KR20100101683A - Ultrasonic measurement device and ultrasonic measurement method - Google Patents
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Abstract
초음파 계측 장치는, 초음파 프로브 (10) 가 형성하는 초점을 피검체에 대하여 상대적으로 주사하면서, 초음파를 상기 피검체를 향하여 송신하고, 상기 피검체의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송수신 수단 (11, 12) 과, 상기 초음파 프로브와 내부 결함 사이를 전반하는 초음파의 파형을, 송수신면의 전체면에서 합성한 초음파의 파형으로서 취급하여 구해진 참조 전반 시간을 사용하여, 각 측정점에서 수신한 신호를 개구 합성 처리하는 개구 합성 처리 수단 (14) 을 구비한다.The ultrasonic measuring apparatus transmits and receives ultrasonic waves toward the subject while scanning the focal point formed by the ultrasonic probe 10 with respect to the subject, and receives and receives the reflected wave from the internal defect of the subject (11). And 12) and using the reference propagation time obtained by treating the waveform of the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic probe and the internal defect as the waveform of the ultrasonic wave synthesized on the entire surface of the transmitting / receiving surface, the signal received at each measuring point is opened. The opening synthesis processing means 14 which performs a synthesis process is provided.
Description
본 발명은 초음파 계측 장치 및 초음파 계측 방법에 관한 것으로서, 특히 비파괴 검사법의 일종인 초음파 탐상법 (探傷法) 을 이용하여 금속, 수지 등으로 이루어지는 판, 관, 원기둥 등의 각종 형상의 피검체 중에 존재하는 내부 결함의 계측에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
종래부터 비파괴 검사법의 일종인 초음파 탐상법은 강재 (鋼材) 등의 내부 결함 탐상에 널리 이용되고 있다. 이 내부 결함 탐상에 있어서는, 보다 상세한 내부 결함의 정보를 얻기 위하여 초음파 영상의 고분해능화가 요구되고 있으며, 초음파 영상의 고분해능화의 방법으로는, 이하와 같은 종래 기술이 있다.BACKGROUND ART Ultrasonic flaw detection, which is a kind of nondestructive inspection method, has been widely used for flaw detection of internal defects such as steel materials. In this internal defect flaw detection, in order to obtain more detailed internal defect information, high resolution of the ultrasound image is required. As a method of high resolution of the ultrasound image, there are the following conventional techniques.
(1) C 스캔 초음파 탐상법(1) C Scan Ultrasonic Scanning
집속 빔을 송수신하는 초음파 송수신자를 피검체에 대하여 2 차원 주사하는 C 스캔 초음파 탐상법이 있으며 (예를 들어 비특허문헌 1 참조), 고분해능이 필요한 내부 결함 검출에는 이 탐상법이 다용되고 있다.There is a C-scan ultrasonic flaw detection method that scans two-dimensionally an ultrasonic transceiver for transmitting and receiving a focused beam to a subject (for example, see Non-Patent Document 1), and this flaw detection method is widely used for detecting internal defects requiring high resolution.
(2) 개구 합성법(2) opening synthesis method
상기한 C 스캔 초음파 탐상법 이외에 고분해능인 영상화를 목적으로 한 기술로서 개구 합성법이 있다 (예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조). 이 개구 합성법의 원리를, 도 30 에 나타내는 진동자 어레이 (120) 를 피검체 (110) 의 표면에 접촉시켜 결함 영상화하는 경우를 예로 들어 설명한다. 진동자 어레이 (120) 의 각각의 진동자로부터 초음파를 송신하여 결함 에코를 검출하고, 초음파 송신부터 에코 수신까지의 시간으로부터 결함 에코의 피검체 (110) 중에서의 빔 노정을 측정한다. 개개의 진동자 120p (p = 1, 2, …) 로부터 송신되고 수신되는 초음파는 공간적으로 확산성을 갖고 있으므로, 진동자 120p 에서 검출한 에코의 빔 노정이 Wp (p = 1, 2, …) 인 것으로 하면, 반경 Wp 의 중공의 구 Sp (p = 1, 2, …) 중, 진동자 120p 가 송수신하는 초음파의 지향각 범위의 어딘가에 반사원이 존재한다. 모든 진동자를 사용하여 에코를 검출하고, 중공 (中空) 의 구 Sp 의 교점을 구하면, 이 교점이 결함 이미지가 된다. 도 30 의 예에서는, 진동자 어레이 (120) 중 A, B, C, D, E 가 검출한 에코의 빔 노정으로부터 결함 이미지를 합성하는 모습을 나타내고 있다.In addition to the C scan ultrasonic flaw detection described above, there is an aperture synthesis method as a technique for the purpose of high resolution imaging (see
이러한 어레이형 초음파 프로브를 사용한 개구 합성법으로는, 어레이 진동자의 배치, 형상에 대응한 일정한 영역에서 결함 이미지를 합성할 수 있으며, 초음파 프로브의 기계적인 주사가 불필요하여, 고속으로 초음파 탐상을 실시할 수 있다. 그리고, 어느 깊이 위치에 초점을 설정하고 개구 합성 처리하면, 상기 (1) 의 집속 빔을 사용한 C 스캔 초음파 탐상법과 동등한 탐상을 할 수 있다.The aperture synthesis method using such an array type ultrasonic probe can synthesize a defect image in a predetermined area corresponding to the arrangement and shape of the array vibrator, and does not require mechanical scanning of the ultrasonic probe, so that ultrasonic scanning can be performed at high speed. have. When the focus is set at a certain depth position and the aperture combining process is performed, the same scanning as in the C scan ultrasonic flaw detection method using the focused beam of (1) can be performed.
(3) 집속 빔을 사용한 개구 합성법(3) Opening synthesis method using focused beam
상기 (1), (2) 를 조합한 방법으로서 집속 빔을 사용한 개구 합성법이 있다 (예를 들어 특허문헌 3 참조). 이 방법은, 집속형 초음파 프로브를 주사하고, 각 측정점에서 수신한 신호를 개구 합성 처리하여, 더욱 고분해능화시키는 것이다. 도 31 에 나타내는 바와 같이, 피검체의 재구성 이미지를 동일 크기의 미소 요소로 나누고, 각 측정점 (Pi, j) 마다 계측한 빔 노정 (Wi, j) 으로부터 결함 에코원이 될 수 있는 미소 요소 (PFk, l, m) 를 골라내는 것을 특징으로 하는 방법으로서, 이 방법에 의해 집속 빔을 사용한 탐상에 있어서 분해능을 향상시킬 수 있다.As a method which combined said (1) and (2), there exists an opening synthesis method using a focused beam (for example, refer patent document 3). In this method, a focused ultrasound probe is scanned, and the signal received at each measurement point is aperture synthesized to further increase resolution. As shown in Figure 31, divides the reconstructed image of the subject to smile element of the same size, each measurement point (P i, j) each, which may be a defect echo source from the measuring beam exposed (W i, j) smile factors As a method characterized by selecting (PF k, l, m ), the resolution can be improved in flaw detection using a focused beam by this method.
또, 어레이형 초음파 프로브를 사용하여, 어느 위치에 초점을 설정하고 각 진동자의 신호를 이용하여 상기 (2) 의 개구 합성을 실시함으로써 얻어진 파형을, 집속형 초음파 프로브의 집속 빔을 사용한 탐상에 의해 얻어진 파형과 동등한 것으로 보면, 어레이형 초음파 프로브를 사용한 개구 합성법과 조합할 수 있다.The waveform obtained by focusing at a certain position using the array type ultrasonic probe and performing the opening synthesis of the above (2) using the signal of each vibrator is examined by using a focused beam of the focused ultrasonic probe. If it is equivalent to the obtained waveform, it can be combined with the aperture synthesis method using an array type ultrasonic probe.
상기 (1) ∼ (3) 의 탐상 방법에 있어서는 각각 다음과 같은 문제점이 있다.The flaw detection method of said (1)-(3) has the following problems, respectively.
(1) C 스캔 초음파 탐상법(1) C Scan Ultrasonic Scanning
집속 빔을 사용한 탐상의 분해능은 초점에서의 빔 직경 (dw) 으로 나타낼 수 있다. 빔 직경 (dw) 은, 초음파 빔의 초점 거리 (F), 파장 (λ), 진동자 (초음파 송수신자) 의 직경 (D) 을 사용하면, (1) 의 식으로 근사적으로 나타낼 수 있다.The resolution of flaw detection using a focused beam can be expressed by the beam diameter dw at the focal point. The beam diameter dw can be approximated by the formula (1) using the focal length F, the wavelength λ, and the diameter D of the vibrator (ultrasonic transceiver) of the ultrasonic beam.
dw = (Fλ)/D … (1) dw = (Fλ) / D... (One)
따라서, 분해능을 높이기 위해서는,Therefore, to increase the resolution,
(a) 초점 거리 (F) 를 짧게 한다.(a) Shorten the focal length (F).
(b) 파장 (λ) 을 짧게 한다. (b) The wavelength λ is shortened.
(c) 초음파 송수신자의 직경 (D) 을 크게 한다.(c) Increase the diameter (D) of the ultrasonic transceiver.
라는 3 가지 방법이 있다. There are three ways called.
그러나, (a) 의 방법에서는, 피검체의 표면에 가까운 부분밖에 탐상할 수 없게 된다는 문제가 발생한다. (b) 의 방법에서는, 초음파의 감쇠가 커져 결함의 검출이 어려워진다는 문제가 발생한다. 그리고, (c) 의 방법에서는, 초음파 송수신자의 전기 임피던스가 지나치게 낮아져 사용할 수 없게 된다는 문제가 발생한다. 따라서, 집속 빔의 사용에 의한 고분해능화에는 한계가 있다.However, in the method of (a), there arises a problem that only a portion close to the surface of the subject can be inspected. In the method of (b), the attenuation of ultrasonic waves becomes large, and a problem arises that detection of a defect becomes difficult. In the method of (c), a problem arises in that the electrical impedance of the ultrasonic transceiver is too low to be used. Therefore, there is a limit to high resolution by using a focused beam.
(2) 개구 합성법(2) opening synthesis method
이 개구 합성법은, 도 30 에도 나타내고 있는 바와 같이, 넓은 범위에 걸쳐서 결함 에코를 검출하기 위하여 초음파 송수신자에는 넓은 지향각이 필요시되어, 초음파 빔을 좁은 영역에 집속시켜 측정하는 C 스캔 탐상법과는 불상용 (不相容) 의 기술로 여겨져 왔다.As shown in Fig. 30, this aperture synthesis method is different from the C-scan flaw detection method, in which an ultrasonic transceiver requires a wide direct angle to detect a defect echo over a wide range, and focuses the ultrasound beam in a narrow area. It has been regarded as a technique of commercial use.
(3) 집속 빔을 사용한 개구 합성법 (3) Opening synthesis method using focused beam
이 방법에 있어서도, 고집속인 초음파 빔을 사용한 경우에는 분해능이 향상되지 않는다는 문제점이 있었다. 구체적으로는, 초음파 진동자가 큰 집속형 초음파 프로브나, 개구 합성 처리에 사용하는 초음파 진동자 어레이열의 영역이 큰 어레이형 초음파 프로브를 사용하고, 또한 초점 거리, 피검체까지의 거리, 프로브로부터의 접촉 매질 환산 거리가, 초음파 프로브의 사이즈에 대하여 충분히 길지 않은 경우에 문제가 있었다.Also in this method, there was a problem that the resolution did not improve when a highly focused ultrasonic beam was used. Specifically, a focused ultrasound probe with a large ultrasonic vibrator or an array-type ultrasonic probe having a large area of the ultrasonic vibrator array string used for the opening synthesis process is used, and a focal length, a distance to a subject, and a contact medium from the probe are used. There was a problem when the converted distance was not long enough with respect to the size of the ultrasonic probe.
이하에 그 이유를 나타낸다.The reason is as follows.
이 방법에서는, 초음파의 송수신은 초음파 진동자의 중심 1 점에서 이루어지고 있다고 가정하고, 초음파 프로브로부터 미소 요소까지의 왕복 전반 (傳搬) 시간을, 도 32 에 나타내는 바와 같이, 송수신점으로부터 미소 요소까지의 유일한 경로 상을 초음파가 전반하는 것으로 하여 산출하고 있다. 그러나, 실제로는 초음파의 송수신은 초음파 진동자 전체면에서 실시되고 있다. 이 때문에, 특히 초음파 진동자가 크고 초점 거리가 짧은 집속형 초음파 프로브를 사용하는 경우에는, 1 점에서의 송수신이라는 가정으로부터 크게 벗어나기 때문에, 상기한 특허문헌 3 에 기재되어 있는 바와 같은 기술로 내부 결함 영상화의 분해능을 높이기는 곤란하였다.In this method, it is assumed that the transmission and reception of ultrasonic waves is performed at one center of the ultrasonic vibrator, and the reciprocating propagation time from the ultrasonic probe to the microelement is shown from FIG. 32 to the microelement. Ultrasonic wave propagates on the only path | route phase of to calculate. However, in practice, the transmission and reception of the ultrasonic waves is performed on the entire surface of the ultrasonic vibrator. For this reason, especially when an ultrasonic vibrator uses a focused ultrasound probe with a large focal length, the internal defect imaging is performed by the technique described in Patent Document 3, because it greatly deviates from the assumption of transmission and reception at one point. It was difficult to increase the resolution.
발명의 개시Disclosure of Invention
본 발명은 초음파 진동자가 크고 초점 거리가 짧은 집속형 초음파 프로브나, 개구 합성 처리에 사용하는 초음파 진동자 어레이열의 면적이 크고 초점 거리가 짧은 개구 합성을 이용한 탐상에 있어서 내부 결함의 계측 분해능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.The present invention improves the measurement resolution of internal defects in flaw detection using a focused ultrasound probe having a large ultrasonic vibrator and a short focal length, or an aperture synthesizer using a large area and a short focal length of the ultrasonic vibrator array array used for the opening synthesis process. The purpose.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하로 이루어지는 초음파 계측 장치를 제공한다: In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic measuring device consisting of:
초음파 프로브가 형성하는 초점을 피검체에 대하여 상대적으로 주사하면서, 초음파를 상기 피검체를 향하여 송신하고, 상기 피검체의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송수신 수단과, Transmitting and receiving means for scanning the focal point formed by the ultrasonic probe relative to the subject, transmitting ultrasonic waves toward the subject, and receiving reflected waves from the internal defects of the subject;
상기 초음파 프로브와 내부 결함 사이를 전반하는 초음파의 파형을, 송수신면의 전체면에서 합성한 초음파의 파형으로서 취급하여 구해진 참조 전반 시간을 이용하여, 각 측정 위치에서 수신한 신호의 개구 합성 처리를 실시하는 개구 합성 처리 수단.Opening synthesis processing of the signal received at each measurement position is performed using the reference propagation time obtained by treating the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic probe and the internal defect as the waveform of the ultrasonic wave synthesized on the entire surface of the transmission / reception surface. Aperture synthesis processing means.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치는, 이하인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the ultrasonic measuring apparatus which concerns on this invention is the following.
