JPS6031054A - 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、被検体の所望の断面に対する多方向からの超
音波投影情報を、逆投影法を用いて画像再構成すること
によシ、上記断面像を表示せしめ、欠陥の位置及び形状
に拘わらなく確実に欠陥探傷を可能とした超音波探傷装
置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

超音波探傷装置には、複数の振動子から送波される超音
波の送波タイＺングを電子制御し、超音波の位相干渉の
原理に従い、所望の方向に超音波ビームを角度偏向及び
集束させ、且つ上記複数の振動子で反射ビームを受波し
、これによって得た超音波受信信号を互いに遅延させた
後加算することによシ、所望の方向及び集束位置からの
超音波画像情報を得、これを欠陥探傷に供するようにし
た電子走査形の超音波探傷装置がある。このような超音
波探傷装置は、被検体の断面像、即ちＢスコープ像が実
時間で画像表示されるので、最近は多方面の分野で利用
されている。

間と、受波信号の信号レベルとにより、被検体内の欠陥
の位置と大きさを表示する超音波ノｆルス反射法による
ものがほとんどである。この超音波パルス反射法におけ
る欠陥の検出能は、超音波送波方向（入射方向）に対す
る欠陥の反射面の傾き加減により、大きく異なシ、特に
超音波送波方向に対して平行な欠陥面を有するワレ等の
欠陥においては、検出がほぼ不可能であるという欠点が
ある。更に、超音波の送波には、超音波振動子に対して
高電圧の電気ｉ４ルスを加えなければならず、同一の振
動子で超音波の送波、受波を行なう場合、上記高電圧の
電気パルスの影響によシ、被検体内の超音波受波用側（
発射点側）の表面部における受波特性は低下してしまい
、被検体内の表面近傍における欠陥探傷が不可能となる
欠点があった。

一方、上記超音波探傷装置には、被検体の上面と下面と
の夫々に探触子を対向して設置し、一方の探触子を超音
波送波相として用い、他方の探触子を超音波受波用とし
て用いる超音波透過法によるものがある。この超音波透
過法における超音波受信信号は、被検体の一方の面から
他方の面へ超音波を透過して得たものであるので、上記
超音波ノ９ルス反射法における高電圧の電気パルスによ
る不感帯の発生は解消されることになる。しかし乍ら、
超音波を被検体の上・下面で透過させるため、超音波の
伝播方向には探傷情報が存在せず、また超音波パルス反
射法と同様に欠陥反射面の傾き加減による欠陥検出が不
可能になる欠点も解消されない。このような超音波透過
法の不具合を解消するために、従来は、２つの探触子は
、夫々超音波送波角の異なるものを用い、この２つの探
触子夫々を機械的に走査、即ち、被検体の上・下面で移
動させて、欠陥の位置及び大きさを予じめ推定し、最良
に探傷可能なように探触子の設置位置を設定するように
している。ところが、探触子は、その開口寸法がある程
度太きいため、透過超音波の欠陥に対する変化量が小さ
く、十分な欠陥検出能が得られず、また上記機械的な走
査に伴い、検査効率も良くなかった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、被検体内
の欠陥の位置及び形状に拘わらず確実に欠陥Ω探傷を可
能とした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上記目的を達成するため
に、被検体上に離間して設置される複数の振動子を並設
してなる第１．第２のアレイ形探触子を、切換部によシ
送波用或いは受波用として用い、上記第１或いは第２の
アレイ形探触子の複数の振動子の１つを順次送信器群に
よシ励振して、その反射波或いは透過波を、上記励振さ
れた振動子とは別の上記第１或いは第２のアレイ形探触
子の各振動子で受波してその受信信号を送信器群を介し
て増幅した後、夫々を量子化して各振動子による多方向
からの投影情報を得、この多方向からの投影情報と上記
第１、第２のアレイ形探触子及びその複数の振動子の諸
条件とを用い逆投影法により被検体の所望の断面像を画
像再構成するように構成したことを特徴としている。

