JPH0215821B2 - - Google Patents
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- JPH0215821B2 JPH0215821B2 JP56095250A JP9525081A JPH0215821B2 JP H0215821 B2 JPH0215821 B2 JP H0215821B2 JP 56095250 A JP56095250 A JP 56095250A JP 9525081 A JP9525081 A JP 9525081A JP H0215821 B2 JPH0215821 B2 JP H0215821B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- focal position
- ultrasonic
- focal
- data
- angle
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
- G01N29/0609—Display arrangements, e.g. colour displays
- G01N29/0645—Display representation or displayed parameters, e.g. A-, B- or C-Scan
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52053—Display arrangements
- G01S7/52057—Cathode ray tube displays
- G01S7/5206—Two-dimensional coordinated display of distance and direction; B-scan display
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、配列した超音波振動子群を電気的切
換えによつて励振し、超音波ビームを走査する電
子走査式超音波探傷装置に係り、特に超音波ビー
ムを集束させて扇形走査を行う電子走査式超音波
探傷装置に関するものである。
換えによつて励振し、超音波ビームを走査する電
子走査式超音波探傷装置に係り、特に超音波ビー
ムを集束させて扇形走査を行う電子走査式超音波
探傷装置に関するものである。
配列した超音波振動子群を電子的切換えによつ
て励振し、超音波ビームを走査する電子走査式超
音波探傷装置はよく知られている。
て励振し、超音波ビームを走査する電子走査式超
音波探傷装置はよく知られている。
このような電子走査式超音波探傷装置の改良と
して、出願人は、特願昭55−3558号（特開昭56−
101547号）により、超音波の入射角が変化しても
被検体中で探傷面から一定深さの位置に焦点が形
成されるように扇形走査を行う電子走査式超音波
探傷装置を提案している。
して、出願人は、特願昭55−3558号（特開昭56−
101547号）により、超音波の入射角が変化しても
被検体中で探傷面から一定深さの位置に焦点が形
成されるように扇形走査を行う電子走査式超音波
探傷装置を提案している。
先願では、被検体中で超音波ビームを集束さ
せ、かつ、一定深さの焦点位置に扇形走査させる
ことで、広い角度範囲に亘つて焦点付近における
超音波ビームの方位分解能及び検出感度を向上さ
せる。
せ、かつ、一定深さの焦点位置に扇形走査させる
ことで、広い角度範囲に亘つて焦点付近における
超音波ビームの方位分解能及び検出感度を向上さ
せる。
しかし、先願は、焦点位置毎の超音波受信信号
（反射エコー信号）のみを選択して取込む機能が
ないことから、焦点位置付近は分解能の向上した
超音波信号が得られるが、焦点位置を外れた位置
の信号も取込むため、前記焦点位置を外れた位置
に反射部があると、これも受信して映像表示す
る。この結果、上記焦点位置を外れた位置の反射
部の映像と焦点位置との映像との分離ができなく
なり、１個の反射部として表示したり、実際の反
射部の大きさより拡大されて滲んだ映像表示とな
り、焦点位置を外れた位置は分解能が低下した映
像表示となる。
（反射エコー信号）のみを選択して取込む機能が
ないことから、焦点位置付近は分解能の向上した
超音波信号が得られるが、焦点位置を外れた位置
の信号も取込むため、前記焦点位置を外れた位置
に反射部があると、これも受信して映像表示す
る。この結果、上記焦点位置を外れた位置の反射
部の映像と焦点位置との映像との分離ができなく
なり、１個の反射部として表示したり、実際の反
射部の大きさより拡大されて滲んだ映像表示とな
り、焦点位置を外れた位置は分解能が低下した映
像表示となる。
また、第１図Ａの探触子１から発振した超音波
は、欠陥F1，F2から反射し、該探触子１に受信
したものが第１図Ｂの欠陥映像f1，f2として表示
される。しかし、欠陥F1，F2から反射した超音
波の一部が被検体３の表面で反射し、再び同一ル
ートを通つて欠陥部F1，F2にぶつかり、２回目
の反射信号が発生し、これが探触子１で検出され
る。これが３回、４回、……と続く、反射信号の
大きさは減衰してゆくが、ゲート範囲の設定がな
いとこうした２回目以降の反射信号が探触子で検
出されてしまう。然も、この検出は、最初の超音
波の放射からみた第１回目の反射エコーを得るま
での時間をt0とすると、2t0、3t0、……の如くt0
区間で繰り返し得られることになる。t0は距離換
算されて表示されることになり、この結果、表面
からt0相当距離の深さ、2t0相当距離の深さ、3t0
相当距離の深さ、……にそのエコー大きさの欠陥
映像を表示する。これは欠陥多重映像（虚像）と
呼ばれる。第１図Ｂのf′1，f′2が第２回目の欠陥
映像である。欠陥実映像f1，f2と欠陥多重映像
f′1，f′2との識別は困難である。
は、欠陥F1，F2から反射し、該探触子１に受信
したものが第１図Ｂの欠陥映像f1，f2として表示
される。しかし、欠陥F1，F2から反射した超音
波の一部が被検体３の表面で反射し、再び同一ル
ートを通つて欠陥部F1，F2にぶつかり、２回目
の反射信号が発生し、これが探触子１で検出され
る。これが３回、４回、……と続く、反射信号の
大きさは減衰してゆくが、ゲート範囲の設定がな
いとこうした２回目以降の反射信号が探触子で検
出されてしまう。然も、この検出は、最初の超音
