超音波検査システム
【課題】超音波検査システムにおいて、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を向上させることを可能とすることである。
【解決手段】超音波検査システム１０は、レーザ光を物体に照射して超音波振動を物体に励起させるためのレーザ駆動装置１２、物体５０の表面にレーザ光を走査させるためのガルバノスキャナ１４、物体５０に配置される複数の受信手段である超音波探触子１６，１８、制御装置３０等を含んで構成される。制御装置３０は、レーザ光の走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化処理部３２と、複数の個別画像化データについて、同一位置における複数の画像データを和演算または積演算してその位置の強調処理データとする強調処理を行う強調画像化処理部３４を含む。
【解決手段】超音波検査システム１０は、レーザ光を物体に照射して超音波振動を物体に励起させるためのレーザ駆動装置１２、物体５０の表面にレーザ光を走査させるためのガルバノスキャナ１４、物体５０に配置される複数の受信手段である超音波探触子１６，１８、制御装置３０等を含んで構成される。制御装置３０は、レーザ光の走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化処理部３２と、複数の個別画像化データについて、同一位置における複数の画像データを和演算または積演算してその位置の強調処理データとする強調処理を行う強調画像化処理部３４を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査システムに係り、特に、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査する走査手段を備える超音波検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動を用いて固体材料内部状態を画像化する装置としては、被検体である物体を水槽等において、水を介して超音波探触子を直動的に走査する水浸法によるものが市販されている。水を介するのは、被検体に対し非接触とした方が、走査を容易にでき、また走査の高速化を図ることができる等のためである。この場合、水に浸けることのできない被検体には適用できず、また、場合によっては大型水槽を必要とするため、他の非接触走査法が望まれている。他の非接触走査法としては、レーザ光を被検体の表面に走査し、その走査点において熱励起によって発生する超音波を利用することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、超音波伝播の映像化装置等として、発振レーザによって被検体の表面を走査してパルスレーザ光を走査路に沿って複数の計測点に照射し、これら複数の計測点で熱励起超音波を発生させ、この超音波を、被検体に装着し固定した受信用圧電センサで照射するレーザ光のパルスと同期して検出し、この検出した信号をディジタルオシロスコープ等のＡ／Ｄ変換器により波形列データとしてパーソナルコンピュータに収録し、パーソナルコンピュータによって、収録した波形列データを各時刻における振幅値を輝度変調して画像化することが開示されている。
【０００４】
また、本発明に係る発明者等は、非特許文献１において、ガイド波としてのラム波をレーザによって励振し、離れた点の斜角探触子によってラム波Ａ０モードを検出することで励振点の板厚情報を取得できる手法を開発したことを開示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００６３４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】林等，発振レーザ走査法によって励振されたガイド波を用いた高速厚み測定，日本非破壊検査協会，第１６回超音波による材料の非破壊評価シンポジウム講演論文集８−１，平成２１年１月２９日，ｐ１０７−１１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術によれば、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体に予め固定して配置された探触子によって超音波振動を検出し、検出された信号を処理することで、物体における２次元的な超音波振動分布を画像化することができる。
【０００８】
しかしながら、超音波振動の受信に際しては、非接触式走査あるいは接触式走査において、受信点が走査点から離れるに従い、超音波減衰による画像の乱れが生じ、また、反射波の影響によってアーチファクトと呼ばれる虚像が生じることがある。このような画像の乱れの原因の１つである反射波は、物体における損傷の形状、その寸法、用いられる超音波の周波数等によって発生状況が異なる。また、画像乱れの他の原因である超音波減衰は超音波振動の伝播距離に大きく影響を受ける。
【０００９】
このような画像の乱れ、虚像等が生じると、物体に存在する損傷等からの検出信号に対してノイズとなり、ＳＮ比が低下し、十分な検査を行うことが困難となる。
【００１０】
本発明の目的は、超音波振動の受信に際し、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を向上させることを可能とする超音波検査システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る超音波検査システムは、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査する走査手段と、物体に予め定めた所定位置関係で配置され、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する複数の受信手段と、移動走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化手段と、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、強調画像化手段は、同一位置における複数の画像データを相互に和演算処理または積演算処理してその位置の強調処理データとすることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、強調画像化手段は、同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行う重み付け手段を含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、走査手段は、物体に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして、超音波振動を与える点を移動走査することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、走査手段は、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるレーザ照射手段を有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、走査手段は、レーザ手段からのレーザを受け止めて反射して物体に照射するミラーと、ミラーを物体の形状に合わせて傾斜させる手段であって、物体に照射するレーザの入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面を傾斜させる傾斜手段と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成により、超音波検査システムは、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する複数の受信手段を備える。そして、各受信手段ごとに、物体における超音波振動分布を２次元面に画像化する個別画像化手段と、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化手段を備える。
【００１８】
超音波振動を１つの受信手段で検出して画像化するときは、超音波振動の伝播に依存して様々なノイズも同時に検出するので、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比がばらつく。超音波振動を伝播経路が異なる複数の受信手段で検出すると、物体に存在する損傷等からの検出信号は全ての受信手段において同じ信号となる。一方で、伝播経路に依存するノイズは、各受信手段によって異なる。上記構成によれば、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化するので、物体に存在する損傷等からの検出信号がノイズに対し強調される。これによって、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００１９】
なお、２次元面に画像化するとは、２次元面を構成する各点における超音波振動の程度を濃淡差、色の相違等で表示できるようにすることで、超音波振動に関する振幅分布を表示できるようにすることである。このような画像化による表示は、超音波探傷技術において、いわゆるＣスコープ法と呼ばれるものに似ている。
【００２０】
また、超音波検査システムにおいて、強調画像化手段は、同一位置における複数の画像データを相互に和演算処理または積演算処理してその位置の強調処理データとする。例えば、４つの受信装置を用いることを考えると、同一位置における４つの画像データを相互に和演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比に対し、計算上、４倍に向上する。同一位置における４つの画像データを相互に積演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、計算上、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比の４乗に向上する。
【００２１】
また、超音波検査システムにおいて、同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行う。例えば、複数の受信手段ごとに検出感度等が相違する場合があっても、予め検出感度を調べておいて、その検出感度の相違に応じて重み付けを行うようにすれば、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を安定して向上させることができる。
【００２２】
また、超音波検査システムにおいて、物体に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして、超音波振動を与える点を移動走査する。ラム波は、薄板中を屈曲伸縮しながら板に沿って伝播する波動である。ラム波は、超音波振動の波長に対する板厚の比である（板厚／波長）が小さいときに発生しやすく、また、斜角入射することで、ラム波を主とする超音波振動を伝播させることができる。例えば薄板におけるラム波は、薄板の板厚が薄くなるとその振幅が大きくなる。このことを利用して、ラム波が発生するような超音波周波数帯を用いることで、損傷等によって板厚が局部的に変動することを効果的に検査することができる。
【００２３】
また、超音波検査システムにおいて、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるレーザ照射手段を有するので、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査することを非接触式で行うことができる。これにより、水浸法を用いることなく、高速走査が可能となる。
【００２４】
また、超音波検査システムにおいて、レーザ手段からのレーザをミラーで受け止めて反射して物体に照射するものとし、ミラーを物体の形状に合わせて、物体に照射するレーザの入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面を傾斜させる。これにより、物体が曲面であっても、曲面である物体表面にレーザを適切に入射できるので、正確な超音波検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施の形態の超音波検査システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、検査の対象である物体の１例を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、超音波検査の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施の形態において、受信信号の１例を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、検査対象の物体に４つの探触子を設けた場合の各探触子について、それぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したときの例の様子を説明する図である。
【図６】図５において、１つの探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図７】図５において、別の探触子の超音波振動分布を２次元面に画像したときの様子を説明する図である。
【図８】図５で説明した４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、和演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図９】図５で説明した４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、積演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、検査対象の物体に４つの探触子を設けた場合の各探触子について、それぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したときの別の例について、１つの探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１１】図１０の例において別の探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１２】図１０の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、和演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１３】図１０の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、積演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態において、検査の対象として曲面を有する物体の例を説明する図である。
【図１５】図１４の例において、レーザを照射する面の様子を説明する図である。
