JPS5963564A - 超音波エコーグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明（よ掃引型超音波エコグラフィ（ｅｃｈｏｇｒａ
ｐｈｉｅｕｌｔｒａ８ｏｎｏｒｅ　’ｔｈ　ｂａｌａｙ
Ｒｇｅ）の分野ＶＣ係り、よυ特定的には成る部材にそ
の表面を通しで送られたにＩｌｌい超音波束の反射ゾー
ン位置を探査するだめのエコグラフィの方法と装置とに
係る。

本発明は主として＝＋＋利の非破壊的検査、特に亀裂が
その亀裂の展開平面を仔ｉ　Ｃ！Ｊる方向に送られた超
音波束の反射体Ｉｆ＾成するような崎造又船よ中実部材
の検査、に使用されるが、この用途に限定されるわけで
はない。

集束超刊波束を用いで検査すべき部材の掃引を行なうエ
コグラフィの方法Ｖ」、既に多数知られておセ、通常は
次の原理に基づいている。

細く集束した超音波束を検査すべき部材内に送る。平均
グ・（部分から成る反射体にこの超音波束がぶつかると
該反射体の面精に依存した振幅をもつエコーが生じる（
この面積が凸該超音波束の断面積より小さい場合振幅は
該超音波束の方向と反射係に女とに依存）。

このエコーは通常送出振動子（ｔｒａｄｕｃｔａｕｒ　
ｄ’６ｎｉｓＦ４１ｏｎ）によって捕捉されるためその
行程時間を測定すれば該反射体の位置を検出できる。こ
のようにして、同一方向同一深さの反射体展開面に対応
した振幅に対する減衷が閾値、一般的には−６ｄｌｌ、
よシ小さいようなエコーヲ選別すれば反射体の輪郭が求
められる。

一般に部材の探傷は、検査の間当該部材の対称軸に対し
同一の方向を維持する平面上での入射角を一定に保ちな
がら、互に直交する２方向に沿って該部材表面を掃引す
ることにより実施される。

しかし乍らこのような方法には、法絆から余シ遠くない
地点で入射する超音波束に当てられた反射体しか探査で
きないという重大な欠点がある。

従って、反射体は感知されないままでおシ得、その場合
非破壊的検査に特に重大な不都合が生じる。

本発明の目的は、従来公知の方法よりも実施要件に適し
ておｐｌ特に、装餘又ｔ、１．／１７に部品の如き媒体
中で超音波反射物全措成するゾーン例えば亀裂又は割れ
目の存在を反射物の方位角（即ち（１１５品表面への垂
線に対する反射物の方向）に関わシ無く測定し得る点で
従来公知の方法よりもすぐれたエコグラフィの方法ｔ−
提供−ノーることである。

前記目的を達成するために本発明は特に、媒体表面を通
って媒体内に細い超音波束をＵ導し超音波束の複数個の
位置に対するエコー発生ゾーンのｆＱ首を決定し、更に
、該表面上に頂点を有し該表面に垂直な軸を有しでおシ
好ましくは同一頂角の複数個の直円錐の母線に沿って超
音波束を順次製位ゼしめるエコグラフィの方法を提供す
る。不発Ｑ＋］方法の’Ｆ♀徴は、掃引すべき領域が塁
なる複数の方位角で超音波束を受容するように超音波束
の前記変位が行なわれること、及び、同一ゾーン及び異
なる方位角に対応するエコー情報を総合して媒体の透視
像が得られることである。

部品の掃引中に生成され部品の同−製水体積に′関係す
ることを示す情報を有する全てのイハ号は像の同一点に
重畳される。

透視像を供給し得る多数のコンピュータプログラムが既
に市販されておシしかもこれらの透視像をディスプレイ
スクリーンに映写することさえもしばしば可能であるか
ら、前記の如き本発明方法の実用化は極めて容易である
。

よｐ高度な解像度を得るには通常は、適当な形状の短い
、ｑルスを得るために緩衝ブロックに装着されるか又は
超音波電束レンズと組合せして使用される単−形圧ｌＩ
工材料チップから成る変換器によって超音波束が形成さ
れるであろう。

