超音波検査装置および方法
【課題】 多重反射の影響を受けずに正確な超音波検査を実現する。
【解決手段】 所定の厚さを有する媒体６を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出する超音波センサ２と、検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶する記憶手段１２２と、前記媒体６の厚さを変化させる変更手段４、９と、前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する除去手段１２とを備える。
【解決手段】 所定の厚さを有する媒体６を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出する超音波センサ２と、検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶する記憶手段１２２と、前記媒体６の厚さを変化させる変更手段４、９と、前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する除去手段１２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物に超音波を発することにより、検査対象物における探傷若しくは検査を行う超音波検査装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、非破壊検査として、超音波を用いて検査対象物の検査を行う超音波検査装置が用いられている。一般に、超音波検査装置は、検査対象物を水、油等を媒体として使用している。空気層を介して超音波を検査対象物に照射すると、空気と検査対象物のそれぞれの音響インピーダンスの差が大きくなり、検査対象物表面においてほとんどの超音波が反射してしまう。そこで、媒体を介して超音波を検査対象物に照射することにより、検査対象物表面における超音波の反射を低減している。
【０００３】
このような超音波検査方法としては、検査対象物を水槽中に水没させる全没水浸方式と、検査対象物を部分的に水没させる局部水浸方式とに大別される。局部水浸方式は、例えばノズルから水流を供給することにより、超音波センサと検査対象物との間に水柱を形成するものである。
【０００４】
特許文献１は、局部水浸方式を用いた超音波探傷測定装置に関する。この装置は、プローブの先端に設けられるとともに水等の媒体を収納する媒体室と、媒体室底部に設けられた膜体とを備えている。媒体室に水を供給し続けることにより、媒体室から水が排出され、膜体と検査対象物との空隙へ流れる。プローブから発せられた超音波は、水を介して検査対象物に伝わり、検査対象物表面における反射が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３５４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、超音波センサと検査対象物との間に媒体を介在させると、媒体内部において超音波の多重反射が生じ易くなる。多重反射した超音波は、時間遅れを伴いながら超音波センサに戻り、検査対象物内部の反射波と重なって検出されてしまう。
【０００７】
例えば、板金のスポット溶接部分を検査対象物として用いた場合、通電および加圧によって鋼板表面に溶接電極による陥没痕が生じる。この陥没痕にグリセリン等の媒体膜が形成され、媒体膜内において多重反射が起こる。このように、媒体内において多重反射が生じると、スポット溶接内部には欠陥が無いにもかかわらず、多重反射が欠陥として誤認識されてしまう。
【０００８】
特許文献１に記載の装置は、膜体をできるだけ薄くすることによって媒体内で発生する多重反射を低減することを試みている。しかしながら、膜厚を薄くしたとしても、媒体内で発生する多重反射を十分に除去することはできない。
【０００９】
また、検査対象物と膜体の空隙には媒体が介在しており、この媒体において多重反射が発生する。媒体に水分を含有させることによって、水槽と媒体のそれぞれの音響インピーダンスの差を小さくし、多重反射をある程度は低減することができる。しかしながら、この場合においても、多重反射を十分に除去することはできない。さらに、媒体に水分を含ませることによって、検査対象物の錆、腐食という問題が新たに生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明に係る超音波検査装置は、所定の厚さを有する媒体を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出する超音波センサと、検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶する記憶手段と、前記媒体の厚さを変化させる変更手段と、前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する除去手段とを備える。
【００１１】
前記変更手段は、前記媒体に与える荷重を変化させることによって、前記媒体の厚さを変化させる。
【００１２】
また、前記変更手段は、前記超音波センサが水没した水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させる。
【００１３】
前記信号成分は前記媒体内における超音波パルスの多重反射に起因するものである。
【００１４】
前記除去手段は、前記検出信号波形のうちの所定の検査範囲において、検出時間が変化した信号成分を除去する。
【００１５】
さらに、前記媒体は水分を含まない油性の液体である。
【００１６】
また、前記水槽は底部に膜体を有し、該膜体と前記検査対象物との間に前記媒体を介在させ、前記変更手段は、前記水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させるとともに、前記膜体の厚さを変化させ、前記除去手段は、前記媒体の厚さおよび前記膜体の厚さの変化によって、前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、変更手段によって媒体の厚さを変化させ、検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を検出信号波形から除去している。媒体内において生じた多重反射に起因する信号成分は、媒体の厚さを変化させることよって検出時間が変化する。従って、この信号成分を検出信号波形から除去することにより、多重反射の影響を受けずに検査対象物を正確に検査することが可能となる。
【００１８】
また、変更手段は、媒体に与える荷重を変化させることによって、媒体の厚さを変化させることができる。さらに、超音波センサが水没した水槽を上下に移動させることによって、媒体の厚さを任意に変化させることができる。
【００１９】
また、水分を含まない油性の液体を媒体として使用することによって、検査対象物の腐食または錆を回避することができる。
【００２０】
さらに、変更手段が底部に膜体を有する水槽を上下に移動させることによって媒体の厚さを変化させるとともに、膜体の厚さを変化させることができる。除去手段は、媒体の厚さおよび膜体の厚さの変化によって、検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、検出信号波形から除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るパルサーレシーバ、制御装置、解析装置、表示装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多重反射を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の動作原理を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る水槽上端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る水槽下端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係る超音波検査方法を表すフローチャートである。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係る超音波検査方法を表すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る水槽下端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る水槽上端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る水槽中間位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る多重反射除去前の画像である。
