JPH08128999A - 超音波検査装置のプローブ衝突防止方法および超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プローブと被検体との間の距離が所定値以下に
なるとプローブのＺ軸方向の移動を自動的に停止させ
る。 【構成】パルスまたはバースト波が振動子に印加される
と被検体に向けて超音波信号を発射するとともに反射信
号を受信して検査信号として出力するプローブと、プロ
ーブをＸＹＺの３軸に移動させる駆動装置とを有する超
音波検査装置のプローブ衝突防止方法において、プロー
ブのレンズ凹部から最先端までの距離に対応する情報を
受信する工程（ステップＳ１）と、前記受信した情報に
基づいて所定の起点からの遅延時間を決定する工程（ス
テップＳ２）と、前記所定の起点から前記遅延時間だけ
遅延した時間に衝突防止用ゲートを設定する工程（ステ
ップＳ６）と、設定された衝突防止用ゲートで前記被検
体の表面からの反射波が抽出されたときに前記プローブ
のＺ軸方向の降下を停止させる工程（ステップＳ１１）
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブと被検体との
衝突防止方法および衝突防止機能を備えた超音波検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の超音波検査装置の一例を示
し、１はプローブであり、このプローブ１は、円柱状の
本体１ａの下面にレンズ凹部１ｂが設けられた音響レン
ズ部１１と、その上面に設けられた振動子１２とからな
る。２はパルサ、レシーバおよびディテクタを備えた送
受信回路、３はプローブ１をＸＹＺの３軸方向に移動す
るＸＹＺ駆動装置、４はＸＹＺ駆動装置３と送受信回路
２を制御する制御装置であり、ＣＰＵとＲＯＭなどの周
辺回路で構成される。送受信回路２からプローブ１の振
動子１２にパルスまたはバースト波が印加されると、振
動子１２が励起されて超音波信号がプローブ１から被検
体５に放射される。プローブ１の先端部は凹レンズとさ
れ、プローブ１から放射される超音波信号は所定の焦点
距離を持つ。したがって、被検体５の検査したい深さ位
置に超音波信号が集束するようにプローブ１のＺ軸位置
が調節される。

【０００３】プローブ１と被検体５との間には水などの
媒体６が設けられ、振動子１２からの超音波信号はプロ
ーブ１と媒体６との界面から反射するとともに、被検体
５の表面からも反射する。前者の反射信号をレンズエコ
ー、後者の反射信号を表面波エコーと呼ぶ。また、超音
波信号は被検体５の内部からも反射し、この反射信号を
抽出することにより、被検体５の内部の欠陥などの有無
を検査する。一般には、送受信回路２において、レシー
バで受信した反射信号の中から所定深さからの所定値以
上の大きさの反射信号がディテクタで抽出されて欠陥検
出が行なわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような超音波検査
装置では、プローブ１から出力される反射波の検査信号
で被検体内部の欠陥などを検査するが、プローブ１の焦
点距離が短い場合にはプローブ１と被検体５との距離が
短くなり、Ｚ軸方向に移動させる際、目視でプローブ１
の高さ位置を観察する方式ではどうしてもプローブ１が
被検体に衝突してプローブ１や被検体５を破損するおそ
れがある。

