JPH04136758A - アークアレイ形超音波探触子を用いる探傷方式 - 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、アークアレイ形超音波探触子を用いる探傷
方式に関し、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、Ｃスコープ像、あ
るいは三次元の立体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、超音波入射点から遠い距
離にある欠陥に対する表示欠陥像を実際に近い状態で表
示することができるような超音波映像探傷方式に関する
。

［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を同
時励振し、かつ、その位置を順次移動させる電子スキャ
ンにより縦波、横波の両者を発生させて縦断面方向のス
キャンを行うことにより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、その入射角を大きくすると屈折角も
大きくでき、屈折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。

［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、例えば、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についても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つれて断続的なものになる。

すなわち、同じ大きさの欠陥でも表面から浅い所にある
欠陥は、走査密度が高くなる関係で複数画素で表され、
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。

その結果、深い位置にある小さな欠陥は、点表示となっ
て、見落とされ易い。

また、第３図に示すように、／＼ンドベルトスキャナ１
７により支持されたアークアレイ形プローブ１をハンド
操作して被検体１８を二次元に走査することでＣスコー
プ像や三次元画像を得るような場合には、前記にも増し
て深い位置の表示画像が断片的な映像になり、深い位置
の欠陥の状態が正確に表示され難い。

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の状態も比較的
正確に捉えることができ、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探傷方
式を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するためのこの発明の探傷方式の
構成は、水平方向の移動により選択される測定点でアー
クアレイ形プローブを用いて電子スキャンにより縦断面
方向の探傷を行い、かつ、アークアレイ形プローブを水
平方向に平行な面内で所定量回転させて電子スキャンに
より縦断面方向の探傷をさらに行い、次の測定点へアー
クアレイ形プローブを移動させて前記と同様な探傷を繰
り返すことによりある測定点で縦断面方向の探傷が行わ
れた領域の少なくとも１部を異なる測定点において重複
して探傷して欠陥データを採取するものである。

［作用コ このように、ある測定点でアークアレイ形プローブを所
定量回転させて他のある測定点で縦断面方向の探傷が行
われた領域の少なくとも１部を重複して探′偏するよう
にすることにより、超音波ビームの密度が低くなる被検
体の深い領域においても前記所定量の回転で異なる方向
から重複して縦断面の探傷が行われることになるので、
深い領域での超音波ビーム密度の低下による探傷もれや
断片的な欠陥検出を低減することができ、実際の欠陥に
近い状態で欠陥を検出することができる。

［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、この発明のアークアレイ形プローブを用いる
探傷方式を適用した一実施例のＭｉ音波映像探傷装置の
ブロック図であり、第２図（ａ）。

（ｂ）は、その走査の仕方の説明図である。

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、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１Ｂ、そし
てハンドベルトスキャナ１７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
方向の探傷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パルスをパラ
レル（先の例では１６個パラレル）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からの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とを備えている。

これにより超音波探傷部２は１例えば、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により加算してエコーを示す１つのピー
ク波形を合成して、ピーク検出回路７でこのエコーから
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画像処理袋Ｗ１０
に出力する。また、欠陥が検出されたときには、そのピ
ーク波形までの路程（時間値）を時間カウント回路８か
ら画像処理装置１０に送出する。

ハンドベルトスキャナ１７は、アークアレイ形プローブ
１を収納した回転機構９を制御し、かつ、この回転機構
９を介して被検体１７の表面に平行な水平面のＸ、Ｙ方
向の二次元においてアークアレイ形プローブ１が移動で
きるように支持している。

回転機構９は、ハンドベルトスキャナ１７からの制御信
号に応じてアークアレイ形プローブ１を走査水平面と平
行な面内において所定角度、例えばγ分回転させ、かつ
、その回転信号を内蔵されたエンコーダからハンドベル
トスキャナ１７に送出する。一方、これを受けたハンド
ベルトスキャナ１７は、アークアレイ形プローブ１の現
在の回転角αとアークアレイ形プローブ１の走査基準位
置となる原点からのＸ、Ｙ座標の情報（Ｘ、Ｙ）とを画
像処理装置１０にデジタル値に変換して送出する。また
、ハンドベルトスキャナ１７は、画像処理装置１０から
の回転制御信号に応じてアークアレイ形プローブ１を前
記の角度γだけ回転させる。

