JP7369059B2 - 超音波検査の信号処理方法及び装置並びに厚み計測方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示は、超音波検査の信号処理方法及び装置並びに厚み計測方法及び装置に関する。

超音波検査では、超音波探触子を電気信号で駆動して超音波を発生させて検査対象に入射し、検査対象からの反射波を電気信号に変換して受信し、超音波を入射してから反射波を受信するまでの時間に基づいて厚みや距離等の計測を行う。超音波探触子を駆動するための電気信号として、例えば、インパルスやバースト波信号を用いることが知られている。

特許文献１には、超音波探触子を駆動する送信波信号としてバースト波信号を用いた超音波映像装置が開示されている。

特開２００３－１０７０５９号公報

ところで、バースト波信号を用いて超音波探触子を駆動する場合、周波数分布が広いインパルスを用いる場合に比べて超音波探触子に入射する信号のエネルギー効率が高い。このため、より低電圧の電気信号を用いて計測することが可能となり、例えば引火性ガス雰囲気下での使用にも適用しやすくなる。一方、バースト波信号を用いて超音波探触子を駆動する場合、検査対象の厚み、周波数等に応じて反射波に基づく検出信号のレベルが変化し、検出電圧がゼロ近傍となる計測値（厚み等）が存在する。このため、検査対象を適切に計測できない場合がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、検査対象を適切に計測可能な超音波検査の信号処理方法及び装置並びに厚み計測方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波検査の信号処理方法は、
周波数が異なる複数のバースト波信号をそれぞれ用いて超音波探触子を駆動して超音波を発生させ、前記超音波を検査対象に入射するステップと、
前記検査対象に入射した前記複数のバースト波信号のそれぞれに対応する複数の反射波を受信するステップと、
前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する前記複数の反射波の受信信号の検波処理をそれぞれ行って複数の検出信号を得るステップと、
前記複数の検出信号を用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成するステップと、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る厚み計測方法は、
上述の信号処理方法により前記検査用信号を得るステップと、
前記検査用信号を用いて、前記検査対象の厚みを決定するステップを備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波検査の信号処理装置は、
周波数が異なる複数のバースト波信号を発信可能に構成されたバースト波発信部と、
前記バースト波信号に駆動されて超音波を発生して前記超音波を検査対象に入射するように、かつ、前記検査対象からの反射波を受信するように構成された超音波探触子と、
前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する前記複数の反射波の受信信号の検波処理を行い複数の検出信号を得るように構成された検波処理部と、
前記複数の検出信号を用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成する検査用信号生成部と、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る厚み計測装置は、
上述の信号処理装置と、
前記信号処理装置で得られる前記検査用信号を用いて、前記検査対象の厚みを算出するように構成された厚み算出部と、
を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、検査対象を適切に計測可能な超音波検査の信号処理方法及び装置並びに厚み計測方法及び装置が提供される。

一実施形態に係る超音波検査の信号処理装置を含む厚み計測装置の概略構成図である。 一実施形態に係る信号処理方法のフローチャートである。 一実施形態に係る信号処理方法で用いるバースト波信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法で用いるバースト波信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法の過程で得られる受信信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法における検波処理の過程で得られる信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法における検波処理の過程で得られる信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法における検波処理の過程で得られる信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法の過程で得られる複数の検出信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法の過程で得られる複数の検出信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法により得られる検査用信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法により得られる検査用信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る検出信号の波形の一例を示すグラフである。 一実施形態に係る信号処理方法により得られる検査用信号の波形の一例を示すグラフである。 一実施形態に係る信号処理方法で用いるバースト波信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法により得られる検査用信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態に係る信号処理方法により得られる効果を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

なお、以下において、幾つかの実施形態に係る超音波検査の信号処理方法及び装置を厚み計測に適用する例について説明するが、本発明に係る信号処理方法及び装置は、厚み計測以外の超音波検査にも適用することができる。例えば、幾つかの実施形態に係る信号処理方法及び装置は、超音波探傷装置、超音波顕微鏡等にも適用することができる。

（厚み計測装置及び信号処理装置の構成）
まず、図１を参照して、一実施形態に係る超音波検査の信号処理装置を含む厚み計測装置について概略的に説明する。図１は、一実施形態に係る超音波検査の信号処理装置を含む厚み計測装置の概略構成図である。同図に示すように、厚み計測装置１は、検査対象（厚み計測対象）の超音波検査に用いる電気信号を処理して検査用信号を生成するための信号処理装置２と、生成された検査用信号を用いて検査対象の厚みを算出するように構成された厚み算出部４と、を備えている。図１には、厚み計測装置１の検査対象（厚み計測対象）の一例として配管５０が示されており、厚み計測装置１によって配管５０の肉厚を計測するようになっているが、検査対象は配管に限られず、例えば板材であってもよい。

信号処理装置２は、バースト波信号を発信可能に構成されたバースト波発信部１０と、バースト波信号を超音波探触子６に入射するための送信部１６と、超音波探触子６からの受信信号を受信するための受信部１８と、受信信号を検波処理して検出信号を得るための検波処理部２０と、検出信号に基づいて検査用信号を生成するための検査用信号生成部３０と、を含む。送信部１６、受信部１８、バースト波発信部１０を構成する要素（後述する信号発生器１１、タイミングパルス発生器１２及びミキサ１４等）、及び、検波処理部２０を構成する要素（後述する移相器２４及び処理部２８等）は、図に示すように電気的に接続される。

