JPH0534322A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 測定周波数に応じて音速が変化するような被
検体に対してプローブの交換なしに最適な測定ができる
超音波測定装置を提供することにある。 【構成】 外部から発生周波数が制御できるバースト信
号発生駆動回路１ａを設けて、バースト信号により広帯
域プローブ１４を駆動して被検体に対して測定に最適な
周波数と音速とを探り、求められた測定周波数のバース
ト信号により広帯域プローブ１４を再び駆動して被検体
からのエコーを採取するようにしているので、最適なあ
るいは適切な周波数により超音波測定を行うことがで
き、これによりプローブを交換する必要がなくなり、周
波数により音速が変化するような被検体に対して精度が
高く、効率のよい超音波測定が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波測定装置に関
し、詳しくは、測定周波数に応じて音速が変化するよう
な被検体に対してプローブの交換なしに最適な測定がで
きるような超音波測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非破壊検査の１つである超音波測定分野
では、超音波の音速測定法がＪＩＳ等で規格化されてい
る。また、超音波音速測定は、被検体が金属材料のみな
らずコンクリートなどの材料でも行われ、圧縮強度等の
推定にその縦波音速が測定される。音速は、材料の特性
に関係するので非破壊検査では重要なパラメータであ
り、温度により異なることは当然であるが、さらに、例
えば、セラミックスやプラスチック、鉛などの軟質金属
などでは、超音波の周波数によりそこを伝播する音速が
変化する。

【０００３】一般に、超音波測定では、測定周波数を高
くすれば測定分解能が向上し、測定精度が上がるが、逆
に周波数が高いほど被検体内部での減衰も大きくなり、
欠陥エコーを採取し難い。そこで、測定対象（被検体）
に応じて最適な周波数が存在し、超音波測定で使用され
る超音波探触子（プローブ）は、通常、特定の周波数を
共振周波とする狭帯域の周波数特性を持っているものが
用いられる。このようなプローブをパルス駆動すること
により超音波を発生させて測定が行われる。このとき実
際に発生する超音波は、この共振周波数成分が主体とな
るが、パルス駆動の場合にはその他に種々の周波数の超
音波が発生している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】先に述べた周波数によ
り音速が変化するような被検体を測定する場合には、測
定する被検体の材質等に応じて最適あるいは適切な測定
周波数特性を持つプローブを付けて測定しなければなら
なず、その交換に手間がかかる欠点がある。しかも、パ
ルス駆動により発生する超音波の周波数は、必ずしも、
最適周波数の成分のみで採取したエコーによるとは言え
ない。したがって、周波数により音速が変化するような
被検体ではその周波数における音速で欠陥までの距離等
を算出したとしても正確に欠陥位置を検出できない問題
がある。また、プローブの交換は、それに応じてレシー
バ等のゲインの設定等、各種の測定条件の調整が必要で
あって、これが測定効率を低下させ、さらに、プローブ
の選択が最適なものであっても被検体の厚さや欠陥の位
置がλ／２，λ／４等のところでは多重反射が発生して
求めるエコーが十分に採取ができない問題がある。

【０００５】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、測定周波数に応じて音
速が変化するような被検体に対してプローブの交換なし
に最適な測定ができる超音波測定装置を提供することに
ある。

【０００６】

【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超音波測定装置における手段は、広
帯域の超音波探触子と、制御信号に応じて周波数が変化
するバースト信号を発生し、超音波探触子を駆動するバ
ースト信号発生駆動回路と、広帯域の範囲で順次周波数
を変化させる前記制御信号を発生して被検体の底面エコ
ーの受信信号から被検体における音速を算出し、この音
速と底面エコーのエコーレベルとを発生周波数対応に記
憶しかつエコーレベルを参照して所定の底面エコーレベ
ルが得られた周波数を検出し、この周波数に対応する制
御信号を発生して超音波探触子を駆動し、検出された周
波数に対応する音速に従って被検体について測定値を得
る制御回路とを備えるものである。