通常は、しきい値より大きい振幅（典型的には広い反射
物に対して−６ｄＢ　）を有するエコーの存在を各方向
毎に検出し前記の如きエコーを生じたゾーンの座ちＩを
記１．（マずれば十分であろう。

よシ精密な（９（を力えイ１する楚形具体例に於いては
、受（ｉした高周波エコー（Ｉ’ｆ号の振幅を複数の灰
色レベル又は代数の任ス゛１、の色彩に刻バ５、−ｊ−
るようにグジクル化し、１１ＩＩ１．体中の立体格子の
交点を中心とする体Ａｊｌｔエレメントの名々に対応す
るエコーを加算する。この具体例の方法によれば高周波
信号の平均化によって４Ｆｊ号対雑音比が改良される。

しかし乍らρ１／一体の体オ；１（エレメントの各々に
対して各１つのｈ１憶索子を対応させる必要があるので
はるかに大きいイイＪｉ［のメモリを配設しなければな
らない。

本発明の目的はまた、１１譜手段を既に備えた既存のエ
コグラフイー装置に部属で７２価な素子を付加すること
に１つ−ｃ　ｐｖ造されることができ媒体中の超音波反
射物を（（出するデバイスのＢに力を該反射物の方位角
に関わり無く向上ぜしめるエコグラフィ装ｆ１４Ｈｆ提
供することである。このために本発明によれは、細い超
π波束１発（７ｊＬ、エコーを受信する手段と、前記媒
体を掃引すべく前記媒体の外部で前記手段を変位さぜ得
るデノ々イスと、所定しきい値より大きいエコーを生じ
るゾーンの座標を計算する回路と、 を含む装置が提供される。本発明装置の特徴によれば、
前記デバイスは、超音波束が所定の一定行程後に回転軸
に於いて部品内に侵入するような方向に前記手段を維持
しつつ表面に垂直な軸に関する回転から成る掃引運動を
前記手段に与えるべく且つ各被検査ゾーンが超音波束を
異なる複数個の方位角で受容するように表面に垂直な複
数個の軸の回りで前記掃引を反復すべく構成されており
、更に、装置が媒体中のエコーの位置検出についての透
視像を得るために同一ゾーンから生じたエコーを総合す
る手段を含む。

計算手段は通常、超音波の行程時間と前記軸の“位置と
前記軸に対する前記手段の座標とに基いて部品に閂する
此種系に於りるエコー源の位置を決定するために（＋ｐ
）えられている。

非限定例として添伺図面に示された物足具体例に基く以
下の記載より本発明が更に十分に理解されるであろう。

（１試−Ｆ余白） 本発明は幾何学的単一面により限定された如何なる範囲
の検査にも適用し得るが、説明を簡略化すべく、ここで
は部材が平面状のアクセ、ス面を有しておりこの面を介
して探傷が行なわれるものと仮定するーこのような状況
は極めて一般的であシ、探査すべき反射体が部材表面の
直交面上ではいずれもほぼ同一の方向を有する即ちほぼ
同様に傾斜するのに対し方位角（部材表面の平行面上で
の方向）に関しては互に著しく異なるといったケースも
極めて頻Ｓ〜にみられる。

第１ａ図に三面角ｏｘｙｚを示した。平ｉ７＋ｉ　０Ｘ
ＹＩ、１部材の表面と合致する。該部材表面の検査は送
出及び受信用超音波揚動子１０によって行なわれるが、
該振動子と部材への入射点との間の距離りは一定にして
おく、このように検査を行なうためには先ず振動子を円
にＴｉつて移動させるが、この場合超音波束が回転軸と
部材表面との交点に該当量る入射点Ａから部材内に浸透
するよう該振動子を傾斜させる。このようにすると振動
子１０及び部Ｕ間の所定行程が一定に保持され、部イ・
」内での超旨波束形状も変化しない。

