JPH0495873A

JPH0495873A - 超音波探査映像装置の焦点合わせ方法およびこの方法を用いる超音波探査映像装置

Info

Publication number: JPH0495873A
Application number: JP2214765A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kunitomo; 裕一國友
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1990-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1992-03-27
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JP2881702B2

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、超音波探査映像装置の焦点合わせ方式に関
し、詳しくは、超音波測定に慣れていない人でも焦点型
の超音波探触子（以下プローブ）を所定の深さの検査位
置に容易に焦点合わせすることができるような超音波探
査映像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
条件に応じ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が必要である。

その操作として従来は、オシ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
所望の反射エコーが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てその高さを決める処理
（Ｚ方向の位置決め）が行われている。

また、これとは別に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と、測定したい深さに焦点が
合うように演算がなされ、その結果に基づく焦点位置に
焦点型のプローブが移動するというような装置もある。

しかし、いずれの場合も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が難しいのが現状である。

［解決しようとする課題］最近では、各種の検査に超音波映像探査装置が使用され
、携帯可能な装置も製造されいる。その結果、超音波測
定に熟練していない人が検査装置としてこの種の装置を
利用する場合が多くなり、誰でも使用でき、操作のし易
いものを、という要請がある。

超音波探査映像装置では、各種の操作についてあらかじ
めデータを設定することが可能であるが、操作のうち特
に被検体に応じて行う焦点合わせについてはあらかじめ
設定することができない。そこで、従来、被検体の音響
特性、材質等を理解している技術者が電子計測器を使用
して、必要に応じて被検体内部における超音波の状態を
映像表示して観察しながら測定条件等を考慮して焦点合
わせをしている。

この発明は、前記のような要請に応え、この種の問題点
を解決するものであって、超音波測定に慣れていない人
とか、一般の人が容易に焦点合わせができる超音波探査
映像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探査
映像装置の構成は、被検体の深さ方向と前記被検体の面
に沿った方向の二次元でエコー発生部分に対応する表面
を含む範囲において所定の測定ピッチで前記被検体を走
査し、深さ方向の各走査位置における面に沿った方向で
の測定点対応に超音波探触子の焦点位置に対応するエコ
ーのピーク値を測定データとして得て、得られた測定デ
ータをその最大のピーク値の測定データを基準にして正
規化し、この正規化した測定データについて最大ピーク
値から所定の割合にあるピーク値の測定データにおける
面に沿った方向での測定点の間の距離を算出し、この距
離が最小の深さ方向の走査位置に超音波探触子を位置決
めすることによりエコー発生部分に対する焦点合わせを
するものである。

［作用］このように、被検体の深さ方向と面方向とに従う二次元
で走査をして各深さ方向の走査位置においてピーク値を
面方向の距離対応に採取することで、焦点合わせ部分に
対応する上部表面位置で最大となるような特性の測定デ
ータを得て、かつ、その測定データを最大ピーク値を基
準として正規化して最小幅の特性の測定データを得るプ
ローブ高さ（Ｚ座標）を求めるので、その特性がもっと
も急峻となる合焦点位置のプローブの高さ（Ｚ座標）を
検出できる。そこで、これにより得たプロ−ブの高さに
プローブを位置決めすることで自動的に焦点合わせがで
きる。

［実施例コ以下、この発明の一実施例について図面を用いて詳細に
説明する。

第１図は、この発明の一実施例の超音波探査映像装置の
ブロック図であり、第２図は、その焦点合わせ処理のフ
ローチャート、第３図（ａ）〜（ｄ）は、その焦点合わ
せの原理についての説明図である。

第１図において、２０は、超音波探査映像装置であって
、■は、ＸＹＺ移動機構を有するその走査機構である。

焦点型のプローブ３は、この走査機構１に取付られてい
て被検体１６をＸ方向に主走査をし、Ｘ方向に副走査し
、Ｚ方向には焦点合わせのための副走査をする。超音波
探査映像装置２０は、このＸＹ定走査よりそれぞれの測
定点でＡスコープ像を得て、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。そして、被検体１６には、表面からある深さ位置に
測定対象あるいは検査対象となるような、例えば、欠陥
や接合個所等のエコー発生部分が存在している。

