DE3227640C2

DE3227640C2 -

Info

Publication number: DE3227640C2
Application number: DE19823227640
Authority: DE
Inventors: Sakae Shirakata Ibaraki Jp Sugiyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1987-06-11
Also published as: GB2104219A; GB2104219B; JPS5818111A; DE3227640A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallmeßvorrichtung zur Größenmessung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an ultrasonic measuring device for size measurement according to the preamble of claim 1.

Damit wird ein Objekt mit Ultraschallwellen hinsichtlich linearer Distanzen, wie z. B. die Dicke einer Platte mit rauher Oberfläche oder die Tiefe eines Fehlers in einem zu untersuchenden Teil mit großer Genauigkeit gemessen. Eine solche Ultraschallmeßvorrichtung ist aus der GB-A 20 39 042 A bekannt.This will refer to an object with ultrasonic waves linear distances, such as B. the thickness of a plate rough surface or the depth of an error in one Part to be examined measured with great accuracy. Such an ultrasonic measuring device is from GB-A 20 39 042 A known.

Die aus der GB-A 20 39 042 A bekannte Ultraschallmeßvorrichtung der Größenmessung eines Objekts und Lokalisierung von Fehlern mittels auf das Objekt eingestrahlter Ultraschallstrahlen, enthält also
eine Sonde, die das Objekt mit Ultraschallstrahlen bestrahlt, die sich im Objekt um einen bestimmten Winkel auffächern und darauf erzeugte Ultraschallechos empfängt,
eine Abtasteinrichtung, die die Sonde das Objekt abtasten läßt und die Position der Sonde am Objekt erfaßt
eine mit der Sonde verbundene Schaltung, die Echostellen lokalisiert und aufgrund des Ausgangssignals der Sonde Kreisbögen, deren Mittelpunkte die durch den Abtastvorgang definierten aufeinanderfolgend beabstandeten Stellen am Objekt und deren Radien gleich den Strecken zwischen den Stellen der Sonde und den Ultraschallechoquellen sind, und Schnittpunkte der Kreisbögen berechnet,
eine Speichereinrichtung, die die Lage der Sonde und die Echosignale speichert, und
eine Einrichtung, die die Echoquellen anzeigt.The ultrasound measuring device known from GB-A 20 39 042 A for measuring the size of an object and locating errors by means of ultrasound beams radiated onto the object, therefore contains
a probe which irradiates the object with ultrasound beams, which fan out in the object by a certain angle and receive ultrasound echoes generated thereon,
a scanning device that allows the probe to scan the object and detects the position of the probe on the object
a circuit connected to the probe, which locates echo locations and arcs based on the output signal of the probe, the centers of which are the successively spaced locations on the object and the radii of which are defined by the scanning process and the radii equal to the distances between the locations of the probe and the ultrasound echo sources, and intersections of the arcs calculated,
a storage device which stores the position of the probe and the echo signals, and
a device that displays the echo sources.

Dicht benachbarte Fehler bzw. Echoquellen können jedoch von der bekannten Ultraschallmeßvorrichtung nicht lokalisiert bzw. unterschieden werden.However, closely adjacent errors or echo sources can not localized by the known ultrasonic measuring device or be distinguished.

Sobald beim bekannten Ultraschallmeßverfahren das zu messende Objekt an seiner Rückseite eine rauhe Oberfläche oder innere, nahe beieinander befindliche Fehler oder Einschlüsse aufweist, entsteht das Problem, daß beim oben erwähnten herkömmlichen Meßverfahren Meßfehler aufgrund der Tatsache entstehen, daß der von der Ultraschallsonde ausgestrahlte Ultraschallstrahl ausgerichtet ist und einen seitlichen Streubereich besitzt. Das obige technische Problem wird im folgenden erklärt.As soon as in the known ultrasonic measuring method Object on its back a rough surface or internal, close to each other errors or inclusions has the problem that the above-mentioned conventional measuring method measurement error due to the fact arise that the emitted by the ultrasonic probe Ultrasonic beam is aligned and a side Has spreading area. The above technical problem will explained below.

Zuerst wird anhand der Fig. 1 und 2 der Fall erläutert, wo die Dicke eines auf der Rückseite rauhen Teils bestimmt wird. In Fig. 1 empfängt eine Sonde 2 ein übertragenes Signal T von einem Ultraschallempfänger 3 und sendet einen Ultraschallstrahl mit einer seitlichen Verbreiterung δ von einem Punkt P auf einer Oberfläche eines Meßobjekts 1 in einer Richtung PB senkrecht zur Oberfläche aus und empfängt ein durch Reflexion erzeugtes Echo des gesendeten Ultraschallstrahls. Ein Empfangssignal R wird von der Ultraschallsonde 2 zum Ultraschallempfänger 3 aufgrund des empfangenen Echos übertragen.First, the case where the thickness of a part rough on the back is determined is explained with reference to FIGS. 1 and 2. In Fig. 1, a probe 2 receives a transmitted signal T from an ultrasonic receiver 3 and sends an ultrasonic beam with a lateral broadening δ from a point P on a surface of a measurement object 1 in a direction PB perpendicular to the surface and receives an echo generated by reflection of the transmitted ultrasound beam. A received signal R is transmitted from the ultrasound probe 2 to the ultrasound receiver 3 on the basis of the received echo.

Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen ausgesendeten und empfangenen Signalwellenformen und der Zeit. Die Signalwellenform T′ an einem Punkt 0 auf der Zeitachse und eine Signalwellenform R _A an einem Punkt T _B stellen jeweils eine ausgesendete Welle und eine empfangene Welle dar. Die Entfernung zwischen den in Fig. 1 gezeigten Punkten P und B wird durch Multiplikation der Schallausbreitungsgeschwindigkeit mit der halben Zeitdauer t _B bestimmt. Wenn jedoch die untere Oberfläche des Meßobjekts 1 eine Vertiefung aufweist, wie Fig. 1 zeigt, erzeugt der innerhalb der seitlichen Verbreiterung δ des Ultraschalls befindliche Boden A der Vertiefung eine Ultraschallenergie reflektierende Echoquelle. Da der Abstand größer als der Abstand ist, erscheint eine reflektierte Wellenform R _A am Punkt t _A der Zeitachse, wie Fig. 2 zeigt. In herkömmlichen Geräten war es unmöglich, zwischen den reflektierten Wellenformen R _A und R _B zu unterscheiden, und die Dicke des Meßobjekts 1, die aufgrund der zum Zeitpunkt t _A eintreffenden Wellenform R _A bestimmt wurde, wurde fälschlich für die wahre Dicke gehalten. Dieser Fehler trat nicht nur bei einer auf der Oberfläche des Meßobjekts 1 festgelegten Sonde zur Dickenmessung auf, sondern auch bei einer die Oberfläche des Meßobjekts 1 zur Dickenbestimmung abtastenden Sonde 2. Falls innerhalb des Meßobjekts 1 nur eine Echoquelle vorhanden ist, kann man den obigen Fehler durch Erfassen der Echoquelle an zwei Stellen auf der Oberfläche des Meßobjekts 1 vermeiden. Nachstehend wird anhand der Fig. 3 dieses Verfahren erläutert. Fig. 2 shows a relationship between transmitted and received signal waveforms and time. The signal waveform T ' at a point 0 on the time axis and a signal waveform R _A at a point T _B each represent a transmitted wave and a received wave. The distance between the points P and B shown in Fig. 1 is calculated by multiplying the speed of sound propagation determined with half the time t _B. However, if the lower surface of the measurement object 1 has a depression, as shown in FIG. 1, the bottom A of the depression located within the lateral broadening δ of the ultrasound generates an echo source reflecting ultrasound energy. Since the distance is greater than the distance, a reflected waveform R _{A appears} at point t _{A on} the time axis, as shown in FIG. 2. In conventional devices, it was impossible to distinguish between the reflected waveforms R _A and R _B , and the thickness of the measurement object 1, which was determined on the basis of the waveform R _A arriving at time t _A , was incorrectly assumed to be the true thickness. This error occurred not only in the case of a probe for thickness measurement fixed on the surface of the measurement object 1 , but also in the case of a probe 2 scanning the surface of the measurement object 1 for thickness determination . If there is only one echo source within the measurement object 1 , the above error can be seen Avoid by detecting the echo source at two points on the surface of the measurement object 1 . This method is explained below with reference to FIG. 3.

Fig. 3 zeigt ein zu untersuchendes Objekt 1 mit einer Echoquelle C. Von jedem der Punkte P₁ und P₂ wird ein von einer Ultraschallsonde angeregter Ultraschallstrahl zum Abtasten ausgesendet. Der vom Punkt P₁ ausgesendete Ultraschallstrahl besitzt eine seitliche Auffächerung δ und breitet sich deshalb in einem durch ein Dreieck P₁Q₁S₁ dargestellten Bereich aus. Ein Teil des ausgesendeten Strahls wird von der Echoquelle C reflektiert und das Echo am Punkt P₁ empfangen. Die Lage der Echoquelle C ist mit dem obigen Verfahren alleine nicht bestimmbar, jedoch weiß man, daß die Echoquelle C auf einem Kreisbogen M₁, dessen Mittelpunkt der Punkt P₁ ist und dessen Radius gleich dem Abstand zwischen Punkt P₁ und C ist, liegt. In der gleichen Weise erhält man einen Kreisbogen M₂ aufgrund der Tatsache, daß Teile des vom Punkt P₂ ausgesendeten Ultraschallstrahls von der Echoquelle reflektiert werden. Es ist deutlich, daß die Echoquelle C auf dem Kreisbogen M₂ liegt. Die wahre Lage der Echoquelle C ergibt sich durch den Schnittpunkt der Kreisbögen M₁ und M₂. Fig. 3 shows an object to be examined 1 with an echo source C. From each of the points P ₁ and P ₂ an ultrasound beam excited by an ultrasound probe is emitted for scanning. The ultrasound beam emitted from point P ₁ has a lateral fanning δ and therefore spreads out in an area represented by a triangle P ₁ Q ₁ S ₁. Part of the emitted beam is reflected by the echo source C and the echo is received at point P ₁. The position of the echo source C cannot be determined using the above method alone, but it is known that the echo source C lies on an arc M ₁, the center of which is the point P ₁ and the radius of which is equal to the distance between the points P ₁ and C. . In the same way, an arc M ₂ is obtained due to the fact that parts of the ultrasound beam emitted from point P ₂ are reflected by the echo source. It is clear that the echo source C lies on the circular arc M ₂. The true location of the echo source C results from the intersection of the arcs M ₁ and M ₂.

