JP2023537538A - 適応型ゲーティングを用いる超音波走査システム - Google Patents

Abstract

物体の表面下の構造的特徴を撮像するための走査システムであって、物体に向かって超音波信号を送信し、物体から反射された超音波信号を受信するように構成され、それにより、物体の内部構造に関するデータを取得することができるトランスデューサモジュールと、トランスデューサモジュールに結合され、受信された超音波信号を分析して、受信した超音波信号内の特徴を識別するように構成された分析モジュールと、識別された特徴に応じて、受信した超音波信号をゲーティングするように構成されたゲーティングモジュールとを備える、走査システム。

Description

本発明は、物体の表面下の構造的特徴を撮像するための超音波走査システムに関する。特に、本開示は、受信された超音波信号で識別された特徴に応じて超音波信号をゲーティングすることができる走査システムに関する。

走査システムは、典型的には、トランスデューサモジュールを含む。トランスデューサモジュールは、例えば物体の表面下の構造的特徴を撮像するために、物体を撮像するためのものである。トランスデューサモジュールは、層間剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、剥離（ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ）、及び剥落（ｆｌａｋｉｎｇ）などの表面下材料の欠損を撮像するのに特に有用であり得る。

超音波を使用して、物体の特定の構造的特徴を識別することができる。例えば、超音波は、サンプル中の欠陥のサイズ及び位置を検出することによって非破壊試験に使用することができる。様々な材料、サンプル深さ、及び構造的特徴の種類、例えば、積層構造の様々な層、衝撃損傷、ボアホールなどをカバーする非破壊試験から利益を得ることができる広範囲の用途がある。超音波は、物体を検出し、距離を測定するために使用できる振動音圧波である。送信された音波は、異なる音響インピーダンス特性を有する材料に遭遇すると反射及び屈折する。これらの反射及び屈折を検出及び分析すると、結果として得られるデータを使用して、音波が移動した環境を記述することができる。超音波操作の精度を高めるために、結果として得られるデータの品質を高めることが望ましい。

本発明の一態様によれば、物体の表面下の構造的特徴を撮像するための走査システムであって、
物体に向かって超音波信号を送信し、物体から反射された超音波信号を受信するように構成され、それにより、物体の内部構造に関するデータを取得することができるトランスデューサモジュールと、
トランスデューサモジュールに結合され、受信された超音波信号を分析して、受信された超音波信号内の特徴を識別するように構成された分析モジュールと、
識別された特徴に応じて、受信された超音波信号をゲーティングするように構成されたゲーティングモジュールと
を備える、走査システムが提供される。

分析モジュールは、受信された超音波信号内の透過エコーを識別するように構成することができ、ゲーティングモジュールは、透過エコーの後に受信された信号を選択的に保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。ゲーティングモジュールは、透過エコーの後のそれぞれの時間に受信された信号の複数のサブセットを保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。複数のサブセットが受信されるそれぞれの時間は、不連続であってもよい。

ゲーティングモジュールは、ゲーティング関数のグループから選択されたゲーティング関数に従って、受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。ゲーティングモジュールは、走査対象の物体の材料；走査対象の物体の構造；関心特徴の深さ；調査対象の欠陥；走査対象の物体の厚さ；トランスデューサモジュールと走査対象の物体との間に使用されるカップリング媒体；並びにゲーティングモジュールによって受信されるゲーティング選択信号のうちの１つ又は複数に基づいてゲーティング関数を選択するように構成することができる。

分析モジュールは、受信された超音波信号内の後壁エコーを識別するように構成することができ、ゲーティングモジュールは、後壁エコーのタイミングに基づいて信号を選択的に保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。分析モジュールは、透過エコーと後壁エコーとの間の受信された超音波信号内の材料不連続性特徴を識別するように構成することができ、ゲーティングモジュールは、識別された材料不連続性特徴に応じて、受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。信号の複数のサブセットのそれぞれの時間は、透過エコー、後壁エコー、及び材料不連続性特徴のタイミングのうちの１つ又は複数から決定することができる。

分析モジュールは、受信された超音波信号内の、透過エコー閾値振幅を超える振幅を有する第１のピークを識別することによって透過エコーを識別するように構成することができる。分析モジュールは、第１のピークが所定の振幅未満の振幅を有することを識別することによって透過エコーを識別するように構成することができる。分析モジュールは、透過エコーと後壁エコーとの間にある、及び／又は所与の振幅範囲内の振幅を有する受信された超音波信号のピークを識別することによって、材料不連続性特徴を識別するように構成することができる。

走査システムは、受信された超音波信号に応じて、物体の表面下の構造的特徴を表す画像スキャンを生成するように構成された画像生成器；画像生成器に結合され、画像スキャンを表示するように構成されたディスプレイ；及び表示された画像スキャンの一部をユーザが指し示すことができる指示信号を生成するように構成されたユーザ入力デバイスを備えることができ、分析モジュールは、生成された指示信号に応答して特徴を識別するように構成することができる。

トランスデューサモジュールは、アレイ状に配置された複数のトランスデューサ素子を備えることができ、各トランスデューサ素子について、分析モジュールは、そのトランスデューサ素子で受信された超音波信号を分析して、受信された超音波信号内のそれぞれの特徴を識別するように構成することができ、そして、ゲーティングモジュールは、それぞれの識別された特徴に応じて、そのトランスデューサ素子で受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。アレイは、トランスデューサ素子の２次元アレイであり得る。ゲーティング関数は、アレイに沿った異なる方向に異なるプロファイルを有することができる。

本発明の別の態様によれば、物体の表面下の構造的特徴を撮像する方法であって、
物体に向かって超音波信号を送信し、物体から反射された超音波信号を受信するステップであって、それにより、物体の内部構造に関するデータを取得することができる、ステップと、
受信された超音波信号を分析して、受信された超音波信号内の特徴を識別するステップと、
識別された特徴に応じて、受信された超音波信号をゲーティングするステップと
を含む、方法が提供される。

本方法は、受信された超音波信号に応じて、物体の表面下の構造的特徴を表す画像スキャンを生成するステップ；ディスプレイに画像スキャンを表示するステップ；表示された画像スキャンの一部をユーザが指し示すことができる指示信号をユーザ入力デバイスから受信するステップ；及び生成された指示信号に応答して特徴を識別するステップを含む。

本発明の別の態様によれば、物体の表面下の構造的特徴を撮像するための走査システムであって、
アレイを形成する複数のトランスデューサ素子であって、アレイ内の各トランスデューサ素子は、物体に向かって超音波信号を送信し、物体から反射された超音波信号を受信するように構成され、それにより、物体の内部構造に関するデータを取得することができる、複数のトランスデューサ素子と、
複数のトランスデューサから受信された超音波信号を取得し、
物体の内部を撮像するために、受信された超音波信号を処理する
ように構成され、処理は、受信された超音波信号を受信したトランスデューサ素子のアレイ内の位置に基づいて、受信された超音波信号をゲーティングすることを含む、信号プロセッサと
を備える、走査システムが提供される。

信号プロセッサは、アレイ内の各トランスデューサのそれぞれのゲーティング値を定義するゲーティング関数に従って、受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。ゲーティング値は、アレイ内の位置の関数であり得る。ゲーティング値は、アレイに沿った位置の滑らかな関数を記述することができる。滑らかな関数は、円の円弧を記述してもよい。

信号プロセッサは、ゲーティング選択信号に応じて、ゲーティング関数のグループからゲーティング関数を選択するように構成することができる。ゲーティング関数のグループは、それぞれがアレイ内の位置のそれぞれの関数を記述するゲーティング値を定義する複数のゲーティング関数を含むことができる。それぞれの関数は、互いに異なる曲率の曲線を表すことができる。

走査システムは、受信された超音波信号の第１のセットを分析して、受信された超音波信号の第１のセット内の特徴を識別し；識別された特徴に基づいてゲーティング選択信号を生成して、ゲーティング関数を選択し；選択されたゲーティング関数を使用して、受信された超音波信号の第２のセットを処理するように構成することができる。

本発明の別の態様によれば、物体の表面下の構造的特徴を撮像する方法であって、
アレイ内の複数のトランスデューサ素子から、物体に向かって超音波信号を送信し、複数のトランスデューサ素子において、物体から反射された超音波信号を受信するステップであって、それにより、物体の内部構造に関するデータを取得することができる、ステップと、
物体の内部を撮像するために、受信された超音波信号を処理するステップであって、受信された超音波信号を受信したトランスデューサ素子のアレイ内の位置に基づいて、受信された超音波信号をゲーティングすることを含む、ステップと
を含む、方法が提供される。

上記の任意の態様の任意の１つ又は複数の特徴は、任意の他の態様と組み合わせることができる。これらは、単に簡潔にするために、ここではすべては記載しない。

以下、添付図面を参照して、本発明を例示的に説明する。

物体を撮像するためのデバイスを示す図である。 走査システム及び物体の一例を示す図である。 走査システムの機能ブロックの一例を示す図である。 トランスデューサモジュールの概略図である。 パイプにカップリングされた走査システムの一例を示す図である。 図５に示すシステムを使用して取得された概略Ｂスキャンを示す図である。 物体にカップリングされたトランスデューサモジュールを示す図である。 図７に示すシステムを使用して取得された概略Ｂスキャンを示す図である。 走査システムのブロック図である。 受信された超音波反射の例を概略的に示す図である。 超音波反射をゲーティングする例示的な方法のフローチャートである。 超音波反射をゲーティングする、別の例示的な方法のフローチャートである。 超音波信号の特徴を識別する例示的な方法のフローチャートである。 超音波反射をゲーティングする、別の例示的な方法のフローチャートである。