각 측정 위치에 있어서, 상기 반사파에 기초하여 내부 결함까지의 전반 시간을 측정하는 전반 시간 측정 수단을 구비하고, At each measurement position, it is provided with the propagation time measuring means which measures the propagation time to an internal defect based on the said reflected wave,
상기 개구 합성 처리 수단이, 상기 참조 전반 시간이 동등해지는 피검체 내부의 위치를 이어 형성된 등전반 시간면을, 상기 전반 시간 측정 수단에서 측정한 전반 시간에 대응하여 추출하여, 등전반 시간면의 위치를 결함 위치로 한다.The opening synthesis processing means extracts the isoelectric time plane formed by linking the position inside the subject to which the reference propagation time is equal to the propagation time measured by the propagation time measurement means, and thus the position of the isoelectric time plane. Is the defect position.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치는, 상기 개구 합성 처리 수단에서 구해진 결함 후보 위치마다, 상기 주사를 실시한 동안에 추출된 횟수를 산출하고, 그 산출된 횟수를 결함 후보 위치에 대응시켜 표시하는 표시 수단을 갖는 것이 바람직하다.Moreover, the ultrasonic measuring apparatus which concerns on this invention calculates the number of times extracted during the said scanning for every defect candidate position calculated | required by the said opening synthesis | combining processing means, and display means which displays the calculated number corresponding to a defect candidate position, and displays it. It is preferable to have.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치에 있어서, 상기 개구 합성 처리 수단이, 상기 참조 전반 시간에 기초하여 산출된 지연 시간에 따라, 상기 송수신 수단에서 수신한 반사파를 지연시킨 후, 가산하여 신호를 생성하는 것이 바람직하다.Further, in the ultrasonic measuring apparatus according to the present invention, the aperture combining processing means delays the reflected wave received by the transmitting and receiving means according to the delay time calculated based on the reference propagation time, and then adds to generate a signal. It is desirable to.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치는, 상기 개구 합성 처리 수단에서 생성된 신호 데이터를 표시하는 표시 수단을 갖는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the ultrasonic measuring apparatus which concerns on this invention has display means which displays the signal data produced | generated by the said opening composition processing means.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치에 있어서, 상기 참조 전반 시간을 이하와 같이 산출하는 것이 바람직하다: Moreover, in the ultrasonic measuring apparatus according to the present invention, it is preferable to calculate the reference propagation time as follows:
초음파 프로브의 송수신면의 전체면을 복수 영역으로 분할하고, Divide the entire surface of the transmitting and receiving surface of the ultrasonic probe into a plurality of regions,
그 분할된 각 영역과 내부 결함 사이에 송수신되는 초음파의 파형을 구하고,Obtains the waveform of the ultrasonic wave transmitted and received between each divided region and the internal defect,
그 파형을 상기 초음파 프로브 전체면에 대하여 합성한 파형으로부터 참조 전반 시간을 산출한다.The reference propagation time is calculated from the waveform obtained by synthesizing the waveform with respect to the entire surface of the ultrasonic probe.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치에 있어서, 상기 참조 전반 시간을 이하와 같이 산출하는 것이 바람직하다:Moreover, in the ultrasonic measuring apparatus according to the present invention, it is preferable to calculate the reference propagation time as follows:
미리 인공적으로 제조한 내부 결함을 갖는 피검체를 사용하여, 상기 초음파 프로브가 형성하는 초점과 상기 피검체를 상대적으로 주사하면서, 초음파를 상기 피검체를 향하여 송신하고, 상기 피검체의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신함으로써 참조 전반 시간을 구한다.Using a subject having an internal defect manufactured artificially in advance, ultrasonic waves are transmitted toward the subject while relatively scanning the focal point formed by the ultrasonic probe and the subject, and from the internal defect of the subject The reference propagation time is obtained by receiving the reflected wave.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치에 있어서, 상기 초음파 프로브는 집속형 초음파 프로브인 것이 바람직하다.Moreover, in the ultrasonic measuring apparatus which concerns on this invention, it is preferable that the said ultrasonic probe is a focused ultrasonic probe.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치에 있어서, 상기 초음파 프로브는, 복수의 진동자가 배열된 어레이형 초음파 프로브인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치는, 상기 각 진동자의 신호를 개구 합성 처리에 의해 초점을 형성하여, 상기 각 측정점에서 수신한 신호로 하는 신호 처리 수단을 갖는 것이 바람직하다. Moreover, in the ultrasonic measuring apparatus which concerns on this invention, it is preferable that the said ultrasonic probe is an array type ultrasonic probe in which several vibrators were arranged. Moreover, it is preferable that the ultrasonic measurement apparatus which concerns on this invention has a signal processing means which focuses the signal of each said vibrator by opening synthesis | combination process, and uses it as the signal received by said each measuring point.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 장치는, 상기 개구 합성 처리 수단에서 개구 합성 처리된 신호를 이용하여 결함을 판정하는 결함 판정 수단을 갖는 것이 바람직하다. Moreover, it is preferable that the ultrasonic measuring apparatus which concerns on this invention has defect determination means which judges a defect using the signal synthesize | combined by the opening synthesis | combination process means by the said opening synthesis | combination processing means.
또, 본 발명에 관한 초음파 계측 방법은, In addition, the ultrasonic measurement method according to the present invention,
초음파를 상기 피검체를 향하여 송신하고, 상기 피검체의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송수신 단계와, Transmitting / receiving ultrasonic waves toward the subject and receiving reflected waves from internal defects of the subject;
상기 초음파 프로브와 내부 결함 사이를 전반하는 초음파의 파형을, 송수신면의 전체면에서 합성한 초음파의 파형으로서 취급하여 구해진 참조 전반 시간을 이용하여, 각 측정점에서 수신한 신호의 개구 합성 처리를 실시하는 개구 합성 처리 단계를 구비한 것이다. Opening synthesis processing of the signal received at each measurement point is performed by using the reference propagation time obtained by treating the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic probe and the internal defect as the waveform of the ultrasonic wave synthesized on the entire surface of the transmission and reception surface. An aperture synthesis treatment step.
본 발명은 초음파 프로브가 형성하는 초점을 상기 피검체에 대하여 상대적으로 주사하면서, 초음파를 상기 피검체를 향하여 송신하고, 상기 피검체의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송수신 수단과, 상기 초음파 프로브와 내부 결함 사이를 전반하는 초음파의 파형을, 송수신면의 전체면에서 합성한 초음파의 파형으로서 취급하여 구해진 참조 전반 시간을 이용하여, 각 측정점에서 수신한 신호의 개구 합성 처리를 실시하는 개구 합성 처리 수단을 구비하고 있으며, 이 때문에 내부 결함의 계측 분해능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, transmitting and receiving means for transmitting an ultrasonic wave toward the subject and receiving the reflected wave from the internal defect of the subject while scanning the focal point formed by the ultrasonic probe relative to the subject, the ultrasonic probe and Aperture synthesis processing means for performing aperture synthesis processing of the signal received at each measurement point, using the reference propagation time obtained by treating the waveform of the ultrasonic wave propagating between internal defects as the waveform of the ultrasonic wave synthesized on the entire surface of the transmission / reception surface. In this regard, the measurement resolution of the internal defect can be improved.
도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관한 초음파에 의한 내부 결함의 영상화 장치의 구성도이다.
도 2 는, 본 발명의 등전반 시간면의 설명도이다.
도 3 은, 초음파 전반 해석에 의해 초음파 전반 시간을 얻기 위한 처리 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 4a ∼ 도 4c 는, 전반 시간을 얻는 방법의 순서를 나타낸 설명도이다.
도 5 는, 등전반 시간면을 준비할 때의 처리 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6 은, 전반 시간의 변화량과 등전반 시간면의 관계를 나타낸 설명도이다.
도 7 은, 등전반 시간면의 데이터의 예이다.
도 8 은, 결함 이미지를 합성할 때의 처리를 나타낸 플로우 차트이다.
도 9 는, 수(水) 전반 시간과 피검사체 전반 시간의 설명도이다.
도 10 은, 1 개의 등전반 시간면을 이용하여 상이한 전반 시간에서의 등전반 시간면을 그리는 방법의 설명도이다.
도 11 은, 영상화 처리의 설명도이다.
도 12a ∼ 도 12c 는, 본 발명의 실시예의 효과를 종래 방법의 결과에 대비하여 나타낸 도면이다.
도 13 은, 본 발명의 실시형태 2 에서의 개구 합성의 설명도이다.
도 14 는, 본 발명의 실시형태 3 에 관한 초음파에 의한 내부 결함의 영상화 장치의 구성도이다.
도 15 는, 본 발명의 등전반 시간면의 설명도이다.
도 16 은, 초음파 전반 해석에 의해 초음파 전반 시간을 얻기 위한 처리 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 17 은, 결함 위치에서의 초음파 파형을 취득하기 위한 처리 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 18 은, 어레이형 초음파 프로브에서 수신하고, 개구 합성 처리하여 출력 파형을 취득하기 위한 처리 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 19 는, 전반 시간을 얻는 방법의 순서를 나타낸 설명도이다.
도 20 은, 등전반 시간면을 준비할 때의 처리 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 21 은, 전반 시간의 변화량과 등전반 시간면의 관계를 나타낸 설명도이다.
도 22 는, 등전반 시간면의 데이터의 예이다.
도 23 은, 결함 이미지를 합성할 때의 처리를 나타낸 플로우 차트이다.
도 24 는, 수 전반 시간과 피검사체 전반 시간의 설명도이다.
도 25 는, 1 개의 등전반 시간면을 이용하여 상이한 전반 시간에서의 등전반 시간면을 그리는 방법의 설명도이다.
도 26 은, 영상화 처리의 설명도이다.
도 27a ∼ 도 27c 는, 본 발명의 실시예의 효과를 종래 방법의 결과에 대비하여 나타낸 도면이다.
도 28 은, 본 발명의 실시형태 4 에 있어서, 전반 시간 변화량의 프로파일로부터 지연 시간을 구성하여 파형 재합성을 실시하는 방법의 설명도이다.
도 29 는, 선집속형 리니어 어레이형 초음파 프로브를 나타낸 도면이다.
도 30 은, 종래의 개구 합성 방법의 원리 설명도이다.
도 31 은, 종래 기술 (특허문헌 3) 에서의 결함 이미지 합성 방법의 설명도이다.
도 32 는, 종래 기술에서의 초음파 프로브와 미소 요소의 경로를 나타내는 설명도이다.1 is a configuration diagram of an imaging apparatus for internal defects by ultrasonic waves according to
2 is an explanatory diagram of an isoelectric time plane of the present invention.
3 is a flowchart showing a processing method for obtaining ultrasonic wave propagation time by ultrasonic wave propagation analysis.
4C are explanatory drawing which showed the procedure of the method of obtaining propagation time.
5 is a flowchart illustrating a processing method when preparing an isoelectric time plane.
6 is an explanatory diagram showing a relationship between a change amount of propagation time and an isoelectric time plane.
7 is an example of data of an isoelectric time plane.
8 is a flowchart illustrating processing when synthesizing a defect image.
9 is an explanatory diagram of a water propagation time and a test subject propagation time.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a method of drawing an isoelectric time plane at different propagation times using one isoelectric time plane. FIG.
11 is an explanatory diagram of an imaging process.
12A to 12C are views showing the effects of the embodiments of the present invention in comparison with the results of the conventional method.
It is explanatory drawing of opening synthesis in
14 is a configuration diagram of an imaging apparatus for internal defects by ultrasonic waves according to Embodiment 3 of the present invention.
15 is an explanatory diagram of an isoelectric time plane of the present invention.
16 is a flowchart illustrating a processing method for obtaining ultrasonic wave propagation time by ultrasonic wave propagation analysis.
17 is a flowchart illustrating a processing method for acquiring the ultrasonic wave waveform at the defect position.
Fig. 18 is a flowchart showing a processing method for receiving an array type ultrasonic probe, performing aperture synthesizing to obtain an output waveform.
19 is an explanatory diagram showing a procedure of a method for obtaining a propagation time.
20 is a flowchart illustrating a processing method when preparing an isoelectric time plane.
21 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of change in propagation time and the isoelectric time plane.
22 is an example of data of an isoelectric time plane.
Fig. 23 is a flowchart showing processing when synthesizing a defect image.
It is explanatory drawing of the water propagation time and a test subject time.
FIG. 25 is an explanatory diagram of a method of drawing the isoelectric time planes at different propagation times using one isoelectric time plane. FIG.
26 is an explanatory diagram of an imaging process.
27A to 27C are views showing the effects of the embodiments of the present invention in comparison with the results of the conventional method.
FIG. 28 is an explanatory diagram of a method of performing waveform resynthesis by constructing a delay time from the profile of the amount of change in propagation time in Embodiment 4 of the present invention. FIG.
29 is a diagram illustrating a linear focusing linear array ultrasonic probe.
30 is a principle explanatory diagram of a conventional aperture synthesizing method.
It is explanatory drawing of the defect image synthesis method in the prior art (patent document 3).
It is explanatory drawing which shows the path | route of the ultrasonic probe and a microelement in a prior art.
발명을 실시하기To practice the invention 위한 형태 Form for
본 발명자들은, 내부 결함을 고분해능으로 계측하는, 특히 결함 형상을 수십 ∼ 수백 ㎛ 정도의 분해능으로 계측하기 위해서는,MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to measure internal defects with high resolution, especially the measurement of a defect shape with the resolution of about tens-several hundred micrometers,
계측 초음파 진동자가 큰 집속형 초음파 프로브나, 개구 합성 처리에 이용하는 초음파 진동자 어레이열의 영역이 큰 어레이형 초음파 프로브를 사용하고, 초점 거리, 피검체까지의 거리, 초음파 프로브로부터의 접촉 매질 환산 거리가 초음파 프로브의 송수신을 실시하는 진동자 영역의 사이즈에 대하여 충분히 길지 않은 경우에는, A focused ultrasound probe with a large measuring ultrasonic vibrator or an array type ultrasonic probe having a large area of the ultrasonic vibrator array array used for the opening synthesis process is used, and the focal length, the distance to the subject, and the contact medium conversion distance from the ultrasonic probe are ultrasonic. If it is not long enough for the size of the vibrator area for transmitting and receiving probes,
종래 기술에서는, 고분해능으로 계측할 수 없다는 지견을 얻었다.In the prior art, knowledge has been obtained that measurement cannot be performed with high resolution.
구체적으로는, 특허문헌 3 의 실시예에 나타내는 조건 (초점 거리, 피검체 거리, 접촉 매질 환산 거리가, 진동자 영역 (송수신하는 진동자 영역의 사이즈) 에 대하여 약 8 배) 이면, 특허문헌 3 의 기술로도 분해능적으로는 문제가 없다. 그러나, 그 조건보다 초점 거리, 피검체 거리, 접촉 매질 환산 거리의, 진동자 영역에 대한 비가 작아지면, 분해능이 나빠지는 것을 알 수 있었다.Specifically, if the conditions (focal length, object distance, contact medium conversion distance shown in the example of patent document 3 are about 8 times with respect to an oscillator area | region (size of the oscillator area to transmit / receive)), description of patent document 3 Even resolution is no problem. However, when the ratio of the focal length, the subject distance, and the contact medium conversion distance to the vibrator region becomes smaller than the conditions, it was found that the resolution becomes worse.
또한, 접촉 매질 환산 거리 (L) 란, 하기 식으로 나타내며, 초음파가 복수의 매질 중을 전반하는 경우, 초음파 프로브와 임의의 위치 (예를 들어, 내부 결함까지의 거리 등) 까지의 실제 거리를 프로브의 진동자가 접촉하고 있는 매질에서의 거리로 환산하여 나타내는 거리로서, 환산은 굴절을 고려하여 기하학적으로 실시한다. 실질적으로는, 초점 거리와 동등한 값이다.In addition, the contact medium conversion distance L is represented by the following formula, and when the ultrasonic wave propagates in a plurality of mediums, the actual distance to the ultrasonic probe and an arbitrary position (for example, a distance to an internal defect, etc.) The distance is expressed in terms of the distance from the medium in which the oscillator of the probe is in contact, and the conversion is performed geometrically in consideration of the refraction. Practically, it is a value equivalent to the focal length.