【図１６】図１５の例において、検査対象の物体に４つの探触子を設けた場合の各探触子について、それぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したときの例について、１つの探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１７】図１５の例において別の探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１８】図１５の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、和演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１９】図１５の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、積演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、走査手段として、検査対象である物体の表面に集光してレーザを照射し、物体の内部に超音波を励起するものを説明するが、これ以外の超音波供給装置を用いてもよい。例えば、レーザ照射についてその焦点を物体の表面から離れたところに設定し、レーザによってプラズマを構造物の表面から離れたところを起点として発生させ、そのプラズマによって超音波を物体表面に励起させてもよい。その際に、物体の表面に平行にレーザ光を放射し、焦点を物体の表面から離れたところに設定するものとしてもよい。また、超音波励起を、放電、マイクロ波照射等によって行うものとしてもよい。また、圧電素子等を用いた超音波送信装置を物体に接触させる構成としてもよい。また、物体を水中、油中等の媒体中に配置するものとしてもよい。
【００２７】
以下では、受信手段として、圧電素子を用いた接触式の超音波探触子を説明するが、これ以外の超音波振動検出装置を用いてもよい。例えば、非接触式のレーザ干渉計を用いた振動検出装置、非接触式の圧電素子を用いるいわゆる空中超音波センサ、光電式振動検出装置、静電容量型振動検出装置、磁気式振動検出装置等を用いるものとしてもよい。
【００２８】
以下では、受信手段を４つ用いる場合を説明するが、これは説明のための例示であって、受信手段の数は複数であればよい。また、個別画像化の方法として、各受信手段ごとにレーザ走査を行うものとして述べるが、これは画像化の説明のためであって、実際の超音波検査システムの構成においては、１回の走査で、同時に複数の受信装置の画像化を行うものとしてもよい。
【００２９】
以下では、検査対象の物体として、平板状のもの、曲面を有するものを説明するが、勿論、これは説明のための一例であって、様々な形状の物体、例えば凹凸を有する物体、貫通穴等を有する物体等を検査対象とすることができる。
【００３０】
また、以下で説明する材質、寸法、物質の表面形状、損傷の形状等は、説明のための一例であって、超音波検査の対象である物質の特徴、検査の仕様に応じて適宜変更することができる。
【００３１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００３２】
図１は、超音波検査システム１０の構成を説明する図である。図１には、超音波検査システム１０の構成要素ではないが、検査対象の物体５０の一部分が図示されている。検査対象の物体５０としては超音波振動を伝播するものであればよいが、以下では、平板状金属板に適当な模擬損傷を設けた物体５０と、曲面を有する金属板に適当な模擬損傷を設けた物体１７０を用いて説明する。具体的に検査対象とした物体５０，１７０の内容についてはその都度後述する。
【００３３】
超音波検査システム１０は、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるためのレーザ駆動装置１２、レーザ駆動装置１２からのレーザ光の進路を変更し予め定めた入射角度で物体５０の表面にレーザ光を走査させるためのガルバノスキャナ１４、物体５０に予め定めた所定位置関係で配置される複数の超音波探触子１６，１８、超音波探触子１６，１８からの検出信号を増幅するアンプ２０，２２、アンプ２０，２２のアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤボード２４，２６、ＡＤボード２４，２６の出力データの処理等を行う制御装置３０、制御装置３０によって行われたデータ処理の結果を表示する表示装置３６を含んで構成される。制御装置３０と表示装置３６とは、データ処理に適した適当なコンピュータで構成することができる。
【００３４】
レーザ駆動装置１２は、所定の間隔でパルスレーザ光を出力する装置で、例えばＹＡＧレーザ等を用いることができる。所定の間隔は、期待される検査速度によるが、例えば、２０Ｈｚから１ｋＨｚ程度の周期でパルスレーザ光を出力するものとできる。レーザ駆動装置１２がパルスレーザ光を出力するタイミングを示す信号は、トリガ信号として、適当な信号線を用いて制御装置３０に伝送される。
【００３５】
ガルバノスキャナ１４は、複数の可動反射鏡で構成される光学的装置であり、複数の反射鏡の反射方向を適当に変更することで、レーザ駆動装置１２から出力されるパルスレーザ光を物体５０の表面に予め定めた照射順序の軌跡に従って走査させる機能を有する。また、ガルバノスキャナ１４は、複数の反射鏡の反射方向を適当に変更することで、物体５０が曲面を有する場合に、その曲面に対し予め定めた入射角度でパルスレーザ光を照射させる機能を有する。図１の例では、走査領域６０の中をジグザグ状の移動軌跡６２でパルスレーザ光が走査されている様子が示される。
【００３６】
複数の反射鏡は、平面鏡、曲面鏡等を用いることができ、各反射鏡の反射方向の変更には小型モータあるいは電気駆動プランジャ等のアクチュエータを用いることができる。ガルバノスキャナ１４の駆動制御は、レーザ駆動装置１２のトリガ信号等に基き、制御装置３０によって実行される。
【００３７】
このようにパルスレーザ光が物体５０の表面に照射されることによって、物体５０において熱励起された超音波振動が発生する。発生した超音波振動は、走査点から物体５０の周辺に向かって伝播する。したがって、ガルバノスキャナ１４は、レーザ駆動装置１２によって超音波振動が与えられる位置を物体５０に対し２次元的に移動走査する走査手段である。
【００３８】
超音波探触子１６，１８は、圧電素子で構成され、レーザ駆動装置１２とガルバノスキャナ１４によって物体５０にパルスレーザ光が照射され、それによって走査点において発生する超音波振動が物体５０を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する機能を有する超音波振動の受信手段である。圧電素子の受信帯域は、例えば中心周波数１ＭＨｚのものを用いることができる。
【００３９】
超音波探触子１６，１８は、物体５０の表面に予め定めた所定位置関係で配置される。具体的には、超音波探触子１６，１８は、物体５０の表面におけるパルスレーザ光の走査領域６０の外側に、物体５０に接触し、検査中は固定位置として配置される。つまり、超音波探触子１６，１８は、固定位置において超音波振動の検出を行い、パルスレーザ光のように走査して受信するものではない。
【００４０】
図１において、超音波探触子１６，１８は、走査領域６０の外側に２つ配置されているが、配置数は２よりも多いほうが好ましい。以下では４つの超音波探触子を配置する例についての実験結果等を説明するが、仮に使用できる超音波探触子が２つしか準備できないときには、２回に分けて検査を行うものとしてもよい。例えば、図１のようにまず走査領域６０の左右両側に超音波探触子１６，１８を配置して固定し、パルスレーザ光による超音波振動の検出信号をこの２つの超音波探触子１６，１８で取得する。必要な検出信号のデータを取得し終わったら、この２つの超音波探触子１６，１８を例えば走査領域６０の上下両側に配置し、パルスレーザ光による超音波振動の検出信号をこの２つの超音波探触子１６，１８で取得する。
【００４１】
このようにして、２つの超音波探触子１６，１８を用いて、走査領域６０の外側の４つの位置において超音波振動の検出信号を取得することができる。同様にして、１つの超音波探触子しか準備できないときでも、複数回に分けて検査を行うことで、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体に予め定めた所定位置関係における複数の受信位置で、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号としてそれぞれ受信するものとすることができる。その意味で、複数の受信手段とは、同時受信の場合には文字通り複数受信手段が物体５０に配置されるが、複数の検査に分けて行う場合には、複数の受信位置において超音波振動の検出信号を取得することを含むことになる。
【００４２】
アンプ２０，２２は、超音波探触子１６，１８からのアナログ検出信号を増幅する増幅器である。また、ＡＤボード２４，２６は、アンプ２０，２２によって適当な大きさに増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換する回路である。アンプとＡＤボードは、検出信号を検出する超音波探触子ごとにそれぞれ独立して設けることが好ましい。図１の例では、４箇所の受信位置に対し２個の超音波探触子１６，１８を設けるものであるので、各超音波探触子１６，１８に対応してアンプ２０，２２とＡＤボード２４，２６が設けられる。
【００４３】
制御装置３０は、上記のようにガルバノスキャナ１４の走査駆動を行う機能を有する他に、ＡＤボード２４，２６の出力データの処理を行い、その結果を表示装置３６に２次元面の画像４０として表示させる機能を有する。
【００４４】
ＡＤボード２４，２６の出力データの処理として、制御装置３０は、移動走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化処理部３２と、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化処理部３４とを含んで構成される。
【００４５】
かかる機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、対応する超音波検査ソフトウェアを実行することで実現できる。なお、必要に応じ、これらの機能の一部をハードウェアで実現することもできる。
【００４６】
次に、検査対象とした物体５０の内容を説明する。物体５０は、平板状金属板に適当な模擬損傷を設けたもので、具体的には、板厚３．０ｍｍのアルミニウム平板の裏面に、深さ１．０ｍｍの直線状溝５２と、平面形状がＴ字形状のＴ字状溝５４を設け、これを超音波検査して検出すべき模擬損傷としたものである。図２には物体５０の上面図が示されているので、直線状溝５２、Ｔ字状溝５４は目視できない状態であり、破線で示されている。この直線状溝５２を含む６０ｍｍ×１００ｍｍの走査領域６０、Ｔ字状溝５４を含む１００ｍｍ×１００ｍｍの走査領域６１が、ガルバノスキャナ１４によってパルスレーザ光が走査される範囲である。
【００４７】
図２に示される受信位置７０，７２，７４，７６，８０，８３，８４，８６は、超音波探触子１６，１８が設置される位置である。これらの受信位置７０，７２，７４，７６，８０，８３，８４，８６は、物体５０の上面、つまり模擬損傷が設けられる面とは反対側の面に設定される。受信位置７０，７２，７４，７６は、直線状溝５２を検査するために超音波探触子１６，１８が設置される位置であり、受信位置８０，８２，８４，８６は、Ｔ字状溝５４を検査するために超音波探触子１６，１８が設置される位置である。
【００４８】
図３は、図１の構成において、超音波を用いて物体５０の模擬損傷を検査する手順を示すフローチャートである。物体５０には直線状溝５２とＴ字状溝５４の２つの模擬損傷があるが、以下では、直線状溝５２の模擬損傷を検査する場合を例として説明する。図１の例では２つの超音波探触子１６，１８が用いられているので、検査を２回に分け、最初に超音波探触子１６，１８を受信位置７０，７４に配置し、そこでの計測が終了したら超音波探触子１６，１８を受信位置７２，７６に配置して残りの計測を行うものとして説明する。なお、Ｔ字状溝５４の模擬損傷を検査する場合も、受信位置が異なるのみで、同様の手順で検査を行うことができる。
【００４９】
最初に、レーザ走査のためのガルバノスキャナ１４の角度制御の計算を行う。具体的には、走査領域６０の全てのレーザ走査点の座標を決定し、各走査点ごとにガルバノスキャナ１４のミラー角度を計算する（Ｓ１０）。走査点とは、走査の移動軌跡６２においてパルスレーザ光が照射される複数の点である。パルスレーザ光が所定の時間間隔で出力されるとき、各パルスレーザ光ごとに走査点が異なるものとされる。つまり、ある走査点で１つのパルスレーザ光が出力され、物体５０の表面に照射されると、次にガルバノスキャナ１４のミラー角度が変更されて、次のパルスレーザ光は、その照射点から所定の距離移動した次の照射点において照射が行われる。１例を述べると、パルスレーザ光のパルス間隔を５０ｍｓとして、そのパルス間隔の５０ｍｓの間に、ガルバノスキャナ１４のミラー角度の変更が行われる。そして、物体５０の表面上で照射点が移動するが、その移動量として例えば１ｍｍとすることができる。この場合、隣接する走査点は、互いに１ｍｍ離間していることになり、パルスレーザ光は、５０ｍｓごとに１ｍｍ間隔で物体５０の表面を走査移動することになる。
【００５０】
このように、ミラー角度は、物体５０の表面における照射点すなわち走査点が所定の移動軌跡６２の上で所定の間隔距離となるように算出が行われる。具体的には、物体５０の表面に２次元的に設定される移動軌跡６２上で移動走査する全ての点の（ｘ，ｙ）座標を求めておき、それに対応するガルバノスキャナ１４のミラー角度をそれぞれ計算する。
【００５１】
ここでミラー角度とは、ガルバノスキャナ１４を構成する反射鏡の基準方向についての傾き角度である。ガルバノスキャナ１４は複数の反射鏡から構成されるので、ミラー角度は、それぞれの反射鏡について計算される。ミラー角度の計算というのは、平面の所定の位置にレーザ光を入射させるために必要なミラー角度を計算することである。操作する際には、多数の点にパルスレーザ光を移動させるために、予め全ての点についてのミラー角度を計算で求めておくことがよい。このようにすることで走査時間を早くすることができる。
【００５２】
この走査点ごとのミラー角度の計算は、平板について検査を行うときには定型的な走査となるので、ガルバノスキャナ１４と物体５０の走査領域６０の位置関係に関連付けて、予めマップ化して準備しておくことが可能である。後述する物体１７０のように、検査対象の物体の表面が曲面あるいは複雑な凹凸を有するときは、予め物体の表面における走査領域６０について移動軌跡６２を設定し、この移動軌跡６２上で、適当な間隔となる各点の（ｘ，ｙ，ｚ）座標を予め求め、この各（ｘ，ｙ，ｚ）座標に対するそれぞれのミラー角度を計算することになる。
【００５３】
全ての走査点についてのミラー角度が準備されると、レーザ走査が開始する（Ｓ１２）。具体的には、まずレーザ走査初期位置へ移動が行われる（Ｓ１４）。レーザ走査初期位置とは、物体５０の走査領域６０内に設定された移動軌跡６２のスタート位置である。このスタート位置に対応するミラー角度になるようにガルバノスキャナ１４が駆動され、その状態でレーザ駆動装置１２が作動してまず１つのパルスレーザ光を出力する。出力されたパルスレーザ光はガルバノスキャナ１４によって光路が変更されて、物体５０のレーザ走査初期位置に所定の入射角度で照射が行われる。
【００５４】
このパルスレーザ光の照射によって、物体５０において熱励起された超音波振動が発生し、走査点から超音波振動が物体５０の周辺に向かって伝播する。伝播する超音波振動は、走査領域６０の外側の所定位置に接触固定された超音波探触子１６，１８によって検出され、超音波振動の検出信号として制御装置３０に伝送される。
【００５５】
このパルスレーザ光の出力の際に、レーザ駆動装置１２からトリガ信号が制御装置３０に伝送されるので、制御装置３０は、このトリガ信号を取得し、超音波探触子１６，１８が検出する検出信号について、このパルスレーザ光による超音波振動の検出信号を特定し、トリガ信号に対応するものとしての現在の受信波形を収録する（Ｓ１６）。
【００５６】
図４に、超音波探触子１６が検出した超音波振動波形の例を示す。図４の横軸は時間で、縦軸は超音波振動の振幅である。横軸の原点、すなわちｔ＝０は、トリガ信号を取得した時間である。縦軸は、実際にはＡＤボード２４の出力で電圧値である。
