JPH02271251A - 超音波測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、超音波測定装置に関し、詳しくは、欠陥（
この明細書では被検体内部の欠陥や亀裂、異物、傷等を
含めて欠陥とし、欠陥の概念で取扱う。したがって、こ
れらからのエコーも欠陥エコーとして取扱うものである
。）の深さ方向の相対的な位置情報を簡単に得ることが
できるような超音波測定装置に関する。

［従来の技術〕 超音波測定装置を用いて各種の材料の板厚とか、欠陥の
？！ｔｌｌ定が行われているが、この場合の１１１１＋
定は、探触ｒから送出される超音波に対する表面反射波
。

底面反射波又は欠陥反射波を受信してその表面エコー信
５７から底面エコー信号又は欠陥エコー信りまでのＡス
コープ像を得て、それぞれの信−３までの時間を計測す
ることで厚みとか欠陥までの深さ（表面からの距離）、
欠陥の形態等を測定情報として得るものである。

［解決しようとする課題］ 通常、Ａスコープ像により得られる欠陥の位置は、ブラ
ウン管面上或は記録として出力されてプリント紙１−に
表わされるが、これらの表１１（は、ある位置１点のみ
についての情報であって、而としての情報ではない。一
方、被検体内部からのエコー受信信号をＣスコープ像と
して得て、データ処理してその受信信号レベルに対応し
た濃淡又は色を、位置情報に応じてブラウン管面１−に
表示する超音波探査映像装置もあるが、この場合には面
情報とエコー信号強度の情報は表示されているが、被検
体内の欠陥の深さ方向についての相ｔ１１の情報は表示
されない欠点がある。なお、超音波探査映像装置で深さ
情報を得るには、異なる深さについていくつものＣスコ
ープ像を得ることが７殼であり、かつ、これは、装置が
大型化する−１−に処理時間もかかる。

従来の欠陥深さ情報は、超音波の伝播時間から超音波の
反射点（エコー受信信号）までの時間を計７！ｌｌ　Ｌ
でその距１１１（路程）を求めることによるのが一般的
である。超音波探査映像装置のように面表示している場
合でも、測定対象物によっては欠陥深さのｉＥ確な・１
法よりも、例えば、ＩＣの内部を映像化した場合のよう
に、゛１１導体ペレットの１而に欠陥があるのか、石面
に欠陥があるのか等が多少大堆肥な伏ｐであっても°ｌ
’ｌればよい場合も少なくない。

このように超音波によって欠陥の深さを測定する場合に
は、被検体の内部で、深さ方向においてその中央位置付
近か、それとも七個或はド側に１／３程度よったところ
かなどのように、被検体の内部構造のどの８１位かが判
別できるような測定で１＝分な場合も多い。

この発明は、このよ、うな殻諧に答えるものであって、
＋）ｉｊ記従来技術の問題点を解決するとともに、欠陥
の深さ方向の相対的な位置情報を簡ｒＪｊに１！Ｊるこ
とかできる超音波測定装置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コ 前記のような目的を達成するためのこの発明の超音波測
定装置の構成は、表面エコーの受信信号の検出に対応し
てランプ電圧波形信号を発生するランプ電圧発生回路と
、欠陥エコーの受信信号の検出に応じてランプ電圧波形
信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路とを
備えていて、サンプルホールド回路がサンプルホールド
した電圧と所定の基準電圧との比或は差に対応する４＋
ｆ　”Ｊを表面から欠陥までの深さを表す情報として得
るものである。

［作用コ このように、表面エコーの検出に応じてランプ電圧波形
の信号を発生するランプ電圧発生回路と、このランプ電
圧を欠陥エコーの検出に応じてサンプルホールドするサ
ンプルホールド回路とを設けて、サンプルホールドした
電圧と所定の基準値との比或は差を採ることにより、表
面からの欠陥の深さ情報を簡り１な回路で得ることがで
きる。

その結果、小型な装置で、通常のＡスコープ像等の超音
波測定に加え、それと同時に或はこれとは別に欠陥の深
さ情報をほとんど時間を認することなく簡単に得ること
ができる。

［実施例］ 以ド、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装置を適用した一実施
例のブロック図であり、第２図は、その深さ情報発生回
路の動作を説明するタイミングチャートである。

２０は、超音波測定装置であって、ＩＯは、その深さ情
報発生回路である。また、１１は、超音波探触ｒｌｌａ
に送信パルスを加えてそれがエコー受信信号（ＲＦ倍信
号を受けるパルサー／レシーバを備える超音波探傷装置
であって、送信パルス或はそれに対応する化シナ等を受
けてゲートパルスを発生し、このゲートパルスと超音波
探触ｒから得られるエコー受信信号とを深さ情報発生回
路ｌＯに送出する。１２は、深さ情報発生回路１０から
得られる深さデータを受けてそのデータ等を表示する測
定データ処理装置である。