Im folgenden wird anhand Fig. 4 ein Problem erläutert, das entsteht, wenn innere Fehler des Meßobjekts nahe beieinander liegen. Das heißt, daß der Fall erklärt wird, wo die jeweiligen Stellen zweier benachbarter innerer Fehler unter Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Meßverfahrens erfaßt werden. Fig. 4 zeigt einen zuerst vom Punkt P₁ ausgesendeten Ultraschallstrahl, dessen Erfassungsbereich durch ein Dreieck P₁Q₁S₁ gebildet wird. Danach wird vom Punkt P₂ ein Ultraschallstrahl gesendet, dessen Erfassungsbereich durch ein Dreieck P₂Q₂S₂ gebildet wird. Wenn sich eine Echoquelle D außerhalb des Dreiecks P₁Q₁S₁ jedoch innerhalb des Dreiecks P₂Q₂S₂ befindet, kann man die Lage der Echoquelle D aus folgenden Gründen nicht bestimmen: Wenn Ultraschallenergie vom Punkt P₁ ausgesendet und am selben Punkt empfangen wird, ist klar, daß eine Echoquelle C auf einem Kreisbogen M₁₁ liegt. Wenn dann Ultraschallenergie vom Punkt P₂ ausgesendet und am Punkt P₂ empfangen wird, erhält man einen den Punkt C schneidenden Kreisbogen M₂₁ und einen weiteren, den Punkt D schneidenden Kreisbogen M₂₂, und somit zeigt nicht nur der Schnittpunkt der Kreisbogen M₁₁ und M₁₂ den Punkt C an, sondern man erfaßt auch den Punkt D′ des Schnitts der Kreisbögen M₁₁ und M₂₂ als falsche Echoquelle auf.A problem that arises when internal errors of the measurement object are close to one another is explained below with reference to FIG. 4. That is, the case where the respective locations of two adjacent internal faults are detected using the measurement method shown in Fig. 3 will be explained. Fig. 4 shows a first transmitted from the point P ₁ ultrasonic beam, the detection area is formed by a triangle P ₁ Q ₁ S ₁. Then an ultrasonic beam is sent from point P ₂, the detection area of which is formed by a triangle P ₂ Q ₂ S ₂. If an echo source D is outside the triangle P ₁ Q ₁ S ₁ but inside the triangle P ₂ Q ₂ S ₂, you can not determine the position of the echo source D for the following reasons: If ultrasonic energy is emitted from the point P ₁ and at the same point is received, it is clear that an echo source C lies on an arc M ₁₁. If it is then transmitted ultrasonic energy from the point P ₂ and received at point P ₂, one obtains a point C intersecting circular arc M ₂₁ and another point D intersecting circular arc M ₂₂, and thus not only the intersection shows the circular arc M ₁₁ and M ₁₂ the point C , but one also detects the point D 'of the intersection of the arcs M ₁₁ and M ₂₂ as a false echo source.

Aus JP-Abstracts 57-110911 (A) ist eine Meßvorrichtung bekannt, die mit Hilfe von Ultraschallstrahlen die Länge eines Objekts messen kann. Dabei wird ein Punkt mit abrupten Änderungen am Erfassungsstartpunkt des Objekts und am Erfassungsendpunkt des Objekts ermittelt und die Länge durch Messung des Intervalls zwischen diesen Punkten mit abrupter Änderung festgestellt und schließlich eine Operation aufgrund der so ermittelten Intervalle durchgeführt. Auch dieses Meßverfahren erlaubt nicht, dicht benachbarte Fehler oder Einschlüsse in dem Objekt zu lokalisieren. Außerdem ist es nicht zur Messung der Dicke eines Objekts, sondern zur Messung der Länge eines Objekts vorgesehen.From JP abstracts 57-110911 (A) is a measuring device known the length with the help of ultrasound beams of an object can measure. A point is added abrupt changes at the starting point of detection of the object and determined at the detection end point of the object and the Length by measuring the interval between these points noted with an abrupt change and eventually surgery based on the intervals determined in this way. Also this measurement method does not allow closely adjacent errors or locate inclusions in the object. Furthermore it is not for measuring the thickness of an object, but intended to measure the length of an object.

Die GB-PS 15 75 301 offenbart ein Ultraschallmeßverfahren zur Lokalisierung und Formerkennung eines in einem Meeresboden oder Schlickgrund eingelagerten Objekts. Das aus der GB-PS 15 75 301 bekannte Verfahren offenbart keine Maßnahmen, etwa dicht neben dem eigentlichen Objekt liegende weitere Objekte als Fehlerechoquellen auszuscheiden oder diese zu erkennen.GB-PS 15 75 301 discloses an ultrasonic measuring method for locating and identifying shapes in a seabed or silt base stored object. The end GB-PS 15 75 301 known methods do not disclose Measures, for example close to the actual object Eliminate further objects as sources of false echoes or to recognize them.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschallmeßvorrichtung zur Größenmessung eines Objekts unter Lokalisierung von Fehlern mittels auf das Objekt eingestrahlter Ultraschallstrahlen insbesondere dann zu ermöglichen, wenn die Anzahl der Fehler zwei oder mehr beträgt.It is an object of the invention to provide an ultrasonic measuring device to measure the size of an object while locating Errors by means of ultrasound beams radiated onto the object especially if the number the error is two or more.

