KR101118657B1

KR101118657B1 - 초음파 검사 장치

Info

Publication number: KR101118657B1
Application number: KR1020107018854A
Authority: KR
Inventors: 히데오 이소베; 다카히로 이케다; 노리유키 야마네; 료이치 아라이
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2012-03-06
Also published as: US8371171B2; CA2716465C; WO2009107746A1; CA2716465A1; JP5155693B2; EP2249153A4; EP2249153A1; US20110000300A1; KR20100110376A; JP2009204328A

Abstract

초음파 탐상 검사 시에 있어서 고정밀도의 주사 경로 정보를 이용할 수 있는 초음파 검사 장치를 제공한다. 피검사물의 표면까지의 거리를 계측해서, 점군으로 이루어지는 계측 데이터를 취득하는 계측부와, 계측부에 의해 취득된 점군으로 이루어지는 계측 데이터를 이용해서, 스캐너 기구의 좌표계로 표시된 위치 정보를 가진 점의 점군으로 이루어지는 피검사물의 표면의 형상 데이터를 생성하는 형상 데이터 생성부와, 형상 데이터 생성부에 의해 생성된 형상 데이터를 이용해서, 초음파 트랜스듀서의 주사 경로를 구성하는 피검사물의 표면 위의 통과점을 구하고, 피검사물의 표면 위의 통과점의 법선 벡터와 초음파 트랜스듀서의 개구면이 직교하며, 또한 통과점과 초음파 트랜스듀서의 개구면 중심간의 거리가 일정한 초음파 트랜스듀서의 주사 경로 정보를 생성하는 경로 정보 생성부를 구비했다.

Description

초음파 검사 장치{ULTRASONIC INSPECTION DEVICE}

본 발명은, 초음파 검사 장치에 관한 것으로, 특히 초음파 탐상 검사 시에 있어서 고정밀도로 주사를 수행하는 초음파 검사 장치에 관한 것이다.

구조물이나 부품 내의 결함, 보이드나 접합부의 벗겨짐 등의 상태의 검사를 행하기 위해서, 이들 상태의 가시화(可視化)가 가능한 초음파 검사 장치가 이용된다. 이 초음파 검사 장치는, 매트릭스 형상이나 리니어 형상 등의 어레이형으로 형성된 압전 변환부로 구성되는 초음파 트랜스듀서를 이용해서 피검사물의 주사를 행하여, 결함 등의 검사를 행한다.

초음파 검사 장치는, 초음파 트랜스듀서를 구동시키는 스캐너 기구를 구비하고 있다. 이 스캐너 기구는, X축, Y축, Z축, 및 A축(X축 방향의 회전축), B축(Y축 방향의 회전축), C축(Z축 방향의 회전축) 등의 소요의 축을 구비한 직교 로봇(Cartesian robot)이나, 아암 기구(arm mechanism)를 기본으로 구성된 산업용 로봇(industrial robot) 등으로 구성된다. 스캐너 기구는 제어 기구 등의 제어에 의거하여 구동함으로써, 스캐너 기구에 부착된 초음파 트랜스듀서가 피검사물 표면 위의 소정 범위를 자동적으로 탐상한다.

초음파 트랜스듀서에 의해 자동적으로 소정 범위를 탐상하기 위해서는, 스캐너 기구의 주사 경로 정보를 사전에 생성해둘 필요가 있다. 주사 경로 정보는, 피검사물의 표면 형상에 의거하여, 예를 들면 초음파 트랜스듀서의 개구 폭을 1회의 주사 폭으로 하여 생성된다.

주사 경로 정보의 생성 방법으로서, 피검사물의 형상 설계 데이터에 의거하여, 컴퓨터 소프트웨어를 이용해서 사전에 생성하는 방법이 있다. 이 방법으로 비교적 용이하게 주사 경로 정보를 작성할 수 있다. 그러나, 작성된 주사 경로 정보는 이상적인 형상 설계 데이터에 의거하는 주사 경로 정보이기 때문에, 피검사물의 제조 시에 있어서의 공작 정밀도에 기인해서, 실제의 피검사물의 형상과 형상 설계 데이터 상의 피검사물의 형상의 불일치가 발생할 가능성이 있다. 또한, 초음파 탐상 검사 시에 있어서는, 스캐너 기구 내의 소정 위치에 피검사물을 설치해서 행하지만, 피검사물이 복잡한 형상일 경우, 높은 정밀도의 재현성으로 소정 위치에 설치하는 것은 곤란했다.

또한, 다른 주사 경로 정보의 생성 방법으로서, 피검사물의 표면 위에서 스캐너 기구에 의해 초음파 트랜스듀서를 구동시킴으로써, 실제의 주사 경로상의 통과점을 한 점마다 교시?등록하고, 이 스캐너 기구의 통과점을 주사 경로로서 연결시킨 것을 주사 경로 정보로서 생성하는 방법이 있다. 이 방법은, 스캐너 기구를 주사 경로상의 통과점마다 구동시킴으로써, 스캐너 기구의 주사 경로를 교시?등록하기 때문에, 방대한 시간 및 작업이 필요했다. 또한, 특히 스캐너 기구에 설치된 구동부의 구성이 복잡할 경우에는, 매우 복잡한 순서 및 조작을 필요로 하는 방법이었다.

여기서, 고정밀도의 초음파 탐상을 행하기 위해서는, 초음파 트랜스듀서가 발신하는 초음파를 피검사물의 검사 영역에 일정한 각도로 입사시킬 필요가 있다. 또한, 개구 합성법(開口合成法; aperture synthesis)으로 탐상를 행하는 초음파 검사 장치에 대해서는, 초음파 트랜스듀서와 피검사물의 표면간의 거리를 일정하게 유지하는 것이 필요하다.

그래서, 피검사물과 초음파 트랜스듀서를 일정 거리로 유지하면서, 피검사물에 대하여 일정 각도로 초음파를 입사할 수 있는 초음파 탐상 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특개소63-309852호 공보(특허문헌1) 참조).

이 초음파 탐상 장치는, 스캐너 기구의 주사 스테이지에 대하여 거의 수직 방향의 구동축의 하단에 거리 센서를 설치하고, 피검사물의 상부에서 거리 센서를 스캔시킨다. 스캔에 의해 얻어진 피검사물과 거리 센서간의 거리의 측정 데이터에 의거하여, 스캐너 기구의 좌표 데이터인 피검사물의 형상 데이터를 구하고, 메모리에 기억한다. 또한, 주사 시에 있어서는 피검사물의 형상 데이터의 각 점 위를 통과점으로 한 주사 경로 정보를 작성하고, 구동 기구를 오픈 루프(open loop) 제어하는 것이었다.

또한, 피검사물의 형상 데이터를 스플라인 함수를 이용해서 보간을 행하여 취득하고, 초음파 트랜스듀서의 자세 제어를 행하는 자동 초음파 탐상 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특개평5-45347호 공보(특허문헌2) 참조).

이 자동 초음파 탐상 방법은, 취득한 거리 데이터에 대하여 스플라인 함수를 이용해서 보간을 행함으로써, 형상 데이터의 작성에 필요한 시간, 수고를 저감하는 것이었다.

