JPH11211706A

JPH11211706A - 扇形走査式超音波検査装置

Info

Publication number: JPH11211706A
Application number: JP10010445A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Kino; 裕敏木野; Yoshihiko Takishita; 芳彦瀧下; Fumito Iwasaki; 史十岩崎
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】欠陥の種類やサイズに関する概略の情報を迅
速に検出可能な機能を有する扇形走査式超音波検査装置
を提供する。【解決手段】アレイ探触子２にて検出された被検体１
からのエコー信号より当該エコー信号の振幅レベルに対
応する色又は濃淡に階調化された像を生成して画像表示
部１３に表示する扇形走査式超音波検査装置に、輝点消
去電圧以上の電圧値に相当するバイアスデータを出力す
るバイアスデータ部３１及び加算器３２並びにバイアス
データ部３１から出力されるバイアスデータを随時加算
器３２に入力する第１のスイッチ３３からなる走査信号
生成部３４と、画像表示部への入力信号を座標変換回路
１４側又は第２のフレームメモリ２２側に切り換える第
２のスイッチ（信号切換部）３５を付加した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数のアレイ振動
子が配列されたアレイ探触子から超音波を扇形に走査
し、被検体からのエコー信号を検出して被検体内部の状
況を非破壊で検査する扇形走査式超音波検査装置に係
り、特に、被検体の内部に存在する欠陥の種類やサイズ
を高能率に判別・評価する扇形走査式超音波検査装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平１−１２６５４
３号公報や特開平４−１２２６９号公報等に記載されて
いるように、多数のアレイ振動子が扇形に配列されたア
レイ探触子を被検体の表面に沿って移動しつつ、前記各
アレイ振動子を所要のタイミングで電子的に走査して当
該アレイ探触子から扇形の超音波ビームを発生させ、被
検体から戻ってきたエコー信号を当該アレイ探触子で検
出して被検体内部の状況を非破壊で検査する扇形走査式
超音波検査装置が知られている。

【０００３】図７に、従来より知られている扇形走査式
超音波検査装置の一例を示す。この図から明らかなよう
に、本例の扇形走査式超音波検査装置は、多数のアレイ
振動子が扇形に配列されたアレイ探触子２と、当該アレ
イ探触子２を支持し、これを被検体１の表面に沿って一
方向に移動させる機械式スキャナ３と、機械式スキャナ
３の各関節に取り付けられた角度検出用エンコーダ３
ａ，３ｂ，３ｃと、機械式スキャナ３を支持するマグネ
ットスタンド４と、送信回路部５Ａと、受信回路部５Ｂ
と、画像表示部１３とを含んで構成されている。

【０００４】送信回路部５Ａは、前記アレイ探触子２を
構成するｎ個のアレイ振動子に夫々個別に接続されたｎ
個のパルサ５Ｐ₁ 〜５Ｐ_n を備えた送信駆動回路５と、
各パルサ５Ｐ₁ 〜５Ｐ_n のうちから所定数のパルサを順
次選択して各パルサ群から出力されるアレイ振動子の励
振信号を所定時間ずつ遅延させる送信遅延制御回路６と
からなり、各パルサ群を構成するパルサの数量及び各パ
ルサ群ごとの励振信号の遅延量を調整することによっ
て、アレイ探触子２から超音波ビームを扇形に走査させ
るようになっている。

【０００５】受信回路部５Ｂは、前記アレイ探触子２を
構成するｎ個のアレイ振動子に夫々個別に接続されたｎ
個のレシーバ７Ｒ₁ 〜７Ｒ_n を備えた受信回路７と、各
レシーバ７Ｒ₁ 〜７Ｒ_n にて受信された被検体１からの
エコー信号を所定時間ずつ遅延させる受信遅延回路８
と、受信遅延回路８の遅延量を制御する受信遅延制御回
路９と、遅延された各エコー信号を加算する加算器１０
と、加算されたエコー信号をデジタル値に変換するＡ／
Ｄ変換器１１と、機械式スキャナ３に備えられた各エン
コーダ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号に基づいてアレイ探
触子２の座標位置を演算し、この座標位置信号を出力す
る座標信号発生回路１２と、座標変換回路１４とからな
る。座標変換回路１４は、画像表示部１３の表示位置に
対応付けられたアドレスを有するフレームメモリと、Ａ
／Ｄ変換器１１から入力されたエコー信号のデータを格
納するラインメモリと、後述する所要の演算を行う座標
変換演算部等から構成されており、前記座標信号発生回
路１２から出力される座標位置信号に応じて、前記フレ
ームメモリの各アドレスに、エコー信号の振幅レベルに
対応する色又は濃淡に階調化された像（エコー像）を格
納する。このエコー像は、リアルタイムで画像表示部１
３に表示される。

