JP2006170838A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路規模や消費電力の増加を抑えながら、多機能化、広レンジ化、および高分解能化を実現することができる超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】 制御情報入力手段１７は、検査者によって操作されるキーボード等を備え、検査者によって入力された被検体寸法、音速、画面データ、ディレイ調整量等の設定値の値を示す信号をコントロール手段１６へ出力する。コントロール手段１６は、この信号に基づいて、クロック制御手段１５等のレジスタ設定値を算出し、各レジスタに設定する。クロック発生手段１４は、予め設定された周波数のクロックを発生してクロック制御手段１５へ出力する。クロック制御手段１５は、このクロックに基づいてクロックＡ、クロックＢ、およびクロックＣを生成し、超音波探傷装置の各手段へこれらのクロックを供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波を被検体に入射し、被検体内部を通って反射または透過した超音波を観測することにより、被検体の内部を検査する超音波探傷装置に関する。

超音波探傷装置は、被検体（被検査体、試験体）に超音波を入射し、被検体の底面や傷のある部分からの反射波を検出し、反射波に基づいた信号波形を表示する。この信号波形を観測することにより、被検体内部の傷や腐食等の状態を検出および計測することができる。超音波の送信は、被検体に接触させたプローブに内包された圧電素子に高電圧のパルスを印加することにより行われる。印加パルスは数百〜数ｋHｚの周波数で繰り返し印加される。反射波の受信は、プローブ内の圧電素子で振動を電圧に変換し、後段のアンプでその電圧を増幅することにより行われる。

受信された信号は、さらに後段のＡＤコンバータによってデジタル信号に変換され、所望の波形に整形する処理が施された後、一旦、探傷信号データとしてメモリーに保存され、最終的には画像信号に変換されて、ＬＣＤ等の表示手段に探傷波形として表示される。検査者は、表示された波形を観測し、被検体内部の状態を判断するのである。また、その他の機能として、被検体内を超音波が進行する際の減衰特性を、時間と共にゲインを増加させて補正するＤＡＣ機能や、指定した領域のピーク振幅、時間を計測するためのゲート機能等も、最近の超音波探傷装置にとっては欠かせない機能である。

上述したメモリーへのデータの書き込みにおいては、検査者が設定した被検体の寸法や音速、あるいは表示手段のサイズ（画素数）等により、適当な時間間隔にデータが間引かれて行われるのが通例である。その際、時間圧縮回路および繰り返し圧縮回路なるものを設けることによりデータの間引き処理を実現する方法がある（例えば特許文献１参照）。この方法によれば、被検体の寸法が大きくなっても、反射波のデータを保存するメモリーの容量は変わらないため、装置の低消費電力化に繋がるとしている。

また、超音波探傷装置においては、被検体内の傷の深さを計測することも重要な機能の一つである。パルスを出力してから、傷部分からの反射波が戻ってくるまでのピーク時間、いわゆるビーム路程を計測することにより、被検体内の傷の深さを計測する。その際、計測の精度を高めるために種々の方法が考案されている。プローブ内の圧電素子から被検体までの距離によって生じる、プローブの構造に起因した遅延時間も計測誤差の一つであり、それを校正するために、校正用の試験片を使って遅延量を算出し、それを表示手段の時間軸の校正に適用する技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。特許文献２においては、詳細な時間軸の校正手段が明記されていないが、通常採られる方法として、パルス出力に同期して行われるメモリーへのデータの書き始めのタイミングを調整し、遅延量を補正すること等が考えられる。
特開平１０−２８８６０９号公報 特開２００１−１２４７４７号公報

最近の超音波探傷装置においては、適用される被検体の寸法や音速、あるいは表示する画面のサイズ等の可変範囲が広範囲になってきている。例えば、寸法に関しては、最小は１ｍｍ以下、最大は１０ｍ以上といった具合である。さらに、前述したように、設定された寸法ごとにＤＡＣ機能やゲート機能も適応して動作する必要がある。また、当然のことながら、寸法が小さくなればなるほど、前述したような計測機能の校正は高い分解能で行われることが求められる。一方、上記のように装置が多機能になるのに反して、装置のサイズや消費電力は小さくすることが求められている。特に、装置を持ち運び、あらゆる場所で探傷検査を行う用途に装置を適用する場合にはなおさらである。

