JPH11271290A

JPH11271290A - 超音波検査方法及びその装置

Info

Publication number: JPH11271290A
Application number: JP10074570A
Authority: JP
Inventors: Masatsugu Komai; 正嗣駒井; Toshiyuki Matsumoto; 松本　　俊行
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の検査レベルに応じて、高精度に検査を
行うことができる超音波検査方法、及びその実施に使用
する装置を提供する。【解決手段】パターン選択部３は、検査分解能が入力
された場合、予め設定した関係式を用いて、入力された
分解能を満足する最小振動子数を求め、その振動子数の
パターンをパターン登録部２から読み出し、それをスイ
ッチ制御部４に与える。スイッチ制御部４は、クロック
が与えられたタイミングで、マルチプレクサ７の前記パ
ターンの領域及び各受信遅延回路ＲＤ₁〜ＲＤ₁₆に対応
する領域をオンする。送信遅延回路ＰＤ₁〜ＰＤ₁₆は、
クロック発振器８から与えられたクロックを、遅延時間
設定部５によって設定された遅延時間だけ遅延させてパ
ルサＰ₁〜Ｐ₁₆に与え、パルサＰ₁〜Ｐ₁₆はマルチプレ
クサ７へ送信パルスを送信する。このとき、マルチプレ
クサ７は、前述したパターンの領域がオンされているた
め、該パターンの振動子Ｔにのみ送信パルスが印加され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探傷装置及
び超音波診察装置等、超音波を被検査物に送信し、その
エコーを受信して被検査物を検査する方法、及びその実
施に使用する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷装置によって管材又は板材等
の被探傷材を探傷するには、例えば複数の振動子がアレ
イ状に配置してある、所謂アレイ型探触子を被探傷材に
対向配置し、探触子と被探傷材との間に、水といった接
触媒質を介在させつつ探触子から被探傷材へ超音波を送
信し、被探傷材によるエコーを探触子で受信し、受信し
たエコー中に欠陥に係るエコーが存在するか否かを判定
している。また、超音波診察装置によって生体内を診察
するには、前述した探触子と生体との間にゼリー状の接
触媒質を介在させ、探触子を移動させつつ探触子から生
体内へ所定の周期で超音波を送信し、生体内からのエコ
ーを探触子でそれぞれ受信し、それらを探触子の移動方
向へ配列することによって診察用の画像を形成してい
る。

【０００３】図５は、特開昭62−72337 号公報に開示さ
れたアレイ型の探触子を備える超音波検査装置の要部構
成を示すブロック図であり、図中、Ｔ₁〜Ｔ₁₂₈は振動
子である。１２８個の振動子Ｔ₁〜Ｔ₁₂₈が、所定ピッ
チで一列に配置してある。

【０００４】先頭から３２個の振動子Ｔ₁〜Ｔ₃₂は、半
導体スイッチ群であるマルチプレクサ27を介して、振動
子を励振するパルスを送信するパルサＰ₁〜Ｐ₃₂の出力
端子に接続してあり、各パルサＰ₁〜Ｐ₃₂の入力端子
は、適宜の遅延時間を設定することができる送信遅延回
路ＰＤ₁〜ＰＤ₃₂の出力端子に接続してある。また、末
尾から３２個の振動子Ｔ₉₆〜Ｔ₁₂₈は、前記マルチプレ
クサ27を介して受信遅延回路ＲＤ₁〜ＲＤ₃₂の入力端子
にそれぞれ接続してある。これら送信遅延回路ＰＤ₁〜
ＰＤ₃₂には、超音波による被検査物の走査を制御する走
査制御回路21によって、送信遅延回路ＰＤ₁〜ＰＤ₃₂の
順に長い遅延時間が設定してあり、受信遅延回路ＲＤ₁
〜ＲＤ₃₂には、前記走査制御回路21によって、送信遅延
回路ＰＤ₁〜ＰＤ₃₂に対応して受信遅延回路ＲＤ₁〜Ｒ
Ｄ₃₂の順に短い遅延時間が設定してある。

