JP6598045B2 - 超音波検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒形状の被検査体の内部を超音波検査する方法に関する。
本願は、２０１６年１月５日に日本に出願された特願２０１６−７５０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

管や筒体などの円筒形状の被検査体の内部を超音波検査する場合、被検査体に対してガイド波（管や板のように境界面を有する物体中を伝搬する横波又は板波）の励起角度で超音波を入射し、被検査体内を経由した超音波を受信側では逆向きの同じ角度で受けるように調整する必要がある。

例えば、特許文献１には、送信超音波探触子と受信超音波探触子とを被検査管の周上に離間配置し、送信超音波探触子の入射角の被検査管の外周面の法線に対する傾き方向と、受信超音波探触子の外周面の法線に対する傾き方向とを互いに逆方向に設定することによって、送信超音波探触子から出力された超音波パルスが被検査管でガイド波の伝搬モードで伝搬し、この超音波パルスが欠陥に当接したときに、この欠陥から生じる超音波パルスに対して逆方向にガイド波の伝搬モードで伝搬する欠陥エコーを検出できるように受信超音波探触子の外周面に対する姿勢を設定する管体超音波探傷方法が開示されている。

特開２０１０−２５８１７号公報

しかしながら、超音波受信素子によって受信される超音波は、被検査体内を伝搬してきた超音波だけでなく、被検査体の外側の媒質（空気）中を経由して直接到達した超音波も含まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被検査体内を伝搬してきた超音波だけでなく、被検査体の外側の媒質中を経由して直接到達した超音波も受信されたとしても被検査体の検査をすることができる超音波検査方法を提供することを目的とする。

本発明の超音波検査方法は、被検査体を検査する超音波検査方法であって、前記被検査体が間に配されるように、超音波送信素子と超音波受信素子とを対向させて配置し、前記超音波送信素子から超音波を発信し、前記発信された超音波を、前記被検査体を介して前記超音波受信素子で受信し、前記受信された超音波を、前記被検査体の透過波である第１超音波信号と、空中を伝搬してきた回折波による第２超音波信号とに時間的に区別し、前記区別する過程では、前記超音波受信素子で受信した超音波信号が超音波の強度の閾値である第１閾値以上であった場合には、当該超音波信号が当該第１閾値よりも大きい第２閾値以上であるか否かを判定し、前記超音波信号が前記第２閾値以上である場合には、前記超音波信号が前記第２超音波信号であると判定し、当該第２超音波信号の前に前記第１閾値以上の前記第１超音波信号を検知していたか否かに基づき前記被検査体を検査する。

本発明の超音波検査方法においては、前記回折波が前記超音波受信素子により受信される時刻よりも早い時刻に時間窓を設け、当該時間窓に入る信号を前記第１超音波信号とすることにより、前記第１の超音波信号と前記第２の超音波信号とを区別することとしてもよい。

本発明の超音波検査方法においては、当該第２超音波信号の前に前記第１閾値以上の前記第１超音波信号を検知された場合に前記被検査体が正常であると判定することとしてもよい。

本発明の超音波検査方法においては、前記第１閾値以上の前記第１超音波信号が検知されなかった場合に前記被検査体に欠陥があると判定することとしてもよい。

本発明の超音波検査方法によれば、被検査体内を伝搬してきた超音波だけでなく、被検査体の外側の媒質中を経由して直接到達した超音波も受信されたとしても被検査体の検査をすることができる。

本発明の第１実施形態の超音波検査方法を示す断面図である。 図１に示された超音波検査方法において、ガイド波を励起する角度で超音波を送受信する状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の超音波検査方法を示すフローチャートである。 第１実施形態の超音波検査方法において受信される信号を示す波形図であり、被検査体を伝搬する透過波による超音波信号を検出するための時間窓を設定する第１の方法を示すグラフである。 第１実施形態の超音波検査方法において受信される信号を示す波形図であり、被検査体を伝搬する透過波による超音波信号を検出するための時間窓を設定する第２の方法を示すグラフである。 第１実施形態の超音波検査方法において受信される信号を示す波形図であり、被検査体を伝搬する透過波による超音波信号を検出するための時間窓を設定する第３の方法を示すグラフである。 第１実施形態の超音波検査方法において、被検査体内を伝搬する透過波による超音波を受信せず、被検査体の外側を経由した回折波による超音波のみを受信した場合を示す波形図である。 第１実施形態の超音波検査方法において、被検査体内を伝搬した透過波による超音波のみを受信した場合を示す波形図である。 本発明の第１実施形態の超音波検査方法に用いられる超音波検査装置を示すブロック図である。 第１実施形態の超音波検査方法に対して、被検査体の外側に遮蔽体を設けた変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の超音波検査方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態の超音波検査方法を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態の超音波検査方法を示す断面図である。 本発明の第５実施形態の超音波検査方法を示す断面図である。 本発明の第６実施形態の超音波検査方法を示す断面図である。 図１５に示された超音波検査方法において、ガイド波を励起する角度で超音波を送受信する状態を示す断面図である。 本発明の第６実施形態の超音波検査方法に用いられる超音波検査装置を示すブロック図である。 第６実施形態の超音波検査方法に対して、被検査体の外側に遮蔽体を設けた変形例を示す断面図である。 本発明の第７実施形態の超音波検査方法を示す断面図である。 本発明の第８実施形態の超音波検査方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
［超音波検査装置］
まず、本発明の第１実施形態の超音波検査方法に用いられる超音波検査装置について説明すると、この超音波検査装置１は、図９に示すように、パルサーレシーバー部２と、探査部３と、信号処理部４とから構成されている。
パルサーレシーバー部２は、超音波駆動信号を発生する信号発生器５と、発生した超音波駆動信号を超音波送信素子６に送信する信号送信部７と、超音波受信素子８からの信号を受信する信号受信部９と、受信した信号を増幅する受信信号増幅部１０とを有している。