従来は、装置のサイズと消費電力との両立が十分には考慮されていなかった。例えば、特許文献１においては、波形描画のための時間圧縮については述べられているものの、前述したＤＡＣ機能やゲート機能等の動作までは記述されていない。これらの機能が適用される被検体の寸法や超音波の音速のレンジが広くなればなるほど、超音波探傷装置に設けられるカウンター等のビット数、つまり回路の規模が大きくなってしまう。その他、これに類する機能についても同様である。

また、特許文献２に示されるようなプローブ部の遅延を調整する場合においても、反射波のデータを保存するメモリへのデータの書き始め時間を調整して表示時間軸を調整するという方法では、調整の分解能をより高めるためには、高速のＡＤコンバータを用いるか、あるいは低速のＡＤコンバータの後段においてインターポーレーション処理等の処理を施して探傷信号の分解能を高める必要があった。高速のＡＤコンバータを用いる場合には、超音波探傷装置において必要とされる分解能を満たす高速のＡＤコンバータがそもそも存在しないという問題点があり、仮に必要な分解能を満たす高速のＡＤコンバータが存在したとしても、回路規模および消費電力が増加するという問題点があった。また、低速のＡＤコンバータの後段においてインターポーレーション処理等の処理を施す場合にはインターポーレーション処理用の回路が必要となり、回路規模および消費電力が増加するという問題点があった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、回路規模や消費電力の増加を抑えながら、多機能化、広レンジ化、および高分解能化を実現することができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、超音波を被検体に入射し、該被検体の内部を通った前記超音波を受信し、該超音波に基づいて前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置において、クロックに同期して動作する装置内の各処理手段に供給するクロックの周波数および位相のうち少なくとも１つを、予め設定された検査条件に応じて制御するクロック制御手段を具備することを特徴とする超音波探傷装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探傷装置において、前記クロック制御手段は、受信された前記超音波に対して加えられる遅延量を示す、予め設定された遅延補正値に応じて、前記受信信号の処理の順に沿って、前記超音波の受信信号をＡＤ変換するレシーブ手段から、画像メモリーに前記受信信号を書き込む際の書き込みアドレスを発生するアドレス発生手段までの各処理手段に供給するクロックと基準クロックとの位相差を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探傷装置において、前記クロック制御手段は、予め設定された画面表示距離レンジ、前記被検体中での前記超音波の音速、および検査モードのうち少なくとも１つに応じて、前記受信信号の処理の順に沿って、前記超音波の受信信号をＡＤ変換するレシーブ手段から、画像メモリーに前記受信信号を書き込む際の書き込みアドレスを発生するアドレス発生手段までの各処理手段に供給するクロックの周波数を制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超音波探傷装置において、前記クロック制御手段は、前記画面表示距離レンジ、前記超音波の音速、および前記検査モードによって定まる画面表示時間レンジがｎ倍となった場合に、前記クロックの周波数をｎ分の１倍に設定することを特徴とする。

本発明によれば、回路規模や消費電力の増加を抑えながら、多機能化、広レンジ化、および高分解能化を実現することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。本実施形態による超音波探傷装置においては、前述した、プローブ内の圧電素子から被検体までの距離によって生じる遅延を含む遅延量を高い分解能で調整することを図っている。以下、図中の各構成について説明する。検査者は、探傷を行う被検対象の被検体１に超音波プローブ２を密着させて検査範囲を走査する。パルス発生手段３は超音波駆動用の高圧パルスを発生し、超音波プローブ２を介して被検体１に超音波を入射する。超音波の周波数は通常、数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚである。また、パルスの出力は通常、数百Ｈｚ〜数十ｋＨｚで周期的に行われる。