【０００５】各送信遅延回路ＰＤ₁〜ＰＤ₃₂の入力端子
には、クロック発振器28からクロックが与えられてお
り、送信遅延回路ＰＤ₁〜ＰＤ₃₂は与えられたクロック
を、走査制御回路21によって設定された遅延時間だけ遅
延させてパルサＰ₁〜Ｐ₃₂に与えて送信パルスを順番に
送信させる。クロック発振器28が発振したクロックは走
査制御回路21にも与えられるようになっており、走査制
御回路21は、該クロック及び各送信遅延回路ＰＤ₁〜Ｐ
Ｄ₃₂に設定した遅延時間によって定まるタイミングで、
マルチプレクサ27のパルサＰ₁〜Ｐ₃₂が接続してある領
域をオンして、遅延時間が短い順番にパルサＰ₁〜Ｐ₃₂
から送信された送信パルスを振動子Ｔ₁〜Ｔ₃₂に与え、
各振動子Ｔ₁〜Ｔ₃₂から被検査物へ超音波を送信させ
る。

【０００６】被検査物からのエコーは振動子Ｔ₉₆〜Ｔ
₁₂₈によって受信され、そこで受信パルスが生成され
る。走査制御回路21は、マルチプレクサ27の受信遅延回
路ＲＤ₁〜ＲＤ₃₂が接続してある領域を、受信遅延回路
ＲＤ₁〜ＲＤ₃₂の順番に所定時間ずつオンする。これに
よって、振動子Ｔ₁〜Ｔ₃₂から送信された超音波に係る
受信パルスは、受信遅延回路ＲＤ₁〜ＲＤ₃₂にそれぞれ
与えられ、そこで各受信パルスが同じタイミングになる
ように調整された後、受信回路29に与えられる。受信回
路29は、受信遅延回路ＲＤ₁〜ＲＤ₃₂から与えられた各
受信パルスを増幅・検波して表示装置30に与え、そこに
検査に係る画像を表示させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波検査
を行う場合、例えば、１ｍｍ以上の欠陥を検出する、又
は５ｍｍ以上の欠陥を検出するというように、検査の目
的に応じて複数の検査レベルが存在する。このように複
数の検査レベルに対応して、前述した特開昭62−72337
号公報に開示された超音波検査装置では、最も高い検査
レベルを満足するようにパルサＰ₁〜Ｐ₃₂から出力され
るパルス電圧が調整してある。しかし、このように調整
した超音波検査装置によって、低い検査レベルの欠陥を
検査する場合、表示装置30に表示された画像にはノイズ
に係る多くの像が形成されるため、欠陥の見逃し又は欠
陥の誤検出が多く発生するという問題があった。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは探触子に設けた複数
の振動子の中で励振する振動子を特定する複数の振動子
励振パターンを設定し、適宜の振動子励振パターンを選
択し、選択した振動子励振パターンの振動子を励振する
ことによって、複数の検査レベルに応じて、高精度に検
査を行うことができる超音波検査方法、及びその実施に
使用する装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る超音波検
査方法は、所定位置に配置してある複数の振動子を励振
して、各振動子から被検査物へ超音波を送信し、被検査
物からのエコーを振動子で受信することによって被検査
物を検査する方法において、複数の振動子の中で励振す
る振動子を特定する複数の振動子励振パターンを設定
し、それら振動子励振パターンから適宜の振動子励振パ
ターンを選択し、選択した振動子励振パターンの振動子
を励振することを特徴とする。

【００１０】第２発明に係る超音波検査方法は、第１発
明において、被検査物からのエコーは、選択した振動子
励振パターンの振動子の数以上の数の振動子で受信する
ことを特徴とする。

【００１１】第３発明に係る超音波検査方法は、第１又
は第２発明において、振動子励振パターンは、複数の振
動子の配置に基づいて定めることを特徴とする。

【００１２】第４発明に係る超音波検査装置は、所定位
置に配置してある複数の振動子を励振して、各振動子か
ら被検査物へ超音波を送信し、被検査物からのエコーを
振動子で受信することによって被検査物を検査する装置
において、複数の振動子の中で励振する振動子を特定す
る複数の振動子励振パターンを設定しておき、それら振
動子励振パターンから適宜の振動子励振パターンを選択
する手段と、選択した振動子励振パターンの振動子を励
振する手段とを備えることを特徴とする。

