JPH0269654A - 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、被検材を破壊することな（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ｉｔ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、１０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ボール９と協
働してアレイ探触子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
超音波の被検材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１０
＋〜ｌＯ，１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、Ｘ
Ｐ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１０Ｉ〜１０７相互のピッチを示す。１
１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　Ｉ＝　Ｔ　ｑは一列に配置された
アレイ振動子、Ｄ１〜Ｄ、は各アレイ振動子Ｔ、〜Ｔ、
に接続された遅延素子、ｐは各アレイ振動子Ｔ、〜Ｔ、
に入力されるパルスである。遅延素子ＤＩ、Ｄ９の遅延
時間（ｔ１９）は等しく設定されている。同じく、遅延
素子り、、Ｄａの遅延時間（ｔｚ。）、遅延素子Ｄｚ、
Ｄｙの遅延時間（ｊ３ｆｆ）％遅延素子Ｄ４．Ｄｂの遅
延時間（ｔ　４＆）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。

１、、＜　１．８＜　１．、＜　１４．＜　１．・・・
・・・・・・（１）今、各遅延素子Ｄ　Ｉ”’　Ｄ　９
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
１〜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Ｔ＋　、Ｔ９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、
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区かに大きいの
で、恰も各アレイ振動子Ｔ１〜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、−列に配列したプ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とすることができる。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。

〜Ｔ、により、焦点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１０．〜１０、ｌ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０図示の
例では、まずｍ個のアレイ振動子１０１〜１０．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５図（ｂ）に符号Ｆ又、
みかけ上の超音波ビームが符号Ｂ１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１０２〜１０ｆｆｉ、、に対して、前回のアレイ振動
子１０１〜１０．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１０
１１−１１４１〜１０ｆｉを選択して、同じパターンの
遅延時間を与え、焦点Ｆ　Ｔ１−ｎ４１　＋超音波ビー
ムＢｆｉ−１，１を得る。このような手段により、結果
的にはアレイ探触子ｌＯによって焦点Ｆ、〜Ｆ６−１ｊ
＋１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、被検材の検査すべ
き範囲におけるＸ軸方向の長さを１２０ｍ５、アレイ探
触子１０におけるアレイ振動子数を１２８、アレイ振動
子ピッチを１１、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本で被検材の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、１
０ｔ　〜ＬＬ−ａはアレイ振動子、８１％Ｂ＋２１は超
音波ビームを示す。図の各アレイ振動子１０゜〜１０１
゜にはそれぞれ１番〜１２８番の番号が付されている。

１１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。

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〜Ｂｌ！ｌ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８１〜ＢＩＺＩ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Ｂ、〜Ｂ１□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１０１〜１０１
＊ｓ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１０．〜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個のアレイ振動子に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１９から出力される８つの信号を、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材
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図を参照しながら順次説明する。

（１）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　ｗ　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　ｗ　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、ｅ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Ｂ１
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〜トＩは順に
端子ｔ＋−ｈ、ａに接３売される。したがって、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□〜１０９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、Ｉを形成するアレイ振動１０、〜１０
１゜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。

（ｎ）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。

図で、ａ　ｙ　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１０、〜１０１２８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１２
８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１０１〜１０．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６次いで、アレイ振動子ｔＯＷ〜１０．
によりビームＢ２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１
４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〜ＸＩｔｍはアンド回路、Ｐ１〜Ｐ１□は
パルサ回路、ＲＩ”’　Ｒ＋□８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ｉｏｔ〜１０＋□、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Ｘ　＋　””　Ｘ　＋
。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の第１番〜第１２８番の出力端子
に接続されている。このアンド回路Ｘ１〜Ｘ　、！。

は前記（Ｉｆ）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Ｐ１〜ＰＩ□、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の第１番〜
第１２８番の出力端子は、上記のようにアンド回路Ｘ、
％Ｘ、２．に接続されるとともに、レシーバ回路Ｒ１〜
ＲＩＺＩにも接続される。

