(57)【要約】超音波により試験対象物を非破壊検査するためのデバイス（１）は、位相アレイ超音波試験プローブ（２４）を駆動させるために提供される制御ユニット（１０）と、ディスプレイ（１２）とを備える。制御ユニット（１０）はパルスエコーオペレーションで位相アレイ試験プローブ（２４）を動作させるように構成され、さらには、試験対象物内への位相アレイ試験プローブ（２４）の当て角度Θを制御するように構成される。位相アレイ試験プローブ（２４）によって受信される試験対象物からのパルスエコーが制御ユニット（１０）によって分析され、ここでは、制御ユニット（１０）が、受信されるパルスエコーのＡスキャン（１４）および／またはＢスキャン（１６）をディスプレイ（１２）上に生成する。【選択図】図１
2014535034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相アレイ超音波試験プローブ（２４）を駆動させるために提供される制御ユニット（１０）とディスプレイ（１２）とを備える、超音波により試験対象物を非破壊検査するためのデバイス（１）であって、前記制御ユニット（１０）が、
ａ．パルスエコーオペレーションで前記位相アレイ試験プローブ（２４）を動作させ、さらに、前記試験対象物に入る前記位相アレイ試験プローブ（２４）の当て角度Θを制御し、
ｂ．前記位相アレイ試験プローブ（２４）によって受信される前記試験対象物からのパルスエコーを分析し、
ｃ．受信されるパルスエコーのＡスキャン（１４）および／またはＢスキャン（１６）を前記ディスプレイ（１２）上に示す
ように構成され、
前記制御ユニット（１０）がさらに、
ｄ．中央当て角度Θ０を中心として前記当て角度Θを周期的に変化させ、
ｅ．前記受信されるパルスエコーの振幅が最大になるところの当て角度Θｍａｘを決定し、
ｆ．前記当て角度Θｍａｘに対する前記パルスエコーのＡスキャン（１４）および／またはＢスキャン（１６）を前記ディスプレイ（１２）上に示す
ように構成されることを特徴とする
デバイス（１）。
【請求項２】
前記制御ユニット（１０）が、前記当て角度Θｍａｘを決定することを目的として角度変化の少なくとも１つの期間にわたって前記受信されるパルスエコーを分析するように構成される、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項３】
前記制御ユニット（１０）が、前記Ａスキャン（１４）と、前記受信されるパルスエコーの前記Ｂスキャン（１６）との横座標を前記ディスプレイ（１２）上に平行に配置するように構成される、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項４】
前記制御ユニット（１０）が、前記受信されるパルスエコーの前記Ｂスキャン（１６）内に、前記当て角度Θｍａｘのところの音響経路を示す直線Ｇを表示するように構成される、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項５】
前記制御ユニット（１０）が、前記受信されるパルスエコーの前記Ｂスキャン（１６）内に、カラーコード手法で前記パルスエコーの振幅を表示するように構成される、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項６】
前記制御ユニット（１０）が、前記ディスプレイ（１２）を組み込むためのハウジングを備える、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項７】
前記制御ユニット（１０）が、複数の異なる中央当て角度Θ０を設定するのを可能にするように構成される、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項８】
前記制御ユニット（１０）が、前記適用されるゲイン係数ｇを自動で調整するように構成される、前記受信されるパルスエコーのための第１の増幅デバイス（３０）を備え、ここでは、得られる最大指示高さに関連する、前記Ａスキャン（１４）内の前記受信されるパルスエコーの指示高さが所定のインターバル内に常に存在する、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項９】
前記指示高さが前記最大指示高さの少なくとも４０％であり、好適には少なくとも５０％であり、特に好適には少なくとも６０％である、ことを特徴とする、請求項８記載のデバイス（１）。
【請求項１０】
前記指示高さが前記最大指示高さの最大で８０％であり、好適には最大で９０％であり、特に好適には最大で９５％である、ことを特徴とする、請求項８記載のデバイス（１）。
【請求項１１】
前記自動増幅デバイス（３０）が、自動で設定されるゲイン係数ｇまたは一定のゲイン係数ｇを用いて任意選択で動作され得る、ことを特徴とする、請求項８記載のデバイス（１）。
【請求項１２】
前記制御ユニット（１０）が、時間依存ゲイン係数を適用するように構成される、記録されるパルスエコーのための第２の増幅デバイス（３２）を備え、ここでは、前記Ａスキャン（１４）内の標準化される欠陥の前記受信されるパルスエコーの前記指示高さが、前記試験対象物内でのその位置に関係なく、実質的に一定である、ことを特徴とする、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項１３】
超音波により試験対象物を非破壊検査するためのデバイス（１）を動作させるための方法であって、前記デバイス（１）が、位相アレイ超音波試験プローブ（２４）と、前記位相アレイ超音波試験プローブ（２４）を駆動させるために提供される制御ユニット（１０）と、ディスプレイ（１２）とを備え、前記方法が
ａ．パルスエコーオペレーションで斜め当て方向で前記位相アレイ試験プローブ（２４）を動作させるステップであって、試験対象物内への前記位相アレイ試験プローブ（２４）の前記当て角度Θが制御可能である、ステップと、
