JP2719152B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波により被検材の探傷を行なう超音波探
傷装置に関する。
傷装置に関する。
超音波探傷装置は、被検材を破壊することなくその内
部の欠陥を検出することができ、多くの分野において用
いられている。被検材内部の欠陥の有無は、被検材の所
定の範囲についてチエツクされることが多く、その場合
には、被検材表面の上記範囲を探触子で走査して探傷が
実施される。この探触子として、圧電素子を多数一列に
配列して構成されるアレー探触子が実用化されている。
以下、このようなアレー探触子を用いた超音波探傷装置
について説明する。
部の欠陥を検出することができ、多くの分野において用
いられている。被検材内部の欠陥の有無は、被検材の所
定の範囲についてチエツクされることが多く、その場合
には、被検材表面の上記範囲を探触子で走査して探傷が
実施される。この探触子として、圧電素子を多数一列に
配列して構成されるアレー探触子が実用化されている。
以下、このようなアレー探触子を用いた超音波探傷装置
について説明する。
第５図は超音波探傷装置のスキヤナ部の斜視図、第６
図（ａ），（ｂ）はアレー探触子の平面図および側面図
である。各図で、１は探傷のための水槽、２は水槽１に
入れられた水、３は水槽１の底面に載置された被検材で
ある。４はスキヤナを示し、以下の部材より成る。即
ち、５は水槽１を載置するスキヤナ台、６はスキヤナ台
５に固定されたフレーム、７はフレーム６に装架された
アーム、８はアーム７に装架されたホルダ、８はホルダ
８に装着されたポール、10はアレー探触子である。フレ
ーム６は図示しない機構によりアーム７をＹ軸方向に駆
動することができ、又、アーム７は図示しない機構によ
りホルダ８をＸ軸方向に駆動することができ、さらに、
ホルダ８は図示しない機構によりポール９と協働してア
レー探触子をＺ軸方向（Ｘ軸およびＹ軸に直交する方
向）に駆動することができる。
図（ａ），（ｂ）はアレー探触子の平面図および側面図
である。各図で、１は探傷のための水槽、２は水槽１に
入れられた水、３は水槽１の底面に載置された被検材で
ある。４はスキヤナを示し、以下の部材より成る。即
ち、５は水槽１を載置するスキヤナ台、６はスキヤナ台
５に固定されたフレーム、７はフレーム６に装架された
アーム、８はアーム７に装架されたホルダ、８はホルダ
８に装着されたポール、10はアレー探触子である。フレ
ーム６は図示しない機構によりアーム７をＹ軸方向に駆
動することができ、又、アーム７は図示しない機構によ
りホルダ８をＸ軸方向に駆動することができ、さらに、
ホルダ８は図示しない機構によりポール９と協働してア
レー探触子をＺ軸方向（Ｘ軸およびＹ軸に直交する方
向）に駆動することができる。
アレー探触子10は多数の圧電素子を（以下これら圧電
素子をアレー素子と称する）を一列に配列した構成を有
し、その配列方向はＸ軸方向と一致する。各アレー素子
はパルスを与えられると超音波を放射し、その超音波の
反射波をこれに比例した電気信号に変換する。第６図
（ａ），（ｂ）に各アレー素子が符号101〜10nで示され
ている。なお、黒点はサンプリング点を示し、YPはＹ軸
方向のサンプリングピツチ、XPはＸ軸方向のサンプリン
グピツチを示す。又、APは各アレー素子101〜10n相互の
ピツチを示す。11はアレー探触子10等を収納するケース
である。
素子をアレー素子と称する）を一列に配列した構成を有
し、その配列方向はＸ軸方向と一致する。各アレー素子
はパルスを与えられると超音波を放射し、その超音波の
反射波をこれに比例した電気信号に変換する。第６図
（ａ），（ｂ）に各アレー素子が符号101〜10nで示され
ている。なお、黒点はサンプリング点を示し、YPはＹ軸
方向のサンプリングピツチ、XPはＸ軸方向のサンプリン
グピツチを示す。又、APは各アレー素子101〜10n相互の
ピツチを示す。11はアレー探触子10等を収納するケース
である。
ここで、上記各図に示すアレー探触子10の機能の概略
を第７図（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。第７
図（ａ）で、T1〜T9は一列に配置されたアレー素子、D1
〜D9は各アレー素子101〜109に接続された遅延素子、ｐ
は各アレー素子T1〜T9に入力されるパルスである。遅延
素子D1,D9の遅延時間（t19）は等しく設定されている。
同じく、遅延素子D2,D8の遅延時間（t28）、遅延素子
D3,D7の遅延時間（t37）、遅延素子D4,D6の遅延時間（t
46）もそれぞれ等しく設定されている。そして、設定さ
れた各遅延時間の関係は、遅延素子D5の遅延時間をt5と
すると次式の関係にある。
を第７図（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。第７
図（ａ）で、T1〜T9は一列に配置されたアレー素子、D1
〜D9は各アレー素子101〜109に接続された遅延素子、ｐ
は各アレー素子T1〜T9に入力されるパルスである。遅延
素子D1,D9の遅延時間（t19）は等しく設定されている。
同じく、遅延素子D2,D8の遅延時間（t28）、遅延素子
D3,D7の遅延時間（t37）、遅延素子D4,D6の遅延時間（t
46）もそれぞれ等しく設定されている。そして、設定さ
れた各遅延時間の関係は、遅延素子D5の遅延時間をt5と
すると次式の関係にある。
t19＜t28＜t37＜t46＜t5 …（１） 今、各遅延素子D1〜D9の遅延時間を、上記（１）式の
関係を保持しながら所定の値に設定してパルスｐを入力
すると、アレー素子T1〜T9から放射される超音波は上記
設定された遅延時間にしたがつて、アレー素子T1〜T9か
ら最も早く、又、アレー素子T5から最も遅く放射され
る。このようにして放射された超音波は放射状に拡がつ
て進行するが、各アレー素子の放射超音波の振動の最大
振幅がすべて合致する地点が生じる。第７図（ａ）でこ
の地点が符号Ｂで示されている。この地点Ｂにおける超
音波の大きさは他の地点の超音波の大きさに比較して遥
かに大きいので、恰も各アレー素子T1〜T9からの超音波
が破線に示すように地点Ｂに集束したのと同じ状態とな
る。換言すれば、一列に配列したアレー素子からの超音
波放射に適切な遅延を与えてやれば、それらの超音波を
地点Ｂに集束させたのと同様な状態とすることができ
る。この地点Ｂを焦点と称する。（１）式の関係を保持
しながら各遅延時間を上記の遅延時間より小さく設定す
れば、焦点Ｂは一点鎖線で示すようにより長い焦点Ｂ′
に移行する。したがつて、各遅延素子D1〜D9の遅延時間
を調節することにより、焦点の位置を選択することが可
能となり、これを被検材３の探傷に適用する場合、探傷
深さを選択することができる。
関係を保持しながら所定の値に設定してパルスｐを入力
すると、アレー素子T1〜T9から放射される超音波は上記
設定された遅延時間にしたがつて、アレー素子T1〜T9か
ら最も早く、又、アレー素子T5から最も遅く放射され
る。このようにして放射された超音波は放射状に拡がつ
て進行するが、各アレー素子の放射超音波の振動の最大
振幅がすべて合致する地点が生じる。第７図（ａ）でこ
の地点が符号Ｂで示されている。この地点Ｂにおける超
音波の大きさは他の地点の超音波の大きさに比較して遥
かに大きいので、恰も各アレー素子T1〜T9からの超音波
が破線に示すように地点Ｂに集束したのと同じ状態とな
る。換言すれば、一列に配列したアレー素子からの超音
波放射に適切な遅延を与えてやれば、それらの超音波を
地点Ｂに集束させたのと同様な状態とすることができ
る。この地点Ｂを焦点と称する。（１）式の関係を保持
しながら各遅延時間を上記の遅延時間より小さく設定す
れば、焦点Ｂは一点鎖線で示すようにより長い焦点Ｂ′
に移行する。したがつて、各遅延素子D1〜D9の遅延時間
を調節することにより、焦点の位置を選択することが可
能となり、これを被検材３の探傷に適用する場合、探傷
深さを選択することができる。
第７図（ｂ）は第６図（ａ），（ｂ）に示すアレー探
触子10の機能の説明図である。この図で、101〜10nは第
６図（ａ）に示すものと同じアレー素子であり、各アレ
ー素子101〜10nにはそれぞれ図示されていないが遅延素
子が接続されている。図示の例では、まずｍ個のアレー
素子101〜10mを選択し、それらから放射される超音波の
遅延時間を適切に設定することにより、前述のように超
音波をみかけ上１つの焦点に集める。この焦点が第７図
（ｂ）に符号B1で示されている。次に、アレー素子を１
つずらして同じくｍ個のアレー素子102〜10m+1に対し
て、前回のアレー素子101〜10mに与えた遅延時間と同一
のパターンの遅延時間を与える。このときの焦点が符号
B2で示されている。以下、アレー素子を１つずつ順に切
