(57)【要約】反射超音波を表す超音波アナログ信号を処理する方法及び装置を提供する。本方法は、超音波アナログ信号（１０）を少なくとも２つの並列の信号路（Ａ，Ｂ）に供給して、各信号路中で、利得の異なるそれぞれの増幅器（２０Ａ，２０Ｂ）によって増幅し、次いでそれぞれのＡ／Ｄ変換器（３０Ａ，３０Ｂ）によってディジタル超音波データ（１２，１２’）に変換する。本発明によれば、各信号路（Ａ，Ｂ）においてウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルによって前記ディジタル超音波データを分解し、またウェーブレット係数を閾値分析によって変更する。分解された前記超音波データから結合ディジタル超音波信号（１５）を再構成する。このとき、前記変更されたウェーブレット係数を用いて前記ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって前記結合超音波信号（１５）の逆変換を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射された超音波を表す超音波アナログ信号（１０）を処理するための方法であって、超音波アナログ信号（１０）が少なくとも２つの信号路（Ａ，Ｂ）に並列に供給され、また該超音波アナログ信号は、各信号路（Ａ，Ｂ）において、利得係数が互いから異なっているそれぞれの増幅器（２０Ａ，２０Ｂ）に供給され、またこのように差別的に増幅された超音波アナログ信号（１１，１１’）は、各信号路（Ａ，Ｂ）において、それぞれのＡ／Ｄ変換器（３０Ａ，３０Ｂ）に供給され、該Ａ／Ｄ変換器は前記増幅された超音波アナログ信号（１１，１１’）をディジタル超音波データ（１２，１２’）に変換し、これらのディジタル超音波データから、更なる処理段階の後に結合ディジタル超音波信号（１５）が再構成される、当該方法において、
各信号路（Ａ，Ｂ）における前記ディジタル超音波データ（１２，１２’）について、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルによって分解が実行され、またウェーブレット係数が閾値分析によって変更され、また更に前記変更されたウェーブレット係数を用いて前記ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって、前記分解された超音波データ（１２，１２’）のジョイント逆変換が実行され、もって、結合ディジタル超音波信号（１５）が前記分解された超音波データから再構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
所定の閾値よりも小さいウェーブレット係数が前記閾値分析においてゼロに設定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ウェーブレット・フィルタ・データベースがドブシー１２ウェーブレットを使用することを特徴とする、請求項１及び２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
ウェーブレット・フィルタ・データベース（４０Ａ，４０Ｂ）を用いて前記ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムによる分解を行うために、両方の信号路（Ａ，Ｂ）の前記ディジタル超音波データ（１２，１２’）を第１の低域通過フィルタ（４１Ａ）及び第１の高域通過フィルタ（４２Ａ）へそれぞれ供給し、また各第１の低域通過フィルタ（４１Ａ）の出力を第２の低域通過フィルタ（４３Ａ）及び第２の高域通過フィルタ（４４Ａ）へ供給して、これにより前記ウェーブレット・フィルタ・データベース（４０Ａ，４０Ｂ）が各信号路（Ａ，Ｂ）についてそれぞれ３つの出力（１３，１３’，１３”；１４，１４’，１４”）を発生するようにし、次いで、前記第２の低域通過フィルタ（４３Ａ）の出力（１３，１４）をゼロに設定して、前記ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって、残りの４つの出力（１３’，１３”，１４’，１４”）から結合超音波信号（１５）を形成することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記結合超音波信号（１５）が、縮小可能なウェーブレット係数を持つ帯域通過フィルタ（４５）へ供給されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
反射波を表す超音波アナログ信号（１０）を処理するためのディジタル信号処理装置（５０）であって、当該信号処理装置（５０）は、超音波アナログ信号（１０）を並列に供給することのできる少なくとも２つの信号路（Ａ，Ｂ）を有し、各信号路（Ａ，Ｂ）には、利得が互いから異なっているそれぞれの増幅器（２０Ａ，２０Ｂ）が設けられ、また各信号路（Ａ，Ｂ）には前記増幅器（２０Ａ，２０Ｂ）の後に、増幅された超音波アナログ信号（１１，１１’）をディジタル超音波データ（１２，１２’）へ変換するためのそれぞれのＡ／Ｄ変換器（３０Ａ，３０Ｂ）が設けられており、当該信号処理装置（５０）が更に、前記ディジタル超音波データ（１２，１２’）から結合ディジタル超音波信号（１５）を形成するための手段を有している、当該ディジタル信号処理装置（５０）において、
