具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，对同一要素或者与其相当要素标注同一附图标记，且不反复进行重复的说明。附图的尺寸比例与说明的尺寸比例未必一致。“上”“下”“左”“右”的词语是基于图示的状态，便于说明。

[超声波检查系统的结构]

图1是表示超声波检查装置系统的一个例子的概要图。图中的X方向和Y方向是水平方向，Z方向表示垂直方向。X方向、Y方向以及Z方向是在三维空间的正交坐标系中相互正交的轴向。超声波检查系统100具备：控制装置1、脉冲产生器2、分波器3、驱动部4、超声波探头5、水槽6、检查对象7、高频滤波器8、脉冲接收器9以及超声波检查装置10。超声波检查系统100利用超声波扫描检查对象7，输出检查对象7的缺陷的信息。

控制装置1例如由具有CPU(中央处理器)等运算装置、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、HDD(硬盘驱动器)等存储装置、以及通信装置等的通用计算机构成。控制装置1与脉冲产生器2、驱动部4以及超声波检查装置10连接。

脉冲产生器2产生电压而使超声波探头5产生超声波。脉冲产生器2根据来自控制装置1的指示来变更电压的波形。脉冲产生器2经由分波器3与超声波探头5以及高频滤波器8连接。脉冲产生器2使超声波探头5产生与电压相应的超声波。作为一个例子，脉冲产生器2使超声波探头5产生正弦脉冲波。正弦脉冲波是瞬间产生的正弦波的超声波。正弦脉冲波的振幅或者频率由脉冲产生器2所产生的电压的波形规定。

驱动部4配置于水槽6的上方，具备使超声波探头5移动的多个可动轴。多个可动轴例如由X轴向、Y轴向以及Z轴向的滚珠丝杠机构构成。滚珠丝杠机构由伺服马达驱动。驱动部4根据来自控制装置1的指示而使超声波探头5移动。驱动部4向控制装置1反馈超声波探头5的位置信息。

超声波探头5从脉冲产生器2接收电压而产生超声波。超声波探头5具备在内部具有压电元件的探面。接收了电压的超声波探头5从探面产生与电压相应的超声波。对于超声波探头5而言，若探面接收超声波，则产生表示接收到的超声波的电信号。电信号是基于电压值的变化的模拟信号。

水槽6在其内部存积水6a。检查对象7在水6a中被支承于水槽6的内部的样品放置台6b。水6a作为用于使超声波探头5产生的超声波向检查对象7传播的介质而发挥功能。作为一个例子，检查对象7是由铝层71、和CFRP(碳纤维增强塑料)层72构成的复合材料。检查对象7将传播来的超声波反射。样品放置台6b以使传播到检查对象7的超声波不向水槽6传播的方式支承检查对象7。

超声波探头5对检查对象7照射超声波。另外，超声波探头5接收检查对象7反射的超声波。若将超声波探头5照射的超声波设为U，则从检查对象7反射的超声波包含具有与超声波U的频率相同频率的基波、和具有超声波U的频率的n倍(n是自然数)的频率的n次谐波。将超声波探头5对检查对象7照射超声波U，并接收从检查对象7反射的超声波的过程称为扫描。扫描检查对象7而获得的超声波至少包含基波和二次谐波。

超声波探头5在规定的位置利用超声波扫描检查对象7。其后，驱动部4使超声波探头5移动。超声波探头5在进行了移动的位置再次利用超声波扫描检查对象7。驱动部4使超声波探头5沿着规定的路径移动。控制装置1控制的路径在XY平面上由控制装置1预先设定为利用超声波全面地扫描检查对象7。

超声波探头5经由高频滤波器8和脉冲接收器9，与超声波检查装置10连接。超声波探头5将扫描检查对象7而获得的超声波作为电信号发送给超声波检查装置10。

高频滤波器8例如具备具有可变电阻器和可变电容器的电子电路。高频滤波器8从由超声波探头5发送的电信号中减少比规定频率低的低频分量。由超声波探头5发送的电信号除了表示扫描检查对象7而获得的超声波的分量以外，还包含因电源电压的变动以及放射电波等外部干扰而产生的分量。表示扫描检查对象7而获得的超声波的电信号包含较多高频分量，因此通过高频滤波器8。另一方面，电源电压的变动和放射电波等外部干扰包含较多低频分量，因此被高频滤波器8减少。

脉冲接收器9经由高频滤波器8接收扫描检查对象7而获得的超声波的电信号。脉冲接收器9例如具备具有运算放大器和A/D(模拟数字转换器)的电子电路。脉冲接收器9将接收到的电信号的电压值的变化转换为数字信号。数字信号是电压值的矩形波。脉冲接收器9将表示基波和二次谐波的数字信号发送到超声波检查装置10。

