JP2010243321A - Ultrasonic measurement method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波測定方法及び装置に係り、特に、超音波振動素子を２次元配列したアレイ型の超音波センサを用いるに好適な超音波測定方法及び装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic measurement method and apparatus, and particularly to an ultrasonic measurement method and apparatus suitable for using an array type ultrasonic sensor in which ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged.
従来、欠陥の進展方向が予測困難な場合、軸方向及び周方向の超音波探傷検査では欠陥を見落とす可能性があり、全方位を網羅する探傷が求められている。さらに、この種の欠陥の検出は斜角探傷で行うため、これらを同時に実現する超音波検査技術が必須となっている。また、検査時間の短縮化のニーズから、機械的な走査なしに全方位の斜角探傷を可能とする技術の確立が求められている。
それに対して、固定角センサを使用した場合、機械的な回転走査を必要とし、超音波の入射角を変更する場合には、センサの変更が必要となるので測定時間が長くなる。また、超音波振動素子を１次元配列したリニアアレイセンサでは、各超音波振動素子に与える電気的な信号のタイミングを制御することで、配列方向に任意の屈折角で超音波ビームを収束させ、フェーズドアレイ技術により２次元的な走査が可能である。そのためセンサの交換の必要性は無くなったが、全方位測定を行うためには固定角センサを用いた場合と同じく、機械的な回転走査が必要となり、測定時間が長くなる。
そこで、近年、検査時間をより短縮するために、超音波振動素子を２次元配列したマトリクスアレイセンサを用いたフェーズドアレイ技術の研究開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１参照）。この方法によると、リニアアレイセンサ同様に電気的な信号のタイミングを制御することにより３次元に超音波を送・受信することを可能であり、機械的な回転走査をすることなく、短時間でＳＮ比良く全方位測定を行うことができる。
しかしながら、２次元に超音波振動素子を配列する場合、フェーズドアレイ装置で制御できる素子数に技術的な限界があるため開口を十分とることができず、分解能が十分でない可能性がある。さらに、従来の矩形マトリクスアレイセンサをもちいた３６０度全方位測定は、アレイセンサを構成する超音波振動素子の配列の対称性や超音波振動素子形状が原因で、感度ムラが生じる恐れがある。
それに対して、素子を２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子のうち、電子走査する方向に沿った配列の超音波振動素子群のみ超音波の送・受信に使用する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
Conventionally, when it is difficult to predict the progress direction of a defect, there is a possibility that the defect may be overlooked in the ultrasonic inspection in the axial direction and the circumferential direction, and a flaw detection covering all directions is required. Further, since this type of defect detection is performed by oblique flaw detection, an ultrasonic inspection technique that realizes these simultaneously is essential. In addition, due to the need for shortening the inspection time, establishment of a technique that enables oblique flaw detection in all directions without mechanical scanning is required.
On the other hand, when a fixed angle sensor is used, mechanical rotational scanning is required, and when the incident angle of ultrasonic waves is changed, the sensor needs to be changed, resulting in a longer measurement time. Moreover, in the linear array sensor in which the ultrasonic vibration elements are arranged one-dimensionally, by controlling the timing of the electrical signal given to each ultrasonic vibration element, the ultrasonic beam is converged at an arbitrary refraction angle in the arrangement direction, Two-dimensional scanning is possible by the phased array technique. Therefore, there is no need to replace the sensor. However, in order to perform omnidirectional measurement, mechanical rotation scanning is required as in the case of using a fixed angle sensor, and the measurement time is increased.
Therefore, in recent years, in order to further reduce the inspection time, research and development of phased array technology using a matrix array sensor in which ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged has been actively performed (for example, see Patent Document 1). According to this method, it is possible to transmit and receive ultrasonic waves in three dimensions by controlling the timing of electrical signals as in the linear array sensor, and in a short time without mechanical rotation scanning. Omnidirectional measurement can be performed with a high SN ratio.
However, when arranging ultrasonic vibration elements in two dimensions, there is a technical limit on the number of elements that can be controlled by the phased array device, so that it is not possible to obtain a sufficient aperture, and the resolution may not be sufficient. Furthermore, 360-degree omnidirectional measurement using a conventional rectangular matrix array sensor may cause sensitivity unevenness due to the symmetry of the arrangement of ultrasonic vibration elements constituting the array sensor and the shape of the ultrasonic vibration elements.
On the other hand, among the ultrasonic vibration elements constituting the array sensor in which the elements are two-dimensionally arranged, a method of using only the ultrasonic vibration element group arranged in the direction of electronic scanning for transmitting / receiving ultrasonic waves is known. (For example, refer to Patent Document 2).
また、２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子に対して、千鳥状に送信素子及び受信素子を選択して使用する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。 In addition, a method of selecting and using a transmitting element and a receiving element in a zigzag manner with respect to the ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensionally arranged array sensor is known (for example, see Patent Document 3).
しかしながら、特許文献２記載の方法では、リニアアレイセンサと同じく超音波ビームが実際には走査と直交する方向に拡がりをもつため、マトリクスアレイセンサ特有の超音波を３次元的に点集束する効果を得ることができないという問題がある。
さらに、その他の問題として、欠陥が超音波の伝搬角度が法線方向に近い測定角度範囲に存在する場合においては、超音波が被測定体裏面にてはね返り底面エコーとして検出され、この範囲において、たとえば試験体裏面と同等の深さにある欠陥に起因するコーナーエコーに対するノイズとなる。その他の角度範囲においても、高周波成分のグレーティングローブが底面で反射され、同様にノイズとなる問題がある。
However, in the method described in
Furthermore, as another problem, in the case where the defect exists in the measurement angle range in which the propagation angle of the ultrasonic wave is close to the normal direction, the ultrasonic wave is detected as a bounce bottom echo on the back surface of the measured object. For example, it becomes noise with respect to a corner echo caused by a defect having a depth equivalent to the back surface of the specimen. Even in other angle ranges, there is a problem that the grating lobes of high-frequency components are reflected on the bottom surface and become noise as well.
ここで、特許文献３記載のものでは、例えば、特許文献３の図１に記載のように、８行８列の２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子に対して、各行、各列に対して、一つおきに、送信素子及び受信素子として交互に選択している。そのため、送信素子の間隔及び受信素子の間隔は、８行８列の２次元配列したアレイセンサを構成する超音波振動素子を全て送信素子若しくは受信素子として用いた場合の２倍の距離となる。送受信素子の間隔が広くなると、グレーティングローブの発生する位置が、欠陥の検出範囲となるため、欠陥がグレーティングローブに重畳して、検出できない場合が生じる。
本発明の目的は、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施することができる超音波測定方法及び装置を提供することにある。
Here, in the device described in
The object of the present invention is to detect a 360-degree omnidirectional defect by a matrix array sensor and cause a bottom echo while maintaining the effect of point focusing without mechanical scanning in all directions when transmitting / receiving into the measurement area. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic measurement method and apparatus capable of performing measurement with a high S / N ratio in a short time with less noise depending on the flaw detection direction.
（１）上記目的を達成するために、本発明は、 複数の超音波振動素子が２次元的に配置された２次元アレイセンサを用いて、測定対象内部からの反射波を用いる超音波測定方法であって、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸に対して線対称に送信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第２の線対称軸に対して線対称に受信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定し、前記第１の線対称軸方向に超音波を送信し、前記第２の線対称軸方向から超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、得られた前記反射信号を処理して探傷するようにしたものである。
かかる方法により、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施し得るものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic measurement method using a reflected wave from the inside of a measurement object using a two-dimensional array sensor in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged. A plurality of ultrasonic vibration element groups used for transmission in line symmetry with respect to the first line symmetry axis among the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensional array sensor, A plurality of ultrasonic vibrating element groups used for reception are set in line symmetry with respect to a second line symmetry axis that is orthogonal to the first line symmetry axis and passes through the rotational symmetry axis, and the first line symmetry axis By transmitting an ultrasonic wave in the direction and receiving the ultrasonic wave from the second line-symmetric axis direction, a reflected signal from the inside of the measurement object is recorded, and the obtained reflected signal is processed to detect flaws. It is a thing.
By this method, in 360 degree omnidirectional defect detection by the matrix array sensor, when transmitting / receiving into the measurement region, the bottom echo is caused while maintaining the point focusing effect without mechanical scanning in all directions. Measurement with a high SN ratio with reduced noise and less unevenness depending on the flaw detection direction can be performed in a short time.
（２）上記（１）において、好ましくは、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸を前記回転対称軸に対して所定角度回転させたときの第３の線対称軸に対して線対称に送信用に用いる他の複数の超音波振動素子群を選択し、前記第３の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第４の線対称軸に対して線対称に受信用に用いる他の複数の超音波振動素子群を選択し、前記第３の線対称軸方向に超音波を送信し、前記第４の線対称軸方向から超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、得られた前記反射信号を処理して探傷するようにしたものである。 (2) In the above (1), preferably, the first line symmetry axis is rotated by a predetermined angle with respect to the rotational symmetry axis from among the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensional array sensor. A plurality of other ultrasonic vibration element groups used for transmission in line symmetry with respect to the third line symmetry axis, and a fourth orthogonal to the third line symmetry axis and passing through the rotational symmetry axis A plurality of other ultrasonic vibration element groups used for reception in line symmetry with respect to the line symmetry axis are selected, ultrasonic waves are transmitted in the direction of the third line symmetry axis, and from the direction of the fourth line symmetry axis. By receiving ultrasonic waves, a reflected signal from the inside of the measurement object is recorded, and the obtained reflected signal is processed to detect flaws.
