JPS61200466A - 超音波探傷装置 - 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】 ［発明の利用分野］ 本発明はＸ８音波探傷装置に関し、更に詳しくは超音波
パルスビームを被検体表面から内部に向けて放射してそ
のエコーを受信し、受信信号に基づいて被検体内の欠陥
等をその位置と共に例えば画＠表示により出力する超音
波非破壊検査用探（ｎ装置に関する。

［従来の効果］ 探傷出力を例えばＣＲＴ画面上等に映像として画像表示
する超音波探傷装置には、従来よりその映像分解能を向
上させる目的で超音波パルスビームの焦点位置が予Ｕめ
定まっている固定焦点形の探触子を用いるのが一般的で
あった。しかしながら超音波ビームの焦点が固定してい
ると、超音波ビーム放射方向に関する被検体の厚さが大
きい場合に焦点域外での分解能の低下が避けられず、被
検体内部の欠陥が厚さ方向にどのように分布しているか
が予測できない場合には、ひとつの固定焦点探触子では
充分な欠陥検査ができないので、異なる焦点距離を有す
る複数の探触子を順に交換して検査する必要があり、探
傷作業が煩雑で長時間を要するものとなる欠点があった
。

ところで医療診断分野に用いられる電子走査方式の超音
波診断装置では、探触子が複数の圧電素子から成ってい
て、各圧電素子に順次印加する駆動パルスの位相遅延量
を制御することにより、その合成波面から生成される焦
点域を厚さ方向に変化させて上述のような欠点を補って
おり、以下これをダイナミックフォーカス法と呼ぶこと
にする。

しかしながらこのダイナミックフォーカス法による場合
、実際の診断操作においては焦点域の変化範囲は被検部
位の厚さに応じてオペレータがその都度設定調整しなけ
ればならず、これが不適当であると正確な診断ができな
くなる恐れがある。

この問題はダイナミックフォーカス法を工業用非破壊検
査の分野に応用する場合にも当然生じてくる問題であり
、オペレータは常に被検体の厚さと内部欠陥の分布状態
を考慮して焦点域の変化範囲を設定しないと正確な探傷
結果を得ることができないことになり、このような操作
上の制約が探傷検査の自動化を計るうえで特に大きな障
害となっていた。

［発明の目的１ 本発明は、前述の従来技術の問題点を解決して、ダイナ
ミックフォーカス法を応用した超音波探傷装置において
その焦点域の変化範囲を被検体の表裏面間にｔＩ１１限
しながら焦点移動を自動的に行なうようにした超音波探
傷装置を提供することを目的とするものである。

すなわち本発明では、探触子として超音波パルスビーム
を放射方向の所望位置に収束可能な可変焦点形超音波探
触子を用い、この超音波パルスビームの焦点位置が前記
ビーム放射方向における被検体の表面と裏面の位置間の
範囲内で変化するように前記探触子を制御する制御手段
を装備させたものである。これにより厚い被検体に対す
る内部欠陥の非破壊検査に際して映像表示式の超音波探
傷装置の超音波ビーム焦点の設定と移動を自動的に行な
えるようにして、厚さ方向のどの位置でも検出の分解能
を最上に保ち、オペレータの個人差が現れることのない
再現性のよいデータを入手できるようにし、被検体の厚
さに応じた表裏面間の自動走査を可能にして、被検体表
面の二次元走査と組合ぜた立体的な二次元欠陥分布の自
動探傷をも可能としたものである。

本発明において使用される超音波探触子は、例えば複数
の圧電素子の集合体からなるものであり、制御手段によ
る駆動パルスはこれら圧電素子の一つ或いは二つ以上を
含むグループ毎に位相差をもって供給され、この位相差
の制御によってそれに応じた深さ位置に波面合成による
収束効果で超音波パルスビームが収束するようになされ
る。ｆｌ、１ＩＩＩＩ手段は被検体に超音波ビームを放
射したときのエコーの受信信号中から検出された被検体
表面および裏面信号に基づいて前記焦点位置の変化範囲
を制限し、この範囲内で前記位相差の連続又は段階的な
変化による超音波ビーム収束位置の可変制御を自動的に
行なうものである。