換えてゆき、最後にアレー素子10n-m+1〜10nを選択し
て、同じパターンの遅延時間を与え、焦点Bn-m+1を得
る。このような手段により、結果的にはアレー探触子10
によつて焦点B1〜Bn-m+1までの探傷走査が実行されたこ
とになる。なお、第７図（ｂ）で、APは探触子素子ピツ
チ、SPはサンプリングピツチを示し、図示の場合両者は
等しい。
触子10の機能の説明図である。この図で、101〜10nは第
６図（ａ）に示すものと同じアレー素子であり、各アレ
ー素子101〜10nにはそれぞれ図示されていないが遅延素
子が接続されている。図示の例では、まずｍ個のアレー
素子101〜10mを選択し、それらから放射される超音波の
遅延時間を適切に設定することにより、前述のように超
音波をみかけ上１つの焦点に集める。この焦点が第７図
（ｂ）に符号B1で示されている。次に、アレー素子を１
つずらして同じくｍ個のアレー素子102〜10m+1に対し
て、前回のアレー素子101〜10mに与えた遅延時間と同一
のパターンの遅延時間を与える。このときの焦点が符号
B2で示されている。以下、アレー素子を１つずつ順に切
換えてゆき、最後にアレー素子10n-m+1〜10nを選択し
て、同じパターンの遅延時間を与え、焦点Bn-m+1を得
る。このような手段により、結果的にはアレー探触子10
によつて焦点B1〜Bn-m+1までの探傷走査が実行されたこ
とになる。なお、第７図（ｂ）で、APは探触子素子ピツ
チ、SPはサンプリングピツチを示し、図示の場合両者は
等しい。
次に、上記アレー探触子を用いた超音波探傷装置の制
御回路について説明する。第８図はその制御回路のブロ
ツク図である。第８図で、10はさきに説明したアレー探
触子、7M,8Mはそれぞれアーム７をＹ軸方向に、ホルダ
８をＸ軸方向に駆動するモータ、7E,8Eはそれぞれモー
タ7M,8Mに駆動信号を出力するとともにそれらの駆動量
を検出して出力するエンコーダである。20は信号処理装
置を示し、CPU（中央処理装置）20a、画像処理のための
画像メモリ20b、信号処理装置20と外部回路との間で入
出力を行なうためのインタフエース20c、キーボード20d
等で構成されている。信号処理装置20はその他RAM,ROM
等の素子を備えているが図示は省略する。21は表示装置
を示す。
御回路について説明する。第８図はその制御回路のブロ
ツク図である。第８図で、10はさきに説明したアレー探
触子、7M,8Mはそれぞれアーム７をＹ軸方向に、ホルダ
８をＸ軸方向に駆動するモータ、7E,8Eはそれぞれモー
タ7M,8Mに駆動信号を出力するとともにそれらの駆動量
を検出して出力するエンコーダである。20は信号処理装
置を示し、CPU（中央処理装置）20a、画像処理のための
画像メモリ20b、信号処理装置20と外部回路との間で入
出力を行なうためのインタフエース20c、キーボード20d
等で構成されている。信号処理装置20はその他RAM,ROM
等の素子を備えているが図示は省略する。21は表示装置
を示す。
22は遅延時間制御回路であり、CPU20aからの指令によ
り、第７図（ａ），（ｂ）に基づいて説明した遅延時間
を制御する。23はパルスｐを出力するパルサであり、こ
の場合、パルサ23はアレー素子毎に設けられている。24
はCPU20aからの指令により各パルサ23を選択して切換え
るパルサ増幅器切換回路である。このパルサ増幅器切換
回路24の詳細については後述する。25はAND回路、26は
アレー素子からの超音波反射波信号を受信増幅する増幅
器であり、これらは同じくアレー素子毎に設けられてい
る。27は遅延時間制御回路、28は波形加算器である。波
形加算器28は遅延時間制御回路27における遅延の結果、
同時刻に出力される各受信信号をすべて加算する。29は
ピーク検出器であり、被検材３の表面から所定の深さ範
囲の信号のみを採取するゲート機能を有するとともにそ
の範囲内でのピーク値のみを保持して出力する機能を備
えている。30はピーク検出器29に保持されたピーク値を
デイジタル値に変換するA/D変換器である。
り、第７図（ａ），（ｂ）に基づいて説明した遅延時間
を制御する。23はパルスｐを出力するパルサであり、こ
の場合、パルサ23はアレー素子毎に設けられている。24
はCPU20aからの指令により各パルサ23を選択して切換え
るパルサ増幅器切換回路である。このパルサ増幅器切換
回路24の詳細については後述する。25はAND回路、26は
アレー素子からの超音波反射波信号を受信増幅する増幅
器であり、これらは同じくアレー素子毎に設けられてい
る。27は遅延時間制御回路、28は波形加算器である。波
形加算器28は遅延時間制御回路27における遅延の結果、
同時刻に出力される各受信信号をすべて加算する。29は
ピーク検出器であり、被検材３の表面から所定の深さ範
囲の信号のみを採取するゲート機能を有するとともにそ
の範囲内でのピーク値のみを保持して出力する機能を備
えている。30はピーク検出器29に保持されたピーク値を
デイジタル値に変換するA/D変換器である。
ここで、パルサ増幅器切換回路24の構成および動作を
第９図および第10図（ａ）〜（ｏ）により説明する。第
９図はパルサ増幅器切換回路のブロツク図、第10図
（ａ）〜（ｏ）は、パルサ増幅器切換回路のタイムチヤ
ートである。なお、第９図および第10図においては、説
明を簡素にするため、同時に励起されるアレー素子の数
が４個である場合が示されている。パルサ増幅器切換回
路24は、第９図に示すようにアレー素子数と対応した数
のＲ−Ｓマスタスレイブフリツプフロツプ回路（以下、
単にフリツプフロツプと称する）F1〜Fn+3の直列接続よ
り成るシフトレジスタで構成されている。Q1〜Qn+3は各
フリツプフロツプF1〜Fn+3の出力を示す。このパルサ増
幅器切換回路24は次にように動作する。
第９図および第10図（ａ）〜（ｏ）により説明する。第
９図はパルサ増幅器切換回路のブロツク図、第10図
（ａ）〜（ｏ）は、パルサ増幅器切換回路のタイムチヤ
ートである。なお、第９図および第10図においては、説
明を簡素にするため、同時に励起されるアレー素子の数
が４個である場合が示されている。パルサ増幅器切換回
路24は、第９図に示すようにアレー素子数と対応した数
のＲ−Ｓマスタスレイブフリツプフロツプ回路（以下、
単にフリツプフロツプと称する）F1〜Fn+3の直列接続よ
り成るシフトレジスタで構成されている。Q1〜Qn+3は各
フリツプフロツプF1〜Fn+3の出力を示す。このパルサ増
幅器切換回路24は次にように動作する。
まず、第10図（ｂ）に示すように、各フリツプフロツ
プF1〜Fn+3のCLR端子にクリアパルスが入力され、これ
によりすべての出力Q1〜Qn+3は低レベルとなる。次に、
第10図（ｃ）〜（ｆ）に示すように最初の４個のフリツ
プフロツプF1〜F4の各PR端子にプリセツトパルスPR1〜P
R4が入力される。この状態でクロツク発振器（図示され
ていない）から第10図（ａ）に示すようにクロツクパル
スC1,C2,…が順次各フリツプフロツプF1〜Fn+3のCK端子
に入力される。
プF1〜Fn+3のCLR端子にクリアパルスが入力され、これ
によりすべての出力Q1〜Qn+3は低レベルとなる。次に、
第10図（ｃ）〜（ｆ）に示すように最初の４個のフリツ
プフロツプF1〜F4の各PR端子にプリセツトパルスPR1〜P
R4が入力される。この状態でクロツク発振器（図示され
ていない）から第10図（ａ）に示すようにクロツクパル
スC1,C2,…が順次各フリツプフロツプF1〜Fn+3のCK端子
に入力される。
プリセツトパルスPR1〜PR4が入力されると、プリセツ
トされているフリツプフロツプF1〜F4の出力Q1〜Q4は第
10図（ｇ）〜（ｊ）に示すように直ちに高レベルとな
る。これら４つの高レベル出力Q1〜Q4はアレー素子のう
ちの第１番目から第４番目のものに対する励起信号とな
り、これが最初の時間E1内に出力されることになる。次
に、クロツクパルスC1が入力されると、フリツプフロツ
プF1のＳ端子は低レベルにあるので、第10図（ｇ）に示
すように、その出力Q1は低レベルとなる。同時に、フリ
ツプフロツプF5のＳ端子は出力Q4により高レベルとなつ
ているので、第10図（ｋ）に示すように、その出力Q5が
高レベルとなる。即ち、次の時間E2内に第２番目のアレ
ー素子から第５番目のアレー素子に対して励起信号が出
力される。全く同様に、次のクロツクパルスC3が入力さ
れると、時間E3内に出力Q3〜Q6が高レベルとなる。この
ように、高レベルとなる出力が順次１つずつシフトされ
てゆく。これにより、アレー素子が４つずつ順次選択さ
れることになる。
トされているフリツプフロツプF1〜F4の出力Q1〜Q4は第
10図（ｇ）〜（ｊ）に示すように直ちに高レベルとな
る。これら４つの高レベル出力Q1〜Q4はアレー素子のう
ちの第１番目から第４番目のものに対する励起信号とな
