KR101738803B1 - 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 피검체의 종류에 따라, 경계 에코 검출 임계값과 게이트 종점 상대 위치를 설정하는 조건 설정 단계와, 상기 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여 탐상 신호를 취득하는 탐상 신호 취득 단계와, 상기 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 상기 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 검출하는 경계 에코 검출 단계와, 상기 경계 에코 검출 시각으로부터 상기 게이트 종점 상대 위치를 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정하는 결함 에코 검출 게이트 설정 단계와, 상기 결함 에코 검출 게이트 내의 탐상 신호를 이용하여 결함 에코의 검출을 행하는 결함 에코 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치{ULTRASONIC FLAW-DETECTION METHOD AND ULTRASONIC FLAW-DETECTION DEVICE}
본 발명은 초음파를 이용하여 피검체의 내부 결함을 검사하는 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치에 관한 것이다.
초음파 탐상은 금속 재료 중의 내부 결함을 검출하는 기술로서 널리 사용되고 있다. 초음파 탐상에 있어서, 수신 프로브에 의해 수신되는 초음파에는, 금속 재료 중의 내부 결함에서 기인하는 초음파 (결함 에코라고 불린다) 뿐만 아니라, 금속 재료의 표면 또는 이면에 의한 반사 등에서 기인하는 초음파 (경계 에코라고 불린다) 도 포함된다. 그래서, 결함 에코가 검출될 수 있을 시각의 범위에 결함 에코 검출 게이트를 설정하고, 결함 에코 검출 게이트의 범위 중의 초음파만을 검사 대상으로 하여 탐상이 행해진다.
자동 초음파 탐상에서는, 상기 결함 에코 검출 게이트의 설정을 자동으로 행하는 기능이 실장되어 있다. 즉, 자동 초음파 탐상에서는, 금속 재료의 표면 또는 이면에 의한 반사 등에서 기인하는 초음파를 검출하고, 이들 결함 에코 이외의 초음파를 배제할 수 있도록 결함 에코 검출 게이트를 자동 설정하는 것이 행해지고 있다.
예를 들어, 자동 초음파 탐상에 있어서의 결함 에코 검출 게이트의 자동 설정 방법으로서, 수신 초음파가 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 최초로 경계 에코 검출 임계값을 초과한 시각을 기준으로 하여, 결함 에코 검출 게이트의 종점을 자동 설정하는 방법이 알려져 있다 (특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2005-283134호
그러나, 종래의 결함 에코 검출 게이트의 설정 방법에서는, 내부 결함이 피검체의 경계에 가까운 경우, 결함 에코와 경계 에코를 분리하는 것이 곤란해진다. 특히 피검체의 경계에서 내부 결함까지의 거리가, 탐상에 사용하는 초음파의 파장 (피검체 내부에서의 파장) 과 비교하여 수배 이내인 경우, 결함 에코와 경계 에코를 분리하는 것은 매우 곤란하다.
또한, 경계 에코의 파형은 반드시 일정하지는 않고, 피검체마다 변화한다. 따라서, 결함 에코 검출 게이트의 종점을 경계 에코의 가까이에 설정하면, 경계 에코를 결함 에코로 오검출해 버리는 경우가 있다. 한편, 결함 에코 검출 게이트의 종점을 경계 에코의 멀리에 설정하면, 미탐상 영역이 커져 결함 에코의 불검지가 발생해 버린다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 경계 에코의 형상이 피검체마다 변화해도, 미탐상 영역을 최소한으로 하면서도 오검출이 발생하지 않는 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 피검체의 종류에 따라, 경계 에코 검출 임계값과 게이트 종점 상대 위치를 설정하는 조건 설정 단계와, 상기 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여 탐상 신호를 취득하는 탐상 신호 취득 단계와, 상기 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 상기 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 검출하는 경계 에코 검출 단계와, 상기 경계 에코 검출 시각에 기초하여 결정한 기준 시각으로부터 상기 게이트 종점 상대 위치를 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정하는 결함 에코 검출 게이트 설정 단계와, 상기 결함 에코 검출 게이트 내의 탐상 신호를 이용하여 결함 에코의 검출을 행하는 결함 에코 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여 탐상 신호를 취득하는 탐상 신호 취득부와, 상기 피검체의 종류에 따른 경계 에코 검출 임계값과 게이트 종점 상대 위치가 기록되어 있는 데이터 베이스와, 상기 데이터 베이스에 기록된 상기 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 상기 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 검출하는 경계 에코 검출 수단과, 상기 경계 에코 검출 시각에 기초하여 결정한 기준 시각으로부터 상기 데이터 베이스에 기록된 상기 게이트 종점 상대 위치를 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정하는 게이트 설정 수단과, 상기 결함 에코 검출 게이트 내의 탐상 신호를 이용하여 결함 에코의 검출을 행하는 결함 에코 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치는, 경계 에코의 형상이 피검체마다 변화해도, 미탐상 영역을 최소한으로 하면서도 오검출이 발생하지 않는다는 효과를 발휘한다.
도 1 은 반사식 탐상에 있어서의 초음파의 전파 및 수신 초음파의 개략도이다.
도 2 는 투과식 탐상에 있어서의 초음파의 전파 및 수신 초음파의 개략도이다.
도 3 은 경계 에코의 파형이 상이함에 따라 발생하는 문제점을 나타내는 개략도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 관려된 초음파 탐상 방법에 있어서의 결함 검출 게이트의 설정 방법을 나타내는 개략도이다.
도 5 는 피검체와 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응표의 작성예를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 블록도이다.
도 7 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법의 순서에 대하여 나타내는 플로우 차트이다.
도 8 은 도 7 에 나타내는 단계 S4 의 처리의 변형예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 9 는 도 8 에 나타내는 처리 순서를 개략적으로 설명하는 설명도이다.
도 10 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법에 의한 초음파 탐상의 실시예를 나타내는 탐상 신호의 그래프이다.
도 11 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법에 의한 초음파 탐상의 실시예를 나타내는 탐상 신호의 그래프이다.
도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 블록도이다.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법의 순서에 대하여 나타내는 플로우 차트이다.
도 14 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법을 개략적으로 설명하는 설명도이다.
이하에 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 이하에 설명하는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
수직 입사법에 의한 초음파 탐상에는, 수직 반사식 초음파 탐상 (이하, 반사식 탐상으로 기재) 과 수직 투과식 초음파 탐상 (이하, 투과식 탐상으로 기재) 이 있다. 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치는, 이 반사식 탐상 및 투과식 탐상의 어느 것에나 적용할 수 있다. 도 1 은 반사식 탐상에 있어서의 초음파의 전파 및 수신 초음파의 개략도이며, 도 2 는 투과식 탐상에 있어서의 초음파의 전파 및 수신 초음파의 개략도이다.