ｂ．前記試験対象物からの受信されるパルスエコーを分析するステップと
を含み、
以下の追加の方法ステップ
ｃ．中央当て角度Θ０を中心として前記当て角度Θを周期的に変化させるステップと、
ｄ．前記受信されるパルスエコーの振幅が最大になるところの当て角度Θｍａｘを決定するステップと、
ｅ．前記当て角度Θｍａｘにおける前記受信されるパルスエコーのＡスキャン（１４）および／またはＢスキャン（１６）を前記ディスプレイ（１２）上に生成するステップと
を特徴とする、
方法。
【請求項１４】
前記受信されるパルスエコーが、前記当て角度Θｍａｘを決定することを目的として角度変化の少なくとも１つの期間にわたって分析される、ことを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記当て角度Θｍａｘにおける音響経路を示す直線Ｇが、前記受信されるパルスエコーの前記Ｂスキャン（１６）内に表示される、ことを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記パルスエコーの前記振幅が、前記受信されるパルスエコーの前記Ｂスキャン（１６）内にカラーコード手法で表示される、ことを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
位相アレイ超音波試験プローブ（２４）を使用して、ＴＣＧ手法に従って超音波により試験対象物を非破壊検査するための方法であって、
ａ．当て角度Θ０で超音波ビームを試験体（２０）内にカップリングするステップと、
ｂ．前記試験対象物（２０）内に配置される標準のリフレクタ（２２）に音響を照射し、前記第１の標準のリフレクタ（２２）から発生するエコー信号を特定するステップと、
ｃ．請求項１３記載の前記方法を適用するステップと、
ｄ．音響を照射された前記標準のリフレクタ（２２）から発生する前記エコー信号を成長させるステップと、
ｅ．前記エコー信号の最大信号振幅Ａｍａｘを決定するステップと、
ｆ．少なくとも１つの第２の標準のリフレクタ（２２）において上述の方法ステップを繰り返すステップと、
ｇ．使用される前記位相アレイ試験プローブ２４と、前記試験体２０の材料と、前記当て角度Θとの組み合わせのための時間依存ゲイン係数を決定するステップと
を含む
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、超音波を用いて試験対象物（ｔｅｓｔ  ｏｂｊｅｃｔ）を非破壊検査するためのデバイスおよびそのようなデバイスを動作させるための方法である。詳細には、本発明は、例えばパイプを検査するといったような、多くの米国試験規格において標準的な検査方法として規定される「時間補正ゲイン」（ｔｉｍｅ  ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ  ｇａｉｎ（ＴＣＧ））手法により無生物の試験対象物を超音波試験することの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にパルスエコーオペレーション（ｐｕｌｓｅ  ｅｃｈｏ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）で使用されるＴＣＧ手法は、１つには、試験対象物内に当てられる超音波ビームのジオメトリが音響経路に沿って変化するということが知られていること、および、もう１つには、試験対象物の材料内で超音波が減衰することが知られていることに基づいている。現在一般に使用される多くの超音波試験プローブは、超音波試験プローブから始まって焦点まで連続的に直径が減少する集中的な超音波ビームを発生させ、この集中的なビームは焦点の後方で連続的に拡大する。その直接的な結果として、試験対象物の構造内に位置する不連続部分にヒットする超音波パルスの強度は、超音波ビームのカップリング位置から試験対象物内への不連続部分の距離に依存する。しかし、記録することができる最大パルスエコーの高さは、不連続部分上に入射する超音波強度によって直接に決定される。また、当てられる超音波が吸収効果および散乱効果を原因として試験対象物の材料内で必然的に減衰することによっても、類似の効果が発生する。多くの試験ジオメトリに当てはまることであるが、不連続部分が音響経路における超音波ビームの焦点の後方に位置する場合、これらの２つの効果が等しい方向で発生する。しかし、不連続部分が超音波ビームの焦点の前方に位置する場合、これらの効果は反対方向に発生する。
【０００３】
ここでのＴＣＧ手法の目的は、試験対象物のボリューム内に位置する超音波リフレクタのエコーが、試験対象物の材料内での超音波リフレクタの正確な位置とは無関係に、したがって詳細には、超音波ビームのカップリング位置と超音波リフレクタとの間の音響経路とは無関係に、常に等しいエコー振幅を有するように、記録される超音波エコーを適切に処理することである。この目的のために、時間分割方式（ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｍａｎｎｅｒ）で受信される超音波エコーが時間依存ゲイン係数を用いて処理され、それにより、上述した２つの効果、すなわち、当てられる超音波ビームが焦点を合わされることおよび焦点をぼかされることと、試験対象物の材料内で超音波ビームが音響減衰することとが、補償される。この場合、実験的に可能である範囲において、超音波リフレクタの処理されるエコー振幅が、試験対象物の材料内での正確な位置から独立する。上の記述より、受信される超音波エコーを処理するのに必要である時間依存ゲイン係数が、１つには、使用される超音波試験プローブの音響特性により、詳細には、生成される超音波ビームの特性により、決定されるが、もう１つ、試験対象物の材料によっても決定されることは明らかである。