超声波探伤装置及超声波探伤方法与流程

本发明涉及超声波探伤装置及超声波探伤方法。

背景技术：

超声波探伤试验(ut：ultrasonictesting)是能够非破坏性地确认构造材的表面及内部的健全性的技术，已成为各个领域中不可或缺的检查技术。通过排列压电元件而作为小型的超声波收发用超声波元件，并按照每个压电元件而错开时刻(延迟时间)地发送超声波而能够形成任意的波形的相控阵列超声波探伤试验(paut：phasedarrayut)，也被广泛用于工业用途。相控阵列超声波探伤技术与仅能够以规定的角度发送超声波的单眼探头相比，有可能能够用1次探伤而对大范围进行探伤、多角度地进行探伤、或对应复杂形状。因此，相控阵列超声波探伤技术在能够减少作业工序数这一点上有较大的魅力。

作为这样的技术，有日本的专利第5889742号公报(以下称作专利文献1)。

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，在焊接部等有各向异性或结晶粒粗大化的检查对象中，发生声音性的各向异性。在此情况下，根据超声波的传播路径，有声速及衰减系数根据该各向异性而变化的情况。这些变化作为由声音各向异性带来的超声波探伤时的误差，给检查结果带来影响。作为其对策，到目前为止提出了各种对策。

着眼于在焊接部和母材中在声音特性上发生变化，提出了：推算入射到焊接部中的超声波以规定的折射角弯曲而到达缺陷的路径并减小传播距离的误差的方法。但是，这需要作为推算的依据的历史数据(backdata)，且只是推算母材和焊接金属的预先设计的界面处的作用，不能整体上向拥有随机性的各向异性的对象应用。

所以，本发明的实施方式的目的是在超声波探伤中减少检查对象的各向异性的影响。

用来解决课题的手段

为了达到上述的目的，有关本实施方式的超声波探伤装置具备：超声波阵列探头，具有配设在规定的位置的多个超声波元件，上述规定位置为，接收发送超声波至检查对象并由上述检查对象反射的超声波的位置；推算形状反射波到达时间运算部，基于上述检查对象内的假定声速，运算推算形状反射波到达时间，上述推算形状反射波到达时间是，在以形状反射部位进行反射的情况下、推算形状反射波到达上述超声波元件的推算时间；实际形状反射波到达时间提取部，基于实际形状反射波而提取实际形状反射波到达时间，上述实际形状反射波是从用于发送超声波的上述超声波元件发送、在上述检查对象内传播并由上述形状反射部位反射、被各个用于超声波接收的上述超声波元件分别接收的反射波；形状反射波差分时间运算部，计算从上述推算形状反射波到达时间减去上述实际形状反射波到达时间后的差作为形状反射波差分时间；以及延迟时间运算部，考虑上述形状反射波差分时间而计算用来将上述超声波元件的各自的超声波的收发的时刻相互错开的延迟时间。

此外，有关本实施方式的超声波探伤方法具有：超声波发送接收步骤，超声波阵列探头具有的多个超声波元件分别向检查对象发送超声波，接收来自上述检查对象的反射波；推算形状反射波到达时间运算步骤，推算形状反射波到达时间运算部对基于上述检查对象内的假定声速的推算形状反射波到达时间进行运算；实际形状反射波到达时间提取步骤，实际形状反射波到达时间提取部基于实际形状反射波，提取实际形状反射波到达时间，实际形状反射波是从用于发送超声波的上述超声波元件发送、在上述检查对象内传播并被形状反射部位反射并被用于接收超声波的上述超声波元件接收的反射波；形状反射波差分时间运算步骤，形状反射波差分时间运算部计算上述推算形状反射波到达时间与上述实际形状反射波到达时间的差作为形状反射波差分时间；以及延迟时间运算步骤，延迟时间运算部考虑上述形状反射波差分时间，计算用来将由上述超声波元件各自进行的、收发上述超声波的时刻相互错开的延迟时间。

发明效果

根据本发明的实施方式，在超声波探伤中能够减轻检查对象的各向异性的影响。

附图说明

图1是表示有关实施方式的超声波探伤装置的构成的块图。

图2是说明有关实施方式的超声波探伤装置中的到达时间运算的图，图2(a)是体系图，图2(b)是表示从第1至第3超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。

图3是表示在有关实施方式的超声波探伤装置中考虑到延迟时间的各超声波元件中的接收信号的图。

图4是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的次序的流程图。

图5表示有关实施方式的超声波探伤方法中的各超声波元件中的超声波的各收发的状态，图5(a)是体系图，图5(b)是表示从第1超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。

图6表示有关实施方式的超声波探伤方法中的超声波的各收发的状态，图6(a)是体系图，图6(b)是表示从第2超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。

图7表示有关实施方式的超声波探伤方法中的超声波的各收发的状态，图7(a)是体系图，图7(b)是表示从第n超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。

图8是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的延迟时间运算的概念的构成图。

图9是表示使用斯涅尔法则的路径的说明图。

图10是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的推算形状反射波到达时间的图，是发送元件号码i＝1的情况。

图11是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的推算形状反射波到达时间的图，是发送元件号码i＝5的情况。

图12是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的推算形状反射波到达时间的图，是发送元件号码i＝10的情况。

图13是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的推算延迟时间运算的第1曲线图。

图14是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的推算延迟时间运算的第2曲线图。

图15是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的到达时间的提取的图。

图16是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的实际形状反射波到达时间的图，是发送元件号码i＝1的情况。

图17是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的实际形状反射波到达时间的图，是发送元件号码i＝5的情况。

图18是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的实际形状反射波到达时间的图，是发送元件号码i＝10的情况。

图19是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的形状反射波差分时间的图，是发送元件号码i＝1的情况。