バースト波発信部１０は、連続正弦波信号（電気信号）を発生可能な信号発生器１１と、信号発生器１１からの信号を規定タイミングでＯＮ／ＯＦＦするタイミングパルスを発生するためのタイミングパルス発生器１２と、ミキサ１４と、を含む。ミキサ１４で連続正弦波信号とタイミングパルスとを混合することによって、連続正弦波信号から規定長さを切り出したバースト波信号が生成される。なお、タイミングパルス発生器１２の代わりに、後述する処理部２８からタイミングパルスを発生してバースト波を生成するようにしてもよい。信号発生器１１は、生成する連続正弦波信号の周波数を変更可能に構成されている。すなわち、バースト波発信部１０は、周波数が異なる複数のバースト波信号（すなわち、周波数ｆ_１、ｆ_２…、ｆ_Ｎのバースト波信号、ただしｎ≧２）を発信可能に構成されている。バースト波発信部１０で発信されたバースト波信号は、送信部１６に送られるようになっている。

送信部１６は、バースト波発信部１０から受け取ったバースト波信号を、超音波探触子６に印加するように構成される。超音波探触子６を適切に駆動するため、送信部１６は、バースト波発信部１０からのバースト波信号を増幅してから超音波探触子に印加するように構成されていてもよい。

超音波探触子６は、送信部１６から受け取ったバースト波信号により駆動されて超音波を発生し、該超音波を検査対象（例えば配管５０）に入射するように構成されている。図１には、検査対象の配管５０に入射された入射波（超音波）１０１が示されている。また、超音波探触子６は、検査対象に入射した入射波（超音波）１０１が検査対象で反射した反射波１０２（図１参照）を受信して、受信信号（電気信号）に変換するように構成されている。超音波探触子６は、圧電素子で構成される。超音波探触子６で得られる受信信号は、受信部１８に送られる。

受信部１８は、超音波探触子６から受け取った受信信号を、検波処理部２０に送出するように構成される。検波処理部２０での検波処理を適切に行うため、受信部１８は、超音波探触子６からの受信信号を増幅してから検波処理部２０に送出するように構成されていてもよい。

検波処理部２０は、受信部１８から受け取った受信信号の検波処理を行い、検出信号を取得するように構成される。検出信号は、検査対象からの反射波１０２を示す検出信号であり、送信部１６で超音波探触子６にバースト波信号を印加してから、受信部１８で反射波１０２の受信信号を受け取るまでの時間の長さ、及び、反射波１０２の信号レベル（検出電圧）を示す情報を含む信号である。

図１には、幾つかの実施形態に係る検波処理部２０の一例が示されている。図１に示す検波処理部２０は、受信部１８からの受信信号と、信号発生器１１からの連続正弦波信号とを混合するためのミキサ２２，２６と、信号発生器１１からの連続正弦波信号の位相をシフトするための移相器２４と、処理部２８と、を含む。

ミキサ２２では、受信部１８からの受信信号と、信号発生器１１からの連続正弦波信号とが混合されてＩ相信号（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ信号）が得られる。また、ミキサ２６では、受信部１８からの受信信号と、信号発生器１１からの連続正弦波信号を位相器２４にて９０度だけ位相シフトさせた信号とが混合されてＱ相信号（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－ｐｈａｓｅ信号）が得られる。このように得られたＩ相信号とＱ相信号は処理部２８に送られる。なお、受信信号に基づくＩ相信号及びＱ相信号は、必要に応じて、減衰器で減衰されてから、あるいは、中間周波数増幅器で検出対象の周波数成分を増幅してから、処理部２８に送られるようになっていてもよい。処理部２８では、Ｉ相信号及びＱ相信号に基づいて検波され、受信信号から、反射波１０２を示す検出信号が取り出される。

検波処理部２０では、バースト波信号の周波数に応じた検出信号が得られる。すなわち、同一の検査対象（例えば配管５０）に対して、バースト波発信部１０によって周波数ｆ_１、ｆ_２、…、ｆ_Ｎのバースト波信号に基づく超音波が入射されたとき、検波処理部２０では、周波数ｆ_１、ｆ_２…、ｆ_Ｎのバースト波信号にそれぞれ対応する受信信号の検波処理を行うことにより、周波数ｆ_１、ｆ_２…、ｆ_Ｎのバースト波信号に対応する複数の検出信号ＳＤ_１、ＳＤ_２、…、ＳＤ_Ｎが得られる。

検波処理部２０で得られた検出信号は、検査用信号生成部３０に送出される。

検査用信号生成部３０は、検波処理部２０から受け取った複数の検出信号（周波数ｆ_１、ｆ_２…、ｆ_ｎのバースト波信号にそれぞれ対応した検出信号ＳＤ_１、ＳＤ_２、…、ＳＤ_ｎ）に基づいて、検査対象（例えば配管５０）に関する検査結果（例えば厚み）を得るための検査用信号を生成するように構成される。検査用信号生成部３０で生成された検査用信号は、厚み算出部４に送出される。なお、検査用信号生成部３０にて複数の検出信号に基づいて検査用信号を生成する手順については後述する。

厚み算出部４は、検査用信号生成部３０から受け取った検査用信号に基づいて、検査対象（例えば配管５０）の厚みを算出するように構成される。検査対象（例えば配管５０）の厚みＤ_Ｓは、検査対象の材料中での音速ｃ_Ｓと、超音波探触子６からの超音波を検査対象に入射してから、超音波探触子６で検査対象からの反射波を受け取るまでの時間Ｔと、を用いて、下記式（Ａ）で表現することができる。
ｃ_Ｓ×Ｔ＝２Ｄ_Ｓ …（Ａ）
上述の時間Ｔは検査用信号から得ることができる。したがって、厚み算出部４は、上述の式に基づいて検査対象の厚みＤ_Ｔを算出するように構成されていてもよい。