【００１３】第５発明に係る超音波検査装置は、第４発
明において、被検査物からのエコーは、選択した振動子
励振パターンの振動子の数以上の数の振動子で受信する
ようになしてあることを特徴とする。

【００１４】第６発明に係る超音波検査装置は、第４又
は第５発明において、振動子励振パターンは、複数の振
動子の配置に基づいて定めてあることを特徴とする。

【００１５】本発明者らが超音波検査装置の検査分解能
について鋭意検討したところ、つぎのような知見を得る
ことができ、該知見に基づいて前述した問題を解決する
に至った。

【００１６】図３は、振動子の数と検査分解能との関係
の一例を示すグラフであり、図中、横軸は振動子の数
を、縦軸は検査分解能をそれぞれ示している。なお、検
査分解能は、検出可能な欠陥の直径（ｍｍ）で示してあ
る。また、振動子は１０ｍｍ×０．９ｍｍの寸法のもの
を用い、それを０．１ｍｍ隔てて各振動子の長辺が互い
に平行になるように配置した。図３から明らかな如く、
振動子の数と検査分解能との関係は、下に凸の曲線で示
され、振動子の数が多いほど、検査分解能は高い。

【００１７】また、図４は、振動子の数と振動子から送
信された超音波のビーム強度との関係を示すグラフであ
り、図中、横軸は振動子の数を、縦軸はビーム強度を示
している。図４から明らかな如く、振動子の数とビーム
強度との関係は右上がりの直線で示され、振動子の数が
多いほど、ビーム強度は高い。

【００１８】図３及び図４から、振動子の数が多くなる
に従って、超音波のビーム強度が高くなり、従って、検
査分解能も高くなるということが分かる。つまり、探触
子に設けてある複数の振動子について、励振する振動子
の数を調整することによって、所要の検査分解能を得る
ことができる。

【００１９】第１、第３、第４及び第６発明にあって
は、所定位置に配置した複数の振動子の中で励振する振
動子の数、及び励振する振動子の数に応じて、送信され
る超音波の音響エネルギが略均一になるように励振する
振動子の位置を定めた複数の振動子励振パターンを設定
する。そして、所要の検査分解能となる振動子励振パタ
ーンを選択し、選択した振動子励振パターンの振動子を
励振する。これによって一部に音響エネルギが集中し、
その部分の検査分解能が所要レベルを越えることを防止
すると共に、所要の検査分解能に応じて、高精度に検査
を行うことができる。

【００２０】ところで、超音波のビーム強度は、振動子
を励振するパルス電圧によっても調整することができ
る。しかし、低い検査分解能を得るために、パルス電圧
を低下させた場合、振動子の発振強度の低下によって超
音波の減衰量が大きくなるため、Ｓ／Ｎ比が低下し、検
査精度も低下する。本発明にあっては、前述した如く、
励振する振動子の数を減じることによって低い検査分解
能を得るため、Ｓ／Ｎ比が低下せず、高い検査精度が維
持される。

【００２１】第２及び第５発明にあっては、選択した振
動子励振パターンの振動子の数以上の数の振動子で被検
査物からのエコーを受信する。そのため、検査精度が向
上する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る超音
波検査装置の要部構成を示すブロック図であり、図中６
は探触子である。探触子６内には複数（図１にあっては
１６個）の振動子Ｔ₁〜Ｔ₁₆が一列に配置してある。各
振動子Ｔ₁〜Ｔ₁₆は、半導体スイッチ群であるマルチプ
レクサ７の一端にそれぞれ接続してあり、マルチプレク
サ７の他端には、各振動子Ｔ₁〜Ｔ₁₆を励振すべく、対
応する振動子Ｔ₁〜Ｔ₁₆へパルスを送信するパルサＰ₁
〜Ｐ₁₆、及び各振動子Ｔ₁〜Ｔ₁₆に応じて設けた受信遅
延回路ＲＤ₁〜ＲＤ₁₆が接続してある。

