超音波検査装置
【課題】理想的な走査位置に対する種々の誤差を検出し、この誤差を自立的に調整することにより高精度な超音波探傷検査を行うことができる超音波検査装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る超音波検査装置１は、超音波トランスデューサ１７と、一体型超音波トランスデューサ制御部６と、距離制御用アクチュエータ１５と、傾斜制御用アクチュエータ１６と、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂが一体に構成された一体型超音波トランスデューサ２を備える。この一体型超音波トランスデューサ２は、あらかじめ生成された走査経路情報に基づく走査位置と理想的な走査位置との誤差を算出し、この誤差に基づいて超音波トランスデューサ１７の開口面と被検査物１９の検査領域との距離および傾きを自立的に制御し誤差補正処理を行う。
【解決手段】本発明に係る超音波検査装置１は、超音波トランスデューサ１７と、一体型超音波トランスデューサ制御部６と、距離制御用アクチュエータ１５と、傾斜制御用アクチュエータ１６と、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂが一体に構成された一体型超音波トランスデューサ２を備える。この一体型超音波トランスデューサ２は、あらかじめ生成された走査経路情報に基づく走査位置と理想的な走査位置との誤差を算出し、この誤差に基づいて超音波トランスデューサ１７の開口面と被検査物１９の検査領域との距離および傾きを自立的に制御し誤差補正処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査装置に係り、特に超音波探傷検査時において高精度な走査を行う超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物や部品内の欠陥、ボイドや接合部の剥がれ等の状態の検査を行うため、これらの状態の可視化が可能な超音波検査装置が用いられる。この超音波検査装置は、マトリクス状やリニア状などのアレイ型に形成された圧電変換部から構成される超音波トランスデューサを用いて被検査物の走査を行い、欠陥などの検査を行う。
【０００３】
超音波検査装置は、超音波トランスデューサを駆動させるスキャナ機構を備えている。このスキャナ機構は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、およびＡ軸（Ｘ軸方向の回転軸）、Ｂ軸（Ｙ軸方向の回転軸）、Ｃ軸（Ｚ軸方向の回転軸）などの所要の軸を備えた直交ロボットや、アーム機構を基本に構成された産業用ロボットなどで構成される。スキャナ機構は制御機構などの制御に基づき駆動することで、スキャナ機構に取り付けられた超音波トランスデューサが被検査物表面上の所定範囲を自動的に探傷する。
【０００４】
超音波トランスデューサによって自動的に所定範囲を探傷するためには、スキャナ機構の走査経路情報を事前に生成しておく必要がある。走査経路情報は、被検査物の表面形状に基づいて、例えば超音波トランスデューサの開口幅を１回の走査幅として生成される。
【０００５】
走査経路情報の生成方法として、被検査物の形状設計データに基づいて、計算機ソフトウエアを用いて事前に生成する方法がある。この方法は、比較的容易に走査経路情報を作成することができるが、作成された走査経路情報は理想的な形状設計データに基づく走査経路情報であるため、被検査物の製造時における工作精度に起因して、実際の被検査物の形状と形状設計データ上の被検査物との不一致が発生する可能性がある。また、超音波探傷検査時においては、スキャナ機構内の所定位置に被検査物を設置して行うが、被検査物が複雑な形状である場合、高い精度の再現性で所定位置に設置することは困難であった。
【０００６】
また、他の走査経路情報の生成方法として、被検査物の表面上でスキャナ機構によって超音波トランデューサを駆動させることにより、実際の走査経路上の通過点を一点ごと教示・登録し、このスキャナ機構の通過点を走査経路としてつなげたものを走査経路情報として生成する方法がある。この方法は、スキャナ機構を走査経路上の通過点ごとに駆動させることで、スキャナ機構の走査経路を教示・登録するため、膨大な時間および作業が必要であった。また、特にスキャナ機構に設けられた駆動部の構成が複雑である場合には、非常に複雑な手順および操作を要する方法であった。
【０００７】
ここで、高精度な超音波探傷検査を行うためには、超音波トランスデューサが発信する超音波を被検査物の検査領域に一定角度で入射させる必要がある。また、開口合成法で探傷を行う超音波検査装置については、超音波トランスデューサと被検査物の表面との距離を一定に保つことが必要である。
【０００８】
そこで、被検査物と超音波トランスデューサとを一定距離に保持しつつ、被検査物に対し一定角度で超音波を入射することができる超音波探傷装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
この超音波探傷装置は、スキャナ機構の走査台に対し略垂直方向の駆動軸の下端に距離センサを設け、被検査物の上部で距離センサをスキャンさせる。スキャンにより得られた被検査物と距離センサとの距離の測定データに基づき、スキャナ機構の座標データである被検査物の形状データを求め、メモリに記憶する。また走査時においては被検査物の形状データの各点上を通過点とした走査経路情報を作成し、駆動機構をオープンループ制御するものであった。
【００１０】
また、超音波探傷検査中に生じる理想的な走査経路との誤差について考慮した超音波探傷装置についても提案されている。例えば特許文献２では、探触子と一体的に結合した距離センサを用いて、形状測定を行う形状測定動作と形状測定動作をしながら探傷を行う探傷動作とを行うことにより、探傷精度を向上させる超音波探傷装置が提案されている。
【００１１】
さらに、特許文献３では、スキャナ機構に超音波トランスデューサを搭載し、超音波トランスデューサと被検査物の探傷面との距離を計測して、その結果をスキャナ機構の制御にフィードバックすることにより超音波トランスデューサを探傷上最適な位置に制御することができる超音波探傷システムが提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−３０９８５２号公報
【特許文献２】特開平３−７７０５７号公報
【特許文献３】特開２００５−３００３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のスキャナ機構は、あらかじめ生成された理想的な走査経路情報に基づき超音波トランスデューサを駆動させる駆動機構と、超音波探傷検査中に生じる誤差に基づき超音波トランスデューサの走査位置が理想的な走査経路上に位置するように誤差の調整を行う調整機構として用いられていた。
【００１３】
しかし、スキャナ機構を上述した駆動機構および調整機構として用いると、スキャナ機構に対する制御が複雑となり、走査位置制御の精度が低下する可能性もある。このため、スキャナ機構に対する高精度な制御を維持しつつ高精度な超音波探傷検査を行うためには、走査時間や手間の増大が不可避であるという問題点があった。
【００１４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、超音波探傷検査中において、あらかじめ作成された走査経路情報に含まれる誤差や超音波探傷検査中に生じる誤差などの理想的な走査位置に対する種々の誤差を検出し、この誤差を自律的に調整することにより高精度な超音波探傷検査を行う超音波検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、複数の圧電振動子が配列され、被検査物の検査領域に対し超音波を発振し、その反射エコーを受信する超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサに対し超音波を発振させ、かつ前記超音波トランスデューサが受信した前記反射エコーの電気エコー信号を検出し演算処理して前記被検査物の検査領域の探傷画像情報を生成する探傷処理装置と、あらかじめ生成された走査経路情報に基づき前記被検査物上で前記超音波トランスデューサを駆動するスキャナ機構と、前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求める距離・傾き演算部と、前記距離・傾き演算部で求められた前記距離および傾きのうち少なくとも一方に基づき、前記走査経路情報に基づく走査位置と、前記被検査物の検査領域の法線と前記超音波トランスデューサの開口面とが直交しかつ前記超音波トランスデューサと前記被検査物の検査領域とが所定の距離である所定の走査位置との誤差を算出し、この誤差に基づいて前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を前記所定の走査位置に補正するための制御信号を生成する制御部と、前記制御部で生成された前記制御信号に基づき、前記超音波トランスデューサを前記所定の走査位置に駆動する駆動機構を備え、少なくとも前記超音波トランスデューサと前記駆動機構とが一体に構成された一体型超音波トランスデューサを構成したことを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る超音波検査装置は、超音波探傷検査中において理想的な走査位置に対する種々の誤差を検出し、この誤差を自律的に調整することにより高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る超音波検査装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
この超音波検査装置は、マトリクス状やリニア状などのアレイ型に形成された圧電変換部から構成される超音波トランスデューサが被検査物の表面を走査することにより、被検査物の内部欠陥やボイド、剥離を開口合成法を用いて可視化するものである。
【００１９】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る超音波検査装置１の第１実施形態を示す概略的な全体構成図である。
【００２０】
超音波検査装置１は、アクチュエータ一体型超音波トランスデューサ（以下、一体型超音波トランスデューサという。）２、スキャナ機構３、および一体型超音波トランスデューサ制御装置６と探傷処理装置７とスキャナ機構駆動装置８とから構成される装置本体５から構成される。
【００２１】
また、装置本体５には超音波探傷検査により得られた２次元または３次元探傷画像などを表示する表示装置９、および各種指示の入力を受け付ける入力装置１０が構成される。表示装置９は、表示部、演算部、記憶部等で構成されており液晶ディスプレイ、ＬＥＤ(発光ダイオード)、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、ＶＦＤ（蛍光表示管）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）などのフラットパネルディスプレイを使用することができる。また、入力装置１０は、キーボードやマウスなどで構成される。
【００２２】
図２は、超音波検査装置１に設けられる一体型超音波トランスデューサ２を説明する構成図である。
【００２３】
一体型超音波トランスデューサ２は、後述するスキャナ機構３のＹＺ駆動軸３ｄに固定され、距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６および超音波トランスデューサ１７が順次接続される。また、超音波トランスデューサ１７の両端には、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂが設けられる。距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６および距離計測用センサ１８ａ、１８ｂには、これらを制御する一体型超音波トランスデューサ制御装置６が接続される。
【００２４】
超音波トランスデューサ１７は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づく距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の駆動およびスキャナ機構３の駆動により、被検査物１９上を走査する。
【００２５】
距離計測用センサ１８ａ、１８ｂは２個一組で設けられ、レーザ光などを用いた光学計測や超音波計測などの計測手段を用いて被検査物１９と超音波トランスデューサ１７の両端部との距離ｌａおよびｌｂを計測する。距離計測用センサ１８ａ、１８ｂから得られた計測結果は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６に出力される。なお、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂ間の距離ｌｓは既知である一定の距離とする。
【００２６】
傾斜制御用アクチュエータ１６は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づき、図面に対し垂直方向の軸上を矢印の方向に回動し、被検査物１９に対する超音波トランスデューサ１７の傾きを制御する。また、距離制御用アクチュエータ１５は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づき図面に対し上下方向の軸上を矢印の方向に駆動し、被検査物１９に対する超音波トランスデューサ１７の距離を制御する。
【００２７】
スキャナ機構３は一体型超音波トランスデューサ２をあらかじめ生成された走査経路情報に基づき被検査物１９上を駆動させるのに対して、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６は一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づき走査経路の誤差の調整を行うために超音波トランスデューサ１７を駆動させる。
【００２８】
一体型超音波トランスデューサ制御装置６は、距離・傾き演算部２１および制御量演算部２２から構成される。
【００２９】
距離・傾き演算部２１は、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂから出力された距離ｌａおよびｌｂに基づき、超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃを算出する。距離ｌｃの算出は、例えば以下の式で行う。
［数１］
ｌｃ＝（ｌａ＋ｌｂ）／２
【００３０】
また、距離・傾き演算部２１は、［数１］に基づき算出された超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃに基づき、超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθを算出する。傾きの算出は、例えば以下の式で行う。
［数２］
θ＝ｔａｎ−１（（ｌａ−ｌｂ）／ｌｓ）
【００３１】
なお、距離ｌｃおよび傾きθは、［数１］および［数２］以外の算出方法で算出してもよい。
