JP2784206B2 - 超音波検査装置 - Google Patents

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検査を行なう超音波検
査装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波検査装置は、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検査が
実施される。以下、このような超音波検査装置について
説明する。

第３図は従来の超音波検査装置の系統図である。図
で、１は検査のための水槽、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、９はホルダ８に装着され
たポール、10は探触子である。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と協働して探触子10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。

11はパルサ・レシーバであり、探触子10にパルス信号
を印加して被検材３に超音波を放射せしめるとともに、
その反射波を受波した探触子10からの超音波信号（電気
信号）を増幅する。12はパルサレシーバ11の出力信号に
基づいて超音波波形を表示するオシロスコープである。
13はピーク検出器であり、パルサ・レシーバ11で増幅さ
れた超音波信号の任意の時間の信号のみゲートにより取
出し，取出した信号のうちのピーク値をホールドして出
力する。14は当該ピーク値をデイジタル値に変換するA/
D変換器である。

15はA/D変換器14により変換された値に対して所定の
処理を行なうマイクロコンピユータ、16はマイクロコン
ピユータ15にその処理に関する設定条件を入力するキー
ボード、17は設定条件や超音波検査装置の全体制御状態
を表示するCRT、18はマイクロコンピユータ15の処理の
結果を記憶する外部記憶装置、19は後述する加算平均を
行なう加算平均処理器である。20はマイクロコンピユー
タ15により処理された表示すべきデータを記憶するとと
もにこれをモニタテレビジヨン（モニタTV）21に表示さ
せる画像メモリである。22は探触子10をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸方向に駆動するためのモータを制御するX,Y,Zモータ
コントローラである。

次に、この超音波検査装置の動作を第４図を参照しな
がら説明する。第４図は被検材３の平面図である。図
中、被検材３上に複数個示されている黒点は超音波デー
タを採取するためのサンプリング点の一部であり、端部
のサンプリング点のみ括弧でその座標が示されている。
又、X_R,Y_RはそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の測定範囲、
ｐは測定ピツチ（サンプリングピツチ）である。なお、
図では測定ピツチｐをＸ軸,Y軸とも等しくとつたが、Ｘ
軸,Y軸毎に任意のピツチに選定することができるのは当
然である。

マイクロコンピユータ15は、まずX,Y,Zモータコント
ローラ22に指令を与え探触子10を測定開始位置であるサ
ンプリング点（X₀,Y₀）上に位置せしめ、パルサレシー
バ11からパルスを出力させる。これにより探触子10を被
検材３に超音波を放射するとともにその反射波をこれに
応じた電気信号（超音波信号）に変換して出力する。パ
ルサレシーバ11はこの超音波信号を増幅してピーク検出
器13に出力する。ピーク検出器13には時間的なゲートが
設けられており、超音波信号のうちある時間内の信号
（この信号は被検材３の表面から所定深さにある検査部
位からの信号である。）のみとり出し、そのうちの最大
値の信号がピーク検出器13から出力される。この最大値
の信号はA/D変換器14により対応するデイジタル値に変
換され、マイクロコンピユータ15に入力される。マイク
ロコンピユータ15は、定められた手順にしたがつて上記
変換された信号（サンプリングデータ）を画像メモリ20
の所定のアドレスに格納する。この格納処理が終了する
と、マイクロコンピユータ15はX,Y,Zモータコントロー
ラ22に指令を出力し、探触子10を測定ピツチｐだけＸ軸
方向に移動させ、その新たなサンプリングポイント
（X₁,Y₀）において再び上記と同様の動作でサンプリン
グデータが採取され画像メモリ20に格納される。

このようにして、サンプリング点（X_i,Y_o）のデータ
が格納されて探触子10によるＸ軸方向の第１回目の走査
が終了すると、今度は探触子10はＹ軸方向に測定ピツチ
ｐだけ移動せしめられ、サンプリング点（X_i,Y₁）に位
置せしめられる。探触子10はこのサンプリング点からＸ
軸上において上記とは逆方向に走査され、サンプリング
点（X₀,Y₁）に至つてＸ軸方向第２回目の走査が終了す
る。探触子10はこのように蛇行状に走査されて被検材３
の第１回目の走査を終了する。なお、この間、Ｘ軸方向
の走査は（ｊ＋１）回行なわれる。上記第１回目の走査
においてサンプリングされたデータはいつたん画像メモ
リ20に記憶し、第１回目走査終了後、すべて外部記憶装
置18に格納される。