L = L1 + L2 × (C2/C1) + L3 × (C3/C1) + ----------L = L1 + L2 × (C2 / C1) + L3 × (C3 / C1) + ----------
단, L1, L2, L3, … ; 매질 1, 2, 3, … (매질 1 은 접촉 매질) 중의 실제 전반 거리,Provided that L1, L2, L3,... ;
C1, C2, C3, … ; 매질 1, 2, 3, … (매질 1 은 접촉 매질) 중의 음속C1, C2, C3,... ;
그 분해능이 나빠지는 원인으로는, 종래의 방법에서는, 초음파의 송수신은, 초음파 프로브 중에서 송수신하는 영역의 중심의 1 점에서 이루어지고 있다고 가정하고, 그 영역의 중심으로부터 미소 요소까지의 전반 시간에 기초하여, 전반 거리를 산출하고, 그 전반 거리를 반경으로 하는 구면 상에, 반사원 (내부 결함) 이 존재할 가능성이 있는 것으로 하여 개구 합성하고 있다. 그러나, 초점 거리, 피검체 거리, 접촉 매질 거리의, 진동자 영역에 대한 비가 작아지면, 내부 결함과 초음파 프로브의 중심까지의 거리와, 내부 결함과 초음파 프로브의 중심 이외의 점 (중심 주변으로부터 단부 (端部) 까지의 영역) 의 거리가 상이한 경우의 차가, 전반 거리에 대하여 그 비율이 커진다.As a cause of the deterioration of resolution, in the conventional method, it is assumed that transmission and reception of ultrasonic waves is made at one point of the center of the area to be transmitted and received among the ultrasonic probes, and based on the propagation time from the center of the area to the minute element. Thus, the first half distance is calculated, and opening synthesis is performed on the spherical surface having the first half distance as a radius as a reflection source (internal defect) may exist. However, when the ratio of the focal length, the object distance, and the contact medium distance to the vibrator region becomes small, the distance between the internal defect and the center of the ultrasonic probe and the point other than the internal defect and the center of the ultrasonic probe (ends from the periphery of the center ( The difference in the case where the distance of the area | region to a part) differs becomes large with respect to a propagation distance.
또, 초음파의 송수신은 초음파 프로브의 전체면에서 실시되며, 전체면의 각 영역에서 수신한 신호가 합성된 것이 수신 신호로 되어 있다고 생각할 수 있다. 요컨대, 종래의 개구 합성 처리는, 전반 시간 그 자체가 전반 거리로서, 초음파 프로브 중심의 1 점으로부터, 그 전반 거리를 반경으로 하여 구면을 그리고, 그것을 반사원인 결함이 존재할 가능성이 있는 위치로 하고 있으므로, 초음파 프로브의 중심 이외의 주변 영역에서의 송수신의 영향을 무시하고 있는 것이 되므로, 상기 서술한 바와 같은 조건에서는 고분해능인 계측이 곤란해진다.In addition, it is conceivable that the transmission and reception of the ultrasonic waves is performed on the entire surface of the ultrasonic probe, and that the received signals are synthesized by the signals received in each area of the entire surface. In other words, in the conventional aperture synthesizing process, the propagation time itself is a propagation distance, and from one point of the center of the ultrasonic probe, a spherical surface is drawn with the radius of the propagation distance as the radius, and it is a position where a defect which is a reflection source may exist. Since the influence of the transmission and reception in the peripheral region other than the center of the ultrasonic probe is ignored, high resolution measurement becomes difficult under the conditions as described above.
따라서, 초점 거리, 피검체 거리, 접촉 매질 거리의, 진동자 영역에 대한 비가 작아진다는 조건에서 고분해능 계측을 실시하기 위해서는, 초음파 프로브의 중심 이외의 주변으로부터 단부까지의 영역에서의 송수신의 영향을 고려할 필요가 있다는 지견을 얻은 것이다.Therefore, in order to perform high resolution measurement under the condition that the ratio of the focal length, the subject distance, and the contact medium distance to the vibrator area becomes small, the influence of the transmission and reception in the area from the periphery to the end other than the center of the ultrasonic probe is considered. I have found that there is a need.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명은 초음파 프로브에서는 초음파의 송수신이 초음파 프로브의 전체면에서 이루어지고 있다는 점에 주목하여, 초음파 프로브의 위치와 내부 결함의 위치에 따라, 내부 결함으로부터의 반사파의 전반 시간이 어떻게 바뀔지를 미리 해석해 두고, 그 해석 결과를 이용한 신호 처리를 실시함으로써, 대구경, 단초점의 초음파 프로브를 사용한 탐상에 개구 합성법을 조합할 수 있다는 지견에 기초하는 것이다. 그 구체예를 실시형태 1 및 실시형태 2 로서 각각 설명한다.As described above, the present invention, in the ultrasonic probe, note that the transmission and reception of the ultrasonic wave is performed on the entire surface of the ultrasonic probe, and according to the position of the ultrasonic probe and the position of the internal defect, the propagation time of the reflected wave from the internal defect is determined. This analysis is based on the knowledge that the aperture synthesis method can be combined in a flaw detection using a large-diameter, short-focused ultrasonic probe by analyzing in advance how it changes and performing signal processing using the analysis result. The specific example is demonstrated as
실시형태 1.
도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관한 초음파 계측 장치의 일례인, 초음파 영상화 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus, which is an example of the ultrasonic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 1 에 있어서, 1 은 검사 대상인 피검체를 나타낸다. 이 예에서는 피검체 (1) 는 정지 피검체이고 매체는 물을 사용하고 있으며, 액침법을 이용하여 내부 결함을 이미징한다. 10 은 집속 빔을 송수신하는 집속형 초음파 프로브 (이하, 간단히 초음파 프로브라고도 한다) 로서, 송신 회로 (11) 로부터의 일정 주기의 전기 펄스에 의해 초음파 집속 빔을 피검체 (1) 를 향하여 송신함과 함께, 피검체 (1) 의 표면 및 내부로부터의 반사파 (에코) 를 수신한다. 수신된 신호는, 수신 증폭기 (12) 에 의해 나중의 신호 처리에 적합한 적정 레벨로 증폭된다.In FIG. 1, 1 represents the test subject which is a test object. In this example, the
또한, 송신 회로 (11) 및 수신 증폭기 (12) 는 본 발명의 송수신 수단에 상당한다. 초음파 프로브 (10) 는, 적당한 주사 수단에 의해 피검체 (1) 상에서 2 차원 주사 (x-y 주사) 되고, 그 위치는 x 방향 위치 검출 수단 (21) 및 y 방향 위치 검출 수단 (22) 에 의해 각각 검출되어, 반사 파형 데이터부 (13) 에 보내진다. 또한, 집속 빔을 송수신하는 초음파 프로브 (10) 는, 곡면 형상의 송수신면을 갖는 1 개의 초음파 진동자로 집속 빔을 형성하는 구성으로 해도 되고, 복수의 초음파 진동자가 곡률을 갖도록 하여 배열시키고, 그에 따라 집속 빔을 형성하는 구성으로 해도 된다.In addition, the
반사 파형 데이터부 (13) 는, 수신 증폭기 (12), x 방향 위치 검출 수단 (21) 및 y 방향 위치 검출 수단 (22) 의 출력에 기초하여 각 위치 (Pi, j) 에 대응한 반사 파형 데이터를 검출하고, 그 출력은 결함 이미지 합성 처리부 (14) 에 보내진다. 결함 이미지 합성 처리부 (14) 는, 본 발명의 개구 합성 수단에 상당하는 것으로서, 초음파의 전반 시간을 계측한다. 송신 펄스와 피검체 표면에서의 반사된 표면 에코 (51) 를 수신할 때까지의 타이밍의 차, 즉 수(水) 전반 시간을, 표면 에코 (51) 와 결함 에코 (52) 의 수신 타이밍의 차, 즉 초음파의 피검체 전반 시간을 계측한다. 또한, 피검체 표면과 초음파 프로브 (10) 의 주사면이 거의 평행이면, 수 전반 시간은 일정한 것으로 생각해도 되므로, 수 전반 시간을 1 회 측정 (혹은, 배치 관계로부터도 구해도 된다) 해 두면, 이후에는 표면 에코 (51) 와 결함 에코 (52) 의 수신 타이밍의 차인 피검체 전반 시간만을 측정하면 된다. 계측된 각 전반 시간 (이하, 측정 전반 시간이라고 한다) 은, 이 때의 초음파 프로브 (10) 의 중심 위치 (Pi, j) (i: x 방향의 위치, j: y 방향의 위치) 와 대응시켜 기록된다.The reflected
또, 등전반 시간면 데이터부 (15) 에는, 기억 장치로 구성되어 있으며, 예를 들어 초음파 전반 해석에 의해 미리 구해 둔 등전반 시간면의 데이터를 보존해 두는 것으로 한다. 이 등전반 시간면이란, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 프로브의 표면으로부터 그 점에 있는 미소 결함까지의 왕복 전반 시간이 동등해지는 점을 이어 만들어진 면이다. 이 등전반 시간면은, 초음파 프로브 (10) 의 피검체 표면까지의 거리 및 피검체 표면으로부터의 결함의 깊이에 따라 변화되기 때문에, 결함의 깊이마다의 복수의 등전반 시간면 데이터를 준비한다.In addition, it is assumed that the isoelectric time
본 실시형태 1 에서는, 결함 이미지 합성 처리에 앞서 초음파 전반 해석에 의한 등전반 시간면을 작성한다. 또한, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 등전반 시간면의 작성은 결함 이미지 합성 중에 실시해도 된다.In the first embodiment, an isoelectric time plane by ultrasonic propagation analysis is created prior to the defect image synthesis process. In addition, this invention is not limited to this, The preparation of an isoelectric time surface may be performed during defect image synthesis.
도 2 에 나타내는 등전반 시간면의 작성이 필요한데, 그 일례로서 초음파 전반 해석에 의한 전반 시간의 산출 순서를, 도 3 의 플로우 차트 및 도 4 의 설명도에 기초하여 설명한다.Although preparation of the isoelectric time surface shown in FIG. 2 is required, the calculation procedure of the propagation time by the ultrasonic propagation analysis will be described based on the flowchart of FIG. 3 and the explanatory drawing of FIG. 4 as an example.
도 3 은, 초음파 전반 해석에 의해 초음파 전반 시간 (이하, 참조 전반 시간이라고 한다) 을 얻는 방법의 플로우 차트이며, 도 4 는, 참조 전반 시간을 얻는 방법의 순서를 나타낸 설명도이다. 여기서, 도 4 에서는 편의상 프로브나 경로를 2 차원으로 나타내고 있지만, 본 실시형태 1 에 있어서는, 프로브나 경로는 3 차원 공간 중에 있는 것으로서 해석하고 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 2 차원 상에서 처리해도 된다.3 is a flowchart of a method of obtaining an ultrasonic propagation time (hereinafter referred to as reference propagation time) by ultrasonic propagation analysis, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing a procedure of a method of obtaining a reference propagation time. In FIG. 4, the probe and the path are shown in two dimensions for convenience, but in the first embodiment, the probe and the path are interpreted as being in a three-dimensional space. However, this invention is not limited to this, You may process on two dimensions.
(S1) 초음파 프로브 표면을 미소 면적의 영역 (이하, 미소 요소라고 한다) 으로 나눈다.(S1) The surface of the ultrasonic probe is divided into regions of minute area (hereinafter referred to as minute elements).
(S2) 미소 요소로부터 송신되는 초음파 파형을 설정한다.(S2) An ultrasonic wave wave transmitted from the micro element is set.
(S3) 초음파 프로브의 표면 상의 각 영역으로부터, 미리 설정된 미소 결함 (본 발명의 설정 내부 결함에 상당) 까지의 경로를 구한다. 도 4 의 상단에서는, 4 개의 영역 A - D 에 대하여 그 경로를 나타내고 있다. 여기서는 미소 요소의 중심에 있어서, 점에서 송수신이 이루어지는 것으로 하여 경로를 구한다. 또한, A - D 는, 설명을 위하여 미소 요소의 일부를 나타낸 것이다.(S3) The path | route from each area | region on the surface of an ultrasonic probe to a predetermined microdefect (corresponding to the set internal defect of this invention) is calculated | required. In the upper part of FIG. 4, the path | route is shown about four area | region A-D. In this case, the path is determined by transmitting and receiving at a point in the center of the minute element. In addition, A-D has shown a part of microelement for description.
(S4) 1 개의 영역으로부터 송신된 초음파가 경로를 전반하여 미소 결함에 도달하였을 때의 파형을 구한다. 이 때 경로 상을 전반할 때의 전반 시간과 감쇠를 고려한다.(S4) The waveform when the ultrasonic wave transmitted from one area reaches the micro defect through the path | route is calculated | required. Consider the propagation time and attenuation when propagating on the path.
(S5) 도 4 의 중단과 같이 하여, 순서대로 상기한 (S4) 의 계산을 모든 미소 요소 (도면에서는, A ∼ D 를 순서대로) 에 대하여 실시하고, 순차 구해진 파형을 합한다.(S5) In the same manner as in the middle of FIG. 4, the calculation of the above-mentioned (S4) is sequentially performed on all the minute elements (in the drawings, A to D in order), and the waveforms obtained sequentially are summed.
(S6) 모든 영역에 대하여 계산할 때까지 상기한 (S4) 및 (S5) 의 처리를 반복하고, 모든 영역에 대한 계산이 종료되면, 처리 (S7) 로 이행한다.(S6) The above-described processes of (S4) and (S5) are repeated until the calculations are made for all the regions, and when the calculation for all the regions is finished, the process proceeds to the process (S7).
(S7) 상기한 (S5) 에서 얻어진 파형의 초음파를 미소 결함으로부터 출사시킨다.(S7) The ultrasonic waves of the waveforms obtained in the above (S5) are emitted from the microscopic defects.
(S8) 그리고, 이 때 1 개의 영역에서 수신되는 파형을 구한다.(S8) Then, the waveform received in one area is obtained.
(S9) 얻어진 초음파 파형을 합한다. (S9) The obtained ultrasonic waves are summed.
(S10) 도 4 의 하단과 같이 하여, 상기한 (S8) 및 (S9) 의 계산을 모든 영역에 대하여 실시할 때까지 반복한다.(S10) As in the lower end of Fig. 4, the above calculations of S8 and S9 are repeated until all regions are performed.
(S11) 상기한 (S9) 에서 얻어진 합성 파형으로부터 도달 시각을 판독한다. 이 때, 시각을 판독하는 방법은, 임계값을 설정하여 상승 시각을 취득하거나, 동일하게 임계값을 취득하여 하강 시각을 취득하거나, 파형이 피크값이 되는 시각을 취득하는 방법 등이 있으며, 이 중에서 적절한 방법을 선택한다.(S11) The arrival time is read from the synthesized waveform obtained in the above (S9). At this time, a method of reading time includes a method of setting a threshold to obtain a rise time, a similarly acquiring threshold to acquire a fall time, or a time when a waveform becomes a peak value. Choose the appropriate method.
(S12) 프로브로부터의 출사 시각과 도달 시각의 차로부터 전반 시간을 구한다. 이 때, 시각을 판독하는 방법은, 임계값을 설정하여 상승 시각을 취득하거나, 동일하게 임계값을 취득하여 하강 시각을 취득하거나, 파형이 피크가 되는 시각을 취득하는 방법 등이 있으며, 이 중에서 적절한 방법을 선택한다.(S12) The first half time is obtained from the difference between the exit time from the probe and the arrival time. At this time, a method of reading time includes a method of setting a threshold to obtain a rise time, a method of acquiring a threshold to obtain a falling time, or a time of obtaining a waveform peak. Choose the appropriate method.
다음으로, 상기 방법을 이용하여 등전반 시간면의 데이터를 준비하는 방법을 설명한다. 도 5 는 그 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이 순서를 이하에 나타낸다.Next, a method of preparing data on an isoelectric time plane using the above method will be described. 5 is a flow chart illustrating the method. This procedure is shown below.
(S21) 수(水) 거리 (도 4 의 상단 참조) 를 설정한다.(S21) Set the water distance (see the top of FIG. 4).
(S22) 피검체 거리 (도 4 의 상단 참조) 를 설정한다.(S22) The object distance (see the top of FIG. 4) is set.
(S23) 피검체 내부 결함과 프로브 중심축의 어긋남 (도 4 상단 참조) 을 설정한다.(S23) The deviation between the internal defect of the object and the probe central axis (see the upper part of FIG. 4) is set.
(S24) 참조 전반 시간을 계산한다 (도 3 의 플로우 차트 참조).(S24) Reference propagation time is calculated (see flow chart of FIG. 3).