（３）上記（１）において、好ましくは、送信用に用いる複数の前記超音波振動素子群と、受信用に用いる複数の超音波振動素子群とが、回転対称軸を中心に９０度回転すると重なるような配置として選択されているものである。 (3) In the above (1), preferably, when the plurality of ultrasonic vibration element groups used for transmission and the plurality of ultrasonic vibration element groups used for reception rotate 90 degrees around the rotational symmetry axis, It is selected as an overlapping arrangement.
（４）上記（１）において、好ましくは、２次元アレイセンサによる超音波の送信時に結ばれる焦点を複数個所設定し、前記複数の焦点に対し、それぞれ、測定対象内部からの反射信号を収録し、得られた反射信号を処理し、測定対象内部を２次元画像化または３次元画像化して表示するようにしたものである。 (4) In the above (1), preferably, a plurality of focal points to be formed at the time of transmitting ultrasonic waves by the two-dimensional array sensor are set, and reflected signals from the inside of the measurement object are recorded for each of the plurality of focal points. The obtained reflection signal is processed, and the inside of the measurement object is displayed as a two-dimensional image or a three-dimensional image.
（５）上記（４）において、好ましくは、３次元的に収録された測定データを平面に射影し、測定結果表示画面で平面表示するようにしたものである。 (5) In the above (4), preferably, the three-dimensionally recorded measurement data is projected onto a plane and displayed on the plane on the measurement result display screen.
（６）上記（５）において、好ましくは、屈折角φ、方位角θ、反射強度Ｉの情報を表示するようにしたものである。 (6) In the above (5), preferably, information on the refraction angle φ, the azimuth angle θ, and the reflection intensity I is displayed.
（７）上記（６）において、好ましくは、表示する屈折角φの範囲を指定できるものである。 (7) In the above (6), preferably, the range of the refraction angle φ to be displayed can be specified.
（８）上記（１）において、好ましくは、超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施すか、超音波受信時に受信した信号に対して重み付けを施すかの、少なくとも一方を実施して、前記反射データ及び反射強度を校正するようにしたものである。 (8) In the above (1), preferably, at least the pulse voltage applied to each ultrasonic vibration element at the time of ultrasonic transmission is weighted or the signal received at the time of ultrasonic reception is weighted. One is performed to calibrate the reflection data and reflection intensity.
（９）上記目的を達成するために、本発明は、複数の超音波振動素子が２次元的に配置された２次元アレイセンサと、該２次元アレイセンサの超音波振動子毎から測定対象に超音波を送信し、また、前記測定対象からの反射波を受信する送・受信部と、該送・受信部を制御して、３次元または２次元の画像データを生成する制御部と、前記制御部により得られた３次元または２次元の画像データを表示する表示部とを有する超音波測定装置であって、前記制御部は、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸に対して線対称に送信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第２の線対称軸に対して線対称に受信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定する素子選択部を備え、前記送・受信部は、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を送信素子として選択する送信素子選択部と、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を受信素子として選択する受信素子選択部とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施し得るものとなる。
(9) In order to achieve the above object, the present invention provides a two-dimensional array sensor in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged, and a measurement target from each ultrasonic transducer of the two-dimensional array sensor. A transmitter / receiver for transmitting ultrasonic waves and receiving a reflected wave from the measurement object; a controller for controlling the transmitter / receiver to generate three-dimensional or two-dimensional image data; An ultrasonic measurement device including a display unit that displays three-dimensional or two-dimensional image data obtained by the control unit, wherein the control unit includes the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensional array sensor A plurality of ultrasonic vibration element groups used for transmission in line symmetry with respect to the first line symmetric axis, and a second line passing through the rotational symmetric axis and orthogonal to the first line symmetric axis. Multiple ultrasonic waves used for reception in line symmetry with respect to the line symmetry axis An element selection unit for setting a moving element group, and the transmission / reception unit is set by the transmission element selection unit for selecting the ultrasonic vibration element set by the element selection unit as a transmission element, and the element selection unit. A receiving element selection unit that selects the ultrasonic vibration element as a receiving element.
With this configuration, in 360-degree omnidirectional defect detection by the matrix array sensor, when transmitting / receiving into the measurement region, the bottom echo is caused while maintaining the point focusing effect without mechanical scanning in all directions. Measurement with a high SN ratio with reduced noise and less unevenness depending on the flaw detection direction can be performed in a short time.
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記制御部は、超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施す振幅調整部と、超音波受信時に受信した信号に対して重み付けを施す重みづけ部の、少なくとも一方を備えるようにしたものである。 (10) In the above (9), preferably, the control unit weights a pulse voltage applied to each ultrasonic vibration element at the time of ultrasonic transmission, and a signal received at the time of ultrasonic reception. In this case, at least one of the weighting units for weighting is provided.
本発明によれば、マトリクスアレイセンサによる３６０度の全方位欠陥検出において、計測領域内へ送受信する際に、全方位において機械走査することなく、点集束の効果を保ったまま、底面エコーが原因となるノイズを軽減した、探傷方向に依存するムラが少ない高ＳＮ比の測定を短時間で実施することができるものとなる。
According to the present invention, in 360 degree omnidirectional defect detection by the matrix array sensor, when transmitting / receiving into the measurement area, the bottom echo is caused while maintaining the point focusing effect without mechanical scanning in all directions. Therefore, measurement with a high S / N ratio with less unevenness depending on the flaw detection direction can be performed in a short time.
以下、図１〜図１７を用いて、本発明の一実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による超音波測定装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による超音波測定装置の全体構成を示すブロック図である。
Hereinafter, the configuration and operation of an ultrasonic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the overall configuration of the ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の超音波測定装置は、例えば被検体１００と被検体内部または表面における反射源１００ＡをＳＮ比よく測定を行うものであり、探傷部１０１と、送・受信部１０２と、制御部１０３と、表示部１０４から構成されている。
The ultrasonic measurement apparatus of the present embodiment measures, for example, the subject 100 and the
探傷部１０１は、測定対象１００に超音波を送・受信するアレイセンサ１０１Ｂを備えている。アレイセンサ１０１は、複数の超音波振動素子１０１Ａを備えている。
The
送・受信部１０２は、アレイセンサ１０１Ａに遅延時間を与えて超音波を送信するパルサ１０２Ａと、受信した超音波をアナログ‐デジタル変換して受信信号とするレシーバ１０２とを備えている。
The transmission /
制御部１０３は、記憶装置１０３Ｂを有する制御・処理用コンピュータ１０３Ａと、使用素子選択回路１０３Ｃと、遅延時間制御回路１０３Ｄと、加算回路１０３Ｚとを備えている。使用素子選択回路１０３Ｃは、超音波の送・受信素子に用いる超音波振動素子１０１Ａを切り替え、随時制御する。制御回路１０３Ｄは、送・受信時の遅延時間を制御する。加算回路１０３Ｚは、レシーバ１０２から得られた複数の受信信号を加算する。制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、使用素子選択回路１０３Ｃ，遅延時間制御回路１０３Ｄ，加算回路１０３Ｚを制御するとともに受信した信号を記憶装置１０３Ｂに収録し、また受信した信号の処理を行う。
The
表示部１０４は、各種設定を表示し入力可能とする設定入力画面１０４Ａと、受信信号及び測定画像を表示する表示画面１０４Ｚとを備えている。
The
次に、各部の動作について説明する。 Next, the operation of each unit will be described.
制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、超音波を送・受信して測定対象からの反射信号を収録する際に、使用素子選択回路１０３Ｃへ超音波の送・受信に用いる超音波振動素子の選択のための送・受信素子切替信号を送信するとともに、遅延制御回路１０３Ｄを通じて、超音波を集束して送・受信するための超音波振動素子への遅延時間を与える。
The control /
送信信号と遅延時間を受取った送信遅延回路１０２Ｂは、与えられた遅延時間で送信信号を送信素子選択部１０２Ｃに送る。
The
送信素子選択部１０２Ｃは、送信遅延回路１０２Ｂから遅延時間を付与して送信された送信信号を受け、使用素子選択回路１０３Ｃからの送信素子の選択信号に基づき、送信素子を選択して、送信信号を送信増幅器１０２Ｅへ送信する。また、送信素子選択部１０２Ｃは、制御・処理用コンピュータ１０３Ａからの受信素子切替信号に基づいて、受信素子を選択する。本実施形態は、送信素子選択部１０２Ｃにおける送・受信素子の選択の仕方に特徴があり、その詳細については，図１３以降を用いて説明する。
The transmission
信増幅器１０２Ｅは、送信信号を増幅して、アレイセンサ１０１Ａにある超音波振動素子１０１Ｂに超音波を送信するための駆動電圧を印加する。この際に、送信素子選択部１０２Ｃは、アレイセンサ１０１Ｂが持つＮ個の超音波振動素子１０１Ａに対して、個々にあるいは複数の超音波振動素子１０１Ａに同時に送信信号を送ることが可能である。
The
増幅された送信信号を受けた複数の超音波振動素子１０１Ａは、圧電効果で超音波を送信するが、ここでは、アレイセンサの超音波振動素子１０１Ａを用いて超音波を送・受信する際の説明をする。
The plurality of
上記で説明したように、送信信号に遅延時間を与えて各々の超音波振動素子１０１Ａに電圧を印加すると、それぞれの超音波振動素子は遅延時間に対応した時間遅れで超音波を送信する。超音波を集束する場合には、各超音波振動素子から集束位置までの幾何学的な距離、つまり各媒質での超音波の音速と境界面での屈折を考慮した距離に対応した遅延時間で各超音波振動素子に電圧を印加し、測定対象１００の所定の位置に超音波を集束（例えば、測定対象１００の内部に欠陥１００Ａがあった場合、これをＳＮ比よく検出できるように超音波を焦点１００Ｂに集束）して送信する。
As described above, when a delay time is given to the transmission signal and a voltage is applied to each
一方、超音波をレシーバ１０２Ｚで受信し圧電効果により生じた電気信号を処理する際には、超音波振動素子１０１Ａのそれぞれで受信した超音波に対応して、受信信号を受信増幅器１０２Ｙで増幅して、アナログ‐デジタル変換器１０２Ｘでアナログであった受信信号をデジタル信号に変換する。
On the other hand, when the ultrasonic signal is received by the
更に、受信素子選択部１０２Ｗは、送信素子選択部１０２Ｃからの指令により選択された受信素子により受信する。デジタル信号に変換され、選択された受信信号は、遅延メモリ１０２Ｖに記憶される。この際に、遅延メモリ１０２Ｖでは、超音波送信時と同様に超音波を焦点１００Ｂに集束して受信する際には、遅延制御回路１０３Ｄから送信された遅延時間を各超音波振動素子からの受信信号に付与して、記憶される。
Further, the reception
制御部１０３の加算回路１０３Ｚは、受信信号を加算し、制御・処理用コンピュータ１０３Ａに送る。
The adding
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による超音波測定装置に用いる２次元アレイセンサの構成図である。図３は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法を示すフローチャートである。図４は、本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せテーブルの説明図である。
Next, the selection method of the transmission / reception element in the ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a configuration diagram of a two-dimensional array sensor used in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart showing a method for selecting a transmission / reception element in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of a combination table of ultrasonic vibration elements used for transmission / reception in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention.