例えば、試験対象物の材料で起こる音響減衰の大きさは材料によって決定される。また、試験対象物の材料は、試験対象物内での超音波ビームが拡大する大きさも決定する。これは、実際に使用時では、一般に斜めに当たる試験プローブである、試験タスクに適する超音波試験プローブを用いるＴＣＧ手法によって特定の試験タスクを実行する前に、常に、超音波試験プローブと検査される材料との選択される組み合わせのための時間依存ゲイン係数を決定することを目的として較正処置を行わなければならないことを意味する。そのため、試験者は、好適には試験対象物の材料で構成される既知のジオメトリを有する試験体を使用する。例えば矩形体であるこの試験体は、試験体のカップリング表面から異なる距離を有する所定の寸法の複数のクロスボアを備える。この場合、試験者は、較正処置を行うために、試験タスクのために選択される試験プローブを用いる場合に達成され得る最大のエコー振幅を各クロスボアで個別に決定する。その目的のために、試験者は各々の個別のクロスボアにおいてエコー信号を成長（ｇｒｏｗ）させ、また、決定すべき時間依存ゲイン係数のための較正ポイントとして決定される最大のエコー振幅を使用する。このような事例での実際の用途で使用される較正体（ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ  ｂｏｄｙ）は通常は４個から１０個のクロスボアを有し、一般には５つまたは６つのクロスボアを有する。時間依存ゲイン係数の曲線は理論的に既知であることから、十分な精度をもって時間依存ゲイン係数を決定するのを可能にするには、実際には、少数の基準点を記録することで一般には十分である。後で試験対象物の検査を実行するために、以前に実験的に決定された時間依存ゲイン係数が、超音波検査で使用される試験設備の制御ユニットによって自動で使用され、この試験設備の制御ユニットは、試験プローブと、制御デバイスと、ディスプレイユニットと、さらには、試験結果を記録するのに適するデバイスとから構成され��。上述の方法は長い間実際に良好に使用されており、文献にも多く記載されている。例えば本明細書では、技術刊行物（"Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications", ISBN 0-9735933-0-X (2005), Chapter 2.11 (pages 61 - 66)）内のＴＣＧ手法の考察を参照し、本情報源内のＴＣＧ手法に関連する記述は全体が参照により本出願の開示に組み込まれる。
【０００４】
固定される当て角度（ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｇｌｅ）で試験プローブを斜めに当てるＴＣＧ手法が長い間従来技術の一部であるが、ＴＣＧ手法を、最近では一般的になりつつある、変化する当て角度を用いる超音波試験プローブに移行することはこれまでは上手く行われていない。変化する当て角度を用いる超音波試験プローブは一般にいわゆる位相アレイ超音波試験プローブであり、これは、例えば互いに隣り合う直線アレイとして配置される個々に制御可能な複数の超音波トランスデューサを備える。また、二次元アレイすなわち平面領域上に広がるアレイとして配置される複数のトランスデューサを備える位相アレイ試験プローブも知られている。発生する超音波ビームの当て角度の調整性は、アレイの個別のトランスデューサによって発生される超音波信号の位相位置を変化させることにより得られる。アレイの個別のトランスデューサ間に制御される遅延を導入することにより、超音波試験プローブによって発生される超音波ビームの全体を固有に旋回させることが可能となる。また、フォーカシング効果（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）およびデフォーカシング効果（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）が発生する可能性もある。非破壊材料検査で長く一般に使用されている位相アレイ試験プローブに関するさらなる詳細は、例えば、上で言及した技術刊行物（"Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications", ISBN 0- 9735933-0-X (2005), Chapters 3.3 and 3.4 (pages 103 - 121)）から明確となる。参照した情報源から明白である技術的特徴もその全体が参照により本出願の開示に組み込まれる。
【０００５】
原理的に、位相アレイ試験プローブを用いる場合でも、固定される当て角度を用いて斜めに当てる超音波試験プローブの例を参照して上で説明したＴＣＧを使用することは現在可能である。しかし、このような事例では、当て角度が変化すると、位相アレイ試験プローブによって放射される超音波ビームの特性が変化することに留意されたい。１つには、例えば、いわゆる「有効トランスデューササイズ」、すなわち、試験対象物内に同等の超音波ビームを発生させるような斜めに当てる超音波試験プローブの単一部品超音波トランスデューサのサイズが、当て角度の関数として変化する。逆に、これは、位相アレイ試験プローブによって試験対象物内に当てられる超音波ビームのビーム特性が当て角度の関数として変化することを意味する。これは、ＴＣＧ手法において時間依存ゲイン係数を決定するときにも考慮しなければならない。そのため、固定される当て角度を用いて超音波試験プローブの例に関連させて考察したように所定の当て角度のための時間依存ゲイン係数を決定するために、試験タスクが実行されるときの各当て角度ごとに別個に較正が行われ得る。しかし、実際の使用では、このような試験タスクのための位相アレイ試験プローブを使用することに異なる当て角度を使用することの選択肢が与えられることから、実際の試験タスクを準備するのに必要となる試験設備を較正することの労力が大幅に増大する。
