JPH0242355A - 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材の探傷を行なう超音波検
査装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波検査装置は、被検材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。被検材内部の欠陥の有無は、被検材の所定
の範囲についてチエツクされることが多く、その場合に
は、被検材表面の上記範囲を探触子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ー探触子が実用化されている。以
下、このようなアレー探触子を用いた超音波検査装置に
ついて説明する。

第３図は従来の超音波検査装置のスキャナ部の斜視図、
第４図（ａ）、（ｂ）はアレー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
材である。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に装着されたポール、１０はアレー探触子である。

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
てアレー探触子１０をＸ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。

アレー探触子１０は多数の微小な圧電素子（以下これら
圧電素子をアレー振動子と称する）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
ー振動子はパルスを与えられると超音波を放射し、その
超音波の反射波をこれに比例した電気信号に変換する。

第４図（ａ）、　（ｂ）に各アレー振動子が符号１０．
〜１０７て示されている。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
レー振動子１０１〜１０７相互のピッチを示す。

１１はアレー探触子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ー探触子１０の機能の概略
を第５図（ａ）、（ロ）を参照しながら説明する。

第５図（ａ）で、Ｔ１〜Ｔ、は−列に配置されたアレー
振動子、Ｄ１〜Ｄ、は各アレー振動子１０Ｉ〜１０、に
接続された遅延素子、ｐは各アレー振動子Ｔ　＋　””
　Ｔ　ｖに入力されるパルスである。遅延素子ＤＩ、Ｄ
９の遅延時間（ｔ　１９）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（ｔｚｉ）、遅延
素子Ｄｉ、Ｄ？の遅延時間（ｔ３ｔ）、遅延素子Ｄ４．
Ｄ６の遅延時間（ｔ　ａｂ）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ｔ、とすると次式の関係にある。

ｔ　Ｉｑ＜　ｔ　ｚｓ＜　ｔ　ｚ７＜　ｔ　ａｂ＜　ｔ
　ｓ　　−−−−−−−（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、アレー振動子
Ｔ、−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、アレー振動子Ｔ、、Ｔ、から最も早
く、又、アレー振動子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、各アレー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５図（ａ）でこの地点が符号Ｂで示されている。この
他点Ｂにおける超音波の大きさは他の地点の超音波の大
きさに比較して塵かに大きいので、恰も各アレー振動子
Ｔ、〜Ｔ、からの超音波が破線に示すように地点Ｂに集
束したのと同じ状態となる。

換言すれば、−列に配列したアレー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Ｂに集束させたのと同様な状態とすることができる。

この地点Ｂを焦点と称する。

（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Ｂは一点鎖線で示すよ
うにより長い焦点Ｂ”に移行する。したがって、各遅延
素子り、〜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、これを被検材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５図（ｂ）は第４図（ａ）、　（ｂ）に示すアレー探
触子１０の機能の説明図である。この図で、１０．〜１
０゜は第４図（ａ）に示すものと同じアレー振動子であ
り、各アレー振動子１０．〜１０．にはそれぞれ図示さ
れていないが遅延素子が接続されている。図示の例では
、まずｍ個のアレー振動子１０＋　〜１０１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５図（ｂ）に符号Ｂ、で示さ
れている。次に、アレー振動子を１つずらして同じくｍ
個のアレー素子１０、〜１０１．ｌ＋１に対して、前回
のアレー振動子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Ｂ
２で示されている。以下、アレー振動子を１つずつ順に
切換えてゆき、最後にアレー振動子１０１ｇ−６＋１〜
１０７を選択して、同じパターンの遅延時間を与え、焦
点Ｂ　ｒ＋−ｍ＋＋　を得る。このような手段により、
結果的にはアレー探触子１０によって焦点Ｂ＋〜Ｂ７−
１．１までの超音波による走査が実行されたことになる
。なお、第５図（ロ）で、ＡＰはアレー振動子ピッチ、
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、上記アレー探触子を用いた超音波検査装置の制御
回路について説明する。第６図はその制御回路のブロッ
ク図である。第６図で、１０はさきに説明したアレー探
触子、７Ｍ、８Ｍはそれぞれアーム７をＹ軸方向に、ホ
ルダ８をＸ軸方向に駆動するモータ、７Ｅ、８Ｅはそれ
ぞれモータ７Ｍ、８Ｍに駆動信号を出力するとともにそ
れらの駆動量を検出して出力するエンコーダである。２
０は信号処理装置を示し、ＣＰＵ　（中央処理装置）２
０ａ、画像処理のための画像メモリ２０ｂ、信号処理装
置２０と外部回路との間で入出力を行なうためのインタ
フェース２０ｃ１キーボード２０ｄ等で構成されている
。信号処理装置２０はその他ＲＡＭ、ＲＯＭ等の素子を
備えているが図示は省略する。２１は表示装置を示す。

