JP4972678B2 - 超音波測定装置,それに用いる超音波センサおよび超音波測定方法 - Google Patents
超音波測定装置,それに用いる超音波センサおよび超音波測定方法 Download PDFInfo
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Description
そこで、本発明者らは、マトリクスアレイセンサを用いた3次元超音波技術を、厚板材の検査へ適用することを検討している。
3次元超音波技術を用いた検査方法で、厚板材の深部に位置するき裂の有無を判定するには、超音波の送受信を行うセンサ開口を大型化する必要がある。そのため、従来の矩形マトリクスセンサやセグメントアレイセンサのように、超音波振動素子の面積がおおよそ一定な超音波振動素子で構成されるマトリクスアレイセンサでセンサ開口の大型化を行うと、センサ開口の2乗に比例して超音波振動素子数が増加する。
しかし、フェーズドアレイ装置で制御可能な総超音波振動素子数には技術的な限界があり、また、制御可能な超音波振動素子数を増やせたとしても装置が大型で高価なものとなるため、センサ開口の大型化は困難であった。
それに対して、角度方向に均等分割したアレイセンサを構成する超音波振動素子のうちで、電子走査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)。
さらに、特許文献2記載のセンサ形状と測定手法では、内周部において使用している超音波振動素子範囲が狭いために音の指向性が悪くなり、探傷画像のSN比の向上ができないという問題があった。
かかる構成により、厚板材の深部の探傷に適しており、センサ開口の大型化が可能であるとともに、SN比が向上する。
(3)上記(1)において、好ましくは、前記制御部は、前記2次元アレイセンサに遅延時間を与え、前記送信又は受信方向が含まれる面内でセクタスキャンを行う遅延制御回路を有するものである。
かかる構成により、厚板材の深部の探傷に適しており、センサ開口の大型化が可能であるとともに、SN比が向上する。
かかる方法により、厚板材の深部の探傷に適しており、センサ開口の大型化が可能であるとともに、SN比が向上する。
(7)上記(5)において、好ましくは、 前記送受信は、内周部の超音波振動素子と、前記選択した超音波振動素子に遅延時間を与え、前記送信又は受信方向が含まれる面内でセクタスキャンするものである。
最初に、図1を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の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探傷装置の構成を示すブロック図である。
使用素子選択回路403Cは、超音波の送・受信素子に用いる超音波振動素子401Aを切り替え制御する。制御回路403Dは、送・受信時の遅延時間を制御する。加算回路403Zは、レシーバ402Z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403Aは、使用素子選択回路403C,遅延時間制御回路403D,加算回路403Zを制御するとともに受信した信号を記憶装置403Bに収録し、また受信した信号の処理を行う。
またこのようにして送信された超音波に対して受信側は、使用素子選択回路403Cに与える情報と同じく、加算回路403Zにて受信すべき信号を選択すると良い。
図2は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイセンサの構成を示す平面図である。図3は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイセンサの重心位置を示す模式図である。
L0≦(λ/(1+|sinθ|)
の関係が満たされる場合には、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しないものである。
図4は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の説明図である。図5は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイセンサの説明図である。
図6は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置おけるセンサ素子の選択方法の説明図である。
図7は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置による探傷方法の内容を示すフローチャートである。
次に、ステップS103において、制御処理用コンピュータ403Aは、アレイセンサ401B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。
図8及び図9は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置における使用素子のパターンの説明図である。
図10は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイセンサの他の構成を示す平面図である。
401…探傷部
401A…超音波振動素子
401B…アレイセンサ
401M…内周部
401N…外周部
402…送・受信部
402A…パルサ
402Z…レシーバ
403…制御部
403A…制御・処理用コンピュータ
403B…記憶装置
403C…使用素子選択回路
403D…遅延時間制御回路
403Z…加算回路
404…表示部
404A…設定入力画面
404Z…表示画面
Claims (7)
- 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次元アレイセンサから超音波を送信し、また、測定対象内部からの反射波を受信する送受信部と、該送受信部による超音波の送受信を制御する制御部とを有する超音波測定装置であって、
