JP2005241611A - 超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が曲面形状の検査対象の欠陥探傷や、溶接部の欠陥検査を行うための斜角探傷を高速・高精度で実現することが困難である。
【解決手段】マトリクス状の圧電振動子から構成される超音波トランスデューサと、駆動素子選択部と、信号検出回路と、画像合成処理を行う信号処理部と、３次元画像化データの画像合成処理結果を表示する表示装置を具備し、３次元画像化メッシュのそれぞれへ、伝播する片道の超音波伝播時間が格納されたテーブルデータから、往復超音波伝播時間データに基づき、検査対象の画像化データを選択することにより、検査対象の表面形状及び内部状態を画像合成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面配置した多数の圧電振動子で送受信される超音波を用いて、構造物内の欠陥、ボイドや接合部の剥がれ等の状態を３Ｄ可視化する超音波検査装置に関する。

従来の単眼超音波トランスデューサを機械走査する水浸法による超音波検査装置では、超音波を垂直方向に送信し、正面に反射体があることを前提とし、特定の焦点深度の画像化を行っている。そのため、表面が曲面形状の検査対象の場合には、焦点がばらけてしまい高精度な画像化が不可能であった。

マトリックス状に独立して形成された複数の圧電振動子から構成される超音波トランスデューサによる３Ｄ超音波検査装置では、表面が曲面形状の検査対象の欠陥探傷や、溶接部の欠陥検査を行うための斜角探傷が不可能であった。

このような検査のやり方の一つとして、マトリクス状に配置された単数または１対の超音波トランスデューサを用いて、送受信される超音波信号の伝播・屈折に応じた伝播時間を事前に計算しテーブル化することにより、表面が曲面形状の検査対象の欠陥探傷や、溶接部の欠陥検査を行うための斜角探傷を可能とすることができる。
特開２００３−１４９２１３公報

このような検査方法で現在問題となりつつあるのは、表面が曲面形状の検査対象の欠陥探傷や、溶接部の欠陥検査を行うための斜角探傷を高速・高精度で実現することが困難であることである。

本発明は、上記した状況を考慮してなされたもので、円筒等の曲面形状の検査対象の内部欠陥検査や表面にビードを有する溶接部の斜角探傷等に適用し、高速・高精度で実現することができる超音波検査装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る請求項１に記載の超音波検査装置は、マトリクス状に独立して形成された複数の圧電振動子から構成される超音波トランスデューサと、複数の圧電振動子に接続され、そのうち任意のものを駆動する駆動素子選択部と、該駆動された圧電振動子が発する超音波が、固体または液体からなる音響媒体を介して、平面または曲面の境界を持つ検査対象からの反射エコーを受信することにより、複数の圧電振動子が発生する電気信号を選択的に検出する信号検出回路と、該検出された微弱な電気信号を増幅する増幅器を介して取り込み、検査対象の表面形状及び内部状態を画像化するための画像合成処理を行う信号処理部と、信号処理部から取り込んだ３次元画像化データに基づき、画像合成処理結果を表示する表示装置を具備し、前記圧電振動子の駆動信号を前記信号検出回路が反射エコーとして検出した検出時間と、前記圧電振動子のマトリックス状の空間配置から、前記検査対象の状態を画像合成することを特徴とする。

本発明に係る請求項２に記載の超音波検査装置は、請求項１に記載の超音波検査装置において、前記超音波検査装置が、前記超音波トランスデューサを構成する圧電振動子の全てについて、該圧電振動子から前記音響媒体を介して、前記検査対象内の前記３次元画像化データに対応する３次元画像化メッシュのそれぞれへ、伝播する片道の超音波伝播時間が格納された複数のテーブルデータから、送受信の組合せに対応した対のテーブルデータを選択、加算することで得られた往復超音波伝播時間データに基づき、前記検査対象からの反射エコーの電気信号から画像化データを選択することにより、前記検査対象の表面形状及び内部状態を画像合成することを特徴とする。

超音波トランスデューサを構成する圧電振動子の全てについて、該圧電振動子から前記音響媒体を介して、検査対象内の３次元画像化データに対応する３次元画像化メッシュのそれぞれへ、伝播する片道の超音波伝播時間が格納された複数のテーブルデータから、送受信の組合せに対応した対のテーブルデータを選択、加算することで得られた往復超音波伝播時間データに基づき、検査対象からの反射エコーの電気信号から画像化データを選択することにより、検査対象の表面形状及び内部状態を画像合成することを特徴とする。

