JPH0688812A

JPH0688812A - 超音波検査装置及び超音波検査方法

Info

Publication number: JPH0688812A
Application number: JP4239734A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Koike; 正浩小池; Yoshinori Takesute; 義則武捨
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】電子走査式超音波検査装置で超音波反射源の
位置を正確に求める。【構成】アレイ探触子１から被検体２に超音波を送信
する際、超音波を集束、あるいは目的の方向に超音波を
伝播させるために各素子に必要な送信タイミングを送信
遅延時間回路４で与える。被検体２内の反射源からの反
射波は、アレイ探触子１で受信され、受信遅延回路５に
送られる。受信遅延回路５では、各受信信号に同位相と
なるのに必要な遅延時間を与えた後、加算し、伝播時間
測定器７では超音波の伝播時間を測定する。一方、予め
測定した遅延時間誤差を、遅延時間誤差記憶器８に記憶
され、偏心量計算器９は、遅延時間誤差に基づいて、超
音波ビームのピーク位置を計算後、ピーク値を反射源位
置補正器10に送る。反射源位置補正器10は、ピーク位置
から超音波ビームの伝播方向を、そして伝播時間から距
離を求め、求めた方向、距離に対応する位置を反射源の
位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアレイ探触子の各素子か
ら送信する超音波の送信タイミングを制御して超音波を
集束あるいは目的の方向に超音波を伝播させこの超音波
を用いて構造物等を検査する超音波検査装置及び超音波
検査方法に係り、特に、超音波の反射源の位置を正確に
求めるのに好適な超音波検査装置及び超音波検査方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の電子走査式超音波検査装
置の構成図であり、複数個の小さな素子から成るアレイ
探触子１と、アレイ探触子１を構成する各素子を駆動し
て超音波の送受信を行う超音波送受信器３と、アレイ探
触子１（の各素子）から被検体２に超音波を送信するタ
イミングを与える送信遅延時間回路４と、アレイ探触子
１（の各素子）で受信した超音波を合成加算するための
受信遅延時間回路５、表示器６から成る。

【０００３】この電子走査式超音波検査装置では、アレ
イ探触子１（の各素子）から送信する超音波の送信タイ
ミングを制御して被検体２内で超音波を集束、あるいは
目的の方向に伝播させ、アレイ探触子１（の各素子）で
受信した超音波の受信時間を制御して加算するようにな
っている。この送信タイミング及び受信時間は、送受信
遅延時間回路４、５に設定する遅延時間により制御され
ている。すなわち、超音波を集束、あるいは目的の方向
に伝播させるためには、それに対応した遅延時間を送受
信遅延時間回路４、５に設定する。

【０００４】尚、電子走査式超音波検査装置は、例えば
（社）日本電子機械工業会偏の医用超音波機器ハンドブ
ック（昭和60年４月20日発行）に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子走査式超音
波検査装置は、アレイ探触子の表面精度に依存した遅延
時間誤差、超音波送受信器内や送受信遅延時間回路内等
で生じる遅延時間誤差の影響に関して考慮していない。
このため、各素子から送信した超音波の干渉計算によれ
ば、遅延時間誤差が存在した場合には、超音波ビームの
伝播方向が変化してしまうという問題がある。従って、
従来の電子走査式超音波検査装置では、遅延時間誤差に
より超音波ビームの伝播方向が変化する点を考慮してい
ないため、超音波反射源の位置が不正確になるという問
題がある。

【０００６】本発明の目的は、遅延時間誤差が存在して
超音波ビームの伝播方向が変化してしまう場合において
も、正しい超音波ビームの伝播方向を求め超音波反射源
の位置を正確に求めることができる超音波検査装置を提
供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、アレイ探触
子、超音波送受信器、送受信遅延時間回路等に起因する
遅延時間誤差を予め測定してこの値を記憶しておき、こ
の遅延時間誤差を入力として、アレイ探触子の各素子か
ら送信した超音波の干渉計算により超音波ビームの伝播
方向を計算し、この計算結果に基づいて、超音波反射源
の方向、位置を求めることで、達成される。あるいは、
送受信遅延時間回路で設定した遅延時間を前記遅延時間
誤差で補正して補正後の遅延時間に基づいて超音波を送
受信し、得られた伝播時間から超音波反射源の方向、位
置を求めることで、達成される。