【図１２】本発明の実施形態に係る多重反射除去後の画像である。
【図１３】本発明の実施形態に係る検査対象物の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波検査装置の概略図である。超音波検査装置１は、超音波センサ２、ステージ３、水槽４、膜体５、接触媒体６、ステージ８、水槽駆動装置９、パルサーレシーバ１０、制御装置１１、解析装置１２、表示装置１３を備えて構成されている。
【００２４】
超音波センサ２は、圧電素子等から構成されており、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの超音波パルスを発し、反射した超音波パルスを検出可能である。ステージ３は超音波センサ２を移動可能であって、ステージ３１、３２、３３を備えている。ステージ３１は駆動モータ、位置エンコーダ等を備え、超音波センサ２をＸ・Ｙ軸にスキャンさせることができる。ステージ３２は超音波センサ２をＺ軸に移動可能であり、ステージ３３はＲ・θ軸に移動可能である。これらのステージ３１、３２、３３によって、超音波センサ２をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｒ軸、θ軸の５軸において移動することができる。このように、超音波センサ２を５軸において移動させることによって、検査対象物７内部の所望の箇所をスキャンし、断層画像を生成することが可能となる。
【００２５】
水槽４には、水、液体の媒体４１が注入されており、媒体４１中には超音波センサ２が水没している。水槽４の底部には膜体５が形成されている。つまり、超音波センサ２と膜体５との間には、媒体４１が充填されている。膜体５は柔軟性を有しており、検査対象物７に当接した際に、検査対象物７の表面の形状に応じて、膜体５の形状および膜厚が変化する。第１実施形態に用いた膜体５の材質は、柔軟性があり、検査過程で膜厚が変化するエラストマーを用いたが、ゴム等を用いることができる。また、膜体５は、検査過程で膜厚が変化しない樹脂等を用いても良い。
【００２６】
接触媒体６はグリセリン等の油性の液体である。後述するように、本実施形態においては、検出信号波形において多重反射の信号成分を除去することができるため、多重反射を低減させるために必ずしも水分を含むグリセリンゲルを用いる必要はない。従って、水分を含まない油性の接触媒体６を用いることができる。なお、膜体５、接触媒体６のそれぞれの音速の組み合わせによって、膜体５、接触媒体６を音響レンズとして機能させることも可能である。この場合には、超音波パルスの径を絞ることができ、高解像度の超音波検査が可能となる。
【００２７】
検査対象物７は超音波によって検査可能なものであればその種類を問わないが、本実施形態においては鋼板のスポット溶接部分を検査対象物７として用いた。
【００２８】
ステージ８は検査対象物７をＸ軸、Ｙ軸に移動させるための２軸ステージである。ステージ８を駆動させることにより、検査対象物７における所望の部分を検査することができる。水槽駆動装置９は駆動モータ、位置エンコーダ等を備え、水槽９をＺ軸の所望の位置に移動可能である。
【００２９】
パルサーレシーバ１０は発振回路、駆動回路、検出回路等を備え、超音波センサ２に発振信号を与えるとともに、超音波センサ２からの検出信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換する機能を備えている。制御装置１１はステージ３、８のそれぞれの位置エンコーダからの信号を検出しながら、各部材に駆動信号を与える。また、制御装置１１は予め定められた計測プログラムに従いステージ３、８を制御することにより、検査対象物７内部を超音波センサ２よってスキャンさせることができる。また、制御装置１１は水槽４の位置を検出しながら水槽駆動装置９に駆動信号を与え、水槽４をＺ軸における所望の位置に移動させる機能を有している。水槽４を下方に移動させると、膜体５、接触媒体６に荷重が印加され、それぞれの厚さが変化する。
【００３０】
解析装置１２はパルサーレシーバ１０からの検出信号の時間変化を表す検出信号波形を記憶するとともに、当該検出信号波形から多重反射の信号成分を除去する。また、解析装置１２は、多重反射の信号成分が除去された検出信号波形に基づき、検査対象物７内部の欠陥の有無を解析することができる。表示装置１３はディスプレイ、印刷装置等を備え、検査対象物７内部の断層画像および解析結果を表示可能である。
【００３１】
図２は、パルサーレシーバ１０、制御装置１１、解析装置１２、表示装置１３のブロック図である。
【００３２】
パルサーレシーバ１０は発振回路１０１、駆動回路１０２、検出回路１０３を備えている。発振回路１０１は数ＭＨｚから数十ＭＨｚのパルス信号を生成し、駆動回路１０２はこのパルス信号を電圧増幅および電流増幅し、超音波センサ２に出力する。検出回路１０３は超音波センサ２からの検出信号を増幅するとともに、検出信号をディジタル信号に変換する。ディジタル信号に変換された検出信号は制御装置１１に入力される。
【００３３】
制御装置１１は、予め定められたソフト処理（プログラム）に従い、ステージ３、８、水槽駆動装置９をシーケンス制御するコントローラー１１１、コントローラー１１１の指示に従いステージ３、８、水槽駆動装置９を駆動するための駆動回路１１２を備えている。さらに、コントローラー１１１はパルサーレシーバ１０の動作についても予め定められたソフト処理（プログラム）に従い制御する機能を有している。
【００３４】
解析装置１２は、ＣＰＵ１２１、メモリ１２２、記憶装置１２３を備え、検出信号における多重反射における多重反射による信号成分を除去する機能を有している。ＣＰＵ１２１は、多重反射による信号成分が除去された検出信号に基づき、検査対象物７の内部画像を生成し、欠陥の有無等を自動的に解析することができる。記憶装置１２３は多重反射による信号成分が除去された検出信号、内部画像、解析結果等を記憶する。
【００３５】
表示装置１３は、ディスプレイ、印刷装置等により構成され、解析装置１２による解析結果を視覚的に出力する。例えば、フィルタリング前後の検出信号の波形、検査対象物７内部画像、欠陥の有無等を表示することができる。
【００３６】
図３は、本実施形態における超音波パルスの多重反射を説明するための図である。この図において、超音波センサ２から発せられた超音波は水槽４内の媒体４１、膜体５、接触媒体６を順に伝播し、検査対象物７内部へ照射される。また、媒体４１、膜体５、接触媒体６、検査対象物７のそれぞれの境界面において、各部材の音響インピーダンスの相違によって、超音波の反射が生じる。すなわち、媒体４１と膜体５の境界面における反射Ａ、膜体５と接触媒体６の境界面における反射Ｂ、接触媒体６と検査対象物７の表面との境界面における反射Ｃ、検査対象物７の裏面における反射Ｄが生じる。これらの反射Ａ〜Ｄは超音波センサ２によって検出され、検出信号波形においてピーク信号として現れる。
【００３７】
一方、反射波Ａ〜Ｄは２つの境界面の間において複数回、反射し、多重反射Ａ’〜Ｄ’が生じる。例えば、媒体４１と膜体５の境界面および膜体５と接触媒体６の境界面の間、すなわち膜体５内部において、多重反射Ｂ’が生じる。同様に、媒体４１内部、接触媒体６内部、検査対象物７内部においてそれぞれ多重反射Ａ’、Ｃ’、Ｄ’が生じる。
【００３８】
これらの多重反射Ａ’〜Ｄ’も超音波センサ２によって検出され、検出信号波形においてピーク信号となって現れる。これらの多重反射Ａ’〜Ｄ’の中には、検査対象物７内部の検査範囲における反射波と重なってしまうものが存在する。特に、膜体５内部における多重反射Ｂ’、接触媒体６内部における多重反射Ｃ’は検査範囲における反射波と重なって検出されてしまうことが多く、これらの多重反射は正確な計測の妨げとなる。上述した多重反射は、媒体の材質および厚さ、温度、媒体の形状等によって変化する。本発明によれば、以下に説明するように、接触媒体６の厚さを変化させ、検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を除去することにより、多重反射の影響を受けずに正確な計測を行うことが可能となる。