Zur Lösung der obigen Aufgabe ist eine solche Ultraschallmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale weitergebildet.Such an ultrasonic measuring device is used to achieve the above object according to the preamble of claim 1 according to the invention in its characteristic part further specified characteristics.

Die Unteransprüche 2 und 3 kennezeichnen vorteilhafte Ausbildungen davon.The sub-claims 2 and 3 characterize advantageous Trainings thereof.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung deutlich beschrieben. Es zeigen:The invention will become apparent from the drawing described. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die zur Erklärung des Dickenmeßverfahrens einer Platte mit Ultraschallwellen dient; Fig. 1 is a schematic view used to explain the thickness measurement method of a plate with ultrasonic waves;

Fig. 2 ein Signalwellenformdiagramm, das reflektierte Ultraschallwellen, die bei der Dickenmessung einer Platte mit dem in Fig. 1 erläuterten Verfahren entstehen, zeigt, wenn in der Oberfläche der Platte eine Vertiefung ist; FIG. 2 is a signal waveform diagram showing reflected ultrasonic waves generated when a plate is measured in thickness using the method illustrated in FIG. 1 when there is a depression in the surface of the plate;

Fig. 3 eine schematische Ansicht, die zur Erläuterung eines Prinzips eines Meßverfahrens für innere Fehler einer Platte mittels Ultraschallwellen dient; Figure 3 is a schematic view useful for explaining a principle of a measuring method of internal defects of a disc by means of ultrasonic waves.

Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines beim in Fig. 3 gezeigten Verfahren entstandenen Problems; FIG. 4 is a schematic view for explaining a problem arising in the method shown in FIG. 3;

Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Prinzips eines Ultraschall-Meßverfahrens, das die Lage einer echten Echoquelle bestimmen kann, auch wenn mehrere dicht benachbarte Echoquellen auftreten; Fig. 5 is a schematic view for explaining the principle of an ultrasonic measuring method which can determine the position of a real echo source, even if a plurality of closely adjacent echo sources occur;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer vorgeschlagenen Ultraschall-Meßvorrichtung, die die Lage einer Echoquelle aufgrund des anhand Fig. 5 erläuterten Prinzips erfaßt; und Fig. 6 is a block diagram of a proposed ultrasonic measuring device which detects the position of an echo source based on a result of the principle explained Fig 5. and

Fig. 7 eine Schemaansicht, die die Arbeitsweise der in Fig. 6 gezeigten Anordnung erläutert. Fig. 7 is a schematic view explaining the operation of the arrangement shown in Fig. 6.

Anhand Fig. 5 und Fig. 7 wird das Meßprinzip zur Erfassung der Lage einer Echoquelle beschrieben und anhand Fig. 6 eine vorgeschlagene Ultraschallmeßvorrichtung, bei der das Prinzip angewendet ist. The measurement principle will be described of an echo source for detecting the position and a proposed ultrasonic measuring apparatus with reference to FIG. 6, in which the principle is applied with reference to Fig. 5 and Fig. 7.

Nach dem vorher Ausgeführten ist eine Bestimmung der jeweiligen Stellen der Echoquellen durch alleiniges Aussenden und Empfangen von Ultraschallenergie an den Punkten P₁ und P₂, womit die Kreisbögen M₁₁, M₂₁ und M₂₂ erhalten werden, unmöglich. Deshalb wird, wie Fig. 5 zeigt, an einem weiteren Punkt P₃ Ultraschallenergie ausgesendet und empfangen, womit sich aufgrund der von den Echoquellen C und D reflektierten Ultraschallwellen Kreisbögen, deren Radien jeweils gleich der Ausbreitungsstrecke der reflektierten Ultraschallwelle sind, ergeben. Beim in Fig. 5 dargestellten Beispiel erhält man nur einen Kreisbogen M₃₁, dessen Mittelpunkt der Punkt P₃ ist, da der Abstand zwischen Punkt P₃ und der Echoquelle C dem Abstand zwischen dem Punkt P₃ und der Echoquelle D gleich ist.According to the above, a determination of the respective positions of the echo sources by emitting and receiving ultrasonic energy alone at the points P ₁ and P ₂, whereby the arcs M ₁₁, M ₂₁ and M ₂₂ are obtained, impossible. Therefore, as shown in FIG. 5, at a further point P ₃, ultrasonic energy is emitted and received, resulting in circular arcs due to the ultrasonic waves reflected by the echo sources C and D , the radii of which are equal to the propagation distance of the reflected ultrasonic wave. In the example shown in Fig. 5 you only get a circular arc M ₃₁, the center of which is the point P ₃, since the distance between the point P ₃ and the echo source C is the distance between the point P ₃ and the echo source D.