(S25) 결함 신호를 수신할 수 있는 범위에서 프로브 중심축과의 어긋남을 변화시켜, 등전반 시간면을 작성하기에 충분한 데이터가 얻어질 때까지 상기한 (S23), (S24) 의 조작을 반복한다. 또한, 피검체와 프로브 중심축의 어긋남을 1 회에 변화시키는 양 (이동 피치) 은, 예를 들어 측정에 요구되는 공간 분해능 정도 이하로 하는 것이 좋으며, 내부 결함으로부터의 신호가 얻어지는 범위까지 프로브를 이동시키면 된다.(S25) The above-described operations (S23) and (S24) are repeated until the data enough to produce an isoelectric time plane is obtained by changing the deviation from the probe central axis in the range in which the defect signal can be received. do. In addition, it is preferable that the amount (shift pitch) which changes the deviation of a test subject and a probe central axis at once is less than the spatial resolution grade required for measurement, for example, and moves a probe to the range from which a signal from an internal defect is obtained. Just do it.
(S26) 상기한 (S23), (S24), (S25) 에서 얻어진 프로브 중심축과의 어긋남과 참조 전반 시간의 변화량의 관계로부터, 초음파의 전반 속도를 이용하여 참조 전반 시간이 동등해지는 위치를 구하고, 그들 위치를 이어 등전반 시간면의 데이터를 작성한다. 예를 들어, 피검체 내부 결함과 프로브 중심축의 어긋남이 0 일 때를 기준으로 하여, 프로브 중심축의 각 위치에서의 참조 전반 시간의 차로부터 전반 속도를 이용하여 깊이 방향의 거리의 차를 구하고, 그 거리의 차로부터 깊이 위치를 구하면 된다. 등전반 시간면의 데이터는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 결과적으로 참조 전반 시간의 증감을 없애도록 미소 결함의 깊이를 조정함으로써 얻어지게 된다. 이 때, 본 실시형태 1 에 있어서는, 참조 전반 시간 및 등전반 시간면은 프로브 중심축과의 어긋남이 0 일 때의 값과의 차로서 구하고 있다. 또한, 상기 등전반 시간면의 산출 순서는 일례이며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 프로브 중심축의 위치뿐만 아니라 내부 결함 깊이도 변수로 하여, 복수의 내부 결함 깊이에 있어서 참조 전반 시간을 구하고, 그 결과로부터 참조 전반 시간이 동등해지는 위치를 이어 등전반 시간면으로 해도 된다. 또, 계산으로 구해도 되며, 실험에 의해 구해도 된다.(S26) From the relationship between the deviation from the probe central axis obtained in the above (S23), (S24) and (S25) and the change amount of the reference propagation time, the position at which the reference propagation time is equal is determined using the propagation velocity of the ultrasonic wave. After that, we create the data for the time-domain of the isoelectric. For example, a difference in distance in the depth direction is obtained from the difference of the reference propagation time at each position of the probe central axis based on the time when the internal defect of the test object and the deviation of the probe central axis are zero, and the The depth position can be obtained from the difference in distance. As shown in FIG. 6, the equipotential time plane data is obtained by adjusting the depth of the microscopic defect so as to eliminate the increase and decrease of the reference propagation time. At this time, in the first embodiment, the reference propagation time and the isoelectric time plane are calculated as the difference from the value when the deviation from the probe central axis is zero. In addition, the calculation order of the isoelectric time surface is an example, and is not limited to this. For example, using not only the position of the probe center axis but also the internal defect depth, the reference propagation time may be obtained at a plurality of internal defect depths, and the position at which the reference propagation time becomes equal from the result may be the equipotential time plane. . Moreover, you may calculate | require by calculation and may be calculated | required by experiment.
(S27) 필요해질 수 있는 (예를 들어, 측정 대상에 있어서 상정할 수 있는) 모든 수 거리, 피검체 거리에 대응하는 등전반 시간면이 갖추어질 때까지 상기한 (S21) 부터 (S26) 까지의 조작을 반복한다.(S27) From (S21) to (S26) described above until the equivalence time plane corresponding to all the number distances and subject distances that may be required (eg, assumed in the measurement object) is provided. Repeat the operation.
상기한 방법에 의해, 필요해질 수 있는 모든 수 거리, 피검체 거리에서의 등전반 시간면을 준비할 수 있다. 단, 본 발명에서의 등전반 시간면의 작성 방법은 상기한 초음파 전반 해석을 이용한 등전반 시간면의 작성 방법에 한정되지 않으며, 다른 해석 방법을 이용해도 되고, 실험에 의해 구해도 된다.By the above-described method, it is possible to prepare an isoelectric time plane at all the distances and object distances that may be needed. However, the preparation method of the isoelectric time plane in this invention is not limited to the preparation method of the isoelectric time plane using the above-mentioned ultrasonic propagation analysis, and other analysis methods may be used and may be calculated | required by experiment.
도 7 은, 상기와 같이 하여 구해지는 등전반 시간면 데이터의 일례로서, 이는 도 1 의 등전반 시간면 데이터부 (15) 에 저장되어, 결함 이미지 합성 처리부 (14) 에 있어서 결함 이미지를 합성할 때에 사용된다. 또한, 도 7 에 있어서, 계측시에 계측한 전반 시간과 비교 참조하는 참조 전반 시간은, 프로브 중심과의 어긋남이 0 인 란에 해당하는 전반 시간이다.FIG. 7 is an example of the isoelectric time plane data obtained as described above, which is stored in the isoelectric time
다음으로, 상기와 같이 구한 등전반 시간면을 이용하여 계측하는, 도 1 의 초음파 영상화 장치의 동작을 설명한다.Next, the operation of the ultrasonic imaging apparatus of FIG. 1 measured using the isoelectric time plane obtained as described above will be described.
도 8 은, 도 1 의 초음파 영상화 장치에 있어서 결함 이미지를 합성할 때의 처리를 나타낸 플로우 차트이다.FIG. 8 is a flowchart showing a process for synthesizing a defect image in the ultrasonic imaging apparatus of FIG. 1.
(S31) 초음파 프로브 (10) 를 조작하여 C 스캔 탐상을 실시하고, 반사 파형 데이터부 (13) 는, 수신 증폭기 (12), x 방향 위치 검출 수단 (21) 및 y 방향 위치 검출 수단 (22) 의 출력에 기초하여, 각 위치 (Pi , j) 에 대응한 반사 파형 데이터를 검출한다.(S31) C scan flaw detection is performed by operating the
(S32) 결함 이미지 합성 처리부 (14) 는, 반사 파형 데이터 중에서 결함 에코가 가장 큰 Pi, j 에서의 반사 파형으로부터, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 수 전반 시간과 피검체 전반 시간을 검출하고, 그들의 측정 전반 시간으로부터 수 거리·피검체 거리 (결함 깊이) 를 취득한다.(S32) The defect image
(S33) 결함 이미지 합성 처리부 (14) 는, 등전반 시간면 데이터부 (15) 에 저장되어 준비되어 있는 등전반 시간면의 데이터 (도 7 참조) 중에서 수 거리·피검체 거리가 상기한 (S32) 에서 얻어진 수 거리·피검체 거리와 가까운 것을 선택한다. 본 실시형태 1 에 있어서는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 여기서 선택한 1 개의 등전반 시간면 형상 데이터만을 사용하여 이후의 처리를 실시한다. 또한, 도 10 에 있어서는, 1 개의 등전반 시간면 데이터를 사용하여 상이한 참조 전반 시간에서의 등전반 시간면을 그리는 (구하는) 방법을 나타낸 것으로서, 참조 전반 시간 (T2) 의 등전반 시간면 데이터에 대하여, 참조 전반 시간이 상이한 경우 (T1, T3) 에도, 오차가 크지 않으면, 깊이 위치를 바꾸는 것만으로 참조 전반 시간 (T2) 의 등전반 시간면과 동일한 형상의 등전반 시간면을 이용할 수 있다. 이 경우에는, 1 개의 등전반 시간면의 데이터가 있으면 족하게 된다. 또한, 검출 대상이 되는 내부 결함이 존재하는 깊이 범위가 넓어, 등전반 시간면을 동일한 형상으로서 취급할 수 없는 경우에는, 계측한 전반 시간에 대응하는 참조 전반 시간을 참조하여, 대응하는 등전반 시간면의 데이터를 사용하면 된다.(S33) The defect image synthesizing
(S34) 결함 이미지 합성 처리부 (14) 는, 상기한 (S33) 에서 선택한 등전반 시간면의 데이터를 사용하여 영상화 처리한다. 본 실시형태 1 에서의 영상화 처리 방법을 도 11 에 나타낸다. 여기서, 도 11 에 있어서는 편의상 2 차원으로 기술하고 있지만, 본 실시형태 1 에 있어서는 3 차원적으로 처리하고 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 2 차원으로 처리해도 된다. 본 실시형태 1 에서의 영상화 처리 방법의 순서를 이하에 나타낸다. 또한, 결함 이미지 합성 처리부 (14) 는, 도 11 의 구성에 상당하는 화상 메모리를 보유하고 있는 것으로 한다.(S34) The defect
(a) 각 위치 (Pi, j) 중에서 결함 에코가 검출되어 있는 프로브 중심 위치 (Pi, j) 에 대하여, 도 11 과 같이 전반 시간 (이하, 측정 전반 시간이라고도 한다) 을 검출한다.(a) detects the respective positions (hereinafter also referred to, throughout the measuring time) (P i, j) is a defect echo is detected in the probe center position (P i, j), the first half hour as shown in FIG. 11 with respect to that.
(b) 피검체 (1) 중에서 결함이 존재할 수 있는 영역을 미소 체적 요소로 나누고, 각각의 미소 체적 요소에 3 차원의 어드레스 (Pfk, l, m) (k: x 방향의 위치, l: y 방향의 위치, m: Z 방향의 위치) 를 배정한다.(b) The area in which the defect may be present in the subject (1) is divided into microvolume elements, and each microvolume element has a three-dimensional address (Pf k, l, m ) (k: position in the x direction, l: position in the y direction, m: the position in the Z direction).
(c) 각 위치 (Pi , j) 에서의 측정 전반 시간으로부터 수 거리와 피검체 거리를 산출하고, 결함이 프로브 중심축 상에 있었다고 가정하였을 때의 결함 위치 (깊이) 를 산출하고, 그 결함 위치에 대응하는 Pfk, l, m 을 도 11 과 같이 측정 전반 시간에 대응하는 등전반 시간면의 중심으로서 설정한다.(c) Calculate the number distance and the subject distance from the measurement propagation time at each position Pi and j , calculate the defect position (depth) when assuming that the defect was on the probe central axis, and calculate the defect Pf k, l, m corresponding to the position are set as the center of the isoelectric time plane corresponding to the measurement propagation time as shown in FIG.
(d) 상기한 (c) 에서 설정된 등전반 시간면의 중심으로부터 등전반 시간면 (도 10 참조) 을 형성하고, 그 등전반 시간면의 위치에 대응하는 각 미소 요소 (Pfk, l, m) 에 대하여, Pfk, l, m 에 형성한 카운터 (Ck, l, m) 에 카운트 1 을 가산한다.(d) Each minute element (Pf k, l, m ) is formed from the center of the isoelectric time plane set in (c) above and corresponds to the position of the isoelectric time plane. ), The
(e) 상기한 (c), (d) 의 조작을, 결함 에코가 검출되어 있는 모든 위치 (Pi, j) 에 대하여 실시한다.(e) The above operations (c) and (d) are performed for all positions P i and j in which defect echoes are detected.
(S35) 상기한 (S34) 에서 얻어진 데이터를 영상화한다. 본 실시형태 1 에서의 영상화의 방법은 이하에 나타내는 바와 같다.(S35) The data obtained in the above (S34) is imaged. The imaging method in the first embodiment is as shown below.
(a) 전체 (k, l) 에 대하여, 각각 (k, l) 을 고정시켰을 때의 Ck, l, m 의 최대값 (Cmax (k, l)) 을 구한다.(a) The maximum value (C max (k, l)) of C k, l, m when (k, l) is fixed to all of (k, l) is obtained, respectively.
(b) Cmax (k, l) 가 임계값 이상이 되는 각 (k, l) 에 대하여, 다른 임계값을 결정하여 카운터 (Ck, l, m) 를 m 이 작은 쪽으로부터 체크해 갔을 때에 비로소 임계값 이상이 되는 m 을 m (k, l) 이라고 한다.(b) For each (k, l) where C max (k, l) is equal to or greater than the threshold, another threshold is determined and the counter (C k, l, m ) is checked from the smaller of m. M above the threshold is called m (k, l).
(c) 상기한 (b) 에서 얻어진 m (k, l) 을 사용하여, 각 (k, l, m (k, l)) 에 대응하는 각 미소 요소가 서로 이웃하는 중심끼리를 선으로 이어 폴리곤을 구성한다.(c) Using the m (k, l) obtained in the above-mentioned (b), polygons in which each micro element corresponding to the angle (k, l, m (k, l)) are adjacent to each other in a line Configure
(d) 상기한 (c) 에서 얻어진 폴리곤을 3 차원 표시한다.(d) The polygon obtained in the above-mentioned (c) is three-dimensionally displayed.
또한, 영상화 방법은 상기와 같은 3 차원 폴리곤 표시 방법에 한정되지 않으며, 그 밖의 3 차원 표시 방법이나 2 차원 표시 방법이어도 된다.The imaging method is not limited to the three-dimensional polygon display method described above, but may be another three-dimensional display method or a two-dimensional display method.
여기서, 주파수 50 ㎒, 송수신자 직경 6 ㎜, 수중 초점 거리 15 ㎜ 의 초음파 프로브를 사용하여, 강편 (鋼片) 샘플에 직경 300 ㎛ 의 인공 구멍을 뚫고, 그 구멍을 도 12a 와 같이 C 스캔 탐상하고, 상기 결함 이미지 합성 방법으로 영상화하여 결함 이미지 표시 장치 (16) 에 표시한 예를 도 12b 에 나타낸다. 도 12c 는 상기한 특허문헌 3 에 기재된 방법으로 영상화 처리하고, 상기 결함 이미지 합성법 (S35) 의 방법으로 3 차원 표시한 도면이다. 이 실시예에서는, 수중 초점 거리, 접촉 매질 환산 거리 (L) 가, 진동자 영역 (진동자 직경) 의 약 2.5 이다. 도 12c 에서는 인공 구멍의 영상이 z 방향으로 평평하게 되어 있는 반면, 도 12b 에서는 인공 구멍의 곡면이 재현되어 있어, 형상의 분해능이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.Here, using an ultrasonic probe having a frequency of 50 MHz, a transceiver diameter of 6 mm, and an underwater focal length of 15 mm, an artificial hole having a diameter of 300 µm was drilled into the slab sample, and the hole was scanned as shown in FIG. An example of imaging by the defect image synthesizing method and displaying on the defect
또한, 상기한 설명에서는, 결함 이미지 합성 방법으로 영상화하여 결함 이미지 표시 장치 (16) 에 표시하는 예에 대하여 설명하였는데, 본 실시형태 1 에 있어서는, 그뿐만 아니라 결함 판정 장치 (17) 가, 결함 이미지 합성 처리부 (14) 에 의해 개구 처리된 상기한 신호에 기초하여 결함을 판정한다. 또, 결함 판정만을 한다면, 합성 결과를 영상화하여 표시하는 결함 이미지 표시 장치 (16) 는 반드시 없어도 되며, 결함 이미지 합성 처리부 (14) 로부터의 합성 결과를 결함 판정 장치 (17) 가 입력하고, 그 판정 결과만을 출력하는 구성으로 해도 된다. 반대로, 결함 자동 판정을 하지 않으면, 결함 판정 장치 (17) 는 없어도 된다.In addition, in the above description, an example of imaging by the defect image synthesizing method and displaying on the defect
상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태 1 에 있어서는, 집속형 초음파 프로브 (10) 와 피검체 (1) 사이에 물을 개재시키고, 집속형 초음파 프로브 (10) 를 피검체 (1) 에 대하여 상대적으로 주사하면서, 초음파를 피검체 (1) 를 향하여 송신하고, 피검체 (1) 의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송신 회로 (11)·수신 증폭기 (12)(송수신 수단) 와, 각 측정점에 있어서, 반사파에 기초하여 내부 결함까지의 전반 시간을 측정하는 반사 파형 데이터부 (13)(전반 시간 측정 수단) 와, 그 측정한 전반 시간에 대응하는 등전반 시간면 데이터를 사용하여 결함 후보의 위치를 추출하는 결함 이미지 합성 처리부 (14)(결함 위치 추출 수단) 와, 상기 위치마다 주사를 실시한 동안에 추출된 횟수를 산출하고, 표시용 화상 메모리의 위치에 대응하는 어드레스에 산출된 횟수를 기입하여, 화상을 표시하는 결함 이미지 표시 장치 (16)(표시 수단) 를 구비한 내부 결함의 초음파 영상화 장치로서, 결함 이미지 합성 처리부 (14)(결함 위치 추출 수단) 에 있어서, 상기 등전반 시간면 데이터는, 상기 집속형 초음파 프로브 (10) 와 설정 내부 결함 사이를 전반하는 초음파의 전반 시간을, 상기 집속형 초음파 프로브 (10) 의 송수신면의 전체면을 복수 영역으로 분할하고, 그 분할된 각 영역과 설정 내부 결함 사이에 송수신되는 초음파의 파형을 구하고, 그 파형을 상기 집속형 초음파 프로브 (10) 의 전체면에 대하여 합성한 신호 파형으로부터 산출하도록 하여, 집속형 초음파 프로브 (10) 와 설정 내부 결함의 상대 위치에 대한 전반 시간의 변화량을 구하고, 전반 시간의 변화량에 기초하여 전반 시간이 동등해지는 위치를 이어 형성한 데이터를 구하고 있으며, 이 데이터에 의해 내부 결함의 형상을 고분해능으로 영상화할 수 있도록 되어 있다.As described above, in the first embodiment, water is interposed between the
실시형태 2.