【００３９】
図４は本発明の原理を説明するための模式図である。上述したように、水槽４は水槽駆動装置９によって、Ｚ軸方向（上下方向）に移動可能である。
【００４０】
図４（Ａ）に示されたように、水槽４を上方に移動させた場合、超音波センサ２は水槽４の媒体４１に深く水没し、超音波センサ２から膜体５表面までの距離はｄ１となる。このとき、膜体５および接触媒体６に印加される荷重は少なくなり、膜体５および接触媒体６の厚さはｄ２、ｄ３となる（図４（Ａ））。ここで、膜体５の厚さ（膜厚）ｄ２は、超音波センサ２から検査対象物７へ超音波を照射する照射方向における、媒体４１と接する面と接触媒体６と接する面との間の距離のことである。また、接触媒体６の厚さｄ３は、超音波センサ２から検査対象物７へ超音波を照射する照射方向における、膜体５と検査対象物７との間の距離のことである。
【００４１】
図４（Ｂ）に示されたように、水槽駆動装置９によって水槽４をΔｈだけ下方に移動させると、膜体５および接触媒体６に印加される荷重が増大し、膜体５および接触媒体６の厚さはｄ２’＜ｄ２、ｄ３’＜ｄ３に減少する（図４（Ｂ））。このように、水槽４を上下させることによって、膜体５および接触媒体６の厚さを変化させることができる。
【００４２】
図５は、水槽４を上方位置に移動させた場合における検出信号波形および装置の状態を表している。図５（Ｂ）に示されたように、水槽４を上方位置に移動させた場合、超音波センサ２から膜体５までの距離はｄ１、膜体５の厚さはｄ２、接触媒体６の厚さはｄ３となる。
【００４３】
この場合における検出信号波形は図５（Ａ）のようになる。この図において、横軸は時間軸を表し、超音波センサ２から超音波パルスを発した時刻を基準時刻としている。また、縦軸は超音波センサ２による検出信号の強度を表している。超音波センサ２から発せられた超音波パルスは媒体４１と膜体５の境界面、すなわち膜体５表面において反射し、時間ｔ１経過後に超音波センサ２に戻る。この反射波は超音波センサ２によって検出され、同図に示されるように検出信号波形においてピーク信号として現れる。
【００４４】
さらに、超音波パルスは膜体５と接触媒体６の境界面、すなわち接触媒体６の表面において反射し、時間ｔ２経過後において超音波センサ２によって検出される。同様に、時間ｔ３経過後において、検査対象物７の表面において反射した超音波パルスが超音波センサ２によって検出される。さらに、時間ｔ４経過後、検査対象物７の裏面における反射波が超音波センサ２によって検出される。
【００４５】
また、各部材の音響インピーダンスの相違により、膜体５および接触媒体６内部において多重反射が発生する。これらの多重反射は、所定の時間遅れを伴い、例えば時間ｔ４の範囲において超音波センサ２に到達する。検出された多重反射が検査範囲内にある場合には、検査対象物７内部の欠陥によるピークと多重反射によるピークとを区別することは困難となる。本発明においては、膜体５、接触媒体６の厚さを変化させることにより、多重反射によるピークを判別し、除去することができる。
【００４６】
図６は、水槽４を下方位置に移動させた場合における検出信号波形および超音波検査装置の状態を表している。図６（Ｂ）に示されたように、水槽４を下方位置に移動させることにより、膜体５の厚さはｄ２’、接触媒体６の厚さはｄ３’に変化する。それぞれの厚さの変化に応じて、検出信号波形における各ピークの時間間隔はｔ２＜ｔ２’、ｔ３＜ｔ３’となる。なお、検査対象物７の厚さは一定であるため、検出信号波形における時間間隔ｔ４も一定である。また、超音波センサ２から膜体５までの距離ｄ１の変化は少ない（例えば数ｍｍ程度）ため、検出信号波形において時間間隔ｔ１’≒ｔ１とみなすことができる。
【００４７】
このように、膜体５、接触媒体６の厚さを変化させると、膜体５、接触媒体６内部において発生した多重反射の検出時間も変化する。例えば、検査範囲内に存在していた多重反射のピーク（図５（Ａ））は、検査範囲外に移動する（図６（Ａ））。膜体５、媒体６の厚さを変化させ、検出信号波形において検出時間の変化したパルスを除去することにより、多重反射の影響を受けずに超音波検査を行うことができる。
（超音波検査方法）
続いて、図７を参照しながら本実施形態における超音波検査方法を説明する。
【００４８】
先ず、操作者が超音波検査装置１を起動させると、制御装置１１は検査プログラムの実行を開始する（ステップＳ１）。すなわち、制御装置１１はステージ３を駆動することによって超音波センサ２をスキャン開始位置に移動させるとともに、水槽駆動装置９を駆動することによって水槽４を上端位置に移動させる。
【００４９】
この状態において、操作者は検査対象物７をステージ８上に載置する（ステップＳ２）。本実施形態においては、鋼板のスポット溶接部を検査対象物７として用いた。さらに、操作者は検査対象物７表面に例えば工作油等の媒体を塗布する（ステップＳ３）。上述したように、本実施形態においては、水分を含有しないグリセリンを使用することができる。
【００５０】
続いて、制御装置１１は水槽駆動装置９を駆動することによって水槽４を下端位置まで移動させ、図８（Ｂ）に示されたように、水槽４の膜体５を検査対象物７表面に接触させる（ステップＳ４）。液体である媒体６の厚さは水槽４の荷重によって０．１ｍｍとなった。
【００５１】
制御装置１１はパルサーレシーバ１０によって超音波センサ２を駆動し、超音波センサ２は超音波パルスを発する。超音波センサ２から発せられた超音波パルスは、膜体５、接触媒体６、検査対象物７、およびこれらの内部において反射し、超音波センサ２に戻る。超音波センサ２は反射波を検出し、検出信号をパルサーレシーバ１０に送信する。パルサーレシーバ１０は、検出信号をＡ／Ｄ変換し、解析装置１２はこの検出信号を下端位置の検出信号波形Ａとしてメモリ１２２に記憶する（ステップＳ５）。また、制御装置１１はステージ３を駆動し、超音波センサ２によって検査対象物７の検査範囲をスキャンさせながら、検出信号波形をメモリ１２２に順次記憶させてもよい。
【００５２】
下端位置の検出信号波形Ａは例えば図８（Ａ）のようになる。膜体５の表面、接触媒体６の表面、検査対象物７の表面、検査対象物７の底面のそれぞれにおいて超音波パルスが反射し、検出信号波形Ａにおけるピーク信号として検出される。なお、検査対象物７の底面におけるピーク信号の後ろに現れた複数のピーク信号はその他の反射によるものであり、例えば、多重反射、固体に伝播する際に発生する横波成分の反射等が含まれる。この横波は、膜体５、検査対象物７に相当する固体中で発生するものであり、超音波センサ２から照射される縦波に対して伝播速度が遅いため、検査範囲に入らない。
【００５３】
下端位置におけるスキャンが終了すると、制御装置１１は図９（Ｂ）に示されるように水槽４を上端まで移動させる（ステップＳ６）。このときの媒体６の厚さは例えば０．７ｍｍとなる。この状態において、超音波センサ２は反射波を検出する（ステップＳ７）。検出された反射パルスはＡ／Ｄ変換され、上端位置の検出信号波形Ｂとしてメモリ１２２に記憶される。上端位置における検出波形Ｂは例えば図９（Ａ）に示されるようになる。
【００５４】
さらに、制御装置１１は図１０（Ｂ）に示されるように水槽４を上下端の中間位置まで移動させる（ステップＳ８）。このときの媒体６の厚さは例えば０．３５ｍｍとなる。制御装置１１は超音波センサ２によって反射パルスを検出する（ステップＳ９）。検出された反射パルスはＡ／Ｄ変換され、図１０（Ａ）に示されように中間位置の検出信号波形Ｃとしてメモリ１２２に記憶される。このようにして、水槽４の下端位置、上端位置、中間位置のそれぞれにおいて超音波計測が行われ、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃが解析装置１２のメモリ１２２に記憶される。
【００５５】
