(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に浸漬された被検体との間で前記液体を介して該被検体の内部が焦点となるように遅延時間が調整された超音波を送受信する複数の超音波振動子を列状に配列してなるアレイプローブと、前記複数の超音波振動子のそれぞれの受波信号に前記遅延時間分だけ元に戻す遅延処理を行った反射エコー信号のうち、前記被検体の前記アレイプローブ側の表面で反射した表面エコー信号に基づいて表面基準を設定するインターフェース設定手段と、前記反射エコー信号を加算した合成信号のうち、前記表面基準から所定時間遅れた位置に設定された評価ゲート位置で検出された信号に基づいて、前記被検体の表面から所定深さ位置の画像を生成する画像生成手段とを備えてなる超音波探傷装置において、
前記インターフェース設定手段は、探傷時に前記遅延時間を調整して送信された同一群の送波信号に対する受波信号に前記遅延処理を行って生成した反射エコー信号に基づいて、前記表面エコー信号と前記評価ゲート位置で検出された信号を生成しており、前記複数の超音波振動子のうち、列の中央部の超音波振動子の表面エコー信号に基づいて前記表面基準を設定することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記インターフェース設定手段は、前記複数の超音波振動子のうち、列の中央部の複数の超音波振動子の表面エコー信号を加算し、加算した信号に基づいて前記表面基準を設定する請求項１の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記インターフェース設定手段は、前記列の中央部の複数の超音波振動子の数を変更可能に設けられてなる請求項２の超音波探傷装置。
【請求項４】
水に浸漬された被検体との間で前記水を介して超音波を送受信する複数の超音波振動子を列状に配列してなるアレイプローブと、前記複数の超音波振動子のそれぞれに送波信号を与える送信器と、前記複数の超音波振動子のそれぞれからの受波信号を受信する受信器と、前記送信器に対して送波信号の焦点が前記被検体の内部となるように遅延時間を調整する遅延処理を行うとともに、前記受信器で受信された受波信号に対して前記送波信号の遅延時間分だけ元に戻す遅延処理を行う遅延時間制御回路と、前記遅延時間制御回路から出力された反射エコー信号のうち、前記被検体の前記アレイプローブ側の表面で反射した表面エコー信号を加算する表面エコー合成回路と、該表面エコー合成回路で加算された信号に基づいて表面基準を設定するインターフェースゲート設定回路と、前記表面基準から所定時間遅れた位置に評価ゲートを設定する評価ゲート設定回路と、前記遅延時間制御回路から出力された反射エコー信号を加算する波形合成回路と、該波形合成回路から出力された合成信号のうち、前記評価ゲート位置の信号を検出して内部エコー信号とし、該内部エコー信号に基づいて前記被検体の表面から所定深さ位置の画像を生成する画像生成回路とを備えてなる超音波探傷装置において、
前記表面エコー信号と前記内部エコー信号は、いずれも探傷時に前記遅延時間を調整して送信された一群の送波信号に対する受波信号に前記遅延処理を行って生成された反射エコー信号に基づく信号であり、
前記表面エコー合成回路での加算対象として、前記複数の超音波振動子のうち、列の両端部を除いた中央部の複数の超音波振動子を指定する表面エコー受信振動子指定回路を有し、前記表面エコー合成回路は、指定された超音波振動子の前記表面エコー信号を加算することを特徴とする超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷装置に係り、具体的には、水などの液体に浸漬された被検体との間で液体を介して超音波を送受信し、被検体表面で反射した表面エコーを基準として表面から所定の深さ位置の反射エコーを検出し画像化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、アレイプローブを用いて被検体との間で超音波を送受信して得られた反射エコー信号に基づいて被検体内部の画像を生成し、非破壊で被検体内部の傷・欠陥などの有無を検査するものである。
【０００３】
アレイプローブは、列状に配列された複数の超音波振動子を有し、その内のいくつかの連接する複数の振動子群で１つの超音波パルスビームを送受信するよう構成されている。この振動子群を構成する各振動子に与える送波信号（励振信号）、及び各振動子で受信した受波信号（エコーの受信信号）に時間的ずれ（遅延パタン）を与えて、いわゆるフェーズドアレイとして機能させることにより、超音波ビームを集束させて、焦点を持った超音波エコーを得ることができる。なお、各振動子の振動子配列方向に直交する方向に曲率をつけることにより、この直交方向についても焦点を持たせることができる。