图20是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的形状反射波差分时间的图，是发送元件号码i＝5的情况。

图21是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的形状反射波差分时间的图，是发送元件号码i＝10的情况。

图22是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的推算形状反射波强度运算的结果的图，是发送元件号码i＝1的情况。

图23是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的推算形状反射波强度运算的结果的图，是发送元件号码i＝5的情况。

图24是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的推算形状反射波强度运算的结果的图，是发送元件号码i＝10的情况。

图25是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的反射波强度提取时的反射波强度的计算方法的图。

图26是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的实际形状反射波强度提取的实际形状反射波强度的图，是发送元件号码i＝1的情况。

图27是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的实际形状反射波强度提取的实际形状反射波强度的图，是发送元件号码i＝5的情况。

图28是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的实际形状反射波强度提取的实际形状反射波强度的图，是发送元件号码i＝10的情况。

图29是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的形状反射波强度比的图，是发送元件号码i＝1的情况。

图30是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的形状反射波强度比的图，是发送元件号码i＝5的情况。

图31是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的形状反射波强度比的图，是发送元件号码i＝10的情况。

图32是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的合成运算的、进行了通过修正增益的修正的各超声波元件中的接收信号的图。

图33是说明在有关实施方式的超声波探伤方法中、进行强度的修正后的通常的合成的状态的图。

图34是说明在有关实施方式的超声波探伤方法中、在进行强度的修正后以形状反射波差分时间进行了修正的情况下的状态的图。

图35是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的由合成运算得到的合成波形的图。

图36是用来说明有关实施方式的超声波探伤方法中的图像化的显示了单一的波束的图。

图37是用来说明有关实施方式的超声波探伤方法中的图像化的表示合成波的波形图。

图38是用来说明有关实施方式的图像化的表示由线性扫描得到的多个波束的图。

图39是表示用来说明有关实施方式的超声波探伤方法中的图像化的图像的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的有关实施方式的超声波探伤装置及超声波探伤方法进行说明。这里，对于相互相同或类似的部分赋予共同的标号，省略重复说明。

图1是表示有关实施方式的超声波探伤装置的构成的块图。超声波探伤装置100通过超声波非破坏性地检测存在于检查对象1内部的缺陷2。超声波探伤装置100具有监视操作盘110、超声波阵列探头10、驱动超声波阵列探头10的驱动部15和检查对象信息取得部90。

超声波阵列探头10具有多个超声波元件11和保持它们的保持部12。超声波元件11由陶瓷或复合材料制成，是能够通过它们的压电效应来收发超声波的压电元件，或是由高分子膜形成的压电元件，或即使在此之外，只要是能够收发超声波的元件就可以。各个超声波元件11具有将超声波衰减的衰减部件和安装在前表面上的前面板，例如通常可以称作超声波探触件。

在超声波阵列探头10中，在规定的位置配设有向检查对象1发送超声波、并接收被检查对象1及缺陷2反射、散射的超声波的n个(n：自然数)超声波元件11。

以下，在超声波阵列探头10中，作为超声波元件11被配设在规定的位置处的情况，以将通常被称作线性阵列探头的超声波元件11在第1方向上一维地排列的情况为例来表示，但并不限定于此。作为配设在规定的位置处的情况，例如，超声波阵列探头10也可以是其他类型的构成的阵列探头。或者也可以是将多个类型组合使用的所谓的串列(tandem)探伤。

作为其他类型，可以举出：在线性阵列探头的进深方向(与第1方向垂直的第2方向)上将超声波元件以不均匀的大小分割的1.5维阵列探头；将超声波元件11在第1方向及第2方向上二维地排列的矩阵阵列探头；第1方向是环状、超声波元件11排列为同心圆状的环形阵列探头；将环形阵列探头的多个超声波元件11在周向上分割的分割型环形阵列探头；将超声波元件11不均匀地配置的不均匀阵列探头；第1方向是圆弧状、在其周向位置配置超声波元件11的圆弧状阵列探头；及在球面的表面上配置超声波元件11的球状阵列探头等。

另外，将超声波阵列探头10设为包含：通过使用填缝(caulking)或衬垫(packing)而使得不论在空气中的环境还是液体中的环境都能够利用的部件。

驱动部15例如一边把持保持部12，一边使超声波阵列探头10绕检查对象1移动驱动。

为了使超声波以指向性较高的角度向检查对象1入射，有使用楔子(未图示)的情况。在楔子中，可以使用丙烯、聚酰亚胺、凝胶及其他高分子等在超声波能够传播的同时能够掌握声音阻抗的各向同性材料。此外，在楔子中，也可以使用与前面板声音阻抗接近或相同的材质。或者，在楔子中，也可以使用与检查对象1声音阻抗接近或相同的材质。此外，也可以是阶段性或渐次性地使声音阻抗变化的复合材料。

进而，也可以在楔子的内外配置衰减材料、或设置山型的消波形状的部件、或具有降低多重反射的机构，以免楔子内的多重反射波给探伤结果带来影响。另外，在以下的说明中，省略了使超声波从超声波阵列探头10向检查对象1入射时的楔子的记载、图示。

超声波阵列探头10与楔子之间、楔子与检查对象1之间或超声波阵列探头10与检查对象1之间通过声音接触介质5在声音上耦合，即声音能够大致全量通过。声音接触介质5例如是水或甘油、机油、蓖麻油、丙烯、聚苯乙烯、凝胶等，如果是它们以外，只要是能够传播超声波的介质也能够使用。另外，在以下的说明中，也有当使超声波从超声波阵列探头10向检查对象1入射时省略声音接触介质5的记载的情况。