続いて、解析装置１２は、メモリ１２２に記憶された検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃにおける複数のピーク信号（信号成分）を検出する（ステップＳ１０）。検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃには、膜体５の表面、接触媒体６の表面、検査対象物７の表面および裏面のそれぞれのピーク信号が含まれていることが予め分かっている。従って、解析装置１２は、検査対象物７の表面および裏面におけるピーク信号を認識し、これらのピーク信号の間、すなわち検査対象物７の検査範囲にあるピーク信号を検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃにおいて検出する。検出すべきピーク信号の個数は例えば７個程度であることが望ましい。
【００５６】
解析装置１２は検査範囲にあるピーク信号を検出した後、当該ピーク信号の検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれにおける検出時間（検出信号波形におけるピーク位置）の差を算出する（ステップＳ１１）。解析装置１２は、この算出結果に基づき、異なる検出時間において発生するピーク信号が存在するか否かを判断する（ステップＳ１２）。図１０（Ａ）に示された検出信号波形Ｃにおいて、検査範囲の略中央に比較的に大きなピーク信号が確認できる。ところが、このピーク信号は、検出信号波形Ａ（図８（Ａ））、検出信号波形Ｂ（図９（Ａ））においては、検査範囲外に発生している。従って、当該ピーク信号は、多重反射によるピーク信号であると判断され（ステップＳ１２でＹＥＳ）、多重反射を除去する処理が実行される（ステップＳ１３）。
【００５７】
一方、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃにおいて異なる時間に発生しているピーク信号、すなわち多重反射によるピーク信号が検出されなかった場合（ステップＳ１２でＮＯ）には、検査が正しく行われていない可能性がある。従って、この場合には、媒体塗布（ステップＳ３）の処理に戻り、超音波検査を再度、実行する（ステップＳ４からステップＳ１１）。
【００５８】
上述のステップＳ１２でＹＥＳの場合、すなわち多重反射によるピークが検出された場合には、解析装置１２は多重反射であると判断されたピーク信号を除去する（ステップＳ１３）。多重反射によるピーク信号が除去された検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃは記憶装置１２３に保存される。
【００５９】
なお、多重反射によるピーク信号の除去は、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃを検査範囲においてＡＮＤ演算することによって行うこともできる。また、測定誤差を考慮して、検出時間の差が所定値を超えたピーク信号を多重反射として除去しても良い。
【００６０】
このようにして、検出信号波形Ａ、Ｂ，Ｃにおいて多重反射によるピーク信号を除去した後、解析装置１２は検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲の波形を再構成する（ステップＳ１４）。検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲において同時刻に発生するピークがある場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）には、解析装置１２は検査範囲に欠陥（溶接不良等）があると判断する（ステップＳ１６）。すなわち、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲において、同時刻に発生するピークが存在する場合、当該ピーク信号は多重反射によるものではなく、欠陥によって反射したピーク信号であると判断される。一方、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲において同時刻に発生するピーク信号がない場合（ステップＳ１５でＮＯ）には、解析装置１２は検査対象範囲に欠陥がないと判断する（ステップＳ１７）。
【００６１】
解析装置１２は上述の解析結果を表示装置１３に出力し、表示装置１３は解析装置１２による解析結果をディスプレイ等に表示する（ステップＳ１８）。検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃ、および欠陥の有無が視覚的に表示される。さらに、解析装置１２は解析結果を記憶装置１２３に保存し、超音波検査処理を終了する。
【００６２】
図１１、図１２に、本実施形態における検査結果を示す。図１１は、図１３で示された検査対象物７の検査対象範囲をＸ軸およびＹ軸においてスキャンした画像である。この画像において、中央の白い部分は多重反射による信号成分が像として表されている。実際には、図１２に示されるように検査範囲には欠陥は存在していない。図１２は、図１１と同一条件において、本発明に係る超音波検査装置によって求められた画像である。この画像においては、多重反射による信号成分が綺麗に除去されているのが確認できる。
【００６３】
従って、本発明によれば、媒体の厚さを変化させ、検出波形において検出時間の変化した信号成分（ピーク信号）を除去することにより、多重反射の影響を受けずに正確に超音波検査を行うことが可能となる。
【００６４】
また、本発明においては、多重反射の影響を回避することができるため、水の音響インピーダンスに近い媒体を用いる必要がなく、水分を含まない油性の媒体を用いることができる。これにより、検査対象物の腐食または錆等を防止することが可能となる。
【００６５】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施可能である。例えば、本発明は、水槽４を上下させることによって媒体６の厚さを変化させているが、検査対象物７を載置するステージ８を上下させても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１ 超音波検査装置
２ 超音波センサ
３、８ ステージ
４ 水槽（変更手段）
５ 膜体
６ 媒体
７ 検査対象物
９ 駆動装置（変更手段）
１０ パルサーレシーバ
１１ 制御装置
１２ 解析装置（除去手段）
１３ 表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物に超音波を発することにより、検査対象物における探傷若しくは検査を行う超音波検査装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、非破壊検査として、超音波を用いて検査対象物の検査を行う超音波検査装置が用いられている。一般に、超音波検査装置は、検査対象物を水、油等を媒体として使用している。空気層を介して超音波を検査対象物に照射すると、空気と検査対象物のそれぞれの音響インピーダンスの差が大きくなり、検査対象物表面においてほとんどの超音波が反射してしまう。そこで、媒体を介して超音波を検査対象物に照射することにより、検査対象物表面における超音波の反射を低減している。
【０００３】
このような超音波検査方法としては、検査対象物を水槽中に水没させる全没水浸方式と、検査対象物を部分的に水没させる局部水浸方式とに大別される。局部水浸方式は、例えばノズルから水流を供給することにより、超音波センサと検査対象物との間に水柱を形成するものである。
【０００４】
特許文献１は、局部水浸方式を用いた超音波探傷測定装置に関する。この装置は、プローブの先端に設けられるとともに水等の媒体を収納する媒体室と、媒体室底部に設けられた膜体とを備えている。媒体室に水を供給し続けることにより、媒体室から水が排出され、膜体と検査対象物との空隙へ流れる。プローブから発せられた超音波は、水を介して検査対象物に伝わり、検査対象物表面における反射が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３５４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、超音波センサと検査対象物との間に媒体を介在させると、媒体内部において超音波の多重反射が生じ易くなる。多重反射した超音波は、時間遅れを伴いながら超音波センサに戻り、検査対象物内部の反射波と重なって検出されてしまう。
【０００７】
例えば、板金のスポット溶接部分を検査対象物として用いた場合、通電および加圧によって鋼板表面に溶接電極による陥没痕が生じる。この陥没痕にグリセリン等の媒体膜が形成され、媒体膜内において多重反射が起こる。このように、媒体内において多重反射が生じると、スポット溶接内部には欠陥が無いにもかかわらず、多重反射が欠陥として誤認識されてしまう。
