(57)【要約】 【課題】  各検査条件に適した信号処理を行うことができる超音波探傷装置を提供する。【解決手段】  インターポーレーションＡ手段６およびインターポーレーションＢ手段７はハードウェアのフィルタによって構成され、インターポーレーションＣ手段８はコントロール手段９に含まれるソフトウェアのフィルタによって構成される。いずれのインターポーレーション手段も、レシーブ手段４が有するＡＤコンバータのサンプリング周波数以上の分解能でデータを補間する処理を行う。切替手段５は、コントロール手段９の指示に基づいて探傷データの出力先を切り替える。コントロール手段９は、検査条件に応じて、切替手段５に対して切替の指示を行う。【選択図】    図１
2006170839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を被検体に入射し、該被検体の内部を通った前記超音波を受信し、受信した受信超音波に基づいて前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置において、
前記受信超音波に基づいた探傷データを補間する複数のインターポーレーション手段と、
予め設定された検査条件に応じて前記複数のインターポーレーション手段を切り替える切替制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記検査条件は、探傷距離レンジ、被検体内での音速、検査モード、表示画素数、およびプローブ周波数のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記複数のインターポーレーション手段として、
パイプライン処理を行う第1のインターポーレーション手段と、
順次処理を行う第２のインターポーレーション手段と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記インターポーレーション手段は、
前記探傷データを構成する各データと同一の値を有するデータを挿入する前置補間手段と移動平均型フィルタとの組合せ、
前記探傷データを構成する各データに零データを挿入する零挿入手段とＳＩＮＣ関数型ＦＩＲフィルタとの組合せ、
および直線近似補間手段のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を被検体に入射し、被検体内部を通って反射または透過した超音波を観測することにより、被検体の内部を検査する超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷装置は、被検体（被検査体、試験体）に超音波を入射し、被検体の底面や傷のある部分からの反射波を検出し、反射波の受信信号（探傷信号）に基づいた信号波形を表示する。この信号波形を観測することにより、被検体内部の傷や腐食等の状態を検出および計測することができる。超音波の送信は、被検体に接触させたプローブに内包された圧電素子に高電圧のパルスを印加することにより行われる。印加パルスは数百〜数ｋHｚの周波数で繰り返し印加される。反射波の受信は、プローブ内の圧電素子で振動を電圧に変換し、後段のアンプでその電圧を増幅することにより行われる。
【０００３】
受信された信号は、さらに後段のＡＤコンバータによってデジタル信号に変換され、所望の波形に整形する処理が施された後、一旦、探傷データとしてメモリーに保存され、最終的には画像信号に変換されて、ＬＣＤ等の表示手段に探傷波形として表示される。検査者は、表示された波形を観測し、被検体内部の状態を判断するのである。また、その他の機能として、被検体内を超音波が進行する際の減衰特性を、時間と共にゲインを増加させて補正するＤＡＣ機能や、指定した領域のピーク振幅、時間を計測するためのゲート機能等も、最近の超音波探傷装置にとっては欠かせない機能である。
【０００４】
一般的な超音波探傷装置においては、上記のＡＤコンバータは、動作周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度のものを利用することが多い。それは、価格あるいは消費電力等の点で最適であるためである。一方で、探傷信号の分解能はそれよりもはるかに高いことが多い。例えば、被検体材料として一般的な鉄の内部における音速は約６０００ｍ／ｓであり、極薄い数ｍｍ程度の被検体を想定した場合、上記のゲート機能で必要とされる探傷分解能が０．０１ｍｍであると考えると、探傷信号として必要な時間分解能は、約３ｎｓ、つまり３００ＭＨｚのサンプリング速度が必要となる。また、同様に極短い領域の探傷信号を画面に表示する際においても同様の問題があり、例えば画面のピクセル数が６４０ピクセルのＬＣＤに１ｍｍの表示レンジで描画する場合、１ピクセル当たり約０．５ｎｓ、つまり２ＧＨｚのサンプリング速度が必要ということになる。