【０００８】

【作用】アレイ探触子の各素子から、遅延時間誤差を含
んだ時間に基づいて超音波を送信する。例えば、焦点距
離に対応する面の各位値で、各素子から送信された超音
波を加算し、送受信強度を計算する。最大強度の位置に
対応する方向が超音波ビームの伝播方向とする。従っ
て、反射波を受信した場合には、その反射源の方向を前
記超音波ビームの伝播方向とし、アレイ探触子から反射
源までの距離は超音波を送信してから受信するまでの伝
播時間と被検体の音速により求める。これにより、反射
源の正確な位置を求めることができる。

【０００９】あるいは、送受信遅延時間回路で設定した
遅延時間を遅延時間誤差で補正することで、設定した遅
延時間に対応した目的の方向で超音波ビームを送受信で
きる。従って、反射波を受信した場合には、その反射源
の方向を超音波ビームの目的の伝播方向とし、アレイ探
触子から反射源までの距離は超音波を送信してから受信
するまでの伝播時間と被検体の音速により求める。これ
により、反射源の正確な位置を求めることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。まず、遅延時間誤差を入力値とした、アレイ探
触子の各素子から送信した超音波の干渉計算について説
明する。図４は、この干渉計算の説明図である。素子ｉ
から送信した超音波は、位置Ｒ_jでは数式１に示す波形
Ｗa_ij(t)となる。

【００１１】

【数１】Ｗa_ij(t)＝Ｄr_i×sin{ω(ｔ-dt_i+ΔT-(Ｌ_ij/ｖ))}×exp(-αｔ）ここで、ｔ：時間、Ｄr_i：素子単体の指向係数、 ω：角周波数(=2πf f:周波数）、 dt_i：超音波の集束、目的の伝播方向を得るのために与
えた遅延時間、 ΔＴ：遅延時間誤差、Ｌ_ij：伝播距離、ｖ：被検体の音速、 α：超音波パルス波を模擬するため（１/ｅ）以上の振
幅となる超音波の波の数を決める係数である。

【００１２】ｎ個の素子から送信された超音波は、位置
Ｒ_jで互いに重なり、次の数式２で示す波形Ｗa_j(t)とな
る。

【００１３】

【数２】

【００１４】従って、位置Ｒ_jからの反射波を同じｎ個
の素子で受信した場合の強度Ｐ_jは、次の数式３

【００１５】

【数３】Ｐ_j＝｛[Ｗa_j(t)]max}² で計算できる。

【００１６】周波数ｆ＝50MHz、素子数ｎ＝24個につ
き、最大遅延誤差（ΔＴ)maxを５nsとし、図５（ａ）に
示すような三角形分布の遅延時間誤差が各素子に存在す
ると仮定して、強度Ｐ_jを計算した。図５（ｂ）は、計
算結果を、横軸にＸ方向の位置をとって示したものであ
る。図５（ｂ）中に、遅延時間誤差がない場合の結果を
破線で示してある。図５（ｂ）から明らかなように、遅
延時間誤差がないと考えた場合に比べて、実際には、遅
延時間誤差のために超音波ビームのピーク位置の移動
し、超音波ビームの伝播方向が異なっていることが分か
る。

【００１７】従って、遅延時間誤差がある状態で被検体
から反射波を受信した場合には、反射源の方向を、設定
した遅延時間に対応した超音波ビームの目的の伝播方向
（例えば、アレイ探触子直下）ではなく、上記の式から
求めた超音波ビームの伝播方向とする必要がある。ま
た、この時の反射源までの距離Ｌrは、超音波を送信し
てから受信するまでの時間（伝播時間）をＴpとする
と、次の数式４

【００１８】

【数４】Ｌr＝（Ｔp×ｖ）／２から求めることができる。

【００１９】以上のことを実現するために構成した本発
明の一実施例に係る電子走査式超音波検査装置の構成図
を図１に示す。図６は、動作の流れ図である。図１にお
いて、超音波ビームを目的の方向に伝播、あるいは集束
させるのにアレイ探触子１（の各素子）で必要な遅延時
間を、送受信遅延時間回路４、５に設定しておく（図６
のステップ52、53）。送信遅延時間回路４で与えられる
送信タイミングに基づいた送受信器３の信号により、ア
レイ探触子１（の各素子）から被検体２に超音波を送信
する（ステップ55）。被検体２内に欠陥等の反射源が存
在すると、この反射源からの反射波は同じアレイ探触子
１の各素子で受信され、送受信器３に送られる。送受信
器３で増幅された各素子の受信信号は、受信遅延時間回
路５に送られ、各受信信号が同位相となるのに必要な遅
延時間を与えられた後、加算され１個の受信信号となる
（ステップ56）。加算後の受信信号は伝播時間測定器７
に送られ、伝播時間測定器７では超音波を送信してから
前記受信信号が受信されるまでの時間（伝播時間）を測
定する（ステップ５７）。

