３次元超音波検査装置
【課題】複雑な曲面形状を有する検査対象物の内部検査を効率よく、非破壊で正確に行なうことができる３次元超音波検査装置を提供する。
【解決手段】マトリクス状またはリニア状一列に配設したアレイ圧電振動子２１を有する超音波トランスジューサ１１と、圧電振動子２１ｉから発振される超音波を遅延材２２を介して検査対象物１４に入射させ、その反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路１５と、検査対象物１４の内部を予め区画された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データＩを生成する信号処理部１６と、この３次元画像データＩを、メッシュ化された検査対象物１４の３次元座標に応じて表示する表示処理装置１８とを備え、前記超音波トランスジューサ１１は、検査対象物１４の表面形状に沿うように変形可能な柔軟性を有する。
【解決手段】マトリクス状またはリニア状一列に配設したアレイ圧電振動子２１を有する超音波トランスジューサ１１と、圧電振動子２１ｉから発振される超音波を遅延材２２を介して検査対象物１４に入射させ、その反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路１５と、検査対象物１４の内部を予め区画された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データＩを生成する信号処理部１６と、この３次元画像データＩを、メッシュ化された検査対象物１４の３次元座標に応じて表示する表示処理装置１８とを備え、前記超音波トランスジューサ１１は、検査対象物１４の表面形状に沿うように変形可能な柔軟性を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の内部構造、接合部の状態、内部欠陥の状態を超音波を用いて非破壊検査する３次元超音波検査技術に係り、特に、曲面形状を有する検査対象物内の欠陥、剥離、酸化膜、ボイド等の異物や接合部の剥れの状態を３次元的に可視化し、検査することができる３次元超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の３次元超音波検査技術には、特開２０００−２８５８９号公報（特許文献１）、特開２００３−１４９２１３号公報（特許文献２）および特開２００４−５３３６０号公報（特許文献３）に開示された立体的な３次元超音波検査装置がある。
【０００３】
この３次元超音波検査装置は、多数の圧電振動子をマトリクス状またはリニア状に平面配置された超音波トランスジューサを備え、この超音波トランスジューサから被検査物である検査対象物に送受信される超音波を用いて検査対象物の内部構造や欠陥、ボイド、剥れ等の状態を３次元的に可視化し、検査対象物の非破壊にて検査することができるようになっている。
【０００４】
多数の圧電振動子をマトリクス状あるいはリニア状一列に配列した超音波トランスジューサを備えた３次元超音波検査装置では、検査対象物表面が平面形状を有する場合には、検査対象物内の欠陥やボイド、剥れ等の状態を超音波により立体的に可視化することができる。
【０００５】
しかし、被検査物である検査対象物の表面が複雑な曲面形状を有する場合には、超音波トランスジューサを検査対象物の曲面形状に密着状態で接触させることができず、検査対象物内を３次元的に可視化し、画像化することが困難であった。
【特許文献１】特開２０００−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９２１３号公報
【特許文献３】特開２００４−５３３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の３次元超音波検査装置においては、超音波トランスジューサを、複雑な曲面形状を有する被検査物（検査対象物）に密着させることができず、自動車部品などの複雑な表面形状をした検査対象物の部品内部を超音波で画像化処理することが難しい。
【０００７】
また、検査対象物を水中や液体金属ナトリウムの液体媒質中に浸漬させて設置し、液体媒質中の検査対象物に超音波トランスジューサから超音波を送受信して信号処理しても、検査対象物の外表面形状の画像化ができても、検査対象物の内部構造や内部欠陥が画像化することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、複雑な曲面形状を有する検査対象物の内部検査を効率よく、正確にしかも非破壊で行なうことができる３次元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】
【０００９】
本発明に係る３次元超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、複数の圧電振動子をマトリクス状またはリニア状一列に配設したアレイ圧電振動子を有する超音波トランスジューサと、この超音波トランスジューサの各圧電振動子に接続され、上記アレイ圧電振動子のうち超音波を発振させる圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、この駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を遅延材を介して検査対象物に入射させ、この検査対象物からの反射エコーを受信し、その反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理により、検査対象物の内部を予め区画された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成する信号処理部と、この信号処理部から３次元画像化データを取り込み、この３次元画像データを、メッシュ化された検査対象物の３次元座標に応じて表示する表示処理装置とを備え、前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に沿うように変形可能な柔軟性を有するものである。
【００１０】
また、本発明に係る３次元超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、請求項６に記載したように、前記超音波トランスジューサは、多数の圧電振動子を備えたアレイ圧電振動子と、このアレイ圧電振動子の前面に装着され、超音波伝達機能と柔軟性を有する遅延材と、この遅延材の前面に装着され、物理的強度と柔軟性を有する保護膜と、前記アレイ圧電振動子の背面に装着され、超音波の背面側への漏出を防止するバッキング材とを一体的に積層されて構成し、前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に倣うように密着し、柔軟性を有して変形可能な多層構造に構成されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る３次元超音波検査装置は、多数の圧電振動子をマトリクス状あるいはリニア状（アレイ状）一列に配列したアレイ圧電振動子を備えた超音波トランスジューサを有し、この超音波トランスジューサを検査対象物の表面形状に沿うように、変形可能な柔軟性を有する構成としたので、検査対象物が複雑な表面形状であっても、超音波トランスジューサを検査対象物の表面に密着させることができ、複雑な表面形状の検査対象物の内部構造を３次元座標に応じた３次元画像で表示することができ、複雑な表面形状を有する検査対象物の内部構造を効率よく、正確に、非破壊で検査をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る３次元超音波検査装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る３次元超音波検査装置の一実施形態を概略的に示す全体構成図である。この３次元超音波検査装置１０は、複雑な表面形状を有する検査対象物の内部検査を３次元的に円滑かつ効率よく行なうことができる３次元超音波画像化装置である。