【０００５】
この問題を解決するため、ＡＤコンバータのサンプリング速度以上の分解能でデータを補間するインターポーレーションフィルタ処理がある。例えば、特許文献１に示される方法においては、ＡＤコンバータによって取り込まれたデータに対して、所望の補間倍率に応じてデータ間にデータ０を挿入し、その結果にデジタルフィルタ処理を施すことにより、分解能を高めることができるとしている。また、特許文献２に示される方法においては、補間の式を明示し、画面の画素数および表示時間レンジに応じて最適なフィルタ係数を適用するとしている。いずれの特許文献においても、その実現手段は特に限定しておらず、ハードウェア、ソフトウェアのどちらでもよいとしている。
【特許文献１】特許第３０５６８９２号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したインターポーレーションフィルタ処理に用いられるインターポーレートフィルタは、１クロック遅延処理と積和演算処理との組合せ（以下、タップと称する）を直列に複数接続し、各タップの出力を加算して出力する、いわゆるＦＩＲフィルタにより構成するのが一般的である。このタップ数は波形品質に大きく影響し、タップ数が少ないと、フィルタ係数打ち切りによるリップルノイズが生じる。逆に、タップ数が無限大であれば、理想的な箱型フィルタ特性となる。
【０００７】
実際の超音波探傷装置においては、タップ数を数百程度とすることが理想的であるが、これをハードウェアで実現する場合、回路規模の拡大、ひいては消費電力、サイズ、およびコストの増大につながるという問題がある。一方、これをソフトウェアで実現することも可能であるが、その場合、処理速度が遅くなり、高速の探傷ができなくなるという問題がある。例えば、１回の積和処理が１ｎｓのソフトウェア処理装置を使ったとして、タップ数が２００タップのフィルタを構成する場合、５０ｍｍの鋼材を０．０１ｍｍの分解能で処理をするのに要する時間は約１ｍｓとなる。
【０００８】
つまり、前述したようなパルス出力周波数が数ｋＨｚの場合に、各パルスの出力間に処理することができなくなる。パルス出力周波数が低くなればなるほど、検査者の高速なプローブ性能に追従できなくなり、検査効率を落とすことになる。同程度の分解能で鋼材の寸法が大きくなる場合、あるいはソフトウェア処理装置の能力が低い場合はなおさらである。上述したように、インターポーレーション手段をハードウェアあるいはソフトウェアによる固定的な手段として構成した場合には、様々な条件が設定される各検査条件に必ずしも適したものとはなっていなかった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、各検査条件に適した信号処理を行うことができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、超音波を被検体に入射し、該被検体の内部を通った前記超音波を受信し、受信した受信超音波に基づいて前記被検体の内部を検査する超音波探傷装置において、前記受信超音波に基づいた探傷データを補間する複数のインターポーレーション手段と、予め設定された検査条件に応じて前記複数のインターポーレーション手段を切り替える切替制御手段とを具備することを特徴とする超音波探傷装置である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探傷装置において、前記検査条件は、探傷距離レンジ、被検体内での音速、検査モード、表示画素数、およびプローブ周波数のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探傷装置において、前記複数のインターポーレーション手段として、パイプライン処理を行う第1のインターポーレーション手段と、順次処理を行う第２のインターポーレーション手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探傷装置において、前記インターポーレーション手段は、前記探傷データを構成する各データと同一の値を有するデータを挿入する前置補間手段と移動平均型フィルタとの組合せ、前記探傷データを構成する各データに零データを挿入する零挿入手段とＳＩＮＣ関数型ＦＩＲフィルタとの組合せ、および直線近似補間手段のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受信超音波信号に基づいた探傷データを補間する複数のインターポーレーション手段を備え、検査条件に応じて各インターポーレーション手段を切り替えるようにしたので、各検査条件に適した信号処理を行うことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。