超音波は、被検体１の内部にある傷あるいは底面で反射し、超音波プローブ２の位置に戻ってくる。超音波プローブ２には圧電素子が内包されており、その圧電素子によって反射超音波の振動が電圧に変換され、電圧信号（超音波レシーブ信号）がレシーブ手段４へ出力される。レシーブ手段４は、入力された信号を増幅するアンプ、およびそのアンプの出力をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを有している。ＡＤコンバータは、消費電力やコストとのバランスを考慮し、通常、サンプリング周波数が数十〜数百ＭＨｚのものが使用される。ＡＤコンバータの起動は、後述するディレイ手段１３からの信号の出力に応じて行われる。

ＤＡＣ手段５は、レシーブ手段４の出力に対して、パルス発生手段３からの圧電素子の駆動パルス出力をきっかけに、時間と共にゲインを大きくするアンプ処理を行う。これによって、被検体１内で超音波が進行することによる強度の減衰が補正される。ＤＡＣ手段５の出力はゲート検出手段６およびピークホールド手段７に入力される。ゲート検出手段６は、検査者が設定した所定の期間における走査により得られた探傷データに関して、最大の振幅幅あるいはそのときのビーム路程等を計測する。ピークホールド手段７は、走査結果を示す探傷信号のデータ量が表示手段１２の画素数よりも多く、データの間引き処理を行う際に、間引き期間内の最大振幅を保持するために設けられている。ピークホールド手段７の出力は画像メモリー８に保存される。

画像メモリー８は、少なくとも表示手段１２の画素数以上のデータ容量を持ち、取り込まれた探傷データを一時保存する。探傷データは画像メモリー８において一時保存され、後段の表示手段１２による描画のために出力される。ライトアドレス生成手段９は、画像メモリー８における探傷データの書き込みアドレスを発生する。リードアドレス生成手段１０は、画像メモリー８における探傷データの読み出しアドレスを発生する。デコード手段１１は、画像メモリ８から読み出されたデータに彩色処理を施すと共に、後段の表示手段１２に適合したフォーマットにデータを変換する。表示手段１２はＬＣＤ等を備え、探傷データに基づいて超音波レシーブ信号の波形を表示する。

画像メモリー８にデータが書き込まれる際には、パルス発生手段３によって発生されたパルスに対してディレイ手段１３によって所定のディレイが加えられた信号がライトアドレス生成手段９に入力され、その入力をきっかけに、画像メモリー８への書き込み動作が開始される。一方、画像メモリーからのデータの読み出しは、表示手段１２による描画と同期したタイミングで行われる。基本的には、画像メモリー８に対するデータの書き込みと読み出しは非同期で行われる。したがって、図示しないが、表示手段１２によるリフレッシュタイミングごとに、データをピークホールドした後に画像メモリー８への書き込みを行い、データの欠落を防ぐ処理も行われる。

ディレイ手段１３は、パルス発生手段３によって発生されたパルスを検出してから所定のディレイ（低分解能ディレイ）が経過した時点で信号を出力する。超音波探傷装置において設定されるディレイには、ディスプレイディレイとプローブディレイがある。ディスプレイディレイは、探傷波形のどの範囲を表示手段１２の画面に表示するのかを決定するものであり、検査者が画面表示を見ながら制御情報入力手段１７を操作することにより、その値を設定することができる。プローブディレイは、超音波プローブ２内で生じる遅延を調整するために加えられるものであり、図示せぬ校正手段によって算出され、コントロール手段１６に通知される。

クロック発生手段１４は、超音波探傷装置の各手段の動作を規定するクロックを発生する。クロック制御手段１５は、クロック発生手段１４によって発生されたクロックから、周波数および位相のうち少なくとも一方が元のクロックとは異なるクロックを生成し、超音波探傷装置の各手段へ供給する。前述した各手段には基本的に全て同期回路が含まれており、それらの同期回路の動作は、クロック制御手段１５から供給されるクロックによって行われる。クロック制御手段１５によって生成されるクロックの周波数や位相は、コントロール手段１６によって設定されたレジスタにより決まる可変のものである。

