JPS61200468A

JPS61200468A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPS61200468A
Application number: JP60040446A
Authority: JP
Inventors: Haruji Sato; 佐藤　春治; Hiroshi Ichikawa; 宏市川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1986-09-05

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、超音波によって被測定物内の欠陥部の大き
さおよび形状を診断する超音波診断装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の被測定物内部を診断する装置においては。

超音波エコーを検出することにより、また、超音ｉｃＴ
装置においては透過させた超音波の減衰定数分布や音速
分布を検出することにより欠陥部の診断を行なっており
、このため、これらの装置においては、直進性のよい超
音波、すなわち高周波（例えば、ＩＭＨｚ以上）の超音
波を用いる必要があった。

しかしながら、高周波の超音波は波長が短かいため被測
定物内での減衰が大きく、シたがって大出力を必要とす
る。さらに、たとえば木材やプラスチックなど超音波の
減衰がきわめて大きい素材が被測定物である場合には、
金属などの場合に比べて、より大きな出力を出す超音波
発生装置が必要となり、装置がきわめて高価なものとな
って。

一般には普及しにくいという状況でめった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一方、比較的低周波の超音波（５０ＫＨｚ〜１００ＫＨ
ｚ程度）を用いて超音波の直進性にはそれ程の重きを置
かず、欠陥部によ６伝播遅延を利用すれば、′！ｆ１度
は多少犠牲にしなければならないが、高出力を必要とし
ないため経済的にはきわめて有利である。この遅延時間
と欠陥部の長さとの関係を実験的に予め求めておき、実
際には遅延時間を測定することにより欠陥部のめる部分
の長さだけを実験式から推定する装置かりろ（たとえば
、ウッドテスターＷＴＤ−ＩＩ（永昇成子株式会社）、
コン測定物の表面からは見えない部分のどの位置にどの
ような形をした欠陥部かめるかが判断できないため、被
測定物情１ｆｒｌ！ｆｉ層面の欠陥部画像化が困難でめ
り、したがって、その後の補修や取換えなどの措置にと
っての有効な情報とはなりにくいという問題点がめった
。

この発明は９以上の事情に鑑み、比較的低周波の超音波
を用いて欠陥部の形状および位置を共に検出することが
でき、したがって、欠陥部の画像化を可能とする超音波
診断装置を提供するものでめる０ｃ問題点を解決するための手段〕この発明にかかる超音波診断装置ｔは、被測定物内の超
音波伝播時間を測定するため、比較的低周波の超音波（
５０ＫＨｚ〜Ｉ　Ｑ　ＯＫＨｚ程度）を被測定物内へ送
信する手段と、被測定物中を伝播してきた上記超音波を
受信する手段と上記超音波の伝播時間を計測する手段と
、上記計測値を元にして被測定物内の腐朽部等、欠陥の
有無や大きさを推定する手段と、上記推定手段の出力を
記録および表示する出力手段とを設置プたものでめる。

〔作用〕

この発明においては、上記各手段によって被測定吻内超
音波伝播時間をｍ１１ｊ定し、被測定物白欠陥部の存在
と大ささ及び位置情報を表示器へ表示および記録器にて
記録させる。

〔実施例〕

以下、この発明による超音波診断装置を、木製１柱に２
ける扁朽部（欠陥部）の診断を行なう木柱腐朽診断装置
に適用した場合の一実施例について説明する。

第１図に、この木柱贋朽診ｖｒ：ｆ装置の構成を示すブ
ロック図である。この図において、符号（υは被測定物
（この場合は木製４柱）の測定断面を示す。

この測定断面ｔｌｌの外周部には、ランジュバン型振動
子を用いた超音波の込１ｇ用探触子（放射４）（２ａ）
と、受信用探触子（受信端）　Ｃ２ｂ）　とが配置され
る。同期信号発生器（３）は超音波の伝播時間を測定す
るための同期信号を発生する回路で、この同期信号によ
って、前記探触子（２ａ）を駆動する送信器（４）と９
時間計測用基準クロック発生器（５１とが起動される。