본 실시형태 2 는, 도 1 의 결함 이미지 합성 처리부 (14) 를 상기한 연산 처리와는 상이한 처리를 하도록 한 예이다. 본 실시형태 2 의 결함 이미지 합성 처리부 (14) 는, 상기한 등전반 시간면 데이터 대신에 지연 시간 데이터를 사용한다. 이 때문에, 등전반 시간면 데이터부 (15) 대신에, 지연 시간 데이터가 저장되는 기억 장치 (도시 생략) 가 형성된다. 이 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 는, 전반 시간의 변화량 데이터 (도 6 의 변환을 실시하기 전의 데이터) 로부터 구하는 것으로서, 도 13 의 개념도에 나타내는 바와 같이, 전반 시간의 변화량 데이터가 길수록 지연 시간을 작게, 변화량 데이터가 짧을수록 지연 시간을 크게 한 데이터이다. 등전반 시간면 데이터와 동일하게 하여, 수 거리·결함 깊이의 각 값에 대응하여 구해져 기억 장치에 기억되어 있다.This
결함 이미지 합성 처리부 (14) 는, 도 8 에 나타내는 플로우 차트 중, 등전반 시간면 선택의 처리 (S33) 와 데이터 영상화 처리 (S34) 의 구체적 내용이 상이하지만, 그 이외의 처리는 동일하다.The defect
등전반 시간면 선택의 처리 (S33) 는, 지연 시간 데이터 선택 처리가 된다. 구체적으로는, 초음파 프로브로 측정한 수신 파형의 수 거리·결함 깊이에 대응하는, 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 를 선택하는 처리를 실시한다.The equipotential time plane selection process S33 is a delay time data selection process. Specifically, a process of selecting delay time data (delay time group) corresponding to the number distance and the defect depth of the received waveform measured by the ultrasonic probe is performed.
데이터 영상화 처리 (S34) 는, 그 지연 시간 데이터 선택 처리에서 선택한 지연 시간 데이터를 사용하여, 도 13 과 같이 개구 합성 처리한다.The data imaging process S34 performs the aperture combining process as shown in Fig. 13 using the delay time data selected in the delay time data selection process.
구체적으로는, 프로브 주사한 다수 점 중, 인접한 소정 수의 프로브 위치 (도 29 의 예에서는 10 점) 를 선택하고, 그 10 점에서 측정한 반사 파형 데이터에 대하여, 선택한 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 에 대응하여, 각 프로브 위치에 파형을 지연 처리한다. 도 13 에 나타내는 경우에 있어서는, 외측의 프로브의 신호에는 지연 시간을 작게 하고, 내측의 프로브에는 지연 시간을 크게 하고 있다. 이로써, 소정 수의 프로브 중, 그 중심에 위치하는 프로브의 아래에 결함이 있으면, 결함 파형이 정렬됨으로써 결함 신호가 강조되어, 결함의 존재를 검지할 수 있다. 한편, 중심에 위치하는 프로브의 아래에 결함이 없으면, 예를 들어 외측 프로브의 바로 아래에 결함이 있으면, 각 프로브에서 수신한 결함의 신호는, 지연되어도 위상이 정렬되지 않기 때문에 상쇄되어 강조되지 않아, 결함 신호를 검출할 수 없다. 요컨대, 중심에 위치하는 프로브의 바로 아래에는 결함이 없다는 것이 된다.Specifically, among a plurality of probe-scanned points, a predetermined number of adjacent probe positions (10 points in the example of FIG. 29) are selected, and selected delay time data (delay time group) with respect to the reflected waveform data measured at the 10 points. The waveform is delayed at each probe position. In the case shown in FIG. 13, the delay time is made small for the signal of the outer probe, and the delay time is made large for the inner probe. Thereby, if a defect exists below the probe located in the center among predetermined number of probes, a defect signal will be emphasized by aligning a defect waveform, and presence of a defect can be detected. On the other hand, if there is no defect under the probe located at the center, for example, if there is a defect immediately below the outer probe, the signal of the defect received by each probe is canceled out and not emphasized because the phase is not aligned even if delayed. The fault signal cannot be detected. In short, there is no defect directly under the center probe.
이러한 처리를 다수 점 측정한 데이터에 대하여, 선택 범위를 이동시키면서 순서대로 소정 수의 데이터를 선택하고, 반복함으로써 개구 합성 파형을 얻는다. 그리고, 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 를 선택할 때에는, 복수의 깊이에 대응한 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 를 각각 선택하고, 상기한 연산 처리를 반복한다. 그리고, 얻어진 파형을 적당한 방법 (A 스코프, B 스코프, C 스코프, 3 차원 표시) 으로 표시한다.With respect to the data obtained by measuring a large number of such processes, a predetermined number of data is selected in order while moving the selection range, and the aperture synthesis waveform is obtained by repeating. When the delay time data (delay time group) is selected, the delay time data (delay time group) corresponding to the plurality of depths are selected, respectively, and the above-described calculation processing is repeated. And the obtained waveform is displayed by a suitable method (A scope, B scope, C scope, three-dimensional display).
또한, 본 실시형태 2 도, 결함 이미지 합성 방법으로 영상화하여 결함 이미지 표시 장치 (16) 에 표시하는 예에 대하여 설명하였는데, 그뿐만 아니라 결함 판정 장치 (17) 가, 결함 이미지 합성 처리부 (14) 에 의해 개구 처리된 상기한 신호에 기초하여 결함을 판정한다. 또, 결함 판정만을 한다면, 합성 결과를 영상화하여 표시하는 결함 이미지 표시 장치 (16) 는 반드시 없어도 되며, 결함 이미지 합성 처리부 (14) 로부터의 합성 결과를 결함 판정 장치 (17) 가 입력하고, 그 판정 결과만을 출력하는 구성으로 해도 된다. 반대로, 결함 자동 판정을 하지 않으면, 결함 판정 장치 (17) 는 없어도 된다.In addition, while the second embodiment has also described an example of imaging by the defect image synthesizing method and displaying the image on the defect
상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태 2 에 있어서는, 집속형 초음파 프로브 (10) 와 피검체 (1) 사이에 물을 개재시키고, 집속형 초음파 프로브 (10) 를 피검체 (1) 에 대하여 상대적으로 주사하면서, 초음파를 피검체 (1) 를 향하여 송신하고, 피검체 (1) 의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송신 회로 (11)·수신 증폭기 (12)(송수신 수단) 와, 그 수신한 반사파를 지연시킨 후 가산하여 신호를 생성하는 결함 이미지 합성 처리부 (14)(신호 생성 수단) 와, 그 생성된 신호 데이터를 화상 메모리에 출력하여 표시하는 결함 이미지 합성 처리부 (14)(표시 수단) 를 구비한 내부 결함의 초음파 영상화 장치로서, 결함 이미지 합성 처리부 (14)(신호 생성 수단) 에 있어서, 집속형 초음파 프로브 (10) 와 설정 내부 결함 사이를 전반하는 초음파의 전반 시간을, 집속형 초음파 프로브 (10) 의 송수신면의 전체면을 복수 영역으로 분할하고, 그 분할된 각 영역과 설정 내부 결함 사이에 송수신되는 초음파의 파형을 구하고, 그 파형을 상기 집속형 초음파 프로브 (10) 의 전체면에 대하여 합성한 신호 파형으로부터 산출하도록 하여, 집속형 초음파 프로브 (10) 와 설정 내부 결함의 상대 위치에 대한 전반 시간의 변화량을 구하고, 그 전반 시간의 변화량으로부터 지연 시간을 구하고, 그 지연 시간에 따라 반사파를 지연시켜 내부 결함의 영상 신호를 생성하도록 함으로써, 내부 결함을 고분해능으로 영상화할 수 있다.As described above, in the second embodiment, water is interposed between the
다음으로, 본 발명을 어레이형 초음파 프로브에 적용한 실시형태를 설명한다.Next, an embodiment in which the present invention is applied to an array type ultrasonic probe will be described.
하기의 실시형태 3, 4 에서는, 실시형태의 1, 2 의 집속형 초음파 프로브를 주사하여, 각 측정점의 수신 신호를 얻는 대신에, 어레이형 초음파 프로브의 각 진동자의 신호를 개구 합성 처리에 의해 초점을 형성하고 각 측정점에서의 수신 신호로 하는 것이다. 그리고, 그 각 측정점에서의 수신 신호를, 다시 개구 합성 처리하는 것이다. 요컨대, 실시형태 1 및 2 와 동일하게, 어레이형 초음파 프로브에서는 초음파의 송수신이 복수의 진동자의 어레이열에서 이루어지고 있는 점에 주목하여, 어레이형 초음파 프로브가 개구 합성 또는 집속에 의해 형성하는 초점의 위치와 내부 결함의 위치에 따라, 내부 결함으로부터의 반사파의 전반 시간이 어떻게 바뀔지를 미리 해석해 두고, 그 해석 결과를 이용한 신호 처리를 실시함으로써, 초음파 진동자 어레이열 전체의 면적이 크고 초점 거리가 짧은 프로브 및 개구 합성의 설정을 이용한 탐상의 분해능을 향상시킬 수 있다는 지견에 기초하는 것이다. 그 구체예를 실시형태 3 및 실시형태 4 로서 각각 설명한다.In Embodiments 3 and 4 described below, instead of scanning the focused ultrasound probes of
실시형태 3.Embodiment 3:
도 14 는 본 발명의 실시형태 3 에 관한 초음파 계측 장치의 일례인, 초음파 영상화 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 14 에 있어서, 1 은 검사 대상인 피검체를 나타낸다. 이 예에서는 피검체 (1) 는 정지 피검체이고 매체는 물을 사용하고 있으며, 액침법을 이용하여 내부 결함을 이미징한다. 10a 는 초음파를 송수신하는 어레이형 초음파 프로브로서, 송신 회로 (111) 로부터의 일정 주기의 전기 펄스가 구동 소자 선택 회로 (112) 를 통과하여 각 진동자에 송신되는 전기 신호에 의해 초음파 빔을 피검체 (1) 를 향하여 송신함과 함께, 피검체 (1) 의 표면 및 내부로부터의 반사파 (에코) 를 수신한다. 수신된 신호는, 수신 회로 (113) 및 어레이 신호 처리 회로 (114) 에 의해 개구 합성 처리되며, 또, 나중의 신호 처리에 적합한 적정 레벨로 증폭된다. 어레이형 초음파 프로브 (10a) 는, 적당한 주사 수단에 의해 피검체 (1) 상에서 2 차원 주사 (x-y 주사), 또는 1 차원 주사 (y 주사) 되고, 그 위치는 x 방향 위치 검출 수단 (21) 및 y 방향 위치 검출 수단 (22) 에 의해 각각 검출되어 출력 파형 데이터부 (115) 에 보내진다.14 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus, which is an example of the ultrasonic measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 14, 1 represents the test subject which is a test object. In this example, the
출력 파형 데이터부 (115) 는, 어레이 신호 처리 회로 (114), x 방향 위치 검출 수단 (21) 및 y 방향 위치 검출 수단 (22) 의 출력에 기초하여 이 때의 어레이형 초음파 프로브 (10a) 가 개구 합성에 의해 형성하는 초점 (Pi, j) (i: x 방향의 위치, j: y 방향의 위치) 에 대응한 출력 파형 데이터 (실시형태 1, 2 에서의 집속형 초음파 프로브의 출력 파형 데이터에 상당) 를 검출하고, 그 출력은 결함 이미지 합성 처리부 (116) 에 보내진다. 결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 송신 시각과 결함 에코 (52) 의 수신 시각의 차, 즉 초음파의 전반 시간을 계측한다. 여기서 계측되는 전반 시간은, 송신 시각과 피검체 표면에서의 반사된 표면 에코 (51) 의 수신 시각의 차, 즉 수 전반 시간과, 표면 에코 (51) 와 결함 에코 (52) 의 수신 타이밍의 차, 즉 초음파의 피검체 전반 시간이다. 또한, 피검체 표면과 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 주사면이 거의 평행이면, 수 전반 시간은 일정한 것으로 생각해도 되므로, 수 전반 시간을 1 회 측정 (혹은, 배치 관계로부터 구해도 된다) 해 두면, 이후에는 표면 에코 (51) 와 결함 에코 (52) 의 수신 타이밍의 차인 피검체 전반 시간만을 측정하면 된다. 계측된 각 전반 시간 (이하, 측정 전반 시간이라고도 한다) 은, 각 위치 (Pi , j) 와 대응시켜 기록된다.The output
또, 등전반 시간면 데이터부 (117) 는 기억 장치로서, 예를 들어 초음파 전반 해석에 의해 미리 구해 둔 등전반 시간면의 데이터를 보존해 두는 것으로 한다. 이 등전반 시간면이란, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 개구 합성에 의해 얻어지는, 그 점에 있는 미소 결함까지의 왕복 전반 시간이 동등해지는 점을 이어 만들어진 면이다. 이 등전반 시간면은, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 초점에 대한 결함의 깊이에 따라 변화되기 때문에, 결함의 깊이마다의 복수의 등전반 시간면의 데이터를 준비한다. 또한, 상기한 출력 파형 데이터부 (115), 결함 이미지 합성 처리부 (116) 및 등전반 시간면 데이터부 (117) 는, 결함 이미지 재구성 신호 처리부 (200) 를 구성하고 있다.In addition, it is assumed that the isoelectric time
또한, 어레이 신호 처리 회로 (114) 와 결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 모두 개구 합성 처리한다는 점에서 동일한 기능을 갖는데, 어레이 신호 처리 회로 (114) 는, 각 측정점에서 어레이형 초음파 프로브의 각 진동자가 수신한 신호에 대하여 개구 합성 처리하는 것으로서, 이로써 각 측정점에서, 집속 빔에 의해 수신한 신호를 얻는 것으로, 청구항 9 에 기재된 신호 처리 수단 (상기 각 진동자의 신호를 개구 합성 처리에 의해 초점을 형성하고, 상기 각 측정점에서 수신한 신호로 하는 신호 처리 수단) 에 대응한다. 한편, 결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 각 측정점에서, 이 어레이 신호 처리 회로 (114) 에서 개구 합성 처리된 신호를, 개구 합성 처리하여 결함 이미지를 합성하는 것이다. 이 결함 이미지 합성 처리부 (116) 에서는, 본 발명의 등전반 시간면 데이터가 필수인데, 어레이 신호 처리 회로 (114) 에서는 진동자가 작기 때문에, 본원 발명의 등전반 시간면 데이터를 사용하지 않아도, 종래법의 합성 개구 처리 (진동자의 중심으로부터 등거리에 반사원이 존재하여 취급) 를 이용하면 된다.The array
또, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 는, 송수신하는 영역 범위에 포함되는 각 진동자를 전부 실시하는 것으로 하여 설명하였는데, 전부가 아니라도, 1 개 간격이나 2 개 간격 등으로 간극을 두고 송수신하는 진동자를 선택하고, 그것을 사용하여 송수신하도록 해도 된다.In addition, the array type
본 실시형태 3 에서는, 결함 이미지 합성 처리에 앞서 초음파 전반 해석에 의해 등전반 시간면을 작성한다. 또한, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 등전반 시간면의 작성은 결함 이미지 합성 중에 실시해도 된다.In the third embodiment, an isoelectric time plane is created by ultrasonic propagation analysis prior to the defect image synthesis process. In addition, this invention is not limited to this, The preparation of an isoelectric time surface may be performed during defect image synthesis.