【００５７】
図４に示されるように、トリガ信号を取得してから、すなわちパルスレーザ光が照射されてから約５０ｍｓのところに振幅のピーク９０が現れるが、このピーク９０を含む波形が、パルスレーザ光の照射点から模擬損傷である直線状溝５２を経由して超音波探触子１６の受信位置まで伝播して到達した超音波振動の波形であり、その最大振幅であるピーク９０が直線状溝５２からの超音波振動を示している。このピーク９０以外にも、約６０ｍｓ、約８０ｍｓのところにやや小さなピークが現れ、さらに約９０ｍｓのところに大きなピーク９２が現れている。これらは、模擬損傷である直線状溝５２における多重反射波、物体５０の側面からの反射波によるものである。
【００５８】
このように、超音波探触子１６の検出信号には、模擬損傷である直線状溝５２による超音波振動のピーク９０の他に、様々な反射波によるノイズピークが現れる。図４からも分かるように、反射波によるノイズピークは、模擬損傷である直線状溝５２による超音波振動のピーク９０よりも遅い時間に現れる。そこで、適当なウィンドゲートＷＧを設けることで、直線状溝５２による超音波振動のピーク９０と、反射波によるノイズピークとを適切に分離できる。
【００５９】
ウィンドゲートＷＧは、超音波探触子１６が設定される受信位置からみて最も近い走査領域６０の位置である最短伝播距離に対応する最短伝播時間と、超音波探触子１６が設定される受信位置からみて最も遠い走査領域６０の位置である最遠伝播距離に対応する最長伝播距離に対応する最長伝播時間との間として設定することができる。図４の例では、最短伝播時間が２５ｍｓ、最長伝播時間が８０ｍｓとして、ウィンドゲートＷＧが設定されている。このようにウィンドゲートＷＧを設けることで、走査位置から超音波探触子１６への直接到達波を抽出でき、その直接到達波とは到達時刻が大きく異なる側面からの反射波をできるだけ含まないようにすることができる。
【００６０】
再び図３に戻り、そこで、受信波形においてウィンドゲートＷＧ内の振幅最大値を取得する（Ｓ１８）。図４の例では、ピーク９２が画面上で振幅最大値であるが、ウィンドゲートＷＧの外であるので、ウィンドゲートＷＧの内での振幅最大値としてピーク９０の振幅値が取得される。取得された振幅最大値は、レーザ走査位置と関連付けて適当なメモリに記憶される。例えば振幅最大値をＡ0として、その振幅最大値Ａ0を含む超音波振動が励起された物体５０上の位置を（ｘ0，ｙ0）とすると、Ａ0と（ｘ0，ｙ0）とが関連付けて記憶される。
【００６１】
このように、パルスレーザ光の１つの照射ごとに、超音波探触子１６におけるウィンドゲートＷＧ内の最大振幅値が取得される。上記の例では、超音波探触子は２つ用いられているので、パルスレーザ光の１つの照射ごとに、２箇所に設置される超音波探触子１６，１８のそれぞれにおいて、それぞれのウィンドゲートＷＧ内の最大振幅値が取得される。
【００６２】
このように各超音波探触子１６，１８においてウィンドゲートＷＧ内の最大振幅値が走査位置に関連付けて記憶されると、次にレーザ走査位置が最後の点か否かが判断される（Ｓ２２）。いまの場合、レーザ走査初期位置であるので、判断の結果は否定となり、レーザ走査位置が次の点に移動される（Ｓ２４）。すなわち、走査領域６０内に設定された移動軌跡６２における初期位置の次の点にパルスレーザ光が照射されるように、ガルバノスキャナ１４のミラー角度が変更され、ついで次のパルスレーザ光がレーザ駆動装置１２から出力される。上記の例では、次の点の位置は、移動軌跡６２上で初期位置から１ｍｍ離れたところである。
【００６３】
レーザ走査位置が移動されてパルスレーザ光がその移動された位置に照射されると、Ｓ１６以下の工程が実行され、次の点における最大振幅値が取得される。そして取得された振幅最大値をＡ1とし、対応する走査位置を（ｘ1，ｙ1）とすると、Ａ1と（ｘ1，ｙ1）とが関連付けて記憶される。そして再びＳ２２において、レーザ走査位置が最後の点か否かが判断される。
【００６４】
これを繰り返して、走査領域６０内に設定された移動軌跡６２の最後の点における最大振幅がその最後の点の位置に関連付けて記憶されると、Ｓ２２の判断結果が肯定され、Ｓ２６に進む。ここでは、別の受信点の計測があるか否かが判断される。図２で説明したように、走査領域６０については、４つの受信位置７０，７２，７４，７６が設けられている。そこで、受信点はこれら４つの受信位置７０，７２，７４，７６に対応して４つあるが、上記の例では、受信位置７０，７４に超音波探触子１６，１８が配置されている。したがって、受信位置７２，７６における計測がまだであり、Ｓ２６における判断結果は否定となる。
【００６５】
その場合には、受信点が次の点とされる（Ｓ２８）。具体的には、受信位置７２，７６に超音波探触子１６，１８が改めて配置される。そして、Ｓ１４以下の工程がＳ２４も含めて実行される。
【００６６】
これによって、次の受信点においても全ての走査位置において最大振幅値とその走査位置とが関連付けられて記憶されると、Ｓ２６の判断が再度行われる。Ｓ２６の判断結果が肯定されると、全ての計測が終了したとされる（Ｓ３０）。
【００６７】
全ての計測が終了すると、記憶されているデータである走査位置に関連付けられた最大振幅値データについてデータ処理が行われる。まず、個別画像化処理（Ｓ３２）が行われる。この工程は、制御装置３０の個別画像化処理部３２の機能によって実行される。個別画像化処理は、パルスレーザ光の物体５０の上の移動走査のタイミングに対応して各受信手段である超音波探触子１６，１８が受信した検出信号に基づき、物体５０における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する処理である。
【００６８】
物体５０における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化するとは、２次元面を構成する各点における超音波振動の程度を濃淡差、色の相違等で表示し、超音波振動に関する断層像を表示できるようにすることである。このような画像化による表示は、超音波探傷技術において、いわゆるＣスコープ法と呼ばれるものに相当する。上記の例では、走査領域６０の移動軌跡６２における各走査位置の（ｘ，ｙ）座標の点における最大振幅値を、濃淡差、色の相違等で表示する。濃淡差は、等濃度線で示すこともできる。
【００６９】
図５は、走査領域６０において、４つの受信位置７０，７２，７４，７６のそれぞれにおいて取得された走査位置に関連付けられた最大振幅値の分布の様子を等濃度線で示した概略模式図である。濃度の相違は斜線の密度で示し、斜線の密度が密のほど濃度が高く、濃度が高いほど最大振幅値が大きいことを示す。
【００７０】
例えば、受信位置７０における個別画像化データ１００は、図３で説明したように、受信位置７０に配置された超音波探触子１６によって取得された走査位置に関連付けられた最大振幅値が、等濃度線で２次元面に画像化されている。この個別画像化データ１００においては、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７１】
また、受信位置７４における個別画像化データ１０４においては、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の左側端部に、超音波探触子１８の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７２】
また、受信位置７２における個別画像化データ１０２は、上記のように、２回目の計測において超音波探触子１６を受信位置７２に配置して取得された最大振幅値の分布の様子を示すものである。ここでは、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の下側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７３】
同様に、受信位置７６における個別画像化データ１０６は、上記のように、２回目の計測において超音波探触子１８を受信位置７６に配置して取得された最大振幅値の分布の様子を示すものである。ここでは、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の上側端部に、超音波探触子１８の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７４】
図６、図７は個別画像化データ１００，１０２の詳細模式図である。上記のように走査領域６０については４つの受信位置７０，７２，７４，７６が設けられ、４つの個別画像化データがあるが、ここではそのうちの２つを代表として示した。
【００７５】
図６の個別画像化データ１００では、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域１１２があり、また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するように中濃度領域１１４があり、その他にいくつかの低濃度領域がある。
【００７６】
中央部の高濃度領域１１２は、直線状溝５２がある位置に対応している。直線状溝５２は、上記の例で深さ１．０ｍｍであり、その他の部位における板厚３．０ｍｍに比べ、物体５０において板厚が薄くなっている箇所である。
【００７７】
パルスレーザ光を薄板状の物体５０に入射することで励起される超音波は、ラム波になりやすい。平板を伝播するラム波は、板厚の薄いところで振幅が大きくなることが知られているので、上記のように３ｍｍのアルミニウム板の場合では、模擬損傷である直線状溝５２のところでラム波の振幅が他の箇所に比べ大きくなると考えられる。したがって、直線状溝５２のところを走査点としたときの超音波探触子１６の検出信号は、他の板厚が３．０ｍｍのところを走査点としたときの超音波探触子１６の検出信号よりも、最大振幅値が大きくなる。このような理由で、２次元面の画像化データでは、直線状溝５２に対応する箇所が高濃度領域となる。
【００７８】
走査領域６０の右側端部の中濃度領域１１４は、超音波探触子１６の最も近傍の領域に対応している。この中濃度領域１１４は、濃淡が波動状に繰り返しており、一種のアーチファクト、つまり虚像が発生しているものと考えることができる。また、走査領域６０において高濃度領域１１２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１１６は、濃度が低く、一部に画像の乱れが見られる。これは、超音波振動の伝播が長くなるために超音波振動の減衰が大きく、そのために最大振幅値が小さくまたバラツキが大きくなるためと考えられる。
【００７９】
図７の個別画像化データ１０２でも、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域１２２が見られる。また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するようにアーチファクトと見られる波動状の中濃度領域１２４がある。そして、走査領域６０において高濃度領域１２２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１２６には、画像の乱れが見られる。
【００８０】
図６、図７を比較して分かるように、走査領域６０に対し、受信位置が異なるだけで、個別画像化データはかなり相違する。特に、直線状溝５２に対応する高濃度領域１１２，１２２よりも、中濃度領域１１４，１２４におけるアーチファクト、超音波探触子１６から最も遠い箇所１１６，１２６における画像の乱れ等が、発生箇所、発生態様においてかなり相違する。
【００８１】
再び図３に戻り、複数の個別画像化データが得られると、それらのデータについて強調演算が行われ（Ｓ３４）、２次元面の画像とする強調画像化処理が行われる（Ｓ３６）。強調画像化処理された２次元面の画像４０は、物体の検査用画像として出力されて表示装置３６に表示される。これによって、超音波による検査は終了する。これらの工程は、制御装置３０の強調画像化処理部３４の機能によって実行される。
【００８２】
これらの処理は、図６、図７に関連して説明したように、走査領域６０に対し、受信位置が異なるだけで、個別画像化データはかなり相違することを解決するために行われるものである。
【００８３】
図６、図７に関連して説明したように、直線状溝５２に対応する高濃度領域１１２，１２２の発生位置、発生態様は、個別画像データの間での相違は少ない。これに対し、アーチファクト、画像の乱れ等は、個別画像データの間での相違が大きい。この理由は、模擬損傷である直線状溝５２は、いずれの受信位置における検出信号において共通の部分であるのに対し、それ以外のものは、走査位置と受信位置との間の超音波伝播の様子がそれぞれ個別に相違するためと考えられる。
【００８４】
したがって、異なる受信位置で得られた複数の個別画像化データを重ね合わせることでノイズの少ない正確な超音波振動分布が得られるものと予想できる。さらに、共通の部分である直線状溝５２に対応するデータを信号データとし、他の箇所に対応するデータをノイズデータとして、信号データをノイズデータに比べ、強調する処理を行うことで、（信号データの大きさ／ノイズデータの大きさ）＝ＳＮ比を大幅に向上させることができる。このように、強調演算処理は、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してＳＮ比を向上させてその位置の強調演算処理データとする処理である。
【００８５】
例えば、４つの受信装置を用いることを考えると、同一位置における４つの画像データを相互に和演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比に対し、計算上、４倍に向上する。同一位置における４つの画像データを相互に積演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、計算上、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比の４乗に向上する。
【００８６】
図８は、図５で説明した受信位置が異なる４つの個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６に強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１３０とした様子を示す図である。具体的には、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを相互に加算して、和演算処理が行われる。
【００８７】
図８は、図５で説明した受信位置が異なる４つの個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６に強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１３０とした様子を示す図である。具体的には、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを相互に加算して、和演算処理が行われる。同一位置における画像データは、その位置における最大振幅値に対応するものであるので、実質的には、走査領域６０の同一の位置における最大振幅値を相互に加算することに相当する。
【００８８】
図８では、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ加算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１３２が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ加算されることなく、元々の箇所に現れる。したがって、結果として、各個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６のそれぞれに比較して、中央部に強調高濃度領域１３２が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝５２の領域が明確に識別できるようになる。
