JP2824846B2 - 超音波測定方式 - Google Patents

超音波測定方式

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JP2824846B2 JP1092627A JP9262789A JP2824846B2 JP 2824846 B2 JP2824846 B2 JP 2824846B2 JP 1092627 A JP1092627 A JP 1092627A JP 9262789 A JP9262789 A JP 9262789A JP 2824846 B2 JP2824846 B2 JP 2824846B2
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幸男 有馬
徹 宮田
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、超音波測定方式に関し、詳しくは、超音
波探査映像処理装置により被検体の深さ方向に沿った断
面を測定してその断面画像を得る場合に、表示画面の縦
横の尺度を等しくでき、欠陥の位置をより正確に把握で
きるような超音波測定方式に関する。
[従来の技術] 超音波を用いて部材,部品等の欠陥検査を行う測定装
置では、従来、超音波探触子(以下プローブ)の位置に
対応して被検体を走査し、プローブの二次元的な位置に
対して反射波(エコー)の有無や強弱を画像表示してい
る。画像表示が行われる測定としては、被検体について
平面データを採取する。いわゆるCモード像を得る場合
と、断面データを採って映像化する、いわゆるBモード
像を得る場合とがある。
焦点形プローブを用いた超音波測定装置において、B
モード像を得る断面データの採取は、通常、測定ピッチ
(或いは走査ピッチ,以下同じ)とエコーを採取するゲ
ート位置とを設定して被検体からプローブまでの高さを
一定にし、横方向(被検体の表面に平行な方向)に1ラ
イン分走査し、その一走査毎に順次一定ピッチで被検体
の深さ方向に位置を変えてプローブでそれぞれのピッチ
位置(測定点)におけるエコーを受信し、プローブの位
置を基準にそこから一定時間後のエコーの有無や強弱を
測定することによる。
[解決しようとする課題] ここで、断面データを採って映像化する場合の断面デ
ータの深さ方向の測定ピッチは、水平方向の1ラインの
測定ピッチと一致していて、それは、一走査中における
データサンプル間隔に等しい。しかし、被検体内部の音
速は、プローブが置かれた水の中でのものとは異なるの
で、断面表示では断面方向の映像が水と被検体との音速
比に応じて拡大されたり、縮小されたりする。その結
果、表示された断面方向についての映像は、押しつぶさ
れたり、引き伸ばされたものとなってしまい、欠陥の位
置関係に誤差を生じる不都合がある。
第3図は、このような状態を説明する欠陥検出の説明
図であって、同図(a)において、1は、そのプローブ
であり、10が被検体である。プローブ1の1番目の走査
では欠陥F1は、ゲートGをかけている位置から外れてい
るために何も検出されないはずであり、この欠陥F1は、
2番目の走査でゲートGの位置がG1の位置に来たときに
検出されるべきものである。
しかし、プローブ1が深さ方向に1ピッチ分だけピッ
チ移動すると、その距離の水中での音波の伝搬時間分だ
けゲート設定位置が被検体表面側から見て後ろへと移動
し、通常、被検体10に比べて水中で音速が遅いのでこの
時間分の距離を被検体10内部に対応させると、被検体内
部の音速が水よりも速いことによって水中のプローブ1
の移動量より大きな距離分移動させてしまったことにな
って、同図(a)に示すように、ゲートGの位置は実際
には、一点鎖線で示すゲートGaの位置となってしまう。
このゲートの位置は、プローブ1の位置(送信波Tの
位置)を基準とした時間関係において設定されているの
で、その時間とエコー受信信号との関係をみると、同図
右側に示すように、本来のエコー受信信号(b)に対
し、実際に受信するエコー受信信号は、同図(c)のよ
うに測定ピッチの水中におけるプローブ1の移動によっ
て被検体内の測定ピッチ以上の時間間隔分だけプローブ
1が前進することになり、送信波Tから表面波Sまでの
時間が同図(b)の場合よりより短くなって、エコー受
信信号に対する本来のゲートgの位置(同図(b))
は、同図(c)にみるようにゲートgaの位置までシフト
してしまうことになる。なお、同図(a)のゲート位置
G,Gaは、それぞれ送信波Tを基準として時間tに設定し
たゲートg,gaを被検体10側に距離関係において投影して
示したものである。また、F1,F2,F3は、被検体10におけ
る欠陥であり、f1,f2,f3は、それぞれこれら欠陥に対す
るエコー受信信号である。また、Pは、断面測定の場合
の測定ピッチである。
このように、ゲートgを被検体10上に投影した、被検
体10上に設定されるゲートGの位置が下側にシフトして
一点鎖線で示すGaの位置となる結果、実際には、1番目
