JP4264499B2 - エコー高さ真値推定プログラムおよびエコー高さ真値推定方法 - Google Patents
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Description
音軸を中心としてある音圧分布を有する焦点型超音波探触子を用いて、焦点型超音波探触子から被測定領域に対し超音波を照射して、その被測定領域から反射される反射波信号を受信することで得られるエコー高さもしくはエコー高さ比(以下、エコー高さ等)から、音軸上におけるエコー高さ等の真値を推定するために用いられる、エコー高さ真値推定プログラムであって、
前記焦点型超音波探触子を、その焦点距離に固定した,焦点径以下の振動子径を持つ受信用の別の探触子に対して相対的に移動させつつ、別の探触子内で平均化された、超音波の焦点径内の音圧分布データを取得するステップと、
この平均化された音圧分布データを2つの変数だけでトレースできる関数で表わすステップと、
形状が既知な基準試験面に対して前記焦点型超音波探触子を相対的に移動させる移動手段により、前記焦点型超音波探触子を移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを取得するステップと、
このエコー高さ等の波形が基準試験面の形状に対応するように、前記関数の変数を微調整することで、焦点径内の真の音圧分布データを取得する補正演算ステップと、
被測定領域に対して焦点型超音波探触子を相対的に移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、エコー高さ等のデータを取得するステップと、
前記真値の音圧分布データに基づいて、被測定領域から得られた焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを補正演算し、音軸上におけるエコー高さ等の真値を取得し、被測定領域の真の特性を特定するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
H=Σ(ak×hk)/(n+1)
で表わされる方程式を計測範囲の各音軸位置について立てた連立方程式とし、この連立方程式の解を求めることで、各音軸位置のエコー高さ等の真値を求めることが好ましい。
前記焦点型超音波探触子を、その焦点距離に固定した焦点径以下の振動子径を持つ受信用の別の探触子に対して相対的に移動させつつ、別の探触子内で平均化された、超音波の焦点径内の音圧分布データを取得するステップと、
この平均化された音圧分布データを2つの変数だけでトレースできる関数で表わすステップと、
形状が既知な基準試験面に対して前記焦点型超音波探触子を相対的に移動させる移動手段により、前記焦点型超音波探触子を移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを取得するステップと、
このエコー高さ等の波形が基準試験面の形状に対応するように、前記関数の変数を微調整することで、焦点径内の真の音圧分布データを取得する補正演算するステップと、
被測定領域に対して焦点型超音波探触子を相対的に移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、エコー高さ等のデータを取得するステップと、
前記真の音圧分布データに基づいて、被測定領域から得られた焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを補正演算し、音軸上におけるエコー高さ等の真値を取得し、被測定領域の真の特性を特定するステップと、を有することを特徴とするものである。
焦点型超音波探触子1は、被測定領域2に対して相対的に移動することができ、移動機構3により、3次元方向に任意に移動させることができる。すなわち、移動機構3により、焦点型超音波探触子1を移動させながら、超音波を照射すると共に、被測定領域2からの反射波を受信するように構成されている。超音波探傷器4は、焦点型超音波探触子1の駆動や反射波の受信や解析などを行なうことができる。
H8=(a0h7+a1h8+a2h9)/3・・・・(2)
H9=(a0h8+a1h9+a2h10)/3・・・・(3)
H10=(a0h9+a1h10+a2h11)/3・・・・(4)
H11=(a0h10+a1h11+a2h12)/3・・・・(5)
H12=(a0h11+a1h12+a2h13)/3・・・・(6)
この連立方程式の解を求めることで、エコー高さの真値h6〜h13を得ることができる。また、a0とa1とa2は音圧分布データから得られる重み付け係数データを示している。音圧分布データは図2(c)に示されており、音軸Z上では、例えば、重み付け係数は1、両端で0、音軸Zに隣接する計測点上では左右とも0.5となっている。
音圧分布は焦点型超音波探触子1に固有の特性であるから、予めデータを計測後、補正演算により真の音圧分布を特定し、その音圧分布データを保存しておく必要がある。そこで、まず音圧分布データを取得する方法について説明する。
次に、基準試験面を用いた音圧分布データの計測方法について説明する。図4に示すように、受信用探触子7により受信される音圧分布データは、実際には正確なデータではなく、平均化された音圧分布が得られる。受信用探触子7の振動子径も、ある程度の有限の大きさを有しているためである。そこで、本発明においては、真の音圧分布データを計測するために図5に示すような基準試験面を使用する。
この式において、(a,b)が変数であり、これを与えることで音圧分布(y)の形状が定まる。この式において、音圧分布は0から1の間の数値を取る。xは、音圧の分布幅の半分に対する、音軸中心からの距離の割合である。ちなみに、この式(1)において、(a,b)を適宜選択することで、ディラックのデルタ関数,三角分布,ガウス分布,矩形分布などを表わすことができる。
前述の連立方程式の説明において、未知数の数が方程式の数よりも多く、既知の真のエコー高さ等のデータを設定する必要がある点について説明した。そこで、図5に示すように、計測範囲の両端領域(外周領域)に計測値が既知(図例では一定)となる領域L1,L2を設定する。この大きさは、恣意的に手動で入力設定することができる。また、一定値を設定した領域と、実際の計測範囲と、を滑らかに接続するための遷移領域rが設定される。この遷移領域rも恣意的に関数などで設定することができる。