【０００６】なお、この超音波検査装置の制御部分は、
図示しない基準パルス発生部から出力されるクロック信
号により作動する。

【０００７】被検体１に対する検査は、機械式スキャナ
３の各関節を曲げてアレイ探触子２を被検体１の表面に
沿って矢印Ａの方向に直線移動しつつ、送信駆動回路５
及び送信遅延制御回路６を駆動して当該アレイ探触子２
より超音波ビームを扇形に走査することにより行われ
る。被検体１からの反射ビームは、アレイ探触子２を構
成する個々のアレイ振動子にて検出され、受信回路７に
受信されてエコー信号となる。受信回路７から出力され
る各エコー信号は、受信遅延制御回路９にて設定された
所定の時間ずつ受信遅延回路８で遅延され、１ビームご
とのエコー信号が加算器１０にて加算された後、Ａ／Ｄ
変換器１１にてデジタル値に変換される。このデジタル
変換されたエコー信号は、機械式スキャナ３の各関節に
付設されたエンコーダ３ａ，３ｂ，３ｃからの位置信号
に基づいて座標信号発生回路１２から出力される座標信
号に基づいて座標変換回路１４に入力される。

【０００８】即ち、前記デジタル変換されたエコー信号
は、１ビームごとに座標変換回路１４に備えられたライ
ンメモリに一旦格納され、ラインメモリに格納されたビ
ームデータの時間情報（距離情報）が、座標変換演算部
によりビームの放射角度に応じてＸ軸及びＹ軸の座標情
報に変換されて、フレームメモリの当該座標に対応する
アドレスに格納される。これにより、フレームメモリに
は、エコー像が各エコー信号の振幅レベルに対応する色
又は濃淡に階調化して記憶される。

【０００９】ところで、前記座標変換回路１４内に備え
られた座標変換演算部による上記変換のための演算は相
当の時間を要するので、通常は、当該演算に代えて、他
の座標変換手段が採用される場合が多い。図８に、従来
より知られている他の座標変換手段の一例を示す。図８
の（ａ）はアレイ探触子２から被検体１に放射された各
超音波ビームを示し、各ビームには予め番号が付され
る。この番号が図でＢ₁〜Ｂ_n で示されている。図８の
（ｂ）は座標変換回路１４に設けられたラインメモリＭ
_L を示し、I 〜VIIIは当該ラインメモリＭ_L のアドレス
を示す。また、図８の（ｃ）は同じく座標変換回路１４
に設けられたフレームメモリＭ_F を示し、符号Ｘ₁，
Ｘ₂，Ｘ₃ …………は座標信号発生回路１２から出力さ
れる各座標に対応するフレームメモリＭ_F のＸ軸のアド
レスを、符号Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃ …………はＹ軸のアドレス
を示す。

【００１０】いま、ビームＢ₁ のエコー信号がＡ／Ｄ変
換器１１によりデジタルデータに変換されると、これら
のデータはラインメモリＭ_L に一旦格納される。格納さ
れた各データが図８の（ｂ）に符号ａ〜ｈで示されてい
る。個々では、ビーム番号とラインメモリＭ_L のアドレ
スとで特定されるフレームメモリＭ_F のアドレスを予め
データテーブルに作成しておき、ラインメモリＭ_L に格
納されたデータを夫々特定されたフレームメモリＭ_F の
アドレスに格納する手段が採られる。前記データテーブ
ルＴ_D を図８の（ｄ）に示す。例えば図示のようにビー
ム番号Ｂ₁ のアドレスI に対応するフレームメモリＭ_F
のアドレスは「Ｘ₁₀，Ｙ₁ 」、ビーム番号Ｂ₁ のアドレ
スIIに対応するフレームメモリＭ_F のアドレスは
「Ｘ₉，Ｙ₂」というように特定されている。したがっ
て、ラインメモリＭ_L にデータが格納されると、データ
テーブルＴ_D が参照され、ラインメモリＭ_L の各データ
は、フレームメモリＭ_F の対応するアドレスに直ちに格
納されることになる。図８の（ｃ）にビームＢ₁ の各デ
ータａ〜ｈの格納状態が示されている。このようにし
て、座標変換演算部による上記変換のための演算を省
き、高速なデータ処理を行うことができる。

【００１１】なお、前記のデータ処理は、アレイ探触子
１の移動ごとの各ビーム走査ごとに行われる。このた
め、フレームメモリＭ_F のあるアドレスには、アレイ探
触子２の移動によりデータが重複する場合が生じるが、
その場合には、例えば既に格納されているデータと今回
格納しようとしているデータとを比較して大きな方のデ
ータを当該アドレスに格納する手段が採られる。