【００２３】パルサＰ₁〜Ｐ₁₆の入力端子は、適宜の遅
延時間を設定し得る送信遅延回路ＰＤ₁〜ＰＤ₁₆の出力
端子にそれぞれ接続してあり、送信遅延回路ＰＤ₁〜Ｐ
Ｄ₁₆にはクロック発振器８からクロックが与えられるよ
うになっている。送信遅延回路ＰＤ₁〜ＰＤ₁₆には、超
音波の送受信を制御する制御装置１に設けてある遅延時
間設定部５によって、例えば、中央の振動子Ｔ₈，Ｔ₉
に対応するものから両端の振動子Ｔ₁，Ｔ₁₆に対応する
ものに向かうに従って長い遅延時間が設定してある。ま
た、受信遅延回路ＲＤ₁〜ＲＤ₁₆には、前記遅延時間設
定部５によって、中央の振動子Ｔ₈，Ｔ₉に対応するも
のから両端の振動子Ｔ₁，Ｔ₁₆に対応するものに向かう
に従って短い遅延時間が設定してある。これによって、
所要の指向性方向に対して超音波ビームを送受信するこ
とができる。

【００２４】制御装置１には、マルチプレクサ７の各ス
イッチをオン・オフするスイッチ制御部４、励振する振
動子の数及びそれらの位置を定めた複数のパターンが登
録してあるパターン登録部２、指定された検査分解能に
応じてパターン登録部２に登録してある複数のパターン
から所要のパターンを選択するパターン選択部３が設け
てある。パターン選択部３には、図３に示した如き関係
式が予め設定してあり、パターン選択部３は、検査分解
能が入力された場合、前記関係式を用いて、入力された
分解能を満足する最小振動子数を求め、その振動子数の
パターンを前記パターン登録部２から読み出し、それを
スイッチ制御部４に与える。

【００２５】図２は、振動子の励振パターンの一例を説
明する説明図であり、１６個の振動子が一列に設けてあ
る場合を示している。このような、超音波検査装置にお
いて、図２（ａ）に示した如く、１６個の振動子を励振
するパターン、図２（ｂ）に示した如く、１６個の振動
子の内の、中央の２個の振動子、及び両振動子から両端
方向へ１つおきにそれぞれ３個の振動子（計８個）を励
振するパターン、図２（ｃ）に示した如く、１６個の振
動子の内の、中央の２個の振動子、及び両振動子から両
端方向へ２つおきにそれぞれ２個の振動子（計６個）を
励振するパターンを登録しておく。

【００２６】これらのパターンは、中央の２つの振動子
の両側にそれぞれ対象となるように励振する振動子が定
めてあり、また、全振動子数に対する励振振動子数の割
合が３０％以上である。なお、６個の振動子を励振する
場合、図２（ｃ）に示したパターンに代えて、図２
（ｄ）に示した如く、１６個の振動子の内の、中央の２
個の振動子、及び両振動子から両端方向へ３つ、続いて
２つおきにそれぞれ２個の振動子を励振するパターン、
又は、図２（ｅ）に示した如く、１６個の振動子の内
の、中央の２個の振動子、及び両振動子から両端方向へ
４つ、続いて１つおきにそれぞれ２個の振動子を励振す
るパターンを登録しておいてもよい。

【００２７】図２（ａ）に示したパターンの場合、超音
波検査装置の検査分解能は略６ｍｍであり、図２（ｂ）
に示したパターンの場合、検査分解能は略９ｍｍであ
り、図２（ｃ）〜（ｅ）に示したパターンの場合、検査
分解能は略１０ｍｍである。

【００２８】スイッチ制御部４には、クロック発振器８
から所定周波数のクロックが与えられるようになってお
り、スイッチ制御部４は、クロックが与えられたタイミ
ングで、マルチプレクサ７の前記パターンの領域及び各
受信遅延回路ＲＤ₁〜ＲＤ₁₆に対応する領域をオンす
る。クロック発振器８が発振したクロックは、送信遅延
回路ＰＤ₁〜ＰＤ₁₆にも与えられるようになっており、
送信遅延回路ＰＤ₁〜ＰＤ₁₆は、クロック発振器８から
与えられたクロックを、遅延時間設定部５によって設定
された遅延時間だけ遅延させてパルサＰ₁〜Ｐ₁₆に与え
る。