図１にて説明した装置を用いて、超音波の送・受信時において、送・受信に使用する超音波振動素子を選択して行うことにより、ＳＮ比を向上させる場合の手順を説明する。 A procedure for improving the S / N ratio by selecting an ultrasonic vibration element to be used for transmission / reception at the time of ultrasonic transmission / reception using the apparatus described in FIG. 1 will be described.
まず、設定入力画面１０４Ａにより設定を行う際に、アレイセンサを構成する素子に関する素子大きさや配列、素子位置の情報が必要となる。
First, when setting is performed on the setting
図２は、超音波振動素子が２次元に配列されたアレイセンサ１０１Ｂを模式的に示している。
FIG. 2 schematically shows an
Ｎ個（Ｐ行×Ｑ列＝Ｎ個）のアレイセンサに関して、例えば、被検体の超音波音速、超音波振動素子の数（Ｎ個）のアレイセンサ１０１Ｂを構成する超音波振動素子１０１Ａの配列や間隔を設定するには、２次元配列された超音波振動素子の場合、図で示した縦方向の素子間隔Ｌｘと横方向の素子間隔Ｌｙ配列を設定することで、アレイセンサ内に分布する超音波振動素子の位置を把握することができる。
With regard to N (P rows × Q columns = N) array sensors, for example, the ultrasonic vibration speed of the subject, the number of ultrasonic vibration elements (N), the array of
次に、図３を用いて、手順について説明する。 Next, the procedure will be described with reference to FIG.
設定を開始すると、ステップＳ１０１において、検査者は、アレイセンサに関する初期設定として、前述のアレイセンサを構成する超音波振動素子の素子情報や音速等、必要な情報を、設定入力画面１０４Ａ（図１）を用いて入力する。
When the setting is started, in step S101, the inspector provides necessary information such as element information and sound speed of the ultrasonic vibration elements constituting the array sensor as an initial setting related to the array sensor, on the setting
さらに、ステップＳ１０２において、これらＮ個の超音波振動素子に対して、遅延時間や画像表示の際の基準となるセンサ中心位置を設定する。一般的には、図２に示すように、超音波振動素子の中心（中心線Ｃｙ及び中心線Ｃｘの交点）をセンサ中心Ｃとして設定する。 Further, in step S102, a delay time and a sensor center position serving as a reference for image display are set for these N ultrasonic transducer elements. In general, as shown in FIG. 2, the center of the ultrasonic vibration element (intersection of the center line Cy and the center line Cx) is set as the sensor center C.
次に、ステップＳ１０３において、制御処理用コンピュータ１０３Ａは、アレイセンサの各超音波振動素子に対する遅延時間のパターンを計算する。
Next, in step S103, the
一方、ステップＳ１０４において、使用素子選択回路１０３Ｃは、ステップＳ１０１の初期設定で与えた情報を用いて、送信に用いる超音波振動素子群と受信に用いる超音波振動素子群の設定を行う。
On the other hand, in step S104, the use
そして、ステップＳ１０５において、送・受信部１０２は、これらの設定の元に超音波の送・受信を行い、ステップＳ１０６において、データを収録し、終了する。
In step S105, the transmission /
このような、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せの設定を簡便に実施するためには、あらかじめ送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを制御・処理コンピュータの記憶装置１０３Ｂ（図１）に保存しておき、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せパターンを指定し、測定開始時に読み込んで、送信時は送信素子選択部１０２Ｃを動作すればよく、受信時は受信素子選択部１０２Ｗを動作すればよい。
In order to easily set the combination of the ultrasonic vibration elements used for transmission / reception as described above, the combination of the ultrasonic vibration elements used for transmission / reception is previously stored in the
図４は、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せテーブルの一例を示している。 FIG. 4 shows an example of an ultrasonic vibration element combination table used for transmission / reception.
図４に示すように、縦方向には送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを順番に並べて、アレイセンサの超音波振動素子の素子番号（たとえば図２の素子番号）と、この超音波振動素子それぞれの送信素子（Ｐ）４０１と受信素子（Ｒ）４０２のＯＮ／ＯＦＦをＯＮ＝１、ＯＦＦ＝０として表示する。 As shown in FIG. 4, in the vertical direction, combinations of ultrasonic vibration elements used for transmission / reception are arranged in order, and the element number of the ultrasonic vibration element of the array sensor (for example, the element number of FIG. 2) The ON / OFF of the transmitting element (P) 401 and the receiving element (R) 402 of each acoustic wave vibrating element is displayed as ON = 1 and OFF = 0.
次に、図５〜図７を用いて、本実施形態による超音波測定装置における送受信素子の他の選択方法について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における送受信素子の他の選択方法を示すフローチャートである。図６は、本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子の他の組合せテーブルの説明図である。図７は、本発明の一実施形態による超音波測定装置において、送・受信に使用する超音波振動素子のその他の組合せテーブルの説明図である。
Next, another method for selecting a transmission / reception element in the ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a flowchart showing another method for selecting a transmission / reception element in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of another combination table of ultrasonic vibration elements used for transmission / reception in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 is an explanatory diagram of another combination table of ultrasonic vibration elements used for transmission / reception in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention.
図５は、複数個の焦点Ｆ（ｉ）に対して、実施する場合のフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart in the case of carrying out with respect to a plurality of focal points F (i).
設定を開始すると、ステップＳ１０１において、検査者は、アレイセンサに関する初期設定として、前述のアレイセンサを構成する超音波振動素子の素子情報や音速等、必要な情報を、設定入力画面１０４Ａ（図１）を用いて入力する。
When the setting is started, in step S101, the inspector provides necessary information such as element information and sound speed of the ultrasonic vibration elements constituting the array sensor as an initial setting related to the array sensor, on the setting
さらに、ステップＳ１０２において、これらＮ個の超音波振動素子に対して、遅延時間や画像表示の際の基準となるセンサ中心位置を設定する。一般的には、図２に示すように、超音波振動素子の中心（中心線Ｃｙ及び中心線Ｃｘの交点）をセンサ中心Ｃとして設定する。 Further, in step S102, a delay time and a sensor center position serving as a reference for image display are set for these N ultrasonic transducer elements. In general, as shown in FIG. 2, the center of the ultrasonic vibration element (intersection of the center line Cy and the center line Cx) is set as the sensor center C.
次に、ステップＳ１０７において、制御処理用コンピュータ１０３Ａは、アレイセンサの各超音波振動素子に対する焦点Ｆ及び遅延時間を計算し、設定する。
Next, in step S107, the
一方、ステップＳ１０４において、使用素子選択回路１０３Ｃは、ステップＳ１０１の初期設定で与えた情報を用いて、送信に用いる超音波振動素子群と受信に用いる超音波振動素子群の設定を行う。
On the other hand, in step S104, the use
そして、ステップＳ１０５Ａにおいて、送・受信部１０２は、焦点Ｆ（ｉ）に対して、上記のように設定した超音波の送・受信を行い、ステップＳ１０６Ａにおいて、焦点Ｆ（ｉ）に対するデータ（反射データ）を収録する。
In step S105A, the transmission /
さらに、ステップＳ１０８において、全方位でのデータ収録を終了したかどうかの判別を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、ステップＳ１０５Ａに戻り、次の焦点Ｆ（ｉ＋１）へ移行し、再び超音波の送・受信行い、反射データを収録することを全測定領域での反射データの収録が終了するまで順次繰り返す。 Further, in step S108, it is determined whether or not the data recording in all directions is finished. If not finished (NO), the process returns to step S105A to move to the next focus F (i + 1), and again. The transmission and reception of ultrasonic waves and the recording of reflection data are repeated sequentially until the recording of reflection data in all measurement areas is completed.