检查对象信息取得部90获得检查对象1的形状等关于检查对象1的信息，向监视操作盘110内的输入部80输出。检查对象信息取得部90是取得关于检查对象1的信息的机构的总称。具体而言，是用来取得检查对象1的外观数据的三维照相机、用来掌握检查对象1的温度分布的代表部位的温度的计测机构及基于代表部位的温度的检查对象1内的温度分布运算机构等。检查对象信息取得部90在需要取得无法容易地达到的地方的检查对象1的形状、尺寸、温度等的信息的情况下设置。因而，在关于检查对象1的这些信息已知的情况或能够容易地掌握的情况下，也未必一定设置。

监视操作盘110具有发送接收部20、运算部30、存储部50、控制部60、显示部70和输入部80。监视操作盘110包含以所谓的pc(personalcomputer)为代表的、具有能够通用地进行运算及数据通信的功能的装置，构成为将所搭载的各部分内置，或能够用通信线缆连接。

发送接收部20具有电位差施加部21、合切部22及ad变换部23。

电位差施加部21能够施加使超声波元件11产生振动的电位差。合切部22使所选择的超声波元件11和电位差施加部21成为导通状态或成为非导通状态，即，进行向超声波元件11施加电位差的状态和不施加的状态的切换。

电位差施加部21对于由合切部22设为导通状态的超声波元件11施加任意波形的电压。施加电压的波形有正弦波、锯齿波、矩形波、尖脉冲等，既可以是拥有正负两极的值的所谓双极的波形，也可以是正负某一方的极性的单极的波形。此外，也可以附加正负某一方的偏移量。此外，波形也可以是单脉冲、脉冲串或连续波等，还可以能够增减施加时间及重复波数。

ad变换部23由于超声波元件11接收到的反射波是模拟信号、即相对于时间连续的信号，所以为了运算部30中的数字处理，将模拟信号变换为数字信号。

输入部80接受来自外部及检查对象信息取得部90的输入。作为输入，是检查对象1的形状、尺寸、材质等的关于检查对象1的属性的信息，及检查对象1的温度等的关于检查对象1的状态的信息等。由输入部80接受到的关于检查对象1的信息被保存至后述的存储部50的检查对象信息存储部52。

显示部70基于来自发送接收部20、运算部30及存储部50的信息，以检查结果的图像为代表，将为了检查员等所需要的信息基于进展顺序有计划地、或根据请求而显示。显示部70只要能够显示数字数据就可以，也可以是液晶显示装置、投影机、阴极射线管等。此外，显示部70也可以具有根据设定的条件通过声音或发光产生警报、或作为触摸面板输入操作等的用户接口功能。

存储部50具有信号处理信息存储部51及检查对象信息存储部52。信号处理信息存储部51保存：发送接收部20的ad变换部23将超声波阵列探头10接收到的反射波进行ad变换后的反射波的信息即反射波的数字数据；及在运算部30中在各个要素中运算处理的结果。检查对象信息存储部52存储：由输入部80接受到的关于检查对象1的信息。

控制部60对监视操作盘110内的各构成要素的进展状态进行监视，以使监视操作盘110内的各构成要素中的各个处理一边作为整体而进行整合一边推进，控制各个处理的时刻等。

运算部30基于发送来自超声波元件11的超声波的时刻的决定及接收到的波形，进行合成图像数据的制作等。运算部30具有声速运算部31、延迟时间运算部32、推算形状反射波到达时间运算部33、实际形状反射波到达时间提取部34、形状反射波差分时间运算部35、实际声速运算部36、推算形状反射波强度运算部37、实际形状反射波强度提取部38、形状反射波强度比运算部39、合成运算部40和图像运算部41。

声速运算部31基于保存在检查对象信息存储部52中的、关于检查对象的形状、尺寸、温度、材质等的信息，计算检查对象1中的假定声速vs。在声速运算部31中，推测检查对象1及声音接触介质5是不论方向及位置如何都拥有均匀的声速的各向同性材料，计算各自的假定声速vs。

延迟时间运算部32基于后述的假想延迟时间及形状反射波差分时间，计算为了使得从各个超声波元件11发送的超声波集束于焦点3(图2)所需要的、用来将收发的时刻相互错开的延迟时间。

图2是说明到达时间运算的图，图2(a)是体系图，图2(b)是表示从第1至第3超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。另外，uf(i，j)的显示所表示的是：从第i个超声波元件11发送、由第j个超声波元件11接收到的反射波的波形。如左侧的图那样，即使将第1至第3超声波元件11的发送时刻错开以集束于焦点3，由于接收的路径的传播时间不同，所以也如右侧的图那样，反射信号的到达时刻离散。

另外，在超声波探伤装置100中，在此情况下，通过将以3个为一组的超声波元件11例如首先(1，2，3)，接着(2，3，4)，接着(3，4，5)，…，(n－2，n－1，n)这样依次一个个错开，在长度方向上扫描。

图3是表示考虑到延迟时间的各超声波元件中的接收信号的图。这样，通过考虑发送侧的延迟时间和接收侧的延迟时间的两者的延迟时间，各接收波的波形uf(i，j)中的反射波的时刻一致。即，对于由各超声波元件11进行的接收，反射波的到达时刻相互一致。

推算形状反射波到达时间运算部33基于保存在检查对象信息存储部52中的检查对象1的形状、尺寸，在声速运算部31中计算出的声音接触介质5、检查对象1等中的假定声速vs等，发送超声波，运算作为推算形状反射波rs(i，j)到达接收侧的超声波元件11的推算时间的推算形状反射波到达时间ts(i，j)。

这里，所谓推算形状反射波rs(i，j)，是推算的形状反射波，所谓形状反射波，是指在从第i个超声波元件11发送、由第j个超声波元件11接收到的波形中包含有由形状反射部位反射的反射波的接收波。由形状反射部分反射的反射波与图3所示的反射波对应。