探査部３は、信号送信部７から送信された超音波駆動信号により被検査体１１に向けて超音波を送信する超音波送信素子６と、被検査体１１を伝搬して透過した超音波を受信して受信電圧信号として信号受信部９に送る超音波受信素子８とを有している。これら超音波送信素子６と超音波受信素子８とは、超音波ビームを点集束させるポイントフォーカスタイプの探触子が好ましく、内部に圧電素子からなる超音波振動素子（図示略）を有しており、超音波送信素子６では、入力される電圧信号に応じて振動素子から超音波を送信し、超音波受信素子８では、受信した超音波を振動子により電圧信号に変換して出力する。

超音波送信素子６および超音波受信素子８は、図示略のフレーム部材によりＺ軸方向に対向した状態に保持される。被検査体１１は、Ｙ軸方向に延びる円筒軸が超音波送信素子６および超音波受信素子８の対向方向（Ｚ軸方向）に直交するように超音波送信素子６と超音波受信素子８との間に配置される。さらに、被検査体１１は、円筒軸に直交する円筒形状の断面の直径がＹ軸およびＺ軸に直交するＸ軸方向となるように配置される。したがって、超音波送信素子６および超音波受信素子８の先端に設けられている振動子は被検査体１１に向けた状態に配置される。さらに、超音波送信素子６および超音波受信素子８は、Ｚ−Ｘ平面において、被検査体１１のＸ軸方向に延びる直径を通る直線に関して対称な位置となる。
被検査体１１に対して超音波送信素子６および超音波受信素子８を、被検査体１１の直径方向と平行なＸ方向、被検査体１１の円筒軸方向と平行なＹ方向、及び被検査体１１に対して離間接近するＺ方向にそれぞれ移動させながら、被検査体１１を超音波検査する。
すなわち、図１にも示すように、被検査体１１は、その円筒軸がＹ軸方向となるように水平に配置される。被検査体１１の円筒形断面の直径および直径と平行な直線はＸ軸方向となる。これらＸ軸およびＹ軸に直交する上下方向はＺ軸方向となる。
超音波送信素子６および超音波受信素子８は、その対向方向（Ｚ軸方向）には相互に離間接近するように個別に移動させられるが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向には一体となって移動させられる。なお、このＸ軸方向及びＹ軸方向の移動は、被検査体１１と超音波送信素子６および超音波受信素子８とを相対的に移動させればよいので、被検査体１１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させてもよい。

信号処理部４は、信号発生器５における超音波駆動信号発生のための条件を設定する条件設定部３１と、信号受信部９からの受信電圧信号に基づき被検査体１１内の欠陥の有無を判定する欠陥判定部３２と、受信電圧信号等を表示する表示部３３と、超音波送信素子６および超音波受信素子８のスキャン操作を制御するスキャン制御部３４と、これら条件設定部３１、欠陥判定部３２、表示部３３、およびスキャン制御部３４に各種制御値を入力する操作部３５とを備えている。

この信号処理部４はパソコン等により構成することができ、表示部（モニタ）３３の画面上にタッチパネル式の操作部３５を設け、その操作部３５から後述する各種条件やスキャン制御部３４に対する位置情報等の制御値を設定することができる。もちろん、操作部３５は、キーボード等を用いてもよい。

［超音波検査方法］
このように構成した超音波検査装置１により円筒形状の被検査体１１の超音波検査を実施する方法について説明する。
検査方法の概略について図３のフローチャートに従って説明すると、被検査体１１を介して超音波送信素子６と超音波受信素子８とを対向させた状態で、１ラインのスキャンを開始するための初期位置に配置する（Ｓ１）。１ラインのスキャンを開始する初期位置は図１のＡ−Ａ線上の位置であり、この図１の左方向矢印で示すように被検査体１１の直径方向に沿う移動を１ラインのスキャンとする。
次に、超音波送信素子６からバースト又はパルス型超音波を発信する（Ｓ２）。超音波受信素子８においては、受信される超音波について、被検査体１１を回り込んで媒質（空気）を直接伝搬する回折波と、被検査体１１内を透過してくる透過波とを区別し（Ｓ３）、透過波について強度を解析して（Ｓ４）、現在のスキャン位置における強度を欠陥判定部３２に記録する（Ｓ５）。回折波と透過波とを区別する具体的方法は後述する。

そして、超音波送信素子６および超音波受信素子８を対向させた姿勢を維持しながら、これら超音波送信素子６および超音波受信素子８を被検査体１１の円筒の直径方向（Ｘ軸方向）に所定のスキャンピッチで移動する（Ｓ６）。これを１ラインのスキャンが終了するまで繰り返し、１ラインのスキャンが終了したと判断されたら（Ｓ７）、その１ラインのスキャンのなかで、所定の強度を超える超音波信号を検知した箇所が２か所存在するか否かを判定する（Ｓ８）。所定の強度を超える超音波信号を検知した箇所が２か所存在すると認められた場合（Ｓ８の判断がＹＥＳである場合）は、表示部３３に「ＯＫ」を表示し（Ｓ９）、２か所存在するとは認められなかった場合（Ｓ８の判断がＮＯである場合）は、表示部３３に「ＮＧ」を表示して（Ｓ１０）、処理を終了する。