各信号路（Ａ，Ｂ）のそれぞれのＡ／Ｄ変換器（３０Ａ，３０Ｂ）の後に、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルによって前記ディジタル超音波データ（１２，１２’）を分解するための手段、及び閾値分析によってウェーブレット係数を変更するための手段が設けられ、また更に、それらの後に、結合ディジタル超音波信号（１５）を形成するために、前記ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって、前記分解された超音波データ（１２，１２’）のジョイント逆変換を行うための手段が設けられていること、を特徴とするディジタル信号処理装置（５０）。
【請求項７】
前記閾値分析のための閾値は可変的に選択することができることを特徴とする、請求項６記載のディジタル信号処理装置。
【請求項８】
ウェーブレット・フィルタ・データベース（４０Ａ，４０Ｂ）が、それぞれ第１の低域通過フィルタ（４１Ａ）及び第１の高域通過フィルタ（４２Ａ）を有し、各第１の低域通過フィルタ（４１Ａ）の出力が第２の低域通過フィルタ（４３Ａ）及び第２の高域通過フィルタ（４４Ａ）に接続され、これにより、該ウェーブレット・フィルタ・データベース（４０Ａ，４０Ｂ）は各信号路（Ａ，Ｂ）について、それぞれ３つの出力（１３，１３’，１３”，１４，１４’，１４”）を発生することができ、また更に、前記信号処理装置（５０）が、各々の第２の低域通過フィルタ（４３Ａ）の出力（１３，１４）をゼロに設定するための手段を有していることを特徴とする、請求項６及び７のいずれか１項に記載のディジタル信号処理装置。
【請求項９】
結合ディジタル超音波信号（１５）を形成するために前記分解された超音波データ（１２，１２’）のジョイント逆変換を行うための前記手段の後に、縮小可能なウェーブレット係数を持つ帯域通過フィルタ（４５）が設けられていることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれか１項に記載のディジタル信号処理装置。
【請求項１０】
前記帯域通過フィルタ（４５）のウェーブレットが自由に選択可能であることを特徴とする、請求項９記載のディジタル信号処理装置。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のディジタル信号処理装置を有することを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物体内で反射された超音波を表す超音波アナログ信号を処理するための方法に関するものである。その処理において、超音波アナログ信号は少なくとも２つの信号路に供給されて、各信号路で異なる程度に増幅される。増幅された超音波アナログ信号は各信号路でＡ／Ｄ変換器によってディジタル超音波データへ変換される。それらのディジタル超音波データから、更なる処理段階の後に結合ディジタル信号が再構成され、該結合ディジタル信号は次いで更なる処理段階を受けることができる。
【０００２】
本発明は更に、関連した信号処理装置、並びにこのような信号処理装置を使用する超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
材料試験の分野から、超音波による試験物体の非破壊検査のための様々な方法が知られている。パルス・エコー方法では、超音波送信器（トランスデューサ）によって発生された短い超音波パルスが、試験物体内で伝播するように試験物体内へ適当に照射される。このパルスが試験物体内の傷、例えば、不連続部に当たった場合、該パルスは少なくとも部分的に反射される。反射されたパルス（「反射パルス」と呼ぶ）は、超音波受信器によって検出される。試験物体内の不連続部の位置を、パルスの照射と受信器における反射パルスの到達との間の移動時間から推測することができる。反射パルスの振幅は、不連続部のサイズについての情報を提供する。
【０００４】
たとえパルス・エコー法が材料試験の分野で多年にわたって確立されていても、それらの用途は一般に、試験物体の体積全体の中の様々な傷を検出しようとするような検査の場合に制限されている。しかしながら、検査のために使用される超音波パルスをそれら自身が反射するような試験物体の構造の近辺に傷が生じている場合、試験物体内のこのような傷の検出は困難である。これは、これらの構造の反射率、従って所謂「ジオメトリー・エコー」に起因すると共に、試験物体のこれらの反射性構造の近くのパルスの時間幅が有限であることに起因する。このような場合、傷で反射されたパルスが試験物体の反射性構造で反射されたパルスとオーバーラップし、その結果、傷の信頼性のある検出が疑わしくなり又は不可能にさえなることもある。試験物体のこのような超音波反射性構造の例としては、入口表面、後面、又は他の幾何学的構造、例えば、溶接シーム上の根元凹面、急峻な厚さの変化部、過剰な頂部層など、が挙げられる。
【０００５】