In der vorliegenden Ausführung werden zeitlich nach dem Aussenden und Empfangen der Ultraschallenergie am Punkt P₃ die am Punkt P₂ beim vorangegangenen Schritt und am Punkt P₁ beim vorvorigen Schritt erhaltenen Daten zu folgenden Entscheidungen verwendet:In the present embodiment, after the transmission and reception of the ultrasonic energy at point P ₃, the data obtained at point P ₂ in the previous step and at point P ₁ in the previous step are used for the following decisions:

(a) Regarding point C , it is decided that point C is a true echo source because the circular arc M ₁₁ obtained by transmitting and receiving the ultrasonic energy at point P ₁, the circular arc M ₂₁ obtained at point P ₂ is and the circular arc M ₃₁, which is obtained at the point P ₃, intersect the point C.
(b) Regarding the point D ' , it is decided that the point D' is a false echo source because the circular arc M ₃₁, which is obtained by transmitting and receiving ultrasonic energy at the point P ₃, does not intersect the point D ' . So point D 'is not accepted.
(c) With respect to point D , no ultrasonic wave is reflected from point D when transmitting and receiving ultrasonic energy at point P ₁, since point D lies outside the lateral fanning δ of the ultrasonic beam emitted from point P ₁. This means that after transmitting and receiving the ultrasonic energy at point P ₃ point D is now being considered and the decision regarding point D is postponed to the next step.

Eine Ultraschallsonde führt eine Abtastung auf der Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts durch, indem sie aufeinanderfolgend an verschiedenen Punkten Ultraschallenergie aussendet und die Echos empfängt. Wenn aufgrund eines einzigen empfangenen Echos ein Kreisbogen im i-ten Schritt erhalten wird und aufgrund im nächsten Schritt empfangener Echos (nämlich im i+1-ten Schritt) mehrere Kreisbögen erhalten werden, die mit dem Kreisbogen im i-ten Schritt L Schnittpunkte in einem Bereich, wo zwei in diesen Schritten ausgesendete Ultraschallwellen sich überlappen, bilden, werden, zur Vergewisserung, ob eine erste Echoquelle wahr ist oder nicht, die in zwei aufeinanderfolgenden der i-ten, i+1-ten, i+2-ten, . . . und i+L-ten Schritte hintereinander erhaltenen Kreisbögen aufeinanderfolgend geprüft. Falls sich L+1 Kreisbögen, die sich im i-ten, i+1-ten, . . . und i+L-ten Schritt ergeben, sich in einem Punkt schneiden, so wird dieser Schnittpunkt als wahre Echoquelle angesehen.An ultrasound probe scans the surface of an object to be examined by successively emitting ultrasound energy at different points and receiving the echoes. When obtaining a circular arc in the i-th step based on a single received echoes and because received in the next step echo (namely, in the i + 1-th step) a plurality of circular arcs are obtained which th with the circular arc in the i- step L-section points in a Areas where two ultrasonic waves emitted in these steps overlap will be used to ensure whether a first echo source is true or not, that in two successive ones of the i th, i + 1 th, i + 2 th,. . . and i + Lth arcs obtained in succession are successively checked. If L +1 arcs that are in the i- th, i + 1-th,. . . and i + Lth step result, intersect at a point, this intersection is regarded as a true echo source.

Bei diesem Meßprinzip wird, wie oben erwähnt, ein an einer Stelle einer Abtastzeile empfangenes Echo und eines oder mehrere empfangene Echos in einem oder mehreren Schritten vor dem Schritt der obigen Stelle zur Ausbildung zweier oder mehrerer Kreisbögen verwendet, deren Mittelpunkte jeweils eine Ultraschallenergie-Sende/Empfangsstelle jedes Schrittes und deren Radius jeweils gleich der Ausbreitungsstrecke des Ultraschallechos in jedem Schritt sind. Derjenige Schnittpunkt der Kreisbögen, der sich in einem Bereich befindet, wo von der oben erwähnten Ultraschallsonde ausgesendete Ultraschallstrahlen einander überlappen, wird als Stelle einer Echoquelle bestimmt.With this measuring principle, as mentioned above, one at a position on a scan line received echo and one or more received Echoes in one or more steps before the step the above position to form two or more Circular arcs are used, the centers of each one ultrasonic energy transmitting / receiving station each Step and their radius are equal to Ultrasonic echo propagation path in every step are. The intersection of the arcs, which is in an area where from the above mentioned ultrasound probe emitted ultrasound beams overlap each other is called a spot an echo source.