【００１４】
この３次元超音波検査装置１０は、自動車業界、航空業界、鉄道業界、プラント業界および造船業界等で用いられる複雑な曲面形状の部品を検査対象物１４として、その内部欠陥や溶接欠陥、構造欠陥等の内部検査を、３次元画像化処理で簡単かつ容易に非破壊で行なうことができる超音波検査技術である。
【００１５】
３次元超音波検査装置１０は、複雑な曲面形状を有する被検査物としての検査対象物１４の内部構造や欠陥形状を精細に立体画像化できる超音波カメラとして機能する超音波トランスジューサ１１を有する。
【００１６】
３次元超音波検査装置１０は、超音波と電気信号を相互変換させ、所要周波数の超音波を送受信される可撓性の超音波トランスジューサ１１と、この超音波トランスジューサ１１を駆動させる駆動信号を発生させる信号発生部１２と、この信号発生部１２からの駆動信号を選択し、超音波トランスジューサ１１のアレイ圧電振動子２１を選択的に駆動させる駆動素子選択部１３と、超音波トランスジューサ１１から発振される超音波を検査対象物１４の検査領域に照射し、検査対象物１４の表面や検査領域内部から反射する超音波エコーを超音波トランスジューサ１１を介して電気信号として検出する信号検出回路１５と、この信号検出回路１５で検出された超音波反射エコーの電気信号を並列演算処理して３次元（３Ｄ）超音波画像データＩを生成させる信号処理部１６と、この信号処理部１６で処理された３次元超音波画像データＩの補正処理および比較処理を行ない、検査対象物１４の内部欠陥１７の状態を自動的に精度よく判定し、判定結果を表示させる表示処理装置１８とを有する。
【００１７】
３次元超音波検査装置１０は、被検査物である複雑な曲面形状の検査対象物１４の内部構造を高密度、高感度、高解像度の３次元超音波画像として迅速に表示させることができる。この３次元超音波検査装置１０は、１画像当たりの３次元超音波画像が１秒から数１０秒で得られ、高速検査が可能な超音波センサ装置２０を備える。
【００１８】
この超音波センサ装置２０は、超音波を送受信させる超音波センサあるいは超音波カメラとして可撓性を有する超音波トランスジューサ１１を備える。この超音波トランスジューサ１１は変形可能な柔軟性を有し、その表面側にセンサ面である発受信面が形成される。
【００１９】
超音波トランスジューサ１１は、多数の圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｉ，…，２１ｎがｍ行ｎ列のマトリクス状に、また、リニア状（アレイ状）一列に独立して整列配置されたアレイ圧電振動子２１を有する。アレイ圧電振動子２１を構成する各圧電振動子は、柔軟性を有するコンポジット材や圧電フィルム材の圧電材料で形成される。
【００２０】
アレイ圧電振動子２１の前面側のセンサ面にシリコンゴム等の柔軟性を有する遅延材２２が密着して装着され、この遅延材２２の前面側は機械的・物理的強度と柔軟性を有する保護膜２３で被覆される。遅延材２２は、数ｍｍ〜１０数ｍｍの厚さを有し、音響伝播媒体として機能する一方、この遅延材２２の機械的・物理的強度は、保護膜２３を被覆することで補強される。保護膜２３は、ポリイミドフィルムあるいはビニール樹脂フィルム、ポリアミド繊維フィルム等の柔軟性および物理的強度を有する強度フィルムで構成され、数１０μｍ〜１ｍｍ程度の膜厚を有する。保護膜２３は、アレイ圧電振動子２１の前面側のセンサ面に直接密着状態で装着させてもよい。
【００２１】
超音波トランスジューサ１１は、アレイ圧電振動子２１の前面側に音響伝達媒体機能を有する遅延材２２を貼り付け、その前面側を、柔軟性と強度を有する保護膜２３を貼り付け、被覆することで、超音波トランスジューサ１１を検査対象物１４の表面に密着させ、送信波ノイズの影響を受けずに、精度のよい超音波検査を行なうことができる。
【００２２】
超音波トランスジューサ１１のアレイ圧電振動子２１は超音波センサあるいは超音波カメラを構成しており、アレイ圧電振動子２１が数ＭＨｚ、例えば５ＭＨｚの超音波をマトリクス配列のマトリクスセンサで発振させる場合、ｍ行ｎ列の各圧電振動子は１〜数ｍｍ、好ましくは２〜３ｍｍ角または丸形圧電振動子が用いられ、一列直線状のリニア配列のリニアセンサの場合、例えば１ｍｍ×１０ｍｍ程度の短冊状をなす矩形の圧電振動子が用いられる。
【００２３】
また、アレイ圧電振動子２１の背面側に柔軟性を有するバッキング材２４が密着される。バッキング材２１は多数の圧電振動子からなるアレイ圧電振動子２１をサポートする一方、アレイ圧電振動子２１の背面側に超音波（音）がノイズとなって漏出するのを防止している。バッキング材２４は、金属粉やセラミック粉を混合したシリコンゴム等で構成され、柔軟性を有する。バッキング材２４は、好ましくは、遅延材２２より肉厚に形成される。バッキング材２４をアレイ圧電振動子２１の背面側に貼り付ける（装着する）ことにより、柔軟性を残したまま、波数等の超音波特性を改善することができる。
【００２４】
このようにして、超音波トランスジューサ１１は、アレイ圧電振動子２１と遅延材２２、保護膜２３およびバッキング材２４とを層状に重ね合せて互いに貼着させ、密着させることで一体化した多層構造に構成され、検査対象物１４の表面形状に倣って変形可能な柔軟性を有する。
【００２５】
超音波トランスジューサ１１は、高い柔軟性を有し、複雑な表面形状の検査対象物１４上に設置すると、検査対象物１４の表面形状に倣って変形し、検査対象物１４の表面上に密着せしめられる。その際、超音波トランスジューサ１１と検査対象物１４の表面との間の音響的結合を良好にするため、ゼリ状等の液状あるいは変形可能な可撓性を有する固体シート状のカップラント２５が介在され、音響的結合が図られる。液状のカップラント２５は、被検査物である検査対象物１４の表面に塗布される。
【００２６】
超音波トランスジューサ１１は、アレイ圧電振動子２１内の各圧電振動子２１ａ，…，２１ｎのうちも駆動素子選択部１３により所要の圧電振動子２１ｉが１つ（または複数個）選択されると、選択された圧電振動子２１ｉに信号発生部１２からの駆動信号が導線で導かれ、印加される。
【００２７】
信号発生部１２は、パルス状あるいは連続した駆動信号を発生させており、この駆動信号が選択された圧電振動子２１ｉに加えられると、圧電振動子２１ｉは圧電体としての性質から超音波を発生させる。発生した超音波は、遅延材２２を経て検査対象物１４の検査領域に向けて発振され、検査対象物１４の内部に照射され、検査対象物１４の内部欠陥１７等の検査に供される。