특허문헌1에 나타내는 초음파 탐상 장치는, 피검사물의 형상 데이터를 얻기 위해서는, 미리 피검사물 상의 주사 경로의 통과점을 포함하는 형상 데이터를 취득 할 필요가 있어, 많은 시간이 소요된다. 또한, 주사 경로 정보를 생성한 후에 주사 경로를 변경하려는 경우에는, 다시 형상 데이터를 취득할 필요가 있었다.

또한, 특허문헌2에 나타내는 자동 초음파 탐상 방법은, 스플라인 함수에 의한 보간을 이용해서 행함으로써 적은 점수(点數)의 거리 데이터로 형상 데이터를 작성할 수 있었다. 그러나, 보다 고정밀도의 주사 경로 정보를 생성하기 위해서는, 가급적 보간의 필요성이 생기지 않도록 거리 데이터의 점수를 많이 취하는 것이 필수로 되어 있었다.

본 발명은, 이러한 사정을 고려해서 이루어진 것으로, 피검사물의 표면 위의 다수의 점군(点群)을 포함하는 형상 데이터에 의거하여 고정밀도로 또한 효율적으로 주사 경로 정보를 생성함으로써, 고정밀도의 초음파 탐상 검사의 실시가 가능한 초음파 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 초음파 검사 장치는, 상술한 과제를 해결하기 위해서, 복수의 압전 트랜스듀서를 구비한 초음파 트랜스듀서와, 상기 복수의 압전 트랜스듀서에 접속되어, 신호 발생부로부터의 구동 신호에 따라 소요의 압전 트랜스듀서를 선택하는 구동 소자 선택부와, 상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 트랜스듀서로부터 발진되는 초음파를 피검사물에 입사시켜 그 반사 에코를 수신하고, 상기 반사 에코의 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와, 검출된 상기 반사 에코의 전기 신호를 연산 처리하여 상기 피검사물의 내부의 화상 정보를 생성하는 신호 처리부를 구비한 탐상 처리 장치와, 상기 피검사물 상에서 서로 교차하는 3축 방향으로 상기 초음파 트랜스듀서를 이동시키는 구동부와, 상기 3축 방향 중 적어도 1축 방향의 회전축 둘레로 상기 초음파 트랜스듀서를 회동시키는 회동부를 구비한 스캐너 기구와, 상기 피검사물의 표면까지의 거리를 계측해서, 점군으로 이루어지는 계측 데이터를 취득하는 계측부와, 상기 계측부에서 취득된 상기 점군으로 이루어지는 계측 데이터를 이용하여, 상기 스캐너 기구의 좌표계로 표시된 위치 정보를 가진 점의 점군으로 이루어지는 상기 피검사물의 표면의 형상 데이터를 생성하는 형상 데이터 생성부와, 상기 형상 데이터 생성부에서 생성된 상기 형상 데이터를 이용하여, 상기 초음파 트랜스듀서의 주사 경로를 구성하는 상기 피검사물의 표면 위의 통과점을 구하고, 상기 피검사물의 표면 위의 통과점의 법선 벡터와 상기 초음파 트랜스듀서의 개구면(開口面)이 서로 교차하고, 또한 상기 통과점과 상기 초음파 트랜스듀서의 개구면 중심간의 거리가 일정한 상기 초음파 트랜스듀서의 주사 경로 정보를 생성하는 경로 정보 생성부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음파 검사 장치는, 피검사물의 표면의 형상 데이터를 생성하고, 이 형상 데이터에 의거하여 고정밀도로 또한 효율적으로 주사 경로 정보를 생성함으로써 고정밀도의 초음파 탐상 검사의 실시가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 검사 장치의 개략적인 전체 구성도.
도 2는 초음파 트랜스듀서 및 장치 본체에 설치된 탐상 처리 장치를 설명하는 기능 구성도.
도 3은 스캐너 기구 및 광학적 계측 장치를 설명하는 구성도.
도 4는 광학적 계측 장치, 및 장치 본체에 설치된 경로 정보 생성 장치를 설명하는 기능 구성도.
도 5의 (A)는 형상 데이터의 점군을 표시한 도면, (B)는 형상 데이터의 점군의 일부를 발취해서 확대한 도면.
도 6은 본 실시형태에 있어서의 초음파 검사 장치를 이용한 초음파 탐상 검사에 대해서 설명하는 플로차트.
도 7은 보정 처리에 있어서의 데이터의 흐름을 설명하는 도면.
도 8은 주사 경로 정보의 보정 처리를 설명하는 플로차트.
도 9는 형상 설계 데이터의 보정 처리에 있어서의 데이터의 흐름을 설명하는 플로차트.

본 발명에 따른 초음파 검사 장치의 실시형태를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 있어서의 초음파 검사 장치(1)의 일례인 개략적인 전체구성도이다.

이 초음파 검사 장치(1)에서, 매트릭스 형상이나 리니어 형상 등의 어레이형으로 형성된 압전 변환부(23)로 구성되는 초음파 트랜스듀서(2)는, 스캐너 기구(3)를 이용해서 피검사물의 표면을 주사한다. 이것에 의해, 피검사물의 내부 결함이나 보이드, 박리를 개구 합성법을 이용해서 가시화할 수 있다.

초음파 검사 장치(1)는, 초음파 트랜스듀서(2), 스캐너 기구(3), 광학적 계측 장치(4), 및 탐상 처리 장치(6)와 스캐너 기구 구동 장치(7)와 경로 정보 생성 장치(8)로 구성되는 장치 본체(5)로 구성된다.

또한, 장치 본체(5)에는 초음파 탐상 검사에 의해 얻은 2차원 또는 3차원 탐상 화상 등을 표시하는 표시 장치(9), 및 각종 지시의 입력을 접수하는 입력 장치(10)가 구성된다.

도 2는 초음파 트랜스듀서(2) 및 장치 본체(5)에 설치되는 탐상 처리 장치(6)를 설명하는 기능 구성도이다.

탐상 처리 장치(6)는, 구동 신호를 발생하는 신호 발생부(15), 구동 소자 선택부(16), 신호 검출 회로(17), 신호 처리부(18), 제어 회로(19)를 구비한다.

신호 발생부(15)는, 초음파 트랜스듀서(2)를 구동시키는 구동 신호를 발생한다.

구동 소자 선택부(16)는, 신호 발생부(15)로부터의 구동 신호를 선택하고, 초음파 트랜스듀서(2)의 압전 트랜스듀서 또는 진동자(압전 변환 소자)(20)를 선택적으로 구동시킨다.

신호 검출 회로(17)는, 초음파 트랜스듀서(2)로부터 발진되어 피검사물(21)의 검사 영역(22)(타깃 영역)에 조사되어서, 이 검사 영역(22)에서 반사된 초음파의 반사 에코를, 초음파 트랜스듀서(2)를 통해서 전기 신호로서 검출한다.

신호 처리부(18)는, 신호 검출 회로(17)에서 검출된 반사 에코의 전기 신호를 증폭, A/D 변환, 가시화 등의 일련의 처리를 행하여 초음파 화상 정보를 생성한다.

표시 장치(9)는, 표시부, 연산부, 기억부 등으로 구성된다. 이 중 표시부에는, 액정 모니터, LED(발광 다이오드), EL(Electro Luminescence), VFD(형광 표시관), PDP(플라즈마 디스플레이 패널) 등의 플랫 패널 디스플레이를 사용할 수 있다. 이 표시 장치(9)는, 신호 처리부(18)에서 처리된 초음파 화상 정보를 바탕으로 필요에 따른 2차원 또는 3차원 탐상 화상을 생성해서 표시한다. 또한, 입력 장치(10)는, 키보드나 마우스 등으로 구성된다.

