JPH02311760A - 超音波検査装置 - 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］ 本発明は超音波により被検体の検査を行なう超音波検査
装置に関する。

［従来の技術］ 超音波検査装置は、被検体を破壊することなくその内部
の欠陥を検出することができ、多くの分野において用い
られている。被検体内部の欠陥の有無は、被検体の所定
の範囲についてチェックされることが多く、その場合に
は、被検体表面の上記範囲を探触子から放射される超音
波で走査して検査が実施される。この探触子として、圧
電素子を多数−列に配列して構成されるアレイ探触子が
実用化されている。以下、このようなアレイ探触子を用
いた超音波検査装置について説明する。

第５図は従来の超音波検査装置のスキャナ部の斜視図、
第６図（ａ）　、　（ｂ）はアレイ探触子の平面図およ
び側面図である。各図で、１は検査のための水槽、２は
水槽１に入れられた水、３は水槽１の底面に載置された
被検体である。４はスキャナを示し、以下の部材より成
る。即ち、５は水槽１を載置するスキャナ台、６はスキ
ャナ台５に固定されたフレーム、７はフレーム６に装架
されたアーム、８はアーム７に装架されたホルダ、９は
ホルダ８に装着されたボール、１ｏはアレイ探触子であ
る。フレーム６は図示しない機構によりアーム７をＹ軸
方向に駆動することができ、又、アーム７は図示しない
機構によりホルダ８をＸ軸方向に駆動することができ、
さらに、ホルダ８は図示しない機構によりポール９と協
働してアレイ探触子１０をＺ軸方向（Ｘ軸およびＹ軸に
直交する方向）に駆動することができる。

アレイ探触子１０は多数の微小な圧電素子（以下これら
圧電素子をアレイ振動子と称する）を−列に配列した構
成を有し、その配列方向はＸ軸方向と一致する。各アレ
イ振動子はパルスを与えられると超音波を放射し、その
超音波の被検体３からの反射波をこれに比例した電気信
号に変換する。

第６図（ａ）、（ｂ）に各アレイ振動子が符号１０１〜
１０、、で示されている。なお、黒点はサンプリング点
を示し、ＹＰはＹ軸方向のサンプリングピッチ、ＸＰは
Ｘ軸方向のサンプリングピッチを示す。

又、ＡＰは各アレイ振動子１０□〜１０．相互のピッチ
を示す。１１はアレイ探触子１０等を収納するケースで
ある。

ここで、上記各図に示すアレイ探触子１０の機能の概略
を第７図（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。第７
図（ａ）で、Ｔ工〜Ｔ、は−列に配置されたアレイ振動
子、Ｄ１〜Ｄ９は各アレイ振動子Ｔ工〜Ｔ、に接続され
た遅延素子、ｐは各アレイ振動子Ｔ１〜Ｔ、に入力され
るパルスである。遅延素子０２１Ｄ、の遅延時間（ｊｘ
ｓ）は等しく設定されている。

同じく、遅延素子り、、　Ｄ、の遅延時間（１２，）、
遅延素子Ｄ３．　Ｄ、の遅延時間（ｔ　ａｔ）、遅延素
子Ｄ４゜Ｄ６の遅延時間（１，、）もそれぞれ等しく設
定されている。そして、設定された各遅延時間の関係は
、遅延素子り、の遅延時間をｔ、とすると次式の゛関係
にある。

ｊｚｓ＜ｔ□＜ｔｘｔ＜ｔ□＜１．・・・・・・（１）
今、各遅延素子Ｄ１〜Ｄ、の遅延時間を、上記（１）式
の関係を保持しながら所定の値に設定してパルスｐを入
力すると、アレイ振動子Ｔ工〜Ｔ。

から放射される超音波は上記設定された遅延時間にした
がって、アレイ振動子Ｔｉ、　Ｔ、から最も早く、又、
アレイ振動子Ｔ、から最も遅く放射される。このように
して放射された超音波は放射状に拡がって進行するが、
それら進行過程において各アレイ振動子の放射超音波の
振動の最大振幅がすべて合致する地点が生じる。第７図
（ａ）でこの地点が符号Ｆで示されている。この地点Ｆ
における超音波の大きさは他の地点の超音波の大きさに
比較して遥かに大きいので、恰も各アレイ振動子Ｔ工〜
Ｔ、からの超音波が破線に示すように地点Ｆに集束した
のと同じ状態となる。換言すれば、−列に配列したアレ
イ振動子からの超音波放射に適切な遅延を与えてやれば
、それらの超音波を地点Ｆに集束させたのと同様な状態
にすることができる。この地点Ｆを焦点と称する。さら
に述べると、アレイ振動子Ｔ工〜Ｔ、により、集魚Ｆで
集束する破線で示すような超音波ビームＢが出力される
ことになる。（１）式の関係を保持しながら各遅延時間
を上記の遅延時間より小さく設定すれば、焦点Ｆは一点
鎖線（ビームＢ’）で示すようにより長い焦点Ｆ′に移
行する。したがって、各遅延素子Ｄ１〜Ｄ、の遅延時間
を調節することにより、焦点の位置を選択することが可
能となり、これを被検体３の検査に適用する場合、検査
部位の深さを選択することができる。