以下、図中の各構成について説明する。検査者は、探傷を行う被検対象の被検体１に超音波プローブ２を密着させて検査範囲を走査する。パルス発生手段３は超音波駆動用の高圧パルスを発生し、超音波プローブ２を介して被検体１に超音波を入射する。超音波の周波数は通常、数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚである。また、パルスの出力は通常、数百Ｈｚ〜数十ｋＨｚで周期的に行われる。
【００１６】
超音波は、被検体１の内部にある傷あるいは底面で反射し、超音波プローブ２の位置に戻ってくる。超音波プローブ２には圧電素子が内包されており、その圧電素子によって反射超音波の振動が電圧に変換され、電圧信号（超音波レシーブ信号）がレシーブ手段４へ出力される。レシーブ手段４は、入力された信号を増幅するアンプ、およびそのアンプの出力をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを有している。ＡＤコンバータは、消費電力やコストとのバランスを考慮し、通常、サンプリング周波数が数十〜数百ＭＨｚのものが使用される。レシーブ手段４から出力された探傷データは切替手段５に入力される。
【００１７】
切替手段５は、レシーブ手段４から出力された探傷データをインターポーレーションＡ手段６、インターポーレーションＢ手段７、およびインターポーレーションＣ手段８のいずれかへ出力するか、またはいずれのインターポーレーション手段へも出力せずにゲート検出手段１１およびピークホールド手段１２へ出力すると共に、コントロール手段９による指示に基づいてこれらの出力先を切り替える。切替手段５が探傷データをいずれのインターポーレーション手段へも出力せずにゲート検出手段１１およびピークホールド手段１２へ出力する場合には、探傷データに対して補間処理は行われない。
【００１８】
インターポーレーションＡ手段６およびインターポーレーションＢ手段７はハードウェアのフィルタによって構成され、インターポーレーションＣ手段８はコントロール手段９に含まれるソフトウェアのフィルタによって構成されている。いずれのインターポーレーション手段も、レシーブ手段４が有するＡＤコンバータのサンプリング周波数以上の分解能でデータを補間する処理を行う。補間処理の詳細は後述する。インターポーレーションＡ手段６、インターポーレーションＢ手段７、およびインターポーレーションＣ手段８の出力はゲート検出手段１１およびピークホールド手段１２に入力される。コントロール手段９はＣＰＵ機能を備え、検査条件に応じた、切替手段５に対する切替の指示や、インターポーレーションＣ手段８としての処理、および図１に示される他のほとんどの手段が有する設定レジスタの設定値の制御を行う。
【００１９】
制御情報入力手段１０は、検査者によって操作されるキーボードやスイッチ等を備え、検査者によって入力された画面表示レンジ、音速、画面サイズ等の検査条件の設定値を示す信号をコントロール手段９へ出力する。コントロール手段９は、この信号に基づいて、各手段の設定レジスタの設定値を算出し、各レジスタに設定する。ゲート検出手段１１は、検査者が設定した所定の期間における走査により得られた探傷データに関して、最大の振幅幅あるいはそのときのビーム路程等を計測する。ピークホールド手段１２は、走査結果を示す探傷データのデータ量が表示手段１７の表示画面の画素数よりも多く、データの間引き処理を行う際に、間引き期間内の最大振幅を保持するために設けられている。ピークホールド手段１２の出力は画像メモリー１３に保存される。
【００２０】