【００１２】このようにして、各ビームのエコー信号の
データが順次フレームメモリＭ_F に格納され、格納され
たデータは画像表示部１３に送信されて直ちに画像表示
される。上例の装置においては、各エコー信号の振幅レ
ベルに対応するエコー像が色又は濃淡で画像表示部１３
に表示される。これにより、検査員は、アレイ探触子２
を移動させながら、その位置のエコー像を観察すること
ができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の超音波
検査装置は、画像表示部１３に被検体１の断面画像（Ｂ
スコープ像）を表示することによって、欠陥の検出やそ
の存在位置の特定については比較的簡単に行うことがで
きる。しかるに、画像表示部１３に各エコー信号の振幅
レベルに応じて階調化された像が表示されるに過ぎない
ため、欠陥の種類の判別や欠陥のサイズの評価が難しい
という不都合がある。

【００１４】本願出願人は、先に、かかる不都合を解決
するため、受信回路部にアレイ探触子にて検出されたエ
コー信号より当該エコー信号のビーム指向方向に対応す
る色又は濃淡に階調化された像を生成する第２のエコー
像階調化手段を備えた扇形走査式超音波検査装置を提案
した（特願平９−２７８８８２号）。

【００１５】この超音波検査装置によれば、エコー像に
アレイ探触子から扇形に走査される超音波ビームの走査
信号、即ち、超音波ビームの走査範囲及びエコー像検出
時のビーム指向方向を付加して表示することができるの
で、従来装置では困難であった欠陥の種類の判別や欠陥
のサイズの定量的な評価を行うことができる。また、探
傷画像に表示されたエコー像に対応するエコー信号のビ
ーム角度分布を画像表示部に表示することによって検出
時点におけるアレイ探触子の位置を容易に推定できるの
で、種々の欠陥の画像解析に有効な情報を得ることがで
きる。

【００１６】しかるに、本願出願人が先に提案した超音
波検査装置も、超音波ビームの走査信号を画像化して画
像表示部に表示する手段が備えられていないために、高
精度の欠陥検査を実行できるという利点はあるものの、
欠陥の種類やサイズに関する概略の情報を迅速に得ると
いう検査方法を採ることができない。したがって、高精
度の欠陥検査までは要求されず、欠陥の種類やサイズの
概略情報だけが求められる場合や、概略検査によって欠
陥が検出された部分についてのみ高精度の欠陥検査が求
められる場合に、これらの要求に応じることができず、
この点で汎用性に欠けるという不備がある。

【００１７】本発明は、前記した従来技術の不備を解決
するためになされたものであって、その課題とするとこ
ろは、欠陥の種類やサイズに関する概略の情報を迅速に
検出可能な機能を有する扇形走査式超音波検査装置を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、多数のアレイ振動子からなるアレイ探触
子と、当該アレイ探触子から被検体に対して超音波ビー
ムを扇形に走査する送信回路部と、前記アレイ探触子に
て検出された前記被検体からのエコー信号より当該エコ
ー信号の振幅レベルに対応する色又は濃淡に階調化され
たエコー像を生成する受信回路部と、当該受信回路部に
て生成されたエコー像を表示する画像表示部とを備えた
扇形走査式超音波検査装置において、前記受信回路部
に、前記エコー信号に所定のバイアスデータを加算して
前記アレイ探触子から扇形に走査される超音波ビームの
走査信号を生成する走査信号生成部と、前記画像表示部
の表示内容を前記走査信号を階調化して得られる走査信
号像又は前記エコー像のいずれかに切り換える信号切換
部を備えるという構成にした。

【００１９】アレイ探触子を被検体の表面に沿って一方
向に移動しつつ、当該アレイ探触子から超音波ビームを
扇形に走査すると、被検体の内部又は表面に何らかの欠
陥がある場合、アレイ探触子から放射された当該超音波
ビームは欠陥によって反射され、被検体から欠陥の種類
と超音波ビームの指向方向に応じた特有の強度分布を有
するエコー信号が発生する。このエコー信号は、アレイ
探触子のビーム指向方向とエコー信号の指向方向とが一
致する範囲でアレイ探触子によって検出されるので、検
出されたエコー信号には本質的に超音波ビームの走査信
号の情報が重畳されている。

【００２０】ところが、アレイ探触子にて検出されたエ
コー信号は、受信回路部にてデジタル変換され、振幅レ
ベルに対応する色又は濃淡に階調化されて画像表示部に
表示されるので、振幅レベルに影響しない超音波ビーム
の走査信号は階調化の段階でネグレクトされて画像表示
部には表示されず、振幅レベルの高低を有するエコー信
号のみが階調化されて画像表示部に欠陥を表わす画像デ
ータとして表示される。この画像データからは、通常欠
陥の有無や位置のみしか検出することができない。