ステップＳ１０８において、全終了した（ＹＥＳ）と判定された場合は、ステップＳ１０９において、制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、画素と画素値のマップを作成し、ステップＳ１１０において、画像の表示を行い、終了する（Ｓ４１０）。
If it is determined in step S108 that the process has been completed (YES), in step S109, the control /
送・受信に使用する超音波振動素子の組合せの設定を簡便に実施するために、あらかじめ図４で示したような送・受信に使用する超音波振動素子の組合せテーブルを制御・処理コンピュータの記憶装置１０３Ｂ（図１）に保存しておいて、送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを測定開始時に読み込んで、送信時は送信素子選択部１０２Ｃを動作すればよく、受信時は受信素子選択部１０２Ｗを動作すればよい。
In order to easily set the combination of the ultrasonic vibration elements used for transmission / reception, the control / processing computer stores the ultrasonic vibration element combination table used for transmission / reception as shown in FIG. It is stored in the
また、図６は、送・受信の各素子に与える遅延時間の表を一例として示している。遅延時間の作成方法については、さまざまな文献に記載されており、たとえば、医用超音波機器ハンドブックに記載されている。 FIG. 6 shows, as an example, a table of delay times given to each element for transmission / reception. The method for creating the delay time is described in various documents, for example, in the medical ultrasonic equipment handbook.
焦点Ｆ（ｉ）に対応する送・受信に使用する超音波振動素子の組合せを選び、各々、送信素子選択部１０２Ｃと受信素子選択部１０２Ｗへ反映し、送・受信で使用する超音波振動素子を限定する。
A combination of ultrasonic vibration elements to be used for transmission / reception corresponding to the focal point F (i) is selected and reflected to the transmission
図７は、図４に示した遅延時間テーブルと、図６に示した超音波振動素子の組み合わせテーブルを組み合わせた形のものであり、ＯＮ＝（正の遅延時間：Ｐｉｋ，Ｒｉｋ）、ＯＦＦ＝−１として表示した例である。 7 is a combination of the delay time table shown in FIG. 4 and the ultrasonic vibration element combination table shown in FIG. 6. ON = (positive delay time: Pik, Rik), OFF = It is an example displayed as -1.
次に、図８〜図１１を用いて、本実施形態による超音波測定装置における画像化について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における画像化の説明図である。図９は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における計測領域の説明図である。図１０は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示例の説明図である。図１１は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示処理の内容を示すフローチャートである。図１２は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における表示処理の他の内容を示すフローチャートである。
Next, imaging in the ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is an explanatory diagram of imaging in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 9 is an explanatory diagram of a measurement region in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 10 is an explanatory diagram of a display example in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a flowchart showing the contents of display processing in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 12 is a flowchart showing another content of the display process in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention.
図８（Ａ）の模式図は、電子走査により、遅延時間により設定した各焦点Ｆ（ｉ）に対し、設定した焦点数分だけデータＤ（Ｆ（ｉ））を収録した様子を示している。データＤ（Ｆ（ｉ））は、図８（Ａ）の左上に図示するように、予告軸を路程（Ｒ）とし、縦軸を強度（Ｉ）とするデータである。 The schematic diagram of FIG. 8A shows a state where data D (F (i)) is recorded for each focal point F (i) set by the delay time by electronic scanning for the set number of focal points. . The data D (F (i)) is data having the notice axis as the path length (R) and the vertical axis as the strength (I) as shown in the upper left of FIG.
検波処理、ゲイン処理、フィルタ処理など各種信号処理を施したのち、前記データを画像データに変換し、各焦点に対するデータを画像データに変換後、補間処理を行い、３Ｄ画像表示すると、例えば、図９の計測領域ＭＡに相当する３次元の計測結果が得られる。 After performing various signal processing such as detection processing, gain processing, and filter processing, the data is converted into image data, the data for each focus is converted into image data, interpolation processing is performed, and a 3D image is displayed. A three-dimensional measurement result corresponding to nine measurement areas MA is obtained.
このように、通常超音波による３次元測定では３Ｄ画像化を行い、測定結果を表示するが、データ処理や表示に時間がかかる。そこで、例えば超音波探傷において、この３Ｄ表示を２Ｄ表示に落とし込む方法を、図８を用いてさらに説明する。 As described above, in the three-dimensional measurement using normal ultrasonic waves, 3D imaging is performed and the measurement result is displayed. However, it takes time for data processing and display. Therefore, for example, in ultrasonic flaw detection, a method of dropping this 3D display into 2D display will be further described with reference to FIG.
図８（Ａ）に示すセンサ１０１Ｂから、各焦点Ｆ（ｉ）に超音波を送・受信した時に対する、データＤ（Ｆ（ｉ））は、強度Ｉを方位角（φ）、屈折角（θ）、路程（Ｒ）を変数とするデータとみなし、これらデータを、図８（Ｂ）の射影平面ＰＬに射影する変換を、以下の式（１）用いて行う。
The data D (F (i)) when the ultrasonic wave is transmitted / received to each focal point F (i) from the
Ｉ（Ｒ，θ，φ）→Ｉ（Ｒｓｉｎθｃｏｓφ，Ｒｓｉｎθｓｉｎφ） …（１）
ここで、方位角（φ）、屈折角（θ）、深さ（Ｚ）は、図９に示したとおりである。
I (R, θ, φ) → I (R sin θ cos φ, R sin θ sin φ) (1)
Here, the azimuth angle (φ), the refraction angle (θ), and the depth (Z) are as shown in FIG.
図８（Ｂ）には、便宜上、射影平面ＰＬに射影したセンサ面１０１Ｂ’を図示している。平面に射影されたデータＤ（Ｆ（ｉ））を、セクタ画像表示などを行う時同様、画素Ａｉｊに平面に射影されたデータＤ（Ｆ（ｉ））の強度を対応させ、補間処理を行い、図１０（Ａ）に示すように、図１に示した表示画面１０４Ｚに表示する。図示の例では、欠陥エコーＥｄと、底面エコーＥｂが図示されている。
FIG. 8B illustrates the
しかし、焦点の設定方法によっては、図８（Ｂ）に示すように、平面に射影されたデータＤ（Ｆ（ｉ））が重なる場合がある。その時は、たとえば各点において加算、平均処理を行うとよい。 However, depending on the focus setting method, the data D (F (i)) projected onto the plane may overlap as shown in FIG. 8B. At that time, for example, addition and averaging processing may be performed at each point.
理想的な形としては、焦点の設定を、射影した時に重ならないように、また、焦点を計測すべき屈折角範囲内に設定することである。 Ideally, the focus should be set so that it does not overlap when projected, and the focus is set within the refraction angle range to be measured.
また、このような表示を行った場合、底面エコーや不感帯によって望む信号が返ってこない範囲が存在するので、あらかじめ、設定する焦点を前述の範囲外に設定するか、収録したのち、図１０（Ｂ）に示すように、指定した屈折角範囲だけを表示させてもよい。すなわち、表示最小角θ１を設定し、表示最小角θ１より小さい領域は表示しないようにする。なお、θ２は、表示最大角である。 In addition, when such a display is performed, there is a range where a desired signal does not return due to a bottom echo or a dead zone. Therefore, after setting the focal point to be set out of the above range or recording in advance, FIG. As shown in B), only the specified refraction angle range may be displayed. That is, the minimum display angle θ1 is set, and the area smaller than the minimum display angle θ1 is not displayed. Note that θ2 is the maximum display angle.
次に、図１１を用いて、図８〜図１０にて説明した測定結果の表示を可能にする処理手順について説明する。 Next, a processing procedure that enables display of the measurement results described in FIGS. 8 to 10 will be described with reference to FIG.
収録したデータ処理を開始すると、ステップＳ２０１において、制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、収録した全データのうち、１波形のデータを入力する。
When the recorded data processing is started, in step S201, the control /
次に、ステップＳ２０２において、前述の１波形データの座標変換を行う。そして、ステップＳ２０３において、全データの座標変換が終了したか判別を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、次の波形を入力し、データ処理を行う。 Next, in step S202, the above-described coordinate conversion of one waveform data is performed. In step S203, it is determined whether or not the coordinate conversion of all data has been completed. If not completed (NO), the next waveform is input and data processing is performed.
全データの処理が終了した（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ２０４において、データマッピングを行い、ステップＳ２０５において、表示範囲（屈折角範囲）指定を行い、ステップＳ２０６において、画像表示を行い、終了する。 If processing of all data has been completed (YES), data mapping is performed in step S204, display range (refraction angle range) is designated in step S205, and image display is performed in step S206, and the process is terminated.
次に、図１２を用いて、図８〜図１０にて説明した測定結果の表示を可能にする他の処理手順について説明する。 Next, another processing procedure that enables display of the measurement results described in FIGS. 8 to 10 will be described with reference to FIG.
測定対象の形状が分かっている場合、以下に説明するように、余分な信号が表示されないように、あらかじめデータ８０１の路程の範囲を指定する。 When the shape of the measurement target is known, the range of the path length of the data 801 is designated in advance so that an extra signal is not displayed as described below.
収録したデータ処理を開始すると、ステップＳ２０１’において、制御・処理用コンピュータ１０３Ａは、収録した１波形のデータを入力する（Ｓ２０１Ｂ）。
When the recorded data processing is started, in step S201 ', the control /
また、ステップＳ２０７において、１波形のデータより抽出したい路程範囲を入力する。 In step S207, a path range desired to be extracted from one waveform data is input.