上記探触子10による被検材３のデータ採取のための走
査は、１回だけでなく、所定の回数（ｎ回）実行され
る。このように複数回（ｎ回）の走査を行なう理由は次
のとおりである。即ち、被検材３内部の検査を高分解能
で測定しようとする場合には、使用周波数として高周波
が用いられる。しかしながら、媒質および被検材３内部
での超音波減衰は周波数の１〜４乗に比例するので、周
波数が高いと超音波の減衰は飛躍的に増大する。これに
対処するため、採取データの増幅度が大きくされるが、
そうすると、外部機器から発生するノイズも増幅され、
結局、微細な欠陥信号を誤りなく検出することができな
くなる。ここで、上記ノイズは欠陥信号に対して不規則
に発生するという特徴を利用し、データを複数回（ｎ
回）採取してそれらを加算平均することにより上記ノイ
ズの影響を除去し、欠陥信号のみを抽出することができ
る。

このようにして、ｎ回の走査により採取されたデータ
はすべて外部記憶装置18に格納される。そして、所定回
数ｎ回の走査が終了すると、マイクロコンピユータ15は
外部記憶装置18のｎ回の走査データについて、各サンプ
リング点毎にそのｎ回のデータを取出し、これらを加算
平均処理器19により加算する。加算平均された値は画像
メモリ20に入力され、所定の処理を経た後、モニタTV21
に表示される。このように、同一サンプリング点につい
てｎ回データを採取し、これらを加算平均した表示を行
なうので、被検材３に欠陥が存在する場合、モニタTV21
上には、当該欠陥が明瞭に、かつ、高分解能をもつて表
示され検査を容易に行なうことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記超音波検査装置による検査は、ｎ回走
査を繰返すことにより被検材３の欠陥を明瞭に表示する
ことができる反面、探触子10は、１回の走査終了毎に走
査終了点（X_i,y_j）から走査開始点（X₀,Y₀）に移動する
ので、複数回の走査の間に各走査回における各サンプリ
ング点に僅かながら位置ずれを生じ、正確な超音波像を
得ることができなくなるおそれがあつた。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決
し、検査時間を短縮するとともに任意回数の走査を行な
うことができ、又、精度の良い超音波像を得ることがで
きる超音波検査装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するため、第１の方向お
よび第２の方向で規定される平面で被検材を探触子から
放射される超音波により所定回数走査し、これら各回の
走査により得られた各走査データを各位置毎に加算平均
し、当該各位置毎の加算平均値を画像メモリを介して表
示部に表示する超音波検査装置において、前記探触子を
前記第１の方向に関して連続して前記所定回数走査する
ことにより前記走査データの採取を行う手段と、前記各
走査データの採取の都度直ちに当該走査データを前記画
像メモリに格納された同位置のデータと加算平均する加
算平均手段と、この加算平均手段により得られた値を同
位置の格納アドレスに格納する手段とを設けたことを特
徴とする。

〔作用〕

測定開始位置から第１の方向に探触子を駆動して、超
音波の第１回目の走査を行う。当該第１回目の走査によ
り得られたデータは、外部記憶装置に一旦格納されるこ
となく、直ちに画像メモリの所定アドレスに格納され
る。次いで、同一の走査範囲について、超音波の第２回
目の走査を行う。当該第２回目の走査により得られたデ
ータは、同じく外部記憶装置に一旦格納されることなく
加算平均手段に入力される。そして、順次、画像メモリ
に格納されている第１回目のデータのうちの対応するデ
ータと加算平均され、その加算平均値は第１回目のデー
タに代えて画像メモリに格納される。以後、予め定めら
れた所定回数の処理が終了するまで、同一の走査範囲に
対する超音波の走査と、得られたデータと画像メモリに
格納されているデータとの加算平均と、加算平均値の画
像メモリへの格納とを繰り返す。当該走査範囲に対する
所定回数の走査が終了したら、探触子を第２の方向に１
ピッチ移動し、新たな走査範囲について前記と同様の処
理を実行する。このような走査を第２の方向の最終ピッ
チまで繰り返す。最終ピッチにおける所定回数の走査が
終了した時点で、全てのサンプリング点における加算平
均値が画像メモリに格納される。