画像メモリー１３は、少なくとも表示手段１７の表示画面の画素数以上のデータ容量を持ち、取り込まれた探傷データを一時保存する。探傷データは画像メモリー１３において一時保存され、後段の表示手段１７による描画のために出力される。ライトアドレス生成手段１４は、画像メモリー１３における探傷データの書き込みアドレスを発生する。リードアドレス生成手段１５は、画像メモリー１３における探傷データの読み出しアドレスを発生する。デコード手段１６は、画像メモリ１３から読み出されたデータに彩色処理を施すと共に、後段の表示手段１７に適合したフォーマットにデータを変換する。表示手段１７はＬＣＤ等を備え、探傷データに基づいて超音波レシーブ信号の波形を表示する。
【００２１】
超音波探傷信号に入力される探傷信号の周波数、すなわちインターポーレーション手段に入力される信号の周波数はプローブ周波数と呼ばれる。一般的には、プローブ周波数は、超音波プローブ２に内包される圧電素子の形状から決まる送信周波数と同一の周波数となる。プローブごとに発振周波数が異なるため、検査者は、使用するプローブごとに、超音波探傷装置に設定するプローブ周波数を変える。この設定により、最適なノイズ除去フィルタの選択等が行われる。
【００２２】
次に、図２〜図８を参照してインターポーレーションＡ手段６、インターポーレーションＢ手段７、およびインターポーレーションＣ手段８の構成、作用、および特徴について説明する。まず、インターポーレーションＡ手段６について説明する。図２は、インターポーレーションＡ手段６の構成を示すブロック図である。探傷データはまず零入力手段６０に入力される。必要な補間倍率がｎ倍であるとすると、零挿入手段６０は探傷データの間に零のデータをｎ−１個挿入し、見かけのサンプリングレートを向上させる。零入力手段６０の出力は後段のＦＩＲフィルタ６１に入力される。
【００２３】
ＦＩＲフィルタ６１は、入力された信号を遅延させて出力する遅延器６１ａと、乗算係数を保持するレジスタ６１ｂと、前段からの出力に乗算係数を乗算する乗算器６１ｃとを複数備え、また、全ての乗算器６１ｃからの出力を加算する加算手段６１ｄを備えている。一対のレジスタ６１ｂおよび乗算器６１ｃによって一段の積和演算処理手段が構成されており、この積和演算処理手段の段数をタップ数ｍとする。このＦＩＲフィルタ６１のタップ数ｍは数十程度であるとする。ＦＩＲフィルタ６１の係数は、関数Ｓｉｎ（ｘ）／ｘにより、サンプリング周波数、フィルタの遮断周波数、および補間倍率から計算される値である。このように、ＦＩＲフィルタ６１はＳＩＮＣ関数型ＦＩＲフィルタである。
【００２４】
零挿入手段６０の処理結果をＦＩＲフィルタ６１に入力し、帯域制限をかけることにより、波形を復元することができる。図３はその様子を示している。レシーブ手段４のＡＤコンバータによってサンプリングされたデジタルデータの間に、零挿入手段６０によって零のデータが挿入される。図３の例においては、補間倍率が２倍に設定されており、元のデータの１つ１つの間に零のデータが挿入されている。このデータをＦＩＲフィルタ６１に入力すると、ＦＩＲフィルタ６１によって、図示されるように波形が復元される。
【００２５】
図４は、インターポーレーションＡ手段６のレジスタ６１ｂに設定される係数の特性を示している。例えば補間倍率が８倍で、フィルタ係数の０交点の数が８箇所のフィルタを構築する場合、６４段のタップが必要になる。タップ数を減らすため、零挿入をする代わりにフィルタ係数を順次切り替える回路等も考えられ、その場合、タップ数を８段に減らすことができる。インターポーレーションＡ手段６の特徴は、ＦＩＲフィルタ６１のタップ数が多ければ多いほど、波形の復元が正確に行われることであり、理論的にはタップ数が無限であれば、サンプリング周波数ｘの１／２以下の範囲の周波数の入力に対して誤差なく補間することができる。一方、タップ数が少ないと、フィルタ係数打ち切りによる誤差が発生し、出力結果にリップルノイズが発生する。特に、低周波の入力に対してはノイズが顕著に現れる。
【００２６】
次に、インターポーレーションＢ手段７について説明する。図５は、インターポーレーションＢ手段７の構成を示すブロック図である。インターポーレーションＢ手段７の構成は、インターポーレーションＡ手段６における零挿入手段６０を前置補間手段７０に、ＦＩＲフィルタ６１を移動平均フィルタ７１に置き換えたものとなっている。探傷データはまず前置補間手段７０に入力される。必要な補間倍率がｎ倍であるとすると、前置補間手段７０は、探傷データを構成する各データごとにそのデータと同じ値のｎ−１個のデータを探傷データに挿入し、後段の移動平均フィルタ７１へ出力する。
【００２７】