【００３２】
また、制御量演算部２２は、算出された超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃ、および超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθに基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を算出する。距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面とが直交し、かつ超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の検査領域とが所定の距離となる理想的な走査位置に超音波トランスデューサ１７が配置されるように決定される。一体型超音波トランスデューサ制御装置６は、このように取得された制御量を距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６に出力する。
【００３３】
図３は、一体型超音波トランスデューサ２を構成する超音波トランスデューサ１７および超音波トランスデューサ１７に接続される探傷処理装置７を説明する概略的な構成図である。
【００３４】
探傷処理装置７は、駆動信号を発生する信号発生部３０、駆動素子選択部３１、信号検出回路３２、信号処理部３３、制御回路３４を備える。
【００３５】
信号発生部３０は、超音波トランスデューサ１７を駆動させる駆動信号を発生する。
【００３６】
駆動素子選択部３１は、信号発生部３０からの駆動信号を選択し、超音波トランスデューサ１７の圧電振動子（圧電変換素子）３５を選択的に駆動させる。
【００３７】
信号検出回路３２は、超音波トランスデューサ１７から発振される超音波が被検査物１９の検査領域に照射され、この検査領域からの反射エコーＵを電気エコー信号として超音波トランスデューサ１７を介して検出する。
【００３８】
信号処理部３３は、信号検出回路３２で検出された反射エコーＵの電気エコー信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い、探傷画像情報を生成する。
【００３９】
表示装置９は、表示部、演算部、記憶部等で構成されており、信号処理部３３で処理された探傷画像情報をもとに必要に応じた２次元または３次元探傷画像を生成して表示する。
【００４０】
制御回路３４は、信号発生部３０と駆動素子選択部３１と信号検出回路３２と信号処理部３３と表示装置９と入力装置１０との動作を制御し、超音波の発信、受信、画像化、表示等の一連の動作を制御する。
【００４１】
入力装置１０は、制御回路３４に検査の開始、終了、画像切り替え等の指示入力、あるいは検査条件の設定入力を行い超音波検査装置１の操作を実行させる。
【００４２】
つぎに、超音波トランスデューサ１７について説明する。
【００４３】
超音波トランスデューサ１７は、圧電変換素子としての多数の圧電振動子３５をｍ行ｎ列のマトリクス状に整列配置された圧電変換部３６を有し、この圧電変換部３６はマトリクスセンサである超音波センサを構成している。
【００４４】
超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５には、信号発生部３０で発生した駆動信号が駆動素子選択部３１により選択されて加えられる。駆動素子選択部３１の選択により各圧電振動子３５の駆動順序が１個ずつあるいは複数個ずつ決定され、各圧電振動子３５は所要の駆動タイミングで駆動されて超音波を発振させる。
【００４５】
また、各圧電振動子３５から発振された超音波は、被検査物１９の検査領域に照射され、検査領域の密度的境界層から一部が反射して反射エコーＵとなる。この反射エコーＵは、超音波センサである超音波トランスデューサ１７（マトリクスセンサ）で受信される。
【００４６】
超音波トランスデューサ１７は超音波センサ面である発受信面側、具体的には、被検査物１９側には固体の音響伝播媒体であるシュー部材４０が密着される。シュー部材４０は、シュー部材４０の被検査物１９との接触面が例えば平面状にくり抜かれた中空部を有しており、このくり抜かれた部分にシリコンゴムなどの比較的低減衰のゴムからなるソフトシュー４１がはめ込まれる。
【００４７】
ソフトシュー４１は、シュー部材４０と比較し軟性を有する部材から構成されため、被検査物１９の接触面の形状に応じて変形しやすい。このため、ソフトシュー４１はシュー部材４０の中空部から一部飛び出し可能なように密着固定される。また、ソフトシュー４１はシュー部材４０に比べ劣化が早いため、交換が可能なように着脱自在に構成される。
【００４８】
また、シュー部材４０の厚さＤ１とソフトシュー４１の厚さＤ２は、これらの音速比倍以上となるような値に決定する。この結果、被検査物１９から得られる多重エコーが重なり、検査可能な深さを最適化することができる。
【００４９】
シュー部材４０と、被検査物１９およびソフトシュー４１との接触面には超音波の音響的整合をとるため揮発性の低いゲル状の液体カップラント４２が設けられる。
【００５０】
超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５から順次発振された超音波は、音響伝播媒体としてのシュー部材４０、液体カップラント４２、ソフトシュー４１および液体カップラント４２を順次経て被検査物１９の検査領域内部に入射され、検査領域の各境界層で反射する。
【００５１】
被検査物１９の表面、境界面、底面、内部欠陥４３等の各境界層で反射された超音波の反射エコーＵは、被検査物１９から液体カップラント４２、ソフトシュー４１、液体カップラント４２およびシュー部材４０を順次経て、超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５に時間差をもってそれぞれ受信され、各圧電振動子３５を振動させて電気信号（電気エコー信号）に変換される。この電気エコー信号は、続いて信号ケーブル４５を介して信号検出回路３２に入力されて圧電振動子３５毎に検出される。
【００５２】
信号検出回路３２は信号ケーブル４５を介して超音波トランスデューサ１６の各圧電振動子３５に整列状態で接続され、圧電変換部３６の各圧電振動子３５で発生する電気エコー信号は、信号ケーブル４５を介して信号検出回路３２に導かれる。また、この信号ケーブル４５を利用して信号発生部３０からの駆動信号が駆動素子選択部３１を介して圧電変換部３６の各圧電振動子３５に導かれる。
【００５３】
この超音波検査装置１の探傷処理装置７の作用について説明する。
【００５４】
超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５のうち、ｍ行ｎ列目の圧電振動子３５に駆動信号が加えられると、この圧電振動子３５が作動して圧電体としての超音波が発生し、この超音波を発振させる。発振された超音波はシュー部材４０、ソフトシュー４１および液体カップラント４２を経て被検査物１９の検査領域に照射される。この時超音波は、一定角度および一定距離を保って被検査物１９の検査領域に照射される。
【００５５】
被検査物１９の検査領域に照射された超音波は、検査領域の密度的境界層から一部が反射して反射エコーＵとなる。この反射エコーＵは、液体カップラント４２、ソフトシュー４１およびシュー部材４０を経て超音波トランスデューサ１７に戻され、各圧電振動子３５に時間差を持ってそれぞれ受信される。各圧電振動子３５による圧電変換により、反射エコーＵは電気エコー信号となって信号検出回路３２に信号ケーブル４５を介して送られ、検出される。
【００５６】
信号検出回路３２で検出された電気エコー信号のうち、検査に必要な複数の電気エコー信号は、信号処理部３３に導かれる。信号処理部３３は、導かれた電気エコー信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の処理を行い、探傷画像情報を生成する。生成された探傷画像情報は、表示装置９に導かれ、画像化処理され２次元または３次元探傷画像が表示される。
【００５７】
図４は、スキャナ機構３を説明する構成図である。
【００５８】
スキャナ機構３は、被検査物１９を設置する走査台３ａと、走査台３ａの一辺に略垂直に固定される固定部３ｂと、固定部３ｂ上をＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動部３ｃと、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に駆動するＹＺ軸駆動部３ｄから構成される。また、ＹＺ軸駆動部３ｄの下端には、図２に示した一体型超音波トランスデューサ２が構成される。なお、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、スキャナ機構３のＸ軸駆動部３ｃ、ＹＺ軸駆動部３ｄは、装置本体５のスキャナ機構駆動装置８から送信された制御信号に基づき、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に駆動する。
【００５９】
スキャナ機構３の走査台３ａには被検査物１９が設置され、Ｘ軸駆動部３ｃ、ＹＺ軸駆動部３ｄの駆動に応じて、一体型超音波トランスデューサ２が被検査物１９の表面上の走査を行う。一体型超音波トランスデューサ２が被検査物１９の表面上の走査を行うには、あらかじめ走査経路情報５０を作成する必要がある。
【００６０】
走査経路情報５０とは、図４における被検査物１９上に示されたＸ軸方向およびＹ軸方向に示された矢印によって表されたものであり、スキャナ機構のＹＺ軸駆動部３ｄの下端に固定された一体型超音波トランスデューサ２が被検査物１９の走査を行う際に移動する経路に関する情報である。
【００６１】
走査経路情報５０は、超音波トランスデューサの開口幅に直交するＸ軸方向に向かって必要な長さを走査し、その後超音波トランスデューサの開口幅分Ｙ軸方向にシフトして逆向きのＸ軸方向に向かって必要な長さを走査する動きの組み合わせで形成される。
【００６２】
スキャナ機構駆動装置８は、この走査経路情報５０に基づきＸ軸駆動部３ｃおよびＹＺ軸駆動部３ｄを駆動させることで、一体型超音波トランスデューサ２は被検査物１９上を自動的に移動し走査する。
【００６３】
走査経路情報５０は、被検査物１９の形状設計データに基づいて計算機ソフトウエアにより作成する方法、あるいは実際にスキャナ機構３を駆動させることで走査経路上の通過点の一点一点を教示・登録する方法などを用いて生成される。この走査経路情報５０は、被検査物１９の検査領域に対し超音波をほぼ一定条件で入射できるように、被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面が直交し、かつ超音波トランスデューサ１７の開口面と被検査物１９の表面との距離が一定となるように生成されるが、走査経路情報５０の生成過程で生じた誤差や、被検査物１９のスキャナ機構３への設置誤差など種々の誤差が発生する要因が存在する。
【００６４】
本実施形態における超音波検査装置１は、このような種々の誤差に対処するため、距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６、および距離計測用センサ１８ａ、１８ｂが一体に構成された一体型超音波トランスデューサ２を用いて誤差補正処理を行いながら超音波探傷検査を行う。一体型超音波トランスデューサ２は、理想の走査位置に対する誤差を検出し、この誤差を距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６を用いてリアルタイムに内部で吸収することで自立的に調整を行い、高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【００６５】
図５を用いて本実施形態における超音波検査装置１を用いた誤差補正処理を含む超音波探傷検査について説明する。超音波検査装置１を用いた超音波探傷検査は、平板、円筒、球形などの種々の形状をもち、例えば金属材料や樹脂材料などの材料から構成される被検査物１９に適用可能である。また、単一の材料から構成されるもののみならず、二以上の構造物を重ね合わせて溶接した多層構造物に適用してもよい。
【００６６】
超音波検査装置１による超音波探傷検査は、被検査物１９がスキャナ機構３の走査台３ａに設置され、例えば入力装置１０から入力された検査開始の指示に基づき開始される。
【００６７】
ステップＳ１において、スキャナ機構駆動装置３は、あらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき、スキャナ機構３のＸ軸駆動部３ｃおよびＹＺ軸駆動部３ｄを走査台３ａに設置された被検査物１９上で駆動させる。
【００６８】
ステップＳ２において、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂは、レーザ光などを用いた光学計測や超音波計測などの計測手段を用いて被検査物１９との距離ｌａおよびｌｂを計測する。計測結果は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６の距離・傾き演算部２１に出力される。
【００６９】
ステップＳ３において、一体型超音波トランスデューサ制御装置６の距離・傾き演算部２１は、距離計測ステップＳ２において計測された距離ｌａおよびｌｂに基づき、［数１］を用いて超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃを演算する。
【００７０】
また、距離・傾き演算部２１は、算出された距離ｌｃに基づき［数２］を用いて超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθを演算する。
【００７１】
ステップＳ４において、一体型超音波トランスデューサ制御装置６の制御量演算部２２は、距離・傾き演算ステップＳ３において算出された距離ｌｓおよび傾きθに基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算し、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６に出力する。距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面とが直交し、かつ超音波トランスデューサ１７開口面と被検査物１９の検査領域とが所定の距離となる理想的な走査位置に超音波トランスデューサ１７が配置されるように決定される。
【００７２】
ステップＳ５において、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６は、制御量演算ステップＳ４において演算された制御量に基づき、移動または回動し、超音波トランスデューサ１７を理想的な走査位置に配置する。
【００７３】
ステップＳ６において、一体型超音波トランスデューサ２の超音波トランスデューサ１７は、被検査物１９の検査領域の走査を行う。超音波トランスデューサ１７は、装置本体５の探傷処理装置７で行われる制御に基づき被検査物１９の表面上を移動して走査する。探傷処理装置７は、走査により得られた反射エコーを電気エコー信号として増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の処理を行い、探傷画像情報を生成する。生成された探傷画像情報は、表示装置９に導かれた後画像化処理され、２次元または３次元探傷画像が表示される。以上で超音波探傷検査は終了する。
