JPH04136757A - アークアレイ形超音波探触子を用いる超音波映像探傷装置 - 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］ この発明は、アークアレイ形超音波探触子を用いる超音
波映像探傷装置に関し、詳しくは、複数の振動子を配列
して電子的に駆動対象を切替えて縦波と横波の両波によ
り扇形の探傷を行い、測定結果をＢスコープ像として表
示する電子スキャン形の超音波映像探傷装置において、
超音波入射点から欠陥までの距離に応じて表示される欠
陥像の形態を実際に近い状態に修正して表示することが
できる超音波映像探傷装置に関する。

［従来の技術］ いわゆる、電子スキャン式の超音波探触子（プローブ）
は、医療機器の分野では多く使用されている。近年、電
子回路やスイッチ回路の小型化、高性能化に伴い、この
電子スキャン式のプローブが金属材料等の超音波探傷に
も利用されるようになってきた。その１つに縦波、横波
の両者を利用するアークアレイ形プローブがある。

アークアレイ形プローブは、複数の振動子（素ｆ）が円
弧状に配列されていて、その連続する複数個の素子を同
時励振し、かつ、その位置を順次移動させて縦波、横波
の両者を発生させて縦断面方向のスキャンを行う、いわ
ゆる電子スキャンによりＢスコープ画像表示ができる測
定データを採取することができる。これは、材料に入射
する角度を選択することである角度範囲に亙って探傷を
行うものであって、その入射角が大きくなると被検体の
入射点で縦波が横波に変換（エコーは逆変換）される特
性がある。

そこで、アークアレイ形プローブの各素子を電子スキャ
ン制御で駆動して、これに応じて入射点で発生する縦波
と横波とにより被検体内部を扇形に走査することで被検
体の縦断面の探傷を行うことができる。

［解決しようとする課題］ このアークアレイ形プローブによる探傷により得られる
欠陥データは、表示データに変換されてＢスコープ像と
して画像表示されるが、通常、被検体の入射点から離れ
た位置の欠陥も１つの欠陥検出に対して一画素で表示し
ているために、そのＢスコープ像は、入射点から遠く離
れるに従って断続的なものになる。例えば、鉄板の底面
などの像は、ところどころ欠けていて、あたかも欠陥か
あるように見える。また、同じ大きさの欠陥でも表面浅
い所にある欠陥は、走査密度が高（なる関係で複数画素
で表されることになるが、これに対して深い位置の欠陥
は、同じ長さの欠陥であっても走査密度が低くなる関係
で１画素で表されたりする。そこで、深い位置の欠陥を
見落とし易い問題がある。

この発明は、このような従来技術の問題点を解決するも
のであって、表面から深いところの欠陥もその欠陥の大
きさに応じて連続的に表示することができ、表示画像か
ら測定物内部の構造が推定し易いアークアレイ形プロー
ブを用いる超音波映像探傷装置を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するためのこの発明の超音波映像
探傷装置の構成は、超音波探触子の被検体に対する入射
点から検出欠陥までの距離を算出する距離手段と、この
距離算出手段により算出された距離に応じてこの距離の
増加関数として表示面積を増加させた欠陥表示データを
生成する表示データ生成手段とを備えるものである。

［作用コ このように、入射点からの距離の増加関数として表示デ
ータを生成することにより、所定の超音波ビームの幅で
の扇形の走査により生じる入射点から近い距離と遠い距
離との走査密度の相違にかかわらず、遠い欠陥の不連続
表示を解消することができ、深いところでの欠陥の状態
が把握し易すくなり、深い位置の欠陥を見落とすことが
なくなる。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。

第１図は、この発明を適用した一実施例の超音波映像探
傷装置のブロック図であり、第２図は、その表示映像と
画素との関係の説明図である。

第１図において、２０は、超音波映像探傷装置であって
、アークアレイ形プローブ１と超音波探傷部２、画像処
理装置１０、そしてＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１Ｂ
とを備えている。アークアレイ形プローブ１は、複数の
振動子（圧電素子）が円弧状に配列されていて、その連
続する複数個の素子、例えば、１６個の素子を同時励振
し、かつ、電子スキャンによりその位置を順次１素子づ
つシフトさせることにより縦波、横波の両者を発生させ
て被検体の縦断面方向の走査を行うことができる。