移動平均フィルタ７１は、入力された信号を遅延させて出力する遅延器７１ａを複数備え、また、全ての遅延器７１ａからの出力を加算する加算手段７１ｂと、加算手段７１ｂの出力を１／ｍ倍（ｍはタップ数）する乗算器７１ｃとを備えている。移動平均フィルタ７１のタップ数ｍは、遅延処理を行う遅延処理手段である遅延器７１ａの接続数である。この移動平均フィルタ７１のタップ数ｍは数十程度であるとする。
【００２８】
前置補間手段７０の処理結果を移動平均フィルタ７１に入力し、帯域制限をかけることにより、波形を復元することができる。図６はその様子を示している。レシーブ手段４のＡＤコンバータによってサンプリングされたデジタルデータの間に、前置補間手段７０によってデータが挿入される。図６の例においては、補間倍率が２倍に設定されており、元の探傷データを構成する各データに対してそれと同じ値のデータが一つずつ挿入されている。このデータを移動平均フィルタ７１に入力すると、移動平均フィルタ７１によって、図示されるように波形が復元される。フィルタのタップ数が増えると、帯域制限を掛ける周波数が低くなる。
【００２９】
インターポーレーションＢ手段７の特徴は、移動平均フィルタ７１による遮断特性が緩やかであり、かつ、高域の不要周波数成分を減衰させるにはタップ数を適度に多くする必要があるが、逆にタップ数が多すぎると低域の信号周波数成分の減衰が大きく、検査誤差になるということである。ただし、インターポーレーションＡ手段６のようなリップルノイズは発生しないため、低周波数の信号入力に対しては効果がある。数ＭＨｚ以下の信号入力の場合、前述したＦＩＲフィルタ６１の場合と同様に８段程度のタップ数が適度である。なお、インターポーレーションＡ手段６と共通する部分が多いため、係数の書き換え等の方法により、回路を共通化してもよい。
【００３０】
インターポーレーションＡ手段６およびインターポーレーションＢ手段７は、ハードウェアによって構成されており、複数のタップにおける処理手段が並行して同時に処理を行うパイプライン処理が可能であるため、処理速度が比較的速い。
【００３１】
次に、インターポーレーションＣ手段８について説明する。基本的な機能はインターポーレーションＡ手段６と同じであるが、タップ数がインターポーレーションＡ手段６よりも多いという点が異なる。また、インターポーレーションＣ手段８はソフトウェアによって実現され、その動作は図７および図８に示されるフローチャートの通りである。以下、図７および図８を用いてインターポーレーションＣ手段８の動作を説明する。なお、以下の動作における動作主体はインターポーレーションＣ手段８であるとする。また、ｍはタップ数、ｎは補間倍率、ｓはレシーブ手段４が有するＡＤコンバータによるサンプル数、ｌ（＝ｎ×ｓ）は表示手段１７の表示画面の画素数とする。
【００３２】
図７は零挿入処理の手順を示している。まず、適当な変数ｉを初期化する（ステップＳ７０１）。探傷データが格納される配列ｘのｉ番目の要素ｘ［ｉ］に対し、探傷データの最初のデータを格納する（ステップＳ７０２）。適当な変数ｊを初期化し（ステップＳ７０３）、要素ｘ［ｉ＋ｊ］に対して零データを格納する（ステップＳ７０４）。続いて、ｊを１だけ増加し（ステップＳ７０５）、ステップＳ７０４に戻る。ただし、ｎ＝２の場合にはステップＳ７０４に戻らず、次のステップＳ７０６へ進む。
【００３３】
ステップＳ７０４およびＳ７０５の処理をさらにｎ−２回繰り返し、合計ｎ−１回の処理を行うことにより、一つの信号データの後にｎ−１個の零データが挿入される。ステップＳ７０４およびＳ７０５の処理をｎ−１回ずつ行ったら、ｉをｎだけ増加し（ステップＳ７０６）、ステップＳ７０２に戻る。ステップＳ７０２において、探傷データの次のデータを格納し、以下、上記と同様の処理を行う。ステップＳ７０２〜Ｓ７０６の一連の処理を合計ｓ回行った場合に、処理を終了する。上述した処理により、元の探傷データに零データが挿入される。続いて、図８に示される処理を行う。
【００３４】
図８はＦＩＲフィルタ処理の手順を示している。なお、このＦＩＲフィルタのタップ数はｍであり、各タップには０番からｍ−１番までの番号が付与されているものとする。まず、図７の手順に従って処理された探傷データの最初のデータを０番目のタップに入力し、そのデータをｚ［０］とする（ステップＳ８０１）。続いて、ＦＩＲフィルタからの出力ｙを初期化（ｙ＝０）し（ステップＳ８０２）、適当な変数ｐを初期化する（ステップＳ８０３）。初期化に続いて、以下の（１）式で表されるフィルタ計算を行う（ステップＳ８０４）。なお、ｈ［ｐ］はｐ番目のタップのフィルタ係数である。