本発明の構成と作用の一層の理解のために、本発明の実
施例を示せば以下の通りである。

［実施例１ 第１図は本発明の一実施例を示す構成図で、可変焦点形
超音波探触子１と、位相制御器２と、超音波送受信器３
と、探触子走査器５と、映像合成装置１３と、表示器１
５および記録装置１６とから成っている。

探触子１は、例えば同心円状に配列された複数個のリン
グ状圧電素子または直線状に配列された複数の短冊状の
微小圧電素子など、複数の圧電素子の集合体から成るも
のであり、各単位圧電素子は単独で或いはいくつかをグ
ループにまとめて導線と結線され、外部から位相の異る
パルス電圧で個々に或いはグループ毎に順次駆動できる
ようになっている。この場合、各圧電素子間或いは各グ
ループ間相互に適当な位相差を与えたパルス電圧で探触
子１を駆動すると、そこから放射される超音波パルスビ
ームの放射方向の一定距離範囲内において波面合成によ
る収束効果が生じ、焦点を結ぶことになる。このような
超音波ビームの収束方法は前述の通りダイナミックフォ
ーカス法として公知の電子的フォーカス手法であり、そ
れに使用される探触子の前述の如き具体的構成も公知で
あるので、ここでは詳述しない。

位相制御器２は前述の如き超音波ビームの焦点位置の変
化に必要な駆動パルスの位相遅延量の制御を行なうもの
である。

超音波送受信器３は、前記探触子１の駆動用の高圧パル
スを予じめ設定された周期で発生して超音波送信信号１
７として位相制御器２に与え、位相制御器２による位相
制御のちとに探触子１を駆動すると共に、被検体７のエ
コーの受信に基づく探触子１からの超音波パルス＠１８
を逆経路を介して受信する。

探触子１は走査器５の走査移動部１９に結合されており
、通常は走査器５による二次元平面の矩形状走査に従っ
て移動しつつ超音波の送受を行なう。

この場合、走査器５は二次元平面内の走査位置を表す位
置信号１１を出力する。第１図では、探触子１から発射
された超音波ビーム６が被検体７の表面８から内部に入
射して伝搬する様子が模式的に示しである。このビーム
６は被検体７の表面８、内部の欠陥１０、および被検体
７の底面９でそれぞれ反射エコーを生じ、これらのエコ
ーはそれぞれ表面信号、欠陥信号、底面信号として受信
される。

超音波送受信器３はそれら受信信号を受信して増幅およ
び波形処理し、超音波映像信号１２として出力する。

映像合成装＠１３はこの信号１２と前述走査器５がらの
位置信号１１とを入力に受けて、これらから欠陥の平面
分布表示（Ｃモード）、断面分布表示（Ｂモード）、立
体分布表示＜３Ｄ表示）のための映像表示信号１４を合
成して出力する。

表示器１５は前記映像表示信号１４を画像表示する例え
ばＣＲＴモニタ装置であり、また記録装置１６はプリン
タや磁気記憶装置（）［１ツビーデイスク装置など）で
ある。

次に可変焦点形層音波探触子１の焦点距離の変化範囲を
被検体表裏面間に制限して自動設定するという本発明の
主要部の機能について述べる。

第２図は、探触子１から発射された超音波パルスが、被
検体７の表面８、欠陥１０、底面９でそれぞれ反射され
て、再び探触子１で受信されるときの受信信号を時系列
的に表現した線図である。

第２図において、時間軸（横軸）の基点は探触子１の駆
動パルス、すなわち送信信号Ｔ１の発射時点である。送
信信号の次に最初に現れるのが表面信号Ｓであり、次の
周期の送信信号Ｔ２以前の最後の信号が底面信号Ｂであ
る。従って表面信号Ｓと底面信号Ｂとの間に現れる信号
が欠陥信号（第２図ではＦ＋とＦ２の二つ）であると同
定される。

いま、被検体の材質が既知であれば、その材質中での音
速を物性式などから知ることができ、表面信号Ｓと底面
信号Ｂの時間軸上での位置ｔｌ。

ｔ２と前記音速とから表裏面間の距離、すなわち超音波
ビームの放射方向に関する被検体の厚さＬを算出するこ
とができる。

超音波送受信器３では受信信号中から前記表面信号Ｓと
底面信号Ｂとをそれらの時間軸位置と共に検出して前記
厚さＬの演算を自動的に行ない、その結果に基づく位相
制御信号４を位相制御器２に与えている。

