JP4972678B2 - Ultrasonic measuring device, ultrasonic sensor and ultrasonic measuring method used therefor - Google Patents
Ultrasonic measuring device, ultrasonic sensor and ultrasonic measuring method used therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP4972678B2 JP4972678B2 JP2009222818A JP2009222818A JP4972678B2 JP 4972678 B2 JP4972678 B2 JP 4972678B2 JP 2009222818 A JP2009222818 A JP 2009222818A JP 2009222818 A JP2009222818 A JP 2009222818A JP 4972678 B2 JP4972678 B2 JP 4972678B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- distance
- ultrasonic vibration
- transmission
- noise
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、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に係り、特に、超音波振動素子を2次元配列したアレイセンサを用いるに好適な超音波測定装置,それに用いる超音波センサおよび超音波測定方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic measurement apparatus, an ultrasonic sensor used therefor, and an ultrasonic measurement method, and more particularly, an ultrasonic measurement apparatus suitable for using an array sensor in which ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged, and an ultrasonic sensor used therefor And an ultrasonic measurement method.
近年、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、3次元に超音波を送・受信することを可能とした3次元超音波技術の研究開発が盛んに行われている。この技術は、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ことを可能としている(例えば、特許文献1参照)。
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)。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development have been actively conducted on three-dimensional ultrasonic technology that can transmit and receive ultrasonic waves in three dimensions using a matrix array sensor in which ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged. This technique makes it possible to perform omnidirectional measurement with a high S / N ratio in a short time without mechanical rotation scanning (see, for example, Patent Document 1).
Therefore, the present inventors are considering applying a three-dimensional ultrasonic technique using a matrix array sensor to inspection of a thick plate material.
In order to determine the presence or absence of a crack located in a deep portion of a thick plate material by an inspection method using a three-dimensional ultrasonic technique, it is necessary to enlarge a sensor opening for transmitting and receiving ultrasonic waves. For this reason, if the size of the sensor aperture is increased with a matrix array sensor composed of ultrasonic transducer elements having a substantially constant area, such as a conventional rectangular matrix sensor or segment array sensor, two sensor apertures are obtained. The number of ultrasonic vibration elements increases in proportion to the power.
However, there is a technical limit to the total number of ultrasonic vibration elements that can be controlled by the phased array device, and even if the number of ultrasonic vibration elements that can be controlled is increased, the device becomes large and expensive. It was difficult to increase the size of the sensor opening.
On the other hand, among the ultrasonic vibration elements constituting the array sensor equally divided in the angular direction, a method of using only the ultrasonic vibration element group arranged in the electronic scanning direction for transmission / reception of ultrasonic waves is known. (For example, refer to Patent Document 2).
しかしながら、特許文献2記載のように、単純に等角度で分割したアレイセンサまたは、最内周の超音波振動素子のみを円盤にしたアレイセンサでは、分割する角度によっては内周側の超音波振動素子サイズが小さくなり、センサ配線時に加工が困難となるばかりか、センサの内周側で十分な感度が得られず、サイドローブなどのノイズが増加するという問題があった。
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。
However, as described in
Furthermore, in the sensor shape and measurement method described in
本発明の目的は、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比の向上する超音波測定装置,それに用いる超音波センサおよび超音波測定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic measuring device that is suitable for flaw detection in a deep part of a thick plate material, can increase the size of a sensor opening, and has an improved S / N ratio, an ultrasonic sensor used therefor, and an ultrasonic measuring method. There is to do.
(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。
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。
(1) 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 transmits and measures ultrasonic waves from the two-dimensional array sensor. An ultrasonic measurement apparatus having a transmission / reception unit that receives a reflected wave from the inside of a target, and a control unit that controls transmission / reception of ultrasonic waves by the transmission / reception unit, wherein the two-dimensional array sensor is an ultrasonic transducer element A conditional expression that includes an inner peripheral portion and an outer peripheral portion having different arrangement patterns, and the outer peripheral portion of the two-dimensional array sensor is such that the distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements does not generate a grating lobe that is noise. And at least a distance satisfying a conditional expression that does not generate a grating lobe as noise, and the control unit includes a plurality of ultrasonic waves constituting the two-dimensional array sensor. A conditional expression that includes a use element selection circuit that selects an element to be used from among the dynamic elements, and that the inner peripheral portion is free from a grating lobe that is a distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements. The use element selection circuit sets a transmission direction during transmission of ultrasonic waves and a reception direction during reception among the ultrasonic vibration elements in the inner peripheral portion and the ultrasonic vibration elements in the outer peripheral portion. An ultrasonic vibration element that projects onto the surface of the array sensor and the distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements in the projected direction is within a distance that satisfies a conditional expression that does not generate a grating lobe that is noise is intended to select, the condition noise is a grating lobe does not occur expression distance of the center of gravity position with respect to the ultrasonic transmitting and receiving direction of the ultrasonic transducer elements adjacent 0, and θ ultrasonic transmitting and receiving angles of the transmit and receive, between the ultrasonic wavelength lambda for transmitting and receiving, L0 ≦ (λ / (1+ | a conditional expression composed of a relationship) | sin [theta.