【００８９】
図９は、受信位置が異なる４つの個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６に強調演算処理として積演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１３４とした様子を示す図である。具体的には、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを相互に積算して、積演算処理が行われる。同一位置における画像データは、その位置における最大振幅値に対応するものである。最大振幅値は、例えば電圧値であるが、積演算においては、単位を除いて無単位値として相互に掛け合わせるものとできる。あるいは、最大振幅値を規格化して無次元数とし、これらを相互に掛け合わせるものとしてもよい。
【００９０】
図９では、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ積算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１３６が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ積算されることなく、むしろバックグランド値に掛け算されて小さな値となって元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図８に比較して、強調高濃度領域１３６が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝５２の領域が明確に識別できるようになる。
【００９１】
なお、各超音波探触子１６，１８の間に受信感度等の受信性能が相違することがあり、また、各受信位置７０，７２，７４，７６における超音波探触子１６，１８の取付状態が相違することがある。その影響を抑制するために、同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行うことが好ましい。予め定めた基準としては、標準的試料を用いて複数回計測した標準的受信感度等を用いることができる。
【００９２】
上記では、図２における直線状溝５２を模擬損傷とする場合の検査について説明したが、図２におけるＴ字状溝５４を模擬損傷とする場合も、図３の手順に従って、個別画像化処理と強調画像化処理を行って、強調画像化データを出力することができる。
【００９３】
図１０は、図２の受信位置８０に超音波探触子１６を配置したときに得られる個別画像化データ１４０の詳細模式図である。ここでも図６と同様に、走査領域のほぼ中央に、Ｔ字状溝５４に対応するように高濃度領域１４２が見られる。また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するようにアーチファクトと見られる波動状の中濃度領域１４４がある。そして、走査領域６０において高濃度領域１４２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１４６には、画像の乱れが見られる。
【００９４】
図１１は、図２の受信位置８２に超音波探触子１６を配置したときに得られる個別画像化データ１５０の詳細模式図である。ここでも図７と同様に、走査領域のほぼ中央に、Ｔ字状溝５４に対応するように高濃度領域１５２が見られる。また、走査領域の下側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するようにアーチファクトと見られる波動状の中濃度領域１５４がある。そして、走査領域６０において高濃度領域１５２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１５６には、画像の乱れが見られる。
【００９５】
Ｔ字状溝５４に対する検査でも、４つの受信位置８０，８２，８４，８６に超音波探触子１６，１８が配置されて、４つの個別画像化データが得られる。強調演算処理等においては、これらの４つの個別画像化データについて、和演算処理または積演算処理が行われる。
【００９６】
図１２は、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１６０とした様子を示す図である。図１２では、図８と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ加算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１６２が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ加算されることなく、元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図１０、図１１に示される個別画像化データ１４０，１５０のそれぞれに比較して、中央部に強調高濃度領域１６２が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝５４の領域が明確に識別できるようになる。
【００９７】
図１３は、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として積演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１６４とした様子を示す図である。図１３では、図９と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ積算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１６６が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ積算されることなく、むしろバックグランド値に掛け算されて小さな値となって元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図１２に比較して、強調高濃度領域１６６が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝５４の領域が明確に識別できるようになる。
【００９８】
上記では、物体５０として模擬損傷を設けた薄板アルミニウムを説明したが、曲面を有する物体についても、図３の手順に従って、個別画像化処理と強調画像化処理を行って、強調画像化データを出力することができる。
【００９９】
図１４は、曲面を有する物体１７０の様子を示す図である。この物体１７０は、厚さ３．０ｍｍを有する円筒状のアルミニウムパイプを中心軸に沿って半分に切断したものである。物体１７０は、その凹状内面に、模擬損傷として深さ１．０ｍｍの直線状溝１７６と、やはり深さ１．０ｍｍのＴ字状溝１７８が設けられている。なお、図１４は、模擬損傷である直線状溝１７６とＴ字状溝１７８とが見えるように、凹面を上面側とするように示したが、超音波検査は、凸面１７４の側にパルスレーザ光を照射して行われる。
【０１００】
図１５は、パルスレーザ光が照射される凸面１７４を上面として、物体１７０の上面図である。物体１７０は曲面を有しているため、直線状溝１７６に対する走査領域１８０も、Ｔ字状溝１７８に対する走査領域１８２も、上面図では鼓形形状となっているが、物体１７０が置かれた平面に対する走査領域は矩形形状である。もっとも、ミラー角度を予めきちんと計算しておくことで、曲面上の走査領域を矩形形状とすることもできる。なお、直線状溝１７６の走査領域１８０の外側に４つの受信位置１９０，１９２，１９４，１９６が設けられ、Ｔ字状溝１７８の走査領域１８２の外側に４つの受信位置２００，２０２，２０４，２０６が設けられる。
【０１０１】
物体１７０が曲面を有していても、図３の超音波検査の手順は、平板状の物体５０の場合と基本的に同じである。相違するのは、Ｓ１０のミラー角度の計算が平板の場合に比べ複雑となることである。すなわち、物体１７０の曲面形状に合わせて、物体１７０に照射するパルスレーザ光の入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面の傾斜角度を計算する。具体的には、予め物体１７０の表面における走査領域１８０，１８２についてそれぞれ移動軌跡を設定し、この移動軌跡上で、適当な間隔となる各点の（ｘ，ｙ，ｚ）座標を予め求め、この各（ｘ，ｙ，ｚ）座標に対するそれぞれのミラー角度を計算することになる。
【０１０２】
このようにしてミラー角度が物体１７０の曲面に対応して求められた後は、平板状の物体５０におけると同様の手順で、走査位置に関連付けられた最大振幅値が取得され、それに基いて個別画像化データが得られる。そして得られた４つの個別画像化データに基いて、和演算または積演算を用いて、強調演算処理が行われ、１つの強調画像化データが得られる。
【０１０３】
図１６は、模擬損傷としての直線状溝１７６について、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ２１０とした様子を示す図である。図１６では、図８、図１２と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ加算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域２１２が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ加算されることなく、元々の箇所に現れる。したがって、図８、図１２に関連して説明したように、結果として、個別画像化データのそれぞれに比較して、中央部に強調高濃度領域２１２が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝１７６の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０４】
図１７は、模擬損傷としての直線状溝１７６について、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として積演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ２１４とした様子を示す図である。図１７では、図９、図１３と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ積算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域２１６が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ積算されることなく、むしろバックグランド値に掛け算されて小さな値となって元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図９、図１３に関連して説明したように、強調高濃度領域２１６が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝１７６の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０５】
図１８は、模擬損傷としてのＴ字状溝１７８について、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ２１８とした様子を示す図である。ここでも、中央部に強調高濃度領域２２０が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝１７８の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０６】
図１９は、和演算処理に代えて積演算処理を行った場合の強調画像化データ２２２とした様子を示す図である。ここでも、中央部に強調高濃度領域２２４が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝１７８の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０７】
図１６から図１９に示されるように、物体１７０が曲面を有する場合でも、平板状の物体５０と同様に、図１の構成の超音波検査システム１０において、図３の手順を実行することで、強調化画像データを得ることができる。これによって、物体１７０が曲面を有する場合でも、物体１７０に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を向上させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係る超音波検査システムは、物体の形状が平板状、曲面状を問わず、物体に含まれる損傷等を検査する超音波検査に利用できる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 超音波検査システム、１２ レーザ駆動装置、１４ ガルバノスキャナ、１６，１８ 超音波探触子、２０，２２ アンプ、２４，２６ ＡＤボード、３０ 制御装置、３２ 個別画像化処理部、３４ 強調画像化処理部、３６ 表示装置、４０ 画像、５０，１７０ 物体、５２，１７６ 直線状溝、５４，１７８ Ｔ字状溝、６０，６１，１８０，１８２ 走査領域、６２ 移動軌跡、７０，７２，７４，７６，８０，８３，８４，８６，１９０，１９２，１９４，１９６，２００，２０２，２０４，２０６ 受信位置、９０，９２ ピーク、１００，１０２，１０４，１０６，１４０，１５０ 個別画像化データ、１１２，１２２，１４２，１５２ 高濃度領域、１１４，１２４，１４４，１５４ 中濃度領域、１１６，１２６，１４６，１５６ （最も遠い）箇所、１３０，１３４，１６０，１６４，２１０，２１４，２１８，２２２ 強調画像化データ、１３２，１３６，１６２，１６６，２１２，２１６，２２０，２２４ 強調高濃度領域、１７４ 凸面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査システムに係り、特に、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査する走査手段を備える超音波検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動を用いて固体材料内部状態を画像化する装置としては、被検体である物体を水槽等において、水を介して超音波探触子を直動的に走査する水浸法によるものが市販されている。水を介するのは、被検体に対し非接触とした方が、走査を容易にでき、また走査の高速化を図ることができる等のためである。この場合、水に浸けることのできない被検体には適用できず、また、場合によっては大型水槽を必要とするため、他の非接触走査法が望まれている。他の非接触走査法としては、レーザ光を被検体の表面に走査し、その走査点において熱励起によって発生する超音波を利用することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、超音波伝播の映像化装置等として、発振レーザによって被検体の表面を走査してパルスレーザ光を走査路に沿って複数の計測点に照射し、これら複数の計測点で熱励起超音波を発生させ、この超音波を、被検体に装着し固定した受信用圧電センサで照射するレーザ光のパルスと同期して検出し、この検出した信号をディジタルオシロスコープ等のＡ／Ｄ変換器により波形列データとしてパーソナルコンピュータに収録し、パーソナルコンピュータによって、収録した波形列データを各時刻における振幅値を輝度変調して画像化することが開示されている。
【０００４】