ｙ＝ｙ＋ｈ［ｐ］×ｚ［ｐ］  ・・・（１）
【００３５】
ステップＳ８０４に続いて、ｐを１だけ増加し（ステップＳ８０５）、ステップＳ８０４〜Ｓ８０５の処理をさらにｍ−１回繰り返す。ステップＳ８０４〜Ｓ８０５の処理を合計ｍ回行った後、次のステップへ進む。続いて、適当な変数ｑに対してｑ＝ｍ−１とし（ステップＳ８０６）、ｚ［ｑ］＝ｚ［ｑ−１］とする（ステップＳ８０７）。これに続いて、ｑを１だけ減少し（ステップＳ８０８）、ステップＳ８０７〜Ｓ８０８の処理をさらにｍ−１回繰り返す。ステップＳ８０７〜Ｓ８０８の処理を合計ｍ回行うことにより、各タップのデータが次の番号のタップに移動する。上記の処理に続いて、出力ｙを出力する（ステップＳ８０９）。続いて、ステップＳ８０１に戻り、探傷データの次のデータを０番目のタップに入力する。以後、上記と同様の処理を行う。ステップＳ８０１〜Ｓ８０９の一連の処理を合計ｌ回行った場合に、処理を終了する。
【００３６】
インターポーレーションＣ手段８は、ソフトウェアによる処理手段であり、複数のタップにおける処理を並行して同時に行うことができず、一時刻に１タップのみが処理を行い、処理の順番がタップ間を順次移動する順次処理を行うため、処理速度が遅い。
【００３７】
上述したインターポーレーションＣ手段８の特徴は、前述したインターポーレーションＡ手段６と同様であるが、タップ数がインターポーレーションＡ手段６よりも多いため、リップルノイズの発生は低減される。また、当然のことながら、ソフトウェアによる順次処理であるため、処理速度は遅い。しかし、限られた少量のデータ入力を扱う場合には、消費電力を増大させずに高品質の波形を得ることができる。なお、インターポーレーションＣ手段８は、インターポーレーションＢ手段７の機能をソフトウェアによって実現したものであってもよい。また、インターポーレーションＣ手段８のタップ数は、少なくともインターポーレーションＡ手段６およびインターポーレーションＢ手段７のいずれのタップ数よりも多いことが望ましく、また、１００以上であることがさらに望ましい。
【００３８】
次に、インターポーレーションＡ手段６、インターポーレーションＢ手段７、およびインターポーレーションＣ手段８を使い分ける条件について説明する。前述したような各インターポーレーション手段の特性をまとめると図９のようになる。「Ａ手段」とはインターポーレーションＡ手段６を意味し、「Ｂ手段」とはインターポーレーションＢ手段７を意味し、「Ｃ手段」とはインターポーレーションＣ手段８を意味している。この性質を利用して、検査者が設定した条件に応じて最適な手段を選択する。検査者が設定した条件とは、具体的には、表示手段１７の表示画面の画素数、探傷距離レンジ、材料内での音速、検査モード、およびプローブの周波数である。まず、上記のパラメータから必要な補間倍率を算出する。以下の（１）式および（２）式の両方を満足することが要求される。
補間倍率  ＞  ＡＤコンバータサンプリング周期／（ｍ×探傷距離レンジ／音速／画素数）  ・・・（１）
補間倍率  ＞  ＡＤコンバータサンプリング周期／（ｍ×探傷距離レンジ分解能／音速）  ・・・（２）
【００３９】
（１）式および（２）式において、ｍは検査モードに応じた値である。検査モードとは超音波の送受信プローブの配置の仕方を表しており、検査モードが透過モードの場合にはｍ＝１、反射モードの場合にはｍ＝２である。被検体を挟んで送信プローブの反対側に受信プローブを配置し、被検体を透過した超音波を受信して利用するのが透過モードであり、同一面に送受信プローブを配置し、被検体に入射して被検体で反射した超音波を受信して利用するのが反射モードである。探傷距離レンジとは、画面上に描画する探傷距離範囲を意味する。探傷距離レンジ分解能とは、そのときの探傷距離レンジによって決まるもので、ゲート等で傷位置検出をする際の最小分解能を意味する。
【００４０】
（１）式の不等号を等号で置き換えたものが画素起因補間倍率を示す式である。画素起因補間倍率は、表示手段１７の表示画面における画素数よりも探傷データ数が不足するために必要となる補間の倍率である。また、（２）式の不等号を等号で置き換えたものがレンジ分解能起因補間倍率を示す式である。レンジ分解能起因補間倍率は、表示手段１７の表示画面に表示される画像に設定される探傷レンジの値に応じて必要となる補間の倍率である。
【００４１】