波の放射からみた第１回目の反射エコーを得るま
での時間をt0とすると、2t0、3t0、……の如くt0
区間で繰り返し得られることになる。t0は距離換
算されて表示されることになり、この結果、表面
からt0相当距離の深さ、2t0相当距離の深さ、3t0
相当距離の深さ、……にそのエコー大きさの欠陥
映像を表示する。これは欠陥多重映像（虚像）と
呼ばれる。第１図Ｂのf′1，f′2が第２回目の欠陥
映像である。欠陥実映像f1，f2と欠陥多重映像
f′1，f′2との識別は困難である。
本発明の目的は、扇形走査をしている超音波ビ
ームを被検体の一定深さで集束させる場合、この
一定深さでの集束を被検体全域に可変させる時
も、焦点位置の超音波ビームが集束された域に焦
域ゲート範囲を追従させて焦点位置のみの受信信
号のみを取込むようにした電子走査式超音波探傷
装置を提供するものである。
ームを被検体の一定深さで集束させる場合、この
一定深さでの集束を被検体全域に可変させる時
も、焦点位置の超音波ビームが集束された域に焦
域ゲート範囲を追従させて焦点位置のみの受信信
号のみを取込むようにした電子走査式超音波探傷
装置を提供するものである。
本発明は、焦点位置の深さを変更させるときに
与えられる、焦点位置と焦点位置対応の設定角と
に対応して、遅延データ及びその時のゲート範囲
を格納するメモリと、焦点位置を変更させた時に
与えられるその焦点位置ｆ及び設定角から上記メ
モリ上の対応する遅延データ及びゲート範囲とを
読出す手段と、 設定角で定まる振動子群に該読出した遅延デー
タを与えて超音波ビームを放射させる手段と、 この超音波ビームの反射エコー受信部に上記ゲ
ート範囲を与えて該ゲート範囲内のエコー信号の
みを受信させる手段と、より成る。
与えられる、焦点位置と焦点位置対応の設定角と
に対応して、遅延データ及びその時のゲート範囲
を格納するメモリと、焦点位置を変更させた時に
与えられるその焦点位置ｆ及び設定角から上記メ
モリ上の対応する遅延データ及びゲート範囲とを
読出す手段と、 設定角で定まる振動子群に該読出した遅延デー
タを与えて超音波ビームを放射させる手段と、 この超音波ビームの反射エコー受信部に上記ゲ
ート範囲を与えて該ゲート範囲内のエコー信号の
みを受信させる手段と、より成る。
本発明によれば、超音波ビームの焦点位置が常
時被検体の所望する一定深さになるようにし、且
つ該焦点位置が被検体の所望する深さ方向に任意
に変化できるようになり、なおかつ、該焦点位置
近傍からの超音波受信信号（エコー）をゲート範
囲に従つて正しく抽出する。
時被検体の所望する一定深さになるようにし、且
つ該焦点位置が被検体の所望する深さ方向に任意
に変化できるようになり、なおかつ、該焦点位置
近傍からの超音波受信信号（エコー）をゲート範
囲に従つて正しく抽出する。
以下、図面により本発明の一実施例を説明す
る。第２図Ａは探触子を示す図、第２図Ｂは探触
子を構成する送受信振動子の配置図であり、送受
信振動子２及びこの振動子２の送信と受信用振動
子の両者を音響的に分離する遮音板４から成る。
る。第２図Ａは探触子を示す図、第２図Ｂは探触
子を構成する送受信振動子の配置図であり、送受
信振動子２及びこの振動子２の送信と受信用振動
子の両者を音響的に分離する遮音板４から成る。
第２図Ａにおいて、円弧状媒質１はＯ点を中心
とする半円面を有し、その上にＭ個の送受信振動
子２が配列されている。任意の送受信角度におい
て、超音波ビームは送受信振動子２のうちの２ａ
の範囲のＮ個によつて集束される（図は左端から
２ａとしたが、どの位置の２ａにするかは任意で
ある）。今、２ａの範囲のＮ個の振動子を励振さ
せると、振動子面が半円形を形成していることか
ら、全ての超音波ビームはその曲率中心のＯ点で
集束する。
とする半円面を有し、その上にＭ個の送受信振動
子２が配列されている。任意の送受信角度におい
て、超音波ビームは送受信振動子２のうちの２ａ
の範囲のＮ個によつて集束される（図は左端から
２ａとしたが、どの位置の２ａにするかは任意で
ある）。今、２ａの範囲のＮ個の振動子を励振さ
せると、振動子面が半円形を形成していることか
ら、全ての超音波ビームはその曲率中心のＯ点で
集束する。
しかし、被検体内の欠陥を検知するためには、
超音波ビームの焦点位置を被検体内にする必要が
あつて、第３図ＡのＯ点以降の任意の点O′を焦
点位置とする例を説明する。
超音波ビームの焦点位置を被検体内にする必要が
あつて、第３図ＡのＯ点以降の任意の点O′を焦
点位置とする例を説明する。
点O′を焦点位置とするためには、２ａの範囲
にあるＮ個の振動子からの送信超音波に時間差、
即ち遅延時間を与える必要がある。以下、任意の
位置aiでの遅延時間を計算する。
にあるＮ個の振動子からの送信超音波に時間差、
即ち遅延時間を与える必要がある。以下、任意の
位置aiでの遅延時間を計算する。
第３図Ａにおいて、任意の位置aiから曲率中心
Ｏに向う線OCとO′を中心とする半径Ｒの円周面
EF⌒との交点をG′とすると、点G′と点Ｃとの距離
d′iは近似式として で表わされる。一方、′とFE⌒との交点Ｇは
G′と略同じ位置とすれば、d′iは、相当値と考
えてよい。勿論、の距離を厳密に計算しても
よく、これらは任意である。従つて、この距離
d′iを音速Vaで割ると円周面AEで発生した超音波
が円周面EFに達するまでの時間t′iとなる。
Ｏに向う線OCとO′を中心とする半径Ｒの円周面
EF⌒との交点をG′とすると、点G′と点Ｃとの距離
d′iは近似式として で表わされる。一方、′とFE⌒との交点Ｇは
G′と略同じ位置とすれば、d′iは、相当値と考
えてよい。勿論、の距離を厳密に計算しても
よく、これらは任意である。従つて、この距離
d′iを音速Vaで割ると円周面AEで発生した超音波
が円周面EFに達するまでの時間t′iとなる。
t′i＝d′i／Va ……(2)
したがつて、ｉ＝１〜Ｎの振動子に対応した時
間t1〜tNだけ順次遅らせて各振動子を励振させ
ると、超音波ビームをO′点に集束するように送
信することが可能となる。
間t1〜tNだけ順次遅らせて各振動子を励振させ
ると、超音波ビームをO′点に集束するように送
信することが可能となる。
第３図Ｂは、Ｎ個の振動子よりなる振動子群の
中心軸OA線を円周方向に移動させて集束した超
音波ビームの入射角θ0を可変し、扇形走査を行う
状況を示した図である。ここで、１〜Ｎの振動子
に対応した遅延時間t1〜tNをそれぞれ一定にし