超声波检查装置10基于扫描检查对象7而获得的超声波，输出检查对象7的缺陷的信息。

[超声波检查装置的结构]

图2是表示图1的超声波检查装置的功能的框图。超声波检查装置10具备：取得部11、计算部12以及输出部13。超声波检查装置10例如由具有CPU(中央处理器)等运算装置、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、HDD(硬盘驱动器)等存储装置、以及通信装置等的通用计算机构成。

取得部11基于由脉冲接收器9发送的数字信号，取得超声波探头5扫描检查对象7而获得的超声波的基波和二次谐波。另外，取得部11从控制装置1取得驱动部4反馈的超声波探头5的位置信息。取得部11将取得的超声波的基波以及二次谐波、与由驱动部4反馈的位置信息进行对照，将超声波探头5扫描检查对象7而获得的超声波的基波以及二次谐波与超声波探头5扫描检查对象7时的位置信息建立关系。即，取得部11针对超声波探头5的路径的每个扫描位置，取得表示基波以及二次谐波的信号。

计算部12根据由取得部11取得的表示基波以及二次谐波的信号，来计算将二次谐波振幅除以基波振幅而得到的值。以下，对用于输出检查对象7的缺陷的信息的原理进行说明。

图3是对扫描检查对象7的超声波的传播路径进行说明的概要图。由超声波探头5(参照图1)发送的超声波从水6a透过到铝层71。从水6a透过到铝层71的超声波在粘合界面7a反射。在粘合界面7a进行了反射的超声波从铝层71向水6a透过。在水6a中进行了传播的超声波被超声波探头5接收。这里，一般使用材料密度ρ、纵向弹性模量Ε以及泊松比ν，且利用以下的数学表达式(1)表示遵循胡克定律的线性连续体的超声波纵波音速C。

但是，由原子力规定的应力与变形的关系显示非线性。若考虑到变形ε的二阶项，则使用受到了水的非线性的影响的传播路径的二次弹性常量C_1W和受到了水的非线性的影响的传播路径的三次弹性常量C_2W，且由以下的数学表达式(2)表示应力σ。

σ＝C_1Wε+C_2Wε² (2)

利用以下的数学表达式(3)给出遵循数学表达式(2)的弹性体的一维波动方程式的位移u。

K表示波数，x表示传播距离，ω表示角频率，t表示时间，i表示虚数单位。A_1W表示与受到了水6a的非线性的影响的超声波探头5发送的超声波U相同频率的基波振幅。

基于数学表达式(3)，由以下的数学表达式(4)和数学表达式(5)表示通过图3所示的传播路径扫描检查对象7而获得的超声波的基波振幅A₁和二次谐波振幅A₂。

A₁＝RT₁T₂A_1W (4)

R表示粘合界面7a的反射率，T₁表示从水6a向铝层71的透过率，T₂表示从铝层71向水6a的透过率，α表示拍击产生的信号。

根据数学表达式(4)和数学表达式(5)，利用以下的数学表达式(6)表示将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值。

表示扫描检查对象7而获得的超声波的二次谐波振幅与将超声波的基波振幅算平方而得到的值的比值的数学表达式(6)从右边第一项消掉受到了水6a的非线性的影响的A_1W这项。另外，包含拍击产生的信号α的右边第二项足够小。由此，在计算部12中计算出减少了水6a的非线性的影响而得到的值。计算部12针对超声波探头5的路径的每个扫描位置，计算出将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值。

输出部13基于利用计算部12计算出的将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值，针对超声波探头5的路径的每个扫描位置，输出检查对象7的缺陷的信息。检查对象7的缺陷是在检查对象7的内部产生的弹性常量不连续变化的部位，例如是在铝层71与CFRP层72之间的粘合界面7a产生了的微小的龟裂。数学表达式(6)右边第一项的受到了水的非线性的影响的三次弹性常量C_2W与受到了水的非线性的影响的二次弹性常量C_1W的比值与检查对象7的缺陷的状态相应地变化，因此包含缺陷的信息。缺陷的状态例如是在粘合界面7a已经产生的微小的龟裂的宽度和面积。由此，在利用数学表达式(6)表示的将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值中包含减少了水6a的非线性的影响的检查对象7的缺陷的信息。输出部13对利用数学表达式(6)表示的将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值应用规定的像素转换规则，并基于转换后的像素值来生成图像。例如，输出部13也可以对针对每个扫描位置获得的值乘以规定的转换系数而转换为像素值，并基于转换的像素值生成图像。即，图像具有与扫描位置分别对应的像素值。作为规定的像素值转换规则的具体的一个例子，来说明灰度图像的生成步骤。首先，输出部13将扫描位置与图像所含的像素位置建立对应。接着，输出部13将图像的灰度与缺陷的信息建立对应。输出部13以在每个扫描位置得到缺陷的信息的幅度(范围)收敛于灰度图像的图像的灰度范围内并且缺陷的信息与灰度成比例的方式，将缺陷的信息与灰度建立对应。例如，输出部13将缺陷的信息的最小值与光最弱的灰度(黑)建立对应，将缺陷的信息的最大值与光最强的灰度(白)建立对应。在用8比特表示灰度的情况下，像素值0是缺陷的信息的最小值，与正常的部位的A₂/A₁ ²对应。像素值255是缺陷的信息的最大值，与存在缺陷的部位的A₂/A₁ ²对应。根据该转换规则，将表示越接近白色的颜色的位置越存在缺陷的部位的图像输出。输出部13也可以通过将与扫描位置对应的图像信号进行电气分割，从而转换为更详细的与扫描位置对应的图像信号。该情况下，能够提高正常的部位(黑)与存在缺陷的部位(白)的边界值的精度。另外，输出部13也可以以正常的部位的A₂/A₁ ²为基准来设定阈值，自动地表示存在缺陷的部位。例如，预先设定正常的部位的A₂/A₁ ²作为阈值，将与大于阈值的A₂/A₁ ²对应的像素值作为存在缺陷的部位。