＃配送信器（第２により駆動された探触子（２ａ）が発
生する超音波ＵＳは必ず測定断面ｔｌ）の中心に向かっ
て放射されるようになっている。

一方、前記中心の方向から到達する超音波は探触子（２
ｂ）により受信されて受信器（６１へ供給されるように
なっている。また、前記基準クロック発生器面が発生す
る基準クロックは、カウンタ（７）によって、受信器（
６１が超音波の受信を検出するまで計数される。したが
って、このカウンタ（７）は、超音波が前記測定断面１
１Ｊ中を伝播するに要した時間（伝播時間）に対応する
計数値を出力する。以上に説明した部分、すなわち符号
Ａで示す部分はこの発エイス（８）を経由してマイクロ
コンピュータ（９１によって読み込まれるようになって
いる。このマイクロコンピュータｆ９７には、後述する
基準伝播時間ち等を記憶するＲＡＭ（９ａ）と後述する
各種演算を行うためのプログラム等が記憶されたＲＯＭ
（９１））と、数字ｐよび記号を表示する。液晶２発光
ダイオード等で構成した表示器Ｑｌ、グラフィックディ
スプレイＵＺまたはプリンタ０３を制御するための出力
側一部（９ｃ）等が設けられる。表示器ｔＩＱは上記測
定手段による測定結果を数値で表示すると共に、キース
イッチ等で構成した入力手段ｄＤρ）らインターフェイ
ス（８）経由で指令された測定モードに対応させた符号
や数字を表示する。グラフィックディスプレイｕ３また
はプリンタα３は前記マイクロコンピュータ＋９１　Ｋ
よって求められた前記測定断面（１）における腐朽部の
大きさおよび形状等をＩＩｆｌＩ像化するためのもので
るる。

以下、この実施例に分けろ測定手順およびマイクロコン
ピュータ＋９１の動作を第２図に示すフローチャートを
参照しながら説明する。

（１）　　基準伝播１呼間ｔ。の測定。

基準伝播時間とは、電柱の正常部分又は健全部（欠陥が
無い部分）の超音波伝播時間でるり、この実施例に２い
ては４狂の直径りを通過する超音波伝播時間を基準伝播
時間ｔ。とじている。この基準伝播時間ｔ。の測定は次
の様にして行われる。

すなわち、電柱の比べ的上部の外側面の一点に。

電柱の中心に向けて超音波が放射されるように送信探触
子（２ａ）を当接し、この送信探触子（２ａ）と４柱の
中心を介して対向する位置に受イざ探触子〔２ｂ）を当
接し、これらの探触子（２ａ）、（ｚｂ）間の超音波伝
播時間ｔ。を測定する。この測定結果は第２図のステッ
プＳ１に示すようにマイクロコンピュータ（９）内のＲ
ＡＭ（９ａ）に記憶される。なお、電柱の比較的上部に
おいて、この測定を行う理由は、電柱は通常基部が腐朽
し、上部が腐朽することが少いからでるる。

＋２１　４柱の直径対向位置における伝播時間ｔ。

の測定、伝播時間比Ｒｔ１の測定および腐朽部（欠陥４
）長さｆの測定。

５１Ｅ３図は１柱を水平に切断した仮想上の測定断面（
１）を示す図でるり、また、この図における符号Ｈは腐
朽部（欠陥部）である０なお、この腐朽部Ｈは実験のた
め人工的に作ったものである０また。

この図にｐいて、直線１１，１２・・・・・・１８ｒｉ
各々測定断面（１）の中心点Ｑを通過する直線であり、
互いに相隣り合う直線と２２，５°の角度をなしている
。

この（２１項の測定においては、まず９図に示す点Ｐお
よびＰ、″において送信探触子（２ａ）、受信探触子（
２ｂ）を電柱外側に当接して点Ｐ、−Ｐ、　　間の超音
波伝播時間ｔ１−１を測定し２次いで、　　Ｐ２−Ｐ２
間、　　Ｐ３−Ｐ３′間・・・・・・Ｐ８−　Ｐ、；間
の超音波伝播時間ｔ、−２〜ｔ、−８を偵次測定する０
これら各伝播時間ｔ、−１〜ｔ、−８は、第２図のステ
ップＳ２に示すｊうにマイクロコンピュータ（９］のＲ
ＡＭ（ｓａ）Ｋ記憶される。次に、第２図のステップＢ
３に示すように、マイクロコンピュータｔ９＋　ｔｒｉ
　、これら各測定結果と、前述した基準伝播時間ｔ。と
の比価）Ｒｔｌ。