【００７４】
なお、距離計測ステップＳ２から制御ステップＳ５までの走査経路情報の誤差補正処理は、一体型超音波トランスデューサ２が移動するのと同時にリアルタイムに行われる。
【００７５】
このようにスキャナ機構３を駆動してあらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき一体型超音波トランスデューサ２を移動させ、かつ距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６を用いて検出された誤差に基づき理想的な走査位置に超音波トランスデューサ１７を移動させることで、スキャナ機構３に対する複雑な制御を伴うことなく高精度な超音波探傷検査を行うことができる。また、走査経路情報の誤差補正処理を超音波探傷検査の開始時や超音波探傷検査における一定周期で行うことで、超音波探傷検査の作業時間の短縮を図ることができ作業効率を向上させることもできる。
【００７６】
この超音波検査装置１によれば、超音波探傷検査中において、あらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき駆動するスキャナ機構３の走査経路に誤差が存在する場合であっても、一体型超音波トランスデューサ２に距離計測用センサ１８ａ、１８ｂおよび距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６を設けることにより理想的な走査位置と現実の走査位置の誤差を検出し、この誤差をリアルタイムに内部で吸収し自律的に調整することにより高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【００７７】
また、理想的な走査位置と走査経路情報５０に基づく走査位置との誤差を検出し、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の内部でその誤差を吸収することで、より精細な誤差補正を行うことが可能であり、確実に被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面が直交し、かつ超音波トランスデューサ１７の開口面中心と被検査物１９の表面との距離を一定に保つことができるため、高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【００７８】
さらに、ソフトシュー４１が挿入されたシュー部材４０で構成された音響伝播媒体を用いることで、被検査物１９の検査領域の形状変化に対する追従性を向上させるとともに、気泡の入り込みを防止することができるため、超音波探傷検査の性能の向上を図ることができる。また、劣化が速いソフトシュー４１の交換が可能なように構成されるため、超音波検査装置１の保守性の向上を図ることができる。さらに、シュー部材４０の厚さＤ１とソフトシュー４１の厚さＤ２を両者の音速比に基づき決定することで、被検査物１９からの多重エコーが重なり、検査可能な深さを最適化することができる。
【００７９】
なお、被検査物１９の一例として、平板に構成された被検査物１９を適用して説明したが、これに限らず球形や円筒形状など他の形状であってもよい。
【００８０】
また、スキャナ機構３にはＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の回転軸周りに回動する回動部をそれぞれ設けてもよいし、一体型超音波トランスデューサ２に設けた距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６のみならず、他の方向に駆動する制御用アクチュエータをさらに設けてもよい。
【００８１】
さらに、一体型超音波トランスデューサ２は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６を含む構成であっても、外部に設ける構成であってもよい。
【００８２】
さらにまた、ソフトシュー４１が挿入されたシュー部材４０で構成された音響伝播媒体を用いたが、これに限らずシュー部材４０が単独で構成された音響伝播媒体を用いてもよい。
【００８３】
また、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６を用いて超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃおよび超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθに対する誤差補正処理を行ったが、被検査物１９の形状に応じて距離ｌｃおよび傾きθのどちらか一方に対して誤差補正処理を行ってもよい。例えば、被検査物１９が平板である場合には、距離制御用アクチュエータ１５のみを設け、距離のみを補正することでも高精度な超音波探傷検査が実現できる。また、このような構成とすることで、超音波検査装置の構成を簡素化することができる。
【００８４】
さらに、マトリックスアレイ型超音波探触子２の振動子群の配列は、マトリックス状に限らず、リニア状、ハニカム状、同心円状、三角形状であってもよく、またこれらの形状が三次元的配列であってもよい。また、圧電変換部３６は圧電振動子３５をマトリクス状に配設する代りに、一列にあるいは十字のライン状（アレイ状）にアレイ配列し、アレイセンサを構成してもよい。
【００８５】
さらにまた、本実施形態においては、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂを２個一組として超音波トランスデューサ１７の両端に設けたが、超音波トランスデューサ１７に近接配置してもよいし、３個一組など、２個以上で一組としてもよい。
【００８６】
［第２の実施形態］
本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態について説明する。
【００８７】
図６は、本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態を示す一体型超音波トランスデューサ２Ａおよび探傷処理装置７Ａの概略的な構成図である。
【００８８】
第２実施形態における超音波検査装置が第１実施形態における超音波検査装置１と異なる点は、探傷処理装置７Ａで取得した探傷画像情報に基づき超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きを求める演算を行った点である。なお、第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００８９】
超音波トランスデューサ１７と接続された探傷処理装置７Ａには、図２に示す探傷処理装置７の構成に加え、距離・傾き演算部６０が設けられる。距離・傾き演算部６０は、信号処理部３３において信号検出回路３２で検出された反射エコーＵから得られる電気エコー信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い生成された探傷画像情報から、超音波トランスデューサ１７の開口面中心部と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃを演算する。また、距離・傾き演算部６０は、超音波トランスデューサ１７の開口面と、対向する被検査物１９の探傷面との傾きθを演算する。なお、超音波トランスデューサ１７の開口面と被検査物１９の探傷面との距離ｌｃおよび傾きθは、あらかじめ生成された超音波トランスデューサ１７の走査経路情報から一定範囲内の誤差であり画像探傷情報から誤差の取得が可能な場合に演算できる。
【００９０】
信号処理部３３で生成される探傷画像情報は２次元又は３次元の画像情報であって、超音波トランスデューサ１７の各圧電変換部３６から得られた被検査物１９の検査領域からの距離情報が含まれており、これらの距離情報から超音波トランスデューサ１７と被検査物１９との距離ｌｃおよび傾きθを取得することができる。
【００９１】
探傷処理装置７Ａは一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａに接続されており、探傷処理装置７Ａの距離・傾き演算部６０で演算された超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃおよび傾きθが出力されるようになっている。一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａは、探傷処理装置７Ａから出力されたこの距離ｌｃおよび傾きθに基づき、制御量演算部２２で距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算する。
【００９２】
制御量演算部２２で演算された距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６にそれぞれ制御信号として出力され、各制御用アクチュエータはこの制御信号に基づき駆動する。
【００９３】
図７を用いて本実施形態における超音波検査装置を用いた誤差補正処理を含む超音波探傷検査について説明する。超音波検査装置による超音波探傷検査は、被検査物１９がスキャナ機構３の走査台３ａに設置され、例えば入力装置１０から入力された検査開始の指示に基づき開始される。
【００９４】
ステップＳ１１において、スキャナ機構駆動装置３は、あらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき、スキャナ機構３のＸ軸駆動部３ｃおよびＹＺ軸駆動部３ｄを走査台３ａに設置された被検査物１９上で駆動させる。
【００９５】
ステップＳ１２において、において、一体型超音波トランスデューサ２Ａの超音波トランスデューサ１７は、被検査物１９の検査領域の走査を行う。超音波トランスデューサ１７は、装置本体５の探傷処理装置７Ａで行われる制御に基づき被検査物１９の表面上を移動して走査する。探傷処理装置７Ａは、走査により得られた反射エコーを電気エコー信号として増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の処理を行い、信号処理部３３で探傷画像情報を生成する。
【００９６】
ステップＳ１３において、距離・傾き演算部６０は、信号処理部３３で生成された探傷画像情報から、超音波トランスデューサ１７の開口面中心部と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃを演算する。また、距離・傾き演算部６０は、超音波トランスデューサ１７の開口面と、対向する被検査物１９の探傷面との傾きθを演算する。距離・傾き演算部６０で演算された超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃおよび傾きθは、一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａに出力される。
【００９７】
ステップＳ１４において、一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａの制御量演算部２２は、探傷処理装置７Ａから出力された距離ｌｃおよび傾きθに基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算する。制御量演算部２２で演算された制御量は、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６にそれぞれ制御信号として出力される。
【００９８】
ステップＳ１５において、制御量演算部２２で演算された制御量に基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６は駆動し、一体型超音波トランスデューサ２Ａは理想的な走査位置に配置される。理想的な走査位置に配置された一体型超音波トランスデューサ２Ａは、走査ステップＳ１２と同様の走査処理を行う。
【００９９】
この超音波検査装置によれば、第１実施形態における超音波検査装置により生じた効果に加え、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂを用いることなく超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の探傷面との距離ｌｃおよび傾きθを検出することができるため、装置の簡素化を図ることができ、超音波検査装置の生産性も向上させることができる。
【０１００】
［第３の実施形態］
本発明に係る超音波検査装置の第３実施形態について説明する。
【０１０１】
第３実施形態における超音波検査装置が第２実施形態における超音波検査装置と異なる点は、一体型超音波トランスデューサ２Ｂの超音波トランスデューサ１７Ｂが、円弧上に設けられた点であり、配管などのコーナ部の内面および外面を有する被検査物１９Ｂを検査領域とした超音波探傷検査に使用される点である。
【０１０２】
図８は、本発明に係る超音波検査装置の第３実施形態を示す一体型超音波トランスデューサ２Ｂおよび探傷処理装置７Ｂの概略的な構成図である。なお、第１実施形態および第２実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１０３】
一体型超音波トランスデューサ２Ｂの超音波トランスデューサ１７Ｂは、圧電振動子３５を円弧状に配列した圧電変換部３６で構成される。超音波探傷検査時は、圧電振動子３５を配列した円弧の曲率中心と、被検査物１９Ｂの検査領域となるコーナ部表面の円弧の曲率中心がほぼ一致する位置に配置され走査される。このように超音波トランスデューサ１７Ｂを配置することにより、各圧電振動子３５から照射される超音波は、超音波トランスデューサ１７Ｂの開口面中心と被検査物１９Ｂのコーナ部表面との距離を一定に保つことができ、平面を探傷した場合と同様な画像を得ることができる。
【０１０４】
探傷処理装置７Ｂには、距離・傾き演算部６０が設けられている。距離・傾き演算部６０は、超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の探傷面との距離および傾きを演算する。距離および傾きの検出は、信号処理部３３において信号検出回路３２で検出された増幅された電気信号である反射エコー、または信号処理部３３においてＡ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い生成された探傷画像情報に基づいて行われる。
【０１０５】
ここで、誤差補正処理のうち、距離・傾き演算部６０が反射エコーから超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの探傷面との距離および傾きを演算する場合について説明する。
【０１０６】
