JPH0614031B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音波探傷装置に関し、特に、焦点型探触
子を用い、小さい欠陥についてＢスコープ像を表示でき
るような超音波探傷装置に関する。

［従来の技術］ 第６図（ａ），（ｂ）に示すように、被検材１中に欠陥
２などがある場合、探触子３から超音波を発信して被検
材１の表面から反射される表面エコー，欠陥２から反射
される欠陥エコー，底面から反射される底面エコーを探
触子３にて受信し、それぞれの受信エコー信号として第
６図（ｂ）に見る表面エコー信号３ｂと欠陥エコー信号
３ｃ、そして底面エコー信号３ｄとを得て、表面エコー
信号３ｂと欠陥エコー信号３ｃとの距離ｘから欠陥まで
の距離（深さ）ｈを、欠陥エコー信号３ｃの高さｙから
欠陥の大きさｄを知って、探傷することが行われる。な
お、第６図（ｂ）において、３ａは送信パルス信号であ
り、４は、受信エコー信号を選択するゲートである。

このような各エコー波形を得るＡスコープ方式は、超音
波探傷におけるモニタとして広く利用されている。しか
し、探傷情報としては一探触点しか得られない欠点があ
る。そこで、このような問題点を改善するために探触子
の移動距離を横軸とし、探傷距離（深さ）を縦軸として
被検材１の縦断面を画かせるＢスコープ方式が採用され
る場合もある。さらに被検材１上で探触子３を縦横に平
面走査させ、探傷距離の特定範囲にあるエコーの変化を
階調表示（白黒の２値化表示、あるいはカラー表示）し
て横断面図を画かせるＣスコープ方式が採用されること
もある。

［解決しようとする問題点］ 前記Ｂスコープ方式は、第７図〜第９図に示すように探
触子３が定められたピッチ（データ取入れ点として黒点
で示す）で被検材１上を移動し、各点において第８図に
示すようにＡスコープ図形を輝度変調してポジティブ，
ネガティブ信号として線で表し、これを第９図に示すよ
うに横軸に位置、縦軸に、音波伝播時間を採り、画像表
示するのが一般的である。しかし、このＢスコープ方式
で使用する探触子３は超音波ビームが絞られていないフ
ラット型であるため、検出される欠陥は大きなものに限
られる欠点がある。

検出される欠陥について小さなものまで検出するには、
Ｃスコープ像などで使用されている焦点型の探触子を使
用することが考えられるが、焦点型の探触子では、ゲー
ト位置を焦点位置に合わせる必要がある。したがって、
ゲート位置に設定の自由度がない。しかも、Ｂスコープ
像を得るための探傷点の総数は、ライン方向の探傷点×
深さ方向の走査数になり、非常に多い。これらの探傷点
に対してゲートを適正に設定するには、すくなくとも、
深さ方向の各走査位置に対応させる必要がある。

そこで、適正なＢスコープ像を得るためには、ゲートを
深さ方向に一定のピッチで移動させる必要がある。その
ために一般的なデジタル遅延制御を使用すること考えら
れるが、デジタル遅延制御の第１として、クロックによ
る遅延を考えてみると、これは、クロック単位の時間し
か遅延できないので、遅延時間の設定がクロックの整数
倍に制限され、自由にピッチを選択することができない
欠点がある。その第２として、可変遅延素子を用いるこ
とを考えてみると、これは、遅延時間が微少な上に、数
段階の遅延ができるだけである。したがって、Ｂスコー
プ像を採取する場合のゲートの遅延設定には適していな
い。

なぜなら、Ｂスコープ像を採取する場合のゲートの遅延
設定では、数十段階から数百段階は必要であるからであ
る。コンパレータ等を利用するアナログ制御で比較電圧
を制御することも考えられるが、これも、一定のピッチ
で数十段階から数百段階までゲートを設定できるように
するには難しい。

［発明の目的］ 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、小さい欠陥を簡単に検出でき、これをＢス
コープ像として表示できる超音波探傷装置を提供するこ
とを目的とする。