【００２１】そこで、走査信号生成部を備えて、デジタ
ル変換されたエコー信号に所定のバイアスデータ、即
ち、輝点消去電圧以上の電圧値をデジタル変換して得ら
れるデータを加算すると、画像表示部の各表示位置に表
示される全てのエコー像をエコー信号の検出順に輝点と
して画像表示することができるので、時々刻々と変化す
る輝点の位置から超音波ビームの走査信号を目視可能な
画像データとして表示することができる。したがって、
画像表示部に表示された走査信号像をモニタしながら検
出された欠陥を判定・評価すれば、欠陥のおよその種類
とサイズとを知ることができるので、単に被検体の断面
画像を画像表示部に表示した場合よりも迅速に欠陥の評
価を行なうことができる。

【００２２】また、信号切換部を備えて画像表示部の表
示内容を走査信号像又はエコー像のいずれかに切り換え
可能にすると、被検体の検査目的に応じて適宜の画像デ
ータを画像表示部に表示させることができるので、扇形
走査式超音波検査装置の汎用性を高めることができる。

【００２３】なお、前記受信回路部には、走査信号又は
エコー信号よりそのビーム指向方向に対応する色又は濃
淡に階調化された像を生成する第２の階調化手段を備え
ることもできる。この第２の階調化手段は、走査信号又
はエコー信号のビーム指向方向に応じて予め定められた
色又は濃淡に変換する角度／色変換回路と、当該回路に
よって階調化された走査信号又はエコー信号を超音波ビ
ームの扇形走査を行うごとに記憶するフレームメモリと
から構成することができる。

【００２４】前記したように、受信回路部では得られた
エコー信号の指向方向を検出することができるので、検
出されたエコー信号の指向方向に応じてエコー像を色又
は濃淡に階調化し、これを画像表示部に表示すれば、表
示された色パターンから欠陥の種類を判別することがで
きる。また、前記色パターンの広がり具合から、欠陥サ
イズの定量的な評価も可能になる。

【００２５】さらに、前記受信回路部には、前記第２の
エコー像階調化手段にて階調化されたエコー像から、少
なくとも前記被検体中に存在する欠陥の種類又は欠陥の
種類とサイズの双方を自動的に判別又は評価する判別・
評価制御部を設けることもできる。

【００２６】即ち、前記したように欠陥の種類に応じた
エコー信号のビーム指向方向、即ち色パターンは予め欠
陥の種類が分かっている試験片を超音波探傷することに
よって求めることができるので、判別・評価制御部に各
種の欠陥に応じた色パターンのデータを記憶しておき、
これを得られたエコー像と比較することによって、欠陥
の種類を自動的に判別することができる。また、欠陥の
種類が判別されたエコー像については、その面積と重心
位置とから当該エコー像の長軸と短軸の長さを演算によ
って求めることができ、かつ欠陥の種類に応じた近似式
に求められた軸長を代入することによって各種欠陥のサ
イズを特定することができる。よって、検出されたエコ
ー信号の指向方向に応じてエコー像を色又は濃淡に階調
化し、記憶しておけば、これをもとにして欠陥サイズを
自動的に評価することも可能になる。

【００２７】このように、欠陥の種類及びサイズの判別
・評価を自動化すると、超音波による欠陥検査をより効
率化することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る扇形走査式超
音波検査装置の一例を、図１及び図２に基づいて説明す
る。図１は実施形態例に係る扇形走査式超音波検査装置
の構成図であり、図２はエコー信号の指向方向と指向方
向による波のモードと指向方向ごとに割り当てられるデ
ータ表示色の例示とを示す表図である。

【００２９】図１から明らかなように、本例の超音波検
査装置は、図７に示した従来の超音波検査装置の受信回
路部５Ｂに、角度／色変換回路２１及び第２のフレーム
メモリ２２からなる第２のエコー像階調化手段２３と、
欠陥の判別・評価制御部２４と、バイアスデータ部３１
及び加算器３２並びにバイアスデータ部３１から出力さ
れるバイアスデータを随時加算器３２に入力する第１の
スイッチ３３からなる走査信号生成部３４と、画像表示
部への入力信号を切り換えるための第２のスイッチ（信
号切換部）３５を追加した構成になっている。