도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 반사식 탐상에서는, 송수신 프로브 (1) 가 피검체 (2) 에 초음파를 송신하고, 피검체 (2) 로부터 반사되는 초음파를 수신한다. 이 때, 피검체 (2) 로부터 반사되는 초음파에는, 피검체 (2) 중의 결함 (3) 에서 반사된 초음파 (이하, 결함 에코 F 로 기재) 뿐만 아니라, 피검체 (2) 의 표면 (2a) 에서 반사된 초음파 (이하, 표면 에코 R1 로 기재) 및 피검체 (2) 의 이면 (2b) 에서 반사된 초음파 (이하, 이면 에코 R2 로 기재) 도 포함된다.
도 1(b) 는, 송수신 프로브 (1) 가 수신하는 초음파를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 1(b) 에 나타나는 그래프는, 수신되는 초음파의 탐상 신호를 시간축에 관하여 나타낸 것이다. 도 1(b) 에 나타내는 바와 같이, 결함 에코 F, 표면 에코 R1, 및 이면 에코 R2 는, 상이한 시각에 송수신 프로브 (1) 에 의해 수신된다. 도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 결함 에코 F, 표면 에코 R1, 및 이면 에코 R2 는, 송수신 프로브 (1) 에 도달할 때까지의 전파 거리가 상이하기 때문이다.
결함 에코 F 는, 피검체 (2) 에 있어서의 결함 깊이 X 에 대응하는 전파 시간 X＇ 의 2 배의 시간, 표면 에코 R1 로부터 지연되어 송수신 프로브 (1) 에 도달한다. 또, 이면 에코 R2 는, 피검체 (2) 의 두께 T 에 대응하는 전파 시간 T＇ 의 2 배의 시간, 표면 에코 R1 로부터 지연되어 송수신 프로브 (1) 에 도달한다. 따라서, 결함 에코 검출 게이트는, 표면 에코 R1 이 검출되는 시각의 종단으로부터 이면 에코 R2 가 검출되는 시각의 시단 (始端) 까지의 범위가 된다.
한편, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 투과식 탐상에서는, 송신 프로브 (1a) 가 피검체 (2) 에 초음파를 송신하고, 수신 프로브 (1b) 가 피검체 (2) 를 투과하는 초음파를 수신한다. 이 때, 수신 프로브 (1b) 에서 수신되는 초음파에는, 피검체 (2) 중의 결함 (3) 그리고 표면 (2a) 에서 반사된 초음파 (이하, 결함 에코 F1 로 기재) 및 피검체 (2) 중의 결함 (3) 그리고 이면 (2b) 에서 반사된 초음파 (이하, 결함 에코 F2 로 기재) 뿐만 아니라, 피검체 (2) 를 직접 투과한 초음파 (이하, 투과 에코 T1 로 기재) 및 피검체 (2) 의 표면 (2a) 그리고 이면 (2b) 에서 반사된 초음파 (이하, 반사 에코 T2 로 기재) 도 포함된다.
결함 에코 F1 은, 피검체 (2) 에 있어서의 결함 깊이 X1 에 대응하는 전파 시간 X1＇ 의 2 배의 시간, 투과 에코 T1 로부터 지연되어 수신 프로브 (1b) 에 도달한다. 결함 에코 F2 는, 피검체 (2) 에 있어서의 이면 (2b) 으로부터의 결함 깊이 X2 에 대응하는 전파 시간 X2＇ 의 2 배의 시간, 투과 에코 T1 로부터 지연되어 수신 프로브 (1b) 에 도달한다. 또, 반사 에코 T2 는, 피검체 (2) 의 두께 T 에 대응하는 전파 시간 T＇ 의 2 배의 시간만큼 투과 에코 T1 로부터 지연되어 수신 프로브 (1b) 에 도달한다. 따라서, 결함 에코 검출 게이트는, 투과 에코 T1 이 검출되는 시각의 종단으로부터 반사 에코 T2 가 검출되는 시각의 시단까지의 범위가 된다.
상기 반사식 탐상 및 투과식 탐상의 어느 경우라도, 피검체 (2) 의 이면 (2b) 에 가까운 결함 (3) 을 검출하려면, 이면 에코 R2 또는 반사 에코 T2 의 시점의 가까이에 결함 에코 검출 게이트 종점 (이하 게이트 종점으로 기재) 을 설정하는 것이 필요해진다. 또한, 송수신 프로브 (1), 송신 프로브 (1a), 또는 수신 프로브 (1b) 와 피검체 (2) 의 상대적 위치가 변화하는 경우나 탐상 위치에 따라 피검체 (2) 의 두께가 변화하는 경우 등에는, 이면 에코 R2 또는 반사 에코 T2 의 출현 시각도 변화해 버리므로, 이러한 변화에 추종하여 게이트 종점을 자동적으로 설정할 필요가 있다. 따라서, 이면 에코 R2 또는 반사 에코 T2 (이하 간단하게 하기 위해서 구별하지 않고 경계 에코로 기재) 를 검출하여, 경계 에코로부터 소정 시간 거슬러 올라간 시각을 게이트 종점으로 하여 자동 설정을 행한다.
그러나, 전술한 바와 같이, 경계 에코의 파형은 반드시 일정하지는 않고, 피검체마다 상이하다. 결과, 결함 에코 검출 게이트의 종점을 경계 에코의 가까이에 설정하면, 경계 에코를 오검출해 버리고, 결함 에코 검출 게이트의 종점을 경계 에코의 멀리에 설정하면, 미탐상 영역이 커져 버린다. 도 3 은 경계 에코의 파형이 상이함에 따라 발생하는 문제점을 나타내는 개략도이다.
도 3 에는 경계 에코의 형상 A 및 형상 B 의 경우의 각각의 경우에 있어서의, 게이트 종점의 설정 조건 1 및 설정 조건 2 의 합계 4 패턴의 게이트 종점의 설정이 기재되어 있다. 도 3(a) 는 게이트 종점과 경계 에코 검출 시각의 상대 시간을 1/2 주기로 설정했을 경우에 경계 에코의 형상 A 를 소정의 임계값으로 검출한 경우를 나타내고 있다. 도 3(b) 는 게이트 종점과 경계 에코 검출 시각의 상대 시간을 3/2 주기로 설정했을 경우에 경계 에코의 형상 A 를 소정의 임계값으로 검출한 경우를 나타내고 있다. 도 3(c) 는 게이트 종점과 경계 에코 검출 시각의 상대 시간을 1/2 주기로 설정했을 경우에 경계 에코의 형상 B 를 소정의 임계값으로 검출한 경우를 나타내고 있다. 도 3(d) 는 게이트 종점과 경계 에코 검출 시각의 상대 시간을 3/2 주기로 설정했을 경우에 경계 에코의 형상 B 를 소정의 임계값으로 검출한 경우를 나타내고 있다. 여기서 말하는 경계 에코 검출 시각이란, 임계값이 정 (正) 의 값으로 설정된 경우에는 탐상 신호가 소정의 임계값을 상회한 시각, 임계값이 부 (負) 의 값으로 설정된 경우에는 탐상 신호가 소정의 임계값을 하회한 시각을 가리킨다.