此外，所谓形状反射部位，是指与检查对象1的整体形状相关的形状部分，或在检查对象1中代表性的部分。形状反射部位例如也可以是与入射面对置的背侧的面，或者相互不同的材料的情况下的边界面、角部、孔(冷却孔等)等。作为反射面的形状反射部位的形状不需要限定为平面。

在推算形状反射波到达时间运算部33中，根据假定声速vs和在各收发中使用的超声波元件11的坐标及推算形状反射波rs(i，j)的反射源的位置关系，运算从各超声波元件11发送的超声波直至作为推算形状反射波rs(i，j)被各超声波元件11接收为止所需要的推算形状反射波到达时间ts(i，j)。

传播时间的运算方法既可以是通常的声线跟踪那样的射线跟踪法，也可以使用有限元分析那样的数值解析。这里得到的推算形状反射波到达时间为ts(i，j)。

实际形状反射波到达时间提取部34提取保存在信号处理信息存储部51中的实际的反射波数据，即对于从在超声波发送中使用的第i个(i＝1，2，3，…，n)超声波元件11发送、在检查对象1内传播并被形状反射部位反射、由在超声波接收中使用的第j个(j＝1，2，3，…，n)超声波元件11接收到的实际形状反射波rr(i，j)，提取它们到达的实际形状反射波到达时间tr(i，j)。以下，(i，j)的显示同样意味着从第i个发送、第j个接收的组合。

形状反射波差分时间运算部35计算从推算形状反射波到达时间ts(i，j)减去实际形状反射波到达时间tr(i，j)的差作为形状反射波差分时间td(i，j)。

实际声速运算部36将推算形状反射波到达时间ts(i，j)相对于实际形状反射波到达时间tr(i，j)的比乘以由声速运算部31计算出的假定声速vs(i，j)，计算实际声速va(i，j)。

推算形状反射波强度运算部37基于保存在检查对象信息存储部52中的关于检查对象1的信息，模拟超声波的传播时的衰减等，运算作为由超声波元件11接收的超声波的强度的推算形状反射波强度is(i，j)。

实际形状反射波强度提取部38提取实际形状反射波rr(i，j)中的实际形状反射波强度ir(i，j)。

形状反射波强度比运算部39计算推算形状反射波强度is(i，j)与实际形状反射波强度ir(i，j)的比，作为形状反射波强度比id(i，j)。

合成运算部40将各超声波元件11接收到的接收波按照延迟时间匹配于反射波的到达时刻后进行合成，得到合成波形m。

图像运算部41基于合成波形m、超声波束的传播路径和传播路径上的声速，运算显示用的图像数据。

图4是表示有关实施方式的超声波探伤方法中的次序的流程图。

首先，进行推算声速运算(步骤s11)。即，声速运算部31基于保存在检查对象信息存储部52中的关于检查对象1的信息，计算检查对象1及声音接触介质5的各自中的假定声速vs。

此外，将超声波阵列探头10向检查对象1设置(步骤s12)。此时，根据需要，将声音接触介质5设置到检查对象1与超声波阵列探头10之间。驱动部15把持超声波阵列探头10的保持部12，将超声波阵列探头10设定到规定的位置。

接着，进行与探伤条件对应的超声波的收发(步骤s13)。当将超声波发送时，通过从超声波阵列探头10中的1个以上的超声波元件11照射超声波、由1个以上的超声波元件11分别接收超声波，能够得到由各个组合形成的超声波波形uf(i，j)。

另外，步骤s13需要在步骤s12之后进行，而步骤s11与步骤s12或步骤s13不限制前后关系。

图5表示有关实施方式的超声波探伤方法中的各超声波元件中的超声波的各收发的状态，图5(a)是体系图，图5(b)是表示从第1超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。图6同样是表示从第2超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。此外，图7是表示从第n超声波元件发送的情况下的各超声波元件中的接收信号的图。

通过从第1超声波元件11发送、由第1至第n超声波元件11接收，如图5所示，得到超声波波形uf(1，1)至超声波波形uf(1，n)。此外，通过从第2超声波元件11发送、由第1至第n超声波元件11接收，如图6所示，得到超声波波形uf(2，1)至超声波波形uf(2，n)。同样，通过从第n超声波元件11发送、由第1至第n超声波元件11接收，如图5所示，得到超声波波形uf(n，1)至超声波波形uf(n，n)。

这样，在使用具有n个超声波元件11的超声波阵列探头10的情况下，如果一边由n个超声波元件11接收一边依次改变发送元件，最大收录n×n图案的超声波波形。这里，在接收中，作为专用独立的超声波元件11，仅将用于发送的超声波元件11设为多个也是可以的。此外，也可以花费延迟时间而进行超声波的平面波化、集束、扩散等。

入射到检查对象1中的超声波被检查对象1的表面、以及存在于检查对象1的内部及表面的以龟裂或夹杂物等为代表的缺陷2反射、散射，该被反射的超声波被超声波阵列探头10的超声波元件11接收。

在步骤s13后，进行在以下分别说明详细情况的、用于时间关系的修正的运算(步骤s20)及用于强度关系的修正的运算(步骤s30)。这里，步骤s20和步骤s30的前后关系没有限制。

作为时间关系的修正运算(步骤s20)，首先，推算形状反射波到达时间运算部33进行推算形状反射波到达时间的计算(步骤s21)。推算形状反射波到达时间运算部33推定检查对象1为不论方向及位置如何都拥有均匀的声音特性的各向同性材料，根据在各收发中使用的超声波元件11的坐标及推算形状反射波rs(i，j)的反射源的位置关系，推算到从各超声波元件11发送的超声波进行形状反射而被各超声波元件11接收到的时间。

