JPH04132954A - アークアレイ形探触子を用いる超音波測定装置の感度に対する測定値補正方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、アークアレイ形探触子（以下アークアレイ
プローブ）を用いる超音波測定装置の感度に対する測定
値補正方式に関し、詳しくは、アークアレイプローブに
おける各圧電素子の特性のばらつきやパルサ、レシーバ
の特性のばらつきによる感度の変動に影響されることな
く、一定の感度で測定したものとしてエコー受信信号や
ピーク値が得られるような感度に対する測定値補正方式
［従来の技術］ アークアレイプローブは、複数の振動子（圧電素子）が
円弧状に配列されていて、その連続する複数個の素子を
同時励振し、かつ、その位置を順次移動させる電子スキ
ャンにより縦波、横波の両者を発生させて縦断面方向の
スキャンを行うことによりＢスコープ画像表示ができる
測定データを採取することができる。これは、材料に入
射する角度を選択することである角度範囲に亙って探傷
を行うものであるが、アークアレイプローブの各圧電素
子から発生する超音波の被検体入射点における屈折角は
それぞれ相違し、超音波伝達効率は、この屈折角に応じ
て変化する。そのため、欠陥に対する送Φ受信のエネル
ギーが屈折角によって異なり、かつ、被検体によっても
相違するが、汎用的な超音波測定Ｖ装置では、被検体を
特定する必要がな（、また、通常、屈折角による変換効
率までは考慮されていない。

［解決しようとする課題］ 一般に、アークアレイプローブの各圧電素子の電気的な
変換特性を揃えることは難しく、これらに相違があって
、各圧電素子の位置とその取付状態、それが接続される
パルサの出力電圧、レシーバの受信感度等にばらつきが
ある。

そこで、この種のプローブでは欠陥の大きさ等に対応す
るエコー受信信号を得ることが難しく、これにより測定
データを得てＢスコープ像を表示した場合には表示位置
によって欠陥に対する感度が異なっているため、測定画
像を表示すると画面状に縞模様のむらが現れて欠陥が判
別し難い。

また、エコー受信信号のピークに対してスレッショルド
レベルを設定して欠陥の有無を判定するような場合には
、前記のような問題があるので、同一のスレッショルド
レベルでは欠陥判定ができない欠点がある。

この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決
するものであって、各圧電素子に対応する測定系の特性
のばらつきによる感度の変動に影響されることなく、一
定の感度で測定したものとしてエコー受信信号やピーク
値が得られる超音波測定装置の感度に対する測定値補正
方式を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するためのこの発明の感度に対す
る測定値補正方式の構成は、アークアレイプローブと同
じ材質あるいは同等の特性を持つ材質で造られた断面半
円形の部材であって、その中心にアークアレイプローブ
の先端が嵌合される穴を有していてこの穴に先端が嵌合
されることで超音波が伝搬する部材としてアークアレイ
プローブと一体化される部材をアークアレイプローブに
より電子スキャンにて超音波探傷し、アークアレイプロ
ーブの複数の圧電素子のそれぞれ対応して得られる断面
半円形の部材の底面エコーのピーク値を検出してこれを
所定の基準値と比較してその比あるいは逆比を補正係数
として各圧電素子対応に記憶し、被検体を探傷して圧電
素子のそれぞれに対応して得られるエコー受信信号また
はそのピーク値をそれに対応する補正係数により補正す
るものである。

［作用］ このように、断面半円形の部材の底面エコーを各圧電素
子に対応して測定して得られピーク値と基準値との比あ
るいは逆比による補正係数を得ることにより、各圧電素
子に対応する測定系の特性が異なっていても、また、電
子スキャンにより複数の圧電素子で測定してデータを加
算したり、掛は算しても、各測定系で得られた測定値を
補正係数で補正することで各測定系の感度特性の相違の
影響を排除できるので、一定の感度で測定したときと同
様なエコー受信信号のデータや比較的正確なピーク値を
得ることができる。

［実施例］ 以下、この発明を適用した一実施例について図面を用い
て詳細に説明する。

第１図は、この発明の感度に対する測定値補正方式を適
用した超音波映像探傷装置のブロック図、第２図は、そ
の補正係数測定状態における測定部材とプローブとの関
係の説明図である。