次に、コンピュータ5にインストールされる測定プログラムの主要な機能について、図11のブロック図により説明する。
本実施形態においては、焦点型超音波探触子1を2次元的に計測を行う場合について説明したが、3次元的な計測を行うこともできる。3次元計測を行う場合は、高さを変えながら焦点型超音波探触子1を2次元走査すればよい。また、音圧分布データについては、図12などに示す音圧分布の形状を音軸周りに1回転させた立体形状で表現することができる。
2 被測定領域
3 移動機構
4 探傷器
5 コンピュータ
5a 第1保持手段
5b 第2保持手段
5c 補正演算手段
5d 設定手段
5e モニター
7 受信用探触子
10 基準試験面
Claims (6)
- 音軸を中心としてある音圧分布を有する焦点型超音波探触子を用いて、焦点型超音波探触子から被測定領域に対し超音波を照射して、その被測定領域から反射される反射波信号を受信することで得られるエコー高さもしくはエコー高さ比(以下、エコー高さ等)から、音軸上におけるエコー高さ等の真値を推定するために用いられる、エコー高さ真値推定プログラムであって、
前記焦点型超音波探触子を、その焦点距離に固定した,焦点径以下の振動子径を持つ受信用の別の探触子に対して相対的に移動させつつ、別の探触子内で平均化された、超音波の焦点径内の音圧分布データを取得するステップと、
この平均化された音圧分布データを2つの変数だけでトレースできる関数で表わすステップと、
形状が既知な基準試験面に対して前記焦点型超音波探触子を相対的に移動させる移動手段により、前記焦点型超音波探触子を移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを取得するステップと、
このエコー高さ等の波形が基準試験面の形状に対応するように、前記関数の変数を微調整することで、焦点径内の真の音圧分布データを取得する補正演算ステップと、
被測定領域に対して焦点型超音波探触子を相対的に移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、エコー高さ等のデータを取得するステップと、
前記真の音圧分布データに基づいて、被測定領域から得られた焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを補正演算し、音軸上におけるエコー高さ等の真値を取得し、被測定領域の真の特性を特定するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とするエコー高さ真値推定プログラム。 - 前記補正演算ステップは、超音波を照射している音軸位置におけるエコー高さ等の真値をhとし、これに隣接するn個の音軸位置でのエコー高さ等の真値をhk(0≦k≦n)とし、実測により得られたエコー高さ等をHとし、音圧分布データから得られる重み付け係数データを(ak)とした場合、
H=Σ(ak×hk)/(n+1)
で表わされる方程式を計測範囲の各音軸位置について立てた連立方程式とし、この連立方程式の解を求めることで、各音軸位置のエコー高さ等の真値を求めることを特徴とする請求項1に記載のエコー高さ真値推定プログラム。 - 前記補正演算ステップでは、エコー高さ等のデータが得られた計測範囲の外周領域に、真のエコー高さ等が既知でかつ所定となる領域と、この所定領域に設定した既知の値を用いて、前記連立方程式を解くことを特徴とする請求項2に記載のエコー高さ真値推定プログラム。
- 音軸を中心としてある音圧分布を有する焦点型超音波探触子を用いて、焦点型超音波探触子から被測定領域に対し超音波を照射して、その被測定領域から反射される反射波信号を受信することで得られるエコー高さもしくはエコー高さ比(以下、エコー高さ等)から、音軸上におけるエコー高さ等の真値を推定するための、エコー高さ真値推定方法であって、
前記焦点型超音波探触子を、その焦点距離に固定した,焦点径以下の振動子径を持つ受信用の別の探触子に対して相対的に移動させつつ、別の探触子内で平均化された、超音波の焦点径内の音圧分布データを取得するステップと、
この平均化された音圧分布データを2つの変数だけでトレースできる関数で表わすステップと、
形状が既知な基準試験面に対して前記焦点型超音波探触子を相対的に移動させる移動手段により、前記焦点型超音波探触子を移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを取得するステップと、
このエコー高さ等の波形が基準試験面の形状に対応するように、前記関数の変数を微調整することで、焦点径内の真の音圧分布データを取得する補正演算ステップと、
被測定領域に対して焦点型超音波探触子を相対的に移動させつつ受信した反射波信号に基づいて、エコー高さ等のデータを取得するステップと、
前記真値の音圧分布データに基づいて、被測定領域から得られた焦点径内で平均化されたエコー高さ等のデータを補正演算し、音軸上におけるエコー高さ等の真値を取得し、被測定領域の真の特性を特定するステップと、を有することを特徴とするエコー高さ真値推定方法。 - 被測定領域の外周領域に、超音波を均一に吸収する部材もしくは超音波が均一に反射される部材を配置することで、既知の真のエコー高さ等を得ることを特徴とする請求項4に記載のエコー高さ真値推定方法。
- 前記補正演算ステップは、超音波を照射している音軸位置におけるエコー高さ等の真値をhとし、これに隣接するn個の音軸位置でのエコー高さ等の真値をhk(0≦k≦n)とし、実測により得られたエコー高さ等をHとし、音圧分布データから得られる重み付け係数データを(ak)とした場合、
H=Σ(ak×hk)/(n+1)
で表わされる方程式を計測範囲の各音軸位置について立てた連立方程式とし、この連立方程式の解を求めることで、各音軸位置のエコー高さ等の真値を求めることを特徴とする請求項4又は5に記載のエコー高さ真値推定方法。
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