走査システムは、典型的には、物体の表面下の様々な深さに位置する構造的特徴に関する情報を収集する。この情報を取得する１つの方法は、物体において音パルスを送信し、任意の反射を検出することである。人間のオペレータが物体の表面下の任意の構造的欠陥のサイズ、形状、及び深さを認識及び評価することができるように、収集された情報を描写する画像を生成することが有用である。これは、表面下の構造的欠陥が危険であり得る多くの産業用途にとって不可欠な活動である。一例は、航空機の整備である。

通常、オペレータは、オペレータが見たい構造が物体の表面下にあるため、装置によって生成された画像に完全に依存する。したがって、オペレータが物体の構造を効果的に評価することができるように情報が撮像されることが重要である。

超音波トランスデューサは、圧電材料を利用し、電気信号によって駆動されて圧電材料を振動させ、超音波信号を発生させる。逆に、音声信号が受信されると、圧電材料が振動し、検出可能な電気信号を生成する。

トランスデューサによって受信された超音波信号は、それらの振幅及び飛行時間に基づいて分析することができる。データを使用して、典型的には走査対象の物体を通るスライスを示すＢスキャン画像、及び／又は典型的には物体の平面表現を示すＣスキャン画像を生成することができる。物体の表面が平坦な金属プレートなどの平面である場合、Ｂスキャン画像（又は単に「Ｂスキャン」）及びＣスキャン画像（又は単に「Ｃスキャン」）を容易に分析することができる。Ｂスキャンにおける透過エコーは、Ｂスキャンにおいて平坦で、典型的には水平（例えば、平面トランスデューサが物体の平面に垂直である場合）な直線になる。関心特徴に関する深さ情報は、比較的少ない追加の処理でＢスキャンから抽出することができ、及び／又はＢスキャンを見るときに人間のオペレータによって容易に理解することができる。同様に、Ｃスキャンは、物体の深さに直接対応することができるトランスデューサからの距離に基づくデータを含む。ここでも、関心特徴に関する情報は、比較的少ない追加の処理でＣスキャンから抽出することができ、及び／又はＣスキャンを見るときに人間のオペレータによって容易に理解することができる。

物体の表面が平面でない場合、及び／又はトランスデューサモジュールと物体の表面との間の距離がトランスデューサの幅にわたって一定でない場合、困難が生じる可能性がある。このような場合、Ｂスキャン及びＣスキャンで表されるデータは、分析がより困難になる可能性がある。データの分析から精密な結果を取得することができるようになる前に、データに対して追加の処理を実行する必要がある可能性がある。走査データが走査自体の実行よりも遅く分析されている場合、物体を再度走査すること、又は物体を走査するための走査パラメータを調整することは不可能である可能性がある。

本技術では、データをより良好に分析することができるように超音波信号を適応的にゲーティングすることができる走査システムを提供することができる。この適応型ゲーティングは、物体の走査と同時に実行することができ、物体が走査されているときにゲーティングを動的に実行することを可能にする。

概念的には、例えばトランスデューサモジュールと分析中の物体の表面との間の距離に基づいて、受信された超音波信号を動的にゲーティングすることは、得られた走査データを「平坦化」すると考えることができ、その結果、走査データに対して分析をより容易に実行することができる。例えば、特徴の位置は、このように「平坦化」されていない走査と比較して、そのような「平坦化」走査における物体の表面下の深さにより容易に対応することができる。

適切には、動的ゲーティングは、少なくとも１つの方向における曲率を考慮に入れることができる。したがって、本技術は、円筒形パイプなどの１つの方向、及び湾曲した車体パネルなどの２つ以上の方向の表面湾曲を有する物体を分析するのに有用であり得る。

超音波走査システムなどの走査システムは、物体を撮像するのに有用である。走査システムは、超音波トランスデューサを適切に含むトランスデューサモジュールと、トランスデューサモジュールに結合された分析モジュールと、ゲーティングモジュールとを備える。トランスデューサモジュールは、物体に向かって超音波信号を送信し、物体から反射された超音波信号を受信することができる。分析モジュールは、受信された超音波信号を分析して、受信された超音波信号内の特徴を識別することができる。ゲーティングモジュールは、識別された特徴に応じて、受信された超音波信号をゲーティングすることができる。

本技術は、超音波信号の特徴に基づいた、及び／又は以前に受信された信号の特徴に基づいた、超音波信号のゲーティングを可能にする。すなわち、トランスデューサモジュールは、超音波信号の第１のセットを送信し、対応する反射された超音波信号の第１のセットを受信することができる。分析モジュールは、反射された超音波信号の第１のセットにおける１つ又は複数の特徴の存在及び／又は特性を決定することができる。次いで、ゲーティングモジュールは、反射された超音波信号の第１のセットの分析に基づいて、超音波信号に適用するゲーティングを決定することができる。

決定されたゲーティングは、反射された超音波信号の第１のセットに適用することができる。例えば、反射された信号は、ローカル及び／又はリモートデータストアなどの記憶媒体、例えばＲＡＭなどのメモリに記憶することができる。反射された信号は、分析を実行するために、分析モジュールによってアクセス可能及び／又は利用可能であり得る。反射された信号は、ゲーティングモジュールが分析に基づいてそれらの反射された信号をゲーティングすることができるように、ゲーティングモジュールによってアクセス可能及び／又は利用可能であり得る。

決定されたゲーティング、すなわち第１の反射された超音波信号セットの分析に基づくゲーティングは、追加的又は代替的に、トランスデューサモジュールによる超音波信号の第２のセットの送信に応答して受信することができる、反射された超音波信号の第２のセットに適用することができる。

そのような走査システムは、超音波反射を適応的及び／又は動的にゲーティングすることができるように、超音波反射の関連する特徴を決定することができる。これにより、分析中の物体の内部構造的特徴によって引き起こされる透過エコー、後壁エコー、及び反射などの特徴に関連する反射の特性に従って、反射のゲーティングを可能にすることができる。これにより、システムは、例えば、物体表面曲率、トランスデューサ－物体間距離、物体厚さ、物体材料、及び／又は内部特徴の深さなどを自動的に考慮することができる超音波分析から、より精密なデータを生成することができる。

これにより、精度及び／又は使いやすさが向上した、より柔軟な走査システムを提供することができる。

追加的又は代替的に、走査システムは、トランスデューサ素子のアレイを形成する複数のトランスデューサ素子を適切に含む。各素子は、超音波信号を送信し、それらの送信された超音波信号の反射を受信することができる。走査システムは、複数のトランスデューサから受信された超音波信号を取得し、受信された信号を処理して分析中の物体の内部を撮像する信号プロセッサを含む。処理は、適切には、信号が受信されたトランスデューサ素子のアレイ内の位置に基づいて信号をゲーティングすることを含む。

そのような走査システムは、トランスデューサ素子のアレイ内の異なるトランスデューサ素子間で異なり得るゲーティング関数を適用することを可能にする。この手法は、分析中の走査システム及び／又は物体の特性が、走査システム及び／又は物体にわたってそれぞれ異なる場合に有用であり得る。例えば、物体の表面は平面でなくてもよい。アレイにわたる位置によって変化し得るゲーティング関数の使用は、物体に沿った異なる位置からの、信号の選択的ゲーティングを可能にする。そのような手法は、既知の又は未知の表面プロファイルを有するかどうかにかかわらず、超音波信号の分析の強化、及び異なる物体を走査する際の走査システムの柔軟性の強化をもたらすことができる。

本技術による走査システムのさらなる詳細は、図面を参照して以下に説明される。

物体の表面下を撮像するための、本明細書に記載の走査システムなどのハンドヘルドデバイスの例を図１に示す。デバイス１０１は、一体型ディスプレイを有することができるが、この例では、タブレットコンピュータ１０２に画像を出力する。タブレットとの接続は、図示のように有線であってもよいし、無線であってもよい。デバイスは、超音波信号を送受信するためのマトリックスアレイ１０３を有する。適切には、アレイは、トランスデューサ素子のアレイを形成するように交差パターンで配置された複数の電極を備える超音波トランスデューサによって実装される。トランスデューサ素子は、送信と受信との間で切り替えることができる。図示のハンドヘルド装置は、超音波信号を物体にカップリングするためのドライカップリング層１０４などのカップリング層を備える。カップリング層はまた、トランスデューサが送信から受信に切り替わる時間を可能にするために超音波信号を遅延させる。すべての例において、カップリング層が設けられる必要はない。走査システムは、トランスデューサの前面に取り付けられたカップリングシューを備えることができる。