又、レシーバ回路Ｒｔ　””　ＲＩ□、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。

シフトレジスタ回路１７は、マイクロプロセッサ１２の
指令により、８つの連続する出力端子から同時にパルス
を出力するとともに、これら出力端子を１つずつずらし
てゆく、今、アレイ振動子１０、−ＩＬにより超音波ビ
ームＢ、を形成する場合、シフトレジスタ回路１７の第
１番〜第８番の出力端子からパルスが出力され、アンド
回路Ｘ　ｌ−Ｘ　ｅの一方の入力端子は高レベルとされ
る。

それと同時にレシーバ回路Ｒｌ”−Ｒ＠がトリガされ、
それら各レシーバ回路が作動状態になる。このとき、分
配器１５の第１番〜第８番の出力端子からは前述のよう
に所定時間遅延されたパルスが出力されるので、アンド
回路Ｘ１〜Ｘ、の他方の入力端子は、分配器１５の第１
番〜第８番のパルスの遅延時間後に高レベルとなり、こ
の時点でそのアンド回路が導通状態となって対応するパ
ルサ回路をトリガするトリガ信号を出力する。さきの分
配器１５の説明で述べたように、この場合、その第１番
、第８番の出力端子からの出力が最も早く、第４番、第
５番の出力端子からの出力が最も遅いので、パルサ回路
Ｐ１〜Ｐ、のパルス出力もそれに応じ、結局、アレイ振
動子１０＋、１０ｇが最も早く励起され、アレイ振動子
１０４，１０５が最も遅く励起され、これにより所期の
超音波ビームＢ、が形成される。

この超音波ビームＢ＋が被検材に放射されると、その反
射波は各アレイ振動子１０．〜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７レ
イ振動子１０．〜１０．から出力された反射波信号はそ
れぞれレシーバ回路Ｒｌ”　Ｒｓ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．〜１０ｍに入射する反射波
は、当然、プレイ振動子１０１，１０．への入射が最も
早く、アレイ振動子１０ａ、１０ｓへの入射が最も遅い
、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早く、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遅くなる。

超音波ビームＢ、の形成に次いで、シフトレジスタ回路
１７の出力は１つシフトされ、第２番〜第９番の８つの
出力端子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Ｂ８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〜Ｒ７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。

（ＩＶ）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〜ＲＩ２１１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１５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、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１８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。

さきの例にしたがうと、超音波ビームＢ１が放射された
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、マトリクス回路工９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Ｂ１の反射波信号が入力端子ａ　ｗ
　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　
ｗ　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Ｂ、、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端子の関係を示す
と次表のようになる。

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つのアレイ振動子からの反射波信号は、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早（反射波信号が出力
され、中央部のものからは最も遅く反射波信号が出力さ
れるので、マトリクス回路Ｉ９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長（、出力端子り、Ｈ
に接続される遅延回路の遅延時間は最も短かい。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材におけ
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闇値を越える値であ
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ｌＯによる超音波ビームＢ１〜８１
！＋のＸ軸方向の電子走査およびこのアイ探触子１０を
Ｙ軸方向に移動させる機械的走査により、被検材のある
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、極めて明
確に被検材の欠陥の有無を検査することができる。とこ
ろで、上記超音波検査装置により多量の被検材の検査を
行なう場合、その検査速度をさらに速くしたいという強
い要望が提出されているが、当該超音波検査装置の検査
速度は１回の電子走査に要する時間、即ち、（超音波ビ
ームの本数）×（スイッチング速度）により制約される
。

