JPH0447264A - 超音波測定装置の焦点合わせ方式 - 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、超音波測定装置の焦点合わせ方式に関し、
詳しくは、焦点型の超音波探触子（以下プローブ）を所
定の深さの測定位置に自動的に焦点合わせをすることが
できるような超音波測定装置の焦点合わせ方式に関する
。

［従来の技術］ 超音波測定装置の１つである超音波映像探査装置は、被
検体の内部映像としてＢスコープ像やＣスコープ像を表
示することが可能である。この種の映像装置では、より
鮮明な映像を採取するために、プローブの音響特性やそ
の温度による媒体、被検体内部での音速等の各種の測定
条件に応して被検体内の所望の深さにプローブの焦点を
設定する焦点合わせ作業か必要である。

その操作として従来は、オンロスコープ等を使用して被
検体からの反射波形（Ａスコープ像）を観察し、その観
察波形から測定したい深さ、検出ゲート幅等を設定する
ほか、測定したい深さに焦点を合わせるために、さらに
所望の反射エコーか最大となるように焦点型のプローブ
を被検体に対して上下移動させる処理（２方向の位置決
め）を行っている。

しかし、このような焦点合わせには、超音波測定技術に
関する知識や被検体材料の音響特性に関する知識、さら
にはオシロスコープ等の操作を含めた電子計測に関する
知識が必要であり、専門家である測定エンジニア以外、
この種の超音波測定装置を使用することは難しい。

このようなことから被検体の音速等の音響特性値やプロ
ーブの水中焦点距離、測定したい深さ、検出ゲート幅時
間等を制御装置に入力することで測定したい深さに焦点
が合うようにプローブの位置の演算がなされ、その結果
に基づいたプローブの高さ（Ｚ方向の座標）に焦点型の
プローブが移動するというような自動焦点合わせ機構を
備えた超音波測定装置がある。

［解決しようとする課題］ 従来の自動焦点合わせ機構は、ゲート回路等により設定
したゲート範囲内の信号のピーク値を検出して焦点合わ
せを行い、ます表面に焦点合わせをして被検体と媒質と
の音速比等に基づいて所定の深さに焦点が合うような高
さを演算し、その位置にプローブを位置決めするもので
ある。

この方法は、実際の焦点位置に対して間接的な焦点合わ
せとなり、正確な焦点合わせができない欠点がある。

一方、焦点合わせ位置に試験対象があり、そこからエコ
ーが得られるような場合には、その位置にゲートをかけ
てこのエコーの受信波形を観測し、それが最大になるよ
うに設定することで焦点合わせが行われる。しかし、こ
れでは自動的な焦点合わせとならない。このような場合
にも自動焦点合わせとして、ゲートを設定してそのゲー
ト内で波形のピーク値を検出してそのピーク値が最大に
なるようにすればよいが、目的とするエコーを確実に捉
えるにはゲート幅をある程度大きな幅にしなければなら
ないために複数の波形が出現した場合に同じ測定波形の
ピーク値が検出されず、正確な焦点合わせができない欠
点がある。

この発明は、このような問題点を解決するものであって
、より正確に自動焦点合わせができる超音波測定装置を
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特徴は、被
検体からの超音波のエコーをプローブを介してエコー受
信信号として受け、このエコー受信信号のうち焦点合わ
せ位置に対応するエコー受信信号について所定のスレッ
シュホールドを越えている時間を計測し、被検体及びこ
れに対応する試験片のいずれかにおいてあらかじめ測定
した基準となる表面エコー、欠陥エコー及び底面エコー
のいずれかのエコー受信信号がスレッシュホールドを越
えている時間と被検体から得られるそれに対応するエコ
ーの受信信号がスレッシュホールドを越えている時間と
の関係に従って計測した時間を正規化するものであって
、この正規化した時間値をプローブと被検体の距離を変
化させ、変化させた距離に応じて得た正規化した時間値
の最大値に対応する距離に前記プローブを位置決めする
ものである。

