JPH0245821B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波探傷用画像表示装置に係り、特に
超音波ビームの屈折角0゜、45゜、60゜〜70゜等の複数
の超音波ビームにより探傷した結果を画像として
表示するのに好適な超音波探傷用画像表示装置に
関する。

従来の超音波探傷用画像表示装置は、一探触
子、又は、可変角探触子によるもので、複数振動
子によるものではなかつた（特開昭51−6084号、
特開昭55−149835号）。

かかる従来例では二次元画像メモリを使用す
る。二次元画像メモリは、超音波の反射点たる音
響的不連続部分の位置を二次元平面でとらえ、メ
モリ内のアドレスを二次元平面位置で表わすこと
としたものである。

しかし、上記従来例では、二次元画像メモリの
アドレス決定は、探触子の１つの位置と、超音波
入射角度とによつて決定する。

単一探触子から複数探触子より成る多チヤンネ
ル形探触子が提案されている。上記従来例ではか
かる多チヤンネル形探触子のもとでの二次元画像
メモリのアドレス決定についての記載はない。

本発明の目的は、多チヤンネル形探触子のもと
で二次元画像メモリのアドレス決定を可能とする
超音波探傷用画像表示装置を提供するものであ
る。

本発明は、多チヤンネル形探触子のもとで、二
次元画像メモリのアドレス決定用に、各探触子の
位置を示すオフセツト値を新たに導入せしめるよ
うにしたものである。

本発明の超音波探傷用画像表示装置に用いる超
音波探触子の一例を第１図に示す。

１はシユー、２，３，４は振動素子で、各振動
素子はシユーに接着されている。各振動素子から
は超音波ビーム５，６，７が送出される。

第２図は第１図における任意な振動素子T_iの
XY座標に対する関係を示したものである。

いま、超音波ビームがT_i（x_T、−Ｄ）から発せら
れ、Ｒ点で屈折し、欠陥等の音響的不連続点Ｑ
（x_i、y_i）で反射し、同一経路を通り、T_i（x_T、−
Ｄ）で検出された場合、Ｑ点の座標x_i、y_iは下式
で求められる。

ここで x_R：屈折点ＲのＸ座標位置 ｔ：T_i−Ｒ−Ｑ間超音波伝搬往復時間 t_R：T_i−Ｒ間超音波伝搬片道時間であり、この際
t_Rは下式となる。

t_R＝Ｄ／V〓cosθ ……(2)′ V〓：媒質（シユー）内音速 V〓：媒質（被検査体）内音速 θ：入射角 ξ：屈折角 ξ＝sin^-1（V〓／V〓sinθ） (1)(2)式でＲ点のＸ座標x_Rを探触子基準点のＸ座
標x_Pと振動素子オフセツト距離x_lで置き換える
と、 となる。ここで、オフセツト距離（値）X_lとは、
基準位置（点）からの振動子への距離である。こ
のオフセツト値によつて、振動子が特定できる。
従つて、このオフセツト値は振動子の位置を示す
ことになる。基準位置とは、どこにとつてもよ
く、図では多チヤンネル形探触子の中心位置にと
つた。また、オフセツト値X_lは、振動子位置が特
定できればよく、図の如き入射点（屈折点）では
なく、X_l＝X_Tの如く振動子自体の位置にとつて
もよい。

(3)、(4)式は、時間ｔをＲ点を基準にすれば、 となる。ここで t′＝ｔ−2t_Rとする。

(5)(6)式で、探触子の形状等があらかじめ判つて
いれば、x_l、V〓／２sinξ、V〓／２cosξは各振動素子
に 対して定数となる。よつてＲ点を基準にした、欠
陥等の音響的不連続点までの超音波伝搬時間t′と
探触子基準点のＸ座標が判れば、欠陥等音響的不
連続点の座標（x_i、y_i）が求められる。