ここで、スイッチング速度は通常アレイ振動子を励振す
るパルサの繰返し速度（周波数）に等しくされている。

したがって、上記時間の短縮は望めず、被検材のＸ軸方
向（電子走査方向）の検査範囲が大きければ超音波ビー
ムの本数も増大し、検査時間も必然的に増大するという
問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
電子走査時間、ひいては被検材の検査時間を大幅に短縮
する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、本発明者は、まず、アレイ
振動子を複数個ずつに区分し、これら各区分毎に従来装
置と同じ制御回路を接続することを考えた。しかしなが
ら、超音波ビームの形成に複数個のアレイ振動子が使用
されるので、必然的に、隣接する区分間で超音波ビーム
が欠落するという問題が生じる。本発明者は、さらに検
討を重ねた結果、上記のような超音波ビームの欠落を生
じず、しかも電子走査時間を大幅に短縮する手段を発明
した。即ち、本発明は、列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
記アレイ振動子を複数の領域に区分しこれら各区分毎に
前記アレイ振動子の前記所定数の選択およびシフトを行
なう区分選択手段と、前記レシーバに接続される入力端
子を有しこれら入力端子が前記各領域に対応するブロッ
クおよび前記各領域の境界部分に対応する中間部に区分
されるとともに前記各ブロック毎に前記所定数の出力端
子を存する入出力部と、前記中間部の各入力端子を隣接
する前記ブロックに選択的に属せしめる切換手段とを設
けたことを特徴とする。

〔作　用〕

多数個配列されたアレイ振動子は複数の領域に区分され
、これらアレイ振動子に接続されているパルサおよびレ
シーバも当該領域に区分される。

区分された各領域毎の所定数のパルサから遅延パルスが
出力されると、それらパルサに接続されたアレイ振動子
は励振され、超音波ビームを放射しその反射波を入力し
て反射波信号を出力する。これら反射波信号は励振され
たプレイ振動子に接続されているレシーバを経て入出力
部の入力端子に入力する。

入力端子のうち、中間部の入力端子はこれら入力端子に
対応するアレイ振動子の励振にしたがって、当該励振さ
れているアレイ振動子が属する領域に対応するブロック
側に切換手段により切換えられる。この切換えは、励振
されるアレイ振動子が領域の最初の部分および、又は終
りの部分にあるときに行なわれ、これにより領域間の超
音波ビームの欠落が防止される。

各領域の所定数のアレイ振動子の励振は順次ずらされて
ゆき、これにより各領域毎の超音波ビームの電子走査が
実施される。したがって、反射波信号は１ラインにつき
同時に領域数だけ採取され、電子走査時間は著るしく短
縮される。

〔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図は本発明の実施例に係る超音波検査装置のブロッ
ク図、第２図は第１図に示す実施例で用いられるアレイ
振動子の励振方法の概念を説明するアレイ振動子の配列
図である。本実施例においても、さきに挙げた例と同じ
（、アレイ振動子数１２８、アレイ振動子ピッチ１ｍｍ
、同時励振アレイ振動子数８、超音波ビーム本数１２１
の場合について説明する。

最初、第２図により本実施例の励振方法の概念を説明す
る。第２図で、１０はアレイ探触子、１０、〜１０゜６
はアレ・イ振動子で、これらは従来のものと同じである
。２５は本実施例の制御回路であり、その構成は第１図
に示されている。本実施例では、アレイ振動子励振の場
合、１２８個のアレイ振動子を４つの領域に、、に、、
に、。

Ｋ４に区分する＊　Ｋｌｌ、　　Ｋｚ３＋　　Ｋｓ４は
各領域が重なる境界部を示す。即ち、各領域に１〜に４
は一部においてアレイ振動子を共有して設定されている
。そして、これら境界部に、□＋　Ｋ！ｆｆ＋　　Ｋ３
４のアレイ振動子を電子走査期間中の所定期間、隣接す
る一方の領域に属させ、又、他の期間には他方の領域に
属させて励振するようにしたものである。

さらに具体的に述べると、領域に１はアレイ振動子１０
．〜１０４゜で、領域に２はアレイ振動子１０　ｓｊ−
３０７２テ、領域に、はアレイ振動子１０．５〜１０．
。４で、領域に、はアレイ振動子１ｏ、７〜１０＋ｚｇ
でそれぞれ構成され、又、境界部ＫＩｔはアレイ振動子
１０３．〜１０４ｏで、境界部に２３はアレイ振動子１
０５．〜！０，２で、境界部Ｋｚａはアレイ振動子１０
７．〜１０．．．でそれぞれ構成される。