開口合成処理により３Ｄ画像合成を行うためには、ある２個の圧電振動子で送受信された超音波エコー波形を距離方向に展開することが必要である。具体的には、超音波エコー波形のサンプリングデータを音速に応じて距離データに直し、ある２個の圧電振動子と３Ｄ画像化領域内の全メッシュとの間の往復距離に一致したサンプリングデータ（振幅値）を、ある２個の圧電振動子の全組合せに亘って加算処理することで、３Ｄ画像を描画することが必要である。

検査を行う際には、水に浸したり樹脂のシュー材からなる音響媒体を介して、検査対象に超音波を送受信するのが一般的である。検査対象の表面形状が曲面であったり、斜角探傷のように斜めに超音波を入射するような場合、２個の圧電振動子の全組合せの送受信で得られた超音波エコー波形のサンプリングデータ（振幅値）を、同じ２個の圧電振動子の全組合せに対応した往復超音波伝播時間テーブルデータに基づいて加算することにより、３Ｄ描画を行うことができる。その際、作成する往復超音波伝播時間テーブルデータ数が膨大になり表示するまでの時間がかかりすきて、実用的な性能を達成することが困難である。

曲面形状の検査対象の内部検査や、斜角探傷を行う場合は、高速検査が要求される。そのため、検査対象の形状と圧電振動子の座標を基に作成した片道超音波伝播時間テーブルデータを、圧電振動子と同数作成し、ある一対の圧電振動子で送受信された超音波エコー波形のサンプリングデータ（振幅値）を、同じように組み合わせて選択された一対の片道超音波伝播時間テーブルデータの３Ｄ画像化領域内の全メッシュの値を加算した結果、すなわち、上記の一対の圧電振動子で送受信された超音波の往復伝播時間によって選択し、上記３Ｄ画像化領域内の全メッシュに加算処理を行った結果により、画像合成処理を行うことが可能となる。

これにより、事前に圧電振動子と同数の片道超音波伝播時間テーブルデータを作成するだけで３Ｄ画像描画を効率良く行え、必要なメモリ容量も低減することができる。

本発明に係る請求項３に記載の超音波検査装置は、請求項２に記載の超音波検査装置において、信号処理部が、検査対象の表面形状を設定、記憶する境界設定部と、境界設定部で設定された検査対象の表面形状と、圧電振動子の座標情報に基づいて、圧電振動子から、音響媒体を介して検査対象の表面及び内部の３次元画像化メッシュまでの超音波伝播時間を収納し、片道超音波伝播時間が格納されたテーブルデータを、圧電振動子の全てについて作成するテーブルデータ作成部と、Ａ／Ｄ変換器を介して、波形格納メモリに記録された波形データとテーブルデータを取り込み、３次元画像を合成する画像合成処理部と、から構成されることを特徴とする。

ここでは、検査対象の表面の画像化を行い、その画像化結果から表面形状を自動抽出し、抽出した表面形状データと圧電振動子の座標情報から前記片道超音波伝播時間テーブルデータを自動的に作成する。

これにより、検査対象の表面形状や位置が変化するような場合にも、検査対象の内部可視化を行うことが可能となる。

本発明に係る請求項４に記載の超音波検査装置は、請求項２に記載の超音波検査装置の信号処理部が、検査対象の表面の画像化結果を取り込み、表面形状を自動抽出する境界抽出部と、境界抽出部で作成された前記表面形状と、圧電振動子の座標情報とを前記テーブルデータ作成部に入力することにより、検査対象の内部状態を可視化することを特徴とする。

超音波伝播時間片道超音波伝播時間テーブルデータを作成する際に、片道超音波伝播時間が深さ方向に連続的に変化することを利用して、深さ方向の差分処理結果を格納する。

これにより、片道超音波伝播時間テーブルデータ容量を圧縮することが可能となる。

本発明に係る請求項５に記載の超音波検査装置は、請求項２に記載の超音波検査装置において、信号処理部が、テーブルデータ作成部で作成された複数のテーブルデータのうち、収集された全ての前記波形データに対して、波形データを収集する際に選択された送信、受信の一対の圧電振動子に対応した二つのテーブルデータを順次選択・加算し、その加算結果から得られた往復超音波伝播時間に基づいて、対応した前記波形データの割りつけ及び加算処理を、３次元画像化メッシュへ順次行うことにより３次元画像を合成することを特徴とする。