도 15 에 나타내는 등전반 시간면의 작성은, 초음파 전반 해석에 의한 전반 시간 W (참조 전반 시간이라고 한다) 의 산출에 의해 실시할 수 있다. 이것을 도 16, 도 17, 도 18 의 플로우 차트 및 도 19 의 설명도에 기초하여 설명한다.Preparation of the isoelectric time surface shown in FIG. 15 can be performed by calculation of the propagation time W (referred to as a reference propagation time) by ultrasonic propagation analysis. This is demonstrated based on the flowchart of FIG. 16, FIG. 17, FIG. 18 and explanatory drawing of FIG.
도 16 은, 초음파 전반 해석에 의해 참조 전반 시간을 얻는 방법 전체의 플로우 차트이며, 도 17 은, 도 16 의 처리 S43 (결함 위치에서의 초음파 파형 취득) 의 상세를 나타내는 플로우 차트이고, 도 18 은, 도 16 의 처리 S44 (어레이 프로브에서 수신하고, 개구 합성 처리한 초음파 파형 취득) 의 상세를 나타내는 플로우 차트이며, 도 19 는, 참조 전반 시간을 얻는 방법의 순서를 나타낸 설명도이다. 여기서, 도 19 에서는 리니어 어레이 프로브에서의 2 차원 상의 해석을 나타내고 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 어레이 프로브의 형상은 리니어가 아니어도 되고, 해석은 3 차원 상에서 실시해도 된다.FIG. 16 is a flow chart of the entire method of obtaining the reference propagation time by ultrasonic propagation analysis, FIG. 17 is a flowchart showing the details of the process S43 (acquisition of the ultrasonic waveform at the defective position) in FIG. 16, and FIG. 18 is FIG. 16 is a flow chart showing the details of the process S44 (acquisition received by the array probe and obtained by the aperture synthesis process), and FIG. 19 is an explanatory diagram showing a procedure of a method for obtaining a reference propagation time. Here, in FIG. 19, the two-dimensional analysis by the linear array probe is shown. However, this invention is not limited to this, The shape of an array probe may not be linear, and an analysis may be performed on three dimensions.
(S41) 진동자로부터 송신되는 초음파 파형을 설정한다.(S41) An ultrasonic wave wave transmitted from the vibrator is set.
(S42) 초음파 프로브의 각 진동자로부터, 미리 설정된 미소 결함 (본 발명의 설정 내부 결함에 상당) 까지의 경로를 구한다. 도 19 의 상단에서는, 2 개의 진동자에 대하여 그 경로를 나타내고 있다.(S42) The path | route from each vibrator of an ultrasonic probe to a predetermined microdefect (corresponding to the set internal defect of this invention) is calculated | required. In the upper part of FIG. 19, the path is shown about two vibrators.
(S43) 결함 위치에서의 초음파 파형을 취득한다.(S43) Acquire an ultrasonic wave at the defect position.
(S43) 의 상세한 처리로는, 도 17 의 플로우 차트에 나타내는 바와 같이 다음 처리를 실시한다.As a detailed process of S43, as shown to the flowchart of FIG. 17, the following process is performed.
(S43-1) 출력용 초음파 파형 데이터의 초기화(S43-1) Initialization of Ultrasonic Waveform Data for Output
(S43-2) 계산할 진동자를 결정(S43-2) Determine the oscillator to calculate
(S43-3) 계산하고 있는 진동자에 의한 미소 결함 위치에서의 초음파 파형을 계산한다. 이 때 진동자에 따라 송신의 타이밍이 다른 경우에는, 도 19 와 같이 진동자에 대응한 시각에 송신되도록 설정한다. 또, 경로 상을 전반할 때의 전반 시간과 감쇠를 고려한다 (도 19 참조).(S43-3) The ultrasonic waveform at the minute defect position by the vibrator being calculated is calculated. At this time, when the timing of transmission differs according to the vibrator, it sets so that it may transmit at the time corresponding to a vibrator as shown in FIG. In addition, the propagation time and attenuation when propagating on the path are taken into consideration (see FIG. 19).
(S43-4) 얻어진 초음파 파형을, 순서대로 출력용 초음파 파형 데이터에 합한다.(S43-4) The obtained ultrasonic wave waveforms are sequentially added to the output ultrasonic wave wave data.
(S43-5) 송신에 사용하고 있는 모든 진동자에 대하여 계산할 때까지, (S43-2) 로부터 (S43-4) 까지를 반복한다.(S43-5) (S43-2) to (S43-4) are repeated until calculation is made for all the vibrators used for transmission.
(S43-6) 출력용 초음파 파형 데이터를 결함 위치에서의 초음파 파형으로서 출력(S43-6) Outputting ultrasonic wave wave data for output as an ultrasonic wave wave at the defect position
이러한 도 17 의 처리 후, 도 16 의 처리 (S44) 로 이행한다.After such a process of FIG. 17, the process proceeds to process S44 of FIG. 16.
(S44) 어레이 프로브에서 수신하고, 개구 합성 처리한 출력 파형을 취득한다.(S44) An output waveform received by the array probe and subjected to the aperture combining process is acquired.
(S44) 의 상세로는, 도 18 의 플로우 차트에 나타내는 바와 같이 다음 처리를 실시한다.As a detail of S44, as shown to the flowchart of FIG. 18, the following process is performed.
(S44-1) 결함 위치에서의 초음파 파형을 미소 결함 위치로부터 출사(S44-1) Emitting the Ultrasonic Waveform at the Defect Location from the Micro Defect Location
(S44-2) 수신에 사용하는 전체 진동자의 수신 파형 데이터를 초기화(S44-2) Initialize the received waveform data of all the vibrators used for reception
(S44-3) 계산할 진동자를 결정(S44-3) Determine the oscillator to calculate
(S44-4) 계산하고 있는 진동자에서 수신되는 초음파 파형을 계산 (도 19 참조)(S44-4) Calculate the ultrasonic wave received from the vibrator being calculated (see FIG. 19)
(S44-5) 수신에 사용하는 모든 진동자에 대하여 계산할 때까지, (S44-3) 으로부터 (S44-4) 까지를 반복한다.(S44-5) The steps from (S44-3) to (S44-4) are repeated until calculations are made for all the vibrators used for reception.
(S44-6) 집속 빔 처리 후의 출력 파형 데이터를 초기화(S44-6) Initialize output waveform data after focusing beam processing
(S44-7) 전체 진동자의 수신 파형 데이터에, 실제의 집속 빔 처리에 적합한 지연 처리를 실시한다 (도 19 참조).(S44-7) Delay processing suitable for actual focused beam processing is performed on the received waveform data of all the vibrators (see FIG. 19).
(S44-8) 지연 처리한 전체 진동자의 수신 파형 데이터를 각각 출력 파형 데이터에 합한다 (도 19 참조).(S44-8) Receive waveform data of all the vibrators subjected to the delay processing are added to the output waveform data, respectively (see FIG. 19).
이러한 도 18 의 처리 후, 도 16 의 처리 (S45) 로 이행한다.After such a process of FIG. 18, the process proceeds to process S45 of FIG. 16.
(S45) 상기한 (S44) 에서 얻어진 출력 파형으로부터 도달 시각을 판독한다. 이 때, 시각을 판독하는 방법은, 임계값을 설정하여 상승 시각을 취득하거나, 임계값을 설정하여 하강 시각을 취득하거나, 파형이 피크값이 되는 시각을 취득하는 방법 등이 있으며, 특별히 한정되지 않으며 얻어진 파형 등에 따라 적절한 방법을 이용한다.(S45) The arrival time is read from the output waveform obtained in the above (S44). At this time, a method of reading the time includes a method of obtaining a rising time by setting a threshold value, a falling time by setting a threshold value, or obtaining a time when the waveform becomes a peak value, and the like. And use the appropriate method according to the obtained waveform and the like.
(S46) 프로브로부터의 출사 시각과 도달 시각의 차로부터 참조 전반 시간을 구한다. 이 때, 시각을 판독하는 방법은, 임계값을 설정하여 상승 시각을 취득하거나, 동일하게 임계값을 취득하여 하강 시각을 취득하거나, 파형이 피크값이 되는 시각을 취득하는 방법 등이 있으며, 이 중에서 적절한 방법을 선택한다.(S46) A reference propagation time is obtained from the difference between the exit time from the probe and the arrival time. At this time, a method of reading time includes a method of setting a threshold to obtain a rise time, a similarly acquiring threshold to acquire a fall time, or a time when a waveform becomes a peak value. Choose the appropriate method.
다음으로, 상기 방법을 이용하여 등전반 시간면의 데이터를 준비하는 방법을 설명한다.Next, a method of preparing data on an isoelectric time plane using the above method will be described.
도 20 은 그 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이 순서를 이하에 나타낸다.20 is a flow chart illustrating the method. This procedure is shown below.
(S51) 수 거리 (도 19 의 상단 참조) 를 설정한다.(S51) The number distance (see the upper part of FIG. 19) is set.
(S52) 피검체 거리 (도 19 의 상단 참조) 를 설정한다.(S52) The object distance (see the top of FIG. 19) is set.
(S53) 개구 합성 초점 깊이 (예를 들어, 피검체 내에서의 깊이 위치, 도 19 의 상단 참조) 를 설정한다.(S53) The aperture combined focal depth (for example, the depth position in the object under test, see the upper part in FIG. 19) is set.
(S54) 피검체 내부 결함과 개구 합성 초점의 어긋남 (깊이 방향에 직교하는 면 내) 을 설정한다.(S54) The shift | offset | difference (in surface orthogonal to a depth direction) of an internal defect of a test object and an aperture combined focus is set.
(S55) 개구 합성 처리한 파형으로부터 참조 전반 시간을 계산한다 (도 16, 도 17 및 도 18 의 플로우 차트 참조).(S55) The reference propagation time is calculated from the waveform subjected to the opening synthesis process (see the flow charts in FIGS. 16, 17, and 18).
(S56) 결함 신호를 수신할 수 있는 범위에서 개구 합성 초점과의 깊이 방향에 직교하는 면 내의 어긋남을 변화시키고, 등전반 시간면을 작성하기에 충분한 데이터가 얻어질 때까지 상기한 처리 (S54), (S55) 의 조작을 반복한다. 또한, 피검체와 개구 합성 초점의 어긋남을 1 회에 변화시키는 양 (이동 피치) 은, 예를 들어, 측정에 요구되는 공간 분해능 정도 이하로 하는 것이 좋고, 내부 결함으로부터의 신호가 얻어지는 범위까지 프로브를 이동시키면 된다.(S56) The above-described processing (S54) until a data sufficient to produce an isoelectric time plane is obtained by changing the deviation in the plane orthogonal to the depth direction with the aperture synthesis focus in the range in which the defect signal can be received. , The operation of (S55) is repeated. In addition, it is preferable that the amount (shift pitch) which changes the shift | offset | difference of an object and aperture synthesis focal point at once is made into the spatial resolution degree required for measurement, for example, to the range from which a signal from an internal defect is obtained. Just move it.
(S57) 상기한 처리 (S54), (S55), (S56) 에서 얻어진 피검체와 개구 합성 초점의 깊이 방향에 직교하는 면 내의 어긋남에 대한 참조 전반 시간의 변화량의 관계로부터, 초음파의 전반 속도를 이용하여 참조 전반 시간이 동등해지는 위치를 구하고, 그들 위치를 이어 등전반 시간면의 데이터를 작성한다. 예를 들어, 피검체 내부 결함과 개구 합성 초점의 어긋남이 0 일 때를 기준으로 하여, 프로브 중심축의 각 위치에서의 참조 전반 시간의 차로부터 전반 속도를 이용하여 깊이 방향의 거리의 차를 구하고, 그 거리의 차로부터 깊이 위치를 구하면 된다. 등전반 시간면의 데이터는, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 결과적으로 참조 전반 시간의 증감을 없애도록 미소 결함의 깊이를 조정함으로써 얻어지게 된다. 이 때, 본 실시형태 3 에 있어서는, 참조 전반 시간 및 등전반 시간면은 개구 합성 초점축과의 어긋남이 0 일 때의 값과의 차로서 구하고 있다. 또한, 상기 등전반 시간면의 산출 순서는 일례이며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 개구 합성 초점의 위치뿐만 아니라 내부 결함 깊이도 변수로 하여, 복수의 내부 결함 깊이에 있어서 참조 전반 시간을 구하고, 그 결과로부터 참조 전반 시간이 동등해지는 위치를 이어 등전반 시간면으로 해도 된다.(S57) The propagation velocity of the ultrasonic wave is determined from the relationship between the amount of change in the reference propagation time with respect to the deviation in the plane orthogonal to the depth direction of the subject and the aperture combined focal point obtained in the above-described processes (S54), (S55) and (S56). Using this method, the positions at which the reference propagation times become equal are obtained, and the data of the equipotential time planes are created following these positions. For example, the difference in the distance in the depth direction using the propagation velocity is obtained from the difference in the reference propagation time at each position of the probe central axis on the basis of the deviation between the internal defect of the subject and the opening composite focal point, and The depth position can be obtained from the difference of the distances. As shown in FIG. 21, the equipotential time plane data is obtained by adjusting the depth of the microscopic defect so as to eliminate the increase and decrease of the reference propagation time. At this time, in the third embodiment, the reference propagation time and the isoelectric time plane are calculated as the difference from the value when the deviation from the aperture synthesis focal axis is zero. In addition, the calculation order of the isoelectric time surface is an example, and is not limited to this. For example, using not only the position of the aperture combined focal point but also the internal defect depth, the reference propagation time can be obtained at a plurality of internal defect depths, and the position where the reference propagation time is equal from the result is also set as the isoelectric time plane. do.
(S58) 필요해질 수 있는 (예를 들어, 측정 대상에 있어서 상정할 수 있는) 모든 수 거리, 피검체 거리 및 개구 합성 초점 깊이에 대응하는 등전반 시간면이 갖추어질 때까지 상기한 (S51) 로부터 (S57) 까지의 조작을 반복한다.(S58) The above-mentioned (S51) until the equivalence time plane corresponding to all the numerical distances, subject distances, and aperture combined focal depths that may be necessary (for example, to be assumed in the measurement object) are provided. The operation from to S57 is repeated.