図９〜図１１は、圧電変換部３６に配列されたｎ個の圧電振動子３５１、３５２、・・・３５ｉ、・・・、３５ｎ（以下、圧電振動子３５という。）の反射エコーから得られた圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄの一例を示す図である。また、各図（Ｂ）の横軸は圧電振動子３５を、縦軸は圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄを示す。また、最大差Ｘは、ほぼ中心に位置する圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域と、両端に位置する圧電振動子３５１および３５ｎと被検査物１９Ｂの検査領域との距離の差である。
【０１０７】
図９（Ａ）は、超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが適切な場合、つまり、圧電振動子３５を配列した円弧の曲率中心と、被検査物１９Ｂの検査領域となるコーナ部表面の円弧の曲率中心がほぼ一致した場合を示す。このように超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが適切である場合には、図９（Ｂ）に示すように圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄは一定であり、最大差Ｘは０となる。
【０１０８】
図１０（Ａ）は、超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが近い場合を示している。このように超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが近い場合には、図１０（Ｂ）に示すようにほぼ中心に位置する圧電振動子３５ｉと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄは適正位置よりも小さくなり、最大差Ｘがマイナスとなる。
【０１０９】
また、図１１（Ａ）は、超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが遠い場合を示している。このように超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが遠い場合には、図１１（Ｂ）に示すようにほぼ中心に位置する圧電振動子３５ｉと被検査物１９Ｂの探傷面との距離Ｄは適正位置よりも大きくなり、最大差Ｘがプラスとなる。
【０１１０】
また、図示はしないが、超音波トランスデューサ１７Ｂが被検査物１９の検査領域に対して適切な傾きを有していない場合においても、図９（Ｂ）のような適切な反射エコーから得られた圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域の距離Ｄを示す図が得られないため、ここから傾きを検出することもできる。
【０１１１】
距離・傾き演算部６０は、このようにして圧電振動子３５の反射エコーから検出された圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離および傾きに関する情報を演算し一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ｂに出力する。
【０１１２】
一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ｂは、探傷処理装置７Ｂから出力されたこの距離および傾きに関する情報に基づき、制御量演算部２２で距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算する。
【０１１３】
制御量演算部２２で演算された距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６にそれぞれ制御信号として出力され、各制御用アクチュエータはこの制御信号に基づき駆動する。
【０１１４】
本実施形態における超音波検査装置を用いた超音波探傷検査は、第２実施形態において説明した超音波探傷検査とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
【０１１５】
この超音波検査装置によれば、第１実施形態および第２実施形態における超音波検査装置により生じた効果に加え、超音波トランスデューサ１７Ｂを円弧状に設けることにより、被検査物１９Ｂの検査領域がコーナ部であっても理想的な走査位置との誤差を検出し、一体型超音波トランスデューサ２Ｂの内部でその誤差を吸収することで、確実に被検査物１９Ｂの表面に対し超音波を一定角度で入射でき、かつ超音波トランスデューサ１７の開口面中心と被検査物１９の表面との距離を一定に保つことができるため、高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【０１１６】
なお、本実施形態においては被検査物１９のコーナ部内側を検査領域として説明したが、被検査物１９のコーナ部外側についても同様に超音波探傷検査を行うことができる。
【０１１７】
また、超音波トランスデューサ１７Ｂの圧電振動子３５の反射エコーから圧電振動子３５と被検査物１９の探傷面との距離を求めたが、信号処理部３３においてＡ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い生成された探傷画像情報を用いて求めてもよい。
【０１１８】
［第４の実施形態］
本発明に係る超音波検査装置の第４実施形態について説明する。
【０１１９】
第４実施形態における超音波検査装置が第３実施形態における超音波検査装置と異なる点は、スキャナ機構に、コーナ用倣い機構を設けた点である。
【０１２０】
図１２は、本発明に係る超音波検査装置の第４実施形態におけるコーナ用倣い機構７０および一体型超音波トランスデューサ２Ｃの一部の概略的な構成図である。なお、第１実施形態から第３実施形態に対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１２１】
本実施形態における超音波検査装置は、スキャナ機構３にコーナ用倣い機構７０が設けられている。
【０１２２】
第３実施形態に示した超音波探傷装置は、超音波トランスデューサ１７Ｂの走査経路情報に基づく走査位置と理想的な走査位置との誤差を検出し、一体型超音波トランスデューサ２Ｂの内部でその誤差を吸収した。本実施形態におけるコーナ用倣い機構７０は、理想的な走査位置に保持された誤差補正処理後の超音波トランスデューサ１７Ｃを維持するために設けられる。つまり、超音波探傷検査時において圧電振動子３５を配列した円弧の曲率中心と、被検査物１９Ｃの検査領域となるコーナ部表面の円弧の曲率中心がほぼ一致する位置に維持するために設けられる。
【０１２３】
コーナ用倣い機構７０は、コーナ倣い部７１、支点位置調整部７２およびローラ７３からなる。
【０１２４】
支点位置調整部７２は、例えば図示しないスキャナ機構３に設けられる。支点位置調整部７２の一端には、２個一組のローラ７３が設けられている。この２個のローラ７３は、被検査物１９Ｃの平坦部の対向する二面を挟むようにして固定されることで、被検査物１９Ｃの平坦部と支点位置調整部７２とが垂直となるように保持する。支点位置調整部７２の他端には、支点７４が設けられる。この支点７４は、被検査物１９Ｃのコーナ部の曲率中心を通る中心軸Ｃ上に位置するように調整される。
【０１２５】
支点位置調整部７２には、支点７４を軸に回動するコーナ倣い部７１が結合される。このコーナ倣い部７１は、距離制御用アクチュエータ１５および超音波トランスデューサ１７Ｃなどからなる一体型超音波トランスデューサ２Ｃを保持している。また、コーナ倣い部７１の下端には、ローラ７５が設けられる。ローラ７５は、コーナ倣い部７１の長手方向に垂直な軸（図に対する垂直方向に伸びた軸）周りに回動し、被検査物１９Ｃの表面上を回動自在なように構成される。一体型超音波トランスデューサ２Ｃおよびローラ７３は、コーナ倣い部７１によって中心軸Ｃ上に位置するように構成される。なお、一体型超音波トランスデューサ２Ｃは、図１２においては一部の構成のみを図示したが、図示しない傾斜制御用アクチュエータ１６および一体型超音波トランスデューサ制御装置６も設けてもよい。
【０１２６】
このように構成されるコーナ用倣い機構７０は、被検査物１９Ｃの検査領域であるコーナ部に対してローラ７５を接触させ一体型超音波トランスデューサ２Ｃを適切な配置に維持することで、超音波トランスデューサ１７Ｃの各圧電振動子３５から照射される超音波は被検査物１９Ｃの検査領域であるコーナ部に直交し、かつ各圧電振動子３５からコーナ部表面までの照射距離をほぼ同一とすることができる。
【０１２７】
この超音波検査装置１によれば、誤差補正処理後の一体型超音波トランスデューサ２Ｃに対し、被検査物１９Ｃに対する超音波トランスデューサ１７Ｃの走査位置をコーナ部表面に直交し、かつ各圧電振動子３５からコーナ部表面までの距離が全て同一となる適切な位置に維持することができる。
【０１２８】
なお、本実施形態においては被検査物１９Ｃのコーナ部内側を検査領域として説明したが、被検査物１９Ｃのコーナ部外側についても同様に超音波探傷検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態を示す概略的な全体構成図。
【図２】超音波検査装置に設けられる一体型超音波トランスデューサを説明する構成図。
【図３】超音波トランスデューサおよび探傷処理装置を説明する機能的な構成図。
【図４】第１実施形態に示されたスキャナ機構を説明する構成図。
【図５】誤差補正処理を含む超音波探傷検査の流れを説明するフローチャート。
【図６】本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態の一体型超音波トランスデューサおよび探傷処理装置の概略的な構成図。
【図７】第２実施形態における誤差補正処理を含む超音波探傷検査の流れを説明するフローチャート。
【図８】本発明に係る超音波検査装置の第３実施形態の一体型超音波トランスデューサおよび探傷処理装置の概略的な構成図。
【図９】（Ａ）は超音波トランスデューサと被検査物が適切な走査位置に保持された場合を示す図、（Ｂ）は圧電振動子の反射エコーから得られた各圧電振動子と被検査物の検査領域との距離Ｄを示す図。
【図１０】（Ａ）は超音波トランスデューサと被検査物が近い位置で保持された場合を示す図、（Ｂ）は圧電振動子の反射エコーから得られた各圧電振動子と被検査物の検査領域との距離Ｄを示す図。
【図１１】（Ａ）は超音波トランスデューサと被検査物が遠い位置で保持された場合を示す図、（Ｂ）は圧電振動子の反射エコーから得られた各圧電振動子と被検査物の検査領域との距離Ｄを示す図。
【図１２】本発明に係る超音波検査装置の第４実施形態のコーナ倣い機構の概略的な構成図。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 超音波検査装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ アクチュエータ一体型超音波トランスデューサ（一体型超音波トランスデューサ）
３ スキャナ機構
３ａ 走査台
３ｂ 固定部
３ｃ Ｘ軸駆動部
３ｄ ＹＺ軸駆動部
５ 装置本体
６、６Ａ、６Ｂ 一体型超音波トランスデューサ制御装置
７、７Ａ、７Ｂ 探傷処理装置
８ スキャナ機構駆動装置
９ 表示装置
１０ 入力装置
１５ 距離制御用アクチュエータ
１６ 傾斜制御用アクチュエータ
１７、１７Ｂ、１７Ｃ 超音波トランスデューサ
１９、１９Ｂ、１９Ｃ 被検査物
２１ 距離・傾き演算部
２２ 制御量演算部
３３ 信号検出部
３５ 圧電振動子
３６ 圧電変換部
４０ シュー部材
４１ ソフトシュー
４２ 液体カップラント
４５ 形状データ
５０ 走査経路情報
６０ 距離・傾き演算部
７０ コーナ用倣い機構
７１ コーナ倣い部
７２ 支点位置調整部
７３ ローラ
７４ 支点
７５ ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査装置に係り、特に超音波探傷検査時において高精度な走査を行う超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物や部品内の欠陥、ボイドや接合部の剥がれ等の状態の検査を行うため、これらの状態の可視化が可能な超音波検査装置が用いられる。この超音波検査装置は、マトリクス状やリニア状などのアレイ型に形成された圧電変換部から構成される超音波トランスデューサを用いて被検査物の走査を行い、欠陥などの検査を行う。
【０００３】
超音波検査装置は、超音波トランスデューサを駆動させるスキャナ機構を備えている。このスキャナ機構は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、およびＡ軸（Ｘ軸方向の回転軸）、Ｂ軸（Ｙ軸方向の回転軸）、Ｃ軸（Ｚ軸方向の回転軸）などの所要の軸を備えた直交ロボットや、アーム機構を基本に構成された産業用ロボットなどで構成される。スキャナ機構は制御機構などの制御に基づき駆動することで、スキャナ機構に取り付けられた超音波トランスデューサが被検査物表面上の所定範囲を自動的に探傷する。
【０００４】
超音波トランスデューサによって自動的に所定範囲を探傷するためには、スキャナ機構の走査経路情報を事前に生成しておく必要がある。走査経路情報は、被検査物の表面形状に基づいて、例えば超音波トランスデューサの開口幅を１回の走査幅として生成される。
【０００５】
走査経路情報の生成方法として、被検査物の形状設計データに基づいて、計算機ソフトウエアを用いて事前に生成する方法がある。この方法は、比較的容易に走査経路情報を作成することができるが、作成された走査経路情報は理想的な形状設計データに基づく走査経路情報であるため、被検査物の製造時における工作精度に起因して、実際の被検査物の形状と形状設計データ上の被検査物との不一致が発生する可能性がある。また、超音波探傷検査時においては、スキャナ機構内の所定位置に被検査物を設置して行うが、被検査物が複雑な形状である場合、高い精度の再現性で所定位置に設置することは困難であった。
【０００６】
また、他の走査経路情報の生成方法として、被検査物の表面上でスキャナ機構によって超音波トランデューサを駆動させることにより、実際の走査経路上の通過点を一点ごと教示・登録し、このスキャナ機構の通過点を走査経路としてつなげたものを走査経路情報として生成する方法がある。この方法は、スキャナ機構を走査経路上の通過点ごとに駆動させることで、スキャナ機構の走査経路を教示・登録するため、膨大な時間および作業が必要であった。また、特にスキャナ機構に設けられた駆動部の構成が複雑である場合には、非常に複雑な手順および操作を要する方法であった。
【０００７】
ここで、高精度な超音波探傷検査を行うためには、超音波トランスデューサが発信する超音波を被検査物の検査領域に一定角度で入射させる必要がある。また、開口合成法で探傷を行う超音波検査装置については、超音波トランスデューサと被検査物の表面との距離を一定に保つことが必要である。
【０００８】
そこで、被検査物と超音波トランスデューサとを一定距離に保持しつつ、被検査物に対し一定角度で超音波を入射することができる超音波探傷装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