도 3(a) 와 도 3(c) 를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 게이트 종점과 경계 에코 검출 시각의 상대 시간을 1/2 주기로 설정했을 경우, 경계 에코의 형상 A 에 대해서는 적절히 게이트 종점을 설정할 수 있지만, 경계 에코의 형상 B 에 대해서는 경계 에코의 시단을 결함으로 오검출해 버린다. 한편, 도 3(b) 와 도 3(d) 를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 게이트 종점과 경계 에코 검출 시각의 상대 시간을 3/2 주기로 설정했을 경우, 경계 에코의 형상 B 에 대해서는 적절히 게이트 종점을 설정할 수 있지만, 경계 에코의 형상 A 에 대해서는 미탐상 영역이 발생해 버린다.
그래서, 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치에서는, 피검체의 종류마다 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치를 사전에 정한다. 검토 및 조사의 결과, 경계 에코의 형상은 동일 피검체의 탐상 중에는 크게 변화하지 않는 것을 알아내었다. 요컨대, 경계 에코의 형상은, 사용 프로브 및 탐상 게인 등의 탐상 조건 및 피검체의 판두께 및 제조 조건 등으로부터 사전에 예측 가능하고, 경계 에코의 형상에 따라 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치를 사전에 정하는 것이 가능하다. 경계 에코 검출 임계값이란, 임계값이 정의 값으로 설정된 경우에는 탐상 신호가 이 임계값을 상회한 시각으로써 경계 에코를 검출하기 위한 임계값이고, 임계값이 부의 값으로 설정된 경우에는 탐상 신호가 이 임계값을 하회한 시각으로써 경계 에코를 검출하기 위한 임계값이며, 게이트 종점 상대 위치란, 이와 같이 검출된 경계 에코의 검출 시각과 게이트 종점의 상대 시간을 가리킨다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치에 있어서의 결함 검출 게이트의 설정 방법을 나타내는 개략도이다. 도 4 에는 (a) 피검체 (1) 및 (b) 피검체 (2) 에 있어서의 결함 검출 게이트의 설정 방법이 나타나 있다. 도 4(c) 는 피검체와 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응표이다. 도 4(a) 및 (b) 에서는, 이 대응표에 기초하여 결함 검출 게이트의 종점이 설정되어 있다.
도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 경계 에코 S2 는, 경계 에코 검출 임계값에 의해 검출된다. 피검체 (1) 에 대한 경계 에코 검출 임계값은 ＋A 이므로, 경계 에코 검출 게이트의 범위 내에 있어서 초음파의 탐상 신호가 ＋A 를 최초로 상회한 시각으로써 경계 에코 검출 시각으로 한다. 그리고, 피검체 (1) 에 대한 게이트 종점 상대 위치는 a 이므로, 이 경계 에코 검출 시각으로부터 시간 a 거슬러 올라간 시각을 결함 검출 게이트의 종점으로 설정한다. 별도, 경계 에코 S1 과의 관계로부터 결함 검출 게이트의 시점을 설정함으로써, 결함 검출 게이트가 설정된다. 이와 같이 설정된 결함 검출 게이트의 범위 내에 있어서 검출된 에코가 결함 에코 F 가 된다.
도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 동일하게 경계 에코 S2 는, 경계 에코 검출 임계값에 의해 검출된다. 피검체 (2) 에 대한 경계 에코 검출 임계값은 －B 이므로, 경계 에코 검출 게이트의 범위 내에 있어서 초음파의 탐상 신호가 －B 를 최초로 하회한 시각으로써 경계 에코 검출 시각으로 한다. 그리고, 피검체 (2) 에 대한 게이트 종점 상대 위치는 b 이므로, 이 경계 에코 검출 시각으로부터 시간 b 거슬러 올라간 시각을 결함 검출 게이트의 종점으로 설정한다. 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에 있어서의 경계 에코 검출 임계값은, 정부의 구별을 한 값을 이용하고 있으므로, 초음파의 탐상 신호를 정류화시키지 않고 정부의 구별을 하여 임계값 판정을 행한다. 이와 같이 정부의 구별을 하여 임계값 판정을 행하므로, 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법은, 수신한 초음파의 위상을 한정할 수 있다는 이점을 갖는다.
도 5 는 피검체와 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응표의 작성예를 나타내는 도면이다. 도 5(a) 는 강판 등의 금속 제품의 제조 라인에 있어서의 제조 순서의 예를 나타내는 표이다. 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 일반적인 금속 제품의 제조 라인에 있어서는, 복수의 제품이 혼재되어 제조되고 있다. 그래서, 제품마다 사전 조사를 행하여, 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치를 결정하고, 제품과 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응 관계를 데이터 베이스에 기억해 둔다. 도 5(b) 는, 제품과 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응 관계의 예를 나타내는 표이다.
그리고, 피검체의 탐상시에는, 도 5(a) 및 (b) 를 결합하여 도 5(c) 를 얻는다. 도 5(c) 는 도 5(a) 및 (b) 를 결합한 상태를 나타내는 표이다. 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 도 5(a) 및 (b) 의 결합으로부터 피검체의 탐상 순서와 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응 관계가 얻어진다. 따라서, 도 5(c) 에 나타내는 대응표에 따라, 피검체의 탐상을 행함으로써 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치를 실시하는 것이 가능하다.
[제 1 실시형태의 초음파 탐상 장치]
도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 블록도이다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 이 초음파 탐상 장치 (4) 는, 피검체의 결함을 탐상하기 위한 초음파를 송신하고, 이 송신한 초음파에서 기인하는 탐상 신호를 수신하는 탐상 신호 취득부 (5) 와, 초음파 탐상 장치 (4) 의 각 구성부를 제어하는 제어부 (6) 와, 피검체의 검사 결과 등을 출력하는 출력부 (7) 와, 각종 정보를 입력하는 입력부 (8) 를 갖는다.
탐상 신호 취득부 (5) 는, 초음파 프로브 (5a) 와 송수신부 (5b) 를 갖는다. 탐상 신호 취득부 (5) 는, 송수신부 (5b) 로부터 송신된 전기 신호를 초음파 프로브 (5a) 로부터 외부로 초음파로서 송신함과 함께, 초음파 프로브 (5a) 에서 수신된 초음파를 전기 신호의 탐상 신호로서 송수신부 (5b) 에 출력한다. 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 수직 입사법에 의한 초음파 탐상에는, 반사식 탐상과 투과식 탐상이 있으며, 그에 따라 초음파 프로브 (5a) 는, 송수신 프로브 (1) 또는 송신 프로브 (1a) 와 수신 프로브 (1b) 의 조합이 될 수 있지만, 이하에서는 양자를 구별하지 않고 초음파 프로브 (5a) 로 하여 설명한다.