マトリックスアレイ１０３は二次元であるため、画像を取得するために物体を横切って行列アレイを移動させる必要はない。典型的なマトリックスアレイは、約３０ｍｍ×３０ｍｍであり得るが、マトリックスアレイのサイズ及び形状は、用途に合わせて変えることができる。デバイスは、オペレータによって物体に対して直に保持することができる。一般に、オペレータは、物体が表面下の欠陥又は材料欠損を有する可能性がある場所について、すでに良好な考えを持っており、例えば、構成要素は、衝撃を受けた可能性があるか、又は応力集中を引き起こす可能性がある１つ以上のドリル又はリベット穴を含む可能性がある。デバイスが反射パルスをリアルタイムで適切に処理するので、オペレータは任意の関心領域にデバイスを置くだけでよい。

ハンドヘルドデバイスはまた、パルス形状及び対応するフィルタを変更するためにオペレータが使用することができるダイヤル１０５又は他のユーザ入力デバイスを備える。他の例では、ダイヤルを設ける必要はない。パルス形状及び／又はフィルタの選択は、ソフトウェアで行うことができる。最も適切なパルス形状は、撮像されている構造的特徴の種類及びそれが物体内のどこに位置するかに依存する可能性がある。オペレータは、ディスプレイを介して時間ゲーティングを手動で調整することによって、異なる深さで物体を見ることができる。装置をタブレット１０２などのハンドヘルドディスプレイ又は一体型ディスプレイに出力させることは、ディスプレイ上で見られるものに応じて、オペレータが物体上でトランスデューサを容易に移動させ、又は装置の設定を変更して瞬間的な結果を得ることができるので有利である。他の構成では、オペレータは、非ハンドヘルドディスプレイ（ＰＣなど）と物体との間を歩いて、新しい設定又は物体上の位置が試験されるたびに再度走査し続ける必要がある可能性がある。

物体の表面下の構造的特徴を撮像するための走査システムが図２に示されている。概して２０１で示される装置は、送信機２０２と、受信機２０３と、信号プロセッサ２０４と、画像生成器２０５とを備える。いくつかの例では、送信機及び受信機は、超音波トランスデューサによって実装することができる。送信機及び受信機は、例示のみを容易にするために図２において互いに隣接して示されている。送信機２０２は、撮像対象の物体２０６において特定の形状を有する音パルスを送信するように適切に構成される。受信機２０３は、送信された音パルスの、物体からの反射を受信するように適切に構成される。物体の表面下特徴は、２０７に示されている。

装置の一実施形態に含まれる機能ブロックの一例を図３に示す。この例では、送信機及び受信機は、トランスデューサ素子３１２のマトリックスアレイを備える超音波トランスデューサ３０１によって実装される。トランスデューサ素子は、超音波を送信及び／又は受信する。マトリックスアレイは、交差するパターンで配置されたいくつかの平行な細長い電極を備えることができ、この交差がトランスデューサ素子を形成する、送信電極は、特定の形状を有するパルスパターンを特定の電極に供給する送信機モジュール３０２に接続される。送信機制御部３０４は、作動させる送信電極を選択する。所与の瞬間に作動する送信電極の数は変化してもよい。送信電極は、個別に又はグループで順に作動させることができる。適切には、送信機制御部は、送信電極に一連の音パルスを物体に送信させ、生成された画像を連続的に更新することを可能にする。送信電極はまた、特定の周波数を使用してパルスを送信するように制御することができる。周波数は、１００ｋＨｚ～３０ＭＨｚであり得、好ましくは０．５ＭＨｚ～１５ＭＨｚであり、最も好ましくは０．５ＭＨｚ～１０ＭＨｚである。

受信電極は、物体から放出される音波を感知する。これらの音波は、物体に伝達された音パルスの反射である。受信機モジュールは、これらの信号を受信して増幅する。信号は、アナログ－デジタル変換器によってサンプリングされる。受信機制御部は、送信電極が送信した後に、受信するために受信電極を適切に制御する。装置は、交互に送信及び受信することができる。一実施形態では、電極は送信及び受信の両方が可能であり得、その場合、受信機及び送信機制御部は、電極をそれらの送信状態と受信状態との間で切り替える。好ましくは、送信される音パルスと、装置で受信されるそれらの反射との間には、いくらかの遅延がある。装置は、電極を送信から受信に切り替えるのに必要な遅延を提供するためのカップリング層（ドライカップリング及び／又はカップリングシューによって提供されるものなど）を備えることができる。相対深さが計算されるとき、任意の遅延を補償することができる。カップリング層は、好ましくは、送信音波の低減衰を提供する。

各トランスデューサ素子は、画像内の画素に対応することができる。言い換えれば、各画素は、トランスデューサ素子のうちの１つで受信された信号を表すことができる。これは、１対１の対応である必要はない。単一のトランスデューサ素子が、２つ以上の画素に対応することができ、その逆も可能である。各画像は、１つのパルスから受信された信号を表すことができる。「１つの」パルスは、通常、多くの異なるトランスデューサ素子によって送信されることを理解されたい。「１つの」パルスのこれらの変形はまた、異なる時間に送信されてもよく、例えば、マトリックスアレイは、アレイの各ラインを順に作動させることによってトランスデューサ素子の「波」を作動させるように構成することができる。しかしながら、サンプルの単一の画像を生成するために使用されるのはそのパルスの反射であるため、この送信されたパルスの集合は依然として「１つの」パルスを表すと考えることができる。サンプルの画像のビデオストリームを生成するために使用される、一連のパルス内のすべてのパルスについても同じことが当てはまる。

パルス選択モジュール３０３は、送信されるべき特定のパルス形状を選択する。パルス選択モジュールは、トランスデューサによって超音波パルスに変換される電子パルスパターンを送信機モジュールに供給するパルス発生器を備えることができる。パルス選択モジュールは、メモリ３１４に記憶された複数の所定のパルス形状にアクセスすることができる。パルス選択モジュールは、自動的に又はユーザ入力に基づいて、送信されるべきパルス形状を選択することができる。パルスの形状は、撮像されている構造的特徴の種類、その深さ、材料の種類などに応じて選択することができる。一般に、パルス形状は、信号プロセッサ３０５によって収集され得る、及び／又は画像増強モジュール３１０によって改善され得る情報を最適化して、オペレータに物体の高品質画像を提供するように選択されるべきである。

図４は、トランスデューサモジュールを概略的に示す。トランスデューサモジュール（ＴＲＭ）は、概して４００で表されている。ケーブル４０１などの電気的接続部が、ＴＲＭをリモートシステムに結合する。リモートシステムは、駆動信号を提供することができ、検出された信号を受信することができる。トランスデューサモジュールは、試験対象の物体４０２に対して配置されているものとして示されている。ＴＲＭはトランスデューサ４０４を備える。トランスデューサ４０４は送信機を備える。トランスデューサは受信機を備える。送信機と受信機は別々に設けることができる。トランスデューサ構造及びその電気的接続部の詳細は、明確にするためにこの図では省略されている。トランスデューサは、撮像対象の物体に向かって超音波信号を送信するように構成される。トランスデューサは、４０６で表される方向に超音波信号を送信するように適切に構成される。

図５は、パイプの外面を走査するために、カップリングシュー５０４を介してパイプ５０６にカップリングされたトランスデューサモジュール５０２を備える走査システムを示す。図６は、図５に示すシステムを使用して取得された概略Ｂスキャン６００を示す。図示のＢスキャンでは、湾曲した実線はパイプの前壁及び後壁を表す。上側の実線６０２は、透過エコー、すなわち、カップリングシューとパイプ表面との間の界面から受信される反射を表す。下側の実線６０４は、後壁エコー、すなわちパイプ内面とパイプの中空内部の空気との間の界面から受信される反射を表す。

走査システムに適用される従来のゲーティングが、図６の６０６及び６０８に示されている。フラットゲーティングは、中央位置でのトランスデューサモジュール５０２とパイプ５０６との間の分離に基づいている。フラットゲーティングは、透過エコーの直後（ゲーティングデータに透過エコーを含まないように）及び後壁エコーの直後に（ゲーティングデータに後壁に関するデータを含むように）適用される。走査システムは、横方向の広さが非常に限られた単一のトランスデューサ素子を備えることができる。そのようなトランスデューサは、パイプを横切って撮像するためにパイプの表面を横切って移動させる必要がある。この場合、各点で見られる曲率が最小であるため、フラットゲーティングが適切である。これは、トランスデューサが移動するときに、走査されているパイプの位置において、トランスデューサがパイプの表面に対して垂直になるように連続的に角度が付けられているためである。

本発明者らは、この従来のフラットゲーティングは、このような単一のトランスデューサ素子走査システムにおいて有用であるものの、単一のトランスデューサ素子がより大きな物理的範囲を有する場合、又はアレイ内で複数のトランスデューサ素子が一緒に使用され、アレイ内の各素子が物体の表面に対して異なって配置され得る（すなわち、トランスデューサアレイ及び物体の表面の一方又は両方が少なくとも１つの方向において非平面である）場合、フラットゲーティングはあまり精密ではないことを認識した。

この場合、図６から理解されるように、フラットゲーティングは精密ではない。図６の左側を見ると、フラットゲーティングは透過エコーを除外することができず、さらに、後壁エコー及びパイプの内部に関する他の潜在的に望ましいデータが取り除かれてしまうことが分かる。したがって、画像の中心付近の狭い領域を除いて、フラットゲーティングが超音波信号を正確にゲーティングする可能性は低くなる。フラットゲーティングが依然として有用である画像の幅は、トランスデューサモジュールと物体の両方の表面プロファイルに大きく依存する。