この超音波探傷装置は、スキャナ機構の走査台に対し略垂直方向の駆動軸の下端に距離センサを設け、被検査物の上部で距離センサをスキャンさせる。スキャンにより得られた被検査物と距離センサとの距離の測定データに基づき、スキャナ機構の座標データである被検査物の形状データを求め、メモリに記憶する。また走査時においては被検査物の形状データの各点上を通過点とした走査経路情報を作成し、駆動機構をオープンループ制御するものであった。
【００１０】
また、超音波探傷検査中に生じる理想的な走査経路との誤差について考慮した超音波探傷装置についても提案されている。例えば特許文献２では、探触子と一体的に結合した距離センサを用いて、形状測定を行う形状測定動作と形状測定動作をしながら探傷を行う探傷動作とを行うことにより、探傷精度を向上させる超音波探傷装置が提案されている。
【００１１】
さらに、特許文献３では、スキャナ機構に超音波トランスデューサを搭載し、超音波トランスデューサと被検査物の探傷面との距離を計測して、その結果をスキャナ機構の制御にフィードバックすることにより超音波トランスデューサを探傷上最適な位置に制御することができる超音波探傷システムが提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−３０９８５２号公報
【特許文献２】特開平３−７７０５７号公報
【特許文献３】特開２００５−３００３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のスキャナ機構は、あらかじめ生成された理想的な走査経路情報に基づき超音波トランスデューサを駆動させる駆動機構と、超音波探傷検査中に生じる誤差に基づき超音波トランスデューサの走査位置が理想的な走査経路上に位置するように誤差の調整を行う調整機構として用いられていた。
【００１３】
しかし、スキャナ機構を上述した駆動機構および調整機構として用いると、スキャナ機構に対する制御が複雑となり、走査位置制御の精度が低下する可能性もある。このため、スキャナ機構に対する高精度な制御を維持しつつ高精度な超音波探傷検査を行うためには、走査時間や手間の増大が不可避であるという問題点があった。
【００１４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、超音波探傷検査中において、あらかじめ作成された走査経路情報に含まれる誤差や超音波探傷検査中に生じる誤差などの理想的な走査位置に対する種々の誤差を検出し、この誤差を自律的に調整することにより高精度な超音波探傷検査を行う超音波検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、複数の圧電振動子が配列され、被検査物の検査領域に対し超音波を発振し、その反射エコーを受信する超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサに対し超音波を発振させ、かつ前記超音波トランスデューサが受信した前記反射エコーの電気エコー信号を検出し演算処理して前記被検査物の検査領域の探傷画像情報を生成する探傷処理装置と、あらかじめ生成された走査経路情報に基づき前記被検査物上で前記超音波トランスデューサを駆動するスキャナ機構と、前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求める距離・傾き演算部と、前記距離・傾き演算部で求められた前記距離および傾きのうち少なくとも一方に基づき、前記走査経路情報に基づく走査位置と、前記被検査物の検査領域の法線と前記超音波トランスデューサの開口面とが直交しかつ前記超音波トランスデューサと前記被検査物の検査領域とが所定の距離である所定の走査位置との誤差を算出し、この誤差に基づいて前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を前記所定の走査位置に補正するための制御信号を生成する制御部と、前記制御部で生成された前記制御信号に基づき、前記超音波トランスデューサを前記所定の走査位置に駆動する駆動機構を備え、少なくとも前記超音波トランスデューサと前記駆動機構とが一体に構成された一体型超音波トランスデューサを構成したことを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る超音波検査装置は、超音波探傷検査中において理想的な走査位置に対する種々の誤差を検出し、この誤差を自律的に調整することにより高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る超音波検査装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
この超音波検査装置は、マトリクス状やリニア状などのアレイ型に形成された圧電変換部から構成される超音波トランスデューサが被検査物の表面を走査することにより、被検査物の内部欠陥やボイド、剥離を開口合成法を用いて可視化するものである。
【００１９】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る超音波検査装置１の第１実施形態を示す概略的な全体構成図である。
【００２０】
超音波検査装置１は、アクチュエータ一体型超音波トランスデューサ（以下、一体型超音波トランスデューサという。）２、スキャナ機構３、および一体型超音波トランスデューサ制御装置６と探傷処理装置７とスキャナ機構駆動装置８とから構成される装置本体５から構成される。
【００２１】
また、装置本体５には超音波探傷検査により得られた２次元または３次元探傷画像などを表示する表示装置９、および各種指示の入力を受け付ける入力装置１０が構成される。表示装置９は、表示部、演算部、記憶部等で構成されており液晶ディスプレイ、ＬＥＤ(発光ダイオード)、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、ＶＦＤ（蛍光表示管）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）などのフラットパネルディスプレイを使用することができる。また、入力装置１０は、キーボードやマウスなどで構成される。
【００２２】
図２は、超音波検査装置１に設けられる一体型超音波トランスデューサ２を説明する構成図である。
【００２３】
一体型超音波トランスデューサ２は、後述するスキャナ機構３のＹＺ駆動軸３ｄに固定され、距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６および超音波トランスデューサ１７が順次接続される。また、超音波トランスデューサ１７の両端には、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂが設けられる。距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６および距離計測用センサ１８ａ、１８ｂには、これらを制御する一体型超音波トランスデューサ制御装置６が接続される。
【００２４】
超音波トランスデューサ１７は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づく距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の駆動およびスキャナ機構３の駆動により、被検査物１９上を走査する。
【００２５】
距離計測用センサ１８ａ、１８ｂは２個一組で設けられ、レーザ光などを用いた光学計測や超音波計測などの計測手段を用いて被検査物１９と超音波トランスデューサ１７の両端部との距離ｌａおよびｌｂを計測する。距離計測用センサ１８ａ、１８ｂから得られた計測結果は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６に出力される。なお、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂ間の距離ｌｓは既知である一定の距離とする。
【００２６】
傾斜制御用アクチュエータ１６は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づき、図面に対し垂直方向の軸上を矢印の方向に回動し、被検査物１９に対する超音波トランスデューサ１７の傾きを制御する。また、距離制御用アクチュエータ１５は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づき図面に対し上下方向の軸上を矢印の方向に駆動し、被検査物１９に対する超音波トランスデューサ１７の距離を制御する。
【００２７】
スキャナ機構３は一体型超音波トランスデューサ２をあらかじめ生成された走査経路情報に基づき被検査物１９上を駆動させるのに対して、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６は一体型超音波トランスデューサ制御装置６から送信される制御信号に基づき走査経路の誤差の調整を行うために超音波トランスデューサ１７を駆動させる。
【００２８】
一体型超音波トランスデューサ制御装置６は、距離・傾き演算部２１および制御量演算部２２から構成される。
【００２９】
距離・傾き演算部２１は、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂから出力された距離ｌａおよびｌｂに基づき、超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃを算出する。距離ｌｃの算出は、例えば以下の式で行う。
［数１］
ｌｃ＝（ｌａ＋ｌｂ）／２
【００３０】
また、距離・傾き演算部２１は、［数１］に基づき算出された超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃに基づき、超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθを算出する。傾きの算出は、例えば以下の式で行う。
［数２］
θ＝ｔａｎ−１（（ｌａ−ｌｂ）／ｌｓ）
【００３１】
なお、距離ｌｃおよび傾きθは、［数１］および［数２］以外の算出方法で算出してもよい。
【００３２】
また、制御量演算部２２は、算出された超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃ、および超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθに基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を算出する。距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面とが直交し、かつ超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の検査領域とが所定の距離となる理想的な走査位置に超音波トランスデューサ１７が配置されるように決定される。一体型超音波トランスデューサ制御装置６は、このように取得された制御量を距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６に出力する。
【００３３】
図３は、一体型超音波トランスデューサ２を構成する超音波トランスデューサ１７および超音波トランスデューサ１７に接続される探傷処理装置７を説明する概略的な構成図である。
【００３４】
探傷処理装置７は、駆動信号を発生する信号発生部３０、駆動素子選択部３１、信号検出回路３２、信号処理部３３、制御回路３４を備える。
【００３５】
信号発生部３０は、超音波トランスデューサ１７を駆動させる駆動信号を発生する。
【００３６】
駆動素子選択部３１は、信号発生部３０からの駆動信号を選択し、超音波トランスデューサ１７の圧電振動子（圧電変換素子）３５を選択的に駆動させる。
【００３７】
信号検出回路３２は、超音波トランスデューサ１７から発振される超音波が被検査物１９の検査領域に照射され、この検査領域からの反射エコーＵを電気エコー信号として超音波トランスデューサ１７を介して検出する。
【００３８】
信号処理部３３は、信号検出回路３２で検出された反射エコーＵの電気エコー信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い、探傷画像情報を生成する。
【００３９】
表示装置９は、表示部、演算部、記憶部等で構成されており、信号処理部３３で処理された探傷画像情報をもとに必要に応じた２次元または３次元探傷画像を生成して表示する。
【００４０】
制御回路３４は、信号発生部３０と駆動素子選択部３１と信号検出回路３２と信号処理部３３と表示装置９と入力装置１０との動作を制御し、超音波の発信、受信、画像化、表示等の一連の動作を制御する。
【００４１】
入力装置１０は、制御回路３４に検査の開始、終了、画像切り替え等の指示入力、あるいは検査条件の設定入力を行い超音波検査装置１の操作を実行させる。
【００４２】
つぎに、超音波トランスデューサ１７について説明する。
【００４３】
超音波トランスデューサ１７は、圧電変換素子としての多数の圧電振動子３５をｍ行ｎ列のマトリクス状に整列配置された圧電変換部３６を有し、この圧電変換部３６はマトリクスセンサである超音波センサを構成している。
【００４４】
超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５には、信号発生部３０で発生した駆動信号が駆動素子選択部３１により選択されて加えられる。駆動素子選択部３１の選択により各圧電振動子３５の駆動順序が１個ずつあるいは複数個ずつ決定され、各圧電振動子３５は所要の駆動タイミングで駆動されて超音波を発振させる。
【００４５】
また、各圧電振動子３５から発振された超音波は、被検査物１９の検査領域に照射され、検査領域の密度的境界層から一部が反射して反射エコーＵとなる。この反射エコーＵは、超音波センサである超音波トランスデューサ１７（マトリクスセンサ）で受信される。
【００４６】
超音波トランスデューサ１７は超音波センサ面である発受信面側、具体的には、被検査物１９側には固体の音響伝播媒体であるシュー部材４０が密着される。シュー部材４０は、シュー部材４０の被検査物１９との接触面が例えば平面状にくり抜かれた中空部を有しており、このくり抜かれた部分にシリコンゴムなどの比較的低減衰のゴムからなるソフトシュー４１がはめ込まれる。
【００４７】
ソフトシュー４１は、シュー部材４０と比較し軟性を有する部材から構成されため、被検査物１９の接触面の形状に応じて変形しやすい。このため、ソフトシュー４１はシュー部材４０の中空部から一部飛び出し可能なように密着固定される。また、ソフトシュー４１はシュー部材４０に比べ劣化が早いため、交換が可能なように着脱自在に構成される。
【００４８】
また、シュー部材４０の厚さＤ１とソフトシュー４１の厚さＤ２は、これらの音速比倍以上となるような値に決定する。この結果、被検査物１９から得られる多重エコーが重なり、検査可能な深さを最適化することができる。
【００４９】
シュー部材４０と、被検査物１９およびソフトシュー４１との接触面には超音波の音響的整合をとるため揮発性の低いゲル状の液体カップラント４２が設けられる。
【００５０】