【０００６】
ここからが本発明に関する部分であり、本発明自体は、位相アレイ試験プローブによって可能となるビーム制御の選択肢を使用することにより、ＴＣＧ手法を適用するために必要となる較正のための時間を大幅に短縮するのを可能にするデバイスを提案するという目的を有する。詳細には、本発明は、上述の目的を達成することを目的として位相アレイ試験プローブの駆動ユニットを動作させることができる方法を提供する。最後に、本発明の目的は、上で言及した方法に基づき、ＴＣＧ手法を用いて超音波により試験対象物を非破壊検査するための方法を提供することである。
【発明の概要】
【０００７】
超音波により試験対象物を非破壊検査するための本発明によるデバイスが提供される。このデバイスは、位相アレイ超音波試験プローブを駆動させるために提供される制御ユニットを備える。さらに、この用意される制御ユニットはディスプレイを駆動させるためのものでもあり、ここでは、ディスプレイは制御ユニットに組み込まれ得るかまたは外部のディスプレイデバイスとして構成されてもよい。この制御ユニットは、パルスエコーオペレーションで位相アレイ試験プローブを動作させるように構成される。この事例では、試験対象物内への位相アレイ試験プローブの当て角度Θが制御ユニットによって制御され得る。位相アレイ試験プローブによって受信される対象物からのパルスエコーが制御ユニットによって分析され、制御ユニットが受信されたパルスエコーのＡスキャン（横座標：時間、縦座標：振幅）またはＢスキャン（横座標：時間、縦座標：カップリング表面からの距離）がディスプレイ上に生成される。有利な進歩として、制御ユニットは受信されたエコーのＡスキャンおよびＢスキャンをディスプレイ上に平行に生成する。
【０００８】
本発明によると、制御ユニットが、中央当て角度Θ０を中心として振幅ΔΘで当て角度Θを周期的に変化させるように構成され、これは例えば、デバイスの使用者によって手動で設定され得るかまたは試験プログラムによって予め決定され得る。中央当て角度Θ０を中心として当て角度Θを変化させる間、制御ユニットが受信されるパルスエコーを分析し、受信されるパルスエコーの振幅が最大になるところの当て角度Θｍａｘを決定する。次いで、制御ユニットが、上で決定された当て角度ΘｍａｘにおけるパルスエコーのＡスキャンまたはＢスキャンをディスプレイ上に生成する。好適には、この事例ではパルスエコーのＡスキャンおよびＢスキャンがディスプレイ上に平行に表され、ＡスキャンおよびＢスキャンの縦座標が互いに平行となるように方向づけされる。上で言及したパルスエコーのＡスキャンまたはＢスキャンは単一のパルスエコーを示すことができるが、このパルスエコー手法が数十ヘルツから数千ヘルツの間のパルス繰り返し周期で機能することから、一般には多数のパルスの平均を表示することが当業者には明白であろう。
【０００９】
本発明によるデバイスは、例えば、当業者がＴＣＧ手法による検査を準備することを目的として較正体の較正を実行するのを容易にする。本発明に従って構成されるデバイスを使用することにより、種々の当て角度Θで試験体の較正処置を試験者が実行するための労力が大幅に低減される。というのは、本発明によるデバイスが、較正が実行されている間では最大エコー振幅を供給するＡスキャンおよび／またはＢスキャンとしてのエコー信号が試験者に対して表示されるからであり、この間、エコー信号を最適化する（成長させる）ことを目的として試験対象物の表面上での試験プローブの位置が変化する。したがって、選択される基準リフレクタ上で較正を実行するために試験者が最適な当て位置（ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を認識することが容易となる。ＡスキャンおよびＢスキャンが平行に示される場合、１つには、試験者が試験体内に配置される基準リフレクタをＢスキャンを介して良好に見ることができることを理由として、またもう１つには、試験者がＡスキャンを使用してエコー振幅を最適化することができる、すなわちエコー信号を成長させることができることを理由として、試験者にとっての試験タスクがより容易になる。
【００１０】
本発明による制御ユニットは、この事例では、好適には、当て角度Θｍａｘを決定することを目的として角度変化の少なくとも１つの期間にわたって受信されるパルスエコーを分析するように構成される。この事例の角度変化の期間は、有利には、１秒から数分の１ミリ秒の間であり、これは通常は１００〜５００ミリ秒の範囲内にある。中央当て角度Θ０を中心とした角度変化の振幅ΔΘは数分の１度から１０度の間であってよく、事例によっては、より高い振幅も想像され得、そのような高い振幅も技術的に適切となる。通常、角度変化の振幅ΔΘは１度から５度の間である。
【００１１】
本発明によるデバイスの別の改善点では、制御ユニットが、受信されるパルスエコーのＢスキャン内に、当て角度Θｍａｘのところの音響経路を表す直線Ｇを表示するように構成される。これは特に、複数の基準リフレクタを備える試験体上で較正が実行される場合に、有利である。この事例では、基準リフレクタが供給する最新の最大パルスエコーが試験者にとって容易に明確とならない。Ｂスキャン内に音響経路を表すことにより、試験プローブの位置が試験体のカップリング表面上で変化するときの１つの基準リフレクタから次の基準リフレクタへの当て角度の「ジャンプ」が非常に良好に示される。
【００１２】
受信されるパルスエコーの振幅がＢスキャン内でカラーコード手法で示される場合、制御ユニットによって生成されるＢスキャンの試験者にとって解釈可能性がさらに向上する。このカラーコードは、例えば、当業者が試験体上で較正を行う場合には、試験体内の個別の基準リフレクタのエコー信号を成功裏に十分に最適化することができるかどうかの指示を当業者に提供する。