本発明に係る請求項６に記載の超音波検査装置は、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、信号処理部のテーブルデータ作成部は、作成された複数のテーブルデータにおいて、片道超音波伝播時間が深さ方向に連続的に変化することを利用して深さ方向の差分処理結果を格納することにより、片道超音波伝播時間テーブルのデータ容量を圧縮することを特徴とする。

本発明に係る請求項７に記載の超音波検査装置は、請求項２に記載の超音波検査装置において、超音波検査装置が、前記超音波トランスデューサに楔型のシュー材にカップラントを介して密着固定することにより、前記検査対象に対して傾けて固定して、前記テーブルデータを作成することにより、斜角に超音波を送受信して前記検査対象の内部状態を３次元的に可視化することを特徴とする。

本発明に係る請求項８に記載の超音波検査装置は、請求項２に記載の超音波検査装置において、超音波検査装置が、一対の前記超音波トランスデューサを、前記検査対象の表面に対してお互いが対象に向かい合う状態で傾けて固定し、前記一対の超音波トランスデューサのうち、片方を送信用、もう一方を受信用にして、前記テーブルデータを作成することにより、前記検査対象の内部状態を３次元的に可視化することを特徴とする。

本発明に係る請求項９に記載の超音波検査装置は、請求項４に記載の超音波検査装置において、超音波検査装置が、圧電振動子をリニア配置とした超音波トランスデューサを用いて、検査対象の表面形状を２次元的に可視化し、得られた断面画像化データを、信号処理部の境界抽出部に取り込み、検出対象が一定角度回転する毎に、境界抽出部と表面形状を自動抽出し、２次元のテーブルデータを作成しなおしながら、検査対象の内部断面画像を次々と可視化し、得られた複数の断面画像を、回転角度の軸に沿って重ねることにより、３次元画像化して表示することを特徴とする。

マトリックス状または直線状に配置された複数の圧電振動子から音響媒質を介し、検査対象表面で屈折した後に画像化領域までの片道超音波伝播時間をテーブルデータ化し、そのテーブルデータを用いて、超音波の送受信データから３次元超音波画像を合成処理する方法を適用し、曲面形状をした検査対象の内部検査を行うことが可能となる。

また、マトリックストランスデューサの超音波送受信方向を傾ける斜角検査への３次元画像化の適用や、送信と受信を分けたマトリックストランスデューサによる３次元画像化の適用により、配管部等の曲面形状部の溶接部欠陥検査や、表面、裏面に対して垂直方向に形成されたスリット状欠陥等、これまで検出が不可能であった欠陥を検出できる超音波検査装置を提供することが可能である。

さらに、検査対象を回転しながらリニアアレイトランスデューサによる断面画像化を次々と行うことにより、円筒形状を含めた複雑形状の検査対象の内部検査が行える超音波検査装置を提供することが可能である。

本発明の超音波検査装置は、超音波トランスデューサを液体または固体を音響媒体として検査対象の内部欠陥やボイド、剥離の可視化を行うことが可能な装置にある。

また、本発明の超音波検査装置の信号処理部は、音響媒質と照射対象との界面で生じる超音波の屈折を事前に計算し、片道超音波伝播時間をテーブルデータ化することにより、曲面形状をした検査対象の内部検査や、溶接部の斜角探傷を高速、高精度で行うことが可能である。

片道超音波伝播時間のテーブルデータを作成する際に、片道超音波伝播時間が深さ方向に連続的に変化することを利用し、深さ方向の差分処理結果を格納することにより、テーブルデータ容量を圧縮することができ、画像化処理の高速化とメモリ容量の低減を図ることが可能である。

以下では、本発明の実施形態の図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明の実施例１に係る超音波検査装置の構成図である。図１に示すように、この超音波検査装置は、マトリックストランスデューサ９、信号発生部１、駆動素子選択部２、信号検出回路４、増幅器５、信号処理部７、表示装置１０から構成されている。マトリックストランスデューサ９の前面は、液体の音響伝播媒体１６に直接接しており、検査対象（超音波の照射対象）１７中の欠陥１４から反射される超音波Ｕを受信することができる。