の走査では欠陥F1を、2番目の走査では欠陥F2を出して
しまうことが起こる。
この発明は、このような従来技術の問題点を解決する
ものであって、被検体の深さ方向に沿った断面測定にお
いて縦横の尺度が等しい測定データを採取することがで
きる超音波測定方式を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] このような目的を達成するためのこの発明の超音波測
定方式における構成は、超音波探触子の送信波を基準と
してエコー受信信号にゲートをかけて、被検体の深さ方
向に沿った断面を測定する超音波測定装置において、超
音波探触子が置かれている媒質における音速と被検体に
おける音速との音速比に応じて被検体の表面に沿った方
向の測定ピッチ及び被検体の深さに沿った方向の測定ピ
ッチのいずれか一方を補正し、深さに沿った方向の測定
ピッチにより設定されるゲートの移動ピッチと表面に沿
った方向の測定ピッチとの関係が整数比になるようにし
たものである。
[作用] このように、プローブが置かれている媒質における音
速と被検体における音速との音速比に応じて平行な方向
の測定ピッチ及び深さの方向の測定ピッチのいずれか一
方を補正して被検体内部に設定されるゲート位置を平行
な方向のプローブの移動距離に対応付けることにより、
被検体の深さ方向に沿った断面測定における縦横の尺度
が等しい測定データを得ることができる。
その結果、表示映像が水と被検体との音速比に応じて
拡大されたり、縮小されたりすることはなく、かつ欠陥
位置の誤認も生じ難い。また、断面画像の縦横の尺度を
等しくできるので、断面画像の分解能が向上し、欠陥面
積等の演算結果が物理的に正確な値となり、画像から欠
陥深さを定量的に求めることが容易となる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例について図面を用いて詳細
に説明する。
第1図は、この発明の超音波測定方式を適用した超音
波測定装置の一実施例のブロック図、第2図は、欠陥検
出における被検体とそのエコー受信信号及びゲート位置
との関係を示す説明図である。
第1図において、1は、プローブであり、被検体10の
上部に配置されていて、これらプローブ1と被検体10と
は、通常、水漕の中に置かれている。プローブ1は、XY
Z方向に被検体10を走査する移動機構のXYZ走査装置3に
取付けられていて、水槽の中において、XYZ方向に走査
される。2は、超音波探傷器であり、プローブ1へ送信
信号を送り、プローブ1から得られるエコー受信信号を
受けてこれを増幅し、ゲートをかけた位置のピークレベ
ルを検出する。
4は、制御装置であって、CPU等を内蔵していて、XYZ
走査装置3を制御して、プローブ1により被検体10を走
査する駆動制御をし、音速比設定部5から水と被検体と
の音速比(ここでは、水の音速/被検体の音速)を受け
て、その断面方向測定ピッチ補正処理部4aによりXYZ走
査装置3に対して被検体10の深さ方向においては補正し
た測定ピッチ制御信号を出力し、補正した位置にプロー
ブ1を設定する制御を行う。また、超音波探傷器2から
ピークレベルのデータを得て、これとその測定位置(測
定点の座標データ)とから測定位置対応の採取データを
生成して、これらデータをそのメモリ等に記憶する。さ
らに、制御装置4は、採取したデータに基づき、一回の
平面走査或いは断面走査に応じた画面データを生成し
て、それを画像処理装置6に送出する。
音速比等設定部5は、キーボードを有していて、オペ
レータからキーボードを介して入力された音速比を制御
装置4へ出力する。なお、音速比の入力については、水
と被検体の音速をキーボードから入力して、これらの入
力データを制御装置4で受けて、制御装置4でこれらの
音速比(水の音速Vw/被検体の音速Vm)を算出するよう
にしてもよい。
画像処理装置6は、測定データを制御装置4から受け
て測定データに基づいて表示画像データを生成し、その
CRTディスプレイに画像表示する処理を行う。
このような構成において、平面測定データを得るの
か、断面測定データを得るのかの装置の測定モード設定
が音速比等設定部5からオペレータの機能キー入力に応
じて行われる。そして、制御装置4が入力された機能キ
ーに応じて対応する処理プログラムを起動することで装
置が選択された測定モードになる。
今仮に、装置が断面測定のモードに設定されていると
すると、オペレータは、音速設定部5から水と被検体と
の音速比(或いは水と被検体との音速)を入力し、さら
に、測定ピッチ及びゲート幅を入力する。これら入力デ
ータを受けた制御装置4は、その内部において、断面方
向測定ピッチ補正処理部4aにより入力された測定ピッチ
を水平方向の測定ピッチPとして、被検体10の深さ方向
の測定ピッチPc(断面方向の測定ピッチ)を「(水平方
向の測定ピッチ)×(音速比)」として求め、第2図の
(a)に示すように、プローブ1の水平方向の測定ピッ
チPを入力された測定ピッチとし、プローブ1の深さ方