通電は集束振動子（ｔｒａｄｕｃｔ、ｅｎｒ　ａ　ｆｏ
ｃａｌｉｓａｔｊｎｎ　）１０を用いて１５．は円筒形
の細い超音波束を送出する。この稍の振動子はＩｉ’ｔ
；に多数知られている。据ｌＩυ子１０と↑−１５４１
とをま容器（図示せず）内の液体、１５すえＱ、１．水
、に浸漬するのが一般的である。該振動子１０ｔよ中間
支柱１２に］］１持されでおり、これ全介し゛〔部材か
らの距離りを保ちＪ］つ所定角度幼斜するつこの支柱は
賎支柱の角位置測定手段を甘みｌｔｌ＋１１を中心に回
転する可動装置ｉ−の一部を成しておシ、軸１１の周囲
で振動子を角αす、ｌ斜きせる。

このような装置Ｐ７　を用いれ１１部材と直交する軸、
例えば第１ａ図の軸１１及び１１′、全中心に角度をつ
けて連続的に複数の掃引を行なうことができる。振動子
に給１１ｊ７するための回転ジヨイントの必要を回避す
べく、前記可動装置ｆｆ、ｔは常に同一方向に回転する
よシむしろ止め部材によって規定された２つの限界位Ｖ
ｉ間を往復移動するよう其備してもよい。回転鏡を使用
することもできるがその場合は前記の所定行程が長くな
る。また、例えば方向Ｙの並進運動と円錐状運動（第１
ｂ図）とを組合わせてもよい。

いずれの場合も、振動子の３６０°回転と交互に行なわ
れる並進移動及び入射角ｉｈ、部材の検査すべき部分の
各体積要素に超音波束が異なる方位角で少くとも２回当
てられるよう該音波束の横方向寸法を考慮しで決定する
。

所定の値１１．ｌ及びαに応じて送出された超音波束が
ぶつかる第１反射体の座標ｘ、ｙ、ｚは例外なく簡単な
計算によって求めることができ、超音波束入射面が平ら
な場合紘特に簡単である。実際、液体中の超音波束の所
定行程は一定不変でｈに等しい。第１１図の種々の記号
から明らかなよう。

に、閾値よシ大きいレベルのエコーＳの出現ト部月内で
の反射体Ｒの存在との間には次式で示される関係が成立
する。

引算器は支柱１２担体盤に具（＋！ｆｉされたコーグに
よって与えら）Ｌる点Ａのデジタル化座標ＸＡ　＋　ｙ
Ａを受答し得るためエミッタの中心の座標Ｘ＋７まで遡
らなくとも次の方程式にょシ当該反射体の座標全得るこ
とができる。これら方程式ｆｉｌ’、　＋２ど及び（３
どにｉＪ：　ｈも入射角量も宮まれない。

式中ｔは部４１内での往行程（又ＩＪ、復行程）の時間
を辰わし、ｒは屈折角（デカルトの法則によりｌから求
められる）をざそわし、αは振動子１ｏの方位角を衣わ
す。ｈ、ｒ、及びＴｉ１Ｌ　’ｆ４内での波速ｃ１は公
知の意味を表わし一定である。

実際には本発明はＣＯＭＰＡＧＮＩＥ　ＧＥＮＥＲＡＬ
ＥＤＥ　ＲＡＤＩＯＬＯＧＩＥ社製造販売の容器ＣＥ２
の如きＸＹ掃引谷容器既に備えた既存装・置で使用され
よう。この容器の測定システムからはＯＸ及びＯＹに従
い点Ａの座標ｘＡ及びｙＡが得られる。デジタル出力式
又はアナログ／デジタル変換器１４付の回転角度測定検
出器は計算器１５にαの値を与える。該計算器には点Ａ
のデジタル化座標も与えられる。

閥仙より大きい振幅をもつエコーの検出は例えば第１ａ
図に示されている類の回路などを用い従来の方法で実施
し得る。八Ｆ：　ｌ　ａ図の振動子１０の回転速度は送
出にも受信にも同一の振動子を使用し得るよう十分低速
であるものとみなす。この回路は規則的な間隔をおいて
インパルスを送出するクロック１６を備えておシ、これ
らインパルスは。