第３図は本発明の超音波探傷用画像表示装置の
実施例であり、該表示装置は、第１図に示した構
成となる超音波探触子９、ワイヤ１２、探触子位
置検出装置１１、多チヤンネル型超音波探傷器
８、画像表示部１００より成る。画像表示部１０
０は、データ転送制御回路１５、偏向回路１４、
エコーメモリ１７、デジタル画像メモリ１８、マ
イクロコンピユータ１９、モニタテレビ２０より
成る。

多チヤンネル型超音波探触子９は被検査体１０
の表面に置かれる。探触子位置検出装置１１はワ
イヤ１２を介して探触子９の現在位置を自動認知
する。多チヤンネル超音波探傷器８は、多チヤン
ネル超音波探触子９の各チヤンネル対応の構成と
なつており、探触子９のチヤンネル走査制御を行
い、走査チヤンネル毎に超音波の放射（送信）及
びその放射結果に基づく反射波の検出（受信）を
行わせている。探触子９によつて検出された反射
波はチヤンネル対応に多チヤンネル超音波探傷器
８に送られ、受信となる。

画像表示部１００は、探触子位置検出装置１１
からの探触子９の現在位置信号２３、多チヤンネ
ル超音波探傷器８で検出されたチヤンネル対応の
受信出力２１及びチヤンネル信号２２を取込み、
且つ該画像表示部１００は探傷器８を管理すべく
（タイミングをとるべく）探傷器８に制御信号
（同期信号）１６を送る。

第４図ａ〜ｈは第３図の各部波形を示す。ａ図
は、同期信号１６、ｂは超音波エコー信号２１、
ｃはエコーメモリ１７の２つのメモリ部の一方の
メモリ部の書込み（Ｈレベル）と読出し（Ｌレベ
ル）を示す図、ｄは他方のメモリ部の書込み（Ｈ
レベル）と読出し（Ｌレベル）を示す図、ｅはエ
コーメモリ１７のデジタル画像メモリ１８への出
力、ｆは偏向回路１４でのx_iを求める信号、ｇは
偏向回路１４でのy_iを求める信号であり、この
x_i、y_iがデジタル画像メモリ１８のアドレス値と
なる。ｈは超音波探傷器８からマイクロコンピユ
ータ１９に入力するCH（チヤンネル）信号２２
である。

画像表示部１００内のエコーメモリ１７、画像
メモリ１８は共にデジタル信号であり、従つて、
偏向器１４の出力であるメモリ１８のアドレス情
報もデジタル信号となつていなければならぬ。位
置検出装置１１自体による位置検出は一般にアナ
ログであり、従つて、該位置検出装置１１の内部
又は偏向器１４の内部にAD変換機能を持つと理
解すべきである。更に、エコーメモリ１７の入力
となる超音波エコー信号２１もデジタル信号でな
ければならず、従つて、探傷器８の内部にもAD
変換機能を有していると理解すべきである。マイ
クロコンピユータ１９は本実施例の全体の管理を
行つている。第１には、欠陥等音響的不連続点の
座標算出のための各種情報（X_l等）を格納し座標
算出のために送出すること、第２は各種タイミン
グのための管理信号を送出することである。この
第２の内容には、デジタル画像メモリ１８のリセ
ツト指令、エコーメモリの書込み、読出しの制御
信号等がある。データ転送制御回路１５はマイク
ロコンピユータ１９の出力回路の役割を果す。