マトリックストランスデューサ９は、ｎ個の圧電振動子２１〜３０をマトリックス状に配置したものであり、それぞれの圧電振動子２１等は、駆動素子選択部２の選択により駆動されるものが決定されて、信号発生部１からの駆動信号が導線で導かれる。また、それぞれの圧電振動子２１等が発生する電気信号は、導線で信号検出回路４に導かれる。

圧電振動子２１等が電気駆動されると、圧電体としての性質から超音波が発生し、発生された超音波Ｕは、音響伝播媒体１６を伝播し、曲面境界４１で屈折した後に検査対象１７内の欠陥１４に達する。

欠陥１４による超音波Ｕは、再び曲面境界４１で屈折した後に音響伝播媒体１６を介して圧電振動子２１等に入力し、これにより、それぞれの圧電振動子２１等は、電気信号を発生する。

信号発生部１は、圧電振動子２１等が超音波Ｕを発生するように、パルス状または連続の駆動信号を発生するものである。発生された駆動信号は、駆動素子選択部２に導かれる。

駆動信号選択部２は、駆動すべき一つまたは複数の圧電振動子２１等を選択の上、信号発生部１から導かれた駆動信号を、選択された圧電振動子２１等に導くものである。信号検出回路４は、圧電振動子２１等で発生する電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち、検査に必要な複数のものは、それぞれ増幅器５に順次導かれる。増幅回路５は、導かれた電気信号を増幅し、これを図２中の信号処理部７内のＡ／Ｄ変換器６に供給する。Ａ／Ｄ変換器６は、導かれた電気信号をＡ／Ｄ変換し、これを信号処理部７内の波形格納メモリ７５に一旦記憶してから、画像合成処理部７６に導く。画像合成処理部７６は、波形格納メモリ７５から導かれたディジタル信号を処理し検査対象の状態を可視化する情報を生成する。生成された情報は、表示装置１０に導かれる。表示装置１０は、導かれた情報を表示する。

一方、テーブルデータ作成部８１では、境界面設定部８３または境界面抽出部８２で作成された曲面境界４１のデータと、ｎ個の各圧電振動子２１…３０の座標データに基づき、ｎ個の各圧電振動子２１…３０のそれぞれからの信号が送信され、曲面境界４１で屈折して画像化領域４０内の全画像化メッシュまで到達する片道超音波伝播時間を格納したｎ個のテーブルデータ(1)８４〜テーブルデータ(n)８６が作成される。

なお、境界面抽出部８２では、事前に取り込まれて画像合成処理部７６で生成された検査対象１７の画像化結果から、検査対象１７の表面位置を抽出処理することにより、曲面境界４１の位置データを自動生成することができる。

図３は、画像合成処理部で行われる画像合成処理の実施例２として、圧電振動子(j)31と圧電振動子(k)32で送受信された超音波Ｕによる画像合成処理プロセスを示している。

超音波Ｕは、曲面境界４１で屈折した後に、画像化領域４０内に到達する。そのため、テーブルデータ(１)８６には、圧電振動子(１)から送信され、曲面境界４１で屈折した後に、画像化領域４０の各メッシュへ到達するまでの片道超音波伝播時間のデータが格納されている。同様に、テーブルデータ(k)８７には、圧電振動子(k)から送信され、曲面境界４１で屈折した後に、画像化領域４０の各メッシュへ到達するまでの片道超音波伝播時間のデータが格納されている。

図３は、画像合成処理例として、画像化領域４０内の画像化メッシュ（i）５１〜画像化メシュ(i+2)５２・・・・への圧電振動子(j)と圧電振動子(ｋ)間の送受信波形６０の割り付け処理を示している。

画像化メッシュ（i）５１への割り付け処理は、テーブルデータ(j)８６内の(i)番目に格納されている伝播時間(j,i)９１とテーブルデータ(k)８７内の(i)番目に格納されている伝播時間(k,i)９４を加算して往復伝播時間を得るか、または、最も近い遅れ時間のデータを圧電振動子(j)と圧電振動子(ｋ)間の送受信波形６０から選択し、画像化領域４０内の画像化メッシュ(i)５１内データに加算処理を行う。
画像化メッシュ（i+1）５２への割り付け処理は、テーブルデータ(j)８６内の(i+1)番目に格納されている伝播時間(j,i+1)９２と、テーブルデータ(k)８７内の(i+1)番目に格納されている伝播時間(k,i+1)９５を加算することにより往復伝播時間を得るか、または、最も近い遅れ時間のデータを圧電振動子(j)と圧電振動子(k)間の送受信波形６０から選択し、画像化領域４０内の画像化メッシュ(i+1)５２内データに加算処理を行う。
同様の処理を、画像化メッシュ（i+2）５３、画像化メッシュ（i+3）５４と次々に行い、画像化領域４０内の全画像化メッシュについて行うことで、圧電振動子(j)と圧電振動子(k)間の送受信波形６０の、割り付けによる画像合成処理が完了する。