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、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・レシーバ等から構成され、画像処理
装置１１０からの制御信号に応じて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プローブ３からのエコー受信
信号を受信端子で受けてそれを増幅し、さらに検波して
ピーク検出回路５に送出する。

ピーク検出回路５は、検波されたエコー受信信号から所
定の位置にゲートをかけて必要なエコー部分のピーク値
を検出する。それをＡ／Ｄ変換回路６に出力する。ゲー
ト位置は、インタフェース７を介して画像処理装置１０
から設定信号とじて受ける。ピーク検出回路５は、この
設定信号に応じて、例えば、表面エコーを検出して時間
カウントをする。そのための回路がここに内蔵されてい
る。

Ａ／Ｄ変換回路６は、画像処理装置１０からの制御信号
に応じて得られたピーク値のアナログ信号を、例えば、
８ビツト２５６段階でデジタル値に変換し、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
入力データ値にしてバス１３に送出する。

その結果、被検体１６をプローブ３でＸ方向に走査した
各測定点ごとにピーク検出回路５でピーク値が検出され
、それがＭＰＵ８に渡される。ＭＰＵ８は、これらピー
ク値のデータを各測定点対応に順次メモリ９に記憶して
いく。

バス１３には、マイクロプロセッサ８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９、画像メモリ１１、ディスプレイ１２、そして
、キーボード（図示せず）等が接続されている。また、
メモリ９にはＸＺ走査プログラム９ａと正規化プログラ
ム９ｂ１焦点合わせプログラム９Ｃ１表示処理プログラ
ム等とが格納されている。そして、そのパラメータ記憶
領域９ｄには、測定時に入力されたＸＺ定走査ためのＸ
方向の距離とＸ方向、Ｚ方向（プローブの高さ方向）の
測定ピッチのデータが記憶されていて、焦点合わせデー
タ記憶領域９ｅには、ＸＺ走査プログラム９ａにより得
られたピーク値がＺ座標の位置対応でかつ各測定点対応
に記憶される。

ＸＺ走査プログラム９ａは、ＭＰＵ８がこれを実行する
ことにより、特に初期位置指定がされていないときには
、あらかじめ操作パネルから入力されたプローブ３の焦
点距離と被検体１６との位置関係（通常、所定の水槽の
底部に被検体１６は配置されているので、その厚み等が
操作パネルから入力されることで位置関係が決定される
。）に応して測定開始点において、まず、被検体１６の
表面直下に焦点が位置付けられるようにプローブ３のＺ
座標位置（高さ）を算出してプローブ３を位置決めする
処理を行う。この位置が通常のＸＺ走査の中心位置ある
いは基準位置となる。そして、測定開始とともにＸ方向
に走査してＸ方向の測定点をパラメータ記憶領域９ｄに
記憶されたＸ方向の測定ピッチに従って更新して行き、
それぞれの測定点の位置でエコーのピーク値を採取する
。これを、パラメータ記憶領域９ｄに記憶されたＸ方向
の距離分走査した時点で２方向のピッチを更新して今度
は逆方向にＸ方向の走査を行い、同しピッチで測定点を
更新し、各測定点対応にエコーのピーク値を得る。なお
、この場合に採取されるエコーは、プローブ３の焦点位
置にゲートを設定して得たゲート内にあるエコーである
。

第３図（ａ）は、この場合の測定杖態の説明図であって
、測定位置Ｂに欠陥Ｆや接合個所があるとする。この場
合、欠陥Ｆ等の上部表面を含むような形でＸ方向走査（
第３図（ａ）参照）をし、そのときのプローブ３の焦点
位置がＡあるいはＣの位置にあれば、欠陥Ｆからのエコ
ーのピーク値の測定データとＸ方向の距離との関係は、
欠陥Ｆの真上の位置を原点として表すと、同図（ｂ）の
特性１４に示すように、原点０を通る縦軸に対称でかつ
原点Ｏの位置にピークを持つ曲線となる。