제어 회로(19)는, 신호 발생부(15)와 구동 소자 선택부(16)와 신호 검출 회로(17)와 신호 처리부(18)와 표시 장치(9)의 동작을 제어한다. 즉, 제어 회로(19)는, 초음파의 발신, 수신, 화상화, 표시 등의 일련의 동작을 제어한다.

제어 회로(19)는, 입력 장치(10)로부터 검사 개시의 지시 입력을 접수하면, 피검사물(21)의 검사 영역(22)에서의 초음파 화상 정보를 생성하기 위해서, 우선 신호 발생부(15)에 초음파 트랜스듀서(2)의 구동 신호의 발생을 지시한다. 또한, 제어 회로(19)는, 초음파 트랜스듀서(2)를 구성하는 복수의 압전 트랜스듀서(20)로부터 구동 신호를 공급하는 압전 트랜스듀서(20)를 선택하기 위해, 구동 소자 선택부(16)에 구동 신호를 공급하는 압전 트랜스듀서(20)를 선택하도록 지시한다.

압전 트랜스듀서(20)가 구동되면 피검사물(21)의 검사 영역(22)에 초음파가 발신된다. 이 초음파에 의거하는 반사 에코는, 압전 트랜스듀서(20)에서 수신되어 전기 신호로 변환된다. 이 반사 에코는 복수의 압전 트랜스듀서(20)에 의해 동시에 수신된다. 이때, 제어 회로(19)가 신호 검출 회로(17)에 지시해서 압전 트랜스듀서(20)를 선택함으로써, 초음파 화상 정보를 생성하기 위해서 필요한 반사 에코를 선택한다.

또한, 제어 회로(19)는, 초음파 화상 정보화(가시화)를 하기 위해서, 신호 처리부(18)에 반사 에코의 전기 신호의 증폭, A/D 변환, 가시화 등의 일련의 처리를 지시한다. 또한, 제어 회로(19)는, 가시화한 정보를 표시 장치(9)에 표시하기 위한 제어 지령을 보낸다.

입력 장치(10)는, 제어 회로(19)에 검사의 개시, 종료, 화상 전환 등의 지시 입력, 또는 검사 조건의 설정 입력을 행하여 초음파 검사 장치(1)의 조작을 실행시킨다.

다음으로, 초음파 트랜스듀서(2)에 대해서 설명한다.

초음파 트랜스듀서(2)는, 압전 변환 소자로서의 다수의 압전 트랜스듀서(진동자)(20)를 m행 n열의 매트릭스 형상으로 정렬 배치한 압전 변환부(23)를 갖는다. 이 압전 변환부(23)는, 매트릭스 센서인 초음파 센서를 구성하고 있다. 또한, 압전 변환부(23)는 압전 트랜스듀서(20)를 매트릭스 형상으로 배설(配設)하는 대신에, 일렬로 또는 십자(十字)의 라인 형상(어레이 형상)으로 어레이 배열해서, 어레이 센서를 구성해도 된다.

초음파 트랜스듀서(2)의 각 압전 트랜스듀서(20)에는, 신호 발생부(15)에서 발생한 구동 신호가 구동 소자 선택부(16)에 의해 선택되어서 가해진다. 구동 소자 선택부(16)의 선택에 의해 각 압전 트랜스듀서(20)의 구동 순서가 1개씩 또는 복수개씩 결정되어, 각 압전 트랜스듀서(20)는 소요의 구동 타이밍으로 구동되어서 초음파를 발진시킨다.

또한, 각 압전 트랜스듀서(20)로부터 발진된 초음파는, 피검사물(21)의 검사 영역(22)에 조사되어, 검사 영역(22)의 밀도적(密度的) 경계층으로부터 일부가 반사해서 반사 에코가 된다. 이 반사 에코는, 초음파 센서인 초음파 트랜스듀서(2)(매트릭스 센서)에서 수신된다.

초음파 트랜스듀서(2)의 초음파 센서면인 발수신면(發受信面)측, 구체적으로는, 피검사물(21)측에 액체 또는 고체의 음향 전파 매체인 슈우(shoe) 부재(24)가 밀착된다. 슈우 부재(24)와 피검사물(21)의 사이에는 초음파의 음향적 정합(整合)을 취하는 커플런트(couplant)(25)가 설치된다. 커플런트(25)는, 휘발성이 낮은 겔 형상의 액체로 형성된다. 음향 전파 매체인 슈우 부재(24)가 물 등의 액체일 경우에는, 커플런트(25)는 불필요해진다.

초음파 트랜스듀서(2)의 각 압전 트랜스듀서(20)로부터 순차 발진된 초음파는, 음향 전파 매체로서의 슈우 부재(24)를 통과해서, 커플런트(25)를 거쳐 피검사물(21)의 검사 영역(22)에 입사된다. 이 초음파는, 검사 영역(22)의 각 경계층에서 반사한다.

피검사물(21)의 표면(21a), 경계면, 저면(21b), 내부 결함(26) 등의 각 경계층에서 반사된 초음파의 반사 에코(U)는, 피검사물(21)로부터 슈우 부재(24)를 거쳐 초음파 트랜스듀서(2)의 각 압전 트랜스듀서(20)에 시간차를 두고 각각 수신된다. 이 반사 에코(U)는, 각 압전 트랜스듀서(20)를 진동시켜서 전기 신호(전기 에코 신호)로 변환된다. 이 전기 에코 신호는, 계속해서 신호 케이블(27)을 통해서 신호 검출 회로(17)에 입력되어서 압전 트랜스듀서(20)마다 검출된다.

신호 검출 회로(17)는 신호 케이블(27)을 통해서 초음파 트랜스듀서(초음파 센서)(16)의 각 압전 트랜스듀서(20)에 정렬 상태로 접속된다. 압전 변환부(23)의 각 압전 트랜스듀서(20)에서 발생하는 전기 에코 신호는, 신호 케이블(27)을 통해서 신호 검출 회로(17)에 안내된다. 또한, 이 신호 케이블(27)을 이용해서 신호 발생부(15)로부터의 구동 신호가 구동 소자 선택부(16)를 통해서 압전 변환부(23)의 각 압전 트랜스듀서(20)에 안내된다.

이 초음파 검사 장치(1)의 탐상 처리 장치의 작용에 대해서 설명한다.

초음파 트랜스듀서(2)의 각 압전 트랜스듀서(20) 중, m행 n열째의 압전 트랜스듀서(20)에 구동 신호가 가해지면, 이 압전 트랜스듀서(20)가 작동해서 압전체로서의 초음파가 발생하고, 이 초음파를 발진시킨다. 발진된 초음파는 슈우 부재(24)와 커플런트(25)를 거쳐서 피검사물(21)의 검사 영역(22)에 조사된다.