第７図（ｂ）は第６図（ａ）、（ｂ）に示すアレイ探触
子１０の機能の説明図である。この図で、１０．〜１０
、は第６図（ａ）に示すものと同じアレイ振動子であり
、各アレイ振動子１０１〜１０．のうち選択された所定
数のアレイ振動子に対して第７図（ａ）に示すような遅
延素子が順次切換接続されるようになっている０図示の
例では、まずｍ個のアレイ振動子１０．〜１０゜を選択
し、それらから放射される超音波の遅延時間を適切に設
定することにより、前述のように超音波をみかけ上１つ
の焦点に集める。この焦点が第７図（ｂ）に符号Ｆい又
、みかけ上の超音波ビームが符号Ｂ□で示されている。

次に、アレイ振動子を１つずらして同じくｍ個のアレイ
素子１０□〜１０，１に対して、前回のアレイ振動子　
１０□〜１０．に与えた遅延時間と同一パターンの遅延
時間を与える。このときの焦点が符号Ｆ２で、超音波ビ
ームが符号Ｂ２で示されている。以下、アレイ振動子を
１つずつ順に切換えてゆき、最後にアレイ振動子１０ｎ
−＋ａ＋１〜１０．を選択して、同じパターンの遅延時
間を与え、焦点Ｆ、−１＋□、超音波ビームＢ　ｎ−ｍ
＋１を得る。このような手段により、結果的にはアレイ
探触子１０によって焦点　Ｆ□〜Ｆ、−１や□までの超
音波による走査が実行されたことになる。このような走
査は電子的に高速をもって行なわれるので、以下電子走
査と称する。なお、第７図（ｂ）で、ＡＰはアレイ振動
子ピッチ、ＳＰはサンプリングピッチを示し、図示の場
合両者は等しい。

次に、上記アレイ探触子を用いた超音波検査装置の制御
部について説明する。この説明では、被検体の検査すべ
き範囲におけるＸ軸方向の長さを１２０閣、アレイ探触
子１ｏにおけるアレイ振動子数を１２８．アレイ振動子
ピッチを１閣、同時に励振されるアレイ振動子数を８個
とし、ビーム本数１２１本で被検体のＸ軸方向の走査を
行なう場合を例示する。第８図は上記のようなアレイ振
動子の配列図である。図で、１０はアレイ探触子、１０
工〜１０ｉｚｓはアレイ振動子、Ｂ□〜Ｂ１！□は超音
波ビームを示す。図の各アレイ振動子１０１〜１０□□
にはそれぞれ１番〜１２８番の番号が付されている。１
１は制御部である。

第９図は第８図に示す制御部１１のブロック図である１
図で、１０はアレイ探触子を示す、、１２はマイクロプ
ロセッサ、１３は超音波ビームＢ工〜Ｂ１！、を発生さ
せる各アレイ振動子の励振を前述のように所定時間遅延
させる送信遅延回路である。送信遅延回路１３は各超音
波ビームＢ１〜Ｂよ８、に対して１つだけ設けられてい
る。１４はマトリクス回路、１５は分配器であり、これ
らは送信遅延回路１３を各超音波ビームＢ８〜ＢＩ、＋
１に共通に使用するために設けられる。１６は送受信回
路であり、アレイ探触子１０の各アレイ振動子１０１〜
１０□□に励振用のパルスを出力するとともに、それら
各アレイ振動子１０１〜１０□□からの反射波信号を受
信する。マトリクス回路１４、分配器１５および送受信
回路１６の構成については、それぞれ第１０図、第１１
図および第１２図によりさらに詳細に説明する。１７は
シフトレジスタ回路であり、送受信回路１６を、１つの
超音波ビームを形成するために使用される８個のアレイ
振動子側′−順次接続してゆく機能を有する。１８は分
配器１５における入力と出力を逆にした構成の加算器、
１９はマトリクス回路１４と同じ構成のマトリクス回路
である。２０は波形加算回路であり、マトリクス回路１
９から出力される８つの信号を１位相を一致させた後加
算する。波形加算回路２０の出力は適宜処理された後、
所望の態様で表示され、これに基づいて被検体の欠陥の
有無が判断される。