て扇形走査を行なうこれまでの電子走査式超音波
探傷方法においては、超音波ビームの焦点深度に
よる軌跡がPP′で示されるようになる（媒質１と
被検体３の音速が等しい場合の軌跡は円弧状にな
る）。
中心軸OA線を円周方向に移動させて集束した超
音波ビームの入射角θ0を可変し、扇形走査を行う
状況を示した図である。ここで、１〜Ｎの振動子
に対応した遅延時間t1〜tNをそれぞれ一定にし
て扇形走査を行なうこれまでの電子走査式超音波
探傷方法においては、超音波ビームの焦点深度に
よる軌跡がPP′で示されるようになる（媒質１と
被検体３の音速が等しい場合の軌跡は円弧状にな
る）。
このため、扇形走査と探傷面に沿つてＸ方向に
送る直線走査とを組合せた複合走査によつて超音
波探傷を実施する場合においては、被検体内の一
定深さで焦点位置と非焦点位置が混同することに
よつて、超音波ビームの集束効果が顕著に現われ
ないこともある。
送る直線走査とを組合せた複合走査によつて超音
波探傷を実施する場合においては、被検体内の一
定深さで焦点位置と非焦点位置が混同することに
よつて、超音波ビームの集束効果が顕著に現われ
ないこともある。
さらに集束される超音波ビームの中心軸が曲率
中心Ｏを通つて被検体面３に入射することから、
振動子の配列間隔によつて入射角θ0が決定される
ため、入射角θ0の設定角度によつては、縦波モー
ドと横波モードが混在する領域や、送受信効率の
低い領域が存在する場合や、被検体での超音波ビ
ームの走査密度が低くなる領域が存在する場合も
あつて、配列された振動子が有効に使用できない
等の問題がある。
中心Ｏを通つて被検体面３に入射することから、
振動子の配列間隔によつて入射角θ0が決定される
ため、入射角θ0の設定角度によつては、縦波モー
ドと横波モードが混在する領域や、送受信効率の
低い領域が存在する場合や、被検体での超音波ビ
ームの走査密度が低くなる領域が存在する場合も
あつて、配列された振動子が有効に使用できない
等の問題がある。
本発明による電子走査式超音波探傷方法は、か
かる前記の欠点に対しても改良がなされている。
かる前記の欠点に対しても改良がなされている。
第４図及び第５図は、本発明を実施する際に必
要な各振動子に対応する遅延時間を近似式で求め
る場合の参考図である。なお、第４図では、実際
の超音波探傷条件を考慮し、円弧状媒質１中の音
速V1ｍ／Ｓと被検体３中の音速V2ｍ／Ｓが異な
るものとして、超音波ビームの状況を示してあ
る。
要な各振動子に対応する遅延時間を近似式で求め
る場合の参考図である。なお、第４図では、実際
の超音波探傷条件を考慮し、円弧状媒質１中の音
速V1ｍ／Ｓと被検体３中の音速V2ｍ／Ｓが異な
るものとして、超音波ビームの状況を示してあ
る。
第４図において、円弧状媒質１の円周面上に配
列された送受信振動子のうち、任意のＮ個の振動
子を用いて、被検体３内で所望の焦点位置ｆに超
音波ビームを集束し、かつ超音波ビームの中心軸
と法線のなす角度と所望の（例えば送受信効率の
比較的高い）屈折角θr1を設定する場合について
考察すると、任意の振動子群の中心点Ａと円弧状
媒質１の曲率の中心Ｏとを結ぶ直線AOと、法線
とのなす角θi0が振動子の配列によつて決まる中
心ビームの入射角であるが、今、所望する屈折角
θr1に対応する入射角θi1とは異なつている。
列された送受信振動子のうち、任意のＮ個の振動
子を用いて、被検体３内で所望の焦点位置ｆに超
音波ビームを集束し、かつ超音波ビームの中心軸
と法線のなす角度と所望の（例えば送受信効率の
比較的高い）屈折角θr1を設定する場合について
考察すると、任意の振動子群の中心点Ａと円弧状
媒質１の曲率の中心Ｏとを結ぶ直線AOと、法線
とのなす角θi0が振動子の配列によつて決まる中
心ビームの入射角であるが、今、所望する屈折角
θr1に対応する入射角θi1とは異なつている。
このため、振動子群の中心点Ａで送受信される
超音波ビームが、線分AQ間を経て焦点O′を通る
ようにビームの方向を偏向する必要がある。
超音波ビームが、線分AQ間を経て焦点O′を通る
ようにビームの方向を偏向する必要がある。
同様に、振動子群内の他の各振動子で送受信さ
れる全ての超音波ビームは、同一位相で焦点
O′の位置に到達するようにビーム方向を偏向す
る必要がある。例えば、振動子群のうち、中心点
Ａから所定間隔で配置された振動子の点Ｂ及び点
Ｃで送受信される超音波ビームは、その屈折角が
θr2またはθr3になるようにビームを偏向すること
によつて焦点O′を通る超音波ビームを得ること
ができ、各振動子による超音波ビームが集束され
る。
れる全ての超音波ビームは、同一位相で焦点
O′の位置に到達するようにビーム方向を偏向す
る必要がある。例えば、振動子群のうち、中心点
Ａから所定間隔で配置された振動子の点Ｂ及び点
Ｃで送受信される超音波ビームは、その屈折角が
θr2またはθr3になるようにビームを偏向すること
によつて焦点O′を通る超音波ビームを得ること
ができ、各振動子による超音波ビームが集束され
る。
一方、第５図は第４図における各超音波ビーム
のビーム路程をわかり易く表示するために、円弧
状媒質１内のビーム路程を被検体３内の音速V2
ｍ／Ｓで基準化したものである。したがつて、円
弧状媒質１の曲率半径はηとｒの積で表わしてあ
る。ここで、ηは被検体３の音速V2を円弧状媒
質１の音速V1で割つた値になる。また、曲率半
径η・ｒの円周上にあるA′，B′，C′の各点は、
それぞれ第４図に示し振動子群内の点Ａ，Ｂ，Ｃ
に対応する。
のビーム路程をわかり易く表示するために、円弧
状媒質１内のビーム路程を被検体３内の音速V2
ｍ／Ｓで基準化したものである。したがつて、円
弧状媒質１の曲率半径はηとｒの積で表わしてあ
る。ここで、ηは被検体３の音速V2を円弧状媒
質１の音速V1で割つた値になる。また、曲率半
径η・ｒの円周上にあるA′，B′，C′の各点は、
それぞれ第４図に示し振動子群内の点Ａ，Ｂ，Ｃ
に対応する。
したがつて、中心ビームの屈折角θr1を選択し
て焦点位置ｆの位置に超音波ビームを集束される
ためには、焦点O′を曲率の中心とし、OO′を結ぶ
直線の延長線上の振動子交点Ｐを考え、線分′
＝l0の長さを曲率半径として描いた円弧st⌒上にＮ
個の振動子を配列し、しかもその中心が線分O′A
の延長線上にあるようにして超音波の送受信を行
なつた場合と等価的な条件下で、各振動子の送受