超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５から順次発振された超音波は、音響伝播媒体としてのシュー部材４０、液体カップラント４２、ソフトシュー４１および液体カップラント４２を順次経て被検査物１９の検査領域内部に入射され、検査領域の各境界層で反射する。
【００５１】
被検査物１９の表面、境界面、底面、内部欠陥４３等の各境界層で反射された超音波の反射エコーＵは、被検査物１９から液体カップラント４２、ソフトシュー４１、液体カップラント４２およびシュー部材４０を順次経て、超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５に時間差をもってそれぞれ受信され、各圧電振動子３５を振動させて電気信号（電気エコー信号）に変換される。この電気エコー信号は、続いて信号ケーブル４５を介して信号検出回路３２に入力されて圧電振動子３５毎に検出される。
【００５２】
信号検出回路３２は信号ケーブル４５を介して超音波トランスデューサ１６の各圧電振動子３５に整列状態で接続され、圧電変換部３６の各圧電振動子３５で発生する電気エコー信号は、信号ケーブル４５を介して信号検出回路３２に導かれる。また、この信号ケーブル４５を利用して信号発生部３０からの駆動信号が駆動素子選択部３１を介して圧電変換部３６の各圧電振動子３５に導かれる。
【００５３】
この超音波検査装置１の探傷処理装置７の作用について説明する。
【００５４】
超音波トランスデューサ１７の各圧電振動子３５のうち、ｍ行ｎ列目の圧電振動子３５に駆動信号が加えられると、この圧電振動子３５が作動して圧電体としての超音波が発生し、この超音波を発振させる。発振された超音波はシュー部材４０、ソフトシュー４１および液体カップラント４２を経て被検査物１９の検査領域に照射される。この時超音波は、一定角度および一定距離を保って被検査物１９の検査領域に照射される。
【００５５】
被検査物１９の検査領域に照射された超音波は、検査領域の密度的境界層から一部が反射して反射エコーＵとなる。この反射エコーＵは、液体カップラント４２、ソフトシュー４１およびシュー部材４０を経て超音波トランスデューサ１７に戻され、各圧電振動子３５に時間差を持ってそれぞれ受信される。各圧電振動子３５による圧電変換により、反射エコーＵは電気エコー信号となって信号検出回路３２に信号ケーブル４５を介して送られ、検出される。
【００５６】
信号検出回路３２で検出された電気エコー信号のうち、検査に必要な複数の電気エコー信号は、信号処理部３３に導かれる。信号処理部３３は、導かれた電気エコー信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の処理を行い、探傷画像情報を生成する。生成された探傷画像情報は、表示装置９に導かれ、画像化処理され２次元または３次元探傷画像が表示される。
【００５７】
図４は、スキャナ機構３を説明する構成図である。
【００５８】
スキャナ機構３は、被検査物１９を設置する走査台３ａと、走査台３ａの一辺に略垂直に固定される固定部３ｂと、固定部３ｂ上をＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動部３ｃと、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に駆動するＹＺ軸駆動部３ｄから構成される。また、ＹＺ軸駆動部３ｄの下端には、図２に示した一体型超音波トランスデューサ２が構成される。なお、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、スキャナ機構３のＸ軸駆動部３ｃ、ＹＺ軸駆動部３ｄは、装置本体５のスキャナ機構駆動装置８から送信された制御信号に基づき、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に駆動する。
【００５９】
スキャナ機構３の走査台３ａには被検査物１９が設置され、Ｘ軸駆動部３ｃ、ＹＺ軸駆動部３ｄの駆動に応じて、一体型超音波トランスデューサ２が被検査物１９の表面上の走査を行う。一体型超音波トランスデューサ２が被検査物１９の表面上の走査を行うには、あらかじめ走査経路情報５０を作成する必要がある。
【００６０】
走査経路情報５０とは、図４における被検査物１９上に示されたＸ軸方向およびＹ軸方向に示された矢印によって表されたものであり、スキャナ機構のＹＺ軸駆動部３ｄの下端に固定された一体型超音波トランスデューサ２が被検査物１９の走査を行う際に移動する経路に関する情報である。
【００６１】
走査経路情報５０は、超音波トランスデューサの開口幅に直交するＸ軸方向に向かって必要な長さを走査し、その後超音波トランスデューサの開口幅分Ｙ軸方向にシフトして逆向きのＸ軸方向に向かって必要な長さを走査する動きの組み合わせで形成される。
【００６２】
スキャナ機構駆動装置８は、この走査経路情報５０に基づきＸ軸駆動部３ｃおよびＹＺ軸駆動部３ｄを駆動させることで、一体型超音波トランスデューサ２は被検査物１９上を自動的に移動し走査する。
【００６３】
走査経路情報５０は、被検査物１９の形状設計データに基づいて計算機ソフトウエアにより作成する方法、あるいは実際にスキャナ機構３を駆動させることで走査経路上の通過点の一点一点を教示・登録する方法などを用いて生成される。この走査経路情報５０は、被検査物１９の検査領域に対し超音波をほぼ一定条件で入射できるように、被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面が直交し、かつ超音波トランスデューサ１７の開口面と被検査物１９の表面との距離が一定となるように生成されるが、走査経路情報５０の生成過程で生じた誤差や、被検査物１９のスキャナ機構３への設置誤差など種々の誤差が発生する要因が存在する。
【００６４】
本実施形態における超音波検査装置１は、このような種々の誤差に対処するため、距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６、および距離計測用センサ１８ａ、１８ｂが一体に構成された一体型超音波トランスデューサ２を用いて誤差補正処理を行いながら超音波探傷検査を行う。一体型超音波トランスデューサ２は、理想の走査位置に対する誤差を検出し、この誤差を距離制御用アクチュエータ１５、傾斜制御用アクチュエータ１６を用いてリアルタイムに内部で吸収することで自立的に調整を行い、高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【００６５】
図５を用いて本実施形態における超音波検査装置１を用いた誤差補正処理を含む超音波探傷検査について説明する。超音波検査装置１を用いた超音波探傷検査は、平板、円筒、球形などの種々の形状をもち、例えば金属材料や樹脂材料などの材料から構成される被検査物１９に適用可能である。また、単一の材料から構成されるもののみならず、二以上の構造物を重ね合わせて溶接した多層構造物に適用してもよい。
【００６６】
超音波検査装置１による超音波探傷検査は、被検査物１９がスキャナ機構３の走査台３ａに設置され、例えば入力装置１０から入力された検査開始の指示に基づき開始される。
【００６７】
ステップＳ１において、スキャナ機構駆動装置３は、あらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき、スキャナ機構３のＸ軸駆動部３ｃおよびＹＺ軸駆動部３ｄを走査台３ａに設置された被検査物１９上で駆動させる。
【００６８】
ステップＳ２において、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂは、レーザ光などを用いた光学計測や超音波計測などの計測手段を用いて被検査物１９との距離ｌａおよびｌｂを計測する。計測結果は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６の距離・傾き演算部２１に出力される。
【００６９】
ステップＳ３において、一体型超音波トランスデューサ制御装置６の距離・傾き演算部２１は、距離計測ステップＳ２において計測された距離ｌａおよびｌｂに基づき、［数１］を用いて超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃを演算する。
【００７０】
また、距離・傾き演算部２１は、算出された距離ｌｃに基づき［数２］を用いて超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθを演算する。
【００７１】
ステップＳ４において、一体型超音波トランスデューサ制御装置６の制御量演算部２２は、距離・傾き演算ステップＳ３において算出された距離ｌｓおよび傾きθに基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算し、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６に出力する。距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面とが直交し、かつ超音波トランスデューサ１７開口面と被検査物１９の検査領域とが所定の距離となる理想的な走査位置に超音波トランスデューサ１７が配置されるように決定される。
【００７２】
ステップＳ５において、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６は、制御量演算ステップＳ４において演算された制御量に基づき、移動または回動し、超音波トランスデューサ１７を理想的な走査位置に配置する。
【００７３】
ステップＳ６において、一体型超音波トランスデューサ２の超音波トランスデューサ１７は、被検査物１９の検査領域の走査を行う。超音波トランスデューサ１７は、装置本体５の探傷処理装置７で行われる制御に基づき被検査物１９の表面上を移動して走査する。探傷処理装置７は、走査により得られた反射エコーを電気エコー信号として増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の処理を行い、探傷画像情報を生成する。生成された探傷画像情報は、表示装置９に導かれた後画像化処理され、２次元または３次元探傷画像が表示される。以上で超音波探傷検査は終了する。
【００７４】
なお、距離計測ステップＳ２から制御ステップＳ５までの走査経路情報の誤差補正処理は、一体型超音波トランスデューサ２が移動するのと同時にリアルタイムに行われる。
【００７５】
このようにスキャナ機構３を駆動してあらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき一体型超音波トランスデューサ２を移動させ、かつ距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６を用いて検出された誤差に基づき理想的な走査位置に超音波トランスデューサ１７を移動させることで、スキャナ機構３に対する複雑な制御を伴うことなく高精度な超音波探傷検査を行うことができる。また、走査経路情報の誤差補正処理を超音波探傷検査の開始時や超音波探傷検査における一定周期で行うことで、超音波探傷検査の作業時間の短縮を図ることができ作業効率を向上させることもできる。
【００７６】
この超音波検査装置１によれば、超音波探傷検査中において、あらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき駆動するスキャナ機構３の走査経路に誤差が存在する場合であっても、一体型超音波トランスデューサ２に距離計測用センサ１８ａ、１８ｂおよび距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６を設けることにより理想的な走査位置と現実の走査位置の誤差を検出し、この誤差をリアルタイムに内部で吸収し自律的に調整することにより高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【００７７】
また、理想的な走査位置と走査経路情報５０に基づく走査位置との誤差を検出し、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の内部でその誤差を吸収することで、より精細な誤差補正を行うことが可能であり、確実に被検査物１９の検査領域の法線と超音波トランスデューサ１７の開口面が直交し、かつ超音波トランスデューサ１７の開口面中心と被検査物１９の表面との距離を一定に保つことができるため、高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【００７８】
さらに、ソフトシュー４１が挿入されたシュー部材４０で構成された音響伝播媒体を用いることで、被検査物１９の検査領域の形状変化に対する追従性を向上させるとともに、気泡の入り込みを防止することができるため、超音波探傷検査の性能の向上を図ることができる。また、劣化が速いソフトシュー４１の交換が可能なように構成されるため、超音波検査装置１の保守性の向上を図ることができる。さらに、シュー部材４０の厚さＤ１とソフトシュー４１の厚さＤ２を両者の音速比に基づき決定することで、被検査物１９からの多重エコーが重なり、検査可能な深さを最適化することができる。
【００７９】
なお、被検査物１９の一例として、平板に構成された被検査物１９を適用して説明したが、これに限らず球形や円筒形状など他の形状であってもよい。
【００８０】
また、スキャナ機構３にはＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の回転軸周りに回動する回動部をそれぞれ設けてもよいし、一体型超音波トランスデューサ２に設けた距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６のみならず、他の方向に駆動する制御用アクチュエータをさらに設けてもよい。
【００８１】
さらに、一体型超音波トランスデューサ２は、一体型超音波トランスデューサ制御装置６を含む構成であっても、外部に設ける構成であってもよい。
【００８２】
さらにまた、ソフトシュー４１が挿入されたシュー部材４０で構成された音響伝播媒体を用いたが、これに限らずシュー部材４０が単独で構成された音響伝播媒体を用いてもよい。
【００８３】
また、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６を用いて超音波トランスデューサ１７開口面の中心部と被検査物１９との距離ｌｃおよび超音波トランスデューサ１７開口面の被検査物１９に対する傾きθに対する誤差補正処理を行ったが、被検査物１９の形状に応じて距離ｌｃおよび傾きθのどちらか一方に対して誤差補正処理を行ってもよい。例えば、被検査物１９が平板である場合には、距離制御用アクチュエータ１５のみを設け、距離のみを補正することでも高精度な超音波探傷検査が実現できる。また、このような構成とすることで、超音波検査装置の構成を簡素化することができる。
【００８４】
さらに、マトリックスアレイ型超音波探触子２の振動子群の配列は、マトリックス状に限らず、リニア状、ハニカム状、同心円状、三角形状であってもよく、またこれらの形状が三次元的配列であってもよい。また、圧電変換部３６は圧電振動子３５をマトリクス状に配設する代りに、一列にあるいは十字のライン状（アレイ状）にアレイ配列し、アレイセンサを構成してもよい。
【００８５】