【０００５】本発明の目的は、プローブと被検体との間
の距離が所定値以下になるとプローブのＺ軸方向の移動
を停止させるようにした超音波検査装置のプローブ衝突
防止方法および超音波検査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】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、請求項１による衝突防止方法は、
パルスまたはバースト波が振動子に印加されると被検体
に向けて超音波信号を発射するとともに前記振動子で反
射信号を受信して検査信号として出力するプローブと、
プローブをＸＹＺの３軸に移動させる駆動装置とを有す
る超音波検査装置のプローブ衝突防止方法において、プ
ローブのレンズ凹部から最先端までの距離に対応する情
報を受信する工程（ステップＳ１）と、前記受信した情
報に基づいて所定の起点からの遅延時間を決定する工程
（ステップＳ２）と、前記所定の起点から前記遅延時間
だけ遅延した時間に衝突防止用ゲートを設定する工程
（ステップＳ６）と、設定された衝突防止用ゲートで前
記被検体の表面からの反射波が抽出されたときに前記プ
ローブのＺ軸方向の降下を停止させる工程（ステップＳ
１１）とを備えるものである。請求項２による衝突防止
方法における所定の起点は、前記レンズ凹部の界面から
の反射波抽出時点であり、前記遅延時間は、前レンズ凹
部から前記プローブの最先端までの距離を超音波が進行
する時間よりも少なくとも短い時間である。請求項３に
よる衝突防止方法における所定の起点は、前記パルスま
たはバースト波が振動子に印加される時点であり、前記
遅延時間は、前記振動子が設けられたプローブの上面か
ら前記プローブの最先端までの距離を超音波が進行する
時間よりも少なくとも短い時間である。請求項４による
超音波検査装置は、図２に示すように、被検体５に向け
て超音波信号を発射するとともに反射信号を受信して検
査信号として出力するプローブ１と、プローブ１をＸＹ
Ｚの３軸に移動させる駆動装置３と、プローブ１で受信
された検査信号の中からレンズ凹部１ｂの界面からの反
射信号を抽出し、この反射波の抽出時点を起点として、
プローブごとに予め設定された遅延時間だけ遅れた位置
に衝突防止用ゲートを設定する衝突防止用ゲート回路２
２ａと、設定された衝突防止用ゲートで被検体の表面か
らの反射信号が抽出されたときに前記駆動装置３による
Ｚ軸移動を停止させる停止手段（４）とを具備するもの
である。請求項５による超音波検査装置は、図２に示す
ように、パルスまたはバースト波が振動子１２に印加さ
れると被検体に向けて超音波信号を発射するとともに振
動子１２で反射信号を受信して検査信号として出力する
プローブ１と、プローブ１をＸＹＺの３軸に移動させる
駆動装置３と、前記パルスまたはバースト波の印加時間
を起点として、プローブごとに予め設定された遅延時間
だけ遅れた位置に衝突防止用ゲートを設定する衝突防止
用ゲート回路２２ａと、設定された衝突防止用ゲートで
反射信号が抽出されたときに前記駆動装置３によるＺ軸
移動を停止させる停止手段（４）とを具備するものであ
る。請求項６は、請求項４または５の超音波検査装置に
おいて、前記プローブ１の仕様を入力する入力部２１
と、入力された仕様に基づいて前記遅延時間を算出する
算出手段（４）とをさらに備えるものである。

【０００７】

【作用】プローブ１のレンズ凹部１ｂから最先端１ｃま
での距離に対応する情報を受信し、この情報に基づいて
所定の起点からの遅延時間が決定され、所定の起点から
その遅延時間後に、すなわち、レンズ凹部の界面からの
反射波が表れる直後に衝突防止用ゲートが設定される。
この衝突防止用ゲートで被検体表面からの反射波が抽出
されると、プローブのＺ軸方向の降下が停止される。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００９】

【実施例】図１〜図４に基づいて本発明にかかる超音波
検査装置の一実施例を説明する。なお、図５と同様な箇
所には同一の符号を付し、相違点を主に説明する。図２
において、２１は、使用するプローブ１の仕様を予め入
力する入力部、２２は、表面波エコーを抽出する表面波
エコー抽出回路である。

【００１０】送受信回路２は従来例と同様に構成するこ
とができ、制御装置４からの指令にしたがってパルスを
発射するパルサ２ａと、プローブ１や被検体５からの反
射波を受信するレシーバ２ｂと、レンズエコーを抽出す
るようにゲートを設定するとともに内部欠陥エコーを抽
出するようにゲートを設定するゲート回路２ｃと、設定
されたゲートで抽出されたエコーのピーク値を検出する
ピークディテクタ２ｄと、検出されたピーク値を保持す
るサンプルホールド回路２ｅと、保持されたエコーデー
タをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路２ｆとを備える。

【００１１】表面波エコー抽出回路２２は、レシーバ２
ｂで受信した表面波エコーを抽出するようにゲートを設
定するゲート回路２２ａと、設定されたゲートで抽出さ
れたエコーのピーク値を検出するピークディテクタ２２
ｂと、検出されたピーク値を保持するサンプルホールド
回路２２ｃと、保持されたエコーデータをＡ／Ｄ変換す
るＡ／Ｄ変換回路２２ｄとを備える。

【００１２】プローブ１は、図２に示すように、図５に
示すプローブ１と同様に、円柱状の本体１ａの下面にレ
ンズ凹部１ｂが設けられた音響レンズ部の上面に振動子
１２を設けたものである。プローブ１１の最先端１ｃと
レンズ凹部１ａの底面との距離Ｌはプローブ１の仕様に
よってそれぞれ異なり、被検体５とプローブ１との衝突
を防止するためにプローブ１のＺ軸方向位置を規制する
場合、このＬを知る必要がある。

