JPS60262054A - 超音波探傷装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、アレイ型探触子を用いセクタ走査する電子走
査型の超音波探傷装置Ｊ係り、特に集束点前後において
も良好な探傷分解能を得られるようにした超音波探傷装
置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 第１図を用いて従来の超音波探傷装置について説明する
。第１図は電子走査法における超音波受信の原理を説明
するための模式図である。

第１図＜ａ）（ｂ）において１は多数の超音波振動子を
配列してなるアレイ型探触子であり、被検体２の表面に
密着させて超音波の送受信を行なうものである。超音波
送信の場合は、第１図（ａ＞に示すように送信電気パル
ス３を信号遅延器４により所定時間遅延された遅延送信
パルス群５としてそれぞれのアレ、イ型探触子１の各振
動子を駆動し、超音波を被検体２中へ発信する。この時
、個々の超音波振動子から発信された超音波、の波頭面
は同心円状に拡ぷり、波面群６として伝播する。

この波面群６で゛は遅延送信パルス群５の門延時ｉ量に
応じた位、相干渉が生じ、超音波主ビームを形成する。

従って、アレイ型探触子１の夫々の超音波振動子を駆動
する送信パルスの遅延時間量の電子制御により、超音波
ビームの偏向及び集束を任意に行なうようにしたもので
ある。

一方、超音波の受渡の場合には、第１図（ｂ）へ示され
るように、被検体２の内部欠陥等の反射源Ｃからの超音
波反射波は、その反射源Ｃを中心として同心円状に伝播
し、アレイ型探触子１の各超音波振動子で受信される。

この時受信信号は、夫々の超音波振動子と反射源Ｃとの
伝播距離に応じた異なる受信タイミングで受信されるが
、この−受信信号７の位相が同一時刻で一致するように
信号遅延器４により所定時間遅延された後、波形加算器
８により夫々の遅延された受信信号の位相加算を行ない
、超音波受信時と同じ超音波集束と偏°、向効果を受信
信号の遅延時間制御により得るようにしたものである。

従って、電子走査法によれば、超音波ビームの偏向及び
集束の制御を、アレイ型探触子１の各超音波振動子の超
音波送受信タイミングの電子制御により行ない得ること
から、被検材内部を集束された超音波ビームにより高速
走査可能なため、高精度探傷及び高能率探傷への期待が
大きい。

しかし乍ら、電子走査法における遅延時間の制御は、超
音波ビームの特定な点に対してのみ有効な位相干渉が得
られる遅延時間量を決定しているのが一般的である。従
って、その特定な点の近傍では、良好な音場が得られる
が、それ以外では位相のズレが大きく不安定な音場とな
る。特に超音波ビームの集束を行なった場合に顕著にな
り、被検体内部の全体を十分な精度で探傷するのが困難
である。この場合、被検体に応じて異なる集束領域の超
音波ビームで繰返し探傷を行なう等の方法　１により、
全体を十分な精度で探傷可能となるが、探傷に要すご時
間が長くなる不具合があった。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてな、されたちであり、その目
的とすｉところは、超音波集束時における集束点近傍以
外の不安定音場領域を軽減し、探傷精度を向上させると
共に、短時間で探傷を行なうことができる超音波探傷装
置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明による超音波探傷装置は、複数の超音波振動子か
らなるアレイ型探触子と、上記超音波振動子に超音波を
送信させる超音波送信器群と、この送信器群を制御して
送信タイミングと超音波の伝播方向を指令する送信遅延
時間制御器と、前記超音波振動子からの反射波受信号を
受信する超音波受信器群と、この受信器群力）らのアナ
ログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、こ
のＡ　／　Ｄ変換器の出力を一時記憶するバッファーメ
モリーと、このバッファーメモリーに記憶された各超音
波振動子毎の受信号を遅延加算し単一の加算波形を得る
ものであって超音波ビーム中心軸上からの反射波を各超
音波振動子毎に受信した受信号の位相が常に一致するよ
うな各受信号の遅延時間量を超音波の伝播時間に応じて
変更する超音波受信制御器と、上記加算波形を信号処理
して、電子走査法による画像信号を得る信号処理回路と
、・この信号処理回路からの画像信号にもとづいて画像
を表示する画像表示器とを具備し、超音波受信信号の受
信遅延制御において、超音波受信号のＡ／Ｄ変換開始基
準時間からの経過時間（超音波の往復伝播時間）に応じ
て、超音波ビーム中心軸上の連続した各点毎に裕相をそ
ろえるよう制御を行なうようにしたことを特徴としてい
る。