图8是说明延迟时间运算的概念的构成图。例如从多个超声波元件11、例如e1至ek的k个的超声波元件11发送超声波，以集束于焦点3。在图8中，表示k是7的情况。

这里，设处于作为第i个超声波元件11的从ei到焦点3的路径上的网格k(k＝1，2，…，k)的各自处的超声波的传播长度为lk，设传播速度为vk(k＝1，2，…，k)。另外，传播长度l1基于超声波元件11的中心来计算。从第i个超声波元件11到焦点3的传播时间t用以下的式(1)计算。

t＝σ(lk/vk)…(1)

其中，σ是k从1到k的合计。

在推算形状反射波到达时间运算部33中，在相同材料中，假定为均匀而运算。即，在被发送而到被反射之前的超声波传播的路径例如是声音接触介质5及检查对象1的情况下，不对其分别进行网格分割。即，是k＝2。在此情况下，关于声音接触介质5及检查对象1分别设定假定声速vs，计算推算形状反射波到达时间ts(i，j)。

在将声音接触介质5设置在超声波阵列探头10与检查对象1之间的情况下，使用斯涅耳法则计算超声波从各超声波元件11向检查对象1入射的点，分别使用声音接触介质5和检查对象1的声速，运算在各自的传播中需要的飞行时间后计算延迟时间。

图9是使用斯涅耳法则的路径的说明图。从包括检查对象1的体系的介质a(相当于声音接触介质5)内的起点pa到介质b(相当于检查对象1)内的终点pb的路径可以使用斯涅耳法则决定。现在，设介质a内的声速为va，设介质b内的声速为vb，设从介质a向介质b入射时的入射角为θa，设折射角为θb。此时，从介质a内的起点pa到介质b内的终点pb的路径可以决定1个满足以下的式(2)的入射点w，结果能够决定路径。

sinθa/sinθb＝va/vb…(2)

此时使用的检查对象1的表面形状s并不仅限于通常的平面或倾斜的平面，即使有曲率或凹凸部，也能够考虑到上述曲率或凹凸部地进行几何计算。这可以通过在使用斯涅耳法则的入射点w而进行计算时对超声波入射的表面的点的角度信息进行反映来实现。检查对象1的表面形状s被从检查对象信息取得部90或直接从外部向输入部80输入，包含在保存于检查对象信息存储部52中的检查对象信息中。

图10是说明推算形状反射波到达时间的图，图10(a)所示的是发送元件号码i＝1的情况，图11是发送元件号码i＝5的情况，此外，图12是发送元件号码i＝10的情况。各图的(b)的横轴是接收的超声波元件11的号码(j)，显示为时间[μs]的纵轴是各个接收元件中的推算形状反射波到达时间ts(i，j)。

从某个超声波元件产生的超声波如图10至图12所示，被某个形状部分反射，成为推算形状反射波rs(i，j)而被各超声波元件接收。在图10至图12中，表示了检查对象1的底面、即与超声波的入射面对置的背侧的面是形状部分的情况。

从第i个超声波元件11发送、由形状部分反射、由第j个超声波元件11接收到的超声波被作为推算形状反射波rs(i，j)得到。这里，从第i个超声波元件11发送、由形状部分反射的推算形状反射波rs(i，j)到达接收的第j个超声波元件11的时间被作为推算形状反射波到达时间ts(i，j)给出。推算形状反射波到达时间ts(i，j)是将从第i个超声波元件11经过形状部分处的反射位置而到达第j个超声波元件11的声音接触介质5及检查对象1内的路径的长度除以各自的假定声速vs的值。

如图10所示，在发送元件号码i是1的情况下，在推算形状反射波到达时间ts(1，j)中的接收元件号码j是1的情况下，路径最短，推算形状反射波到达时间ts(1，1)最小。如图11所示，在发送元件号码i是5的情况下，在推算形状反射波到达时间ts(5，j)中的接收元件号码j是5的情况下，路径最短，推算形状反射波到达时间ts(5，5)最小。此外，如图12所示，在发送元件号码i是10的情况下，在推算形状反射波到达时间ts(10，j)中的接收元件号码j是10的情况下，路径最短，推算形状反射波到达时间ts(10，10)最小。即，图10至图12其形状部分是平板上的底面，但如果假定来自平板的底面回波，则在i＝j时，路径最短，成为最短的到达时间。

接着，延迟时间运算部32进行推算延迟时间的计算(步骤s22)。

图13是说明推算延迟时间运算的第1曲线图。表示了进行收发的超声波元件11的数量与图8同样设为7的情况。图13的纵轴表示从焦点3(图8)到各个超声波元件11的超声波的传播时间。

推算延迟时间是：在假定为声音接触介质5及各个检查对象1中的假定声速vs是一定的情况下，当如图8所示那样使用超声波阵列探头10的多个超声波元件11(例如在图8中是e1～e7的7个)使超声波集束于焦点3时，对各超声波元件11设定的延迟时间。由于在推算延迟时间的计算时将假定声速vs设为一定值，所以关于该推算延迟时间，能够基于超声波阵列探头10的多个超声波元件11的配置及排列、还有焦点3相对于超声波阵列探头10的位置(探伤角度及探伤深度)等的几何信息决定。即，推算延迟时间是将假定声速vs假定为是一定的情况下的、根据几何形状推算的延迟时间。

在图8中，由于e1从焦点3最远离，所以向焦点3的传播时间在e1是发送超声波的超声波元件11的情况下最长，关于e2至e7分别为超声波元件11的情况下的传播时间，比关于e1的传播时间短。在图13中，将各自的传播时间用实线表示，将从关于e1的传播时间减去关于ei的传播时间后的值作为关于ei的推算延迟时间而用虚线表示。