This configuration is suitable for flaw detection of deep thick plates, as well as a possible increase in the size of the sensor opening, it increases the SN ratio.
(2)上記(1)において、好ましくは、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ようにしたものである。
(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。
( 2 ) In the above ( 1 ), preferably, the element selection circuit has a center of gravity position within a rectangular range in which the projected ultrasound transmission / reception direction is a long side and the diameter of the inner peripheral portion is a short side. The element to be selected is selected.
( 3 ) In the above ( 1 ), preferably, the control unit includes a delay control circuit that gives a delay time to the two-dimensional array sensor and performs a sector scan in a plane including the transmission or reception direction. is there.
(4)また、上記目的を達成するために、本発明は、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。
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。
( 4 ) Further, in order to achieve the above object, the present invention is used in an ultrasonic measurement apparatus that transmits ultrasonic waves and uses a reflected wave from the inside of a measurement object. An ultrasonic sensor arranged in a dimensional manner, comprising an inner peripheral portion and an outer peripheral portion having different arrangement patterns of the ultrasonic vibration elements, wherein the inner peripheral portion is a position of the center of gravity of the adjacent ultrasonic vibration element. The distance between them is within the distance that satisfies the conditional expression that does not generate a grating lobe that is noise, and the outer periphery has a grating lobe that is a distance between the center of gravity positions of the adjacent ultrasonic vibration elements. not conditional expression seen including those with a grating lobe and more than a distance that satisfies the condition expression that does not generate a noise within a distance that satisfies a condition that the grating lobes are noise-free The equation is expressed as L0 ≦ (λ / () between the distance L0 of the gravity center position in the ultrasonic transmission / reception direction of the adjacent ultrasonic vibration element, the transmission / reception angle θ of the ultrasonic wave to be transmitted / received, and the wavelength λ of the ultrasonic wave to be transmitted / received. 1+ | sin θ |) .
This configuration is suitable for flaw detection of deep thick plates, as well as a possible increase in the size of the sensor opening, it increases the SN ratio.
(5)さらに、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るものであり、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。
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。
( 5 ) Further, in order to achieve the above object, the present invention transmits ultrasonic waves from a two-dimensional array sensor in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged, and reflects from the inside of a measurement object. An ultrasonic measurement method using a wave, wherein the two-dimensional array sensor includes an inner peripheral portion and an outer peripheral portion having different arrangement patterns of the ultrasonic vibration elements, and the transmission or reception direction of the ultrasonic wave is determined. The ultrasonic vibration element in the inner peripheral portion of the array pattern within the distance that satisfies the conditional expression in which the distance between the centroid positions of the ultrasonic vibration elements adjacent to the ultrasonic vibration element is set so as not to generate a grating lobe that is noise And the distance between the centroid positions of the ultrasonic transducer elements adjacent to the ultrasonic signal element is within the distance satisfying the conditional expression that does not generate a grating lobe as noise and the gray as noise. Out of the ultrasonic transducers in the outer peripheral part with different arrangement patterns including those that satisfy the conditional expression that does not cause a ringing, the transmission direction is projected on the surface of the array sensor when transmitting ultrasonic waves and the reception direction when receiving ultrasonic waves. And selecting an ultrasonic vibration element whose distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements in the projected direction is within a distance satisfying a conditional expression that does not generate a grating lobe as noise, and The ultrasonic vibration element of the selected part and the ultrasonic wave transmission or reception from the selected ultrasonic vibration element , and the conditional expression that does not generate the grating lobe as the noise is the ultrasonic transmission / reception of the adjacent ultrasonic vibration element L0 ≦ (λ / (1+ |) between the distance L0 of the center of gravity position with respect to the direction, the transmission / reception angle θ of the transmitted / received ultrasonic wave, and the wavelength λ of the transmitted / received ultrasonic wave. sin θ |) .
Such methods are suitable for flaw detection of deep thick plates, as well as a possible increase in the size of the sensor opening, it increases the SN ratio.
(6)上記(5)において、好ましくは、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次元画像化するようにしたものである。
(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。
( 6 ) In the above ( 5 ), preferably, an element range that is used when a plurality of focal points to be connected at the time of transmission / reception of ultrasonic waves by the two-dimensional array sensor are set and ultrasonic waves are transmitted / received to / from the plurality of focal points. Are selected, and the reflection signal from the inside of the measurement target is recorded for each focus, and the obtained reflection signal from each focus is processed to form a two-dimensional image or a three-dimensional image inside the measurement target. It is a thing.