第１図において、２０は、超音波映像探傷装置であって
、アークアレイプローブ１と超音波探傷部２、画像処理
装置１０、そしてＣＲＴデイスプレィ（ＣＲＴ）１Ｂと
を備えている。アークアレイプローブ１は、複数の振動
子（圧電素子）が円弧吠に配列されていて、その連続す
る複数個の素子、例えば、１６個の素子を同時励振し、
かつ、電子スキャンによりその位置を順次１素子ずつシ
フトさせることにより縦波、横波の両者を発生させて被
検体の縦断面方向の走査を行うことができる。なお、以
後の説明では、圧電素子を１８個単位で駆動する場合の
例で説明するが、この数は、通常、８〜２４個であり、
原理的には複数個あればよい。

超音波探傷部２は、電子スキャン駆動回路３と、スイッ
チ回路４、レシーバ５、受信遅延回路６、送信遅延信号
発生回路７、モしてＡ／Ｄ変換回路８とを備えている。

送信遅延信号発生回路７は、電子スキャン駆動回路３に
設けられた１６個のパルサのそれぞれに対してその送信
パルス発生のタイミングを決定する１６個のタイミング
パルスをあらかじめ設定された遅延タイミングでパラレ
ルに発生する。電子スキャン駆動回路３は、送信遅延信
号発生回路から１６個のタイミングパルスをそれぞれ受
ける１６個（複数）のパルサが設けられていて圧電素子
を駆動する１６個の駆動パルスをパラレルに発生してス
イッチ回路４に供給するとともに、スイッチ回路４を制
御して１素子ずつ駆動対象となる圧電素子をシフトする
電子スキャンを行う。スイッチ回路４は、電子スキャン
駆動回路３により電子スキャン制御され、アークアレイ
プローブ１に１６個の駆動パルスを送出し、それに応じ
たエコー受信信号をアークアレイプローブ１から受ける
。レシーバ５は、１６個のレシーバ回路が設けられてい
て、これら回路がそれぞれ電子スキャン制御に応じてス
イッチ回路４からそれぞれの圧電素子から得られるエコ
ー受信信号を１６個パラレルに受ける。受信遅延回路６
は、１６個の可変遅延回路からなり、レシーバ５の１６
個のエコー受信信号出力をそれぞれの可変遅延回路で受
けてそれぞれを遅延させてタイミングが一致した出力に
なるようにする。Ａ／Ｄ変換回路８は、受信遅延回路６
の１６個の出力をそれぞれＡ／Ｄ変換する１６個のＡ／
Ｄ変換器が設けられていて、それぞれの信号を同時にサ
ンプルしてデジタル化する。

このような構成よりなる超音波探傷部２は、送信遅延信
号発生回路７により、例えば、１６個の圧電素子の周辺
部を先に駆動し、中央部を遅れて駆動する所定の遅延パ
ターンのタイミングノ（バスを発生させて各圧電素子を
駆動することで所定位置に焦点を結ぶような超音波を発
生させ、その焦点からの各エコー受信信号を送信時の遅
延パターンと同じパターンで受信遅延回路６により遅延
させることでレシーバ５で受けたエコー受信信号の発生
タイミングを一致させ、これら１６個のエコー受信信号
をＡ／Ｄ変換回路８で同時にサンプルしてデジタル値に
変換して画像処理装Ｗ１０に送出する。

ここで、送信遅延信号発生回路７に与えられる１６個の
タイミングパルスの遅延タイミングパターンや受信遅延
回路６の遅延時間を決定する遅延パターン信号は、画像
処理装置１０からの制御信号により設定される。また、
電子スキャン駆動回路３Φスイッチ回路４等の制御タイ
ミングや１６個の圧電素子のエコー受信タイミングも画
像処理装Ｗ１０からの制御信号に応じて制御される。

画像処理装置１０は、マイクロプロセッサとメモリ等で
構成され、画像処理装Ｗ、１０のマイクロプロセッサ（
ＭＰＵ）１１は、インタフェース１２、バス１３を介し
て前記のＡ／Ｄ変換回路８からそれぞれの圧電素子対応
に受信された１６個のエコー受信信号波形のサンプル値
をデジタル値で受けて、メモリ１４において各圧電素子
（各圧電素子に対応して設けられたその圧電素子を含む
パルサからレシーバ、モしてＡ／Ｄ変換回路までの１組
の測定系、いわゆる各測定チャネル）に対応してそれぞ
れ記憶する。そして、メモリ１４に格納された補正加算
処理プログラム１４ａを起動してメモリ１４に記憶され
た１６個のエコー受信信号のうち同じタイミングでサン
プルされた各測定チャネルに対応する補正係数を補正係
数テーブル１４ｆから読出して次の式によりそのサンプ
ルタイミングｔにおけるピークデータｐｕｔを得てメモ
リ１４に記憶する。