試験物体内の傷又は不連続部は、トランスデューサの電気信号中の特異な異常プロフィールによって特徴付けられ、これは表示装置で視覚可能にすることができる。しかしながら、反射された超音波を表すトランスデューサの電気信号は、再生及び記録装置に入力するために増幅しなければならない。この場合、増幅された信号は、使用される再生装置の最小及び最大動作パラメータによって規定されるダイナミックレンジ内に入らなければならない。しかしながら、起こり得るジオメトリー・エコーにより、傷の比較的弱い信号は、他の信号が重畳している場合に表示することができないことがある。このように、幾つかの受信信号に大きな振幅差があると、相対的に小さい方の信号が検出し難くなる。
【０００６】
従って、例えば、ドイツ特許出願公開公報ＤＥ１０２００６０５２１６８Ａ１には、超音波信号を幾つかの線形増幅器によって同時に処理するようにした超音波検査用のディジタル対数増幅器が提案されている。各々の線形増幅器は、それぞれ、更なる処理のために１つのアナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）へ入力するための所望の出力信号レベルを達成するのに適したそれ自身の利得係数を持つ。各Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力信号は、論理回路によって、出力が最大出力信号を持っているかどうか検査される。この選択された選択信号は記憶保存される。更に、各変換器の出力信号は限界内に入るかどうか決定される。限定された帯域の外にある出力信号は除外され、他方、該帯域内にある信号はまた記憶保存される。その後、これらの記憶保存された出力信号曲線が結合されて、個々のＡ／Ｄ変換器の個々のダイナミックレンジの和に略対応するダイナミックレンジを有する１つの連続した線形ディジタル出力信号を形成する。このようにして、具体的に述べると、試験物体の表面によって反射された一定の信号を除外することによって、表面に近い傷を検出することが可能になり、その結果、他の場合には表面から反射された信号によって覆い隠されていたような傷についての相対的に小さい信号を取得することができる。
【０００７】
また試験物体のジオメトリー（幾何学的形状）に対するその相対的な位置が不利であるような傷を信頼性よく検出できるようにするためには、反射パルスを処理し評価するための巧妙な方法及び装置が必要である。この理由のため、超音波送信器は、多くの場合、とりわけ不所望の信号を除外すると想定されている評価ユニットの様々な構成部品及び回路に接続される。しかしながら、これらの構成部品及び回路は、較正に関して、また結果の信頼性及び一貫性に関して、解決しなければならない新たな問題が生じることがある。詳しく述べると、例えば、ドイツ特許出願公開公報ＤＥ１０２００６０５２１６８Ａ１に記載の一実施形態の場合のように、幾つかの増幅器が互いと結合されている場合、使用される増幅器は異なる直流オフセット（ＤＣオフセット）を生じさせる。それらの原因は、増幅器の回路関連許容差又は異なるオーバーシュートであり、それらのオフセットは所望の信号（Ｓ＝信号）と不所望の信号（Ｎ＝雑音）との比Ｓ／Ｎを増大するために低減しなければならない。
【０００８】
異なる増幅器の直流オフセットを補償するため、国際特許公開ＷＯ２００７／０４７０１８Ａ２には、ＤＣゼロ信号を発生して供給する幾つかのディジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）が提案されている。検査装置がオンに切り換えられる又は利得が変更される度毎に、マイクロプロセッサのアルゴリズムにより、必要なＤＣ補正値を決定し、次いで該補正値をＤ／Ａ 変換器に設定している。
【０００９】
また更に、各々の減衰路内のそれぞれのＡ／Ｄ変換器の後にＤＣ阻止装置を使用することが、例えば、上記文献のドイツ特許出願公開公報ＤＥ１０２００６０５２１６８Ａ１による実施形態から知られている。この場合、標準的なＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答フィルタ）を適当なＤＣ阻止装置として使用することができる。信号が各減衰路の後の信号に再び結合される場合、その結合出力信号に拡張ＦＩＲフィルタを適用することもできる。
【００１０】
所望の信号対不所望の信号の比Ｓ／Ｎを出来る限り大きくするために、信号処理にウェーブレット・アルゴリズムに基づいたフィルタリング技術を使用することも知られている。このような方法は、例えば、ドイツ特許出願公開公報ＤＥ１０２２５３４４Ａ１に記載されている。また更に、ドイツ特許出願公開公報ＤＥ１０２００９０３２１００Ａ１には、フィルタ・バンクを形成するように幾つかのフィルタをカスケード形式で使用して、測定信号をフィルタリングする方法が開示されている。この構成を使用することによって、信号は先ずウェーブレット領域に変換される（分解）。ウェーブレット領域内で、ウェーブレット係数の大きさが或るレベル内にあるか評価することによって、ウェーブレット係数が変更される。係数の大きさが所定の閾値よりも小さいとき、該係数はゼロに設定される。大きさが該閾値よりも大きいとき、正の係数の場合は該閾値を減算し、また負の係数の場合は加算する。この変更後、係数は時間領域へ逆変換され（再構成）、逆変換において使用されるフィルタ係数は変換におけるフィルタ係数とは異なる。
【００１１】
また更に、超音波試験の信号の処理の際に、幾つかのトランスデューサの増幅された信号をウェーブレット・フィルタリングして、信号を記憶する前にデータ低減を行うことが知られている。これは、例えば、ドイツ特許公報ＤＥ１０３３４９０２Ｂ３に開示されている。