データ転送制御回路１５からの第４図ａに示す
同期信号１６により多チヤンネル型超音波探傷器
８が超音波探触子９の各振動素子CH1、２…と
順次励振する。励振された振動素子からは超音波
が５，６，７の順で被検査体１０内に発せられ
る。超音波は被検査体１０内の欠陥等音響的不連
続点で反射し、振動素子に受信される。この受信
超音波が電圧信号として多チヤンネル型超音波探
傷器８に入力され増幅検波され第４図ｂに示す超
音波エコー信号２１としてエコーメモリ１７に一
定周期ごとにサンプリング記憶する。エコーメモ
リ１７は２つのメモリ部を持ち、第４図ｃ，ｄに
示す如く、同期信号１６の周期ごと交互に、書き
込み、読み出しを行なう構成となつている。これ
によつてデータのスループツトを向上させてい
る。第４図ｅはかくして得られたデータであり、
エコーメモリ１７に書込まれる。一方、超音波探
傷器８からは超音波エコー信号２１を出力すると
同時に、励振された振動素子のCH信号２２をマ
イクロコンピユータ１９に出力する。マイクロコ
ンピユータ１９はこのCH信号２２から、あらか
じめ設定されている探触子の形状や、被検査体の
音速等のデータにより、各振動素子に対する偏向
回路１４の制御データを作り出す。この制御デー
タは前述の式(5)、(6)のx_l、V〓／２sinξ、V〓／２cos
ξに 対応する。このデータは偏向回路１４に送出す
る。一方、偏向回路１４は第４図ｆ，ｇに示す如
く各チヤンネル対応の三角波を発生し、各チヤン
ネル毎に超音波の放射から受信までの時間の管理
を行つている。第４図ｆで、x_i1はチヤンネル番
号CH1のｘ座標を示す。CH1は第１図の探触子
２に対応し直下放射、直下反射の事例である。従
つて、ｘ座標はx_i1のままでｙ座標の反射時間の
みを算出すればよい。図では、ｙ座標反射点は
y_i1とし、チヤンネルCH1では点（x_i1、y_i1）が音
響的不連続点（正確には不連続点対応の反射時間
を示す点）と認定できる。この検出点（x_i1、y_i1）
は三角波から自動的に得られるものであり、本来
の求めるべき被検査体上の絶対座標ではない。こ
の絶対座標とは表示画面上に表示させる際の走査
面上の二次元表示座標と考えてよく、上記検出点
を表示座標対応に変換（補正）させなければなら
ない。この変換処理は、上記の制御データ及び検
出装置１１の出力を利用する。次のチヤンネル
CH2は第１図の探触子３に対応する故、ｘ座標、
ｙ座標共に三角波が利用される。反射波を検出し
た時点が音響的不連続点（x_j2、y_j2）となる。同
様に、CH3に対しては（x_k3、y_k3）が音響的不連
続点となる。

第５図には、（x_i1、y_i1）相当位置の表示画面上
のアドレスを示している。このアドレスが画像メ
モリ１８のアドレスを指示する。即ち、該制御デ
ータをもとに、偏向回路１４では、式(5)、(6)で示
すt′の変化に対するx_i、y_iの値を作り出す。この
x_i、y_iの値は、デジタル画像メモリ１８のアドレ
スとして使用される。一方、t′に対応するものと
しては、エコーメモリ１７に取込まれた超音波エ
コー信号２１の取込まれた順番がそのまま対応す
るので、エコーメモリ１７から順次第６図に示す
如く各チヤンネル対応に格納された、超音波エコ
ーデータを取り出し、偏向回路１４にて指定され
たデジタル画像メモリ１８の特定アドレスにその
データを第７図に示す如く書き込んでいけば、求
める断面像がモニタテレビ２０で表示される。但
し、第７図のCH1、CH2、CH3の各ラインは実
際には存在していない。

以上の実施例によれば、マルチ超音波探傷器に
おいて、各チヤンネル対応の表示が一つの画面に
可能となつた。また、その表示は実時間で可能と
なる。尚、上記実施例で、偏向回路１４を排し
て、偏向回路１４の役割をマイクロコンピユータ
１９に持たせてもよい。この時には座標計算は完
全にデジタル処理であり、ソフトウエアによつて
なしうる。また多チヤンネルの探触子の構成も第
１図の探触子に限定されることははない。後述す
る第８図、第９図の如き探触子の構成も当然あり
うる。