Zur genauen und leichten Ausführung des obigen Meßprinzips besitzt eine Ausführung eines vorgeschlagenen Ultraschallgrößenmeßgeräts zusätzlich zu einer Ultraschallsonde eine automatische Recheneinheit und eine Vorrichtung, die das Abtasten durch die Ultraschallsonde bewirkt. Die automatische Recheneinheit wird mit den Meßergebnissen mehrerer aufeinanderfolgender Stellen versorgt und berechnet aufgrund einer geometrischen Analyse mehrerer Kreise, deren Mittelpunkte jeweils die Stellen des Ultraschallenergie-Sende/Empfangs und deren Radien gleich dem Abstand zwischen den jeweiligen Ultraschall- Sende/Empfangsstellen und einer Echoquelle sind. Ferner berechnet die automatische Recheneinheit einen Schnittpunkt, in dem die Kreise sich schneiden, und entscheidet, ob der berechnete Schnittpunkt innerhalb des Geltungsbereichs einer bestimmten numerischen Formel liegt oder nicht. Erst, wenn der berechnete Schnittpunkt innerhalb des Geltungsbereichs der numerischen Formel liegt, wird er als Echoquelle bestimmt. Nachfolgend wird eine solche Ausführungsart eines Ultraschallgrößenmeßgeräts anhand der Fig. 6 beschrieben.In order to carry out the above measurement principle precisely and easily, an embodiment of a proposed ultrasound size measuring device has, in addition to an ultrasound probe, an automatic computing unit and a device which effects the scanning by the ultrasound probe. The automatic arithmetic unit is supplied with the measurement results of several successive locations and calculated on the basis of a geometric analysis of several circles, the centers of which are the locations of the ultrasound energy transmission / reception and their radii are equal to the distance between the respective ultrasound transmission / reception locations and an echo source. Furthermore, the automatic arithmetic unit calculates an intersection at which the circles intersect and decides whether or not the calculated intersection lies within the scope of a specific numerical formula. Only when the calculated intersection lies within the scope of the numerical formula is it determined as an echo source. Such an embodiment of an ultrasound size measuring device is described below with reference to FIG. 6.

Fig. 6 zeigt, daß ein elektrisches Signal R, das die Signalwellenform eines durch die Ultraschallsonde 2 empfangenen Echos angibt, über eine Schwellentorschaltung 4 Ausbreitungszeit-Erfassungsschaltungen 5-1, 5-2 . . . , und 5-n zugeführt wird. Diese Ausbreitungszeit- Erfassungsschaltungen erfassen die jeweiligen Ausbreitungszeiten mehrerer Ultraschallechos und die Ausgangssignale der Ausbreitungszeit-Erfassungsschaltungen werden in die Positionsbestimmungsschaltung 6 eingegeben. Fig. 6 shows that an electrical signal R indicating the signal waveform of a signal received by the ultrasonic probe 2 echoes over a 4 Schwellentorschaltung propagation time detecting circuits 5 - 1, 5 - 2. . . , and 5 - n is supplied. These propagation time detection circuits detect the respective propagation times of a plurality of ultrasonic echoes, and the output signals of the propagation time detection circuits are input to the position determination circuit 6 .

Die Positionsbestimmungsschaltung 6 erhält von einer Abtastpositionserfassungsschaltung 9 die Position x der Ultraschallsonde 2 auf der Abtastzeile und führt folgende Berechnung aus: darin bedeutenThe position determination circuit 6 receives the position x of the ultrasound probe 2 on the scanning line from a scanning position detection circuit 9 and carries out the following calculation: mean in it

x: eine Koordinatenachse in Abtastrichtung der Ultraschallsonde (s. Fig. 5), Z: eine Koordinatenachse in Richtung der Dicke des Meßobjekts 1 (s. Fig. 5), x _i : eine Position der Ultraschallsonde 2 im i-ten Schritt, l _i : eine Ausbreitungsentfernung eines Echos im i-ten Schritt, X: eine x-Koordinate der Lage einer Echoquelle, und Z: eine Z-Koordinate der Lage einer Echoquelle. x: a coordinate axis in the scanning direction of the ultrasonic probe (S Fig. 5.), Z: a coordinate axis in the thickness direction of the measured object 1 (see Fig. 5.), x _i: a position of the ultrasonic probe 2 in the i-th step, l _i: a propagation distance of an echo in the i-th step, X: an x coordinate of the location of an echo source, and Z: a Z coordinate of the position of an echo source.

Die in dieser Ausführungsart enthaltene Recheneinheit erhält, wie oben erwähnt, die Ultraschallmeßergebnisse mehrerer aufeinanderfolgender Schritte (i, i+1, i+2, . . . und i-n-ter Schritte), berechnet mehrere Kreise, deren Mittelpunkte jeweils die Sende/ Empfangsstellen der Ultraschallenergie und deren Radien jeweils die Entfernung zwischen den Sende/Empfangsstellen der Ultraschallenergie und einer Echoquelle sind, aufgrund der analytischen Geometrie in den obigen Schritten und findet den Schnittpunkt der Kreise durch Lösen eines die Kreise darstellenden Gleichungssystems.As mentioned above, the arithmetic unit contained in this embodiment receives the ultrasound measurement results of several successive steps (i, i +1, i +2,... And intermediate steps), calculates several circles, the centers of which in each case the transmitting / receiving points of the Ultrasonic energy and its radii are the distance between the transmitting / receiving points of the ultrasonic energy and an echo source, due to the analytical geometry in the steps above and finds the intersection of the circles by solving a system of equations representing the circles.