（信号処理装置及び信号処理方法）
次に、幾つかの実施形態に係る信号処理方法について、図２に示すフローチャートに沿って説明する。以下においては、上述した信号処理装置２により一実施形態に係る信号処理方法を実行する場合について説明するが、幾つかの実施形態に係る信号処理方法は、他の手段により実行されてもよい。

図２は、一実施形態に係る信号処理方法のフローチャートである。図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態に係る信号処理方法で用いるバースト波信号の波形の一例を示す図である。図４は、一実施形態に係る信号処理方法の過程で得られる受信信号の波形の一例を示す図である。図５～図７は、それぞれ、一実施形態に係る信号処理方法における検波処理の過程で得られる信号の波形の一例を示す図である。図８Ａ及び図８Ｂは、一実施形態に係る信号処理方法の過程で得られる複数の検出信号の波形の一例を示す図である。図９Ａ及び図９Ｂは、一実施形態に係る信号処理方法により得られる検査用信号の波形の一例を示す図である。なお、図５～図９Ｂにおける波形を示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。また、グラフにおける時刻ゼロの時点は、超音波探触子６にバースト波信号を印加開始して超音波の入射を開始した時刻である。

一実施形態に係る信号処理方法では、まず、バースト波発信部１０により、既定の周波数ｆ_１（ｎ＝１）のバースト波信号を発信し、送信部１６を介して該バースト波信号を超音波探触子６に印加することで該超音波探触子６を駆動して超音波を発生させる（ステップＳ２）。また、ステップＳ２で発生させた超音波を検査対象（例えば配管５０）に入射する（ステップＳ４）。

ステップＳ２にてバースト波発信部１０から発信されるバースト波信号は、例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すような連続正弦波信号であってもよい。なお、図３Ｂは、図３Ａに示すバースト波信号を示すグラフの横軸（時間軸）を拡大して示すものである。

次に、超音波探触子６にて、ステップＳ４で検査対象に入射した入射波（超音波）１０１が検査対象で反射した反射波１０２（図１参照）を受信して、受信信号（電気信号）に変換する（ステップＳ６）。ステップＳ６で得られる受信信号は、ステップＳ２で用いた周波数ｆ１のバースト波信号に対応する受信信号である。

ステップＳ６で得られる受信信号は、例えば図４に示すような波形を有し、反射波を受信した時点で受信信号の電圧の急激な変化が視られる。図４及び後述する図５～図９Ｂのグラフに示す点Ｐ１～Ｐ４は、それぞれ、検査対象に入射した超音波が、検査対象の底面で１回～４回反射した反射波（すなわち、検査対象の表面と底面の間をそれぞれ１～４往復して検査対象の表面に戻った超音波）の受信を示すものである。なお、検出対象にて反射を繰り返すたびに反射波の強度が小さくなるため、図４において反射波を示す受信信号の電圧（点Ｐ１～Ｐ４における電圧）は徐々に小さくなっている。また、図４～図９Ｂのグラフにおいて、点Ｐ４以降の時刻にもさらに強度が小さい複数の反射波が検出されていることが示されている。

次に、検波処理部２０にて、受信部１８を介して受け取った上述の受信信号（周波数ｆ１のバースト波信号に対応する受信信号）の検波処理を行うことにより検出信号（図８参照）を得る（ステップＳ８）。ステップＳ８で得られる検出信号は、ステップＳ２で用いた周波数ｆ_１のバースト波信号に対応する検出信号ＳＤ_１である。

ステップＳ８では、例えば、受信部１８からの受信信号及び信号発生器１１からの連続正弦波信号に基づいてＩ相信号及びＱ相信号を生成し（図５参照）、生成したＩ相信号及びＱ相信号を合成処理することで受信信号の振幅成分を取り出す（図６参照）。なお、図５は、ステップＳ８にて得られるＩ相信号及びＱ相信号の波形の一例を示すグラフであり、図６は、Ｉ相信号及びＱ相信号の合成処理により得られる信号の波形の一例を示すグラフである。そして、合成処理で得られた信号を微分処理及び絶対値処理することにより、図７に示す検出信号が得られる。

上述したステップＳ２～Ｓ８により、周波数ｆ_１のバースト波信号に対応する検出信号ＳＤ_１が得られる。

次に、バースト波信号の周波数を規定の周波数ｆ_２に変更して（ステップＳ１０～Ｓ１２）、上述したバースト波信号の周波数ｆ_１の場合と同様に、ステップＳ２～Ｓ８を行い、周波数ｆ_２のバースト波信号に対応する検出信号ＳＤ_２を得る。

同様に、バースト波信号の周波数を規定の周波数ｆ_Ｎまで変更して（ステップＳ１０～Ｓ１２）、その都度、上述したバースト波信号の周波数ｆ_１の場合と同様に、ステップＳ２～Ｓ８を行う。このようにして、周波数ｆ_１、ｆ_２、…、ｆ_Ｎのバースト波信号にそれぞれ対応する複数の検出信号ＳＤ_１、ＳＤ_２、…、ＳＤ_Ｎを得る。なお、周波数ｆ_１、ｆ_２、…、ｆ_Ｎの各バースト波信号の強度を同一とすることが好ましい。

図８Ａ及び図８Ｂは、上述のようにして得られる、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎを重ねて示すグラフである。なお、図８Ｂは、図８Ａのグラフのうち、１回目の反射波（Ｐ１で示す）が観測される時刻帯を含む一部を拡大して示すものである。ただし、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、グラフの簡略化のため、便宜的に、バースト波信号の周波数の種類数Ｎ＝５としているが、実際には、上述の周波数の種類数Ｎは５より小さくても大きくてもよい。

