JPH01224660A - 超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷装置

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JPH01224660A
JPH01224660A JP63049626A JP4962688A JPH01224660A JP H01224660 A JPH01224660 A JP H01224660A JP 63049626 A JP63049626 A JP 63049626A JP 4962688 A JP4962688 A JP 4962688A JP H01224660 A JPH01224660 A JP H01224660A
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signal
converter
sampling
delay
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Teruo Igarashi
五十嵐 照夫
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波により被検材の探傷を行なう超音波探
傷装置に関する。
〔従来の技術〕
超音波探傷装置は、物体を破壊することなくその内部の
欠陥を検出することができ、多くの分野において用いら
れている。例えば、合成樹脂材でモールドされた板状の
半導体チップの層間の剥離の有無を検出する場合、超音
波の送受信を行なう探触子をチップの表面の縦横方向に
又は円周方向に走査させ、その走査経路上の多数の点で
超音波の送受信を行ない剥離の有無を検出する。このよ
うな超音波探傷装置を第6図により説明する。
第6図は従来の超音波探傷装置の系統図である。
図で、X、Zは座標軸を示し、Y軸は紙面に垂直な方向
である。1は水槽、2は水槽1に満たされた水、3は水
槽1の底壁に固定された台、4は台3に可回転に支持さ
れた回転テーブル、5は回転テーブル4上にfRyl固
定された被検材である。6は超音波探触子、7は超音波
探触子6をZ軸方向に駆動可能に支持する支持体、8は
支持体7を支持する移動体である。移動体8は水槽l上
をY軸方向に移動可能であり、かつ、支持体7を移動体
8上でX軸方向に移動させる手段を備えている。
10は支持体7をX軸方向に駆動するモータ、11は超
音波探触子6をZ軸方向に駆動するモータ、12は回転
テーブル4を図に示すθ方向に回転駆動するモータであ
る。13,14.15はそれぞれモータ10,11.1
2の回転量に応じた数のパルスを出力するエンコーダ、
16はモータ10゜11.12を駆動制御するモータコ
ントローラである。
17はエンコーダ13,14.15の出力パルスを入力
してモータの回転位置に応じたパルスに変換する分周器
である。18はパルサーレシーバであり、超音波探触子
6にパルスを出力して超音波を発生せしめるとともに、
超音波探触子6に入力した被検材5からの反射波を受信
しこれをデータとして出力する。19はゲート回路ピー
クホールドであり、パルサーレシーバ18から出力され
たデータのうち任意のデータのみを通過させるとともに
これらデータのうちのピーク値をホールドする回路であ
る。このゲート回路ピークホールド19により被検材5
の表面からの探傷の深さ範囲を定め、その範囲における
ピーク値をとり出すことができる。20はA/D変換詑
、21は定められた手順にしたがって所要の演算、制御
を行なうCPU (中央処理装置)、22は入力された
データを記を復するメモリ、23は信号の入出力を行な
うためのインタフェースである。CPU2 Lメモリ2
2およびインタフェース23により信号処理装置が構成
される。24はパルサーレシーバ18の受信信号により
被検材5の探傷波形を表示するオシロスコープ、25は
探傷結果を表示するモニタテレビジョン(モニタTV)
、26は所要のデータや指令等を入力するためのキーボ
ードである。
ここで、上記超音波探傷装置の動作を説明する。
CPU21に対して、キーボード26から所要の数値、