次に、上記制御回路１１の動作を第１０図、第１１図お
よび第１２＠を参照しながら順次説明する。

（Ｉ）送信遅延回路１３およびマトリクス回路１４の動
作 第１０図はマトリクス回路１４を中心とする回路図であ
り、第９図に示す部分と同一部分には同一符号が付しで
ある。大文字Ａ−Ｈは送信遅延回路１３の出力端子、小
文字ａ　”　ｈは分配器１５の入力端子を示す、送信遅
延回路１３には第７図（ａ）に示すものと同じような遅
延素子が８つ備えられている。これら８つの遅延素子は
１つの超音波ビームを形成する８つのアレイ振動子に対
応する。

超音波ビームが最適位置に焦点を形成するように、マイ
クロプロセッサ１２により８つの遅延素子の遅延時間が
設定された後、送信遅延回路１３が励起されると、その
各出力端子Ａ−Ｈからは順次遅延されたパルスが出力さ
れる。この場合、各出力端子Ａ−Ｈは超音波ビームを形
成する８つのアレイ振動子の配列順に対応しており、そ
の遅延時間は端子Ａ、Ｈからの出力パルスが最も短かく
、以下端子Ｂ、Ｇ、端子Ｃ，Ｆ、端子り、Ｅと順次長く
なる。

マトリクス回路１４は一般に使用されている形態のもの
であり、送信遅延回路１３からの８本の入力線、これと
交叉する８本の出力線、および交叉する入力線と出力線
とを選択的に接続するスイッチング素子（図示されてい
ない）により構成される。これらスイッチング素子は６
４個（８Ｘ　８）備えられており、マイクロプロセッサ
１２によりスイッチング動作が制御される。又、上記８
本の出力線はそれぞれ分配器１５の入力端子ａ　”　ｈ
に接続されている。

今、マイクロプロセッサ１２の指令により、マトリクス
回路１４における四角印が記入された部分のスイッチン
グ素子が導通状態、他が遮断状態とされると、送信遅延
回路１３の出力端子Ａ−Ｈは順に分配器１５の入力端子
ａ　”　ｈに接続される。

これにより、入力端子ａ、ｈに最短遅延時間、入力端子
ｄ、ａに最長遅延時間が設定される遅延時間の第１の組
合せができる。この第１の組合せは、超音波ビームＢ工
を形成するアレイ振動子１０□〜１０８の組合せに対応
する。

次に、マイクロプロセッサ１２が三角印部分のスイッチ
ング素子のみを導通状態とすると、端子Ａ−Ｈは順に端
子ｂ−ｈ、ａに接続される。したかって、端子す、ａに
最短時間、端子ｅ、ｆに最長時間が設定される第２の組
合せができる。この第２の組合せは、超音波ビームＢ２
を形成するアレイ振動子１０□〜１０．の組合せに対応
する。丸印部分のスイッチング素子のみを導通状態とす
ると、超音波ビームＢ、を形成するアレイ振動子１０３
〜１０□。の組合せに対応する第３の組合せができる。

以下同様にして順６次スイッチング素子を作動させてゆ
くと、入力端子ａ　”　ｈに第８の組合せまで形成され
、次の第９の組合せは第１の組合せと同一遅延時間の組
合せとなる。このような組合せが連続して繰返し形成さ
れてゆく。

（ＩＩ）分配器１５の動作 第１１図は分配器１５の回路構成を示す回路図である１
図で、ａ　”　ｈは第１０図に示すものと同じ分配器１
５の入力端子である。又、数字１〜１２８は分配器１５
の第１番〜第１２８番の出力端子を示し、これの各出力
端子はアレイ振動子１０１〜１０□□に対応する。入力
端子ａに入力された遅延パルスは図示のようにこの入力
端子ａに接続された第１番〜第１２１番の出力端子に分
配される。同じく、入力端子ｂ−ｈに入力された遅延パ
ルスはそれらに接続されている図示の各出力端子にそれ
ぞれ分配される。ここで、各出力端子第１番〜第１２８
番は後述するように送受信回路１６のパルサをトリガす
るトリガ回路に接続されており、これらトリガ回路は順
番に８つ同時に導通状態とされ、これが１つずつずらさ
れてゆく。