［作用］ ところで、エコー受信信号において所定のレベルを基準
としてみた、エコーが発生している期間（以下信号幅）
とその信号における最大エコーレベルとは所定の関数関
係にあるので、エコー受信信号の信号幅をエコーレベル
として捉えることが可能である。しかし、信号幅の変化
は、エコーレベルの大きさの変化に比べて非常に小さい
。そのため、エコーレベルをそのまま信号幅に対応させ
て測定することは難しい。特に、エコー受信信号を受信
するレシーバのゲイン変動等により信号幅の変化部分が
吸収されてしまう危険性が高く、信号幅の変化では正確
なレベル測定ができず、誤差を生じやすい。しかし、レ
シーバ等のゲイン変動による信号幅の変化をある基準値
で正規化することで排除すれば、信号幅の変化をエコー
レベルの変化と対応付けることが可能である。

そこで、前記のようにスレッシュホールドを設けてこの
スレッシュホールドを基準にエコー受信信号の時間幅を
検出してそれを正規化するように構成することにより、
受信信号のエコーレベルを信号幅に代えて測定すること
ができる。しかも、信号幅は、レシーバのゲインを大き
くすればより大きく採ることができる。特に、エコーレ
ベルをピーク検出回路で検出する必要がないので正規化
を前提とすればゲインは最大限大きく採れ、それたけ信
号幅の示すエコーレベルも正確になる。そして、焦点合
わせに着目すれば、従来はエコーレベルの最大値で焦点
合わせをしているが、前記に従えばこれは時間幅の最大
値で焦点合わせができる。すなわち、焦点合わせ位置か
らのエコーか得られれば、そのエコーの時間幅か最大に
なったときに合焦点となっていると言える。

このようなことから、前記のように、焦点合わせ位置の
エコー受信信号に着目してそのエコー受信信号に対応し
て得られる正規化した時間幅の最大値を得ることで自動
的に焦点合わせを行うことができる。この場合、ピーク
値の検出ではなく、時間検出によるので、同じエコーに
着目でき、ピーク検出の場合のように別のピークを検出
する危険性がほとんどなくなり、より正確な焦点合わせ
がを行うことができる。

［実施例］ 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、この発明の一実施例の超音波測定装置のブロ
ック図であり、第２図は、そのエコーレベル測定処理の
説明図である。

第１図において、２０は、超音波測定装置であって、１
は、ＸＹＺ移動機構を有するその走査機構である。プロ
ーブ３は、第２図（ａ）に示すように、この走査機構１
に取付られていて被検体１４をＸ方向において主走査を
してＹ方向において副走査をし、それぞれの測定点でＡ
スコープ（ｔを得て、これに基づいてＢスコープ像の測
定データやＣスコープ像の測定データを生成し、Ｂスコ
ープ像やＣスコープ像を表示する機能を有している。

走査機構１は、スキャン制御装置２により制御され、ス
キャン制御装置２は、走査装置制御用のインタフェース
７を介して画像処理装置１０により制御される。

プローブ３は、超音波探傷器４に接続され、超音波探傷
器４は、パルサー会レシーバ等から構成され、送信端子
からプローブ３に所定の測定周期でパルス信号を送り、
パルス信号の発生に対応して得られるエコー受信信号を
受信端子で受けてそれを増幅し、さらに検波して第２図
（ｂ）に示すエコー受信信号１５をエコー幅検出回路５
に送出する。

エコー幅Ｍ出回路５は、スレッシュホールドＴＨのコン
パレータを有していて、被検体１４をプローブ３でＸ方
向に走査して第２図（ｂ）に示すエコー受信信号１５を
各測定点ごとに得て、それぞれのエコー受信信号１５を
コンパレータにより表面エコーの受信信号（以下表面エ
コーＳ）、欠陥エコーの受信信号（以下欠陥エコーＦ）
、底面エコーの受信信号（以下底面エコーＢ）のそれぞ
レノエコー受信信号に対してスレンシュホールドＴＨを
越えた時点からスレッシュホールドＴＨより低下する時
点までの各エコー受信信号の時間幅に対応する幅の時間
幅パルス１６（第２図（ｂ）参照）を発生する。

時間計測回路６は、表面エコーＳに対する第１゜第２の
２つのカウンタ６ａ、（３ｂと、欠陥エコーＦ・に対す
る第３．第４の２つのカウンタ６ｃ、６ｄ１そして底面
エコーＢに対する第５．第６の２つのカウンタＢｅ、６
ｆとこれらカウンタがカウントするクロックを発生する
クロック発生回路（図示せず）とを備えていて、これら
は計測した時間をデジタル値で保持する。