２２は送信制御回路であり、ＣＰＵ２０ａからの指令に
より、第５図（ａ）、　（ｂ）に基づいて説明した遅延
時間、アレー素子の選択、切換えを制御する。

２３はパルスｐを出力するパルサであり、各アレー振動
子毎に設けられている。２４はアレー素子からの超音波
反射波信号を受信増幅するレシーバであり、同じく各ア
レー振動子毎に設けられている。２５は受信制御回路で
あり、各アレー振動子からの信号に対する前述の遅延９
選択、切換えの制御を行なう。２６は波形加算器であり
、受信制御回路２５における遅延の結果、同時刻に出力
される各受信信号をすべて加算する。２７はピーク検出
回路であり、被検材３の表面からの所定の深さ範囲の信
号のみを採取するゲート機能を有するとともに、その範
囲内でのピーク値のみを保持して出力する機能を備えて
いる。２８はピーク検出器２７に保持されたピーク値を
これに相当するディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器で
ある。

上記超音波検査装置は、送信制御回路２２により各パル
サ２３の出力を制御して、各アレー振動子１０１〜１０
７から順次超音波を放射させるとともにその反射波を受
波し、各レシーバ２４で受信する。これにより、被検材
３に対するＸ軸方向第１列の超音波による電子走査が行
なわれる。次いで、ＣＰＵ２０　ａの指令によりモータ
７Ｍが駆動され、アーム７、即ちアレー探触子１０がＹ
軸方向に所定のサンプリングピッチＹＰだけ移動せしめ
られる（機械走査）。この状態で、Ｘ軸方向第２列の超
音波による電子走査が上記と同様の方法で行なわれる。

このような動作を繰返すことにより被検材３に対するＸ
−Ｙ平面の超音波走査が行なわれ、この超音波走査の間
に各レシーバ２４で受信された反射波信号は、順次画像
メモリ２０ｂにおける所定のアドレスに格納されてゆく
。なお、Ｘ軸方向１ラインの走査時間は極めて短かいの
で、Ｙ軸方向の機械走査は停止することなく行なうこと
ができる。画像メモリ２０ｂに格納されたデータに基づ
いて上記超音波走査による被検材３の超音波像が表示装
置２１に表示される。この表示された超音波像を観察す
ることにより被検材３の欠陥のチエツクが行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記超音波検査装置の電子走査（Ｘ軸方向の走査）にお
いて、第５図ら）に示すように焦点Ｂ、〜Ｂ　１．−ｍ
ｌの集束位置でデータサンプリングを行なうと、焦点位
置により受信された信号のレベルがばらつく現象が生じ
る。これを第７図に示す。第７図で横軸には電子走査方
向のサンプリング位置が、又、縦軸には受信信号レベル
がとっである。

図から明らかなように、受信信号レベルは可成り大幅な
ばらつきとなっている。発明者は、このようなばらつき
を生じる原因を探究した結果、その主たる原因の１つが
、アレー探触子１０．パルサ２３およびレシーバ２４に
あることが判明した。

これを図により説明する。

第８図はアレー探触子、パルサおよびレシーバの詳細ブ
ロック図である。図で、１０．〜１０．ｌはアレー探触
子１０を構成する各アレー振動子を示す。さきに述べた
ように、各アレー振動子１０１〜１０７はそれぞれ、パ
ルサ２３１〜２３ｆｉ、レシーバ２４１〜２４．ｌと接
続されている。このような構成において、各アレー振動
子１０１〜１０ｎの感度、各パルサ２３１〜２３１１の
感度、各レシーバ２４ｔ〜２４．１の感度にはそれぞれ
ある程度の差が存在することは避は得ない。したがって
、アレー振動子、パルサ、レシーバの３者の感度がいず
れも低いものどうしが接続された場合、受信信号レベル
は可成り低下し、逆に３者の感度がいずれも高いものど
うしが接続された場合、受信信号レベルは可成り上昇し
、この結果、受信信号レベルがばらつくことになる。