超音波探傷部２は、同時駆動の複数の励振ｔ＜　）レス
をパラレル（先の例では１６個、＜ラレル）に発生して
スイッチ回路４に供給するとともに、スイッチ回路４を
制御して１素子づつシフトする電子スキャン駆動回路３
と、この駆動回路により電子スキャン制御され、アーク
アレイ形プローブ１に複数個の励振パルスを送出し、そ
れに応じたエコー受信信号をアークアレイ形プローブ１
から受けるスイッチ回路４、電子スキャン制御に応じて
スイッチ回路４からエコー受信信号を受けるレシーバ５
、レシーバ５のエコー受信信号出力を受けるミキサ６、
ミキサ６の出力から所定のスレッシュホールドレベルを
越えているときにそのエコーのピークを検出するピーク
検出回路７、ミキサ６の出力からエコー発生までの時間
値をカウントする時間カウント回路８とを備えていて、
１６個単位で駆動された圧電素子からの信号をレシーバ
５で増幅し、検波してミキサ６により加算して１つのピ
ーク波形として得て、ピーク検出回路７で欠陥となるよ
うなピークを検出し、そのピークが検出されたときにそ
れを欠陥検出信号として出力し、このピーク波形までの
路程を時間カウント回路８からの時間値として先の欠陥
検出信号とともに画像処理装置１０に送出する。

画像処理装置１０は、マイクロプロセッサとメモリ等で
構成され、画像処理装置１０のマイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）１１は、インタフェース１２、バス１３を介して
前記ピーク検出回路７から欠陥検出信号を割込み信号と
して受けたときに前記時間カウント回路８から時間値を
受けるとともに、これらとは独立に電子スキャン駆動回
路３から駆動制御に対応する信号を受ける。また、画像
処理装置１０は、電子スキャン駆動回路３に対して電子
スキャン制御に必要な制御信号を送出する。

その結果、画像処理装置１０は、被検体１７をアークア
レイ形プローブ１で縦断面方向に走査したときの現在の
走査位置（入射点２１における法線に対する角度）を電
子スキャン駆動回路３からの信号から得て、その走査位
置において発生する縦波あるいは横波の音速と時間カウ
ント回路８からの時間値によりそのときの欠陥の位置を
算出することができる。

画像処理装置１０のバス１３には、ＭＰＵＩＩのほかに
、操作パネル（図示せず）、各種プログラムやデータを
記憶したメモリ１４、画像メモリ１５、ＣＲＴディスプ
レイ（ＣＲＴ）１６等が接続されている。そして、メモ
リ１４には、欠陥データ採取プログラム１４ａと、表示
幅算出プログラム１４ｂ、表示データ生成プログラム１
４Ｃ１表示処理プログラム等が格納され、欠陥データ記
憶領域１４ｄには、入射点から欠陥までの距離と走査角
度、そしてその表示画素数とが記憶されている。また、
パラメータ記憶領域１４ｅには、被検体１７の水平方向
の表示幅Ｘが入射点２１からの距離りの増加関数、特に
、ここでは、比例関数として規定される表示幅算出関数
ｘ＝ｆ　（Ｌ）が記憶されている。

欠陥データ採取プログラム１４ａは、欠陥が検出された
ときに、アークアレイ形プローブｌの素子駆動位置と測
定された時間値とからその位置で発生する波（縦波ある
いは横波）の音速とからの距離りを算出して入射点２１
を原点とする欠陥までの距離を求める。そして、これと
そのときの屈折角（被検体１７からみた入射点２１での
入射角あるいは入射点２１走査角度）とを欠陥データ記
（領域１４ｄに欠陥検出ごとに順次に記憶していく。

表示幅算出プログラム１４ｂは、電子スキャン終了後に
ＭＰＵＩＩに起動されて実行され、欠陥データ記憶領域
１４ｄに記憶された欠陥データのうちの距離りからパラ
メータ記憶領域１４ｄに記憶された表示幅算出関数ｘ＝
ｆ　（Ｌ）によりＸ方向（被検体１７の水平方向）の表
示長さを検出されたそれぞれの欠陥に対応して算出して
、それを欠陥データ記憶領域１４ｄに記憶された欠陥に
対応して順次記憶していく。ここで、Ｌは、入射点２１
から欠陥までの距離であり、Ｘは、表示する欠陥幅であ
る。

第２図（ａ）は、ＣＲＴｌＢの画面ｌｅａ上での表示幅
算出関数ｘ＝ｆ　（Ｌ）におけるＬとＸとの関係を示す
ものであって、図中、Ｌは超音波入射点２１から欠陥ま
での距離、Ｘは画面上に表示する欠陥の幅（Ｘ方向の長
さ）であり、ＬとＸとは比例関係にある。そして、アー
クアレイ形プローブ１により電子スキャンが行われ、波
入射点２１から、例えば、Ｌａの距離に検出された欠陥
があると、上式にＬをＬａとしてｘａ＝ｆ　（Ｌａ）に
より欠陥の幅Ｘａが求められて欠陥データ記憶領域１４
ｄにその幅Ｘａが記憶される。