【００１２】
本発明は、幾つかの線形増幅器を使用して超音波信号を並列に処理する場合に、これらの増幅器の直流オフセットを有利に低減して、所望の信号と不所望の信号との比Ｓ／Ｎを増大するような方法で、従来技術で知られている超音波に基づくパルス・エコー法を更に発展させることを目的とする。特に、この目的のために超音波アナログ信号を処理するための方法及び関連した信号処理装置を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許出願公開公報第１０２００６０５２１６８号公報
【特許文献２】国際特許公開第２００７／０４７０１８号
【特許文献３】独国特許出願公開公報第１０２２５３４４号公報
【特許文献４】独国特許出願公開公報第１０２００９０３２１００号公報
【特許文献５】独国特許公報第１０３３４９０２号公報
【発明の概要】
【００１４】
本発明によれば、この目的は、特許請求の範囲の独立項１の記載に従った方法によって達成される。この方法の有利な実施形態は従属項２乃至５から明らかである。更に、本目的は、独立項６に従った信号処理装置及びその従属項７乃至１０に従った実施形態によって達成される。本発明はまた、請求項１１に従った超音波検査装置を含む。
【００１５】
第１の実施形態では、被検査物体内で反射された超音波を表す超音波アナログ信号を処理するための本発明による方法は、超音波アナログ信号を少なくとも２つの信号路へ並列に供給することを含む。該超音波アナログ信号は、各信号路において、利得係数が互いから異なっているそれぞれの増幅器に供給される。このように差別的に増幅された超音波アナログ信号は、各信号路において、それぞれのＡ／Ｄ変換器に供給される。該Ａ／Ｄ変換器は、増幅された超音波アナログ信号をディジタル超音波データへ変換する。これらのディジタル超音波データから、更なる処理段階の後に結合(combined)ディジタル超音波信号が再構成される。
【００１６】
本発明によれば、各信号路において、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルによってディジタル超音波データの分解(decomposition) が実行され、またウェーブレット係数が、個々の信号データを結合して結合ディジタル超音波信号を形成する前に閾値分析によって変更される。この方法では、信号処理のこの時点で各信号路において、直流オフセットの効果的な低減を行うことができる（これは、随意選択により、個々の増幅器に適応させる）。このように分解された超音波データは、変更されたウェーブレット係数を用いたウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによってジョイント逆変換(joint inverse transformation)を受け、このプロセスにおいて結合ディジタル超音波信号が形成される。
【００１７】
従って、本発明は、一方において２つの信号路を再び結合し且つ他方においてウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルの後に不可欠である逆変換を行うために、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルにおける別々の分解によって相異なる増幅器段で得られた超音波データについてのジョイント逆変換が、変更されたウェーブレット係数を用いるウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって可能になると云う驚くべき洞察に基づいている。これと対照的に、（当業者が原則として精通している）ウェーブレット・フィルタリング・プロセスの具現化は、各々の個別の増幅器枝路において、分解、閾値分析及び再構成を別々に適用することより成る。
【００１８】
この予期せぬ可能性は、入力信号を、ウェーブレット・フィルタリング・プロセスの場合にも実行されるような振幅分解に対応する異なる増幅器を持つ（少なくとも）２つの信号路に分割することによるものとすることができる。従って、異なる増幅器枝路への信号分割は、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルにおける分解段階に類似すると見なすことができよう。
【００１９】
本発明による方法の代替の第２の実施形態では、分解は、各信号路のディジタル超音波データについてウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルにによって実行され、またウェーブレット係数が閾値分析によってそれぞれ変更され、このとき、分解された超音波データの逆変換が、各信号路において、変更されたウェーブレット係数を用いてウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって実行される。次いで、各信号路から得られた超音波データから結合ディジタル超音波信号が再構成され、該信号はダイナミックレンジが大きいと云う利点を持つ。
【００２０】
以下に説明される発明に従った方法についての全ての好ましい開発が、本発明の第１の実施形態並びに第２の実施形態の両方で実現できる。従って、それらは、本発明に従った方法の第１の実施形態並びに第２の実施形態の両方と組み合わせて開示されていると見なすべきである。