また、本発明に係る発明者等は、非特許文献１において、ガイド波としてのラム波をレーザによって励振し、離れた点の斜角探触子によってラム波Ａ０モードを検出することで励振点の板厚情報を取得できる手法を開発したことを開示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００６３４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】林等，発振レーザ走査法によって励振されたガイド波を用いた高速厚み測定，日本非破壊検査協会，第１６回超音波による材料の非破壊評価シンポジウム講演論文集８−１，平成２１年１月２９日，ｐ１０７−１１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術によれば、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体に予め固定して配置された探触子によって超音波振動を検出し、検出された信号を処理することで、物体における２次元的な超音波振動分布を画像化することができる。
【０００８】
しかしながら、超音波振動の受信に際しては、非接触式走査あるいは接触式走査において、受信点が走査点から離れるに従い、超音波減衰による画像の乱れが生じ、また、反射波の影響によってアーチファクトと呼ばれる虚像が生じることがある。このような画像の乱れの原因の１つである反射波は、物体における損傷の形状、その寸法、用いられる超音波の周波数等によって発生状況が異なる。また、画像乱れの他の原因である超音波減衰は超音波振動の伝播距離に大きく影響を受ける。
【０００９】
このような画像の乱れ、虚像等が生じると、物体に存在する損傷等からの検出信号に対してノイズとなり、ＳＮ比が低下し、十分な検査を行うことが困難となる。
【００１０】
本発明の目的は、超音波振動の受信に際し、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を向上させることを可能とする超音波検査システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る超音波検査システムは、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査する走査手段と、物体に予め定めた所定位置関係で配置され、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する複数の受信手段と、移動走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化手段と、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、強調画像化手段は、同一位置における複数の画像データを相互に和演算処理または積演算処理してその位置の強調処理データとすることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、強調画像化手段は、同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行う重み付け手段を含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、走査手段は、物体に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして、超音波振動を与える点を移動走査することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、走査手段は、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるレーザ照射手段を有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る超音波検査システムにおいて、走査手段は、レーザ手段からのレーザを受け止めて反射して物体に照射するミラーと、ミラーを物体の形状に合わせて傾斜させる手段であって、物体に照射するレーザの入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面を傾斜させる傾斜手段と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成により、超音波検査システムは、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する複数の受信手段を備える。そして、各受信手段ごとに、物体における超音波振動分布を２次元面に画像化する個別画像化手段と、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化手段を備える。
【００１８】
超音波振動を１つの受信手段で検出して画像化するときは、超音波振動の伝播に依存して様々なノイズも同時に検出するので、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比がばらつく。超音波振動を伝播経路が異なる複数の受信手段で検出すると、物体に存在する損傷等からの検出信号は全ての受信手段において同じ信号となる。一方で、伝播経路に依存するノイズは、各受信手段によって異なる。上記構成によれば、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化するので、物体に存在する損傷等からの検出信号がノイズに対し強調される。これによって、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００１９】
なお、２次元面に画像化するとは、２次元面を構成する各点における超音波振動の程度を濃淡差、色の相違等で表示できるようにすることで、超音波振動に関する振幅分布を表示できるようにすることである。このような画像化による表示は、超音波探傷技術において、いわゆるＣスコープ法と呼ばれるものに似ている。
【００２０】
また、超音波検査システムにおいて、強調画像化手段は、同一位置における複数の画像データを相互に和演算処理または積演算処理してその位置の強調処理データとする。例えば、４つの受信装置を用いることを考えると、同一位置における４つの画像データを相互に和演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比に対し、計算上、４倍に向上する。同一位置における４つの画像データを相互に積演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、計算上、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比の４乗に向上する。
【００２１】
また、超音波検査システムにおいて、同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行う。例えば、複数の受信手段ごとに検出感度等が相違する場合があっても、予め検出感度を調べておいて、その検出感度の相違に応じて重み付けを行うようにすれば、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を安定して向上させることができる。
【００２２】
また、超音波検査システムにおいて、物体に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして、超音波振動を与える点を移動走査する。ラム波は、薄板中を屈曲伸縮しながら板に沿って伝播する波動である。ラム波は、超音波振動の波長に対する板厚の比である（板厚／波長）が小さいときに発生しやすく、また、斜角入射することで、ラム波を主とする超音波振動を伝播させることができる。例えば薄板におけるラム波は、薄板の板厚が薄くなるとその振幅が大きくなる。このことを利用して、ラム波が発生するような超音波周波数帯を用いることで、損傷等によって板厚が局部的に変動することを効果的に検査することができる。
【００２３】
また、超音波検査システムにおいて、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるレーザ照射手段を有するので、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査することを非接触式で行うことができる。これにより、水浸法を用いることなく、高速走査が可能となる。
【００２４】
また、超音波検査システムにおいて、レーザ手段からのレーザをミラーで受け止めて反射して物体に照射するものとし、ミラーを物体の形状に合わせて、物体に照射するレーザの入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面を傾斜させる。これにより、物体が曲面であっても、曲面である物体表面にレーザを適切に入射できるので、正確な超音波検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施の形態の超音波検査システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、検査の対象である物体の１例を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、超音波検査の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施の形態において、受信信号の１例を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、検査対象の物体に４つの探触子を設けた場合の各探触子について、それぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したときの例の様子を説明する図である。
【図６】図５において、１つの探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図７】図５において、別の探触子の超音波振動分布を２次元面に画像したときの様子を説明する図である。
【図８】図５で説明した４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、和演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図９】図５で説明した４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、積演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、検査対象の物体に４つの探触子を設けた場合の各探触子について、それぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したときの別の例について、１つの探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１１】図１０の例において別の探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１２】図１０の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、和演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１３】図１０の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、積演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態において、検査の対象として曲面を有する物体の例を説明する図である。
【図１５】図１４の例において、レーザを照射する面の様子を説明する図である。
【図１６】図１５の例において、検査対象の物体に４つの探触子を設けた場合の各探触子について、それぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したときの例について、１つの探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１７】図１５の例において別の探触子の超音波振動分布を２次元面に画像化したときの様子を説明する図である。
【図１８】図１５の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、和演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【図１９】図１５の例において、４つの探触子のそれぞれの超音波振動分布を２次元面に画像化したデータについて、積演算によって強調処理して検査用画像とした様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、走査手段として、検査対象である物体の表面に集光してレーザを照射し、物体の内部に超音波を励起するものを説明するが、これ以外の超音波供給装置を用いてもよい。例えば、レーザ照射についてその焦点を物体の表面から離れたところに設定し、レーザによってプラズマを構造物の表面から離れたところを起点として発生させ、そのプラズマによって超音波を物体表面に励起させてもよい。その際に、物体の表面に平行にレーザ光を放射し、焦点を物体の表面から離れたところに設定するものとしてもよい。また、超音波励起を、放電、マイクロ波照射等によって行うものとしてもよい。また、圧電素子等を用いた超音波送信装置を物体に接触させる構成としてもよい。また、物体を水中、油中等の媒体中に配置するものとしてもよい。
【００２７】
以下では、受信手段として、圧電素子を用いた接触式の超音波探触子を説明するが、これ以外の超音波振動検出装置を用いてもよい。例えば、非接触式のレーザ干渉計を用いた振動検出装置、非接触式の圧電素子を用いるいわゆる空中超音波センサ、光電式振動検出装置、静電容量型振動検出装置、磁気式振動検出装置等を用いるものとしてもよい。
【００２８】
以下では、受信手段を４つ用いる場合を説明するが、これは説明のための例示であって、受信手段の数は複数であればよい。また、個別画像化の方法として、各受信手段ごとにレーザ走査を行うものとして述べるが、これは画像化の説明のためであって、実際の超音波検査システムの構成においては、１回の走査で、同時に複数の受信装置の画像化を行うものとしてもよい。
【００２９】
以下では、検査対象の物体として、平板状のもの、曲面を有するものを説明するが、勿論、これは説明のための一例であって、様々な形状の物体、例えば凹凸を有する物体、貫通穴等を有する物体等を検査対象とすることができる。
【００３０】
また、以下で説明する材質、寸法、物質の表面形状、損傷の形状等は、説明のための一例であって、超音波検査の対象である物質の特徴、検査の仕様に応じて適宜変更することができる。
【００３１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００３２】
図１は、超音波検査システム１０の構成を説明する図である。図１には、超音波検査システム１０の構成要素ではないが、検査対象の物体５０の一部分が図示されている。検査対象の物体５０としては超音波振動を伝播するものであればよいが、以下では、平板状金属板に適当な模擬損傷を設けた物体５０と、曲面を有する金属板に適当な模擬損傷を設けた物体１７０を用いて説明する。具体的に検査対象とした物体５０，１７０の内容についてはその都度後述する。
【００３３】