［発明の実施例］ 第２図乃至第３図を参照して本発明による超音波探傷装
置の一実施例を説明する。第２図において１０１は被検
体１０２表面上に密着して配置されたアレイ型探触子で
あり、複数の超音波振動子１０１１・・・（ｉ＝１〜ｎ
）を並設してなる。ｉｉ。

は振動子１Ｏ−１ｉを発振駆動する超音波送信器群であ
り、この超音波送信器群１１０は１個の超音波送信器か
らなり、送信遅延時間制御器１１１によって制御される
よう構成されている。送信遅延時間制御器１１１は演算
装置としてのコンピュータ１１２によって制御される。

また、振動子１０１１は、被検体１０２内の欠陥からの
反射波を受信し受信信号を出力するように構成されてい
る。振動子１０１１からの受信信号は超音波受信器群１
１３へ伝達され所定信号レベルに調整された後Ａ／Ｄ変
換器１１４へ伝達される。

Ａ　、／Ｄ変換器１１４は前記コンピュータ１１２の指
令により制御され、受信信号をデジタル信号に変換し、
バッファーメモリー１１５内へ振動子１０１１毎に一時
記憶されるよう構成されてい・へる。

バッファーメモリー１１５内に一時記憶されている振動
子１０１１毎の受信信号は受信遅延時間制、ＩＩＩＪ器
１１６の指令によって夫々読出され、波形加算器１１７
へ順次送出し、波形加算器１１７はこれを受けて、振動
子１０１１毎の受信信号を加算し単一の受信信号として
出力するように構成されでいる。

尚、波形加算のためのバッファーメモリー１１５内の各
振動子１０１１毎の時系列受信信号の読出しにおいて、
各振動子１０１ｉ毎に夫々異なる時刻の受信信号を読出
すような指令を、受信遅延制御器１１６から、バッファ
ーメモリ１１５へ出力するよう構成することで、受信信
号の遅延を実現している。この場合、受信信号の遅延時
間量は、各振動子１０１１間の遅延時間量だけでなく、
超音波ビーム伝播時刻毎に対しても受信遅延時間制御器
１１６への前記コンピュータの制御により行ない得るよ
うに構成されている。

波形加算器１１７により′遅延加算され出力された単一
の受信信号は、信号処理器１１８により、検波、距離振
幅補征、及びディスクリレベル設定による二値化等の信
号処理と共に、電子走査法によるところの画像信号を画
像表示器１１９へ送出する・画像表示器にはＣＲＴ等が
用いら０・上記　１画像信号に基づいて上記被検体１０
２内の欠陥分布及び大きさを断面像として表示するよう
構成されている。

また、コンピュータ１１２は超音波ビームの偏向走査及
び集束制御に伴なう超音波送受信の遅延時間の演算並び
に、装置内部の動作シーケンスの制御及び各種タイミン
グの制御を予じめ設定されたプログラムにより実行する
よう構成されている。

以上の如く構成された本実施例の装置の動作を第２図乃
至第３図を参照して説明する。第３図は本発明の原理と
なる超音波受信時における遅延時間制御を説明するため
の図であり、振動子１０１１はコンピュータ１１２によ
り１ｌｉｌＪｌ！Ｉされ伝播方向θで超音波を発信する
。この時、Ａ／Ｄ変換器１１４を動作させるタイミング
をコンピュータ１１２で制御して全振動子１０１１の中
央に位置する振動子から超音波発信が開始された時点に
同期させる。

上記の如く動作させると、振動子１０１１夫々の受信信
号波形は、欠陥からの距離差分だけ遅延した受信信号波
形が得られ、時系列データーとして各振動子１０１１毎
にバッファーメモリー１１５へ記憶される。ここでバッ
ファメモリ１１５に記憶されている振動子１σ１１の受
信信号波形において超音波を送信してＴｊ時間後の超音
波ビーム中心軸上の超音波は、Ｐｊ点に伝播しており、
そのＰｊ点からの超音波反射波が、振動子１０“１１で
受信されるのは、Ｐｊ点と振動子１０’Ｉｉ間の伝播時
間Ｒｋを経過した後である。従って、バッファメモリ１
１５内・へ記憶されている振動子１０１１毎のＴｊ　＋
Ｒｋ　ｆＩｔｌｌ後の受信信号を夫々読出すことにより
、Ｐｊ点からの反射波を同一位相にそろえることができ
、それを波形加算器１１７により加算することで受信に
おいてもＰｊ点に超音波を集束したのと同じ効果が得ら
れる。