Die Positionserfassungsschaltung 6 berechnet den Schnittpunkt der Kreise und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal an eine Bereichsbestimmungsschaltung 7, die zusätzlich einen Wert enthält, der die seitliche Auffächerung δ angibt, und einen Maximalwert T der Dicke des Objekts 1, der anfangs in einem Speicher 10 gespeichert wurde. In der Schaltung 7 wird entschieden, ob die oben erwähnte Lage (X, Z) der Echoquelle in einem Bereich liegt, wo die von der Sonde 2 in den Schritten i bis i+n ausgesendeten Ultraschallstrahlen einander überlappen, oder nicht. Diese Entscheidung wird in folgender Weise getroffen:The position detection circuit 6 calculates the point of intersection of the circles and outputs a corresponding output signal to a range determination circuit 7, which additionally contains a value that indicates the lateral fanning δ and a maximum value T of the thickness of the object 1 that was initially stored in a memory 10 . The circuit 7 decides whether or not the above-mentioned position (X, Z) of the echo source lies in a region where the ultrasound beams emitted by the probe 2 in steps i to i + n overlap. This decision is made in the following way:

Fig. 7 zeigt schematisch die Arbeitsweise der in Fig. 6 gezeigten Anordnung zur Bestimmung der Lage einer Echoquelle mittels Senden und Empfang von Ultraschallenergie in jedem von drei aufeinanderfolgenden Schritten, das heißt an jedem der Punkte P₁, P₂ und P₃. Da in dem in Fig. 7 gezeigten Fall nur eine Echoquelle vorhanden ist, wird die Entscheidung, ob die Echoquelle wahr oder falsch ist, danach getroffen, ob der Schnittpunkt der Kreise in einem Dreieck U₁₂O₂S₁ liegt, wo sich ein die seitliche Verteilung des vom Punkt P₁ ausgesendeten Ultraschallstrahls darstellendes Dreieck P₁Q₁S₁ und ein den vom Punkt P₂ ausgesendeten Ultraschall darstellendes Dreieck P₂Q₂S₂ einander überlappen oder nicht. Der Bereich, wo sich ein beim i-ten Schritt ausgesendeter und ein beim darauffolgenden Schritt ausgesendeter Ultrastrahl überlappen, wird gewöhnlich durch ein Dreieck UQS dargestellt. Die jeweiligen Koordinaten der Punkte U, Q und S erhält man aus: Fig. 7 shows schematically the operation of the arrangement shown in Fig. 6 for determining the position of an echo source by means of transmission and reception of ultrasonic energy in each of three successive steps, that is, at each of the points P ₁, P ₂ and P ₃. Since there is only one echo source in the case shown in FIG. 7, the decision as to whether the echo source is true or false is made according to whether the intersection of the circles lies in a triangle U ₁₂ O ₂ S ₁, where a lateral distribution of light emitted from the point P ₁ ultrasonic beam representing triangle P ₁ Q ₁ S ₁ and the emitted from the point P ₂ ultrasonic representing triangle P Q ₂ ₂ S ₂ overlap each other or not. The region where a transmitted during the i-th step and a transmitted during the subsequent step Ultra beam overlap is usually represented by a triangle UQS. The respective coordinates of the points U, Q and S are obtained from:

Wenn der Schnittpunkt der Kreise, wie er von der Positionserfassungsschaltung 6 berechnet wird, innerhalb des Dreiecks UQS liegt, entscheidet die Bereichsbestimmungsschaltung 7, daß der obige Schnittpunkt die Lage einer echten Echoquelle darstellt. If the intersection of the circles, as calculated from the position detecting circuit 6 is located inside the triangle UQS, the area determining circuit 7 judges that the above point of intersection represents the position of a real echo source.

Nach dem vorgehend Gesagten, werden, wenn sich der im i-ten Schritt erhaltene Kreisbogen mit den im i+1-ten Schritt erhaltenen Kreisbögen in L-Schnittpunkten schneiden, die in einem Bereich liegen, wo sich die Ultraschallstrahlen überlappen, Schnittpunkte der Kreisbögen aufeinanderfolgend im i+2-ten, i+3-ten, . . . und i+L-ten Schritt berechnet. Zusätzlich zur obigen Berechnung werden in jedem der obigen Schritte die Rechenoperationen, die die jeweiligen Koordinaten der unten erwähnten Punkte U, Q und S ermitteln, ausgeführt, das heißt, daß die obige Rechenoperation in jedem der i+1-ten, i+2-ten, . . . und i+L-ten Schritte wiederholt wird, und numerische Werte nacheinander herausgeschoben werden, wodurch entschieden wird, ob jeder Schnittpunkt in einem Dreieck UQS (das einen Überlappungsbereich der Ultraschallstrahlen darstellt) liegt oder nicht.After advancing been said, intersection points of the circular arcs when the circular arc obtained in the i-th step intersect with the i + 1-th step arcs obtained in L- intersection points that lie within a range where the ultrasonic beams are overlapped, successively in the i + 2nd, i + 3rd,. . . and i + L th step calculated. In addition to the above calculation, in each of the above steps, the arithmetic operations which determine the respective coordinates of the points U, Q and S mentioned below are carried out, that is, the above arithmetic operation in each of the i + 1-th, i + 2- ten,. . . and repeating i + Lth steps, and numerical values are shifted out one by one, thereby deciding whether or not each intersection lies in a triangle UQS (which represents an overlapping area of the ultrasonic beams ).