１７で増幅された後振動子に送られる。帰還信号は１８
で増幅さノシ閂値検出器１９に送られる。閾値上シ大き
いエコーの送出及び受信間の行程時間ｈｔｉ目？、’１
．Ｔ；　１５　Ｋも作用する回路２ｏによって測定され
る。得られた各エコーの座標ＸＹＺは計算器によ少メモ
リ２１内に記１意される。

尚、座仲相互間の関係は部材表面が平らでない時にｔよ
よシ複雑になるが、展開図と同一視し得る部材の像を底
わす前述の関係式ｆｉ１．　＋２１及び（３）に従えに
通常は十分にｎ１力、可能であることに留意されたい。

ＯＸ及びＯＹに於ける変位用テーブルにょシ、連続１１
１１１１を中心とする部品の円錐形探査が可能である。

、２木の軸１１及び１１′は第１８図中に示されるが、
同図から明らかなように、走査の軸が１１′の場合Ａ’
−Ｈに従って部品内に照射されるビームは反射部１の方
向に殆んど平行なので、この場合よシも軸１１を中心と
する場合の方が反射部Ｒは著しく明瞭に親察さｈる。

例えばＨＰ８５　（ＨＥＷＬＥＴＴ−ＰＡＣＫＡＲＤ）
型の小型計ｑ器を使用すれば十分であシ、該計りＴ器は
場合によっては補助メモリを備える。部品の寸法によっ
て決定される一定数の連続軸１１を中心に部品の走畳力
すミ了すると、計狗器１５線有効なエコー信号に対応す
る各ゾーンの座標を復元する。

該復元は　／ｌａｐに計算器に連結されたモニタのスク
リーン上で部品の透視像として形成され得る。場合によ
っては、この像は貯蔵された後、異なる条件で得られた
像に対して比較され、例えば角度差ｌを伺加または控除
され得る。

第４図は割算器２１の出力製餡を措成するモニタ２８上
に於ける好ましい表示例を示し、該計算器内にをま透視
像プログラムＸが記憶されておシ、該プログラムはプロ
グラマにょシ作成されたライブラリ中で既に利用可能な
プログラムに類似している０部品３０の形態祉平行六面
体として図示されているが、キーボード３２を介してｏ
ｘ、ｏｙ及びＯＺＫ従う部品の１゛１５角のＰ１’ｑ４
ヤをう！ｒ＜ことにょシ決定され、このデータに基づい
て剖よ１器は規則的なｌ盤目３４を生成し、これによっ
て部品の形態を表示する。

各ノ々−ストフ「に用３゛ｐ器は反則ｆｉｌ〜の座標Ｘ
、Ｙ及び２をｉｔ、Ｊｖ、Ｌ、−回の回転痔作によって
コード変換を行い、反射部の座ｔｉｆ？　ｔ”　Ｘ　ｌ
　＊　Ｙｌ　ｙ　ｚｌとする。

該部標点はｌ盤目３４よυも小さく、ビーム幅のＩＪｌ
、ｌ数として視覚化及び選択されるｌ盤目の１１にも近
い点である。こうしてｌ盤目の各交点は体ｂ４４を規定
する。各方向一ついてイ）１られる連続的エコーは積層
され、例えｔｆ　１４．４１１？ｌの３６で示さノする
ような１個の透視像を形成し、更に２面上の射影を形成
する〇 本発明は個々のケースに適合する条件で使用され得、部
品の性ＩＪｉ及び検出すべき異常の型に最適に応じるよ
うに多数のパラメータが選択さｉｔ得る。

例えば第２図は、相互に絹製のプラグ２３と断面六角形
状のチューブ２４との間の六角形状溶接用コード２２内
に生じた亀裂を検出するために本発明を適用する場合の
適用例を示す。振動子１０は少なくとも１μ径１０ミリ
メータの、チタニウム酸バリウム円ｆ！ｊｌ　２５から
楢成さノｔ、該円盤は緩衝用ブロックと集束レンズ２６
との間に配置される。