そして、ステップ１１０８において、入力した深さ範囲に相当する部分の１波形のデータの抽出を行う。 In step 1108, data of one waveform of a portion corresponding to the input depth range is extracted.
次に、ステップＳ２０２において、前述の１波形データの座標変換を行う。そして、ステップＳ２０３において、全データの座標変換が終了したか判別を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、次の波形を入力し、データ処理を行う。 Next, in step S202, the above-described coordinate conversion of one waveform data is performed. In step S203, it is determined whether or not the coordinate conversion of all data has been completed. If not completed (NO), the next waveform is input and data processing is performed.
全データの処理が終了した（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ２０４において、データマッピングを行い、ステップＳ２０９において、画像再構成をし、ステップＳ２０５において、表示範囲（屈折角範囲）指定を行い、ステップＳ２０６において、画像表示を行い、終了する。 If all the data has been processed (YES), data mapping is performed in step S204, image reconstruction is performed in step S209, display range (refraction angle range) is designated in step S205, and in step S206. , Display the image, and finish.
また、このようにして得た、図１０に示した画像表示上にカーソルを合わせると屈折角（θ）と方位角（φ）と強度Ｉの情報を表示する機能を備えていてもよい。 Further, a function of displaying information on the refraction angle (θ), the azimuth angle (φ), and the intensity I when the cursor is placed on the image display shown in FIG. 10 obtained as described above may be provided.
また、信号のあるアドレスのところに視覚上の高解像度を得るため、データＤ（Ｆ（ｉ））に示した強度Ｉに対応させて、色を付けてもよい。 Further, in order to obtain a high visual resolution at an address where a signal is present, a color may be added in correspondence with the intensity I indicated in the data D (F (i)).
次に、図１３〜図１７を用いて、本実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せについて説明する。
図１３は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第１の例の説明図である。図１４は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第２の例の説明図である。図１５は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第３の例の説明図である。図１６は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第４の例の説明図である。図１７は、本発明の一実施形態による超音波測定装置における超音波送・受信素子の組合せの第５の例の説明図である。
Next, a combination of ultrasonic transmission / reception elements in the ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a first example of a combination of ultrasonic transmission / reception elements in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 14 is an explanatory diagram of a second example of a combination of ultrasonic transmission / reception elements in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 15 is an explanatory diagram of a third example of a combination of ultrasonic transmission / reception elements in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 16 is an explanatory diagram of a fourth example of the combination of ultrasonic transmission / reception elements in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 17 is an explanatory diagram of a fifth example of a combination of ultrasonic transmission / reception elements in the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention.
上述したように、本実施形態によるアレイセンサによる測定方法及び装置では、超音波の送・受信素子の分割の組合せにより、単一および複数の反射信号を収録するため、送・受信素子の分割方法の組合せと超音波の送受信方向は、素子配列ごとに様々なものが考えられる。 As described above, in the measurement method and apparatus using the array sensor according to the present embodiment, a single and a plurality of reflected signals are recorded by a combination of ultrasonic transmission / reception element divisions. Various combinations and combinations of ultrasonic waves can be considered for each element arrangement.
最初に、図１３を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第１の例について説明する。 Initially, the 1st example of the combination of an ultrasonic transmission / reception element is demonstrated using FIG.
図１３は、矩形のアレイセンサを場合を示している。この例では、６行６列の合計３０個の超音波振動子から構成されている場合を図示している。 FIG. 13 shows the case of a rectangular array sensor. In this example, a case in which a total of 30 ultrasonic transducers in 6 rows and 6 columns is configured is illustrated.
ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。
Here, the element that has been hatched with a horizontal line is selected as the transmitting
図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。
In the figure, a broken line Als1 is an axis of line symmetry. The line symmetry axis Als1 is a line in the direction of the azimuth angle φ in FIG. The transmitting
破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの四角で示される素子は、送信にも受信にも用いない素子である。
The broken line Als2 is a line symmetry axis that is orthogonal to the line symmetry axis Als1 and passes through the rotational symmetry axis Ars. The line symmetry axis Als2 is a line in the direction of the azimuth angle φ + 180 ° in FIG. The receiving
この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。
In this case, the relationship between the receiving
次に、図１４を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第２の例について説明する。 Next, a second example of a combination of ultrasonic transmission / reception elements will be described with reference to FIG.
図１４は、矩形のアレイセンサを場合を示している。この例では、６行６列の合計３０個の超音波振動子から構成されている場合を図示している。 FIG. 14 shows the case of a rectangular array sensor. In this example, a case in which a total of 30 ultrasonic transducers in 6 rows and 6 columns is configured is illustrated.
ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。また、黒い四角で示される素子は、送信にも受信にも用いる送受信素子１０１ＴＲとして選択する。
Here, the element that has been hatched with a horizontal line is selected as the transmitting
図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。
In the figure, a broken line Als1 is an axis of line symmetry. The line symmetry axis Als1 is a line in the direction of the azimuth angle φ in FIG. The transmitting
破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。
The broken line Als2 is a line symmetry axis that is orthogonal to the line symmetry axis Als1 and passes through the rotational symmetry axis Ars. The line symmetry axis Als2 is a line in the direction of the azimuth angle φ + 180 ° in FIG. The receiving
さらに、黒い四角で示される素子は、送信にも受信にも用いる送受信素子１０１ＴＲである。すなわち、図１３に示した例では、対角線に配置される素子は、送信にも受信にも用いていないのに対して、本例では、対角線に配置される素子は、送信にも受信にも用いている。 Furthermore, an element indicated by a black square is a transmission / reception element 101TR used for both transmission and reception. That is, in the example shown in FIG. 13, the elements arranged on the diagonal line are not used for transmission or reception, whereas in this example, the elements arranged on the diagonal line are neither used for transmission nor reception. Used.
この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔ及び送受信素子１０１ＴＲの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。
In this case, the relationship between the receiving
次に、図１５を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第３の例について説明する。 Next, a third example of a combination of ultrasonic transmission / reception elements will be described with reference to FIG.
図１５は、矩形のアレイセンサの場合を示している。この例では、６行６列の合計３０個の超音波振動子から構成されている場合を図示している。 FIG. 15 shows the case of a rectangular array sensor. In this example, a case in which a total of 30 ultrasonic transducers in 6 rows and 6 columns is configured is illustrated.
ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。
Here, the element that has been hatched with a horizontal line is selected as the transmitting
図において、対角線である破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。
In the figure, a broken line Als1 that is a diagonal line is an axis of line symmetry. The line symmetry axis Als1 is a line in the direction of the azimuth angle φ in FIG. The transmitting
破線Ａｌｓ２は、対角線であり、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの四角で示される素子は、送信にも受信にも用いない素子である。
The broken line Als2 is a diagonal line, and is a line symmetry axis that is orthogonal to the line symmetry axis Als1 and passes through the rotational symmetry axis Ars. The line symmetry axis Als2 is a line in the direction of the azimuth angle φ + 180 ° in FIG. The receiving
この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。
In this case, the relationship between the receiving
次に、図１６を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第４の例について説明する。 Next, a fourth example of a combination of ultrasonic transmission / reception elements will be described with reference to FIG.
図１６は、六角形に配置されたアレイセンサを場合を示している。この例では、最外周の一辺に６個の超音波振動子が配置され、内周に行くほど超音波素子の数が減少する配置となっており、合計９３個の超音波素振動子から構成されている場合を図示している。 FIG. 16 shows the case of array sensors arranged in a hexagon. In this example, six ultrasonic transducers are arranged on one side of the outermost periphery, and the number of ultrasonic elements decreases toward the inner periphery, and is composed of a total of 93 ultrasonic transducers. The case is shown.
ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。
Here, the element that has been hatched with a horizontal line is selected as the transmitting
図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。
In the figure, a broken line Als1 is an axis of line symmetry. The line symmetry axis Als1 is a line in the direction of the azimuth angle φ in FIG. The transmitting
破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの六角形で示される素子は、送信にも受信にも用いない素子である。
The broken line Als2 is a line symmetry axis that is orthogonal to the line symmetry axis Als1 and passes through the rotational symmetry axis Ars. The line symmetry axis Als2 is a line in the direction of the azimuth angle φ + 180 ° in FIG. The receiving
この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。
In this case, the relationship between the receiving
次に、図１７を用いて、超音波送・受信素子の組合せの第５の例について説明する。 Next, a fifth example of the combination of ultrasonic transmission / reception elements will be described with reference to FIG.
図１７は、円形に配置されたアレイセンサを場合を示している。この例では、円周方向に２４個の超音波振動子が配置され、合計１２１個の超音波素振動子から構成されている場合を図示している。 FIG. 17 shows a case of array sensors arranged in a circle. In this example, 24 ultrasonic transducers are arranged in the circumferential direction, and a case in which a total of 121 ultrasonic transducers are configured is illustrated.
ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。
Here, the element that has been hatched with a horizontal line is selected as the transmitting
図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。
In the figure, a broken line Als1 is an axis of line symmetry. The line symmetry axis Als1 is a line in the direction of the azimuth angle φ in FIG. The transmitting
破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。なお、白抜きの円形で示される中央の素子は、送信にも受信にも用いない素子である。
The broken line Als2 is a line symmetry axis that is orthogonal to the line symmetry axis Als1 and passes through the rotational symmetry axis Ars. The line symmetry axis Als2 is a line in the direction of the azimuth angle φ + 180 ° in FIG. The receiving
この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。
In this case, the relationship between the receiving
以上説明したように、本実施形態によれば、全方位において機械走査することなく、法線とのなす角度にして０度から９０度までのある定まった屈折角範囲で点集束の効果を保ったまま超音波の送・受信が可能である。 As described above, according to the present embodiment, the point focusing effect is maintained in a certain refraction angle range from 0 degree to 90 degrees as an angle formed with the normal without performing mechanical scanning in all directions. It is possible to send and receive ultrasonic waves.