〔発明の実施例〕

先づ、本発明の原理について、第１図を参照して説明す
る。

第１図において、１，２は、夫々ｎ個の振動子３　（１
）　〜８　（ｎ）　、　４　（１）　〜４　（ｎ）が所
定間隔Ｐにて並設されてなる第１．第２のアレイ形探触
子である。この第１．第２の探触子１．２は、その振動
子３（１）〜３（ｎ）と振動子４（１）〜４（ｎ）とを
被検体５の上・下面に対向させて設置している。

ここで、第１のアレイ形探触子の振動子３（１）〜３（
ｎ）は、その個々を送波用として用い、その１つの振動
子３６ｎ）から送波された超音波は、被検体５を同心円
状に伝播し、受波用とした振動子４（１）〜４（ｎ）に
よシ受波される。そして、送波用振動子Ｊ６ｎ）、　、
！１（１）、　、９（ｔ）から順次超音波を送波し、そ
の超音波夫々を受波用振動子４（１）〜４（ｎ）で受波
した場合、上記送波用振動子３に）。

ｓ　（１）　、　ｓ　（４と受波用振動子４（１）〜４
（ｎ）とを結ぶ超音波伝播径路上に欠陥等の障害が無け
れば、一様な受波信号レベルとなるが、欠陥６が存在す
ると、超音波は伝播路中で欠陥６によシ遮られるため、
その伝播路上に位置する受波用振動子４（１）〜４（ｎ
）は、小さい受波信号レベルとなシ、第１図に示す投影
データ７ｈ）、　７（１）、　７（ｔ）が得られる。上
記投影データ７６Ｔｌ）　ｔ　７（１）　、　ｖ（ｔ）
によれば、欠陥６０投影情報が夫々異なる受波用振動子
４（１）〜４（ｎ）によシ受信されることがわかる。

上記と同様に、送波用振動子３（１）〜３（ｎ）の夫々
から超音波を送波し、それを受波用振動子４（１）〜４
（ｎ）で受け、欠陥６０投影データ７（す〜７（ｎ）を
得る。そしてこの投影データ７（１）〜７（ｎ）は、第
２図に示すように、投影角度（超音波送波角度）θｍ、
θ１．θｔと投影位置（超音波送波位置）、Ｌｍ、　Ｌ
ｊ　、　Ｌｚとを用い、逆投影法によシ画像再構成され
る。この第２図において、逆投影データ７′に）、　ｙ
’（１）　、　７’（ｚ）は、実際は山形を呈している
が、説明を容易とするために矩形状で表わしておシ、投
影像８←）ｅ　８（１）、　８（ｔ）の重な多領域９が
最も信号レベルが大であシ、その他の領域は、平均化さ
れることで、超音波透過領域における断面像を再構成す
ることが可能となる。この場合、多数の投影角度θ、投
影位置りでの投影データ７を得ることによシ、再構成画
像の画像精度を向上させることが出来る。

次に第３図を参照して、上述した原理に基づく本発明に
よる超音波探傷装置の一実施例について説明する。第３
図においては、第１図と同一部分には同一符号を付して
いる。

第３図において、１．２は夫々ｎ個の超音波振動子３（
１）〜３（ｎ）、４（１）〜４（ｎ）を所定間隔Ｐにて
並設してなる第１．第２のアレイ形探触子である。この
第１．第２の探触子１，２の振動子３（１）〜３０　ｌ
　４　（１）〜４（ｎ）は、送受切換スイッチ１０Ａ、
ＪＯＢを介し、送信器１１　（１）　〜１１　（ｎ）と
受信器１２（１）〜１２（ｎ）とに夫々結合されている
。ここで、振動子３（１）〜３　（ｎ）　、　４　（１
）〜４（ｎ）は、電気信号を超音波に変換すると共に超
音波を電気信号に変換する機能を有している。この機能
切換は、送受切換スイッチ１０に、ＪＯＢをＣＰＵ　（
通常、マイクロコンピュータ−等の中央処理装置）１３
の制御によシ切換えて、振動子３（１）〜３（ｎ）を送
波用とし、振動子４（１）〜４（ｎ）を受波用とするか
、或いは振動子３（１）〜３（ｎ）を受波用とし、振動
子４（１）〜４（ｎ）を送波用として作動するようにし
ている。第３図においては、第１の探触子１の振動子３
（１）〜３（ｎ）を送波用とし、第２の探触子２の振動
子４（１）〜４（ｎ）を受波用としている。