【００２１】
好ましくは、予め定められた閾値より小さいウェーブレット係数が、閾値分析においてゼロに設定される。また更に、ウェーブレット・フィルタ・データベースは、好ましくは、ドブシー(Daubechies)１２ウェーブレットを使用する。
【００２２】
本発明の模範的な一実施形態では、ウェーブレット・フィルタ・データベースを用いてウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムによる分解を行うために、両方の信号路のディジタル超音波データが、それぞれ、第１の低域通過フィルタ及び第１の高域通過フィルタに供給される。各増幅器枝路において、第１の低域通過フィルタの出力は第２の低域通過フィルタ及び第２の高域通過フィルタに供給され、これにより、ウェーブレット・フィルタ・データベースが、各信号路について、それぞれ３つの出力を発生する。第２の低域通過フィルタの出力は、直流オフセットを除くために両方の増幅器枝路においてゼロに設定することができる。残りの４つの出力から、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルに従ったジョイント逆変換によって結合ディジタル超音波信号が形成される。
【００２３】
結合ディジタル超音波信号の更なる処理のために、それは縮小可能なウェーブレット係数を持つ別の帯域通過フィルタに供給することができる。
【００２４】
本発明は更に、超音波アナログ信号を並列に供給することのできる少なくとも２つの信号路を有する関連したディジタル信号処理装置を提供する。各信号路には、利得係数が互いから異なるそれぞれの増幅器が設けられ、また各信号路には増幅器の後に、増幅された超音波アナログ信号をディジタル超音波データへ変換するためのそれぞれのＡ／Ｄ変換器が設けられる。信号処理装置は更に、ディジタル超音波データから結合ディジタル超音波信号を形成するための手段を有する。
【００２５】
各信号路のそれぞれのＡ／Ｄ変換器の後に、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルによってディジタル超音波データを分解するための手段、及び閾値分析によってウェーブレット係数を変更するための手段が設けられる。更に、本発明に従った信号処理装置の第１の実施形態では、変更されたウェーブレット係数を用いたウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって結合超音波信号の逆変換を行うための手段を有する。更に、本発明に従った信号処理装置の第２の実施形態では、各信号路について、（随意選択により個々に）変更されたウェーブレット係数を用いたウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって上記分解された超音波信号の別々の逆変換を行うための手段を有する。その後、両方の信号路／増幅器枝路の逆変換された超音波データから結合超音波信号を生成するための手段が設けられる。このように、本発明に従った信号処理装置の第２の実施形態は、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベルによってディジタル超音波データを分解するための手段、及び閾値分析によってウェーブレット係数を（場合により個別に）変更するための手段が、各信号路のそれぞれのＡ／Ｄ変換器の後に設けられ、その後に、変更されたウェーブレット係数を用いたウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって上記分解された超音波信号のジョイント逆変換を行うための手段が設けられ、更にその後に、各信号路において逆変換されたこれらの超音波データを再び結合して結合超音波信号を生成するための手段が設けられ、該結合超音波信号はダイナミックレンジが大きいと云う利点を持つこと、を特徴とする。
【００２６】
以下に説明される発明に従った方法についての全ての好ましい開発が、本発明の第１の実施形態並びに第２の実施形態の両方で実現できる。従って、それらは、本発明に従った方法の第１の実施形態並びに第２の実施形態の両方と組み合わせて開示されていると見なすべきである。
【００２７】
本発明の模範的な一実施形態では、閾値分析のための閾値を、処理の際に可変的に選択することができる。
【００２８】
この場合において、全ての信号処理段階は、単一のユニットによって実行し又は複数の異なるユニットに分散させることができ、或いは信号処理は異なる要素の機能を含む。この場合、本発明による複数の段階を実行する複数のユニットは、全体として、本発明による信号処理装置であると見なすべきである。
【００２９】
本発明の模範的な一実施形態では、ウェーブレット・フィルタ・データベースが、幾つかのカスケード接続の低域通過フィルタ及び高域通過フィルタによって実現される。この場合、該フィルタ・データベースは、それぞれ第１の低域通過フィルタ及び第１の高域通過フィルタを有し、各第１の低域通過フィルタの出力が第２の低域通過フィルタ及び第２の高域通過フィルタに接続され、この結果、各信号路について、ウェーブレット・フィルタ・データベースによってそれぞれ３つの出力を発生することができる。各々の第２の低域通過フィルタの出力は、直流オフセットを低減するために、信号処理装置内の手段によってゼロに設定することができる。