例えばゲート回路ピークホールド19のゲート範囲や分
周器17の分周数、モータ10,11゜12の駆動速度
等が設定される。CPU21はモータコントローラ16
に指令信号を出力し、モータ10,11.12を駆動し
、探触子6を定められた走査開始点(原点)に移行させ
る。このとき分周器17から出力される信号によりA/
D変換器20が駆動されるとともに、CPU21はバル
サレシーバ18を駆動して超音波の送受信を行なわせる
。受信された反射波は、ゲート回路ピークホールド19
に人力され、そのうちの所定深さ範囲におけるピーク値
のみとり出され、このピーク値は作動状態にあるA/D
変換器によりディジタル値に変換され、この変換された
値はCPU21の指令によりメモリ22の所定のアドレ
スに格納される。
以後、モータ12が所定速度で連続して駆動され、この
駆動中、エンコーダ15からは単位移動量毎にパルスが
出力され、分周器17からは所定の移動量毎にパルスが
出力される。そして、分周器17からのパルスの出力毎
にA/D変換器20が駆動され、前記ピーク値が順次メ
モリ22の所定のアドレスに格納されてゆく。この動作
が繰返えされ、探触子6が再び原点に戻ると、CP U
21はモータコントローラ16に指令信号を出力し、モ
ータ10を駆動して探触子6を所定量だけ中心方向に移
動させ、再び上記の動作を繰返して被検材5の探傷デー
タを採取してゆ(。このようにして被検材5の全面の走
査が終了すると、CPU21はメモリ22からデータを
とり出し、これに対して所要の処理を施し、その結果を
モニタTV25に表示させる。この結果、モニタTV2
5には被検材5の所定深さの横断面における各探傷点の
状態が表示され、欠陥部の位置や大きさを把握すること
ができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記超音波探傷装置による探傷により、被検材5に存在
する欠陥部分の位置や大きさは可成りの゛精度で検出す
ることができる。しかしながら、上2超音波探傷装置が
反射波形自体をとり出すものではなく、単に反射波のピ
ーク値をとり出すのみであることから、その検出精度に
は限界があり、欠陥部の状態をさらに詳細に探究するこ
とはできなかった。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、゛超音
波反射波の波形自体を採取することができ、かつ、その
採取方法を任意に選択することができる超音波探傷装置
を徒供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、超音波探触子に
より被検材表面を走査しながらこれに超音波を送信しか
つその反射波を受信する送受信部と、前記反射波の信号
に相当するディジタル値を記憶手段に記憶し記憶された
値に基づいて所定の処理を行なう信号処理部と、この信
号処理部の処理に基づいて表示を行なう表示部とを備え
た超音波探傷装置において、前記反射波の信号をディジ
タル値に変換するA/D変換器、前記超音波の送受信の
開始信号を検出するトリガ検出回路、前記走査経路上の
探傷点位置情報を入力後その位置に対するサンプリング
終了まで前記トリガ検出回路を作動状態とするホールド
回路、および前記トリガ検出回路の検出信号毎に所定の
態様の遅延時間をもたせて前記A/D変換器を作動させ
る遅延回路を備えた波形変換部を設けるとともに、前記
信号処理部に前記遅延回路に前記遅延時間を指令するサ
ンプリング選択手段を設けたことを特徴とする。
〔作 用〕
信号処理部から送受信部へ指令が与えられると、送受信
部からパルスが発生して超音波の送受信が開始される。
一方、ホールド回路は探傷点位置情報を入力し、探傷点
位置に達したときトリガ検出回路を作動状態とする。こ
のような状態において、送受信部のパルスは波形変換部
のトリガ検出回路で検出され、当該波形変換部の遅延回
路を作動させる。遅延回路からは所定の遅延時間後に遅
延信号が信号処理部のサンプリング選択手段で指示され
る所定の態様で出力される。出力された遅延信号は波形
変換部のA/D変換器を作動状態とする。
一方、送受信部で受信された超音波反射波信号はA/D