送受切換スイッチＩＯＡ、ＩＯＢによシ送波用として作
動するように設定された振動子４（１）９− 〜４（ｎ）に結合された送信器７７（１）〜１１　（ｎ
）は、ＣＰＵ　１３からの制御信号によシ、少なくとも
１個の送信器１１←）が選定され、これを作動させ、こ
の選択された送信器１１に）に結合された振動子４ｈ）
に電気・母ルスを与え、この振動子４　ｈ）から超音波
を被検体５に送波する。この時、第２の探触子２の振動
子４（１）〜４（ｎ）は、送受切換スイッチ１０に、１
０Ｂによシ受波用として作動するようになっておυ、と
の受波用振動子４（１）〜４（ｎ）と、これらと結合さ
れている受信器７　Ｊ（１）〜１２　（ｎ）とによシ、
被検体５を透過してきた超音波を受波し、その受信信号
を所定の電気信号レベルまで増幅する。この場合、ｎ個
の受波用振動子４（１）〜４（ｎ）で受波した超音波信
号は、夫々超音波伝播径路が異なるために、受波時間タ
イミングが夫々異なっている。この場合、上記受波時間
タイミングは、超音波伝播径路に対応した第１．第２の
探触子１，２の振動子３（１）〜３　（ｎ）　、　４　
（１）〜４（ｎ）の幾何学的位置関係に基づくデータに
よシ決定され、この幾何学的位置関係１０− データは予じめＣＰＵ　１　Ｂによシ算出しておき、上
記受信器Ｊ２（１）〜Ｊ２（ｎ）に結合されたピーク検
出保持器Ｊ４（１）〜７４（ｎ）にタイミング制御信号
として与えられる。ピーク値保持されたｎ個の超音波受
信信号は、アナログスイッチ等の電子スイッチからなる
マルチプレクサ−１６へ出力される。この場合マルチプ
レクサ−１６の選択動作は、予じめＣＰＵ　１３に選択
条件を設定しておき、運転時に、ＣＰｏ　１３からマル
チブレフサ−１６へ制御信号を与えることにより動作す
るようになっている。マルチプレクサ−１６からい変換
器１６に入力された超音波受信信号は、ＣＰＵ、１　Ｂ
の制御によシ、アナログ値からデジタル値に変換され、
次いでＣＰＵ　１３に取込められ記憶器１７の所定の領
域に記憶される。ここでＣＰＵ　Ｉ　３は、この超音波
探傷装置の各機能プロ、りを夫々制御すると共に、受信
用振動子４（１）〜４（ｎ）夫々から得られた透過超音
波受信信号の信号レベルを演算処理し、作動した送波用
振動子３（１）〜３（ｎ）の組合せによシ得られた多様
な超音波投影データを集録する。更にＣＰＵ　１３は、
上記超音波探影データをその投影角度θ、投影位置りに
基づき、逆投影法（ＢａｃｋＰｒｏｊａｃｔｉｏｒ　Ｍ
ｅｔｈｏｄ　）の処理を施こし、再構成画像情報を得、
ＣＲＴ　（Ｃａｔｈｏｄ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｓ　：陰極線
管）等の表示器１８に再構成画像を実時間で表示するよ
うに作動する。

なお、図には示されていないが、ＣＰＵ　１３によシ上
記表示器１８の再構成画像は、グラフィックプリンター
等によ如バートコービーＬ１紙出力することも可能でア
シ、上記超音波投影データと上記再構成画像とを外部記
憶装置に記録保存することも可能である。

次に、上記構成の本実施例の動作について、ＣＰＵ　１
３の動作手順を示す第４図のフローチャートに従い説明
する。ステ、、プ１において、ＣＰＵ　Ｉ　３内に振動
子３　（１）　〜３　（−）　、　４　（１）〜４　（
ｎ）の間隔Ｐ、各探触子１，２における振動子数ｎ、送
・受波探触子１，２間の距離ｄ等の探傷条件を入力する
。そして結合子Ａを経て、ステップ２へ進み、ＣＰＵ　
１３は上記探傷条件に基づいて第１．第２の探触子１，
２のどちらを送波用、或いは受波用として作動させるか
を設定する。