초음파 프로브 (5a) 는, 압전 진동자 등을 이용하여 실현되고, 송수신부 (5b) 로부터의 펄스 신호의 인가에 의해 초음파를 외부로 송신하고, 외부로부터의 초음파를 수파하여 전기 신호로 변환한다. 송수신부 (5b) 는, 초음파 프로브 (5a) 의 공진 주파수 또는 그 근방의 주파수의 펄스 신호를 초음파 프로브 (5a) 에 인가함으로써 초음파 펄스 신호를 초음파 프로브 (5a) 를 개재하여 외부로 출력한다.
제어부 (6) 는, 기억부 (6a) 와 데이터 베이스 (DB) (6b) 와 연산부 (6c) 를 구비하고, 초음파 탐상 장치 (4) 의 각 구성부를 제어한다. 기억부 (6a) 는, 탐상 신호 취득부 (5) 로부터 수신한 피검체의 검사 데이터 등의 각종 정보를 기억하는 일시 기억 장치이다. 특히 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 기억부 (6a) 는, 탐상 신호 취득부 (5) 로부터 수신한 탐상 신호를 적어도 1 회분, 바람직하게는 복수회분 이상 기억할 수 있는 기억 용량을 갖고 있다.
데이터 베이스 (DB) (6b) 는, 자기 디스크 등으로 실현된 기록 장치이다. 데이터 베이스 (DB) (6b) 에는, 도 5 에 예시한 바와 같은, 제조 라인에 있어서의 제조 순서, 제품과 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응 관계, 및 피검체의 탐상 순서와 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응 관계 등의 데이터가 기록되어 있다. 데이터 베이스 (DB) (6b) 에 기록된 이들 데이터는, 연산부 (6c) 가 결함 에코를 검출할 때에 참조된다.
연산부 (6c) 는, 데이터 베이스 (DB) (6b) 에 기록된 이들 데이터를 참조하면서, 기억부 (6a) 에 기억된 탐상 신호를 해석하고, 결함 에코를 검출한다. 연산부 (6c) 는, 특정 용도용 집적 회로 (ASIC), 범용 집적 회로, 또는 이들의 조합 등으로 실현된 연산 장치이다. 즉, 연산부 (6c) 는, 경계 에코 검출 수단 (6d), 게이트 설정 수단 (6e), 결함 에코 검출 수단 (6f), 및 그 밖의 초음파 탐상 장치 (4) 의 각 구성부를 제어하는 제어 수단을 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현시킨다.
경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하고, 피검체에 따른 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 경계 에코 검출 시각을 검출한다. 즉, 경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 경계 에코 검출 임계값의 값이 정일 때는, 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 탐상 신호가 경계 에코 검출 임계값을 상회한 경우, 경계 에코 검출 임계값의 값이 부일 때는, 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 탐상 신호가 경계 에코 검출 임계값을 하회한 경우에 경계 에코가 검출된 것으로 판정하고, 이 경계 에코가 검출된 시각으로써 경계 에코 검출 시각으로 한다.
게이트 설정 수단 (6e) 은, 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하고, 피검체에 따른 게이트 종점 상대 위치를 상기 경계 에코 검출 시각으로부터 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정한다. 결함 에코 검출 수단 (6f) 은, 상기와 같이 설정된 결함 에코 검출 게이트의 범위 내에 있어서 기억부 (6a) 에 기억된 탐상 신호로부터 결함 에코를 검출한다.
출력부 (7) 는, 예를 들어 검출된 결함 에코를 표시하는 표시 장치로서, 예를 들어 결함 에코가 검출되었을 경우에 하류 공정에 경고 신호 등을 송신하는 송신 장치이다. 결함 에코의 발생 원인이 제품 결함인지의 여부를 분석하기 위해서, 출력부 (7) 의 출력을 상위 계산기에 출력하는 구성으로 할 수도 있다.
입력부 (8) 는, 예를 들어 전원 스위치 및 입력 키 등의 입력 장치로서, 예를 들어 제조 라인을 제어하는 상위 제어 장치로부터 제조 라인에 있어서의 제조 정보를 수신하는 수신 장치이다. 입력부 (8) 에 의해 입력되는 입력 정보의 예로는, 도 5(a) 에 예시한 바와 같은 제조 라인에 있어서의 제조 순서가 있다.
본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치 (4) 는, 탐상 신호 취득부 (5) 가 취득한 탐상 신호를 AD 변환하여 신호 처리를 행한다. 경계 에코는 결함 검출 게이트보다 느리게 검출되므로, 아날로그 신호에 의한 처리보다 디지털 신호에 의한 처리가 유리하다. 또, 탐상 신호의 AD 변환을 할 때의 샘플링 주파수는, 탐상 신호의 주파수의 5 배 이상인 것이 바람직하고, 탐상 신호의 주파수의 10 배 이상이면 보다 바람직하다. 탐상 신호의 주파수의 5 배의 샘플링 주파수로 AD 변환을 행한 경우, 360°/5 = 72°간격으로 탐상 신호를 디지털화하게 된다.
상기 설명한 초음파 탐상 장치 (4) 는, 초음파 프로브 (5a) 가 1 개 (반사식 탐상) 또는 1 쌍 (투과식 탐상) 인 구성으로 기재해 왔지만, 초음파 프로브 (5a) 가 복수개 (반사식 탐상) 또는 복수쌍 (투과식 탐상) 인 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 초음파 프로브 (5a) 마다 상이한 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치의 설정을 하는 것이 가능하다. 즉, 초음파 프로브 (5a) 마다, 도 5(b) 에 예시되는 바와 같은 대응표를 데이터 베이스 (DB) (6b) 에 기록해 두고, 연산부 (6c) 가 초음파 프로브 (5a) 마다 상이한 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치의 설정을 행한다. 상기 구성에 의하면, 초음파 프로브 (5a) 마다의 편차에 대응이 가능해져 결함 에코의 검출 정밀도가 보다 향상된다.
[제 1 실시형태의 초음파 탐상 방법]
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치의 구성의 도면 등을 참조하면서 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에 대하여 설명하지만, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법은, 이들 도면에 나타낸 구성에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 7 은 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법의 순서에 대하여 나타내는 플로우 차트이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에서는, 처음에 연산부 (6c) 가 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하여, 피검체에 따른 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치의 설정을 행한다 (단계 S1). 데이터 베이스 (6b) 에는, 전술한 바와 같이, 피검체의 탐상 순서와 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응 관계 등의 데이터가 기록되어 있으므로, 초음파 탐상 장치 (4) 가 현재 탐상하고 있는 피검체에 대응한 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치가 선택된다.