さらにまた、本実施形態においては、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂを２個一組として超音波トランスデューサ１７の両端に設けたが、超音波トランスデューサ１７に近接配置してもよいし、３個一組など、２個以上で一組としてもよい。
【００８６】
［第２の実施形態］
本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態について説明する。
【００８７】
図６は、本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態を示す一体型超音波トランスデューサ２Ａおよび探傷処理装置７Ａの概略的な構成図である。
【００８８】
第２実施形態における超音波検査装置が第１実施形態における超音波検査装置１と異なる点は、探傷処理装置７Ａで取得した探傷画像情報に基づき超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きを求める演算を行った点である。なお、第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００８９】
超音波トランスデューサ１７と接続された探傷処理装置７Ａには、図２に示す探傷処理装置７の構成に加え、距離・傾き演算部６０が設けられる。距離・傾き演算部６０は、信号処理部３３において信号検出回路３２で検出された反射エコーＵから得られる電気エコー信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い生成された探傷画像情報から、超音波トランスデューサ１７の開口面中心部と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃを演算する。また、距離・傾き演算部６０は、超音波トランスデューサ１７の開口面と、対向する被検査物１９の探傷面との傾きθを演算する。なお、超音波トランスデューサ１７の開口面と被検査物１９の探傷面との距離ｌｃおよび傾きθは、あらかじめ生成された超音波トランスデューサ１７の走査経路情報から一定範囲内の誤差であり画像探傷情報から誤差の取得が可能な場合に演算できる。
【００９０】
信号処理部３３で生成される探傷画像情報は２次元又は３次元の画像情報であって、超音波トランスデューサ１７の各圧電変換部３６から得られた被検査物１９の検査領域からの距離情報が含まれており、これらの距離情報から超音波トランスデューサ１７と被検査物１９との距離ｌｃおよび傾きθを取得することができる。
【００９１】
探傷処理装置７Ａは一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａに接続されており、探傷処理装置７Ａの距離・傾き演算部６０で演算された超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃおよび傾きθが出力されるようになっている。一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａは、探傷処理装置７Ａから出力されたこの距離ｌｃおよび傾きθに基づき、制御量演算部２２で距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算する。
【００９２】
制御量演算部２２で演算された距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６にそれぞれ制御信号として出力され、各制御用アクチュエータはこの制御信号に基づき駆動する。
【００９３】
図７を用いて本実施形態における超音波検査装置を用いた誤差補正処理を含む超音波探傷検査について説明する。超音波検査装置による超音波探傷検査は、被検査物１９がスキャナ機構３の走査台３ａに設置され、例えば入力装置１０から入力された検査開始の指示に基づき開始される。
【００９４】
ステップＳ１１において、スキャナ機構駆動装置３は、あらかじめ生成された走査経路情報５０に基づき、スキャナ機構３のＸ軸駆動部３ｃおよびＹＺ軸駆動部３ｄを走査台３ａに設置された被検査物１９上で駆動させる。
【００９５】
ステップＳ１２において、において、一体型超音波トランスデューサ２Ａの超音波トランスデューサ１７は、被検査物１９の検査領域の走査を行う。超音波トランスデューサ１７は、装置本体５の探傷処理装置７Ａで行われる制御に基づき被検査物１９の表面上を移動して走査する。探傷処理装置７Ａは、走査により得られた反射エコーを電気エコー信号として増幅、Ａ／Ｄ変換、可視化などの一連の処理を行い、信号処理部３３で探傷画像情報を生成する。
【００９６】
ステップＳ１３において、距離・傾き演算部６０は、信号処理部３３で生成された探傷画像情報から、超音波トランスデューサ１７の開口面中心部と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃを演算する。また、距離・傾き演算部６０は、超音波トランスデューサ１７の開口面と、対向する被検査物１９の探傷面との傾きθを演算する。距離・傾き演算部６０で演算された超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の検査領域との距離ｌｃおよび傾きθは、一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａに出力される。
【００９７】
ステップＳ１４において、一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ａの制御量演算部２２は、探傷処理装置７Ａから出力された距離ｌｃおよび傾きθに基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算する。制御量演算部２２で演算された制御量は、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６にそれぞれ制御信号として出力される。
【００９８】
ステップＳ１５において、制御量演算部２２で演算された制御量に基づき、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６は駆動し、一体型超音波トランスデューサ２Ａは理想的な走査位置に配置される。理想的な走査位置に配置された一体型超音波トランスデューサ２Ａは、走査ステップＳ１２と同様の走査処理を行う。
【００９９】
この超音波検査装置によれば、第１実施形態における超音波検査装置により生じた効果に加え、距離計測用センサ１８ａ、１８ｂを用いることなく超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の探傷面との距離ｌｃおよび傾きθを検出することができるため、装置の簡素化を図ることができ、超音波検査装置の生産性も向上させることができる。
【０１００】
［第３の実施形態］
本発明に係る超音波検査装置の第３実施形態について説明する。
【０１０１】
第３実施形態における超音波検査装置が第２実施形態における超音波検査装置と異なる点は、一体型超音波トランスデューサ２Ｂの超音波トランスデューサ１７Ｂが、円弧上に設けられた点であり、配管などのコーナ部の内面および外面を有する被検査物１９Ｂを検査領域とした超音波探傷検査に使用される点である。
【０１０２】
図８は、本発明に係る超音波検査装置の第３実施形態を示す一体型超音波トランスデューサ２Ｂおよび探傷処理装置７Ｂの概略的な構成図である。なお、第１実施形態および第２実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１０３】
一体型超音波トランスデューサ２Ｂの超音波トランスデューサ１７Ｂは、圧電振動子３５を円弧状に配列した圧電変換部３６で構成される。超音波探傷検査時は、圧電振動子３５を配列した円弧の曲率中心と、被検査物１９Ｂの検査領域となるコーナ部表面の円弧の曲率中心がほぼ一致する位置に配置され走査される。このように超音波トランスデューサ１７Ｂを配置することにより、各圧電振動子３５から照射される超音波は、超音波トランスデューサ１７Ｂの開口面中心と被検査物１９Ｂのコーナ部表面との距離を一定に保つことができ、平面を探傷した場合と同様な画像を得ることができる。
【０１０４】
探傷処理装置７Ｂには、距離・傾き演算部６０が設けられている。距離・傾き演算部６０は、超音波トランスデューサ１７と被検査物１９の探傷面との距離および傾きを演算する。距離および傾きの検出は、信号処理部３３において信号検出回路３２で検出された増幅された電気信号である反射エコー、または信号処理部３３においてＡ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い生成された探傷画像情報に基づいて行われる。
【０１０５】
ここで、誤差補正処理のうち、距離・傾き演算部６０が反射エコーから超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの探傷面との距離および傾きを演算する場合について説明する。
【０１０６】
図９〜図１１は、圧電変換部３６に配列されたｎ個の圧電振動子３５１、３５２、・・・３５ｉ、・・・、３５ｎ（以下、圧電振動子３５という。）の反射エコーから得られた圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄの一例を示す図である。また、各図（Ｂ）の横軸は圧電振動子３５を、縦軸は圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄを示す。また、最大差Ｘは、ほぼ中心に位置する圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域と、両端に位置する圧電振動子３５１および３５ｎと被検査物１９Ｂの検査領域との距離の差である。
【０１０７】
図９（Ａ）は、超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが適切な場合、つまり、圧電振動子３５を配列した円弧の曲率中心と、被検査物１９Ｂの検査領域となるコーナ部表面の円弧の曲率中心がほぼ一致した場合を示す。このように超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが適切である場合には、図９（Ｂ）に示すように圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄは一定であり、最大差Ｘは０となる。
【０１０８】
図１０（Ａ）は、超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが近い場合を示している。このように超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが近い場合には、図１０（Ｂ）に示すようにほぼ中心に位置する圧電振動子３５ｉと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄは適正位置よりも小さくなり、最大差Ｘがマイナスとなる。
【０１０９】
また、図１１（Ａ）は、超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが遠い場合を示している。このように超音波トランスデューサ１７Ｂと被検査物１９Ｂの検査領域との距離Ｄが遠い場合には、図１１（Ｂ）に示すようにほぼ中心に位置する圧電振動子３５ｉと被検査物１９Ｂの探傷面との距離Ｄは適正位置よりも大きくなり、最大差Ｘがプラスとなる。
【０１１０】
また、図示はしないが、超音波トランスデューサ１７Ｂが被検査物１９の検査領域に対して適切な傾きを有していない場合においても、図９（Ｂ）のような適切な反射エコーから得られた圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域の距離Ｄを示す図が得られないため、ここから傾きを検出することもできる。
【０１１１】
距離・傾き演算部６０は、このようにして圧電振動子３５の反射エコーから検出された圧電振動子３５と被検査物１９Ｂの検査領域との距離および傾きに関する情報を演算し一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ｂに出力する。
【０１１２】
一体型超音波トランスデューサ制御装置６Ｂは、探傷処理装置７Ｂから出力されたこの距離および傾きに関する情報に基づき、制御量演算部２２で距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量を演算する。
【０１１３】
制御量演算部２２で演算された距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６の制御量は、距離制御用アクチュエータ１５および傾斜制御用アクチュエータ１６にそれぞれ制御信号として出力され、各制御用アクチュエータはこの制御信号に基づき駆動する。
【０１１４】
本実施形態における超音波検査装置を用いた超音波探傷検査は、第２実施形態において説明した超音波探傷検査とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
【０１１５】
この超音波検査装置によれば、第１実施形態および第２実施形態における超音波検査装置により生じた効果に加え、超音波トランスデューサ１７Ｂを円弧状に設けることにより、被検査物１９Ｂの検査領域がコーナ部であっても理想的な走査位置との誤差を検出し、一体型超音波トランスデューサ２Ｂの内部でその誤差を吸収することで、確実に被検査物１９Ｂの表面に対し超音波を一定角度で入射でき、かつ超音波トランスデューサ１７の開口面中心と被検査物１９の表面との距離を一定に保つことができるため、高精度な超音波探傷検査を行うことができる。
【０１１６】
なお、本実施形態においては被検査物１９のコーナ部内側を検査領域として説明したが、被検査物１９のコーナ部外側についても同様に超音波探傷検査を行うことができる。
【０１１７】
また、超音波トランスデューサ１７Ｂの圧電振動子３５の反射エコーから圧電振動子３５と被検査物１９の探傷面との距離を求めたが、信号処理部３３においてＡ／Ｄ変換、可視化などの一連の画像化演算処理を行い生成された探傷画像情報を用いて求めてもよい。
【０１１８】
［第４の実施形態］
本発明に係る超音波検査装置の第４実施形態について説明する。
【０１１９】
第４実施形態における超音波検査装置が第３実施形態における超音波検査装置と異なる点は、スキャナ機構に、コーナ用倣い機構を設けた点である。
【０１２０】
図１２は、本発明に係る超音波検査装置の第４実施形態におけるコーナ用倣い機構７０および一体型超音波トランスデューサ２Ｃの一部の概略的な構成図である。なお、第１実施形態から第３実施形態に対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１２１】
本実施形態における超音波検査装置は、スキャナ機構３にコーナ用倣い機構７０が設けられている。
【０１２２】