图4是检查对象的缺陷的信息的一个例子。图4的(A)是基于实验来计算出将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值，并基于计算出的值而输出的检查对象7的缺陷的信息。检查对象7的缺陷的信息被输出部13作为图像输出到与超声波探头5的路径的扫描位置对应的二维平面。图4的(B)是基于实验来计算出将二次谐波振幅除以基波振幅而得到的值，并基于计算出的值而输出的检查对象7的缺陷的信息。图4的(A)与图4的(B)相比，扩展为圆状的检查对象7的缺陷的信息被正确地可视化的情况被确认。在对图像所含的像素值应用上述的像素值转换规则的相反步骤，将全部的像素值转换为所对应的扫描位置处的A₂/A₁ ²的情况下，该图像也可称为是使用本发明的方法来生成的图像。

[超声波检查装置的动作]

图5是表示超声波检查方法的处理的流程图。图5所示的流程图由超声波检查装置10执行。

如图5所示，最初，超声波检查装置10进行取得超声波探头5扫描检查对象7的位置、扫描检查对象7而获得的超声波的基波以及二次谐波的取得处理(步骤S11)。取得处理(步骤S11)基于从脉冲接收器9输出的数字信号以及来自驱动部4的反馈。

接着，进行计算处理(步骤S12)，即、超声波检查装置10针对超声波探头5扫描检查对象7的每个位置，根据取得的基波和二次谐波，计算出将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值。在计算处理(步骤S12)中，关于数学表达式(6)而像上述那样，计算出减少了水6a的非线性的影响的检查对象7的缺陷的信息。

接着，进行输出处理(步骤S13)，即、超声波检查装置10基于将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值，输出检查对象7的缺陷的信息。将粘合界面7a所包含的微小的龟裂的宽度和面积等检查对象7的缺陷的信息根据将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值的变化来输出。检查对象7的缺陷的信息例如作为图像来输出。若输出处理(步骤S13)结束，则图5所示的流程图结束。

[实施方式的总结]

根据超声波检查装置10以及超声波检查方法，在取得部11中针对超声波探头5的路径的每个扫描位置来取得表示超声波探头5扫描检查对象7而获得的超声波的基波和二次谐波的信号。在计算部12中针对超声波探头5的路径的每个扫描位置来计算将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值。从输出部13输出基于将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值而减少了水6a的非线性的影响的检查对象7的粘合界面7a的缺陷的信息。这样，超声波检查装置10能够输出减少了水6a的非线性的影响的检查对象7的缺陷。由此，与基于超声波的二次谐波振幅与超声波的基波振幅的比值(A₂/A₁)来检测检查对象7的缺陷的情况相比，该超声波检查装置10以及超声波检查方法能够提高检查对象7的缺陷的检测精度。

输出部13能够输出图像作为检查对象7的缺陷的信息。超声波检查装置10能够将检查对象7的缺陷可视化。

[变形例]

以上，对各种例示的实施方式进行了说明，但并不限定于上述的例示的实施方式，也可以进行各种省略、替换、以及变更。

输出部13也可以不将检查对象7的缺陷的信息以图像输出。输出部13例如也可以以图表形式输出将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值的变化。输出部13也可以输出基于检查对象7的缺陷的信息的检查结果。检查结果例如也可以是检查对象7的合格或者不合格的判定结果。

计算部12针对超声波探头5的路径的每个扫描位置，计算出将扫描获得的超声波的二次谐波振幅除以基波振幅而得到的值，输出部13也可以基于将二次谐波振幅除以基波振幅而得到的值以及将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值，输出检查对象7的缺陷的信息。以下，对用于输出检查对象7的缺陷的信息的原理进行说明。