【０００８】
特許文献１に記載の装置は、膜体をできるだけ薄くすることによって媒体内で発生する多重反射を低減することを試みている。しかしながら、膜厚を薄くしたとしても、媒体内で発生する多重反射を十分に除去することはできない。
【０００９】
また、検査対象物と膜体の空隙には媒体が介在しており、この媒体において多重反射が発生する。媒体に水分を含有させることによって、水槽と媒体のそれぞれの音響インピーダンスの差を小さくし、多重反射をある程度は低減することができる。しかしながら、この場合においても、多重反射を十分に除去することはできない。さらに、媒体に水分を含ませることによって、検査対象物の錆、腐食という問題が新たに生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明に係る超音波検査装置は、所定の厚さを有する媒体を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出する超音波センサと、検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶する記憶手段と、前記媒体の厚さを変化させる変更手段と、前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する除去手段とを備える。
【００１１】
前記変更手段は、前記媒体に与える荷重を変化させることによって、前記媒体の厚さを変化させる。
【００１２】
また、前記変更手段は、前記超音波センサが水没した水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させる。
【００１３】
前記信号成分は前記媒体内における超音波パルスの多重反射に起因するものである。
【００１４】
前記除去手段は、前記検出信号波形のうちの所定の検査範囲において、検出時間が変化した信号成分を除去する。
【００１５】
さらに、前記媒体は水分を含まない油性の液体である。
【００１６】
また、前記水槽は底部に膜体を有し、該膜体と前記検査対象物との間に前記媒体を介在させ、前記変更手段は、前記水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させるとともに、前記膜体の厚さを変化させ、前記除去手段は、前記媒体の厚さおよび前記膜体の厚さの変化によって、前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、変更手段によって媒体の厚さを変化させ、検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を検出信号波形から除去している。媒体内において生じた多重反射に起因する信号成分は、媒体の厚さを変化させることよって検出時間が変化する。従って、この信号成分を検出信号波形から除去することにより、多重反射の影響を受けずに検査対象物を正確に検査することが可能となる。
【００１８】
また、変更手段は、媒体に与える荷重を変化させることによって、媒体の厚さを変化させることができる。さらに、超音波センサが水没した水槽を上下に移動させることによって、媒体の厚さを任意に変化させることができる。
【００１９】
また、水分を含まない油性の液体を媒体として使用することによって、検査対象物の腐食または錆を回避することができる。
【００２０】
さらに、変更手段が底部に膜体を有する水槽を上下に移動させることによって媒体の厚さを変化させるとともに、膜体の厚さを変化させることができる。除去手段は、媒体の厚さおよび膜体の厚さの変化によって、検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、検出信号波形から除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るパルサーレシーバ、制御装置、解析装置、表示装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多重反射を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る超音波検査装置の動作原理を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る水槽上端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る水槽下端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係る超音波検査方法を表すフローチャートである。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係る超音波検査方法を表すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る水槽下端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る水槽上端位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る水槽中間位置における検出信号波形および超音波検査装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る多重反射除去前の画像である。
【図１２】本発明の実施形態に係る多重反射除去後の画像である。
【図１３】本発明の実施形態に係る検査対象物の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波検査装置の概略図である。超音波検査装置１は、超音波センサ２、ステージ３、水槽４、膜体５、接触媒体６、ステージ８、水槽駆動装置９、パルサーレシーバ１０、制御装置１１、解析装置１２、表示装置１３を備えて構成されている。
【００２４】
超音波センサ２は、圧電素子等から構成されており、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの超音波パルスを発し、反射した超音波パルスを検出可能である。ステージ３は超音波センサ２を移動可能であって、ステージ３１、３２、３３を備えている。ステージ３１は駆動モータ、位置エンコーダ等を備え、超音波センサ２をＸ・Ｙ軸にスキャンさせることができる。ステージ３２は超音波センサ２をＺ軸に移動可能であり、ステージ３３はＲ・θ軸に移動可能である。これらのステージ３１、３２、３３によって、超音波センサ２をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｒ軸、θ軸の５軸において移動することができる。このように、超音波センサ２を５軸において移動させることによって、検査対象物７内部の所望の箇所をスキャンし、断層画像を生成することが可能となる。
【００２５】
水槽４には、水、液体の媒体４１が注入されており、媒体４１中には超音波センサ２が水没している。水槽４の底部には膜体５が形成されている。つまり、超音波センサ２と膜体５との間には、媒体４１が充填されている。膜体５は柔軟性を有しており、検査対象物７に当接した際に、検査対象物７の表面の形状に応じて、膜体５の形状および膜厚が変化する。第１実施形態に用いた膜体５の材質は、柔軟性があり、検査過程で膜厚が変化するエラストマーを用いたが、ゴム等を用いることができる。また、膜体５は、検査過程で膜厚が変化しない樹脂等を用いても良い。
【００２６】
接触媒体６はグリセリン等の油性の液体である。後述するように、本実施形態においては、検出信号波形において多重反射の信号成分を除去することができるため、多重反射を低減させるために必ずしも水分を含むグリセリンゲルを用いる必要はない。従って、水分を含まない油性の接触媒体６を用いることができる。なお、膜体５、接触媒体６のそれぞれの音速の組み合わせによって、膜体５、接触媒体６を音響レンズとして機能させることも可能である。この場合には、超音波パルスの径を絞ることができ、高解像度の超音波検査が可能となる。
【００２７】
検査対象物７は超音波によって検査可能なものであればその種類を問わないが、本実施形態においては鋼板のスポット溶接部分を検査対象物７として用いた。
【００２８】