表示データ生成プログラム１４ｃは、表示幅算出プログ
ラム１４ｂの処理終了後に実行されて、欠陥データ記憶
領域１４ｄに記憶された入射点２１での角度（法線に対
する角度）とそこからの距離りとからＣＲＴｌＢの画面
上での欠陥表示座標を算出し、かつ、第２図（ａ）で示
すように、算出した座標を中心に前記の表示幅Ｘからそ
の表示幅Ｘに対応する座標値に亙る表示画素データを生
成して画面メモリ１４のそれらの座標位置に生成した表
示データ（例えば、表示状態でその輝度が黒となる“１
”のフラグビット）を順次書込んでい（。そして、欠陥
についての表示データの画像メモｌｊ　１５への書込み
終了後に表示処理プログラムを起動してＣＲＴｌＢのビ
デオメモリにこの表示データを転送する。

次に、全体的な動作について説明すると、画像処理装置
１０からの制御に応じて超音波探傷部２で同時励振させ
る素子が選択され、その素子に）々ルスを送りアークア
レイ形プローブ１より超音波を発射させる。アークアレ
イ形プローブｌで受信した各素子のデータを超音波探傷
部２のミキサ６で加算し、ピーク検出回路７で欠陥を検
出して、それに応じて時間カウント回路８で欠陥までの
時間を検出する。画像処理装置１０でこの時間測定デー
タとそのときのアークアレイ形プローブ１の走査位置か
らＭＰＵＩＩの処理により欠陥データ採取プログラム１
４ａと、表示幅算出プログラム１４ｂ１表示データ生成
プログラム１４ｃ等を実行してＢスフ−１画像の表示デ
ータが画像メモリ１５に記憶され、それがＣＲＴｌＢに
出力される。

ここで、この場合の表示画像について検討してみると、
表示幅算出関数ｘ＝ｆ（Ｌ）により表示データを生成し
ない場合には、従来のように１つの欠陥に対して１画素
が割当てられる関係で、欠陥が連続して存在していたと
しても、第２図（Ｃ）に示すように、その表示画像は、
深さ方向が増すに従って黒点で示すような切れ切れの欠
陥となる。

なお、点線で放射状に示す線は、電子スキャンによる欠
陥検出の走査線（超音波ビームの入射線）を意味してい
て、被検体１７の深さが増す方向に粗くなる。

このように、検出した欠陥をＣＲＴｌＢの１画素で表示
する方法には次の様な欠点がある。検出欠陥が入射点２
１から割と近い位置の場合、超音波のビーム間隔が狭い
ために表示される欠陥の間隔も狭く、従って表示される
欠陥の形状も比較的滑らかであるが、欠陥が入射点２１
から遠くなるにつれて超音波ビームの間隔が広（なり表
示される欠陥の間隔も広くなる。

言い換えれば、入射点２１に近い距離にある欠陥は、超
音波ビーム密度が高く、その幅の割合が走査範囲に比べ
て大きくなり、１つの欠陥に対して複数回連続的に検出
される可能性が高くなり、１つの欠陥が複数画素で表示
されることが多い。

そこで欠陥の長さに応じた欠陥検出が十分に行える。し
かし、逆に、入射点２１から離れたところにある欠陥は
、それがたとえ長い欠陥でも超音波ビーム密度が薄くな
り、その幅の割合が走査範囲に比べて小さくなる結果、
粗いビーム走査になって１回の欠陥検出しかできない場
合がある。また、長い欠陥は、走査の粗さに対応して飛
び飛びの点で欠陥が表示されて見難くなる。その結果と
して底面等の映像や水平の細長い欠陥の測定映像が断続
的になり、欠陥の形状が分かり難い。

しかし、表示幅算出関数ｘ＝ｆ　（Ｌ）により入射点２
１からの距離の増加に応じて１つの欠陥検出に対して表
示幅を増加させて表示するようにすることで入射点２１
から離れた位置にある欠陥も滑らかな画像として表示で
き、第２図（Ｃ）の画像は、表示幅算出関数ｘ＝ｆ（Ｌ
）によりＣＲＴ１６の画面上の欠陥の表示画素を中心に
幅Ｘ分の画素データに拡張され、その画素骨だけ水平方
向に連続して表示されて、同図（ｂ）に示すような画像
になる。これにより測定者が欠陥の形状を推測し易くな
る。