【００１３】そこで、この実施例では、入力部２１から
プローブ１の仕様（たとえば、レンズ開口径，焦点距
離，音響レンズ材質）を入力し、使用するプローブ１の
距離Ｌを制御装置４内に予め設けたテーブルから仕様に
基づいて参照し、その上で、レンズエコーの抽出時点を
起点としたゲートディレー時間を計算して適切に衝突防
止用ゲートを設定する。この実施例では、衝突防止用ゲ
ートを設定する時間の起点をレンズエコー抽出時点とし
たから、ゲートデイレー時間は、レンズ凹部１ｂからプ
ローブ１の最先端１ｃまでの距離Ｌ（図５参照）を超音
波が進行する時間よりも少なくとも短い時間である。

【００１４】図１のフローチャートを参照して本実施例
の動作を説明する。このフローチャートは制御装置４の
プログラムを実行して行なわれる。ステップＳ１におい
て、入力部２１から入力されたプローブ１の仕様を読み
込む。入力されたデータが距離Ｌそのものではなく、プ
ローブ１の種類を示すデータの場合には、プローブ１の
種類と距離Ｌとの対応テーブルを制御装置４内に設けて
おき、入力されるプローブ１の種類から距離Ｌを読み出
せばよい。ステップＳ２に進むと、距離Ｌ、媒体の音速
Ｃwなどに基づいて、次式(１)に基づいて、プローブ１
と媒体６の界面から反射する第１レンズエコーを検出し
てから反射エコーを検出するまでの時間Ｔ１を計算し、
この時間Ｔ１から予め定めた時間を差し引いてゲートデ
ィレー時間Ｔを設定する。

【数１】Ｔ１＝２Ｌ／Ｃw …(１)

【００１５】なお、媒体の音速ＣWは制御装置４に予め
入力されているものとしたが、入力部２１から入力した
り、媒体の種類を入力して制御装置４が音速を求めるよ
うにしてもよい。

【００１６】ステップＳ３に進むと、ノイズレベルより
も十分高い値をスレッショルドと設定する。ステップＳ
４で測定を開始し、制御装置４はパルサ２ａから振動子
１２にパルスを印加するように指令する。ステップＳ５
でレンズエコーの受信を判定し、肯定されるとステップ
Ｓ６に進む。なお、レンズエコーを抽出するために、送
受信回路２のゲート回路２ｃに予めゲートが設定されて
いる。

【００１７】ステップＳ６では、表面波エコー抽出回路
２２のゲート回路２２ａにおいて、レンズエコーの受信
後のゲートデイレイ時間Ｔの位置に衝突防止用ゲートを
設定する。ステップＳ７において、設定された衝突防止
用ゲートにより表面波エコーが抽出されたかを判定し、
抽出が判定されると、ステップＳ８において、抽出され
た表面波エコーのサンプルホールド値がステップＳ３で
設定したスレショルドより小さいか否かを判定する。サ
ンプルホールド値がスレッショルドより大きい場合には
ステップＳ１１において割込み信号を出力して、測定を
中止するとともに、プローブ１のＺ軸方向の降下を停止
する。サンプルホールド値がスレッショルドより小さい
場合にはステップＳ９で測定が終了か判定し、否定され
るとステップＳ１０でプローブをＺ軸方向に所定量降下
させてステップＳ４に進み、再度測定を開始する。

【００１８】図４により、本発明による衝突防止手順を
さらに詳細に説明する。パルサ２ａから図４（ａ）に示
すパルスが発射され、レシーバ２ｂは図４（ｃ）に示す
ような検査信号を出力する。図示しないレンズエコー抽
出用ゲートによりレンズエコーを抽出した後、予め定め
られているゲートディレー時間Ｔ後に衝突防止用ゲート
を設定する（図４（ｂ））。衝突防止用ゲートで抽出さ
れた表面波エコーのピーク値は図４（ｄ）に示すよう
に、サンプルホールド回路２ｅで保持され、図４（ｅ）
に示すような割込み信号が出力される。

【００１９】このような実施例によれば、プローブ１の
仕様を入力するだけで、レンズエコーが抽出される直後
に衝突防止用ゲートが設定され、この衝突防止用ゲート
に被検体の表面波が抽出されるとプローブ１のＺ軸方向
の降下が停止されるので、焦点距離が短く被検体に接近
させる必要がある場合、試料表面に凹凸のある場合、あ
るいは誤操作，誤動作が起った場合も確実に衝突を防止
できる。

【００２０】以上では、プローブの仕様を入力してプロ
ーブのレンズ凹部からプローブの最先端までの距離Ｌを
求め、このＬからゲートディレー時間Ｔを算出し、レン
ズエコーを抽出した後のゲートディレー時間後に衝突防
止用ゲートを設定するようにしたが、入力された仕様か
らプローブの全長を求め、この全長からパルス発射後の
ゲートディレー時間を算出し、パルス発射後のゲートデ
ィレー時間後に衝突防止用ゲートを設定するようにして
もよい。また、入力部２１から距離や全長を直接入力す
るようにしてもよい。