次に結合子Ｂを経てステップ３へ進み、送波用探触子１
又は２のｎ個の振動子３（１）〜３（ｎ）又は４（１）
〜４（ｎ）の任意の１個の振動子３に）又は４に）が励
振されるように送信器１２６１１）を選定する。

次にステップ４に進み、上記選定された送波振動子３（
ハ）又は４６′ｒＩ）と受波振動子３　（１）　〜３　
（ｎ）或いは４（１）〜４（ｎ）との間の超音波伝播径
路を夫々演算する。次にステップ５に進み、上記ステッ
プ４の超音波伝播径路の演算結果に基づき受信タイミン
グを算出し、これをピーク検出保持器１４に与える。次
にステップ６に進み、ステラｆ３で選定された送波用振
動子３６ｎ）又は４（ハ）に送信器１２６ｎ）からの電
気パルスを与え超音波を送波させる。次にステラｆ７で
は、送信用振動子３６ｎ）又は４６Ｔ、）よシ発信され
た超音波を、上記超音波伝播径路に応じた時間タイミン
グに基づき、受信用振動子３（１）〜３（ｎ）又は４（
１）〜４（ｎ）に１３− よシ受波し、その受信信号は、受信器Ｚ、？（１）〜１
２（ｎ）によシ夫々所定の信号レベルまで増幅した後、
ピーク検出保持器１４に入力する。この時、ピーク検出
保持器１４は、上記超音波伝播径路に応じた受信タイミ
ングが夫々設定されておシ、受信用振動子３（１）〜３
（ｎ）又は４（１）〜４（ｎ）夫々の第１到着波のピー
ク値信号を保持するように動作する。これらピーク値信
号は、ステップ８において、ＣＰＵ　１３の制御のもと
に、マルチプレクサ−１５によシ、夫々が順次Ｎ勺変換
器１６に入力され、アナログ−デジタル変換され、ＣＰ
Ｕ　１３を介して記憶器１７の所定の記憶領域に記憶さ
れる。

次にステラｆ９にて、記憶器１７に記憶された上記デジ
タル値のピーク値信号による投影データの演算を行ない
、ステラ７’ＩＯにて、ステップ１における探傷条件に
基づいて、逆投影領域の演算を行なうと同時に、ステッ
プ１１において、上記逆投影領域内の旧投影データに新
投影データを加算し、その加算結果を上記旧投影データ
と置き換える。次にステラｆ１２にて、送波用振動子３
（１）〜３（ｎ）又は４（１）〜４（ｎ）のｎ個につい
て、上記ステップトステツプ１１の処理が全て完了した
か否かを判定し、終了したならば、ステップ１３へ進み
、終了していない々らば結合子Ａへ戻って、別の送波用
振動子Ｊ（ｍ＋１）、又は４（ｍ＋１）を選定して、ス
テップ２〜ステツプ１１を行なう。ステラ７’１３では
、送波、受波用の探触子１，２の切換えを行ない、ステ
ッｆ２〜ステ、プ１２までの処理を行なう。

これによシ、被検体５の上・下面の双方からの超音波投
影データが得られることになる。次にステラ７’１４に
進み、上記ステップトステツ７’１３により得られ、記
憶器１７に記憶された投影データ及びステラｆ１の探傷
条件によシ逆投影法によシ画像再構成し、表示器１８に
画像表示し、ステップ１５で探傷終了となる。

以上述べたように、本実施例では、被検体５に対して多
方向から超音波を発射し、その透過超音波を受波するこ
とによシ、多方向の超音波投影データを得、この多方向
からの超音波投影データにより逆投影法によシ被検体５
の断面像を実時間で再構成し、画像表示するようにした
ので、被検体５の内部欠陥の検出能力、特に表面近傍で
の欠陥検出能力が大幅に向上し、またワレ状欠陥等の従
来、検出不能であった欠陥に対しても検出可能となる。