その後は、画像化領域４０に割り付ける送受信波形を変更して、同様の処理を送受信の全組合せについて繰り返すことにより、検査対象１７の内部状態の画像化を完了することができる。

さらに、テーブルデータ(1)８４〜テーブルデータ(n)８８には、圧電振動子(1)２１乃至圧電振動子(n)３０から送信され、曲面境界４１で屈折した後に、画像化領域４０の各メッシュへ到達するまでの片道超音波伝播時間のデータが格納されていることから、深さ方向に連続配置した片道超音波伝播時間も連続的に変化する。そのため、深さ方向に配置したテーブルデータ(1)８４〜テーブルデータ(n)８８の片道超音波伝播時間データを深さ方向に配置されたメッシュについて、順次差分処理をして格納することにより、データ容量を大幅に圧縮することができる。

図４は、本発明の実施例３として、斜角検査への適用例を説明する構成図である。図４に示すように、斜角検査への適用例では、マトリックストランスデューサ９の先端部に、アクリルやポリスチレン等の樹脂系のシュー材１０８を、液状のカップラント１１１を介して密着させ、更にシュー材１０８の表面にカップラントを塗って、平面または円筒形状等の検査対象１０９に密着させる構成としたものである。

ここで、シュー材１０８とマトリックストランスデューサ９の取り付け面角度を傾けることにより、圧電振動子(1)２１乃至圧電振動子(n)３０で送信された超音波を、検査対象１０９内で屈折して斜め方向（例えば４５°や７０°）に入射させ、欠陥１１０から反射された超音波Ｕを受信することで、欠陥１１０の画像化を行うことができる。この斜め入射を前提にして、境界面設定部８３によるテーブルデータ(1)８４〜テーブルデータ(n)８８の作成を行うことにより、斜角による３次元画像合成を行うことができる。

図５は、本発明の実施例４として、送受を分けたマトリックストランスデューサ対による画像化の適用例を説明する構成図である。図５に示すように、送信用マトリックストランスデューサ１０２と受信用マトリックストランスデューサ１０３を、お互いに超音波送受信が可能なように、向かい合わせて配置する。

送信用マトリックストランスデューサ１０２と受信用マトリックストランスデューサ１０３は、斜角検査への適用例と同様に、先端部にそれぞれ、同じ形状のシュー材１０８を液状のカップラント１１１介して密着させ、更にシュー材１０８の表面にカップラントを塗って配管等の検査対象１０９に密着させ、欠陥１１０を挟むようにほぼ対称配置になるように固定させられる。

ここで、シュー材１０８と送信用マトリックストランスデューサ１０２および受信用マトリックストランスデューサ１０３の取り付け面角度を変更することにより、送信用圧電振動子１０６から送信された超音波を、検査対象１０９内で屈折して斜め方向に入射させ、欠陥１１０で回折、反射された超音波Ｕを、受信用圧電振動子１０７で受信することにより、欠陥１１０の画像化を行うことができる。

送信用マトリックストランスデューサ１０２と受信用マトリックストランスデューサ１０３による送受信を前提にして、テーブルデータ作成部８１によるテーブルデータ(1)８４〜テーブルデータ(n)８８の作成を行うことにより、送信用マトリックストランスデューサ１０２と受信用マトリックストランスデューサ１０３による３次元画像合成を行うことができる。

図６は、本発明の実施例５として、リニアアレイトランスデューサ１１９による円筒形状検査への適用例を説明する構成図である。図６に示すように、直線状に配置されたｎ個の圧電振動子(1)１２０乃至圧電振動子(ｎ)１２１が配列されたリニアアレイトランスデューサ１１９で、超音波を送受信することにより、検査対象１０９内の２次元断面を画像化することができる。