피검사물(21)의 검사 영역(22)에 조사된 초음파는, 검사 영역(22)의 밀도적 경계층으로부터 일부가 반사해서 반사 에코가 된다. 이 반사 에코(U)는, 커플런트(25), 슈우 부재(24)를 통과해서 초음파 트랜스듀서(2)에 되돌아가고, 각 압전 트랜스듀서(20)에 시간차를 두고 각각 수신된다. 각 압전 트랜스듀서(20)에 의한 압전 변환에 의해, 반사 에코(U)는 전기 신호(전기 에코 신호)로 변환되어서 신호 케이블(27)을 통해서 송신되고, 신호 검출 회로(17)에서 검출된다.

신호 검출 회로(17)에서 검출된 전기 에코 신호 중, 검사에 필요한 복수의 전기 에코 신호는, 신호 처리부(18)에 안내된다. 신호 처리부(18)는, 안내된 전기 에코 신호를 증폭, A/D 변환, 가시화 등의 일련의 처리를 행하고, 초음파 화상 정보를 생성한다. 생성된 초음파 화상 정보는, 표시 장치(9)에 안내되고, 영상화 처리된 후에 2차원 또는 3차원 탐상 화상으로서 표시된다.

도 3은 스캐너 기구(3) 및 광학적 계측 장치(4)를 설명하는 구성도이다.

스캐너 기구(3)는, 피검사물(21)이 설치되는 주사 스테이지(3a)와, 주사 스테이지(3a)의 한 변에 거의 수직하게 고정되는 고정부(3b)와, 고정부(3b) 위를 X축 방향으로 구동하는 X축 구동부(3c)와, Y축 방향 및 Z축 방향으로 구동하는 YZ축 구동부(3d)로 구성된다. 또한, YZ축 구동부(3d)의 하단에는, X축 방향의 회전축인 A축 둘레로 회동하는 A축 회동부(3e), 및 초음파 트랜스듀서(2)가 순차 구성된다. 또한, X축, Y축 및 Z축은, 서로 교차하는 축이다.

스캐너 기구(3)의 X축 구동부(3c), YZ축 구동부(3d) 및 A축 회동부(3e)는, 장치 본체(5)의 스캐너 기구 구동 장치(7)로부터 송신된 제어 신호에 의거하여, 주사 스테이지(3a)에서 X축, Y축, Z축 방향 및 A축 둘레로 구동한다. 스캐너 기구 구동 장치(7)로부터 스캐너 기구(3)에 송신되는 제어 신호는, 장치 본체(5)의 경로 정보 생성 장치(8)로부터 취득되는 주사 경로 정보나, 입력 장치(10)로부터 입력된 정보에 의거하여 생성된다.

또한, 스캐너 기구(3)의 주사 스테이지(3a)에는 피검사물(21)이 설치된다. 초음파 트랜스듀서(2)는, X축 구동부(3c), YZ축 구동부(3d) 및 A축 회동부(3e)의 구동에 따라, 주사 스테이지(3a)에 설치된 피검사물(21)의 주사를 행한다. 또한, 스캐너 기구(3)는, 주사 스테이지(3a)를 설치하지 않고, 고정부(3b)를 직접 피검사물(21)에 고정해서 주사를 행하도록 구성해도 된다.

초음파 트랜스듀서(2)가 피검사물(21)의 표면을 주사하기 위해서는, 미리 주사 경로 정보를 작성할 필요가 있다.

주사 경로 정보(30)는, 스캐너 기구의 YZ축 구동부(3d)의 하단에 고정된 초음파 트랜스듀서(2)가 피검사물(21)의 주사를 행할 때에 이동하는 경로에 관한 정보이다. 도 3에 있어서의 주사 경로 정보(30)는, 피검사물(21) 상의 X축 방향 및 Y축 방향을 나타내는 화살표에 의해 도시된다. 스캐너 기구 구동 장치(7)는, 이 주사 경로 정보(30)에 의거하여 X축 구동부(3c), YZ축 구동부(3d) 및 A축 회동부(3e)를 구동시킴으로써, 초음파 트랜스듀서(2)는 피검사물(21)을 자동적으로 주사한다.

여기서, 종래의 주사 경로 정보는 피검사물의 형상 설계 데이터에 의거하여, 컴퓨터 소프트웨어에 의해 작성하는 방법, 또는 실제로 스캐너 기구(3)를 구동시킴으로써 주사 경로 상의 각각의 통과점을 교시?등록하는 방법을 이용해서 생성하는 것이 일반적이었다. 또한, 주사 경로 정보는, 피검사물(21)의 표면에 대하여 초음파를 수직으로 입사할 수 있고, 또한 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심과 피검사물(21)의 표면간의 거리가 일정해지도록 작성될 필요가 있다. 그러나, 상기 어느 방법을 이용해도, 고정밀도의 주사 경로 정보를 생성하는 것은 곤란했다.

본 발명의 초음파 검사 장치(1)에서는, 피검사물(21)이 스캐너 기구(3)에 설치된 상태에서, 광학적 계측 장치(4)에 의해 피검사물(21)의 표면의 형상을 계측하고, 형상 데이터의 점군(点群)을 미세 간격으로 구함으로써, 고정밀도의 주사 경로 정보를 작성할 수 있다. 이 때문에, 주사 경로 정보에 의거하여 스캐너 기구(3)를 제어함으로써, 도 3에 나타내는 바와 같은 원통면을 표면으로 하는 피검사물(21)의 표면에 대하여, 초음파 트랜스듀서(2)로부터 발신되는 초음파를 수직으로 입사할 수 있고, 또한 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심과 피검사물(21)의 표면간의 거리가 일정해지도록 주사하는 것이 가능해진다.

광학적 계측 장치(4)는, 스캐너 기구(3)의 고정부(3b)에 Z축 방향으로 설치된 축(31)에 설치되어, 스캐너 기구(3)의 2차원면을 구성하는 주사 스테이지(3a) 위로 레이저광(L)을 조사 가능하도록 구성된다. 광학적 계측 장치(4)는, 예를 들면 3차원 레이저 스캐너 등의 일정 면적을 고속으로 주사 가능한 장치로 구성된다.

도 4는, 광학적 계측 장치(4), 및 장치 본체(5)의 경로 정보 생성 장치(8)를 설명하는 기능 구성도이다.

광학적 계측 장치(4)는, 경로 정보 생성 장치(8)의 구동 제어부(35)에 대하여 입력 장치(10)로부터 입력된 지시에 의거하여 레이저광(L)을 2차원면 위로 조사한다. 또한, 광학적 계측 장치(4)는, 주사 스테이지(3a)에 설치된 피검사물(21)의 표면 위의 조사점까지의 거리를 비접촉으로 계측하고, 계측 데이터를 취득한다. 계측 데이터는, 이후에 행하는 주사 경로 정보의 생성 처리에 있어서 고정밀도의 주사 경로 정보를 생성하기 위해서, 피검사물(21)의 표면 위에서 다수의 미세한 간격의 점군으로 이루어지는 계측 데이터를 취득하는 것이 바람직하다. 계측 데이터는, X축 방향으로 M점, Y축 방향으로 N점의 계측 데이터를 취득하고, 각 점을 (Pi,j)(i = 1, 2, ???, M, j = 1, 2, ???, N)으로 한다. 광학적 계측 장치(4)로부터 취득된 각 점(Pi,j)의 계측 데이터는, 경로 정보 생성 장치(8)에 송신되어 계측 데이터 기억부(40)에 저장된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 장치 본체(5)의 경로 정보 생성 장치(8)는, 형상 데이터 생성부(36), 경로 정보 생성부(37), 구동 제어부(35), 보정 처리부(38) 및 기억부(39)로 구성된다. 또한, 기억부(39)는, 계측 데이터 기억부(40), 형상 데이터 기억부(41) 및 경로 정보 기억부(42)로 구성된다. 한편, 보정 처리부(38)의 자세한 설명에 대해서는, 후술한다.

