JPH08136518A

JPH08136518A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH08136518A
Application number: JP6272582A
Authority: JP
Inventors: Noboru Yamamoto; 登山本; Hirotoshi Kino; 裕敏木野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】走査時の泡の発生、波打ち、振動を抑えるこ
とができる超音波検査装置を提供すること。【構成】水槽１の底部に被検体４が載置され、プロー
ブ５のケース５０にはアレイプローブ５１が装着され、
水槽１の水に漬けられた状態でＸ軸スキャナ７又はＹ軸
スキャナ８により超音波走査を行う。水槽１の水面２の
レベルＬ₂ が水位検出器１０で検出され、この検出値と
原点Ｏからプローブ５までの距離Ｌ₁ と水槽１の底面ま
での距離Ｌ₀ から、プローブ５の水没度合い［Ｌ₂ −
（Ｌ₀ −Ｌ₁）］が演算され、走査速度が決定される
と、予め定められた特性により走査速度に対応する水没
度合いが求められ、これに一致するように、水タンク１
１、各ポンプ１１１、１１２で水面２のレベルが調整さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体に水を介して超
音波を放射し、その反射波を受信して被検体の検査を行
う超音波検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波検査装置には種々の方式のものが
あるが、検査対象物体（被検体）を超音波ビームでＸ軸
およびＹ軸方向に二次元走査して面情報を得る方式のも
のは、特に、工業分野における製品の良否の検査に広く
使用されている。上記二次元走査は、１つの超音波ビー
ムを放射し、かつ、その反射波を受信する超音波プロー
ブ（以下、単にプローブという）をＸ軸方向とＹ軸方向
の両方に移動させて走査を行う方法と、一方向に多数の
圧電素子を配列してプローブを構成し（アレイプロー
ブ）、その方向（例えばＸ軸方向）の走査はその方向に
はアレイプローブを移動させずに電子的に行い、他方の
軸方向（Ｙ軸方向）の走査はその方向にアレイプローブ
を移動させて行う方法がある。

【０００３】後者の方法における電子的走査は、配列さ
れた圧電素子のうちの隣接する複数のものを１つのグル
ープとし、そのグループの各圧電素子に適切な遅延を与
えて電圧を印加することにより、みかけ上１つの超音波
ビームを発生させ、かつ、これを受信し、次いで圧電素
子を１つずらせて次のグループを構成して超音波の発生
と受信を行い、この動作を繰り返すことによりＸ軸方向
の超音波走査（電子走査）を行う方法である。通常、当
該電子走査中、プローブはＹ軸方向に連続して移動（機
械走査）せしめられる。この方法によると、被検体の迅
速な検査が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】超音波検査装置では、
上記いずれの走査方法においても、プローブを少なくと
も一方向へ移動させることが必要である。ところで、超
音波検査装置による被検体の検査では、プローブと被検
体との間に水を介在させる手段が採用される。しかし、
プローブを水に漬けるとき、又は、水に漬けたままの場
合、或いはプローブの移動中に、それぞれ泡が生じ、こ
の泡がプローブ面に付着することがあり、このように泡
が付着すると正確な超音波データを得ることができなく
なる。さらに、走査のためにプローブを水中で移動させ
ると水の波打ちによる振動が生じ、この振動により同じ
く正確な超音波データを得ることができなくなる。又、
振動が大きな場合には、被検体の位置にずれを生じる場
合もあり、この場合も当然正確な超音波データを得るこ
とができなくなる。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、走査時における泡の発生、付着や、波打
ち、振動を抑えることができる超音波検査装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、被検体に水を介して超音波
を放射しその反射波を受信するプローブと、このプロー
ブを所定軸方向に移動させて超音波走査を行うスキャナ
とを備えた超音波検査装置において、前記水のレベルを
検出する水位検出器と、この水位検出器の検出値と前記
プローブの位置とに基づいて前記プローブの水没量を演
算する演算手段と、前記スキャナによる移動速度と前記
水没量との関係を記憶する記憶部と、前記移動速度が定
められたとき前記演算手段により得られる水没量を前記
記憶部から得られる水没量に一致させるように前記水の
レベルを調整するレベル調整手段とを設けたことを特徴
とする。

【０００７】又、請求項２記載の発明は、上記の構成に
おいて、前記レベル調整手段に代えて、前記記憶部から
前記演算手段で演算された水没量に対応する移動速度を
抽出する抽出手段を設けたことを特徴とする