［問題点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傷
装置の特徴は、焦点型探触子を用い、その焦点を被検体
表面から底面までの間を所定のピッチで移動させて被検
体をＢスキャンし、Ｂスコープ像を得るものであって、
被検体から得られる受信エコー信号に対し設定されるゲ
ートに対応する幅のパルスを発生するパルス発生回路
と、デジタル値の制御信号を受けて前記パルスをこの制
御信号に応じて所定のタイミングだけ遅延させ受信エコ
ー信号にゲートを設定するゲートパルスを発生する遅延
回路と、デジタル値の制御信号を発生する制御信号発生
回路とを備えていて、遅延回路が、ｒｉ＝２^(i-1)・ｒ
_０（ｉ＝１〜ｎ）により決定される抵抗値をそれぞれ有
するｎ個の抵抗（ｎは２以上の整数）と、これらｎ個の
抵抗に対応して設けられ、パルス発生回路のパルスを遅
延させるために、これらｎ個のうち所定の抵抗を選択的
に接続するｎ個のスイッチ回路とを有していて、遅延時
間が選択的に前記接続された抵抗の抵抗値で決定され、
制御信号は、ｎ個のスイッチ回路を選択的にオン又はオ
フさせて前記所定の抵抗を選択するものである。

［作用］ このように焦点型探触子を用いてその焦点を被検体表面
から底面まで所定のピッチで移動させて受信エコー信号
から所定の探傷情報を得るようにしているので、微細な
欠陥が検出でき、しかも受信エコー信号のゲート位置を
ゲート回路により対応して順次発生させるようにもでき
るので、その制御が簡単なものとなる。

そして、ゲート回路に特定の抵抗値の組合せで決定され
る遅延回路を設けて、これをデジタル値で制御している
ので、数十や数百段階の遅延が可能であり、Ｂスコープ
像を採取するピッチ選択の自由度が高く、マイクロプロ
セッサ等の演算処理装置で直接制御できるので簡単な構
成で微細な欠陥をＢスコープ像として表示でき、より正
確な検査が期待できる。

［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、この発明を適用した超音波探傷装置の一実施
例のブロック図、第２図（ａ）は、そのＢスキャンの状
態の説明図、第２図（ｂ）は、その超音波探傷装置がＢ
スキャンする場合のデータ採取の処理の流れ図、第３図
は、ゲート回路の構成の説明図、第４図は、その遅延時
間設定回路の説明図、第５図は、デジタル制御による遅
延時間制御の仕方を示すテーブルの説明図である。

第１図において、２０は、超音波探傷装置であり、その
探触子３は、焦点型探触子であって、例えばＸＺ軸又は
ＹＺ軸の各軸走査機構を備えるスキャンニング装置１０
のＺ軸走査部に固定されている。そしてこのＺ軸走査部
がＸ及び／又はＹ軸走査部に支承され、探触子３は被検
材１の縦断面方向において、上下方向で往復走査できる
ようにＸ及び／又はＹ，Ｚ方向に移動可能に固定されて
いる。

この探触子３は、超音波探傷器６に接続されていて、超
音波探傷器６は、探触子３に送信パルス信号を送出し、
これから超音波エコーの受信信号を受ける。超音波探傷
器６は、いわゆるパルサ・レシーバであって、受信した
エコー信号を増幅又は減衰してオシロスコープ１２及び
ゲート回路７へと送出する。

ここで、オシロスコープ１２は、受信エコー信号をモニ
タリングし、第６図（ｂ）に見るようなＡスコープ像を
表示する。ゲート回路７は、超音波探傷器６と探触子３
によって得た波形に対して設定された焦点位置の部分の
波形を取出すものであって、焦点に対応する位置にゲー
トを発生させ、そのゲート内の最大信号レベルに応じた
アナログ電圧を出力する。

このゲート回路７は、画像処理装置１６により制御信号
に応じて制御され、探触子３の焦点移動ピッチに対応し
て、焦点位置に対応する時間位置（タイミング位置）で
第６図（ｂ）のゲート４で示すゲート信号を発生して、
受信エコー信号を選択する。ゲート回路７に発生した選
択された受信エコー信号のアナログ電圧は、Ａ／Ｄ変換
器８に送出されて、ここでデジタル化されてその出力が
画像処理装置１６に送られる。

画像処理装置１６は、マイクロプロセッサ（以下ＣＰ
Ｕ）９及びメインメモリ１４、画像メモリ１３、ディス
プレイ１５等を備えていて、これらがバス１１により接
続されている。また、前記ゲート回路７、Ａ／Ｄ変換器
８及びスキャンニング装置１０もバス１１に接続され、
ＣＰＵ９により制御される。ＣＰＵ９は、Ａ／Ｄ変換器
８からのデータを受けて、メインメモリ１４に格納され
た制御プログラムに従って所定の処理をし、その結果を
画像メモリ１３に記憶する。