一般に、共鳴振動数２〜１０　ＭＩ（ｚの振動子恋使用
される。入射角ｌは特に使用される波（金属の横断を容
易にしたい場合には縦波、エコーを強化したい場合には
横波）の性賀の関数として選択される。試験に主として
使用された振動子は、焦点距離のオーダ５Ｑｗでめシ、
５ＭＨｚの横波で作動し、直径１０諭の円盤形状２５を
有する。水槽内の水中の予備行程は２４鰭であった。入
射角１は２５°であシ、平均屈折角７０°、内面に対す
る反射角は同一のオーダであった。ビーム拡散が最小の
円（振動子からの焦点距離に対応）は、従って溶。

接部内Ｉ＄の＃１は接合部面に位置した。部品は００１
社から商品名ＣＥ２で市Ｊｌｌｉｉされている型の水槽
内に浸漬された。０．５前のオーダの間隔でコードと平
行にビーム数回通過させることにより、コードを両面か
ら探査した。

この探算時に一定の１内飴よシ大の信号が現われると、
入力エコー忙対する核イｄ号の遅れが測定され、（工（
光学コーグによシカえられたデジタル値）が測定され、
更に水槽によシアナログ量として与えられた値ＸＡ及び
３’Ａがデジタルタ（換される。ξれらの値はバッファ
メモリ内に貯蔵された後、−掃引終了毎九計１ン器内に
転送される。掃引が終了するとＨＰ８５型の計算器はス
クリーン上に透視像を形成し、プロッタ上圧断面図また
は平面図を表示せしめる。

本発明は非常に多くの変形具体例が可能である。

特に、上述したように、入力エコー後に受信される高周
波数の信号の全体を処理することができ、それらのレベ
ルｆ、数η的に記憶することができるが、この場合容量
の大きい計算器を使用しなければならない。これに対し
て手動探査が可能であるが、これは実際には、より詳細
に虐査すべきゾーンを短時間で認識するために有効で、
ある。この場合、第３図に例示されるようなサボ付振動
子１０ａを用いて接触によシ処理することが好ましい。

振動子１０ａは更に圧電型円盤２５ａを含み、集束は、
軸１１ａを中心に回転可能な連結用金属製サボと接触状
態にあるレンズ２６ａ、または該円盤の曲率によって行
われ、後者の場合、それぞれレンズ及びザボのための２
個の異なる媒体を挿入せず圧すむ。

結合用液体薄膜がザボ２７と部品の表面との間に挿入さ
れる。この場合、一般に社部品に連結された軸系に対す
る極座標釦よって振動子１０＆の位置を決めると共に、
ベクトルＯＡに対する該振動子の方向を決めておくこと
が好ましい。