Ｐｎｔ＝Ｋｎ　Ｘｐｎ　＋Ｋｎ＋ｌ　Ｘｐｎ＋１　＊　
＊　＊・・壷＋Ｋ　ｎ＋１５Ｘ　ｐ　ｎ＋１５ただし、
ｎはセクタ分けして駆動される最初の圧電素子の番号で
あり、ｎ：１からｍ−１５のうちから選択されたもので
ある。したがって、ｎからｎ＋１５までがそのときセク
タスキャンされた圧電素子番号になる。ここで、ｍは、
圧電素子の総数、Ｋｆｌ　ｌ　Ｋｎ＋１９　　＠　＠　
＠９　Ｋｎ＋１５は、それぞれの測定チャネル（各圧電
素子）に対応して測定された補正係数、ｐｌｌ　ｔ　ｐ
ｎ＋１　＊　　＊　＊　ｅ、　ｐｎ＋１５は、各測定チ
ャネルに対応するエコー受信信号のあるサンプル時点ｔ
におけるサンプル値である。

前記式により補正加算処理して各サンプル時点ごとにピ
ークデータＰｕｔ（ｔは１から総サンプル数まで）を生
成してメモリ１４に順次記憶する。

そして次に欠陥判定プログラム１４ｂを起動してメモリ
１４から、先に生成されたピークデータＰｕｔを順次読
出して欠陥検出基準のスレッショルドレベルを越えたレ
ベルにあるデータの位置を欠陥として検出してそのサン
プル位置に対応して欠陥フラグを立てて記憶する。次に
、欠陥距離算出プログラム１４ｃを起動して欠陥フラグ
の位置とピークデータＰｎｔが示すＡ／Ｄ変換された表
面エコーあるいは送信パルスの受信信号の位置と、さら
にそのときの圧電素子群の駆動位置から算出される屈折
角等により欠陥が検出された位置までの距離を算出する
。そして、算出された距離と欠陥フラグとからＢスコー
プ表示データ生成プログラム１４ｄにより表示データを
生成して画像メモリ１５に記憶し、ＣＲＴデイスプレィ
１６の画面上に欠陥の位置を表示する。なお、この場合
、欠陥を欠陥フラグではなく、そのときの最大ピーク値
として記憶して、それをピーク値のレベルに応じてカラ
ー信号に置き換えて表示データを生成することでカラー
表示してもよい。

この表示データが生成された後に画像処理装置１０は、
電子スキャン駆動回路３に対して１圧電素子分だけシフ
トする制御信号を送出して前記と同様に１６個のパルサ
を所定の遅延パターンで駆動する制御を行う。

以上のようなことの繰り返しにより各圧電素子に対して
電子スキャンを行い、被検体１７について縦断面探傷を
行う。

画像処理装置１０のバス１３には、ＭＰＵＩＩのほかに
、各種プログラムやデータを記憶したメモリ１４、画像
メモリ１５、キーボードｌｅａを備えるＣＲＴデイスプ
レィ（ＣＲＴ）１６等が接続されている。そして、メモ
゛す１４には、補正加算処理プログラム１４ａと、欠陥
判定プログラム１４ｂ１欠陥距離算出プログラム１４ｃ
１Ｂスコープ表示データ生成プログラム１４ｄ等が格納
され、さらに、補正係数採取プログラム１４ｅが設けら
れている。また、補正係数テーブル１４ｆには、各測定
チャネル（各圧電素子）対応に採取されたエコー受信信
号の値を補正する先の式における補正係数Ｋｌ−Ｋ２　
＊　　・拳・、に■が記憶されている。

ここで、補正係数に＊　ｖ　Ｋ２　ｓ　　・・・、に閣
は、キーボードｌｅａ上の補正係数採取機能キーが押下
されてときに、補正係数算出プログラム１４ｅをＭＰＵ
ＩＩが実行することで算出され、それが補正係数テーブ
ル１４ｆに記憶される。オペレータは、キーボード１６
ａ上の補正係数採取機能キーを押下する前に、アークア
レイプローブ１を被検体１７から離して被検体１７と同
じ材質か同等の材質の断面半円形の半円柱形状の補正係
数測定部材１８（第２図参照）に密着させる。その後に
キーボードｌｅａ上の補正係数採取機能キーを押下する
。ＭＰＵＩＩは、補正係数採取機能キーの押下信号を割
込み信号として受け、これを受けると、各圧電素子に対
応して得られるエコー受信信号のうちその底面エコーの
ピーク値Ｐｐ　　（デジタル値）を採取してメモリ１４
に記憶し、メモリ１４からそれら測定データを得て、こ
れとメモリ１４にあらかじめ記憶されている基準値Ｐｒ
との逆比を採る。