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ｔｉｏのマイクロプロセッサ（
ＭＰＵ）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からの欠陥検出信号を割込み信
号として受け、この割込みに応じて前記時間カウント回
路８からの時間値を取込み、さらに、ハンドベルトスキ
ャナ１７からアークアレイ形プローブ１の回転角αとそ
のときの測定点の走査上の座標値（Ｘ、Ｙ）とを受ける
。さらに、これらとは独立に電子スキャン駆動回路３か
らアークアレイ形プローブ１　ノ駆ａｌ制御に対応する
信号を受けてアークアレイ形プローブ１の入射点２１か
らの現在の走査線（超音波ビーム）の角度θを算出する
。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も送出する
。

その結果、画像処理装置ｌＯは、アークアレイ形プロー
ブ１のＸ、Ｙ座標で示される測定点において、アークア
レイ形プローブ１が回転したときの各回転角（αの値）
と、被検体１８をアークアレイ形プローブ１が縦断面方
向に走査したときの現在の走査角度（入射点２１におけ
る法線に対する角度θ）を得ることができる。さらに、
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入
射点２１から欠陥までの距離りを算出することができる
。

第２図（ａ）は、この場合のある測定点における測定状
態の説明図であって、アークアレイ形プローブ１は、そ
の照射点１ａを通る中心軸１ｂを中心に回転機構９によ
り回転させられる。２２ａ。

２２ｂ、２３ａ、２３ｂは、それぞれ超音波ビームの走
査線（ある太さを持っているが、ここではその中心線を
示す。）である。

ここで、−点鎖線で示す走査線２２ａから２２ｂまでが
電子スキャンによる１つの縦断面探傷領域であって、こ
の走査を終了して先端側で超音波ビーム幅が一部重なる
範囲で所定の角度γだけ中心軸１ｂを回転させて、点線
で示す走査線２３ａから２２ｂで示す縦断面探傷を行う
。以下、同様にしてアークアレイ形プローブｌの１回の
電子スキャン終了ごとに画像処理装置１０は、中心軸１
ｂを角度γだけ回転させる。このような回転をアークア
レイ形プローブ１が１回転するまで行い、その測定終了
（これは画像処理装置１０がディスプレイ１６に表示し
たり、警報等を鳴らすことでオペレータに知らせる。）
で一回転終了後に次の測定点へとアークアレイ形プロー
ブ１を移動させる。これを繰り返してアークアレイ形プ
ローブｌにより被検体１８をその水平面に採られたＸＹ
座標上での二次元走査をする。このような走査のうちＸ
方向の走査状態を示すのが同図（ｂ）であり、この場合
、ＸＸ方向の走査は手動で行い、Ｘ方向に走査の後にＸ
方向に所定ピッチ移動させてまた同じようにしてＸ方向
の走査を繰り返す。

その結果、同図（ｂ）に図示されるように、被検体１８
の超音波探傷領域は、深い領域でも異なる測定点におい
て何度も多方向から探傷される。

したがって、ある測定点の電子スキャンで走査される深
い領域においてたとえ粗い走査が行われたとしでも他の
測定点において異なる方向から重ねてその領域が走査が
されることで等価的に高密度の走査がなされる。これに
より深い位置に存在する欠陥も切り切れでな（十分に探
傷される。また、これにより手動走査でも十分な探傷が
可能になる。

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）ＩＥ３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、座
標変換プログラム１４ｂ１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には欠陥が検出されたときに、ハンドベル
トスキャナ１７から得られる測定点の座標（Ｘ、Ｙ）と
、時間カウント回路８から得られる時間値により求めら
れる測定点（入射点２１）から欠陥までの距離Ｌ１その
ときの測定点（入射点２１）の法線に対する超音波ビー
ムの屈折角θ、そしてアークアレイ形プローブ１の回転
角αが欠陥検出ごとに順次記憶される。また、パラメー
タ記憶領域１４ｅには、各測定点における（Ｌ、α。