次に、図１８〜図２０を用いて、本発明の他の実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１８を用いて、本実施形態による超音波測定装置の全体構成について説明する。
図１８は、本発明の他の実施形態による超音波測定装置の全体構成を示すブロック図である。
Next, the configuration and operation of an ultrasonic measurement apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the overall configuration of the ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 18 is a block diagram showing an overall configuration of an ultrasonic measurement apparatus according to another embodiment of the present invention.
図１７で示したようなアレイセンサの場合、アレイセンサを構成する素子ごとの大きさが異なるので、超音波の送・受信に強度や感度ムラが生じる。そこで、図１８に示す本実施形態の装置では、超音波の受信時に重み付けを行い、１素子あたりの送信時の超音波の強度あるいは受信時の感度の校正を行い、感度ムラを軽減するようにしている。 In the case of the array sensor as shown in FIG. 17, since the size of each element constituting the array sensor is different, intensity and sensitivity unevenness occur in transmission / reception of ultrasonic waves. Therefore, in the apparatus of this embodiment shown in FIG. 18, weighting is performed at the time of reception of ultrasonic waves, and the intensity of ultrasonic waves at the time of transmission per element or the sensitivity at the time of reception is calibrated to reduce sensitivity unevenness. ing.
本実施形態の超音波測定装置は、例えば被検体１００と被検体内部または表面における反射源１００ＡをＳＮ比よく測定を行うものであり、探傷部１０１と、送・受信部１０２と、制御部１０３と、表示部１０４から構成されている。
The ultrasonic measurement apparatus of the present embodiment measures, for example, the subject 100 and the
送・受信部１０２は、図１に示した構成に加えて、アレイセンサを構成する１素子ごとの超音波の送信強度に対し微調整が行えるように振幅調節部１０２Ｄを備えている。また、制御部１０３は、１素子ごとの受信感度に対し重みづけ回路１０３Ｇを備えている。
In addition to the configuration shown in FIG. 1, the transmission /
なお、送信時に振幅調節部１０２Ｄを用いて、各素子の送信波強度を調節することが技術的に困難で装置に実装ができない場合、受信時の波形データに対してのみ、重みづけ回路１０３Ｇにより重みづけをしてもよいものである。 If it is technically difficult to adjust the transmission wave intensity of each element using the amplitude adjusting unit 102D at the time of transmission and cannot be mounted on the device, only the waveform data at the time of reception is received by the weighting circuit 103G. It may be weighted.
受信時においては、遅延時間を与えられた受信信号は、重みづけ回路１０３Ｇで送信時の振幅調節部と同様に波形を整える。重みづけ回路１０３Ｇは、各素子毎の重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを備えており、各素子の出力に対して重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを乗ずる。 At the time of reception, the waveform of the reception signal given the delay time is adjusted by the weighting circuit 103G in the same manner as the amplitude adjustment unit at the time of transmission. The weighting circuit 103G includes weighting constants W1 to Wn for each element, and multiplies the output of each element by the weighting constants W1 to Wn.
次に、図１９及び図２０を用いて、重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎの決定方法について説明する。
図１９は、本発明の他の実施形態による超音波測定装置における重みづけ定数の決定方法の内容を示すフローチャートである。図２０は、本発明の他の実施形態による超音波測定装置における重みづけ定数の決定方法の内容の説明図である。
Next, a method for determining the weighting constants W1 to Wn will be described with reference to FIGS.
FIG. 19 is a flowchart showing the content of a weighting constant determination method in an ultrasonic measurement apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 20 is an explanatory diagram of the content of a weighting constant determination method in an ultrasonic measurement apparatus according to another embodiment of the present invention.
例えば、このような各素子（総素子数ｎ個とする）に対応するｎ個の重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを決定する場合、図２０に示すように、例えば水中でセンサ１０１Ｂの平面に並行に配置された平板ＦＰをもちいて、アレイセンサ１０１Ｂを構成する１素子１０１Ａ（図中の白抜きで示すセンサ）ずつ順次、超音波の送・受信を繰り返し、この平板より反射された反射データ収録する。
For example, when determining n weighting constants W1 to Wn corresponding to each of these elements (the total number of elements is n), as shown in FIG. 20, for example, in water, in parallel with the plane of the
そして、波形比較部ＷＣにより、素子ごとに収録した反射データの数値を比較し、全素子の反射波高値が同じとなるよう、定数決定部ＣＤにおいて、校正のための各素子に対応する重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを決定する。 Then, the waveform comparison unit WC compares the values of the reflection data recorded for each element, and the constant determination unit CD assigns the weight corresponding to each element for calibration so that the reflected wave height values of all the elements are the same. Constants W1-Wn are determined.
ここで、図１９を用いて、重みづけ決定のための処理内容について説明する。 Here, the processing content for determining the weight will be described with reference to FIG.
最初に、ステップＳ３０１において、図２０にて説明したように、アレイセンサ１０１Ｂを構成する１素子１０１Ａずつ超音波の送・受信を行い、ステップＳ３０２において、データを収録する。
First, in step S301, as described with reference to FIG. 20, ultrasonic waves are transmitted / received for each
そして、Ｓ３０３において、全素子に対してデータ収録したか判定を行い、終了していない場合は、Ｓ３０４において、素子を切替え、全素子に対して、収録が終了するまで繰り返す。 In step S303, it is determined whether data has been recorded for all the elements. If the recording has not been completed, the elements are switched in step S304, and the process is repeated until the recording is completed for all the elements.
収録終了後に、Ｓ３０５において、波形比較部ＷＣ収録したデータの波高値を比較し、Ｓ３０６において、定数決定部ＣＤ各素子に対する重みづけの値を出力し、終了とする。 After the recording is completed, the crest values of the data recorded in the waveform comparison unit WC are compared in S305, and the weighting values for the respective elements of the constant determination unit CD are output in S306, and the process ends.
前期の重みづけ定数Ｗ１〜Ｗｎを重みづけ回路によって、各波形１から波形ｎの強度に対し、図１８に示した重みづけ回路１０３Ｇで各々乗算を行うことにより、素子ごとの超音波の送・受信の信号強度にばらつきを軽減できる。 The weighting constants W1 to Wn of the previous period are multiplied by the weighting circuit 103G shown in FIG. Variations in received signal strength can be reduced.
なお、重みづけ決定は、全素子に対して行っても良いが、例えば、図１７に示した円形アレイセンサの同心円上の素子に対して送信強度や感度にばらつきがある場合、この手法を用いて校正を行い、全方位探傷において感度ムラを低減するのに有効である。 The weight determination may be performed for all the elements. For example, this method is used when there is variation in transmission intensity and sensitivity with respect to the elements on the concentric circles of the circular array sensor shown in FIG. This is effective for reducing sensitivity unevenness in omnidirectional flaw detection.
以上説明したように、本実施形態によれば、全方位において機械走査することなく、法線とのなす角度にして０度から９０度までのある定まった屈折角範囲で点集束の効果を保ったまま超音波の送・受信が可能である。 As described above, according to the present embodiment, the point focusing effect is maintained in a certain refraction angle range from 0 degree to 90 degrees as an angle formed with the normal without performing mechanical scanning in all directions. It is possible to send and receive ultrasonic waves.
また、被検体のセンサの対向面の法線に対して垂直な面上において周方向に感度ムラが抑制された、ＳＮ比が良い欠陥検出を短時間で実施することができる。 In addition, it is possible to detect a defect with a good S / N ratio in a short time, in which sensitivity unevenness is suppressed in the circumferential direction on a surface perpendicular to the normal of the opposing surface of the sensor of the subject.
次に、図２１及び図２２を用いて、本発明のその他の実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波測定装置の全体構成は、図１若しくは図１８に示したものと同様である。送受信に用いる素子設定が、図１３〜図１６に示すものの場合には、図１に示した超音波測定装置を用いることができる。図１７に示したものの場合には、図１８に示した超音波測定装置を用いることができる。 Next, the configuration and operation of an ultrasonic measurement apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The overall configuration of the ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1 or FIG. When the element settings used for transmission and reception are those shown in FIGS. 13 to 16, the ultrasonic measurement apparatus shown in FIG. 1 can be used. In the case of what is shown in FIG. 17, the ultrasonic measuring apparatus shown in FIG. 18 can be used.
図２１は、本発明のその他の実施形態による超音波測定装置における送受信素子の選択方法を示すフローチャートである。図２２は、本発明のその他の実施形態による超音波測定装置において選択される送受信素子の説明図である。 FIG. 21 is a flowchart illustrating a method for selecting a transmission / reception element in an ultrasonic measurement apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 22 is an explanatory diagram of transmission / reception elements selected in an ultrasonic measurement apparatus according to another embodiment of the present invention.
本実施形態では、送受信に使用する超音波振動素子を切替えるようにしている。 In this embodiment, the ultrasonic vibration element used for transmission / reception is switched.