本技術では、ゲーティングは、受信された超音波信号内の識別された特徴に基づいて適応される。例えば、再び図６を参照すると、透過エコーを識別することができ、透過エコーの下の予め設定された深さのゲーティングを適用することができる。これは、Ｂスキャン６００における透過エコー曲線に続く破線６１０によって示されている。後壁エコーも識別することができ、後壁エコーの下の予め設定された深さのゲーティングを適用することができる。これは、Ｂスキャン６００における後壁エコー曲線に続くさらなる破線６１２によって示されている。適切には、それぞれの超音波特徴部の下の適応型ゲーティングの予め設定された深さは同じである。場合によっては、透過エコーの下（又はその後の時間）の第１の深さ及び後壁エコーの下（又はその後の時間）の第２の深さにおいて、適応型ゲーティングを適用することができる。第１及び第２の深さ（又は時間）は同じである必要はない。深さは、ユーザの選択に従って、又は走査システムによって自動的に選択することができる。走査システムは、例えば、特徴振幅、特徴幅、特徴形状、データ内の複数の特徴、撮像されている材料又は材料の種類、撮像される欠損又は欠損の種類などのうちの１つ又は複数に基づいて深さを決定するように構成することができる。走査システムは、例えば、トランスデューサ分解能、トランスデューサ周波数、トランスデューサ周波数範囲、トランスデューササイズなどの１つ又は複数などの走査システムの特性に基づいて深さを決定するように構成することができる。

受信された超音波信号内の１つ又は複数の特徴を識別し、それらの１つ又は複数の特徴に基づいて適応型ゲーティングを行うことは、分析中の物体の特定の特性が分析前に知られている必要がないことを意味する。この例を図７及び図８に示す。図７は、不規則な非平面表面を有する物体７０６にカップリング部７０４を介してカップリングされたトランスデューサモジュール７０２を示す。カップリング部は、任意選択的に、ドライカップリングなどである。一般に、カップリング部は、遅延線を備えるか又は形成することができる。好ましくは、カップリング部は、カップリング部がトランスデューサモジュールと不規則な又は平坦でない表面との間のカップリングを可能にするように、軟質及び／又は可撓性のカップリング材料、例えばエラストマー材料を含む。

図８は、図７に示すシステムを使用して取得された概略Ｂスキャン８００を示す。図示のＢスキャンでは、湾曲した実線は物体の前壁及び後壁を表す。上側の実線８０２は、透過エコー、すなわちカップリング部と物体の上面との間の界面から（図７の向きで）受信される反射を表す。下側の実線８０４は、後壁エコー、すなわち（図７の向きにおける）物体の下面と物体の背後の空気との間の界面から受信される反射を表す。

走査システムは、受信された超音波信号において、透過エコー及び後壁エコーを識別するように構成される。この例では、透過エコー８０２及び後壁エコー８０４の両方の下（又はその後の時間）の予め設定された深さにおいて、適応型ゲーティングを適用している。結果として得られる適応型ゲーティングは、それぞれ８０６及び８０８に示されている。図から分かるように、適応型ゲーティングは物体の曲率に従う。物体の前面から受信された反射に適用されるゲーティングは、物体の後面から（及び／又は物体の任意の内部特徴から）受信された反射に適用されるゲーティングと同じであっても異なっていてもよい。透過エコーに適用されるゲーティングは、後壁エコーに適用されるゲーティングと同じであっても異なっていてもよい。物体の厚さは、必ずしも一定として扱われるわけではないが、一定である可能性もある。厚さは、物体幅にわたって変化するものとして扱うことができる。厚さは、線形又は非線形関数などの既知の又は決定された関数に従って変化する可能性がある。例えば、物体がくさび状である場合、厚さは一方向に徐々に増加する可能性がある。厚さは、例えば、物体の前面及び背面の一方が波形である場合に、交互に増加及び減少する可能性がある。本適応型ゲーティング技術を使用して、他の厚さの変動も考慮することができる。

受信された超音波信号内の１つ又は複数の特徴を走査システムによって識別することができるため、システムは、識別された１つ又は複数の特徴に基づいて適応型ゲーティングを行うことができる。したがって、この手法は、物体から反射された超音波信号に適切なゲーティングを適用することを可能にすることができる。物体の前面プロファイルが事前に知られている必要はない。物体の後面プロファイルが事前に知られている必要はない。本技術はまた、物体の厚さが未知の場合にも有効である。本技術は、物体の厚さが一定である場合、又は厚さが物体にわたって変化し得る場合に有用である。

適切には、走査システム９００は、物体の表面下の構造的特徴を撮像するためのものである。走査システムは、物体の内部特徴、又は物体の内部を撮像することができる。走査システムは、トランスデューサモジュール９０２と、分析モジュール９０４と、ゲーティングモジュール９０６とを備える。

トランスデューサモジュール９０２は、物体に向かって超音波信号を送信し、物体から反射された超音波信号を受信するためのものである。これにより、物体の内部構造に関するデータを取得することができる。トランスデューサモジュールは、超音波信号及び反射を送信及び受信するように適切に構成される。トランスデューサモジュール９０２は、適切には、１つ又は複数のトランスデューサ又はトランスデューサ素子９０８を備える。

分析モジュール９０４は、トランスデューサモジュール９０２に結合される。分析モジュールは、受信された超音波信号を分析することができる。分析モジュールは、受信された超音波信号を分析するように適切に構成される。これにより、分析モジュールは、受信された超音波信号内の１つ又は複数の特徴、例えば透過エコー、後壁エコー、及び物体の内部（すなわち、透過エコーと後壁エコーとの間）の欠損などの１つ又は複数の特徴を識別することができる。

ゲーティングモジュール９０６は、分析モジュールによって識別された１つ又は複数の特徴に基づいて、受信された超音波信号をゲーティングすることができる。ゲーティングモジュールは、識別された特徴に応じて、例えば、受信データ内の識別された特徴及び／又は識別された特徴の深さ／時間に基づいて、受信された信号の一部を選択的に保持することによって、受信された超音波信号をゲーティングするように構成される。これについては、本明細書の他の箇所でより詳細に説明する。

分析モジュール９０４は、受信された超音波信号内の透過エコーを識別するように構成され、ゲーティングモジュール９０６は、透過エコーの後に受信された信号を選択的に保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように構成される。ゲーティングモジュール９０６は、透過エコーの後のそれぞれの時間に受信された信号の複数のサブセットを保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように構成される。例えば、一実施態様では、ゲーティングモジュールは、透過エコーの後に受信されたすべてのデータ、又は透過エコーの後から後壁エコーの直後までに受信されたすべてのデータを保持することができる。別の実施態様では、ゲーティングモジュールは、透過エコーの後に受信されたデータの選択部分を保持することができる。この部分は、受信された超音波信号で識別された特徴に基づいて選択することができる。例えば、関心特徴の周囲又は関心特徴を中心とする部分を保持することができる。保持部分の幅は、予め設定されても、分析中の物体及び／若しくは走査システムの特性並びに／又は受信された信号の特性（ピークの振幅、ピークの幅、信号対雑音比、ピーク分離、特徴の種類など）に基づいて選択されてもよい。この手法は、関心特徴に関連しないデータを破棄することを可能にしながら、関心特徴に関連するデータを保持することを可能にする。したがって、そのような手法は、分析のための関連データを保持しながら、データストレージ、転送、及び処理コストを削減するのに役立つことができる。

複数のサブセットが受信されるそれぞれの時間は、不連続であってもよい。すなわち、保持されたデータは、分析中の物体の内部で互いに離間した１つ又は複数の特徴に関する可能性がある。例えば、適応型ゲーティングにより、透過エコーの直後に物体から受信されたデータを、後壁エコーの直前に物体から受信されたデータと共に保持することができる。適応型ゲーティングにより、さらに、又は代替的に、１つ又は複数の内部材料境界及び／又は層間剥離などの内部欠損を表すデータなどの、物体内の異なる特徴に関するデータを保持することができる。

ゲーティングモジュール９０６は、ゲーティング関数のグループから選択されたゲーティング関数に従って、受信された超音波信号をゲーティングするように構成される。ゲーティング関数のグループは、ゲーティングモジュール９０６にあるか、又はゲーティングモジュール９０６がアクセス可能なメモリ（例えば、ＲＡＭ）などのデータストア９１０に記憶することができる。データストアがゲーティングモジュールとは別個に設けられる場合、ゲーティングモジュール９０６はデータストア９１０に結合される。ゲーティングモジュール９０６は、
走査対象の物体の材料、
物体の表面プロファイル及び／又は厚さなどの走査対象の物体の構造、
関心特徴の深さ、
亀裂、応力破壊、層間剥離など、調査対象の欠陥又は欠陥の種類、
トランスデューサモジュールと走査対象の物体との間に使用されるカップリング媒体、並びに
ゲーティングモジュールによって受信されるゲーティング選択信号（このゲーティング選択信号が上記の選択肢の指示を含むことができる）
のうちの１つ又は複数に基づいてゲーティング関数を選択するように構成される。