図１０は、探傷時間レンジと必要補間倍率および演算時間との関係を示している。図において横軸は探傷時間レンジであり、縦軸は必要補間倍率と演算時間である。演算時間は、ハードウェアおよびソフトウェアごとに示されている。探傷時間レンジとは、以下の（３）式によって計算される時間換算での探傷レンジである。
探傷時間レンジ  ＝  ｍ×探傷距離レンジ／音速  ・・・（３）
【００４２】
前述した画素起因補間倍率およびレンジ分解能起因補間倍率の変化が図示されており、（１）式および（２）式に従って、補間倍率は、図中の必要補間倍率以上の値であることが必要である。画素起因補間倍率およびレンジ分解能起因補間倍率の値が等しくなる点をポイントａとし、必要補間倍率が０以下となる点をポイントｂとする。探傷時間レンジがポイントａよりも小さい場合、表示手段１７の表示画面の画素数よりもレシーブ手段４のＡＤコンバータが取り込むデータ量が少ないため、探傷時間レンジに応じて必要補間倍率が変化することがわかる。元データ量が以下の（４）式で表されることから、（１）式より、この領域では必要補間倍率と元データ量が反比例の関係になっており、トータルの演算時間は一定である。また、この領域では補間後の探傷波形が画面に拡大表示されるため、補間による波形の歪みが顕著に現れる。
元データ量  ＝  探傷時間レンジ／ＡＤコンバータサンプリング周期
＝  （ｍ×探傷距離レンジ／音速）／ＡＤコンバータサンプリング周期
・・・（４）
【００４３】
ポイントａとポイントｂとの間の領域においては、ＡＤコンバータが取り込んだデータ量は表示手段１７の表示画面の画素数よりも多いが、探傷レンジ分解能を満足するために、数倍の補間が必要である。この領域では、補間倍率は一定だが、トータルの演算時間は探傷時間レンジと共に増加する。また、表示手段１７によって表示される探傷波形は、ライトアドレス生成手段１４あるいはピークホールド手段１２によってある程度間引かれるため、補間により生じる歪みはほとんど分からない。探傷時間レンジがポイントｂよりも大きい領域においては、ＡＤコンバータの動作速度で時間レンジ分解能を満足するため、補間処理が必要なくなる。
【００４４】
以上のことから、ポイントａ，ｂを条件として、インターポーレーション手段をハードウェアにするのか、ソフトウェアにするのか、あるいは動作させないのかを選択するのが合理的であることが分かる。つまり、表示手段１７の表示画面の画素数、探傷距離レンジ、材料内での音速、検査モードにより算出される補間倍率に応じて手段を選択するのである。さらに、ポイントａとポイントｂの間の領域においては、入力される周波数により最適なインターポーレーション手段が変わるため、プローブ周波数に応じて手段を選択すれば、より高精度の補間を行うことができる。
【００４５】
以上をまとめると図１１のようになる。図において、「Ａ」とはインターポーレーションＡ手段６を動作させることを意味し、「Ｂ」とはインターポーレーションＢ手段７を動作させることを意味し、「Ｃ」とはインターポーレーションＣ手段８を動作させることを意味する。図１１に示されるように、補間倍率＞１かつ画素起因補間倍率＞レンジ分解能起因補間倍率となる領域、すなわち図１０におけるポイントａよりも左側の領域においては、インターポーレーションＣ手段８が選択される。この領域においては、補間によって生成されたデータが表示手段１７の表示画面一杯に表示されるため、波形品質が問題となるが、誤差の少ないインターポーレーションＣ手段８を選択することにより、規模の小さい回路構成で高品質の探傷波形を得ることができる。また、この領域においては、演算時間が一定となるため、インターポーレーションＣ手段８を選択しても、インターポーレーションＡ手段６およびインターポーレーションＢ手段７よりも演算速度が低いことによるデメリットは発生しにくい。
【００４６】
また、補間倍率＞１かつ画素起因補間倍率＜レンジ分解能起因補間倍率となる領域、すなわち図１０におけるポイントａとポイントｂの間の領域においては、補間誤差の影響が表示手段１７の表示画面上に現れにくく、誤差精度の許容が大きくなるため、インターポーレーションＢ手段７またはインターポーレーションＡ手段６が選択される。これにより、高速に探傷波形を得ることができる。また、この領域においては、プローブ周波数が１０ＭＨｚ以下の場合には、より低域リップルの小さいインターポーレーションＢ手段７が選択され、プローブ周波数が１０ＭＨｚ以上の場合には、より高域減衰の小さいインターポーレーションＡ手段６が選択される。
【００４７】
また、補間倍率＜１となる領域、すなわち図１０におけるポイントｂよりも右側の領域においては、補間は行われない。