信を行なう必要がある。
て焦点位置ｆの位置に超音波ビームを集束される
ためには、焦点O′を曲率の中心とし、OO′を結ぶ
直線の延長線上の振動子交点Ｐを考え、線分′
＝l0の長さを曲率半径として描いた円弧st⌒上にＮ
個の振動子を配列し、しかもその中心が線分O′A
の延長線上にあるようにして超音波の送受信を行
なつた場合と等価的な条件下で、各振動子の送受
信を行なう必要がある。
ここで、円弧状媒質１の円周面に配列された振
動子の各点A′，B′，C′から焦点O′に至る線分
O′A′＝l1、′′＝l2、′′＝l3としたとき、
各線
分の長さ並びに屈折角θr2及びθr3は次のようにし
て求められる。
動子の各点A′，B′，C′から焦点O′に至る線分
O′A′＝l1、′′＝l2、′′＝l3としたとき、
各線
分の長さ並びに屈折角θr2及びθr3は次のようにし
て求められる。
l0＝ｆ／cosθro＋η・ｒ ……(3)
但し、(3)式においてcosθroは(4)式で表わされ
る。
る。
θro＝tan-1ｆ・tanθr1−ｒ（sinθi0−cosθi0
・tanθr1）／ｆ……(4) l1＝ｆ／cosθr1＋η・ｒ・cosθi0／cosθi1……(5) l2＝η・ｒ・sinθC2＋ｆ／cosθr2 ……(6) 但し、(6)式においてθC2は(7)式で表わされる。
・tanθr1）／ｆ……(4) l1＝ｆ／cosθr1＋η・ｒ・cosθi0／cosθi1……(5) l2＝η・ｒ・sinθC2＋ｆ／cosθr2 ……(6) 但し、(6)式においてθC2は(7)式で表わされる。
θC2＝sin-1l1・cosθr1−ｆ／η・ｒ−θB ……(7)
但し、(7)式においてθBは振動子群の中心軸に対
する振動子間隔を角度で表わしたものである。
する振動子間隔を角度で表わしたものである。
l3＝η・ｒ・sinθC3＋ｆ／cosθr3 ……(8)
但し、(8)式においてθC3は(9)式で表わされる。
θC3＝sin-1l1・cosθr1−ｆ／η・ｒ＋θB ……(9)
θr2＝tan-1η・ｒ・cosθC2＋ｆ・tanθr1−ｒ（sinθ
i0−cosθi0・tanθi1／η・ｒ・sinθC2＋ｆ……(10) θr3＝2θr1−θr2 ……(11) 線分′″、′″、′″の長さをそれぞれ
Δl1、
Δl2、Δl3としたとき、これらの長さは次式によつ
て求められる。
i0−cosθi0・tanθi1／η・ｒ・sinθC2＋ｆ……(10) θr3＝2θr1−θr2 ……(11) 線分′″、′″、′″の長さをそれぞれ
Δl1、
Δl2、Δl3としたとき、これらの長さは次式によつ
て求められる。
Δl1＝l0−l1 ……(12)
Δl2＝l0−l2 ……（13）
Δl3＝l0−l3 ……（14）
したがつて、上記の(12)〜（14）式で求められる
各距離を音速V2で割ると、円弧st⌒上で発生した
超音波が円弧状媒質の周囲面に達するまでの時間
τ1〜τ3が得られる。
各距離を音速V2で割ると、円弧st⌒上で発生した
超音波が円弧状媒質の周囲面に達するまでの時間
τ1〜τ3が得られる。
τ1＝Δl1／V2 ……（15）
τ2＝Δl2／V2 ……（16）
τ3＝Δl3／V2 ……（17）
この結果、１〜Ｎの各振動子に対応した時間だ
け遅延して送受信を行うことによつて、超音波ビ
ームを集束することができ、超音波探傷信号の方
位分解能及び検出感度を向上させることができ
る。
け遅延して送受信を行うことによつて、超音波ビ
ームを集束することができ、超音波探傷信号の方
位分解能及び検出感度を向上させることができ
る。
このため、集束した超音波ビームで扇形走査を
行う際には、焦点位置ｆを一定にして各設定角ご
とに１〜Ｎの各振動子に対応した遅延時間を与え
る必要がある。
行う際には、焦点位置ｆを一定にして各設定角ご
とに１〜Ｎの各振動子に対応した遅延時間を与え
る必要がある。
さらに、前記理論式から各振動子に対応した遅
延時間を制御することで、全深さ方向に焦点位置
ｆを変化させることが可能となり、例えば深さの
浅い焦点位置から深さの深い焦点位置へ順次自動
による設定変更を行うことで、被検体の全深さ方
向に亘り、方位分解能及び検出感度を向上させる
ことができる。
延時間を制御することで、全深さ方向に焦点位置
ｆを変化させることが可能となり、例えば深さの
浅い焦点位置から深さの深い焦点位置へ順次自動
による設定変更を行うことで、被検体の全深さ方
向に亘り、方位分解能及び検出感度を向上させる
ことができる。
次に、第６図を参照する。超音波入射角をθ0と
する中心ビームAOで被検体内の所望する焦点位
置ｆに対し、該焦点位置ｆを基準に深さ方向で±
ｄの許容範囲を設けたｆ−ｄ及びｆ＋ｄにおい
て、AOO″とAOOにおける超音波ビームの伝
播時間t1及びt2は下式により算出できる。
する中心ビームAOで被検体内の所望する焦点位
置ｆに対し、該焦点位置ｆを基準に深さ方向で±
ｄの許容範囲を設けたｆ−ｄ及びｆ＋ｄにおい
て、AOO″とAOOにおける超音波ビームの伝
播時間t1及びt2は下式により算出できる。
t1＝2r／V1＋２（ｆ−ｄ）／V2cosθr ……（18）
t2＝2r／V1＋２（ｆ＋ｄ）／V2cosθr ……（19）
ここで、被検体の所望する焦点位置ｆに制御さ
れた超音波信号から方位分解能及び検出感度を向
上した範囲ｆ−ｄからｆ＋ｄまでを限定し、超音
波受信信号のみ抽出する焦域ゲートを設ける。該
焦域ゲートは、（18）、（19）式で超音波中心孔ビ
ームの伝播時間差t2−t1を超音波受信信号に与え
ることで、焦点付近のｆ−ｄからｆ＋ｄ深さ間で
受信する反射エコーのみ抽出できる。以上、各振
動子に対応した遅延時間を制御することにより超
音波ビームを扇形走査させながら被検体内の一定
深さで集束させると共に、被検体の全深さ方向に
焦点位置を変化させ、かつ、伝播時間差を与える
ことで焦域ゲートが設定できることを理論的に確
認したが、以下に本理論を基本とした装置の一実
施例を示す。
れた超音波信号から方位分解能及び検出感度を向
上した範囲ｆ−ｄからｆ＋ｄまでを限定し、超音
波受信信号のみ抽出する焦域ゲートを設ける。該
焦域ゲートは、（18）、（19）式で超音波中心孔ビ
ームの伝播時間差t2−t1を超音波受信信号に与え
ることで、焦点付近のｆ−ｄからｆ＋ｄ深さ間で
受信する反射エコーのみ抽出できる。以上、各振
動子に対応した遅延時間を制御することにより超
音波ビームを扇形走査させながら被検体内の一定