なお、図８Ａや後述する図９Ａのグラフにおいて時間０［μｓ］近傍に現れるピークは、送信部１６から発信されるバースト波信号そのものを示し、反射波に基づく受信信号を示すものではない。

図８Ｂに示すように、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの各々において１回目の反射波（Ｐ１）を示す電圧のピークが現れる時間（超音波の入射開始時刻（ｔ＝０）からの時間の長さ）はほぼ一致しているが、電圧のピークの大きさ（信号レベル）はそれぞれ異なる。図８Ｂに示すグラフにおいて、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_５のうち、検出信号ＳＤ_２の信号レベル（電圧ピークのレベル）が最大であり、検出信号ＳＤ_３の信号レベル（電圧ピークのレベル）が最小である。

なお、特に図示しないが、２回目以降の反射波においても、電圧のピークが現れる時間はほぼ一致し、当該ピークにおける電圧レベルはそれぞれ異なる、との特徴は１回目の反射波と同様である。

そして、ステップＳ１４では、上述のように得られた複数の検出信号ＳＤ１～ＳＤＮから、検査対象に関する検査結果（例えば、検査対象の厚み）を得るための検査用信号ＳＴを生成する。

図９Ａ及び図９Ｂは、ステップＳ１４で生成される検査用信号ＳＴの一例として、図８Ａ及び図８Ｂに示す複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_５の信号レベルの平均値である検査用信号ＳＴを示すグラフである。なお、図９Ｂは、図９Ａのグラフのうち、１回目の反射波（Ｐ１で示す）が観測される時刻帯を含む一部を拡大して示すものである。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、検査用信号ＳＴにおいて１回目の反射波（Ｐ１）を示す電圧のピークが現れる時間（超音波の入射開始時刻（ｔ＝０）からの時間の長さ）はＴ_１である。したがって、例えばこのＴ_１を用いて、上述の式（Ａ）に基づいて、検査対象（例えば配管５０）の厚みを算出することができる。

ここで、図１４は、上述の実施形態に係る信号処理方法により得られる効果を説明するための図である。図１４は、ある検出対象について、バースト波信号を用いて厚み計測を行う場合の、検出対象の厚みと、各バースト周波数に基づいて得られる検出信号（上述のステップＳ２～Ｓ８と同様にして得られる検出信号）の信号レベル（反射波を示す電圧ピークのレベル）との関係を示すグラフである。図１４には、周波数ｆａのバースト波信号に基づき得られる検出信号ＳＤ_ａのグラフと、周波数ｆｂ（ｆａ≠ｆｂ）のバースト波信号に基づき得られる検出信号ＳＤ_ｂのグラフとが示されている。

バースト波信号を用いた超音波検査では、検査対象の厚み等に応じて、検査対象への入射波と検査対象からの反射波の干渉により、反射波に基づく受信信号を検波処理して得られる検出信号の信号レベル（電圧）が変動する。例えば、図１４に示すように、特定の周波数（例えばｆａ又はｆｂ）のバースト波信号を用いる場合、該バースト波信号に基づき得られる上述の検出信号（例えばＳＤ_ａ又はＳＤ_ｂ）の信号レベルは、ある変動幅（図１４ではＶ_Ａ）の範囲内で検査対象の厚みに関して周期的に変動する。

ここで、検査対象の実際の厚みＤに対応する検出信号の信号レベルの絶対値が最大値（図１４ではＶ_Ａ）近傍であるときには、検出信号に基づいて検査対象の厚みＤを適切に取得できるが、一方、検査対象の実際の厚みＤに対応する検出信号の信号レベルの絶対値がゼロ近傍であるときには、検出信号に基づいて検査対象の厚みＤを適切に取得することが難しい。すなわち、周波数ｆａのバースト波信号を用いた場合、該バースト波信号に基づき得られる検出信号ＳＤ_ａは、図１４に示すように厚みＤ_１～Ｄ_６において信号レベルがゼロとなり、ノイズに埋もれてしまう可能性がある。このため、検査対象の実際の厚みがＤ_１～Ｄ_６の何れか又はＤ_１～Ｄ_６の近傍である場合には、周波数ｆａのバースト波信号を用いたのでは、上述の時間Ｔ（超音波探触子６からの超音波を検査対象に入射してから、超音波探触子６で検査対象からの反射波を受け取るまでの時間Ｔ）を適切に取得することが難しく、このため検査対象の厚みを適切に計測することが難しい。

これに対し、周波数ｆａとは異なる周波数ｆｂのバースト波信号に基づき得られる検出信号ＳＤ_ｂの信号レベルは、図１４に示すように、周波数ｆａに基づく検出信号と同じ変動幅（Ｖ_Ａ）の範囲内で、周波数ｆａのバースト波信号に基づく検出信号とは異なる周期で変動する。このため、検査対象の厚みが、周波数ｆａのバースト波信号を用いた場合に検出信号の信号レベルがゼロとなる厚みＤ_１～Ｄ_６のとき、周波数ｆｂのバースト波信号に基づく検出信号の信号レベルの絶対値は、通常、ゼロよりも大きい値となり、ノイズと区別しやすくなる。よって、検査対象の実際の厚みがＤ_１～Ｄ_６の何れか又はＤ_１～Ｄ_６の近傍である場合には、周波数ｆｂのバースト波信号を用いることで、上述の時間Ｔを適切に取得しやすくなるため、検査対象の厚みを適切に計測しやすい。