【００３０】
信号処理方向において逆変換を行うための手段の後に、縮小可能なウェーブレット係数を持つ帯域通過フィルタを設けることができる。この場合、帯域通過フィルタのウェーブレットは、自由に選択可能であることが好ましい。
【００３１】
本発明はまた更に、１つ以上の試験プローブの中に都合よく配置される１つ以上のトランスデューサに加えて、本発明に従ったこのようなディジタル信号処理装置を有する超音波検査装置を含む。この検査装置は、信号処理装置によって処理された超音波信号についての表示装置及び／又は記憶装置を有することが有利である。
【００３２】
本発明に従って、超音波信号のウェーブレット変換による分解が幾つかの信号路へ分割され、該分解を超音波アナログ信号の増幅度の異なる複数の信号路でそれぞれ行うことは、ＤＣオフセットを低減するための既知の解決策に対して様々な利点を有する。とりわけ、別個のＤＣ阻止装置を省略することができ、またＤＣオフセットの低減を、随意選択により信号処理の或る別の時点に何らかのやり方で用いられていたようなウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムによって達成することができる。異なる増幅器枝路に用いられるウェーブレット変換の個別の適応によって、特に、各増幅器枝路についてのウェーブレット変換から生じるＤＣ信号成分の抑圧を個別に調節することが可能である。このようにして、ＤＣオフセットを補償し且つ後振動挙動（リンギング）を補償することに関してそれぞれの枝路に使用されるアナログ信号増幅器の個々の特性に対する最適な適応が可能である。これはまた、個々の利得が調節可能である場合は特に有利である。従って、ウェーブレット変換の個々の段階を信号処理の相異なる時点で行うことによって、ウェーブレット変換は幾つかの目的のために有利に使用することができる。これらの利点は、本発明の両方の実施形態で、すなわち、第１の実施形態並びに第２の実施形態の両方で実現できる。第１の実施形態では、逆変換が、２つの信号路で生成された分解された超音波データについて一緒に行われ、このジョイント逆変換の結果は結合ディジタル超音波信号である。また第２の実施形態では、逆変換が、これらの信号路で生成された分解された超音波データについて別々に行われ、この別々の逆変換の結果は再び結合されて結合ディジタル超音波信号になる。
【００３３】
更に、これにより、調節に関して高度の融通性が可能になり、その結果、本発明による信号処理装置を使用する超音波検査装置が、例えば、閾値分析のための閾値が可変の態様で選択されるとき、様々な用途に適合させることができる。従って、標準的なフィルタが使用されるときに他の場合に起こり得るような、較正後に当然の効果が考慮されないと云うようなことが避けられる。
【００３４】
超音波アナログ信号を、差別的に増幅されて閾値分析される少なくとも２つのディジタル部分信号に変換することにより、特に、被検査物体内の表面近くの欠陥を捕捉することも可能である。表面に近い欠陥の反射信号曲線は、境界表面信号に比べて非常に小さい。境界表面信号の大きさは、欠陥の信号の大きさの略１００倍も大きいことがある。従って、この大きい方の信号は増幅器にとって過負荷になり、これにより、大きい方の信号曲線内に包含される欠陥の信号は、失われ又は検出可能にならない虞がある。しかしながら、境界表面信号を除外することによって、より小さい信号を表示することが可能になる。これにより、検査者は、表面に近い欠陥についてより正確な検査結果を得ることが可能になる。
【００３５】
本発明の他の利点、特別な特徴及び目的にかなった更なる進展は、「特許請求の範囲」の記載及び以下の図面を参照した好ましい実施形態の説明から明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、超音波アナログ信号を処理するための本発明による信号処理装置を使用する模範的な試験アセンブリの概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に従った本発明による信号処理装置の構成部品の動作モードを表す略図を示す。
【図３】図３は、本発明による方法で使用するためのフィルタ・データベースの模範的な実施形態を示す。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に従った超音波アナログ信号を処理するための本発明による方法の主要な段階を表す流れ図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に従った本発明による信号処理装置の構成部品の動作モードを表す略図を示す。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に従った超音波アナログ信号を処理するための本発明による方法の主要な段階を表す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明による信号処理装置５０及び関連した超音波アナログ信号を処理するための方法の利用について、図１に概略を図示する超音波検査のための試験装置を参照して説明する。図１において、使用しているパルス発生器６０が、被検査物体８０の中に超音波を送るために試験プローブ又はトランスデューサ７０へパルスを送信する。超音波は被検査物体８０に侵入して、例えば、後面８１によって反射され、このことが図１に矢印７１によって例示されている。欠陥８２が被検査物体８０内に存在する場合、超音波はこの欠陥８２で反射され、このことが図１に矢印７２によって例示されている。反射された超音波は、選択された模範的な実施形態で提供されているように、同じトランスデューサ７０によって受け取られる。しかしながら、幾つかのトランスデューサを持つ他の試験装置も使用することができ、この場合、或るトランスデューサは送信又は受信のみを行い、且つ他のトランスデューサは送信及び受信機能の両方を持つことができる。