형상 데이터 생성부(36)는, 광학적 계측 장치(4)로부터 송신되어, 계측 데이터 기억부(40)에 기억된 점군인 계측 데이터(Pi,j)를 판독하고, 피검사물(21)의 표면의 형상 데이터를 생성한다.

도 5의 (A)는, 형상 데이터(45)의 점군을 표시한 도면이다.

형상 데이터 생성부(36)에 의한 형상 데이터(45)의 생성은, 광학적 계측 장치(4)와 피검사물(21)의 표면 위의 조사점간의 거리에 관한 계측 데이터를, 스캐너 기구(3)의 좌표계, 즉 서로 교차하는 X축, Y축 및 Z축으로 구성되는 좌표값(X, Y, Z)으로 변환 처리를 행함으로써 실현된다. 스캐너 기구(3)의 좌표계에 의해 표시된 피검사물(21)의 표면의 형상 데이터(45)의 점군의 위치 정보는, 형상 데이터 기억부(41)에 저장된다.

경로 정보 생성부(37)는, 형상 데이터 생성부(36)에서 생성되어 형상 데이터 기억부(41)에 저장된 형상 데이터(45)를 판독하고, 스캐너 기구(3)가 피검사물(21) 위를 구동하기 위한 주사 경로 정보를 생성한다. 주사 경로 정보는, 초음파 트랜스듀서의 개구 폭에 수직한 X축 방향을 향해서 필요한 길이를 주사하고, 그 후 초음파 트랜스듀서의 개구 폭 만큼 Y축 방향으로 시프트(shift)해서 역방향의 X축 방향을 향해서 필요한 길이를 주사하는 동작의 조합으로 형성된 주사 경로에 관한 정보이다.

주사 경로 정보는, 도 5의 (A)에 나타내는 형상 데이터(45)의 점군의 위, 또는 점군의 사이를 통과하도록 생성된다. 주사 경로(30)가 점군 위를 통과할 경우에는, 통과하는 점군에 부여되어 있는 좌표값(X, Y, Z)을 주사 경로 위의 통과점으로 한다.

한편, 주사 경로(30)가 점군의 사이를 통과할 경우, 형상 데이터(45)의 점군 중에서 주사 경로(30)에 인접하는 점의 사이에서 보간 연산을 행하고, 주사 경로 정보를 생성하기 위해서 필요한 통과점의 위치 정보인 좌표값(X, Y, Z)을 주사 경로의 통과점으로서 취득한다.

도 5의 (B)는, 도 5의 (A)에 나타낸 형상 데이터(45)의 점군의 일부를 취출해서 확대한 도면이다.

구체적으로는, 주사 경로(30)에 인접하는 3개의 점군(예를 들면, (Pi,j+1), (Pi+1,j), (Pi+1,j+1))에 의해 형성되는 삼각형의 변과 주사 경로(30)가 교차하는 점((PPm,n+1), (PPm,n+2))의 좌표값(X, Y, Z)을, 이 점군 간의 선형 보간에 의해 구한다. 또한, 다른 통과점인 (PPm,n)의 좌표값(X, Y, Z)에 대해서도 마찬가지로, 삼각형을 구성하는 3개의 점군((Pi,j), (Pi,j+1), (Pi+1,j))간의 선형 보간에 의해 구한다. 경로 정보 생성부(37)는, 이러한 선형 보간을, 주사 경로와 3개의 점군에 의해 형성되는 삼각형의 변이 교차하는 각 통과점에 대해서 행하고, 얻어진 각 통과점을 주사 경로 순으로 연결함으로써, 주사 경로 정보를 얻을 수 있다.

한편, 통과점의 보간 연산은, 3점간 뿐만 아니라 2점간 또는 3점간 이상으로 행해도 된다.

또한, 피검사물(21)의 표면에 대하여 초음파 트랜스듀서(2)로부터 발신되는 초음파를 거의 수직으로 입사하고, 또한 피검사물(21)의 표면과 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심간의 거리를 항상 일정하게 유지하기 위해서, 주사 경로(30)를 형성하는 각 통과점의 법선 벡터(46)를 구한다. 주사 경로(30)를 형성하는 각 통과점의 법선 벡터(46)에는, 상술한 3개의 점군에 의해 형성되는 삼각형의 법선 벡터(47)를 구하고, 이 법선 벡터(47)를 삼각형의 변과 주사 경로(30)가 교차하는 점, 즉 주사 경로를 형성하는 각 통과점의 법선 벡터(46)로 간주해서 적용한다. 또한, 계측 데이터의 점군을 미세 간격으로 취득함으로써, 삼각형의 법선 벡터(47)를 각 통과점의 법선 벡터(46)로 간주해도, 큰 오차의 발생을 회피할 수 있다.

경로 정보 생성부(37)는, 이렇게 해서 구해진 각 통과점의 법선 벡터(46)를 이용하여, 주사 경로(30) 위의 각 통과점의 법선 벡터(46)와 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면이 항상 교차하는 A축 회동부(3e)의 회전량을 구한다. 또한, 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심과 각 통과점간의 거리가 항상 일정해지도록 통과점의 위치 정보를 결정한다.

따라서, 피검사물(21)의 표면에 대하여 초음파 트랜스듀서(2)로부터 발신되는 초음파를 수직으로 입사할 수 있고, 또한 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심과 피검사물(21) 표면간의 거리가 항상 일정해지는 주사 경로 정보를 생성할 수 있다.

이렇게 생성된 주사 경로 정보는, 스캐너 기구(3)의 좌표계에 있어서의 좌표값(X, Y, Z) 및 A축 회동부(3e)의 회전량으로 주어지고, 경로 정보 생성 장치(8)의 경로 정보 기억부(42)에 저장된다. 장치 본체(5)의 스캐너 기구 구동 장치(7)는 이 경로 정보 기억부(42)에 저장된 주사 경로 정보를 읽어들임으로써, 스캐너 기구(3)를 제어한다.

다음으로, 도 6을 이용해서 본 실시형태에 있어서의 초음파 검사 장치(1)를 이용한 초음파 탐상 검사에 대해서 설명한다.

초음파 검사 장치(1)에 의한 초음파 탐상 검사는, 피검사물(21)이 스캐너 기구(3)의 주사 스테이지(3a)에 설치되고, 입력 장치(10)로부터 입력된 검사 개시의 지시에 의거하여 개시된다.

스텝 S1에 있어서, 광학적 계측 장치(4)는, 주사 스테이지(3a)에 설치된 피검사물(21)에 대하여 레이저광(L)을 조사한다. 광학적 계측 장치(4)는, 피검사물(21)의 표면 위의 조사점까지의 거리를 비접촉으로 계측한 점군을 취득하고, 그 점군을 계측 데이터로서 계측 데이터 기억부(40)에 저장한다. 계측 데이터의 점군은, 고정밀도의 주사 경로 정보를 생성하기 위해서 미세한 간격으로 취득하는 것이 바람직하다.