〜Ｒｔ、、を算出する。この場合、直１ｖＩＩ１１，１
２・・・・・−が腐朽部Ｈを通過していなければ（例え
ば、直線１３．１４等）、この伝播時間比Ｒｔ、は１０
０％となり、一方２ｇ朽部Ｈを通過している時は（例え
ば。

直線１４，１８等）、この伝播時間比Ｒｔ、が１ｏｕ％
を越える値となる。次に、マイクロコンピュータ１９Ｊ
は、第２図のステップｓ４に示すように、　　１００チ
を越える伝播時間比Ｒｔ、の値から腐朽部Ｈの長さｆを
算出する。

この腐朽部Ｈの長さでの算出は次の様にして行う。すな
わち、予め人工的に種々の大きさの腐朽部を設けた輪切
り木材を用意し、これらの輪切り木材を使って腐朽部（
直径りと腐朽部の直径方向の長さｆとの比すなわち腐朽
長さ比Ｒ１）と伝播時間比Ｒｔ、との関係を示す腐朽縦
曲線を求めておく。

そして、この腐朽縦曲線に基づいて腐朽部Ｈの長さｔを
算出する。第４図は腐朽度ＩＭＪ巌の一例を示す図であ
り、この図においてたて軸は伝播時間比Ｒｔ、、横軸は
腐朽長さ比ａｔでるる。

この腐朽変曲線は。

なる式で近似される。

したがって、伝播時間比Ｒｔ、が２００％のときは。

腐朽長さ比Ｒｊとして１１％が得られ、この結果腐朽部
Ｈの長さでは（電柱の直径Ｄ）Ｘｏ、１７として求めら
れる。

（３）　　腐朽部の存在象限の測定。

上述した（２）項の測定においては９ｇ朽部Ｈが直線１
１，１２．・・・、１８　　上のどの位置にるるかが特
定出来ないので、この（３）項の測定においては、第３
図中ｆ−ｆｆで示した１〜４象限りどの象限にあるかを
検出する。

腐朽部の存在する象限の検知は９０°位置に２ける伝播
時間比Ｒｔ２を測定することで行える０すなわち、まず
点Ｐ、に、超音波が中心点Ｑに向かって放射されるよう
に送信探触子（２ａ）を轟接し、ｌた１点Ｐ５に受信探
触子〔２ｂ〕を当接し９点Ｐ１−Ｐ５間の超音波伝播時
間ｔ２−１を測定する。この伝播時間ｔ２−１は、第２
図のステップＳ５に示すように、１イクロコンピユータ
１９１に読み込まれる。

次いで、マイクロコンピュータ＋９１は、第２図のステ
ツタＳ６に示すようにこの測定結果を基準伝播時間ｔ。

で除すことにより伝播時間比Ｒｔ２．を求める。同様に
して９点Ｐ５−Ｐ１°間１点Ｐ１°−ｐ５″・点ｐ、’
−ｐ１間の伝播時間比Ｒｔ、２〜Ｒｔ２−４　を測定お
よび算出する。この場合、腐朽部Ｈがない第２゜第３象
限においては伝播時間比Ｒｔ２−２．Ｒｔ２゜が約９２
チとなり、また、腐朽部Ｈがある。＠１゜第４象限にお
いては、伝播時間比Ｒｔ２．．　Ｒｔ２−４が９２俤を
越える値となる。すなわち、マイクロコンピュータ（９
］は、第２図のステップ８７に示すように伝播時間比Ｒ
１２が９２−を越えるか否かによって腐朽部の有無を判
断する０なお、９２％という１ｖｉは腐朽部がない部を
予め測定することにより求められる。