ここで、メインメモリ１４には、スキャニング装置１０
を制御し焦点深さを算出するスキャニングプログラム１
４ａと、被検材１の中での焦点の位置を探触子３の移動
距離に換算する焦点深さ演算プログラム１４ｂ、焦点の
対応位置へのゲート４の移動距離（時間）を計算し、ゲ
ートを設定するゲート位置設定プログラム１４ｃ、そし
て画像処理プログラム１４ｄ等が格納されている。

なお、スキャニング装置１０は、画像処理装置１６の制
御において探触子３を第２図（ａ）に示すように被検材
１の縦断面方向に一致して、Ｚ方向（上下方向）に順次
降下しながら往復移動させる制御をすると共に、一定間
隔（黒点で示す探傷ピッチ位置）でデータを取入れるよ
うにＡ／Ｄ変換器８のＡ／Ｄ変換タイミングを制御す
る。

次に、第２図（ａ），（ｂ）に従って、Ｂスコープ像を
得る処理について説明する。

まず、スキャニングプログラム１４ａが起動され、ＣＰ
Ｕ９によって探触子３の位置が制御されて探触子３が走
査の始点に移動する。次に、焦点を被検材１の表面に合
わせ、同時に第６図（ｂ）に見るゲート４を表面に合わ
せ、探触子３を探傷ピッチに合わせて制御し、第２図
（ａ）に見るようにピッチ移動させて被検材１をＢスキ
ャンし、各探傷点における受信エコー信号を得て、その
データを収集する。これを被検材１の端まで繰り返し行
う。

端まで来たら、焦点を被検材１の内で断面方向に１ピッ
チ分下げるのに必要な探触子３の移動距離（Ｚ方向の位
置）を焦点深さ演算プログラム１４ｂによって算出す
る。さらに、焦点位置にゲート４を開くために、ゲート
位置設定プログラム１４ｃによってゲート４の位置を算
出する。そして前記焦点深さの情報とゲート４の位置の
情報とに基づき、ＣＰＵ９からゲート回路７に対応する
制御信号を送出し、焦点の位置（深さ）対応にゲート位
置を設定するとともに、スキャンニング装置１０には、
探触子３が、設定された焦点位置に焦点を結ぶように、
Ｚ方向移動信号（この場合には特に、下降方向へ１ピッ
チ分下げる信号）を送出する。

このようにして設定された新しい焦点位置とゲート位置
とにより再びスキャニングプログラム１４ａを起動して
探触子３を被検材１の端から端まで移動させる。

このような処理の全体的な流れを示すと、第２図（ｂ）
のようになる。

すなわち、ステップで、被検材１が浸漬された水槽の
音速Ｃ_１及び被検材１内の音速Ｃ_２をセットし、ステッ
プにて探触子３の初期探査位置の位置決めを行い、ス
テップにて焦点を被検材１の表面に合わせ、ゲートを
表面に合わせる処理をする。そしてステップにデータ
を収集して、ステップにて、スキャンが１ラインの終
わりに来ているか否かを判定して、１ラインの終わりで
あれば、ステップへと移動し、ステップにて焦点が
底面に合っているか否かの判定をする。ここで底面に合
っていれば、この処理は終了となる。また、底面に合っ
ていなければ、ステップへと移行して、ステップに
て、焦点を被検材１の内部において１ピッチ分に対応す
るピッチだけ下に移動させて、かつこれに対応してゲー
トを対応時間位置へ移動させる処理を行う。そしてステ
ップへと戻り、前記と同様な処理を繰り返す。

また、前記ステップの１ラインの終わりに来ているか
否かの判定で、１ラインの終わりに来ていなければステ
ップａへと移行して、ステップａにて探触子３を１
ピッチ分表面に平行な方向へ移動させ、ステップへと
戻って次のデータの収集を行う。

このように第２図（ｂ）に見る処理の流れに従って、１
ピッチづつその深さを加えて、被検材１の内部の焦点を
順次深いところへと合わせていき、焦点が被検材１の底
面に来るまでデータを収集するものである。なお、被検
材１の厚さが設定されたピッチの整数倍に対応しないと
きには、対応するピッチに指示するか、又は、底面に最
も近いピッチの走査が終了した時点で底面に一致するよ
うに底面だけを特別に設定するものである。