【００３０】角度／色変換回路２１は、アレイ探触子２
から超音波ビームを走査するごとに座標変換回路１４に
備えられたラインメモリＭ_L （図８（ｂ）参照）から分
岐して入力されるデータを取り込み、当該データのもと
になったエコー信号の指向方向に応じて、当該データを
予め定められた色データに変換する。図２は、被検体１
に対してアレイ探触子２を垂直に設定したとき、当該ア
レイ探触子２の中心を通る垂線の方向を０゜とし、−６
９゜〜＋７０゜の範囲で超音波ビームを扇形に走査する
場合の例を示しており、超音波ビームの走査範囲を１０
゜ずつ１４個の角度範囲に区分し、各角度範囲ごとに特
定の表示色を設定している。但し、符号が異なる同一角
度範囲については、これを区別しても欠陥がアレイ探触
子２に対して右側にあるか左側にあるかを区別できるに
過ぎず、欠陥の種類及びサイズの特定に無関係であるた
め、表示データを見やすいものにするため、相互に同一
色を設定している。

【００３１】なお、超音波ビームの走査範囲、各角度範
囲の大きさ、各角度範囲ごとに特定される表示色の種
類、符号が異なる同一角度範囲の表示色を同一にするか
異なる色にするかは、図２の例に限定されるものではな
く、必要に応じて任意に設定できることは勿論である。
また、図２の例では、各角度範囲ごとに異なる表示色を
設定したが、かかる構成に代えて、各角度範囲ごとに明
度が異なる同一色を設定することもできる。

【００３２】第２のフレームメモリ２２のアドレスは、
座標変換回路１４内に備えられた第１のフレームメモリ
と同様に画像表示部１３の表示位置に対応付けられてお
り、前記角度／色変換回路２１にて変換された色データ
が、被検体１の断面に対応するように座標変換されてア
ドレスごとに格納される。

【００３３】欠陥の判別・評価制御部２４は、欠陥種類
の判別制御部２４ａと、欠陥サイズの評価制御部２４ｂ
と、前記第２のフレームメモリ２２に格納されている角
度／色変換されたエコー像を取り込む第１のメモリ２４
ｃとからなる。欠陥種類の判別制御部２４ａは、欠陥の
種類に応じた色パターンのデータが記憶された第２のメ
モリ２４ａ₁ と、前記第１のメモリ２４ｃ及び前記第２
のメモリ２４ａ₁ に記憶された色パターンのデータを比
較して自動的に欠陥の種類を判別する判別装置２４ａ₂
とから構成される。一方、欠陥サイズの評価制御部２４
ｂは、色パターンのデータから欠陥サイズを割りだすた
めの近似式と欠陥の種類に応じた各種の定数や比例係数
が記憶された第３のメモリ２４ｂ₁ と、前記第１のメモ
リ２４ｃに取り込まれた角度／色変換されたエコー像か
らその面積と重心位置とを求め、次いでこれらの値から
当該エコー像の長軸と短軸の長さを求め、さらに求めら
れた軸長を前記第３のメモリ２４ｂ₁ に記憶された近似
式に代入して欠陥の種類に応じたサイズを特定する演算
器２４ｂ₂ とから構成される。なお、求められた軸長を
前記第３のメモリ２４ｂ₁ に記憶された近似式に代入す
る際、前記演算器２４ｂ₂ は、前記欠陥種類の判別制御
部２４ａにて判別された欠陥の種類に応じて前記第３の
メモリ２４ｂ₂ に記憶された各種の定数や比例係数の中
から当該欠陥に対応する定数及び比例係数を選択し、演
算を実行する。この欠陥の判別・評価制御部２４は、パ
ーソナルコンピュータ等をもって構成することができ
る。

【００３４】バイアスデータ部３１は、エコー信号に輝
点消去電圧以上の電圧値を与えるためのデジタル信号で
あるバイアスデータを出力する。第１のスイッチ３３
は、バイアスデータ部３１の出力端を加算器３２に接続
するためのものであって、その接点は検査員の選択によ
り適宜開閉される。加算器３２は、第１のスイッチ３３
がオンされたとき、Ａ／Ｄ変換器１１によってデジタル
変換されたエコー信号にバイアスデータ部３１から出力
されたバイアスデータを加算する。

【００３５】第２のスイッチ３５は、画像表示部１３の
入力を切り換えるものであって、その接点は検査員の選
択により適宜座標変換回路１４側又は第２のフレームメ
モリ２２側に切り換えられる。

【００３６】その他の部分については、図７に示した従
来の超音波検査装置と同一構成であるので、重複を避け
るため、対応する部分に夫々同一の符号を表示して説明
を省略する。

【００３７】以下、上記のように構成された扇形走査式
超音波検査装置による欠陥検査の手順及び原理を、図３
〜図６に基づいて説明する。図３は当該超音波検査装置
の欠陥判別・評価フローを示すフローチャート、図４は
欠陥の種類とエコー信号のビーム指向性との関係を模式
的に示す説明図、図５は各種の欠陥が検出される検出ビ
ームの角度範囲と波のモードとの関係を示す表図、図６
は走査信号像の表示状態と非表示状態とを模式的に示す
説明図である。