図２２は、図１３に示したものと基本的に同じである。図１３にて説明したように、送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択され、また、隣接する素子が送信素子１０１Ｔとして選択されている。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択され、また、隣接する素子が受信素子１０１Ｒとして選択されている。
FIG. 22 is basically the same as that shown in FIG. As described with reference to FIG. 13, the
以上のように、送受信素子を設定した場合、探傷方向は一方向であるため、欠陥の形状や欠陥が伸びている方向によっては、探傷感度が低下する場合がある。このような場合、探傷方向を変えることで、探傷感度を向上することができる。 As described above, since the flaw detection direction is one direction when the transmitting / receiving element is set, the flaw detection sensitivity may be lowered depending on the shape of the defect and the direction in which the defect extends. In such a case, the flaw detection sensitivity can be improved by changing the flaw detection direction.
本実施形態では、探傷方向を変えるために、送受信に使用する超音波振動素子を切替えるようにしている。すなわち、図２２に示す線対称軸Ａｌｓ１を、矢印方向に、回転対称軸Ａｒｓを中心として、４５°回転させると、軸Ａｌｓ１’となる。同様に、線対称軸Ａｌｓ２を、矢印方向に、回転対称軸Ａｒｓを中心として、４５°回転させると、軸Ａｌｓ２’となる。これらの軸Ａｌｓ１’，Ａｌｓ２’は、図１５に示した線対称軸Ａｌｓ１，Ａｌｓ２と同じ軸である。従って、図１５にて説明したように、送信素子１０１Ｔと、受信素子１０１Ｒを選択することで、探傷方向を変えることができる。
In this embodiment, in order to change the flaw detection direction, the ultrasonic vibration element used for transmission / reception is switched. That is, when the line symmetry axis Als1 shown in FIG. 22 is rotated by 45 degrees about the rotational symmetry axis Ars in the direction of the arrow, the axis becomes Als1 '. Similarly, when the line symmetry axis Als2 is rotated by 45 ° about the rotational symmetry axis Ars in the direction of the arrow, an axis Als2 'is obtained. These axes Als1 'and Als2' are the same axes as the line symmetry axes Als1 and Als2 shown in FIG. Therefore, as described with reference to FIG. 15, the flaw detection direction can be changed by selecting the transmitting
以上のように、線対称軸に対して線対称に、送信素子及び受信素子を設定して探傷を行った後、上述のように、線対称軸を回転させて新たな線対称軸に基づいて線対称に送信素子及び受信素子を設定して、探傷を行うことで、複数方向からの探傷を行うことができる。 As described above, after performing the flaw detection by setting the transmitting element and the receiving element in line symmetry with respect to the line symmetry axis, as described above, the line symmetry axis is rotated and the new line symmetry axis is used. By setting the transmitting element and the receiving element in line symmetry and performing flaw detection, flaw detection from a plurality of directions can be performed.
また、図１４に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を４５°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することで、異なる方向からの探傷が行える。 Further, even when the transmitting element and the receiving element are set as shown in FIG. 14, similarly, the transmitting element is line-symmetrical with respect to a new line-symmetrical axis obtained by rotating the line-symmetrical axis by 45 °. By setting the receiving elements, flaw detection can be performed from different directions.
さらに、図１６に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を６０°及び１２０°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することで、異なる方向からの探傷が行える。なお、図１６に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を３０°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することができる。 Further, even when the transmitting element and the receiving element are set as shown in FIG. 16, the line symmetry axis is similarly symmetrical with respect to the new line symmetry axis obtained by rotating the line symmetry axis by 60 ° and 120 °. By setting the transmitting element and the receiving element, flaw detection from different directions can be performed. In addition, even when the transmitting element and the receiving element are set as shown in FIG. 16, similarly, the transmitting element is line-symmetrical with respect to a new line-symmetrical axis obtained by rotating the line-symmetrical axis by 30 °. And a receiving element can be set.
また、図１７に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を１５°及び３０°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することで、異なる方向からの探傷が行える。なお、図１７に示したように送信素子及び受信素子を設定した場合でも、同様にして、線対称軸を７．５°回転させた新たな線対称軸に対して線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することができる。 In addition, even when the transmitting element and the receiving element are set as shown in FIG. 17, the line symmetry axis is similarly symmetrical with respect to a new line symmetry axis rotated by 15 ° and 30 °. By setting the transmitting element and the receiving element, flaw detection from different directions can be performed. In addition, even when the transmitting element and the receiving element are set as shown in FIG. 17, the line symmetry axis is similarly symmetrical with respect to a new line symmetry axis rotated by 7.5 °. A transmitting element and a receiving element can be set.
次に、図２１を用いて、送受信素子を切替ながら、探傷を行う場合の探傷方法について説明する。 Next, a flaw detection method when flaw detection is performed while switching between transmitting and receiving elements will be described with reference to FIG.
設定を開始すると、ステップＳ１０１において、検査者は、アレイセンサに関する初期設定として、前述のアレイセンサを構成する超音波振動素子の素子情報や音速等、必要な情報を、設定入力画面１０４Ａ（図１）を用いて入力する。
When the setting is started, in step S101, the inspector provides necessary information such as element information and sound speed of the ultrasonic vibration elements constituting the array sensor as an initial setting related to the array sensor, on the setting
さらに、ステップＳ１０２において、これらＮ個の超音波振動素子に対して、遅延時間や画像表示の際の基準となるセンサ中心位置を設定する。一般的には、図２に示すように、超音波振動素子の中心（中心線Ｃｙ及び中心線Ｃｘの交点）をセンサ中心Ｃとして設定する。 Further, in step S102, a delay time and a sensor center position serving as a reference for image display are set for these N ultrasonic transducer elements. In general, as shown in FIG. 2, the center of the ultrasonic vibration element (intersection of the center line Cy and the center line Cx) is set as the sensor center C.
次に、ステップＳ１０３において、制御処理用コンピュータ１０３Ａは、アレイセンサの各超音波振動素子に対する遅延時間のパターンを計算する。
Next, in step S103, the
一方、ステップＳ１０４において、使用素子選択回路１０３Ｃは、ステップＳ１０１の初期設定で与えた情報を用いて、送信に用いる超音波振動素子群と受信に用いる超音波振動素子群の設定を行う。
On the other hand, in step S104, the use
そして、ステップＳ１０５において、送・受信部１０２は、これらの設定の元に超音波の送・受信を行い、ステップＳ１０６において、データを収録する。
In step S105, the transmission /
次に、ステップＳ１１１において、素子切替が終了したか否かを判定し、終了してない場合には、ステップＳ１０４に戻り、新たな送受信に用いる素子を設定し、ステップＳ１０５及びＳ１０６の処理により、これらの設定の元に超音波の送・受信を行い、データを収録する。 Next, in step S111, it is determined whether or not the element switching has been completed. If not, the process returns to step S104 to set an element to be used for new transmission / reception, and the processing in steps S105 and S106 is performed. Based on these settings, send and receive ultrasound and record data.
以上説明したように、本実施形態によれば、全方位において機械走査することなく、法線とのなす角度にして０度から９０度までのある定まった屈折角範囲で点集束の効果を保ったまま超音波の送・受信が可能である。 As described above, according to the present embodiment, the point focusing effect is maintained in a certain refraction angle range from 0 degree to 90 degrees as an angle formed with the normal without performing mechanical scanning in all directions. It is possible to send and receive ultrasonic waves.
また、底面エコーに起因するノイズを低減することによってＳＮ比を向上させることができる。 Further, the S / N ratio can be improved by reducing the noise caused by the bottom echo.
次に、図２３を用いて、本発明の第４の実施形態による超音波測定装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波測定装置の全体構成は、図１８に示したものと同様である。
図２３は、本発明の第４の実施形態による超音波測定装置において選択される送受信素子の説明図である。
Next, the configuration and operation of an ultrasonic measurement apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overall configuration of the ultrasonic measurement apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 23 is an explanatory diagram of transmission / reception elements selected in the ultrasonic measurement apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
図２３は、図１７と同様に、円形に配置されたアレイセンサを場合を示している。この例では、円周方向に２４個の超音波振動子が配置され、合計１２１個の超音波素振動子から構成されている場合を図示している。 FIG. 23 shows the case of an array sensor arranged in a circle as in FIG. In this example, 24 ultrasonic transducers are arranged in the circumferential direction, and a case in which a total of 121 ultrasonic transducers are configured is illustrated.
ここで、横線のハッチングを施した素子を、送信素子１０１Ｔとして選択し、斜め線のハッチングを施した素子を、受信素子１０１Ｒとして選択する。
Here, the element that has been hatched with a horizontal line is selected as the transmitting
図において、破線Ａｌｓ１が線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ１は、図９の方位角φの方向の線である。送信素子１０１Ｔは、線対称軸Ａｌｓ１に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を送信素子１０１Ｔとして選択する。
In the figure, a broken line Als1 is an axis of line symmetry. The line symmetry axis Als1 is a line in the direction of the azimuth angle φ in FIG. The transmitting
破線Ａｌｓ２は、線対称軸Ａｌｓ１に対して直交するとともに、回転対称軸Ａｒｓを通る線対称軸である。また、線対称軸Ａｌｓ２は、図９の方位角φ＋１８０°の方向の線である。受信素子１０１Ｒは、線対称軸Ａｌｓ２に対して、線対称に選択されている。また、複数の素子の内、隣接する素子を受信素子１０１Ｒとして選択する。
The broken line Als2 is a line symmetry axis that is orthogonal to the line symmetry axis Als1 and passes through the rotational symmetry axis Ars. The line symmetry axis Als2 is a line in the direction of the azimuth angle φ + 180 ° in FIG. The receiving
さらに、本実施形態では、図１７と異なるのは、周方向に見た場合、送信素子と、受信素子が交互に位置するように設定されている。 Further, in the present embodiment, the difference from FIG. 17 is that the transmitting elements and the receiving elements are alternately positioned when viewed in the circumferential direction.