【００２８】
検査対象物１４の表面や内部欠陥１７等で反射した超音波エコーは、再び遅延材２２を介してアレイ圧電振動子２１内の各圧電振動子２１ａ〜２１ｎにより、入力された超音波反射エコーに見合う電気信号が発生する。この電気信号は導線により信号検出回路１５に導かれる。
【００２９】
信号検出回路１５は、圧電振動子２１ａ〜２１ｎで発生する電気信号を検出するものであり、検出された電気信号のうち検査に必要な複数のものは、信号処理部１６内の増幅器３０ａ〜３０ｎに導かれる。この増幅器１６は信号検出回路１５側に設けてもよい。
【００３０】
増幅器３０ａ〜３０ｎは、導かれた電気信号を増幅回路で増幅してＡ／Ｄ変換器３１ａ〜３１ｎに供給している。Ａ／Ｄ変換器３１ａ〜３１ｎは増幅された電気信号をＡ／Ｄ変換し、変換されたディジタル電気信号を信号処理部１６内の並列プロセッサ３３に導いている。
【００３１】
並列プロセッサ３３は、Ａ／Ｄ変換器３１ａ〜３１ｎから導かれたディジタル電気信号を並列演算処理し、検査対象物１４の内部状態を可視化し、３次元画像化データＩを生成するものであり、生成された画像化データＩは表示処理装置１８に導かれる。
【００３２】
表示処理装置１８は、３次元画像化データＩを特願２００４−１７５８７３号に示すように補正処理および比較処理を行なう処理部３４を有する。表示処理装置１８の処理部３４は、信号処理部１６から導かれた３次元画像化データＩの画像輝度分布を補正したり、検査対象物１４の異常部の位置検出を行なったり、異常部である内部欠陥１７の位置と面積または体積を計算し、検査対象物１４の品質の良否を判定する処理機能が備えられており、輝度補正された３次元画像化データＩや検査対象物１４の自動判定結果は表示部３５に表示されるようになっている。
【００３３】
次に、３次元超音波検査装置１０の作用を説明する。
【００３４】
この３次元超音波検査装置１０は、複雑な曲面形状を有する検査対象物１４の内部状態を非破壊で３次元検査するのに適したものである。検査対象物１４の内部状態の３次元検査に際し、検査対象物１４の表面上に、カップラント２５を塗布し、このカップラント２５を介して超音波トランスジューサ１１を検査対象物１４の表面上に設置し、密着させる。
【００３５】
超音波トランスジューサ１１を検査対象物１４上に設置すると、超音波トランスジューサ１１の高い柔軟性により、超音波トランスジューサ１１は検査対象物１４の表面形状に倣って変形し、検査対象物１４の表面上に密着せしめられる。
【００３６】
検査対象物１４の表面形状に沿って蜜着された状態で、超音波トランスジューサ１１をその駆動部１２，１３側および信号処理部１６側に電気的に接続すると、検査対象物１４の内部状態を３次元超音波検査可能なセット状態となる。
【００３７】
このセット状態で、信号発生部１２から駆動信号を発生させ、この駆動信号を駆動素子選択部１３を介して超音波トランスジューサ１１のアレイ圧電振動子２１に選択的に作用させる。駆動素子選択部１３は、アレイ圧電振動子２１のうち所要の圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）を選択すると、選択された１つまたは複数の圧電振動子に所要のタイミングで駆動信号が導かれる。
【００３８】
駆動素子選択部１３は、駆動すべき１つまたは複数の圧電振動子を所要のタイミングで順次選択しており、選択された圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）に信号発生部１２から駆動信号が加えられると、圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）は駆動され、検査対象物１４に向けて超音波を発振させるようになっている。
【００３９】
超音波トランスジューサ１１の各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から順次発振された超音波は、遅延材２２および保護膜２３を通り、カップラント２５を経て検査対象物１４の検査領域に入射され、検査領域の表面や各境界層、内部欠陥部で反射する。遅延材２２や保護膜２３およびカップラント２５は、互いに超音波の音響的整合あるいは結合が図られている。
【００４０】
被検査体である検査対象物１４の表面、各境界層や内部欠陥で反射した超音波の反射エコーは、検査対象物１４から保護膜２３および遅延材２２を経て超音波センサである超音波トランスジューサ１１の各圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎ（２１ｍｎ）に時間差を持ってそれぞれ受信され、アレイ圧電振動子２１の各圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎ（２１ｍｎ）により反射エコーの電気信号に変換せしめられる。反射エコーの電気信号は、信号検出回路１５に送られ、検出される。
【００４１】
超音波トランスジューサ１１は、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）を、駆動信号選択部１３で選択して駆動信号を順次作用させることにより、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）は、所要のタイミングで順次駆動され、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から超音波を発振させる。発振された超音波が検査対象物１４に照射され、この検査対象物１４の表面や内部欠陥１７等から反射された反射エコーを、超音波センサであるアレイ圧電振動子２１にそれぞれ受信している。
【００４２】
アレイ圧電振動子２１は各圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎ（２１ｍｎ）のｍ行ｎ列が、例えば１０×１０個のマトリクスセンサであるとすると、１００個の圧電振動子がマトリクス状に配設され、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）が駆動素子選択部１３により順次駆動される。各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）に駆動信号が順次加えられるとその駆動タイミングで各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から超音波が順次発振せしめられる。各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から順次発振された超音波の反射エコーを超音波センサであるマトリクスセンサ２１で順次受信し、その受信信号である反射エコーの電気信号をその都度信号検出回路１６に送るようになっている。アレイ圧電振動子２１はマトリクスセンサに代えて直線状一列のリニアセンサであってもよい。
【００４３】
