JPS5975147A - 超音波検査装置 - Google Patents

超音波検査装置

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JPS5975147A
JPS5975147A JP57184619A JP18461982A JPS5975147A JP S5975147 A JPS5975147 A JP S5975147A JP 57184619 A JP57184619 A JP 57184619A JP 18461982 A JP18461982 A JP 18461982A JP S5975147 A JPS5975147 A JP S5975147A
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波を用いて探査対象物の形状等を検出す
る超音波検査装置に係り、特に縦波と横波を利用して対
象物の検査を行なう超音波検査装置に関するものである
。 。
〔従来技術〕
2つの探査対象物(例えば、鋼材中の傷)間の分 分解能力を表わす方位ぞ能を向上させる方法として、開
口合成法(5ynthetic aperture)が
知られている。開口合成法は、多数の位置で超音波を送
受信して、それぞれの位置で得られた受信信号の位相を
一致させる様にして全ての信号を合成し、探査対象物の
情報を得る方法である。
この開口合成法を用いた場合の方位分解能δは、送受信
範囲(開口)から反射体(探査対象物)を見込む角度φ
と使用超音波の波長λとによってδ−λ/φと表わされ
る。δが小さいほど方位分解能が高い。このため、最近
では球面状振動子を用いて焦点を鋼材の表面位置に設定
した、すなわち角度φの大きな探触子が使用されている
。しかしながら、後述する様に超音波の屈折角が大きく
なると、従来法では感度が低下するため、角度φの大き
さに制限があった。従って、開口合成法における方位分
解能の一層の改善が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、方位分解能に優れた超音波検査装置を
提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の超音波検査装置は、被検査体表面上の多数の点
で超音波を送受信する探触子を含む送受信部と、上記多
数の点の各点と被検体の所望の領域の再生点との距離に
対応した受信信号を累積演算する演算部と、上記累積演
算した結果形成された映像を表示する表示部とから成る
超音波検査装置において、上記探触子は、振動モードの
異なる2種類の超音波を送受信するように、各振動モー
ドに対応した振動子を備え、上記累積演算部は、振動モ
ードの異なる2種類の波に対応して上記累積演算を行な
う機構を備えている。
〔発明の実施例〕
本発明の実施例について説明する前に、開口合成法を超
音波検査装置に適用した例について簡単に説明する。第
1図乃至第3図を参照する。
第1図に超音波探触子10と探触子走査方法と探触子走
査位置に対応した探査対象物20からの反射信号である
探傷信号100a〜100gを示す。ここでの超音波探
触子10の走査はX軸方向の一次元走査とし、映像再生
は断層について行う。
超音波探触子10はできるだけ広い走査区間内で常に探
査対象である音響不連続部21に対して超音波の送受信
がなされるように、例えば短焦点凹面形の振動子を用い
るものとする。このとき超音波は焦点に集果されたのち
探査対象物20に拡散放出され、上記の機能が実現され
る。いま探査対象物内に音響不連続部21が存在すると
き走査に対応する超音波探傷信号1003〜100gを
得る。
該探傷信号より断層像を得る手順を第2図を用いて説明
する。超音波探傷信号100a〜100gに対応する超
音波探触子の位置1018〜101gとする。第2図に
示された断層像中の、探査対象物20の音響不連続部2
1(FIo、i)に対応する再生点23の映像形成を考
える。超音波探触子の位置101aと該再生点との距離
を計算し、探査対象物中の音速を用いて伝搬時間を算出
し、超音波探傷信号100a、l:#)伝搬時間に対応
する該探傷信号を取り出し画像データとする。超音波探
傷信号100b〜100gについても同様の演算を行い
、得られた各画像データを加算する。以上で再生点23
の像再生が行なわれた。次に、断層像の各点について上
記の演算を行う。上記の演算を行うことによシ探査対象
物の断層像の開口合成手法を用いた映像化を行うことが
できる。探傷信号100a上の1つのデータは探触子の
位置101aから等距離の画像データに加算される。
他の点も同様に加算されるので、音響不連続部21に対
応した再生点23の画像が形成される。
上記の開口合成手法を用いた画像形成処理を第3図を用
いて数式で説明する。超音波探触子10はX軸方向に走
査する。映像再生はx−z平面の断層像とする。x −
z平面内の点は(Xo、zo)と表現しX=Xo、Z=
Zoの点を表わす。超音波探触子10の座標を(Xo、
0)、探査対象物20を2≧0の範囲とし、核探査対象
物内の再生点23の座標を(xr、z、)とする。超音
波探触子10よシ時刻tにおける送信波 S、 (t ) =u (t)sin (2πfot)
但しf。は搬送波周波数 を送出すると、探査対象物の音響不連続部より反射され
、探触子の位置(Xo+0)における受信信号5rtx
o、t)は ・・・・・・・・・(1) となる。ここでVは探査対象物中での音速、積分は探査
対象物の全空間で行い、ρ(x、z)は(x、z)点に