Das heißt, daß die in der vorliegenden Ausführungsart enthaltene automatische Recheneinheit in der obigen Weise entscheidet, ob der Schnittpunkt der durch Berechnung erhaltenen Kreisbögen innerhalb eines Dreiecks USQ (nämlich einem Ultraschallstrahlüberlappungsbereich), das durch eine numerische Gleichung gegeben ist, liegt oder nicht.That is, the automatic arithmetic unit included in the present embodiment decides in the above manner whether or not the intersection of the arcs obtained by calculation lies within a triangle USQ (namely, an ultrasonic beam overlap area) given by a numerical equation.

Das vorgeschlagene Ultraschallgrößenmeßgerät enthält eine solche automatische Recheneinheit. Dementsprechend berechnet im Gerät jede der Ausbreitungszeit erfassungsschaltungen 5-1, 5-2, . . . und 5-n eine zur Ausbreitung eines Echos zwischen Echoquelle und Ultraschallsonde 2 nötige Echoausbreitungszeit aufgrund der von der Sonde 2 empfangenen Echos und gibt die berechnete Ausbreitungszeit der Positionsbestimmungsschaltung 6 ein. Aufgrund der Tatsache, daß eine Echoquelle auf mehreren Kreisbögen liegt, deren Mittelpunkte jeweilige Abtaststellen der Ultraschallsonde 2 bilden und deren Radien gleich der Ausbreitungsentfernung eines Echos sind, berechnet die Positionsbestimmungsschaltung 6 den Schnittpunkt der Kreisbögen, um die Lage der Echoquellen zu bestimmen. Die Bereichsbestimmungsschaltung 7 führt aufgrund der vom Speicher 10 erhaltenen numerischen Werte eine Rechenoperation zur Bestimmung, ob der oben erwähnte Schnittpunkt eine echte Echoquelle oder nicht ist, aus. Eine echte Echoquelle wird an einer Anzeige 8 angezeigt.The proposed ultrasound size measuring device contains such an automatic computing unit. 2, - Accordingly, each of the propagation time is calculated in the unit detection circuits 5 - 5 1. . . and 5 - n an echo propagation time necessary for the propagation of an echo between the echo source and the ultrasound probe 2 on the basis of the echoes received by the probe 2 and inputs the calculated propagation time of the position determination circuit 6 . Due to the fact that an echo source lies on several arcs, the centers of which form respective scanning points of the ultrasound probe 2 and the radii of which are equal to the distance of propagation of an echo, the position determination circuit 6 calculates the intersection of the arcs to determine the position of the echo sources. The area determining circuit 7 performs an arithmetic operation on the basis of the numerical values obtained from the memory 10 to determine whether the above-mentioned intersection is a true echo source or not. A real echo source is shown on a display 8 .

Claims

1. Ultrasound measuring device for measuring the size of an object with localization of errors by means of ultrasound beams irradiated onto the object
a probe that irradiates the object with ultrasound beams that fan out at an angle ( δ ) in the object and receives ultrasound echoes generated thereon,
a scanning device which allows the probe to scan the object and detects the position of the probe on the object,
a circuit connected to the probe, which locates echo locations and, based on the output signal of the probe, arcs, the center of which is the points on the object, successively spaced apart, defined by the scanning process and whose radii are equal to the distances between the locations of the probe and the ultrasound echo sources, and intersections of the Arcs calculated,
a storage device which stores the position of the probe and the echo signals, and
a device that displays the echo sources,
characterized,
that the storage device ( 10 ) also stores information about the angle ( δ ) of the lateral fanning out of the ultrasound beams in the object and the largest dimensions of the object and
an area definition circuit ( 7 ) is provided, which is connected to the storage device and the echo source position detection circuit and determines a common overlap area of the ultrasound beams radiated by the probe ( 2 ) into the object at various adjacent scanning positions (P 1, P 2 , P 3) , the number L of the intersection points, and one of the intersection points (C) on the basis of the information provided by the storage device ( 10 ) and the echo source position detection circuit ( 6 ) is then detected as the true fault location in the object to be examined and information about the detected one Provides intersection point (C) to the display device if this intersection point (C) lies within the common overlap area, and if the circular arcs are intended for the propagation distances of the echoes of the ultrasound beam at the L + 1-th scanning position and at least one circular arc thereof also by the Intersection point (C) goes.

2. Ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the echo source position detection circuit comprises:
Propagation time detection circuits ( 5 - 1, 5 - 2, .., 5 - n, 6 ), which receive the measurement result at the various adjacent scanning positions (P ₁, P ₂, P ₃) and the arcs (M ₁₁, M ₂₁, Calculate M ₂₂, M ₃₁; M ₁, M ₂, M ₃) at the scanning positions (P ₁, P ₂, P ₃), and
a circuit ( 6 ) which calculates the position of the intersection points of the arcs as possible echo source positions and feeds them to the area definition circuit ( 7 ).

3. Ultrasonic measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the scanning device ( 9 ) with the echo source position detection circuit ( 6 ) and the area definition circuit ( 7 ) is connected and the position of the probe on the object for calculating the position of the intersection points of the arcs as well for determining whether the intersection point (C) lies within the common overlap area, feeds the echo source position detection circuit ( 6 ) and the area definition circuit ( 7 ).