このため、信号検出回路１６には、超音波トランスジューサ１１の作動によりマトリクス状あるいはリニア状配列の個々の圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から発振された超音波の反射エコーをマトリクスセンサあるいはリニアセンサのアレイ圧電振動子２１で２次元的に受信する。アレイ圧電振動子２１は超音波を発振する個々の超音波振動子２１ｉ分の反射エコーをそれぞれ受信して電気信号に変換し、反射エコーの電気信号として信号検出回路１６に送り、この信号検出回路１６を経て信号処理部１７に送るようになっている。
【００４４】
信号検出回路１６は、マトリクスセンサ２１で発生する反射エコーの電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち、検査に必要な複数のものは、増幅器３０ａ，３０ｂ，…，３０ｎを経て信号処理部１７にそれぞれ導かれる。増幅器３０ａ，３０ｂ，…，３０ｎは信号検出回路１５側に備えてもよい。
【００４５】
増幅器３０ａ，３０ｂ，…，３０ｎは、導かれた反射エコーの電気信号を、信号処理可能なデシベル（ｄＢ）値に、例えば、約１００００倍程度増幅し、反射エコーのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎにそれぞれ供給している。Ａ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎは、導かれた電気信号をＡ／Ｄ変換し、これを並列プロセッサ３３，３３ａ，３３ｂ，…，３３ｎにそれぞれ導くものである。
【００４６】
信号処理部１７内の並列プロセッサ３３は、統合プロセッサである３次元画像生成部を備えており、Ａ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎから導かれたディジタル信号を並列的にかつ迅速に並列演算処理し、それぞれ、検査領域（画像化領域）に予め区画された各メッシュからの反射強度を特定し、検査対象物１４の内部状態を３次元のメッシュ化して可視化する３次元画像化データＩを生成している。生成された３次元画像化データＩは、並列プロセッサ３３から表示処理装置１８に送られる。
【００４７】
信号処理部１７の並列プロセッサ３３は、Ａ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎから導かれたディジタル信号を検査領域のメッシュ毎に処理し検査対象物１４の検査領域の状態を可視化する３次元超音波画像化データＩを生成するものである。信号検出回路１６により検出された反射エコーの電気信号から開口合成処理により、検査対象物１４の内部に設定された３次元画像化領域内、すなわち検査領域の各メッシュに対応させて３次元画像化データＩを生成する。
【００４８】
信号処理部１６で生成された３次元画像データＩは、表示処理装置１８の処理部３４に導かれ、この処理部３４で３次元画像化データＩの画像輝度分布を補正したり、検査対象物１４に内の内部欠陥１７の異常位置を特定したり、また、内部欠陥１７の異常部の位置と面積あるいは体積を計算して検査対象物１４の品質良否を自動判定しており、輝度補正された３次元画像化データＩや検査対象物１４の自動判定結果は、表示部３５に表示される。
【００４９】
このようにして、表示処理装置１８の表示部３５には、輝度分布バラツキのない３次元画像化データＩが表示され、立体的な３次元表示画像が均一な輝度分布で表示される。表示部３５に表示される３次元表示画像は、輝度バラツキがなく、より均一で見易い処理画像として画面表示される。
【００５０】
検査対象物の３次元表示画像に表示される処理画像は、検査対象物１４に予め設定された立体的なメッシュ数に設定されており、処理画像からメッシュ数に対応するスライス画像を作成し、その画像化輝度が予め設定された設定値以上の画像化メッシュ数を計算することにより、内部欠陥１７の位置や面積を求めることができ、検査対象物１４の内部に発生するボイドや微小欠陥は、画像化メッシュ数のカウントにより、定量的に精度よく評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る３次元超音波検査装置の一実施形態を概略的に示す全体構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１０ ３次元超音波検査装置（３次元超音波画像化装置）
１１ 超音波トランスジューサ
１２ 信号発生部
１３ 駆動素子選択部
１４ 検査対象物
１５ 信号検出回路
１６ 信号処理部
１７ 内部欠陥
１８ 表示処理装置
２０ 超音波センサ装置
２１ アレイ圧電振動子（マトリクスセンサ、アレイセンサ）
２２ 遅延材
２３ 保護膜
２４ バッキング材
２５ カップラント（音響媒体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の内部構造、接合部の状態、内部欠陥の状態を超音波を用いて非破壊検査する３次元超音波検査技術に係り、特に、曲面形状を有する検査対象物内の欠陥、剥離、酸化膜、ボイド等の異物や接合部の剥れの状態を３次元的に可視化し、検査することができる３次元超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の３次元超音波検査技術には、特開２０００−２８５８９号公報（特許文献１）、特開２００３−１４９２１３号公報（特許文献２）および特開２００４−５３３６０号公報（特許文献３）に開示された立体的な３次元超音波検査装置がある。
【０００３】
この３次元超音波検査装置は、多数の圧電振動子をマトリクス状またはリニア状に平面配置された超音波トランスジューサを備え、この超音波トランスジューサから被検査物である検査対象物に送受信される超音波を用いて検査対象物の内部構造や欠陥、ボイド、剥れ等の状態を３次元的に可視化し、検査対象物の非破壊にて検査することができるようになっている。
【０００４】
多数の圧電振動子をマトリクス状あるいはリニア状一列に配列した超音波トランスジューサを備えた３次元超音波検査装置では、検査対象物表面が平面形状を有する場合には、検査対象物内の欠陥やボイド、剥れ等の状態を超音波により立体的に可視化することができる。
【０００５】
しかし、被検査物である検査対象物の表面が複雑な曲面形状を有する場合には、超音波トランスジューサを検査対象物の曲面形状に密着状態で接触させることができず、検査対象物内を３次元的に可視化し、画像化することが困難であった。
【特許文献１】特開２０００−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９２１３号公報
【特許文献３】特開２００４−５３３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の３次元超音波検査装置においては、超音波トランスジューサを、複雑な曲面形状を有する被検査物（検査対象物）に密着させることができず、自動車部品などの複雑な表面形状をした検査対象物の部品内部を超音波で画像化処理することが難しい。
【０００７】