【００１３】
当業者には当然のことであるが、特に本発明によるデバイスの制御ユニットが異なる複数の中央当て角度Θ０を設定するのを可能にするように構成される場合、本発明と併せて位相アレイ試験プローブを使用することにより特別な利点が得られる。例えば、これにより標準化された試験タスクを実行することが可能となり、ここでは、所定の異なる当て角度において斜め当て方向（ｏｂｌｉｑｕｅ  ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）で欠陥の検査を行う必要がある。
【００１４】
本発明によるデバイスの特に有利な進歩は、制御ユニット内に設けられ得る付加的に駆動可能な自動増幅デバイスに関連する。この増幅デバイスは受信されるパルスエコーを処理するために提供されるものであり、得られる最大の指示高さに関連する、Ａスキャン内の受信されるパルスエコーの指示高さが所定のインターバル内に常に存在するような形で、適用されるゲインを自動で調整するように構成される。こうすることにより、エコーが非常に強いかまたは非常に弱い場合、試験者がカップリング位置を手動で変化させることに加えてＡスキャン内の指示高さを管理するためにゲイン係数ｇ（「ゲイン」）を付加的に設定する必要がないことから、エコー信号を「成長」させることが容易となる。この増幅デバイスは以下ではＡＧＧ増幅デバイスと称される。特に好適には、この増幅デバイスは、Ａスキャン内のパルスエコーの指示高さが所定の上側閾値を超えるかまたは所定の下側閾値を下回る場合に適用されるゲイン係数を個別の段階で自動で適合させるように、動作する。最大指示高さの４０％の値が下側閾値として選択されることが特に有利であることが分かっており、これは好適には最大指示高さの５０％であり、さらに好適には最大指示高さの６０％以上である。逆に上側閾値の場合、下側閾値が最大指示高さの８０％の値に設置される場合に特に有利であることが分かっており、これは好適には最大指示高さの９０％であり、さらに好適な実施形態では、最大指示高さの９５％以上である。本発明によるデバイスの有利な実施形態では、上側閾値および下側閾値の両方が使用者によって予め定義され得、これは例えば制御ユニットへの入力によって行われ得る。
【００１５】
使用者が自動増幅デバイスによって自動に設定されるゲイン係数に関する情報を受信する場合、使用者にとっての本発明によるデバイスの取扱特性がさらに改善される。そのために、その時点で適用されるゲイン係数の数値が制御デバイスによりディスプレイ内の詳細にはディスプレイ内に示されるＡスキャンのすぐ隣に示されることが考えられ得、そうすることにより、試験者が同時にＡスキャンおよびゲイン係数の両方を監視し続けることが可能となる。別法としてまたは加えて、その時点で適用されるゲイン係数をカラーコード表示することも考えられる。例えば試験プローブの音響カップリングが低質であることにより信号品質が低下していることを示唆する特に高いゲイン係数を赤色信号で象徴化することができる。逆に、信号品質が高いこと、詳細には試験対象物の音響カップリングが高質であることを示唆する特に低いゲイン係数を緑色信号で象徴化することができる。詳細には、その時点で適用されるゲイン係数をカラーコード表示を用いて上で言及したよう数値的に表示することを、例えば、ゲイン係数の大きさに応じた異なる色でゲイン係数を表示するために英数字を追加的に表示することと組み合わせることが可能である。
【００１６】
ゲインを自動で適合させることにより、すなわち駆動された自動増幅デバイスを用いることにより、詳細には基準欠陥である欠陥を感知することさらには欠陥信号（ｆｌａｗ  ｓｉｇｎａｌ）を成長させることを実行することが有利であるが、実際の較正処置または試験処置（定量的であることが多い）は一般には増幅デバイスのゲイン係数を固定して実行されてよい。そのため、本発明によるデバイスの有利で実施形態では、自動増幅デバイスがオフに切り替えらえるかあるいは自動で設定されるゲイン係数または一定のゲイン係数を用いて任意選択で動作することが考えられる。この事例では、有利には、増幅デバイスの動作モードは使用者により制御ユニット上で設定され得る。
【００１７】
本発明によるデバイスを用いるＴＣＧ手法に従って試験タスクを実行するのを可能にすることを目的として、制御ユニットは、有利には、時間依存ゲイン係数を適用するように構成される、記録されるパルスエコーのための別の増幅デバイスを備え、そうすることにより、試験対象物内でのその位置に関係なく、Ａスキャン内の標準化された欠陥の受信されるパルスエコーの指示高さが一定となる。この別の増幅デバイスは以下ではＴＣＧ増幅デバイスと称される。この事例では、試験パルスが試験対象物内に当てられるところの時間ポイントが時間依存ゲイン係数のための開始ポイントとみなされる。次いで、この試験パルスから発生するエコーパルスがその反応時間に従って時間依存ゲイン係数を用いて増幅される。超音波を用いる非破壊材料検査のための今日のデバイスは一般にデジタル信号処理のためのユニットを備えることから、この時間依存ゲイン係数は、実際の使用では、有利には、デジタル信号の文脈で使用される。しかし、原理的に、アナログ増幅段階で時間依存ゲイン係数を適用することも考えられ、そうすることが技術的に可能である。
【００１８】
また、上記の本発明は、超音波により試験対象物を非破壊検査するためのデバイスを動作させるための方法に関し、このデバイスが位相アレイ試験プローブおよび制御ユニットを備え、ここでは、制御ユニットが位相アレイ試験プローブおよびディスプレイを駆動させるために提供される。この事例では、本発明による方法が以下の方法ステップを含む：
ａ）パルスエコーオペレーションで斜め当て方向で位相アレイ試験プローブを動作させるステップであって、試験対象物内への位相アレイ試験プローブの当て角度Θが制御可能であり、すなわち、例えばデバイスの使用者によって調整可能である、ステップと、