第９図（ａ）は上記のような受信信号のばらつきを有す
る超音波検査装置により欠陥のある被検材を検査する場
合の図、第９８図（ｂ）は第９図（ａ）に示す場合の検
査結果の超音波像を示す図である。第９図（ａ）で、３
は被検材、３ｆは被検材３の凹み状欠陥部分、１０はア
レー探触子である。又、第９図（ロ）で、２１ａは表示
部２１の表示面、Ａは被検材３の輪郭の超音波像、３ｆ
’は欠陥部３ｆの超音波像を示す。Ｓ　Ｉ”　Ｓ　ｂは
上記超音波検査装置の受信信号のばらつきの結果Ｙ軸方
向に生じる縞である（実際には種々の幅の縞が多数体じ
る）。これらの縞のため、欠陥部３ｆの超音波像３ｆ’
の観察が困難になり、その困難の度合は受信信号のばら
つきがひどくなるほど大きくなる。

このようなばらつきを除去する手段として、各パルサ２
３１〜２３７又は各レシーバ２４＋〜２４７に感度調整
部を設けて受信信号のレベルを調整することが考えられ
る。この手段は、アレー振動子の総数ｎが少ない場合に
は可能であるが、その総数ｎが１００〜２００になる場
合には感度の調整だけで極めて多くの時間を要するばか
りでなく、感度調整部を設けることによる回路実装面積
が膨大なものとなる。したがって、上記手段は到底採用
し得す、結局、受信信号のばらつきによる検査の困難さ
を解消することはできない。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
受信信号のばらつきの影響を容易に除去することができ
、これにより欠陥部の明瞭な画像を表示して被検材の検
査を正確に行なうことができる超音波検査装置を提供す
るにある。

〔発明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、多数のアレー振
動子を少なくとも１列配列して成るアレー探触子と、こ
のアレー探触子により被検材の表面を超音波走査して得
られた超音波データを記憶する記憶部と、この記憶部に
記憶されたデータに基づいて超音波像を表示する表示部
とを備えた超音波検査装置において、欠陥部をもたない
前記被検材と同一の基準材の超音波データを記憶する他
の記憶部と、前記記憶部のデータから当該データに対応
する前記他の記憶部のデータを減算する演算手段と、こ
の演算手段の演算結果を前記表示部に入力する入力手段
とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

最初に、被検材と同一であり、がっ、欠陥のない基準材
を用意し、一方、既設の記憶部とは別の他の記憶部を設
けておく。被検材の検査に際し、まず、基準材を超音波
走査し、そのデータを前記他の記憶部に格納しておく。

次いで、検査対象たる被検材の超音波走査を実行し、そ
のデータを既設の記憶部に格納し、当該データから前記
他の記憶部に格納された対応するデータを減算し、減算
結果を表示部に表示する。前記減算により受信信号のば
らつきにより生じる縞が除去され、所期の超音波像を得
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の超音波検査装置のブロック図である。

図で、第６図に示す部分と同−又は等価な部分には同一
符号を付して説明を省略する。２０ａ°はＣＰＵ２０ａ
に相当するＣＰＵであり、ＣＰＵ２０　ａとは処理手順
を異にする。２０ｅは画像メモリ２０ｂとは別に設けら
れた画像メモリである。

次に、本実施例の動作を第２図（ａ）〜（Ｃ）に示す超
音波像の表示図を参照しながら説明する。まず、被検材
３と同一の部材で、かつ、欠陥部のない部材（基準材）
を用意し、これを被検材３に対する場合と全く同様の方
法で超音波走査し、そのデータを画像メモリ２０ｅに格
納しておく。このような準備をした後、被検材３の超音
波走査を従来と同様に実施し、そのデータを画像メモリ
２０ｂに格納する。