また、Ｂ点の位置にプローブ３の焦点があるときには、
ピークがさらに大きくなり、同図の特性１５に示すよう
に、その幅が狭い曲線となる。

これら特性１４．１５の相違から分かるように、プロー
ブ３の焦点が欠陥の位置に一致しているときには、ある
測定点と次の測定点とのピーク値の変化量が大きくなり
、原点Ｏを通る縦軸に対する特性曲線の幅は、最も狭く
なり、そのピークは、高く、細い。また、焦点位置から
離れるに従っである測定点と次の測定点とのピーク値の
変化量が小さくなり、特性曲線の幅は広いなり、そのピ
ークは低い。

これにより、このような特性のうち最も幅が狭い特性１
５が得られた位置が合焦点位置であることが判る。そこ
で、２方向走査における各座標位置に対応してこのよう
な特性のピーク値の測定データを採取するのが、先のＸ
ｚ走査プログラム９ａであり、得られたピーク値の測定
データは、そのプローブ３のＺ座標に応じて焦点合わせ
データ記憶領域９ｅにＸ方向の測定点の順に順次記憶さ
れていく。

しかし、第３図（ｂ）に示すような測定データが得られ
たとしても、その幅は、測定時の感度によって相違する
。また、これら図では、説明の都合上、はっきりと相違
させているが、合焦点位置に近づくにつれて見分は難く
なるのが実際である。

正規化プログラム９ｂは、ＸＺ走査プログラム９ａの実
行の後にＭＰＵ８により起動され、各測定データを正規
化することで、これらの幅の相違を明確にする。すなわ
ち、このプログラムをＭＰＵ８が実行することにより、
ＭＰＵ８は、あるＺ座標におけるＸ方向のピーク値の測
定データのうち、その最大値を検索して得る。そして、
検索した最大ピーク値を１００％として、各測定データ
のピーク値を最大ピーク値からの割合のデータ変換して
焦点合わせデータ記憶領域９ｅの測定データを書換えて
いく。これにより、第３図（Ｃ）に点線で示すような幅
の広いデータがこれにより実線で示すようなデータに正
規化される。

焦点合わせプログラム９ｃは、正規化プログラム９ｂの
実行の後にＭＰＵ８により起動され、これをＭＰＵ８が
実行することにより、ＭＰＵ８は、正規化された焦点合
わせデータ記憶領域９ｅの各Ｚ座標において５０％の位
置にあるデータの測定点を検索して、その測定点からそ
のＸ方向の座標ＸＩ　、Ｘ２を算出し、さらに、これら
の差ΔＸ＝ｌＸ２−ｘｔｌの値を各２座標対応に算出し
て、それぞれの２座標対応に焦点合わせデータ記憶領域
９ｅに記憶する。この場合に得られたΔＸについて、合
焦点位置を原点Ｏとして２方向の距離との関係を示すの
が第３図（ｄ）であり、合焦点位置でその値が最小値に
なっている。そこで、このプログラムを実行することで
、ＭＰＵ８は、前記ΔＸが最小となるＺ座標値を求めて
、それを焦点合わせ位置としてプローブ３をこのＺ座標
に位置決めする。

次に、画像処理装置１０の焦点合わせの全体的な処理に
ついて第２図に従って説明する。

まず、ステップ■で操作パネルからプローブ３の焦点距
離と被検体１６の厚さ等の初期情報、そして、焦点合わ
せのためのＸＺ定走査おける走査開始座標やＸ方向の測
定ピッチＰｘ１Ｚ方向の測定ピッチＰｚｓ焦点合わせの
ためのＸ方向の測定距離Ｘｍ等を入力する。なお、この
ときには、焦点合わせを行うためにエコーを発生する欠
陥あるいは接合個所等の位置は前記の測定距離Ｘ−の内
部に含まれているものとする。また、超音波探傷器４の
送信パルスの発生周期やピーク検出回路５のゲート幅等
は、あらかじめ超音波探査映像装置として最もよく使わ
れる設定値になるように設定するデータがメモリ９の所
定領域に記憶されていて、それらのデータが参照されて
ＭＰＵ８によりインタフェース７を介して設定される。