【００３８】まず、従来装置における欠陥検査と同様
に、被検体１内の欠陥の有無を検査する場合について説
明する。即ち、超音波検査装置を探傷モードに切り換え
ると共に、第１のスイッチ３３をオフに、第２のスイッ
チ３５を座標変換回路１４の出力側に切り換える（手順
Ｓ−１）。次いで、アレイ探触子２及び機械式スキャナ
３を起動して、図１に示すようにアレイ探触子２を矢印
Ａの方向に移動しながら被検体１に対してアレイ探触子
２より超音波ビームＢを扇形に走査し、被検体１からの
エコー信号をアレイ探触子２にて検出して画像表示部１
３に探傷画像を表示し、欠陥の有無を検査する（手順Ｓ
−２）。この場合には、図６（ａ）に示すように、走査
信号像は表示されず（図６（ａ）には、理解を容易にす
るため、目視できない走査信号像を破線で表記した）
を、欠陥エコー像はその振幅レベルに対応した色又は濃
淡に階調化されて表示される。

【００３９】本発明においては、第１のスイッチ３３を
オンに、第２のスイッチ３５を座標変換回路１４の出力
側に切り換え、機械式スキャナ３を操作してアレイ探触
子２を被検体１の表面に沿って矢印Ａの方向に所定量移
動しながら手順Ｓ−１及び手順Ｓ−２を繰り返し、探傷
モードを実行する。このようにすると、デジタル変換さ
れたエコー信号にバイアスデータ部３１から出力された
バイアスデータが加算され、図６（ｂ）に模式的に示す
ように画像表示部１３に扇形に走査される超音波ビーム
の走査信号が目視可能な形で画像表示される。この場合
も、欠陥エコー像は、その振幅レベルに対応した色又は
濃淡に階調化されている。このため、エコー信号のない
走査信号像は、バイアスデータに基づく所定の色で表示
され、エコー信号がある部分の走査信号像に重畳され
て、走査信号のみの部分とは異なる色で表示される。し
たがって、検査員は画像表示部１３に表示された被検体
１の断面に係わる超音波ビームの走査信号像から、欠陥
エコー像が検出された超音波ビームの方向が分かるた
め、欠陥の有無及び位置のみならず、当該欠陥のおよそ
の形状及びサイズを推定することができる。ここで、当
該欠陥が被検体１にとって有害か否かを判断し、無害と
判断される場合には、検査を終了することができる。

【００４０】このように、前記実施形態例に係る扇形走
査式超音波検査装置は、受信回路部５Ｂに、エコー信号
に所定のバイアスデータを加算して超音波ビームの走査
信号を生成する走査信号生成部３４を備えたので、超音
波ビームの走査方向及び走査範囲に関する走査信号像を
画像表示部１３に目視可能な画像データとして表示する
ことができる。よって、画像表示部１３に表示された走
査信号像をモニタしながら検出された欠陥を判定・評価
することにより、欠陥のおよその種類とサイズとを知る
ことができるので、単に被検体の断面画像を画像表示部
１３に表示した場合よりも迅速に欠陥の評価を行なうこ
とができる。加えて、信号切換部（スイッチ３３，３
５）を備えて画像表示部１３の表示内容を走査信号像又
はエコー像のいずれかに切り換え可能にしたので、被検
体１の検査目的に応じて適宜の画像データを画像表示部
に表示させることができるので、扇形走査式超音波検査
装置の汎用性を高めることができる。

【００４１】一方、探傷モードにおいて１画面の探傷画
像表示が完成し、割れ状欠陥等の有害な欠陥エコー像が
認められた場合であって、詳細な欠陥形状の判別及び欠
陥サイズの評価まで必要な場合には、割込み処理を行っ
て超音波検査装置を欠陥判別・評価モードに切り換える
と共に、第１のスイッチ３３をオフに、第２のスイッチ
３５を第２のフレームメモリ２２の出力側に切り換える
（手順Ｓ−１１）。次いで、アレイ探触子２及び機械式
スキャナ３を起動して被検体１に対してアレイ探触子２
より超音波ビームＢを扇形に走査し、角度／色変換回路
２１によってエコー信号のビーム指向方向に応じた色に
角度／色変換されたエコー像を画像表示部１３に表示す
る（手順Ｓ−１２）。

【００４２】なお、アレイ探触子２によって検出された
エコー信号は、超音波ビームを扇形に走査するごとに、
座標変換回路１４に備えられたラインメモリＭ_L から分
岐して角度／色変換回路２１に取り込まれ、前出の図２
に示した関係表にしたがって角度／色変換されて第２の
フレームメモリ２２に格納される。