これら６個のカウンタは、超音波探傷器４からプローブ
３に加えられる送信パルスを受けてカウントを開始し、
第１．第２のカウンタ６ａ、６ｂは、前記の時間幅パル
ス１６の最初のパルスを受け、第１のカウンタ６ａは、
表面エコーＳのスレツシユホールドＴＨを越えたタイミ
ングに対応する時間幅パルス１６の立上りｌｅａのタイ
ミングでそのカウントを停止して時間ｔ１　の値（第２
図（ｂ）　’！＝照）を保持する。第２のカウンタ６ｂ
は、表面エコーＳのスレッシュホールドＴＨより低下し
たタイミングに対応する時間幅パルス１６の立上がり１
６ｂのタイミングでそのカウントを停止して時間ｔ２の
値（第２図（ｂ）参照）を保持する。

同様に、第３．第４のカウンタ８ｃ、ａｄは、前記の時
間幅パルス１６の２番目のパルスを受け、第３のカウン
タ６ｃは、欠陥エコーＦのスレッシュホールドＴＨを越
えたタイミングに対応する立上り１６ｃのタイミングで
そのカウントを停止して時間ｔ３の値（第２図（ｂ）参
照）を保持する。

第４のカウンタ６ｄは、その欠陥エコーＦのスレッシュ
ホールドＴＨより低下したタイミングに対応する立下が
りｌｅｄのタイミングでそのカウントを停止して時間ｔ
４の値（第２図（ｂ）参照）を保持する。

第５．第６のカウンタ６ｅ、６ｆは、前記の時間幅パル
ス１６の第３番目のパルスを受け、第６のカウンタ６ｅ
は、底面エコーＢのスレッシュホールドＴＨを越えたタ
イミングに対応する立上りｌｅｅのタイミングでそのカ
ウントを停止して時間ｔ５の値（第２図（ｂ）参照）を
保持する。第６のカウンタ６ｆは、底面エコーＢのスレ
ッシュホールドＴＨより低ドしたタイミングに対応する
σ下がり１６ｆのタイミングでそのカウントを停止して
時間ｔ６の値（第２図（ｂ）参照）を保持する。

保持されたこれらの時間ｔｘ”ｔｓは、最後に保持され
る時間ｔ６の保持が終了したタイミングで割込み処理に
て画像処理装置１０のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８
が処理できる入力データ値としてバス１３を介してマイ
クロプロセッサ８に順次転送される。

バス１３には、マイクロプロセッサ８のほかに、キーボ
ード（図示せず）、各種プログラムやデータを記憶した
メモリ９、画像メモリ１１、デイスプレィ１２等が接続
されている。そして、メモリ９には時間幅データ正規化
プログラム９ａと焦点合わせ処理プログラム９ｂ、表示
処理プログラム等とが格納されている。また、パラメー
タ記憶領域９ｃには、超音波探傷器４のゲインを最初に
設定して表示条件等を較正したときの第２図（ｂ）に示
す表面エコーＳの時間幅ｔｓ＝ｔ２−ｔｌが正規化基準
値として記憶されている。

時間幅データ正規化プログラム９ａは、時間計測回路６
から得られた時間値ｔｌ”ｔｅからｔｉ：ｊ２−ｔｔ　
の演算をしてＴ＝ｔｓ／ｌｉを測定の都度算出し、正規
化率Ｔを求める。なお、ｉは、測定回数であり、最初の
ゲイン設定状態のときに算出されるｔｏ　＝ｔｚ　−ｔ
ｘ　　（ただし、基準値の測定のときには測定回数はゼ
ロとする）をｔｏ＝ｔｓとして、これを前述したごとく
パラメータ記憶領域９ｃに記憶する。

さらに、時間幅データ正規化プログラム９ａは、欠陥エ
コーＦの時間幅ｔｆ　：ｊ４−ｔ３　、底面エコーＢの
時間幅ｔｂ＝ｔｓ−ｔｓをそれぞれ算出してこれら算出
値に対して正規化率Ｔをかけて、ｔｆ　ＸＴ、ｔｂ　Ｘ
Ｔを求め、欠陥ｘ：Ｉ−Ｆ及び底面エコーＢの信号幅の
時間値を正規化する処理を行う。