変換器に入力され、A/D変換器が作動状態にあるとき
のみディジタル値に変換され、信号処理部の記憶手段に
記憶される。
送受信部のパルスの授受は1つの探傷点において繰返し
て行なわれ、その出力毎に上記の動作が繰返されるが、
この繰返し毎に遅延回路の遅延時間がサンプリングピッ
チだけ加算されてゆく。このため、定められた繰返しが
終了したとき、信号処理部の記憶手段には上記サンプリ
ングピッチでサンプリングした超音波反射波の波形が記
憶される。このサンプリングが終了するとホールド回路
はリセットされサンプリングが停止される。そして、次
の探傷点情報が入力されるとホールド回路は再びセット
状態となり、上記のサンプリングが再度実行される。こ
のようなサンプリングの期間中も走査は中断されること
なく継続している。
〔実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例に係る超音波探(3装置の系統
図である。図で、第6図に示す部分と同一部分には同一
符号を付して説明を省略する。30はパルサレシーバ1
8からの信号を入力してこれをディジタル値に変換する
波形変換部である。波形変換部30は図示のように、ト
リガ検出回路30a、遅延回路30b、、A/D変換器
30Cおよびホールド回路30dで構成されている。ト
リガ検出回路30aはホールド回路30dからのセット
信号が入力している状態においてパルサレシーバ18か
ら探触子6に出力されるパルスを検出し、その検出信号
を遅延回路30bに出力する。遅延回路30bは検出信
号入力後所定時間経過したときA/D変換器30cに信
号を出力し、この信号によりA/D変換器30cを作動
状態とする。
A/D変換器30Cはその作動状態時においてパルサレ
シーバ1日で受信された超音波反射波13号をディジタ
ル値に変換する。ホールド回路30dは走査中に分周器
17から探傷点に達した信号が人力されたときトリガ検
出回路30aにセット信号を出力し、その探傷点でのサ
ンプリングが終了したときにはリセット信号を出力する
。21′は第6図に示すCPU21に相当するCPUで
ある。
CPU21 ’はCPU2 Lの機能以外に遅延回路3
0bを制御する機能、その他の機能を備えている。これ
らの機能については後述する。
次に、本実施例の動作を第2図(a)〜(d)に示す波
形図および第3図に示すフローチャートを参照しながら
説明する。第2図(a)〜(d)はトリガパルスおよび
超音波反射波の波形図であり、第2図(b)〜(d)は
第2図(a)に示す波形の時間軸だけを拡張した波形図
である。各図で、T’+ + Tz + T:+ + 
・・・・・・・・・はパルサレシーバ18から出力され
るトリガパルス、W、、W、。
W2.・・・・・・・・・はパルサレシーバ18で受信
された超音波反射波信号波形を示す。第2図(a)に示
すようにトリガパルスはパルサレシーバ18から繰返し
出力され、その都度パルサレシーバ18に被検体5から
の超音波反射波信号が受信される。
第2図(b)に示す時間Tdlは遅延回路30bに最初
に設定される遅延時間、第2図(C)、  (d)に示
す時間T4□、T、3はそれぞれ2回目、3回口に設定
される遅延時間、Sl+  Z+  S3は各遅延時間
経過時のサンプリングポイントを示す。
PLはサンプリングピッチを示し、このサンプリングピ
ッチP1は順次各遅延時間に加算されてゆく。即ち、遅
延時間Td□は遅延時間T41にサンプリングピッチP
1を加算した時間、遅延時間Td3は遅延時間T。にサ
ンプリングとツチP、を加算した時間である。T、はゲ
ート幅を示し、検出すべき時間、即ち被検材5の探傷深
さ範囲を示すものである。
超音波探傷は次のようにして実施される。まず、キーボ
ード26によりCPU21 ’に対して初期設定が行な
われる(第3図の手順S、)。この初期設定においては
、遅延時間T、い即ちサンプリング開始点s11サンプ
リングピッチPL−、ゲート幅Tgおよび分周器の分周
数、即ち走査経路上の探傷点間隔が設定され、メモリ2
2のアドレスが0番地とされる。なお、ゲート幅T、は
第2図(a)〜(d)から明らかなように、サンプリン
グピッチPtに、サンプル数から1を減じた数を乗じた