分析モジュール９０４は、受信された超音波信号内の後壁エコーを識別するように適切に構成され、ゲーティングモジュール９０６は、後壁エコーのタイミングに基づいて信号を選択的に保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように適切に構成される。例えば、適応型ゲーティングは、後壁エコーの前の時間範囲で受信された信号、又は後壁エコーの受信タイミングの前後の両方に広がる時間範囲で受信された信号を保持するようなものとすることができる。時間範囲は、予め設定されても、分析中の物体及び／若しくは走査システムの特性並びに／又は受信された信号の特性（ピークの振幅、ピークの幅、信号対雑音比、ピーク分離、特徴の種類など）に基づいて選択されてもよい。

分析モジュール９０４は、受信された超音波信号内の材料不連続性特徴を識別するように適切に構成され、ゲーティングモジュール９０６は、識別された材料不連続性特徴に応じて、受信された超音波信号をゲーティングするように適切に構成される。材料不連続性特徴は、透過エコーと後壁エコーとの間で受信された超音波信号において識別することができる。例えば、適応型ゲーティングは、識別された特徴のタイミングの前、識別された特徴のタイミングの後、又は識別された特徴のタイミングの前後の両方に広がる時間範囲内で受信された信号を保持するように適用することができる。時間範囲は、識別された特徴又は識別された特徴のピークを中心とすることができるが、そうである必要はない。識別された特徴の前後の時間範囲の広さは、予め設定されても、分析中の物体及び／若しくは走査システムの特性並びに／又は受信された信号の特性（ピークの振幅、ピークの幅、信号対雑音比、ピーク分離、特徴の種類など）に基づいて選択されてもよい。

適切には、信号の複数のサブセットのそれぞれの時間は、透過エコー、後壁エコー、及び材料不連続性特徴のタイミングのうちの１つ又は複数から決定される。

ここで、受信された超音波反射を概略的に示す図１０を参照する。透過エコーは１００２に示されており、Ｐ１のピーク振幅を有する。後壁エコーは１００４で示されており、Ｐ２のピーク振幅を有する。内部特徴エコーは、１００６及び１００８に示されており、それぞれＰ３及びＰ４のピーク振幅を有する。分析モジュール９０４は、受信された超音波信号内の、透過エコー閾値振幅Ｐ＿ｔｈ１を超える振幅を有する第１のピークを識別することによって、透過エコー１００２を識別するように構成される。Ｐ＿ｔｈ１よりも大きい振幅を有するピークを識別することにより、ノイズに起因するピークが透過エコーとして誤って識別されることがないことを保証することができる。透過エコーは高い振幅を有すると予想されるため、透過エコーの閾値振幅の値は、透過エコーが正確に識別されることを保証するように選択することができる。閾値振幅の値は、分析中の物体及び／又は走査システムの特性に応じて選択することができる。閾値振幅の値は、ユーザが選択可能であり得る。例えば、Ｐ＿ｔｈ１の値は、最大振幅Ｐ＿ｔｈ２よりも６ｄＢ小さくすることができる（以下を参照）。Ｐ＿ｔｈ１の値は、トランスデューサモジュールの出力振幅又は強度などの最大出力の所与の割合として計算することができる。例えば、Ｐ＿ｔｈ１の値は、トランスデューサモジュールの最大出力よりも１８ｄＢ低くてもよい。

分析モジュール９０４は、第１のピークが所定の最大振幅Ｐ＿ｔｈ２未満の振幅を有することを識別することによって、透過エコー１００２を識別するように構成することができる。透過エコーは高い振幅を有すると予想されるが、ピークの振幅が高すぎると、後続のデータが分析に適していないことを示す場合がある。例えば、トランスデューサモジュールが空気中に発射する場合（これは、セットアップ手順の一部として、又は走査システムのオペレータによって不注意に実行され得る）、ピーク振幅は、典型的な透過エコーピーク振幅に対して予想されるよりも高い可能性がある。したがって、より高い振幅は、超音波信号が物体を透過していないことを示す可能性がある。トランスデューサモジュールが分析中の物体に向けられているが、トランスデューサモジュールと物体との間のカップリングが不十分である場合、物体にカップリングする超音波の割合は低く、トランスデューサモジュールに向かって反射して戻る割合は高くなる可能性がある。ここでも、ピーク振幅は、典型的な透過エコーピーク振幅に対して予想されるよりも高い可能性が高い。この場合のこのより高い振幅は、物体を透過したエネルギーが不十分であることを示し、結果として生じる内部反射を低品質及び／又は低振幅にする可能性がある。物体を透過するエネルギーが不十分である場合、結果として得られる反射の信号対雑音比は、精密な分析結果を取得するには低すぎる可能性がある。ここで、「低い」という用語は相対的なものである。物体にカップリングすることが望ましいエネルギーの割合は、物体及び／又は走査システムの性質又は特性に依存する可能性がある。例えば、表面に近い領域が分析されている場合、送信された超音波エネルギーのより低い割合が物体にカップリングすることは許容可能であり得る。物体内のより深い領域が分析される場合、送信された超音波エネルギーの比較的高い割合が物体にカップリングすることが望ましい。超音波の周波数は、透過深さに影響を及ぼす。したがって、物体にカップリングする送信エネルギーの割合が十分であると見なされるかどうかは、送信の周波数、受信の周波数応答などのトランスデューサの特性にも依存する可能性がある。

したがって、物体にカップリングするエネルギーの割合が「低い」と見なされるかどうかは、少なくとも本明細書で言及される要因に依存する可能性がある。物体にカップリングするエネルギーの閾値割合は、実行される分析のパラメータ及び／又は所定若しくはユーザ選択に基づいて決定することができる。このエネルギーの閾値割合を使用して、最大振幅Ｐ＿ｔｈ２として選択する振幅値を通知することができる。Ｐ＿ｔｈ２の値は、トランスデューサモジュールの出力振幅又は強度などの最大出力の所与の割合として計算することができる。例えば、Ｐ＿ｔｈ２の値は、トランスデューサモジュールの最大出力よりも１２ｄＢ低くてもよい。

したがって、Ｐ＿ｔｈ１よりも大きいがＰ＿ｔｈ２よりも小さい振幅を有する第１のピークの識別は、受信される後続の反射が分析に適していることを保証するのを助けることができる。

分析モジュール９０４は、識別された透過エコーの後の最小振幅を識別するように構成され、ゲーティングモジュール９０６は、識別された最小振幅の後に受信された信号を選択的に保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように構成される。識別された最小振幅は、識別された透過エコーピークＰ１の直後の最小値であってもよい。分析モジュール９０４は、例えば振幅が閾値振幅値を下回る場合に、透過エコー１００２のピークＰ１の後続の最小値を決定することによって最小振幅を識別するように構成される。閾値振幅値は、透過エコーの最大振幅の割合である。閾値振幅値として選択された透過エコーの最大振幅の割合は、例えば物体及び／若しくは走査システムの特性、並びに／又はユーザ選択に基づいて、必要に応じて選択することができる。

分析モジュール９０４は、受信された超音波信号内の、後壁エコー閾値振幅Ｐ＿ｔｈ３を超える振幅Ｐ２を有する最終ピークを識別することによって、後壁エコー１００４を識別するように構成される。Ｐ＿ｔｈ３よりも大きい振幅を有するピークを識別することにより、ノイズに起因するピークが後壁エコーとして誤って識別されることがないことを保証することができる。閾値振幅の値は、分析中の物体（例えば、予想される厚さ又は厚さの範囲）及び／又は走査システムの特性に応じて選択することができる。閾値振幅の値は、ユーザが選択可能であり得る。例えば、Ｐ＿ｔｈ３の値は、Ｐ＿ｔｈ１よりも３ｄＢ又は４ｄＢ低くてもよい。

分析モジュール９０４は、識別された後壁エコー１００４のピークの後のさらなる最小振幅を識別するように構成され、ゲーティングモジュール９０６は、識別されたさらなる最小振幅の前に受信された信号を選択的に保持するために、受信された超音波信号をゲーティングするように構成される。この手法は、後続の分析のために後壁エコー自体が保持されることを意味する。他の例では、後壁エコーは保持される必要はない。さらなる最小振幅は、識別された後壁エコーピークＰ２の直後の最小値であり得る。分析モジュール９０４は、例えば振幅がさらなる閾値振幅値を下回る場合に、後壁エコーピークの後続のさらなる次の最小値を決定することによってさらなる最小振幅を識別するように構成される。さらなる閾値振幅値は、後壁エコーの最大振幅の割合である。さらなる閾値振幅値として選択された後壁エコーの最大振幅の割合は、例えば物体及び／若しくは走査システムの特性、並びに／又はユーザ選択に基づいて、必要に応じて選択することができる。

分析モジュール９０４は、透過エコー１００２と後壁エコー１００４との間の受信された超音波信号内の特徴１００６、１００８の１つ又は複数のピークＰ３、Ｐ４を識別することによって、１つ又は複数の材料不連続性特徴を識別するように構成される。分析モジュール９０４は、受信された超音波信号内の、所与の振幅範囲内の振幅を有するピークを識別することによって、１つ又は複数の材料不連続性特徴を識別するように構成される。所与の振幅範囲は、透過エコー１００２及び後壁エコー１００４の一方又は両方の振幅、及び／又は物体の材料、走査システムの特性などに依存する可能性がある。適切には、所与の振幅範囲は、内部特徴振幅閾値Ｐ＿ｔｈ４よりも大きい振幅の範囲である。Ｐ＿ｔｈ４より大きい振幅を有するピークを使用して内部特徴を識別することは、ノイズに起因する可能性があると識別される「偽」ピークの数を減らすのに役立つことができる。閾値を大きくすることにより、ノイズピークを内部特徴に起因するピークとして識別する可能性を低減することができる。