この際に、検査対象１０９の曲線境界１１３を境界面設定部で設定し、テーブルデータ(1)８４乃至テーブルデータ(n)８８を作成することにより、断面形状が一定の検査対象１０９の内部検査を行うことができる。

その際、中心軸１２５を中心に検査対象１０９を回転させ、回転角αが一定値だけ変化する度に断面の画像化を行い、得られた複数の断面画像を回転角αの方向に重ねて表示することにより、検査対象１０９内の欠陥の３次元画像化を行うことができる。

さらに、回転角αが一定値だけ変化する度に、検査対象１０９の表面を画像化し、その結果を境界抽出部８２で処理し、曲線境界１１３をその都度生成しなおして、テーブルデータ(1)８４乃至テーブルデータ(n)８８を作成することにより、断面形状が変化する検査対象１０９の内部検査を行うこともできる。

本発明は、全ての成形品に対して利用可能であり、マトリックス状または直線状に配置された複数の圧電振動子から音響媒質を介し、検査対象表面で屈折した後に画像化領域までの片道超音波伝播時間をテーブルデータ化し、そのテーブルデータを用いて超音波の送受信テセータから３次元超音波画像を合成処理する方法を適用することにより、曲面形状をした検査対象の内部検査を行うことが可能となる。

また、マトリックストランスデューサの超音波送受信方向を傾ける斜角検査への３次元画像化の適用や、送信と受信を分けたマトリックストランスデューサによる３次元画像化の適用により、配管部等の曲面形状部の溶接部欠陥検査や、表面、裏面に対して垂直方向に形成されたスリット状欠陥等、これまで検出が不可能であった欠陥を検出できる超音波検査装置を提供することが可能になる。

さらに、検査対象を回転しながらリニアアレイトランスデューサによる断面画像化を次々と行うことにより、円筒形状を含めた複雑形状の検査対象の内部検査が行える超音波検査装置を提供することが可能である。

超音波検査装置の構成図である。 信号処理部の構成図である。 信号処理例を示した説明図である。 斜角検査への適用例を示した説明図である。 送受信に分けたマトリックストランスデューサ対による画像化の説明図。 リニアアレイトランスデューサの適用例を示した説明図である。

符号の説明

１…信号発生部、２…駆動素子選択部、４…信号検出回路、５…増幅器、６…Ａ／Ｄ変換器、7…信号処理部、８…統合プロセッサ、９…マトリックストランスデューサ、１０…表示装置、１４…欠陥、１６…音響伝播媒体、１７…検査対象、１８…カップラント、２１〜３０…圧電振動子、３１…圧電振動子(j)、３２…圧電振動子(k)、４０…画像化領域、４１…曲面境界、５１…画像化メッシュ(i)、５２…画像化メッシュ(i+1)、５３…画像化メッシュ(i+2)、５４…画像化メッシュ(i+3)、５５…画像化メッシュ(i+4)、６０…圧電振動子(i)と(j)間の送受信波形、７５…波形格納メモリ、７６…画像合成処理部、８１…テーブルデータ作成部、８２…境界面抽出部、８３…境界面設定部、８４…テーブルデータ(1)、８５…テーブルデータ(2)、８６…テーブルデータ(j)、８５…テーブルデータ(k)、８６…テーブルデータ(n)、９１…伝播時間(j,k)、９２…伝播時間(j,i+1)、９３…伝播時間(j,i+2)、９４…伝播時間(k,i)、９５…伝播時間(k,i+1)、９６…伝播時間(k,i+2)、１０２…送信用マトリックストランスデューサ、１０３…受信用マトリックストランスデューサ、１０５…波形格納メモリ、１０６…送信用圧電振動子、１０７…受信用圧電振動子、１０８…シュー、１０９…検査対象、１１０…欠陥、１１１…カップラント、１１３…曲線境界、１１９…リニアアレイトランスデューサ、１２０…圧電振動子(1)、１２１…圧電振動子(m)、１２２…水、１２３…水槽、１２５…中心軸、Ｕ…超音波、Ｐ…エコー強度、Ａ…回転角α。

Claims (9)