コントロール手段１６は、ＣＰＵの機能を備え、クロック制御手段１５を含む超音波探傷装置の各手段において設定値が設定される設定レジスタを制御する。制御情報入力手段１７は、検査者によって操作されるキーボードやスイッチ等を備え、検査者によって入力された被検体寸法、音速、画面データ、ディレイ調整量等の設定値の値を示す信号をコントロール手段１６へ出力する。コントロール手段１６は、この信号に基づいて、クロック制御手段１５等のレジスタ設定値を算出し、各レジスタに設定する。

特に、前述したディスプレイディレイとプローブディレイに関するレジスタ値の設定は以下のように行われる。コントロール手段１６は、ディスプレイディレイとプローブディレイの合計量を算出し、この合計量を適宜、低分解能ディレイと高分解能ディレイに振り分ける。低分解能ディレイは、ディレイ手段１３に設定されるディレイであり、クロックＡまたはクロックＢの１周期を単位としてその長さが設定される。また、高分解能ディレイは、後述するようにクロックＡとクロックＢの位相差として設定されるディレイであり、クロックＡまたはクロックＢの１周期よりも短い長さを設定可能である。コントロール手段１６は、低分解能ディレイの量に基づいたレジスタ値をディレイ手段１３のレジスタに設定すると共に、高分解能ディレイの量に基づいたレジスタ値をクロック制御手段１５のレジスタに設定する。

図１においては、クロック制御手段１５によって３種類のクロックＡ〜クロックＣが生成される。パルス発生手段３にはクロックＡが供給され、レシーブ手段４からライトアドレス生成手段９までにはクロックＢが供給され、リードアドレス生成手段１０から表示手段１２までにはクロックＣが供給される。パルス発生手段３に供給されるクロックＡは、クロックＢおよびＣに対する周波数や位相等の設定の基準となる基準クロックである。

図２は、クロック制御手段１５の構成を示すブロック図である。以下、図中の各構成について説明する。クロック制御手段１５は、クロック発生手段１４によって発生されたクロックをそのままクロックＡとして出力する。クロック制御手段１５が備えるクロック生成回路１５ｂは、クロック発生手段１４によって発生されたクロックの位相を変化させ、クロックＢとして出力する。クロック制御手段１５が備えるクロック生成回路１５ｃは、クロック発生手段１４によって発生されたクロックの周波数および位相を変化させ、クロックＣとして出力する。

クロック生成回路１５ｃの構成は、クロックの位相を変化させるための構成としてはクロック生成回路１５ｂと同様の構成を利用すればよく、クロックの周波数を変化させるための構成としては後述する第２の実施形態によるクロック生成回路１５ｂと同様の構成を利用すればよい。本実施形態においては、クロックの位相変換について詳述することとし、クロックの周波数変換については詳述しない。なお、クロック生成回路１５ｂの構成は上述した構成に限定されるわけではなく、クロックの位相を変化させることができれば他の構成を用いてもよい。

以下、クロック生成回路１５ｂの構成について説明する。ＰＬＬ１５０は、クロック発生手段１４によって発生されたクロックの周波数を逓倍し、より高い周波数に変換して出力する。ＰＬＬ１５０による周波数逓倍の倍率は、逓倍レジスタ１５１に設定されている。逓倍レジスタ１５１には、コントロール手段１６によって設定値が設定される。エッジ検出回路１５２は、ＰＬＬ１５０から出力された信号に同期して、クロック発生手段１４から出力された元のクロックの立ち上がりおよび立ち下がりの両エッジを検出し、それをきっかけにカウンタ１５３を起動する。カウンタ１５３は、起動後、ＰＬＬ１５０によって発生されたクロックの数をカウントする。カウントする数は位相レジスタ１５４に設定されている。位相レジスタ１５４には、コントロール手段１６によって設定値が設定される。カウンタ１５３は、カウントが終了した時の終了フラグを後段のエッジ検出回路１５５へ出力し、その後、リセットされる。

エッジ検出回路１５５は、ＰＬＬ１５０から出力された信号に同期して、カウンタ１５３から出力された終了フラグの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジを検出し、検出信号をトグル回路１５６へ出力する。トグル回路１５６は、エッジ検出回路１５５によって生成された検出信号が入力されたタイミングでローとハイが切り替わる信号を生成し、クロックＢとして出力する。エッジ検出回路１５２によるエッジの検出は、元のクロックの両エッジで行われるため、結局、クロックＢはクロックＡと同じ周波数であって、位相レジスタ１５４に設定されたカウント数分だけ位相がシフトする。