走査システム９００は、任意選択的に、画像生成器９１２と、画像生成器９１２に結合されたディスプレイ９１４と、ユーザ入力デバイス９１６とを備える。画像生成器９１２は、受信された超音波信号に応じて、物体の表面下の構造的特徴を表す画像スキャンを生成するように構成される。ディスプレイ９１４は、画像スキャンを表示するように構成される。ユーザ入力デバイス９１６は、表示された画像スキャンの一部をユーザが指し示すことができる指示信号を生成するように構成される。分析モジュール９０４は、生成された指示信号に応答して特徴を識別するように構成される。

走査システム９００は、画像生成器９１２、ディスプレイ９１４、及びユーザ入力デバイス９１６のうちの１つ又は複数を備える必要はない。走査システム９００は、代替的又は追加的に、走査システム９００から離れたディスプレイに生成された画像スキャンを表示させる信号を出力するための通信ポート９１８を備えることができる。通信ポート９１８は、リモート画像生成器が画像スキャンを生成することを可能にするために、受信された超音波信号を表すデータを出力することができる。リモートで生成された画像スキャンは、リモートディスプレイに表示され、及び／又は例えば通信ポート９１８を介して戻されて、ディスプレイ９１４に表示することができる。この構成の柔軟性により、走査システム９００は、適切な場所で外部システムに結合することができ、例えば、必要に応じて外部処理能力を使用することができる。

トランスデューサモジュール９０２は、アレイ状に配置された複数のトランスデューサ素子９０８を備えることができる。各トランスデューサ素子について、分析モジュール９０４は、そのトランスデューサ素子で受信された超音波信号を分析して、受信された超音波信号のそれぞれの特徴を識別するように適切に構成される。ゲーティングモジュール９０６は、それぞれの識別された特徴に応じて、そのトランスデューサ素子で受信された超音波信号をゲーティングするように適切に構成される。アレイは、トランスデューサ素子の２次元アレイであり得る。ゲーティング関数は、アレイに沿った異なる方向に異なるプロファイルを有することができる。

ゲーティングモジュール９０６は、トランスデューサモジュールの速度に応じて受信された超音波信号をゲーティングするように構成することができる。速度は、適切には、分析中の物体に対するトランスデューサモジュールの速度である。速度が高い場合、より広いゲーティングを使用することができ、例えば、より広いゲーティングは、より多くの画素及び／又はより長い飛行時間若しくは飛行時間の範囲を含むことができる。この手法は、関心特徴がゲーティング信号に保持されることを保証しながら、トランスデューサモジュール－物体速度がより高い場合でも適応型ゲーティング技術を使用することを可能にする。

次に、図１１を参照して方法を説明する。超音波信号は、トランスデューサモジュールによって、例えばトランスデューサモジュールの少なくとも一部を形成する１つ又は複数のトランスデューサ素子によって送信される。１１０２において、送信された超音波信号の反射が受信される。１１０４において、受信された超音波信号が分析される。１１０６において、分析により、受信された超音波信号内の１つ又は複数の特徴を識別することが可能になる。１つ又は複数の特徴は、特徴マッチングアルゴリズムなどによって識別することができる。例えば、マッチフィルタを使用して、反射された信号の予想される形状との一致を識別することができる。１１０８において、識別された特徴、又は識別された特徴を表すデータを、Ａに出力することができる。出力は、さらなるモジュールにデータを送信すること、及び／又は、例えばメモリ、例えばＲＡＭなどのローカル及び／又はリモートのデータストアにデータを記憶することによって、後のアクセスのためにデータを記憶することを含むことができる。データをローカルに記憶することにより、保存時間及びロード時間をより速くすることができる。クラウドなどにデータをリモートで記憶することにより、走査システムのコスト、複雑さ、及び／又はサイズを増加させることなく、より多くのデータを記憶することが可能になる。１１１０において、受信された超音波信号は、１つ又は複数の識別された特徴に従ってゲーティングされる。例えば、１つ又は複数の識別された特徴を表すデータを使用して、受信された超音波信号をゲーティングすることができる。

したがって、受信された超音波信号のセットを使用して、１つ又は複数の識別された特徴を決定することができ、次いで、それらの１つ又は複数の識別された特徴に基づいてゲーティングを決定することができる。そのゲーティングは、受信された超音波信号のセットをゲーティングするために使用することができる。

追加的又は代替的に、１２０２において、トランスデューサモジュールによって、さらなる超音波信号を送信することができ、さらなる反射された超音波信号のセットを受信することができる。１２０４において、受信された超音波信号のセットを使用して識別された、１つ又は複数の識別された特徴を表すデータを使用して、１２０６において、１つ又は複数の識別された特徴に基づいて、反射された超音波信号のさらなるセットをゲーティングする。

したがって、超音波反射のセット、例えば、透過エコー、後壁エコー、及び分析中の物体の内部特徴から導出されたエコーのうちの１つ又は複数で特徴が識別されると、それらの特徴を使用してゲーティング関数（又はゲーティング関数のセット）を決定することができる。次いで、そのゲーティング関数（又はゲーティング関数のセット）を使用して、超音波反射のセット及び／又は超音波反射のセットに続いて受信され得る超音波反射のさらなるセットをゲーティングすることができる。

ここで図１３を参照すると、１３０２において、超音波信号が送信され、それらの送信された超音波信号の反射が受信される。１３０４において、受信された超音波信号を使用して画像スキャンが生成される。例えば、画像スキャンは、ローカル及び／又はリモート画像生成器によって生成することができる。１３０６において、生成された画像スキャンがディスプレイに表示される。ディスプレイは、ローカル及び／又はリモートディスプレイであり得る。１３０８において、指示信号が、ユーザ入力デバイスを使用して生成される。ユーザ入力デバイスは、走査システムの一部を形成することができるが、必ずしもそうである必要はない。ユーザは、ローカル及び／又はリモートディスプレイ上、例えば走査システムの一部を形成するハンドヘルドディスプレイ上、及び／又は走査システムに通信可能に結合されたモニタ上で画像スキャンを見ることができる。１３１０において、走査システムは、指示信号に基づいて、受信された超音波信号内の特徴を識別する。

超音波信号は、単一素子のトランスデューサ又は複数素子のトランスデューサから送信することができる。一例では、１４０２において、超音波信号が、アレイ内の複数のトランスデューサ素子から送信され、それらの送信された超音波信号の反射は、アレイ内の複数のトランスデューサ素子のうちの１つ又は複数によって受信される。１４０４において、受信された超音波信号は、超音波信号が受信されるトランスデューサ素子のアレイ内の位置に応じてゲーティングされる。

物体の表面下の構造的特徴（物体の内部特徴など）を撮像するための走査システムは、以下の特徴に加えて、任意選択的に、上記の特徴のいずれか１つ又は複数を含むことができるものであり、アレイを形成する複数のトランスデューサ素子を備えることができる。アレイ内の各トランスデューサ素子は、物体に向かって超音波信号を送信し、物体から反射された超音波信号を受信するように構成され、物体の内部構造に関するデータを取得することを可能にする。走査システムは、複数のトランスデューサから受信された超音波信号を取得し、物体の内部を撮像するために受信された超音波信号を処理するように構成された信号プロセッサをさらに備える。処理は、適切には、受信された超音波信号を受信したトランスデューサ素子のアレイ内の位置に基づいて、受信された超音波信号をゲーティングすることを含む。

トランスデューサアレイが平面である場合、アレイ内のトランスデューサの位置は、アレイの走査面に対する、横方向位置と呼ばれ得る位置を画定する。位置はまた、走査システムによって走査される物体に対して相対的であり得る。例えば、平面アレイが走査される物体の平坦な（又はほぼ平坦な）表面に平行である場合、アレイ内の位置は、物体に対する位置に対応する（走査システムは、例えば、物体に対して固定された相対位置に保持される）。

適切には、アレイ内のトランスデューサは、超音波信号を同時に送信するように構成される。すなわち、アレイ内の各トランスデューサによって送信される超音波信号の送信タイミングに遅延がないか、又は大幅な遅延がないことが適切である。

ゲーティングは、トランスデューサアレイ内のトランスデューサの位置の線形又は非線形関数であり得る。

信号プロセッサは、アレイ内の各トランスデューサのそれぞれのゲーティング値を定義するゲーティング関数に従って、受信された超音波信号をゲーティングするように適切に構成される。ゲーティング値は、アレイ内の位置の関数とすることができる。ゲーティング関数は、アレイ内の少なくとも２つのトランスデューサについて同じゲーティング値を定義してもよい。適切には、ゲーティング値は、アレイに沿った位置の滑らかな関数を記述することができる。ゲーティング関数は、転回点及び／又は変曲点を含むか又は記述することができる。滑らかな関数は、円又は楕円などの湾曲形状の円弧を適切に記述する。したがって、ゲーティング関数は、パイプの曲率に対応するか、又は一致することができる。例えば、超音波反射が円形断面を有するパイプ又は同様の物体から受信される場合、円の円弧を記述するゲーティング関数を使用することができる。ゲーティング関数の他の適切な曲率によって、他の断面形状に適応することができることが理解されよう。