1. マトリクス状に独立して形成された複数の圧電振動子から構成される超音波トランスデューサと、
   前記複数の圧電振動子に接続され、各圧電振動子を選択的に駆動する駆動素子選択部と、
   該駆動された圧電振動子が発する超音波が、固体または液体からなる音響媒体を介して、検査対象からの反射エコーを受信することにより、前記複数の圧電振動子が発生する電気信号を検出する信号検出回路と、
   該検出された微弱な電気信号を増幅する増幅器を介して取り込み、前記検査対象の状態を画像化するための画像合成処理を行う信号処理部と、
   前記信号処理部から取り込んだ３次元画像化データに基づき、画像合成処理結果を表示する表示装置を具備し、
   前記圧電振動子の駆動信号を前記信号検出回路が反射エコーとして検出した検出時間と、前記圧電振動子のマトリックス状の空間配置から、前記検査対象の状態を画像合成することを特徴とする超音波検査装置。
2. 前記超音波検査装置は、前記超音波トランスデューサを構成する圧電振動子の全てについて、該圧電振動子から前記音響媒体を介して、前記検査対象内の前記３次元画像化データに対応する３次元画像化メッシュのそれぞれへ、伝播する片道の超音波伝播時間が格納された複数のテーブルデータから、送受信の組合せに対応した対のテーブルデータを選択、加算することで得られた往復超音波伝播時間データに基づき、前記検査対象からの反射エコーの電気信号から画像化データを選択することにより、前記検査対象の表面形状及び内部状態を画像合成することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
3. 前記信号処理部は、
   前記検査対象の表面形状を設定、記憶する境界設定部と、
   前記境界設定部で設定された前記検査対象の表面形状と、
   前記圧電振動子の座標情報に基づいて、前記圧電振動子から、前記音響媒体を介して前記検査対象の表面及び内部の前記３次元画像化メッシュまでの超音波伝播時間を収納し、前記片道超音波伝播時間が格納されたテーブルデータを、前記圧電振動子の全てについて作成するテーブルデータ作成部と、
   Ａ／Ｄ変換器を介して、波形格納メモリに記録された波形データと前記テーブルデータを取り込み、３次元画像を合成する画像合成処理部と
   から構成されることを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
4. 前記信号処理部は、
   前記検査対象の表面の画像化結果を取り込み、表面形状を自動抽出する境界抽出部と、
   前記境界抽出部で作成された前記表面形状と、前記圧電振動子の座標情報とを前記テーブルデータ作成部に入力することにより、前記検査対象の内部状態を可視化することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
5. 前記信号処理部は、
   前記テーブルデータ作成部で作成された複数のテーブルデータのうち、収集された全ての前記波形データに対して、前記波形データを収集する際に選択された送信、受信の一対の圧電振動子に対応した二つのテーブルデータを順次選択・加算し、その加算結果から得られた往復超音波伝播時間に基づいて、対応した前記波形データの割りつけ及び加算処理を、前記３次元画像化メッシュへ順次行うことにより３次元画像を合成することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
6. 前記信号処理部の前記テーブルデータ作成部は、作成された複数のテーブルデータにおいて、片道超音波伝播時間が深さ方向に連続的に変化することを利用して深さ方向の差分処理結果を格納することにより、前記片道超音波伝播時間テーブルのデータ容量を圧縮することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
7. 前期超音波検査装置は、前記超音波トランスデューサに楔型のシュー材にカップラントを介して密着固定することにより、前記検査対象に対して傾けて固定して、前記テーブルデータを作成することにより、斜角に超音波を送受信して前記検査対象の内部状態を３次元的に可視化することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
8. 前記超音波検査装置は、一対の前記超音波トランスデューサを、前記検査対象の表面に対してお互いが対象に向かい合う状態で傾けて固定し、前記一対の超音波トランスデューサのうち、片方を送信用、もう一方を受信用にして、前記テーブルデータを作成することにより、前記検査対象の内部状態を３次元的に可視化することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
9. 前記超音波検査装置は、前記圧電振動子をリニア配置とした超音波トランスデューサを用いて、前記検査対象の表面形状を２次元的に可視化し、得られた断面画像化データを、前記信号処理部の前記境界抽出部に取り込み、前記検出対象が一定角度回転する毎に、境界抽出部と表面形状を自動抽出し、前記テーブルデータ（２次元）を作成しなおしながら、前記検査対象の内部断面画像を次々と可視化し、得られた複数の前記断面画像を、前記回転角度の軸に沿って重ねることにより、３次元画像化して表示することを特徴とする請求項４に記載の超音波検査装置。

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