【００２１】以上の実施例の構成において、制御装置４
が停止手段と算出手段をそれぞれ構成する。また、プロ
ーブ１の仕様がレンズ凹部１ｂからプローブ最先端１ｃ
までの距離Ｌに対応する情報である。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、プローブに印加されるパルスやバースト波の印加
時点から所定遅延時間後あるいは、レンズエコーの抽出
時点から所定遅延時間後に衝突防止用ゲートを設定し、
プローブと被検体との間の距離が所定値以下になって表
面波エコーが衝突防止用ゲートで抽出されたらプローブ
のＺ軸方向の移動を停止させるようにしたので、プロー
ブと被検体の衝突を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による衝突防止方法の一例を示すフロー
チャート

【図２】本発明による衝突防止機能付き超音波検査装置
の一例を示すブロック図

【図３】プローブの一例を示す図

【図４】各部の波形図

【図５】従来の超音波検査装置の一例を示すブロック図

【符号の説明】

１ プローブ １ｂ レンズ凹部 ２ 送受信回路 ３ ＸＹＺ駆動装置 ４ 制御装置 ５ 被検体 ６ 媒体 ２１ 入力部 ２２ 表面波エコー抽出回路 ２２ａ ゲート回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスまたはバースト波が振動子に印加
   されると被検体に向けて超音波信号を発射するとともに
   前記振動子で反射信号を受信して検査信号として出力す
   るプローブと、このプローブをＸＹＺの３軸に移動させ
   る駆動装置とを有する超音波検査装置のプローブ衝突防
   止方法において、 前記プローブのレンズ凹部から最先端までの距離に対応
   する情報を受信する工程と、 前記受信した情報に基づいて所定の起点からの遅延時間
   を決定する工程と、 前記所定の起点から前記遅延時間だけ遅延した時間に衝
   突防止用ゲートを設定する工程と、 設定された衝突防止用ゲートで前記被検体の表面からの
   反射波が抽出されたときに前記プローブのＺ軸方向の降
   下を停止させる工程とを備えたことを特徴とする超音波
   検査装置のプローブ衝突防止方法。
2. 【請求項２】 請求項１の衝突防止方法において、前記
   所定の起点は前記レンズ凹部の界面からの反射波抽出時
   点であり、前記遅延時間は、前レンズ凹部から前記プロ
   ーブの最先端までの距離を超音波が進行する時間よりも
   少なくとも短い時間であることを特徴とする超音波検査
   装置のプローブ衝突防止方法。
3. 【請求項３】 請求項１の衝突防止方法において、前記
   所定の起点は前記パルスまたはバースト波が振動子に印
   加される時点であり、前記遅延時間は、前記振動子が設
   けられた前記プローブの上面から前記プローブの最先端
   までの距離を超音波が進行する時間よりも少なくとも短
   い時間であることを特徴とする超音波検査装置のプロー
   ブ衝突防止方法。
4. 【請求項４】 被検体に向けて超音波信号を発射すると
   ともに反射信号を受信して検査信号として出力するプロ
   ーブと、 このプローブをＸＹＺの３軸に移動させる駆動装置と、 前記プローブで受信された検査信号の中からレンズ凹部
   の界面からの反射信号を抽出し、この反射波の抽出時点
   を起点として、プローブごとに予め設定された遅延時間
   だけ遅れた位置に衝突防止用ゲートを設定する衝突防止
   用ゲート回路と、 設定された衝突防止用ゲートで前記被検体の表面からの
   反射信号が抽出されたときに前記駆動装置によるＺ軸移
   動を停止させる停止手段とを具備することを特徴とする
   超音波検査装置。
5. 【請求項５】 パルスまたはバースト波が振動子に印加
   されると被検体に向けて超音波信号を発射するとともに
   前記振動子で反射信号を受信して検査信号として出力す
   るプローブと、 このプローブをＸＹＺの３軸に移動させる駆動装置と、 前記パルスまたはバースト波の印加時間を起点として、
   プローブごとに予め設定された遅延時間だけ遅れた位置
   に衝突防止用ゲートを設定する衝突防止用ゲート回路
   と、 設定された衝突防止用ゲートで前記被検体の表面からの
   反射信号が抽出されたときに前記駆動装置によるＺ軸移
   動を停止させる停止手段とを具備することを特徴とする
   超音波検査装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５の超音波検査装置にお
   いて、前記プローブの仕様を入力する入力部と、入力さ
   れた仕様に基づいて前記遅延時間を算出する算出手段と
   をさらに備えることを特徴とする超音波検査装置。