この点、上述の実施形態に係る方法によれば、ある検査対象（例えば配管５０）について、周波数が異なる複数のバースト波信号（即ち、各々の周波数がｆ_１～ｆ_Ｎのバースト波信号）をそれぞれ用いて、複数のバースト波信号にそれぞれ対応する複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎを取得し、検査用信号ＳＴを生成する。したがって、このように生成した検査用信号ＳＴを用いることにより、検査対象の厚み等によらず、検査用信号ＳＴのピーク電圧に基づいて上述の時間Ｔ（超音波探触子６からの超音波を検査対象に入射してから、超音波探触子６で検査対象からの反射波を受け取るまでの時間Ｔ）を適切に取得することができ、検査対象の厚み等を適切に計測することが可能となる。よって、例えば、インパルスを用いる場合に比べて低電圧の電気信号（バースト波信号）を用いて検査対象の厚み等を適切に計測することができ、このため引火性ガス雰囲気下等においても適切な超音波検査（計測）が可能となる。また、例えば、時間の経過に伴い厚みが変化し得る検査対象（例えば、時間の経過に伴い腐食等により減肉し得る配管）の継続的な厚み計測にも、好適に適用することができる。

幾つかの実施形態では、上述のステップＳ１４において、周波数が異なる複数のバースト波信号（周波数ｆ_１～ｆ_Ｎ）に対応する複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの信号レベルの統計量に基づいて、上述の検査用信号ＳＴを生成する。上述の統計量とは、例えば、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの信号レベルの平均値、最大値、ｎ番目の最大値、中央値等であってもよい。

この場合、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの信号レベルの統計量を用いることにより、レベル最小信号以外の比較的信号レベルが高い検出信号を考慮した検査用信号ＳＴを生成することができる。よって、検査対象の厚み等によらず適切に計測を行うことができる。

例えば、上述のステップＳ１４において、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの信号レベルの積算値又は平均値に基づいて、検査用信号ＳＴを生成するようにしてもよい。なお、図９Ｂに示す検査用信号ＳＴは、図８Ｂに示す検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_５の信号レベルの平均値として得られるものである。

この場合、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの信号レベルの積算値又は平均値を用いることにより、レベル最小信号以外の比較的信号レベルが高い検出信号を考慮した検査用信号ＳＴを生成することができる。よって、検査対象の厚み等によらず適切に計測を行うことができる。なお、検出信号の信号レベルは、バースト波信号の周波数変化に対して周期的に変化するため、複数の検出信号の信号レベルの積算値又は平均値は検査対象の厚み等に依らず所定値に近いものとなるから、より確実に検査対象の計測をすることができる。

ここで、図１０は、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎのうち特定の検出信号ＳＤｎの波形の一例を示すグラフであり、図１１は、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの平均値として得られる検査用信号ＳＴ（上述の実施形態に係る検査用信号ＳＴ）の波形の一例を示すグラフである。

超音波が部材の中を伝播する際、伝播途上の微小な散乱や反射等に起因して擾乱ノイズが発生する。特定の周波数ｆｎのバースト波信号に基づく検出信号ＳＤｎにおいては、図１０に示すように、超音波の反射波を示すピーク値以外の擾乱ノイズ（例えば図中のＡで示す領域の波形）が顕著に現れる。同一の周波数ｆｎのバースト波信号を用いて繰り返し検出信号を取得しても同様の擾乱ノイズが現れるため、仮に、このように繰り返し取得した検出信号を平均化してもＳ／Ｎ比が向上しない。

一方、バースト波信号の周波数を変化させると部材中の超音波の伝播状態が変わる。このため、上述の実施形態のように、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの平均値として得られる検査用信号ＳＴでは、各検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎにおける擾乱ノイズ（例えば図１１中のＡで示す領域の波形）も平均化され、図１１に示すように、擾乱ノイズに対するピーク信号のＳ／Ｎ比が向上する。したがって、超音波検査による計測をより精度良く行うことができる。なお、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの積算値として得られる検査用信号ＳＴを用いる場合にも、同様の効果を得ることができる。

また例えば、上述のステップＳ１４において、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの信号レベルの最大値（例えば、図８Ｂに示す場合の検出信号ＳＤ_２の信号レベル）に基づいて、前記検査用信号を生成するようにしてもよい。

この場合、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎの信号レベルの最大値を用いることにより、複数の検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎのうち比較的信号レベルが最も高い検出信号を考慮した検査用信号ＳＴを生成することができる。よって、検査対象の厚み等によらず適切に計測を行うことができる。

図１２は、一実施形態に係る信号処理方法で用いるバースト波信号の波形の一例を示す図である。図１３は、一実施形態に係る信号処理方法により得られる検査用信号の波形の一例を示す図である。

一実施形態では、上述のステップＳ６において、バースト波発信部１０から発信したバースト波信号の超音波探触子６への印加終了後に、超音波探触子６にて検査対象からの反射波１０２を受信するようにしてもよい。

例えば図１２に示す例では、時間０μｓから４０μｓまでの間は、バースト波発信部１０からのバースト波信号（図３Ａ及び図３Ｂに示すものと同様のバースト波信号）が超音波探触子６に印加されており、時刻４０μｓでバースト波信号の印加が終了され、それ以後は、バースト波信号が超音波探触子６に印加されていない。

図１２に示すようにバースト波信号を超音波探触子６に印加した場合、バースト波信号の印加終了後に超音波探触子６で検出される反射波の受信信号に基づいて取得される検査用信号ＳＴ’（時刻４０μｓ以後の検査用信号）は、図１３に示すものとなる。この検査用信号ＳＴ’は、バースト波信号の印加終了後に検査対象の底面で１回～４回反射した反射波の受信を示す電圧ピークＰ１’～Ｐ４’等を含む。