【００４３】次いで、判別・評価制御部２４に搭載され
た制御プログラムにしたがって画像表示部１３に判別・
評価ウインドウを表示し（手順Ｓ−１３）、ウインドウ
枠を対象とする検出エコー像にあわせて、判別範囲を設
定する（手順Ｓ−１４）。次に、ウインドウ枠内のエコ
ー像の色の配列を計算し、エコー像の色パターンを求め
る（手順Ｓ−１５）。そして、この色パターンを前記第
１のメモリに予め記憶された欠陥の種類に応じた色パタ
ーンのデータと照合し、欠陥の種類を特定（手順Ｓ−１
６）した後、欠陥判別結果を画像表示部１３に表示（手
順Ｓ−１７）して、システムを終了する。

【００４４】図４及び図５に示すように、アレイ探触子
２から超音波ビームＢを放射角度θで扇形に走査した場
合、欠陥から発生するエコー信号の指向方向及びエコー
信号が発生する角度βは、欠陥の種類に応じて特有の値
になる。

【００４５】即ち、図４（ａ）に示すように、被検体１
に存在する欠陥がボイドやブローホール等の円形状欠陥
である場合には、エコー信号の反射指向性は原理的には
無指向であり、超音波ビームＢが放射された広い角度範
囲でエコー信号が得られる。但し、エコー信号のレベル
は、アレイ探触子２と被検体１との間の斜入射効率やビ
ームの路程長によって異なるため、一般的には図４
（ａ）に示すようにアレイ探触子２と欠陥の位置が対向
した縦波を中心とした角度範囲β₁ で信号レベルが高く
なる。また、図４（ｂ）に示すように、被検体１に存在
する欠陥がラミネーションや重ね合わせ溶接部における
接合面の未溶着部等の水平状欠陥である場合には、エコ
ー信号の反射指向性は当該欠陥の傾きと直交する狭い角
度範囲β₂ に限定される。さらに、図４（ｃ）に示すよ
うに、被検体１に存在する欠陥が垂直割れや突き合わせ
溶接部における接合面の未溶着部等の垂直状欠陥である
場合には、エコー信号の反射指向性は比較的広い角度範
囲β₃ となり、かつ欠陥の左右両側でエコー信号が検出
される。

【００４６】したがって、このような各種の欠陥につい
て、予め模擬欠陥試験片等を用いて特有のエコー信号の
反射指向性に対応する色パターンのデータを求め、図５
に例示するようなテーブルにして前記第１のメモリに記
憶しておけば、上記の手順によって欠陥の種類を判定す
ることができる。

【００４７】次に、上記の手順によって求められた欠陥
判別結果を利用して、欠陥サイズの評価を行う。まず、
図３の手順Ｓ−２１に移行して、ウインドウ枠内のエコ
ー像の面積を求め、当該面積内の重心からエコー像の長
軸及び短軸を計算する（手順Ｓ−２２）。次いで、得ら
れた軸長を前記第３のメモリ２５に記憶された近似式に
代入すると共に、先に求めれらた欠陥判別結果を利用し
て、前記第３のメモリ２５より当該欠陥に対応する定数
及び比例係数を読み出して前記近似式に代入し、欠陥サ
イズを求める（手順Ｓ−２３）。最後に、演算によって
求められた欠陥サイズを画像表示部１３に表示（手順Ｓ
−２４）して、システムを終了する。

【００４８】円形状欠陥、水平状欠陥及び垂直状欠陥を
有する模擬欠陥試験片を用いて映像化実験を実施したと
ころ、欠陥の存在深さが極端に深い特殊な場合を除い
て、一般的には、欠陥サイズ＝（軸長＋定数）／比例係
数の式をもって、欠陥サイズを算出できることが分かっ
ているので、前記第３のメモリ２５にこの式と欠陥の種
類に応じた各種の定数及び比例係数を記憶しておけば、
上記の手順によって欠陥サイズを評価することができ
る。

【００４９】なお、前記実施形態例においては、機械式
スキャナ３の各関節に取り付けられた角度検出用エンコ
ーダ３ａ，３ｂ，３ｃを用いてアレイ探触子２の座標位
置を与える場合を例にとって説明したが、本発明の要旨
はこれに限定されるものではなく、動画像を画像表示部
１３に表示する超音波検査装置にも勿論適用することが
できる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
受信回路部に、エコー信号に所定のバイアスデータを加
算して超音波ビームの走査信号を生成する走査信号生成
部を備えたので、超音波ビームの走査方向及び走査範囲
に関する走査信号像を画像表示部に目視可能な画像デー
タとして表示することができる。よって、画像表示部に
表示された走査信号像をモニタしながら検出された欠陥
を判定・評価することにより、欠陥のおよその種類とサ
イズとを知ることができるので、単に被検体の断面画像
を画像表示部に表示した場合よりも迅速に欠陥の評価を
行なうことができる。加えて、信号切換部を備えて画像
表示部の表示内容を走査信号像又はエコー像のいずれか
に切り換え可能にしたので、被検体の検査目的に応じて
適宜の画像データを画像表示部に表示させることができ
るので、扇形走査式超音波検査装置の汎用性を高めるこ
とができる。