すなわち、 ｋｎ　＝Ｐｒ　／Ｐｐｎ、　ｋｎ＋ｌ　＝Ｐｒ　／Ｐｐ
ｎ＋１．　　＊＠　＊、　ｋｎ＋１５＝Ｐｒ　／Ｐｐｎ
＋１５により、ｎ＝１゜１７．３３．　　・・・という
ように、１６個ずつを単位にｎの値を進めてＫｔ　−Ｋ
２　ｔ　　・・・、　ｌ（−の係数を求めて、それを補
正係数テーブル１４ｆのその測定チャネル番号あるいは
圧電素子番号対応の位置に記憶する。

第２図は、この測定状態におけるアークアレイプローブ
１と補正係数測定部材１８との関係を示す説明図であり
、１９は、接触媒質であり、１ａ。

ｌｂ、　　・・・、１ｍは、アークアレイプローブ１の
圧電素子（図面のものは拡大して示されている）、２２
がアークアレイプローブ１を接触させる嵌合穴であり、
この嵌合穴はその断面においてアークアレイプローブ１
の音響レンズ２３の先端側の半円形状に一致していて、
これを密着状態で受ける形状となっている。さらに、こ
の嵌合穴２２は、図に示されるように、アークアレイプ
ローブ１の中心線０が補正係数測定部材１８の半円形の
中心を通る位置に形成されている。したがって、補正係
数測定部材１８の入射点２２ａは、この嵌合穴２２の底
に位置していて補正係数測定部材１８の外周の半円はこ
の入射点２２ａを中心として形成されている。すなわち
、点線で示すように、嵌合穴２２の深さ分だけ半円の中
心にオフセットがある。なお、２４が超音波の送信、受
信の状態を示す線である。

補正係数測定状態では、図示するように断面半円形の補
正係数測定部材１８の中心に位置する嵌合穴２２にアー
クアレイプローブ１の先端を密着させて嵌合させること
により、アークアレイプローブ１の音響レンズ２３と補
正係数測定部材１８とが一体化される。そこで、線２４
に示されるように、アークアレイプローブ１の各圧電素
子ｌａｗｌｂ、　　・Φ・ｒ　　１ｍから発生する超音
波は、入射点２２ａを通り、外周となる半円形の底面部
で反射し、このとき、各圧電素子から入射点２２ａを経
て底面までの距離が等距離にあるので、その底面エコー
は等しいタイミングで発生しかつ等しいピーク値として
与えられなければならない。また、そのように与えられ
るものである。その結果、各底面エコーのピーク値と基
準値Ｐｒとの差は、圧電素子の特性と圧電素子の位置、
モしてパルサやレシーバ等の特性によるものである。そ
こで、それぞれ圧電素子に対応する測定チャネル（測定
系）について基準値Ｐｒとの逆比を採ることにより測定
系における感度特性のばらつきをこれによる補正で吸収
することができる。なお、ここでの基準値Ｐｒは、各測
定チャネルで得られる底面エコーＰｐの平均値が選択さ
れるとよい。

このことにより複数個の圧電素子を同時に駆動する電子
スキャンを行っても、一定の感度状態で測定した場合と
等価の測定データを得ることができる。もちろん、これ
は複数同時駆動の場合に限定されない。

次に、全体的な動作について説明すると、まず、アーク
アレイプローブ１を補正係数測定部材１８に密着させて
、キーボードｌｅａ上の補正係数採取機能キーを押下し
、画像処理装置１０からの制御に応じて超音波探傷部２
で同時励振させる１６個の圧電素子が選択され、その素
子にパルスを送りアークアレイプローブ１より所定の遅
延パターンを持つ超音波を発射させる。アークアレイプ
ローブ１の各圧電素子で受信したエコーについての受信
信号は、超音波探傷部２の受信遅延回路６でそれぞれの
発生タイミングが一致するように揃えられてＡ／Ｄ変換
回路８で各圧電素子対応にＡ／Ｄ変換されて画像処理装
置１０に送出される。

画像処理装置１０でこの各圧電素子対応のエコー受信信
号の波形データのサンプル値から先の式により補正係数
を算出して補正係数テーブル１４ｆに各圧電素子対応に
補正係数Ｋｉ　　（ｉ＝１〜ｍ）を記憶する。