图6是对扫描检查对象7的超声波的多个传播路径进行说明的概要图。作为扫描检查对象7而获得的超声波的传播路径，存在在铝层71与水6a之间的外部界面7b反射的情况、在检查对象7的粘合界面7a的健全部反射的情况、以及在检查对象7的粘合界面7a的缺陷部反射的情况。将铝层71与水6a之间的外部界面7b的反射率设为R_W，将检查对象7的粘合界面7a的健全部的反射率设为R_G。任一界面均没有非线性，因此作为拍击产生的信号α＝0的情况，利用数学表达式(7)和数学表达式(8)表示A₂/A₁ ²和A₂′/A₁′²。

A₁′表示在检查对象7的粘合界面7a的健全部反射的超声波的基波振幅。A₂′表示在检查对象7的粘合界面7a的健全部反射的超声波的二次谐波振幅。利用以下的数学表达式(9)表示数学表达式(7)与数学表达式(8)的比。

根据数学表达式(4)，利用以下的数学表达式(10)表示在铝层71与水6a之间的外部界面7b反射的基波的振幅与从检查对象7的粘合界面7a的健全部反射的基波的振幅的比。

这里，若利用数学表达式(10)将数学表达式(9)变形，则获得以下的数学表达式(11)。

若整理数学表达式(11)的两边，则获得以下的数学表达式(12)。

将检查对象7的粘合界面7a的缺陷部的反射率设为R_F，将在检查对象7的粘合界面7a的缺陷部反射的超声波的基波振幅设为A₁″，将在检查对象7的粘合界面7a的缺陷部反射的超声波的二次谐波振幅设为A₂″。若与上述的数学表达式的变形同样地求出A₂″/A₁″，则获得以下的数学表达式(13)。

若整理数学表达式(13)的两边，且将包含α的项合并为A(α)，则获得以下的数学表达式(14)。

数学表达式(12)和数学表达式(14)所表示的扫描超声波而获得的超声波的二次谐波振幅与超声波的基波振幅的比表现为即便超声波在检查对象7的外部界面7b、内部的粘合界面7a或者缺陷部中的任一方被反射，除A(α)的项以外，为恒定值。即，对于在不同的传播路径被反射的超声波的基波振幅和超声波的二次谐波振幅而言，能够通过采用超声波的二次谐波振幅与超声波的基波振幅的比，来记述在减少了由反射率引起的影响的状态下超声波的基本振幅与超声波的二次谐波振幅的关系。

计算部12对针对超声波探头5的路径的每个扫描位置计算出将超声波的二次谐波振幅除以超声波的基波振幅而得到的值和将超声波的二次谐波振幅除以超声波的基波振幅的平方而得到的值。

输出部13基于利用计算部12计算出的将超声波的二次谐波振幅除以超声波的基波振幅而得到的值、和将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值，输出检查对象7的缺陷的信息。具体而言，输出部13对基于将二次谐波振幅除以基波振幅而得到的值而输出的图像、与基于将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值而输出的图像进行比较。输出部13在比较图像，且缺陷的位置一致的比例低于任意的值的情况下，输出因超声波的反射率对振幅给予的影响而误检测缺陷的意思。由此，该超声波检查装置10能够基于超声波的二次谐波振幅与超声波的基波振幅的比、和超声波的二次谐波振幅与将超声波的基波振幅算平方而得到的值的比，来减少超声波的反射率对振幅给予的影响。

取得部11也可以取得透过并扫描检查对象7的超声波。以下，对用于输出检查对象7的缺陷的信息的原理进行说明。

扫描检查对象7的超声波透过铝层71与水6a之间的外部界面7b、检查对象7的粘合界面7a、以及CFRP与水6a之间。该情况下，由以下所示的数学表达式(15)和数学表达式(16)表示透过了检查对象7的基波振幅和二次谐波振幅。

A₁＝T₅T₁T₃A_1W (15)

T₃表示从铝层71向CFRP层72透过的透过率。T₅表示从CFRP层72向水6a透过的透过率。在取得到透过并扫描检查对象7的超声波的情况下，根据数学表达式(15)和数学表达式(16)，利用以下的数学表达式(17)表示将二次谐波振幅除以基波振幅的平方而得到的值。

在数学表达式(17)中表示超声波的二次谐波振幅与将超声波的基波振幅算平方而得值的比与数学表达式(6)同样地，从右边第一项消掉受到了水6a的非线性的影响的A_1W的项。由此，取得部11取得透过并扫描检查对象7的超声波的情况也与取得在检查对象7反射并扫描的超声波的情况同样地，超声波检查装置10能够输出减少了水6a的非线性的影响的检查对象7的缺陷。