【０００８】

【作用】記憶部には、予め、各走査速度に対し、泡の発
生、波打ち、振動が最も少ないプローブ水没度合いが格
納されている。検査実施時、プローブは種々の定められ
た条件に従い、被検体に対して所定位置にセットされ
る。演算手段は水位検出器の検出値と超音波プローブの
位置からプローブの水没度合いを演算する。そして、走
査速度が決定されると、記憶部から当該走査速度に対す
るプローブ水没度合いを取り出し、レベル調整手段によ
り水面レベルを調整し、実際のプローブ水没度合いを記
憶部から取り出された値に一致させる。

【０００９】又、請求項２記載の発明では、上記とは逆
に、演算手段で超音波プローブの水没度合いが演算され
ると、その水没度合いに対応する移動速度を記憶部から
抽出し、この移動速度で走査を行う。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る超音波検査装置を示
す図である。この図で、１は水槽、２は水槽１内の水の
表面、３は水槽１の底面に固定された載置台、４は載置
台３上に載置された被検体を示す。５はプローブであ
り、ケース５０とこのケース５０に装着されたアレイプ
ローブ５１等で構成される。６はプローブ５の支持体で
あり、プローブ５と支持柱６１を介してプローブ５を支
持するとともに、プローブ５をＺ軸方向（図で上方向）
へ移動させる移動機構を備えている。７はプローブ５を
支持柱６１、支持体６とともにＸ軸方向（図で左右方
向）へ移動させるＸ軸スキャナ、８はプローブ５をＹ軸
方向（図で紙面と垂直な方向）へ移動させるＹ軸スキャ
ナ、９はそれらを支持する支持台である。この場合、ア
レイプローブ５１が用いられているので、通常、Ｘ軸方
向の走査は電子走査で行い、Ｘ軸スキャナ７の機械的走
査は使用されない。

【００１１】１０は水面２のレベル（水槽底面からの高
さ）を検出する水位検出器、１１は水を貯蔵する水タン
ク、１１１、１１２はポンプである。ポンプ１１１は水
槽１に水タンクから水を供給する場合に使用され、ポン
プ１１２は水槽１から水を取り出す場合に使用される。
Ｏは予め定められた原点、Ｌ₀ は原点Ｏと水槽１の底面
間の距離（既知）、Ｌ₁ は原点Ｏとプローブ面間の距
離、Ｌ₂ は水槽１の底面と水面２間の距離（水位検出器
１０の検出値）を示す。

【００１２】図２は図１に示す装置の制御部のブロック
図である。この図で、１０は水位検出器、５１はアレイ
プローブ、１１１、１１２はポンプであり、これらは図
１に示すものと同じである。Ｍ_X 、Ｍ_Y はそれぞれＸ軸
スキャナ、Ｙ軸スキャナの駆動モータ、１３はそれらを
駆動させるコントローラ、Ｍ_Z は支持体６に備えられプ
ローブ５をＺ軸方向へ移動させる駆動モータ、１４はそ
のコロントローラ、１５はポンプ１１１、１１２を駆動
させるコントローラである。

【００１３】１６は信号処理部であり、アレイプローブ
５１に電圧を印加して超音波を発生させるパルサ、反射
波を受信するレシーバ、レシーバで受信されたある定め
られた期間の信号のみを取り出すゲート、取り出された
信号のうちの最大値を検出するピークディテクタ等を備
えている。１７はマイクロコンピュータで構成された制
御装置であり、コントローラ１３に対するスキャナ指
令、コントローラ１４に対するプローブ位置決め指令、
水位検出器の検出値に基づく所要の演算（後述）、コン
トローラ１５に対する水位調整指令（後述）、信号処理
部１６のパルサに対する指令、信号処理部１６からの反
射波信号の処理等を行い、又、水没度合いのデータ（後
述）を格納する記憶部を有する。

【００１４】次に、本実施例の動作を図３に示す制御装
置のフローチャートおよび図４に示す水没度合いの特性
図を参照して説明する。検査員が制御装置１７に検査の
指示を入力すると、制御装置１７は最初に、記憶部（Ｒ
ＯＭ）に格納されている処理手順の起動、スキャナの原
点復帰等、装置の初期化を行う（図３に示す手順Ｓ
₁ ）。次に、表示部に、これから行う検査がインディク
ス検査（被検体の検査条件が既に条件ファイルに格納さ
れている場合の検査）か、新規検査（検査条件が条件フ
ァイルに格納されていない場合の検査）か、又はストッ
プ（操作を止める）かを入力するように要求する検査メ
ニューの表示を行う（手順Ｓ₂ ）。そして、検査員のキ
ー入力を待ち（手順Ｓ₃ ）、その入力が「ストップ」か
（手順Ｓ₄ ）、「新規検査」か（手順Ｓ₅ ）、「インデ
ィクス検査」か（手順Ｓ₆ ）を順次判断する。