深さで集束させると共に、被検体の全深さ方向に
焦点位置を変化させ、かつ、伝播時間差を与える
ことで焦域ゲートが設定できることを理論的に確
認したが、以下に本理論を基本とした装置の一実
施例を示す。
第７図は、本発明を実施する際に必要な超音波
送受信部の構成例を示したものである。主制御部
５はマイクロコンピユータを内蔵しており、制御
上必要な各種データをROMに格納している。こ
のROMのテーブルを、第８図に示す被検体の所
望する焦点位置を一定にし、また、被検体の深さ
方向に焦点位置を段階的に変化させ、かつ、焦域
の反射エコーのみ抽出できるように構成されてい
る。
送受信部の構成例を示したものである。主制御部
５はマイクロコンピユータを内蔵しており、制御
上必要な各種データをROMに格納している。こ
のROMのテーブルを、第８図に示す被検体の所
望する焦点位置を一定にし、また、被検体の深さ
方向に焦点位置を段階的に変化させ、かつ、焦域
の反射エコーのみ抽出できるように構成されてい
る。
具体的には、Ｎ個の振動子中超音波中心ビーム
の設定角度θ0に対応する各振動子１からＮ（アド
レスに一致させた）の遅延時間を合焦域遅延デー
タｇからｉまでと、アドレスＮ＋１上の設定入射
角θ0（第８図でｊを示す）、焦域ゲートのアドレス
Ｎ＋２上の開始点t1及びアドレスＮ＋３上の焦域
ゲート範囲（t2−t1）を１グループとするテーブ
ル構成で、（Ｎ＋３）バイトのROMに格納する。
同様に、振動子の総数Ｍ個からＮ個の振動子群を
１素子ごとにシフトさせて電子走査を行う過程
で、前記一定焦点位置ｆに超音波ビームをコント
ロールするために、それぞれの合焦域遅延データ
（ｇ−ｉ）及び焦域ゲート設定データt1，t2−t1A
を（Ｍ−Ｎ＋１）（Ｎ＋３）バイト中にそれぞれ
格納する。さらに、全深さ方向に対して探傷する
場合には、焦点位置ｆを段階的にｎ通り設定し、
それらを自動で可変制御するためのデータとして
前記同様のテーブル構成で、ｎ（Ｍ−Ｎ＋１）（Ｎ
＋３）バイトのデータをROMに格納してある。
の設定角度θ0に対応する各振動子１からＮ（アド
レスに一致させた）の遅延時間を合焦域遅延デー
タｇからｉまでと、アドレスＮ＋１上の設定入射
角θ0（第８図でｊを示す）、焦域ゲートのアドレス
Ｎ＋２上の開始点t1及びアドレスＮ＋３上の焦域
ゲート範囲（t2−t1）を１グループとするテーブ
ル構成で、（Ｎ＋３）バイトのROMに格納する。
同様に、振動子の総数Ｍ個からＮ個の振動子群を
１素子ごとにシフトさせて電子走査を行う過程
で、前記一定焦点位置ｆに超音波ビームをコント
ロールするために、それぞれの合焦域遅延データ
（ｇ−ｉ）及び焦域ゲート設定データt1，t2−t1A
を（Ｍ−Ｎ＋１）（Ｎ＋３）バイト中にそれぞれ
格納する。さらに、全深さ方向に対して探傷する
場合には、焦点位置ｆを段階的にｎ通り設定し、
それらを自動で可変制御するためのデータとして
前記同様のテーブル構成で、ｎ（Ｍ−Ｎ＋１）（Ｎ
＋３）バイトのデータをROMに格納してある。
以上の第８図をもう少し詳述する。第８図の左
側のメモリ区分は、焦点位置ｆの大きさによつて
区分されたものである。図では、焦点位置ｆとし
て、f1，f2，……foの如くｎ個の焦点位置を設定
した例を示した。
側のメモリ区分は、焦点位置ｆの大きさによつて
区分されたものである。図では、焦点位置ｆとし
て、f1，f2，……foの如くｎ個の焦点位置を設定
した例を示した。
第８図の真中のメモリ区分は、入射角θ0の大き
さによつて区分されたものである。図では、入射
角θ0として、（Ｍ−Ｎ＋１）個を設定した例を示
した。入射角とは、前述のシフトに対応する。即
ち、Ｍ個の振動子に対して１〜Ｎ個の振動子を選
び、このＮ個の振動子に関するデータが第８図の
真中の最上段エリアである。次に１素子シフトを
かけると、２〜（Ｎ＋１）のＮ個が選択され、こ
の２〜（Ｎ＋１）個のＮ個に関するデータが第８
図の真中の２段目エリアである。
さによつて区分されたものである。図では、入射
角θ0として、（Ｍ−Ｎ＋１）個を設定した例を示
した。入射角とは、前述のシフトに対応する。即
ち、Ｍ個の振動子に対して１〜Ｎ個の振動子を選
び、このＮ個の振動子に関するデータが第８図の
真中の最上段エリアである。次に１素子シフトを
かけると、２〜（Ｎ＋１）のＮ個が選択され、こ
の２〜（Ｎ＋１）個のＮ個に関するデータが第８
図の真中の２段目エリアである。
第８図の右側のメモリ区分は、ある入射角θ0の
もので各種データを示す。このデータは、（Ｎ＋
３）バイトよりなり、１〜Ｎアドレス（バイト）
がＮ個の振動子の合焦域遅延データ（ｇ〜ｉ）を
示し、（Ｎ＋１）アドレス（バイト）目が角度デ
ータｊを示し、（Ｎ＋２）アドレス（バイト）目
が焦域ゲートタイミングt1を示し、（Ｎ＋３）ア
ドレス（バイト）目が深度許容範囲決定用の焦域
ゲート設定データ（t2−t1）である。
もので各種データを示す。このデータは、（Ｎ＋
３）バイトよりなり、１〜Ｎアドレス（バイト）
がＮ個の振動子の合焦域遅延データ（ｇ〜ｉ）を
示し、（Ｎ＋１）アドレス（バイト）目が角度デ
ータｊを示し、（Ｎ＋２）アドレス（バイト）目
が焦域ゲートタイミングt1を示し、（Ｎ＋３）ア
ドレス（バイト）目が深度許容範囲決定用の焦域
ゲート設定データ（t2−t1）である。
第８図での入射設定角とは、曲率中心Ｏを通る
シユー面に対する放線OPを考えた場合、この放
線OPと超音波ビームの中心線とのなす角度を云
う。扇形走査にあつては、探触子群は、第１２図
に示す如く、G1，G2，……の如く、群単位に時
系列で選択される。各群は唯１つの個有の入射設
定角を持つことから、入射設定角によつて探触子
群を指定できる。第１２図は、群G1での入射設
定角θ0を示した。
シユー面に対する放線OPを考えた場合、この放
線OPと超音波ビームの中心線とのなす角度を云
う。扇形走査にあつては、探触子群は、第１２図
に示す如く、G1，G2，……の如く、群単位に時
系列で選択される。各群は唯１つの個有の入射設
定角を持つことから、入射設定角によつて探触子
群を指定できる。第１２図は、群G1での入射設
定角θ0を示した。
第１３図は、第８図のデータのもとでの走査例
を示した。第１３図イは、焦点位置を深さ方向に
変更させた例であり、データａ→データｂ→デー
タｃと深い焦点位置が走査できる例を示した。第
１３図ロは、データａによる一定深さ位置に焦点
を結ばせた場合における、横方向への焦点を振ら