り、これが最初の時間E1内に出力されることになる。次
に、クロツクパルスC1が入力されると、フリツプフロツ
プF1のＳ端子は低レベルにあるので、第10図（ｇ）に示
すように、その出力Q1は低レベルとなる。同時に、フリ
ツプフロツプF5のＳ端子は出力Q4により高レベルとなつ
ているので、第10図（ｋ）に示すように、その出力Q5が
高レベルとなる。即ち、次の時間E2内に第２番目のアレ
ー素子から第５番目のアレー素子に対して励起信号が出
力される。全く同様に、次のクロツクパルスC3が入力さ
れると、時間E3内に出力Q3〜Q6が高レベルとなる。この
ように、高レベルとなる出力が順次１つずつシフトされ
てゆく。これにより、アレー素子が４つずつ順次選択さ
れることになる。
次に、第８図に示す制御回路の動作を第11図に基づい
て説明する。第11図はアレー素子の励起回路の簡略化さ
れたブロツク図である。図で、第８図に示す部分と同一
部分には同一符号が付してある。第11図には、説明を容
易にするため１つのアレー素子101のみに対する回路が
図示されている。前述のように、実際には、パルサ23、
AND回路25および増幅器26はアレー素子の数だけ備えら
れている。CPU20からパルサ増幅器切換回路24に指令が
与えられると、さきに述べたように、フリツプフロツプ
F1の出力Q1が高レベルになる。この出力Q1はAND回路25
に入力され、遅延時間制御回路22により所定の遅延時間
が与えられてAND回路25から出力される。この出力信号
によりパルサ23が励振パルスを出力し、アレー素子101
が励起して超音波を放射する。この超音波の反射波はア
レー素子101で受信されて電気信号に変換され、増幅器2
6で増幅され、遅延時間制御回路27によりさきの遅延時
間制御回路22による遅延に応じて遅延せしめられ、波形
加算器28に出力される。波形加算器28では同時に励起さ
れた各アレー素子（この場合４個）の受信信号を加算
し、この加算信号はピーク検出器29、A/D変換器30を経
て信号処理装置20の画像メモリ20bに入力される。この
ような処理がｎ回、アレー素子の選択を１つずつずらし
ながら実行されその都度、得られた加算信号が画像メモ
リ20bに記憶されてゆく。このｎ回の処理により、アレ
ー探触子10によるＸ軸方向の１ラインの超音波走査が終
了する。次いでCPU20aはモータ7Mを駆動してアレー探触
子10をＹ軸方向に所定のサンプリングピツチ（YP）だけ
移動させ、再びクリアパルス印加により始まる上記動作
を繰返して各アレー素子によるＸ軸方向の超音波走査を
行なう。このように、Ｘ軸方向の超音波走査をＹ軸方向
のサンプリングピツチの移動を繰返すことにより、被検
材３の平面の所定範囲の探傷が実行される。なお、Ｘ軸
方向の１ラインの走査時間は極めて短いので、Ｙ軸方向
のモータは連続駆動させることができる。
て説明する。第11図はアレー素子の励起回路の簡略化さ
れたブロツク図である。図で、第８図に示す部分と同一
部分には同一符号が付してある。第11図には、説明を容
易にするため１つのアレー素子101のみに対する回路が
図示されている。前述のように、実際には、パルサ23、
AND回路25および増幅器26はアレー素子の数だけ備えら
れている。CPU20からパルサ増幅器切換回路24に指令が
与えられると、さきに述べたように、フリツプフロツプ
F1の出力Q1が高レベルになる。この出力Q1はAND回路25
に入力され、遅延時間制御回路22により所定の遅延時間
が与えられてAND回路25から出力される。この出力信号
によりパルサ23が励振パルスを出力し、アレー素子101
が励起して超音波を放射する。この超音波の反射波はア
レー素子101で受信されて電気信号に変換され、増幅器2
6で増幅され、遅延時間制御回路27によりさきの遅延時
間制御回路22による遅延に応じて遅延せしめられ、波形
加算器28に出力される。波形加算器28では同時に励起さ
れた各アレー素子（この場合４個）の受信信号を加算
し、この加算信号はピーク検出器29、A/D変換器30を経
て信号処理装置20の画像メモリ20bに入力される。この
ような処理がｎ回、アレー素子の選択を１つずつずらし
ながら実行されその都度、得られた加算信号が画像メモ
リ20bに記憶されてゆく。このｎ回の処理により、アレ
ー探触子10によるＸ軸方向の１ラインの超音波走査が終
了する。次いでCPU20aはモータ7Mを駆動してアレー探触
子10をＹ軸方向に所定のサンプリングピツチ（YP）だけ
移動させ、再びクリアパルス印加により始まる上記動作
を繰返して各アレー素子によるＸ軸方向の超音波走査を
行なう。このように、Ｘ軸方向の超音波走査をＹ軸方向
のサンプリングピツチの移動を繰返すことにより、被検
材３の平面の所定範囲の探傷が実行される。なお、Ｘ軸
方向の１ラインの走査時間は極めて短いので、Ｙ軸方向
のモータは連続駆動させることができる。
画像メモリ20bには上記の動作により、Ｘ軸方向のサ
ンプリングピツチXP（例えば隣接するアレー素子間の距
離）とＹ軸方向のサンプリングピツチYPの各交点の探傷
データが記憶される。信号処理装置20は、この画像メモ
リ20bに記憶されたデータを処理して表示装置21に表示
する。第12図に表示装置の表示の一例を示す。図で、21
Dは表示装置21の表示面、３′表示面21Dに表示された被
検材３の超音波像、f1〜f3は超音波像３′における欠陥
部の像である。表示面21Dは多数の画素をマトリクス状
に配列して構成され、信号処理装置20は画像メモリ20b
のアドレスと表示面21Dの画素の番号とを対応させるこ
とにより、記憶されているデータの表示を行なう。
ンプリングピツチXP（例えば隣接するアレー素子間の距
離）とＹ軸方向のサンプリングピツチYPの各交点の探傷
データが記憶される。信号処理装置20は、この画像メモ
リ20bに記憶されたデータを処理して表示装置21に表示
する。第12図に表示装置の表示の一例を示す。図で、21
Dは表示装置21の表示面、３′表示面21Dに表示された被
検材３の超音波像、f1〜f3は超音波像３′における欠陥
部の像である。表示面21Dは多数の画素をマトリクス状
に配列して構成され、信号処理装置20は画像メモリ20b
のアドレスと表示面21Dの画素の番号とを対応させるこ
とにより、記憶されているデータの表示を行なう。
上記従来の超音波探傷装置は、上述のように、被検材
３の表面から所定深さにおけるＸ−Ｙ平面の超音波探傷
を行ない、第12図に示すような当該平面の超音波像を得
ることができ、欠陥の存在の有無を知ることができる。
３の表面から所定深さにおけるＸ−Ｙ平面の超音波探傷
を行ない、第12図に示すような当該平面の超音波像を得
ることができ、欠陥の存在の有無を知ることができる。
ところで、より優れた生産管理や品質管理を行なうた
めには、被検材内部の欠陥について詳細な解析が行なえ
るように、その欠陥の深さ位置を測定できるようにした
り、その欠陥のＸ−Ｙ平面の形状を常に正確に把握でき
るようにしたりすることが必要である。しかしながら、
こうした従来の超音波探傷装置では、第１に、被検材３
の内部の欠陥についてその深さ位置を測定することが不
可能である。第２に、所定数アレー素子101〜10nの放射
超音波を集束させる焦点Ｂの位置が被検材３の内部の欠
陥の深さ位置と合致していないときには、欠陥部の像f1
〜f3すらも鮮明な像が得られない。そして、従来の超音
波探傷装置では、被検材３の内部の欠陥の深さ位置を探
知してその焦点Ｂの位置を欠陥の深さ位置と合致させる
ようにすることができないため、被検材３の内部の欠陥
のＸ−Ｙ平面の形状を常時正確に把握することは不可能
である。
めには、被検材内部の欠陥について詳細な解析が行なえ
るように、その欠陥の深さ位置を測定できるようにした
り、その欠陥のＸ−Ｙ平面の形状を常に正確に把握でき
るようにしたりすることが必要である。しかしながら、
こうした従来の超音波探傷装置では、第１に、被検材３
の内部の欠陥についてその深さ位置を測定することが不
可能である。第２に、所定数アレー素子101〜10nの放射
超音波を集束させる焦点Ｂの位置が被検材３の内部の欠
陥の深さ位置と合致していないときには、欠陥部の像f1
〜f3すらも鮮明な像が得られない。そして、従来の超音
波探傷装置では、被検材３の内部の欠陥の深さ位置を探
知してその焦点Ｂの位置を欠陥の深さ位置と合致させる
ようにすることができないため、被検材３の内部の欠陥
のＸ−Ｙ平面の形状を常時正確に把握することは不可能
である。
本発明は、こうした従来の技術にみられる問題を解消
しようとするものであって、その目的は、被検材内部の
欠陥の深さ位置を測定することができ、かつ、その欠陥
の平面形状を常時正確に把握することができる超音波探
傷装置を提供することにある。
しようとするものであって、その目的は、被検材内部の
欠陥の深さ位置を測定することができ、かつ、その欠陥
の平面形状を常時正確に把握することができる超音波探