（４）腐朽部深さｄの測定。

この（４）項の測定においては、腐朽部Ｈの照性外周面
からの距４ｄ（第３図）を測定する０すなわち、まず、
前述したく２１項の測定によって得られた各測定値の中
で最大のも・Ｄに対応する直ＩＩｉ！ノ１，１２・・・
・・・を検知する。第２図に示す例においては、直線１
８が検知されたとｊ６ｏ次に、前述したｔ３１項の測定
によって検出された象限（第１．第４象限）内において
直線１８と測定断面ｔｏの外周とが交差する点Ｐ８°を
得る。次に、この点ＰＩに、超音波が中心点Ｑへ向って
放射されるように送信探触子（２ａ）を当接し、また、
受信探触子（２ｂ）を点Ｐ≦に°隣り合う点Ｐ、または
点Ｐ；　（２２，５°位釦に当接し。

点ｐ、；−ｐ４間または点Ｐ、：　−Ｐｌ“　間の超音
波伝播時間ｔ３を測定する０マイクロコンピユータ（９
］は。

第２図のステップＳ８に示すように、この伝播時間ｔ３
ｆｊ！：ｇみ込む０次に、マイクロコンピュータ＋９１
は、第２図のステップＳ９に示すように、この測定結果
を基準伝播時間ｔ。で除すことにより。

伝播時間比Ｒｔ２を求める０そして、マイクロコンピュ
ータ１９１　Ｌａ、第２図のステップ５ＩＯＫ示すよう
に、゛この伝播時間比Ｒｔ２から距１４ｄ’ａ’算出す
る。

すなわち、予め種々の腐朽部を設けた楢切り木材によっ
て腐朽部の外周面からの距ｆｉｄと２２．５°位置間の
伝播時間比Ｒｔ３との関係を示す特性曲線を求めておく
。そして、この特性曲線に基づいて距離ｄを得る。′ｆ
４５図はこの特性曲線の一例を示す図であり、この図に
おいて、たて軸は伝播時間比Ｒｔ２．横軸は外周面から
の距離ｄでめる。

こ７）％性曲線は。

なる式で近似される。

したがって、伝播時間比が６（ｌの時は距１１ｉｄ−１
０１１１１が得られる。なお、木柱が正常の場合は２２
．５’位置間の伝播時間比Ｒｔ、が略３０チとなる。

なお、腐朽部測定に要する作業時間を短くする為に深さ
ｄを求める７第２図のステップ８８〜８１Ｇを省略して
、ｄの値を人力手段αυから任意に設定可能とし、測定
結果である腐朽部を大きめに、ｆなわち安全側に出力す
ることもできる。

（５）　　腐朽部の形状および位置の決定。

゛以上の過程によって１＠３図に示す線分子、〜ｆ３の
長さおよび距離ｄが算出される。そこで、マイクロコン
ピュータ＋９１は、第２図のステップ８１１に示すよう
に線分子、の中点Ｒと中心点Ｑとの間の長さｒを算出し
、半径ｒを有し中心点Ｑを中心とする円を描き、この円
の円周上に各線分子、〜ｆ５の各中点があるとして線分
子１〜ｆ５の位ｆｉｔ（直線１８．　！、・・・上の位
置）を決定し、これらの線分の各両端の包絡線として腐
朽部の形状を決定する（第２図のステップｓ　１２．）
　ｏそして、マイクロコンピュータ＋９１は、上記包絡
線をグラフィックディスプレイα２またはプリンタα３
に出力し画像化する（第２図のステップ５１３）。第６
図は以上述べた（１）〜（５）の過程によって第３図に
示す腐朽部Ｈの位置をおよび形状を決定し、この結果に
基いて画像化した図であり、プリンタ０での記録例で示
し。