图14是说明推算延迟时间运算的第2曲线图，表示在图13中用虚线表示的推算延迟时间。

通过对于超声波阵列探头10的多个超声波元件11像这样地设定推算延迟时间，在将假定声速vs假定为一定的情况下，能够由多个超声波元件11收发集束于焦点3的超声波。另外，此时可以基于使用的多个超声波元件11的配置预先定义基准点，在这样定义基准点的情况下，可以作为由多个超声波元件11从基准点对焦点3收发超声波波束来处置。

接着，实际形状反射波到达时间提取部34进行实际形状反射波的到达时间的提取(步骤s23)。

图15是说明有关实施方式的超声波探伤方法中的到达时间的提取的图。实际形状反射波到达时间提取部34如图15所示，基于保存在信号处理信息存储部51中的实际形状反射波rr(i，j)的波形uf(i，j)，提取关于保存有该波形的超声波的到达时间的信息，决定到达时间。

现在，作为将实际形状反射波rr(i，j)的典型的波形简单化的波形，如果以向正侧以脉冲状上升后、向负侧以脉冲状下降的情况为例，则作为到达时间的决定方法，例如有以下的方法。

第1方法是以最初的正侧的脉冲最初到达阈值的时刻作为实际形状反射波rr(i，j)的到达的时刻的方法。

第2方法是以最初的正侧的脉冲到达最大值的时刻作为实际形状反射波rr(i，j)的到达的时刻的方法。

第3方法是以最初的正侧的脉冲转至负侧的时刻，具体而言，是以与接收波的恒常平均水平交叉的时刻作为实际形状反射波rr(i，j)的到达的时刻的方法。

除此以外，只要是能够稳定地判定的方法，也可以是上述方法以外的方法。此外，关于通过1次测量而得到的波形uf(i，j)(i，j＝1，…，n)的组，提取方法是共同的。另外，在相互不同的测量中得到的波形uf(i，j)的相互间也优选的是提取方法共同，但并不限定于此。这样，决定方法没有限定，所以将在本步骤中使用的运算部30的要素称作实际形状反射波到达时间提取部34。

图16是表示实际形状反射波到达时间的图，图16(a)所示的是发送元件号码i＝1的情况，图17是发送元件号码i＝5的情况，图18是发送元件号码i＝10的情况。在各图(b)中，将实际形状反射波到达时间用实线表示，为了比较，将推算形状反射波到达时间用虚线表示。关于推算形状反射波到达时间ts(i，j)，由于将声音接触介质5及检查对象1的各自中的假定声速vs设为一定值，所以传播时间仅由路径长度决定，所以接收元件号码j的超声波元件11中的推算形状反射波到达时间ts(i，j)为比较简单的关系。

另一方面，在检查对象1是根据位置及方向在声速上会发生偏差的各向异性材料的情况下，或者在检查对象1内有温度分布的情况下，可以想到实际声速va在每个检查对象1内会有微妙的不同。在此情况下，超声波的路径也从直线的路径偏离。其结果，基于实际的应答波形uf(i，j)得到的接收元件号码j的各个超声波元件11的实际形状反射波到达时间tr(i，j)从推算形状反射波到达时间ts(i，j)偏离。

接着，形状反射波差分时间运算部35进行形状反射波差分时间的运算(步骤s24)。形状反射波差分时间运算部35运算由推算形状反射波到达时间运算部33得到的推算形状反射波到达时间ts(i，j)与由实际形状反射波到达时间提取部34得到的实际形状反射波到达时间tr(i，j)的形状反射波差分时间td(i，j)。具体而言，形状反射波差分时间运算部35在同一元件的组合彼此间计算实际形状反射波到达时间tr(i，j)与推算形状反射波到达时间ts(i，j)的差，得到形状反射波差分时间td(i，j)。

图19是说明形状反射波差分时间的图，是发送元件号码i＝1的情况，

图20是发送元件号码i＝5的情况，此外，图21是发送元件号码i＝10的情况。该形状反射波差分时间td(i，j)如图19至图21所示，可以取正负的两极的值。

这里得到的形状反射波差分时间td(i，j)能够反映至用来得到合成波形m的图解中。如上述那样，由于推算延迟时间基于假定了各向同性材料的假定声速vs来计算，所以在检查对象1拥有各向异性的情况下不能得到理想的合成波形m。所以，延迟时间运算部32通过进行对推算延迟时间加减形状反射波差分时间td(i，j)的修正来计算延迟时间。这样，延迟时间运算部32相对于推算延迟时间考虑形状反射波差分时间td(i，j)来计算延迟时间，通过合成运算部40将各超声波元件11接收到的接收波按照该延迟时间合成，能够得到减小了各向异性的合成波形m。

这里，形状反射波差分时间td(i，j)由于通过从实际形状反射波到达时间tr(i，j)减去推算形状反射波到达时间ts(i，j)而得到，所以在形状反射波差分时间td(i，j)为负的情况下，表示实际形状反射波以比假定早的时间到达，所以作为延迟时间而成为增量。相反，在实际形状反射波比推算晚到达的情况下，延迟时间成为减量。形状反射波差分时间td(i，j)在合成运算中可以作为延迟时间的修正量使用。

另外，例如在焦点3的焦点深度相对于背侧的面较浅的情况下等，从超声波元件11到焦点3的距离，相对于从超声波元件11到产生推算形状反射波rs(i，j)的形状部分的距离而短很多的情况下，如果对推算延迟时间简单地加减形状反射波差分时间td(i，j)，则考虑到形状反射波差分时间td(i，j)的修正变得过大，所以也可以将由延迟时间运算部32进行的延迟时间的计算构成为，在对形状反射波差分时间td(i，j)乘以加权系数后对推算延迟时间加减。关于这样的加权系数，除了由从超声波元件11到焦点3的距离与到形状部分的距离的比决定以外，还能够通过实验或模拟等预先适当决定。此外，也可以将加权系数设为从超声波元件11到焦点3的距离相对于到形状部分的距离的比率的函数。