次に、この検査方法について、超音波の伝搬形態、及び受信される超音波の区別方法等も含めて詳細に説明する。
超音波送信素子６と超音波受信素子８とが、被検査体１１を介して被検査体１１の円筒軸に直交する被検査体１１のＸ軸方向の直径を通る直線に関して対称に対向した位置（図１にＡ−Ａで示す１ラインスキャンの初期位置）に配置される。超音波送信素子６と超音波受信素子８とは、対向した状態に保持され、超音波送信素子６は被検査体１１に対してバースト又はパルス型超音波を送信する。この超音波送信素子６から送信された超音波は、被検査体１１内にガイド波を励起する角度以外の角度で到達した場合は、被検査体１１内を円筒状の周方向に沿って伝搬する超音波の強度が非常に小さくなるので、被検査体１１内を伝播する超音波信号としては超音波受信素子８で受信されないとみなしてよい。

図１のＡ−Ａで示す位置から超音波送信素子６および超音波受信素子８を対向させた状態のまま、その対向方向に直交する被検査体１１の直径方向（Ｘ軸方向）に移動しながら、超音波送信素子６から矢印で示すように超音波を送信する。この移動により、超音波送信素子６から送信され被検査体１１に到達する超音波は、被検査体１１の表面に対する送信方向の角度が徐々に変化する。超音波送信素子６から送信された超音波の、被検査体１１に対する送信方向の角度が、被検査体１１内にガイド波を励起する角度になると、被検査体１１内に入射した超音波がガイド波に変換され、被検査体１１を透過して周方向に伝搬する。例えば、被検査体１１が鉄製の円筒体である場合、屈折角が９０°を超える臨界角は、空気からの入射を考えると、約３．３°となる。そこで、入射角が約３．３°となる位置を超えてスキャンすることで、被検査体１１内をガイド波に変換されて伝搬する可能性のある角度範囲をすべてカバーすることができる。

このようにして超音波送信素子６から送信した超音波が被検査体１１内にガイド波として透過して伝搬するとき、超音波受信素子８は、超音波送信素子６と対向した姿勢に保持されて同期して移動する。したがって、超音波受信素子８の受信方向が被検査体１１に対して超音波送信素子６と同じ大きさの逆向きの角度となる姿勢で対向していることになる。このため、被検査体１１内を伝搬したガイド波がモード変換して被検査体１１の表面から出力される超音波を受信することができる。
図２がこの状態を模式化して示しており、超音波送信素子６からの超音波が被検査体１１にガイド波を励起する角度θで入射し、被検査体１１内を透過して周方向に伝搬して、同じ大きさの逆向きの角度θで超音波受信素子８に受信される。前述した鉄製の被検査体の場合、その入射角θで入射した超音波は、反対側に対向する超音波受信素子８には、被検査体１１をほぼ半周分伝搬した後に受信される。

超音波送信素子６および超音波受信素子８により被検査体１１を直径方向にスキャンしていくと、図２に示すように、被検査体１１の表面に直角に超音波が到達する位置を中心に、左右反対側でも同じように、超音波送信素子６からの超音波が被検査体１１にガイド波を励起する角度θで入射し、被検査体１１内を透過して周方向に伝搬して、同じ角度θ（大きさ同じで逆向きの角度）で超音波受信素子８に受信される位置が生じる。
したがって、超音波送信素子６および超音波受信素子８により被検査体１１を直径方向にスキャンすることで、被検査体１１内を伝搬した超音波を左右２か所（図２で示す位置）で受信することができる。

ところで、超音波受信素子８によって受信される超音波は、被検査体１１内を伝搬してきた超音波だけでなく、被検査体１１の外側の媒質（空気）中を経由して直接到達した超音波も含まれる。前者は透過波であり、後者は回折波である。
これら超音波のうち、被検査体１１内を伝搬する超音波（透過波）の音速は、被検査体１１の外側を経由して空中を伝搬してくる超音波（回折波）に比べて格段に速い。したがって、超音波受信素子８には被検査体１１内を伝搬してきた超音波（透過波）が先に到達し、空中を伝搬してきた超音波（回折波）がその後に到達する。

これら受信した超音波の信号を時間波形として図形化すると図４に示すようになる。この図４は、横軸が時間で、縦軸が信号の強度（振幅）を示す。超音波受信素子８には、先に、被検査体１１内を伝搬してきた透過波による第１超音波信号Ｕが発生し、その後、空中を伝搬してきた回折波による第２超音波信号Ｓが発生する。そこで、これらの信号Ｕ，Ｓを時間的に区別することにより、第１超音波信号Ｕを検知したときに、被検査体１１内を伝搬して得られた超音波信号であることが識別できる。この第１超音波信号Ｕの強度（振幅）が低下した場合には被検査体１１内に欠陥が存在していると判断できる。
つまり、第２超音波信号Ｓの前に生じる第１超音波信号Ｕの強度（振幅）が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上である場合に被検査体１１が正常で、所定値未満である場合に被検査体１１に欠陥が存在すると判定する。

この超音波信号Ｓと超音波信号Ｕとを区別する方法について具体的に述べる。
バーストまたはパルス型超音波の送信タイミングを０μｓｅｃとして、超音波送信素子６および超音波受信素子８の間に被検査体１１がない場合の超音波伝搬は、例えば空気を媒質として伝わってくるため、Ｃ＝（超音波送信素子および超音波受信素子間距離ｍｍ）／（空気の音速ｍ／ｓ）×１０００μｓｅｃの時刻で受信される。そこで図４に示すように、Ｃよりもｄμｓｅｃ早い時刻をＢμｓｅｃ、それよりｆμｓｅｃ早い時刻をＡμｓｅｃとし、ＡμｓｅｃからＢμｓｅｃの範囲の時間窓を設定する。このＡからＢまでの時間窓に収まる超音波信号をＵとする。例えばＣ＝１２５μｓｅｃの場合、Ａ＝１００μｓｅｃ，Ｂ＝１２４μｓｅｃ（ｄ＝１μｓｅｃ，ｆ＝２４μｓｅｃ）のように時間窓を設定し、この時間窓に入る信号を超音波信号Ｕとすることで、超音波信号Ｓと超音波信号Ｕを区別することが出来る。
図５に示すように時間窓がＣよりも前の時刻に来るように、０μｓｅｃからの遅延時間ｄの後に幅ｆの時間窓を設定する方法もある。