また、検査対象物を水中や液体金属ナトリウムの液体媒質中に浸漬させて設置し、液体媒質中の検査対象物に超音波トランスジューサから超音波を送受信して信号処理しても、検査対象物の外表面形状の画像化ができても、検査対象物の内部構造や内部欠陥が画像化することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、複雑な曲面形状を有する検査対象物の内部検査を効率よく、正確にしかも非破壊で行なうことができる３次元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】
【０００９】
本発明に係る３次元超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、複数の圧電振動子をマトリクス状またはリニア状一列に配設したアレイ圧電振動子を有する超音波トランスジューサと、この超音波トランスジューサの各圧電振動子に接続され、上記アレイ圧電振動子のうち超音波を発振させる圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、この駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を遅延材を介して検査対象物に入射させ、この検査対象物からの反射エコーを受信し、その反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理により、検査対象物の内部を予め区画された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成する信号処理部と、この信号処理部から３次元画像化データを取り込み、この３次元画像データを、メッシュ化された検査対象物の３次元座標に応じて表示する表示処理装置とを備え、前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に沿うように変形可能な柔軟性を有するものである。
【００１０】
また、本発明に係る３次元超音波検査装置は、上述した課題を解決するために、請求項６に記載したように、前記超音波トランスジューサは、多数の圧電振動子を備えたアレイ圧電振動子と、このアレイ圧電振動子の前面に装着され、超音波伝達機能と柔軟性を有する遅延材と、この遅延材の前面に装着され、物理的強度と柔軟性を有する保護膜と、前記アレイ圧電振動子の背面に装着され、超音波の背面側への漏出を防止するバッキング材とを一体的に積層されて構成し、前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に倣うように密着し、柔軟性を有して変形可能な多層構造に構成されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る３次元超音波検査装置は、多数の圧電振動子をマトリクス状あるいはリニア状（アレイ状）一列に配列したアレイ圧電振動子を備えた超音波トランスジューサを有し、この超音波トランスジューサを検査対象物の表面形状に沿うように、変形可能な柔軟性を有する構成としたので、検査対象物が複雑な表面形状であっても、超音波トランスジューサを検査対象物の表面に密着させることができ、複雑な表面形状の検査対象物の内部構造を３次元座標に応じた３次元画像で表示することができ、複雑な表面形状を有する検査対象物の内部構造を効率よく、正確に、非破壊で検査をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る３次元超音波検査装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る３次元超音波検査装置の一実施形態を概略的に示す全体構成図である。この３次元超音波検査装置１０は、複雑な表面形状を有する検査対象物の内部検査を３次元的に円滑かつ効率よく行なうことができる３次元超音波画像化装置である。
【００１４】
この３次元超音波検査装置１０は、自動車業界、航空業界、鉄道業界、プラント業界および造船業界等で用いられる複雑な曲面形状の部品を検査対象物１４として、その内部欠陥や溶接欠陥、構造欠陥等の内部検査を、３次元画像化処理で簡単かつ容易に非破壊で行なうことができる超音波検査技術である。
【００１５】
３次元超音波検査装置１０は、複雑な曲面形状を有する被検査物としての検査対象物１４の内部構造や欠陥形状を精細に立体画像化できる超音波カメラとして機能する超音波トランスジューサ１１を有する。
【００１６】
３次元超音波検査装置１０は、超音波と電気信号を相互変換させ、所要周波数の超音波を送受信される可撓性の超音波トランスジューサ１１と、この超音波トランスジューサ１１を駆動させる駆動信号を発生させる信号発生部１２と、この信号発生部１２からの駆動信号を選択し、超音波トランスジューサ１１のアレイ圧電振動子２１を選択的に駆動させる駆動素子選択部１３と、超音波トランスジューサ１１から発振される超音波を検査対象物１４の検査領域に照射し、検査対象物１４の表面や検査領域内部から反射する超音波エコーを超音波トランスジューサ１１を介して電気信号として検出する信号検出回路１５と、この信号検出回路１５で検出された超音波反射エコーの電気信号を並列演算処理して３次元（３Ｄ）超音波画像データＩを生成させる信号処理部１６と、この信号処理部１６で処理された３次元超音波画像データＩの補正処理および比較処理を行ない、検査対象物１４の内部欠陥１７の状態を自動的に精度よく判定し、判定結果を表示させる表示処理装置１８とを有する。
【００１７】
３次元超音波検査装置１０は、被検査物である複雑な曲面形状の検査対象物１４の内部構造を高密度、高感度、高解像度の３次元超音波画像として迅速に表示させることができる。この３次元超音波検査装置１０は、１画像当たりの３次元超音波画像が１秒から数１０秒で得られ、高速検査が可能な超音波センサ装置２０を備える。
【００１８】
この超音波センサ装置２０は、超音波を送受信させる超音波センサあるいは超音波カメラとして可撓性を有する超音波トランスジューサ１１を備える。この超音波トランスジューサ１１は変形可能な柔軟性を有し、その表面側にセンサ面である発受信面が形成される。
【００１９】
超音波トランスジューサ１１は、多数の圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｉ，…，２１ｎがｍ行ｎ列のマトリクス状に、また、リニア状（アレイ状）一列に独立して整列配置されたアレイ圧電振動子２１を有する。アレイ圧電振動子２１を構成する各圧電振動子は、柔軟性を有するコンポジット材や圧電フィルム材の圧電材料で形成される。
【００２０】
アレイ圧電振動子２１の前面側のセンサ面にシリコンゴム等の柔軟性を有する遅延材２２が密着して装着され、この遅延材２２の前面側は機械的・物理的強度と柔軟性を有する保護膜２３で被覆される。遅延材２２は、数ｍｍ〜１０数ｍｍの厚さを有し、音響伝播媒体として機能する一方、この遅延材２２の機械的・物理的強度は、保護膜２３を被覆することで補強される。保護膜２３は、ポリイミドフィルムあるいはビニール樹脂フィルム、ポリアミド繊維フィルム等の柔軟性および物理的強度を有する強度フィルムで構成され、数１０μｍ〜１ｍｍ程度の膜厚を有する。保護膜２３は、アレイ圧電振動子２１の前面側のセンサ面に直接密着状態で装着させてもよい。
【００２１】