상기한 방법에 의해, 필요해질 수 있는 모든 수 거리, 피검체 거리 및 개구 합성 초점 깊이에서의 등전반 시간면을 준비할 수 있다. 단, 본 발명에서의 등전반 시간면의 작성 방법은 상기 방법에 한정되지 않으며, 실측정에 의한 데이터나 초음파 전반 시뮬레이션을 이용해도 된다. 또, 참조 전반 시간의 계산 방법은 도 16, 도 17, 도 18 및 도 19 로 나타낸 방법에 한정되지 않는다.By the above-described method, it is possible to prepare the isoelectric time plane at all the numerical distances, the subject distances, and the opening composite focal depths that may be needed. However, the preparation method of the isoelectric time plane in the present invention is not limited to the above-described method, and data based on actual measurements or ultrasonic propagation simulation may be used. In addition, the calculation method of a reference propagation time is not limited to the method shown by FIG. 16, FIG. 17, FIG. 18, and FIG.
또, 각 진동자의 면적이 피검체에 대하여 충분히 큰 경우에는, 추가로 진동자를 복수의 미소 영역으로 분할하고, 각 미소 영역의 신호를 각 진동자 단위로 가산함으로써 처리하면 된다.In addition, when the area of each vibrator is sufficiently large with respect to the subject, the vibrator may be further divided into a plurality of micro regions, and the signal may be processed by adding signals of each micro region to each vibrator unit.
또, 어레이열 방향과 직교 방향 (도 20 의 지면 (紙面) 안쪽 방향) 으로 면적이 큰 경우에도, 그 직교 방향으로 미소 영역으로 분할하여 실시하면 된다 (예를 들어 도 17 과 같은 프로브로, Y 방향에 대하여 복수로 분할한다).Further, even when the area is large in the direction of the array column and in the direction orthogonal to the plane of the sheet (inner plane in Fig. 20), it may be carried out by dividing into small areas in the orthogonal direction (for example, with a probe as shown in Fig. 17, Y). Divided into a plurality of directions).
또, 진동자가 1 차원 방향으로만 배열된 예로 설명하였는데, 2 차원으로 배열된 어레이형 프로브에도 적용할 수 있다.In addition, although the vibrator is described as an example in which the oscillator is arranged only in the one-dimensional direction, the vibrator may be applied to an array-type probe arranged in two dimensions.
도 22 는, 상기와 같이 하여 구해지는 등전반 시간면의 데이터의 예로서, 이는 도 14 의 등전반 시간면 데이터부 (117) 에 저장되어, 결함 이미지 합성 처리부 (116) 에 있어서 결함 이미지를 합성할 때에 사용된다. 또한, 도 22 에 있어서, 계측한 전반 시간과 비교 참조하는 참조 전반 시간은, 개구 합성 초점과의 어긋남이 0 인 란에 해당하는 전반 시간이다.FIG. 22 is an example of the isoelectric time plane data obtained as described above, which is stored in the isoelectric time
다음으로, 상기와 같이 구한 등전반 시간면의 데이터를 사용하여 계측하는, 도 14 의 초음파 영상화 장치의 동작을 설명한다.Next, operation | movement of the ultrasonic imaging apparatus of FIG. 14 measured using the data of the isoelectric time surface calculated | required as mentioned above is demonstrated.
도 23 은, 도 14 의 초음파 영상화 장치에 있어서 결함 이미지를 합성할 때의 처리를 나타낸 플로우 차트이다.FIG. 23 is a flowchart showing processing when synthesizing a defect image in the ultrasonic imaging apparatus of FIG. 14.
(S61) 어레이형 초음파 프로브 (10a), 구동 소자 선택 회로 및 어레이 신호 처리 회로를 조작하여 개구 합성에 의해 형성하는 초점을 주사하면서 탐상하고, 출력 파형 데이터부 (115) 는, 구동 소자 선택 회로 (112), 수신 회로 (113), 어레이 신호 처리 회로 (114), x 방향 위치 검출 수단 (21) 및 y 방향 위치 검출 수단 (22) 의 출력에 기초하여, 각 위치 (Pi, j) 에 대응한 출력 파형 데이터를 검출한다.(S61) The array waveform
(S62) 어레이 신호 처리 회로 (114) 또는 결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 출력 파형 데이터 중에서 결함 에코가 가장 큰 Pi, j 에서의 반사 파형으로부터, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 수 전반 시간과 피검체 전반 시간을 검출하고, 그들의 전반 시간으로부터 수 거리·피검체 거리 (결함 깊이) 를 취득한다.(S62) As shown in FIG. 24, the array
(S63) 결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 등전반 시간면 데이터부 (117) 에 저장되어 준비되어 있는 등전반 시간면의 데이터 (도 22 참조) 중에서 수 거리·피검체 거리와 개구 합성 초점 깊이의 설정값이 상기한 (S62) 에서 얻어진 수 거리·피검체 거리, 개구 합성 초점 깊이와 가까운 것을 선택한다. 본 실시형태 3 에 있어서는, 도 25 에 나타내는 바와 같이, 여기서 선택한 1 개의 등전반 시간면 형상만을 사용하여 이후의 처리를 실시한다. 또한, 도 25 에 있어서는, 1 개의 등전반 시간면을 이용하여 상이한 참조 전반 시간에서의 등전반 시간면을 그리는 (구하는) 방법을 나타낸 것으로서, 참조 전반 시간 (T2) 의 등전반 시간면에 대하여, 참조 전반 시간이 상이한 경우 (T1, T3) 에도, 전반 시간의 차가 크지 않으면, 깊이 위치를 바꾸는 것만으로 참조 전반 시간 (T2) 의 등전반 시간면과 동일한 형상의 등전반 시간면을 이용할 수 있다 (이 경우에는, 1 개의 등전반 시간면의 데이터가 있으면 족하게 된다). 또한, 검출 대상이 되는 내부 결함이 존재하는 깊이 범위가 넓어, 등전반 시간면을 동일한 형상으로서 취급할 수 없는 경우에는, 계측한 전반 시간에 대응하는 참조 전반 시간을 참조하여, 대응하는 등전반 시간면의 데이터를 사용하면 된다.(S63) The defect image synthesizing
(S64) 결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 상기한 (S63) 에서 선택한 등전반 시간면의 데이터를 사용하여 영상화 처리한다. 본 실시형태 3 에서의 영상화 처리 방법을 도 26 에 나타낸다. 여기서, 도 26 에 있어서는 편의상 2 차원으로 기술하고 있지만, 본 실시형태 3 에 있어서는 3 차원적으로 처리하고 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 2 차원으로 처리해도 된다. 본 실시형태 1 에서의 영상화 처리 방법의 순서를 이하에 나타낸다.(S64) The defect image synthesizing
(a) 각 초점 위치 (Pi , j: 깊이 방향에 대하여 직교하는 면내에서의 좌표에서, 송수신하는 진동자군의 중심 위치에도 상당) 중에서 결함 에코가 검출되어 있는 초점 위치 (Pi , j) 에 대하여, 도 24 와 같이 전반 시간 (이하, 측정 전반 시간이라고도 한다) 을 검출한다. 측정 전반 시간의 검출은, 도 14 에서의 어레이 신호 처리 회로 (114) 에서 실시해도 되며, 결함 이미지 합성 처리부 (116) 에서 실시해도 되고, 본 실시형태에 있어서는 어레이 신호 처리 회로 (114) 에서 실시하고 있다.(a) At each focal position (P i , j : the coordinates in the plane orthogonal to the depth direction also correspond to the center position of the oscillator group to transmit and receive) to the focal position (P i , j ) where a defective echo is detected. On the other hand, the propagation time (hereinafter also referred to as measurement propagation time) is detected as shown in FIG. Detection of the measurement propagation time may be performed by the array
(b) 피검체 (1) 중에서 결함이 존재할 수 있는 영역을 미소 체적 요소로 나누고, 각각의 미소 체적 요소에 3 차원의 어드레스 (Pfk, l, m) (k: x 방향의 위치, l: y 방향의 위치, m: Z 방향의 위치) 를 배정한다.(b) The area in which the defect may be present in the subject (1) is divided into microvolume elements, and each microvolume element has a three-dimensional address (Pf k, l, m ) (k: position in the x direction, l: position in the y direction, m: the position in the Z direction).
(c) 각 위치 (Pi, j) 에서의 측정 전반 시간으로부터 수 거리와 피검체 거리를 산출하고, 결함이 송수신하는 진동자군의 중심축 상 (깊이 방향에 대하여 직교하는 면내에서의 좌표가 Pi, j 에 있었다고 가정하였을 때의 결함 위치 (깊이) 를 산출하고, 그 결함 위치에 대응하는 Pfk, l, m 을 도 26 과 같이 측정 전반 시간에 대응하는 등전반 시간면의 중심으로서 설정한다.(c) The number distance and the subject distance are calculated from the measurement propagation time at each position (P i, j ), and the coordinates in the plane orthogonal to the depth direction on the central axis of the oscillator group through which defects are transmitted and received are P The defect position (depth) is assumed to be in i, j , and Pf k, l and m corresponding to the defect position are set as the center of the isoelectric time plane corresponding to the measurement propagation time as shown in FIG. .
(d) 상기한 (c) 에서 설정된 등전반 시간면의 중심으로부터 등전반 시간면 (도 25 참조) 을 형성하고, 그 등전반 시간면의 위치에 대응하는 각 미소 영역 (Pfk, l, m) 에 대하여, Pfk, l, m 에 형성한 카운터 (Ck, l, m) 에 카운트 1 을 가산한다.(d) Each minute region Pf k, l, m which forms an isoelectric time plane (see Fig. 25) from the center of the isoelectric time plane set in the above (c) and corresponds to the position of the isoelectric time plane. ), The
(e) 상기한 (c), (d) 의 조작을, 결함 에코가 검출되어 있는 모든 위치 (Pi , j) 에 대하여 실시한다.(e) The above operations (c) and (d) are performed for all positions P i and j in which defect echoes are detected.
(S65) 상기한 (S64) 에서 얻어진 데이터를 영상화한다. 본 실시형태 3 에서의 영상화의 방법은 이하에 나타내는 바와 같다.(S65) The data obtained in the above (S64) is imaged. The imaging method in Embodiment 3 is as follows.
(a) 전체 (k, l) 에 대하여, 각각 (k, l) 을 고정시켰을 때의 Ck, l, m 의 최대값 (Cmax (k, l)) 을 구한다.(a) The maximum value (Cmax (k, l)) of Ck, l, m when (k, l) is fixed to all (k, l) is calculated | required, respectively.
(b) Cmax (k, l) 가 임계값 이상이 되는 각 (k, l) 에 대하여, 다른 임계값을 결정하여 카운터 (Ck, l, m) 를 m 이 작은 쪽으로부터 체크해 갔을 때에 비로소 임계값 이상이 되는 m 을 m (k, l) 이라고 한다.(b) For each (k, l) where Cmax (k, l) is greater than or equal to the threshold, another threshold is determined and the threshold (C k, l, m ) is checked when m is checked from the smaller one. M above the value is called m (k, l).
(c) 상기한 (b) 에서 얻어진 m (k, l) 을 사용하여, 각 (k, l, m (k, l)) 에 대응하는 각 미소 영역이 서로 이웃하는 중심끼리를 선으로 이어 폴리곤을 구성한다.(c) Using the m (k, l) obtained in the above-mentioned (b), a polygon is formed by connecting the centers of the micro-areas corresponding to the angles (k, l, m (k, l)) to each other in a line Configure
(d) 상기한 (c) 에서 얻어진 폴리곤을 3 차원 표시한다.(d) The polygon obtained in the above-mentioned (c) is three-dimensionally displayed.
또한, 영상화 방법은 상기와 같은 3 차원 폴리곤 표시 방법에 한정되지 않으며, 그 밖의 3 차원 표시 방법이나 2 차원 표시 방법이어도 된다.The imaging method is not limited to the three-dimensional polygon display method described above, but may be another three-dimensional display method or a two-dimensional display method.
여기서, 주파수 50 ㎒, 어레이 피치 100 ㎛, 개구 합성에 사용하는 채널 수 32, 선집속 빔의 수중 초점 거리 15 ㎜ 의 초음파 선집속형 어레이 프로브 (도 29 에 나타내는 바와 같은 어레이 배열 방향과 직교 방향으로 크기 10 ㎜ 의 진동자면이 곡률을 갖고 있어, 그 방향으로 집속한다) 를 사용하여, 강편 샘플에 직경 300 ㎛ 의 인공 구멍을 뚫고, 그 구멍을 도 27a 와 같이 탐상하고, 상기 결함 이미지 합성 방법으로 영상화한 예를 도 27b 에 나타낸다. 또한, 도 27b 는 각 진동자를 추가로 미소 영역으로 분할하여 작성한 등전반 시간면을 이용하고 있다. 도 27c 는 상기한 특허문헌 3 에 기재된 방법으로 영상화 처리하고, 상기 결함 이미지 합성법 (S65) 의 방법으로 3 차원 표시한 도면이다. 이 실시예에서는, 수중 초점 거리, 접촉 매질 환산 거리 (L) 가, 진동자 영역 (진동자 직경) 의 약 1.5 이다. 도 27c 에서는 인공 구멍의 영상이 z 방향으로 평평하게 되어 있는 반면, 도 27b 에서는 인공 구멍의 곡면이 재현되어 있어, 형상의 분해능이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.Here, an ultrasonic focusing array probe having a frequency of 50 MHz, an array pitch of 100 µm, the number of channels used for aperture synthesis, and a focal length of 15 mm of the focusing beam underwater (size in the direction perpendicular to the array array direction as shown in FIG. 29). A 10 mm vibrator surface has a curvature and focuses in that direction), an artificial hole having a diameter of 300 μm is drilled in the slab sample, the hole is inspected as shown in Fig. 27A, and imaged by the defect image synthesis method. One example is shown in FIG. 27B. In addition, FIG. 27B uses the isoelectric time plane created by dividing each vibrator into minute regions. FIG. 27C is a diagram illustrating the imaging process by the method described in Patent Document 3 described above, and three-dimensional display by the method of the defect image synthesis method (S65). In this embodiment, the underwater focal length and the contact medium conversion distance L are about 1.5 of the vibrator region (vibrator diameter). In FIG. 27C, the image of the artificial hole is flattened in the z direction, whereas in FIG. 27B, the curved surface of the artificial hole is reproduced, and the resolution of the shape is improved.
또한, 본 실시형태 3 도, 결함 이미지 합성 방법으로 영상화하여 결함 이미지 표시 장치 (16) 에 표시하는 예에 대하여 설명하였는데, 그뿐만 아니라 결함 판정 장치 (17) 가, 결함 이미지 합성 처리부 (116) 에 의해 개구 처리된 상기한 신호에 기초하여 결함을 판정한다. 또, 결함 판정만을 한다면, 합성 결과를 영상화하여 표시하는 결함 이미지 표시 장치 (16) 는 반드시 없어도 되며, 결함 이미지 합성 처리부 (116) 로부터의 합성 결과를 결함 판정 장치 (17) 가 입력하고, 그 판정 결과만을 출력하는 구성으로 해도 된다. 반대로, 결함 자동 판정을 하지 않으면, 결함 판정 장치 (17) 는 없어도 된다.In addition, the third embodiment has also described an example of imaging by the defect image synthesizing method and displaying the image on the defect
상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태 3 에 있어서는, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 와 피검체 (1) 사이에 물을 개재시키고, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 수신 신호를 개구 합성 처리하여 형성되는 초점을, 피검체 (1) 에 대하여 상대적으로 주사하면서, 초음파를 피검체 (1) 를 향하여 송신하고, 피검체 (1) 의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송수신 공정과, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 각 진동자에서 수신된 신호를 개구 합성 처리하는 신호 처리 공정과, 얻어진 개구 합성 파형을 설정된 지연 시간에 따라 지연시킨 후 가산하여 신호를 생성하는 신호 생성 공정과, 그 생성된 신호를 표시하는 표시 공정을 구비한 내부 결함의 초음파 영상 방법으로서, 상기 지연 시간은, 전반 시간을 개구 합성 파형에 기초하여 산출하는 것으로 하고, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 각 진동자의 수신 신호에 실시되는 개구 합성 처리의 초점과 설정 내부 결함의 상대 위치에 대한 전반 시간의 변화량을 구하고, 그 전반 시간의 변화량으로부터 내부 결함의 영상화 신호를 생성하도록 하고 있어, 내부 결함을 고분해능으로 영상화할 수 있다.As described above, in the third embodiment, water is interposed between the array type
실시형태 4.Embodiment 4.