かように、第１の方向の走査を所定回数連続して行う
と、測定開始位置から最終ピッチにおける測定終了位置
までの走査を所定回数繰り返しつつ対応するサンプリン
グ点における加算平均値を順次設ける場合に比べてサン
プリング点のずれを小さくすることができるので、正確
な超音波像を得ることができる。

〔実施例〕

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検査装置の系統
図である。図で、第３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。24は外部記憶装置、25は
マイクロコンピユータである。従来の装置における外部
記憶装置18が、各回の走査により得られたデータをすべ
て格納するのに用いられているのに対して、本実施例の
外部記憶装置24は当該データの格納だけではなく当該デ
ータを加算平均してモニタTVに表示する処理には全く使
用されず、したがつて、他の用途に使用されない場合に
は不要である。又、マイクロコンピユータ25は、従来装
置のマイクロコンピユータ15とは処理内容を異にする。
本実施例の他の構成は、第３図に示す従来装置の構成と
同じである。

次に、本実施例の動作を第２図（ａ），（ｂ）に示す
フローチヤートを参照しながら説明する。まず、オペレ
ータはキーボード16を用いてマイクロコンピユータ25に
各測定条件を入力する（第２図（ａ）に示す手順S₁）。
即ち、第４図に示す測定開始位置の座標X₀,Y₀、測定範
囲X_R,X_R、測定ピツチｐ、および定められた加算回数ｎ
が入力される。次いで、上記入力値に基づき、モニタTV
21で用いられる画素数が演算され、又、画像メモリ20の
データ領域の設定とデータクリアがなされる（手順
S₂）。画素数の計算は、Ｘ軸方向の画素数をX_m,Y軸方向
の画素数をY_mとすると次式で求められる。

そして、上記画素数に基づいて画像メモリ20のデータ
領域が設定される。さらに、画像データとして、P₀（x,
y）＝０と定めデータクリアを行なう。ただし、上記ｘ
は、１≦ｘ≦X_m，上記ｙは、１≦ｙ≦y_mの範囲内にあ
り、x,yとも１から始まる正の整数である。さらに又、
ｘ軸方向の走査回数を符号Ｉ、Ｙ軸方向の各ピツチの番
号をy_Aと置き、上記手順S₂において、符号Ｉを１とし、
番号y_Aを１番とする。

マイクロコンピユータ25は、X,Y,Zモータコントロー
ラ22に対し手順S₁で定めた測定開始位置（X₀,Y₀）を指
令し、接触子10はこれに対応した位置に移動せしめられ
る。以後、超音波走査が開始されるが、この走査は前述
したように、Ｘ軸方向の走査を連続してｎ回行なつた後
Ｙ軸方向に１ピツチｐだけ移動し、この位置で再びＸ軸
方向の走査を連続してｎ回行なうという方法を繰返す。
まず、Ｙ軸方向の１番の位置において、Ｘ軸方向の第１
回の走査を行ないデータを採取する（手順S₃）。この走
査により得られた各サンプリング点のデータP₁（ｘ）
は、外部記憶装置24に入力されることなく、直ちに画像
メモリ20の対応するアドレスに格納される（手順S₄）。
そして、上記ｘ軸方向の第１回の走査が終了すると、符
号Ｉに数値１を加え（手順S₅）、第２回目（Ｉ＝２）の
ｘ軸方向の走査を実施してそのデータP₂（ｘ）を採取す
る（手順S₆）。なお、この第２回目の走査は、第１回目
の走査の最終位置から逆方向に行なつてもよいし、又は
当該最終位置から最初の位置に戻つて同一方向に行なつ
てもよい。

手順S₆の処理で採取された第２回目の走査の各データ
P₂（ｘ）は、今度は加算平均処理器19に順次転送され
る。一方、マイクロコンピユータ25は、転送されたデー
タP₂（ｘ）と対応する（同じサンプリング点の）第１回
走査によるデータP₁（ｘ）を画像メモリから取出す。こ
の取出されたデータP₁（ｘ）は画像メモリの所定アドレ
スに格納されているデータP₀（x,y_A）である。加算平均
処理器19では、転送されたデータP₂（ｘ）と取出された
データP₀（x,y_A）とが加算され、この加算平均値は画像
メモリ20の上記所定のアドレスに新らしいデータとして
格納される（手順S₇）。即ち、走査ライン上のサンプリ
ング点についてみると、第１回の走査におけるそのサン
プリング点のデータは画像メモリ20の所定アドレスに格
納され、第２回の走査における当該サンプリング点のデ
ータは加算平均処理器19に転送され画像メモリ20の上記
所定アドレスから取出された第１回の走査のデータと加
算平均され、その加算平均値は画像メモリ20の上記所定
アドレスに新らしい値として格納されることになる。上
記手順S₇の処理は、探触子10が１つのサンプリング点か
ら次のサンプリング点に移動する間に実行される。