更に実時間で探傷結果を画像表示するので、検査効率は
大幅に向上する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば第５図に示すように、探触子１．２を被検体５の
上・下面に夫々設置し且つ互いに探触子中心軸からずれ
る場合、また第６図に示すように、探触子１，２を被検
体５の同一平面上に離間して配置し、反射した透過超音
波を用いる場合等においても、単に超音波伝播径路の演
算内容を変更するだけで、上記実施例と同様の動作及び
作用効果を得ることが出来る。

また、上記実施例では送波用としては１個の振動子、受
波用としてはｎ個の振動子を用いる場合について説明し
たが、上記送・受の振動子数については、適宜変更可能
である。この他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々
変形して実施可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、被検体上に離間して
設置される複数の振動子を並設してなる第１．第２のア
レイ形探触子を、切換部により送波用或いは受波用とし
て用い、上記第１或いは第２のプレイ形探触子の複数の
振動子の１つを順次送信器群によシ励振して、その反射
波或いは透過波を、上記励振された振動子とは別の上記
第１或いは第２のアレイ形探触子の各振動子で受波して
、その受波信号夫々を送信器群を介して増幅した後、夫
々を量子化して各振動子による多方向からの投影情報を
得、この多方向からの投影情報と、上記第１．第２のア
レイ形探触子及びその複数の振動子の諸条件とを用い逆
投影法によシ被検体の所望の断面像を画像再構成するよ
うにしたので、被検体内の特に１７− 表面近傍に位置する欠陥、ワレ状欠陥等の検出能が大幅
に向上し且つ検査効率が大幅に向上することが可能な超
音波探傷装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本発明の詳細な説明するだめの
模式図、第３図は本発明による超音波探傷装置の一実施
例を示すブロック図、第４図は同実施例におけるＣＰＵ
の動作を説明するためのフローチャート、第５図及び第
６図は本発明の他の実施例を説明するための図である。 １．２・−第１．第２の探触子、３（１）〜３（ｎ）・
・・第１の探触子の振動子、４（１）〜４（ｎ）・・・
第２の探触子の振動子、１０に、ＩＯＢ・・・送受切換
スイッチ、１１（１）〜１１　（ｎ）・・・受信器、７
２（１）〜Ｊ　、？　（ｎ）−０送信器、１３・・・Ｃ
ＰＵ　（中央処理装置）、１４−・ピーク値検出保持器
、１５・・・マルチプレクサ−１１６・・・Ａ、’Ｉ］
変換器、１７・・・記憶器、１８・・・表示器。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 ７２７）　−Ｌｉり−一一一一 第４図 ′Ｒ礪条イψの入力　又テ、フ０１ 又テ・ソ７１２ 送ｇ：１菩＋〜ン卑ルｒｒ）還更　又ケ、ｆ３送・党４
ム！！怪路の演算　又テップ４笑４各／４ミン′７″０
設友　ステップ５部＠５Ｌ（ｒ）送液　又ケ・シブ６ ３！１通超者ｌＬｌ＋）交友　又ケヅプ７０　ル０゛ら
の　又テラ１８ 刻■Ｌ良投影アークの演１　人テ・７７°９避投影原城
の演算　スフツブ１０ ４Ａ′７”　７７１．．７１１ ノ　又づ”ｙ）’１２ ４１人 ノ　又ｔ、ｙｆ１３ ４１人 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被検体上に離間して設置される複数の振動子を並設して
   なる第１のアレイ形探触子及び第２のプレイ形探触子と
   、この第１のアレイ形探触子或いは第２のプレイ形探触
   子の複数の振動子に夫々励振信号を与える送信器群と、
   上記第１のアレイ形探触子或いは第２のアレイ形探触子
   の複数の振動子夫々から得られる受信信号を夫々増幅す
   る受信器群と、上記第１のアレイ形探触子及び第２のア
   レイ形探触子と上記送信器群及び受信器群との電気的接
   続を切換える切換部と、上記送信器群の送信器１つをｊ
   −次励振駆動させると共に上記受信器群から得られた各
   受信信号を量子化して上記各振動子による多方向からの
   投影情報を得この多方向からの投影情報と上記第１のア
   レイ形探触子及び第２のアレイ形探触子の設置条件及び
   各振動子の条件とを用い１− 逆投影法によシ上記被検体の所望の断面像を画像再構成
   する手段とから構成されたことを特徴とする超音波探傷
   装置。