【００３８】
それらのトランスデューサのそれぞれの動作モードに関係なく、反射された音波は電気信号１０へ変換され、該電気信号は、本発明に従って構成された信号処理装置５０へ入力信号１０として供給される。信号処理装置５０は、反射された超音波を表す超音波アナログ信号１０を処理して、出力信号１６として、表示装置９０上に表示することのできるディジタル化信号曲線を出力する。表示装置９０は、例えば、オシロスコープである。また、信号処理装置５０によって処理された信号１６を、表示装置９０に表示すると共に又は表示せずに、記憶手段１００に記憶保存するように構成することができる。
【００３９】
ディジタル信号処理装置５０は、実質的に図２に示されている構成部品によって超音波アナログ信号１０を処理する。この場合、アナログ超音波信号１０は、異なる増幅度を持つ少なくとも２つの信号路Ａ及びＢに並列に供給される。例えば、信号路Ｂが高い増幅度（高利得）を持つのに対して、信号路Ａは低い増幅度（低利得）を持つ。各信号路において、超音波アナログ信号１０が１つの増幅器２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ供給され、該増幅器はそれに対応して信号１０を増幅して超音波信号１１，１１’を生成する。各々の増幅された信号１１，１１’は、次いで、それぞれのＡ／Ｄ変換器３０Ａ，３０Ｂに供給され、該Ａ／Ｄ変換器はそれぞれの増幅されたアナログ信号１１，１１’をディジタル信号データ１２，１２’へ変換する。
【００４０】
２つの信号路Ａ，Ｂの端において、ディジタル信号データ１２，１２’から結合信号１５が形成され、該結合信号１５に対して更なる処理段階を行うことができる。しかしながら、異なる信号路及び増幅器２０Ａ，２０Ｂに起因して、各信号路において異なる直流オフセットが生成され、該直流オフセットは補償しなければならない。そうしないと、それらの直流オフセットが比Ｓ／Ｎを減少させて不利になるからである。
【００４１】
この目的のために、ディジタル信号データ１２，１２’に対して離散的ウェーブレット変換が行われる。この処理では、関連したウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第１のレベル（分解）が、２つの信号路の各々の増幅されディジタル化された信号１２，１２’について別々にそれぞれ実行され、他方、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベル（逆変換／再構成）が、該分解において得られた分解された超音波データ１２，１２’に一緒に適用される。このウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベル（逆変換／再構成）の結果が結合ディジタル超音波信号１５である。
【００４２】
ウェーブレット係数がダウンロード可能であり、またドブシー１２ウェーブレットが希望により使用される。分解の後、各信号路のウェーブレット係数は閾値分析（閾値処理）によって変更され、その場合、使用される閾値は、好ましくは、可変的に且つ個々に調節可能である。これにより信号処理装置の融通性のある設定が可能になり、その結果、超音波検査装置を異なる用途へ適合させることが可能になる。係数の変更の際、少なくとも、或る特定の閾値より小さいウェーブレット係数をゼロに設定するように構成される。
【００４３】
ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムを具現化するために、各信号路についてフィルタ・データベース４０Ａ，４０Ｂが使用され、これは、幾つかのレベルのカスケード接続の低域通過及び高域通過フィルタを有しており、図３には、信号路Ａの信号１２及び関連したフィルタ・データベース４０Ａについて概略図が示されている。第２の信号路Ｂの信号データ１２’についての信号処理は、類似の態様で行われる。
【００４４】
好ましくは、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムによる分解のために、ディジタル超音波データ１２は、第１のレベルのカスケード接続フィルタ・バンクを形成する第１の低域通過フィルタ４１Ａ及び第１の高域通過フィルタ４２Ａに供給される。次いで、各第１の低域通過フィルタ４１Ａの出力信号が、第２のレベルのカスケード接続フィルタ・バンクを形成する第２の低域通過フィルタ４３Ａ及び第２の高域通過フィルタ４４Ａに供給される。このようにして、３つの出力１３、１３’及び１３”がフィルタ・データベース４０Ａによって発生される。第２の低域通過フィルタ４３Ａの出力１３は、この処理において直ちにゼロに設定され、これによってこの信号路Ａについての直流オフセットが除かれる。