腐朽部形状は上記腐朽部Ｈに対応させ、Ｈ′として図示
した。

以上説明した装置の最終出力である腐朽部の形状記録な
らびに面積率の測定精度と信頼性は、第２図のステップ
８１，８２，８５．Ｅ１８における各伝播時間測定の精
度又は再現性に依存する。各伝播時間の測定精度及び再
現性に影響を及ぼす要素としては、第１図に示した送信
用探触子及び受信用探触子の被測定物への接触状態、即
ち、接触圧力Ｐの大きさの変動と、接触圧力Ｐの方向の
変動かめる。これらの変動は被測定物（１］が木製電柱
りように面に凹凸がある場合は特に大きく、探触子（２
ａ）（２ｂ）と被測定物ｔｉｅとの間に設けたゴム状接
触板α瘤にて緩和されるものの、接触子圧力Ｐの大きさ
と方向とが安定するまでは伝播時間が安定しない。

第８図は伝播時間が安定するまでの測定に要する時間を
横軸に、伝播時間を縦軸としたグラフの例であり９図に
おいでＳは測定開始点、即ち探触子（２ａ）　、　（２
ｂ）を被測定物＋１＋の当接させた時刻を示し。

以下時間ｔＢ後の時刻Ｂまでは、接触板Ｉが収縮し、そ
の厚さがはソ一定になるまでの時間２時刻Ｃまでの時間
ｔｃｒ；を伝播時間が安定したかどうかの確認時間１時
ＭＤまでの時間ｔ。は伝播時間データ算出に要する時間
でるる０以下２時刻ＳからＤまでのデータ取込み動作に
ついて図を用いて説Ｅ！Ａ−ｒる。

第９図はデータ取込み動作を説明したブロック図で、第
１図の構成では上記動作をマイクロコンピュータ（９Ｊ
にて実現している。

スタート信号５ＴＦｉ探触子（２ａ）　、　（２ｂ）に
各々内蔵しているスイッチが、被測定物（１ンに上記探
触子を当接させ、ある圧力Ｐが加えられたときに作動し
、２１固共に作動したときに能動状態となる信号で、第
８図の時刻Ｓに相当する。上記信号ＳＴによりタイマー
（１５が作動し、遅延信号ｔＢを発生するＯ −万、隣接データ比較器ｔｔｅでは繰返し送信される毎
に、被測定物（１］内超音改伝播時間信号ｔｐの値が変
化する第８図の状況を監視するもので、前回データｔＰ
Ｆと今回データ”ＦＢとの時間差１Δｔ１が２人力手段
ａυから人力される被測定物（１）の測定部寸法の大き
さに応じて決定される値Δｔｓと比較して、小さいとき
に信号ｔア“を出力する。ゲート回路１ηは上記遅延信
号ｔ８が発生したときに信号ｔＰｌをシフトレジスタｄ
ｌｌへ入力するようＫｍ作する。シフトレジスタａｇと
ゲート回路σりは送信の繰返し周期信号ＰＲＦにより、
上記信号ｔｐ“が信号ＰＲＯＰと共に０回連続的にシフ
トレジスタｔｔＳへ入力されたときに平ｙ４値回路Ｃ２
Ｑａ）が動作するように信号ｔｐ″を出力する。平均値
回路（２０ａ）ではｍ回の時間ｔｐの平均値ｔＰｒｎを
出力し、保持ｇａυにてホールドされる。なお保持＠ｃ
！Ｄの内容は、測定終了する毎に解除されるようにして
いる。以上で。

′ｉ４８図に示した時刻Ｃ迄の動作、すなわち伝播時間
が安定したことを確認し、仮の中心値として平均値ｔＰ
！ｌｌｌを求めたことになる。次に第６図の時間ｔＤで
伝播時間データｔＰｏを求める。

伝播時間データｔＰｏは平均値ｔＰｍを基にして上限値
’　ｔＰｍ＋ΔｔＰｍ）と下限値（ｔＰｍ−ΔｔＰｍ）
を求める一方、繰返して人力される時間ｔｐの円上ｄピ
上下限値の範囲内のデータのみを９回平均して求める。