なお、図１２及び図１３において、時間０μｓから４０μｓまでの間に超音波探触子６で検出される反射波の受信信号に基づいて取得される検査用信号ＳＴは、図８Ａ及び図５Ｂに示す検査用信号ＳＴと同様のものであり、バースト波信号の印加中に検査対象の底面で１回～４回反射した反射波の受信を示す電圧ピークＰ１～Ｐ４等を含む。

超音波探触子６にバースト波信号を印加している状態で検査対象からの反射波を受信して得られる受信信号は、送信信号（バースト波信号）が重畳されたものであるため、受信信号が小さくなると送信信号にマスクされてしまい、受信信号の検出が困難となる。この点、上述の実施形態によれば、バースト波信号の超音波探触子６への印加終了後に検査対象（配管５０等）からの反射波を受信するようにしたので、送信信号の影響を受けない受信信号及び検出信号ＳＤ_１～ＳＤ_Ｎを得ることができる。このため、検査用信号ＳＴのＳ／Ｎ比をさらに向上させることができ、よって、計測精度を向上させることができる。

なお、以上に説明した実施形態に係る方法で用いる複数のバースト波信号（ステップＳ２で生成するバースト波信号）の各周波数ｆ_１～ｆ_Ｎは、検査対象（例えば配管５０）の厚みＤに応じて適切に設定してもよく、例えば以下に説明するように設定するようにしてもよい。

検査対象の厚みが最低でもＤ_ｍｉｎ以上であると仮定すれば、検査対象における超音波の最小経路長さは２×Ｄ_ｍｉｎである。すなわち、検査対象の材料における音速をｃ_Ｓとしたとき、バースト波信号の最小周波数ｆａでの位相回転量θａは、下記式（Ｂ）で表せる。
θａ＝２Ｄ_ｍｉｎ／Ｃｓ×ｆａ …（Ｂ）
一方、最大周波数ｆｂでの位相回転量θｂは、下記式（Ｃ）で表せる。
θｂ＝２Ｄ_ｍｉｎ／Ｃｓ×ｆｂ …（Ｃ）
ここで、検査用信号が十分に変化して平均化が有効となる条件は、下記式（Ｄ）である。
θｂ－θａ≧π／２ …（Ｄ）
従って、ｆｂと周波数ｆａの幅Δｆは、下記式（Ｅ）で決定される。
Δｆ＝ｆｂ－ｆａ≧π／２×Ｃｓ／（２Ｄ_ｍｉｎ）＝Ｃｓ／Ｄ_ｍｉｎ×π／４ …（Ｅ）
なお、検出効率の観点から、中心周波数（ｆｂ－ｆａ）／２は、超音波探触子６の中心周波数と合致させることが望ましい。同様に、検出効率の観点から、Δｆも超音波探触子６の帯域内に設定するのが望ましい。

すなわち、周波数の幅Δｆが上記式（Ｅ）で表される程度の範囲の周波数帯のバースト波信号を複数用いることで、検査対象の厚みに対応して、種々の信号レベルを有する検出信号ＳＤを取得することができる。また、厚みがＤ_ｍｉｎよりも大きい検査対象についても、上述のように求めた幅Δｆ程度の範囲の周波数帯のバースト波信号を複数用いることで、種々の信号レベルを有する検出信号ＳＤを取得することができる。

なお、上述の幅Δｆの範囲内におけるバースト波信号の各周波数ｆｎ（ｆ_１、ｆ_２、…、ｆ_Ｎ）のピッチ（間隔）は、例えば、上述の幅Δｆを１０～２０分割したものとすることができる。これにより、検査対象の各厚みに対応して、比較的大きな電圧レベルを含む、種々の信号レベルを有する検出信号ＳＤを取得することができ、適切な検査用信号が得られやすくなる。

一例として、検査対象としての配管５０の厚みが最低でも５ｍｍ以上であるとすれば、上記式（Ｅ）において、Ｄ_ｍｉｎ：５×１０^－３［ｍ］、及び、配管５０が鋼製である場合の音速ｃｓ：５．９２×１０^３［ｍ／ｓ］を代入すると、上述の周波数幅Δｆは、約０．９４ＭＨｚと算出される。また、このΔｆを例えば２０分割した場合（Ｎ＝２０）、複数のバースト波信号の各周波数ｆｎのピッチ（間隔）は、約５０ｋＨｚである。したがって、複数のバースト波信号の周波数として、ｆ_１＝１０ＭＨｚからｆ_２０＝１１ＭＨｚまで、各周波数ｆｎのピッチ５０ｋＨｚとしたものを、上述にて説明した実施形態に係る信号処理方法に用いることにより、当該配管５０の厚みを適切に算出可能な検査用信号ＳＴを取得することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波検査の信号処理方法は、
周波数が異なる複数のバースト波信号をそれぞれ用いて超音波探触子（６）を駆動して超音波を発生させ、前記超音波を検査対象に入射するステップ（例えば上述のステップＳ２，Ｓ４）と、
前記検査対象に入射した前記複数のバースト波信号のそれぞれに対応する複数の反射波を受信するステップ（例えば上述のステップＳ６）と、
前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する前記複数の反射波の受信信号の検波処理をそれぞれ行って複数の検出信号を得るステップ（例えば上述のステップＳ８）と、
前記複数の検出信号を用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成するステップ（例えば、上述のステップＳ１４）と、
を備える。