マイクロプロセッサ８によるこの時間幅データ正規化プ
ログラム９ａの実行によりメモリ９には、表面エコーＳ
の発生時間ｔ１　と、欠陥エコーＦの発生時間ｔ４とそ
の正規化された時間幅ｔｆ　ＸＴ。

底面エコーＢの発生時間ｔ５とその正規化されたｔｂ　
ＸＴが走査位置対応に順次記憶される。

ここで、第２図（Ｃ）に示すように、欠陥エコーＦの位
置が検査対象となる境界面にであるとすると、ここに焦
点合わせをすることができる。焦点合わせ処理プログラ
ム９ｂは、焦点合わせ機能キーが入力されているときに
起動され、時間幅デ−夕正規化プログラム９ａを実行し
て焦点合わせ付近にゲートをかけて得られる欠陥エコー
Ｆの発生時間ｔ３．ｔ４の値を求める。次に、この発生
時間ｊ３＋ｊ４に対して欠陥エコーの発生すれ量を見込
んだ前後、ｔ３±αの比較的幅の狭い範囲で第３のカウ
ンタ６Ｃが時間幅パルス１６の立上がり１６ｃを受けて
停止するようにし、ｔ４±αの比較的幅の狭い範囲で第
４のカウンタ６ｄが時間幅パルス１６の立下がりＩＥｆ
ｃを受けて停止するようにする。

これらカウンタ６　ｃ　ｔ　　６　ｄの値からｔｆを算
出して、さらに正規化された時間幅ｔｆ　ＸＴを算出す
る。この算出をプローブ３を２方向へ移動（高さを上下
移動）させてその２座標値（被検体とプローブとの距離
に対応）に対応してそれぞれ位置での時間幅ｔｆ　ＸＴ
を得る。そして、得たそれぞれの正規化された時間幅ｔ
ｆ　ＸＴをＺ座標値対応にメモリ９に記憶し、正規化さ
れた時間幅ｔｆＸＴのうちの最大値が得られるプローブ
３のＺ座標値を検出する。さらに、ここで、検出された
２座標値（高さ）にプローブ３を位置決めして欠陥Ｆに
対する焦点合わせを行う処理をする。

ソノ結果、プローブ３は、検査対象きなる境界面Ｋに正
確に焦点合わせができる。

なお、以上の場合には、焦点合わせの対象となるエコー
受信信号の発生時間ｊ３ｙ　　ｔ４をまず測定してこれ
に基づいて以後の測定で採取するエコー受信信号の位置
を限定している。これは、同じエコー受信信号の波形を
より正確に採取するためテアル。しかし、スレンシュホ
ールドレベルＴＨが適正に設定されていれば、同じエコ
ー受信信号のみの時間幅パルス１６が各測定時点で得ら
れるので、必ずしも前記のような方法を採る必要はない
。言い換えれば、欠陥エコーの発生ずれ量を見込んだ前
後、ｔ３±αの設定による制御は不要であり、単純に時
間幅パルス１６に応じて時間幅を得ればよい。

さて、このような焦点合わせを行った後に超音波測定あ
るいは検査を行うことになるが、この実施例では、測定
状態において、先の時間幅データ正規化プログラム９ａ
が実行され、この実行の後に走査位置対応に順次記憶さ
れたメモリ９の表面エコーＳの発生時間ｔｌ　と、欠陥
エコーＦの発生時間ｔ３とその正規化された時間幅ｔｆ
ＸＴ、底而エコー面の発生時間Ｌ５とその正規化された
ｔｂＸＴが各波形のピーク値として取り扱われる。

