JP4115954B2 - Ultrasonic inspection equipment - Google Patents
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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。 The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus that visualizes a state such as a defect in a structure, a void or a peeling of a bonded portion in 3D using ultrasonic waves transmitted and received by a large number of piezoelectric vibrators arranged in a plane.
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。 In conventional ultrasonic inspection equipment using a water immersion method that mechanically scans a monocular ultrasonic transducer, ultrasonic waves are transmitted in the vertical direction, assuming that there is a reflector on the front, and imaging at a specific depth of focus. Yes. For this reason, when the surface of the inspection object has a curved surface shape, the focal point is scattered and high-accuracy imaging is impossible.
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。 In a 3D ultrasonic inspection apparatus using an ultrasonic transducer composed of a plurality of piezoelectric vibrators independently formed in a matrix, a surface for inspection of a defect having a curved surface or a defect inspection of a welded portion Diagonal flaw detection was impossible.
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。
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。 The current problem with such inspection methods is that it is difficult to achieve high-speed and high-accuracy high-speed, high-accuracy inspection of defects for inspection of curved surfaces and inspection of defects on welds. That is.
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。 The present invention has been made in consideration of the above situation, and is applied to internal defect inspection of curved objects such as cylinders and oblique flaw detection of welds having beads on the surface, etc., at high speed and with high accuracy. An object is to provide an ultrasonic inspection apparatus that can be realized.
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、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、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、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、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、信号処理部は、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、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画像合成処理部とから構成されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an ultrasonic inspection apparatus according to claim 1 of the present invention includes an ultrasonic transducer including a plurality of piezoelectric vibrators independently formed in a matrix and a plurality of piezoelectric elements. A drive element selection unit that is connected to the vibrator and selectively drives each piezoelectric vibrator, and an ultrasonic wave generated by the driven piezoelectric vibrator is transmitted from an inspection target via an acoustic medium made of solid or liquid. By receiving the reflected echo, it is captured via a signal detection circuit that detects electrical signals generated by a plurality of piezoelectric vibrators and an amplifier that amplifies the detected weak electrical signals, and images the state of the inspection object a signal processing unit that performs image synthesis processing for, based on three-dimensional imaging data taken from the signal processing unit, comprising a display device for displaying an image synthesis processing result, the signal processing section of the test object A boundary setting unit for setting and storing the surface shape, a surface shape of the inspection target set by the boundary setting unit, and the surface of the inspection target via the acoustic medium from the piezoelectric vibrator based on the coordinate information of the piezoelectric vibrator A table data creation unit that stores ultrasonic propagation times up to the internal three-dimensional imaging mesh and creates one-way ultrasonic propagation times for all of the piezoelectric vibrators, and a one-way ultrasonic propagation Based on reciprocal ultrasonic propagation time data obtained by selecting and adding a pair of table data corresponding to a combination of transmission and reception from a plurality of table data in which time is stored, from an electrical signal of a reflected echo from an inspection object It is characterized by comprising an image composition processing unit that composes an image of the surface shape and internal state of the inspection object by selecting imaging data .
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。 In order to perform 3D image synthesis by aperture synthesis processing, it is necessary to develop ultrasonic echo waveforms transmitted and received by two piezoelectric transducers in the distance direction. Specifically, the sampling data of the ultrasonic echo waveform is converted into distance data according to the speed of sound, and the sampling data that matches the reciprocating distance between a certain two piezoelectric vibrators and all the meshes in the 3D imaging region ( It is necessary to draw a 3D image by adding (amplitude value) over all combinations of two piezoelectric transducers.
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。 When inspecting, it is common to transmit / receive ultrasonic waves to / from an inspection object through an acoustic medium that is immersed in water or made of a resin shoe material. Sampling data of ultrasonic echo waveform obtained by transmission / reception of all combinations of two piezoelectric vibrators when the surface shape of the inspection object is a curved surface or when ultrasonic waves are incident obliquely like oblique flaw detection By adding (amplitude value) based on the reciprocal ultrasonic wave propagation time table data corresponding to all combinations of the same two piezoelectric vibrators, 3D drawing can be performed. At that time, the number of data of the reciprocating ultrasonic wave propagation time table to be created becomes enormous and it takes a long time to display, and it is difficult to achieve practical performance.
