JPH03209158A - 超音波表面状態測定装置 - 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、超音波表面状態測定方式に関し、詳しくは
物体の表面形状、特に、その凹凸状態や段差などを測定
して画像表示する超音波測定装置において、使用測定周
波数が低くても高い分解能で表面形状を測定することが
できるような超音波測定装置の改良に関する。

［従来の技術コ 超音波測定装置は、電子部品や金属板等の内部欠陥検査
をはじめとして、種々の処理を行った後の状態検査など
、材料や部品、建築物の構成物、配管等の物体に対する
内部や表面の状態検査に利用されていて、これら検査で
は、そのＣスコープ像が採取されることが多い。

この種の超音波測定装置としては、ｘ，ｙ．ｚ座標内で
被検体を走査するＸＹＺ走査装置を備えていて、被検体
の状態の変化をＣスキャンしてその画像を得て、得た画
像を観測又はデータ処理して所定の検査を行うものであ
る。

ところで、従来、物体の表面形状を観察する方法として
は、次のような２つの方法を挙げることかできる。

■カメラによって表面形状を撮影して映像化し、ブラウ
ン管画面などの画像表示部で確認する方法。

■超音波垂直法を用いて被検体表面−Ｅを走査し、被検
体の表面から得られる表面エコーを受信して、そのエコ
ーレベルから表面の凹凸を算出する方ｉ大。

［解決しようとする課題］ ０１Ｔ記■の方法は、物体の表面形状を細かく観察でき
る利点はあるが、表面の凹凸の段差や高さを推定するこ
とは難しい。また、■の方法は、表面がＩ＋１１凸であ
る場合に表面にπ直に入射した音波が門凸部分で散乱す
ることを利用して、その反射波のエネルギーの減少を測
定するもので、音波が散乱し易い高周波信号ほど良好・
な分Ｍ能が得られる。

しかし、分解能を七げようとすると、高い周波数の超音
波送受信回路や信号処理回路を測定装置に設けなければ
ならず、装置として高価となり、安価な装置には、特に
、その超音波送受信部に対しては向かない。しかも、実
用的にはかなり低い周波数を使用せざるを得す、その測
定分解能も低いものとならざるを得ない。

この発明は、このような従来の問題点を解決するもので
あって、使用測定周波数が低くても高い分解能で表面形
状を測定することができる超音波表面状態測定方式を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための千段コ このような目的を達成するためのこの発明の超行波表面
状態測定方式の構成は、焦点集束型の超ぎ波探触子及び
被検体のいずれか一方を二次元移動させて被検体を走査
し、被検体の表面についてのデータを採取する超音波測
定装置において、超バ波探触子が被検体の表面に対して
垂直に入射する波動が排除或いは抑止されていて、被検
体の表面手ｎＵで超音波探触子の焦点を結ばせ、被検体
を平而走査して走査位置に応じたエコー受信信号を得て
、これにｔ＆づきＰｊ１検体の表面データを採取するも
のである。

［作用］ このように、例えば、焦点集束型の超音波探触子の中央
部をマスクした音響レンズを用いて超音波探触子が被検
体の表面に対して垂直に入射する波動を排除或いは抑市
するようにして、被検体の表面手前でフ、七点を結ばせ
ることにより、垂直方向の波動が抑えられ、平而状態に
ある而では反射エコーがほとんどなくなる。一方、凹凸
而では、その散乱により反射エコーを受波することがで
きる。

その桔果、使用測定周波数が低くても高い分解能で表面
形秋を測定することができる。したがって、安価な送受
信回路でも凹凸を検出することがｉ−＋Ｊ能となり、簡
ｉ１ｊな回路で物体の表面状態を測定することができる
。

［実施例］ 以下、この発明の−・実施例について図面を参！！（１
して詳細に説明する。

第１図は、この発明の超音波表面測定方式を適用した超
音波測定装置の概要説明図、第２図は、その測定信号を
画像処理した場合の画像表示内容の説明閏である。

第１図において、１は、例えば、セラミック基板等の被
測定品としての被検体であって、焦点集束型の超音波探
触子（以下プローブ）２に対峙して設けられ、検査対象
とされる。プローブ２は、走査装置３に取り付けられて
いて、走査装置３によりＸ−Ｙの二次元に移動して被検
体１を平面走査する。なお、Ｃスキャンの深さ設定のた
めに、走査装置（以下スキャナ）３はブローブ２をＺ方
向に移動させることができる。

スキャナ３によるプローブ２の移動とともにプローブ２
が超音波深傷器４のパルサ●レシーバ５から送信パルス
を受け、超音波ビームを被検体１に照射する。そしてそ
の反射波をプローブ２が受仁してそれを電気信号に変換
し、その受信信号が超音波探傷器４のパルサ●レシーバ
５へと送出される。

パルサ●レシーバ５は、ゲートをかけて特定の受信信号
を抽出する同路を有していて、プローブ２から得られる
受信信号を増幅してゲートをかけ、それを増幅間路６に
出力する。増幅回路６は、バルサ●レンーバ５の出力信
号に基づきその受信エコーの強さを適正レベルの信号ま
で増幅してそれを画像処理装置７へと送出する。なお、
その利？９（増幅準）は外部から調整可能である。

画像処理装置７は、マイクロプロセッサとメモリ等を備
える情報処理′！Ａ置であって、超音波深傷器４の増幅
［！Ｊ１路６からの信号を受けて、内蔵したＡ／１〕変
換１ｊ１路７ａによりそれをデジタル植に変換して、画
像処ｆＩ１！装置の内部にあるメモリゴに転送し、記憶
する。