せた例である。横方向のどの位置に焦点を結ばせ
るかは、入射設定角θ0iで定まる。
を示した。第１３図イは、焦点位置を深さ方向に
変更させた例であり、データａ→データｂ→デー
タｃと深い焦点位置が走査できる例を示した。第
１３図ロは、データａによる一定深さ位置に焦点
を結ばせた場合における、横方向への焦点を振ら
せた例である。横方向のどの位置に焦点を結ばせ
るかは、入射設定角θ0iで定まる。
第１３図ハは、入射設定角θ0iを変更させて横
方向に焦点を振らせる場合での、群の選択の仕方
を示してある。この時のデータは、遅延時間デー
タ、角度データ、焦域ゲートスタート位置デー
タ、焦域ゲート範囲データである。ここで、遅延
時間データとは集束位置決定用データ、角度デー
タとは入射設定角θ0i、スタート位置及び焦域ゲ
ート範囲とは焦点位置近傍の取込みゲート範囲で
ある。
方向に焦点を振らせる場合での、群の選択の仕方
を示してある。この時のデータは、遅延時間デー
タ、角度データ、焦域ゲートスタート位置デー
タ、焦域ゲート範囲データである。ここで、遅延
時間データとは集束位置決定用データ、角度デー
タとは入射設定角θ0i、スタート位置及び焦域ゲ
ート範囲とは焦点位置近傍の取込みゲート範囲で
ある。
実際動作に際しては、外部から焦点位置ｆを与
えると、その対応する深さ位置のデータとか
とかが選ばれる。例えばが選ばれる。次に、デ
ータｉを選び、遅延時間データ、角度データ、ス
タート位置データ、焦域ゲート範囲データを読出
す。この読出したデータに従つて、超音波ビーム
の放射及び反射エコーの受信がなされる。データ
○ 任砲茲觸萢
えると、その対応する深さ位置のデータとか
とかが選ばれる。例えばが選ばれる。次に、デ
ータｉを選び、遅延時間データ、角度データ、ス
タート位置データ、焦域ゲート範囲データを読出
す。この読出したデータに従つて、超音波ビーム
の放射及び反射エコーの受信がなされる。データ
○ 任砲茲觸萢
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 複数個のアレイ形超音波振動子から放射する
集束超音波ビームに関して、焦点位置の深さを自
在に変更させるべく制御して扇形走査を行い、そ
の反射エコーを受信部にて受信して表示する電子
走査式超音波探傷装置において、 焦点位置の深さを変更させるときに与えられ
る、各焦点位置と焦点位置対応の設定角とに対応
して、遅延データ及びその時のゲート範囲を格納
するメモリと、 焦点位置を変更させた時に与えられるその焦点
位置及び設定角から上記メモリ上の対応する遅延
データ及びゲート範囲とを読出す手段と、 設定角で定まる振動子群に該読出した遅延デー
タを与えて超音波ビームを放射させる手段と、 この超音波ビームの反射エコー受信部に上記ゲ
ート範囲を与えて該ゲート範囲内のエコー信号の
みを受信させる手段と、 から成る電子走査式超音波探傷装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56095250A JPS57211061A (en) | 1981-06-22 | 1981-06-22 | Electron scan type ultrasonic flaw detector |
| US06/389,911 US4472973A (en) | 1981-06-22 | 1982-06-18 | Ultrasonic flaw detecting apparatus of electronically scanning type |
| CA000405546A CA1193355A (en) | 1981-06-22 | 1982-06-21 | Ultrasonic flaw detecting apparatus of electronically scanning type |
| EP82105429A EP0068389B1 (en) | 1981-06-22 | 1982-06-21 | Ultrasonic flaw detecting apparatus of electronically scanning type |
| DE8282105429T DE3277645D1 (en) | 1981-06-22 | 1982-06-21 | Ultrasonic flaw detecting apparatus of electronically scanning type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56095250A JPS57211061A (en) | 1981-06-22 | 1981-06-22 | Electron scan type ultrasonic flaw detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57211061A JPS57211061A (en) | 1982-12-24 |
| JPH0215821B2 true JPH0215821B2 (ja) | 1990-04-13 |
Family
ID=14132504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56095250A Granted JPS57211061A (en) | 1981-06-22 | 1981-06-22 | Electron scan type ultrasonic flaw detector |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4472973A (ja) |
| EP (1) | EP0068389B1 (ja) |
| JP (1) | JPS57211061A (ja) |
| CA (1) | CA1193355A (ja) |
| DE (1) | DE3277645D1 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4537073A (en) * | 1982-12-24 | 1985-08-27 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Inspection method of square billet using electronic scanning |