【０００７】

【作用】このように外部から発生周波数が制御できるバ
ースト信号発生駆動回路を設けて、バースト信号により
広帯域プローブを駆動して被検体に対して測定に最適な
周波数と音速とを探り、求められた測定周波数のバース
ト信号により広帯域プローブを再び駆動して被検体から
のエコーを採取するようにしているので、最適なあるい
は適切な周波数により超音波測定を行うことができ、こ
れによりプローブを交換する必要がなくなり、周波数に
より音速が変化するような被検体に対して精度が高く、
効率のよい超音波測定が可能になる。

【０００８】

【実施例】図１は、この発明を適用した超音波測定装置
の一実施例のブロック図であり、図２は、バースト信号
で駆動された場合の送信波と表面エコー等の説明図であ
る。図１において、１０は、超音波測定装置であって、
１は、その探傷器部である。この探傷器部１は、バース
ト信号発生駆動回路１ａと、レシーバ、ゲート回路等か
ら構成される受信部１ｂ等で構成され、マイクロプロセ
ッサ（ＭＰＵ）５からバス１１を介して制御信号を受け
て、この制御信号に応じて制御される。

【０００９】バースト信号発生駆動回路１ａは、送信端
子１２からプローブ１４に十数サイクルのバースト信号
の送信波Ｔ（図２の（ａ）参照）を所定の測定周期で発
生し、プローブ１４からエコー受信信号（図２の（ｂ）
の欠陥波Ｆ，図２の（ｃ）の底面波Ｂ参照）を受信端子
１３で受けてそれを受信部１ｂのレシーバで増幅し、検
波されてＡ／Ｄ変換回路２に送出される。なお、バース
ト信号発生駆動回路１ａは、発振周波数がデジタル値で
連続的に制御できる周波数スイープ型の発振器１ｃを内
蔵していて発振器１ｃの発生周波数がＭＰＵ５からの制
御信号に応じて選択されあるいはスキャンされる。先の
バースト信号は、この発振器１ｃの発振周波数に対応し
て周期的に発生し、これによりプローブ１４が駆動され
る。なお、図２では、説明の都合上、理想的なバースト
状態のエコー受信信号を示しているが、実際には欠陥波
Ｆ，底面波Ｂの振幅は、被検体９の材質や厚さ、欠陥の
深さ、そして使用するバースト信号の周波数に応じて減
衰率が変わるために異なってくるし、多少の波形のくず
れもある。

【００１０】ここで、プローブ１４は、ダンピングをき
かせた広帯域のプローブであって、その帯域は、例え
ば、５００ＫＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲にある。被検体１
４は、例えば、プラスチック成型部品のように測定周波
数に応じて内部を伝播する音速が変化する。

【００１１】Ａ／Ｄ変換回路２は、ＭＰＵ５からの制御
信号に応じて探傷器部１から得られる欠陥波Ｆ、底面波
Ｂ等についてエコー受信信号の包絡線検波信号（ＲＦ信
号を検波して得られるビデオ信号、ただし、サンプリン
グ周波数によってはＲＦ信号のままでも可）を、例え
ば、２０ＭHz程度から３０ＭHz程度の高い周波数でサン
プリングし、これらのアナログ出力をデジタル値に変換
して波形データメモリ３に順次送出する。

【００１２】波形データメモリ３は、表示画面に表示さ
れる測定データ数のｎ倍（ｎは２以上の整数）以上の所
定の測定データ数、例えば、４０００点程度を記憶する
記憶容量を有していて、Ａ／Ｄ変換回路２によりサンプ
リングされたデータを順次そのアドレスを更新（インク
リメント）しながら記憶していく。そして、Ａ／Ｄ変換
回路２によりサンプリングされたデータ数が所定の最終
アドレスまで記憶されるとＭＰＵ５にサンプリング終了
信号を送出する。

【００１３】これにより波形データメモリ３には画像と
して表示される測定データ数の２倍以上（例えば、測定
データ数を２００点とすると前記の４０００点は、２０
倍）の所定のサンプリング数の測定データがデジタル値
で各アドレス対応に順次記憶される。しかも、このとき
各アドレスの測定データは、Ａ／Ｄ変換回路２のサンプ
リング周期を単位とした時間の関数として記憶されてい
る。