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。 A high-speed inspection is required when performing an internal inspection of a curved surface inspection object or oblique flaw detection. Therefore, the number of one-way ultrasonic propagation time table data created based on the shape of the inspection object and the coordinates of the piezoelectric vibrator is created as many as the number of piezoelectric vibrators, and sampling of ultrasonic echo waveforms transmitted and received by a pair of piezoelectric vibrators As a result of adding the values of all meshes in the 3D imaging region of the pair of one-way ultrasonic propagation time table data selected by combining the data (amplitude values) in the same manner, that is, with the pair of piezoelectric vibrators described above It is possible to select an image based on the round-trip propagation time of the transmitted / received ultrasonic wave and perform an image synthesis process based on a result of performing an addition process on all meshes in the 3D imaging region.
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。 Thereby, 3D image drawing can be efficiently performed only by creating the same number of one-way ultrasonic propagation time table data as the piezoelectric vibrators in advance, and the necessary memory capacity can be reduced.
また、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。 Also , the surface of the inspection object is imaged, the surface shape is automatically extracted from the imaging result, and the one-way ultrasonic propagation time table data is automatically created from the extracted surface shape data and the coordinate information of the piezoelectric vibrator. To do.
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。 Thereby, even when the surface shape or position of the inspection object changes, it becomes possible to visualize the inside of the inspection object.
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を備え、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。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 2 of the present invention is a boundary in which the signal processing unit of the ultrasonic inspection apparatus according to claim 2 takes in the imaging result of the surface of the inspection object and automatically extracts the surface shape. An extraction unit is provided , and the internal state of the inspection object is visualized by inputting the surface shape created by the boundary extraction unit and the coordinate information of the piezoelectric vibrator to the table data creation unit.
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。 When creating the ultrasonic propagation time one-way ultrasonic propagation time table data, the difference processing result in the depth direction is stored by utilizing the fact that the one-way ultrasonic propagation time continuously changes in the depth direction.
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。 This makes it possible to compress the one-way ultrasonic propagation time table data capacity.
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１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。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 3 of the present invention is the ultrasonic inspection apparatus according to claim 1 , wherein the signal processing unit is collected from the plurality of table data generated by the table data generation unit. For all the waveform data, two table data corresponding to the pair of transmission and reception piezoelectric transducers selected when collecting the waveform data were sequentially selected and added, and the result of the addition was obtained. Based on the round-trip ultrasonic wave propagation time, the corresponding waveform data is allocated and added to the three-dimensional imaging mesh in order to synthesize a three-dimensional image.
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１乃至請求項３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。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 4 according to the present invention is the ultrasonic inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the table data creation unit of the signal processing unit is created. Compress the data capacity of the one-way ultrasonic propagation time table by storing the difference processing result in the depth direction by using the fact that the one-way ultrasonic propagation time continuously changes in the depth direction in multiple table data It is characterized by doing.
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１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。
Ultrasonic inspection apparatus of
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１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。 An ultrasonic inspection apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the ultrasonic inspection apparatus according to the first aspect , wherein the ultrasonic inspection apparatus moves the pair of ultrasonic transducers to the surface of the inspection object. By tilting and fixing each other so as to face each other, one of the pair of ultrasonic transducers is used for transmission and the other is used for reception, and the table data is created, whereby the internal state of the inspection target is determined. It is characterized by being visualized three-dimensionally.
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、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。 An ultrasonic inspection apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the ultrasonic inspection apparatus according to the second aspect , wherein the ultrasonic inspection apparatus uses an ultrasonic transducer having a linear arrangement of piezoelectric vibrators. The surface shape of the target is visualized two-dimensionally, and the obtained cross-sectional imaging data is taken into the boundary extraction unit of the signal processing unit, and the boundary extraction unit and the surface shape are automatically extracted each time the detection target rotates by a certain angle. Then, while recreating the two-dimensional table data, the internal cross-sectional images to be inspected are visualized one after another, and the obtained cross-sectional images are superimposed on the rotation angle axis to form a three-dimensional image. It is characterized by displaying.
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。 One-way ultrasonic propagation time to the imaging area after being refracted on the surface to be inspected from a plurality of piezoelectric vibrators arranged in a matrix or in a straight line through an acoustic medium is converted into table data. By applying a method of synthesizing a three-dimensional ultrasonic image from transmission / reception data of sound waves, it becomes possible to perform an internal inspection of an inspection target having a curved surface shape.
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。 Welding of curved surface parts such as pipes is also possible by applying 3D imaging to oblique angle inspections that incline the ultrasonic transmission / reception direction of the matrix transducer, or by applying 3D imaging with a matrix transducer that separates transmission and reception. It is possible to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of detecting defects that could not be detected so far, such as partial defect inspection and slit-shaped defects formed in a direction perpendicular to the front and back surfaces.