| JPS605136A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-11 | 株式会社日立製作所 | 超音波断層装置 |
| JPS60103944A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-08 | 株式会社東芝 | 超音波検査装置 |
| US4736630A (en) * | 1985-08-05 | 1988-04-12 | Hitachi, Ltd. | Apparatus and method for sending out and receiving ultrasonic wave signals |
| DE3641027A1 (de) * | 1986-12-01 | 1988-06-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur ortung von schallemissionsquellen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| US4949259A (en) * | 1987-10-29 | 1990-08-14 | Hewlett-Packard Company | Delay coefficient generator for accumulators |
| JPH01156661A (ja) * | 1987-12-15 | 1989-06-20 | Hitachi Ltd | 接合部探査装置 |
| US4947351A (en) * | 1988-05-06 | 1990-08-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Ultrasonic scan system for nondestructive inspection |
| DE19608930A1 (de) * | 1996-03-07 | 1997-09-11 | Frieder A Grieshaber | Verfahren zur Bestimmung der Dichte von Stoffen |
| DE19617455C2 (de) * | 1996-05-02 | 1998-04-09 | Siemens Ag | Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes |
| RU2158920C2 (ru) * | 1997-06-19 | 2000-11-10 | Щербаков Олег Николаевич | Ультразвуковой преобразователь |
| FR2796153B1 (fr) * | 1999-07-09 | 2001-11-30 | Setval | Controle non destructif a capteurs ultrasonores repartis |
| WO2001071337A1 (en) * | 2000-03-16 | 2001-09-27 | Howmet Research Corporation | Method of detecting hard alpha inclusions in a titanium casting |
| RU2262690C1 (ru) * | 2004-02-10 | 2005-10-20 | ООО "Научно-производственное предприятие "Метакон-Томич" | Способ акустического контроля фарфоровых опорно-стержневых изоляторов и устройство для его осуществления |
| US20070068253A1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | General Electric Company | Uni-index variable angle phased array probe |
| DE102006010010A1 (de) * | 2006-03-04 | 2007-09-06 | Intelligendt Systems & Services Gmbh & Co Kg | Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes in einem gekrümmten Bereich seiner Oberfläche und zur Durchführung des Verfahrens geeignete Prüfanordnung |
| US7975549B2 (en) * | 2007-06-19 | 2011-07-12 | The Boeing Company | Method, apparatus and system for inspecting a workpiece having a curved surface |
| JP5461979B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2014-04-02 | 株式会社東芝 | 原子炉振動監視装置及びその監視方法 |
| CN102095801A (zh) * | 2011-01-28 | 2011-06-15 | 首钢总公司 | 一种快速准确检测铸坯内夹杂物的系统及其方法 |
| CN103630606A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-03-12 | 新兴铸管股份有限公司 | 双金属冶金复合锅炉管超声波分层检测方法 |
| DE102014102374B4 (de) | 2014-02-24 | 2016-01-14 | Areva Gmbh | Verfahren zur Prüfung eines Werkstücks mittels Ultraschall |
| CN106994984B (zh) * | 2017-05-23 | 2023-09-01 | 山东省科学院激光研究所 | 激光声磁钢轨表面缺陷快速探伤系统及方法 |