なお、クロックの周波数を変えて出力する場合には、ＰＬＬ１５０の出力をそのまま利用すればよい。クロックＣについても同様に、クロックＡの周波数および位相を制御したものとして出力される。さらに、図示した例の他にも、最近では複数のクロックの周波数と位相とをそれぞれ独立に高分解能に制御することができるＦＰＧＡデバイスが簡単に入手することができるようになっており、その他の手段の実現と合わせて、それを利用してもよいことは言うまでもない。

次に、図３を参照し、超音波探傷装置の動作、およびクロックＡとクロックＢとの間に位相差を設けた場合の作用・効果について説明する。クロック発生手段１４は、予め設定された周波数のクロックを発生してクロック制御手段１５へ出力する。クロック制御手段１５は、このクロックに基づいてクロックＡ、クロックＢ、およびクロックＣを生成し、超音波探傷装置の各手段へこれらのクロックを供給する。パルス発生手段３は、クロックＡに同期して超音波駆動パルスを発生し、出力する。

超音波プローブ２は、パルス発生手段３によって発生された超音波駆動パルスに基づいた超音波を被検体１に入射する。超音波プローブ２は、内部の圧電素子によって反射波の振動を電圧信号に変換し、レシーブ手段４へ出力する。一方、ディレイ手段１３は、超音波駆動パルスを検出して内部のカウンタを起動し、予め設定されたカウント数に基づいたカウントアップが終了した時点において、カウントアップの終了を示す信号を出力する。レシーブ手段４は、クロックＢに同期して超音波レシーブ信号の増幅およびＡＤ変換を行う。レシーブ手段４は、処理を行った超音波レシーブ信号をＤＡＣ手段５へ出力する。

ＤＡＣ手段５は、超音波レシーブ信号に対して、時間と共にゲインを大きくするアンプ処理を行い、ゲート検出手段６およびピークホールド手段７へ出力する。ゲート検出手段６は、入力された超音波レシーブ信号の最大の振幅幅あるいはそのときのビーム路程等を計測する。ピークホールド手段７によって超音波レシーブ信号の最大振幅が保持され、ライトアドレス生成手段９が書き込みアドレスを発生した時点で画像メモリー８にデータが書き込まれる。ライトアドレス生成手段９は、超音波駆動パルスの発生から、ディレイ手段１３によって出力された信号が示すディレイ時間（低分解能ディレイ）と、クロックＡとクロックＢとの位相差によって生じるディレイ時間（高分解能ディレイ）とを合わせた時間が経過した時点において、書き込みアドレスを発生する。

クロックＡ、超音波駆動パルス、および超音波レシーブ信号が図３に示されるようなタイミングで発生している場合に、クロックＡとクロックＢの位相差が０ｄｅｇ（度）のときには、超音波駆動パルスの発生を基準として、低分解能ディレイ分の時間が経過した時点からの超音波レシーブ信号の電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・が、クロックＢに同期して画像メモリー８に保存される。一方、クロックＡとクロックＢの位相差が４５ｄｅｇ（度）のときには、低分解能ディレイ分と、クロックＡとクロックＢの位相差によって決まる高分解能ディレイ分との時間が経過した時点からの超音波レシーブ信号の電圧値Ｖ１’，Ｖ２’，Ｖ３’，・・・が、クロックＢに同期して画像メモリー８に保存される。

上記のように、クロックＡに対するクロックＢの位相差がある場合とない場合とでは、図３に示されるように、メモリー８への波形の書き込みを開始するタイミングがクロックの位相差分だけ異なるため、表示手段１２による２つの波形の表示もずれることになる。低分解能ディレイはクロックＢの１クロック分を単位として変更可能であるが、高分解能ディレイはクロックＢの１クロック分よりも小さい単位で変更可能であり、本実施形態によれば、クロックＢの周波数、すなわちレシーブ手段４が備えるＡＤコンバータの動作周波数よりも高い分解能で、超音波プローブ２における遅延の調整をすることができる。