다음으로, 탐상 신호 취득부 (5) 가 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여, 탐상 신호를 취득한다 (단계 S2). 탐상 신호 취득부 (5) 에 의해 취득된 탐상 신호는, 제어부 (6) 의 기억부 (6a) 에 일시 기억된다.
다음으로, 연산부 (6c) 의 경계 에코 검출 수단 (6d) 이, 기억부 (6a) 에 기억된 탐상 신호로부터 경계 에코를 검출한다 (단계 S3). 경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 단계 S1 에서 설정된 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 경계 에코를 검출한다. 즉, 경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 경계 에코 검출 임계값의 값이 정일 때는, 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 탐상 신호가 경계 에코 검출 임계값을 상회한 경우, 경계 에코 검출 임계값의 값이 부일 때는, 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 탐상 신호가 경계 에코 검출 임계값을 하회한 경우에 경계 에코가 검출된 것으로 판정하고, 이 경계 에코가 검출된 시각으로써 경계 에코 검출 시각으로 한다.
다음으로, 연산부 (6c) 의 게이트 설정 수단 (6e) 이 결함 에코 검출 게이트의 설정을 행한다 (단계 S4). 게이트 설정 수단 (6e) 은, 단계 S1 에서 설정된 게이트 종점 상대 위치를 이용하여 결함 에코 검출 게이트의 설정을 행한다. 즉, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 단계 S2 에서 검출된 경계 에코 검출 시각을 기준 시각으로 하여, 기준 시각으로부터 단계 S1 에서 설정된 게이트 종점 상대 위치를 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정한다.
그리고, 연산부 (6c) 의 결함 에코 검출 수단 (6f) 이, 단계 S4 에 의해 설정된 결함 에코 검출 게이트의 범위 내에 있어서 기억부 (6a) 에 기억된 탐상 신호로부터 결함 에코를 검출한다 (단계 S5).
마지막으로, 제어부 (6) 는, 초음파 탐상 장치 (4) 가 소정 범위 또는 소정 횟수의 탐상을 종료했는지의 여부를 판정한다 (단계 S6). 소정 범위의 탐상을 종료하지 않은 경우 (단계 S6 : No), 단계 S2 로 되돌아와 탐상 신호 취득부 (5) 가 다음의 탐상 신호를 취득한다. 한편, 소정 범위의 탐상을 종료한 경우 (단계 S6 : Yes), 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법은 종료된다.
상기 설명에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 경계 에코 검출 시각을 기준 시각으로 하여, 기준 시각으로부터 게이트 종점 상대 위치를 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정했지만, 도 8, 9 에 나타내는 처리 순서에 따라 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정해도 된다. 도 8 은 도 7 에 나타내는 단계 S4 의 처리의 변형예를 나타내는 플로우 차트이다. 도 9 는 도 8 에 나타내는 처리 순서를 개략적으로 설명하는 설명도이다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 이 처리 순서에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 이번 처리에 있어서 검출된 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 와 전회 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N-1) 의 시간차의 절대값이 소정의 시간차 ΔT 보다 큰지의 여부를 판별한다 (단계 S41). 판별의 결과, 시간차의 절대값이 소정의 시간차 ΔT 보다 크지 않은 경우, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 결함 에코 검출 게이트 설정 처리를 단계 S45 의 처리로 진행시킨다 (단계 S41 : No). 한편, 시간차의 절대값이 소정의 시간차 ΔT 보다 큰 경우에는, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 결함 에코 검출 게이트 설정 처리를 단계 S42 의 처리로 진행시킨다 (단계 S41 : Yes).
단계 S42 의 처리에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 이번 처리에 있어서 검출된 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 가 전회 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N-1) 보다 후인지의 여부를 판별한다. 판별의 결과, 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 가 기준 시각 Tbase (N-1) 보다 후인 경우, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 결함 에코 검출 게이트 설정 처리를 단계 S43 의 처리로 진행시킨다 (단계 S42 : Yes). 한편, 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 가 기준 시각 Tbase (N-1) 보다 후가 아닌 경우에는, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 결함 에코 검출 게이트 설정 처리를 단계 S44 의 처리로 진행시킨다 (단계 S42 : No).
단계 S43 의 처리에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 이, 전회 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N-1) 보다 소정의 시간차 ΔT 만큼 후의 시각을 이번 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N) 로서 설정한다. 이로써, 단계 S43 의 처리는 완료되고, 결함 에코 검출 게이트 설정 처리는 단계 S46 의 처리로 진행된다.
단계 S44 의 처리에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 이, 전회 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N-1) 보다 소정의 시간차 ΔT 만큼 전의 시각을 이번 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N) 로서 설정한다. 이로써, 단계 S44 의 처리는 완료되고, 결함 에코 검출 게이트 설정 처리는 단계 S46 의 처리로 진행된다.
단계 S45 의 처리에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 이, 이번 처리에 있어서 검출된 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 를 이번 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N) 로서 설정한다. 이로써, 단계 S45 의 처리는 완료되고, 결함 에코 검출 게이트 설정 처리는 단계 S46 의 처리로 진행된다.
단계 S46 의 처리에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 이, 단계 S43 ∼ 단계 S45 중 어느 처리에 있어서 설정된 기준 시각 Tbase (N) 보다 게이트 종점 상대 위치 a 만큼 전의 시각을 결함 에코 검출 게이트의 종점 Tgate end (N) 로서 설정한다. 이로써, 단계 S46 의 처리는 완료되고, 일련의 결함 에코 검출 게이트 설정 처리는 종료된다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 변형예에서는, 이번 처리에 있어서 검출된 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 와 전회 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N-1) 의 시간차의 절대값이 소정의 시간차 ΔT 보다 작은 경우, 제어부 (6) 는, 도 9(a) 에 나타내는 바와 같이, 이번 처리에 있어서 검출된 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 를 이번 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N) 로서 결함 에코 검출 게이트의 종점 Tgate end (N) 를 설정한다.
한편, 이번 처리에 있어서 검출된 경계 에코 검출 시각 Tbound (N) 와 전회 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N-1) 의 시간차의 절대값이 소정의 시간차 ΔT 보다 큰 경우에는, 게이트 설정 수단 (6e) 이, 도 9(b) 에 나타내는 바와 같이, 전회 처리에 있어서 검출된 경계 에코 검출 시각 Tbound (N-1) 보다 소정의 시간차 ΔT 만큼 전 또는 후의 시각을 이번 처리에 있어서의 기준 시각 Tbase (N) 로 하여 결함 에코 검출 게이트의 종점 Tgate end (N) 를 설정한다.
즉, 본 변형예에서는, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 측정마다의 기준 시각 Tbase (N) 의 변화가 소정의 시간차 ΔT 이하가 되도록 제어한다. 이로써, 본 변형예에 의하면, 진동이나 판두께 변화 등의 요인에 의한 경계 에코의 이동에 추종하면서, 도 9(b) 에 나타내는 바와 같은 경계 에코 검출 임계값을 초과하는 결함 에코 F 가 검출되었을 경우에, 결함 에코 F 를 경계 에코로 오인식하고, 그것을 기준으로 결함 에코 검출 게이트를 설정한 결과, 결함 에코를 놓쳐 버리는 것을 억제할 수 있다.