例えば、ピーク検出のゲート幅は、０．１μｓから数μ
Ｓ程度の期間に設定されている。これらの設定値は何度
であるが、設定値を変えなくても機能上、問題はないの
で、特定の技術知識がない限り、設定操作の必要がない
。また、ゲート位置は、プローブ３の焦点位置に合わせ
て行われ、表面エコーを検出してからの時間として設定
される。設定される時間は、Ｚ方向の走査に応じて各測
定位置（それぞれのＺ座ｅ４）から焦点位置を割出して
時間を算出するものであって、この処理がメモリ９に記
憶されているゲート設定処理プログラム（図示せず）に
従って行われ、ＭＰＵ８によりインタフェース７を介し
て演算結果がピーク検出回路５に与えられる。

次のステップ■において、ＸＺ走査プログラム９ａが起
動され、焦点合わせを行う測定開始位置にまずプローブ
３が位置付けられ、ＭＰＵ８は、このプログラムを実行
してプローブ３の高さ方向（Ｚ方向）の基準位置として
プローブ３の焦点がその表面直下に来る距離と等しくな
るように被検体１６とプローブ３との間隔を設定する。

ステップ■で、操作パネル上の測定開始キーの人力待ち
ループに入り、走査開始か否かをそのキー人力により検
出する。キーが入力されると、次のステップ■において
、入力された測定ピッチＰＸ、測定ピッチＰｚ、Ｘ方向
の測定距離ｘ１１に従って、ＸＺ走査測定が開始され、
ＭＰＵ８のＸＺ走査プログラム９ａの実行により被検体
１６は、Ｘ方向の測定点更新（測定位置の更新）ともに
Ｚ方向にも走査される。その結果、各Ｚ座標の位置にお
いてＸ方向の測定点対応にピーク値の測定データが得ら
れ、それが焦点合わせデータ記憶領域９ｅに記憶される
。

次に、ステップ■で正規化プログラム９ｂがＭＰＵ８に
より実行されて焦点合わせデータ記憶領域９ｅのピーク
値の測定データが正規化され、ステップ■で、正規化さ
れたピーク値の測定データのうちから５０％のピーク値
おけるＸ方向の座標値の差ΔＸが算出され、ステップ■
でその最小値の位置のＺ座標にプローブ３が位置決めさ
れる。

この位置決めが終了した時点で焦点合わせが完ｒし、次
のステップ■で、操作パネル上の走査測定開始キーの入
力待ちループにより走査開始か否かを検出する。ここで
、測定開始キーが入力されると、次のステップ■におい
て平面走査プログラムが実行され、あらかじめ入力され
た測定条件に基づいて、ＭＰＵ８は、前記の焦点合わせ
がされた高さに固定されたプローブ３により測定開始位
置から通常のＸＹ定走査よる平面走査を行う。この平面
走査測定によって得られる平面映像は、測定したい深さ
に焦点に合った鮮明な映像になる。

そして、最後にステップ［相］で測定終了か否かを終ｒ
キー人力等により判定する。

このようにして、ここでは、焦点合わせをしなくても、
被検体１６の接合個所等のエコーが得られる位置に自動
的に焦点合わせができるので、オペレータは、焦点合わ
せの特別な操作をしなくても済む。したがって、超音波
や電子計測器等に関する特定の技術知識がなくても、極
めて簡単に超音波探査映像装置により欠陥検査やその他
の測定ができる。

ところで、ステップ■においては、自動的に５０％のピ
ーク値おけるＸ方向の座標値の差ΔＸが算出され、ステ
ップ■では、その最小値の位置のＺ座標にプローブ３が
位置決めされるようになっていて自動焦点合わせができ
るが、第３図（ｄ）のグラフをディスプレイ１２の画面
上に表示して最小値のＺ座標を表示することで、マニュ
アルにてプローブ３の位置を合焦点位置に位置決めして
もよい。また、前記のＸ方向の座標値の差ΔＸを算出し
てディスプレイ１２の画面上に表示するようにし、さら
に、ＸＺ定走査うちＺ方向の位置決メヲマニュアルで行
うようにして前記ΔＸが最小になるようなプローブ３の
高さを求めてもよい。

