JPH01318952A - 超音波による３次元物体形状認識方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、合成開口法を用いた超音波非破壊検査方法
において、被検体の欠陥の形状を３次元的に認識する手
法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、合成開口法を用いた超音波非破壊検査方法によっ
て被検体の欠陥の形状を認識する方法は知られている。

第４図は従来の合成開口法を用いた超音波映像化方法を
示す説明図である。図において、ｌは超音波送受信子で
あり、被検体２上を直線的に移動しながら一定の走査ピ
ッチで超音波パルスの送受信を行う。３は被検体２中に
存在する欠陥であり、この場合は被検体２の底面からの
ドリルホールとなっている。４は超音波送受信子ｌから
の超音波ビームであり、ここではある広がりを持ってい
る。

上記のような合成開口法を用いた超音波映像化方法では
、超音波送受信子１から送波された超音波パルスは被検
体２中を伝播し、被検体２中に存在する欠陥３の先端部
分で反射され、その反射波は超音波送受信子１で受信さ
れる。ここで、超音波送受信子１が被検体２上を移動す
る時、各走査点で被検体２中の欠陥３からの反射波信号
の受信タイミングを第５図に示す。第５図は第４図の合
成開口法を用いた超音波映像化方法において、画像の再
構成を行う手法を示す説明図である。図において、ｌは
超音波送受信子、２は被検体、３は欠陥である。また、
５は超音波送受信子１が被検体２上を移動する時の走査
線、６は欠陥３の位置と走査線５上の走査点の相対位置
より決まる超音波パルスの、往復伝播時間を示す曲線で
あり、これを位相履歴線と云う。

今、欠陥３の先端部分の座標を（０，ｚ）とし、走査線
５上の各走査点（ｘ、　　Ｏ）における超音波パルスの
往復伝播時間をｔ　（ｘ）とすると、超音波パルスの被
検体２中の音速をＣとして次式が容易に求まる。

合成開口法においては、被検体２中の各深さ２に対して
その位相履歴線６を求めて、各走査点で得られた受信信
号を超音波ビーム４の広がり範囲内で、位相履歴線６に
沿ってコヒーレントに加算することにより被検体２の深
さ２に対する画素値を得ていくが、この操作を被検体２
の深さ方向につきすべての点について行うことにより被
検体２の深さ方向の線像が得られる。この操作を繰り返
して行うことにより線像の集合として被検体２のＸ−２
断面像を得ることができる。

合成開口法を用いて得られた被検体２の断面像の方位方
向（Ｘ方向）の解像度δ８は次式で与えられる。

ここで、λは超音波パルスの波長、Ｌは被検体２の深ざ
２の点を見込み得る超音波ビーム４の広がり幅であり、
次式で与えられる。

ここで、Ｄは超音波送受信子１の素子開口である。

上記（３）式を上記（２）式に代入すると、δつ＝Ｄ　
　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・（４）とな
り、方位方向の解像度δ８は被検体２中の深さによらず
一定となる。また、距離方向（Ｚ方向）の解像度δ２は
超音波パルスの送信パルス幅をＴとして、往復伝播時間
により決まり次式で与えられる。

このように、合成開口法を用いれは、方位方向。

距離方向ともに一定で、しかも超音波送受信子ｌの素子
開口りと超音波パルスの送信パルス幅Ｔを小さくするこ
とにより、高解像度が実現できるという特長がある。

［発明が解決しようとする課題］ Ｌ記のような従来の合成開口法を用いた超音波映像化方
法では、被検体２中に存在する欠陥３からの反射波信号
は欠陥３の先端部分からの信号が支配的であり、そのた
めに映像化される゛のは欠陥３の先端部分のみで、欠陥
３がその底面からつながっているものか、あるいは被検
体２中の空洞のようなものかの判定ができない。また、
同様に被検体２中に送波された超音波ビーム４に照射さ
れ、その反射波が得られる欠陥３０部分は映像化される
が、欠陥３の影の部分に存在する欠陥の場合は反射波信
号が得られず、そのために映像化されないという問題点
があった。

一方、超音波送受信子１を傾け、傾いた超音波ビーム４
を用いて合成開口法を適用する手法もあるが、この手法
では第４図に示すような被検体２の底面から続いている
ドリルホールのような欠陥３に対しては、底面とつなが
っているエツジ部分が強調されて映像化されるが、欠陥
３の深さが判定できないという問題点があった。従って
、１述のような垂直探傷法及び斜角探１ｎ法ともに、被
検体２中の欠陥３の位置、形状、大きさ等を正確に判定
することができないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、被検体中に存在する欠陥の位置、形状、大き
さ等を正確に求めることができる超音波による３次元物
体形状認識方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波による３次元物体形状認識方法は
、複数の超音波送受信子を一定距離に配置し、被検体に
対し少なくとも２枚の垂直法及び斜角法による２方向か
らの断面像を得て被検体の断面像群を得、さらにそれぞ
れの断面の特徴的情報を組み合わせて３次元構成により
映像化された画像の観察を行う方法である。

［作用］ この発明における超音波による３次元物体形状認識方式
は、一定距離に配置した複数の超音波送受信子を用い、
被検体に対し少なくとも２枚の垂直法及び斜角法による
断面像を得、また超音波送受信子を２次元走査すること
により被検体の断面像群を得、さらにそれぞれの断面の
特徴的情報を組み合わせて３次元構成により映像化され
た画像の観察を行うので、被検体中に存在する欠陥の位
置、形状、大きさを正確に求めることができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例である超音波による３次元
物体形状認識方法を示す説明図である。