信号プロセッサは、トランスデューサアレイ内の隣接するトランスデューサに対してゲーティングをオフセットするように適切に構成される。オフセットは、トランスデューサアレイにわたる距離に応じて変化してもよく、例えば、オフセットは、トランスデューサアレイにわたる距離の関数として変化してもよい。オフセットは、線形又は非線形に変化することができる。すなわち、ゲーティングタイミングを距離に応じて滑らかに変化させることができる。ゲーティングタイミングは、曲線関数に従う値を含むことができる。曲線関数は、円の円弧を表すことができる。適切には、トランスデューサ素子はアレイ内で規則的に離間されているが、そうである必要はない。各トランスデューサ素子に適用されるゲーティング関数は、アレイ内のトランスデューサ素子間の相対的な分離に基づいてもよい。

一次元トランスデューサアレイ（例えば、トランスデューサ素子は、ｘ方向に沿って配置される）の場合、ゲーティング関数は、ｘ方向又はｘ及びｚ方向（ここで、ｚ方向は物体内に向けられ、例えば、超音波送信方向である）で変化することができる。二次元トランスデューサアレイ（例えば、トランスデューサ素子は、ｘ－ｙ平面内に配置される）の場合、ゲーティング関数は、１つの方向又は複数の方向に変化することができる。ゲーティング関数は、ｘ方向に、ｘ及びｙ方向に、又はｘ、ｙ及びｚ方向に変化することができる。ｘ方向にゲーティング関数値を変化させることにより、円筒形パイプの適切な適応型ゲーティングを可能にすることができる。ｘ及びｙ方向の両方のゲーティング関数値を変化させることにより、湾曲した車体パネルなどの２次元湾曲面のための適切な適応型ゲーティングを可能にすることができる。ｘ、ｙ及びｚ方向のゲーティング関数値を変化させることにより、関心特徴に深さ変動がある物体に対して適切な適応型ゲーティングをさらに可能にすることができる。

信号プロセッサは、ゲーティング選択信号に応じて、ゲーティング関数のグループからゲーティング関数を選択するように構成される。ゲーティング関数のグループは、それぞれがアレイ内の位置のそれぞれの関数を記述するゲーティング値を定義する複数のゲーティング関数を含む。それぞれの関数は、互いに曲率が異なる曲線を表すことができる。例えば、それぞれの関数は、直径が異なる円の円弧を記述することができる。これにより、ゲーティング関数を直径が異なるパイプと一致させることができる。適切には、ゲーティング関数のグループは、一般的なパイプ径、例えば５０ｍｍ、１００ｍｍ、３００ｍｍ、６００ｍｍなどに対応するゲーティング関数を含む。

信号プロセッサは、オペレータ入力部からゲーティング選択信号を受信するように構成される。オペレータ入力部は、ボタン、ダイヤル又はスイッチなどの物理的入力デバイスを備えることができる。そのような場合、適切には、走査システムは、ボタン、ダイヤル又はスイッチを備える。オペレータ入力部は、オペレータ選択に関連するソフトウェア入力を受信するように構成された走査システムの入力ポートを備えることができる。オペレータ入力部は通信ポートを備えることができる。ソフトウェア入力は、走査システムに結合されたコンピューティングシステムによって提供することができる。

適切には、ユーザはパイプ径を選択することができ、システムは、ユーザ選択に基づいてそのパイプ直径に適切なゲーティング関数を選択することができる。例えば、システムは、選択されたパイプ径に対応するゲーティング関数、又は走査システムに利用可能なゲーティング関数のグループから選択されたパイプ径に最も近似したゲーティング関数を選択することができる。

走査システムは、例えばアレイ内の複数のトランスデューサに対して、複数の位置で透過エコーピークを識別するように構成することができる。異なるトランスデューサ素子から、識別された透過エコーピークまでの深さ又は飛行時間に基づいて、分析中の物体の曲率を決定することができる。決定された曲率に最も近似したマッチングゲーティング関数を選択することができる。したがって、超音波反射に基づいてパイプの曲率を推定することができ、そして、そのパイプの曲率に対応するゲーティング関数を自動的に選択して、そのパイプから反射された信号をゲーティングすることができる。

適切には、走査システムは、受信された超音波信号の第１のセットを分析して、受信された超音波信号の第１のセット内の特徴を識別し；識別された特徴に基づいてゲーティング選択信号を生成して、ゲーティング関数を選択し；選択されたゲーティング関数を使用して、受信された超音波信号の第２のセットを処理するように構成される。特徴を識別することは、特性のセットに対して超音波信号の第１のセットを評価することを含むことができる。特徴を識別することは、最小振幅又はそれぞれの最小振幅よりも大きい振幅、及び最大振幅又はそれぞれの最大振幅よりも小さい振幅の一方又は両方を有する受信された超音波信号内の１つ又は複数のピークを識別することを含むことができる。

特徴を識別することは、透過エコー閾値振幅を超える第１のピークを透過エコーとして識別することを含むことができ、ゲーティング選択信号を生成することは、透過エコーの後に受信された超音波信号を選択的に保持するように構成されたゲーティング関数を選択することを含むことができる。識別された透過エコーの前に受信されたデータは破棄することができる。特徴を識別することは、透過エコーの後に受信された超音波信号の最小振幅を識別することを含むことができ、ゲーティング選択信号を生成することは、識別された最小振幅の後に受信された超音波信号を保持するように構成されたゲーティング関数を選択することを含むことができる。識別された最小振幅の前に受信された超音波信号は破棄することができる。

走査システムは、透過エコーの後の所与の飛行時間（すなわち、走査される物体の表面下の所与の深さ）を有する受信された信号の一部を保持するように適切に構成される。例えば、関心領域が物体の上部１５ｍｍである場合、保持された部分は、透過エコーの後続の１５ｍｍの深さを表す受信された信号を構成することができる。

特徴を識別することは、後壁閾値振幅を超える最終ピークを後壁エコーとして識別することを含むことができ、ゲーティング選択信号を生成することは、後壁エコーのタイミングに基づいて超音波信号を選択的に保持するように構成されたゲーティング関数を選択することを含むことができる。特徴を識別することは、識別された後壁エコーの後のさらなる最小振幅を識別することを含むことができ、ゲーティング選択信号を生成することは、識別されたさらなる最小振幅の前に受信された超音波信号を保持するように構成されたゲーティング関数を選択することを含む。

適切には、信号プロセッサは、処理された信号を出力するように構成される。信号プロセッサは、処理された信号をローカル及び／又はリモートメモリなどの記憶ユニットに出力するように構成することができる。処理された信号は、物体の内部を分析するための分析モジュールに出力することができる。処理された信号は、物体の内部の画像を生成するための画像生成器に出力することができる。生成された画像は、ディスプレイに表示するために好適に出力される。このようにして、物体の内部を視覚化し、オペレータがより容易に認識することができる。

物体の表面下の構造的特徴を撮像する方法は、適切には、アレイ内の複数のトランスデューサ素子から、物体に向かって超音波信号を送信するステップを含む。本方法は、複数のトランスデューサ素子で、物体から反射された超音波信号を受信し、物体の内部構造に関するデータを取得することを可能にするステップをさらに含む。受信された超音波信号は、物体の内部を撮像するために処理され、処理は、受信された超音波信号を受信したトランスデューサ素子のアレイ内の位置に基づいて、受信された超音波信号をゲーティングすることを含む。

本明細書に記載の装置及び方法は、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）などの複合材料の剥離及び層間剥離を検出するのに特に適している。これは航空機の整備にとって重要である。これはまた、応力集中装置として機能し得るリベット穴の周りの剥落を検出するために使用することができる。この装置は、金属又は金属構造体の腐食、溶接、亀裂などを検出するのに特に有用である。この装置は、はるかに大きな構成要素の小さな領域を撮像することが望まれる用途に特に適している。装置は、軽量で携帯可能であり、使いやすい。装置は、物体上の必要な場所に設置されるように、オペレータによって手で容易に持ち運ぶことができる。

本明細書の図に示す構造は、装置内のいくつかの機能ブロックに対応することを意図している。これは例示のみを目的としている。図に示されている機能ブロックは、装置が実行するように構成されている異なる機能を表し、装置内の物理的構成要素間の厳密な分割を定義することを意図していない。いくつかの機能の性能は、いくつかの異なる物理的構成要素に分割されてもよい。１つの特定の構成要素が、いくつかの異なる機能を実行してもよい。図は、チップ上のハードウェアの異なる部品間、又はソフトウェア内の異なるプログラム、手順若しくは機能間の厳密な分割を定義することを意図していない。機能は、ハードウェア若しくはソフトウェア、又はこれら２つの組み合わせで実行することができる。任意のそのようなソフトウェアは、好ましくは、メモリ（ＲＡＭ、キャッシュ、フラッシュ、ＲＯＭ、ハードディスクなど）又は他の記憶手段（ＵＳＢスティック、フラッシュ、ＲＯＭ、ＣＤ、ディスクなど）などの非一時的コンピュータ可読媒体に記憶される。装置は、１つの物理デバイスのみを備えても、いくつかの別個のデバイスを備えてもよい。例えば、信号処理及び画像生成の一部は、携帯可能なハンドヘルドデバイスで実行されてもよく、一部は、ＰＣ、ＰＤＡ、又はタブレットなどの別個のデバイスで実行されてもよい。いくつかの例では、画像生成の全体が別個のデバイスで実行されてもよい。本明細書に記載された機能ユニットのいずれも、クラウドの一部として実装することができる。