電子走査において境界部に、□、に、、、に３４はそれ
ぞれ最初に領域Ｋｇ　、に３．に４に属せしめられて超
音波ビームの形成に関与し、そ０：）後はそれぞれ領域
に、、に２．に３に属せしめられて超音波ビームの形成
に関与する。即ち、電子走査は、最初、領域に１のビー
Ｊ、Ｂｌ、ｔＩ域に２に属せしめられた境界部に、□の
ビームＢ３３、領域に、に属せしめられた境界部Ｋ［の
ビームＥ３ｈｉおよび領域に４に属せしめられた境界部
に３４のビームＢ９’ｌにより同時に開始される。

電子走査が第２図に示す矢印方向に進行し、境界部に１
□＋　Ｋｚｉ＋　　Ｋ３４のアレイ振動子の超音波ビー
ｆ、形成への関与が終了すると、その後適宜の時期に、
境界部に、□は領域に、に、境界部）（ｚ＋は領域に、
に、境界部に３４は領域に、に属せしめられる。そして
、それら境界部アレイ振動子はそれらが属する領域のア
レイ振動子とともに、継続している電子走査の超音波ビ
ームの形成に関与する。

そして、電子走査は、領域Ｋｔのアレイ振動子１０、ｚ
から境界部に１□のアレイ振動子１０３．の８個で形成
される超音波ビームＢ３□、同じく領域に２と境界部に
２３のアレイ振動子１０６４〜１０１．で形成される超
音波ビームＢ６い９■域に、と境界部に３４のアレイ振
動子１０９６〜１０．。、で形成される超音波ビームＢ
９いおよび領域に、のアレイ振動子１０１□１〜１０１
□８で形成される超音波ビームＢ、２．の放射により終
了する。このため、アレイ探触子を単純に４つに区分し
たときに隣接区分間に生じる超音波ビームの欠落はなく
なる。以下、このような電子走査を行なう構成を説明す
る。

第１図に示すブロック図で、第９図に示すものと同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。

２５は本実施例の制御回路を示す。２６はマイクロプロ
セッサ、２７は送受信回路、２８はシフトレジスタ回路
である。これらはそれぞれ第９図に示す従来装置のマイ
クロプロセッサ１２、送受信回路１６およびシフトレジ
スタ回路１７とほぼ同一構成を有するが、アレイ探触子
１０の前記区分に応じた動作を行なう点で相違する。さ
らに、マイクロプロセッサ２６は当該区分の制御の他に
、後述するスイッチング素子の制御を行なう点でも相違
する。２９は加算器・スイッチ回路であり、その構成は
後述する。１９に、〜１９に４はマトリクス回路、２０
に１〜２０に４は波形加算回路であり、これらは第９図
に示すマトリクス回路１９、波形加算回路２０と同一機
能を有する。

第３図（ａ）は第１図に示す加算器・スイッチ回路の回
路図である。図で、１〜１２８は加算器・スイッチ回路
２９の入力端子の番号、Ｗｌｌ〜Ｗ４８は加算器、Ｓは
スイッチを示す。アレイ探触子１０に対応して、加算器
・スイッチ回路２９も図示のようにブロックＫｌ’〜Ｋ
ｍ’および中間部Ｋ　１２　’　＋　　Ｋ　Ｚコ　＋に
３４′に区分されている。即ち、ブロックＫｌ’は加算
器Ｗ、〜ｗｉｔより成り、これら加算器Ｗ１１”−Ｗｌ
ｆｉに対して第１番〜第３２番の入力端子が図示の配分
で接続されている。さらに、各加算器Ｗ、〜ＷＩ８には
、上記各入力端子とともにスイッチＳの一方の切換端子
が接続されている。他の各ブロックＫｔ　　−に、’も
同様の構成を有する。又、中間部に、□′は第３３番〜
第４０番の入力端子より成りこれらはそれぞれスイッチ
Ｓに接続されている。他の各中間部Ｋｇ３に３４′も同
様の構成を有する。すべてのスイッチＳはマイクロプロ
セッサ２６の指令により連動して切換えられるように構
成されており、その切換により中間部を構成する入力端
子をどちのブロックの加算器の入力端子として所属させ
るかが選択される。