向の測定ピッチをこの求めた測定ピッチPcで制御して断
面測定を行う。
なお、前記断面方向の測定ピッチPcは、制御装置4に
おいて算出することなく、オペレータが計算して制御装
置4に入力設定するようにしてもよい。このような場合
には、水平方向の測定ピッチと断面方向の測定ピッチと
を独立に設定できるようにしておき、オペレータは、求
めた断面方向の測定ピッチと、水平方向の測定ピッチ、
さらにゲート幅等とを音速比等設定部5のキーボードか
ら入力してそれぞれ設定する。このときには、音速比の
入力は行わない。
このように設定した場合の欠陥検出の状態は、第2図
に示すごとく、プローブ1の測定ピッチが水平方向と断
面方向とでは、水と被検体10との音速比の割合に応じて
水平方向の測定ピッチPより距離が短い測定ピッチPc
(Pc<P)で深さ方向にプローブ1が移動する。そこ
で、この移動位置を基準として得られる送信波Tの位置
を基準としてこれから時間計測して設定されるゲートG
の位置は、それを被検体10の内部に投影してゲートG,G1
として同図(a)に示すように、深さ方向の測定ピッチ
Pcにより設定されるゲートGの移動ピッチが被検体10の
内部において水平方向の測定ピッチPに一致するように
等価的に位置付けられる。なお、この場合のエコー受信
信号とゲートG,G1に対するゲートg,g1との関係を示した
のが第2図の(b),(c)である。
このように制御装置4が制御する被検体10の深さ方向
の測定ピッチを水平方向の測定ピッチに音速比(=Vw/V
m)を掛けて補正し、プローブ1の深さ方向の位置制御
を行うことによって、被検体10内部では縦横比が等ピッ
チの測定データを採取でき、その結果得られる表示画像
の断面図の縦横の尺度は等しいものとなる。
以上説明してきたが、実施例では、測定ピッチが水平
方向と断面方向とで等しくなるように、断面方向の測定
ピッチを補正しているが、これは、断面方向の測定ピッ
チを固定して水平方向の測定ピッチをそれに対応して補
正するようにしてもよい。また、水平方向と断面方向と
の測定ピッチが等しくなるようにしているが、断面方向
に2倍に細かい密度で測定するような場合には、断面方
向に補正した測定ピッチをさらに1/2(又はその整数倍
若しくは整数分の1)のピッチでプローブを移動させて
もよく、このような場合にはデータ処理をそれに対応し
て1/2(又はその整数倍若しくは整数分の1)ピッチで
採取したものとして処理すればよく、測定尺度は、縦横
同じとすることができる。
なお、実施例では、水平方向の測定を被検体の表面に
平行な方向としているが、これは、表面に沿った方向で
あればよく、必ずしも平行である必要はない。深さ方向
についてもそれは同様である。
[発明の効果] 以上のように、この発明にあっては、プローブが置か
れている媒質における音速と被検体における音速との音
速比に応じて平行な方向の測定ピッチ及び深さ方向の測
定ピッチのいずれか一方を補正して被検体内部に設定さ
れるゲート位置を平行な方向のプローブの移動距離に対
応付けることにより、被検体の深さ方向に沿った断面測
定において縦横の尺度が等しい測定データを得ることが
できる。
その結果、表示映像が水と被検体との音速比に応じて
拡大しれたり、縮小されたりすることはなく、かつ欠陥
位置の誤認も生じ難い。また、断面画像の縦横の尺度を
等しくできるので、断面画像の分解能が向上し、欠陥面
積等の演算結果が物理的に正確な値となり、画像から欠
陥深さを定量的に求めることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の超音波測定方式を適用した超音波
測定装置の一実施例のブロック図、第2図は、欠陥検出
における被検体と、そのエコー受信信号及びゲート位置
との関係を示す説明図、第3図は、従来の欠陥検出にお
ける被検体とそのエコー受信信号及びゲート位置との関
係を示す説明図である。 1……プローブ、2……超音波探傷器、 3……XYZ走査装置、4……制御装置、 5……音速比等設定部、6……画像処理装置、 G,G1……ゲート位置。
フロントページの続き (72)発明者 柳本 裕章 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波探触子の送信波を基準としてエコー
    受信信号にゲートをかけて、被検体の深さ方向に沿った
    断面を測定する超音波測定装置において、前記超音波探
    触子が置かれている媒質における音速と前記被検体にお
    ける音速との音速比に応じて前記被検体の表面に沿った
    方向の測定ピッチ及び前記被検体の深さに沿った方向の
    測定ピッチのいずれか一方を補正し、前記深さに沿った
    方向の測定ピッチにより設定されるゲートの移動ピッチ
    と前記表面に沿った方向の測定ピッチとの関係が整数比
    になるようにしたことを特徴とする超音波測定方式。
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