傷装置を提供することにある。
こうした目的を達成するため、 この出願の第１番目の発明は、 （１）超音波の送受を行なう多数のアレー素子を第１の
軸方向に配列して成るアレー探触子と、前記各アレー素
子をクロツク信号により所定数ずつ順次選択して切換え
て励起する切換手段と、その励起する各アレー素子の放
射超音波を一つの焦点に集束させるように各アレー素子
の励起時点に遅延時間を付与する遅延時間付与手段と、
前記アレー探触子を前記第１の軸と直交する第２の軸方
向に移動させる移動手段と、前記各アレー素子の受信信
号に基づいて前記第１および第２の軸で構成される面の
超音波像を表示する表示部とを備えた超音波探傷装置に
おいて、前記各アレー素子の放射超音波を集束させる焦
点の位置を前記第１および第２の軸で構成される面の所
望の位置に選択できるように移動させることができるカ
ーソルを設けて前記表示部に表示し得るようにするとと
もに、前記カーソルの移動量を演算する演算手段と、前
記カーソルの前記第１の軸方向の移動量に応じた数の前
記クロツク信号を出力するクロツク信号出力制御手段
と、前記カーソルの前記第２の軸方向の移動量に応じて
前記移動手段を駆動する駆動手段と、前記各アレー素子
の受信信号に基づいて超音波の反射波の波形を時間に関
する値との対応において表示するオシロスコープとを設
け、さらに、前記第１および第２の軸と直交する第３の
軸方向の所望の位置に前記焦点の位置が変えられるよ
う、前記遅延時間付与手段で付与される遅延時間を変更
できるように構成したことを特徴とする。
軸方向に配列して成るアレー探触子と、前記各アレー素
子をクロツク信号により所定数ずつ順次選択して切換え
て励起する切換手段と、その励起する各アレー素子の放
射超音波を一つの焦点に集束させるように各アレー素子
の励起時点に遅延時間を付与する遅延時間付与手段と、
前記アレー探触子を前記第１の軸と直交する第２の軸方
向に移動させる移動手段と、前記各アレー素子の受信信
号に基づいて前記第１および第２の軸で構成される面の
超音波像を表示する表示部とを備えた超音波探傷装置に
おいて、前記各アレー素子の放射超音波を集束させる焦
点の位置を前記第１および第２の軸で構成される面の所
望の位置に選択できるように移動させることができるカ
ーソルを設けて前記表示部に表示し得るようにするとと
もに、前記カーソルの移動量を演算する演算手段と、前
記カーソルの前記第１の軸方向の移動量に応じた数の前
記クロツク信号を出力するクロツク信号出力制御手段
と、前記カーソルの前記第２の軸方向の移動量に応じて
前記移動手段を駆動する駆動手段と、前記各アレー素子
の受信信号に基づいて超音波の反射波の波形を時間に関
する値との対応において表示するオシロスコープとを設
け、さらに、前記第１および第２の軸と直交する第３の
軸方向の所望の位置に前記焦点の位置が変えられるよ
う、前記遅延時間付与手段で付与される遅延時間を変更
できるように構成したことを特徴とする。
この出願の第２番目の発明は、 （２）超音波の送受を行なう多数のアレー素子を第１の
軸方向およびこれと直交する第２の軸方向に沿って配列
したアレー探触子と、前記各アレー素子をクロツク信号
により所定数ずつ順次選択して切換えて励起する切換手
段と、その励起する各アレー素子の放射超音波を一つの
焦点に集束させるように各アレー素子の励起時点に遅延
時間を付与する遅延時間付与手段と、前記各アレー素子
の受信信号に基づいて前記第１および第２の軸で構成さ
れる面の超音波像を表示する表示部とを備えた超音波探
傷装置において、前記各アレー素子の放射超音波を集束
させる焦点の位置を前記第１および第２の軸で構成され
る面の所望の位置に選択できるように移動させることが
できるカーソルを設けて前記表示部に表示し得るように
するとともに、前記カーソルの前記第１および第２の軸
方向の移動量を演算する演算手段と、前記カーソルの前
記２つの軸方向の移動量に応じた数の前記クロツク信号
を出力するクロツク信号出力制御手段と、前記各アレー
素子の受信信号に基づいて超音波の反射波の波形を時間
に関する値との対応において表示するオシロスコープと
を設け、さらに、前記第１および第２の軸と直交する第
３の軸方向の所望の位置に前記焦点の位置が変えられる
よう、前記遅延時間付与手段で付与される遅延時間を変
更できるように構成したことを特徴とする。
軸方向およびこれと直交する第２の軸方向に沿って配列
したアレー探触子と、前記各アレー素子をクロツク信号
により所定数ずつ順次選択して切換えて励起する切換手
段と、その励起する各アレー素子の放射超音波を一つの
焦点に集束させるように各アレー素子の励起時点に遅延
時間を付与する遅延時間付与手段と、前記各アレー素子
の受信信号に基づいて前記第１および第２の軸で構成さ
れる面の超音波像を表示する表示部とを備えた超音波探
傷装置において、前記各アレー素子の放射超音波を集束
させる焦点の位置を前記第１および第２の軸で構成され
る面の所望の位置に選択できるように移動させることが
できるカーソルを設けて前記表示部に表示し得るように
するとともに、前記カーソルの前記第１および第２の軸
方向の移動量を演算する演算手段と、前記カーソルの前
記２つの軸方向の移動量に応じた数の前記クロツク信号
を出力するクロツク信号出力制御手段と、前記各アレー
素子の受信信号に基づいて超音波の反射波の波形を時間
に関する値との対応において表示するオシロスコープと
を設け、さらに、前記第１および第２の軸と直交する第
３の軸方向の所望の位置に前記焦点の位置が変えられる
よう、前記遅延時間付与手段で付与される遅延時間を変
更できるように構成したことを特徴とする。
この出願の第１番目の発明および第２番目の発明は、
それぞれ前記（１）および（２）構成を備えているの
で、超音波探傷を実施するときは、第１番目の発明にあ
っては切換手段及び移動手段によりそれぞれ第１の軸方
向および第２の軸方向の超音波走査が行なわれ、この出
願の第２番目の発明にあっては切換手段により第１の軸
方向および第２の軸方向の双方の超音波走査が行なわれ
る。こうして所期の超音波走査が終了して表示部に超音
波像が表示された後、欠陥部の像の所望の個所について
詳細な解析をしようとするときは、カーソルを表示部に
表示して欠陥部の像の所望の個所に移動させる、そうす
ると、演算手段は、このカーソルについて、第１の軸方
向および第２の軸方向の移動量を演算する。そして、こ
の出願の第１番目の発明では、クロツク信号出力制御手
段が第１の軸方向のカーソルの移動量に応じた数のクロ
ツク信号を出力して切換手段を動作させることにより、
各アレー素子の放射超音波を集束させる焦点の位置を、
移動後のカーソルの第１の軸方向の位置まで移動させる
とともに、駆動手段で移動手段を駆動することにより、
アレー探触子をカーソルの第２の軸方向に移動量に応じ
た距離だけ移動させる。また、この出願の第２番目の発
明では、クロツク信号出力制御手段が第１の軸方向およ
び第２の軸方向のカーソルの各移動量に応じた数のクロ
ツク信号を切換手段に出力することにより、各アレー素
子の放射超音波を集束させる焦点の位置を、移動後のカ
ーソルの第１の軸方向および第２の軸方向の位置に移動
させる。かくて、カーソルにより選択された第１および
第２の軸で構成される面の所望の位置で超音波探傷を行
う準備が整う。こうした状態のもとで各アレー素子を励
起して被検材に超音波を放射すると、オシロスコープ
は、その超音波の反射波による各アレー素子の受信信号
に基づいて、超音波の反射波の波形を時間に関する値と
の対応において表示する。すなわち、時間の推移に対応
して、まず最初に、被検材の表面で反射される超音波が
表示され、しかる後、被検材の欠陥部で反射される超音
波が表示される。また、こうした被検材の表面の反射波
と被検材の欠陥部の反射波とは、例えば前者が振幅が大
きく後者が振幅が小さいというように、波形により容易
に識別することができる。そして、被検材の表面の反射
波が表れる時点と被検材の欠陥部の反射波が表れる時点
との時間差は、被検材の表面から被検材の欠陥部までの
深さに関するデータにほかならないので、こうした時間
差に基づいて被検材内部の欠陥の深さ位置を測定するこ
とができて、被検材内部の欠陥の解析に資することとな
る。また、このように、被検材内部の欠陥の深さ位置が
分かれば、遅延時間付与手段で付与される遅延時間を適
宜変更して調節することにより、各アレー素子の放射超
音波を集束させる焦点の位置をその欠陥の深さ位置と合
致させるよう第３の軸方向の所望の位置に変えることが
できるため、第１および第２の軸で構成される面の超音
波像における被検材の欠陥部の像について、常に鮮明な
像を得ることが可能となる。その結果、被検材内部の欠
陥の平面形状を常時正確に把握することができるため、
前記の欠陥の深さ位置に関するデータと相俟って、被検
材内部の欠陥に関する詳細な解析を適切に進めることが