第３実施形態に示した超音波探傷装置は、超音波トランスデューサ１７Ｂの走査経路情報に基づく走査位置と理想的な走査位置との誤差を検出し、一体型超音波トランスデューサ２Ｂの内部でその誤差を吸収した。本実施形態におけるコーナ用倣い機構７０は、理想的な走査位置に保持された誤差補正処理後の超音波トランスデューサ１７Ｃを維持するために設けられる。つまり、超音波探傷検査時において圧電振動子３５を配列した円弧の曲率中心と、被検査物１９Ｃの検査領域となるコーナ部表面の円弧の曲率中心がほぼ一致する位置に維持するために設けられる。
【０１２３】
コーナ用倣い機構７０は、コーナ倣い部７１、支点位置調整部７２およびローラ７３からなる。
【０１２４】
支点位置調整部７２は、例えば図示しないスキャナ機構３に設けられる。支点位置調整部７２の一端には、２個一組のローラ７３が設けられている。この２個のローラ７３は、被検査物１９Ｃの平坦部の対向する二面を挟むようにして固定されることで、被検査物１９Ｃの平坦部と支点位置調整部７２とが垂直となるように保持する。支点位置調整部７２の他端には、支点７４が設けられる。この支点７４は、被検査物１９Ｃのコーナ部の曲率中心を通る中心軸Ｃ上に位置するように調整される。
【０１２５】
支点位置調整部７２には、支点７４を軸に回動するコーナ倣い部７１が結合される。このコーナ倣い部７１は、距離制御用アクチュエータ１５および超音波トランスデューサ１７Ｃなどからなる一体型超音波トランスデューサ２Ｃを保持している。また、コーナ倣い部７１の下端には、ローラ７５が設けられる。ローラ７５は、コーナ倣い部７１の長手方向に垂直な軸（図に対する垂直方向に伸びた軸）周りに回動し、被検査物１９Ｃの表面上を回動自在なように構成される。一体型超音波トランスデューサ２Ｃおよびローラ７３は、コーナ倣い部７１によって中心軸Ｃ上に位置するように構成される。なお、一体型超音波トランスデューサ２Ｃは、図１２においては一部の構成のみを図示したが、図示しない傾斜制御用アクチュエータ１６および一体型超音波トランスデューサ制御装置６も設けてもよい。
【０１２６】
このように構成されるコーナ用倣い機構７０は、被検査物１９Ｃの検査領域であるコーナ部に対してローラ７５を接触させ一体型超音波トランスデューサ２Ｃを適切な配置に維持することで、超音波トランスデューサ１７Ｃの各圧電振動子３５から照射される超音波は被検査物１９Ｃの検査領域であるコーナ部に直交し、かつ各圧電振動子３５からコーナ部表面までの照射距離をほぼ同一とすることができる。
【０１２７】
この超音波検査装置１によれば、誤差補正処理後の一体型超音波トランスデューサ２Ｃに対し、被検査物１９Ｃに対する超音波トランスデューサ１７Ｃの走査位置をコーナ部表面に直交し、かつ各圧電振動子３５からコーナ部表面までの距離が全て同一となる適切な位置に維持することができる。
【０１２８】
なお、本実施形態においては被検査物１９Ｃのコーナ部内側を検査領域として説明したが、被検査物１９Ｃのコーナ部外側についても同様に超音波探傷検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明に係る超音波検査装置の第１実施形態を示す概略的な全体構成図。
【図２】超音波検査装置に設けられる一体型超音波トランスデューサを説明する構成図。
【図３】超音波トランスデューサおよび探傷処理装置を説明する機能的な構成図。
【図４】第１実施形態に示されたスキャナ機構を説明する構成図。
【図５】誤差補正処理を含む超音波探傷検査の流れを説明するフローチャート。
【図６】本発明に係る超音波検査装置の第２実施形態の一体型超音波トランスデューサおよび探傷処理装置の概略的な構成図。
【図７】第２実施形態における誤差補正処理を含む超音波探傷検査の流れを説明するフローチャート。
【図８】本発明に係る超音波検査装置の第３実施形態の一体型超音波トランスデューサおよび探傷処理装置の概略的な構成図。
【図９】（Ａ）は超音波トランスデューサと被検査物が適切な走査位置に保持された場合を示す図、（Ｂ）は圧電振動子の反射エコーから得られた各圧電振動子と被検査物の検査領域との距離Ｄを示す図。
【図１０】（Ａ）は超音波トランスデューサと被検査物が近い位置で保持された場合を示す図、（Ｂ）は圧電振動子の反射エコーから得られた各圧電振動子と被検査物の検査領域との距離Ｄを示す図。
【図１１】（Ａ）は超音波トランスデューサと被検査物が遠い位置で保持された場合を示す図、（Ｂ）は圧電振動子の反射エコーから得られた各圧電振動子と被検査物の検査領域との距離Ｄを示す図。
【図１２】本発明に係る超音波検査装置の第４実施形態のコーナ倣い機構の概略的な構成図。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 超音波検査装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ アクチュエータ一体型超音波トランスデューサ（一体型超音波トランスデューサ）
３ スキャナ機構
３ａ 走査台
３ｂ 固定部
３ｃ Ｘ軸駆動部
３ｄ ＹＺ軸駆動部
５ 装置本体
６、６Ａ、６Ｂ 一体型超音波トランスデューサ制御装置
７、７Ａ、７Ｂ 探傷処理装置
８ スキャナ機構駆動装置
９ 表示装置
１０ 入力装置
１５ 距離制御用アクチュエータ
１６ 傾斜制御用アクチュエータ
１７、１７Ｂ、１７Ｃ 超音波トランスデューサ
１９、１９Ｂ、１９Ｃ 被検査物
２１ 距離・傾き演算部
２２ 制御量演算部
３３ 信号検出部
３５ 圧電振動子
３６ 圧電変換部
４０ シュー部材
４１ ソフトシュー
４２ 液体カップラント
４５ 形状データ
５０ 走査経路情報
６０ 距離・傾き演算部
７０ コーナ用倣い機構
７１ コーナ倣い部
７２ 支点位置調整部
７３ ローラ
７４ 支点
７５ ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電振動子が配列され、被検査物の検査領域に対し超音波を発振し、その反射エコーを受信する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサに対し超音波を発振させ、かつ前記超音波トランスデューサが受信した前記反射エコーの電気エコー信号を検出し演算処理して前記被検査物の検査領域の探傷画像情報を生成する探傷処理装置と、
あらかじめ生成された走査経路情報に基づき前記被検査物上で前記超音波トランスデューサを駆動するスキャナ機構と、
前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求める距離・傾き演算部と、
前記距離・傾き演算部で求められた前記距離および傾きのうち少なくとも一方に基づき、前記走査経路情報に基づく走査位置と、前記被検査物の検査領域の法線と前記超音波トランスデューサの開口面とが直交しかつ前記超音波トランスデューサと前記被検査物の検査領域とが所定の距離である所定の走査位置との誤差を算出し、この誤差に基づいて前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を前記所定の走査位置に補正するための制御信号を生成する制御部と、
前記制御部で生成された前記制御信号に基づき、前記超音波トランスデューサを前記所定の走査位置に駆動する駆動機構を備え、
少なくとも前記超音波トランスデューサと前記駆動機構とが一体に構成された一体型超音波トランスデューサを構成したことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサには、光学計測または超音波計測により前記被検査物の検査領域との距離情報を出力する既知の間隔で設けられた複数個を一組とする距離計測用センサがさらに設けられ、
前記距離・傾き演算部は、前記距離計測用センサから出力された前記距離情報に基づき、前記超音波トランスデューサの開口面中心と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項１記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記距離・傾き演算部は、前記探傷処理装置が検出した前記反射エコーの電気エコー信号および前記探傷処理装置で生成された前記被検査物の検査領域の探傷画像情報の少なくとも一方に基づき、前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項１記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧電振動子が円弧状に配列して構成された前記超音波トランスデューサの曲率中心と、前記被検査物の検査領域としてのコーナ部の曲率中心が一致した位置を前記所定の走査位置とし、前記走査経路情報に基づく走査位置と前記所定の走査位置との誤差を算出することを特徴とする請求項３記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記被検査物の少なくとも検査領域に接触した場合に回動するローラを下端に備え、前記一体型超音波トランスデューサを前記被検査物の検査領域としてのコーナ部と対向するように保持するコーナ用倣い部と、
前記コーナ用倣い部の上端と支点を介して結合し、前記被検査物の端部を保持することで前記コーナ用倣い部に保持された前記一体型超音波トランスデューサを前記所定の走査位置に維持する支点位置調整部とから構成されるコーナ用倣い機構をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の超音波検査装置。
【請求項６】
前記被検査物との接触面に設けられたほぼ平板状のソフトシュー挿入部を備えたシュー部材と、前記シュー部材に比べ柔軟性を有し、かつ前記ソフトシュー挿入部とほぼ同形状であるソフトシューが前記ソフトシュー挿入部に液体カップラントを介して着脱可能に装着される一方、前記シュー部材およびソフトシューの音速比に基づき前記シュー部材およびソフトシューの厚さが決定されたシュー部材をさらに備え、
前記シュー部材の前記ソフトシュー挿入部は、前記超音波トランスデューサと前記被検査物の検査領域との間に、前記液体カップラントを介して前記被検査物の検査領域に接するように密着固定されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【請求項１】
複数の圧電振動子が配列され、被検査物の検査領域に対し超音波を発振し、その反射エコーを受信する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサに対し超音波を発振させ、かつ前記超音波トランスデューサが受信した前記反射エコーの電気エコー信号を検出し演算処理して前記被検査物の検査領域の探傷画像情報を生成する探傷処理装置と、
あらかじめ生成された走査経路情報に基づき前記被検査物上で前記超音波トランスデューサを駆動するスキャナ機構と、
前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求める距離・傾き演算部と、
前記距離・傾き演算部で求められた前記距離および傾きのうち少なくとも一方に基づき、前記走査経路情報に基づく走査位置と、前記被検査物の検査領域の法線と前記超音波トランスデューサの開口面とが直交しかつ前記超音波トランスデューサと前記被検査物の検査領域とが所定の距離である所定の走査位置との誤差を算出し、この誤差に基づいて前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を前記所定の走査位置に補正するための制御信号を生成する制御部と、
前記制御部で生成された前記制御信号に基づき、前記超音波トランスデューサを前記所定の走査位置に駆動する駆動機構を備え、
少なくとも前記超音波トランスデューサと前記駆動機構とが一体に構成された一体型超音波トランスデューサを構成したことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサには、光学計測または超音波計測により前記被検査物の検査領域との距離情報を出力する既知の間隔で設けられた複数個を一組とする距離計測用センサがさらに設けられ、
前記距離・傾き演算部は、前記距離計測用センサから出力された前記距離情報に基づき、前記超音波トランスデューサの開口面中心と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項１記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記距離・傾き演算部は、前記探傷処理装置が検出した前記反射エコーの電気エコー信号および前記探傷処理装置で生成された前記被検査物の検査領域の探傷画像情報の少なくとも一方に基づき、前記超音波トランスデューサの開口面と前記被検査物の検査領域との距離および傾きのうち少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項１記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧電振動子が円弧状に配列して構成された前記超音波トランスデューサの曲率中心と、前記被検査物の検査領域としてのコーナ部の曲率中心が一致した位置を前記所定の走査位置とし、前記走査経路情報に基づく走査位置と前記所定の走査位置との誤差を算出することを特徴とする請求項３記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記被検査物の少なくとも検査領域に接触した場合に回動するローラを下端に備え、前記一体型超音波トランスデューサを前記被検査物の検査領域としてのコーナ部と対向するように保持するコーナ用倣い部と、
前記コーナ用倣い部の上端と支点を介して結合し、前記被検査物の端部を保持することで前記コーナ用倣い部に保持された前記一体型超音波トランスデューサを前記所定の走査位置に維持する支点位置調整部とから構成されるコーナ用倣い機構をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の超音波検査装置。
【請求項６】
前記被検査物との接触面に設けられたほぼ平板状のソフトシュー挿入部を備えたシュー部材と、前記シュー部材に比べ柔軟性を有し、かつ前記ソフトシュー挿入部とほぼ同形状であるソフトシューが前記ソフトシュー挿入部に液体カップラントを介して着脱可能に装着される一方、前記シュー部材およびソフトシューの音速比に基づき前記シュー部材およびソフトシューの厚さが決定されたシュー部材をさらに備え、
前記シュー部材の前記ソフトシュー挿入部は、前記超音波トランスデューサと前記被検査物の検査領域との間に、前記液体カップラントを介して前記被検査物の検査領域に接するように密着固定されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２０４３２７（Ｐ２００９−２０４３２７Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４４３０７（Ｐ２００８−４４３０７）
【出願日】平成２０年２月２６日（２００８．２．２６）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２６日（２００８．２．２６）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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