すなわち位相制御器２は、探触子１の焦点位置を前記時
間軸上の位置ｔ１からｔ２まで、算出結果の厚さＬの範
囲内にて移動させるように駆動パルスの位相制御を行な
い、これにより被検体表面からの位置にかかわらず内部
欠陥を常に最適の焦点域位置で検知でき、厚さ全域にわ
たって最上の分解能が一様に得られるものである。

なお、第２図では超音波ビームの焦点域が欠陥Ｆ１を検
知するのに適した位置にあることも示されている。これ
に対応して、欠陥検出のための時間ゲートＧは、通常の
超音波探傷器と同様に超音波送受信器３で作られるが、
時間軸上でのゲート設定位置は本実施例では当然のこと
ながら焦点域の移動に同調して追従変化させることが必
要である。

走査器５による二次元平面内での走査との関連について
述べると、まず焦点域の被検体厚さ方向への移動は超音
波パルス送信の一周期毎に所定距離ずつ表面から順次変
位させ、底面まで達したら走査器５によって次の探信位
置まで探触子１を二次元移動させ、その位置で同様に厚
さ方向に焦点を移動させつつ探傷を行い、以下同様に被
検体の全表面にわたって自動的に繰り返して行うもので
ある。

但しこの場合、被検体７中の欠陥１０の分布が予め一定
範囲内に限定されていることが明らかならば、前述のよ
うに被検体表面から底面までの全厚さ範囲にわたって焦
点を移動させる必要はないから、焦点可変範囲を限定範
囲のみに設定してその範囲内だけの焦点変位を行なうよ
うにすればより短時間に探傷作業を終えることが可能で
ある。

なお、図示の実施例では探触子１を走査器５によって縦
横に移動させつつ被検体の全面を深１０する所謂機械走
査方式について説明したが、探触子１が直線状配列のり
ニアアレイ形のものであれば、探触子の長手方向につい
てはそれ自身の電子式自己走査を（ｊない、それと直角
方向についてのみ機械的走査を行なって面走査すればよ
く、ざらに探触子が平面配列形でその超音波ビームを平
面的に偏向で゛きＨつダイナミックフォーカスが可能な
方式のものであれば、面走査を含めて機械的走査によら
ず全て電気的に走査して高速探信を行なうようにするこ
とも可能である。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば、超音波パルスビ
ームの焦点域が被検体の表面と裏（底）面との間で自動
的に設定されて移動されるので、欠陥がどの深さ位置に
あっても常に最上の分解能で検出可能であり、これによ
りオペレータの個人差や設定ミスを防止でき、再現性の
よいデータを入手することが可能であり、さらにこのよ
うな超音波探（Ｉ装置によって測定パラメータの自動設
定が可能な所謂自動検査が果せるようになるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は受信
信号と超音波ビーム焦点域および時間グー１−の時間的
相関を示す線図である。 １：可変焦点形超音波探触子、２二位相制御器、３：超
音波送受信器、５：走査器、７：被検体、１０：欠陥、
１３：映像合成装置、１５：表示器、１６；記録装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波パルスビームを被検体表面から内部に向けて
   放射してそのエコーを受信し、受信信号に基づいて被検
   体内の欠陥等をその位置と共に画像出力する超音波探傷
   装置において、 超音波パルスビームを放射方向の所望位置に収束可能な
   可変焦点形超音波探触子と、 前記超音波パルスビームの焦点位置が前記放射方向にお
   ける被検体表裏面位置間で変化するように前記探触子を
   制御する制御手段、 とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。 ２、超音波探触子が複数の圧電素子の集合体からなり、
   前記制御手段が、前記圧電素子を一つ或いは二つ以上含
   むグループ毎に位相差をもつ駆動パルスで駆動して波面
   合成による収束効果により前記位相差に対応した所望位
   置に超音波パルスビームの焦点を結ばせるものである特
   許請求の範囲第１項に記載の超音波探傷装置。 ３、制御手段が、エコーの受信信号中から検出された被
   検体表面および裏面に対応する位置信号に基づいて前記
   焦点位置の変化範囲を制限するものである特許請求の範
   囲第１項に記載の超音波探傷装置。