超音波検査システム１０は、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるためのレーザ駆動装置１２、レーザ駆動装置１２からのレーザ光の進路を変更し予め定めた入射角度で物体５０の表面にレーザ光を走査させるためのガルバノスキャナ１４、物体５０に予め定めた所定位置関係で配置される複数の超音波探触子１６，１８、超音波探触子１６，１８からの検出信号を増幅するアンプ２０，２２、アンプ２０，２２のアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤボード２４，２６、ＡＤボード２４，２６の出力データの処理等を行う制御装置３０、制御装置３０によって行われたデータ処理の結果を表示する表示装置３６を含んで構成される。制御装置３０と表示装置３６とは、データ処理に適した適当なコンピュータで構成することができる。
【００３４】
レーザ駆動装置１２は、所定の間隔でパルスレーザ光を出力する装置で、例えばＹＡＧレーザ等を用いることができる。所定の間隔は、期待される検査速度によるが、例えば、２０Ｈｚから１ｋＨｚ程度の周期でパルスレーザ光を出力するものとできる。レーザ駆動装置１２がパルスレーザ光を出力するタイミングを示す信号は、トリガ信号として、適当な信号線を用いて制御装置３０に伝送される。
【００３５】
ガルバノスキャナ１４は、複数の可動反射鏡で構成される光学的装置であり、複数の反射鏡の反射方向を適当に変更することで、レーザ駆動装置１２から出力されるパルスレーザ光を物体５０の表面に予め定めた照射順序の軌跡に従って走査させる機能を有する。また、ガルバノスキャナ１４は、複数の反射鏡の反射方向を適当に変更することで、物体５０が曲面を有する場合に、その曲面に対し予め定めた入射角度でパルスレーザ光を照射させる機能を有する。図１の例では、走査領域６０の中をジグザグ状の移動軌跡６２でパルスレーザ光が走査されている様子が示される。
【００３６】
複数の反射鏡は、平面鏡、曲面鏡等を用いることができ、各反射鏡の反射方向の変更には小型モータあるいは電気駆動プランジャ等のアクチュエータを用いることができる。ガルバノスキャナ１４の駆動制御は、レーザ駆動装置１２のトリガ信号等に基き、制御装置３０によって実行される。
【００３７】
このようにパルスレーザ光が物体５０の表面に照射されることによって、物体５０において熱励起された超音波振動が発生する。発生した超音波振動は、走査点から物体５０の周辺に向かって伝播する。したがって、ガルバノスキャナ１４は、レーザ駆動装置１２によって超音波振動が与えられる位置を物体５０に対し２次元的に移動走査する走査手段である。
【００３８】
超音波探触子１６，１８は、圧電素子で構成され、レーザ駆動装置１２とガルバノスキャナ１４によって物体５０にパルスレーザ光が照射され、それによって走査点において発生する超音波振動が物体５０を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する機能を有する超音波振動の受信手段である。圧電素子の受信帯域は、例えば中心周波数１ＭＨｚのものを用いることができる。
【００３９】
超音波探触子１６，１８は、物体５０の表面に予め定めた所定位置関係で配置される。具体的には、超音波探触子１６，１８は、物体５０の表面におけるパルスレーザ光の走査領域６０の外側に、物体５０に接触し、検査中は固定位置として配置される。つまり、超音波探触子１６，１８は、固定位置において超音波振動の検出を行い、パルスレーザ光のように走査して受信するものではない。
【００４０】
図１において、超音波探触子１６，１８は、走査領域６０の外側に２つ配置されているが、配置数は２よりも多いほうが好ましい。以下では４つの超音波探触子を配置する例についての実験結果等を説明するが、仮に使用できる超音波探触子が２つしか準備できないときには、２回に分けて検査を行うものとしてもよい。例えば、図１のようにまず走査領域６０の左右両側に超音波探触子１６，１８を配置して固定し、パルスレーザ光による超音波振動の検出信号をこの２つの超音波探触子１６，１８で取得する。必要な検出信号のデータを取得し終わったら、この２つの超音波探触子１６，１８を例えば走査領域６０の上下両側に配置し、パルスレーザ光による超音波振動の検出信号をこの２つの超音波探触子１６，１８で取得する。
【００４１】
このようにして、２つの超音波探触子１６，１８を用いて、走査領域６０の外側の４つの位置において超音波振動の検出信号を取得することができる。同様にして、１つの超音波探触子しか準備できないときでも、複数回に分けて検査を行うことで、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体に予め定めた所定位置関係における複数の受信位置で、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号としてそれぞれ受信するものとすることができる。その意味で、複数の受信手段とは、同時受信の場合には文字通り複数受信手段が物体５０に配置されるが、複数の検査に分けて行う場合には、複数の受信位置において超音波振動の検出信号を取得することを含むことになる。
【００４２】
アンプ２０，２２は、超音波探触子１６，１８からのアナログ検出信号を増幅する増幅器である。また、ＡＤボード２４，２６は、アンプ２０，２２によって適当な大きさに増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換する回路である。アンプとＡＤボードは、検出信号を検出する超音波探触子ごとにそれぞれ独立して設けることが好ましい。図１の例では、４箇所の受信位置に対し２個の超音波探触子１６，１８を設けるものであるので、各超音波探触子１６，１８に対応してアンプ２０，２２とＡＤボード２４，２６が設けられる。
【００４３】
制御装置３０は、上記のようにガルバノスキャナ１４の走査駆動を行う機能を有する他に、ＡＤボード２４，２６の出力データの処理を行い、その結果を表示装置３６に２次元面の画像４０として表示させる機能を有する。
【００４４】
ＡＤボード２４，２６の出力データの処理として、制御装置３０は、移動走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化処理部３２と、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化処理部３４とを含んで構成される。
【００４５】
かかる機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、対応する超音波検査ソフトウェアを実行することで実現できる。なお、必要に応じ、これらの機能の一部をハードウェアで実現することもできる。
【００４６】
次に、検査対象とした物体５０の内容を説明する。物体５０は、平板状金属板に適当な模擬損傷を設けたもので、具体的には、板厚３．０ｍｍのアルミニウム平板の裏面に、深さ１．０ｍｍの直線状溝５２と、平面形状がＴ字形状のＴ字状溝５４を設け、これを超音波検査して検出すべき模擬損傷としたものである。図２には物体５０の上面図が示されているので、直線状溝５２、Ｔ字状溝５４は目視できない状態であり、破線で示されている。この直線状溝５２を含む６０ｍｍ×１００ｍｍの走査領域６０、Ｔ字状溝５４を含む１００ｍｍ×１００ｍｍの走査領域６１が、ガルバノスキャナ１４によってパルスレーザ光が走査される範囲である。
【００４７】
図２に示される受信位置７０，７２，７４，７６，８０，８３，８４，８６は、超音波探触子１６，１８が設置される位置である。これらの受信位置７０，７２，７４，７６，８０，８３，８４，８６は、物体５０の上面、つまり模擬損傷が設けられる面とは反対側の面に設定される。受信位置７０，７２，７４，７６は、直線状溝５２を検査するために超音波探触子１６，１８が設置される位置であり、受信位置８０，８２，８４，８６は、Ｔ字状溝５４を検査するために超音波探触子１６，１８が設置される位置である。
【００４８】
図３は、図１の構成において、超音波を用いて物体５０の模擬損傷を検査する手順を示すフローチャートである。物体５０には直線状溝５２とＴ字状溝５４の２つの模擬損傷があるが、以下では、直線状溝５２の模擬損傷を検査する場合を例として説明する。図１の例では２つの超音波探触子１６，１８が用いられているので、検査を２回に分け、最初に超音波探触子１６，１８を受信位置７０，７４に配置し、そこでの計測が終了したら超音波探触子１６，１８を受信位置７２，７６に配置して残りの計測を行うものとして説明する。なお、Ｔ字状溝５４の模擬損傷を検査する場合も、受信位置が異なるのみで、同様の手順で検査を行うことができる。
【００４９】
最初に、レーザ走査のためのガルバノスキャナ１４の角度制御の計算を行う。具体的には、走査領域６０の全てのレーザ走査点の座標を決定し、各走査点ごとにガルバノスキャナ１４のミラー角度を計算する（Ｓ１０）。走査点とは、走査の移動軌跡６２においてパルスレーザ光が照射される複数の点である。パルスレーザ光が所定の時間間隔で出力されるとき、各パルスレーザ光ごとに走査点が異なるものとされる。つまり、ある走査点で１つのパルスレーザ光が出力され、物体５０の表面に照射されると、次にガルバノスキャナ１４のミラー角度が変更されて、次のパルスレーザ光は、その照射点から所定の距離移動した次の照射点において照射が行われる。１例を述べると、パルスレーザ光のパルス間隔を５０ｍｓとして、そのパルス間隔の５０ｍｓの間に、ガルバノスキャナ１４のミラー角度の変更が行われる。そして、物体５０の表面上で照射点が移動するが、その移動量として例えば１ｍｍとすることができる。この場合、隣接する走査点は、互いに１ｍｍ離間していることになり、パルスレーザ光は、５０ｍｓごとに１ｍｍ間隔で物体５０の表面を走査移動することになる。
【００５０】
このように、ミラー角度は、物体５０の表面における照射点すなわち走査点が所定の移動軌跡６２の上で所定の間隔距離となるように算出が行われる。具体的には、物体５０の表面に２次元的に設定される移動軌跡６２上で移動走査する全ての点の（ｘ，ｙ）座標を求めておき、それに対応するガルバノスキャナ１４のミラー角度をそれぞれ計算する。
【００５１】
ここでミラー角度とは、ガルバノスキャナ１４を構成する反射鏡の基準方向についての傾き角度である。ガルバノスキャナ１４は複数の反射鏡から構成されるので、ミラー角度は、それぞれの反射鏡について計算される。ミラー角度の計算というのは、平面の所定の位置にレーザ光を入射させるために必要なミラー角度を計算することである。操作する際には、多数の点にパルスレーザ光を移動させるために、予め全ての点についてのミラー角度を計算で求めておくことがよい。このようにすることで走査時間を早くすることができる。
【００５２】
この走査点ごとのミラー角度の計算は、平板について検査を行うときには定型的な走査となるので、ガルバノスキャナ１４と物体５０の走査領域６０の位置関係に関連付けて、予めマップ化して準備しておくことが可能である。後述する物体１７０のように、検査対象の物体の表面が曲面あるいは複雑な凹凸を有するときは、予め物体の表面における走査領域６０について移動軌跡６２を設定し、この移動軌跡６２上で、適当な間隔となる各点の（ｘ，ｙ，ｚ）座標を予め求め、この各（ｘ，ｙ，ｚ）座標に対するそれぞれのミラー角度を計算することになる。
【００５３】
全ての走査点についてのミラー角度が準備されると、レーザ走査が開始する（Ｓ１２）。具体的には、まずレーザ走査初期位置へ移動が行われる（Ｓ１４）。レーザ走査初期位置とは、物体５０の走査領域６０内に設定された移動軌跡６２のスタート位置である。このスタート位置に対応するミラー角度になるようにガルバノスキャナ１４が駆動され、その状態でレーザ駆動装置１２が作動してまず１つのパルスレーザ光を出力する。出力されたパルスレーザ光はガルバノスキャナ１４によって光路が変更されて、物体５０のレーザ走査初期位置に所定の入射角度で照射が行われる。
【００５４】
このパルスレーザ光の照射によって、物体５０において熱励起された超音波振動が発生し、走査点から超音波振動が物体５０の周辺に向かって伝播する。伝播する超音波振動は、走査領域６０の外側の所定位置に接触固定された超音波探触子１６，１８によって検出され、超音波振動の検出信号として制御装置３０に伝送される。
【００５５】
このパルスレーザ光の出力の際に、レーザ駆動装置１２からトリガ信号が制御装置３０に伝送されるので、制御装置３０は、このトリガ信号を取得し、超音波探触子１６，１８が検出する検出信号について、このパルスレーザ光による超音波振動の検出信号を特定し、トリガ信号に対応するものとしての現在の受信波形を収録する（Ｓ１６）。
【００５６】
図４に、超音波探触子１６が検出した超音波振動波形の例を示す。図４の横軸は時間で、縦軸は超音波振動の振幅である。横軸の原点、すなわちｔ＝０は、トリガ信号を取得した時間である。縦軸は、実際にはＡＤボード２４の出力で電圧値である。
【００５７】
図４に示されるように、トリガ信号を取得してから、すなわちパルスレーザ光が照射されてから約５０ｍｓのところに振幅のピーク９０が現れるが、このピーク９０を含む波形が、パルスレーザ光の照射点から模擬損傷である直線状溝５２を経由して超音波探触子１６の受信位置まで伝播して到達した超音波振動の波形であり、その最大振幅であるピーク９０が直線状溝５２からの超音波振動を示している。このピーク９０以外にも、約６０ｍｓ、約８０ｍｓのところにやや小さなピークが現れ、さらに約９０ｍｓのところに大きなピーク９２が現れている。これらは、模擬損傷である直線状溝５２における多重反射波、物体５０の側面からの反射波によるものである。
【００５８】
このように、超音波探触子１６の検出信号には、模擬損傷である直線状溝５２による超音波振動のピーク９０の他に、様々な反射波によるノイズピークが現れる。図４からも分かるように、反射波によるノイズピークは、模擬損傷である直線状溝５２による超音波振動のピーク９０よりも遅い時間に現れる。そこで、適当なウィンドゲートＷＧを設けることで、直線状溝５２による超音波振動のピーク９０と、反射波によるノイズピークとを適切に分離できる。
【００５９】
ウィンドゲートＷＧは、超音波探触子１６が設定される受信位置からみて最も近い走査領域６０の位置である最短伝播距離に対応する最短伝播時間と、超音波探触子１６が設定される受信位置からみて最も遠い走査領域６０の位置である最遠伝播距離に対応する最長伝播距離に対応する最長伝播時間との間として設定することができる。図４の例では、最短伝播時間が２５ｍｓ、最長伝播時間が８０ｍｓとして、ウィンドゲートＷＧが設定されている。このようにウィンドゲートＷＧを設けることで、走査位置から超音波探触子１６への直接到達波を抽出でき、その直接到達波とは到達時刻が大きく異なる側面からの反射波をできるだけ含まないようにすることができる。
【００６０】
再び図３に戻り、そこで、受信波形においてウィンドゲートＷＧ内の振幅最大値を取得する（Ｓ１８）。図４の例では、ピーク９２が画面上で振幅最大値であるが、ウィンドゲートＷＧの外であるので、ウィンドゲートＷＧの内での振幅最大値としてピーク９０の振幅値が取得される。取得された振幅最大値は、レーザ走査位置と関連付けて適当なメモリに記憶される。例えば振幅最大値をＡ0として、その振幅最大値Ａ0を含む超音波振動が励起された物体５０上の位置を（ｘ0，ｙ0）とすると、Ａ0と（ｘ0，ｙ0）とが関連付けて記憶される。
【００６１】
このように、パルスレーザ光の１つの照射ごとに、超音波探触子１６におけるウィンドゲートＷＧ内の最大振幅値が取得される。上記の例では、超音波探触子は２つ用いられているので、パルスレーザ光の１つの照射ごとに、２箇所に設置される超音波探触子１６，１８のそれぞれにおいて、それぞれのウィンドゲートＷＧ内の最大振幅値が取得される。
【００６２】
このように各超音波探触子１６，１８においてウィンドゲートＷＧ内の最大振幅値が走査位置に関連付けて記憶されると、次にレーザ走査位置が最後の点か否かが判断される（Ｓ２２）。いまの場合、レーザ走査初期位置であるので、判断の結果は否定となり、レーザ走査位置が次の点に移動される（Ｓ２４）。すなわち、走査領域６０内に設定された移動軌跡６２における初期位置の次の点にパルスレーザ光が照射されるように、ガルバノスキャナ１４のミラー角度が変更され、ついで次のパルスレーザ光がレーザ駆動装置１２から出力される。上記の例では、次の点の位置は、移動軌跡６２上で初期位置から１ｍｍ離れたところである。