図において、１は垂直入射用の超音波送受信子、１゛は
斜角入射用の超音波送受信子、２は被検体、３は被検体
２中に存在する欠陥、４は超音波送受信子、１．Ｉ′か
らの超音波ビーム、７は超音波送受信子１′に対する斜
角入射用の斜角ウェッジである。

上記のようなこの発明に係る超音波による３次元物体形
状認識方法では、超音波送受信子１，１′はそれぞれ垂
直法、斜角法によって超音波ビーム４としての垂直ビー
ム、斜角ビームを被検体２中へ送波しており、超音波送
受信子１，１′が被検体２上を移動する時、各走査点で
得られた受信信号を用いて合成開口法による処理を行う
。この時、斜角法では被検体２の底面での１回の反射波
成分も用いる。

第２図は第１図パの超音波による３次元物体形状認識方
法において、超音波送受信子の１回の走査で得られる断
面像を示す説明図である。図において、２は被検体、８
は超音波送受信子１で得られた受信信号を用いて得られ
る再生断面、９は超音波送受信子１′で得られた受信信
号のうちで、被検体２の底面で反射していない成分を用
いて得られる再生断面、１０は超音波送受信子１′で得
られた受信信号のうちで、被検体２の底面で反射が１回
起こった後の成分を用いて得られる再生断面である。そ
して、第１図における超音波送受信子１．１’間の距離
を一定に保つことにより、Ｘ方向への１回の走査で得ら
れる３枚の再生断面８゜９．１０の幾何学的配置が決ま
る。従って、超音波送受信子ｌ、１′をｘ二ｙ方向の２
次元走査をすることにより、一定の幾何学的配置に置か
れている３枚の断面像がＸ方向にΔｙずつ離れた配置で
得られる。このようにして得られた３次元空間上の画像
データを超音波ビーム強度で規格化し、３次元空間での
直交座標上に並べ変えることにより被検体２の内部空間
の情報とする。この時、例えば再生断面８と再生断面９
の情報は超音波ビーム４（第１図参照）の径路の特質か
ら被検体２の底面からつながっているドリルホールのよ
うな欠陥３（第１図参照）に対して、再生断面８上では
。

ドリルホールの先端部分が断面像として映像化されてお
り、再生断面９上ではドリルホールの底面部分が断面像
として映像化されている。この２枚の断面像を並べ変え
ることにより３次元空間に配置する場合に、近接した画
素に対しては画素値の大きい方の値を採用して内挿する
。このような操作を行うことにより、３次元空間に並べ
られた画像は上記ドリルホールに対して先端部分と底面
部分の両方が映像化される。一方、被検体２中に空洞と
して存在する欠陥の場合は、その底面部分には映像が現
われない。この特徴から２種類の欠陥の違いが明確とな
り、欠陥の代表的な長さ、形状。

大きざが明らかになってくる。

なお、上記実施例では、超音波送受信子１′を斜角入射
用の超音波送受信子として用い、被検体２の底面で反射
していない成分と反射する成分とに分けて再生断面を決
定しているが、例えば第３図に示すこの発明の他の実施
例のように３つの超音波送受信子１．１’、１”と２つ
の斜角ウェッジ７．７′を用い、被検体２の底面で反射
しない成分だけで得られる３枚の断面像から３次元空間
への並へ変えを行っても良い。

［発明の効果コ 以上のように、この発明の超音波による３次元物体形状
認識方法は、複数の超音波送受信子を一定距離に配置し
、被検体に対し少なくとも２枚の垂直法及び斜角法によ
る２方向からの断面像を得て被検体の断面像群を得、さ
らにそれぞれの断面の特徴的情報を組み合わせて３次元
構成により映像化された画像の観察を行うものであるの
で、被検体中に存在する欠陥の位置、形状、大きさを正
確に求めることができ、欠陥の定量化に役立つという優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である超音波による３次元
物体形状認識方法を示す説明図、第２図は第１図の超音
波による３次元物体形状認識方法において、超音波送受
信子の１回の走査で得られる断面像を示す説明図、第３
図はこの発明の他の実施例である超音波による３次元物
体形状認識方法を示す説明図、第４図は従来の合成開口
法を用いた超音波映像化方法を示す説明図、第５図は第
４図の合成開口法を用いた超音波映像化方法において、
画像の再構成を行う手法を示す説明図である。 図において、１．ｌ’ｌ”・・・超音波送受信子、２・
・・被検体、３・・・欠陥、４・・・超音波ビーム、５
・・・走査線、６・・・位相履歴線、７，７゛・・・斜
角ウェッジ　　である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 合成開口法を用いた超音波映像化方法において、複数の
   超音波送受信子を一定距離に配置し、被検体に対し少な
   くとも２枚の垂直法による断面像と斜角法による断面像
   を得、また上記超音波送受信子を２次元走査することに
   より上記被検体の断面像群を得、さらにそれぞれの断面
   の特徴的情報を組み合わせて３次元画像を得ることによ
   り、その映像化対象の特徴を抽出するようにした超音波
   による３次元物体形状認識方法。