本出願人は、本明細書に記載された個々の特徴及び２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを、そのような特徴又は特徴の組み合わせが本明細書に開示された問題を解決するかどうかにかかわらず、また特許請求の範囲に限定せずに、当業者の共通の一般知識に照らして、そのような特徴又は組み合わせが全体として本明細書に基づいて実行することができる範囲で単独で開示する。本出願人は、本発明の態様が、任意のそのような個々の特徴又は特徴の組み合わせからなり得ることを示す。上記の説明を考慮すると、本発明の範囲内で様々な変更を行うことができることが当業者には明らかであろう。

Claims (24)

1. 物体の表面下の構造的特徴を撮像するための走査システムであって、
   アレイ状に配置された複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサモジュールであって、超音波信号を物体に向けて送信し、前記物体から反射された超音波信号を受信するように構成され、それにより、前記物体の内部構造に関するデータを取得することができる、トランスデューサモジュールと、
   前記トランスデューサモジュールに結合され、前記複数のトランスデューサ素子の各々で受信された超音波信号を分析して、前記受信された超音波信号のそれぞれの特徴を識別するように構成された分析モジュールと、
   前記それぞれの識別された特徴に応じて、前記複数のトランスデューサ素子のそれぞれで受信された前記超音波信号をゲーティングするように構成されたゲーティングモジュールと
   を備える、走査システム。
2. 前記分析モジュールは、前記受信された超音波信号内の透過エコーを識別するように構成され、前記ゲーティングモジュールは、前記透過エコーの後に受信された信号を選択的に保持するために、前記受信された超音波信号をゲーティングするように構成される、請求項１に記載の走査システム。
3. 前記ゲーティングモジュールは、前記透過エコーの後のそれぞれの時間に受信された信号の複数のサブセットを保持するために、前記受信された超音波信号をゲーティングするように構成される、請求項１又は請求項２に記載の走査システム。
4. 前記複数のサブセットが受信される前記それぞれの時間が不連続である、請求項３に記載の走査システム。
5. 前記ゲーティングモジュールは、ゲーティング関数のグループから選択されたゲーティング関数に従って、前記受信された超音波信号をゲーティングするように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の走査システム。
6. 前記ゲーティングモジュールは、
   走査対象の物体の材料、
   走査対象の物体の構造、
   関心特徴の深さ、
   調査対象の欠陥、
   走査対象の物体の厚さ、
   前記トランスデューサモジュールと走査対象の物体との間に使用されるカップリング媒体、並びに
   前記ゲーティングモジュールによって受信されるゲーティング選択信号
   のうちの１つ又は複数に基づいて前記ゲーティング関数を選択するように構成される、請求項５に記載の走査システム。
7. 前記分析モジュールは、前記受信された超音波信号内の後壁エコーを識別するように構成され、前記ゲーティングモジュールは、前記後壁エコーのタイミングに基づいて信号を選択的に保持するために、前記受信された超音波信号をゲーティングするように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の走査システム。
8. 前記分析モジュールは、前記透過エコーと前記後壁エコーとの間の前記受信された超音波信号内の材料不連続性特徴を識別するように構成され、前記ゲーティングモジュールは、前記識別された材料不連続性特徴に応じて、前記受信された超音波信号をゲーティングするように構成される、請求項７に記載の走査システム。
9. 前記複数の信号のサブセットの前記それぞれの時間が、前記透過エコー、前記後壁エコー、及び前記材料不連続性特徴のタイミングのうちの１つ又は複数から決定される、請求項８に記載の走査システム。
10. 前記分析モジュールは、前記受信された超音波信号内の、透過エコー閾値振幅を超える振幅を有する第１のピークを識別することによって、前記透過エコーを識別するように構成される、請求項２から９のいずれか一項に記載の走査システム。
11. 前記分析モジュールは、前記第１のピークが所定の振幅未満の振幅を有することを識別することによって、前記透過エコーを識別するように構成される、請求項１０に記載の走査システム。
12. 前記分析モジュールは、前記透過エコーと前記後壁エコーとの間にある、及び／又は所与の振幅範囲内の振幅を有する、前記受信された超音波信号のピークを識別することによって、前記材料不連続性特徴を識別するように構成される、請求項８から１１のいずれか一項に記載の走査システム。
13. 前記受信された超音波信号に応じて、物体の表面下の構造的特徴を表す画像スキャンを生成するように構成された画像生成器；前記画像生成器に結合され、前記画像スキャンを表示するように構成されたディスプレイ；及び前記表示された画像スキャンの一部をユーザが指し示すことができる指示信号を生成するように構成されたユーザ入力デバイスを備え、前記分析モジュールは、前記生成された指示信号に応答して前記特徴を識別するように構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の走査システム。
14. 前記アレイは、トランスデューサ素子の２次元アレイであり、前記ゲーティング関数は、前記アレイに沿った異なる方向に異なるプロファイルを有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の走査システム。
15. 物体の表面下の構造的特徴を撮像する方法であって、
    アレイ状に配置された複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサモジュールを使用して、物体に向かって超音波信号を送信し、前記物体から反射された超音波信号を受信するステップであって、前記物体の内部構造に関するデータを取得することができる、ステップと、
    前記複数のトランスデューサ素子の各々で受信された超音波信号を分析して、前記受信された超音波信号のそれぞれの特徴を識別するステップと、
    前記それぞれの識別された特徴に応じて、前記複数のトランスデューサ素子の各々で受信された前記超音波信号をゲーティングするステップと
    を含む、方法。
16. 前記受信された超音波信号に応じて、物体の表面下の構造的特徴を表す画像スキャンを生成するステップと、
    ディスプレイに前記画像スキャンを表示するステップと、
    前記表示された画像スキャンの一部をユーザが指し示すことができる指示信号をユーザ入力デバイスから受信するステップと、
    前記生成された指示信号に応答して前記特徴を識別するステップと
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 物体の表面下の構造的特徴を撮像するための走査システムであって、
    アレイを形成する複数のトランスデューサ素子であって、前記アレイ内の各トランスデューサ素子は、物体に向かって超音波信号を送信し、前記物体から反射された超音波信号を受信するように構成され、それにより、前記物体の内部構造に関するデータを取得することができる、複数のトランスデューサ素子と、
    前記複数のトランスデューサから前記受信された超音波信号を取得し、
    前記物体の内部を撮像するために、前記受信された超音波信号を処理する
    ように構成され、前記処理は前記受信された超音波信号を受信した前記トランスデューサ素子の前記アレイ内の位置に基づいて、前記受信された超音波信号をゲーティングすることを含む、信号プロセッサと
    を備える、走査システム。
18. 前記信号プロセッサは、前記アレイ内の各トランスデューサのそれぞれのゲーティング値を定義するゲーティング関数に従って、前記受信された超音波信号をゲーティングするように構成され、前記ゲーティング値は、前記アレイ内の位置の関数である、請求項１７に記載の走査システム。
19. 前記ゲーティング値は、前記アレイに沿った位置の滑らかな関数を記述する、請求項１８に記載の走査システム。
20. 前記滑らかな関数は円の円弧を記述する、請求項１８又は請求項１９に記載の走査システム。
21. 前記信号プロセッサは、ゲーティング選択信号に応答してゲーティング関数のグループから前記ゲーティング関数を選択するように構成される、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の走査システム。
22. 前記ゲーティング関数のグループは、各々が前記アレイ内の位置のそれぞれの関数を記述するゲーティング値を定義する複数のゲーティング関数を含み、前記それぞれの関数は互いに異なる曲率の曲線を記述する、請求項２１に記載の走査システム。
23. 受信された超音波信号の第１のセットを分析して、前記受信された超音波信号の第１のセット内の特徴を識別し、
    前記識別された特徴に基づいて前記ゲーティング選択信号を生成して、ゲーティング関数を選択し、
    前記選択されたゲーティング関数を使用して、受信された超音波信号の第２のセットを処理する
    ように構成される、請求項２１又は請求項２２に記載の走査システム。
24. 物体の表面下の構造的特徴を撮像する方法であって、
    アレイ内の複数のトランスデューサ素子から、物体に向かって超音波信号を送信し、前記複数のトランスデューサ素子において、前記物体から反射された超音波信号を受信するステップであって、それにより、前記物体の内部構造に関するデータを取得することができる、ステップと、
    前記物体の内部を撮像するために、前記受信された超音波信号を処理するステップであって、前記受信された超音波信号を受信した前記トランスデューサ素子の前記アレイ内の位置に基づいて、前記受信された超音波信号をゲーティングすることを含む、ステップと
    を含む、方法。

Images