스텝 S2에 있어서, 형상 데이터 생성부(36)는, 계측 데이터 취득 스텝 S1에서 취득되어, 계측 데이터 기억부(40)에 저장된 계측 데이터를 읽어들이고, 피검사물(21) 표면의 스캐너 기구(3)의 좌표계에서의 좌표값(X, Y, Z)으로 변환된 위치 정보를 가진 형상 데이터(45)를 생성한다. 생성된 형상 데이터(45)는, 형상 데이터 기억부(41)에 저장된다.

스텝 S3에 있어서, 경로 정보 생성 장치(8)의 경로 정보 생성부(37)는, 형상 데이터 생성 스텝 S2에 있어서 형상 데이터 기억부(41)에 기억된 형상 데이터를 읽어들이고, 초음파 트랜스듀서(2)가 피검사물(21)의 주사를 행하는 주사 경로 정보를 생성한다. 생성된 주사 경로 정보는, 기억부(39)의 경로 정보 기억부(42)에 저장된다. 주사 경로 정보는, 형상 데이터(45)의 점군을 이용해서 보간 연산을 행하고, 통과점의 위치 정보 및 법선 벡터(46)를 구한 후, 각 통과점의 법선 벡터(46)와 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면이 교차하고, 또한 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심과 피검사물(21)의 표면간의 거리가 항상 일정해지는 통과점의 좌표(X, Y, Z) 및 A축 회동부(3e)의 회전량을 구하고, 이 좌표 및 회전량을 주사 경로 순으로 연결함으로써 생성된다.

스텝 S4에 있어서, 스캐너 기구 구동 장치(7)는 입력 장치(10) 등으로부터의 입력에 의거하여, 경로 정보 생성 스텝 S3에서 경로 정보 기억부(42)에 저장된 주사 경로 정보(30)을 읽어들인다. 스캐너 기구 구동 장치(7)는, 이 주사 경로 정보(30)에 의거하여 스캐너 기구(3)의 X축 구동부(3c), YZ축 구동부(3d) 및 A축 회동부(3e)를 구동시킨다.

스텝 S5에 있어서, 초음파 트랜스듀서(2)는, 스캐너 기구(3)의 X축 구동부(3c), YZ축 구동부(3d) 및 A축 회동부(3e)의 구동에 따라, 피검사물(21)의 표면을 주사한다. 초음파 트랜스듀서(2)는, 장치 본체(5)의 탐상 처리 장치(6)의 제어에 의해 피검사물(21)의 표면 위을 이동해서 주사한다.

스텝 S6에 있어서, 주사 스텝 S5에서 행하여진 주사에 의해 얻은 피검사물(21)의 2차원 또는 3차원의 탐상 화상을 표시 장치(9)에 표시한다. 이상으로, 초음파 탐상 검사는 종료한다.

이 초음파 검사 장치(1)에 따르면, 광학적 계측 장치(4)를 이용함으로써, 실제로 초음파 탐상 검사를 행하는 스캐너 기구(3)의 주사 스테이지(3a) 위에 피검사물(21)이 설치된 상태에서, 피검사물(21)의 표면 위의 미세한 간격의 점군을 형상 데이터(45)로서 생성할 수 있다. 이렇게 해서 얻은 형상 데이터(45)로부터는, 종래와 같이 피검사물(21)의 제작 오차, 설치 오차 등을 포함하지 않고, 정밀도가 매우 높은 주사 경로 정보를 생성할 수 있다.

또한, 광학적 계측 장치(4)를 이용해서 얻은 형상 데이터(45)가, 초음파 트랜스듀서(2)의 주사 경로(30) 위에 존재하지 않는 경우에도, 주사 경로에 인접하는 형상 데이터(45)의 미세 간격의 점군을 간단한 방법으로 보간함으로써, 주사 경로(30) 위의 좌표값을 큰 오차를 발생하지 않고 구할 수 있다. 이 때문에, 고정밀도의 주사 경로 정보를 생성할 수 있다.

또한, 고정밀도의 주사 경로 정보에 의거하여, 피검사물(21)의 표면에 대하여 초음파 트랜스듀서(2)로부터 발신되는 초음파를 수직으로 입사할 수 있고, 또한 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심과 피검사물(21)의 표면간의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 이 때문에, 더욱 고정밀도의 초음파 탐상 검사를 실시할 수 있다.

게다가 또한, 2차원면 상에서 레이저 등의 광학적 계측 장치(4)를 이용해서 계측 데이터를 취득함으로써, 종래 피검사물(21)의 표면 위의 계측 데이터의 취득에 필요했던 방대한 시간을 소비하는 것을 회피할 수 있고, 효율적으로 초음파 탐상 검사를 행할 수 있다.

즉, 본 실시형태에 있어서의 초음파 검사 장치(1)는, 고정밀도의 주사 경로 정보에 의거하여 스캐너 기구(3)를 정밀도 좋게 구동시킬 수 있고, 초음파 탐상 검사에 의한 결함(26) 등의 2차원 또는 3차원 탐상 화상의 정밀도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.

다음으로, 광학적 계측 장치(4)로부터 얻어진 계측 데이터에 의거하여 생성된 주사 경로 정보를 보정 데이터로서 이용하여, 미리 다른 방법으로 생성된 주사 경로 정보의 보정 처리를 행하고, 초음파 탐상 검사에 이용되는 고정밀도의 주사 경로 정보를 생성할 경우에 대해서 설명한다.

미리 주사 경로 정보를 생성하는 다른 방법으로서는, 실제로 스캐너 기구를 피검사물 위에서 구동시키면서 주사 경로 위의 각각의 통과점을 교시?등록하여 주사 경로 정보를 생성하는 방법이 있었다. 또는 피검사물의 형상 설계 데이터에 의거하여, 컴퓨터 소프트웨어에 의해 주사 경로 정보를 생성하는 방법이 있었다.

또한, 주사 경로 정보는, 피검사물(21)의 표면에 대하여 초음파를 수직으로 입사할 수 있고, 또한 초음파 트랜스듀서(2)의 개구면 중심과 피검사물(21)의 표면간의 거리가 일정해지도록 생성할 필요가 있다. 그러나, 상기의 어느 방법으로 생성된 주사 경로 정보를 이용해도, 주사를 고정밀도로 실현하는 것은 곤란했다.

그래서, 이러한 방법에 의해 얻어진 주사 경로 정보에 대하여, 본 실시형태에서의 초음파 검사 장치(1)를 이용해서 보정 처리를 행함으로써, 불충분했던 주사 경로 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

주사 경로 생성 장치(8)의 보정 처리부(38)는, 광학적 계측 장치(4)를 이용해서 피검사물(21)의 일부에 대하여 주사 경로 정보를 생성한 것을 보정 데이터로 하여, 미리 생성된 다른 주사 경로 정보의 보정 처리를 행한다.

본 실시형태에 있어서의 보정 처리에서는, 피검사물(21)의 일부의 일례로서, 피검사물(21)의 대향하는 단부 근방의 주사 경로 정보를 각각 구한다. 또한, 미리 생성된 다른 주사 경로 정보의 일례로서, 피검사물의 형상 설계 데이터에 의거하여 컴퓨터 소프트웨어에 의해 생성된 주사 경로 정보를 적용한다.