深さ情報発生回路１０は、欠陥の深さの情報を発生する
回路であって、コンパレータ１と、基準電圧発生回路２
、データラッチフリップフロップ３、ワンショット回路
４、ランプ電圧発生回路５、サンプルホールド回路６、
割り算回路７、そして、Ａ／Ｄ変換回路８とを備えてい
る。

また、測定データ処理装置１２は、マイクロプロセッサ
とメモリ、そしてデイスプレィ等をイｆしていて、深さ
情報発生回路１０に各種の制御信ジノ・を送出して、深
さ情報発生回路１０から深さデータを受け、これに対し
て所定のデータ処理をして測定結果値等をそのデイスプ
レィ等に表示する。

深さ情報発生回路１０は、入力端Ｆ９ａ、９ｂと出力端
子９Ｃとを自゛していて、第２図の（ａ）に示すように
、入力端ｒ−９ａに超音波探傷装置１１からエコー受信
信号を受け、さらに、入力端子９　ｂに超音波探傷装置
１１から第２図の（ｆ）に示すゲートパルスＧｌを受け
る。そして、出力端Ｊ’９ＣにＡ／１〕変換回路８から
得られる欠陥深さデータを発生してそれを測定データ処
理装置１２へと送出する。なお、前記のゲートパルスＧ
１は、送信パルスの位置を基準として超音波探傷装置１
１で発生するが、これは、送信パルスの発生タイミング
を基準として測定データ処理装置１２内部で発生しても
よい。このゲートパルスＧ１は、送（＋ｉパルス発生等
の時間基準位置から所定の遅延の後に立１ユかり、欠陥
深さに応じてそれをカバーするような幅で設定される所
定のパルス幅のパルスである。

さて、測定データ処理装置１２は、超音波探傷装置１１
から受ける送信パルス或はこの送信パルスの発生に応じ
たタイミングで発生する信号を受けて送信パルスのタイ
ミングを基準としてそれに応じて基準電圧発生回路２に
対して、最初は表面エコーの位置（時間位置、以ド同じ
）を検出するための基型となるレベルの電圧を基準電圧
発生回路２に発生させる制御信ｔノ・をこれに送出する
。そこで、基準電圧発生回路２は、コンパレータ１に表
面エコーの位置を検出する比較基準電圧を′与える。一
方、超ｊｌｉ波探傷装置１１から入力端−ｒ−９ａに入
力されたエコー受信イ：；号は、コンパレータ１に供給
され、コンパレータ１で前記基準電圧と比較される。そ
の結果、エコー受信信号の表面エコーの受信信号位置（
表面エコー検出位置）においてコンパレータ１に表面エ
コー検出信号が発生し、この検出出力がデータラブチフ
リップフロ、ツブ３のクロック端子（ＣＫ）に入力され
る。

データラッチフリップフロップ（以ドｌ）ラッチＦ／Ｆ
）３は、入力端子９ｂからそのデータ端子１）にゲート
パルスＧ１を受け、前記の表面エコー検出信号をクロッ
ク端子（ＧＫ）に受けると、第２図の（ｅ）に示すよう
に、そのＱ出力にＨＩＧＨレベル（以ド“Ｈ”）する。

このＱ出力は、そのｑ七がりでワンショット回路４とサ
ンプルホールド回路６とにトリガ信号として人力される
。

ワンショット回路４は、第２図の（ｂ）に示すように、
欠陥の検出範囲をカバーするパルス幅のゲートパルスＧ
２を発生する。このワンシＢ　ット回路４のゲートパル
スＧ２は、ランプ電圧発生回路５に入力される。

ランプ電圧発生回路５は、ゲートパルスＧ２の１′Ｌ］
−かりてトリガされて起動され、第２図の（Ｃ）に示す
ような所定の傾きでほぼ直線的に増加するランプ電圧を
発生する。このランプ電圧発生回路５は、第２図の（ｄ
）に示すように、内部にその動作時間を示すパルス幅の
パルスを発生し、これによりランプ電圧の発生期間が制
限され、その最大電圧上昇値が決定されている。

一方、サンプルホールド回路６は、ランプ電圧発生回路
５の出力を受けるが、ゲートパルスＧ２の〜ｙドがり信
号をサンプル信号として受けるので、この場合には立−
Ｌがり信号となるので何も動作はしない。