[제 1 실시형태에 의한 실시예]
도 10 및 도 11 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법에 의한 초음파 탐상의 실시예를 나타내는 탐상 신호의 그래프이다. 특히, 도 10 은 도시된 그래프의 범례를 나타내는 것이고, 도 11 은 종래 기술과 본 발명의 비교를 나타내는 것이다.
도 10 및 도 11 에 나타낸 그래프는, 세로축에 탐상 신호를 나타내고, 가로축에 탐상 신호가 검출되는 시간을 나타내고 있다. 또, 도면 중의 파선은, 경계 에코 검출 임계값을 나타내고, 일점쇄선은 경계 에코 검출 시각을 나타내고, 이점쇄선은 결함 에코 검출 게이트의 시점 및 종점을 나타내고 있다.
도 10 및 도 11 에 나타낸 탐상 신호는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 구성된 투과식 탐상에 의해 취득된 것으로, 접촉 매질로서 물을 사용하고 있다. 또, 탐상에 사용한 초음파의 주파수는 25 MHz 이고, 수신한 초음파를 전기 신호로 변환한 후에, 샘플링 주파수 250 MHz 로 AD 변환하고 있다.
또, 본 실시예에 있어서의 투과식 탐상에서는, 동일한 피검체에 대하여 200 쌍의 초음파 프로브가 이용되고 있다. 도 11 에서는, 그 중 소자쌍 A 및 소자쌍 B 에 있어서의 탐상 신호를 게재하였다. 또, 본 실시예에 있어서의 검사 대상은, 피검체 (1) 및 피검체 (2) 의 2 종류에 대하여 행하였다.
도 11 에 나타내는 바와 같이, 종래 기술에 의한 초음파 탐상에서는, 설정 1 및 설정 2 의 어느 설정이라도 결함 에코 검출 게이트의 설정에 문제가 발생해 버리는 데에 비해, 본 발명의 실시형태에 의한 초음파 탐상에서는, 적절히 결함 에코 검출 게이트가 설정된다. 종래 기술의 설정 1 에서는, 피검체 (1) 에 대해서는 문제가 발생하지 않지만, 피검체 (2) 에 대해서는 소자쌍 B 에 있어서 경계 에코를 오검출해 버린다. 또, 종래 기술의 설정 2 에서는, 피검체 (2) 에 대해서는 문제가 발생하지 않지만, 피검체 (1) 에 대해서는 소자쌍 A 에 있어서 미탐상 영역이 증가해 버린다.
한편, 본 발명의 실시형태에 의한 초음파 탐상에서는, 피검체에 따른 설정이 선택되므로, 피검체 (1) 및 피검체 (2) 의 어느 피검체에 대해서도 적절히 결함 에코 검출 게이트가 설정된다.
[제 2 실시형태의 초음파 탐상 장치]
도 12 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 블록도이다. 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치는, 상기 제 1 실시형태의 초음파 탐상 장치에 결함 에코의 검출 정밀도를 향상시키는 기능을 부가한 것이다. 따라서, 이하의 설명에서는, 제 1 실시형태의 초음파 탐상 장치와 공통된 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 적절히 설명을 생략하는 것으로 한다.
도 12 에 나타내는 바와 같이, 이 초음파 탐상 장치 (4) 는, 피검체의 결함을 탐상하기 위한 초음파를 송신하고, 이 송신한 초음파에서 기인하는 탐상 신호를 수신하는 탐상 신호 취득부 (5) 와, 초음파 탐상 장치 (4) 의 각 구성부를 제어하는 제어부 (6) 와, 피검체의 검사 결과 등을 출력하는 출력부 (7) 와, 각종 정보를 입력하는 입력부 (8) 를 갖는다. 탐상 신호 취득부 (5), 출력부 (7), 및 입력부 (8) 는, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소이다.
제어부 (6) 는, 기억부 (6a) 와 데이터 베이스 (DB) (6b) 와 연산부 (6c) 를 구비하고, 초음파 탐상 장치 (4) 의 각 구성부를 제어한다. 기억부 (6a) 는, 탐상 신호 취득부 (5) 로부터 수신한 피검체의 검사 데이터 등의 각종 정보를 기억하는 일시 기억 장치이다. 특히 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 기억부 (6a) 는, 탐상 신호 취득부 (5) 로부터 수신한 최신의 탐상 신호뿐만 아니라, 복수회분 이상의 탐상 신호를 기억할 수 있는 기억 용량을 갖고 있다. 데이터 베이스 (DB) (6b) 는, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소이다.
연산부 (6c) 는, 데이터 베이스 (DB) (6b) 에 기록된 이들 데이터를 참조하면서, 기억부 (6a) 에 기억된 탐상 신호를 해석하고, 결함 에코를 검출한다. 연산부 (6c) 는, 경계 에코 검출 수단 (6d), 게이트 설정 수단 (6e), 결함 에코 검출 수단 (6f), 동기 가산 수단 (6g), 신호 감산 수단 (6h), 및 그 밖의 초음파 탐상 장치 (4) 의 각 구성부를 제어하는 제어 수단을 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현시킨다.
경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하고, 피검체에 따른 경계 에코 검출 임계값을 이용하여, 기억부 (6a) 에 기억된 복수회분의 탐상 신호에 있어서의 경계 에코 검출 시각을 검출한다. 동기 가산 수단 (6g) 은, 경계 에코 검출 수단 (6d) 이 검출한 경계 에코 검출 시각에 기초하여 복수회분의 탐상 신호를 정렬하고, 복수회분의 탐상 신호의 동기 가산 평균을 행함으로써 감산용 신호를 작성한다. 신호 감산 수단 (6h) 은, 기억부 (6a) 에 기억된 복수회분의 탐상 신호 중 최신의 탐상 신호로부터 감산용 신호를 감산한다. 이 감산시에도 경계 에코 검출 수단 (6d) 이 검출한 경계 에코 검출 시각에 기초하여 탐상 신호를 정렬한다.
게이트 설정 수단 (6e) 은, 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하고, 피검체에 따른 게이트 종점 상대 위치를 경계 에코 검출 수단 (6d) 이 검출한 경계 에코 검출 시각으로부터 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정한다. 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정할 때에 사용하는 경계 에코 검출 시각은, 감산용 신호를 감산하기 전의 탐상 신호를 이용하여 검출된 것이다. 결함 에코 검출 수단 (6f) 은, 상기와 같이 설정된 결함 에코 검출 게이트의 범위 내에 있어서 기억부 (6a) 에 기억된 탐상 신호로부터 결함 에코를 검출한다.