【図面の簡単な説明】

％’４’Ｌ　ｌ　ａ図は部品の掃引時に形成される大き
さを示す概略し１、第１ｂ図れ本発明を使用するために
可能な掃引の型を示すｌｉｔ　Ｐｌｉ’ｒ　ｌメ１、第
２図は、複合相（市内の溶接ｆｉｔ−の検査用に本発明
を適用した場合の引用例を示す概略１ｉｉ＋而図、第３
図ｉｊ部品の手動探査に於ける本発明の変形適用例に使
用０工能なプローブを示す要部断面図、及び第４図はデ
ィスプレイ製放上に表示きれた反射部の透視像の棚、略
図である。 １０・・・振動子、　　１２・・・変位装埴、１４・・
・アナログ／デジタル変換器、１５．２１・・・泪ｎ器
、１６・・・クロック、１７．１８・・・州　幅　器、
］９・・・検出　器、　　　２２・・・溶接コード、２
３・・・プ　ラ　グ、２４・・・チューブ、２６・・・
し　ンズ、２７・・・ザ　ポ、２８・・・モ　ニ　タ、
　　　３０・・・部　品。 図面の浄ｔｒ（内容に変更 ａ） なし） Ｊ１続？ｆｌｉ　ｉｒ三１ＥＩＦ 昭和５８年８Ｊ］１ヲ日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、小イ′１の表示　　　昭和５８４Ｕ特Ｆｌ願第１２
７５２５号２、発明の名称　　　超音波］：二Ｊグラフ
ィの方法及び装Ｕ３、補正をりる者 事１′１どの関係　　特許出願人 名　称　　　　：Ｊンパニー・ジー「ネラル・デ・マヂ
」、−ル・ニュクレ１ニール ４、代　理　人　　　東京都新宿区新宿１丁目１番１４
号　山］１１ビル５、補正命令の日付　　　自　発 ６、補正により増加りる発明の数 ７、補正の対象　　　図　面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　浸漬部品の如き媒体中の超音波反射ゾーンの
   位置を検出するために、前記ｔ１１体の表面を通って前
   記媒体中に細い超音波束を肪導し超音波束の複数個の位
   置に対するエコー発生ゾーンの位■；１．を決定する方
   法であり、措引すべき領域が超音波束を異なる複数個の
   方位角で受容するように前記表面上に１４点を有し前記
   表面に垂直な軸を有し且つ好ましくは同一頂角を有する
   複数個の直円ｔｌ＆の母線に沿って７１ｒ定の一定行程
   に位置する超音波束を変位ぜしめ、同一ゾーン及び神々
   の方位角に対応するエコー情報を総合して媒体中のエコ
   ーゾーンの透視１＋５ｉｆ：得ることをｌ［ｑ徴とする
   超音波エコ・グラフィの方法。
2. （２）超刊波束の位ｆ？、と方向及び＜−ｉ；ｌ’ｉ′
   、時間から部品に門するノ１１．にｉ　７４１Ｓ桿系に
   於ける各反射ゾーンの座標が得られることｆ：特ｆ′々
   とする／ＩＴｒｔτ１゛請求の範囲第１ｍにｈ己載の方
   法。
3. （３）　　１’４ｅ波束の朽Ｉｈの位置に対ｌ一体積エ
   レメントの各々にλＩＪ応する二者択一情報の重畳によ
   って媒体の像が得られること全特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項に龍４・′シの方法。
4. （４）媒体中の立体４１’ｒ子の交点に中心を持つｐ、
   ｌ：；体の体積エレメントの各々から受容されたエコー
   レベルをｆジクル化し各エレメントに対応するエコーの
   加ｎを＜−ｓなうことを１１゛′ｆ徴とする１１腎Ｗ丁
   ｈ１づ求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
5. （５）媒体中のＮＹ（音波反射ゾーンの位ｉＣＬを検出
   するために、細い１ｌＹｔ音波束をうＱ（ＱＬ八（１４
   波エコーを受信する手段と、前記媒体′＠：掃引ずべく
   　ｉｉ：１記載体の外１１１１で前記手段を変位さ一已
   イ↓Ｉるデノ々イスと、ｒ５１定しきい値よシ大きいエ
   コーを生じるゾーンの座神をｎｉ算する回路と、 を含む装置であシ、前記デバイスは、超音波束がｎ丁子
   の一定行程後に表面に垂直な軸に於いて部品内に侵入す
   るような方向に前記手段を維持しつつ前記軸に関する回
   転から成る掃引運動を前記手段に力えるべく且つ各被＠
   査ゾーンが超音波束を異なる複数個の方位角で受容する
   ように表面にｊトｉσな複数個の軸の回シで前記掃引を
   反復すべく楢成されていること、及び、装置が媒体中の
   エコーの位置検出についての透視像を得るために同一ゾ
   ーンから生じたエコーを総合する手段を含むことを特徴
   とする超音波エコグラフィ装ｒｒ：γ。
6. （６）超音波の行程時間と前記刺１の位１ｆｊ、と前記
   軸に対する前記手段の座標とに基いて部品に四する座標
   系に於けるエコー源の位置を決定するために計算手段が
   ！ｉｆｉ見られていることｆ：特徴とする特許請求の範
   囲第５項に記載の装置。