ｂ）例えば、振幅と、受信機として動作する送信用試験プローブのところまたは別個に形成される受信用試験プローブのところに最大エコー信号が到着する時間ポイントとを決定することにより、試験対象物から受信されるパルスエコーを分析するステップと、
ｃ）中央当て角度Θ０を中心として当て角度Θを周期的に変化させるステップと、
ｄ）受信されるパルスエコーの振幅が最大になるところの当て角度Θｍａｘを決定し、さらに、当て角度Θｍａｘにおける受信されるパルスエコーのＡスキャンおよび／またはＢスキャンをデバイスのディスプレイ上に生成するステップ。
【００１９】
この事例の位相アレイ試験プローブは、有利には、直線アレイとして配置されかつ個別に駆動され得るかまたはグループとして駆動され得る８個、１６個、３２個、６４個または１２８個のトランスデューサ要素に分割されるトランスデューサを備える試験プローブであってよい。斜め当て方向で機能する場合の通常の当て角度は、固有の試験タスクと試験対象物の材料とに応じて、３５°から７５°の間にある。これらの当て角度は試験規格によって規定されていることが多い。パルスエコーオペレーションのパルス繰り返し周期は通常は数十ヘルツから数キロヘルツの間であり、好適には５０ヘルツから１キロヘルツの間の範囲内にある。当て角度Θの変化期間およびその角度変化の振幅ΔΘのための好適な角度範囲は本発明によるデバイスに関連させて上で既に明記されていることから、それらを参照されたい。
【００２０】
本発明による方法の文脈では、当て角度Θｍａｘを決定することを目的として、角度変化の少なくとも１つの期間にわたって受信されるパルスエコーが分析される。しかし、好適には、角度変化の数期間から数十期間または数百期間上にわたって平均化が実行されてよい。この事例もやはり、本発明によるデバイスに関連する記述を参照されたい。
【００２１】
受信されるパルスエコーのＢスキャンがディスプレイ上に示され、また、受信されるエコー信号に加えて、直線ＧがＢスキャン内に示される場合、本発明による方法を実行することにより特別な利点がさらに得られ、この直線Ｇは、最大エコー振幅を発生させるところである本発明による方法により決定される当て角度Θｍａｘにおける試験対象物内の音響経路を示す。こうすることにより、試験者は当て角度Θｍａｘに関する直接的な情報を得ることができ、そこでの最適な信号を得ることができ、例えば、試験対象物内の異なる深さに位置する可能性がある複数の基準欠陥を測定することを大幅に単純化することができる。
【００２２】
本発明による方法の文脈においてもやはり、Ａスキャン内の指示高さを下側閾値と上側閾値との間の所定のインターバル内に入れることを目的として、本発明によるデバイスの任意選択のＡＧＧ増幅デバイスに関連させて上述したような自動ゲイン係数を適用することが特に有利であり、そうすることが本発明の有利な進歩をなす。これは、本発明によるデバイスに関連させて既に説明したように例えば英数字値および／またはカラーコードなどを用いて、自動で適用されるゲイン係数をディスプレイ上にグラフィック表示することにも適用される。
【００２３】
最後に、実際的な試験タスクを実行するためには、本発明による方法の文脈においてもやはり、受信されるエコー信号を処理するために時間依存ゲイン係数が使用されることが特に有利であり、それにより、導入部で説明した効果が軽減される。それらの効果とはすなわち、試験対象物内を伝播する超音波ビームが焦点を合わされるかまたは焦点をぼかされる効果と、当て角度が変化するときに試験対象物内のビームジオメトリが散乱または変化することにより音響減衰が起こることの効果である。このような時間依存ゲイン係数を導入することは、導入部で説明したＴＣＧ手法の基本的な考え方に厳密に合致する。上で既に説明したように、このようなゲイン係数を導入することは本発明による方法に関連してもやはり特に有利である。本発明によるデバイスの示される特徴を本方法に従って適用することも、概して、潜在する課題を解決することにおいて有利であり、これらも本出願の開示に包含されることは当業者には明白であろう。
【００２４】
本発明によるデバイスおよび本発明による方法の別の利点および特徴、さらには、ＴＣＧ手法により特定の試験タスクを実行することの別の利点および特徴が、図面を参照して以下でより詳細に説明される例示の実施形態から明確となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるデバイスの例示の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に示される試験デバイス１は制御ユニット１０を備え、この制御ユニット１０には、試験プローブ２４が電気伝導的に接続される。試験プローブ２４は、例えばＰｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）で構成され得るリード本体３８上に設置される超音波トランスデューサ２６を備える。超音波トランスデューサ２６は、互いに独立して駆動され得かつ直線アレイとして配置される複数のトランスデューサ要素で構成される。このアレイは、例えば、６４個の独立するトランスデューサ要素を備えることができる。
【００２７】