| WO2020056500A1 (en) * | 2018-09-18 | 2020-03-26 | The University Of British Columbia | Ultrasonic analysis of a subject |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52131679A (en) * | 1976-04-28 | 1977-11-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic diagnostic device |
| JPS53114282A (en) * | 1977-03-16 | 1978-10-05 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic diagnosing device |
| GB1604159A (en) * | 1977-06-15 | 1981-12-02 | Svejsecentralen | Apparatus for providing an ultrasonic sectional view |
| US4173007A (en) * | 1977-07-01 | 1979-10-30 | G. D. Searle & Co. | Dynamically variable electronic delay lines for real time ultrasonic imaging systems |
| US4267584A (en) * | 1977-07-01 | 1981-05-12 | Siemens Gammasonics, Inc. | Permutating analog shift register variable delay system |
| US4180790A (en) * | 1977-12-27 | 1979-12-25 | General Electric Company | Dynamic array aperture and focus control for ultrasonic imaging systems |
| GB2033579B (en) * | 1978-10-05 | 1983-05-11 | Babcock Power Ltd | Ultrasonic probes |
| US4287768A (en) * | 1978-11-13 | 1981-09-08 | Matsushita Electric Industrial Company, Limited | Beam deflection method and apparatus for sector scan ultrasound imaging systems |
| US4241610A (en) * | 1979-02-05 | 1980-12-30 | Varian Associates, Inc. | Ultrasonic imaging system utilizing dynamic and pseudo-dynamic focusing |
| AU536017B2 (en) * | 1979-02-20 | 1984-04-12 | Commonwealth Of Australia, The | Ultrasonic linear array beamforming method and apparatus |
| JPS55140149A (en) * | 1979-04-20 | 1980-11-01 | Hitachi Ltd | Supersonic wave flaw detector |
| DE2926173A1 (de) * | 1979-06-28 | 1981-01-15 | Siemens Ag | Verfahren zur zerstoerungsfreien werkstoffpruefung mit ultraschallimpulsen |
| JPS5611047A (en) * | 1979-07-11 | 1981-02-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic diagnosing device |
| JPS5615734A (en) * | 1979-07-20 | 1981-02-16 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic diagnosing device |
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| JPS5670758A (en) * | 1979-11-16 | 1981-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Ultrasonic diagnosis apparatus |
-
1981
- 1981-06-22 JP JP56095250A patent/JPS57211061A/ja active Granted
-
1982
- 1982-06-18 US US06/389,911 patent/US4472973A/en not_active Expired - Fee Related
- 1982-06-21 EP EP82105429A patent/EP0068389B1/en not_active Expired
- 1982-06-21 DE DE8282105429T patent/DE3277645D1/de not_active Expired
- 1982-06-21 CA CA000405546A patent/CA1193355A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4472973A (en) | 1984-09-25 |
| CA1193355A (en) | 1985-09-10 |
| DE3277645D1 (en) | 1987-12-17 |
| EP0068389B1 (en) | 1987-11-11 |
| EP0068389A1 (en) | 1983-01-05 |
| JPS57211061A (en) | 1982-12-24 |
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