超音波振動Ｓと超音波信号Ｕとの区別方法について、図６を参照してさらに他の方法を以下に具体的に述べる。
被検査体１１内を伝搬してきた超音波（透過波）の強度（振幅）は、空中を伝搬してきた超音波（回折波）よりも小さい。そこで、超音波信号の強度についての閾値を第１超音波信号Ｕに対して、正常とする判定用に第１閾値α、第２超音波信号Ｓに対して第１閾値αより大きい第２閾値βの二つを設定しておく。超音波受信素子８で受信した超音波信号の強度が第１閾値α以上であった場合には、第２閾値β以上であるか否かを判定する。その超音波信号の強度が第２閾値β以上であると判定された場合に、その超音波信号を前述した第２超音波信号Ｓであると判定する。

そして、この第２超音波信号Ｓの前に、第２超音波信号Ｓより小さい強度の第１超音波信号Ｕを受信したか否かを判定する。つまり、図６に示すように、第２閾値β以上の第２超音波信号Ｓを検知するよりも所定時間（例えば５μｓ）前に第２閾値β未満で第１閾値α以上の超音波信号を検知していたときに、これを第１超音波信号Ｕであると判定し、この第１超音波信号Ｕが検知された場合に被検査体１１が正常であると判定する。第２超音波信号Ｓの前に第１閾値α以上の第１超音波信号Ｕが検知されなかった場合には、被検査体１１に欠陥があるか、あるいは被検査体１１を検査できていないと判定する。

図１及び図２に示すように、被検査体１１の直径方向に超音波送信素子６および超音波受信素子８をスキャンすることにより、２か所で被検査体１１内をガイド波の超音波が伝搬し、被検査体１１が正常な場合は図４に示すように二種類の超音波信号Ｕ，Ｓを検出することができる。一方、その２か所以外の位置では、被検査体１１への超音波の送信角度がガイド波を励起する角度ではないため、被検査体１１内を伝搬する第１超音波信号Ｕとしては検知されない。この場合、被検査体１１の外側を経由して受信される回折波による第２超音波信号Ｓのみが検知されるので、図７に示すような第２超音波信号Ｓのみの波形となる。また、図２に示す２か所の位置においても、被検査体１１内に欠陥がある場合には、第１閾値以上の第１超音波信号Ｕとしては検知されずに、第１閾値未満の超音波信号となる。
前述の検査方法では、この第１超音波信号Ｕが第１閾値以上で検知されたときに、被検査体１１が正常であると判定し、そうでない場合は、被検査体１１に欠陥があるか、あるいは超音波送信素子６および超音波受信素子８の送受信方向が被検査体１１内にガイド波を励起する角度で配置されていないと判定する。

以上説明した超音波検査方法においては、超音波送信素子６を円筒状被検査体１１の直径方向に移動するので、超音波送信素子６から送信した超音波が被検査体１１に対してガイド波を励起する角度で到達する位置で、超音波を被検査体１１内に周方向に伝搬させることができる。このとき、超音波受信素子８は、被検査体１１を挟んで超音波送信素子６と常に対向する位置に配置されており、被検査体１１から超音波を入射角と同じ角度（大きさが同じで向きが逆の角度）で受信することができ、その受信した超音波信号により被検査体１１内部を検査することができる。被検査体１１の直径が変わっても、設定の変更をせずに超音波検査することができる。

したがって、この超音波検査方法であれば、被検査体１１を構成する材料内の音速データが不明な場合や、異種材料の積層材からなる場合であっても、被検査体１１に対する入射角度の位置決め作業を不要とすることができる。また、超音波送信素子６および超音波受信素子８が常に対向した姿勢に保持されて被検査体１１をスキャンするので、被検査体１１の直径が途中で変化する場合であっても、入射角度の計算をすることなく被検査体１１内に超音波を入射して検査することができる。
特に、超音波送信素子６および超音波受信素子８としてポイントフォーカス型の探触子を用いていることにより、被検査体１１に所定の角度でフォーカスする超音波を送信するので、ガイド波への変換を確実にし、被検査体がテーパ状の筒体である場合も確実に検査することができる。

なお、被検査体内を伝搬する超音波（透過波）は、被検査体内を複数周伝搬する。そして、超音波送信素子６および超音波受信素子８が図２に示す配置のときに、超音波受信素子８には、被検査体１１内を周回するごとに超音波が受信されるが、一周以上周回してでてきた超音波信号は、被検査体１１の外側を通って受信した超音波信号（第２超音波信号Ｓ）と混在して識別し難いため、前述の検査においては、被検査体１１内を伝搬して最初に検知される超音波信号によって欠陥の有無を判定する。

ところで、前述したように、超音波受信素子８によって受信される超音波は、被検査体１１内を伝搬してきた超音波（透過波）だけでなく、被検査体１１の外側を経由して空中を伝搬してきた超音波（回折波）も含まれる。前述の実施形態では、受信される超音波信号の時間的なずれを利用して被検査体１１内を伝搬した超音波（第１超音波信号Ｕ）であるか否かを判定したが、欠陥が存在する場合に受信される超音波信号の強度が低下するため、被検査体１１内を伝搬した超音波信号のみによって検査することも可能である。その場合は、受信した超音波信号が前述した第１閾値αより大きい場合は正常で、第１閾値αより小さい場合には欠陥が存在していると判定する。