できる。本発明では、探触子に、特に多数のアレー素子
を配列したアレー探触子を用いて、各アレー素子の励起
時点に付与する遅延時間を遅延時間付与手段で変更する
ことにより、前記焦点の位置を第３の軸方向に所望の位
置に電子的作用を変えられるようにしたため、その焦点
の位置は被検材内部の欠陥の深さ位置と合致させる前記
の操作は、的確かつ迅速に行える。
それぞれ前記（１）および（２）構成を備えているの
で、超音波探傷を実施するときは、第１番目の発明にあ
っては切換手段及び移動手段によりそれぞれ第１の軸方
向および第２の軸方向の超音波走査が行なわれ、この出
願の第２番目の発明にあっては切換手段により第１の軸
方向および第２の軸方向の双方の超音波走査が行なわれ
る。こうして所期の超音波走査が終了して表示部に超音
波像が表示された後、欠陥部の像の所望の個所について
詳細な解析をしようとするときは、カーソルを表示部に
表示して欠陥部の像の所望の個所に移動させる、そうす
ると、演算手段は、このカーソルについて、第１の軸方
向および第２の軸方向の移動量を演算する。そして、こ
の出願の第１番目の発明では、クロツク信号出力制御手
段が第１の軸方向のカーソルの移動量に応じた数のクロ
ツク信号を出力して切換手段を動作させることにより、
各アレー素子の放射超音波を集束させる焦点の位置を、
移動後のカーソルの第１の軸方向の位置まで移動させる
とともに、駆動手段で移動手段を駆動することにより、
アレー探触子をカーソルの第２の軸方向に移動量に応じ
た距離だけ移動させる。また、この出願の第２番目の発
明では、クロツク信号出力制御手段が第１の軸方向およ
び第２の軸方向のカーソルの各移動量に応じた数のクロ
ツク信号を切換手段に出力することにより、各アレー素
子の放射超音波を集束させる焦点の位置を、移動後のカ
ーソルの第１の軸方向および第２の軸方向の位置に移動
させる。かくて、カーソルにより選択された第１および
第２の軸で構成される面の所望の位置で超音波探傷を行
う準備が整う。こうした状態のもとで各アレー素子を励
起して被検材に超音波を放射すると、オシロスコープ
は、その超音波の反射波による各アレー素子の受信信号
に基づいて、超音波の反射波の波形を時間に関する値と
の対応において表示する。すなわち、時間の推移に対応
して、まず最初に、被検材の表面で反射される超音波が
表示され、しかる後、被検材の欠陥部で反射される超音
波が表示される。また、こうした被検材の表面の反射波
と被検材の欠陥部の反射波とは、例えば前者が振幅が大
きく後者が振幅が小さいというように、波形により容易
に識別することができる。そして、被検材の表面の反射
波が表れる時点と被検材の欠陥部の反射波が表れる時点
との時間差は、被検材の表面から被検材の欠陥部までの
深さに関するデータにほかならないので、こうした時間
差に基づいて被検材内部の欠陥の深さ位置を測定するこ
とができて、被検材内部の欠陥の解析に資することとな
る。また、このように、被検材内部の欠陥の深さ位置が
分かれば、遅延時間付与手段で付与される遅延時間を適
宜変更して調節することにより、各アレー素子の放射超
音波を集束させる焦点の位置をその欠陥の深さ位置と合
致させるよう第３の軸方向の所望の位置に変えることが
できるため、第１および第２の軸で構成される面の超音
波像における被検材の欠陥部の像について、常に鮮明な
像を得ることが可能となる。その結果、被検材内部の欠
陥の平面形状を常時正確に把握することができるため、
前記の欠陥の深さ位置に関するデータと相俟って、被検
材内部の欠陥に関する詳細な解析を適切に進めることが
できる。本発明では、探触子に、特に多数のアレー素子
を配列したアレー探触子を用いて、各アレー素子の励起
時点に付与する遅延時間を遅延時間付与手段で変更する
ことにより、前記焦点の位置を第３の軸方向に所望の位
置に電子的作用を変えられるようにしたため、その焦点
の位置は被検材内部の欠陥の深さ位置と合致させる前記
の操作は、的確かつ迅速に行える。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図は本発明の実施例に係る超音波探傷装置の制御
回路のブロツク図である。図で、第８図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。20a′はC
PU20aに相当するCPUであるが、CPU20aとは処理内容を異
にする。20d′はキーボード20dに相当するキーボードで
あるが、カーソル操作のキーを備えている点でキーボー
ド20dと異なる。このカーソル操作のキーは、カーソル
の上（↑），下（↓），左（←），右（→）の移動を指
示するキー，カーソルの停止を指示するキー（Ｓ），カ
ーソルの現在位置からの移動の際に使用されるキー
（Ｂ）、およびカーソル機能のプログラムを停止させる
キー（Ｒ）の７つのキーより成る。20′はCPU20a′、画
像メモリ20dインタフエース20cおよびキーボード20d′
より成る信号処理装置である。21′は表示装置21に相当
する表示装置である。この表示装置21′については後述
する。31は波形加算器28の出力信号を表示するオシロス
コープである。信号処理装置20′，表示装置21′および
オシロスコープ31以外の構成は第８図に示す構成と同じ
である。
回路のブロツク図である。図で、第８図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。20a′はC
PU20aに相当するCPUであるが、CPU20aとは処理内容を異
にする。20d′はキーボード20dに相当するキーボードで
あるが、カーソル操作のキーを備えている点でキーボー
ド20dと異なる。このカーソル操作のキーは、カーソル
の上（↑），下（↓），左（←），右（→）の移動を指
示するキー，カーソルの停止を指示するキー（Ｓ），カ
ーソルの現在位置からの移動の際に使用されるキー
（Ｂ）、およびカーソル機能のプログラムを停止させる
キー（Ｒ）の７つのキーより成る。20′はCPU20a′、画
像メモリ20dインタフエース20cおよびキーボード20d′
より成る信号処理装置である。21′は表示装置21に相当
する表示装置である。この表示装置21′については後述
する。31は波形加算器28の出力信号を表示するオシロス
コープである。信号処理装置20′，表示装置21′および
オシロスコープ31以外の構成は第８図に示す構成と同じ
である。
第２図とは第１図に示す表示装置の表示面を示す図で
ある。図で、第12図に示す部分と同一部分には同一符号
が付されている。21′は表示装置、21D′はその表示面
である。Ｃは表示面21D′に表示されたカーソルを示
す。表示装置21′はカーソルＣを表示する手段を備えて
いる点で表示装置21と異なる。なお、カーソル表示制御
をCPU20a′で行なう場合は表示装置21′は表示装置21と
同じ装置を使用することができる。カーソルＣは超音波
走査のスタート位置（X1,Y1）に表示される。このカー
ソル５はキーボード20d′のカーソル操作キー（図示さ
れていない）により縦横に移動可能である。
ある。図で、第12図に示す部分と同一部分には同一符号
が付されている。21′は表示装置、21D′はその表示面
である。Ｃは表示面21D′に表示されたカーソルを示
す。表示装置21′はカーソルＣを表示する手段を備えて
いる点で表示装置21と異なる。なお、カーソル表示制御
をCPU20a′で行なう場合は表示装置21′は表示装置21と
同じ装置を使用することができる。カーソルＣは超音波
走査のスタート位置（X1,Y1）に表示される。このカー
ソル５はキーボード20d′のカーソル操作キー（図示さ
れていない）により縦横に移動可能である。
次に、本実施例の動作を第３図（ａ），（ｂ）に示す
フローチヤートおよび第４図（ａ），（ｌ）に示すタイ
ムチヤートを参照しながら説明する。いま、本実施例の
超音波探傷装置は、〔従来の技術〕の項で述べたような
方法でＸ軸方向およびＹ軸方向の超音波走査が行なわれ
て所期の超音波走査が終了し、表示装置21の表示面21D
に、欠陥部の像f1〜f3のある超音波像３′が表示された
状態におかれているものとする。ここで説明しようとす
る本実施例の動作は、こうした状態のもとで、欠陥部の
像の所望の個所について詳細な解析をしようとするとき
の動作である。CPU20a′はまず、画像メモリ20bの初期
設定を行なう（第３図（ａ）の手順S1）。この設定は画
像メモリ20bのＸ軸方向のアドレスXaおよびＹ軸方向の
アドレスYaにおける超音波探傷スタート位置に対応する
アドレスXaa,Yaaとされる。この場合、Xaa＝1,Yaa＝１
である。次いで、アドレス設定を行ない、移動開始時の
アドレスXa,YaをそれぞれXaa,Yaaとする（手順S2）。次
に、表示装置21′に対して、その表示面21D′における
アドレスXa,Yaに対応する位置（Xa,Ya）にカーソルＣを