ｅ）からなる極座標系を各測定点における（Ｘ＋ｙ＋ｚ
）座標に変換するパラメータと、（Ｘ、ｙ。

２）座標からさらに／Ｘンドベルトスキャナ１７による
二次元走査系の原点からの座標（Ｘ、Ｙ）にさらにこれ
に加えて深さ方向のＺ座標を含めての（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の
座標系に変換するパラメータ等が記憶されている。

欠陥データ採取プログラム１４ａは、これがＭＰＵＬＬ
により実行されると、欠陥が検出されたときに、アーク
アレイ形プローブ１の走査座標（Ｘ、Ｙ）と、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か
らその位置で発生する波（縦波あるいは横波）の音速に
基づいて測定点（入射点２１）からの距離りを算出し、
この距離りとそのときの屈折角θと／Ｘンドベルトスキ
ャナ１７の回転角αとを欠陥データ記憶領域１４ｄに欠
陥検出ごとに順次に記憶していく。

座標変換プログラム１４ｂは、前記の二次元走査が終了
した時点で欠陥データ採取プログラム１４ａにより起動
され、これがＭＰＵＩＩにより実行されたときに、欠陥
データ記憶領域１４ｄに記憶されている各欠陥について
その測定点の座標（Ｘ、　Ｙ）と、測定点（入射点２１
）から欠陥までの距離Ｌ１そのときの超音波ビームの屈
折角θ、アークアレイ形プローブ１の回転角αとに基づ
きパラメータ記憶領域１４ｅを参照してハンドベルトス
キャナ１７がスキャンするＸＹ座標を含む先のＸＹＺ座
標系での欠陥座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換する。この変換
に当たってＸＹＺ座標系を単位立方体でセル化して管理
し、各欠陥座標をそれぞれのセルに割当てて同じセル内
に入る欠陥座標は、そのセル番号（セル座標）に変換す
る。こうして得られたセル番号を欠陥データ記憶領域１
４ｄの別のエリアに検出欠陥対応に記憶していく。これ
により各検出欠陥は、ハンドベルトスキャナ１７の走査
座標を含む（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標系のデータになる。この
場合にアークアレイ形プローブ１が回転していることか
ら同じセル番号で複数の欠陥を得ることができる。なお
、ここで得られた各セル番号は、画面メモリ１５の座標
に対応付けられていて、画面メモリ１５の座標は、ＣＲ
Ｔ１６の画素に対応付けられている。

表示データ生成プログラム１４ｃは、前記の座標変換に
よるセル番号材は処理が終了すると、座標変換プログラ
ム１４ｂにより起動される。これがＭＰＵＩＩにより実
行されたときに、欠陥データ記憶領域１４ｄの前記の各
セル番号から表示データが生成され、それが画面メモリ
１５に記憶される。これは、読出されたセル番号を画面
メモリ１５のアドレスに変換してそのアドレスに表示デ
ータとして各検出欠陥対応にフラグ、例えば、′１”を
記憶することによる。したがって、同じセル番号は、画
面メモリ１５の同じアドレスが生成される。このことか
らここで重複したセル番号の欠陥は、同一の位置の表示
データに変換される。

画面メモリ１５に記憶されたこのような表示データは、
次に、表示処理プログラムによりＣＲＴ１６のビデオメ
モリに転送されて画面上に表示される。その結果、従来
切れ切れで検出された深い位置にある、ある長さを持つ
欠陥は、アークアレイ形プローブ１の回転により測定点
のいずれかで必ず１回は捉えられ、かつ、各測定点での
回転によりくまな（重複走査がなされてるので、途切れ
ることなく探傷される。そこで、連続した欠陥は連続し
たものとして検出される。