【００２０】一方、アレイ探触子１、送受信器３、送受
信遅延時間回路４、５等に起因する遅延時間誤差を予め
測定され、この測定値を遅延時間誤差記憶器８に記憶さ
れている（ステップ51）。偏心量計算器９は、記憶器８
に記憶されている遅延時間誤差を読み出し、この値と数
式１〜３に基づいて、超音波ビームのピーク位置を計算
後、このピーク値を反射源位置補正器10に送る（ステッ
プ54）。反射源位置補正器10は、入力されたピーク位置
から超音波ビームの伝播方向θを、そして伝播時間測定
器７から送られた前記伝播時間から数式４により距離Ｌ
rを求め、求めた方向、距離に対応する位置Ａを反射源
の位置とする（ステップ58）。この反射源の位置を表示
器６に出力する（ステップ59）。

【００２１】図２は、本発明の第２実施例に係る電子走
査式超音波検査装置の構成図である。本実施例では、図
１に示す第１実施例に較べ、遅延時間誤差記憶器８と偏
心量計算器９の代わりに、偏心補正量記憶器11を設けた
点が異なる。予め、遅延時間誤差がある場合と遅延時間
誤差がない場合との超音波ビームのピーク位置の差（偏
心量）を求めておき、前記偏心補正量記憶器11に記憶し
ておく。反射源位置補正器10では、前記偏心補正量記憶
器11に記憶されている偏心量から超音波ビームの伝播方
向θを、そして伝播時間測定器７から送られた前記伝播
時間から数式４により距離Ｌrを求め、求めた方向、距
離に対応する位置Ａを反射源の位置とする。この反射源
の位置を表示器６に出力する。

【００２２】第２実施例によれば、遅延時間パターンに
応じて偏心量を計算する必要がないため、処理手順が簡
単になる利点がある。

【００２３】図７は、本発明の第３実施例に係る電子走
査式超音波検査装置の構成図である。図８は、第３実施
例の動作の流れ図である。本実施例では、第１実施例に
較べ、送受信器３と送受信遅延時間回路４、５との間に
遅延時間補正器21を設け、反射源位置補正器10の変わり
に反射源位置測定器22を設けた点が異なる。遅延時間補
正器21では、送信遅延時間回路４に設定された遅延時間
に対して遅延時間誤差を補正し、送信タイミングを形成
する（図８のステップ104）。この送信タイミングに基
づいて送受信器３の信号により、アレイ探触子１（の各
素子）から被検体２に超音波を送信する（ステップ10
5）。欠陥等の反射源からの反射波は同じアレイ探触子
１の各素子で受信され、送受信器３で増幅される。増幅
された受信信号は、遅延時間補正器21で遅延時間誤差に
等しい時間だけ補正された後、受信遅延時間回路５に送
られる（ステップ106）。受信遅延時間回路５では、各
受信信号が同位相となるように予め設定した遅延時間を
与えられた後、加算され１個の受信信号となる（ステッ
プ107）。この場合には、遅延時間の誤差が補正されて
いるため、超音波ビームの伝播方向は目的の方向に一致
している。加算後の前記受信信号は伝播時間測定器７に
送られ、伝播時間測定器７では超音波を送信してから前
記受信信号が受信されるまでの時間（伝播時間）を測定
する（ステップ108）。この伝播時間を数式４に代入し
て求めた距離Ｌr、目的とした超音波の伝播方向に対応
する位置Ａを反射源の位置とする（ステップ109）。こ
の反射源の位置を表示器６に出力する（ステップ11
0）。

【００２４】第３実施例によれば、遅延時間誤差がある
場合でも目的の方向に超音波ビームを伝播させることが
できるため、検査時に検査箇所を容易に知ることができ
る利点がある。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、アレイ探触子の各素子
に与える遅延時間に誤差が存在する場合においても、探
触子から送信される超音波ビームの方向を正確に求める
ことができるため、反射源の位置を精度よく求めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電子走査式超音波検
査装置の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る電子走査式超音波検
査装置の構成図である。