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。 Furthermore, it is possible to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of performing an internal inspection of an inspection object having a complicated shape including a cylindrical shape by successively performing cross-sectional imaging with a linear array transducer while rotating the inspection object.
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。 The ultrasonic inspection apparatus according to the present invention is an apparatus capable of visualizing internal defects, voids, and separation of an inspection target using an ultrasonic transducer as a liquid or solid acoustic medium.
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。 In addition, the signal processing unit of the ultrasonic inspection apparatus of the present invention calculates in advance the refraction of ultrasonic waves generated at the interface between the acoustic medium and the irradiation target, and converts the one-way ultrasonic propagation time into table data, thereby creating a curved surface shape. It is possible to perform the internal inspection of the inspection object and the oblique flaw detection of the welded portion at high speed and with high accuracy.
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。 When creating table data for one-way ultrasonic propagation time, use the fact that the one-way ultrasonic propagation time changes continuously in the depth direction, and store the difference processing result in the depth direction to store the table data capacity. Can be compressed, and the imaging process can be speeded up and the memory capacity can be reduced.
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。
Hereinafter, description will be given with reference to the drawings of the embodiment of the present invention.
1 and 2 are configuration diagrams of an ultrasonic inspection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the ultrasonic inspection apparatus includes a
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。
The
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。 When the piezoelectric vibrator 21 and the like are electrically driven, an ultrasonic wave is generated due to the property as a piezoelectric body, and the generated ultrasonic wave U propagates through the acoustic propagation medium 16 and is refracted at the curved boundary 41 to be inspected 17. The defect 14 is reached.
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。 The ultrasonic wave U due to the defect 14 is refracted again at the curved boundary 41 and then input to the piezoelectric vibrator 21 and the like via the acoustic propagation medium 16, whereby each piezoelectric vibrator 21 and the like generate an electrical signal.
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。 The signal generator 1 generates a pulsed or continuous drive signal so that the piezoelectric vibrator 21 and the like generate an ultrasonic wave U. The generated drive signal is guided to the drive element selector 2.
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。増幅器５は、導かれた電気信号を増幅し、これを中の信号処理部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。
The drive signal selection unit 2 selects one or a plurality of piezoelectric vibrators 21 to be driven, and guides the drive signal guided from the signal generation unit 1 to the selected piezoelectric vibrator 21 or the like. . The signal detection circuit 4 detects an electric signal generated by the piezoelectric vibrator 21 or the like. Among the detected electrical signals, a plurality of necessary electrical signals are sequentially guided to the
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。
On the other hand, in the table data creation unit 81, n pieces of data are generated based on the data of the curved boundary 41 created by the boundary
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。
Note that the boundary surface extraction unit 82 extracts the surface position of the inspection object 17 from the imaging result of the inspection object 17 captured in advance and generated by the image
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。 FIG. 3 shows an image composition processing process using ultrasonic waves U transmitted and received by the piezoelectric vibrator (j) 31 and the piezoelectric vibrator (k) 32 as the second embodiment of the image composition processing performed in the image composition processing unit. Yes.
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。
The ultrasonic wave U reaches the
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。 FIG. 3 shows an example of image composition processing. Piezoelectric vibrator (j) and piezoelectric vibrator (j) to imaging mesh (i) 51 to imaging mesh (i + 2) 52. k) shows a process of assigning the transmission / reception waveform 60 during (k).
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。
The allocation process to the imaging mesh (i) 51 includes the propagation time (j, i) 91 stored in the (i) -th in the table data (j) 86 and the (i) in the table data (k) 87. The propagation time (k, i) 94 stored in the second is added to obtain the round-trip propagation time, or data of the nearest delay time is transmitted / received between the piezoelectric vibrator (j) and the piezoelectric vibrator (k). A selection is made from the waveform 60, and an addition process is performed on the data in the imaging mesh (i) 51 in the
The allocation process to the imaging mesh (i + 1) 52 includes the propagation time (j, i + 1) 92 stored in the (i + 1) -th in the table data (j) 86 and the table data (k). ) 87 to obtain the round-trip propagation time by adding the (i + 1) -th stored propagation time (k, i + 1) 95, or the nearest delay time data is obtained from the piezoelectric vibrator ( Selection is made from the transmission / reception waveform 60 between j) and the piezoelectric vibrator (k), and addition processing is performed on the data in the imaging mesh (i + 1) 52 in the
The same processing is sequentially performed for the imaging mesh (i + 2) 53 and the imaging mesh (i + 3) 54, and is performed for all the imaging meshes in the
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。
Thereafter, the transmission / reception waveform assigned to the
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。
Further, the table data (1) 84 to the table data (n) 88 are transmitted from the piezoelectric vibrator (1) 21 to the piezoelectric vibrator (n) 30 and refracted at the curved surface boundary 41, and then stored in the
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。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an application example to an oblique angle inspection as a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in an application example to oblique angle inspection, a resin shoe material 108 such as acrylic or polystyrene is brought into close contact with the distal end portion of the
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。
Here, by inclining the mounting surface angle of the shoe material 108 and the
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。 FIG. 5 is a configuration diagram for explaining an application example of imaging by a pair of matrix transducers in which transmission and reception are separated as a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the transmitting matrix transducer 102 and the receiving matrix transducer 103 are arranged to face each other so that they can transmit and receive ultrasonic waves.