したがって、全出力端子のうちの連続する８つの出力端
子のみが有効に遅延トリガ信号を出力することとなり、
これを各入力端子ａ　”　ｈについてみると、これらに
接続されている出力端子のうち常に１つのみが遅延トリ
ガ信号を出力することになる。

例えば、アレイ振動子１０□〜１０．によりビームＢ□
を形成する場合、第１番〜第８番の出力端子に接続され
たトリガ回路が導通状態となるので、第１番、第８番の
出力端子からは最短遅延時間のパルスが、又、第４番、
第５番の出力端子からは最長遅延時間のパルスが出力さ
れることになる。

次いで、アレイ振動子１０□〜１０．によりビームＢ、
を形成する場合、今度は第２番〜第９番の出力端子に接
続されたトリガ回路が導通状態となる。

一方、これと同時に第１０図に示すマトリクス回路１４
は四角印から三角印の位置のスイッチング素子へ作動が
移り、当該各スイッチング素子が導通状態となるので、
入力端子す、ａに最短遅延時間のパルス、入力端子ｅ、
ｆに最長遅延時間のパルスが入力される。この結果、第
２番、第９番の出力端子に最短遅延時間のパルスが、第
５番、第６番の出力端子に最長遅延時間のパルスがそれ
ぞれ出力される。

このように、各出力端子に接続されている前記トリガ回
路の導通状態が１つずつずらされてゆくと同時に、入力
端子ａ　”　ｈの遅延時間も１つずつずらされてゆく。

このため、超音波ビーム形成のため用いられる８つのア
レイ振動子は常に前記（１）式の関係を保持した遅延時
間により励振されることになる。

（ＩＩＩ）送受信回路１６およびシフトレジスタ回路１
７の動作 第１２図は送受信回路１６を中心とする回路図である。

図で、第９図に示す部分と同一部分には同一符号が付し
である。Ｘ１〜Ｘ１□６はアンド回路。

Ｐ工〜Ｐ１゜はパルサ回路、Ｒ１〜ＲＬ！ｇはレシーバ
回路である。各アンド回路、各パルサ回路、各レシーバ
回路は各アレイ振動子１ｏ工〜１０□２８のそれぞれに
対して１つずつ設けられている。アンド回路Ｘ１〜Ｘ１
□の一方の入力端子は分配器１５の第１番〜第１２８番
の出力端子に接続されており、又、他方の入力端子はシ
フトレジスタ回路１７の出力端子Ｑ１〜Ｑｔ。に接続さ
れている。このアンド回路Ｘ□〜Ｘ□１８は前記（ｎ）
の分配器１５の動作の説明において述べたように、パル
サ回路Ｐ□〜Ｐ１□をトリガするトリガ回路を構成する
。シフトレジスタ回路１７の出力端子Ｑ、〜ＱＬｘ、は
、上記のようにアンド回路Ｘ□〜Ｘ１．に接続されると
ともに、レシーバ回路Ｒ１〜Ｒ１□にも接続される。又
、レシーバ回路Ｒ１〜Ｒ１□の出力端子は加算器１８の
第１番〜第１２８番の対応する入力端子に接続される。

ここで、シフトレジスタ回路１７の構成および動作を第
１３図および第１４図（ａ）、（ｂ）により説明する。

第１３図はシフトレジスタ回路１７の回路図である。図
で、１７Ｆ工〜１７ＦＩｌはダイレクトプリセット機能
付り型フリップフロップ回路、１７Ｆ、〜１７Ｆｘｚａ
はＤ型フリップフロップ回路である。これら各フリップ
フロップ回路１７Ｆ１〜１７Ｆｚｉｓは直列接続されて
いる。ＰＲはフリップフロップ回路１７Ｆ□〜１７Ｆ、
に入力されるプリセット信号、ＣＬＲは各フリップフロ
ップ回路１７Ｆ１〜１７Ｆｘｘｓに入力されるクリア信
号。

ＧＫは各フリップフロップ回路１７Ｆユ〜１７Ｆ１，８
に入力されるクロック信号である。

次に、上記シフトレジスタ回路１７の動作を第１４図（
ａ）、（ｂ）に示すタイムチャートにより説明する。第
１４図（ａ）は第１３図に示すフリップフロップ回路１
７Ｆ工〜１７Ｆ工、の出力のタイムチャート、第１４図
（ｂ）はフリップフロップ回路１７Ｆｘｚ□〜１７Ｆｔ
ｚｓの出力のタイムチャートである。第１４図（ａ）に
示すように、まず、クリア信号ＣＬＲが低レベル（Ｏ電
圧でありｒＱＪで表わす）とされることによりすべての
フリップフロップ回路１７Ｆ工〜１７Ｆ１゜がクリアさ
れる０次いで、プリセット信号ＰＲがｒＱＪとされるこ
とにより、フリップフロップ回路１７Ｆ１〜１７Ｆ。