今、上記被検材３が、第９図（ａ）に示すものと同じ被
検材であるとする。そして、仮に、画像メモリ２０ｂに
格納されたデータに基づいて表示部２１に超音波像を表
示したとすると、その超音波像は第２図（ａ）に示すも
のとなる。ここで、第２図（ａ）は第９図（ｂ）に示す
ものと同じ超音波像である。一方、画像メモリ２０ｅに
格納されたデータに基づいて表示部２１に超音波像を表
示したとすると、その超音波像は、基準材が欠陥部をも
たないので、第２図［有］）に示すものとなる。なお、
第２図（ロ）で第２図（ａ）と同一部分には同一符号が
付しである。結局、両超音波像は、欠陥部の像３ｆ’を
除き他は同一である。第２図（ａ）、　（ｂ）により、
画像メモリ２０ｂに格納されたデータから画像メモリ２
０ｅに格納されているデータを減算すれば、丁度績Ｓ　
Ｉ’＝　Ｓ　ｈが消去されて欠陥部３ｆのデータのみが
残ることが判る。

上記のように、被検材３のデータを画像メモリ２０ｂに
格納した後、ＣＰＵ２０ａ’　は、当該データと画像メ
モリ２０ｅに格納されているデータとをとり出し、対応
するものどうしについて前者から後者を減算し、得られ
た差のデータを表示部２１に表示する。前述のように、
当該差のデータは欠陥部３ｆのデータのみであるから表
示部２１に表示されるのは第２図（Ｃ）に示すように欠
陥部３ｒの超音波像３ｆ’のみとなる。

このように、本実施例では、被検材の超音波走査データ
から基準材の超音波走査データを減算し、その差のデー
タを表示部に表示するようにしたので、各パルサ又は各
レシーバに感度調整部を設けることな（受信信号レベル
のばらつきにより生じる縞の像を除去することができ、
これにより欠陥部の超音波像のみが明瞭に表示され、被
検材に対する検査を正確に行なうことができる。

なお、上記実施例の説明では、アレー振動子が一列に配
列されたアレー探触子を例示して説明したが、アレー振
動子がマトクリス状に配列された探触子を用いることも
できる。又、別途、他の画像メモリを設ける例について
説明したが、既設の画像メモ、りの容量に余裕があれば
、これを用いてもよいのは明らかである。さらに、ＣＰ
Ｕによる減算は、被検材のデータサンプリング毎に行な
うこともでき、これにより検査時間を短縮することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、被検材の超音波データ
から基準材の超音波データを減算し、その差を表示部に
表示するようにしたので、受信信号レベルを調整する感
度調整部を設けることなく、当該受信信号レベルのばら
つきによる悪影響を除去し、欠陥部の超音波像のみを明
瞭に表示することができ、ひいては、被検材の検査を正
確に行なうことができる。

【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ブロッ
ク図、第２図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は表示部に表
示される超音波像を示す図、第３図は超音波検査装置の
スキャナ部の斜視図、第４図（ａ）、　（ｂ）はアレー
探触子の平面図および側面図、第５図（ａ）、　（ｂ）
はアレー探触子の機能め説明図、第６図は従来の超音波
検査装置のブロック図、第７図は受信信号の波形図、第
８図はアレー探触子、パルサ、およびレシーバの詳細ブ
ロック図、第９図（ａ）は欠陥部を有する被検材の側面
図、第９図（ロ）は当該被検材の超音波像を示す図であ
る。 １０−−−−−−−アレー探触子、２０　ａ　’　−−
−−−−ＣＰ　Ｕ　。 ２０　ｂ　、　　２０　ｅ−−−−−一画像メモリ、２
０　ｃ−−−−−−インタフェース、２１−・−一−−
−・−表示部。 第３図 Ｉ 第２図 第４図 第８図 第９図 （ｂ） ！？’

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数のアレー振動子を少なくとも１列配列して成るアレ
   ー探触子と、このアレー探触子により被検材の表面を超
   音波走査して得られた超音波データを記憶する記憶部と
   、この記憶部に記憶されたデータに基づいて超音波像を
   表示する表示部とを備えた超音波検査装置において、欠
   陥部をもたない前記被検材と同一の基準材の超音波デー
   タを記憶する他の記憶部と、前記記憶部のデータから当
   該データに対応する前記他の記憶部のデータを減算する
   演算手段と、この演算手段の演算結果を前記表示部に入
   力する入力手段とを設けたことを特徴とする超音波検査
   装置。