JP4776707B2 - 超音波画像化装置 - Google Patents
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Description
A/D変換器133は,増幅器132で増幅された超音波エコー信号をA/D(アナログ−デジタル)変換する。A/D変換器133が超音波エコー信号をサンプリングすることで,後述のサンプリングデータが生成される。A/D変換器133は,「複数の第1の圧電素子から送信され,検査対象物によって反射されて,前記複数の圧電素子から選択される複数の第2の圧電素子で受信される超音波エコーに対応する,電気信号を検出する信号検出回路」に対応する。
・前記所定の仮想送信点から,前記検査対象物を含む空間を区分する複数の空間メッシュそれぞれまで,超音波が伝搬する送信伝播時間を表す送信時間テーブルを記憶する第1の記憶部
・前記複数の空間メッシュそれぞれから前記複数の第2の圧電素子まで,超音波が伝搬する受信伝播時間を表す受信時間テーブルを記憶する第2の記憶部
・複数の第1の圧電素子から前記仮想送信点に超音波が伝搬するオフセット時間を記憶する第3の記憶部
・前記送信伝搬時間と,前記受信伝搬時間と,前記オフセット時間と,を加算して,超音波の総伝搬時間を算出する算出部
・電気信号と前記総伝搬時間とに基づき,前記検査対象物に対応する画像を生成する生成部
・複数の第1の圧電素子での送信から超音波エコーのサンプリングデータの検出までの時間差を検出する時間差検出部
・時間差と前記総伝搬時間とに基づき,前記超音波エコーのサンプリングデータに対応する空間メッシュを判定する判定部
・前記判定される空間メッシュにサンプリングデータに対応する値を割り付ける割り付け部
・空間メッシュに割り付けられた値を加算して,画像データを生成する画像生成部
・画像データの深さ方向の強度分布に基づき,検査対象の底面または境界面の深さの分布を計測する深さ計測部
・深さと超音波の減衰特性との関係を表す減衰テーブルを記憶する第4の記憶部
・減衰テーブルと深さの分布に基づき,画像データの強度(超音波の強度)を判定するための閾値を有する判定テーブルを生成する生成部
・画像データの強度分布を導出する導出部,
・画像データの強度分布と,前記判定テーブルに基づき,前記画像データの強度が判定値より大きい領域を検出する検出部
なお,この詳細は後述する。
以下,仮想発信点Pi(収束点PFi,仮想点音源PYi)の詳細を説明する。発信圧電素子グループ112の圧電素子111から発信される超音波の合成波が1の点Piから発信される超音波と対応するときに,この点Piを仮想発信点Piと呼ぶことにする。仮想発信点Piには,収束点PFi,仮想点音源PYiの2通りが考えられる。図2A,図2Bはそれぞれ,収束点PFi,仮想点音源PYiを表す模式図である。
Δt1(k)=Li(k)/v ……式(1)
v:音響伝搬媒体40内での超音波の伝搬速度
Δt2(k)=Li(k)/v ……式(2)
v:音響伝搬媒体40内での超音波の伝搬速度
以下,信号処理部140による開口合成処理の詳細を説明する。
信号処理部140では,ディジタル収集された超音波エコーを開口合成することで,画像化範囲30内の超音波画像を生成する。即ち,画像化範囲30内の画像化メッシュ31に,ディジタル収集された超音波エコーのデータが割り付けられる。
送信時間テーブル群Tは,仮想送信点Piおよび全ての画像化メッシュ31(ix,iy,iz)に対応する送信超音波伝搬時間ti(ix,iy,iz)を表す送信時間テーブルTiを含む。受信時間テーブル群Rは,全ての画像化メッシュ31(ix,iy,iz)で反射されて圧電素子111(j)で受信するまでの受信超音波伝搬時間rj(ix,iy,iz)を表す受信時間テーブルRjを含む。
(1)総伝搬時間tijの算出
超音波トランスデューサ110から発信された超音波が圧電素子111(j)で受信されるまでの時間(総伝搬時間)tijを算出する。
送信超音波伝播時間ti,受信超音波伝播時間rj,オフセット時間T0iを加算することで,総伝搬時間tijが算出される。
tij=ti+rj+T0i ……式(3)
図4中の送信時間テーブルTi,受信時間テーブルRjでは,画像化(開口合成)の有効領域として,送信領域Lti,受信領域Lrjが設定されている。この有効領域に,総伝搬時間tijの算出範囲(開口合成処理の範囲)が制限される。算出範囲を制限することで,処理の高速化および高精度化が図られる。
受信波形データDij(t)上のサンプリングデータA1…Anを検出する。また,超音波の発信からこれらのサンプリングデータAnまでの遅れ時間tnを検出する。これらのサンプリングデータAnは,画像化メッシュ31(ix,iy,iz)のいずれかから反射された超音波エコーWjに対応する。既述のように,サンプリングデータAnは,A/D変換器133によって生成され,受信波形データDij(t)(超音波エコー)を例えば,所定時間間隔でサンプリングして得られる。
総伝搬時間tijに基づき,画像化メッシュ31(ix,iy,iz)に対して受信波形データDij(t)を割り付けることができる。
I(ix,iy,iz)=I(ix,iy,iz)+An ……式(4)
表示部150上の輝度をこの画像データIに対応して変化することで,表示部150上に検査対象物20の表面22や欠陥21の画像を表示できる。
以下,判定部160による異常領域の検出につき説明する。
ここでは,厚さDの分布を有した検査対象物20a中の異常領域Hpを検出するプロセスを説明する。図5は,検査対象物20aを表す模式図である。画像化範囲30aは,検査対象物20aの底面部または境界部を含むように設定される。
画像化範囲30において,深さ方向の画像データIのピーク位置を検出することで,検査対象物20の底面部または境界部の深さDを計測できる(図6(A)および図7(A)参照)。具体的には,画像データI(ix,iy,iz)での添え字ix,iyを一定として,添え字izを変化させて,画像データIが極大となるizを求める。