【０００４】
また、振動子群を構成する振動子の組合せを１振動子ずつ配列方向にずらしながら電子走査することにより、配列方向に沿った複数の画像を得ることができる。
【０００５】
ところで、このような超音波探傷装置として、特許文献１に記載されているように、被検体とアレイプローブの間に水を介在させて、水を介して超音波を送受信する水浸用の超音波探傷装置が知られている。また、被検体のアレイプローブ側の表面から反射する表面エコー信号に基づいて表面基準を設定するとともに、表面基準から所定時間遅れた位置に欠陥検査用の評価ゲートを設定し、評価ゲート位置の反射エコー信号を検出することにより、被検体の表面から所定の深さ位置における欠陥検出を行うことが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３７４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、表面基準の位置を安定させるために、表面エコー信号に対する例えば閾値などの設定レベルについて注意を払う必要があり、作業性を向上させることについて改善の余地が残されている。
【０００８】
すなわち、複数の振動子により超音波パルスビームを生成する場合、送信エコーが被検体内部の所定の焦点位置で同時に合成されるように遅延パタンが設定されるため、焦点位置で反射して各振動子が受信する反射エコー信号は相互に位相が揃っており、これらを加算した合成波形は安定する。
【０００９】
一方、表面エコー信号は、焦点位置より手前に位置している被検体表面で反射して各振動子で受信されるため、必ずしも相互に位相が一致せず、これら表面エコー信号を加算した信号に基づいて設定される表面基準の位置は、走査場所によってまちまちとなり安定しない。
【００１０】
したがって、走査場所によらず表面基準の位置を揃えるためには、表面エコー信号に対する例えば閾値などのレベルを適切に設定することに注意を払う必要があり、作業性の面で好ましくない。
【００１１】
そこで、本発明は、表面基準を設定する際の表面エコー信号に対するレベル設定の作業性を向上させた超音波探傷装置を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の超音波探傷装置は、液体に浸漬された被検体との間で前記液体を介して該被検体の内部が焦点となるように遅延時間が調整された超音波を送受信する複数の超音波振動子を列状に配列してなるアレイプローブと、複数の超音波振動子のそれぞれの受波信号に前記遅延時間分だけ元に戻す遅延処理を行った反射エコー信号のうち、被検体の前記アレイプローブ側の表面で反射した表面エコー信号に基づいて表面基準を設定するインターフェース設定手段と、反射エコー信号を加算した合成信号のうち、表面基準から所定時間遅れた位置に設定された評価ゲート位置で検出された信号に基づいて、被検体の表面から所定深さ位置の画像を生成する画像生成手段とを備えることを基本構成とする。
【００１３】
そして、上記課題を解決するため、インターフェース設定手段は、探傷時に前記遅延時間を調整して送信された同一群の送波信号に対する受波信号に前記遅延処理を行って生成した反射エコー信号に基づいて、表面エコー信号と評価ゲート位置で検出された信号を生成しており、複数の超音波振動子のうち、列の中央部の超音波振動子の表面エコー信号に基づいて前記表面基準を設定することを特徴とする。
【００１４】
すなわち、走査場所によって評価ゲート位置がばらつくのは、各振動子で受信した表面エコー信号の位相の不整合によるものであるところ、本発明では、表面基準を設定する際には、列の中央部の超音波振動子の表面エコー信号のみを採用している。列の中央部の超音波振動子の表面エコー信号は、列全体の表面エコー信号に比べて、振動子相互の表面エコー信号の位相のばらつきが小さいため、ある程度位相が揃った表面エコー信号のみに基づいて表面基準を設定することにより、走査場所によらず表面基準の位置が安定する。その結果、表面基準から所定時間遅れた位置に設定される評価ゲート位置、言い換えれば表面からの深さ位置も安定するため、走査場所によって表面エコー信号に対するレベル設定に特段の注意が不要であり、作業性を向上させることができる。
【００１５】
この場合において、インターフェース設定手段を、複数の超音波振動子のうち、列の中央部の複数の超音波振動子の表面エコー信号を加算し、加算した信号に基づいて表面基準を設定するよう構成することができる。