接着，实际声速运算部36进行实际声速的运算(步骤s25)。

在步骤s21中得到的推算形状反射波到达时间ts(i，j)和在步骤s23中得到的实际形状反射波到达时间tr(i，j)，如果发送元件号码i和接收元件号码j分别一致，则可以近似地看作经过了相同的传播路径。因此，根据实际形状反射波到达时间tr(i，j)与推算形状反射波到达时间ts(i，j)的比，实际声速运算部36能够推算实际声速va(i，j)。

例如，当将实际形状反射波到达时间tr(i，j)用推算形状反射波到达时间ts(i，j)标准化时，如果其值是2，则将实际声速va(i，j)运算为对vi乘以其倒数后的值(0.5vi)。此时，在传播路径中设置有声速可靠地为一定的部分(声音接触介质等)的情况下，需要用减去了声音接触介质中的传播时间量之后的值来求出比值。此外，这里得到的实际声速va(i，j)由于与收发的超声波元件的组合对应，所以在使用对应的超声波元件的收发波形的情况下的延迟时间运算中也可以使用实际声速va(i，j)。

这里得到的实际声速va(i，j)在探伤图像运算中也能够作为检查对象1内的声速使用。即，发送的超声波的检查对象1内的各位置处的波形的时间变化，可以使用该实际声速va(i，j)和发送后的到各位置的路径长度来计算。

此外，作为强度关系的修正运算(步骤s30)，首先，推算形状反射波强度运算部37进行推算形状反射波强度的计算(步骤s31)。

在推算形状反射波强度运算部37中，推定检查对象1为不论方向及位置如何都拥有均匀的声音特性的各向同性材料，根据在各收发中使用的超声波元件11的坐标及推算形状反射波rs(i，j)的反射源的位置关系，推算从各超声波元件11发送的超声波作为形状反射而被各超声波元件11接收时的强度。

在该推算时，可以考虑入射的超声波的频率及与检查对象1的弹性特性对应的传播衰减、因声场扩大带来的扩散衰减、推算形状反射波rs(i，j)被反射的形状部的形状及从纵波向横波变换的模式变换效率等。在该运算中使用的方法既可以是通常的声线跟踪那样的射线跟踪法，也可以使用有限元分析那样的数值解析。此外，此时计算的推算形状反射波rs(i，j)的音源不需要限定于例示的来自底面的反射波，也可以是设置在检查对象1上的角部或孔(冷却孔等)，这与步骤s21中的推算形状反射波到达时间运算部33是同样的。这样，推算形状反射波强度运算部37计算推算形状反射波强度is(i，j)。

图22是表示推算形状反射波强度运算的结果的图，图22(a)所示的是发送元件号码i＝1的情况，图23是发送元件号码i＝5的情况，此外，图24是发送元件号码i＝10的情况。如各图(b)所示，如果假定来自平板的底面回波，则在i＝j时，贡献于衰减等的路径长度成为最小，推算形状反射波强度is(i，j)成为最大。

接着，实际形状反射波强度提取部38进行实际形状反射波强度ir(i，j)的提取(步骤s32)。

图25是说明反射波强度提取时的反射波强度的计算方法的图。

实际形状反射波强度提取部38如图15所示，基于保存在信号处理信息存储部51中的实际形状反射波rr(i，j)的波形uf(i，j)，计算该波形中的反射波的部分的强度ir(i，j)。

现在，与步骤s23同样，作为将实际形状反射波rr(i，j)的典型的波形uf(i，j)简单化的波形，以向正侧以脉冲状上升后、向负侧以脉冲状下降的情况为例。作为强度的计算方法，例如有如以下的例子中所示的方法。

第1方法是将波形uf(i，j)的最初的正侧的峰值与恒常平均水平的差的绝对值ir1设为强度ir(i，j)的方法。

第2方法是将波形uf(i，j)的恒常平均水平与负侧的峰值的差的绝对值ir2设为强度ir(i，j)的方法。

第3方法是将波形uf(i，j)的正侧的峰值与负侧的峰值的差的绝对值ir3设为强度ir(i，j)的方法。

第4方法是将在波形uf(i，j)中通过某个时间区域的时间积分得到的结果的绝对值ir4设为实际形状反射波强度ir(i，j)的方法。在此情况下，有在正侧的峰值的发生时刻的前后的区间中进行积分的方法、和在负侧的峰值的发生时刻的前后的区间中进行积分的方法。

除此以外，只要是能够稳定地判定的方法，也可以是上述方法以外的方法。此外，关于通过1次测量得到的波形uf(i，j)(i，j＝1，…，n)的组，强度的提取方法是共同的。另外，优选的是在通过相互不同的测量而得到的波形uf(i，j)的相互间提取方法也共同，但并不限定于此。这样，决定方法没有限定，所以将在本步骤中使用的运算部30的要素称作实际形状反射波强度提取部38。

图26是表示实际形状反射波强度提取中的实际形状反射波强度的图，图26(a)所示的是发送元件号码i＝1的情况，图27是发送元件号码i＝5的情况，图28是发送元件号码i＝10的情况。

图26至图28各图(b)中，将实际形状反射波强度ir(i，j)用实线表示，而为了比较，将推算形状反射波强度is(i，j)用虚线表示。如图26至图28所示，在检查对象1是根据位置及角度而在声速间发生偏差的各向异性材料的情况下，实际形状反射波强度ir(i，j)与推算形状反射波强度is(i，j)不相同。