の出力端子Ｑ工〜Ｑ、がすべて高レベル（「１」で表わ
す）となる、これにより、アンド回路Ｘ□〜Ｘ８の一方
の入力がすべて「１」となり、他方に入力される遅延信
号にしたがってパルサ回路Ｐ工〜Ｐ、が駆動され、ビー
ムＢ１が形成される１次いで、クロック信号ＧＫ、が入
力されると、フリップフロップ回路１７Ｆ工の出力端子
が「０」となり、同時に、Ｄ端子が「１」となっている
フリップフロップ回路１７Ｆ、の出力端子Ｑ、が「１」
となり、パルサ回路Ｐ２〜Ｐ、が駆動されてビームＢ２
が形成される。同様にして１次のクロック信号ＣＫ、に
よりビームＢ、が形成され、以後、クロック信号ＣＫが
入力される毎に各フリップフロップ回路の出力端子が順
次高レベル「１」にシフトされてゆく、そして、第１４
図（ｂ）に示すように、クロック信号ＧＫＬＩＯにより
ビームＢｔｕ□が形成されると１次のクロック信号ＣＫ
　Ｌ　ｘ□の出力後、動作は再び第１４図（ａ）に示す
クリア信号ＣＬＨの入力に戻る。このようにして、ビー
ムＢ１〜ＢＬ！□が繰返し形成されてゆく。

上記超音波ビームＢ工が被検体に放射されると、その反
射波は各アレイ振動子１０１〜１０．に入射されてそれ
に応じた電気信号に変換される。このようにして各アレ
イ振動子１０１〜１０．から出力された反射波信号はそ
れぞれレシーバ回路Ｒ工〜Ｒ１で増幅された後、加算器
１８の第１番〜第８番の入力端子に入力される。この場
合、各アレイ振動子１０□〜１０．に入射する反射波は
、当然、アレイ振動子１ｏ工、１０．への入射が最も遅
く、アレイ振動子１０．．１０．への入射が最も早い。

したがって、加算器１８の第１番、第８番の入力端子へ
入力される反射波信号が最も遅く、第４番、第５番の入
力端子へ入力される反射波信号が最も早くなる。

超音波ビームＢよの形成に次いで、上述のようにシフト
レジスタ回路１７の出力は１つシフトされ、出力端子Ｑ
２〜Ｑ、からパルスが出力され、一方、分配器１５の出
力端子に現れる遅延パルスの遅延の態様も前述のように
１つシフトされた態様となる。即ち、第２番、第９番の
出力端子からは最短遅延時間で遅延パルスが出力され、
第４番、第５番の出力端子からは最長遅延時間で遅延パ
ルスが出力される。したがって、アレイ振動子１０□〜
１０．はこれに応じた遅延時間で励起され、所望の超音
波ビームＢ２が形成される。そして、それによる反射波
信号は、対応するレシーバ回路Ｒ２〜Ｒ３で増幅され、
加算器１８の第２番〜第９番の入力端子に、遅延時間に
応じた時間差で入力される。以下、順次同様の動作で加
算器１８の入力端子に反射波信号が入力されてゆく。

（ｒＶ）加算器１８、マトリクス回路１９および波形加
算回路２０の動作 第１２図に示すように、加算器１８には、レシーバ回路
Ｒ１〜Ｒ１□に接続された第１番〜第１２８番の入力端
子が備えられている。ところで、加算器１８は分配器１
５の回路構成と同じ回路構成を有し、ただ、入力と出力
の関係が逆になるだけである。したがって、第１１図に
おける第１番〜第１２８番の端子が加算器１８の入力端
子となり。

端子ａ　”　ｈは加算器１８の出力端子となる。前述の
ことから明らかなように１反射波信号が入力されるのは
連続する８つのレシーバ回路のみであるので、加算器１
８の１２８個の入力端子のうち反射信号が入力されるの
は８つの連続する入力端子のみである。したがって、出
力端子ａ　”　ｈのそれぞれに属する入力端子のうちの
１つのみに反射波信号が入力されることになる。

さぎの例にしたがうと、超音波ビームＢ４が放射さ九た
とき、反射波信号は加算器１８の第１番〜第８番の入力
端子に入力され、これら信号はそのまま出力端子ａ　−
ｈから出力される。又、超音波ビームＢ２が放射された
とき、反射波信号は加算器１８の第２番〜第９番の入力
端子に入力され、そのまま出力端子ａ　＝　ｈから出力
される。