表示せしめる（手順S3）。この場合、Xaa＝1,Yaa＝１で
あるので、カーソルＣは第２図に示すように超音波探傷
スタート位置（X1,Y1）に表示される。以後、手順S4〜S
13によりカーソルＣを所望の位置、例えば第２図に示す
場合、位置（Xv,Yw）に移動させる。即ち、この移動
は、キーボード20d′においてカーソルＣの上，下，
左，右の移動を指示する４つのカーソル操作キーのいず
れが操作されているかを判断し、操作キーの移動指示方
向にしたがつて１画素（１アドレス）ずつ移動すること
により行なわれ、第２図に示す場合、カーソルＣはＸ軸
方向に（Ｖ−１）、Ｙ軸方向に（Ｗ−１）移動せしめら
れる。手順S13ではカーソル停止キーＳが操作されてい
るか否かが判断される。カーソルＣの位置が決定される
と、処理は第３図（ｂ）に示す手順S14に移行する。
フローチヤートおよび第４図（ａ），（ｌ）に示すタイ
ムチヤートを参照しながら説明する。いま、本実施例の
超音波探傷装置は、〔従来の技術〕の項で述べたような
方法でＸ軸方向およびＹ軸方向の超音波走査が行なわれ
て所期の超音波走査が終了し、表示装置21の表示面21D
に、欠陥部の像f1〜f3のある超音波像３′が表示された
状態におかれているものとする。ここで説明しようとす
る本実施例の動作は、こうした状態のもとで、欠陥部の
像の所望の個所について詳細な解析をしようとするとき
の動作である。CPU20a′はまず、画像メモリ20bの初期
設定を行なう（第３図（ａ）の手順S1）。この設定は画
像メモリ20bのＸ軸方向のアドレスXaおよびＹ軸方向の
アドレスYaにおける超音波探傷スタート位置に対応する
アドレスXaa,Yaaとされる。この場合、Xaa＝1,Yaa＝１
である。次いで、アドレス設定を行ない、移動開始時の
アドレスXa,YaをそれぞれXaa,Yaaとする（手順S2）。次
に、表示装置21′に対して、その表示面21D′における
アドレスXa,Yaに対応する位置（Xa,Ya）にカーソルＣを
表示せしめる（手順S3）。この場合、Xaa＝1,Yaa＝１で
あるので、カーソルＣは第２図に示すように超音波探傷
スタート位置（X1,Y1）に表示される。以後、手順S4〜S
13によりカーソルＣを所望の位置、例えば第２図に示す
場合、位置（Xv,Yw）に移動させる。即ち、この移動
は、キーボード20d′においてカーソルＣの上，下，
左，右の移動を指示する４つのカーソル操作キーのいず
れが操作されているかを判断し、操作キーの移動指示方
向にしたがつて１画素（１アドレス）ずつ移動すること
により行なわれ、第２図に示す場合、カーソルＣはＸ軸
方向に（Ｖ−１）、Ｙ軸方向に（Ｗ−１）移動せしめら
れる。手順S13ではカーソル停止キーＳが操作されてい
るか否かが判断される。カーソルＣの位置が決定される
と、処理は第３図（ｂ）に示す手順S14に移行する。
手順S14では、アレー探触子10をＹ軸方向にどれだけ
移動させればよいかが演算される。この演算はその移動
量をYmとすると、現在のＹ軸方向のアドレスYaaから移
動開始時のアドレスYaを減算した値にＹ軸方向のサンプ
リングピツチYPを乗じて算出される。第２図に示す場
合、アドレスYaa＝W,アドレスYa＝１であるから、カー
ソルＣのＹ軸方向の移動量Ymは、Ym＝（Ｗ−１）・YPと
なる。CPU20a′はモータ7Mを駆動してアレー探触子10を
Ｙ軸方向にYmだけ移動させる（手順S15）。即ち、上記
の処理は、超音波ビームをＹ軸方向の位置Ywに移動させ
る処理である。
移動させればよいかが演算される。この演算はその移動
量をYmとすると、現在のＹ軸方向のアドレスYaaから移
動開始時のアドレスYaを減算した値にＹ軸方向のサンプ
リングピツチYPを乗じて算出される。第２図に示す場
合、アドレスYaa＝W,アドレスYa＝１であるから、カー
ソルＣのＹ軸方向の移動量Ymは、Ym＝（Ｗ−１）・YPと
なる。CPU20a′はモータ7Mを駆動してアレー探触子10を
Ｙ軸方向にYmだけ移動させる（手順S15）。即ち、上記
の処理は、超音波ビームをＹ軸方向の位置Ywに移動させ
る処理である。
次に、超音波ビームをＸ軸方向の位置Xvに移行して停
止させる処理について説明する。さきに述べたように、
超音波ビームはパルサ増幅器切換回路24に構成するシフ
トレジスタ（フリツプフロツプで構成される）にクロツ
クパルスを１つ入力する毎にアレー素子１個分（サンプ
リングピツチXP）ずつＸ軸方向に移動せしめることがで
きる。そこで、前述のように、まずシフトレジスタにク
リヤパルスを入力し（手順S16）、次いで同時に励起す
るアレー素子にプリセツトパルスを入力する（手順
S16）。この状態でクロツクパルスを入力してゆくと、
超音波ビームはクロツクパルス１個毎に順次Ｘ軸方向に
移行する。このクロツクパルスは（Xaa−１）回入力さ
れる（手順S18）。ここで、（Xaa−１）回のクロツクパ
ルスが入力された場合のシフトレジスタの出力状態およ
び超音波ビームのＸ軸方向の位置を表により説明する。
この場合、第９図に示すように同時に励起されるアレー
素子の数を４とし、又、第２図に示すようにカーソルＣ
のＸ軸方向の移動位置を位置Xvとする。
止させる処理について説明する。さきに述べたように、
超音波ビームはパルサ増幅器切換回路24に構成するシフ
トレジスタ（フリツプフロツプで構成される）にクロツ
クパルスを１つ入力する毎にアレー素子１個分（サンプ
リングピツチXP）ずつＸ軸方向に移動せしめることがで
きる。そこで、前述のように、まずシフトレジスタにク
リヤパルスを入力し（手順S16）、次いで同時に励起す
るアレー素子にプリセツトパルスを入力する（手順
S16）。この状態でクロツクパルスを入力してゆくと、
超音波ビームはクロツクパルス１個毎に順次Ｘ軸方向に
移行する。このクロツクパルスは（Xaa−１）回入力さ
れる（手順S18）。ここで、（Xaa−１）回のクロツクパ
ルスが入力された場合のシフトレジスタの出力状態およ
び超音波ビームのＸ軸方向の位置を表により説明する。
この場合、第９図に示すように同時に励起されるアレー
素子の数を４とし、又、第２図に示すようにカーソルＣ
のＸ軸方向の移動位置を位置Xvとする。
上記表に示されるように、第１回目のクロツクパルス
C1が入力される前には、出力Q1〜Q4が高レベルとなり、
最初の４つのアレー素子が励起されることになる。この
ときの超音波ビームのＸ方向の集束位置は、位置X1と一
致せしめられている。次いで、第１回のクロツクパルス
C1の出力により、シフトレジスタの出力Q2〜Q5が高レベ
ルとなり、同時に励起されるアレー素子はＸ軸方向に１
つずれ、超音波ビームの集束位置もアレー素子１個分、
即ちサンプリングピツチXPだけずれて位置X2となる。こ
の動作が繰返され、（Ｖ−１）回目のクロツクパルスC
v-1が入力されたとき、シフトレジスタの出力Qv〜Qv+3
が高レベルとなり、超音波ビームの集束位置は位置Xvと
なる。
C1が入力される前には、出力Q1〜Q4が高レベルとなり、
最初の４つのアレー素子が励起されることになる。この
ときの超音波ビームのＸ方向の集束位置は、位置X1と一
致せしめられている。次いで、第１回のクロツクパルス
C1の出力により、シフトレジスタの出力Q2〜Q5が高レベ
ルとなり、同時に励起されるアレー素子はＸ軸方向に１
つずれ、超音波ビームの集束位置もアレー素子１個分、
即ちサンプリングピツチXPだけずれて位置X2となる。こ
の動作が繰返され、（Ｖ−１）回目のクロツクパルスC
v-1が入力されたとき、シフトレジスタの出力Qv〜Qv+3
が高レベルとなり、超音波ビームの集束位置は位置Xvと
なる。
これを第４図（ａ）〜（ｌ）に示すタイムチヤートで
説明すると、クロツクパルスCv-1が入力したとき、第４
図（ｉ），（ｊ），（ｋ），（ｌ）に示すように、高レ
ベルになるシフトレジスタの出力は出力Qv〜Qv+3とな
る。そして、それ以後のクロツクパルスの出力を停止す
ると、時間Evで示される期間は上記の状態が保持され
る。即ち、時間Evにおいて位置Xvに超音波ビームを放射
する状態が整えられたことになる。この状態から遅延時
間制御回路22を作動させると（手順S19）、出力Qv〜Q
v+3にはAND回路25において所定の遅延が与えられ、パル
サ23を作動させ、既にアレー探触子10はＹ軸方向の位置
Ywに移動していることから、位置（Xv,Yw）に超音波ビ
ームが放射される。この超音波ビームの反射波は励起さ
れているアレー素子に受信され、さきに説明したよう
に、波形加算器28から出力される。オシロスコープ31
は、波形加算器28からの出力信号により作動し、その信
号の波形を時間軸をもつ表示面上に表示する。この表示
面上に表示される信号の波形は、被検材３に放射した超
音波の反射波の波形に相当するものであり、こうした波
形が時間との対応において表示されることとなる。すな
わち、オシロスコープ31には、時間の推移との対応にお