【００６３】
レーザ走査位置が移動されてパルスレーザ光がその移動された位置に照射されると、Ｓ１６以下の工程が実行され、次の点における最大振幅値が取得される。そして取得された振幅最大値をＡ1とし、対応する走査位置を（ｘ1，ｙ1）とすると、Ａ1と（ｘ1，ｙ1）とが関連付けて記憶される。そして再びＳ２２において、レーザ走査位置が最後の点か否かが判断される。
【００６４】
これを繰り返して、走査領域６０内に設定された移動軌跡６２の最後の点における最大振幅がその最後の点の位置に関連付けて記憶されると、Ｓ２２の判断結果が肯定され、Ｓ２６に進む。ここでは、別の受信点の計測があるか否かが判断される。図２で説明したように、走査領域６０については、４つの受信位置７０，７２，７４，７６が設けられている。そこで、受信点はこれら４つの受信位置７０，７２，７４，７６に対応して４つあるが、上記の例では、受信位置７０，７４に超音波探触子１６，１８が配置されている。したがって、受信位置７２，７６における計測がまだであり、Ｓ２６における判断結果は否定となる。
【００６５】
その場合には、受信点が次の点とされる（Ｓ２８）。具体的には、受信位置７２，７６に超音波探触子１６，１８が改めて配置される。そして、Ｓ１４以下の工程がＳ２４も含めて実行される。
【００６６】
これによって、次の受信点においても全ての走査位置において最大振幅値とその走査位置とが関連付けられて記憶されると、Ｓ２６の判断が再度行われる。Ｓ２６の判断結果が肯定されると、全ての計測が終了したとされる（Ｓ３０）。
【００６７】
全ての計測が終了すると、記憶されているデータである走査位置に関連付けられた最大振幅値データについてデータ処理が行われる。まず、個別画像化処理（Ｓ３２）が行われる。この工程は、制御装置３０の個別画像化処理部３２の機能によって実行される。個別画像化処理は、パルスレーザ光の物体５０の上の移動走査のタイミングに対応して各受信手段である超音波探触子１６，１８が受信した検出信号に基づき、物体５０における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する処理である。
【００６８】
物体５０における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化するとは、２次元面を構成する各点における超音波振動の程度を濃淡差、色の相違等で表示し、超音波振動に関する断層像を表示できるようにすることである。このような画像化による表示は、超音波探傷技術において、いわゆるＣスコープ法と呼ばれるものに相当する。上記の例では、走査領域６０の移動軌跡６２における各走査位置の（ｘ，ｙ）座標の点における最大振幅値を、濃淡差、色の相違等で表示する。濃淡差は、等濃度線で示すこともできる。
【００６９】
図５は、走査領域６０において、４つの受信位置７０，７２，７４，７６のそれぞれにおいて取得された走査位置に関連付けられた最大振幅値の分布の様子を等濃度線で示した概略模式図である。濃度の相違は斜線の密度で示し、斜線の密度が密のほど濃度が高く、濃度が高いほど最大振幅値が大きいことを示す。
【００７０】
例えば、受信位置７０における個別画像化データ１００は、図３で説明したように、受信位置７０に配置された超音波探触子１６によって取得された走査位置に関連付けられた最大振幅値が、等濃度線で２次元面に画像化されている。この個別画像化データ１００においては、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７１】
また、受信位置７４における個別画像化データ１０４においては、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の左側端部に、超音波探触子１８の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７２】
また、受信位置７２における個別画像化データ１０２は、上記のように、２回目の計測において超音波探触子１６を受信位置７２に配置して取得された最大振幅値の分布の様子を示すものである。ここでは、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の下側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７３】
同様に、受信位置７６における個別画像化データ１０６は、上記のように、２回目の計測において超音波探触子１８を受信位置７６に配置して取得された最大振幅値の分布の様子を示すものである。ここでは、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域があり、また、走査領域の上側端部に、超音波探触子１８の最も近傍領域に対応するように中濃度領域があり、その他にいくつかの低濃度領域があることが示されている。
【００７４】
図６、図７は個別画像化データ１００，１０２の詳細模式図である。上記のように走査領域６０については４つの受信位置７０，７２，７４，７６が設けられ、４つの個別画像化データがあるが、ここではそのうちの２つを代表として示した。
【００７５】
図６の個別画像化データ１００では、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域１１２があり、また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するように中濃度領域１１４があり、その他にいくつかの低濃度領域がある。
【００７６】
中央部の高濃度領域１１２は、直線状溝５２がある位置に対応している。直線状溝５２は、上記の例で深さ１．０ｍｍであり、その他の部位における板厚３．０ｍｍに比べ、物体５０において板厚が薄くなっている箇所である。
【００７７】
パルスレーザ光を薄板状の物体５０に入射することで励起される超音波は、ラム波になりやすい。平板を伝播するラム波は、板厚の薄いところで振幅が大きくなることが知られているので、上記のように３ｍｍのアルミニウム板の場合では、模擬損傷である直線状溝５２のところでラム波の振幅が他の箇所に比べ大きくなると考えられる。したがって、直線状溝５２のところを走査点としたときの超音波探触子１６の検出信号は、他の板厚が３．０ｍｍのところを走査点としたときの超音波探触子１６の検出信号よりも、最大振幅値が大きくなる。このような理由で、２次元面の画像化データでは、直線状溝５２に対応する箇所が高濃度領域となる。
【００７８】
走査領域６０の右側端部の中濃度領域１１４は、超音波探触子１６の最も近傍の領域に対応している。この中濃度領域１１４は、濃淡が波動状に繰り返しており、一種のアーチファクト、つまり虚像が発生しているものと考えることができる。また、走査領域６０において高濃度領域１１２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１１６は、濃度が低く、一部に画像の乱れが見られる。これは、超音波振動の伝播が長くなるために超音波振動の減衰が大きく、そのために最大振幅値が小さくまたバラツキが大きくなるためと考えられる。
【００７９】
図７の個別画像化データ１０２でも、走査領域のほぼ中央に、直線状溝５２に対応するように高濃度領域１２２が見られる。また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するようにアーチファクトと見られる波動状の中濃度領域１２４がある。そして、走査領域６０において高濃度領域１２２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１２６には、画像の乱れが見られる。
【００８０】
図６、図７を比較して分かるように、走査領域６０に対し、受信位置が異なるだけで、個別画像化データはかなり相違する。特に、直線状溝５２に対応する高濃度領域１１２，１２２よりも、中濃度領域１１４，１２４におけるアーチファクト、超音波探触子１６から最も遠い箇所１１６，１２６における画像の乱れ等が、発生箇所、発生態様においてかなり相違する。
【００８１】
再び図３に戻り、複数の個別画像化データが得られると、それらのデータについて強調演算が行われ（Ｓ３４）、２次元面の画像とする強調画像化処理が行われる（Ｓ３６）。強調画像化処理された２次元面の画像４０は、物体の検査用画像として出力されて表示装置３６に表示される。これによって、超音波による検査は終了する。これらの工程は、制御装置３０の強調画像化処理部３４の機能によって実行される。
【００８２】
これらの処理は、図６、図７に関連して説明したように、走査領域６０に対し、受信位置が異なるだけで、個別画像化データはかなり相違することを解決するために行われるものである。
【００８３】
図６、図７に関連して説明したように、直線状溝５２に対応する高濃度領域１１２，１２２の発生位置、発生態様は、個別画像データの間での相違は少ない。これに対し、アーチファクト、画像の乱れ等は、個別画像データの間での相違が大きい。この理由は、模擬損傷である直線状溝５２は、いずれの受信位置における検出信号において共通の部分であるのに対し、それ以外のものは、走査位置と受信位置との間の超音波伝播の様子がそれぞれ個別に相違するためと考えられる。
【００８４】
したがって、異なる受信位置で得られた複数の個別画像化データを重ね合わせることでノイズの少ない正確な超音波振動分布が得られるものと予想できる。さらに、共通の部分である直線状溝５２に対応するデータを信号データとし、他の箇所に対応するデータをノイズデータとして、信号データをノイズデータに比べ、強調する処理を行うことで、（信号データの大きさ／ノイズデータの大きさ）＝ＳＮ比を大幅に向上させることができる。このように、強調演算処理は、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してＳＮ比を向上させてその位置の強調演算処理データとする処理である。
【００８５】
例えば、４つの受信装置を用いることを考えると、同一位置における４つの画像データを相互に和演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比に対し、計算上、４倍に向上する。同一位置における４つの画像データを相互に積演算処理することで、物体に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比は、計算上、１つの画像データに基づく場合のＳＮ比の４乗に向上する。
【００８６】
図８は、図５で説明した受信位置が異なる４つの個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６に強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１３０とした様子を示す図である。具体的には、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを相互に加算して、和演算処理が行われる。
【００８７】
図８は、図５で説明した受信位置が異なる４つの個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６に強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１３０とした様子を示す図である。具体的には、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを相互に加算して、和演算処理が行われる。同一位置における画像データは、その位置における最大振幅値に対応するものであるので、実質的には、走査領域６０の同一の位置における最大振幅値を相互に加算することに相当する。
【００８８】
図８では、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ加算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１３２が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ加算されることなく、元々の箇所に現れる。したがって、結果として、各個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６のそれぞれに比較して、中央部に強調高濃度領域１３２が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝５２の領域が明確に識別できるようになる。
【００８９】
図９は、受信位置が異なる４つの個別画像化データ１００，１０２，１０４，１０６に強調演算処理として積演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１３４とした様子を示す図である。具体的には、各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを相互に積算して、積演算処理が行われる。同一位置における画像データは、その位置における最大振幅値に対応するものである。最大振幅値は、例えば電圧値であるが、積演算においては、単位を除いて無単位値として相互に掛け合わせるものとできる。あるいは、最大振幅値を規格化して無次元数とし、これらを相互に掛け合わせるものとしてもよい。
【００９０】
図９では、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ積算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１３６が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ積算されることなく、むしろバックグランド値に掛け算されて小さな値となって元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図８に比較して、強調高濃度領域１３６が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝５２の領域が明確に識別できるようになる。
【００９１】
なお、各超音波探触子１６，１８の間に受信感度等の受信性能が相違することがあり、また、各受信位置７０，７２，７４，７６における超音波探触子１６，１８の取付状態が相違することがある。その影響を抑制するために、同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行うことが好ましい。予め定めた基準としては、標準的試料を用いて複数回計測した標準的受信感度等を用いることができる。
【００９２】
上記では、図２における直線状溝５２を模擬損傷とする場合の検査について説明したが、図２におけるＴ字状溝５４を模擬損傷とする場合も、図３の手順に従って、個別画像化処理と強調画像化処理を行って、強調画像化データを出力することができる。
【００９３】
図１０は、図２の受信位置８０に超音波探触子１６を配置したときに得られる個別画像化データ１４０の詳細模式図である。ここでも図６と同様に、走査領域のほぼ中央に、Ｔ字状溝５４に対応するように高濃度領域１４２が見られる。また、走査領域の右側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するようにアーチファクトと見られる波動状の中濃度領域１４４がある。そして、走査領域６０において高濃度領域１４２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１４６には、画像の乱れが見られる。
【００９４】