【００２９】パルサＰ₁〜Ｐ₁₆は、クロックが与えられ
ると、マルチプレクサ７へ送信パルスを送信する。この
とき、マルチプレクサ７は、前述したパターンの領域が
オンされているため、該パターンの振動子Ｔにのみ送信
パルスが印加される。送信パルスが印加された振動子Ｔ
は、励振して超音波を図示しない被検査物に送信する。

【００３０】被検査物からのエコーは各振動子Ｔ₁〜Ｔ
₁₆によって受信され、各振動子Ｔ₁〜Ｔ₁₆は受信パルス
を、マルチプレクサ７を介して対応する受信遅延回路Ｒ
Ｄ₁〜ＲＤ₁₆にそれぞれ与える。受信遅延回路ＲＤ₁〜
ＲＤ₁₆は、与えられた受信パルスを、遅延時間設定部５
によって設定された遅延時間だけ遅延させて受信回路９
に与える。これによって、各受信回路の同期が図られ
る。受信回路９は与えられた各受信パルスを増幅・検波
してアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器10に与え、
ディジタル信号に変換させる。Ａ／Ｄ変換器10から出力
されたディジタル信号は、フレームメモリ11に２次元展
開されて画像信号が生成される。この画像信号が表示装
置12に与えられ、表示装置12に超音波検査画像が表示さ
れる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述した如く、第１及び第４発明に
あっては、所要の検査分解能に応じて、高精度に検査を
行うことができる。また、前記検査分解能以下のサイズ
の欠陥が検出されないため、検査時間が短縮される。

【００３２】第２及び第５発明にあっては、選択した振
動子励振パターンの振動子の数以上の数の振動子で被検
査物からのエコーを受信するため、検査精度が向上す
る。

【００３３】第３及び第６発明にあっては、一部に音響
エネルギが集中し、その部分の検査分解能が高くなるこ
とが防止されるため、欠陥の誤検出が防止される等、本
発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波検査装置の要部構成を示す
ブロック図である。

【図２】振動子の励振パターンの一例を説明する説明図
である。

【図３】振動子の数と検査分解能との関係の一例を示す
グラフである。

【図４】振動子の数と振動子から送信された超音波のビ
ーム強度との関係を示すグラフである。

【図５】アレイ型の探触子を備える従来の超音波検査装
置の要部構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１制御装置２パターン登録部３パターン選択部４スイッチ制御部５遅延時間設定部６探触子ＰＤ送信遅延回路ＲＤ受信遅延回路Ｔ振動子Ｐパルサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定位置に配置してある複数の振動子を
励振して、各振動子から被検査物へ超音波を送信し、被
検査物からのエコーを振動子で受信することによって被
検査物を検査する方法において、複数の振動子の中で励振する振動子を特定する複数の振
動子励振パターンを設定し、それら振動子励振パターン
から適宜の振動子励振パターンを選択し、選択した振動
子励振パターンの振動子を励振することを特徴とする超
音波検査方法。
【請求項２】被検査物からのエコーは、選択した振動
子励振パターンの振動子の数以上の数の振動子で受信す
る請求項１記載の超音波検査方法。
【請求項３】振動子励振パターンは、複数の振動子の
配置に基づいて定める請求項１又は２記載の超音波検査
方法。
【請求項４】所定位置に配置してある複数の振動子を
励振して、各振動子から被検査物へ超音波を送信し、被
検査物からのエコーを振動子で受信することによって被
検査物を検査する装置において、複数の振動子の中で励振する振動子を特定する複数の振
動子励振パターンを設定しておき、それら振動子励振パ
ターンから適宜の振動子励振パターンを選択する手段
と、選択した振動子励振パターンの振動子を励振する手
段とを備えることを特徴とする超音波検査装置。
【請求項５】被検査物からのエコーは、選択した振動
子励振パターンの振動子の数以上の数の振動子で受信す
るようになしてある請求項４記載の超音波検査装置。
【請求項６】振動子励振パターンは、複数の振動子の
配置に基づいて定めてある請求項４又は５記載の超音波
検査装置。