いて、まず最初に、被検材３の表面で反射される超音波
が表示され、しかる後、被検材３の欠陥部で反射される
超音波が表示される。また、こうした被検材３の表面の
反射波と被検材３の欠陥部の反射波とは、例えば前者が
振幅が大きく後者が振幅が小さいというように、波形に
より容易に識別することができる。そして、被検材３の
表面の反射波が表れる時点との被検材３の欠陥部の反射
波が表れる時点との時間差は、被検材３の表面から被検
材３の欠陥部までの深さに関するデータにほかならない
ので、こうした時間差に基づいて被検材３の欠陥部の深
さ位置を測定することができて、被検材３の内部の欠陥
の解析に資することとなる。こうして被検材３の欠陥部
の深さ位置を測定した後は、その測定結果を基に、遅延
時間制御回路22で付与される遅延時間を適宜変更して調
節することにより、各アレー素子101〜10nの放射超音波
を集束させる焦点Ｂの位置をその欠陥部の深さ位置と合
致させるようにする。そうすると、Ｘ−Ｙ平面の超音波
像における欠陥部の像f1〜f3について鮮明な像を得るこ
とができる。本実施例によれば、こうした操作を必要に
応じて適宜行なうことにより、被検材３の内部の欠陥の
平面形状を常時正確に把握することが可能となるため、
前記の欠陥の深さ位置に関するデータと相俟って、被検
材３の内部の欠陥に関する詳細な解析を適切に進めるこ
とができる。
説明すると、クロツクパルスCv-1が入力したとき、第４
図（ｉ），（ｊ），（ｋ），（ｌ）に示すように、高レ
ベルになるシフトレジスタの出力は出力Qv〜Qv+3とな
る。そして、それ以後のクロツクパルスの出力を停止す
ると、時間Evで示される期間は上記の状態が保持され
る。即ち、時間Evにおいて位置Xvに超音波ビームを放射
する状態が整えられたことになる。この状態から遅延時
間制御回路22を作動させると（手順S19）、出力Qv〜Q
v+3にはAND回路25において所定の遅延が与えられ、パル
サ23を作動させ、既にアレー探触子10はＹ軸方向の位置
Ywに移動していることから、位置（Xv,Yw）に超音波ビ
ームが放射される。この超音波ビームの反射波は励起さ
れているアレー素子に受信され、さきに説明したよう
に、波形加算器28から出力される。オシロスコープ31
は、波形加算器28からの出力信号により作動し、その信
号の波形を時間軸をもつ表示面上に表示する。この表示
面上に表示される信号の波形は、被検材３に放射した超
音波の反射波の波形に相当するものであり、こうした波
形が時間との対応において表示されることとなる。すな
わち、オシロスコープ31には、時間の推移との対応にお
いて、まず最初に、被検材３の表面で反射される超音波
が表示され、しかる後、被検材３の欠陥部で反射される
超音波が表示される。また、こうした被検材３の表面の
反射波と被検材３の欠陥部の反射波とは、例えば前者が
振幅が大きく後者が振幅が小さいというように、波形に
より容易に識別することができる。そして、被検材３の
表面の反射波が表れる時点との被検材３の欠陥部の反射
波が表れる時点との時間差は、被検材３の表面から被検
材３の欠陥部までの深さに関するデータにほかならない
ので、こうした時間差に基づいて被検材３の欠陥部の深
さ位置を測定することができて、被検材３の内部の欠陥
の解析に資することとなる。こうして被検材３の欠陥部
の深さ位置を測定した後は、その測定結果を基に、遅延
時間制御回路22で付与される遅延時間を適宜変更して調
節することにより、各アレー素子101〜10nの放射超音波
を集束させる焦点Ｂの位置をその欠陥部の深さ位置と合
致させるようにする。そうすると、Ｘ−Ｙ平面の超音波
像における欠陥部の像f1〜f3について鮮明な像を得るこ
とができる。本実施例によれば、こうした操作を必要に
応じて適宜行なうことにより、被検材３の内部の欠陥の
平面形状を常時正確に把握することが可能となるため、
前記の欠陥の深さ位置に関するデータと相俟って、被検
材３の内部の欠陥に関する詳細な解析を適切に進めるこ
とができる。
次いで、CPU20a′はキーボード20d′のカーソル操作
キーＢの状態を判断する（手順S20）。カーソル操作キ
ーＢが操作されていないと判断された場合、今度はカー
ソル操作キーＲの状態を判断する（手順S21）。カーソ
ル操作キーＲが操作されていない場合、処理は手順S19
に戻り、位置（Xv,Yw）に対して繰返して超音波ビーム
が放射され、その反射波波形がオシロスコープ31に表示
される。手順S20において、カーソル操作キーＢが操作
されていると判断された場合、処理は手順S2に戻り再び
カーソルＣの移動が行なわれる。この場合、アドレスX
aa,Yaaは当然移動開始位置に相当するアドレスとなつて
いる。又、手順S21でカーソル操作キーＲが操作されて
いると判断された場合には、その位置に対する超音波放
射の動作が停止される。
キーＢの状態を判断する（手順S20）。カーソル操作キ
ーＢが操作されていないと判断された場合、今度はカー
ソル操作キーＲの状態を判断する（手順S21）。カーソ
ル操作キーＲが操作されていない場合、処理は手順S19
に戻り、位置（Xv,Yw）に対して繰返して超音波ビーム
が放射され、その反射波波形がオシロスコープ31に表示
される。手順S20において、カーソル操作キーＢが操作
されていると判断された場合、処理は手順S2に戻り再び
カーソルＣの移動が行なわれる。この場合、アドレスX
aa,Yaaは当然移動開始位置に相当するアドレスとなつて
いる。又、手順S21でカーソル操作キーＲが操作されて
いると判断された場合には、その位置に対する超音波放
射の動作が停止される。
このように、本実施例では、超音波操作の終了後、Ｘ
−Ｙ平面の超音波像３′における欠陥部の像f1〜f3につ
いて詳細な解析が行ないたい場合に、カーソルＣに表示
装置21の表示面21Dに表示した後、欠陥部の像f1〜f3の
所望の個所に移動させて被検材３に超音波を放射するこ
とにより、当該個所の反射波をオシロスコープ31に表示
することができるようにしたので、被検材３の欠陥部の
深さ位置をＸ−Ｙ平面の所望の個所で測定することがで
きる。さらに、その測定結果を基に、遅延時間制御回路
22で付与される遅延時間を適宜変更して調節することに
より、各アレー素子101〜10nの放射超音波を集束させる
焦点Ｂの位置を被検材３の欠陥部の深さ位置と合致させ
ることができるようにしたので、こうした操作を必要に
応じて適宜行なうことにより、被検材３の内部の欠陥の
平面形状を常時正確に把握することが可能となる。した
がって、本実施例によれば、被検材３の内部の欠陥の深
さ位置を測定することができ、かつ、その欠陥の平面形
状を常時正確に把握することができる超音波探傷装置が
得られる。また、探触子として、特に、多数のアレー素
子101〜10nを所定方向に配列したアレー探触子10を用い
たことにより、前記焦点Ｂの位置を被検材３の欠陥部の
深さ位置と合致させる場合に、各アレー素子101〜10nの
励起時点に遅延時間を付与する遅延時間制御回路22でそ
の遅延時間を変更して焦点Ｂの深さを電子的に変えられ
るようにしたので、機械的に変える場合のようにガタ等
による機械的な誤差が生じにくく、焦点Ｂの深さ位置を
被検材３の欠陥部の深さ位置に精度よく合致させること
ができ、さらには、その合致させる操作自体も迅速に行
える。したがって、本実施例によれば、被検材３の深さ
方向の超音波探傷を的確かつ迅速に行える。
−Ｙ平面の超音波像３′における欠陥部の像f1〜f3につ
いて詳細な解析が行ないたい場合に、カーソルＣに表示
装置21の表示面21Dに表示した後、欠陥部の像f1〜f3の
所望の個所に移動させて被検材３に超音波を放射するこ
とにより、当該個所の反射波をオシロスコープ31に表示
することができるようにしたので、被検材３の欠陥部の
深さ位置をＸ−Ｙ平面の所望の個所で測定することがで
きる。さらに、その測定結果を基に、遅延時間制御回路
22で付与される遅延時間を適宜変更して調節することに
より、各アレー素子101〜10nの放射超音波を集束させる
焦点Ｂの位置を被検材３の欠陥部の深さ位置と合致させ
ることができるようにしたので、こうした操作を必要に
応じて適宜行なうことにより、被検材３の内部の欠陥の
平面形状を常時正確に把握することが可能となる。した
がって、本実施例によれば、被検材３の内部の欠陥の深
さ位置を測定することができ、かつ、その欠陥の平面形
状を常時正確に把握することができる超音波探傷装置が
得られる。また、探触子として、特に、多数のアレー素
子101〜10nを所定方向に配列したアレー探触子10を用い
たことにより、前記焦点Ｂの位置を被検材３の欠陥部の
深さ位置と合致させる場合に、各アレー素子101〜10nの
励起時点に遅延時間を付与する遅延時間制御回路22でそ
の遅延時間を変更して焦点Ｂの深さを電子的に変えられ
るようにしたので、機械的に変える場合のようにガタ等