さらに、超音波ビーム中心軸上の連続したすべての点に
ついて上記の動作を繰返し行なうことにより、超音波ビ
ーム中心軸上の広い範囲について集束されたのと同じ効
果が超音波の受信において得られる。

ここで、受信遅延時間制御器１１６はバッファーメモリ
１１５の振動子１０１１毎のＴｊ　＋Ｒｋ時間侵の受信
号を波形加算器１１７へ出力するよう動作する。この場
合、コンピュータ１１２により、次式の演棹が行なわれ
、それにより受信遅延時間でｉが制御される。

ここで　ｔ・・・Ａ／Ｄ変換開始からの経過時間Ｖ・・
・被検体の音速 ｄ・・・アレイ振動子の中心間隔 以上の如く遅延加篩された単一の受信信号は、信号処理
器１１８へ入力され、検波、距離振幅補正を行なった後
、画像表示器１１９への画像信号の輝度信号として出力
される。これと同時に、信号処理５１１８は、Ａ／Ｄ変
換開始からの経過時間を及び超音波ビーム偏向角θに応
じて、画像表示器１１９への画像表示位置信号Ｘ＝ｔ’
ｓ’ｉｎθ。

Ｙ＝ｔ　・ＣＯＳθを前述の画像輝度信号と共に出力し
、画像表示器１１９は、被検体１０２への超音波偏向走
査による断面画像を表示、するよう動作する。

以上述べた本実施例によれば、以下の如く作用効果を奏
する。即ち、超音波受信号の受信遅延制御において、超
音波受信号のＡ／Ｄ変換閤始基準時間からの経過時間（
超音波の往復伝播時間）に応じて、超音波ビーム中心軸
上の連続した各点毎に位相をそろえるよう制御を行なう
ので、超音波受信時には、超音波ビーム中心軸上すべて
が合焦領域となり、欠陥の寸法精度及び検出感度等を向
上させることができる。

また、超音波送受信時の合焦領域は、従来に比らべ広い
範囲が得られるので、被検体の全体の探傷に要する時間
を短縮できる。

なお本発明は、以上の一実施例に限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実施す
ることができる。例えば、Ａ／Ｄ変換器１１４は、受信
器群１１３と同じ個数設けられているものに限らず、１
個のＡ／Ｄ変換器の入力を切換えて行なう方法としても
よい。　ｉ［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれ１ｆ１超音門受信時にお
いて超音波ビーム中心軸上の連続したすべての点に対し
合焦の効果が得られ、超音波送受信特性は、超音波送信
特性と受信特性の積となり、超音波の合焦領域が広くな
り、欠陥の検出能及び分解能が向上しかつ探傷に要する
時間を短縮することを可能とした超音波探傷装置が提供
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波探傷装置を説明する図、第２図は
本発明による超音波探傷装置の一実施例を示すロック図
、第３図は同実施例の作用を説明するための図である。 １０１・・・アレイ振動子、１０２・・・被検体、１１
０・・・超音波送信器群、１１１・・・送信遅延制御器
、１１２・・・コンピューター、１３・・・超音波受信
器群、１１４・・・Ａ／Ｄ変換器群、１１５・・・バッ
ファメモリ、１１６・・・受信遅延時間制御器、１１７
・・・波形加算器、１１８・・・信号処理器、１１９・
・・画像表示器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の超音波振動子を配列してなるアレイ型探触子と、
   上記超音波振動子実々を励振する超音波送信器群と、こ
   の送信器群をＭｍして送信タイミングと超音波の伝播方
   向を指令する送信遅延制御器と、上記超音波振動子から
   の反１ｍ受信号を受信する超音波受信器群と、°この受
   信器群からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ
   ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力を一時記憶する
   バッファーメモリーと、このバラファメモリーに記憶さ
   れた各超音波振動子毎の受信信号を遅延加算して単一の
   加算波形を得るものであって超音波ビーム中心軸上から
   の反射波を各□超音波振動子毎に受信した受信信号の位
   相が常に一致するような各受信信号の遅延時間量を超音
   波の伝播時間に応じて変更する超音波受信器群制ｍ器と
   、上記加算波形を信号処理して電子走査法による画像信
   号を得る信号処理回路と、この信号処理回路からの画像
   信号にもとづいて画像を表示する画像表示器とを具備し
   たことを特徴とする超音波探傷装置。