おける超音波反射率を示す。再生点(”r、zr)にお
ける再生像の強度I (X、。
z、)は、次式で示される。
上記第(2)式が開口合成法の基本式であり、上記第(
2)式の演算結果に基づいて再生点23の画像が形成さ
れ表示される。
第4図に本発明の一実施例の全体構成を示す。
探触子10は被検査体200表面上を手動又は自動的に
走査される。全体構成について説明する前に、本発明で
用いる探触子の構造について説明する。探触子10の具
体的構造を第5図に示す。
14Lは縦波用振動子であり、14Sは横波用振動子で
ある。振動子14Lと14.8は同心円面上に配置され
ている。2個の振動子14Sは、振動子14Lに対して
対称な位置に配置されている。
ただし、中心点0から両振動子までの距離は必ずして等
しくなくとも良い。ここで、両振動子の位置関係を説明
するために、第6図を参照する。第6図は、アクリル樹
脂のシュー15(縦波音速度Vn = 2,720m/
s )を介しテ鋼材(縦波音速匿Vt−5,850m/
s、横波音速度V、=3,230m/S)へ入射した超
音波ビームの入射角θ量に対する往復音圧透過率との関
係を示す。横軸のθt、は縦波の屈折角を、θ、、は横
波の屈折角を示す。甘た、実線は横波を、破線は縦波を
示している。図から次のことがわかる。θ1が小さい範
囲では、探傷信号として縦波が寄与するが、θ寵の増大
とともに縦波の透過率が低下する一方、横波の寄与が漸
次増大し、最終的には横波だけが寄与するようになる。
従って、第5図に示された探触子では、縦波用振動子1
4Lと横波用振動子148との関係を次のように定めて
いる。
15°≦θt≦20゜ 30°≦θt1≦35゜ 50°≦θt2≦57゜ 次に、第4図を再び参照する。超音波信号の送受信は、
予め指定された探触子位置で行なわれる。
この送受信動作は、縦波と横波について夫々1回ずつ行
なわれる。縦波用超音波送受信部30及び横波用超音波
送受信部13でそれぞれ高圧音波パルスを送出する。被
検査体20からの受信信号12.132は、それぞれ超
音波送受信部30゜13で別個に増幅される。縦波信号
と横波信号は、マルチブレフサ40によって選択された
後、AD変換器45に送られる。デジタル化された信号
は、波形記憶部50に記憶される。
波形記憶部50に記憶された波形データはコントローラ
ll内のメモリ113に、バス111を通して転送され
る。コントローラ11は、マイクロプロセッサ等によっ
て構成される中央処理装置(CPU)115によって制
御される。次に、コントローラ11の動作を説明する。
波形メモリ50に貯えられた波形データは、(9) CPUI 15によシ時系列順に読出される。読出され
た波形データは、予め入力されている波形データのスレ
ッショルドレベル値と比較される。スレッショルドレベ
ル値を越える波形データについては、下記の処理がなさ
れる。
波形テークのスレッショルドレベルをSTHとすれば、
探触子の位置X、における受信信号の波形データ5r(
xr、をンのうち Sr (xr +  ’ ) ) Sr*      
  ・・・・・・・・・(3)ここで、tは時刻を示す
を満足する波形データSr (xr、  t、 )につ
いて、まず、画像記憶部90に書き込む際の半径R1を
次式に従って算出する。
ここで、V4は、使用した超音波の音速である。
鋼材の場合、音速V」は次の値をとる。縦波を使用した
場合は、例えばv 4 == vp = 5850 m
/ Sであシ、横波を使用した場合は、vj=vs=3
230m/Sである。また、tIは離散化された時刻の
うち(3)式を満足する時刻である。縦波及び横波の音
速(10) は、コントローラ11のキーボード112からメモリ1
13に予め入力されている。
探触子の位置Xrがバス111を介して距離演算部70
に転送された後、第(4)式の演算によって得られた田
の値が、バス111を介して距離演算部70に転送され
る。
また波形データ5r(Xr、t+)は、バス111を介
して、合成演算部60に転送される。以上のデータの設
定が済んだ時点で、コントローラ11よυバス111を
介して、距離演算部70にスタート信号が送られる。ス
タート信号に同期して、距離演算部70では波形データ
5r(X+ttJを書き込むべく、画像記憶部90の座
標(メモリのアドレス)が計算される。画像記憶部90
には、円の中心X、半径R+の軌跡に沿って波形データ
5r(Xr+1+)が書き込まれる。この軌跡は画像記
憶部90の座標をXR,yn とすれば、次式で表わさ
れる。
(XR−Xt)2 +yt −RI2       ・
・・・・・・・・(5)距離演算部70は画像記憶部9
0の座標XRに(1υ 対応するynを第(5)式より算出して、(Xn、’I
n)の座標を計算し、画像記憶部90に、画像アドレス
データ71として入力する。入力されたアドレスに対応
する画像データは、画像記憶部90から読み出され、合
成演算部60に入力される。合成演算部60では、予め
設定されている波形データと画像データの和が計算され
、再度画像記憶部に合成データ61が書き込壕れる。以
上の合成演算は、(5)式を満足するすべての(Xn、
YR)について打力われる。以上の合成演算は距離演算
部70にスタート信号が入ると自動的に行う高速ハード
ウェア構成で実現できる。
1つの受信信号について(3)、 (4)式の演算を行
い、条件を満足すると(5)式の座標(XR、yR)に
ついて合成演算を実行する。1つの探触子位置X、につ
いて、縦波と横波の2つの受信信号について、上記の演
算を行う。縦波、横波共に同じ手順で処理を行う。