ところで、この実施例では、入射点２１からの欠陥まで
の距離りの増加関数（比例）でＸ方向（水平方向）での
表示幅Ｘを決定しているが、実際の走査は入射点２１を
中心とする扇形の走査となるので、超音波ビームは、法
線を中心に被検体１７での入射角（アークアレイ形プロ
ーブ２からみた屈折角）が大きくなるにつれて粗くなる
。その結果、両端部に位置する欠陥は、切れ切れになり
易い。このようなことを回避するために、前記の関数を
ｘ　＝　ｆ　（Ｌ　ｅ　θ）として入射角を加えた変数
として求めることができる。すなわち、パラメータ記憶
領域１４ｄに記憶される表示幅算出関数をＸ＝ｆ（Ｌ、
θ）にするとよい。

以上説明してきたが、実施例では、欠陥を被検体に対し
て水平方向に採って表示状態を説明しているが、欠陥が
水平方向にあることに限定されないことはもちろんであ
る。

実施例では、欠陥の検出に応じて距離に対する画素の増
加をＸ方向に直線で割当てるようにしているが、増加さ
せる画素の大きさを面積に換算して円形や四角形等の表
示データに変換してもよい。

また、増加関数は、連続的に増加させる場合に限定され
るものではなく、階段的に増加する関数を含むものであ
る。

［発明の効果コ 以上の説明から理解できるように、この発明にあっては
、入射点２１からの距離の増加関数として表示データを
生成することにより、所定の超音波ビームの幅での扇形
の走査により生じる入射点２１から近い距離と遠い距離
との走査密度の相違にかかわらず、遠い欠陥の不連続表
示を解消することができ、深いところでの欠陥の状態が
把握し易すくなり、深い位置の欠陥を見落とすことかな
くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を適用した一実施例の超音波映像探
傷装置のブロック図、第２図は、その表示映像と画素と
の関係の説明図である。 １・・・アークアレイ形プローブ、２・・・超音波探傷
部、３・・・電子スキャン駆動回路、 ４・・・スイッチ回路、５・・・レシーバ、６・・・ミ
キサ、７・・・ピーク検出回路、８・・・時間カウント
回路、 １０・・・画像処理装置、１１・・・マイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ）、１２・・・インタフェース、１３・・・
バス、１４・・・メモリ、１４ａ・・・欠陥データ採取
プログラム、１４ｂ・・・表示幅算出プログラム、１４
ｃ・・・表示データ生成プログラム、１５・・・画像メ
モリ、１６・・・ディスプレイ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の振動子を円弧状に配列したアークアレイ形
   の超音波探触子により縦断面方向に超音波探傷を行い、
   測定結果をディスプレイ上に映像表示する超音波映像探
   傷装置において、前記超音波探触子の被検体に対する入
   射点から検出欠陥までの距離を算出する距離手段と、こ
   の距離算出手段により算出された距離に応じてこの距離
   の増加関数として表示面積を増加させた欠陥表示データ
   を生成する表示データ生成手段とを備えることを特徴と
   するアークアレイ形超音波探触子を用いる超音波映像探
   傷装置。
2. （２）増加関数は、被検体に対して水平方向の長さ方向
   に面積が増加する欠陥表示データを生成する関数である
   ことを特徴とする請求項１記載のアークアレイ形超音波
   探触子を用いる超音波映像探傷装置。
3. （３）複数の振動子を円弧状に配列したアークアレイ形
   の超音波探触子により縦断面方向に超音波探傷を行い、
   測定結果をディスプレイ上に映像表示する超音波映像探
   傷装置において、前記超音波探触子の被検体に対する入
   射点から検出欠陥までの距離を算出する距離手段と、入
   射点における法線からの角度を算出する角度算出手段と
   、前記距離算出手段で算出された距離と前記角度算出手
   段で算出された角度とに応じてこれらの増加関数として
   表示面積を増加させた欠陥表示データを生成する表示デ
   ータ生成手段とを備えることを特徴とするアークアレイ
   形超音波探触子を用いる超音波映像探傷装置。
4. （４）増加関数は、被検体に対して水平方向の長さ方向
   に面積が増加する欠陥表示データを生成する関数である
   ことを特徴とする請求項３記載のアークアレイ形超音波
   探触子を用いる超音波映像探傷装置。