値である。
初期設定が終了すると、CPU21 ’はA/D変換器
30cをリセットしく手順S2)、遅延回路30bに対
して設定された遅延時間Tdlを出力し遅延回路30b
にこの時間を設定する(手順S、)。
さらに、分周器17に分周数を指令して被検材5の探傷
点間隔を定める(手順S、)。次いで、CPU21 ’
はバルサレ、シー式18およびホールド回路30dに起
動指令を出力しく手順SS)、これによりパルサレシー
バ18は探触子6にパルスT1を出力するとともに反射
波信号W、を入力する態勢となる。同時に、ホールド回
路30dは分周器17の出力を監視する。
モータ11.12が駆動され被検材5の走査経路上の探
傷点が探触子6と対向する位置に達したとき、分周器1
7から信号が出力され、この信号はホールド回路30d
に入力される。ホールド回路3Qdはこの信号が入力し
たときトリガ検出回路30aにセット信号を出力する。
これにより、トリガ検出回路が作動状態となり、パルサ
レシーバ18の出力パルスT、はトリガ検出回路30a
により検出され、この検出によりトリガ検出回路30a
は検出信号を出力して遅延回路30bを起動し、遅延回
路30bでは遅延時間Td+のカウントが開始される。
遅延時間T□が経過すると、遅延回路30bからA/D
変換器30cを作動状態とする信号が出力され、A/D
変換器30cはその時点で入力された信号WIのサンプ
リング点s、の値をディジタル値に変換し、変換動作が
終了すると変換動作終了の信号を出力する。一方、CP
U21 ’はパルサレシーバ18およびホールド回路3
0dに起動指令を出力後、A/D変換器30cの変換動
作終了信号の出力の有無を監視している(手順S、)。
そして、A/D変換器30cから変換動作終了信号が出
力されると、A/D変換器30cが変換した値を出力可
能な状態にあると判断し、変換されたディジタル値を読
込み(手順S7)、これを手順S、で設定されたメモリ
22のO番地に記憶させる(手順Ss)。
次いで、CPU21 ’はメモリアドレスに1を加えて
指定アドレスを1番地とし、手順S3で出力した遅延時
間T4+にサンプリング点・ツチPLを加算して新らた
な遅延時間T4□(Tat−Tat +pt)を設定し
、さらに、ゲート幅T、からサンプリングピッチPtを
減算してこれを新らたなゲート幅T9とする(手順S9
)。これにより、第2図(a)、(c)に示す第2回目
の信号W2のサンプリング態勢が整う。そして、手順S
、。で、手順S、において減算された新らたなゲート幅
TgがOであるか否かを判断し、0でない場合、処理は
手順S2に戻る。以後、第2回目、第3回目、・・・・
・・・・・の反射波信号Wz 、W、l・・・・・・・
・・におけるサンプリングピッチPtだけ順次ずらされ
たサンプリング点sz、s、、 ・・・・・・・・・の
値がディジタル値に変換され、メモリ22に格納される
。そして、ゲート幅Tgの期間のサンプリングが終了す
ると手順SIOでこれが判断され、CPU21 ’はホ
ールド回路30dをリセット状態とする。これにより、
トリガ検出回路30aのセット信号はなくなり、トリガ
検出回路30aは不作動状態となり、この探傷点におけ
るサンプリング動作が終了する。
以上述べたサンプリング動作は、被検材5の走査経路上
の1つの探傷点における動作である。そして、このサン
プリング動作の期間中、走査は中断されることなく継続
して行なわれているので、厳密にいうと上記サンプリン
グは同一探傷点のサンプリングではなくなる。しかしな
がら、上記サンプリングのサンプリング時間は、1つの
探傷点から次の探傷点へ移動する走査時間に比較して極
めて短かく、したがって、上記サンプリングは同−探傷
点についてなされたとみなすことができ、そのようにみ
なしても何等の不都合も生じない。
そして、上記サンプリング動作の終了後、CPU21′
は再び手順82〜Sl+の動作により次の探傷点におけ
るサンプリングを実行する。
ここで、手順SIから手順S、。でT9−0と判断され
るまでの間にメモリ22に格納されたデータについて考
察する。第2図(a)〜(d)に示すパルス’r’+ 
、Tt 、T3・・・・・・・・・および反射波信号W