ただし、この検査方法を実施する場合は、被検査体１１の外部を経由して空中を伝搬してくる超音波（回折波）を超音波受信素子８で受信しないようにする必要がある。
そこで、図１０に示すように、被検査体１１の外側を通って超音波送信素子６から超音波受信素子８に到達する超音波信号を遮断するように被検査体１１の外周面上に遮蔽体４１を配置して超音波検査を行う。図１０に示す例では、超音波送信素子６と超音波受信素子８との対向方向に対して直交する方向に延びるブロック状の遮蔽体４１を被検査体１１の外周面に接した状態に配置している。遮蔽体４１としては、例えばアクリル樹脂やアルミニウムを用いることができる。
この遮蔽体４１を設けた状態で超音波検査することにより、前述した第２超音波信号Ｓ（図４参照）が受信されなくなり、第１超音波信号Ｕのみを有効に検出することができ、正確な超音波検査を実施することができる。

この遮蔽体４１を用いて超音波検査する場合、前述した第２超音波信号Ｓを受信しないので、図８に示すように被検査体１１内を１周以上周回して伝搬する超音波信号も受信して解析対象とすることが可能である。前述したように被検査体１１内を伝搬する超音波は被検査体１１のほぼ半周分を伝搬して超音波受信素子８に受信されるが、ほぼ１周半、２周半伝搬する超音波も受信して解析することにより、より精度の高い検査を実施することができる。なお、被検査体１１内を１周以上周回する超音波を受信して検査する場合、左右２か所で超音波信号を送受信しなくとも、そのいずれか一方のみで送受信することで検査してもよく、被検査体１１の直径方向の半分（右半分又は左半分）のみスキャンすればよい。

＜第２実施形態＞
以上の超音波検査は、被検査体１１の特定の横断位置を直径方向にスキャンして検査する方法であったが、被検査体１１の全長にわたって超音波検査する場合は、図１１に示すフローチャートにしたがって処理する。この図１１のフローチャートにおいて、図３のフローチャートと同じ処理の部分には同一符号を付して説明を簡略化する（以下、後述する図１２のフローチャートにおいても同様とする）。
被検査体１１の全長を超音波検査する場合、Ｓ１からＳ１０までの処理を被検査体１１の円筒の軸方向（Ｙ方向）に所定ピッチで移動しながら軸の終端まで繰り返せばよい。
すなわち、Ｓ１からＳ１０までの処理の後、その１ラインのスキャンが被検査体１１の軸終端であるか否かが判断され（Ｓ１１）、軸終端であると判断されなかった場合は、被検査体１１の軸方向に所定の送りピッチで超音波送信素子６および超音波受信素子８を移動し（Ｓ１２）、Ｓ１からの処理を繰り返す。

この図１１のフローチャートでは、１ラインのスキャンごとに表示部３３に「ＯＫ」又は「ＮＧ」の表示をするようにしたが、これに加えて、又はこれに代えて、被検査体１１の全長にわたって検査した後に、表示部３３に「ＯＫ」又は「ＮＧ」の表示をするようにしてもよい。あるいは、Ｓ８の１ラインのスキャンで所定の強度を超える箇所が２か所存在していたと判断されなかった（Ｓ８の判断がＮＯである）場合には、表示部３３に「ＮＧ」を表示するが、２か所存在していたと判断された（Ｓ８の判断がＹＥＳである）場合には、表示部３３に「ＯＫ」と表示することなく、Ｓ１１以降の処理をして、被検査体１１の軸方向に超音波送信素子６および超音波受信素子８を移動し、軸終端まで検査した後（１ラインごとのスキャンのすべてでＳ８の判断結果がＹＥＳである場合）に、表示部３３に「ＯＫ」と表示するようにしてもよい。
また、図１１では、Ｓ１０において表示部３３に「ＮＧ」と表示した後でも、被検査体１１を軸方向に移動して検査しているが、最初の１ラインスキャンの検査結果によりＳ１０で表示部３３に「ＮＧ」と表示されたら、その後の検査を終了してもよい。

＜第３実施形態＞
ところで、これまで述べてきたように、１ラインごとのスキャンで、所定の強度を超える超音波信号を２か所で検知したか否かを判断することで、被検査体１１の円周方向の大部分を超音波検査することができる。しかしながら、送信した超音波がガイド波に変換される入射角となる超音波送信素子６の配置は、被検査体１１の表面に対して送信方向がわずかに斜めになる位置関係であるので、被検査体１１に９０°の角度（つまり、超音波送信素子６が被検査体１１の直径方向の延長上に配置される角度）で超音波が入射する位置の付近では超音波が内部に入射してガイド波に変換しない。このため、この部分の超音波検査を実施することができない。

そこで、前述のようにして被検査体１１に対して一の直径方向にスキャンしながら超音波検査した後、被検査体１１を円筒軸中心Ｏに例えば９０°回転して、再度直径方向にスキャンしながら超音波検査する。
図１２のフローチャートで説明すると、Ｓ８で所定の強度を超える箇所が２か所存在したと判定された場合に、角度を変えてラインスキャンを２回繰り返したか否かが判定され（Ｓ１３）、２回繰り返していないと判定された場合は、被検査体１１を円筒軸心回りに例えば９０°回転した（Ｓ１４）後、再度Ｓ１からの検査を実施し、Ｓ１３で角度を変えて２回繰り返したと判定された場合に、表示部３３に「ＯＫ」と表示する。以降は、被検査体１１の円筒軸方向に所定の送りピッチで超音波送信素子６および超音波受信素子８を移動し（Ｓ１１）、Ｓ１からの処理を繰り返す。