以上説明してきたが、実施例では、焦点合わせにＸｚ方
向で走査をしているが、これは、ＹＺ方向であってもよ
いことはもちろんである。

また、実施例では、測定データに対して正規化した後、
５０％の位置でＸ方向の座標値の差ΔＸを算出するよう
にしているが、その割合は、５０％に限定されるもので
はな（，０％と１００％を除けば、理論的には、どのよ
うな割合を採ってもよい。また、％で示しているが、ピ
ーク値の最大値を１００％とすることなく、１００％に
対応する特定の値を設定してその値で各測定データを正
規化しても同様である。

実施例では、ＸＹ平面走査を前提としてＸｚ定走査焦点
合わせをしているが、Ｒ２Ｏの回転走査ではＲＺ定走査
るいはθＺ定走査すればよく、この発明は、このような
走査でも同様に適用可能であって、走査の形態には限定
されない。

また、実施例では、欠陥の位置１点だけを指定してそこ
に焦点合わせをしているが、多数の欠陥や接合個所があ
った場合には、それぞれにおいてｘｚ、ｙｚ定走査すれ
ば、被検体内部の深さ方向の複数個所において順次焦点
合わせを行うことができる。

［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
、被検体の深さ方向と面方向とに従う二次元で走査をし
て各深さ方向の走査位置においてピーク値を面方向の距
離対応に採取することで、焦点合わせ部分に対応する上
部表面位置で最大となるような特性の測定データを得て
、かつ、その測定データを最大ピーク値を基準として正
規化して最小幅の特性の測定データを得るプローブ高さ
（Ｚ座標）を求めるので、その特性がもっとも急峻とな
る合焦点位置のプローブの高さ（Ｚ座標）を検出できる
。そこで、これにより得たプローブの高さにプローブを
位置決めすることで自動的に焦点合わせができる。

その結果、超音波測定に熟知していない人であっても簡
単に焦点合わせができ、合焦点状態で正確な測定ができ
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探査映像装置の
ブロック図であり、第２図は、その焦点合わせ処理のフ
ローチャート、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ
）は、それぞれその焦点合わせの原理についての説明図
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・・・Ｘｚ走査プログラム、９ｂ・・・正規化プログラム、９ｃ・・・焦点合わせプログラム、９ｄ・・・パラメータ記憶領域、９ｅ・・・焦点合わせデータ記憶領域、１０・・・画像
処理装置、１１・・・画像メモリ、１２・・・ディスプ
レイ、１３・・・バス、１６・・・被検体、２０・・・
超音波測定装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の深さにエコー発生部分を有する被検体に対
して前記エコー発生部分に焦点型の超音波探触子の焦点
を合わせて探傷を行い、その映像を表示する超音波探査
映像装置において、前記被検体の深さ方向と前記被検体
の面に沿った方向の二次元で前記エコー発生部分に対応
する表面を含む範囲について所定の測定ピッチで前記被
検体を走査し、前記深さ方向の各走査位置における前記
面に沿った方向での測定点対応に前記超音波探触子の焦
点位置に対応するエコーのピーク値を測定データとして
得て、得られた測定データをその最大のピーク値の測定
データを基準にして正規化し、この正規化した測定デー
タにおいて前記最大ピーク値から所定の割合にあるピー
ク値の測定データにおける前記面に沿った方向での測定
点の間の距離を算出し、この距離が最小の深さ方向の走
査位置に前記超音波探触子を位置決めすることにより前
記エコー発生部分に対する焦点合わせをすることを特徴
とする超音波探査映像装置の焦点合わせ方式。
（２）測定点の間の距離がディスプレイ上に表示され、
表示された距離が最小となる深さ方向の走査位置が選択
され、この選択された位置に前記超音波探触子を位置決
めすることによりエコー発生部分に対して焦点合わせを
することを特徴とする請求項１記載の超音波探査映像装
置の焦点合わせ方式。
（３）深さ方向の走査がマニュアルにて行われることを
特徴とする請求項２記載の超音波探査映像装置の焦点合
わせ方式。