JPH04278456A - 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 - 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】

【０００１】

【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超音波振動子の位置やアー
クアレイプローブの位置と欠陥との相対位置関係による
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
定値補正方式に関する。

【０００２】

【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。そして、その入射角
を大きくすると屈折角（被検体側の入射角）も大きくで
き、屈折角が大きくなると被検体の入射点で縦波が横波
に変換（エコーは逆変換）される特性がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、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・受信のエネルギーが屈折角によって異なる。 さらに、それぞれの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もばらつきがある。このよ
うなことから欠陥の位置とプローブの位置で欠陥に対す
る検出感度が相違してくる。

【０００４】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、欠陥の有無の判定といった簡単な測定しかできな
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、アークアレイプローブにおける超音波振動
子の位置やアークアレイプローブと欠陥との相対的な位
置関係によらずほぼ一定の感度で測定したピーク値が得
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。

【０００５】

【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、被検体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をその中心において複数の圧
電素子を有する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、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。

【０００６】

【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、掛け算しても、さらに欠陥とアーク
アレイプローブとの相対的な位置関係による感度差が各
測定系にあっても、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比
較的正確なピーク値を得ることができる。

【０００７】

【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。図１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、図２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。図１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ディスプレイ（ＣＲＴ）１６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）が円弧状に配列されていて、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１６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。

【０００８】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、そして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素子づ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。

【０００９】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パルスを発生させて各
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置１０に送出する。

【００１０】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３のスイッチ回路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置１０からの制御信号に応じて制
御される。

【００１１】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、画像処理装置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、そして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Ｐｎｔ
を得てメモリ１４に記憶する。 　　Ｐｎｔ＝Ｋｎ　×ｐｎ　＋Ｋｎ＋１　×ｐｎ＋１　
＋・・・・・＋Ｋｎ＋１５×ｐｎ＋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、Ｋｎ　，Ｋｎ＋１　，・・・，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、ｐｎ　，ｐｎ＋１　，・・・，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。

【００１２】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Ｐｎｔ（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Ｐｎｔ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。

【００１３】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、Ｃ
ＲＴディスプレイ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。

【００１４】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１
６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。

【００１５】画像処理装置１０のバス１３には、ＭＰＵ
１１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１６ａを備えるＣ
ＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１６等が接続されている。 そして、メモリ１４には、補正加算処理プログラム１４
ａと、欠陥判定プログラム１４ｂ、欠陥距離算出プログ
ラム１４ｃ、Ｂスコープ表示データ生成プログラム１４
ｄ等が格納され、さらに、補正係数採取プログラム１４
ｅ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Ｋ
１　，Ｋ２　，・・・，Ｋｍ　が記憶されている。

【００１６】ここで、補正係数Ｋ１　，Ｋ２　，・・・
，Ｋｍ　は、キーボード１６ａ上の補正係数採取機能キ
ーが押下されたときに、補正係数算出プログラム１４ｅ
をＭＰＵ１１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１６ａ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（図２参照）に当てる。その後
にキーボード１６ａ上の補正係数採取機能キーを押下す
る。ＭＰＵ１１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＋１　＝Ｐｒ　／Ｐ
ｐｎ＋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Ｋ１　，Ｋ２　，・
・・，Ｋｍ　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。

【００１７】図２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，１ｂ，・
・・，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を接触させる入射点であり、この入射点は
半円形の円の中心に一致している。２３は、音響レンズ
、２４が超音波の送信，受信の状態を示す線である。

【００１８】このように断面半円形の補正係数測定部材
１８は、その中心に位置する入射点２２から底面までの
距離が等距離にあるので、その底面エコーは等しい位置
で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、被検
体に対する入射点での屈折角に応じた変換効率、圧電素
子の特性と圧電素子の位置、そ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
行っても被検体と欠陥とプローブの位置との関係にかか
わらず、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。

【００１９】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
に当てて、キーボード１６ａ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。

【００２０】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（図１参照）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、ＭＰＵ１１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スコープ表示データ
生成プログラム１４ｄにより表示データが生成されてＣ
ＲＴ１６に補正されたＢスコープ画像の測定像が表示さ
れる。

【００２１】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し
たピーク値を得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、掛け算処理
であってもよい。

【００２２】

【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、掛け算しても、さらに欠陥とアークアレ
イプローブとの相対的な位置関係による感度差が各測定
系にあっても、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、ほ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、スレッショルドレベル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】

【図１】　　図１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であ
る。

【図２】　　図２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、１４ｃ…欠陥距離算出
プログラム、１４ｄ…Ｂスコープ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…ディスプレイ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被検体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をその中心にお
   いて複数の圧電素子を有する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、前記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。