画像処理装置７は、スキャナ３に移動制御信号を送出し
て、ブローブ２を二次元移動させるとともに、プローブ
２の現７［の位置情報をスキャナ３から受ける。さらに
、このブローブ２の位置情報と増輔同路６から送られる
反射エコー高さ（ピーク硝）に相コするエコー受信信号
のデータとにより画像情報を生成してそのメモリ等に記
憶し、それをディスプレイ８に送って表示する。

なお、エコー受信信号におけるエコー高さ（ピーク値）
と、被検体ｌの表面凹八との間に相関関係があることか
ら、エコー高さを測定して表面形状を画像処理装置のマ
イクロプロセッサにより演算すれば、表示画面上に画像
表示する画像表示データを容易に得ることができる。

ここで、プローブ２は、先端部分を一部破断して示すよ
うに、音波の放射面に笥響凹レンズ２ａを自゛していて
、しかも、その中心部がマスク２ｂによりマスクされて
いる。このことにより、ブローブ２から放射される音波
９は、符号１０で示すように、被検体１に垂直に入射す
る成分が遮蔽されて排除される。スキャナ３は、被検体
１の表面に対して、このブローブ２の軸心が垂直に位置
するように保持していて、水中、又は水を噴射しながら
被検体１の表面上を走査する。

このとき、１１η記のマスク２ｂの作用によりプローブ
２からの音波９は、被検体１上に斜めに放射される成分
のみとなる。また、パルサ●レシーバ５のパルサからの
送信パルスにより発生するプローブ２から斜めに放射さ
れた音彼９は、音響門レンズ２ａの作用で被検体１に到
達する手ＩＹＩてフ、（点Ｆとして結ぶようにプローブ
２がスキャナ３にょり侍置決めされている。その結果、
この被検体１のｆ前にある焦点Ｆで焦点を桔んだ音彼９
は、その後拡散する位置で被検体１に入射される。そし
て、その反射波は、表面が平州であれば、周囲に広がっ
て音響凹レンズ２ａには入らない。なお、この場合、Ｆ
Ｔ？Ｈ’！−Ｑレンズ２ａの大きさは、拡散した音波の
反射波が音響凹レンズ２ａの端に入らないような大きさ
にある。

このような状態で被検体１を、走査線Ｓで示すような二
次元走査をすることにより、被検体１の表面がＳＩノ坦
な而である場合には、プローブ２は、被検体１からの反
射エコーをほとんど受信しないが、被検体ｌに凹凸があ
る場合、被検体１の表面で音波が散乱されるので、散乱
した反射波（エコー）の一部を受信する。このように、
凹凸而での散乱エコーをブーロブ２が受信することによ
って被検体１上のｌ−リ凸をＳ／Ｎ良く検出することが
可能となる。このように、凹凸の有無がエコーレベルの
１！否さとして現れるので、この測定は、原理的には測
定周波数の高さに関係しない測定となる。

第２図は、増幅回路６の利得を適正値に設定して、ｔｌ
ｉｊ記の条Ｐ目こてブローブ２をスキャナ３により制御
して被検体ｌとして平坦な表面を持つセラミックス基板
に６種類のドリル穴加工をほどこしたものの表面を測定
したものであって、セラミックス基板を二次元でスキャ
ニングした桔果得られたエコー受信信号を画像処理装置
７により画像処理してディスプレイ８に画像表示した様
子の−例である。

なお、この場合、画像処狸装置７は、平坦な部分は平坦
に現れ、ドリル穴の部分は穴のように表現されるように
増幅回路６から得られたエコー受信信号の強弱に応じて
画像データを生成するような処理をしている。

［発明の効果コ 以−Ｌの説明から理解できるように、この発明にあって
は、超音波探触子が被検体の表面に対してＱｉに入射す
る波動を排除或いは抑止するようにして、被検体の表面
手前でフエ点を粘ばせることにより、垂直方向の波動が
抑えられるので、平面状態にある面では反射エコーがほ
とんどなく、凹八面では、その散乱により反射エコーを
受波することができる。

その結果、使用測定周波数が低くても高い分解能で表面
形状を測定することができ、安価な送受｛ｒｊ回路でも
検出でき、ｌｍ’ｖ一な同路で物体の表面状態を厠定す
ることがｉｆｆ能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の超ｈ波表面測定方式を適用した超
含彼測定装置の概要説明図、第２図は、その測定仁号を
画像処１Ｎシた場合の画像表示内容の説明１′７．１で
ある。 １・・・被検体、２・・・ｊ．ｊ、点収束型の探触Ｔ（
以下ブローブ）、２ａ・・・′ｒ′ｉＷ閂レンズ、２ｂ
・・・マスク、３・・・走査装置（スキャナ）、４・・
・超音波探傷蒸、５…パルサ●レンーバ。 弔 １ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦点集束型の超音波探触子及び被検体のいずれか
   一方を二次元移動させて前記被検体を走査し、前記被検
   体の表面についてのデータを採取する超音波測定装置に
   おいて、前記超音波探触子は前記被検体の表面に対して
   垂直に入射する波動が排除或いは抑止されていて、前記
   被検体の表面手前で前記超音波探触子の焦点を結ばせ、
   前記被検体を平面走査して走査位置に応じたエコー受信
   信号を得て、これに基づき前記被検体の表面データを採
   取することを特徴とする超音波表面状態測定方式。
2. （２）超音波探触子は音響凹レンズを有していて、被検
   体の表面に垂直に入射する波動を発生しないように排除
   するマスクが前記音響凹レンズの中央部に設けられてい
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波表面状態測定
   方式。