【図３】従来例の電子走査式超音波検査装置の構成図で
ある。

【図４】超音波の干渉計算の説明図である。

【図５】遅延時間誤差がある場合の説明図である。

【図６】図１の第１実施例における処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図７】本発明の第３実施例に係る電子走査式超音波検
査装置の構成図である。

【図８】図７の第３実施例における処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１…アレイ探触子、２…被検体、３…送受信器、４…送
信遅延時間回路、５…受信遅延時間回路、６…表示器、
７…伝播時間測定器、８…遅延時間誤差記憶器、９…偏
心量計算器、10…反射源位置補正器、11…偏心補正量記
憶器、21…遅延時間補正器、22…反射源位置測定器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の素子から成るアレイ探触子と、
前記各素子を駆動して超音波の送受信を行う超音波送受
信器と、前記各素子から超音波を送信するタイミングを
与える送信遅延時間回路と、前記各素子で受信した超音
波を合成加算するための受信遅延時間回路とを備える超
音波検査装置において、予め求めておいた遅延時間誤差
を記憶しておく遅延時間誤差記憶器と、該遅延時間誤差
を入力値として各素子から送信された超音波の干渉計算
により超音波ビームの偏心量を算出する偏心量計算器
と、超音波を送信してから受信するまでの伝播時間を求
める伝播時間測定器と、前記偏心量に基づいて補正した
超音波ビームの方向と前記伝播時間に基づいて求めた伝
播距離とから反射源の位置を求める反射源位置補正器と
を設けたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】複数個の素子から成るアレイ探触子と、
前記各素子を駆動して超音波の送受信を行う超音波送受
信器と、前記各素子から超音波を送信するタイミングを
与える送信遅延時間回路と、前記各素子で受信した超音
波を合成加算するための受信遅延時間回路とを備える超
音波検査装置において、予め求めておいた遅延時間誤差
と超音波ビームの偏心量との関係を記憶しておく偏心補
正量記憶器と、超音波を送信してから受信するまでの伝
播時間を求める伝播時間測定器と、前記記憶器から偏心
補正量を読みだして補正した超音波ビームの方向と前記
伝播時間に基づいて求めた伝播距離とから反射源の位置
を求める反射源位置補正器とを設けたことを特徴とする
超音波検査装置。
【請求項３】複数個の素子から成るアレイ探触子と、
前記各素子を駆動して超音波の送受信を行う超音波送受
信器と、前記各素子から超音波を送信するタイミングを
与える送信遅延時間回路と、前記各素子で受信した超音
波を合成加算するための受信遅延時間回路とを備える超
音波検査装置において、予め求めておいた遅延時間誤差
を記憶しておく遅延時間誤差記憶器と、前記送信遅延時
間回路、受信遅延時間回路で設定した遅延時間を前記遅
延時間誤差で補正した遅延時間を送受信器に与える遅延
時間補正器と、超音波を送信してから受信するまでの伝
播時間を求める伝播時間測定器と、該伝播時間に基づい
て求めた伝播距離と超音波ビームの方向とから反射源の
位置を求める反射源位置測定器とを設けたことを特徴と
する超音波検査装置。
【請求項４】送信及び受信遅延時間回路に各遅延時間
を設定するステップと、遅延時間誤差記憶器に記憶され
た遅延時間誤差に基づいて超音波ビームの偏心量を計算
するステップと、アレイ探触子の各素子で超音波を送受
信するステップと、超音波を送信してから受信するまで
の伝播時間を測定するステップと、該伝播時間と前記超
音波ビームの偏心量とから反射源の位置を算出補正する
ステップと、該反射源位置を表示するステップと、から
なる超音波検査方法。
【請求項５】送信及び受信遅延時間回路に各遅延時間を
設定するステップと、遅延時間誤差記憶器に記憶された
遅延時間誤差に基づいて遅延時間を補正するステップ
と、アレイ探触子の各素子で超音波を送受信するステッ
プと、超音波を送信してから受信するまでの伝播時間を
測定するステップと、該伝播時間と超音波ビームの伝播
方向とから反射源の位置を算出するステップと、該反射
源位置を表示するステップと、からなる超音波検査方
法。