図１１は、図２の受信位置８２に超音波探触子１６を配置したときに得られる個別画像化データ１５０の詳細模式図である。ここでも図７と同様に、走査領域のほぼ中央に、Ｔ字状溝５４に対応するように高濃度領域１５２が見られる。また、走査領域の下側端部に、超音波探触子１６の最も近傍領域に対応するようにアーチファクトと見られる波動状の中濃度領域１５４がある。そして、走査領域６０において高濃度領域１５２を挟んで超音波探触子１６から最も遠い箇所１５６には、画像の乱れが見られる。
【００９５】
Ｔ字状溝５４に対する検査でも、４つの受信位置８０，８２，８４，８６に超音波探触子１６，１８が配置されて、４つの個別画像化データが得られる。強調演算処理等においては、これらの４つの個別画像化データについて、和演算処理または積演算処理が行われる。
【００９６】
図１２は、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１６０とした様子を示す図である。図１２では、図８と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ加算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１６２が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ加算されることなく、元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図１０、図１１に示される個別画像化データ１４０，１５０のそれぞれに比較して、中央部に強調高濃度領域１６２が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝５４の領域が明確に識別できるようになる。
【００９７】
図１３は、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として積演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ１６４とした様子を示す図である。図１３では、図９と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ積算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域１６６が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ積算されることなく、むしろバックグランド値に掛け算されて小さな値となって元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図１２に比較して、強調高濃度領域１６６が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝５４の領域が明確に識別できるようになる。
【００９８】
上記では、物体５０として模擬損傷を設けた薄板アルミニウムを説明したが、曲面を有する物体についても、図３の手順に従って、個別画像化処理と強調画像化処理を行って、強調画像化データを出力することができる。
【００９９】
図１４は、曲面を有する物体１７０の様子を示す図である。この物体１７０は、厚さ３．０ｍｍを有する円筒状のアルミニウムパイプを中心軸に沿って半分に切断したものである。物体１７０は、その凹状内面に、模擬損傷として深さ１．０ｍｍの直線状溝１７６と、やはり深さ１．０ｍｍのＴ字状溝１７８が設けられている。なお、図１４は、模擬損傷である直線状溝１７６とＴ字状溝１７８とが見えるように、凹面を上面側とするように示したが、超音波検査は、凸面１７４の側にパルスレーザ光を照射して行われる。
【０１００】
図１５は、パルスレーザ光が照射される凸面１７４を上面として、物体１７０の上面図である。物体１７０は曲面を有しているため、直線状溝１７６に対する走査領域１８０も、Ｔ字状溝１７８に対する走査領域１８２も、上面図では鼓形形状となっているが、物体１７０が置かれた平面に対する走査領域は矩形形状である。もっとも、ミラー角度を予めきちんと計算しておくことで、曲面上の走査領域を矩形形状とすることもできる。なお、直線状溝１７６の走査領域１８０の外側に４つの受信位置１９０，１９２，１９４，１９６が設けられ、Ｔ字状溝１７８の走査領域１８２の外側に４つの受信位置２００，２０２，２０４，２０６が設けられる。
【０１０１】
物体１７０が曲面を有していても、図３の超音波検査の手順は、平板状の物体５０の場合と基本的に同じである。相違するのは、Ｓ１０のミラー角度の計算が平板の場合に比べ複雑となることである。すなわち、物体１７０の曲面形状に合わせて、物体１７０に照射するパルスレーザ光の入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面の傾斜角度を計算する。具体的には、予め物体１７０の表面における走査領域１８０，１８２についてそれぞれ移動軌跡を設定し、この移動軌跡上で、適当な間隔となる各点の（ｘ，ｙ，ｚ）座標を予め求め、この各（ｘ，ｙ，ｚ）座標に対するそれぞれのミラー角度を計算することになる。
【０１０２】
このようにしてミラー角度が物体１７０の曲面に対応して求められた後は、平板状の物体５０におけると同様の手順で、走査位置に関連付けられた最大振幅値が取得され、それに基いて個別画像化データが得られる。そして得られた４つの個別画像化データに基いて、和演算または積演算を用いて、強調演算処理が行われ、１つの強調画像化データが得られる。
【０１０３】
図１６は、模擬損傷としての直線状溝１７６について、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ２１０とした様子を示す図である。図１６では、図８、図１２と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ加算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域２１２が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ加算されることなく、元々の箇所に現れる。したがって、図８、図１２に関連して説明したように、結果として、個別画像化データのそれぞれに比較して、中央部に強調高濃度領域２１２が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝１７６の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０４】
図１７は、模擬損傷としての直線状溝１７６について、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として積演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ２１４とした様子を示す図である。図１７では、図９、図１３と同様に、中央部において各個別画像化データの高濃度領域のデータが４つ積算されてさらに高濃度となった強調高濃度領域２１６が現れている。それ以外の領域は、４つの個別画像化データにおいて現れる箇所が異なるアーチファクト、画像の乱れが、それぞれ積算されることなく、むしろバックグランド値に掛け算されて小さな値となって元々の箇所に現れる。したがって、結果として、図９、図１３に関連して説明したように、強調高濃度領域２１６が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷である直線状溝１７６の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０５】
図１８は、模擬損傷としてのＴ字状溝１７８について、受信位置が異なる４つの個別画像化データに強調演算処理として和演算処理を行い、その結果を２次元面に画像化して強調画像化データ２１８とした様子を示す図である。ここでも、中央部に強調高濃度領域２２０が周囲から際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝１７８の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０６】
図１９は、和演算処理に代えて積演算処理を行った場合の強調画像化データ２２２とした様子を示す図である。ここでも、中央部に強調高濃度領域２２４が周囲からさらに際立って現れ、これによって、模擬損傷であるＴ字状溝１７８の領域が明確に識別できるようになる。
【０１０７】
図１６から図１９に示されるように、物体１７０が曲面を有する場合でも、平板状の物体５０と同様に、図１の構成の超音波検査システム１０において、図３の手順を実行することで、強調化画像データを得ることができる。これによって、物体１７０が曲面を有する場合でも、物体１７０に存在する損傷等からの検出信号のＳＮ比を向上させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係る超音波検査システムは、物体の形状が平板状、曲面状を問わず、物体に含まれる損傷等を検査する超音波検査に利用できる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 超音波検査システム、１２ レーザ駆動装置、１４ ガルバノスキャナ、１６，１８ 超音波探触子、２０，２２ アンプ、２４，２６ ＡＤボード、３０ 制御装置、３２ 個別画像化処理部、３４ 強調画像化処理部、３６ 表示装置、４０ 画像、５０，１７０ 物体、５２，１７６ 直線状溝、５４，１７８ Ｔ字状溝、６０，６１，１８０，１８２ 走査領域、６２ 移動軌跡、７０，７２，７４，７６，８０，８３，８４，８６，１９０，１９２，１９４，１９６，２００，２０２，２０４，２０６ 受信位置、９０，９２ ピーク、１００，１０２，１０４，１０６，１４０，１５０ 個別画像化データ、１１２，１２２，１４２，１５２ 高濃度領域、１１４，１２４，１４４，１５４ 中濃度領域、１１６，１２６，１４６，１５６ （最も遠い）箇所、１３０，１３４，１６０，１６４，２１０，２１４，２１８，２２２ 強調画像化データ、１３２，１３６，１６２，１６６，２１２，２１６，２２０，２２４ 強調高濃度領域、１７４ 凸面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査する走査手段と、
物体に予め定めた所定位置関係で配置され、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する複数の受信手段と、
移動走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化手段と、
各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化手段と、
を備えることを特徴とする超音波検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
強調画像化手段は、
同一位置における複数の画像データを相互に和演算処理または積演算処理してその位置の強調処理データとすることを特徴とする超音波検査システム。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波検査システムにおいて、
強調画像化手段は、
同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行う重み付け手段を含むことを特徴とする超音波検査システム。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
走査手段は、物体に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして、超音波振動を与える点を移動走査することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
走査手段は、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるレーザ照射手段を有することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波検査システムにおいて、
走査手段は、
レーザ手段からのレーザを受け止めて反射して物体に照射するミラーと、
ミラーを物体の形状に合わせて傾斜させる手段であって、物体に照射するレーザの入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面を傾斜させる傾斜手段と、
を有することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項１】
超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査する走査手段と、
物体に予め定めた所定位置関係で配置され、物体を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する複数の受信手段と、
移動走査のタイミングに対応して各受信手段が受信した検出信号に基づき、物体における超音波振動分布を各受信手段ごとに２次元面に画像化する個別画像化手段と、
各受信手段について得られる複数の２次元面の画像化データについて、同一位置における複数の画像データを処理してその位置の強調処理データとする強調処理を行い、各位置における強調処理データを２次元面に画像化し、これを物体の検査用画像として出力する強調画像化手段と、
を備えることを特徴とする超音波検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
強調画像化手段は、
同一位置における複数の画像データを相互に和演算処理または積演算処理してその位置の強調処理データとすることを特徴とする超音波検査システム。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波検査システムにおいて、
強調画像化手段は、
同一位置における複数の画像データのそれぞれについて、予め定めた基準に従って重み付けを行う重み付け手段を含むことを特徴とする超音波検査システム。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
走査手段は、物体に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして、超音波振動を与える点を移動走査することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
走査手段は、レーザを物体に照射して超音波振動を物体に励起させるレーザ照射手段を有することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波検査システムにおいて、
走査手段は、
レーザ手段からのレーザを受け止めて反射して物体に照射するミラーと、
ミラーを物体の形状に合わせて傾斜させる手段であって、物体に照射するレーザの入射角度を予め定めた所定の角度となるように、ミラーの反射面を傾斜させる傾斜手段と、
を有することを特徴とする超音波検査システム。
【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】
【公開番号】特開２０１１−４３４１６（Ｐ２０１１−４３４１６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９１９８９（Ｐ２００９−１９１９８９）
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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