項８】
請求項６に記載の超音波探傷方法において、
前記超音波探触子は、アレイ探触子であるとともに、
超音波送受信方法としてリニアスキャン方式とすることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項９】
超音波探触子から送信した超音波を、媒体を介して被検体に伝搬させるとともに、遠隔走査機構を用いて、前記超音波探触子を走査する超音波探傷装置であって、
超音波を前記媒体に送信し、被検体表面及び内部からの反射波を受信信号として受信する送受信手段と、
被検体表面からの受信信号による探傷画像を、前記媒体の音速を用いて第一の音響画像として表示する第１の表示手段と、
被検体中からの反射波を、前記被検体の音速を用いて第二の音響画像として表示する第２の表示手段を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波探傷装置において、
前記被検体が、原子力発電プラントの炉内構造物溶接部であることを特徴とする超音波探傷装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２４７２６２（Ｐ２０１２−２４７２６２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８２５５（Ｐ２０１１−１１８２５５）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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