超音波トランスジューサ１１は、アレイ圧電振動子２１の前面側に音響伝達媒体機能を有する遅延材２２を貼り付け、その前面側を、柔軟性と強度を有する保護膜２３を貼り付け、被覆することで、超音波トランスジューサ１１を検査対象物１４の表面に密着させ、送信波ノイズの影響を受けずに、精度のよい超音波検査を行なうことができる。
【００２２】
超音波トランスジューサ１１のアレイ圧電振動子２１は超音波センサあるいは超音波カメラを構成しており、アレイ圧電振動子２１が数ＭＨｚ、例えば５ＭＨｚの超音波をマトリクス配列のマトリクスセンサで発振させる場合、ｍ行ｎ列の各圧電振動子は１〜数ｍｍ、好ましくは２〜３ｍｍ角または丸形圧電振動子が用いられ、一列直線状のリニア配列のリニアセンサの場合、例えば１ｍｍ×１０ｍｍ程度の短冊状をなす矩形の圧電振動子が用いられる。
【００２３】
また、アレイ圧電振動子２１の背面側に柔軟性を有するバッキング材２４が密着される。バッキング材２１は多数の圧電振動子からなるアレイ圧電振動子２１をサポートする一方、アレイ圧電振動子２１の背面側に超音波（音）がノイズとなって漏出するのを防止している。バッキング材２４は、金属粉やセラミック粉を混合したシリコンゴム等で構成され、柔軟性を有する。バッキング材２４は、好ましくは、遅延材２２より肉厚に形成される。バッキング材２４をアレイ圧電振動子２１の背面側に貼り付ける（装着する）ことにより、柔軟性を残したまま、波数等の超音波特性を改善することができる。
【００２４】
このようにして、超音波トランスジューサ１１は、アレイ圧電振動子２１と遅延材２２、保護膜２３およびバッキング材２４とを層状に重ね合せて互いに貼着させ、密着させることで一体化した多層構造に構成され、検査対象物１４の表面形状に倣って変形可能な柔軟性を有する。
【００２５】
超音波トランスジューサ１１は、高い柔軟性を有し、複雑な表面形状の検査対象物１４上に設置すると、検査対象物１４の表面形状に倣って変形し、検査対象物１４の表面上に密着せしめられる。その際、超音波トランスジューサ１１と検査対象物１４の表面との間の音響的結合を良好にするため、ゼリ状等の液状あるいは変形可能な可撓性を有する固体シート状のカップラント２５が介在され、音響的結合が図られる。液状のカップラント２５は、被検査物である検査対象物１４の表面に塗布される。
【００２６】
超音波トランスジューサ１１は、アレイ圧電振動子２１内の各圧電振動子２１ａ，…，２１ｎのうちも駆動素子選択部１３により所要の圧電振動子２１ｉが１つ（または複数個）選択されると、選択された圧電振動子２１ｉに信号発生部１２からの駆動信号が導線で導かれ、印加される。
【００２７】
信号発生部１２は、パルス状あるいは連続した駆動信号を発生させており、この駆動信号が選択された圧電振動子２１ｉに加えられると、圧電振動子２１ｉは圧電体としての性質から超音波を発生させる。発生した超音波は、遅延材２２を経て検査対象物１４の検査領域に向けて発振され、検査対象物１４の内部に照射され、検査対象物１４の内部欠陥１７等の検査に供される。
【００２８】
検査対象物１４の表面や内部欠陥１７等で反射した超音波エコーは、再び遅延材２２を介してアレイ圧電振動子２１内の各圧電振動子２１ａ〜２１ｎにより、入力された超音波反射エコーに見合う電気信号が発生する。この電気信号は導線により信号検出回路１５に導かれる。
【００２９】
信号検出回路１５は、圧電振動子２１ａ〜２１ｎで発生する電気信号を検出するものであり、検出された電気信号のうち検査に必要な複数のものは、信号処理部１６内の増幅器３０ａ〜３０ｎに導かれる。この増幅器１６は信号検出回路１５側に設けてもよい。
【００３０】
増幅器３０ａ〜３０ｎは、導かれた電気信号を増幅回路で増幅してＡ／Ｄ変換器３１ａ〜３１ｎに供給している。Ａ／Ｄ変換器３１ａ〜３１ｎは増幅された電気信号をＡ／Ｄ変換し、変換されたディジタル電気信号を信号処理部１６内の並列プロセッサ３３に導いている。
【００３１】
並列プロセッサ３３は、Ａ／Ｄ変換器３１ａ〜３１ｎから導かれたディジタル電気信号を並列演算処理し、検査対象物１４の内部状態を可視化し、３次元画像化データＩを生成するものであり、生成された画像化データＩは表示処理装置１８に導かれる。
【００３２】
表示処理装置１８は、３次元画像化データＩを特願２００４−１７５８７３号に示すように補正処理および比較処理を行なう処理部３４を有する。表示処理装置１８の処理部３４は、信号処理部１６から導かれた３次元画像化データＩの画像輝度分布を補正したり、検査対象物１４の異常部の位置検出を行なったり、異常部である内部欠陥１７の位置と面積または体積を計算し、検査対象物１４の品質の良否を判定する処理機能が備えられており、輝度補正された３次元画像化データＩや検査対象物１４の自動判定結果は表示部３５に表示されるようになっている。
【００３３】
次に、３次元超音波検査装置１０の作用を説明する。
【００３４】
この３次元超音波検査装置１０は、複雑な曲面形状を有する検査対象物１４の内部状態を非破壊で３次元検査するのに適したものである。検査対象物１４の内部状態の３次元検査に際し、検査対象物１４の表面上に、カップラント２５を塗布し、このカップラント２５を介して超音波トランスジューサ１１を検査対象物１４の表面上に設置し、密着させる。
【００３５】
超音波トランスジューサ１１を検査対象物１４上に設置すると、超音波トランスジューサ１１の高い柔軟性により、超音波トランスジューサ１１は検査対象物１４の表面形状に倣って変形し、検査対象物１４の表面上に密着せしめられる。
【００３６】
検査対象物１４の表面形状に沿って蜜着された状態で、超音波トランスジューサ１１をその駆動部１２，１３側および信号処理部１６側に電気的に接続すると、検査対象物１４の内部状態を３次元超音波検査可能なセット状態となる。
【００３７】
このセット状態で、信号発生部１２から駆動信号を発生させ、この駆動信号を駆動素子選択部１３を介して超音波トランスジューサ１１のアレイ圧電振動子２１に選択的に作用させる。駆動素子選択部１３は、アレイ圧電振動子２１のうち所要の圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）を選択すると、選択された１つまたは複数の圧電振動子に所要のタイミングで駆動信号が導かれる。
【００３８】
駆動素子選択部１３は、駆動すべき１つまたは複数の圧電振動子を所要のタイミングで順次選択しており、選択された圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）に信号発生部１２から駆動信号が加えられると、圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）は駆動され、検査対象物１４に向けて超音波を発振させるようになっている。
【００３９】
超音波トランスジューサ１１の各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から順次発振された超音波は、遅延材２２および保護膜２３を通り、カップラント２５を経て検査対象物１４の検査領域に入射され、検査領域の表面や各境界層、内部欠陥部で反射する。遅延材２２や保護膜２３およびカップラント２５は、互いに超音波の音響的整合あるいは結合が図られている。
【００４０】