このように、被検査体１１を軸中心に回転させて、被検査体１１に対する異なる二方向の直径方向でスキャンして超音波検査することにより、被検査体１１の全周を検査することができる。
そして、被検査体１１の特定の長さ方向位置で超音波検査した後、超音波送信素子６および超音波受信素子８を被検査体１１の長さ方向（Ｙ方向）に移動した後、前述と同様にして被検査体１１の直径方向にスキャンする。この操作を、超音波送信素子６および超音波受信素子８を被検査体１１の長さ方向（Ｙ方向）に少しずつ移動しながら繰り返すことにより、被検査体１１の全長にわたって超音波検査することができる。
なお、図１２では、Ｓ１０において表示部３３に「ＮＧ」と表示した後でも、被検査体１１を軸方向に移動して検査しているが、最初の１ラインスキャンの検査結果によりＳ１０で表示部３３に「ＮＧ」と表示されたら、その後の検査を終了してもよい。

＜第４実施形態＞
図１３は、本発明の超音波検査方法において、超音波送信素子６および超音波受信素子８のスキャン方法の異なる第４実施形態を示している。第１実施形態から第３実施形態の超音波検査方法では、一組の超音波送信素子６と超音波受信素子８とを用いて、これら超音波送信素子６および超音波受信素子８を対向させた状態で移動させた。第４実施形態では、超音波送信素子６と超音波受信素子８とを複数組用いて、これらをアレイ状に並べて使用する。
すなわち、複数組の超音波送信素子６と超音波受信素子８とが被検査体１１の直径方向（Ｘ軸方向）に並べられるとともに、各組の超音波送信素子６および超音波受信素子８は、被検査体１１を介してＺ軸上に離れて配置され、Ｚ軸方向に対向している。この状態で、各超音波送信素子６から被検査体１１に超音波を送信すると、送信方向が被検査体１１に対してガイド波を励起する角度（図２の角度θ参照）となった超音波送信素子６からの超音波が被検査体１１内に入射され、ガイド波として被検査体１１内を周方向に伝搬する。このとき、その超音波送信素子６と対向する超音波受信素子８も、入射角度と同じ大きさで逆向きの角度に設定されていることから、被検査体１１内を伝搬した超音波を受信することができる。図１３に示す例では、Ｂ−Ｂで示す位置において、超音波送信素子６から送信され被検査体１１内を伝搬した超音波が超音波受信素子８に受信される。

＜第５実施形態＞
また、超音波送信素子６と超音波受信素子８とのいずれか一方を被検査体１１の直径方向（Ｘ方向）にアレイ状に並べて複数配置し、他方に超音波送信素子６と超音波受信素子８とのいずれか他方を１個配置して、被検査体１１の直径方向（Ｘ方向）に移動しながら超音波検査する方法としてもよい。
図１４には、超音波受信素子８を被検査体１１の直径方向（Ｘ軸方向）にアレイ状に並べて配置し、超音波送信素子６を矢印で示す直径方向（Ｘ軸方向）に移動しながら超音波を送信して検査する方法を示している。この検査方法では、超音波送信素子６が被検査体１１に対してガイド波を励起する角度（図２の角度θ参照）で超音波を送信する位置に配置されたときに、アレイ状の超音波受信素子８のうち、超音波送信素子６の位置と対向する位置関係にある超音波受信素子８（図１４のＢ−Ｂで示す対向関係にある超音波受信素子）によって被検査体１１内を伝搬してきた超音波を受信することができる。
図１４では、１個の超音波送信素子６を被検査体１１の直径方向に移動し、複数個の超音波受信素子８を被検査体１１の直径方向に並べて配置したが、逆に、複数個の超音波送信素子６を被検査体１１の直径方向に並べて配置し、１個の超音波受信素子８を被検査体１１の直径方向に移動しながら超音波を受信する方法としてもよい。

＜第６実施形態＞
次に、図１５から図１７を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。上述した第３実施形態においては、被検査体１１に９０°の角度で超音波送信素子６からの超音波が入射する部分についても超音波検査を行うために、被検査体１１を円筒軸中心に９０°回転させて再度直径方向にスキャンして超音波検査を行うようにしている。

これに対して、第６実施形態においては、図１５および図１６に示すように、第３実施形態における超音波送信素子６および超音波受信素子８を被検査体１１の円筒軸を中心に９０°回転させた位置に、第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１の組を設けている。超音波送信素子６および超音波受信素子８による被検査体１１の図１５の左方向（Ｘ軸方向）のスキャンが完了すると、被検査体１１を円筒軸周りに回転させることなく、第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１を矢印方向にスキャンさせながら超音波送信素子６１から超音波を送信して、超音波送信素子６および超音波受信素子８によって超音波検査を行うことができなかった部分についても超音波検査を行うことができる。

すなわち、図１６に示すように、第２の超音波送信素子６１からの超音波が被検査体１１にガイド波を励起する角度θで入射し、被検査体１１内を透過して円周方向に伝搬して、同じ大きさの逆向きの角度θで出射して第２の超音波受信素子８１に受信される。第２の超音波送信素子６１から入射角θで入射した超音波は、反対側に対向する第２の超音波受信素子８１に、被検査体１１をほぼ半周分伝搬した後に受信される。この超音波の伝搬箇所には、超音波送信素子６からの超音波が９０°の角度で入射する部分も含まれるので、超音波送信素子６および超音波受信素子８によって超音波検査を行うことができなかった部分についても超音波検査を行うことができる。