次に、マトリクス回路１９は第１０図に示すものと同じ
回路構成を有し、ただ、出力端子と入力端子が逆になる
だけである。即ち、マトリクス回路１９の入力端子は第
１０図に示すａ　”　ｈであり、これら入力端子ａ　”
　ｈは加算器１８の出力端子ａ〜ｈの対応する端子に接
続される。又マトリクス回路１９の各スイッチング素子
の切換の態様もマトリクス回路１４の切換の態様と同じ
である。即ち、超音波ビームＢ□の反射波信号が入力端
子ａ〜ｈに入力されたとき、マトリクス回路１９のスイ
ッチング素子のうち、第１０図に示す四角印の位置のも
のが導通状態とされるので、それら反射波信号は対応す
る出力端子Ａ−Ｈから出力される。

同様に、超音波ビームＢ２の反射波信号が入力端子ａ　
”　ｈに入力されたとき、三角印の位置のスイッチング
素子が導通状態とされ、入力端子ａ　−ｈの反射波信号
は出力端子Ｈ，Ａ−Ｇから出力されることになる。

ここで、超音波ビームＢ１．Ｂ、、Ｂ３について、それ
らの反射波信号の加算器１８における入力端子、マトリ
クス回路１９における入力端子と出力上記の表から明ら
かなように、励起されている連続する８つのアレイ振動
子貞１らの反射波信号は、それらアレイ振動子がどのよ
うに選択されても。

常に当該アレイ振動子の配列順に、マトリクス回路１９
の出力端子Ａ−Ｈから出力される。

出力端子Ａ−Ｈから出力された反射波信号は波形加算回
路２０に入力される。波形加算回路２０には上記出力端
子にそれぞれ接続される遅延回路およびこれら遅延回路
から出力される反射波信号を加算する加算回路（いずれ
も図示されていない）が備えられている。上記各遅延回
路は、位相が異なる反射波信号の位相を一致させ、各反
射波信号を上記加算回路において同位相で加算させるた
めに設けられる。前記（１）式にしたがい、８つのアレ
イ振動子の両端のものからは最も遅く反射波信号が出力
され、中央部のものからは最も早く反射波信号が出力さ
れるので、マトリクス回路１９の出力端子Ａ、Ｈに接続
される遅延回路の遅延時間は最も短く、出力端子り、Ｅ
に接続される遅延回路の遅延時間は最も長い、このよう
にして各遅延回路に適切な遅延時間が設定されると、こ
れら各遅延回路から出力される反射波信号の位相は一致
せしめられ、加算回路においてこれら反射波信号は同一
位相で加算される。

以上、制御回路１１の動作について説明した。

この制御回路１１からの出力は、各超音波ビームの反射
波信号である。この反射波信号に基づいて被検体におけ
る欠陥の有無等が判断される。この判断に好適な処理の
一例を以下に説明する。

制御回路１１で得られた反射波信号は、ピーク検出回路
に入力され、そのピーク値が検出される。

検出されたピーク値はＡ／Ｄ変換器によりディジタル値
に変換された後、画像処理装置に入力される。画像処理
装置では当該ピーク値が設定された閾値を越える値であ
るか否かを判断し、超える場合は例えば低レベル信号、
閾値以下の場合は高レベル信号を表示装置に出力する。

これにより表示装置には、例えば欠陥が存在する場合に
は黒レベル、存在しない場合には白レベルの表示がなさ
れる。そして、各ビーム毎にこのような処理がなされる
ので、アレイ探触子１ｏによる超音波ビームＢ１〜Ｂ　
１１１のＸ軸方向の電子走査およびこのアレイ探触子１
ｏをＹ軸方向に移動させる機械的走査により、被検体の
ある深さの平面断面における全体の欠陥の有無等が表示
装置に平面的に明瞭に表示されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の超音波検査装置は、上述のように、極めて正
確に被検体の欠陥の有無を検査することができる。とこ
ろで、被検体には板状体のものだけではなく種々の形状
のものがある。特に１円筒形状の被検体に対する超音波
による検査は困離である。このような円筒形状の被検体
に対しては、上述の直線形状のアレイ探触子の代りに、
これをリング形状に構成したアレイ探触子を使用するこ
とが考えられる。このようなアレイ探触子を図により説
明する。