【００１５】インディクス検査である場合、制御装置１
７は検査員に対して被検体の品名の入力を要求し（手順
Ｓ₇ ）、品名が入力されるとその品名に対応する検査条
件ファイルを取り出し、装置の各部を測定可能状態にセ
ットする（手順Ｓ₈ ）。一方、検査が新規検査である場
合、制御装置１７は、被検体に対するプローブ５の超音
波ビームの焦点を合わせ（手順Ｓ₉ ）、その被検体に対
する信号処理部１６の増幅器のゲイン、ゲート範囲、パ
ルサ電圧等の検査条件の設定（手順Ｓ₁₀）、被検体の良
否を判断するためのしきい値の設定（手順Ｓ₁₁）、サン
プル測定（１回の測定終了毎に停止位置に戻り、次の指
令で再び測定を開始する測定方法）の設定（手順Ｓ₁₂）
を順次要求し、それらが正確に入力されたか否かを判断
し（手順Ｓ₁₃）、正確であればその被検体の品名の入力
を要求し（手順Ｓ₁₄）、品名が入力されたときこれを当
該品名の検査条件ファイルとして記憶部に格納するとと
もに、当該検査条件ファイルに従って装置をセットする
（手順Ｓ₁₅）。

【００１６】手順Ｓ₈ 又は手順Ｓ₁₅の処理で装置がセッ
トされると、次に、制御装置１７は水位検出器１０から
その検出値を取り込み水位を検出し（手順Ｓ₁₆）、これ
を記憶部の所定アドレスに格納する（手順Ｓ₁₇）。次
に、Ｚ軸の座標値からプローブ５（アレイプローブ５
１）の面の位置（図１に示す距離Ｌ₁ ）と、水槽１の底
面との間の距離（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）、およびこの距離と手順
Ｓ₁₇で格納された水位（水面２のレベル）との偏差、即
ちプローブ５の水没度合いを演算し（手順Ｓ₁₈）、水位
を調整し、調整後の水位を検出する（手順Ｓ₁₉）。

【００１７】手順Ｓ₁₉における水位の調整、検出は、次
のように行われる。前述のように、制御装置１７の記憶
部には水没度合いのデータが格納されている。この水没
度合いのデータは、プローブ走査速度に対するプローブ
５の最適の水没度合いのデータであり、その特性が図４
に示される。図４で、横軸には走査速度が、縦軸にはプ
ローブ水没度合いがとってある。この特性は、各走査速
度について、そのプローブ５により生じる泡立ちや波打
ち（振動）が最も少ないプローブ５の水没の寸法（度合
い）を実験的に決定した特性である。破線は水面を表
し、破線下部が水没しない領域、破線上部が水没領域で
ある。図４から、走査速度が早い場合にはプローブ５を
浅く水没させ、遅い場合は深く水没させるべきことが判
る。

【００１８】制御装置１７は、被検体の検査条件ファイ
ルから走査速度を取り出し、記憶部からその速度に対応
する水没度合い求める。そして、手順Ｓ₁₇で格納した水
面２の水位と、手順Ｓ₁₈で演算したプローブ５の面と水
槽１の底面間の距離との差［Ｌ₂ −（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）］、
即ち、記憶部に設定されたプローブ５の水没度合いと現
在の水没度合いとの差を演算し、この差が０になるよう
に、ポンプ１１１又はポンプ１１２を単位回転数又は単
位時間駆動し、そのときの新たな水位を検出して上記の
差が０になったか否か判断し（手順Ｓ₂₀）、差が０にな
るまで手順Ｓ₁₇〜Ｓ₂₀の処理を繰り返す。