接着，形状反射波强度比运算部39进行形状反射波强度比的运算(步骤s33)。形状反射波强度比运算部39运算由实际形状反射波强度提取部38得到的ir(i，j)相对于由推算形状反射波强度运算部37得到的is(i，j)的比。将其在同一元件的组合彼此间将ir(i，j)用is(i，j)标准化的值为形状反射波强度比id(i，j)。

图29是表示形状反射波强度比id(i，j)的图，是发送元件号码i＝1的情况，图30是发送元件号码i＝5的情况，图31是发送元件号码i＝10的情况。形状反射波强度比id(i，j)如图29至图31所示，以1为中心可以取正值。

基于形状反射波强度比id(i，j)，计算在合成波形m的运算时使用的各个波形uf(i，j)的修正增益gc(i，j)。例如，也可以将修正增益gc(i，j)设定为形状反射波强度比id(i，j)的倒数，通过将其乘以波形uf(i，j)，降低与传播路径对应的衰减的大小。

另外，用于时间关系的修正的运算(步骤s20)与用于强度关系的修正的运算(步骤s30)是独立的，合成运算部40在进行实际形状反射波rr(i，j)的波形uf(i，j)的合成时，强度关系的修正不是必须的。即，即使是没有进行强度关系的修正的情况，合成运算部40也能够有意义地进行合成。

如以上这样，在实施了用于时间关系的修正的运算(步骤s20)及用于强度关系的修正的运算(步骤s30)的两者后，进行波形uf(i，j)的合成及合成波形数据的图像化(步骤s40)。

首先，合成运算部40将进行强度的修正后的波形按照修正后的延迟时间修正之后，进行合成(步骤s41)。此外，关于强度关系的修正，合成运算部40基于形状反射波强度比运算步骤s33中的、由形状反射波强度比运算部39得到的修正增益gc(i，j)，进行修正。另外，合成也可以是相加或平均化、或其他的合成法。

首先，关于时间关系的修正，合成运算部40将实际声速运算步骤s25中的由实际声速运算部36修正后的延迟时间向构成驱动元件群的各个超声波元件11分配。合成运算部40通过以被分配的延迟时间量将由各个超声波元件11得到的接收信号在时间轴方向上错开并合成，得到合成波形m。

图32是表示进行了基于修正增益的修正的、各超声波元件中的接收信号的图。图32(a)表示进行各个强度关系的修正之前的波形uf(i，j)，图32(b)表示将波形uf(i，j)进行基于修正增益gc(i，j)的修正后的形状。

图33是说明进行强度的修正后的通常的合成的状态的图，图34是说明在进行强度的修正后用形状反射波差分时间修正的情况下的状态的图。通过以发送用的延迟时间及接收用的延迟时间的合计时间量在时间轴方向上移动，来自基于缺陷2的缺陷回波的反射波的时刻一致，通过合成而使得信号强度被放大。

图35是表示由合成运算得到的合成波形的图。为明确地表示反射波的合成波形m的结果。

接着，进行合成波形数据的图像化(步骤s42)。

图36是用来说明超声波探伤方法中的图像化的显示有单一的波束的图，图37是表示合成波的波形图。基于图36所示那样的检查对象1内的规定的位置、以及对将作为检查对象1的形状部分的例如以背面1a设为焦点的超声波的波束进行了发送的结果，通过到此为止所表示的步骤，得到了如图37所示的合成波形m。

图38是显示用来说明图像化的、由线性扫描得到的多个波束的图。使超声波的波束依次在长度方向上移动，进行线性扫描，在各个波束的位置得到合成波形m。

为了图像运算部41基于该线性扫描结果制作图像数据，除了合成波形m以外，还使用在上述波形合成中使用的各个超声波元件11的延迟时间、作为合成波形m传播的路径的超声波波束传播路径l、以及超声波波束传播路径l穿过的区域的实际声速va等的信息。超声波波束传播路径l是从在合成中使用的超声波元件11的中心坐标c向检查对象1中的焦点3达到的声线，关于从声音接触介质5向检查对象1入射这一点，与用斯涅耳法则求出的等延迟时间计算同样地求出。合成波形m随着时间而在超声波波束传播路径l上移动。这可以考虑为合成波形m沿着超声波波束传播路径l展开。

因而，检查对象1内的任意的位置p处的超声波的强度可以基于关于经过该位置p的超声波波束传播路径l的合成波形m来计算。具体而言，发送的超声波的检查对象1内的位置p处的波形的时间变化可以使用该实际声速va(i，j)和发送后的超声波波束传播路径l中的到位置p的路径长度来计算。

在图36及图37中表示的合成波形m大部分是在声音接触介质5中传播的部分，但由于声音接触介质5中的实际声速va比检查对象1中的实际声速va低，所以如果根据超声波波束传播路径l来描绘，则声音接触介质5的传播部分所占的区域会变小。

图39是表示图像的图。由图像运算部41制作图像数据，由显示部70显示例如图39所示那样的影像。

如以上这样，根据本实施方式，在超声波探伤中能够减小检查对象的各向异性的影响。

其他的实施方式

以上，说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，不是要限定发明的范围。

此外，也可以将各实施方式的特征组合。进而，这些实施方式可以以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

标号说明

1检查对象；1a背面；2缺陷；3焦点；5声音接触介质；10超声波阵列探头；11超声波元件；12保持部；15驱动部；20发送接收部；21电位差施加部；22合切部；23ad变换部；30运算部；31声速运算部；32延迟时间运算部；33推算形状反射波到达时间运算部；34实际形状反射波到达时间提取部；35形状反射波差分时间运算部；36实际声速运算部；37推算形状反射波强度运算部；38实际形状反射波强度提取部；39形状反射波强度比运算部；40合成运算部；41图像运算部；50存储部；51信号处理信息存储部；52检查对象信息存储部；60控制部；70显示部；80输入部；90检查对象信息取得部；100超声波探伤装置；110监视操作盘。