第１５図はリング状アレイ探触子の斜視図である。図で
、１０’はリング状アレイ探触子であり、前記のものと
同じアレイ振動子１０１〜１０□８．がリング状に配列
されている。１１′はこれらアレイ振動子１０□〜１０
ｘｘｓを制御する制御部であり、前記制御部１１と同一
構成である。３′は円筒形状の被検体である。被検体３
′を、リング状アレイ探触子１０′のリング内で矢印方
向に移動させることにより、被検体３′の円周方向領域
の検査を長さ方向全体に亘って行なうことができる。

第１６図は第１５図に示すリング状アレイ探触子の正面
図である。第１６図では図示を容易にするため、リング
状アレイ探触子１０’　を円環形状でなくほぼ方形のリ
ング形状で示しである。前記・　　アレイ探触子１０と
同様、アレイ探触子１０１〜１０１□６を同時に８個、
１つずつシフトさせながら励振させてゆくことによりビ
ームＢ８〜Ｂ工、１を発生させることができる。

しかしながら、このようなリング状アレイ探触子１０’
では、制御部１１′が前記制御部１１と同一構成である
ので、最初のビームＢ８と最終のビーム１ス、との間に
ビームが存在しない領域Ｃが存在し、この領域Ｃでは超
音波検査を行なうことができない、即ち、直線状のアレ
イ探触子１０を単にリング状にしてリング状アレイ探触
子１０′を構成しただけでは、円筒形状の被検体３′に
対して、完全に全周検査を行なうことはできないという
不都合を生じる。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、完全な全周検査
を行なうことができる超音波検査装置を提供するにある
。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、リング状に配列
された多数のアレイ振動子より成るアレイ探触子と、前
記アレイ振動子の連続する所定数に遅延パルスを印加し
てこれらアレイ振動子を励振させるパルサと、当該所定
数のアレイ振動子による超音波ビームの反射波信号を受
信するレシーバとを備え、前記アレイ振動子の励振をシ
フトレジスタにより順次シフトして超音波ビームによる
走査を行なう超音波検査装置において、前記シフトレジ
スタを、前記アレイ振動子と同数のフリップフロップ回
路の直列接続により構成し、かつ、最終段のフリップフ
ロップ回路の出力信号を第１段のフリップフロップ回路
に入力する接続手段を設けたことを特徴とする。

［作用］ シフトレジスタの連続する所定数のフリップフロップ回
路の出力により、これらに対応したアレイ振動子が励振
されると、超音波ビームが出力される０次に、シフトレ
ジスタのフリップフロップ回路が１つシフトされた状態
で、所定数のフリップフロップ回路の出力によりこれら
に対応したアレイ振動子が励振されると、次の超音波ビ
ームが出力される。このように、順次、ブリップフロッ
プ回路がシフトされ、次々と超音波ビームが出力されて
ゆき、やがて最終段のフリップフロップ回路が駆動され
ると、その出力は接続手段により第一段のフリップフロ
ップ回路に入力され、当該第一段のフリップフロップ回
路は次のビーム発生に関与する。このように、各フリッ
プフロップ回路は連続してサイクリックに駆動され、こ
れにより、リング全周に亘って超音波ビームが発生する
。

［実施例コ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波検査装置の制御部
のブロック図である０図で、第９図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。１０′は第１
５図および第１６図に示すものと同じリング状アレイ探
触子、１７′は第９図に示すシフトレジスタ回路１７に
相当するシフトレジスタ回路である。このシフトレジス
タ回路１７′の構成を図により説明する。

第２図は第１図に示すシフトレジスタ回路の回路図であ
る０図で、第１３図に示す部分と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。１７Ｌは最終段のフリップフ
ロップ回路１７Ｆ１□の出力端子Ｑと第一段のフリップ
フロップ回路１７Ｆ工の入力端子りとを接続するリード
線である。

第１３図に示すシフトレジスタ回路１７と本実施例のシ
フトレジスタ回路１７′とは１本実施例のシフトレジス
タ回路１７′がリード線１７Ｌを有する点のみで相違し
、その他の構成は同じである。

次に、本実施例の動作を第３図に示すタイムチャートを
参照しながら説明する。プリセット信号ＰＲによるビー
ムＢ工の発生から、クロック信号ＣＫ　１　！。による
ビームＢ１□、の発生までの動作は第１３図に示すシフ
トレジスタ１７の動作と同じである。クロック信号ＣＫ
１！０により、フリップフロップ回路１７Ｆｘｘｓの出
力端子Ｑ１１は「１」となるが、本実施例では、この高
レベル信号「１」はリード線１７Ｌにより第一段のフリ
ップフロップ回路１７Ｆｉの入力端子りに入力される。