출력부 (7) 및 입력부 (8) 는, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소이다. 또, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치 (4) 도, 탐상 신호 취득부 (5) 가 취득한 탐상 신호를 AD 변환하여 신호 처리를 행하고, 탐상 신호의 AD 변환을 할 때의 샘플링 주파수는, 탐상 신호의 주파수의 5 배 이상인 것이 바람직하고, 탐상 신호의 주파수의 10 배 이상이면 보다 바람직하다. 또, 상기 설명한 초음파 탐상 장치 (4) 는, 초음파 프로브 (5a) 가 1 개 (반사식 탐상) 또는 1 쌍 (투과식 탐상) 인 구성으로 기재해 왔지만, 초음파 프로브 (5a) 가 복수개 (반사식 탐상) 또는 복수쌍 (투과식 탐상) 인 구성으로 할 수도 있다.
[제 2 실시형태의 초음파 탐상 방법]
이하, 도 13 및 도 14 를 참조하면서, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 장치의 구성의 도면 등을 참조하면서 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에 대하여 설명하지만, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법은, 이들 도면에 나타낸 구성에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법의 순서에 대하여 나타내는 플로우 차트이고, 도 14 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법을 개략적으로 설명하는 설명도이다. 도 13 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에서는, 처음에 연산부 (6c) 가 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하여, 피검체에 따른 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치의 설정을 행한다 (단계 S7). 데이터 베이스 (DB) (6b) 에는, 전술한 바와 같이, 피검체의 탐상 순서와 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치와의 대응 관계 등의 데이터가 기록되어 있으므로, 초음파 탐상 장치 (4) 가 현재 탐상하고 있는 피검체에 대응한 경계 에코 검출 임계값 및 게이트 종점 상대 위치가 선택된다.
다음으로, 탐상 신호 취득부 (5) 가 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여, 탐상 신호를 취득한다 (단계 S8). 그리고, 제어부 (6) 의 기억부 (6a) 가, 탐상 신호 취득부 (5) 에 의해 취득된 소정 횟수분의 탐상 신호를 일시 기억한다 (단계 S9). 기억부 (6a) 에 일시 기억하는 탐상 신호의 소정 횟수란, 미리 정해진 정수 (定數) N 및 Na 의 합인 (N＋Na) 에 의해 정해진다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (6) 의 기억부 (6a) 에 기억되어 있는 (N＋Na) 회분의 탐상 신호 중 N 회분의 탐상 신호와 Na 회분의 탐상 신호는, 후단의 취급이 상이하다. 따라서, 정수 N 및 Na 는 상이한 정수로서 정의되고, 이들 정수는, 예를 들어 조작자가 입력부 (8) 를 조작함으로써, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법의 처리 전에 미리 지정되는 것으로 한다.
탐상 신호 취득부 (5) 로부터 초음파의 펄스 신호가 송신될 때마다, 최신의 탐상 신호가 취득된다. 따라서, 단계 S9 에서는, 탐상 신호 취득부 (5) 로부터 최신의 탐상 신호가 송신될 때마다, 기억부 (6a) 는 기억되어 있는 탐상 신호 중 가장 오래된 것을 삭제하고, 기억되어 있는 (N＋Na) 회분의 탐상 신호를 갱신한다.
다음으로, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 연산부 (6c) 의 동기 가산 수단 (6g) 이, 기억부 (6a) 에 기억되어 있는 (N＋Na) 회 전부터 N 회 전까지의 Na 회분에 대응하는 탐상 신호를 판독 출력하고, 동기 가산 평균 처리를 행함으로써 감산용 신호를 취득한다 (단계 S10). 탐상 신호의 동기 가산을 행하려면, 각 탐상 신호를 기준을 정하여 정렬할 필요가 있다. 그래서, 단계 S10 에서는, 경계 에코 검출 수단 (6d) 이 검출하는 경계 에코 검출 시각을 동기 가산의 기준으로서 사용한다.
즉, 경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 단계 S7 에서 설정된 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 (N＋Na) 회 전부터 N 회 전까지의 Na 회분에 대응하는 탐상 신호의 각각의 경계 에코를 검출한다. 즉, 경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하고, 피검체에 따른 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 경계 에코의 검출을 행한다. 경계 에코 검출 수단 (6d) 은, 경계 에코 검출 임계값의 값이 정일 때는, 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 탐상 신호가 경계 에코 검출 임계값을 상회한 경우, 경계 에코 검출 임계값의 값이 부일 때는, 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 탐상 신호가 경계 에코 검출 임계값을 하회한 경우에 경계 에코가 검출된 것으로 판정하고, 이 경계 에코가 검출된 시각으로써 경계 에코 검출 시각으로 한다.
동기 가산 수단 (6g) 은, 상기와 같이 검출된 각 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 기준으로 하여 탐상 신호의 동기 가산을 행하고, 그 후 동기 가산을 행한 탐상 신호의 개수인 Na 를 나눔으로써, 탐상 신호의 동기 가산 평균을 행한다. 이와 같이, 동기 가산 수단 (6g) 의 동기 가산 평균 처리에 의해 얻어진 신호가 감산용 신호이다.
다음으로, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 연산부 (6c) 의 신호 감산 수단 (6h) 이, 기억부 (6a) 에 기억된 복수회분의 탐상 신호 중 최신의 탐상 신호로부터 상기 감산용 신호를 감산한다 (단계 S11). 이 감산시에도 경계 에코 검출 수단 (6d) 이 검출한 경계 에코 검출 시각에 기초하여 탐상 신호를 정렬한다.
다음으로, 게이트 설정 수단 (6e) 은, 데이터 베이스 (DB) (6b) 를 참조하고, 피검체에 따른 게이트 종점 상대 위치를 경계 에코 검출 수단 (6d) 이 검출한 경계 에코 검출 시각으로부터 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정한다 (단계 S12). 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정할 때에 사용하는 경계 에코 검출 시각은, 감산용 신호를 감산하기 전의 탐상 신호를 이용하여 검출된 것이다.
그리고, 연산부 (6c) 의 결함 에코 검출 수단 (6f) 이, 단계 S12 에 의해 설정된 결함 에코 검출 게이트의 범위 내에 있어서 기억부 (6a) 에 기억된 탐상 신호로부터 결함 에코를 검출한다 (단계 S13).
마지막으로, 제어부 (6) 는, 초음파 탐상 장치 (4) 가 소정 범위 또는 소정 횟수의 탐상을 종료했는지의 여부를 판정한다 (단계 S14). 소정 범위의 탐상을 종료하지 않은 경우 (단계 S14 : No), 단계 S8 로 되돌아와 탐상 신호 취득부 (5) 가 다음의 탐상 신호를 취득한다. 한편, 소정 범위의 탐상을 종료한 경우 (단계 S14 : Yes), 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법은 종료된다.