図４は、超音波レシーブ信号と他の信号のタイミングを示している。図４には、表示手段１２の表示画面１２ａに表示された超音波レシーブ信号の波形も示されている。図４の表示画面１２ａによれば、超音波レシーブ信号のピーク値がゲート検出手段６によって設定された所定値を超えていることから、被検体１には傷が存在することが分かる。また、超音波レシーブ信号内でのピーク値の位置は傷の位置を示しており、例えば検査者が表示画面１２ａの横軸のスケールを参照することにより、あるいは装置内部で傷の位置を自動的に算出して表示手段１２に表示し、検査者がその表示を確認することにより、傷の位置が分かる。

検査者によって制御情報入力手段１７から入力され、コントロール手段１６によってディレイ手段１３に設定された遅延の調整値、および特許文献２に記載されたような校正手段によって自動的に算出されたプローブ部における遅延の調整値に基づいたディレイのうち、低分解能のディレイはディレイ手段１３に設定され、高分解能のディレイは同様にクロック制御手段１５内の位相レジスタ１５４に設定されている。図４に示されるように、表示手段１２が探傷波形を描画し始めるタイミング等、レシーバ手段４およびその後段で動作する手段の起動タイミングが、プローブ部における遅延に相当する分だけ遅れるため、遅延に基づく誤差をキャンセルすることができる。

上述したように、本実施形態によれば、反射波に基づいた超音波レシーブ信号を処理する順に沿って、超音波レシーブ信号をデジタル信号に変換するレシーブ手段４から、画像メモリー８に対するデータの書き込みアドレスを発生するライトアドレス生成手段９までの各処理手段の動作のタイミングを規定するクロックＢと、超音波駆動のタイミングの元となるパルス発生手段３の動作のタイミングを規定するクロックＡとの位相差を３６０×ｎ度（ｎは整数）以外の値とすることによって、より高い分解能で遅延の調整を行うことができ、超音波探傷装置の多機能化を実現することができる。また、レシーブ手段４の後段にインターポーレーション処理を行う回路を設ける等の場合と比較して、回路規模および消費電力の増加を抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態による超音波探傷装置においては、クロック制御手段１５におけるクロックの周波数の設定値を変化させることにより、探傷信号の画面表示距離レンジ、被検体内での超音波の音速、検査モードの設定変更に対応することを図っている。超音波探傷装置の全体の構成は図１と同様であるが、クロック制御手段１５の構成が図２と異なる。

図５は、本実施形態によるクロック制御手段１５の構成を示すブロック図である。以下、図中の各構成について説明する。なお、図２と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。クロック生成回路１５ｂにおいてＤＩＶ１５７は、ＰＬＬ１５０によって周波数が逓倍されたクロックを周波数分周し、クロックＢとして出力する。ＤＩＶ１５７による周波数分周の分周率は、分周レジスタ１５８に設定されている。クロック生成回路１５ｃの構成は、クロック生成回路１５ｂの構成と同様である。逓倍レジスタ１５１および分周レジスタ１５７の設定値に応じて、任意の周波数のクロックを生成することができる。なお、逓倍レジスタ１５１および分周レジスタ１５７には、コントロール手段１６によって設定値が設定される。クロック生成回路１５ｂおよび１５ｃの構成は上述した構成に限定されるわけではなく、クロックの周波数を変換することができれば他の構成を用いてもよい。

図６および図７は、画面表示時間レンジが異なる２つの場合において表示手段１２に表示される表示波形等を示している。図６は画面表示時間レンジを１Ｒとした場合であり、図７は画面表示時間レンジを２Ｒとした場合である。ここで、画面表示時間レンジとは、探傷信号の画面表示距離レンジ、被検体内での超音波の音速（被検体音速）、および検査モードから、以下のように算出される値をとるものであり、表示手段１２の画面に表示される探傷波形の表示範囲を時間に換算したものである。
画面表示時間レンジ＝ｍ×画面表示距離レンジ／被検体音速 ・・・（１）