本発明の効果を従来例と比較して図面により説
明する。第８図、第９図は被検査体として、第８
図１、第９図１に示す如き特徴を有する被検査体
の場合をの表示画像を示す。即ち、第８図１は底
面がａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｇ−ｈ−ｉ−ｊの如く
平坦でなく被検査体であり、第８図２はその底面
図を示している。図でｆは欠陥部を示す。かかる
被検査体１０Ａを従来の１個直下型走査の超音波
探触子９Ａで走査した場合の表示画面を第８図３
に示す。この探触子９Ａでは、上面と平行な面で
あるａ−ｂ、ｃ−ｄ、ｇ−ｈ、ｉ−ｊが検出でき
る音響的不連続点となる。更に欠陥ｆの一部も検
出できる。但し、平行でない面ｂ−ｃ、ｄ−ｅ、
ｅ−ｇ、ｇ−ｉは検出されず、また、欠陥ｆの全
部は検出不可となる。第８図４は１個の傾斜型探
触子９Ｂを使用した場合の画像であり、ｄ−ｅ、
ｈ−ｉ、及びｆの一部が検出できる。この第８図
３，４は別々に表示され、両者を統一して同一表
示画面に実時間で表示することは不可能である。
これに対して、第８図５に示す如く、直下型のチ
ヤンネル、互いに方向が90゜程度異なる２つの傾
斜型チヤンネルを組み込んでなる本発明の多チヤ
ンネル探触子を使用した場合には底面の部分がす
べて検出でき、且つ欠陥ｆもすべて表示できるこ
とになる。第９図１はＴ字形の欠陥ａ−ｂ−ｃを
持つ被検査体の事例であり、第９図２は直下型、
第９図３は傾斜型の探触子の表示事例を示してい
る。第９図４は、本発明の多チヤンネル型の探触
子９によれば、底面及び欠陥ａ−ｂ−ｃの検出が
可能となる。

本発明によれば、多チヤンネル探触子のもと
で、各探触子オフセツト距離（値）を与えること
によつて二次元画像メモリのアドレスを作成でき
るようになつた。これにより、多チヤンネル探触
子による反射信号を表示画面に、平面的に表示で
きるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多チヤンネル探触子の使用説
明図、第２図は検出座標の説明図、第３図は本発
明の探傷装置の実施例図、第４図ａ〜ｈは各タイ
ムチヤート、第５図はアドレス構成例図、第６図
はメモリ１７のデータ構成図、第７図はメモリ１
８のデータ構成図、第８図１〜５、第９図１〜４
は従来例と本発明の効果の比較説明図である。 ８……多チヤンネル型超音波探傷器、９……超
音波探触子、１７……エコーメモリ、１８……画
像メモリ、１９……マイクロコンピユータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入射角度および位置をそれぞれ異にする多チ
   ヤンネル型の複数探触子と、 該各探触子対応に時分割に被検体に超音波を送
   信する手段と、 被検体内の音響的不連続部からの反射信号を該
   各探触子対応の探傷条件にて時分割に受信する手
   段と、 被検体内の照射面対応にアドレス化されてなる
   二次元画像メモリと、 該メモリのアドレスを設定し、反射信号を格納
   させるメモリ制御手段と、 上記二次元画像メモリの格納内容を表示する表
   示部とを有し、 上記、メモリ制御手段は、 各チヤンネルの振動子に対応した振動素子オフ
   セツトX_l、探触子シユー内音速V〓と被検体内の
   音速V〓と入射角θとにより得られる被検体内へ
   の各チヤンネルごとの屈折角ξ、及び共通の探触
   子基準点Xpとを該チヤンネルごとに組み合わせ、
   上記受信手段で受信した反射信号の発生源たる音
   響的不連続位置決定用の偏向信号を作成して発生
   する手段と、 該偏向信号と受信手段からの受信反射信号との
   一致時点を持つて、上記二次元メモリのアドレス
   位置とする手段と、該二次元メモリのアドレス位
   置に反射信号を記憶させる手段と、 を備えてなる超音波探傷用画像表示装置。