前記2次元アレイセンサは、前記超音波振動素子の配列パターンの異なる内周部と外周部とを備え、
前記2次元アレイセンサの外周部は、隣接する前記超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内のものとノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以上のものとを含み、
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超音波振動素子の内、使用する素子を選択する使用素子選択回路を備え、
前記内周部は、隣接する前記超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内であり、
前記使用素子選択回路は、前記内周部の超音波振動素子と、前記外周部の超音波振動素子の内、超音波の送信時には送信方向を、受信時には受信方向を前記アレイセンサの面に投射し、前記投射した方向における隣接する前記超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内である超音波振動素子を選択するものであり、
前記ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式は、隣接する超音波振動素子の超音波送受信方向に対する重心位置の距離L0と、送受信する超音波の送受信角θと、送受信する超音波の波長λとの間に、L0≦(λ/(1+|sinθ|)の関係からなる条件式であることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1記載の超音波測定装置において、
前記使用素子選択回路は、射影した超音波の送受信方向を長辺とし、前記内周部の直径を短辺とする長方形の範囲に重心位置が存在する素子を選択することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1記載の超音波測定装置において、
前記制御部は、前記2次元アレイセンサに遅延時間を与え、前記送信又は受信方向が含まれる面内でセクタスキャンを行う遅延制御回路を有することを特徴とする超音波測定装置。 - 超音波を送信し、また、測定対象内部からの反射波を用いる超音波測定装置に用いられ、複数の超音波振動素子が2次元的に配置された超音波センサであって、
前記超音波振動素子の配列パターンの異なる内周部と外周部とを備え、
前記内周部は、隣接する前記超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内であり、
前記外周部は、隣接する前記超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内のものとノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以上のものとを含み、
前記ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式は、隣接する超音波振動素子の超音波送受信方向に対する重心位置の距離L0と、送受信する超音波の送受信角θと、送受信する超音波の波長λとの間に、L0≦(λ/(1+|sinθ|)の関係からなる条件式であることを特徴とする超音波センサ。 - 複数の超音波振動素子が2次元的に配置された2次元アレイセンサから超音波を送信し、また、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、
前記超音波の送信又は受信方向を設定し、
前記超音波振動素子の隣接する超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内の配列パターンの内周部の超音波振動素子と、前記超音波信号素子の隣接する超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内のものとノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以上のものとを含む配列パターンの異なる外周部の超音波振動素子の内、超音波の送信時には送信方向を、受信時には受信方向を前記アレイセンサの面に投射し、前記投射した方向における隣接する前記超音波振動素子の重心位置の間の距離が、ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式を満たす距離以内である超音波振動素子を選択し、
前記内周部の超音波振動素子と、前記選択した超音波振動素子から超音波を送信又は受信するものであり、
前記ノイズであるグレーティングローブが発生しない条件式は、隣接する超音波振動素子の超音波送受信方向に対する重心位置の距離L0と、送受信する超音波の送受信角θと、送受信する超音波の波長λとの間に、L0≦(λ/(1+|sinθ|)の関係からなる条件式であることを特徴とする超音波測定方法。 - 請求項5記載の超音波測定方法において、
前記2次元アレイセンサによる超音波の送受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て超音波を送受信する場合に使用する素子範囲をそれぞれ選択し、
各焦点に対して測定対象内部からの反射信号を収録し、
得られた各焦点からの反射信号を処理し、測定対象内部を2次元画像化または3次元画像化することを特徴とする超音波測定方法。 - 請求項5記載の超音波測定方法において、
前記送受信は、内周部の超音波振動素子と、前記選択した超音波振動素子に遅延時間を与え、
前記送信又は受信方向が含まれる面内でセクタスキャンすることを特徴とする超音波測定方法。
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