以上探触子位置X、における処理について述べたが、他
の探触子位置についても同様の合成演算(12) が実行される。すべての探触子位置についての処理が完
了した段階で、画像メモリ90内に形成された画像が、
コントローラ11内のプログラムメモリ114のプログ
ラムに従って、表示部95に表示される。コントローラ
11が画像用ノ・ソファメモリ付のCRT 116を持
っている場合は、このCRT116に表示させることも
できる。
全体の制御は、コントローラ11によってなされている
。コントローラ11の制御手順は、プログラムメモリ1
14内の命令プログラムによって実行される。ここで、
プログラムの流れの観点から装置の動作を、再度概説す
る。
まず、キーボード112より、音速vL、vg。
波形データのスレッショルド値Stu、探触子走査点X
、の設定値等を入カレ、ノ・−ドウエアの初期値設定を
行なう。まず最初の探触子走査位置X。
を設定する。次に、位置検出器80よシ位置信号を取り
込み走査位置X、と比較する。両者が一致した時点で超
音波送受信部30を駆動し、探触子10よシ超音波を発
生させる。その後、受信信号(13) Sr t x、、 t )をマルチプレクサ40.AD
変換器45を経由して波形記憶部50にストアする。
次に、ストアされる波形データをコントローラ内のメモ
リ113に入力し、上述の処理を行ない、距離演算部7
09画像記憶部90及び合成演算部60を起動し、合成
演算処理を行う。続いて、同様の動作を横波についても
行なう。次に探触子の位置を移動し、同様の動作を行な
う。
すべての信号取9込み処理を完了した時点で、画像記憶
部70内の画像データをもとにして、表示部95に画像
を表示する。
第7図は、本発明の他の実施例を示している。
本実施例では、縦波と横波の両者の探傷信号の取込みと
処理を同時に行なうようにしている。従って、同一性能
の部品等を用いて、より高速のデータ処理ができる。第
8図の装置は、マルチプレクサを含んでおらず、送受信
部(30,13)、、AD変換器(45,46)、波形
記憶部(50,533、距離演算部(70,17)、合
成演算部(60゜16〕、画像記憶部(90,19)が
二重化され(14) ている。葦た、成形i己憶部50.53から夫々の合成
演算部60.16へのデータ伝送用ノ・スとして、夫々
独立の専用バス51.52を備えている。
合成YXxm 60 、 i 6 ト画徴Mf’慮fJ
 9 U 、 19 (!:は夫々協調して動作する工
9)・−ドウエア的に構成されている。=漂処理部25
は、合成演算部6(J、16でボめられた画像の選択ま
たは統合を行ない、縦波・横仮による画1家のいずれか
1つ、または縦波・横波の合成画像を表示部95に表示
する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃主第3図は、不発明の原理説明図である。第4
図は本発明の一笑雄側のブロック図である。第5図は本
弁明で用いられる探触子の詳細構這図でめるJ第6凶は
第5図に示された探触子の原理説明図である。第7図は
不発明の他の実施例のブロック図でおる。 10・・・超音波探触子、11・・・コントローラ、1
3゜30・・・超音波送受信部、40・・・マルチブレ
フサ、45・・・ADコンバータ、50・・・波形メモ
リ、60(15) ・・・合成演算部、70・・・距離演算部、90・・・
画像記憶部。 (16) 第 1 口 第 2 口    第 3 図 第 4 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、被検査体表面上の多数の点で超音波を送受信する探
    触子を含む送受信部と、上記多数の点の各点と被検体の
    所望の領域の再生点との距離に対応した受信信号を累積
    演算する演算部と、上記累積演算した結果形成された映
    像を表示する表示部とから成る超音波検査装置において
    、上記探触子は、振°動モードの異なる2種類の超音波
    を送受信するように、各振動モードに対応した振動子を
    備え、上記累積演算部は、振動モードの異なる2種類の
    波に対応して上記累積演算を行なう機構を備えているこ
    とを特徴とする超音波検査装置。 2、請求範囲第1項記載の超音波検査装置において、上
    記振動モードの異なる2種類の波を上記累積演算する演
    算部は、該2種類の波の音速に対応して、上記累積演算
    するだめのパラメータを変更するコントローラによって
    構成したことを特徴とする超音波検査装置、。 3、請求範囲第1項記載の超音波検査装置において、上
    記振動モードの異なる2種類の波を上記糸、積演算する
    演算部は、上記各モードの波に対応した演算部、及びこ
    れらの演算部を別個に駆動するコントローラによって構
    成されることを特徴とする超音波検査装置。
JP57184619A 1982-10-22 1982-10-22 超音波検査装置 Granted JPS5975147A (ja)

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0772088A1 (en) 1991-03-05 1997-05-07 Fuji Photo Film Co., Ltd. Heat-developable diffusion transfer color photographic material
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