第３図は、このような画像データを採取する場合のゲー
ト４の位置を順次変更するためのゲート回路７の具体的
な回路構成の一つを示している。

ゲート回路７は、表面波検出回路２１と、トリガ発生回
路２２、そしてゲート信号発生回路２３とから構成さ
れ、ゲート信号発生回路２３は、モノステーブルマルチ
バイブレータ２３ａ及びこれに挿入されている可変抵抗
回路２３ｂとにより構成されていて、可変抵抗回路２３
ｂの抵抗値を変化させることにより、その遅延時間が決
定される。そしてこの遅延時間に対応してモノステーブ
ルマルチバイブレータ２３ａから発生するゲート信号の
発生時間位置（タイミング）が決定されるすなわち、こ
の遅延時間は、モノステーブルマルチバイブレータ２３
ａの可変抵抗回路２３ｂ（外付け抵抗回路）と同様なコ
ンデンサ２３ｃ（外付けコンデンサ）の比に比例する。
そこで遅延時間を変えるには可変抵抗回路２３ｂ（外付
け抵抗回路）の抵抗値を可変にしてやればよい。

この可変抵抗回路２３ｂは、第４図、第５図に示すよう
に、固定抵抗ｒ_１〜ｒ_７を直列につなぎ、さらに各固定
抵抗後をＲｉ＝2^(i-1)・ｒ_０とし、切り換えスイッチＳ
_１〜Ｓ_７を第５図の表２４に示すように切り換えるもの
であって、スイッチＳ_１〜Ｓ_７は、ｎ個（ｎ＝７）のう
ち選択された抵抗のみモノステーブルマルチバイブレー
タ２３ａの遅延回路に寄与する抵抗としてこの回路に直
列接続するものである。

すなわち、表２４は、横の欄に前記切り換えスイッチＳ
_１〜Ｓ_７を取り、縦の欄に各抵抗ｒｉ（ｉ＝１〜７）の
抵抗値Ｒｉを採ったものであって、この表のマトリック
スの交点の値が“０”のときは、対応するスイッチＳｉ
（ｉ＝１〜７）が“ＯＦＦ”（オフ）であることを意味
している。そしてこのときには、スイッチＳｉは抵抗ｒ
ｉ側にセットされておらずに、ショート側に接続されて
いる状態となっていて、その抵抗は遅延に寄与しない。
また、交点の値が“１”のときは、対応するスイッチＳ
ｉ（ｉ＝１〜７）が“ＯＮ”（オン）されることを意味
している。そしてこのときには、スイッチＳｉは抵抗ｒ
ｉ側にセットされ、抵抗値ｒｉが直列に接続される状態
となっている。したがって、第４図に示す直列回路の全
抵抗値Ｒは、表２４の縦の欄の各行対応の抵抗値とな
る。これを式で示すと、次のようになる。

Ｒ＝２^６×（Ｓ_７）＋２^５×（Ｓ_６）＋２^４× （Ｓ_５）＋２^３×（Ｓ_４）＋２^２×（Ｓ_３） ＋２×（Ｓ_２）＋（Ｓ_１） ただし、（Ｓｉ）は、抵抗ｒｉに対応するスイッチＳｉ
が“１”に設定されたときの直列回路に挿入される各抵
抗値である。

その結果、前記の式に対応して、各ビットを割当て、こ
の例では、７ビットを各スイッチＳ_１〜Ｓ_７のオン／オ
フ制御信号に割当て、デジタル値の“１”，“０”に対
応させてスイッチＳｉを制御すれば遅延時間の制御がデ
ジタル的に制御可能である。特に、前記スイッチスイッ
チＳ_１〜Ｓ_７をアナログスイッチ回路により形成すれ
ば、その全抵抗値Ｒは、ＣＰＵ９によって１２８段階
（表２４参照）に制御でき、ＣＰＵ９からゲート回路７
にデジタル値の形態で制御信号を送り、このようなデジ
タルの制御信号で自由にゲート位置を設定でき、しかも
自動的にゲート４の位置を移動できることになる。

以上説明してきたが、遅延回路に寄与する抵抗を挿入す
る可変抵抗回路は、第４図に示す抵抗とスイッチの組合
せに限定されるものではなく、種々の組合せが可能であ
る。例えば、各抵抗を直列接続した回路の各抵抗にスイ
ッチを並列に挿入して、オフしたとき、抵抗を挿入し
て、全抵抗値を決定するようにしてもよいし、さらにこ
のような直列回路による抵抗接続に組合せにも限定され
るものではない。