、、w、、w、・・・・・・・・・の波形は、上記のよ
うに被検材5の同−探傷点の波形であるとみて差支えな
い。したがって、メモリ22に格納されたデータは信号
W、をピッチP、でサンプリングしたデータと同一とな
り、これは信号W、の波形自体を取り出したものとなる
。それ故、CPU21 ’にこの波形の解析機能をもた
せれば、反射波の詳細な探究が可能となる。
上記解析機能の一例として周波数解析を挙げることがで
きる。即ち、得られた反射波を周波数解析することによ
り、各周波数毎のピーク値を求めることができる。そし
て、これにより、従来装置におけるゲート回路ピークホ
ールド19で得られる単なるピーク値に基づ(被検材5
の欠陥部の位置、大きさに比較して、それらについての
より精密なデータを得ることができ、高精度の探傷を行
なうことができる。
このように、本実施例では、ボールド回路、トリガ検出
回路、遅延回路およびA/D変換器で波形変換部を構成
し、1つの探傷位置において繰返して超音波反射波信号
を発生させ、各超音波反射波信号毎に順にピッチptず
つずらした点の信号を順次ディジタル値に変換して記憶
するようにしたので、超音波反射波信号波形自体をとり
出すことができ、高精度の探傷を行なうことができる。
又、サンプリング開始位置、ピッチPL、ゲート幅を自
由に設定することができ、適切なサンプリングを行なう
ことができる―さらに、ホールド回路により走査位置に
同期してサンプリングを開始できるようにしたので、走
査を中断させることなくサンプリングを行なうことがで
き、走査時間を短縮することができる。
第4図は本発明の他の実施例に係る超音波探傷装置の波
形変換部のブロック図である。図で、第゛1図に示す部
分と同一部分には同一符号が付しである。30b’はさ
きの実施例の遅延回路30bに相当する遅延回路であり
、第1の遅延回路30b、、第2の遅延回路30b2お
よび第3の遅延回路30b3、ならびにダイオードDで
構成されている。本実施例の超音波探傷装置の他の部分
は第1図に示す部分と同じであるが、ただ、CPU21
’の初期設定を含む処理手順が異なる。
次に、本実施例の動作を第5図に示す超音波反射波の波
形図を参IIぺしながら説明する。まず、初期設定にお
いて、CPU21’は第5図に示すように、第1の遅延
回路30blにデイレ−(サンプリング位置)Toを設
定するとともに、第2の遅延回路30b2および第3の
遅延回路30b。
にそれぞれ遅延時間TDt、 To3を設定する。本実
施例の場合、遅延時間TD2と遅延時間71”o3は等
しくされている。さらに、サンプリングピッチP5、ゲ
ート幅T9′が設定され、メモリアドレスがO番地とさ
れる。
さきの実施例と同様、A/D変換器30cがリセットさ
れ、各遅延時間To 、 Tnz、 Taxが出力され
、パルサレシーバ18が起動されるとトリガ検出回路3
0aがこれを検出し、第1遅延回路30b1が作動を開
始する。遅延時間T、経過後、第1遅延回路30b、か
ら信号が出力され A/D変換器30cに変換指令が与
えられる。これによりそのとき入力されているサンプリ
ング点S、′の反射波信号がA/D変換され、変換が終
了するとそのデータはメモリ22に格納され、A/D変
換t530cは再びリセットされる。
一方、第1遅延回路30b、からの出力信号は同時に第
2遅延回路30b2にも入力され、第2遅延回路30b
2は作動を開始する。遅延時間TDtが経過すると、第
2遅延回路30 btからA/D変換器30cおよび第
3遅延回路30b、+に信号が出力される。これにより
、A/D変換器30cはサンプリング点32′の信号を
A/D変換し、そのデータはメモリ22に格納されると
ともに、第3遅延回路30b3が作動を開始する。
そして、遅延時間T。3が経過すると第3遅延回路30
b3からA/D変換器30cに信号が出力され、サンプ
リング点s 、 lの信号がA/D変換されてメモリ2
2に格納される。即ち、本実施例では、反射波の繰返し
波形における1つの波形について3点のサンプリングを
行うことになる。
CPU21 ’はA/D変換の回数をカウントすること
により、又は第3遅延回路30b3の出力をみることに