バースト波信号を用いた超音波検査では、検査対象の厚み等に応じて、検査対象への入射波と検査対象からの反射波の干渉により、反射波に基づく受信信号を検波処理して得られる検出信号のレベル（電圧）がゼロあるいはゼロ近傍の小さい値になることがある。この点、上記（１）の方法によれば、ある検査対象について、周波数が異なる複数のバースト波信号をそれぞれ用いて、複数のバースト波信号にそれぞれ対応する複数の検出信号を取得し、複数の検出信号を用いて検査用信号を生成する。すなわち、バースト波信号の周波数に応じて異なる信号レベルを有する複数の検出信号を取得し、該複数の検出信号を用いて検査用信号を生成する。したがって、このように生成した検査用信号を用いることにより、検査対象の厚み等によらず適切な計測が可能となる。よって、例えば、比較的低電圧の電気信号（バースト波信号）を用いて検査対象を適切に計測することができ、このため引火性ガス雰囲気下等においても適切な超音波検査（計測）が可能となる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの統計量に基づいて、前記検査用信号を生成する。

上記（２）の方法によれば、複数の検出信号の信号レベルの統計量を用いることにより、検査用信号を生成することができる。よって、検査対象の厚み等によらず適切に計測を行うことができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの積算値に基づいて、前記検査用信号を生成する。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の方法において、
前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの平均値に基づいて、前記検査用信号を生成する。

上記（３）又は（４）の方法によれば、複数の検出信号の信号レベルの積算値又は平均値を用いることにより、検査用信号を生成することができる。よって、検査対象の厚み等によらず適切に計測を行うことができる。なお、検出信号の信号レベルは、バースト波信号の周波数変化に対して周期的に変化するため、複数の検出信号の信号レベルの積算値又は平均値は検査対象の厚み等に依らず所定値に近いものとなるから、より確実に検査対象の計測をすることができる。
また、バースト波信号の周波数を変更すると検査対象に入射される超音波の周波数も変更され、検査対象中における超音波の伝播状態が変わる。この点、上記（３）又は（４）の方法によれば、バースト波信号の周波数を変更して得られる複数の検出信号の信号レベルを積算又は平均化することにより、検査用信号の擾乱ノイズに対するＳ／Ｎ比を向上させることができ、計測精度を向上させることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの最大値に基づいて、前記検査用信号を生成する。

上記（５）の方法によれば、複数の検出信号の信号レベルの最大値を用いることにより、検査用信号を生成することができる。よって、検査対象の厚さ等によらず適切に計測を行うことができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの方法において、
前記受信するステップでは、各々の前記バースト波信号の前記超音波探触子への印加終了後に前記反射波を受信する。

超音波探触子にバースト波信号を印加している状態で検査対象からの反射波を受信して得られる受信信号は、送信信号（バースト波信号）が重畳されたものであるため、受信信号が小さくなると送信信号にマスクされてしまい、受信信号の検出が困難となる。この点、上記（６）の方法によれば、バースト波信号の超音波探触子への印加終了後に検査対象からの反射波を受信するようにしたので、送信信号の影響を受けない受信信号及び検出信号を得ることができる。このため、検査用信号のＳ／Ｎ比をさらに向上させることができ、よって、計測精度を向上させることができる。

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る厚み計測方法は、
上記（１）乃至（６）の何れかに記載の信号処理方法により前記検査用信号を得るステップと、
前記検査用信号を用いて、前記検査対象の厚みを決定するステップと、
を備える。

上記（７）の方法によれば、（１）で述べた方法により検査対象の厚みを得るための検査用信号を生成する。したがって、したがって、このように生成した検査用信号を用いることにより、検査対象の厚みによらず、検査対象の厚みを適切に計測することができる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波検査の信号処理装置（２）は、
周波数が異なる複数のバースト波信号を発信可能に構成されたバースト波発信部（１０）と、
前記バースト波信号に駆動されて超音波を発生して前記超音波を検査対象に入射するように、かつ、前記検査対象からの反射波を受信するように構成された超音波探触子（６）と、
前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する前記複数の反射波の受信信号の検波処理を行い複数の検出信号を得るように構成された検波処理部（２０）と、
前記複数の検出信号を用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成する検査用信号生成部（３０）と、
を備える。

上記（８）の構成によれば、ある検査対象について、周波数が異なる複数のバースト波信号をそれぞれ用いて、複数のバースト波信号にそれぞれ対応する複数の検出信号を取得し、複数の検出信号を用いて検査用信号を生成する。すなわち、バースト波信号の周波数に応じて異なる信号レベルを有する複数の検出信号を取得し、該複数の検出信号を用いて検査用信号を生成する。したがって、このように生成した検査用信号を用いることにより、検査対象の厚み等によらず適切な計測が可能となる。よって、例えば、比較的低電圧の電気信号（バースト波信号）を用いて検査対象を適切に計測することができ、このため引火性ガス雰囲気下等においても適切な超音波検査（計測）が可能となる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る厚み計測装置（１）は、
上記（８）に記載の信号処理装置（２）と、
前記信号処理装置で得られる前記検査用信号を用いて、前記検査対象の厚みを算出するように構成された厚み算出部（４）と、
を備える。

上記（９）の構成によれば、上記（８）で述べた信号処理装置により検査対象の厚みを得るための検査用信号を生成する。したがって、したがって、このように生成した検査用信号を用いることにより、検査対象の厚みによらず、検査対象の厚みを適切に計測することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 厚み計測装置
２ 信号処理装置
４ 厚み算出部
６ 超音波探触子
１０ バースト波発信部
１１ 信号発生器
１２ タイミングパルス発生器
１４ ミキサ
１６ 送信部
１８ 受信部
２０ 検波処理部
２２ ミキサ
２４ 位相器
２６ ミキサ
２８ 処理部
３０ 検査用信号生成部
５０ 配管
１０１ 入射波（超音波）
１０２ 反射波（超音波）