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。 Similarly to the application example to the oblique angle inspection, the transmitting matrix transducer 102 and the receiving matrix transducer 103 are in close contact with the shoe material 108 having the same shape at the tip portion via the liquid coupling 111, and further the shoe material 108. Coupling is applied to the surface of the substrate and brought into close contact with the inspection object 109 such as a pipe, and is fixed so as to have a substantially symmetrical arrangement so as to sandwich the defect 110.
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。 Here, the ultrasonic wave transmitted from the transmitting piezoelectric vibrator 106 is refracted in the inspection object 109 by changing the mounting surface angles of the shoe material 108, the transmitting matrix transducer 102, and the receiving matrix transducer 103. By receiving the ultrasonic wave U incident obliquely and diffracted and reflected by the defect 110 by the receiving piezoelectric vibrator 107, the defect 110 can be imaged.
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。 On the premise of transmission / reception by the transmission matrix transducer 102 and the reception matrix transducer 103, the table data creation unit 81 creates table data (1) 84 to table data (n) 88, thereby Three-dimensional image composition by the receiving matrix transducer 103 can be performed.
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。 FIG. 6 is a configuration diagram for explaining an application example of the linear array transducer 119 to the cylindrical shape inspection as the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, inspection is performed by transmitting and receiving ultrasonic waves with a linear array transducer 119 in which n piezoelectric vibrators (1) 120 to 121 (n) 121 arranged in a straight line are arranged. A two-dimensional section within the object 109 can be imaged.
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。 At this time, the curve boundary 113 of the inspection object 109 is set by the boundary surface setting unit, and the table data (1) 84 to the table data (n) 88 are created, whereby the internal inspection of the inspection object 109 having a constant cross-sectional shape is performed. It can be performed.
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。 At that time, the inspection object 109 is rotated about the central axis 125, and a cross-section is imaged each time the rotation angle α changes by a certain value, and the obtained cross-sectional images are overlapped in the direction of the rotation angle α. By displaying, a three-dimensional image of the defect in the inspection object 109 can be performed.
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。 Further, every time the rotation angle α changes by a certain value, the surface of the inspection object 109 is imaged, the result is processed by the boundary extraction unit 82, and the curved boundary 113 is generated again each time, and the table data (1) By creating 84 to table data (n) 88, an internal inspection of the inspection object 109 whose cross-sectional shape changes can be performed.
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。 The present invention can be used for all molded articles, and is one-way super to the imaging region after being refracted on the surface to be inspected from a plurality of piezoelectric vibrators arranged in a matrix or linear form through an acoustic medium. and table data of the wave propagation time, by applying the method of synthesizing processing 3-dimensional ultrasound image from the transmission and reception data of the ultrasound using the table data, to perform an internal inspection of the test object with a curved surface Is possible.
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。 Welding of curved surface parts such as pipes is also possible by applying 3D imaging to oblique angle inspections that incline the ultrasonic transmission / reception direction of the matrix transducer, or by applying 3D imaging with a matrix transducer that separates transmission and reception. It is possible to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of detecting defects that could not be detected so far, such as partial defect inspection and slit-shaped defects formed in a direction perpendicular to the front and back surfaces.
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。 Furthermore, it is possible to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of performing an internal inspection of an inspection object having a complicated shape including a cylindrical shape by successively performing cross-sectional imaging with a linear array transducer while rotating the inspection object.