ステージ８は検査対象物７をＸ軸、Ｙ軸に移動させるための２軸ステージである。ステージ８を駆動させることにより、検査対象物７における所望の部分を検査することができる。水槽駆動装置９は駆動モータ、位置エンコーダ等を備え、水槽９をＺ軸の所望の位置に移動可能である。
【００２９】
パルサーレシーバ１０は発振回路、駆動回路、検出回路等を備え、超音波センサ２に発振信号を与えるとともに、超音波センサ２からの検出信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換する機能を備えている。制御装置１１はステージ３、８のそれぞれの位置エンコーダからの信号を検出しながら、各部材に駆動信号を与える。また、制御装置１１は予め定められた計測プログラムに従いステージ３、８を制御することにより、検査対象物７内部を超音波センサ２よってスキャンさせることができる。また、制御装置１１は水槽４の位置を検出しながら水槽駆動装置９に駆動信号を与え、水槽４をＺ軸における所望の位置に移動させる機能を有している。水槽４を下方に移動させると、膜体５、接触媒体６に荷重が印加され、それぞれの厚さが変化する。
【００３０】
解析装置１２はパルサーレシーバ１０からの検出信号の時間変化を表す検出信号波形を記憶するとともに、当該検出信号波形から多重反射の信号成分を除去する。また、解析装置１２は、多重反射の信号成分が除去された検出信号波形に基づき、検査対象物７内部の欠陥の有無を解析することができる。表示装置１３はディスプレイ、印刷装置等を備え、検査対象物７内部の断層画像および解析結果を表示可能である。
【００３１】
図２は、パルサーレシーバ１０、制御装置１１、解析装置１２、表示装置１３のブロック図である。
【００３２】
パルサーレシーバ１０は発振回路１０１、駆動回路１０２、検出回路１０３を備えている。発振回路１０１は数ＭＨｚから数十ＭＨｚのパルス信号を生成し、駆動回路１０２はこのパルス信号を電圧増幅および電流増幅し、超音波センサ２に出力する。検出回路１０３は超音波センサ２からの検出信号を増幅するとともに、検出信号をディジタル信号に変換する。ディジタル信号に変換された検出信号は制御装置１１に入力される。
【００３３】
制御装置１１は、予め定められたソフト処理（プログラム）に従い、ステージ３、８、水槽駆動装置９をシーケンス制御するコントローラー１１１、コントローラー１１１の指示に従いステージ３、８、水槽駆動装置９を駆動するための駆動回路１１２を備えている。さらに、コントローラー１１１はパルサーレシーバ１０の動作についても予め定められたソフト処理（プログラム）に従い制御する機能を有している。
【００３４】
解析装置１２は、ＣＰＵ１２１、メモリ１２２、記憶装置１２３を備え、検出信号における多重反射における多重反射による信号成分を除去する機能を有している。ＣＰＵ１２１は、多重反射による信号成分が除去された検出信号に基づき、検査対象物７の内部画像を生成し、欠陥の有無等を自動的に解析することができる。記憶装置１２３は多重反射による信号成分が除去された検出信号、内部画像、解析結果等を記憶する。
【００３５】
表示装置１３は、ディスプレイ、印刷装置等により構成され、解析装置１２による解析結果を視覚的に出力する。例えば、フィルタリング前後の検出信号の波形、検査対象物７内部画像、欠陥の有無等を表示することができる。
【００３６】
図３は、本実施形態における超音波パルスの多重反射を説明するための図である。この図において、超音波センサ２から発せられた超音波は水槽４内の媒体４１、膜体５、接触媒体６を順に伝播し、検査対象物７内部へ照射される。また、媒体４１、膜体５、接触媒体６、検査対象物７のそれぞれの境界面において、各部材の音響インピーダンスの相違によって、超音波の反射が生じる。すなわち、媒体４１と膜体５の境界面における反射Ａ、膜体５と接触媒体６の境界面における反射Ｂ、接触媒体６と検査対象物７の表面との境界面における反射Ｃ、検査対象物７の裏面における反射Ｄが生じる。これらの反射Ａ〜Ｄは超音波センサ２によって検出され、検出信号波形においてピーク信号として現れる。
【００３７】
一方、反射波Ａ〜Ｄは２つの境界面の間において複数回、反射し、多重反射Ａ’〜Ｄ’が生じる。例えば、媒体４１と膜体５の境界面および膜体５と接触媒体６の境界面の間、すなわち膜体５内部において、多重反射Ｂ’が生じる。同様に、媒体４１内部、接触媒体６内部、検査対象物７内部においてそれぞれ多重反射Ａ’、Ｃ’、Ｄ’が生じる。
【００３８】
これらの多重反射Ａ’〜Ｄ’も超音波センサ２によって検出され、検出信号波形においてピーク信号となって現れる。これらの多重反射Ａ’〜Ｄ’の中には、検査対象物７内部の検査範囲における反射波と重なってしまうものが存在する。特に、膜体５内部における多重反射Ｂ’、接触媒体６内部における多重反射Ｃ’は検査範囲における反射波と重なって検出されてしまうことが多く、これらの多重反射は正確な計測の妨げとなる。上述した多重反射は、媒体の材質および厚さ、温度、媒体の形状等によって変化する。本発明によれば、以下に説明するように、接触媒体６の厚さを変化させ、検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を除去することにより、多重反射の影響を受けずに正確な計測を行うことが可能となる。
【００３９】
図４は本発明の原理を説明するための模式図である。上述したように、水槽４は水槽駆動装置９によって、Ｚ軸方向（上下方向）に移動可能である。
【００４０】
図４（Ａ）に示されたように、水槽４を上方に移動させた場合、超音波センサ２は水槽４の媒体４１に深く水没し、超音波センサ２から膜体５表面までの距離はｄ１となる。このとき、膜体５および接触媒体６に印加される荷重は少なくなり、膜体５および接触媒体６の厚さはｄ２、ｄ３となる（図４（Ａ））。ここで、膜体５の厚さ（膜厚）ｄ２は、超音波センサ２から検査対象物７へ超音波を照射する照射方向における、媒体４１と接する面と接触媒体６と接する面との間の距離のことである。また、接触媒体６の厚さｄ３は、超音波センサ２から検査対象物７へ超音波を照射する照射方向における、膜体５と検査対象物７との間の距離のことである。
【００４１】
図４（Ｂ）に示されたように、水槽駆動装置９によって水槽４をΔｈだけ下方に移動させると、膜体５および接触媒体６に印加される荷重が増大し、膜体５および接触媒体６の厚さはｄ２’＜ｄ２、ｄ３’＜ｄ３に減少する（図４（Ｂ））。このように、水槽４を上下させることによって、膜体５および接触媒体６の厚さを変化させることができる。
【００４２】
図５は、水槽４を上方位置に移動させた場合における検出信号波形および装置の状態を表している。図５（Ｂ）に示されたように、水槽４を上方位置に移動させた場合、超音波センサ２から膜体５までの距離はｄ１、膜体５の厚さはｄ２、接触媒体６の厚さはｄ３となる。
【００４３】
この場合における検出信号波形は図５（Ａ）のようになる。この図において、横軸は時間軸を表し、超音波センサ２から超音波パルスを発した時刻を基準時刻としている。また、縦軸は超音波センサ２による検出信号の強度を表している。超音波センサ２から発せられた超音波パルスは媒体４１と膜体５の境界面、すなわち膜体５表面において反射し、時間ｔ１経過後に超音波センサ２に戻る。この反射波は超音波センサ２によって検出され、同図に示されるように検出信号波形においてピーク信号として現れる。
【００４４】
さらに、超音波パルスは膜体５と接触媒体６の境界面、すなわち接触媒体６の表面において反射し、時間ｔ２経過後において超音波センサ２によって検出される。同様に、時間ｔ３経過後において、検査対象物７の表面において反射した超音波パルスが超音波センサ２によって検出される。さらに、時間ｔ４経過後、検査対象物７の裏面における反射波が超音波センサ２によって検出される。
【００４５】
また、各部材の音響インピーダンスの相違により、膜体５および接触媒体６内部において多重反射が発生する。これらの多重反射は、所定の時間遅れを伴い、例えば時間ｔ４の範囲において超音波センサ２に到達する。検出された多重反射が検査範囲内にある場合には、検査対象物７内部の欠陥によるピークと多重反射によるピークとを区別することは困難となる。本発明においては、膜体５、接触媒体６の厚さを変化させることにより、多重反射によるピークを判別し、除去することができる。
【００４６】