（１）式において、ｍは検査モードに応じた値である。検査モードとは、超音波の送受信プローブの配置の仕方を表したものであり、検査モードが透過モードの場合にはｍ＝１、反射モードの場合にはｍ＝２である。被検体を挟んで送信プローブの反対側に受信プローブを配置し、被検体を透過した超音波を受信して利用するのが透過モードであり、同一面に送受信プローブを配置し、被検体に入射して被検体で反射した超音波を受信して利用するのが反射モードである。画面表示距離レンジは、表示手段１２の画面に表示される探傷波形の表示範囲を寸法（距離）に換算したものである。

画面表示距離レンジ、被検体音速、検査モードは、予め決まっている固定情報に基づいてコントロール手段１６が自動的に設定してもよいし、検査者によって制御情報入力手段１７を介して入力された情報に基づいてコントロール手段１６が可変的に設定してもよい。検査者が、制御情報入力手段１７を介してこれらの情報を指定する場合には、それらの情報のうち１つだけを指定してもよいし、複数を指定してもよい。

図６および図７において用いられている被検体は、寸法が異なる物を想定している。図６および図７の画面表示時間レンジについて、２Ｒは１Ｒの２倍の関係である。図６および図７においては、画面表示時間レンジに応じて、クロックＢの周波数が異なっている。クロックＢの周期は、画面表示時間レンジが１Ｒの場合に１Ｔ、画面表示時間レンジが２Ｒの場合に２Ｔとなるように設定されている。２Ｔは１Ｔの２倍の関係である。画面表示時間レンジ内の波形が表示手段１２によって表示されるが、画面表示時間レンジの値によらず、同一の画素数で波形が表示される。そのため、画面表示時間レンジが２Ｒの場合には、画面表示時間レンジが１Ｒの場合よりも、時間軸方向にデータが間引かれて波形が表示される。

ゲート範囲カウンタは、ゲート検出手段６が備えるカウンタであり、このカウンタの出力信号の様子が図示されている。ゲート検出手段６は、このカウンタの出力値に基づいてゲート範囲を設定する。ＤＡＣカーブ範囲カウンタは、ＤＡＣ手段５が備えるカウンタであり、このカウンタの出力信号の様子も図示されている。ＤＡＣ手段５は、このカウンタの出力値に基づいて、ゲインの変化範囲を示すＤＡＣカーブの折れ点を設定する。画像メモリライトアドレスカウンタは、ライトアドレス生成手段９が備えるカウンタであり、このカウンタの出力信号の様子も図示されている。ライトアドレス生成手段９は、このカウンタの出力値に基づいて、画像メモリー８におけるデータの書き込みアドレスを発生する。

上述した各カウンタはクロックＢに同期して動作するため、クロック周期が１Ｔから２Ｔになることで、カウンタ値が変化する周期は２倍になっている。図６および図７に示されるように、クロック周期が１Ｔから２Ｔになっても、クロック周期が１Ｔの場合と同一のゲート範囲カウンタ出力でゲート範囲が設定され、クロック周期が１Ｔの場合と同一のＤＡＣカーブカウンタ出力でゲインの変化範囲が設定される。上記のように、各カウンタ周辺の回路構成や設定値を変えることなく、クロックＢの周期を２倍にすることで２倍の画面表示時間レンジまで計測可能となる。このためには、画面表示時間レンジがｎ倍となったときにクロックＢの周期がｎ倍となることが望ましい。

上記の例のように、クロックＢの周期を２倍にすることで２倍の画面表示時間レンジまで計測可能となり、その場合、設定の分解能は半分になるが、被検体の寸法が大きくなればなるほど、各手段で必要とされる分解能は低くなる。例えば、１ｍｍの被検体でゲート範囲の設定分解能が０．００１ｍｍであったとして、１ｍの被検体でゲート範囲の設定分解能が１ｍｍとなっても、実質、支障を来たすものではない。