被検査体である検査対象物１４の表面、各境界層や内部欠陥で反射した超音波の反射エコーは、検査対象物１４から保護膜２３および遅延材２２を経て超音波センサである超音波トランスジューサ１１の各圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎ（２１ｍｎ）に時間差を持ってそれぞれ受信され、アレイ圧電振動子２１の各圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎ（２１ｍｎ）により反射エコーの電気信号に変換せしめられる。反射エコーの電気信号は、信号検出回路１５に送られ、検出される。
【００４１】
超音波トランスジューサ１１は、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）を、駆動信号選択部１３で選択して駆動信号を順次作用させることにより、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）は、所要のタイミングで順次駆動され、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から超音波を発振させる。発振された超音波が検査対象物１４に照射され、この検査対象物１４の表面や内部欠陥１７等から反射された反射エコーを、超音波センサであるアレイ圧電振動子２１にそれぞれ受信している。
【００４２】
アレイ圧電振動子２１は各圧電振動子２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎ（２１ｍｎ）のｍ行ｎ列が、例えば１０×１０個のマトリクスセンサであるとすると、１００個の圧電振動子がマトリクス状に配設され、各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）が駆動素子選択部１３により順次駆動される。各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）に駆動信号が順次加えられるとその駆動タイミングで各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から超音波が順次発振せしめられる。各圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から順次発振された超音波の反射エコーを超音波センサであるマトリクスセンサ２１で順次受信し、その受信信号である反射エコーの電気信号をその都度信号検出回路１６に送るようになっている。アレイ圧電振動子２１はマトリクスセンサに代えて直線状一列のリニアセンサであってもよい。
【００４３】
このため、信号検出回路１６には、超音波トランスジューサ１１の作動によりマトリクス状あるいはリニア状配列の個々の圧電振動子２１ｉ（２１ｍｉ）から発振された超音波の反射エコーをマトリクスセンサあるいはリニアセンサのアレイ圧電振動子２１で２次元的に受信する。アレイ圧電振動子２１は超音波を発振する個々の超音波振動子２１ｉ分の反射エコーをそれぞれ受信して電気信号に変換し、反射エコーの電気信号として信号検出回路１６に送り、この信号検出回路１６を経て信号処理部１７に送るようになっている。
【００４４】
信号検出回路１６は、マトリクスセンサ２１で発生する反射エコーの電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち、検査に必要な複数のものは、増幅器３０ａ，３０ｂ，…，３０ｎを経て信号処理部１７にそれぞれ導かれる。増幅器３０ａ，３０ｂ，…，３０ｎは信号検出回路１５側に備えてもよい。
【００４５】
増幅器３０ａ，３０ｂ，…，３０ｎは、導かれた反射エコーの電気信号を、信号処理可能なデシベル（ｄＢ）値に、例えば、約１００００倍程度増幅し、反射エコーのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎにそれぞれ供給している。Ａ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎは、導かれた電気信号をＡ／Ｄ変換し、これを並列プロセッサ３３，３３ａ，３３ｂ，…，３３ｎにそれぞれ導くものである。
【００４６】
信号処理部１７内の並列プロセッサ３３は、統合プロセッサである３次元画像生成部を備えており、Ａ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎから導かれたディジタル信号を並列的にかつ迅速に並列演算処理し、それぞれ、検査領域（画像化領域）に予め区画された各メッシュからの反射強度を特定し、検査対象物１４の内部状態を３次元のメッシュ化して可視化する３次元画像化データＩを生成している。生成された３次元画像化データＩは、並列プロセッサ３３から表示処理装置１８に送られる。
【００４７】
信号処理部１７の並列プロセッサ３３は、Ａ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎから導かれたディジタル信号を検査領域のメッシュ毎に処理し検査対象物１４の検査領域の状態を可視化する３次元超音波画像化データＩを生成するものである。信号検出回路１６により検出された反射エコーの電気信号から開口合成処理により、検査対象物１４の内部に設定された３次元画像化領域内、すなわち検査領域の各メッシュに対応させて３次元画像化データＩを生成する。
【００４８】
信号処理部１６で生成された３次元画像データＩは、表示処理装置１８の処理部３４に導かれ、この処理部３４で３次元画像化データＩの画像輝度分布を補正したり、検査対象物１４に内の内部欠陥１７の異常位置を特定したり、また、内部欠陥１７の異常部の位置と面積あるいは体積を計算して検査対象物１４の品質良否を自動判定しており、輝度補正された３次元画像化データＩや検査対象物１４の自動判定結果は、表示部３５に表示される。
【００４９】
このようにして、表示処理装置１８の表示部３５には、輝度分布バラツキのない３次元画像化データＩが表示され、立体的な３次元表示画像が均一な輝度分布で表示される。表示部３５に表示される３次元表示画像は、輝度バラツキがなく、より均一で見易い処理画像として画面表示される。
【００５０】
検査対象物の３次元表示画像に表示される処理画像は、検査対象物１４に予め設定された立体的なメッシュ数に設定されており、処理画像からメッシュ数に対応するスライス画像を作成し、その画像化輝度が予め設定された設定値以上の画像化メッシュ数を計算することにより、内部欠陥１７の位置や面積を求めることができ、検査対象物１４の内部に発生するボイドや微小欠陥は、画像化メッシュ数のカウントにより、定量的に精度よく評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る３次元超音波検査装置の一実施形態を概略的に示す全体構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１０ ３次元超音波検査装置（３次元超音波画像化装置）
１１ 超音波トランスジューサ
１２ 信号発生部
１３ 駆動素子選択部
１４ 検査対象物
１５ 信号検出回路
１６ 信号処理部
１７ 内部欠陥
１８ 表示処理装置
２０ 超音波センサ装置