このため１次のクロック信号ＣＫ　１　ｓ　ｔにより当
該フリップフロップ回路１７Ｆ１の出力端子Ｑ１は「１
」となり、ビームＢ　、、、に連続するビームＢ１ｏが
出力されることとなる。以下順次ビームＢ１゜〜Ｂｔ！
ｍが出力される。ビームＢ１゜は、フリップフロップ回
路１７Ｆ１□、１７Ｆ工〜１７Ｆ７の８つのフリップフ
ロップ回路の出力端子Ｑ　１　ｘ　ｓ　ｔ　Ｑ　ｘ〜Ｑ
７が「１」となることにより形成される。次のクロック
信号ＣＫ　１　ｘ　ｓの入力により、フリップフロップ
回路１７Ｆ８〜１７Ｆ、の出カ端子Ｑ工〜Ｑ。

が［１」となり、最初のビームＢ２が形成されることに
なる。このように、ビームＢ　［１１とビームＢ１の間
に新らたにビームＢ１！、〜Ｂ、８の７つのビームが形
成され、シフトレジスタ回路１７′はサイクリックに作
動することとなる。この状態を第４図により説明する。

第４図は本発明の実施例に係るリング状アレイ探触子の
正面図である０図で、第１６図に示す部分と同一部分に
は同一符号が付しである。この図から明らかなように、
第１６図に示す領域Ｃ（ビームが存在しない領域）に対
し、本実施例においては一点鎖線で示すビームＢ１□〜
Ｅ３ｉｚｅが形成される。これにより、被検体３′の全
周を完全に超音波検査することができる。

又、第２図およびその動作の説明から明らかなように、
本実施例では、フリップフロップ回路のクリアおよびプ
リセットを行なうのは最初の１回のみであるので、検査
時間の短縮が可能である。

なお、上記実施例の説明では、リング状探触子はそのビ
ームがリングの内方に向うように構成きれた例について
説明したが逆に外方に向うように構成することもできる
。又、同時に励振されるアレイ探触子の数は適宜選択す
ることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明では、シフトレジスタの最終
段のフリップフロップ回路の出力を第一段のフリップフ
ロップ回路に入力するようにしたので、リング状アレイ
探触子の全周に亘って超音波ビームを出力することがで
き、これにより、被検体の全周を完全に超音波検査する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波検査装置の制御部
のブロック図、第２図は第１図に示すシフトレジスタ回
路の回路図、第３図は第１，２図に示すシフトレジスタ
回路の動作を説明するタイムチャート、第４図は第１図
に示すリング状アレイ探触子の正面図、第５図は従来の
超音波検査装置のスキャナ部の斜視図、第６図（ａ）　
、　（ｂ）はアレイ探触子の平面図および側面図、第７
図（ａ）、（ｂ）はアレイ探触子の機能の説明図、第８
図はアレイ振動子の配列図、第９図は第８図に示す制御
部のブロック図、第１０図、第１１図および第１２図は
第９図に示すマトリクス回路、分配器、送受信回路の回
路図、第１３図は第１２図に示すシフトレジスタ回路の
回路図、第１４図（ａ）　、　（ｂ）は第１３図に示す
シフトレジスタ回路の動作を説明するフローチャート、
第１５図はリング状アレイ探触子の斜視図、第１６図は
リング状アレイ探触子の正面図である。 １０’・・・・・・リング状アレイ探触子、１０□〜１
０□Ｉ・・・・・・アレイ振動子、１３・・・・・・送
信遅延回路、１４．１９マトリクス回路、１５・・・・
・・分配器。 １６・・・送受信回路、１７′・・・・・・シフトレジ
スタ回路、２０・・・・・・波形加算回路、Ｂ１−Ｂ１
．・・・・・・超音波ビーム。 第５図 第６図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リング状に配列された多数のアレイ振動子より成るアレ
   イ探触子と、前記アレイ振動子の連続する所定数に遅延
   パルスを印加してこれらアレイ振動子を励振させるパル
   サと、当該所定数のアレイ振動子による超音波ビームの
   反射波信号を受信するレシーバとを備え、前記アレイ振
   動子の励振をシフトレジスタにより順次シフトして超音
   波ビームによる走査を行なう超音波検査装置において、
   前記シフトレジスタを、前記アレイ振動子と同数のフリ
   ップフロップ回路の直列接続により構成し、かつ、最終
   段のフリップフロップ回路の出力信号を第一段のフリッ
   プフロップ回路に入力する接続手段を設けたことを特徴
   とする超音波検査装置。