【００１４】ＭＰＵ５は、波形データメモリ３からサン
プリング終了信号を受けるとＡ／Ｄ変換回路２のサンプ
リング処理を停止してバス１１を介して波形データメモ
リ３から測定条件に応じて測定データを採取してＡスコ
ープ画像の表示データを生成する。生成した表示データ
は、ＲＡＭ６の画像メモリ領域（後述する画像メモリ部
６１）に記憶され、それがＬＣＤ表示装置（ＬＣＤ）８
に転送されてＬＣＤ表示装置８により生成した表示デー
タに応じたＡスコープ画像が表示される。また、被検体
１４の検査を行う測定時にあっては、ＭＰＵ５は、波形
データメモリ３の測定データと基準値とを比較すること
で測定データに対してスレッシュホールドを設定して欠
陥波Ｆ、底面波Ｂの位置を検出する。そして、表面から
欠陥までの距離（時間値）あるいは表面から底面までの
距離（時間値）を算出して表示データを生成する。生成
した表示データは、ＲＡＭ６の画像メモリ領域（後述す
る画像メモリ部６１）に記憶され、それがＬＣＤ表示装
置（ＬＣＤ）８に転送されてＬＣＤ表示装置８により生
成した表示データに応じた画像や測定値が表示される。

【００１５】４は、ゲインダイヤル，カーソルダイヤ
ル，表示位置指定つまみ，シートキー等を有する操作パ
ネルであって、バス１１に接続されている。ＭＰＵ５
は、この回路からバス１１を介してダイヤルにより設定
される設定値及び各種のキー入力信号を受ける。ゲイン
ダイヤルにより受信部１ｂのレシーバに対するゲイン設
定値（調整値）が入力されると、ＭＰＵ５は、受信部１
ｂのレシーバ（その高周波増幅器）のゲイン（増幅率）
を制御し、ゲインダイヤルにより入力されたゲイン設定
値に対応するゲインになるようにレシーバのゲインを設
定する。

【００１６】６は、ＲＡＭであって、バス１１に接続さ
れ、Ａ／Ｄ変換されたエコー受信信号についてのデジタ
ルの表示データと外部からロードされた各種のアプリケ
ーション処理プログラムと入力キーにより指定された探
傷モードを示すフラグ等の各種の情報や種々のデータが
格納される。このＲＡＭ６には採取条件パラメータ等記
憶領域６２、そして周波数−音速特性記憶領域６３とが
設けられている。

【００１７】７は、ＲＯＭであり、これにはＭＰＵ５が
実行するＡスコープ画像演算処理プログラム７１のほ
か、周波数−音速測定プログラム７２、測定周波数検出
・測定プログラム７３、表示処理プログラム７４等と、
各種の基本プログラムが記憶されている。なお、これら
プログラムは、ＲＯＭ６の記憶領域に外部からロードさ
れてもよい。ＬＣＤ表示装置８は、Ａスコープ画像等の
ほか、各種の測定値を表示し、内部にビデオメモリイン
タフェースとビデオメモリ、ビデオメモリの情報を読出
してビデオ信号を発生するビデオメモリコントローラ、
液晶駆動回路、そして、例えば、２５６×５１２ドット
あるいは４００×６４０ドット等のドットマトリックス
の液晶表示器等とを有していて、ビデオメモリインタフ
ェースを介してバス１１に接続されている。

【００１８】ここで、Ａスコープ画像演算処理プログラ
ム７１は、測定開始時においては波形データメモリ３か
ら測定データ採取終了を受けたＭＰＵ５により起動され
る。また、このプログラムは、採取条件パラメータ等記
憶領域６２に記憶されている条件に従って波形データメ
モリ３のアドレスをアクセスして表示データを生成し、
それを画像メモリ部６１に記憶する処理をする。その
後、表示処理プログラム７４を起動する。

【００１９】採取条件パラメータ等記憶領域６２に記憶
されている情報としては、周波数を順次増加させて測定
データを採取するためのパラメータや特定の周波数で測
定データを採取するパラメータ等である。さらに、波形
データメモリ３の測定データを読出す先頭アドレス及び
最終アドレス、そしてこれらの間のアドレスに記憶され
ている波形データメモリ３の測定データをどのような順
序で採取するかの条件、例えば、数アドレスおきに採取
するのか、採取したデータからいくつの平均値を採って
表示データとするのか、複数の測定データのうちの最高
値をもって表示データとするのか、というようなパラメ
ータ情報も記憶されている。