実施例では、Ｂスコープ像を得るＢスキャンの場合を中
心に説明しているが、この発明は、Ｂスキャンに限定さ
れるものではなく、Ｃスキャンを含め超音波探傷一般に
適用でき、採取する探傷情報は画像処理されることに限
定されない。

また、実施例では、被検材を対象としているが、被検体
一般に適用することができることはもちろんである。

［発明の効果］ この発明の超音波探傷装置にあっては、焦点型探触子を
用い、その焦点を被検体表面から底面まで所定のピッチ
で移動させて受信エコー信号から所定の探傷情報を得る
ものであって、所定ピッチに対応する時間ピッチで受信
エコー信号に対してゲートを設定するようにしているの
で、微細な欠陥が検出でき、しかも受信エコー信号のゲ
ート位置をゲート回路により対応して順次発生させるよ
うにもできるので、その制御が簡単なものとなる。

そして、ゲート回路に特定の抵抗値の組合せで決定され
る遅延回路を設けて、これをデジタル値で制御している
ので、数十や数百段階の遅延が可能であり、Ｂスコープ
像を採取するピッチ選択に自由度が高く、マイクロプロ
セッサ等の演算処理装置で直接制御できるので簡単な構
成で微細な欠陥をＢスコープ像として表示でき、より正
確な検査が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を適用した超音波探傷装置の一実施
例のブロック図、第２図（ａ）は、そのＢスキャンの状
態の説明図、第２図（ｂ）は、その超音波探傷装置がＢ
スキャンする場合のデータ採取の処理の流れ図、第３図
は、ゲート回路の構成の説明図、第４図は、その遅延時
間設定回路の説明図、第５図は、デジタル制御による遅
延時間制御の仕方を示すテーブルの説明図、第６図
（ａ）及び（ｂ）は、超音波探傷方法の一般的な説明
図、第７図は、そのＢスキャンの一般的な説明図、第８
図は、その波形処理の説明図、第９図は、その表示画像
の説明図である。 １…被検材、２…欠陥部、３…探触子、 ４…ゲート、５…ディスプレイ、 ６…超音波探傷器、７…ゲート回路、 ８…Ａ／Ｄ変換器、９…マイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）、１０…スキャニング置、 １１…バス、１２…オシロスコープ、 １３…画像メモリ、１４…メインメモリ、 １４ａ…スキャニングプログラム、 １４ｂ…焦点深さ演算プログラム、 １４ｃ…ゲート位置設定プログラム、 １４ｄ…ゲート設定プログラム、 ２１…表面波検出回路、２２…トリガ発生回路、 ２３…モノステーブルマルチバイブレータ、 ２４…遅延回路、２４ａ…可変抵抗、 ２４ｂ…コンデンサ、 ｒ_１〜ｒ_７…抵抗、Ｓ_１〜Ｓ_２…スイッチ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焦点型探触子を用い、その焦点を被検体表
   面から底面までの間を所定のピッチで移動させて被検体
   をＢスキャンし、Ｂスコープ像を得るものであって、前
   記被検体から得られる受信エコー信号に対し設定される
   ゲートに対応する幅のパルスを発生するパルス発生回路
   と、デジタル値の制御信号を受けて前記パルスをこの制
   御信号に応じて所定のタイミングだけ遅延させ前記受信
   エコー信号にゲートを設定するゲートパルスを発生する
   遅延回路と、前記デジタル値の制御信号を発生する制御
   信号発生回路とを備え、前記遅延回路は、ｒｉ＝２
   ^(i-1)・ｒ_０（ｉ＝１〜ｎ）により決定される抵抗値を
   それぞれ有するｎ個の抵抗（ｎは２以上の整数）と、こ
   れらｎ個の抵抗に対応して設けられ、前記パルス発生回
   路の前記パルスを遅延させるために、これらｎ個のうち
   所定の抵抗を選択的に接続するｎ個のスイッチ回路とを
   有していて、前記遅延時間が選択的に前記接続された抵
   抗の抵抗値で決定され、前記制御信号は、前記ｎ個のス
   イッチ回路を選択的にオン又はオフさせて前記所定の抵
   抗を選択するものである超音波探傷装置。