Claims (12)

1. 周波数が異なる複数のバースト波信号をそれぞれ用いて超音波探触子を駆動して超音波を発生させ、前記超音波を検査対象に入射するステップと、
   前記検査対象に入射した前記複数のバースト波信号のそれぞれに対応する複数の反射波を受信するステップと、
   前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する前記複数の反射波の受信信号の検波処理をそれぞれ行って複数の検出信号を得るステップと、
   前記複数の検出信号を用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成するステップと、
   前記検査用信号のピーク電圧に基づいて、前記超音波を前記検査対象に入射してから前記反射波を受信するまでの時間を取得するステップと、
   を備える
   超音波検査の信号処理方法。
2. 前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの統計量に基づいて、前記検査用信号を生成する
   請求項１に記載の信号処理方法。
3. 周波数が異なる複数のバースト波信号をそれぞれ用いて超音波探触子を駆動して超音波を発生させ、前記超音波を検査対象に入射するステップと、
   前記検査対象に入射した前記複数のバースト波信号のそれぞれに対応する複数の反射波を受信するステップと、
   前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する前記複数の反射波の受信信号の検波処理をそれぞれ行って複数の検出信号を得るステップと、
   前記複数の検出信号を用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成するステップと、
   を備え、
   前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの積算値に基づいて、前記検査用信号を生成する
   超音波検査の信号処理方法。
4. 周波数が異なる複数のバースト波信号をそれぞれ用いて超音波探触子を駆動して超音波を発生させ、前記超音波を検査対象に入射するステップと、
   前記検査対象に入射した前記複数のバースト波信号のそれぞれに対応する複数の反射波を受信するステップと、
   前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する前記複数の反射波の受信信号の検波処理をそれぞれ行って複数の検出信号を得るステップと、
   前記複数の検出信号を用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成するステップと、
   を備え、
   前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの平均値に基づいて、前記検査用信号を生成する
   超音波検査の信号処理方法。
5. 前記生成するステップでは、前記複数の検出信号の信号レベルの最大値に基づいて、前記検査用信号を生成する
   請求項２に記載の信号処理方法。
6. 前記受信するステップでは、各々の前記バースト波信号の前記超音波探触子への印加終了後に前記反射波を受信する
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の信号処理方法。
7. 前記受信するステップでは、前記複数のバースト波信号のそれぞれについて、前記検査対象に入射された前記超音波の前記検査対象における反射回数が異なる複数の前記反射波を受信し、
   前記検査用信号を生成するステップでは、前記反射回数が異なる複数の前記反射波に対応する複数のピークを含む前記検査用信号を生成する
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の信号処理方法。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の信号処理方法により前記検査用信号を得るステップと、
   前記検査用信号を用いて、前記検査対象の厚みを決定するステップと、
   を備える厚み計測方法。
9. 周波数が異なる複数のバースト波信号を発信可能に構成されたバースト波発信部と、
   前記バースト波信号に駆動されて超音波を発生して前記超音波を検査対象に入射するように、かつ、前記検査対象からの反射波を受信するように構成された超音波探触子と、
   前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する複数の前記反射波の受信信号の検波処理を行い複数の検出信号を得るように構成された検波処理部と、
   前記複数の検出信号のうち信号レベルが最小のレベル最小信号以外の検出信号を少なくとも用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成する検査用信号生成部と、
   を備え、
   前記検査用信号のピーク電圧に基づいて、前記超音波を前記検査対象に入射してから前記反射波を受信するまでの時間を取得するように構成された
   超音波検査の信号処理装置。
10. 周波数が異なる複数のバースト波信号を発信可能に構成されたバースト波発信部と、
    前記バースト波信号に駆動されて超音波を発生して前記超音波を検査対象に入射するように、かつ、前記検査対象からの反射波を受信するように構成された超音波探触子と、
    前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する複数の前記反射波の受信信号の検波処理を行い複数の検出信号を得るように構成された検波処理部と、
    前記複数の検出信号のうち信号レベルが最小のレベル最小信号以外の検出信号を少なくとも用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成する検査用信号生成部と、
    を備え、
    前記検査用信号生成部は、前記複数の検出信号の信号レベルの積算値に基づいて、前記検査用信号を生成するように構成された
    超音波検査の信号処理装置。
11. 周波数が異なる複数のバースト波信号を発信可能に構成されたバースト波発信部と、
    前記バースト波信号に駆動されて超音波を発生して前記超音波を検査対象に入射するように、かつ、前記検査対象からの反射波を受信するように構成された超音波探触子と、
    前記複数のバースト波信号にそれぞれ対応する複数の前記反射波の受信信号の検波処理を行い複数の検出信号を得るように構成された検波処理部と、
    前記複数の検出信号のうち信号レベルが最小のレベル最小信号以外の検出信号を少なくとも用いて、前記検査対象に関する検査結果を得るための検査用信号を生成する検査用信号生成部と、
    を備え、
    前記検査用信号生成部は、前記複数の検出信号の信号レベルの平均値に基づいて、前記検査用信号を生成するように構成された
    超音波検査の信号処理装置。
12. 請求項９乃至１１の何れか一項に記載の信号処理装置と、
    前記信号処理装置で得られる前記検査用信号を用いて、前記検査対象の厚みを算出するように構成された厚み算出部と、
    を備える厚み計測装置。
    

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