【００４８】
インターポーレーション手段の切替においては、探傷距離レンジ等の情報が、検査者によって制御情報入力手段１０を介して入力される。制御情報入力手段１０は、検査者による入力に基づいた入力情報をコントロール手段９へ出力する。図示せぬＲＡＭ等には図１１に示される例のような切替条件を示す情報が予め格納されており、コントロール手段９は切替条件の情報をＲＡＭ等から読み出し、この情報と制御情報入力手段１０からの入力情報とに基づいてインターポーレーション手段の切替を決定し、切替手段５に指示する。指示を受けた切替手段５は探傷データを所望の手段へ出力する。
【００４９】
上記の切替条件は、ハードウェア手段による補間の歪みが探傷誤差に影響を及ぼさない範囲で適用することは言うまでもない。また、本実施形態においては、インターポーレーションＢ手段７に移動平均フィルタを適用したが、簡単な直線補間方式（ＡＤコンバータによってサンプリングされた実在する２つのデータの間を、１次直線によって補間する方式）に置き換えてもよい。これにより、設計を容易にすることができる。また、装置の仕様に合わせてそれらの手段をソフトウェアで実現してもよい。また、ハードウェアとソフトウェアの選択およびフィルタタイプの選択のどちらか一方が動作するようにしてもよい。また、検査条件を示す表示手段１７の表示画面の画素数、探傷距離レンジ、材料内での音速、検査モード、およびプローブの周波数等の条件については、検査者が全ての条件を設定することができるようにしてもよいし、一部の条件を固定値として設定してもよいし、過去の検査条件等に基づいて超音波探傷装置が自動で設定してもよい。
【００５０】
上述したように、本実施形態による超音波探傷装置は、受信超音波信号に基づいた探傷データを補間する複数のインターポーレーション手段を備え、検査条件に応じて各インターポーレーション手段を切り替えるように構成されている。これにより、各検査条件に適した信号処理を行うことができる。各検査条件においては、前述したように、規模の小さい回路構成で高品質の探傷波形を得ることができる、高速に探傷波形を得ることができる等の効果を得ることができる。
【００５１】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態によるインターポーレーションＡ手段６の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態によるインターポーレーションＡ手段６の動作を説明するための参考図である。
【図４】同実施形態によるインターポーレーションＡ手段６の係数特性を示す参考図である。
【図５】同実施形態によるインターポーレーションＢ手段７の構成を示すブロック図である。
【図６】同実施形態によるインターポーレーションＢ手段７の動作を説明するための参考図である。
【図７】同実施形態によるインターポーレーションＣ手段８による動作の手順を示すフローチャートである。
【図８】同実施形態によるインターポーレーションＣ手段８による動作の手順を示すフローチャートである。
【図９】同実施形態による各インターポーレーション手段の特性を示す参考図である。
【図１０】同実施形態における探傷レンジと必要補間倍率および演算時間との関係を示す参考図である。
【図１１】同実施形態によるインターポーレーション手段の切替条件を示す参考図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・被検体、２・・・超音波プローブ、３・・・パルス発生手段、４・・・レシーブ手段、５・・・切替手段（切替制御手段）、６・・・インターポーレーションＡ手段、７・・・インターポーレーションＢ手段、８・・・インターポーレーションＣ手段、９・・・コントロール手段（切替制御手段）、１０・・・制御情報入力手段、１１・・・ゲート検出手段、１２・・・ピークホールド手段、１３・・・画像メモリー、１４・・・ライトアドレス生成手段、１５・・・リードアドレス生成手段、１６・・・デコード手段、１７・・・表示手段、６０・・・零挿入手段、６１・・・ＦＩＲフィルタ、６１ａ，７１ａ・・・遅延器、６１ｂ・・・レジスタ、６１ｃ，７１ｃ・・・乗算器、６１ｄ，７１ｂ・・・加算手段、７０・・・前置補間手段、７１・・・移動平均フィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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