【００２０】周波数−音速測定プログラム７２は、操作
パネル４から周波数選択測定の機能キーが入力されたと
きにＭＰＵ５により起動され、ＭＰＵ５は、このプログ
ラムを実行して、まず、採取条件パラメータ等記憶領域
６２を参照し、ここから周波数を順次増加させて測定デ
ータを採取するパラメータを読込み、バースト信号発生
駆動回路１ａに周波数を増加させるかあるいは減少させ
る制御信号を測定を更新するごとに順次送出してこれを
を駆動する。これによりバースト信号発生駆動回路１ａ
の発振器１ｃが制御されて、プローブ１４の帯域である
５００ＫＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲において、例えば、５
００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの範囲では、２５０ＫＨｚ単位で
測定を重ねるごとに周波数が段階的に増加し、２ＭＨｚ
から１０ＭＨｚの範囲では１ＭＨｚの単位で段階的に周
波数が増加し、１０ＭＨｚから２０ＭＨｚの範囲では２
ＭＨｚの単位で段階的に周波数が増加する制御が行われ
る。そして、各測定時点において各周波数ごとに被検体
９の底面波Ｂの時間を算出して被検体９の厚さからその
ときの音速を測定周波数対応に対応して算出し、算出し
たた音速とそのときの底面波Ｂの最大振幅値とを周波数
−音速特性記憶領域６３に各測定周波数対応にテーブル
化して記憶する。さらにこのテーブル化の後に測定周波
数検出・測定プログラム７３を起動する。

【００２１】測定周波数検出・測定プログラム７３がＭ
ＰＵ５により実行されると、ＭＰＵ５は、周波数−音速
特性記憶領域６３から所定のスレッシュホールドレベル
を越えた底面波Ｂの測定値（エコーレベル）を測定周波
数の高い方から低い方へ向かって参照していく。これに
よりスレッシュホールドを越えた底面波Ｂについてその
最大周波数を検出することができる。次に、被検体１４
の測定状態に入って検出した周波数に対応する制御信号
を採取条件パラメータ等記憶領域６２を参照して得て、
この制御信号をバースト信号発生駆動回路１ａに送出す
る。バースト信号発生駆動回路１ａは、検出された周波
数に対応する制御信号に応じて検出された最大周波数を
持つ図２に示すバースト信号をプローブ１４に送出して
エコー受信信号を受信する。これにより分解能が高い最
適な周波数による測定データが得られ、それが波形デー
タメモリ３に記憶される。

【００２２】得られた測定データは、Ａスコープ像，Ｂ
スコープ像，Ｃスコープ像等の測定モードに応じて参照
され、その結果として欠陥波Ｆあるいは底面波Ｂの時間
値データや振幅値が一旦ＲＡＭ６に記憶され、次に、こ
れらのデータに基づいて測定モードに対応した表示デー
タが生成されて画像メモリ部６１に記憶され、所定の画
像が表示される。なお、ブロック図では示していない
が、測定モードに応じて手動のスキャンやスキャナによ
るスキャンが行われたときには、その測定位置データが
外部からＭＰＵ５に与えられ、それがＲＡＭ６に採取さ
れた測定データ対応に記憶される。そして、この位置デ
ータに応じて先の表示データが画像メモリ部６１の測定
位置に対応するアドレスに記憶されることになる。

【００２３】以上説明してきたが、実施例における周波
数−音速特性の測定は、被検体を測定する都度行われる
必要はなく、同じ種類の被検体については、一度測定し
たデータを用いて次の被検体を測定してもよい。また、
測定周波数−音速の測定値は、電子部品のような同じ材
質の被検体についてはあらかじめ標準温度で最適な測定
周波数と音速とを求めておき、これをメモリに記憶して
おき、利用してもよい。さらに、周波数−音速特性の測
定は、実施例では、周波数を増加させて測定を行ってい
るが、これは、高い周波数から順次減少させるようにし
て測定し、周波数−音速特性データを得てもよい。ま
た、次の測定周波数の検出の段階では、逆に低い周波数
から底面波のエコーが所定のレベル以上となる周波数を
検出していくようにしてもよい。この場合、周波数は、
低い周波数から先に検出され、そのうちから選択される
ことになるが、この検出する周波数は、高い周波数の方
が好ましい。しかし、必ずしもそのうちの最高周波数で
ある必要はない。