試験プローブ２４に電気伝導的に接続される制御ユニット１０は、超音波信号を放射させるように試験プローブ２４を駆動するように、さらには、試験プローブから戻ってくる超音波信号を試験プローブ２４を用いて記録しそれらを処理するように、構成される。そのため、制御ユニット１０は図１に示されない駆動ユニットを備え、この駆動ユニットは、詳細にはパルスエコーモードで試験プローブ２４を動作させるように構成され得る。このモードでは、試験プローブ２４は、試験プローブ２４のリード本体３８を介して斜め当て方向で通常は試験対象物内にカップリングされる高周波数超音波パルスのシーケンスを放射する。通常のパルス周波数は数メガヘルツの範囲内にあり、通常のパルスシーケンス周波数は数十ヘルツから数千ヘルツである。駆動ユニットはさらに、所定の位相位置でトランスデューサ２６のトランスデューサ要素を個別に駆動させるように構成され、そうすることにより、トランスデューサ２６が位相アレイを形成するようになる。このようにして、試験プローブ２４によって発生される超音波ビームを制御することが可能となる。一方で、ビームの形状に影響を与えることができ、この事例では、例えば、焦点位置が影響を与えることができ、また、さらには、超音波ビーム全体を旋回させることが可能であり、それにより、試験対象物内への試験プローブ２４の当て角度を変化させることができる。この駆動ユニットは、試験者が試験者にとって既知である材料内への当て角度を個別に設定するのを可能にするように構成される。
【００２８】
制御ユニット１０はディスプレイ１２をさらに有し、このディスプレイ１２上では、試験対象物のＡスキャン１４およびＢスキャン１６が表示され、示される例示の実施形態では、これらは一方がもう一方の上に配置される。ここでの選択される構成では、横座標が互いに平行に配置される。示される例示の実施形態では、例えば既知の種類の鋼の矩形鋼製ブロックで構成される試験体２０が試験対象物として機能する。既知の円筒形断面を有するブラインド孔で構成される基準欠陥２２の形態の複数の標準リフレクタが試験体２０の１つの横方向表面に導入される。これらの基準欠陥２２はすべて同一の寸法および同一の向きを有し、したがって、原理的に、本ＴＣＧ手法による検査で同一の欠陥サイズが得られなければならない。図１に示される試験体２０は、特には本ＴＣＧ手法による超音波検査を試験対象物に対して実行するために時間依存ゲイン曲線を記録するために、提供される。この事例では、試験体２０の材料が好適には試験対象物の材料に適合する。
【００２９】
試験体２０の較正を実行するために、試験者が、適切なカップリング剤を使用して試験体２０に対する試験プローブ２４のカップリング表面に良好な音響カップリングをもたらしながら、試験体２０の頂部カバー表面上に試験プローブ２４を配置する。次いで、試験者が制御ユニット１０を第１の動作モードに移行させ、制御ユニット１０がパルスシーケンスを放射させるように試験プローブ２４を駆動させ、ここでは試験者が中央当て角度Θ０を予め選択している。本発明による方法を実行するために、制御ユニット１０内の駆動ユニットにより、中央当て角度Θ０を中心として実際の当て角度Θが周期的に変化し、ここでは、この変化の振幅ΔΘもやはり試験者により予め設定されてよい。１度から１５度の間の変化振幅（ｖａｒｉａｔｉｏｎ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）ΔΘが有効であることが分かっている。当て角度が中央角度Θ０を中心として周期的に変化することから、超音波ビームは試験体２０の一定のボリューム上をスイープするが、これは、試験体２０内にカップリングされる超音波ビームの寸法よりも大幅に広い。
【００３０】
試験プローブ２４内のトランスデューサ２６が平行に取り付けられる超音波受信機として動作する。これは、反射されて試験プローブ２４またはトランスデューサ２６内に戻るエコー信号がトランスデューサ２６によって記録されて電気信号へと変換されることを意味する。これらは予増幅され、制御ユニット１０内に実装される評価ユニット２８に送信される。評価ユニット２８を適切に設計することにより、受信角度を予め決定することができ、また、トランスデューサ２６により信号を記録するためには試験プローブ２４のカップリング表面３６にその受信角度でエコー信号をヒットさせる必要がある。こうすることにより、例えば、当て角度Θ１で試験体２０内に当てられる超音波パルスから発生するエコー信号のみを試験プローブ２４によって実際に受信するようにすることができる。
【００３１】
評価ユニット２８は、受信されるパルスエコーの振幅が最大になるところの当て角度Θｍａｘを決定することを目的として試験プローブ２４によって記録されるエコー信号を分析するように構成される。この事例では、有利には、複数のパルスエコーにわたる受信されるエコー信号を評価する際に平均化が実行される。好適には、カップリング位置を実質的に一定に留めながら、すなわち、試験体２０上の試験プローブ２４の位置を実質的に一定に留めながら、角度が変更される。精度を向上させることを目的として、電子的に角度を変更させることに付随してカップリング位置が変化することが、例えば、送信アパーチャ位置、すなわち、送信用トランスデューサ要素の位置を変更することにより、任意選択で電子的に補償され得る。また、評価ユニット２８は、図１から明確なように、受信されるパルスエコーの振幅が最大になるところの決定された当て角度ΘｍａｘにおけるにＡスキャンと、この最大当て角度Θｍａｘにおける、受信される（平均化される）エコー信号の平行なＢスキャンとをディスプレイ１２上に生成するように構成される。Ａスキャンは信号Θｍａｘにおけるエコー信号のみを常に描写することから、試験者が欠陥信号を最適化することすなわち「成長」させることが容易となる。試験体２０内に当てられる超音波ビームが１つの（または、複数の）基準欠陥２２を感知する場合、最大エコー振幅が得られるところの当て角度Θ１における後方反射がＡスキャン内に示される。当て位置を機械的に変化させることにより、すなわち、試験体２０のカップリング表面上で試験プローブ２４を変位させることにより、基準欠陥２２のすべてを測定することができる。エコー振幅、すなわち、カップリング表面の平面内でのカップリング位置と基準欠陥との間の距離と（横座標Ｘ）を明確に離して分布させることができ、さらには、試験体２０内の基準欠陥２２の深さ、すなわち、試験体２０のカップリング表面から基準欠陥２２までの距離（横座標Ｚ）を離間させて分布させることができる。従来技術で既知であるように、この事例では、離間される欠陥振幅をＢスキャン内でカラーコード化して示すかまたはグレースケールコード化して示すことが有利である。評価ユニット２８が記憶媒体を装備する場合、試験体２０内の個別の基準値２２に向かうように固有に移動させることにより、試験体全体のＢスキャンを記録することができる。