この場合、受信素子１０１Ｒと送信素子１０１Ｔの関係は、紙面に対し垂直な方向に存在する回転対称軸Ａｒｓに対して回転対称の配置となるように選択されている。
In this case, the relationship between the receiving
ここで、図中に示す破線は、全て、回転対称軸Ａｒｓを通る線であり、線対称軸となる。従って、これらの線対称軸に対して、線対称となるように、送信素子及び受信素子を設定することができる。すなわち、図２３に示すような分割を行った場合は、線対称軸が十分に存在するので、この線対称軸上に焦点を設定することで、素子を随時切替る必要はなく、底面エコーに起因するノイズを低減しＳＮ比を向上させることができる。
Here, all the broken lines shown in the figure are lines passing through the rotational symmetry axis Ars, and are line symmetry axes. Accordingly, the transmitting element and the receiving element can be set so as to be line symmetric with respect to these line symmetric axes. That is, when the division as shown in FIG. 23 is performed, there is a sufficient line symmetry axis. Therefore, by setting a focal point on this line symmetry axis, it is not necessary to switch the element at any time, and the bottom echo is used. The resulting noise can be reduced and the SN ratio can be improved.
１００…測定対象
１００Ａ…欠陥
１００Ｂ…焦点
１０１…探傷部
１０１Ａ…超音波振動素子
１０１Ｂ…アレイセンサ
１０２…送・受信部
１０２Ａ…パルサ
１０２Ｂ…送信遅延回路
１０２Ｃ…送信素子選択部
１０２Ｄ…振幅調節部
１０２Ｅ…送信増幅器
１０２Ｖ…遅延メモリ
１０２Ｗ…受信素子選択部
１０２Ｘ…アナログ-デジタル変換器
１０２Ｙ…受信増幅器
１０２Ｚ…レシーバ
１０３…制御部
１０３Ａ…制御・処理用コンピュータ
１０３Ｂ…記憶装置
１０３Ｃ…使用素子選択回路
１０３Ｄ…遅延制御回路
１０３Ｇ…重みづけ回路
１０３Ｚ…加算回路
１０４…表示部
１０４Ａ…設定入力画面
１０４Ｚ…表示画面
１０１Ｂ…アレイセンサ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸に対して線対称に送信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第２の線対称軸に対して線対称に受信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定し、
前記第１の線対称軸方向に超音波を送信し、
前記第２の線対称軸方向から超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、
得られた前記反射信号を処理して探傷することを特徴とする超音波測定方法。 An ultrasonic measurement method using a reflected wave from the inside of a measurement object using a two-dimensional array sensor in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged,
Among the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensional array sensor, a plurality of ultrasonic vibration element groups used for transmission are set in line symmetry with respect to a first line symmetry axis, and the first A plurality of ultrasonic vibration element groups used for reception in line symmetry with respect to a second line symmetry axis that is orthogonal to the line symmetry axis and that passes through the rotational symmetry axis;
Transmitting ultrasonic waves in the direction of the first line symmetry axis;
By receiving ultrasonic waves from the second line symmetry axis direction, the reflected signal from the inside of the measurement object is recorded,
An ultrasonic measurement method, wherein the obtained reflected signal is processed to detect flaws.
前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸を前記回転対称軸に対して所定角度回転させたときの第３の線対称軸に対して線対称に送信用に用いる他の複数の超音波振動素子群を選択し、前記第３の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第４の線対称軸に対して線対称に受信用に用いる他の複数の超音波振動素子群を選択し、
前記第３の線対称軸方向に超音波を送信し、
前記第４の線対称軸方向から超音波を受信することで、前記測定対象内部からの反射信号を収録し、
得られた前記反射信号を処理して探傷することを特徴とする超音波測定方法。 The ultrasonic measurement method according to claim 1, further comprising:
A line with respect to the third line symmetry axis when the first line symmetry axis is rotated by a predetermined angle with respect to the rotation symmetry axis from among the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensional array sensor. A plurality of other ultrasonic vibration element groups to be used for transmission are selected symmetrically, and are received in line symmetry with respect to the fourth line symmetry axis that is orthogonal to the third line symmetry axis and passes through the rotational symmetry axis. Select other ultrasonic vibration element groups to be used,
Transmitting ultrasonic waves in the direction of the third line symmetry axis;
By receiving the ultrasonic wave from the fourth line symmetry axis direction, the reflected signal from the inside of the measurement object is recorded,
An ultrasonic measurement method, wherein the obtained reflected signal is processed to detect flaws.
送信用に用いる複数の前記超音波振動素子群と、受信用に用いる複数の超音波振動素子群とが、回転対称軸を中心に９０度回転すると重なるような配置として選択されていることを特徴とする超音波測定方法。 The ultrasonic measurement method according to claim 1,
The plurality of ultrasonic vibration element groups used for transmission and the plurality of ultrasonic vibration element groups used for reception are selected as an arrangement that overlaps when rotated 90 degrees about the rotational symmetry axis. And an ultrasonic measurement method.
２次元アレイセンサによる超音波の送信時に結ばれる焦点を複数個所設定し、
前記複数の焦点に対し、それぞれ、測定対象内部からの反射信号を収録し、
得られた反射信号を処理し、測定対象内部を２次元画像化または３次元画像化して表示することを特徴とする超音波測定方法。 The ultrasonic measurement method according to claim 1,
Set multiple focal points to be connected when transmitting ultrasonic waves with a two-dimensional array sensor,
For each of the plurality of focal points, a reflected signal from the inside of the measurement target is recorded,
An ultrasonic measurement method characterized by processing the obtained reflected signal and displaying the inside of a measurement object as a two-dimensional image or a three-dimensional image.
３次元的に収録された測定データを平面に射影し、測定結果表示画面で平面表示することを特徴とする超音波測定方法。 The ultrasonic measurement method according to claim 4,
An ultrasonic measurement method characterized by projecting three-dimensionally recorded measurement data onto a flat surface and displaying the flat data on a measurement result display screen.
屈折角φ、方位角θ、反射強度Ｉの情報を表示することを特徴とする超音波測定方法。 The ultrasonic measurement method according to claim 5,
An ultrasonic measurement method, comprising displaying information of a refraction angle φ, an azimuth angle θ, and a reflection intensity I.
表示する屈折角φの範囲を指定できることを特徴とする超音波測定方法。 The ultrasonic measurement method according to claim 6,
An ultrasonic measurement method characterized in that a range of refraction angle φ to be displayed can be specified.
超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施すか、
超音波受信時に受信した信号に対して重み付けを施すかの、少なくとも一方を実施して、
前記反射データ及び反射強度を校正することを特徴とする超音波測定方法。 The ultrasonic measurement method according to claim 1,
Weighting is applied to the pulse voltage applied to each ultrasonic transducer during ultrasonic transmission,
Perform at least one of weighting the received signal at the time of ultrasonic reception,
An ultrasonic measurement method, wherein the reflection data and the reflection intensity are calibrated.
該２次元アレイセンサの超音波振動子毎から測定対象に超音波を送信し、また、前記測定対象からの反射波を受信する送・受信部と、
該送・受信部を制御して、３次元または２次元の画像データを生成する制御部と、
前記制御部により得られた３次元または２次元の画像データを表示する表示部とを有する超音波測定装置であって、
前記制御部は、前記２次元アレイセンサを構成する複数の前記超音波振動素子の中から、第１の線対称軸に対して線対称に送信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定し、前記第１の線対称軸に直交すると共に回転対称軸を通る第２の線対称軸に対して線対称に受信用に用いる複数の超音波振動素子群を設定する素子選択部を備え、
前記送・受信部は、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を送信素子として選択する送信素子選択部と、前記素子選択部によって設定された超音波振動素子を受信素子として選択する受信素子選択部とを備えることを特徴とする超音波測定装置。 A two-dimensional array sensor in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged;
A transmitting / receiving unit that transmits ultrasonic waves from each ultrasonic transducer of the two-dimensional array sensor to a measurement target, and receives a reflected wave from the measurement target;
A control unit that controls the transmission / reception unit to generate three-dimensional or two-dimensional image data;
An ultrasonic measurement apparatus having a display unit for displaying three-dimensional or two-dimensional image data obtained by the control unit,
The control unit sets a plurality of ultrasonic vibration element groups used for transmission in line symmetry with respect to the first line symmetry axis from among the plurality of ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensional array sensor. An element selection unit that sets a plurality of ultrasonic vibration element groups used for reception in line symmetry with respect to a second line symmetry axis that is orthogonal to the first line symmetry axis and that passes through the rotational symmetry axis;
The transmission / reception unit selects a transmission element selection unit that selects the ultrasonic vibration element set by the element selection unit as a transmission element, and a reception unit that selects the ultrasonic vibration element set by the element selection unit as a reception element. An ultrasonic measurement apparatus comprising: an element selection unit.
前記制御部は、超音波送信時に各超音波振動素子に与えるパルス電圧に対して重み付けを施す振幅調整部と、
超音波受信時に受信した信号に対して重み付けを施す重みづけ部の、少なくとも一方を備えることを特徴とする超音波測定装置。 The ultrasonic measurement apparatus according to claim 9, wherein
The control unit is an amplitude adjustment unit that weights a pulse voltage applied to each ultrasonic vibration element during ultrasonic transmission,
An ultrasonic measurement device comprising at least one of a weighting unit that weights a signal received during ultrasonic reception.
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