なお、第６実施形態においては、超音波送信素子６および超音波受信素子８を被検査体１１の円筒軸を中心に９０°回転させた位置に、第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１の組を設けている。しかしながら、超音波送信素子６および超音波受信素子８と、第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１との配置位置は、被検査体１１の円筒軸を中心として９０°の角度だけ回転させた位置に限定されない。この角度は、３０°、４５°等の任意の角度でも良い。また、本実施形態においては、超音波送信素子および超音波受信素子を２組設けているが、２組に限らず、より多くの組を設けてもよい。

この第６実施形態の超音波検査方法に用いられる超音波検査装置について図１７を参照して説明する。図１７において、図９に示された超音波検査装置と同一の構成については同一の参照番号を付し、それらの説明は省略する。

図１７を参照すると、上述したとおり、第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１の組は、超音波送信素子６および超音波受信素子８を被検査体１１の円筒軸を中心に９０°回転させた位置に設けられている。第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１は、スキャン制御部３４によってＺ軸方向に駆動できるようになっている。第２の超音波送信素子６１は、超音波送信素子６と同様に、信号送信部７に接続される。第２の超音波送信素子６１は、信号送信部７から送信された超音波駆動信号により、被検査体１１に向けて超音波を送信する。第２の超音波受信素子８１は、超音波受信素子８と同様に、信号受信部９に接続される。第２の超音波受信素子８１は、超音波受信素子８と同様に、被検査体１１を伝搬して透過した超音波を受信して受信電圧信号として信号受信部９に送る。その他の動作は、図９に示された超音波検査装置と同様である。

この第６実施形態の検査方法を実施する場合は、図１０に示された超音波検査方法と同様に、超音波送信素子６１から被検査体１１の外部を経由して空中を伝搬してくる超音波（回折波）を超音波受信素子８１で受信しないようにすることが望ましい。
そこで、図１８に示すように、遮蔽体４１に加え、被検査体１１の外側を通って超音波送信素子６１から超音波受信素子８１に到達する超音波信号を遮断するように被検査体１１の外周面上に遮蔽体４２を配置して超音波検査を行う。図１８に示す例では、超音波送信素子６１と超音波受信素子８１との対向方向に対して直交する方向に延びるブロック状の遮蔽体４２を被検査体１１の外周面に接した状態に遮蔽体４１から９０°回転させた位置に配置している。遮蔽体４２としては、遮蔽体４１と同様に例えばアクリル樹脂やアルミニウムを用いることができる。

この遮蔽体４２を設けた状態で超音波検査することにより、超音波受信素子８１において前述した第２超音波信号Ｓ（図４参照）が受信されなくなり、第１超音波信号Ｕのみを有効に検出することができ、正確な超音波検査を実施することができる。

＜第７実施形態＞
図１９を参照して、本発明の第７実施形態の超音波検査方法を説明する。上述した第４実施形態においては、図１３に示すように、超音波送信素子６と超音波受信素子８とを複数組用いて、これらをアレイ状に並べて使用する。第７実施形態においては、第４実施形態の構成に加えて、第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１も複数組用いて、これらをアレイ状に並べて使用する。
すなわち、第４実施形態の構成に加え、複数組の超音波送信素子６１と超音波受信素子８１とが被検査体１１のＺ軸方向の直径方向に並べられるとともに、各組の超音波送信素子６１および超音波受信素子８１は、被検査体１１を介してＸ軸上に離れて配置され、Ｘ軸方向に対向している。すなわち、第７実施形態においては、複数組の超音波送信素子６１と超音波受信素子８１とが、複数組の超音波送信素子６と超音波受信素子８とを被検査体１１の円筒軸を中心に９０°回転させた位置に配置されている。

この状態で、各超音波送信素子６１から被検査体１１に超音波を送信すると、送信方向が被検査体１１に対してガイド波を励起する角度（図１６の角度θ参照）となった超音波送信素子６１からの超音波が被検査体１１内に入射され、ガイド波として被検査体１１内を周方向に伝搬する。このとき、その超音波送信素子６１と対向する超音波受信素子８１も、入射角度と同じ大きさで逆向きの角度に設定されていることから、被検査体１１内を伝搬して出射した超音波を受信することができる。図１９に示す例では、Ｃ−Ｃで示す位置において、超音波送信素子６１から送信され被検査体１１内を伝搬した超音波が超音波受信素子８１に受信される。

なお、第７実施形態においては、複数組の超音波送信素子６および超音波受信素子８を被検査体１１の円筒軸を中心に９０°回転させた位置に、複数組の第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１を設けている。しかしながら、複数組の超音波送信素子６および超音波受信素子８と、複数組の第２の超音波送信素子６１および第２の超音波受信素子８１との配置位置は、被検査体１１の円筒軸を中心として９０°の角度だけ回転させた位置に限定されない。この角度は、３０°、４５°等の任意の角度でも良い。また、本実施形態においては、複数組の超音波送信素子および超音波受信素子を２組設けているが、２組に限らず、より多くの組を設けてもよい。

＜第８実施形態＞
図２０を参照して、本発明の第８実施形態の超音波検査方法を説明する。上述した第５実施形態においては、図１４に示すように、超音波受信素子８を被検査体１１の直径方向（Ｘ軸方向）にアレイ状に並べて配置し、超音波送信素子６を矢印で示す直径方向（Ｘ軸方向）に移動しながら超音波を送信して検査する。第８実施形態においては、第５実施形態の構成に加えて、複数の超音波受信素子８１を被検査体１１のＺ軸方向の直径方向にアレイ状に並べて配置し、超音波送信素子６１を矢印で示すＺ軸方向に移動しながら超音波を送信して検査する。すなわち、第８実施形態においては、超音波送信素子６１と複数個の超音波受信素子８１とが、超音波送信素子６と複数個の超音波受信素子８とを被検査体１１の円筒軸を中心に９０°回転させた位置に配置されている。