【００２４】実施例では、波形データメモリは、Ａ／Ｄ
変換回路とＭＰＵとの間に挿入しているが、ＭＰＵの処
理速度が高速であれば、Ａ／Ｄ変換回路のデータをＭＰ
Ｕで一旦受けて、波形データメモリあるいはＲＡＭ等に
転送して測定データを採取するようにすることもでき
る。また、実施例では、探傷器部の測定データをＡ／Ｄ
変換して波形データメモリに記憶しているが、探傷器部
に時間計測回路を設けておき、底面波Ｂとの時間値や欠
陥波Ｆまでの時間値を計測してこの計測値をＭＰＵが得
て、ＲＡＭに記憶し、測定画像を表示するような処理を
してもよい。なお、以上の実施例では、試料に直接プロ
ーブを当てて測定する直接法によって説明したが、水浸
法でも本発明をそのまま適用できる。この場合、底面エ
コーの受信時間による試料音速の測定は、表面エコーか
ら底面エコーまでの時間差による慣用の方法に置き代え
ればよい。

【００２５】

【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、外部から発生周波数が制御できるバー
スト信号発生駆動回路を設けて、バースト信号により広
帯域プローブを駆動して被検体に対して測定に最適な周
波数と音速とを探り、求められた測定周波数のバースト
信号により広帯域プローブを再び駆動して被検体からの
エコーを採取するようにしているので、最適なあるいは
適切な周波数により超音波測定を行うことができ、これ
によりプローブを交換する必要がなくなり、周波数によ
り音速が変化するような被検体に対して精度が高く、効
率のよい超音波測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、この発明を適用した超音波測定装置
の一実施例のブロック図である。

【図２】 図２は、バースト信号で駆動された場合の送
信波と表面エコー等の説明図である。

【符号の説明】

１…超音波探傷器部、２…Ａ／Ｄ変換回路、３…波形デ
ータメモリ、４…操作パネル、５…マイクロプロセッサ
（ＭＰＵ）、６…ＲＡＭ、７…ＲＯＭ、８…液晶表示装
置（ＬＣＤ表示装置）、９…被検体、１０…超音波測定
装置、６１…画像メモリ部、６２…採取条件パラメータ
等記憶領域、６３…周波数−音速記憶領域、７１…Ａス
コープ画像演算処理プログラム、７２…周波数−音速測
定プログラム、７３…測定周波数検出・測定プログラ
ム、７４…表示処理プログラム。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 広帯域の超音波探触子と、制御信号に応
   じて周波数が変化するバースト信号を発生し、前記超音
   波探触子を駆動するバースト信号発生駆動回路と、前記
   広帯域の範囲で順次周波数を変化させる前記制御信号を
   発生して被検体の底面エコーの受信信号から前記被検体
   における音速を算出し、この音速と前記底面エコーのエ
   コーレベルとを発生周波数対応に記憶しかつ前記エコー
   レベルを参照して所定の底面エコーレベルが得られた周
   波数を検出し、この周波数に対応する前記制御信号を発
   生して前記超音波探触子を駆動し、前記検出された周波
   数に対応する音速に従って前記被検体について測定値を
   得る制御回路とを備えることを特徴とする超音波測定装
   置。
2. 【請求項２】 広帯域の範囲で順次周波数を変化させる
   制御信号を発生して被検体の底面エコーの受信信号から
   前記被検体における音速を算出し、この音速と前記底面
   エコーのエコーレベルとを発生周波数対応に記憶しかつ
   前記エコーレベルを参照して所定の底面エコーレベルが
   得られた周波数を検出してこの検出された周波数とこれ
   に対応する音速と前記被検体とが対応付けられたデータ
   が生成され、この生成されたデータがメモリに記憶さ
   れ、このメモリの前記生成されたデータが参照されて前
   記被検体と同種の被検体について測定周波数が決定され
   て前記同種の被検体の超音波測定が行われる請求項１記
   載の超音波測定装置。