次に、本実施例の動作を第３図（ａ）〜（ｄ）に示す加
算器・スイッチ回路２９の回路図を参照しながら説明す
る。最初、加算器・スイッチ回路２９のスイッチＳは第
３図（ａ）に示す位置に切換えられる。したがって、中
間部に＋ｚ’＋Ｋｚ：＋に３４′はそれぞれブロックＫ
ｚ’、にゴｌ　、　Ｋ　、　ｌに所属せしめられる。分
配器１５から遅延パルスが出力されるまでの動作は従来
装置と同じである。

本実施例においては、マイクロプロセッサ２６の指令に
より、シフトレジスタ回路２８の第１番〜第８番、第３
３番〜第４０番、第６５番〜第７２番および第９７番〜
第１０４番の出力端子から信号が出力される。以後、シ
フトレジスタ回路２日の出力端子は１つずつ順次シフト
されてゆく。即ち、シフトレジスタ回路２８の出力端子
は、第１番〜第３２番、第３３番〜第６４番、第６５番
〜第９６番および第９７番〜第１２８番の４つに区分さ
れ、各区分毎に同時に８つの出力端子から信号が出力さ
れ、かつ、それらの出力端子のシフトが行なわれる。シ
フトレジスタ回路２８ｊ；・よるアレイ振動子に対する
領域の区分は、−旦電子走査の方向が決定されると変更
されることはなく、この点、第２図に示す励振の場合の
領域の区分とは異なることになる。シフトレジスタ回路
２８は第１番〜第８番、第３３番〜第４０番、第６５番
〜第７２番、第　９７番〜第１０４番の出力端子からの
信号により、送受信回路２７の対応するバルサ回路がト
リガされ、対応するアレイ振動子が励振される。又、対
応するレシーバ回路が作動状態となる。したがって、ア
レイ探触子１０からは４つの超音波ビームＢｌ　、　　
Ｂ３３．　　Ｂｂｓ、　　Ｂ９７が放射され、それら超
音波ビームＢｌ、Ｂ３□＋Ｂ６Ｓ＋Ｂ９？の反射波は励
振されたアレイ振動子に入射され、反射波信号となって
作動状態にあるレシーバ回路に入力される。

レシーバ回路から出力される反射波信号は加算器・スイ
ッチ回路２９に入力される。この場合、反射波信号が入
力される加算器・スイッチ回路２９の入力端子は励振さ
れたアレイ振動子、作動状態にあるレシーバ回路に対応
するものであり、第３図（ａ）にその入力端子番号が四
角で囲んで示されている。これら入力端子に入力された
反射波信号は、対応する加算器の他の入力端子に入力が
ないので、そのまま加算器の信号として出力される。即
ち、加算器Ｗ、１〜Ｗ１．からは第１番〜第８番の入力
端子の入力信号が、加算器Ｗｔ、〜Ｗ２８からは第３３
番〜第４０番の入力端子の入力信号が、加算器ｗ、ｌ、
−ｗ、、からは第６５番〜第７２番の入力端子の入力信
号が、又、加算器Ｗ４．〜Ｗ４１１からは第９７番〜第
１０４番の入力端子の入力信号が、そのまま出力される
。