図６は、水槽４を下方位置に移動させた場合における検出信号波形および超音波検査装置の状態を表している。図６（Ｂ）に示されたように、水槽４を下方位置に移動させることにより、膜体５の厚さはｄ２’、接触媒体６の厚さはｄ３’に変化する。それぞれの厚さの変化に応じて、検出信号波形における各ピークの時間間隔はｔ２＜ｔ２’、ｔ３＜ｔ３’となる。なお、検査対象物７の厚さは一定であるため、検出信号波形における時間間隔ｔ４も一定である。また、超音波センサ２から膜体５までの距離ｄ１の変化は少ない（例えば数ｍｍ程度）ため、検出信号波形において時間間隔ｔ１’≒ｔ１とみなすことができる。
【００４７】
このように、膜体５、接触媒体６の厚さを変化させると、膜体５、接触媒体６内部において発生した多重反射の検出時間も変化する。例えば、検査範囲内に存在していた多重反射のピーク（図５（Ａ））は、検査範囲外に移動する（図６（Ａ））。膜体５、媒体６の厚さを変化させ、検出信号波形において検出時間の変化したパルスを除去することにより、多重反射の影響を受けずに超音波検査を行うことができる。
（超音波検査方法）
続いて、図７を参照しながら本実施形態における超音波検査方法を説明する。
【００４８】
先ず、操作者が超音波検査装置１を起動させると、制御装置１１は検査プログラムの実行を開始する（ステップＳ１）。すなわち、制御装置１１はステージ３を駆動することによって超音波センサ２をスキャン開始位置に移動させるとともに、水槽駆動装置９を駆動することによって水槽４を上端位置に移動させる。
【００４９】
この状態において、操作者は検査対象物７をステージ８上に載置する（ステップＳ２）。本実施形態においては、鋼板のスポット溶接部を検査対象物７として用いた。さらに、操作者は検査対象物７表面に例えば工作油等の媒体を塗布する（ステップＳ３）。上述したように、本実施形態においては、水分を含有しないグリセリンを使用することができる。
【００５０】
続いて、制御装置１１は水槽駆動装置９を駆動することによって水槽４を下端位置まで移動させ、図８（Ｂ）に示されたように、水槽４の膜体５を検査対象物７表面に接触させる（ステップＳ４）。液体である媒体６の厚さは水槽４の荷重によって０．１ｍｍとなった。
【００５１】
制御装置１１はパルサーレシーバ１０によって超音波センサ２を駆動し、超音波センサ２は超音波パルスを発する。超音波センサ２から発せられた超音波パルスは、膜体５、接触媒体６、検査対象物７、およびこれらの内部において反射し、超音波センサ２に戻る。超音波センサ２は反射波を検出し、検出信号をパルサーレシーバ１０に送信する。パルサーレシーバ１０は、検出信号をＡ／Ｄ変換し、解析装置１２はこの検出信号を下端位置の検出信号波形Ａとしてメモリ１２２に記憶する（ステップＳ５）。また、制御装置１１はステージ３を駆動し、超音波センサ２によって検査対象物７の検査範囲をスキャンさせながら、検出信号波形をメモリ１２２に順次記憶させてもよい。
【００５２】
下端位置の検出信号波形Ａは例えば図８（Ａ）のようになる。膜体５の表面、接触媒体６の表面、検査対象物７の表面、検査対象物７の底面のそれぞれにおいて超音波パルスが反射し、検出信号波形Ａにおけるピーク信号として検出される。なお、検査対象物７の底面におけるピーク信号の後ろに現れた複数のピーク信号はその他の反射によるものであり、例えば、多重反射、固体に伝播する際に発生する横波成分の反射等が含まれる。この横波は、膜体５、検査対象物７に相当する固体中で発生するものであり、超音波センサ２から照射される縦波に対して伝播速度が遅いため、検査範囲に入らない。
【００５３】
下端位置におけるスキャンが終了すると、制御装置１１は図９（Ｂ）に示されるように水槽４を上端まで移動させる（ステップＳ６）。このときの媒体６の厚さは例えば０．７ｍｍとなる。この状態において、超音波センサ２は反射波を検出する（ステップＳ７）。検出された反射パルスはＡ／Ｄ変換され、上端位置の検出信号波形Ｂとしてメモリ１２２に記憶される。上端位置における検出波形Ｂは例えば図９（Ａ）に示されるようになる。
【００５４】
さらに、制御装置１１は図１０（Ｂ）に示されるように水槽４を上下端の中間位置まで移動させる（ステップＳ８）。このときの媒体６の厚さは例えば０．３５ｍｍとなる。制御装置１１は超音波センサ２によって反射パルスを検出する（ステップＳ９）。検出された反射パルスはＡ／Ｄ変換され、図１０（Ａ）に示されように中間位置の検出信号波形Ｃとしてメモリ１２２に記憶される。このようにして、水槽４の下端位置、上端位置、中間位置のそれぞれにおいて超音波計測が行われ、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃが解析装置１２のメモリ１２２に記憶される。
【００５５】
続いて、解析装置１２は、メモリ１２２に記憶された検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃにおける複数のピーク信号（信号成分）を検出する（ステップＳ１０）。検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃには、膜体５の表面、接触媒体６の表面、検査対象物７の表面および裏面のそれぞれのピーク信号が含まれていることが予め分かっている。従って、解析装置１２は、検査対象物７の表面および裏面におけるピーク信号を認識し、これらのピーク信号の間、すなわち検査対象物７の検査範囲にあるピーク信号を検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃにおいて検出する。検出すべきピーク信号の個数は例えば７個程度であることが望ましい。
【００５６】
解析装置１２は検査範囲にあるピーク信号を検出した後、当該ピーク信号の検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれにおける検出時間（検出信号波形におけるピーク位置）の差を算出する（ステップＳ１１）。解析装置１２は、この算出結果に基づき、異なる検出時間において発生するピーク信号が存在するか否かを判断する（ステップＳ１２）。図１０（Ａ）に示された検出信号波形Ｃにおいて、検査範囲の略中央に比較的に大きなピーク信号が確認できる。ところが、このピーク信号は、検出信号波形Ａ（図８（Ａ））、検出信号波形Ｂ（図９（Ａ））においては、検査範囲外に発生している。従って、当該ピーク信号は、多重反射によるピーク信号であると判断され（ステップＳ１２でＹＥＳ）、多重反射を除去する処理が実行される（ステップＳ１３）。
【００５７】
一方、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃにおいて異なる時間に発生しているピーク信号、すなわち多重反射によるピーク信号が検出されなかった場合（ステップＳ１２でＮＯ）には、検査が正しく行われていない可能性がある。従って、この場合には、媒体塗布（ステップＳ３）の処理に戻り、超音波検査を再度、実行する（ステップＳ４からステップＳ１１）。
【００５８】
上述のステップＳ１２でＹＥＳの場合、すなわち多重反射によるピークが検出された場合には、解析装置１２は多重反射であると判断されたピーク信号を除去する（ステップＳ１３）。多重反射によるピーク信号が除去された検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃは記憶装置１２３に保存される。
【００５９】
なお、多重反射によるピーク信号の除去は、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃを検査範囲においてＡＮＤ演算することによって行うこともできる。また、測定誤差を考慮して、検出時間の差が所定値を超えたピーク信号を多重反射として除去しても良い。
【００６０】
このようにして、検出信号波形Ａ、Ｂ，Ｃにおいて多重反射によるピーク信号を除去した後、解析装置１２は検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲の波形を再構成する（ステップＳ１４）。検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲において同時刻に発生するピークがある場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）には、解析装置１２は検査範囲に欠陥（溶接不良等）があると判断する（ステップＳ１６）。すなわち、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲において、同時刻に発生するピークが存在する場合、当該ピーク信号は多重反射によるものではなく、欠陥によって反射したピーク信号であると判断される。一方、検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの検査範囲において同時刻に発生するピーク信号がない場合（ステップＳ１５でＮＯ）には、解析装置１２は検査対象範囲に欠陥がないと判断する（ステップＳ１７）。