【００１６】
また、インターフェース設定手段を、列の中央部の複数の超音波振動子の数を変更可能に設けることができる。つまり、列の中央部の超音波振動子の数は、上述のように、多くすればするほど表面エコー信号の相互の位相の不整合が顕著になる一方、少なすぎると、表面エコー信号を加算した信号強度が小さすぎて表面基準を設定できない場合がある。そこで、確実に表面基準を設定できる信号強度を確保しつつ、表面エコー信号相互の位相不整合を極力抑制できるような振動子数を、適宜選択可能とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、表面基準を設定する際の表面エコー信号に対するレベル設定の作業性を向上させた超音波探傷装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用してなる超音波探傷装置の実施形態を、図１〜図３を用いて説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の超音波探傷装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、超音波探傷装置１０は、水１１に浸漬された被検体１２との間で水１１を介して超音波を送受信する複数の超音波振動子１４（以下、適宜単に振動子１４という）を、列状に配列してなるアレイプローブ１６を備えている。なお、被検体１２としては、例えばアレイプローブ１６の振動子列に対して略平行な表面を有するＩＣチップなどが挙げられる。ただし、被検体は、ＩＣチップに限らず振動子列に対して略平行な表面を有するものであればよい。
【００２０】
また、超音波探傷装置は、複数の振動子１４のそれぞれに対応して設けられ、各振動子１４に送波信号を与える複数の送信器１８と、各振動子１４のそれぞれに対応して設けられ、各振動子１４からの受波信号を受信する複数の受信器２０と、送波信号及び受波信号の制御及び処理を行うＦＰＧＡ(Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ)２２と、ＦＰＧＡ２２から出力される信号に基づいて被検体内部の画像を生成するＰＣ２４などを備えて構成されている。なお、ＦＰＧＡ２２からの出力信号を画像化する画像生成回路を備えていれば、必ずしもＰＣ２４を備えている必要はない。
【００２１】
ＦＰＧＡ２２は、送信器１８に対して送波信号の遅延処理を行うとともに、受信器２０で受信された受波信号に遅延処理を行う遅延時間制御回路２６と、遅延時間制御回路２６から出力された反射エコー信号を加算する波形合成回路２８と、波形合成回路２８から出力された合成信号から、被検体内の所定深さ位置の信号を検出するために用いられる評価ゲートを設定する評価ゲート設定回路３０とを備えている。
【００２２】
また、評価ゲート設定回路３０において評価ゲートを設定するために、被検体の表面から反射した表面エコー信号に基づいて表面基準を設定するＩＦ（インターフェース）ゲート設定回路３２を備えている。
【００２３】
さらに、本実施形態の特徴部として、複数の振動子のうち、ＩＦゲート設定回路３２で表面基準を設定する際に用いる振動子を指定する表面エコー受信振動子指定回路３４と、遅延時間制御回路２６から出力された反射エコー信号のうち、表面エコー受信振動子指定回路３４で指定された振動子の表面で反射した表面エコー信号を加算する表面エコー合成回路３６とを備えている。なお、ＩＦゲート設定回路３２，表面エコー受信振動子指定回路３４，表面エコー合成回路３６などによって、インターフェース設定手段が構成される。
【００２４】
続いて、本実施形態の超音波探傷装置の全体の動作を説明する。ＰＣ２４からのトリガ信号３８によって、遅延時間制御回路２６から、遅延時間が調整された励振パルス４０が各送信器１８を介して各振動子１４に対して供給される。これにより、各振動子１４から遅延時間が調整された送信エコー４２が水１１を介して被検体１２に伝達され、被検体１２のアレイプローブ１６側の表面，内部或いは底面から反射エコー４４が、各振動子１４を励起して受波信号が受信器２０で受信される。
【００２５】
受信器２０から出力された受波信号４６は、遅延時間制御回路２６で送信時に調整された遅延時間分だけ元に戻す処理が行われて反射エコー信号が生成される。ここで、反射エコー信号のうち、被検体１２のアレイプローブ１６側の表面で反射した表面エコー信号が表面エコー受信振動子指定回路３４に送られ、表面エコー受信振動子指定回路３４において指定された振動子１４の表面エコー信号のみが、表面エコー合成回路３６に送られる。表面エコー合成回路３６において、表面エコー信号が加算され、加算された信号はＩＦゲート設定回路３２に送られる。そして、ＩＦゲート設定回路３２において、加算された信号に基づいて表面基準が設定される。