また、本実施形態においては、レシーブ手段４以後、画像メモリー８へのデータの書き込みに至るまでの各手段にクロックＢが供給されているが、被検体の寸法によらず、高い分解能が必要な手段にはクロックＡを供給する等、用途に応じて使い分けてもよい。あるいは、被検体の寸法を〜１ｍｍ、１ｍｍ〜１ｍ、１ｍ〜１０ｍ、１０ｍ〜等のランクに分けて、クロックＢの周波数を同一ランク内では同一とし、異なるランク間では異なる周波数としてもよい。

上述したように、本実施形態によれば、画面表示時間レンジに応じてクロックＢの周波数を制御することにより、画面表示時間レンジとして設定可能な範囲がより広がった場合でも、各画面表示時間レンジに対応して各手段が動作する構成を、各手段が備えるカウンタ周辺の回路規模を従来よりも大きくすることなく実現することができる。特に、画面表示時間レンジがｎ倍となったときにクロックＢの周期をｎ倍とする（クロックＢの周波数をｎ分の１とする）対応関係に基づいてクロックＢの周波数を制御することにより、カウンタの設定値を変える必要がなくなるので、カウンタの設定値の制御が簡単になる。上記のような特別な対応関係を設定しない場合に、カウンタの設定値を画面表示時間レンジの変更前と同一とするためには、データの間引き処理で上記の対応関係からのずれを補正すればよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の第１の実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態によるクロック制御手段１５の構成を示すブロック図である。 同実施形態におけるクロック等の信号のタイミングを示すタイミングチャートである。 同実施形態における超音波レシーブ信号等の信号のタイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態によるクロック制御手段１５の構成を示すブロック図である。 同実施形態における画面表示距離レンジの変化を説明するためのタイミングチャートである。 同実施形態における画面表示距離レンジの変化を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・被検体、２・・・超音波プローブ、３・・・パルス発生手段、４・・・レシーブ手段、５・・・ＤＡＣ手段、６・・・ゲート検出手段、７・・・ピークホールド手段、８・・・画像メモリー、９・・・ライトアドレス生成手段、１０・・・リードアドレス生成手段、１１・・・デコード手段、１２・・・表示手段、１２ａ・・・表示画面、１３・・・ディレイ手段、１４・・・クロック発生手段、１５・・・クロック制御手段、１５ｂ，１５ｃ・・・クロック生成回路、１６・・・コントロール手段、１７・・・制御情報入力手段、１５０・・・ＰＬＬ、１５１・・・逓倍レジスタ、１５２，１５５・・・エッジ検出回路、１５３・・・カウンタ、１５４・・・位相レジスタ、１５６・・・トグル回路、１５７・・・ＤＩＶ、１５８・・・分周レジスタ。

Claims (4)

1. 超音波を被検体に入射し、該被検体の内部を通った前記超音波を受信し、該超音波に基づいて前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置において、
   クロックに同期して動作する装置内の各処理手段に供給するクロックの周波数および位相のうち少なくとも１つを、予め設定された検査条件に応じて制御するクロック制御手段
   を具備することを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記クロック制御手段は、
   受信された前記超音波に対して加えられる遅延量を示す、予め設定された遅延補正値に応じて、前記受信信号の処理の順に沿って、前記超音波の受信信号をＡＤ変換するレシーブ手段から、画像メモリーに前記受信信号を書き込む際の書き込みアドレスを発生するアドレス発生手段までの各処理手段に供給するクロックと基準クロックとの位相差を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記クロック制御手段は、
   予め設定された画面表示距離レンジ、前記被検体中での前記超音波の音速、および検査モードのうち少なくとも１つに応じて、前記受信信号の処理の順に沿って、前記超音波の受信信号をＡＤ変換するレシーブ手段から、画像メモリーに前記受信信号を書き込む際の書き込みアドレスを発生するアドレス発生手段までの各処理手段に供給するクロックの周波数を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
4. 前記クロック制御手段は、前記画面表示距離レンジ、前記超音波の音速、および前記検査モードによって定まる画面表示時間レンジがｎ倍となった場合に、前記クロックの周波数をｎ分の１倍に設定することを特徴とする請求項３に記載の超音波探傷装置。
   
   

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