【００４５】
このように、それぞれの低域通過及び高域通過フィルタを持つ少なくとも２つのレベルが、フィルタ・データベース４０Ａによって実現される。しかしながら、レベルの数は増大させることができ、この場合、第２の低域通過フィルタ４３Ａの出力を更に別の低域通過及び高域通過フィルタに供給すると云うように行うことができる。また更に、この離散的ウェーブレット変換をウェーブレット・パケット変換へ拡張することが可能であり、その場合、高域通過フィルタの出力が、各レベルにおいて、低域通過及び高域通過フィルタにそれぞれ供給される。
【００４６】
同じ分解及び閾値分析が第２の信号路Ｂのディジタル化された信号１２’について行われ、これにより各信号路について３つの信号データ１３、１３’、１３”及び１４、１４’、１４”が発生され、それら信号の内の２つは、ＤＣオフセットを低減するために直ちにゼロに設定される。従って、両方の信号路についての全体の結果は、４つの信号データ１３’、１３”、１４’及び１４”であり、これらは、図２に示されているように、次の処理段階で再び結合されてディジタル超音波信号１５を形成する。この処理段階において、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルが、全ての４つの信号データ１３’、１３”、１４’及び１４”の集合に一緒に逆変換の形で適用され、その際、変更された係数が使用される。
【００４７】
超音波アナログ信号を処理するための本発明による方法の第１の実施形態の主要な段階及びそれらの順序が図４の流れ図に示されている。
【００４８】
図５は、本発明の第２の実施形態に従った本発明による信号処理装置の構成部品の動作モードを表す略図を示す。これは、下記の差異を除けば、図２に示された本発明の第１の実施形態に完全に対応する。２つの信号路Ａ及びＢにおいて、各信号路についてディジタル化された信号１２，１２’から別々の分解及び閾値分析によって３つの信号データ１３、１３’、１３”及び１４、１４’、１４”が発生される。しかしながら、それらの信号の内の２つが、ＤＣオフセットを低減するために直ちにゼロに設定される。従って、２つの信号路の各々についてそれぞれ２つの信号１３’、１３”、並びにそれぞれ１４’、１４”が生じ、それらは、各信号路において、ウェーブレット・フィルタ・アルゴリズムの第２のレベルによって別々に逆変換されてディジタル超音波信号１５’及び１５”を生成し、その際、変更された係数が用いられる。このように生成されたディジタル超音波信号１５’及び１５”は、図５に示されるように、適当な装置で結合されて、大きいダイナミックレンジを持つ結合ディジタル超音波信号１５を生成する。
【００４９】
超音波アナログ信号を処理するための本発明による方法の主要な段階並びにそれらの順序が、図６の流れ図に示されている。
【００５０】
このようにして得られたディジタル超音波信号１５は、本発明の両方の実施形態において更なる処理段階を受けることができる。例えば、時間利得補償（ＴＧＣ）を行うことができ、また信号を別の帯域通過フィルタ４５に供給することができる。縮小可能な係数及び個々に選択可能なウェーブレットを帯域通過フィルタのために使用することができる。更に、この場合、ウェーブレット係数に閾値分析を行うことができる。
【００５１】
この信号処理に続いて、生成された出力信号１６を、オシロスコープのような表示装置９０で表示し、及び／又は記憶手段１００に記憶させることができる。直流オフセットの補償が達成されたことにより、何らの補償を行っていない解決策と比べて、所望の信号と不所望の信号との比Ｓ／Ｎが増大され、これは、特に、表面に近い欠陥についての相対的に小さい信号の検出を容易にする。
【符号の説明】
【００５２】
Ａ  低増幅度の信号路
Ｂ  高増幅度の信号路
１０超音波アナログ信号
１１、１１’  増幅された超音波アナログ信号
１２、１２’  ディジタル超音波データ
１３、１３’、１３”  信号路Ａのフィルタ・データベースの出力
１４、１４’、１４”  信号路Ｂのフィルタ・データベースの出力
１５  結合ディジタル超音波信号
１６  信号処理装置の出力信号
２０Ａ、２０Ｂ  増幅器
３０Ａ、３０Ｂ  Ａ／Ｄ変換器
４０Ａ、４０Ｂ  ウェーブレット・フィルタ・データベース
４１Ａ  第１のレベルのディジタル低域通過フィルタ
４２Ａ  第１のレベルのディジタル高域通過フィルタ
４３Ａ  第２のレベルのディジタル低域通過フィルタ
４４Ａ  第２のレベルのディジタル高域通過フィルタ
４５  帯域通過フィルタ
５０  信号処理装置
６０  パルス発生器
７０  トランスデューサ
７１  後面への超音波
７２  欠陥への超音波
８０  被検査物体
８１  被検査物体の後面
８２  欠陥
９０  表示装置
１００  記憶手段
【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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【国際調査報告】
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