【００２６】
一方、遅延時間制御回路２６で生成された反射エコー信号のうち、表面エコー信号以降の他の反射エコー信号は、波形合成回路２８に送られ、加算されて合成信号４８が生成される。そして、合成信号４８のうち、評価ゲート設定回路３０において表面基準から所定時間遅れた位置に設定された評価ゲート位置の信号のみが、内部エコー信号として検出され、ＰＣ２４に送られる。ＰＣ２４において、内部エコー信号に基づいて階調化された画像が生成される。
【００２７】
以上の一連の動作を、超音波パルスビームを形成する複数振動子の組合せを１振動子ずつ配列方向にずらしながら電子走査するとともに、配列方向に直交する方向に例えば機械的に走査しながら繰り返すことにより、被検体１２の表面から所定深さ位置の画像が生成される。
【００２８】
以下、本実施形態の特徴構成による効果について説明する。まず、図２を用いて従来技術による評価ゲートの設定について説明する。例えば、初めにＮｏ．1からＮｏ．１６の振動子１４を第１振動子群５０とすると、遅延時間５２がそれぞれ調整された励振パルス４０により振動子１４から送信エコー４２が送信される。送信エコー４２は、被検体１２の表面５４、及び内部の反射源５６で反射される。なお、反射源５６とは、被検体内部の欠陥・傷などの音響インピーダンスが被検体内部の音響インピーダンスと異なる部位のことである。
【００２９】
ここで、アレイプローブ１６と被検体１２との水距離６０などを考慮して超音波の焦点５８が反射源５６の位置付近になるように遅延パタンを設定した場合、超音波の焦点５８に位相が揃った超音波が収束し、超音波エコーの強度が増す。被検体１２の表面５４又は内部の反射源５６からの反射エコー４４は、送信エコー４２の経路を逆に戻り、再び第１振動子群５０で受信される。
【００３０】
ここで、第１振動子群５０によるＡスコープ６２に示すように、ＩＦゲート設定回路３２及び評価ゲート設定回路３０により、Ｎｏ．1からＮｏ．１６の振動子１４の表面エコー信号を加算した表面エコー合成信号６４の設定閾値（ＩＦゲート６５）以上となる箇所に表面基準６６が設定され、表面基準に対して一定時間遅れて一定位置を保つ評価ゲート６８が設定される。そして、被検体１２の内部の反射エコー信号を加算した合成信号のうち、評価ゲート位置の信号７０が内部エコー信号として検出される。
【００３１】
また、次に振動子１４の組合せを1個電子走査方向７２にずらしてＮｏ．２からＮｏ．１７の振動子１４を第２振動子群５０ａとし、第１振動子群５０と同様に被検体１２の内部の反射源５６を検出する。第２振動子群５０ａによるＡスコープ７５に示すように、Ｎｏ．２からＮｏ．１７の振動子１４の表面エコー信号を加算した表面エコー合成信号７６に対して設定閾値（ＩＦゲート６５）以上となる箇所に表面基準７８が設定され、表面基準７８に対して一定時間遅れて一定位置を保つ評価ゲート８０が設定される。
【００３２】
そして、被検体１２の内部の反射エコー信号を加算した合成信号のうち、評価ゲート位置の信号が内部エコー信号として検出される。この例では、評価ゲート８０の位置に、所望とする信号が対応していない場合を示している。
【００３３】
電子走査方向７２に同様に振動子１４の組合せをずらすことにより、アレイプローブ１６の幅での検出範囲７４が確保され、被検体１２に平行かつ電子走査方向７２に直交する方向にアレイプローブ１６を動作させることにより、被検体１２内部の表面から所定の深さの画像を生成することができる。
【００３４】
ここで、例えば、第１振動子群のＡスコープ６２と第２振動子群のＡスコープ７５に示すように、第１振動子群５０による表面エコー合成信号６４と第２振動子群５０ａによる表面エコー合成信号７６は、互いに波形が揃っていない。これは、焦点５８の手前の表面５４で反射した反射エコー信号は各振動子相互で必ずしも位相が一致していないため、これらを加算した合成信号の波形が不安定になるためである。
【００３５】
このため、それぞれに設定した表面基準６６，７８の位置が異なり、評価ゲート６８，８０が表面５４から同一な深さ位置を確保できない。したがって、評価ゲート６８，８０を表面５４から同一深さにするためには、例えば、ＩＦゲート６５のレベルを走査場所ごとに適宜変更しながら設定するなどの作業が必要となるため、作業性の面で好ましくない。
【００３６】