第二回目の走査における最終サンプリング点について
の手順S₇の処理が終了すると、マイクロコンピユータ25
は、現在の符号Ｉが、設定された加算回数ｎに等しいか
否か判断し（第２図（ｂ）に示す手順S₈）、等しくない
場合、処理は再び手順S₅に戻される。かくして、手順S₅
〜S₈の処理が繰返され、手順S₈でＩ＝ｎと判断されたと
き、Ｙ軸方向の第１番目の位置（y_A＝１）におけるＸ軸
方向の所定回数の走査が終了し、その走査ライン上の各
サンプリング点についてのｎ個のデータの加算平均値は
上記各サンプリング点に対応する画像メモリ20の各所定
のアドレスに格納された状態となる。

手順S₈で、Ｉ＝ｎと判断されると、次に、y_A＝y_m（Ｙ
軸方向の位置がｍ番目か否か）が判断され（手順S₉）、
y_Aがy_mに達していない場合には、マイクロコンピユータ
25は、X,Y,Zモータコントローラ22に指令を出力し、探
触子10をＹ軸方向に１ピツチｐだけ移動させ、y_Aに１を
加え（手順S₁₀）、処理は再び手順S₃に戻され、Ｙ軸方
向における新らしい位置でのＸ軸方向の走査が開始され
る。以上の動作が繰返され、手順S₉で、y_A＝Y_mと判断さ
れたとき、動作が完了する。このとき、画像メモリ20に
は、被検材３の各サンプリング点毎の超音波データの加
算平均値が格納された状態となる。そして、これらデー
タに基づき、画像メモリ20はモニタTV21に被検材３に超
音波像を表示する。

このように、本実施例では、走査により得られたデー
タを外部記憶装置24に格納せず、直ちに前回までの走査
のデータの加算平均値に加算し、その加算値を平均し、
これにより得られた加算平均値を画像メモリに格納する
ようにしたので、すべてのデータを一旦外部記憶装置18
に記憶していた従来装置に比較して、検査時間を短縮す
ることができる。又、外部記憶装置24を使用しないの
で、その容量によつて走査回数に制限を受けることはな
く、走査回数を自由に選定することができる。さらに、
最終のサンプリング点から最初のサンプリング点への移
動がないので、各回の走査毎に当該移動を行なう従来の
装置に比較し、画像の精度を向上させることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、採取された走査デー
タを外部記憶装置に格納せず、直ちに画像メモリの同位
置の走査データの加算平均値に加算し、それらの平均値
を新らたなデータとして画像メモリに格納するようにし
たので、従来装置に比較して検査時間を短縮することが
できるとともに、走査回数を自由に選定することができ
る。又、上記走査は、第１の方向の走査を所定回数連続
して行なうようにしたので、超音波像の精度を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波検査装置の系統
図、第２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３図は従来の超音波検査装
置の系統図、第４図は被検材の平面図である。 ３……被検材、10……探触子、11……パルサレシーバ、
14……A/D変換器、19……加算平均処理器、20……画像
メモリ、21……モニタTV、25……マイクロコンピユー
タ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の方向および第２の方向で規定される
   平面で被検材を探触子から放射される超音波により所定
   回数走査し、これら各回の走査により得られた各走査デ
   ータを各位置毎に加算平均し、当該各位置毎の加算平均
   値を画像メモリを介して表示部に表示する超音波検査装
   置において、前記探触子を前記第１の方向に関して連続
   して前記所定回数走査することにより前記走査データの
   採取を行う手段と、前記各走査データの採取の都度直ち
   に当該走査データを前記画像メモリに格納された同位置
   のデータと加算平均する加算平均手段と、この加算平均
   手段により得られた値を同位置の格納アドレスに格納す
   る手段とを設けたことを特徴とする超音波検査装置。