이상, 도 14 의 감산 처리 후 탐상 신호로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법에 의하면, 경계 에코가 저감된 상태에서 결함 에코 검출 게이트의 범위 내에서 결함 에코의 검출을 행하므로, 경계 에코가 변화하여 에코 검출 게이트의 범위 내에 비집고 들어갔다 해도 오검출을 일으킬 가능성이 크게 삭감된다.
이상으로부터, 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치는, 경계 에코의 형상이 피검체마다 변화해도, 미탐상 영역을 최소한으로 하면서도 오검출이 발생하지 않는다는 효과를 발휘한다. 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치는, 이 반사식 탐상 및 투과식 탐상의 어느 것에나 적용할 수 있지만, 투과식 탐상인 것이 바람직하다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 투과식 탐상인 경우, 결함 (3) 이 표면 (2a) 의 가까이에 존재할 때에는 결함 에코 F2 와 반사 에코 T2 를 분리할 수 있으면 되고, 결함 (3) 이 이면 (2b) 의 가까이에 존재할 때에는 결함 에코 F1 과 반사 에코 T2 를 분리할 수 있으면 되기 때문이다. 요컨대, 투과식 탐상인 경우, 본 발명의 실시형태에 관련된 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치는, 결함 (3) 이 표면 (2a) 의 가까이에 존재하는 경우나 결함 (3) 이 이면 (2b) 의 가까이에 존재하는 경우에도, 적절히 결함 에코의 검출이 가능해진다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 경계 에코의 형상이 피검체마다 변화해도, 미탐상 영역을 최소한으로 하면서도 오검출이 발생하지 않는 초음파 탐상 방법 및 초음파 탐상 장치를 제공할 수 있다.
1 송수신 프로브
1a 송신 프로브
1b 수신 프로브
2 피검체
3 결함
4 초음파 탐상 장치
5 탐상 신호 취득부
5a 초음파 프로브
5b 송수신부
6 제어부
6a 기억부
6b 데이터 베이스 (DB)
6c 연산부
6d 경계 에코 검출 수단
6e 게이트 설정 수단
6f 결함 에코 검출 수단
6g 동기 가산 수단
6h 신호 감산 수단
7 출력부
8 입력부

Claims (10)

  1. 피검체의 종류에 따라, 경계 에코 검출 임계값과 게이트 종점 상대 위치를 설정하는 조건 설정 단계와,
    상기 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여 탐상 신호를 취득하는 탐상 신호 취득 단계와,
    상기 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 상기 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 검출하는 경계 에코 검출 단계와,
    상기 경계 에코 검출 시각에 기초하여 결정한 기준 시각으로부터 상기 게이트 종점 상대 위치를 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정하는 결함 에코 검출 게이트 설정 단계와,
    상기 결함 에코 검출 게이트 내의 탐상 신호를 이용하여 결함 에코의 검출을 행하는 결함 에코 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계 에코 검출 단계는, 상기 경계 에코 검출 임계값의 값이 정일 때는, 소정의 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 상기 탐상 신호가 상기 경계 에코 검출 임계값을 상회한 경우, 상기 경계 에코 검출 임계값의 값이 부일 때는, 소정의 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 상기 탐상 신호가 상기 경계 에코 검출 임계값을 하회한 경우에 경계 에코가 검출된 것으로 판정하고, 상기 경계 에코가 검출된 시각으로써 경계 에코 검출 시각으로 하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결함 에코 검출 게이트 설정 단계는, 상기 기준 시각의 측정마다의 변화가 소정의 범위 내가 되도록 상기 기준 시각을 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 결함 에코 검출 게이트 설정 단계는, 상기 기준 시각의 측정마다의 변화가 소정의 범위 내가 되도록 상기 기준 시각을 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탐상 신호 취득 단계는, 상기 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여 탐상 신호를 취득하고, 취득된 소정 횟수분의 탐상 신호를 일시 기억하고,
    상기 경계 에코 검출 단계는, 상기 소정 횟수분의 탐상 신호의 각각에 대하여 상기 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 상기 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 검출하고,
    상기 결함 에코 검출 단계는, 상기 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 기준으로 하여 상기 탐상 신호의 동기 가산 평균을 행한 것을, 상기 소정 횟수분의 탐상 신호 중 최신의 탐상 신호로부터 감산하여 얻어진 탐상 신호를 이용하여 결함 에코의 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
  6. 피검체로부터 수신한 초음파를 전기 신호로 변환하여 탐상 신호를 취득하는 탐상 신호 취득부와,
    상기 피검체의 종류에 따른 경계 에코 검출 임계값과 게이트 종점 상대 위치가 기록되어 있는 데이터 베이스와,
    상기 데이터 베이스에 기록된 상기 경계 에코 검출 임계값을 이용하여 상기 탐상 신호의 경계 에코 검출 시각을 검출하는 경계 에코 검출 수단과,
    상기 경계 에코 검출 시각에 기초하여 결정한 기준 시각으로부터 상기 데이터 베이스에 기록된 상기 게이트 종점 상대 위치를 감산함으로써 결함 에코 검출 게이트의 종점을 설정하는 게이트 설정 수단과,
    상기 결함 에코 검출 게이트 내의 탐상 신호를 이용하여 결함 에코의 검출을 행하는 결함 에코 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 경계 에코 검출 수단은, 상기 경계 에코 검출 임계값의 값이 정일 때는, 소정의 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 상기 탐상 신호가 상기 경계 에코 검출 임계값을 상회한 경우, 상기 경계 에코 검출 임계값의 값이 부일 때는, 소정의 경계 에코 검출 게이트 내에 있어서 상기 탐상 신호가 상기 경계 에코 검출 임계값을 하회한 경우에 경계 에코가 검출된 것으로 판정하고, 상기 경계 에코가 검출된 시각으로써 경계 에코 검출 시각으로 하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 설정 수단은, 상기 기준 시각의 측정마다의 변화가 소정의 범위 내가 되도록 상기 기준 시각을 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 게이트 설정 수단은, 상기 기준 시각의 측정마다의 변화가 소정의 범위 내가 되도록 상기 기준 시각을 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탐상 신호 취득부가 취득한 복수회분의 탐상 신호를 일시 기억하는 기억부와,
    상기 경계 에코 검출 수단이 검출한 경계 에코 검출 시각에 기초하여 상기 탐상 신호를 정렬하고, 상기 탐상 신호의 동기 가산 평균을 행함으로써 감산용 신호를 작성하는 동기 가산 수단과,
    상기 기억부에 기억된 탐상 신호 중 최신의 탐상 신호로부터 상기 감산용 신호를 감산하여 감산 처리 후의 탐상 신호를 작성하는 신호 감산 수단을 추가로 구비하고,
    상기 결함 에코 검출 수단은, 상기 감산 처리 후의 탐상 신호를 이용하여 결함 에코의 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
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