これに対して、本実施形態の超音波探傷装置では、上述のように、表面エコー受信振動子指定回路３４において指定された振動子１４の表面エコー信号のみが表面エコー合成回路３６に送られ、表面エコー合成回路３６において加算される。この構成による動作、及び作用について、図３を用いて説明する。
【００３７】
上述の従来技術と同様に、例えば初めにＮｏ．1からＮｏ．１６の振動子１４を第１振動子群５０とすると、遅延時間５２がそれぞれ調整された励振パルス４０により各振動子１４から送信エコー４２が送信される。送信エコー４２は、被検体１２の表面５４及び内部の反射源５６で反射され、反射エコー４４は、送信エコー４２の経路を逆に戻り、再び第１振動子群５０で受信される。
【００３８】
ここで、第１振動子群５０によるＡスコープ６２に示す表面エコー合成信号６４は、受信時に位相がほぼ同一の第１振動子群５０の振動子列の中央部（Ｎｏ．７からＮｏ．１０）の振動子による表面エコー信号８２を加算した合成されたものである。また、表面エコー合成信号６４の設定閾値（ＩＦゲート６５）以上となる箇所に表面基準６６が設定され、表面基準に対して一定時間遅れて一定位置を保つ評価ゲート６８が設定される。そして、被検体１２の内部の反射エコー信号を加算した合成信号のうち、評価ゲート位置の信号７０が内部エコー信号として検出される。
【００３９】
次に、振動子１４の組合せを1個電子走査方向７２にずらしてＮｏ．２からＮｏ．１７の振動子１４を第２振動子群５０ａとすると、第１振動子群５０と同様に被検体１２の内部の反射源５６を検出する。
【００４０】
第２振動子群５０ａによるＡスコープ７５に示す表面エコー合成信号７６は、受信時に位相がほぼ同一の振動子列の中央部の振動子（Ｎｏ．８からＮｏ．１１）による表面エコー信号８４を加算して合成したものである。また、表面エコー合成信号７６の設定閾値（ＩＦゲート６５）以上となる箇所に表面基準７８が設定され、表面基準７８に対して一定時間遅れて一定位置を保つ評価ゲート８０が設定される。そして、被検体１２の内部の反射エコー信号を加算した合成信号のうち、評価ゲート位置の信号８６が内部エコー信号として検出される。
【００４１】
続いて、電子走査方向７２に同様に振動素子１４の組合せをずらすことにより、アレイプローブ１６の幅での検出範囲７４が確保され、被検体１２に平行かつ電子走査方向７２に直交する方向にアレイプローブ１６を動作させることにより被検体１２内部の表面から所定の深さの画像を生成することができる。
【００４２】
本実施形態によれば、例えば第１振動子群５０による表面エコー合成信号６４と第２振動子群５０ａによる表面エコー合成信号７６は、焦点５８の手前の表面で反射した表面エコー信号を加算したものではあるが、受信時に位相がほぼ同一となる振動子群の中央付近の振動子を選定しているため、振動子群間でも位相が揃い同形状となる。
【００４３】
したがって、それぞれに設定した表面基準６６，７８が同じ位置になり、評価ゲート６８，８０が表面５４から同一な深さ位置を確保でるため、同一深さのデータを採取することができる。このようなことが、アレイプローブ１６の検出範囲７４で同様に発生するため、走査場所ごとにＩＦゲートのレベル設定に注意を払いながら適宜変更するなどの作業が不要となり、作業性を向上することができる。
【００４４】
なお、列の中央部の超音波振動子の数は、上述のように、多くすればするほど表面エコー信号の相互の位相の不整合が顕著になる一方、少なすぎると、表面エコー信号を加算した信号強度が小さすぎて表面基準を設定できない場合がある。そこで、確実に表面基準を設定できる信号強度を確保しつつ、表面エコー信号相互の位相不整合を極力抑制できるような振動子数を、適宜選択可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の超音波探傷装置の全体構成を示す図である。
【図２】従来技術による評価ゲートの設定態様について説明する図である。
【図３】本発明の超音波探傷装置による評価ゲートの設定態様について説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  超音波探傷装置
１１  水
１２  被検体
１４  超音波振動子
１６  アレイプローブ
１８  送信器
２０  受信器
２４  ＰＣ
２６  遅延時間制御回路
２８  波形合成回路
３０  評価ゲート設定回路
３２  ＩＦゲート設定回路
３４  表面エコー受信振動子指定回路
３６  表面エコー合成回路
６６，７８  表面基準
６８，８０  評価ゲート
【図１】
0004909916.tif 000002
【図２】
0004909916.tif 000003
【図３】
0004909916.tif 000004