도 7은 보정 처리에 있어서의 데이터의 흐름을 설명하는 도면이다.

광학적 계측 장치(4) 및 경로 정보 생성 장치(8)는, 도 6에서 설명한 초음파 탐상 검사와 마찬가지로, 계측 데이터 취득 스텝 S1～주사 경로 정보 생성 스텝 S3까지의 각종 처리를, 주사 스테이지(3a)에 설치된 피검사물(21)의 일부에 대하여 행하고, 보정 데이터로서의 주사 경로 정보(51)(이하, 보정 데이터(51)라고 한다.)를 생성한다. 보정 데이터(51)는, 보정 처리부(38)에 송신되고, 보정 처리부(38)는 보정 데이터(51)를 접수한다.

한편, 보정 처리부(38)는, 입력 장치(10) 등으로부터 입력된, 미리 다른 방법에 의해 생성된 주사 경로 정보(50)(이하, 주사 경로 정보(50)라고 한다.)를 접수한다.

도 8은, 보정 데이터(51)와 주사 경로 정보(50)를 접수한 보정 처리부(38)에서 행해지는 주사 경로 정보의 보정 처리를 설명하는 플로차트이다.

스텝 S11에 있어서, 보정 처리부(38)는, 보정 데이터(51)와, 보정 데이터(51)에 대응하는 주사 경로 정보(50) 중의 주사 경로 정보를 비교한다. 구체적으로는, 보정 처리부(38)는, 피검사물의 대향하는 단부 근방의 주사 경로 정보를 비교한다.

스텝 S12에서 있어서, 보정 처리부(38)는, 비교 스텝 S11에서 행한 비교에 의거하여, 보정 데이터(51)와 주사 경로 정보(50)의 차분을 구한다.

스텝 S13에 있어서, 보정 처리부(38)는, 차분 취득 스텝 S12에서 취득한 차분에 의거하여, 주사 경로 정보(50) 전체의 주사 경로에 대해서 보간 처리를 행하고, 보정된 주사 경로 정보를 생성한다. 보정된 주사 경로 정보는, 경로 정보 생성 장치(8)의 경로 정보 기억부(42)에 저장됨으로써, 보정 처리는 종료한다.

이 초음파 검사 장치(1)에 따르면, 미리 다른 방법에 의해 생성된 주사 경로 정보여도, 실제의 초음파 탐상 검사에 합치한 주사 경로 정보에 의거하는 보정 데이터를 생성할 수 있다. 이것에 의해, 피검사물에 대하여 고정밀도의 주사를 실현할 수 없었던 주사 경로 정보에 대해서도, 보정 데이터에 의해 보정 처리를 행함으로써 고정밀도의 주사 경로 정보로 보정을 행할 수 있다.

또한, 미리 형상 설계 데이터 등에 의거하여 생성된 주사 경로 정보는, 제조시에 있어서의 공작 정밀도에 기인해서, 실제의 피검사물의 형상과 형상 설계 데이터상의 피검사물의 형상의 불일치가 발생하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 보정 처리를 행함으로써 제작시에 발생할 수 있는 제작 오차나 설치 오차 등을 포함하지 않는 정밀도가 높은 주사 경로 정보를 생성할 수 있다.

즉, 본 실시형태에 있어서의 초음파 검사 장치(1)는, 보정 처리에 의해 보정된 고정밀도의 주사 경로 정보에 의거하여, 스캐너 기구(3)를 정밀도 좋게 구동시킬 수 있다. 또한, 초음파 검사 장치(1)는, 초음파 탐상 검사에 의한 결함(26) 등의 2차원 또는 3차원 탐상 화상의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 초음파 탐상 검사에 필요한 주사 경로 정보를 생성하기 위해서 이용되는 형상 설계 데이터를 보정하는 보정 데이터 취득 처리에 대해서 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래, 주사 경로 정보는 피검사물의 제조시의 형상 설계 데이터에 의거하여, 컴퓨터 소프트웨어에 의해 주사 경로 정보를 생성하는 방법을 이용해서 행해지고 있었다.

이 형상 설계 데이터에 의거하여 주사 경로 정보를 생성할 경우, 피검사물의 제조시에 있어서의 공작 정밀도에 기인해서, 실제의 피검사물의 형상과 형상 설계 데이터상의 피검사물의 형상의 불일치가 발생하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 불일치가 발생해 있는 형상 설계 데이터를 이용해서 생성된 주사 경로 정보에 의해, 정밀도가 좋은 초음파 탐상 검사를 실현할 수는 없었다.

그래서, 본 실시형태에 있어서의 초음파 검사 장치(1)를 이용해서, 정확한 피검사물의 형상 데이터를 생성한다. 이 생성된 형상 데이터를 이용해서 형상 설계 데이터를 보정하고, 보정 후의 형상 설계 데이터에 의거하여 주사 경로 정보를 생성한다. 따라서, 컴퓨터 소프트웨어에 의해 주사 경로 정보를 생성한다고 하는 종래의 방법을 이용해도, 정밀도가 높은 주사 경로 정보를 생성할 수 있다.

도 9는 형상 설계 데이터의 보정 처리에 있어서의 데이터의 흐름을 설명하는 플로차트이다.

도 6에서 설명한 초음파 탐상 검사와 마찬가지로, 계측 데이터 취득 스텝 S1～형상 데이터 생성 스텝 S2까지의 각종 처리를 주사 스테이지(3a)에 설치된 피검사물(21)에 대해 행하여 얻은 점군의 형상 데이터(55)(이하, 보정 데이터(55)라고 한다.)를 생성한다.

생성된 보정 데이터(55), 및 입력 장치(10) 등으로부터 입력을 접수한 피검사물(21)의 형상 설계 데이터(56)는, 보정 처리부(38)에 송신된다. 보정 처리부(38)는, 보정 데이터(55) 및 피검사물(21)의 형상 설계 데이터(56)를 접수한다.

보정 데이터(55) 및 피검사물(21)의 형상 설계 데이터(56)를 접수한 보정 처리부(38)는, 형상 설계 데이터(56)에 대하여 보정 처리를 행한다. 보정 처리부(38)는, 보정 데이터(55)의 형상 데이터와, 형상 설계 데이터간의 차분에 의거하여, 피검사물(21)의 형상 데이터 전체에 대해서 보간 처리를 행하고, 보정된 형상 설계 데이터(57)를 생성한다(스텝 S21).

생성된 보정된 형상 설계 데이터(57)는, 형상 데이터 기억부(40)에 저장된 후, 표시부, 연산부, 기억부 등으로 구성된 표시 장치(9)에 출력되고, 컴퓨터 소프트웨어에 의해 주사 경로 정보(58)가 생성된다(스텝 S22). 이상으로 형상 설계 데이터(56)의 보정 처리는 종료한다.

이 초음파 검사 장치(1)에 따르면, 제조시에 있어서의 공작 정밀도에 기인한 실제의 피검사물의 형상과 형상 설계 데이터상의 피검사물의 형상의 불일치가 존재하는 형상 설계 데이터(56)를, 고정밀도의 형상 데이터(55)를 이용해서 보정 처리를 행함으로써, 제작 오차나 설치 오차 등을 포함하지 않는 형상 설계 데이터(57)를 생성할 수 있고, 그 결과, 고정밀도의 주사 경로 정보(58)를 생성할 수 있다.