【００５１】また、受信回路部に、走査信号及びエコー
信号よりそのビーム指向方向に対応する色又は濃淡に階
調化された像を生成する第２の階調化手段を備えた場合
には、走査信号及びエコー信号を画像表示部に色表示で
きるので、欠陥の種類及びサイズをより高精度に判別・
評価することができる。

【００５２】さらに、受信回路部に、第２のエコー像階
調化手段にて階調化されたエコー像から、少なくとも被
検体中に存在する欠陥の種類又は欠陥の種類とサイズの
双方を自動的に判別又は評価する判別・評価制御部を設
けた場合には、超音波による欠陥検査をより効率化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例に係る扇形走査式超音波検査装置の
構成図である。

【図２】エコー信号の指向方向と、指向方向による波の
モードと、指向方向ごとに割り当てられたデータ表示色
とを示す表図である。

【図３】実施形態例に係る超音波検査装置の欠陥判別・
評価フローを示すフローチャートである。

【図４】欠陥の種類とエコー信号のビーム指向性との関
係を示す説明図である。

【図５】各種の欠陥が検出される検出ビームの角度範囲
と波のモードとの関係を示す表図である。

【図６】走査信号像の表示状態と非表示状態とを模式的
に示す説明図である。

【図７】従来例に係る扇形走査式超音波検査装置の構成
図である。

【図８】従来より知られている座標変換手段の一例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１被検体２アレイ探触子３機械式スキャナ３ａ，３ｂ，３ｃエンコーダ４マグネットスタンド５Ａ送信回路部５Ｂ受信回路部５Ｐ₁〜５Ｐ_n パルサ６送信遅延制御回路７受信回路７Ｒ₁〜７Ｒ_n レシーバ８受信遅延回路９受信遅延制御回路１０加算器１１Ａ／Ｄ変換器１２座標信号発生回路１３画像表示部２１角度／色変換回路２２第２のフレームメモリ２３第２のエコー像階調化手段２４欠陥の判別・評価制御部３１バイアスデータ部３２加算器３３第１のスイッチ３４走査信号生成部３５第２のスイッチ（信号切換部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のアレイ振動子からなるアレイ探触
子と、当該アレイ探触子から被検体に対して超音波ビー
ムを扇形に走査する送信回路部と、前記アレイ探触子に
て検出された前記被検体からのエコー信号より当該エコ
ー信号の振幅レベルに対応する色又は濃淡に階調化され
たエコー像を生成する受信回路部と、当該受信回路部に
て生成されたエコー像を表示する画像表示部とを備えた
扇形走査式超音波検査装置において、前記受信回路部
に、前記エコー信号に所定のバイアスデータを加算して
前記アレイ探触子から扇形に走査される超音波ビームの
走査信号を生成する走査信号生成部と、前記画像表示部
の表示内容を前記走査信号を階調化して得られる走査信
号像又は前記エコー像のいずれかに切り換える信号切換
部を備えたことを特徴とする扇形走査式超音波検査装
置。
【請求項２】請求項１に記載の扇形走査式超音波検査
装置において、前記受信回路部に、前記走査信号又は前
記エコー信号よりビーム指向方向に対応する色又は濃淡
に階調化された像を生成する第２の階調化手段を備え、
当該第２の階調化手段によってビーム指向方向に対応す
る色又は濃淡に階調化された走査信号像又はエコー像を
随時切り換えて前記画像表示部に表示することを特徴と
する扇形走査式超音波検査装置。
【請求項３】請求項２に記載の扇形走査式超音波検査
装置において、前記第２の階調化手段が、前記走査信号
又は前記エコー信号のビーム指向方向に応じて予め定め
られた色又は濃淡に変換する角度／色変換回路と、当該
回路によって階調化された前記走査信号又はエコー信号
を超音波ビームの扇形走査を行うごとに記憶するフレー
ムメモリとからなることを特徴とする扇形走査式超音波
検査装置。
【請求項４】請求項２に記載の扇形走査式超音波検査
装置において、前記受信回路部に、前記第２の階調化手
段にて階調化されたエコー像から、少なくとも前記被検
体中に存在する欠陥の種類又は欠陥の種類とサイズの双
方を自動的に判別又は評価する判別・評価制御部を設け
たことを特徴とする扇形走査式超音波検査装置。