以上説明してきたが、実施例では、）＼ノドベルトスキ
ャナ１フの走査ＸＹ座標を含むＸＹＺ座標系をセル化し
て管理して検出欠陥を抽出しているが、ＸＹＺ座標に変
換した欠陥座標をそのまま１対１で表示データに展開し
て表示データを生成してもよい。また、表示するデータ
は、Ｂスコープ像でも、Ｃスコープ像でも、さらに、立
体像であってもよいことはもちろであり、これらそれぞ
れは、得られた欠陥座標のデータからＣスコープ像や立
体像等の表示条件に従って演算処理を行うことでそれに
対応する表示データを生成すればよい。

また、実施例では、電子スキャンにより縦断面方向に探
傷を行うとともに、アークアレイ形プローブを二次元に
移動させて走査を行っているが、アークアレイ形プロー
ブの移動は直線方向に一次元で移動するものでもよい。

要するに、この発明は、被検体に対して縦断面方向の探
傷とは別に被検体に対して水平方向でアークアレイ形プ
ローブを移動させ、かつ、この水平方向における各測定
点において回転を加えて２回以上の走査が行われればよ
い。

実施例では、アークアレイ形プローブを各測定点で１回
転させているが、アークアレイ形プローブは、所定量回
転させればよ（、必ずしも１回転させる必要はない。こ
の発明は、ある測定点で縦断面探傷を行った領域につい
て他の測定点で重複して走査することで深い領域での走
査密度を増加させ、できるだけ漏れなく欠陥を探傷する
ようにするものであるからである。

［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
、ある測定点でアークアレイ形プローブを所定量回転さ
せて他のある測定点で縦断面方向の探傷が行われた領域
の少なくとも１部を重複して探傷するようにすることに
より、超音波ビームの密度が低くなる被検体の深い領域
においても前記所定量の回転で異なる方向から重複して
縦断面の探傷が行われることになるので、探い領域での
超音波ビーム密度の低下による探傷もれや断片的な欠陥
検出を低減することができ、実際の欠陥に近い状態で欠
陥を検出することができる。

その結果、アークアレイ形プローブにより、例えば、被
検体を二次元走査によりＣスコープ像や三次元画像を得
た場合でも測定映像のうち深い領域での映像が断片的な
ものになり難く、実際の欠陥に近い状態の映像を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のアークアレイ形プローブを用いる
探傷方式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（ａＬ　　（ｂ）は、その走査の仕方
の説明図、第３図は、従来のアークアレイ形プローブの
走査の仕方の説明図である。 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、９・・・回転機構、１０・・・画像処理装置、１
１・・・マイクロプロセ、。 す（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・・・座標変換プログラム、１４ｃ
・・・表示データ生成プログラム、１４ｄ・・・欠陥デ
ータ記憶領域、 １４ｅ・・・パラメータ等記憶領域、 １５・・・画像メモリ、１６・・・ディスプレイ、１７
・・・ハンドベルトスキャナ。

Claims (2)

【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被検体に対して縦断面方向に超音
   波探傷を行うとともに、前記アークアレイ形超音波探触
   子を前記被検体に対して水平方向に移動させて探傷を行
   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、前記水平方向の移動により選択さ
   れる測定点で前記アークアレイ形超音波探触子を用いて
   電子スキャンにより前記縦断面方向の探傷を行い、かつ
   、前記アークアレイ形超音波探触子を前記水平方向に平
   行な面内で所定量回転させて前記電子スキャンにより前
   記縦断面方向の探傷をさらに行い、次の測定点へアーク
   アレイ形超音波探触子を移動させて前記と同様な探傷を
   繰り返すことによりある測定点で縦断面方向の探傷が行
   われた領域の少なくとも１部を異なる測定点において重
   複して探傷して欠陥データを採取す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探傷方式。
2. （２）アークアレイ形探触子を水平方向に平行な面内で
   所定量回転させて電子スキャンにより縦断面方向の探傷
   を行い、前記アークアレイ形超音波探触子を前記水平方
   向に平行な面内でさらに前記所定量回転させて電子スキ
   ャンにより縦断面方向の探傷を行い、これらが繰り返さ
   れて前記所定量の回転が１回転分行われて次の測定点へ
   前記アークアレイ形超音波探触子を移動させることを特
   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
   用いる探傷方式。