【００１９】手順Ｓ₂₀の処理で差が０になったと判断さ
れると、制御装置１７はそのときの水位を、さきに記憶
部に格納した水位と変更し（手順Ｓ₂₁）、検査すべき被
検体の数量の入力を要求し（手順Ｓ₂₂）、その入力を待
った後、被検体の検査を開始する（手順Ｓ₂₃）。以後、
１つの被検体の検査終了毎にカウントがなされ、残りの
検査対象被検体の数が演算され、検査終了か否かが判断
される（手順Ｓ₂₄）。検査が終了していないと判断され
た場合は、水位検出器１０の検出値を取り込み（手順Ｓ
₂₅）、これを手順Ｓ₂₁で格納した最適水位と比較して両
者に差があるか否か、即ち、水位調整が必要か否かを判
断し（手順Ｓ₂₇）、必要であれば処理を手順Ｓ₁₇に戻
し、必要でなければ手順Ｓ₂₃の処理により次の被検体の
検査を行う。手順Ｓ₂₄で全部の被検体の検査が終了した
と判断された場合は、ストップの指示を待ち（手順
Ｓ₂₈）、処理を終了する。

【００２０】本実施例では、ケース５を走査速度に応じ
て最も好ましい程度に水没させるようにしたので、その
走査のための移動時に泡の発生、波打ち、振動を抑える
ことができ、正確な検査を行うことができる。なお、走
査開始前に付着していた泡は走査により払拭できる。

【００２１】図５はプローブの具体例を示す図である。
図で、５０はケース、５１はアレイプローブ、５２はケ
ーブル止め具、５３はケーブルを示す。図５の（ａ）は
第１の具体例のプローブ５を示し、プローブ５の裏面か
ら見た平面図である。この具体例ではケース５０の各角
面は面取りがなされ、移動時の水の渦の発生を小さくす
る。図５の（ｂ）は第２の具体例のプローブ５を示し、
プローブ５の裏面から見た平面図である。この具体例で
は、ケース５０の対向する２つの角部５ａ₁ 、５ａ₂ が
アレイプローブ５１の電子走査方向Ｅに一致した状態で
アレイプローブ５１が装着されている。これにより、ケ
ース５０の水に対する抵抗は大きく減少し、泡の発生、
波打ち、振動を低減する。又、角面の面取りもなされて
いる。図５の（ｃ）は図５の（ｂ）における矢印Ｃ方向
の側面図、図５の（ｄ）は図５の（ｂ）における矢印Ｄ
方向の側面図である。

【００２２】なお、上記実施例の説明では、走査速度に
応じてプローブの水没度合いを調整する例について説明
したが、これとは逆に、水没度合いを固定し、この水没
度合いに応じた走査速度を記憶部から取り出し、取り出
した走査速度で走査を行うこともできる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、走査速
度に応じてプローブの最適の水没度合いを調整し、又は
プローブの水没度合いに応じて最適の走査速度を決定す
るようにしたので、プローブの移動による泡の発生、波
打ち、振動を抑えることができ、ひいては、正確な検査
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る超音波検査装置を示す図
である。

【図２】図１に示す装置の制御部のブロック図である。

【図３】図１に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図４】プローブの水没度合いの特性図である。

【図５】ケースの具体例を示す図である。

【符号の説明】

１水槽２水面４被検体５プローブ１０水位検出器１１水タンク５１アレイプローブ１１１、１１２ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に水を介して超音波を放射しその
反射波を受信する超音波プローブと、この超音波プロー
ブを所定軸方向に移動させて超音波走査を行うスキャナ
とを備えた超音波検査装置において、前記水のレベルを
検出する水位検出器と、この水位検出器の検出値と前記
超音波プローブの位置とに基づいて前記プローブの水没
量を演算する演算手段と、前記スキャナによる移動速度
と前記水没量との関係を記憶する記憶部と、前記移動速
度が定められたとき前記演算手段により得られる水没量
を前記記憶部から得られる水没量に一致させるように前
記水のレベルを調整するレベル調整手段とを設けたこと
を特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】被検体に水を介して超音波を放射しその
反射波を受信する超音波プローブと、この超音波プロー
ブを所定軸方向に移動させて超音波走査を行うスキャナ
とを備えた超音波検査装置において、前記水のレベルを
検出する水位検出器と、この水位検出器の検出値と前記
超音波プローブの位置とに基づいて前記プローブの水没
量を演算する演算手段と、前記スキャナによる移動速度
と前記水没量との関係を記憶する記憶部と、この記憶部
から前記演算手段で演算された水没量に対応する移動速
度を抽出する抽出手段とを設けたことを特徴とする超音
波検査装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記プ
ローブは、その角部が移動方向と一致していることを特
徴とする超音波検査装置。