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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Signal generation part, 2 ... Drive element selection part, 4 ... Signal detection circuit, 5 ... Amplifier, 6 ... A / D converter, 7 ... Signal processing part, 8 ... Integrated processor, 9 ... Matrix transducer, 10 ... Display Device: 14 ... Defect, 16 ... Sound propagation medium, 17 ... Inspection object, 18 ... Coupling, 21-30 ... Piezoelectric vibrator, 31 ... Piezoelectric vibrator (j), 32 ... Piezoelectric vibrator (k), 40 ... Imaging region 41: Curved boundary, 51 ... Imaging mesh (i), 52 ... Imaging mesh (i + 1), 53 ... Imaging mesh (i + 2), 54 ... Imaging mesh (i + 3) 55 ... Imaging mesh (i + 4), 60 ... Transmission / reception waveform between piezoelectric vibrators (i) and (j), 75 ... Waveform storage memory, 76 ... Image composition processing unit, 81 ... Table data creation unit, 82 ... Boundary surface extraction unit, 83 ... Boundary surface setting unit, 84 ... Table data (1), 85 ... Table data (2), 86 ... Bull data (j), 85 ... Table data (k), 86 ... Table data (n), 91 ... Propagation time (j, k), 92 ... Propagation time (j, i + 1), 93 ... Propagation time (j , i + 2), 94 ... propagation time (k, i), 95 ... propagation time (k, i + 1), 96 ... propagation time (k, i + 2), 102 ... matrix transducer for transmission, 103 ... reception Matrix transducer, 105 ... waveform storage memory, 106 ... transmitting piezoelectric vibrator, 107 ... receiving piezoelectric vibrator, 108 ... shoe, 109 ... inspection object, 110 ... defect, 111 ... coupling, 113 ... curve boundary, 119 ... Linear array transducer, 120 ... Piezoelectric vibrator (1), 121 ... Piezoelectric vibrator (m), 122 ... Water, 123 ... Water tank, 125 ... Central axis, U ... Ultrasonic wave, P ... Echo intensity, A ... Rotation angle α.
Claims (7)
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、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、
前記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画像合成処理部と
から構成されることを特徴とする超音波検査装置。 An ultrasonic transducer composed of a plurality of piezoelectric vibrators independently formed in a matrix; and
A drive element selector that is connected to the plurality of piezoelectric vibrators and selectively drives each piezoelectric vibrator;
The ultrasonic wave generated by the driven piezoelectric vibrator receives a reflected echo from the inspection object via an acoustic medium made of solid or liquid, thereby detecting an electrical signal generated by the plurality of piezoelectric vibrators. A signal detection circuit;
A signal processing unit that captures the detected weak electric signal through an amplifier that amplifies and performs an image synthesis process for imaging the state of the inspection target;
Based on the three-dimensional imaging data captured from the signal processing unit, comprising a display device for displaying the image synthesis processing result,
The signal processing unit
A boundary setting unit for setting and storing the surface shape of the inspection object;
Based on the surface shape of the inspection object set in the boundary setting unit and the coordinate information of the piezoelectric vibrator, the surface of the inspection object and the three-dimensional inside the inspection object through the acoustic medium from the piezoelectric vibrator. A table data creation unit that stores ultrasonic propagation time up to the imaging mesh, and creates table data in which the one-way ultrasonic propagation time is stored for all of the piezoelectric vibrators;
From the plurality of table data in which the one-way ultrasonic propagation time is stored, based on the round-trip ultrasonic propagation time data obtained by selecting and adding a pair of table data corresponding to the combination of transmission and reception, from the inspection object An image synthesis processing unit for synthesizing the surface shape and internal state of the inspection object by selecting imaging data from electrical signals of the reflected echoes of
An ultrasonic inspection apparatus comprising:
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を備え、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１に記載の超音波検査装置。 The signal processing unit
Captures an image of the results of the inspection target surface comprises a boundary extraction unit for automatically extracting the surface shape, and the surface shape created by the boundary extraction unit, said table data creation and coordinate information of the piezoelectric vibrator by inputting the parts, ultrasonic inspection apparatus according to the internal state of said object to claim 1, characterized in that to visualize.
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１に記載の超音波検査装置。 The signal processing unit
Corresponding to a pair of piezoelectric transducers for transmission and reception selected when collecting the waveform data for all the collected waveform data among a plurality of table data created by the table data creation unit The selected two table data are sequentially selected and added, and based on the round-trip ultrasonic wave propagation time obtained from the addition result, the corresponding waveform data is assigned and added sequentially to the three-dimensional imaging mesh. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1 , wherein a three-dimensional image is synthesized.
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