底面深さ分布D(ix,iy)と一般化された深さ減衰特性G(D)(図6(B))から深さに応じて判定テーブルTh(ix,iy)が生成される(図6(C),図7(B))。
画像化範囲30aにおいて,深さ方向のデータのピークレベルを検出することにより,底面部または境界部での反射強度を計測し,その結果から強度分布P(ix,iy)が生成される(図6(D),図7(B))。
この強度分布P(ix,iy)を判定テーブルTh(ix,iy)と比較することで判定画像J(ix,iy)を表示し,その結果から異常領域Hpを検出できる。図7に示すように,X3,X4の範囲で,強度P(ix,iy)が判定値Th(ix,iy)より大きいことから,この範囲が異常領域Hpであると判定できる。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記実施形態では,圧電素子111をマトリックス状に配置している。これに対して,圧電素子111を線状(一列)に配置することも可能である。例えば,検査対象物20が奥行き方向(Y方向)に薄いような場合が考えられる。このような場合,圧電素子111をX方向に線状に配置し,X−Z方向での平面的な画像を生成できれば足りる。このとき,仮想送信点PiをX方向に線状に配置し,開口合成することで,X−Z方向での平面的な画像を生成できる。
Claims (11)
- 複数の圧電素子を有する超音波トランスデューサと,
前記複数の圧電素子から選択される複数の第1の圧電素子から送信される超音波の合成波が,所定の仮想送信点から発信される超音波と対応するように,前記複数の第1の圧電素子それぞれの発信タイミングを制御する発信制御部と,
前記複数の第1の圧電素子から送信され,検査対象物によって反射されて,前記複数の圧電素子から選択される複数の第2の圧電素子で受信される超音波エコーに対応する,電気信号を検出する信号検出回路と,
前記所定の仮想送信点から,前記検査対象物を含む空間を区分する複数の空間メッシュそれぞれまで,超音波が伝搬する送信伝播時間を表す送信時間テーブルを記憶する第1の記憶部と,
前記複数の空間メッシュそれぞれから前記複数の第2の圧電素子まで,超音波が伝搬する受信伝播時間を表す受信時間テーブルを記憶する第2の記憶部と,
前記複数の第1の圧電素子から前記仮想送信点に超音波が伝搬するオフセット時間を記憶する第3の記憶部と,
前記送信伝搬時間と,前記受信伝搬時間と,前記オフセット時間と,を加算して,超音波の総伝搬時間を算出する算出部と,
前記電気信号と前記総伝搬時間とに基づき,前記検査対象物に対応する画像を生成する生成部と,
を具備する超音波画像化装置。 - 前記合成波が1の収束点に収束する収束波であり,この収束点が前記仮想送信点に対応する
請求項1記載の超音波画像化装置。 - 前記合成波が仮想的な1の発散点から発散する発散波であり,この発散点が前記仮想送信点に対応する
請求項1記載の超音波画像化装置。 - 前記発信制御部が,前記合成波が複数の異なる仮想送信点から発信される超音波と対応するように,前記複数の第1の圧電素子それぞれの発信タイミングを複数回制御し,
前記信号検出部が,前記複数の異なる仮想送信点それぞれに対応する複数の電気信号を検出し,
前記生成部が,前記複数の電気信号に基づき,前記検査対象物に対応する画像を生成する
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超音波画像化装置。 - 前記複数の異なる仮想送信点が,所定の仮想面上にマトリックス状に配置される
請求項4記載の超音波画像化装置。 - 前記複数の異なる仮想送信点それぞれに対応して,前記第1の圧電素子を選択する送信選択部
をさらに具備する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の超音波画像化装置。 - 前記複数の異なる仮想送信点それぞれに対応して,前記第2の圧電素子を選択する受信選択部
をさらに具備する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の超音波画像化装置。 - 前記算出部が,前記複数の空間メッシュの一部のみに対応する送信伝播時間に対応する総伝搬時間を算出する
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の超音波画像化装置。 - 前記算出部が,前記複数の空間メッシュの一部のみに対応する受信伝播時間に対応する総伝搬時間を算出する
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の超音波画像化装置。 - 前記信号検出回路が検出した電気信号が前記超音波エコーのサンプリングデータであり,
前記生成部が,
前記複数の第1の圧電素子での送信から前記サンプリングデータの検出までの時間差を検出する時間差検出部と,
前記時間差と前記総伝搬時間とに基づき,前記サンプリングデータに対応する空間メッシュを判定する判定部と,
前記判定される空間メッシュにサンプリングデータに対応する値を割り付ける割り付け部と,
前記空間メッシュに割り付けられた値を加算して,画像データを生成する画像生成部と,を有する
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の超音波画像化装置。 - 前記画像データの深さ方向の強度分布に基づき,前記検査対象の底面または境界面の深さの分布を計測する深さ計測部と,
前記深さと超音波の減衰特性との関係を表す減衰テーブルを記憶する第4の記憶部と,
前記減衰テーブルと前記深さの分布に基づき,前記画像データの強度を判定するための閾値を有する判定テーブルを生成する生成部と,
前記画像データの強度分布を導出する導出部と,
前記画像データの強度分布と,前記判定テーブルに基づき,前記画像データの強度が判定値より大きい領域を検出する検出部と,
をさらに具備する請求項1乃至10のいずれか1項に記載の超音波画像化装置。
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