ここで、表面エコー検出信号がコンパレータｌからａＱ
Ｉ定データ処理装置１２に人力されると、測定データ処
理装置１２は、基を電圧発生回路２に制御信号を送出し
て、基準電圧発生回路２の発生電圧を欠陥エコー検出レ
ベルに切換え設定する。

その結果、入力端ｒ９ａに人力されるエコー受信信号に
欠陥エコーに対する受信信号が含まれているときに、今
度は、欠陥エコーの受信信りの位置においてコンパレー
タ１に欠陥エコー検出出力が発生する。

この検出出力の位置では、入力端子９ｂに入力されたゲ
ートパルスＧ！は、すでにＸγドがっていてＬＯＷレベ
ル（以ドし”）となっているので、１）ラッチＦ／Ｆ３
のデータ端Ｊ’Ｄの入力がこのとき“Ｌ”になっている
。したがって、１）ラッチＦ／Ｆ３は、前記の欠陥エコ
ー検出４；；％ｒ、、をクロック端ｒ　（ＣＫ）に受け
ると、第２図の（ｅ）に示すように、そのＱ出力が“Ｌ
”となる。そこで、今度は、このＱ出力の立ドがりてサ
ンプルホールド回路６が起動され、この欠陥エコー検出
のときに受けたランプ電圧発生回路５の出力がサンプル
ホールド回路６によりサンプルホールドされる。これが
第２図の（Ｃ）に示すホールド電圧ｖｈである。

サンプルホールド回路６によりホールドされた電圧ｖｈ
は、次に、割り算回路７の割り算される被除数入力に加
えられる。割り算回路７は、オペアンプのフィードバッ
クループに掛は算回路を有する割り算回路であって、そ
の除数入力にはランプ電圧発生回路５からの電圧ｖｈが
入力される。

そして、測定データ処理装置１２から制御信号或は１）
ラッチＦ／Ｆ３のｙｔ　Ｆがりに応じて動作し、前記の
ホールドされた電圧ｖｈをランプ電圧発生回路４の電圧
で割り、その商として比率電圧（ハ号を発生する。なお
、割り算回路７に測定データ処理装置１２から前記の制
御信＋７を送出するときには、前記欠陥エコーの検出信
″Ｉすを受けた測定データ処理装置１２がこの検出信号
に応じて少し遅れたタイミングで発生する。

割り算回路７の比率電圧信号は、次にＡ／１〕変換回路
（Ａｌ１））８に入力されてＡ／［〕変換され、出力端
Ｊ’−９Ｃを介してデジタル値にされ、測定データ処理
装置１２に送出される。なお、このＡｌ１）変換回路８
は、ワンショット回路４の＼ｒドがりに応じて起動され
、動作する。そして、このとき得られる比率の信号は、
底面或はランプ電圧発生回路５が発生する最終電圧に対
応する位置までの表面からの距離を１とし、これを基準
としてこれに対して表面から欠陥までの位置の割合とな
る。

なお、ランプ電圧発生回路５の最終電圧値は、第２図の
（Ｃ）に示すように、ワンショット回路４のゲートパル
スＧ２の立ドがり時点で固定される。すなわち、ランプ
電圧発生回路５は、ゲートパルスＧ２の立−１−かりて
そのｈｔ３引をはじめ、その）γドかりて停止する。そ
の結果、ランプ電圧は、ゲートパルスＧ２のｓ”Ｌドか
りタイミングに電圧値に固定されることになる。その結
果、ランプ電圧の最大値としてのピーク電圧ｖｐは、ゲ
ートパルスＧ２のパルス幅であらかじめ設定された一定
値となる。なお、この固定電圧は、各測定周期の測定開
始時点でリセットされる。

そこで、このＶｈ／Ｖｐが前記の比率電圧値となり、こ
れがＡ／Ｄ変換されることで、Ａ／Ｄ変換回路７のビッ
ト数に対応する数の分解能で深さ方向のデジタル値を深
さ情報として得ることができる。

なお、Ａ／Ｄ変換回路５は、ワンショット回路４のゲー
トパルスＧ２の立ドがりタイミングで起動されてＡ／Ｄ
変換を開始することから、グランドとピーク電圧の間の
電圧ｖｐとホールド電圧Ｖｈとの比がその変換対象とな
る。そこで、電圧Ｖｐをｎビットのフルカウントとした
時の電圧ｖｈのカウントを出力とすることでもよい。し
たがって、Ａ／Ｄ変換回路８は、弔なるカウンタであっ
てもよい。そして、測定データ処理装置１２では、この
デジタル値に基づき欠陥が表面からどの位置にあるかを
そのまま割合として、或はこの割合から距離を算出して
デイスプレィ等に表示する。