次に、被検体１７の入射点２１（第１図参照）にアーク
アレイプローブ１を当てて通常の探傷を行い、各圧電素
子対応のエコー受信信号の波形データのサンプル値に対
して補正係数テーブル１４ｆからその圧電素子に対応す
る測定系の補正係数Ｋｉ　　（ｉ＝１〜ｍ）が読出され
て補正加算処理プログラム１４ａにより各圧電素子に対
応する測定系における補正が行われる。さらに、それら
を加算して補正した１つのピーク値波形を持つエコー受
信信号波形データにする。その後ＭＰＵＩＩの処理によ
り欠陥判定プログラム１４ｂを実行して欠陥が検出され
、その欠陥について欠陥距離算出プログラム１４ｃを実
行して欠陥までの距離が算出され、Ｂスフ−１表示デー
タ生成プログラム１４ｄにより表示データが生成されて
ＣＲＴ１６に補正されたＢスフ−１画像の測定像が表示
される。

以上説明してきたが、実施例では、遅延パターンを発生
して各測定チャネル対応に補正係数を得ているが、遅延
パターンを発生させないで測定する場合には、それに応
じて補正係数を採取すればよく、補正係数は、そのとき
の被検体とそのときの測定条件に合わせて採取すればよ
い。

実施例における補正係数は、基準値との逆比を採ってい
るが、補正演算の際に割り算で補正する場合には補正係
数は基準値との比になる。

また、実施例では、同時に駆動される各圧電素子から得
られるエコー受信信号を加算処理して１つのエコー受信
信号波形データを得ているが、これは、掛は算処理であ
ってもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から理解できるように、この発明にあっては
、断面半円形の部材の底面エコ・−を各圧電素子に対応
して測定して得られピーク値と基準値との比あるいは逆
比による補正係数を得ることにより、各圧電素子に対応
する測定系の特性が異なっていても、また、電子スキャ
ンにより複数の圧電素子で測定してデータを加算したり
、掛は算しても、各測定系で得られた測定値を補正係数
で補正することで各測定系の感度特性の相違の影響を排
除できるので、一定の感度で測定したときと同様なエコ
ー受信信号のデータや比較的正確なピーク値を得ること
ができる。

その結果、アークアレイプローブを用いて超音波測定を
行うものであっても、はぼ感度が一定な状態で測定した
ピーク値を得ることができ、画像表示しても比較的正確
に欠陥を把握できる。また、スレッシロルドを共通にし
て欠陥の判定が可能であって、特に、欠陥をＢスコープ
像として画像表示するような場合には欠陥の状態が観測
し易いものになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の感度に対する測定値補正方式を適
用した超音波映像探傷装置のブロック図、第２図は、そ
の補正係数測定状態における測定部材とプローブとの関
係の説明図である。 １・・・アークアレイプローブ、２・・・超音波探傷部
、３・・・電子スキャン駆動回路、 ４・・・スイッチ回路、５・・・レシーバ、６・・・受
信遅延回路、７・・・送信遅延信号発生回路、８・・・
Ａ／Ｄ変換回路、 １０・・・画像処理装置、１１−・・マイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ）、１２・・・インタフェース、１３・・・
バス、１４・・・メモリ、１４ａ・・・補正加算処理プ
ログラム、１４ｂ・・・欠陥判定プログラム、１４　ｃ
　・・・欠陥距離算出プログラム、１４ｄ・・・Ｂスフ
−１表示データ生成プログラム、１４ｅ・・・補正係数
採取プログラム、１４ｆ・・・補正係数テーブル、１５
・・・画像メモリ、１６・・・デイスプレィ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アークアレイ形探触子と同じ材質あるいは同等の
   特性を持つ材質で造られた断面半円形の部材であって、
   その中心に前記アークアレイ形探触子の先端が嵌合され
   る穴を有していてこの穴に前記先端が嵌合されることで
   前記アークアレイ形探触子と超音波が伝搬する部材とし
   て一体化される部材を前記アークアレイ形探触子により
   電子スキャンにて超音波探傷し、前記アークアレイ形探
   触子の複数の圧電素子のそれぞれ対応して得られる前記
   断面半円形の部材の底面エコーのピーク値を検出してこ
   れを所定の基準値と比較してその比あるいは逆比を補正
   係数として前記各圧電素子対応に記憶し、被検体を探傷
   して前記圧電素子のそれぞれに対応して得られるエコー
   受信信号またはそのピーク値をそれに対応する前記補正
   係数により補正することを特徴とするアークアレイ形探
   触子を用いる超音波測定装置の感度に対する測定値補正
   方式。