より、1つの反射波におけるサンプリングの終了を判断
し、次の反射波における第1の遅延回路30b1の遅延
時間を(’r+ +pt )に設定して再び上記と同じ
動作を繰返す。この場合、第2の遅延回路30bt、第
3の遅延回路30b3の遅延時間T。2+ TDIは変
化しない。上記動作の繰返しは、ゲート幅T、′のサン
プリングが終了したときに終了する。そして、このキ冬
了時、メモリ22には第5図に示す期間Tg′間の波形
のデータがサンプリングピッチP1で格納されているこ
とになる。
なお、上記実施例の3つの遅延回路に代えて1つの遅延
回路を用い、これに対してCPU21 ’が順次遅延時
間を設定することもできる。この場合、遅延回路のリセ
ットは、遅延回路の出力を用いて行なえばよい。なお又
、繰返し波形のうちの1つの波形に対してサンプリング
する数は3つに限ることなく、2つでも、あるいは4つ
以上でもよい。
このように、本実施例では、繰返し波形信号の各信号毎
にピッチをずらして複数点のサンプリングを行なうよう
にしたので、さきの実施例と同じ効果を奏するとともに
、ゲート幅が大きい場合やA/D変換器が高速性能を有
する場合、より迅速なサンプリングを行なうことができ
る。
なお、上記各実施例の説明では、被検材を走査して探傷
する例について説明したが、これに限ることはなく、ど
のような形式の探傷に対しても適用可能である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明では、ホールド回路、A/D
変換器、トリガ検出回路および遅延回路より成る波形変
換部を設け、信号処理部のサンプリング選択手段で遅延
回路の遅延を所望の8様に制御するようにしたので、簡
素な構成で超音波反射波の波形を採取することができ、
しかも、その採取方法を任意に選択することができる。
さらに、ホールド回路により走査位置に同期してサンプ
リングを開始できるようにしたので、走査を中断するこ
とな(サンプリングを行なうことができ、走査時間を短
縮することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る超音波探傷装置のブロッ
ク図、第2図(a)、(b)、(c)。 (d)は超音波反射波の波形図、第3図は第1図に示す
装置の動作を説明するフローチャート、第4図は本発明
の他の実施例に係る超音波探傷装置の波形変換部のブロ
ック図、第5図は超音波反射波の波形図、第6図は従来
の超音波探傷装置の系統図である。 5・・・・・・・・・被検材、6・・・・・・・・・探
触子、18・・・・・・・・・バルサレシーバ、21′
・・・・・・・・・CPU、22・・・・・・・・・メ
モリ、30・・・・・・・・・波形変換部、30a・・
・・・・・・・トリガ検出回路、30b・・・・・・・
・・遅延回路、30c・・・・・・・・・A/D変換器
。 第 3 図 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  超音波探触子により被検材表面を走査しながらこれに
    超音波を送信しかつその反射波を受信する送受信部と、
    前記反射波の信号に相当するディジタル値を記憶手段に
    記憶し記憶された値に基づいて所定の処理を行なう信号
    処理部と、この信号処理部の処理に基づいて表示を行な
    う表示部とを備えた超音波探傷装置において、前記反射
    波の信号をディジタル値に変換するA/D変換器、前記
    超音波の送受信の開始信号を検出するトリガ検出回路、
    前記走査経路上の探傷点位置情報を入力後その位置に対
    するサンプリング終了まで前記トリガ検出回路を作動状
    態とするホールド回路、および前記トリガ検出回路の検
    出信号毎に所定の態様の遅延時間をもたせて前記A/D
    変換器を作動させる遅延回路を備えた波形変換部を設け
    るとともに、前記信号処理部に前記遅延回路に前記遅延
    時間を指令するサンプリング選択手段を設けたことを特
    徴とする超音波探傷装置
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