加算器ＷＩＩ〜ｗｏｅの出力信号、即ちブロックＫ　′
の８つの出力信号はマトリクス回路１９に１を経て波形
加算回路２０に１に入力され、図示されない遅延回路に
より人力された８つの反射波信号の位相が揃えられた後
、加算器によりそれら反射波信号が加算される。この動
作は従来装置のマトリクス回路１９、波形加算回路２０
の動作と同じである。ブロックに２’〜に４’から出力
される各８つの反射波信号も同様にしてマトリクス回路
１９に２〜１９に４、波形加算回路２０に２〜２０に４
により処理される。この結果、超音波ビームＢ＋　、　
　Ｂ３１．　Ｂｂｓ、　　Ｂｑｑの反射波信号に基づく
被検材の４つの位置の欠陥の有無が例えば画像処理装置
の表示装置に同時に表示される。

次に、シフトレジスタ回路２８において、その出力端子
が１つずつずらされ、第２〜９番、第３４〜４１番、第
６６〜７３番および第９８〜１０５番の出力端子から信
号が出力されると、アレイ探触子ＩＯからは超音波ビー
ムＢＺ　＋　　Ｂ３４＋Ｂ、、、Ｂ、ａが放射され、そ
れらの反射波信号は、第３図（ｂ）に示すように加算器
・スイッチ回路２９の四角で囲まれた入力端子に入力さ
れる。以後の処理は超音波ビームＢ、〜Ｂ９７の反射波
信号の処理と同じである。これにより、被検材の前記４
つの位置からそれぞれ１ピツチずれた次の位置の超音波
像が表示される。

このように、順次第２図矢印方向に超音波ビームの電子
走査が進行し、超音波ビー１．Ｂ、　、　　Ｂ４０゜Ｂ
７□＋ＢＩ。４までの走査が終了すると、マイクロプロ
セッサ２６の指令により加算器・スイッチ回路２９の各
スイッチＳはすべて反対側に切換えられる。これにより
、第３図（ａ）に示す中間部に＋ｇ’＋　　ＫＨ’、Ｋ
３４’の各アレイ振動子はそれぞれ、ブロックに＋　　
、に２’、に：ｌ’に所属が変更される。そして、この
切換えの間も電子走査は継続されている。

電子走査が超音波ビームＢｉｂ、　Ｂ５１１．　Ｂｑ。

（ブロックＫ　、　ｔにおける走査は前段の超音波ビー
ムＢ＋□１で終了している）に達すると、それらの反射
波信号は第３図（ｃ）に示すように加算器・スイッチ回
路２９の四角で囲まれた入力端子に入力される。この場
合、中間部ＫＩ２’、　　Ｋ２３　　＋　　Ｋｓａの入
力端子第３３番、第６５番、第９７番が再び反射波信号
の入力に関与してくる。以下、同様の処理が行なわれる
。このようにしてＩｌｌ！！される電子走査は、超音波
ビームＢ３□＋　　Ｂｈ４＋　ＢＱ＆の放射により終了
する。このとき、それらの反射波信号は第３図（ｄ）に
示すように加算器・スイッチ回路２９の四角で囲まれた
入力端子に入力され、以下前述と同様の処理がなされる
。これにより、１ラインの電子走査が終了する。

このように、本実施例では、シフトレジスタ回路により
アレイ振動子を４つに区分し、各区分毎に８つの連続す
る７レー振動子を順次１つずつずらしながら励振して超
音波ビームを移動させるようにし、一方、その反射波信
号を入力する加算器・スイッチ回路の入力端子を４つの
ブロックと３つの中間部に区分し、中間部の入力端子に
スイッチを接続してそれら中間部の各入力端子を隣接す
るいずれのブロックにも選択的に接続できるようにした
ので、アレイ振動子の前記４つの区分間における超音波
ビームの欠落なしに、電子走査の速度を従来の同一アレ
イ振動子数のものに比べて１／４に短縮することができ
、検査時間を著るしく短縮することができる。又、アレ
イ振動子を４つに区分したにもかかわらず、バルサ回路
に所定の遅延を与えるマトリクス回路の変更は要しない
。