例えば、正規化された各エコーの時間幅ｔｆＸＴ。

ｔｂ　ＸＴを、例えば、２５６段階の１つとして変換し
である値のデジタル値をそのまま輝度の２５６階調の対
応する表示データとし、これを画像メモリ１１の走査位
置対応する測定点（Ｘ方向の座標）とその路程（測定時
間ｔｌ　、ｔ４．ｔ５に対応、Ｘ方向の座標）で決定さ
れる所定のアドレスに記憶する。そして、マイクロプロ
セッサ８は、メモリ９に記憶された表示処理プログラム
（図示せず）を実行して、画像メモリ１１に記憶された
データをデイスプレィ９に転送して境界面にの映像を画
面上に表示する。

以上説明してきたが、実施例では、プログラム処理にて
各エコー受信信号の信号幅の正規化を行っているが、こ
の正規化処理を行う回路をハードウェアとして設け、そ
れを時間計測回路に配置してもよい。また、正規化する
方法は、表面エコーＳの幅によるものに限定されない。

例えば、標準試験片を測定してその欠陥エコーや底面エ
コーのいずれかあるいは双方を基準としてそれぞれ正規
化してもよい。

実施例におけるエコーの受信信号幅の時間計測は、実施
例では６個のカウンタを設けて行っているが、これは、
−例であって、信号幅の時間計測は、時間幅パルス１６
の幅をそのままクロックパルスに応じてカウントしても
よく、カウンタの数はカウントするパルス幅に対応して
３個でもよいし、計数値を記憶するレジスタ等を設けて
１個のカウンタで対応できれば１個であってもよい。ま
た、ランプ電圧発生回路とカウンタとの組合せで時間計
測をしてもよく、種々の回路により時間計測は可能であ
る。また、信号幅は、時間幅パルス１６のような検波し
た信号ではなく、ＲＦ倍信号あってもよい。なお、１回
の測定で得られる時間値は、複数回の測定の平均値とし
て得てもよいことはもちろんである。

［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
、スレッシュホールドを設けてこのスレッシュホールド
を基準にエコー受信信号のうちの焦点合わせに位置に対
応するエコー受信信号の時間幅を検出してそれを正規化
するようにし、正規化した時間の最大値のプローブの位
置を焦点合わせ位置としている。

このように、ピーク値の検出ではなく、時間検出を採用
しているので、同じエコー受信信号に着目でき、ピーク
検出の場合のように別のピークを検出する危険性がほと
んどなくなり、より正確な焦点合わせがを行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の超音波測定装置のブロ
ック図、第２図は、そのエコーレベル測定処理の説明図
である。 １・・・走査機構、２・・・スキャン制御装置、３・・
・プローブ、４・・・超音波探傷器、５・・・エコー幅
検出回路、６・・・時間計測回路、７・・・インタフェ
ース、８・・・マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）　、９・
・・メモリ、 ９ａ・・・時間幅正規化プログラム、 ９ｂ・・・焦点合わせ処理プログラム、１０・・・画像
処理装置、１１・・・画像メモリ、１２・・・デイスプ
レィ、１３・・・バス、１４・・・被検体、１５・・・
エコー受信信号、１６・・・時間幅パルス、 ２０・・・超音波測定映像表示装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体からの超音波のエコーをプローブを介して
   エコー受信信号として受け、このエコー受信信号のうち
   焦点合わせ位置に対応するエコー受信信号について所定
   のスレッシュホールドを越えている時間を計測し、前記
   被検体及びこれに対応する試験片のいずれかにおいてあ
   らかじめ測定した基準となる表面エコー、欠陥エコー及
   び底面エコーのいずれかのエコー受信信号が前記スレッ
   シュホールドを越えている時間と前記被検体から得られ
   るそれに対応するエコーの受信信号が前記スレッシュホ
   ールドを越えている時間との関係に従って前記計測した
   時間を正規化するものであって、この正規化した時間値
   を前記プローブと前記被検体の距離を変化させ、変化さ
   せた距離に応じて得た前記正規化した時間値の最大値に
   対応する前記距離に前記プローブを位置決めすることを
   特徴とする超音波測定装置の焦点合わせ方式。
2. （２）焦点合わせ位置に対応するエコー受信信号につい
   て所定のスレッシュホールドを越えている時間の計測は
   、焦点合わせ位置に対応するエコー受信が発生するまで
   の時間を計測して得た時間を基準にして得られるエコー
   受信信号に対して行われることを特徴とする請求項１記
   載の超音波測定装置の焦点合わせ方式。