【００３２】
さらに、制御ユニット１０のオペレータによってオン／オフを手動で切り替えられ得るいわゆるＡＧＣユニットが、第１の増幅デバイス３０として評価ユニット２８に組み込まれる。ＡＧＣユニット３０は、ゲイン係数ｇを自動で適用することにより、角度Θｍａｘのところで記録される最大エコー振幅を、Ａスキャン１４内の所定の上側閾値と下側閾値との範囲内に常に留まらせるように、構成される。この事例では、下側閾値Ａ−Ｍｉｎおよび上側閾値Ａ−Ｍａｘの両方が制御ユニット１０のオペレータによって選択され得る。例えば、Ａスキャン１４内の最大指示高さの９５％の値が上側閾値Ａ−Ｍａｘとして有効であることが分かっている。例えば、最大指示高さの６０％の値が下側閾値Ａ−Ｍｉｎとして有利であることが分かっている。ＡＧＣユニット３０がその時点でＡスキャン１４内の最大エコー振幅が値Ａ−Ｍｉｎ未満まで低下することが分かっている場合、下側閾値Ａ−Ｍｉｎを所定の量だけ超えるようになるまで、適用されるゲイン係数がステージごとに増大される。次いで、ゲイン係数ｇが新たに決定された値に固定される。しかし、閾値Ａ−Ｍａｘを超えたことが記録される場合、上側閾値Ａ−Ｍａｘを所定の量だけ下回るようになるまで、適用されるゲイン係数ｇがステップごとに減少される。この事例でも、ゲイン係数ｇが決定された値に固定される。ＡＧＣユニット３０が駆動されている場合、エコー信号を成長させながらエコー信号をＡスキャン１４内で可視状態で留める必要がないことから、試験者がエコー信号を成長させることが大幅に容易になる。これはＡＧＣユニット３０により自動で行われる。また、示される例示の実施形態では、ＡＧＣユニット３０によって自動で適用されるゲイン係数ｇはＡスキャン１４内で数値的に示される。この目的のために、専用のゲインインジケータ３４がＡスキャン１４内に実装され、このゲインインジケータ３４は、自動で設定されるゲイン係数ｇの数値を指示する。さらに、ゲインインジケータ３４内に示される数値は異なる色で示され、それにより、例えば、与えられる信号品質が特に高質または低質であることが象徴化される。
【００３３】
試験者のための別の補助として、直線Ｇの形態のカーソル１８がＢスキャン１６内に挿入され、このカーソル１８は、最大エコー振幅が得られるところの試験体２０内での音響伝播方向（当て角度）を指示する。
【００３４】
ＴＣＧ手法を用いて試験対象物を超音波検査するのを準備することを目的として時間依存ゲイン係数を決定するための較正を、本発明による方法により実行するために、試験プローブ２４により、試験者によって設定される当て角度Θ０とのところで超音波ビームがカップリングされる。試験体２０のカップリング表面上のカップリング位置を変化させることにより、試験者がその時点の第１の基準欠陥２２のエコー信号を特定する。本発明による方法では、試験者が、基準欠陥の最大エコー振幅を決定するためにこの基準欠陥２２のエコー信号を成長させる。本発明による方法を使用することにより、特に、複数の異なる当て角度Θにおける、音響を用いて照射される基準欠陥２２の最大エコー振幅を感知することが可能となる。例えば、定量的決定を行う場合、駆動ユニットにより自動で角度を変化させることを停止させることができ、その場合、固定される角度Θ０で定量的決定が実行される。別法として、角度を変化させながら定量的決定を実行することも可能であり、その場合、角度Θ０と、そこからずれる角度との両方で最大エコー振幅が記録される。有利には、記録された最大エコー振幅が予め設定された角度Θ０のところで記録されたのかどうかをチェックするための検査ルーチンが評価ユニットに実装される。そのような測定値が存在する場合、この検査ルーチンが、例えば、デバイスのオペレータに対して視覚信号または音響信号を出力することができる。
【００３５】
このプロセスシーケンスは試験体２０内の別の複数の基準欠陥２２のところで繰り返される。所与の当て角度Θ０に対しては、試験体２０内の異なる深さのところに位置する等しい基準欠陥２２のエコー振幅が提供される。次いで、実験的に決定されるこれらの値が、試験体２０の材料と、使用される試験プローブ２４と、選択される当て角度Θ０とに固有の時間依存ゲイン曲線を決定するのに使用され得る。次いで、この時間依存ゲイン曲線が、例えば評価ユニット２８に組み込まれ得るＴＣＧユニットとも称される第２の増幅デバイス３２内に記憶され得、その後、ＴＣＧ手法に従って超音波検査を実行するときに、使用され得る。
【符号の説明】
【００３６】
１  デバイス
１０  制御ユニット
１２  ディスプレイ
１４  Ａスキャン
１６  Ｂスキャン
１８  カーソル
２０  試験体
２２  基準欠陥
２４  試験プローブ
２６  トランスデューサ
２８  評価ユニット
３０  第１の増幅デバイス（ＡＧＣユニット）
３２  第２の増幅デバイス（ＴＣＧユニット）
３４  ゲインインジケータ
３６  カップリング表面
３８  リード本体
ｇ  ゲイン係数
【図１】
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【国際調査報告】
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2014535034.tif 000005
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