さらに、加算器・スイッチ回路におけるスイッチは２４
個設けられるが、すべてのスイッチが同時に同一切換え
動作を行なうので、マイクロプロセンサのｆ（ｔｌｊは
極めて小さい。

なお、上記実施例の説明では、アレイ探触子としてアレ
イ振動子を直線状に一列に配列した構成を例示して説明
したが、これに限ることはなく復数列構成することもで
きる。その場合、制御回路は各側に備えてもよいし、又
、シフトレジスタ回路、および加算器・スイッチ回路以
下の回路構成を変更してもよい。又、被検材が曲面であ
る場合、もしくは被検材の検査対象部位が曲面上にある
場合には、アレイ振動子は直線でな（当該曲面に沿った
配列とすることができる。この場合、当該曲面が単純な
曲面であれば、アレイ振動子の配列は直線状とし、マイ
クロプロセッサにより遅延時間の設定を当該曲面に応じ
て変更してやればよい。

さらに、加算器・スイッチ回路におけるスイッチは当然
電子スイッチング素子が用いられ、その切換えは、各中
間部の入力端子の最後の入力端子への入力が終了したと
きから次に最初の入力端子への入力がある前までの間に
実行されればよい。さらに又、加算器・スイッチ回路に
おいて、加算器を使用する例を述べたが、これはインピ
ーダンス整合を考慮して使用されたものであり、それを
考慮する必要がない場合には第１１図に示す単純な接続
としてもよい。又、アレイ探触子の区分数（同時ビーム
数）、アレイ振動子総数、および超音波ビームに関与す
るアレイ振動子数（同時励振振動子数）は任意に選択す
ることができる。これらの数、およびこれらの数に基づ
く種々の数を第４図に示す。

〔発明の効果］ 以上述べたように、本発明は、アレイ振動子を複数領域
に区分し、又、入出力部の入力端子を前記領域に対応す
るブロックおよび前記領域の境界部分に対応する中間部
に区分し、この中間部の各入力端子を切換手段により隣
接するいずれのブロックにも属することができるように
したので、超音波ビームによる電子走査時間を大幅に短
縮することができ、ひいては検査速度を大幅に向上せし
めることができる。

【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装
置のブロック図、第２図はアレイ振動子の配列図、第３
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は第１図に示す加算
器・スイッチ回路の回路図、第４図は各種データを示す
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
受信回路の回路図である。 ｌＯ・・・・・・・・・アレイ探触子、１０．〜１０，
２．・・・・・・・・アレイ振動子、１３・・・・・・
・・・送信遅延回路、１４．１９に、〜１９にイ・・・
・・・・・・マトリクス回路、１５・・・・・・・・・
分配器、２０　Ｋ、〜２　ＯＫ、・・・・旧・・波形加
算回路、２６・旧・・・・・マイクロプロセッサ、２７
・・・・・・・・・送受信回路、２８・・・・・・・・
・シフトレジスタ回路、２９・・・・・・・・・加算器
・スイッチ回路、Ｂ〜Ｂ１□１・・・・・・・・・超音
波ビーム、・、（ 代　理　人　弁理士　武　顕次部（外１名　、２．渥ゞ
、、☆＼イニ 第４ 図 第５ 図 Ｏ 第６ 図 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）列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、前記アレイ振動子を
   複数の領域に区分しこれら各区分毎に前記アレイ振動子
   の前記所定数の選択およびシフトを行なう区分選択手段
   と、前記レシーバに接続される入力端子を有しこれら入
   力端子が前記各領域に対応するブロックおよび前記各領
   域の境界部分に対応する中間部に区分されているととも
   に前記各ブロック毎に前記所定数の出力端子を有する入
   出力部と、前記中間部の各入力端子を隣接する前記ブロ
   ックに選択的に属せしめる切換手段とを設けたことを特
   徴とする超音波検査装置。
2. （２）請求項（１）において、前記区分選択手段は、シ
   フトレジスタで構成されていることを特徴とする超音波
   検査装置。