본 실시형태 4 는, 도 14 의 결함 이미지 합성 처리부 (116) 가 상기한 연산 처리와는 상이한 처리를 하도록 한 예이다. 본 실시형태 4 의 결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 상기한 등전반 시간면 데이터 대신에 지연 시간 데이터를 사용한다. 이 때문에, 등전반 시간면 데이터부 (117) 대신에, 지연 시간 데이터가 저장되는 기억 장치 (도시 생략) 가 형성된다. 이 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 는, 전반 시간의 변화량 데이터 (도 21 의 변환을 실시하기 전의 데이터) 로부터 구하는 것으로서, 도 28 의 개념도에 나타내는 바와 같이, 전반 시간의 변화량이 클수록 지연 시간을 작게, 변화량이 작을수록 지연 시간을 크게 한 데이터이다. 등전반 시간면 데이터와 동일하게 하여, 수 거리·피검체 거리·개구 합성 초점 깊이의 각 값에 대응하여 구해져 기억 장치에 기억되어 있다.The fourth embodiment is an example in which the defect image
결함 이미지 합성 처리부 (116) 는, 도 23 에 나타내는 플로우 차트 중, 등전반 시간면 선택의 처리 (S63) 와 데이터 영상화 처리 (S64) 의 구체적 내용이 상이하지만, 그 이외의 처리는 동일하다.The defect image synthesizing
등전반 시간면 선택의 처리 (S63) 는, 지연 시간 데이터 선택 처리가 된다. 구체적으로는, 어레이형 초음파 프로브로 측정한 수신 파형의 수 거리·결함 깊이에 대응하는, 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 를 선택하는 처리를 실시한다.The equipotential time plane selection process (S63) is a delay time data selection process. Specifically, a process of selecting delay time data (delay time group) corresponding to the number distance and depth of defect of the received waveform measured by the array type ultrasonic probe is performed.
데이터 영상화 처리 (S64) 는, 그 지연 시간 데이터 선택 처리에서 선택한 지연 시간 데이터를 사용하여, 도 28 과 같이 파형 재합성 처리를 실시한다.The data imaging process S64 performs waveform resynthesis processing as shown in FIG. 28 using the delay time data selected in the delay time data selection process.
구체적으로는, 초점 주사한 다수 점 중, 인접한 소정 수의 초점 위치 (도 28 의 예에서는 10 점) 를 선택하고, 그 10 점에서 측정한 반사 파형 데이터 (어레이형 초음파 프로브의 각 진동자의 신호를 초점을 형성하기 위해 개구 합성 처리한 신호로서, 실시형태 1, 2 에서의 집속형 초음파 프로브의 출력 파형 데이터에 상당) 에 대하여, 선택한 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 에 대응하여, 각 프로브 위치에 파형을 지연 처리한다. 도 28 에 나타내는 바와 같이, 외측 초점의 신호에는 지연 시간을 작게 하고, 내측 초점에는 지연 시간을 크게 하고 있다. 이로써, 소정 수의 초점 위치 중, 그 중심에 위치하는 초점의 상하에 결함이 있으면, 결함 파형이 정렬됨으로써 결함 신호가 강조되어, 결함의 존재를 검지할 수 있다. 한편, 중심에 위치하는 초점의 상하에 결함이 없으면, 예를 들어 외측 초점의 바로 위 또는 바로 아래에 결함이 있으면, 각 초점에서 수신한 결함의 신호는, 지연되어도 위상이 정렬되지 않기 때문에 상쇄되어 강조되지 않아, 결함 신호를 검출할 수 없다. 요컨대, 중심에 위치하는 초점의 바로 위 또는 바로 아래에는 결함이 없다는 것이 된다.Specifically, among a plurality of focus-scanned points, a predetermined number of adjacent focal positions (10 points in the example of FIG. 28) are selected, and the reflected waveform data (signal of each vibrator of the array type ultrasonic probe) measured at the 10 points is selected. As a signal subjected to aperture synthesis to form a focal point, corresponding to the output waveform data of the focused ultrasonic probes according to the first and second embodiments, corresponding signals to the selected delay time data (delay time group) are provided at respective probe positions. Delay the waveform. As shown in FIG. 28, the delay time is made small for the signal of the outer focus, and the delay time is made large for the inner focus. Thereby, if there is a defect above and below the focus located at the center of the predetermined number of focus positions, the defect waveform is aligned so that the defect signal is emphasized and the presence of the defect can be detected. On the other hand, if there are no defects above and below the focus located at the center, for example, if there is a defect immediately above or just below the outer focus, the signals of the defects received at each focus are canceled because the phases are not aligned even if delayed. Not highlighted, the defect signal cannot be detected. In short, there is no defect just above or just below the centrally located focal point.
이러한 처리를 다수 점 측정한 데이터에 대하여, 선택 범위를 이동시키면서 순서대로 소정 수의 데이터를 선택하고, 반복함으로써 개구 합성 파형을 얻는다. 그리고, 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 를 선택할 때에는, 복수의 깊이에 대응한 지연 시간 데이터 (지연 시간군) 를 각각 선택하고, 상기한 연산 처리를 반복한다. 그리고, 얻어진 파형을 적당한 방법 (A 스코프, B 스코프, C 스코프, 3 차원 표시) 으로 표시한다.With respect to the data obtained by measuring a large number of such processes, a predetermined number of data is selected in order while moving the selection range, and the aperture synthesis waveform is obtained by repeating. When the delay time data (delay time group) is selected, the delay time data (delay time group) corresponding to the plurality of depths are selected, respectively, and the above-described calculation processing is repeated. And the obtained waveform is displayed by a suitable method (A scope, B scope, C scope, three-dimensional display).
또한, 본 실시형태 4 도, 결함 이미지 합성 방법으로 영상화하여 결함 이미지 표시 장치 (16) 에 표시하는 예에 대하여 설명하였는데, 그뿐만 아니라 결함 판정 장치 (17) 가, 결함 이미지 합성 처리부 (116) 에 의해 개구 처리된 상기한 신호에 기초하여 결함을 판정한다. 또, 결함 판정만을 한다면, 합성 결과를 영상화하여 표시하는 결함 이미지 표시 장치 (16) 는 반드시 없어도 되며, 결함 이미지 합성 처리부 (116) 로부터의 합성 결과를 결함 판정 장치 (17) 가 입력하고, 그 판정 결과만을 출력하는 구성으로 해도 된다. 반대로, 결함 자동 판정을 하지 않으면, 결함 판정 장치 (17) 는 없어도 된다.In addition, while the fourth embodiment has also described an example of imaging by the defect image synthesizing method and displaying the image on the defect
상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태 4 에 있어서는, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 와 피검체 (1) 사이에 물을 개재시키고, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 수신 신호를 개구 합성 처리하여 형성되는 초점을, 피검체 (1) 에 대하여 상대적으로 주사하면서, 초음파를 피검체 (1) 를 향하여 송신하고, 피검체의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신하는 송신 회로 (111)·구동 소자 선택 회로 (112)·수신 회로 (113)(송수신 수단) 와, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 각 진동자에서 수신된 신호를 개구 합성 처리하는 어레이 신호 처리 회로 (114)(신호 처리 수단)와, 얻어진 개구 합성 파형을 설정된 지연 시간 데이터에 의해 지연시킨 후 가산하여 신호를 생성하는 결함 이미지 합성 처리부 (116)(신호 생성 수단) 와, 그 생성된 신호 데이터를 화상 메모리에 출력하여 표시하는 결함 이미지 표시 장치 (16)(표시 수단) 를 구비한 내부 결함의 초음파 영상 방법으로서, 상기 지연 시간 데이터는, 전반 시간을 개구 합성 파형에 기초하여 산출하는 것으로 하고, 어레이형 초음파 프로브 (10a) 의 각 진동자의 수신 신호에 실시되는 개구 합성 처리의 초점과 설정 내부 결함의 상대 위치에 대한 전반 시간의 변화량으로부터 구하고, 그 전반 시간의 변화량으로부터 내부 결함의 영상 신호를 생성하도록 하고 있어, 내부 결함을 고분해능으로 영상화할 수 있다.As described above, in the fourth embodiment, water is interposed between the array type
또한, 상기 실시형태 1 내지 4 에 나타낸 본 발명은 초점 거리, 피검체 거리, 접촉 매질 거리의, 진동자 영역에 대한 비가 충분히 큰 경우에도 적용해도 되는데, 초점 거리, 피검체 거리, 접촉 매질 거리의, 진동자 영역에 대한 비가 작아진다는 조건에 있어서 그 효과가 현저해진다. 구체적으로는, 초점 거리의, 송수신하는 진동자의 사이즈에 대한 비가 0.5 보다 크고, 8 보다 작은 범위에 있어서 적용할 수 있으며, 바람직하게는 0.5 보다 크고 6 보다 작은 범위, 보다 바람직하게는 0.5 보다 크고, 3 보다 작은 범위가 적합하다. 또한, 본 발명이 적용되는 피검체 거리, 접촉 매질 거리의, 송수신하는 진동자의 사이즈에 대한 비의 범위도 초점 거리와 동일하다.In addition, the present invention shown in
또, 상기 실시형태 1 에서 4 의 설명은, 초음파 계측 장치의 일 형태인 영상화 장치로서 설명하였는데, 본 발명의 적용은 그에 한정되지 않으며, 구한 카운터값이나 지연 시간에 따라 합성한 파형 데이터를 입력하고, 그들 데이터를 사용하여 결함의 종류나 정도를 판정하여 결함을 검출하는 결함 검출 장치 등에도 적용할 수 있다. In addition, although the description of
Claims (11)
상기 초음파 프로브와 내부 결함 사이를 전반 (傳搬) 하는 초음파의 파형을, 송수신면의 전체면에서 합성한 초음파의 파형으로서 취급하여 구해진 참조 전반 시간을 이용하여, 각 측정 위치에서 수신한 신호의 개구 합성 처리를 실시하는 개구 합성 처리 수단을 구비한, 초음파 계측 장치.Transmitting and receiving means for scanning the focal point formed by the ultrasonic probe relative to the subject, transmitting ultrasonic waves toward the subject, and receiving reflected waves from the internal defects of the subject;
Opening of the signal received at each measurement position using reference propagation time obtained by treating the waveform of the ultrasonic wave propagated between the ultrasonic probe and the internal defect as the waveform of the ultrasonic wave synthesized on the entire surface of the transmission / reception surface. An ultrasonic measuring device comprising an aperture synthesizing means for performing a synthesizing process.
각 측정 위치에 있어서, 상기 반사파에 기초하여 내부 결함까지의 전반 시간을 측정하는 전반 시간 측정 수단을 구비하고,
상기 개구 합성 처리 수단이, 상기 참조 전반 시간이 동등해지는 피검체 내부의 위치를 이어 형성된 등전반 시간면을, 상기 전반 시간 측정 수단에서 측정한 전반 시간에 대응하여 추출하여, 등전반 시간면의 위치를 결함 후보 위치로 하는 것을 특징으로 하는 초음파 계측 장치.The method of claim 1,
At each measurement position, it is provided with the propagation time measuring means which measures the propagation time to an internal defect based on the said reflected wave,
The opening synthesis processing means extracts the isoelectric time plane formed by linking the position inside the subject to which the reference propagation time is equal to the propagation time measured by the propagation time measurement means, and thus the position of the isoelectric time plane. Ultrasonic measuring apparatus characterized by the above-mentioned.
상기 개구 합성 처리 수단에서 구해진 결함 후보 위치마다, 상기 주사를 실시한 동안에 추출된 횟수를 산출하고, 그 산출된 횟수를 위치에 대응시켜 표시하는 표시 수단을 구비한, 초음파 계측 장치.The method of claim 2,
And display means for calculating the number of times extracted during the scanning for each defect candidate position determined by the aperture synthesizing means, and displaying the calculated number corresponding to the position.
상기 개구 합성 처리 수단이, 상기 참조 전반 시간에 기초하여 산출된 지연시간에 따라, 상기 송수신 수단에서 수신한 반사파를 지연시킨 후, 가산하여 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 계측 장치.The method of claim 1,
And the aperture synthesizing means delays the reflected wave received by the transmitting and receiving means according to the delay time calculated based on the reference propagation time, and adds to generate a signal.
상기 개구 합성 처리 수단에서 생성된 신호 데이터를 표시하는 표시 수단을 구비한, 초음파 계측 장치.The method of claim 4, wherein
An ultrasonic measuring apparatus comprising display means for displaying the signal data generated by the aperture synthesizing means.
상기 참조 전반 시간은, 초음파 프로브의 송수신면의 전체면을 복수 영역으로 분할하고, 그 분할된 각 영역과 내부 결함 사이에 송수신되는 초음파의 파형을 구하고, 그 파형을 상기 초음파 프로브 전체면에 대하여 합성한 파형으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 계측 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The reference propagation time divides the entire surface of the transmitting / receiving surface of the ultrasonic probe into a plurality of regions, obtains waveforms of ultrasonic waves transmitted and received between the divided regions and internal defects, and synthesizes the waveforms with respect to the whole surface of the ultrasonic probe. An ultrasonic measuring device, characterized in that it is calculated from one waveform.
상기 참조 전반 시간은, 미리 인공적으로 제조한 내부 결함을 갖는 피검체를 사용하여, 상기 초음파 프로브가 형성하는 초점과 상기 피검체를 상대적으로 주사하면서, 초음파를 상기 피검체를 향하여 송신하고, 상기 피검체의 내부 결함으로부터의 반사파를 수신함으로써 구하는 것을 특징으로 하는 초음파 계측 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The reference propagation time transmits an ultrasonic wave toward the subject while relatively scanning the focal point formed by the ultrasonic probe and the subject, using a subject having an internally manufactured internal defect. It is obtained by receiving the reflected wave from the internal defect of the specimen.
상기 초음파 프로브는 집속형 초음파 프로브인 것을 특징으로 하는 초음파 계측 장치.The method according to any one of claims 1 to 7,
And the ultrasonic probe is a focused ultrasonic probe.
상기 초음파 프로브는, 복수의 진동자가 배열된 어레이형 초음파 프로브이며,
상기 각 진동자의 신호를 개구 합성 처리에 의해 초점을 형성하여, 상기 각 측정점에서 수신한 신호로 하는 신호 처리 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 계측 장치.The method according to any one of claims 1 to 7,
The ultrasonic probe is an array type ultrasonic probe in which a plurality of vibrators are arranged.
And a signal processing means for focusing the signals of the vibrators by aperture synthesizing and using the received signals at the respective measuring points.
상기 개구 합성 처리 수단에서 개구 합성 처리된 신호를 이용하여 결함을 판정하는 결함 판정 수단을 구비한, 초음파 계측 장치.The method according to any one of claims 1 to 9,
Ultrasonic measurement apparatus provided with defect determination means which judges a defect using the signal which carried out the aperture synthesis process by the said aperture synthesis process means.
상기 초음파 프로브와 내부 결함 사이를 전반하는 초음파의 파형을, 송수신면의 전체면에서 합성한 초음파의 파형으로서 취급하여 구해진 참조 전반 시간을 이용하여, 각 측정점에서 수신한 신호의 개구 합성 처리를 실시하는 개구 합성 처리 단계를 구비한, 초음파 계측 방법.Transmitting / receiving ultrasonic waves toward the subject and receiving reflected waves from internal defects of the subject;
Opening synthesis processing of the signal received at each measurement point is performed by using the reference propagation time obtained by treating the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic probe and the internal defect as the waveform of the ultrasonic wave synthesized on the entire surface of the transmission and reception surface. An ultrasonic measurement method comprising an aperture synthesis treatment step.
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