による機械的な誤差が生じにくく、焦点Ｂの深さ位置を
被検材３の欠陥部の深さ位置に精度よく合致させること
ができ、さらには、その合致させる操作自体も迅速に行
える。したがって、本実施例によれば、被検材３の深さ
方向の超音波探傷を的確かつ迅速に行える。
なお、上記実施例の説明では、探触子アレーをＹ軸方
向に機械的に移動させる例について説明したが、Ｙ軸方
向にも探触子アレーをもつ探触子、即ちアレー素子がマ
トリクス状に配列された探触子に対しても本発明を適用
できるのは明らかである。カーソルＣを所望の個所に移
動させて超音波探傷をする場合、１回の超音波探傷にお
いて各アレー素子101〜10nの放射超音波を集束させるこ
とのできる焦点Ｂの位置は一定であるが、この焦点Ｂの
位置は、前述したように、各アレー素子101〜10nの励起
時点に付与する遅延時間を種々変更することにより任意
の位置に変えることができる。したがって、例えば被検
材３の欠陥部について深さ方向の広がりを探知する等、
深さ方向の詳細な情報を得たい場合には、こうした遅延
時間を遅延時間制御回路22で種々変更することにより、
焦点Ｂの深さを変えてやればよい。
向に機械的に移動させる例について説明したが、Ｙ軸方
向にも探触子アレーをもつ探触子、即ちアレー素子がマ
トリクス状に配列された探触子に対しても本発明を適用
できるのは明らかである。カーソルＣを所望の個所に移
動させて超音波探傷をする場合、１回の超音波探傷にお
いて各アレー素子101〜10nの放射超音波を集束させるこ
とのできる焦点Ｂの位置は一定であるが、この焦点Ｂの
位置は、前述したように、各アレー素子101〜10nの励起
時点に付与する遅延時間を種々変更することにより任意
の位置に変えることができる。したがって、例えば被検
材３の欠陥部について深さ方向の広がりを探知する等、
深さ方向の詳細な情報を得たい場合には、こうした遅延
時間を遅延時間制御回路22で種々変更することにより、
焦点Ｂの深さを変えてやればよい。
以上の説明から明らかなように、この出願の第１番目
の発明および第２番目の発明は、〔課題を解決するため
の手段〕の項で示した（１）および（２）の構成をそれ
ぞれ備えているので、何れの発明によっても、被検材内
部の欠陥の深さ位置を測定することができ、かつ、その
欠陥の平面形状を常時正確に把握することができる超音
波探傷装置が得られる。また、これらの各発明は、探触
子に、特に、多数のアレー素子を配列したアレー探触子
を用いるとともに、各アレー素子の励起時点に遅延時間
を付与する遅延時間付与手段でその遅延時間を変更でき
るように構成したことにより、各アレー素子の放射超音
波を集束させる焦点の位置を電子的に変えることができ
て、被検材の深さ方向の超音波探傷を的確かつ迅速に行
える。
の発明および第２番目の発明は、〔課題を解決するため
の手段〕の項で示した（１）および（２）の構成をそれ
ぞれ備えているので、何れの発明によっても、被検材内
部の欠陥の深さ位置を測定することができ、かつ、その
欠陥の平面形状を常時正確に把握することができる超音
波探傷装置が得られる。また、これらの各発明は、探触
子に、特に、多数のアレー素子を配列したアレー探触子
を用いるとともに、各アレー素子の励起時点に遅延時間
を付与する遅延時間付与手段でその遅延時間を変更でき
るように構成したことにより、各アレー素子の放射超音
波を集束させる焦点の位置を電子的に変えることができ
て、被検材の深さ方向の超音波探傷を的確かつ迅速に行
える。
第１図は本発明の実施例に係る超音波探傷装置のブロツ
ク図、第２図は第１図に示す表示装置の表示面を示す
図、第３図（ａ），（ｂ）は第１図に示す装置の動作を
説明するフローチヤート、第４図（ａ）〜（ｌ）は第１
図に示す装置の動作を説明するタイムチヤート、第５図
は超音波探傷装置のスキヤナ部の斜視図、第６図
（ａ），（ｂ）はアレー探触子の平面図および側面図、
第７図（ａ），（ｂ）はアレー探触子の機能の説明図、
第８図は従来の超音波探傷装置のブロツク図、第９図は
第８図に示すパルサ増幅器切換回路のブロツク図、第10
図は前記パルサ増幅器切換回路の動作を説明するタイム
チヤート、第11図は第８図に示す装置の一部のブロツク
図、第12図は第８図に示す表示装置の表示面を示す図で
ある。 10……アレー探触子、20′……信号処理装置、20a′…
…CPU、20b……画像メモリ、20d′……キーボード、2
1′……表示装置、22,27……遅延時間制御回路、23……
パルサ、24……パルサ増幅器切換回路、25……AND回
路、26……増幅器、31……オシロスコープ。
ク図、第２図は第１図に示す表示装置の表示面を示す
図、第３図（ａ），（ｂ）は第１図に示す装置の動作を
説明するフローチヤート、第４図（ａ）〜（ｌ）は第１
図に示す装置の動作を説明するタイムチヤート、第５図
は超音波探傷装置のスキヤナ部の斜視図、第６図
（ａ），（ｂ）はアレー探触子の平面図および側面図、
第７図（ａ），（ｂ）はアレー探触子の機能の説明図、
第８図は従来の超音波探傷装置のブロツク図、第９図は
第８図に示すパルサ増幅器切換回路のブロツク図、第10
図は前記パルサ増幅器切換回路の動作を説明するタイム
チヤート、第11図は第８図に示す装置の一部のブロツク
図、第12図は第８図に示す表示装置の表示面を示す図で
ある。 10……アレー探触子、20′……信号処理装置、20a′…
…CPU、20b……画像メモリ、20d′……キーボード、2
1′……表示装置、22,27……遅延時間制御回路、23……
パルサ、24……パルサ増幅器切換回路、25……AND回
路、26……増幅器、31……オシロスコープ。
Claims (2)
- 【請求項１】超音波の送受を行なう多数のアレー素子を
第１の軸方向に配列して成るアレー探触子と、前記各ア
レー素子をクロツク信号により所定数ずつ順次選択して
切換えて励起する切換手段と、その励起する各アレー素
子の放射超音波を一つの焦点に集束させるように各アレ
ー素子の励起時点に遅延時間を付与する遅延時間付与手
段と、前記アレー探触子を前記第１の軸と直交する第２
の軸方向に移動させる移動手段と、前記各アレー素子の
受信信号に基づいて前記第１および第２の軸で構成され
る面の超音波像を表示する表示部とを備えた超音波探傷
装置において、前記各アレー素子の放射超音波を集束さ
せる焦点の位置を前記第１および第２の軸で構成される
面の所望の位置に選択できるように移動させることがで
きるカーソルを設けて前記表示部に表示し得るようにす
るとともに、前記カーソルの移動量を演算する演算手段
と、前記カーソルの前記第１の軸方向の移動量に応じた
数の前記クロツク信号を出力するクロツク信号出力制御
手段と、前記カーソルの前記第２の軸方向の移動量に応
じて前記移動手段を駆動する駆動手段と、前記各アレー
素子の受信信号に基づいて超音波の反射波の波形を時間
に関する値との対応において表示するオシロスコープと
を設け、さらに、前記第１および第２の軸と直交する第
３の軸方向の所望の位置に前記焦点の位置が変えられる
よう、前記遅延時間付与手段で付与される遅延時間を変
更できるように構成したことを特徴とする超音波探傷装
置。 - 【請求項２】超音波の送受を行なう多数のアレー素子を
第１の軸方向およびこれと直交する第２の軸方向に沿っ
て配列したアレー探触子と、前記各アレー素子をクロツ
ク信号により所定数ずつ順次選択して切換えて励起する
切換手段と、その励起する各アレー素子の放射超音波を
一つの焦点に集束させるように各アレー素子の励起時点
に遅延時間を付与する遅延時間付与手段と、前記各アレ
ー素子の受信信号に基づいて前記第１および第２の軸で
構成される面の超音波像を表示する表示部とを備えた超
音波探傷装置において、前記各アレー素子の放射超音波
を集束させる焦点の位置を前記第１および第２の軸で構
成される面の所望の位置に選択できるように移動させる
ことができるカーソルを設けて前記表示部に表示し得る
ようにするとともに、前記カーソルの前記第１および第
２の軸方向の移動量を演算する演算手段と、前記カーソ
ルの前記２つの軸方向の移動量に応じた数の前記クロツ
ク信号を出力するクロツク信号出力制御手段と、前記各
アレー素子の受信信号に基づいて超音波の反射波の波形
を時間に関する値との対応において表示するオシロスコ
ープとを設け、さらに、前記第１および第２の軸と直交
する第３の軸方向の所望の位置に前記焦点の位置が変え
られるよう、前記遅延時間付与手段で付与される遅延時
間を変更できるように構成したことを特徴とする超音波
探傷装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63189581A JP2719152B2 (ja) | 1988-07-30 | 1988-07-30 | 超音波探傷装置 |
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