なお、第２図において、ＲＦ波は超音波探傷装置内部に
おいて処理された波形で、Ｔは送信波、Ｓは被検材の表
面からの反射波、Ｆは欠陥からの反射波である。そして
、ワンショット回路４のゲートパルスＧ２は、路程検出
範囲を表している。

これは、Ｓ波を検出して、その時点から立−ヒがり、そ
の立下がりは、通常、被検体の底面部に設定される。ま
た、ワンショット回路４のゲートパルスＧ２の幅は、外
部から設定可能であって、これは、１ｉ１１１＋定路程
の検出最大範囲を示している。そこで、このワンショッ
ト回路５により超音波の路程１・、のある範囲を外部よ
り指定して（これを路程検出範囲と呼ぶ）、その範囲を
２ＴＩ分割した内のどこに欠陥位置があるかをデジタル
化して、深さ情報として取出すことが可能である。

このようにして、超音波探査映像装置におけるエコー受
信信号（ＲＦ波形）中の欠陥位置について特定の中（路
程検出範囲）の中のどの位置にあるかをコンピュータ等
の測定データ処理装置（外部機器として）へ送り、表示
させることができ、被検材中のどの位置に欠陥があるか
を容易に把握することができる。

ユーザが路程検出範囲（ゲートパルスＧ２のパルス幅に
相当）を変化させれば、被検体中の欠陥位置を表面又は
プローブ而からの深さとして示すこともできる。これに
より、探触子を操作させれば、被検体中の欠陥位置の分
布図をコンピュータ１−で展開するようにすることもで
きる。また、路程検出範囲と基準電圧発生回路２のスレ
ッショールドレベルをコンピュータ側に指示すれば、Ａ
スコープ表示がコンピュータにより作成でき、欠陥位置
までの探触子の焦点深度の自動位置決め（水ｊ２　法で
、フォーカス形プローブの場合）も可能となる。

以上説明してきたが、割り算回路７は、差動増幅回路で
あってもよく、単に、ランプ電圧発生回路５から得られ
る基雫電圧位置からの差の電圧値を発生してこれをＡ／
Ｄ変換してもよい。また、この場合の基準電圧は、ラン
プ電圧発生回路５から得ることなく、外部から設定する
ようにすれば、自由に基準位置を被検体内部で選択する
ことができる。

実施例では、ランプ電圧を発生する回路としてランプ電
圧発生回路を用いているが、これは、鋸歯伏波発生回路
を使用してもよい。

［発明の効果コ 以」ユの通り、この発明にあっては、表面エコーの検出
に応じてランプ電圧波形の信号を発生するランプ電圧発
生回路と、このランプ電圧を欠陥エコーの検出に応じて
サンプルホールドするサンプルホールド回路とを設けて
、サンプルホールドした電圧と所定の基準値との比或は
差を採ることにより、表面からの欠陥の深さ情報を簡単
な回路で得ることができる。

その結果、小型な装置で、通常のＡスコープ像等の超音
波測定に加え、それと同時に或はこれとは別に欠陥の深
さ情報をほとんど時間を要することなくＪｍｆｌｌに得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の超音波測定装置を適用した一実施
例のブロック図、第２図は、その深さ情報発生回路の動
作を説明するタイミングチャートである。 １・・・コンパレータ、２・・・基準電圧発生回路、３
・・・ＤラッチＦ／Ｆ、４・・・ワンシｄット回路、５
・・・ランプ電圧発生回路、６・・・サンプルホールド
回路、７・・・割り算回路、８・・・Ａ／Ｄ変換回路、
１０・・・深さ情報発生回路、１１・・・超音波探傷装
置ξ、１２・・・測定データ処理装置、２０・・・超音
波測定装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エコー受信信号を受けて表面エコー及び欠陥エコ
   ーの時間位置を前記エコー受信信号から検出して表面か
   らの欠陥の深さを検出する超音波測定装置において、前
   記表面エコーの受信信号の検出に対応してランプ電圧波
   形信号を発生するランプ電圧発生回路と、前記欠陥エコ
   ーの受信信号の検出に応じて前記ランプ電圧波形信号を
   サンプルホールドするサンプルホールド回路とを備え、
   前記サンプルホールド回路がサンプルホールドした電圧
   と所定の基準電圧との比或は差に対応する信号を表面か
   ら欠陥までの深さを表す情報として得ることを特徴とす
   る超音波測定装置。
2. （２）サンプルホールドした電圧と所定の基準電圧との
   比或は差に対応する信号をＡ／Ｄ変換してデジタル値と
   して処理することを特徴とする請求項１記載の超音波測
   定装置。