２１ アレイ圧電振動子（マトリクスセンサ、アレイセンサ）
２２ 遅延材
２３ 保護膜
２４ バッキング材
２５ カップラント（音響媒体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電振動子をマトリクス状またはリニア状一列に配設したアレイ圧電振動子を有する超音波トランスジューサと、
この超音波トランスジューサの各圧電振動子に接続され、上記アレイ圧電振動子のうち超音波を発振させる圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、
この駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を遅延材を介して検査対象物に入射させ、この検査対象物からの反射エコーを受信し、その反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、
検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理により、検査対象物の内部を予め区画された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成する信号処理部と、
この信号処理部から３次元画像化データを取り込み、この３次元画像データを、メッシュ化された検査対象物の３次元座標に応じて表示する表示処理装置とを備え、
前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に沿うように変形可能な柔軟性を有することを特徴とする３次元超音波検査装置。
【請求項２】
前記超音波トランスジューサに備えられるアレイ圧電振動子は、柔軟性を有するコンポジット材または圧電フィルム材等の圧電材料をマトリクス状あるいは直線状一列に独立して形成される複数の圧電振動子を備え、
前記アレイ圧電振動子の前面に柔軟性と物理的強度を有する保護膜が装着された請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【請求項３】
前記超音波トランスジューサのアレイ圧電振動子の前面に、柔軟性を有する超音波伝達機能を有する遅延材が装着され、この遅延材の前面に柔軟性と物理的強度を有する保護膜が装着された請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【請求項４】
前記超音波トランスジューサは、アレイ圧電振動子の背面に柔軟性を有するバッキング材が装着され、このバッキング材でアレイ圧電振動子の背面側に超音波が漏出するのを防止し、超音波特性を改善した請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【請求項５】
前記バッキング材に金属粉およびセラミック粉が混合せしめられた請求項４記載の３次元超音波検査装置。
【請求項６】
前記超音波トランスジューサは、多数の圧電振動子を備えたアレイ圧電振動子と、
このアレイ圧電振動子の前面に装着され、超音波伝達機能と柔軟性を有する遅延材と、
この遅延材の前面に装着され、物理的強度と柔軟性を有する保護膜と、
前記アレイ圧電振動子の背面に装着され、超音波の背面側への漏出を防止するバッキング材とを一体的に積層して構成し、
前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に倣うように密着し、柔軟性を有して変形可能な多層構造に構成された請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【請求項１】
複数の圧電振動子をマトリクス状またはリニア状一列に配設したアレイ圧電振動子を有する超音波トランスジューサと、
この超音波トランスジューサの各圧電振動子に接続され、上記アレイ圧電振動子のうち超音波を発振させる圧電振動子を選択する駆動素子選択部と、
この駆動素子選択部に選択された圧電振動子から発振される超音波を遅延材を介して検査対象物に入射させ、この検査対象物からの反射エコーを受信し、その反射エコーの電気信号を検出する信号検出回路と、
検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理により、検査対象物の内部を予め区画された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成する信号処理部と、
この信号処理部から３次元画像化データを取り込み、この３次元画像データを、メッシュ化された検査対象物の３次元座標に応じて表示する表示処理装置とを備え、
前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に沿うように変形可能な柔軟性を有することを特徴とする３次元超音波検査装置。
【請求項２】
前記超音波トランスジューサに備えられるアレイ圧電振動子は、柔軟性を有するコンポジット材または圧電フィルム材等の圧電材料をマトリクス状あるいは直線状一列に独立して形成される複数の圧電振動子を備え、
前記アレイ圧電振動子の前面に柔軟性と物理的強度を有する保護膜が装着された請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【請求項３】
前記超音波トランスジューサのアレイ圧電振動子の前面に、柔軟性を有する超音波伝達機能を有する遅延材が装着され、この遅延材の前面に柔軟性と物理的強度を有する保護膜が装着された請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【請求項４】
前記超音波トランスジューサは、アレイ圧電振動子の背面に柔軟性を有するバッキング材が装着され、このバッキング材でアレイ圧電振動子の背面側に超音波が漏出するのを防止し、超音波特性を改善した請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【請求項５】
前記バッキング材に金属粉およびセラミック粉が混合せしめられた請求項４記載の３次元超音波検査装置。
【請求項６】
前記超音波トランスジューサは、多数の圧電振動子を備えたアレイ圧電振動子と、
このアレイ圧電振動子の前面に装着され、超音波伝達機能と柔軟性を有する遅延材と、
この遅延材の前面に装着され、物理的強度と柔軟性を有する保護膜と、
前記アレイ圧電振動子の背面に装着され、超音波の背面側への漏出を防止するバッキング材とを一体的に積層して構成し、
前記超音波トランスジューサは、検査対象物の表面形状に倣うように密着し、柔軟性を有して変形可能な多層構造に構成された請求項１記載の３次元超音波検査装置。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１９２６４９（Ｐ２００７−１９２６４９Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０６７３（Ｐ２００６−１０６７３）
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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