以下この動作を第９図を用いて説明する。

被測定＊　ｔｌ）の測定部寸法の大きさく応じて決定さ
れる時ｌ口」Δ輻を出力する時間へ輻設定器四と。

加算器ツ、減算器Ｃ２Ｊにて作成された上限値（ｔＰｍ
＋△ｔ　）と下限値（ｔＰｍ−ΔｔＰｒｎ）を各々入力
とＰｍする比較器（２５ａ　）　、　（２５１））　、および
排他的論理；Ｉ′ＬｌＧ！［９により９時間ｔｐが上記
上下限値の範囲内のときのみ信号ｔＰＯＫを出力する。

平均値回ｗ５（２０１：＋）にて、信号ｔＰＯＫが人力
された時のみの時間ｔｐｆ！：ｐ回平均して伝播時間デ
ータｔｐｏを求める〇尚、第８図においては、伝播時間
ｔｐの変化する状態がスタート時から単純に降下するよ
うに記載しているが、探触子（２ａ）　、（２ｂ）の押
し付は方によっては振動する場合もあるが、その場合で
も。

前記説明の各動作は同様に行われる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、被測定物の超音波伝播
時間を測定する目的のために探触子を被測定物に当接し
てから超音波伝播時間が安定したかどうかを把握するた
めの各積手段、すなわち１１３探触子当接直後に遅延時
間を設けたことと、（２）超音波伝播時間の仮の中心値
を求める手段を設けたことと、＋３）上記仮の中心値に
対しである幅内のデータのみを取込み、且つ、それらの
平均値な求める手段とを設けたので、この装置の最終出
力である被測定物内腐朽部の形状記録ならびに面積率の
測定精度や再現性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による一実施例を示す木柱腐朽診断装
置の構成図、第２図は同実施例による測定手順とマイク
ロコンピュータの動作を説明する図、第３図は電柱を水
平に切断した仮想上の測定断面を示す図、第４図は腐朽
長さ比Ｒ１と伝播時間比Ｒｔ１との関係を示を図、＠５
図は距離ｄと伝播時間比Ｒｔｓとの関係の特性例を示を
図、＠６図はこの発明の実施例による腐朽部形状の記録
出力の図、第７図は探触子を被測定物へ接触させた図。第８図は伝播時間と測定に要する時間との関連図。第９図はデータ取込み動作を説明したブロック図であり
２図において（１）は測定断面、　　（２ａ）　、　（
２ｂ）は探触子、＋３）は同期信号発生器、（４）は送
信器、（５）は５ｉｎ器、　１７１１１；ｔカウンタ、
（８）はインターフェイス。（９］ハマイクロコンピュータ、　ａＳは表示器、αＤ
は人　　　゛力手段、αｚＨグラフィックディスプレイ
、ｕ３ｔ’ｊプリンクでろる。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）送信探触子と受信探触子間の超音波伝播時間を繰
返し測定する手段と、上記各探触子を被測定物に当接し
た時刻から測定しない遅延時間帯を設ける手段と、上記
遅延時間帯後に上記超音波伝播時間の仮の中心値を求め
る手段と、上記仮の中心値に対してある幅内の超音波伝
播時間のみを取込み、且つ平均化する手段と、上記平均
化されたデータを記憶する第１の記憶手段と、上記第１
の記憶手段による記憶データを用いて、上記被測定物内
部の欠陥面積率及び欠陥形状を演算する手段と、上記演
算の結果を記憶する第２の記憶手段と、上記第１および
第２の記憶手段による記憶データを表示する手段および
記録する手段とを備えた超音波診断装置。
（２）超音波伝播時間の仮の中心値を求める手段として
、繰返し得られる超音波伝播時間の隣接データ差を求め
且つ上記データ差の大きさと、上記被測定物の大きさに
応じて決定した時間とを比較し、データ差の大きさが小
さい超音波伝播時間データを複数個用いて、仮の中心値
を求めるようにした特許請求の範囲第（１）項記載の超
音波診断装置。
（３）仮の中心値に対して、ある幅内の超音波伝播時間
のみを取込み、且つ平均化する手段において、上記仮の
中心値を基にして決める上限値と下限値を上記被測定物
の大きさに応じて変化させた値とし、上記上下限値の範
囲内の超音波伝播時間データを複数個用いて平均化する
ようにした特許請求の範囲第（１）項または第（２）項
記載の超音波診断装置。