【００６１】
解析装置１２は上述の解析結果を表示装置１３に出力し、表示装置１３は解析装置１２による解析結果をディスプレイ等に表示する（ステップＳ１８）。検出信号波形Ａ、Ｂ、Ｃ、および欠陥の有無が視覚的に表示される。さらに、解析装置１２は解析結果を記憶装置１２３に保存し、超音波検査処理を終了する。
【００６２】
図１１、図１２に、本実施形態における検査結果を示す。図１１は、図１３で示された検査対象物７の検査対象範囲をＸ軸およびＹ軸においてスキャンした画像である。この画像において、中央の白い部分は多重反射による信号成分が像として表されている。実際には、図１２に示されるように検査範囲には欠陥は存在していない。図１２は、図１１と同一条件において、本発明に係る超音波検査装置によって求められた画像である。この画像においては、多重反射による信号成分が綺麗に除去されているのが確認できる。
【００６３】
従って、本発明によれば、媒体の厚さを変化させ、検出波形において検出時間の変化した信号成分（ピーク信号）を除去することにより、多重反射の影響を受けずに正確に超音波検査を行うことが可能となる。
【００６４】
また、本発明においては、多重反射の影響を回避することができるため、水の音響インピーダンスに近い媒体を用いる必要がなく、水分を含まない油性の媒体を用いることができる。これにより、検査対象物の腐食または錆等を防止することが可能となる。
【００６５】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施可能である。例えば、本発明は、水槽４を上下させることによって媒体６の厚さを変化させているが、検査対象物７を載置するステージ８を上下させても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１ 超音波検査装置
２ 超音波センサ
３、８ ステージ
４ 水槽（変更手段）
５ 膜体
６ 媒体
７ 検査対象物
９ 駆動装置（変更手段）
１０ パルサーレシーバ
１１ 制御装置
１２ 解析装置（除去手段）
１３ 表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の厚さを有する媒体を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出する超音波センサと、
検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶する記憶手段と、
前記媒体の厚さを変化させる変更手段と、
前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する除去手段とを有する超音波検査装置。
【請求項２】
前記変更手段は、前記媒体に与える荷重を変化させることによって、前記媒体の厚さを変化させる請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記変更手段は、前記超音波センサが水没した水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させる請求項１または２に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記信号成分は前記媒体内における超音波パルスの多重反射に起因するものである請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記除去手段は、前記検出信号波形のうちの所定の検査範囲において、検出時間が変化した信号成分を除去する請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波検査装置。
【請求項６】
前記媒体は水分を含まない油性の液体である請求項１乃至５のいずれかに記載の著音波検査装置。
【請求項７】
前記水槽は底部に膜体を有し、該膜体と前記検査対象物との間に前記媒体を介在させ、
前記変更手段は、前記水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させるとともに、前記膜体の厚さを変化させ、
前記除去手段は、前記媒体の厚さおよび前記膜体の厚さの変化によって、前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する請求項３に記載の超音波検査装置。
【請求項８】
所定の厚さを有する媒体を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出するステップと、
検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶手段に記憶するステップと、
前記媒体の厚さを変化させるステップと、
前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去するステップとを有する超音波検査方法。
【請求項１】
所定の厚さを有する媒体を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出する超音波センサと、
検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶する記憶手段と、
前記媒体の厚さを変化させる変更手段と、
前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する除去手段とを有する超音波検査装置。
【請求項２】
前記変更手段は、前記媒体に与える荷重を変化させることによって、前記媒体の厚さを変化させる請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記変更手段は、前記超音波センサが水没した水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させる請求項１または２に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記信号成分は前記媒体内における超音波パルスの多重反射に起因するものである請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記除去手段は、前記検出信号波形のうちの所定の検査範囲において、検出時間が変化した信号成分を除去する請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波検査装置。
【請求項６】
前記媒体は水分を含まない油性の液体である請求項１乃至５のいずれかに記載の著音波検査装置。
【請求項７】
前記水槽は底部に膜体を有し、該膜体と前記検査対象物との間に前記媒体を介在させ、
前記変更手段は、前記水槽を上下に移動させることによって、前記媒体の厚さを変化させるとともに、前記膜体の厚さを変化させ、
前記除去手段は、前記媒体の厚さおよび前記膜体の厚さの変化によって、前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去する請求項３に記載の超音波検査装置。
【請求項８】
所定の厚さを有する媒体を介して、超音波パルスを検査対象物に向けて照射するとともに、反射波を検出するステップと、
検出された反射波の強度の時間変化を検出信号波形として記憶手段に記憶するステップと、
前記媒体の厚さを変化させるステップと、
前記媒体の厚さを変化させることによって前記検出信号波形において検出時間が変化した信号成分を、前記検出信号波形から除去するステップとを有する超音波検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１１８２６（Ｐ２０１２−２１１８２６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７６７８（Ｐ２０１１−７７６７８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]