この検査方法では、超音波送信素子６１が被検査体１１に対してガイド波を励起する角度（図２の角度θ参照）で超音波を送信する位置に配置されたときに、アレイ状の超音波受信素子８１のうち、超音波送信素子６１の位置と対向する位置関係にある超音波受信素子８１（図２０のＣ−Ｃで示す対向関係にある超音波受信素子）によって被検査体１１内を伝搬してきた超音波を受信することができる。

第８実施形態においては、１個の超音波送信素子６１を被検査体１１のＺ軸方向の直径方向に移動し、複数個の超音波受信素子８を被検査体１１のＺ軸方向の直径方向に並べて配置した。しかしながら、逆に、複数個の超音波送信素子６１を被検査体１１のＺ軸方向の直径方向に並べて配置し、１個の超音波受信素子８１を被検査体１１のＺ軸方向の直径方向に移動しながら超音波を受信する方法としてもよい。

なお、第８実施形態においては、１つの超音波送信素子６および複数の超音波受信素子８を被検査体１１の円筒軸を中心に９０°回転させた位置に、１つの超音波送信素子６１および複数の超音波受信素子８１の組を設けている。しかしながら、１つの超音波送信素子６および複数の超音波受信素子８の組と、１つの超音波送信素子６１および複数の超音波受信素子８１の組との配置位置は、被検査体１１の円筒軸を中心として９０°の角度だけ回転させた位置に限定されない。この角度は、３０°、４５°等の任意の角度でも良い。また、本実施形態においては、超音波送信素子および超音波受信素子を２組設けているが、２組に限らず、より多くの組を設けてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、受信した超音波信号の強度（振幅）に着目して第１超音波信号Ｕと第２超音波信号Ｓを区別したが、周波数特性に着目して第１超音波信号Ｕと第２超音波信号Ｓを区別してもよい。この場合、周波数解析して二つのピークのうち特定の周波数の方を選択する、あるいは、回折波は強度が非常に強いので強度の弱いほうのピークを選択するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、超音波送信素子および／または超音波受信素子をＸ方向及びＹ方向に移動するように説明したが、被検査体をＸ方向及びＹ方向に移動してもよい。

さらに、上述した実施形態において、被検査体１１は、円筒形状である例を示した。しかしながら、被検査体の形状は、筒状であれば、筒状軸と直交する断面が楕円形状でもよい。
被検査体の断面が楕円形状であって超音波送信素子６または超音波受信素子８をスキャンさせる場合には、その楕円形状の長軸または短軸と平行に超音波送信素子６または超音波受信素子８をスキャンさせればよい。また、被検査体の断面が楕円形状であって複数の超音波送信素子６または超音波受信素子８を並設する場合には、被検査体の断面の楕円形状の長軸または短軸と平行に複数の超音波送信素子６または超音波受信素子８を設ければよい。したがって、本明細書において、「円筒形状」という文言には、円筒形の筒だけでなく、楕円形の筒も含まれる。

本発明は、超音波による円筒形状の被検査体の内部検査に適用でき、円筒形状の被検査体に対する入射角の面倒な位置決め作業を不要とし、被検査体の材料内の音速データが不明な場合や被検査体が積層材からなる場合等でも被検査体の欠陥等を容易に検査することができる。

１ 超音波検査装置
２ パルサーレシーバー部
３ 探査部
４ 信号処理部
５ 信号発生器
６ 超音波送信素子（検査波送信機）
７ 信号送信部
８ 超音波受信素子
９ 信号受信部
１０ 受信信号増幅部
１１ 被検査体
２１ スキャン機構部
２２ ステージ
２３ Ｘ方向駆動部
２４ Ｙ方向駆動部
２５，２６ Ｚ方向駆動部
３１ 条件設定部
３２ 欠陥判定部
３３ 表示部
３４ スキャン制御部
３５ 操作部
４１ 遮蔽体

Claims (4)

1. 被検査体を検査する超音波検査方法であって、
   前記被検査体が間に配されるように、超音波送信素子と超音波受信素子とを対向させて配置し、
   前記超音波送信素子から超音波を発信し、
   前記発信された超音波を、前記被検査体を介して前記超音波受信素子で受信し、
   前記受信された超音波を、前記被検査体の透過波である第１超音波信号と、空中を伝搬してきた回折波による第２超音波信号とに時間的に区別し、
   前記区別する過程では、前記超音波受信素子で受信した超音波信号が超音波の強度の閾値である第１閾値以上であった場合には、当該超音波信号が当該第１閾値よりも大きい第２閾値以上であるか否かを判定し、前記超音波信号が前記第２閾値以上である場合には、前記超音波信号が前記第２超音波信号であると判定し、
   当該第２超音波信号の前に前記第１閾値以上の前記第１超音波信号を検知していたか否かに基づき前記被検査体を検査する
   超音波検査方法。
2. 前記回折波が前記超音波受信素子により受信される時刻よりも早い時刻に時間窓を設け、当該時間窓に入る信号を前記第１超音波信号とすることにより、前記第１超音波信号と前記第２超音波信号とを区別する
   請求項１に記載の超音波検査方法。
3. 当該第２超音波信号の前に前記第１閾値以上の前記第１超音波信号を検知された場合に前記被検査体が正常であると判定する
   請求項１または請求項２に記載の超音波検査方法。
4. 前記第１閾値以上の前記第１超音波信号が検知されなかった場合に前記被検査体に欠陥があると判定する
   請求項１または請求項２に記載の超音波検査方法。

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