또한, 이 초음파 검사 장치(1)는, 광학적 계측 장치(4) 및 경로 정보 생성 장치(8)를 이용해서 생성된 형상 데이터를 보정 데이터로서 이용해서, 기존의 주사 경로 정보나 형상 데이터에 대하여 보정을 행할 수 있는 점에 있어서도 유리하다.

결국, 본 실시형태에 있어서의 초음파 검사 장치(1)는, 보정 처리를 행함으로써 생성된 고정밀도의 주사 경로 정보에 의거하여, 스캐너 기구(3)를 정밀도 좋게 구동시킬 수 있고, 초음파 탐상 검사에 의한 결함(26) 등의 2차원 또는 3차원 탐상 화상의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 광학적 계측 장치(4)는, 광학적 수단의 일례로서 레이저광(L)을 이용해서 피검사물(21)의 3차원 형상을 계측한 계측 데이터를 취득했지만, 이것에 한하지 않고 CCD(Charge-Coupled Devices)나, 모아레 무늬(moire fringes)의 줄무늬형의 형상을 이용하는 등, 다른 광학적 수단을 이용해서 계측 데이터를 취득해도 된다.

또한, 피검사물의 일례로서, 원통 형상의 표면을 갖는 피검사물(21)을 적용해서 설명했지만, 이것에 한하지 않고, 피검사물(21)은 구형(球形)이나 평판 등 다른 형상이어도 된다.

또한, 스캐너 기구(3)의 회동부는 X축 방향의 회전축인 A축 둘레의 A축 회동부(3e)만을 설치했지만, Y축 방향 및 Z축 방향의 회전축을 각각 설치해도 된다.

게다가 또한, 형상 데이터(45)에 의거해서 주사 경로 정보를 생성할 경우, 인접하는 3점의 형상 데이터를 이용해서 통과점을 구했지만, 이것에 한하지 않고 예를 들면 4점의 형상 데이터를 이용해서 통과점 및 주사 경로 정보를 생성해도 된다.

4 : 광학적 계측 장치
8 : 경로 정보 생성 장치
9 : 표시 장치
10 : 입력 장치
35 : 구동 제어부
36 : 형상 데이터 생성부
37 : 경로 정보 생성부
38 : 보정 처리부
39 : 기억부
40 : 계측 데이터 기억부
41 : 형상 데이터 기억부
42 : 경로 정보 기억부

Claims

복수의 압전 트랜스듀서를 구비한 초음파 트랜스듀서와,
상기 복수의 압전 트랜스듀서에 접속되고, 신호 발생부로부터의 구동 신호에 따라 소요(所要)의 압전 트랜스듀서를 선택하는 구동 소자 선택부와, 상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 트랜스듀서로부터 발진되는 초음파를 피검사물에 입사시켜 그 반사 에코를 수신하고, 상기 반사 에코의 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와, 검출된 상기 반사 에코의 전기 신호를 연산 처리하여 상기 피검사물의 내부의 화상 정보를 생성하는 신호 처리부를 구비한 탐상 처리 장치와,
상기 피검사물 상에서 서로 교차하는 3축 방향으로 상기 초음파 트랜스듀서를 이동시키는 구동부와, 상기 3축 방향 중 적어도 1축 방향의 회전축 둘레로 상기 초음파 트랜스듀서를 회동시키는 회동부를 구비한 스캐너 기구와,
상기 피검사물의 표면까지의 거리를 계측하고, 점군(点群)으로 이루어지는 계측 데이터를 취득하는 계측부와,
상기 계측부에서 취득된 상기 점군으로 이루어지는 계측 데이터를 이용해서, 상기 스캐너 기구의 좌표계로 표시된 위치 정보를 가진 점의 점군으로 이루어지는 상기 피검사물의 표면의 형상 데이터를 생성하는 형상 데이터 생성부와,
상기 형상 데이터 생성부에서 생성된 상기 형상 데이터를 이용해서, 상기 초음파 트랜스듀서의 주사 경로를 구성하는 상기 피검사물의 표면 위의 통과점을 구하고, 상기 피검사물의 표면 위의 통과점의 법선 벡터와 상기 초음파 트랜스듀서의 개구면이 서로 교차하고, 또한 상기 통과점과 상기 초음파 트랜스듀서의 개구면 중심간의 거리가 일정한 상기 초음파 트랜스듀서의 주사 경로 정보를 생성하는 경로 정보 생성부를 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스캐너 기구는, 상기 피검사물이 설치되는 주사 스테이지를 더 구비하고,
상기 구동부는, 상기 주사 스테이지 상에서 서로 교차하는 3축 방향으로 상기 초음파 트랜스듀서를 이동시키는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 경로 정보 생성부는, 상기 피검사물의 표면 위의 통과점에 인접하며 상기 형상 데이터를 구성하는 3점에 의해 형성된 삼각형의 법선 벡터를 구하고, 상기 삼각형의 법선 벡터를 상기 통과점의 법선 벡터로 하여, 상기 주사 경로 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 경로 정보 생성부는, 상기 피검사물의 표면 위의 통과점이 상기 형상 데이터를 구성하는 점군에 포함되지 않는 점일 경우, 상기 형상 데이터를 구성하는 점군을 이용해서 보간함으로써 상기 통과점을 구하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 경로 정보 생성부는, 상기 초음파 트랜스듀서의 주사 경로에 인접하며 상기 형상 데이터를 구성하는 적어도 2점을 이용하여 보간함으로써 상기 피검사물의 표면 위의 통과점을 구하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 경로 정보 생성부는, 상기 피검사물의 표면 위의 통과점에 인접하며 상기 형상 데이터를 구성하는 3점에 의해 형성된 삼각형의 법선 벡터를 구하고, 상기 삼각형의 법선 벡터를 상기 통과점의 법선 벡터로 하여, 상기 주사 경로 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 경로 정보 생성부는, 상기 피검사물의 표면 위의 통과점에 인접하며 상기 형상 데이터를 구성하는 3점에 의해 형성된 삼각형의 법선 벡터를 구하고, 상기 삼각형의 법선 벡터를 상기 통과점의 법선 벡터로 하여, 상기 주사 경로 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 경로 정보 생성부는, 상기 피검사물의 표면 위의 통과점에 인접하며 상기 형상 데이터를 구성하는 3점에 의해 형성된 삼각형의 법선 벡터를 구하고, 상기 삼각형의 법선 벡터를 상기 통과점의 법선 벡터로 하여, 상기 주사 경로 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 경로 정보 생성부에 의해 생성된 상기 주사 경로 정보의 적어도 일부를 보정 데이터로 설정하고, 상기 보정 데이터와, 미리 생성된 다른 주사 경로 정보간의 차분을 취득하고, 이 차분에 의거하여 상기 미리 생성된 다른 주사 경로 정보에 대하여 보정 처리를 행하는 보정 처리부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 형상 데이터 생성부에 의해 생성된 형상 데이터를 보정 데이터로 설정하고, 상기 보정 데이터와, 상기 피검사물의 형상 설계 데이터간의 차분을 취득하고, 이 차분에 의거하여 상기 형상 설계 데이터에 대하여 보정 처리를 행하는 보정 처리부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.