( 7 ) In the above ( 5 ), preferably, the transmission / reception gives a delay time to the ultrasonic vibration element in the inner peripheral portion and the selected ultrasonic vibration element, and within the plane including the transmission or reception direction. Sector scan.
本発明によれば、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比の向上できる。 According to the present invention, it is suitable for flaw detection in a deep part of a thick plate material, the sensor opening can be enlarged, and the SN ratio can be improved.
以下、図1〜図10を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷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。
Hereinafter, the configuration and operation of an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic flaw detector 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400の内部または表面における反射源400AをSN比よく測定を行うものである。被検体400は、例えば、厚さが200mm〜300mmの厚板材である。
The ultrasonic measurement apparatus according to the present embodiment measures, for example, the
本実施形態の超音波測定装置は、探傷部401と、送・受信部402と、制御部403と、表示部404から構成されている。探傷部401は、測定対象400に超音波を送・受信するアレイセンサ401Bを備えている。アレイセンサ401Bは、複数の超音波振動素子401Aを備えている。
The ultrasonic measurement apparatus according to this embodiment includes a
送・受信部402は、アレイセンサ401Bの複数の超音波振動素子401Aに遅延時間を与えて超音波を送信するパルサ402A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402Zとを備えている。
The transmission / reception unit 402 includes a pulsar 402A that transmits an ultrasonic wave by giving a delay time to the plurality of ultrasonic transducer elements 401A of the
制御部403は、記憶装置403Bを有する制御・処理用コンピュータ403Aと、使用素子選択回路403Cと、遅延時間制御回路403Dと、加算回路403Zとを備えている。
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。
The
The used element selection circuit 403C switches and controls the ultrasonic vibration element 401A used for the ultrasonic transmission / reception element. The
表示部404は、各種設定を表示し入力可能とする設定入力画面404Aと、受信信号及び測定画像を表示する表示画面404Z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403A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403C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403D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402Bは、与えられた遅延時間で送信信号を送信素子選択部402Cに送る。送信素子選択部402C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403C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402Eへ送信する。
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。
The transmission delay circuit 402B that has received the transmission signal and the delay time sends the transmission signal to the transmission element selection unit 402C with the given delay time. The transmission element selection unit 402C receives the transmission signal transmitted with a delay time from the transmission delay circuit 102B, selects a transmission element based on the transmission element selection signal from the used element selection circuit 403C, and transmits the transmission signal. Is transmitted to the transmission amplifier 402E.
In addition, for the ultrasonic wave transmitted in this way, the receiving side may select a signal to be received by the
次に、図2及び図3を用いて、本実施形態による超音波探傷装置に用いるアレイセンサ401Bの構成について説明する。
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。
Next, the configuration of the
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the array sensor used in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing the barycentric position of the array sensor used in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
図2に示すように、アレイセンサ401Bは、円形であり、複数の超音波振動素子が配列されている。アレイセンサ401Bは、異なる配列パターンを有する内周部401Mと、外周部401Nとからなる。
As shown in FIG. 2, the
内周部401Mの超音波振動素子は、六角形状としており、平面を効率的に充填可能な形状としている。内周部401Mの各超音波振動素子のサイズは、同じである。そして、内周部401Mの各超音波振動素子のサイズは、音の指向性が良好で、探傷画像のSN比が向上できるサイズとしている。
The ultrasonic vibration element of the inner
外周部401Nの超音波振動素子は、同心円をセンサの中心から放射状に分割した扇形形状としている。外周部401Nの各超音波振動素子のサイズは、内側に比べて外側が大きくなっている。
The ultrasonic vibration element of the outer
ここで、検査に必要と考えられるセンサ開口径をφとすると、中心部の1/2φの領域を内周部401Mとし、それ以外の部分を外周部401Nとしている。なお、内周部401の範囲は、1/4φ〜3/4φとすることが好ましく、その理由については、図6を用いて後述する。
Here, assuming that the sensor aperture diameter considered necessary for the inspection is φ, the central ½φ region is the inner
このように、内周部401Mの各超音波振動素子のサイズは、音の指向性が良好で、探傷画像のSN比が向上できる。一方、外周部401Nの各超音波振動素子のサイズは、内周部401Mの各超音波振動素子のサイズよりも大きく、しかも、外側に行くほどサイズが大きくなっているため、開口径φを大きくしても、アレイセンサ401Bを構成する各素子の総数が増えることがないものである。
Thus, the size of each ultrasonic vibration element in the inner
次に、図3を用いて、図2に示したアレイセンサ401Bを構成する各素子の重心位置について説明する。図中の黒丸が各素子の重心位置を示している。
Next, the gravity center position of each element constituting the
内周部401Mにおいては、各素子の形状は六角形として、互いの辺が接触するように配置されているため、隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L1は全て等しくなっている。
In the inner
一方、外周部401Nにおいて、各素子は、同心円をセンサの中心から放射状に分割した扇形形状としているため、半径方向に隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L2に比べて、周方向に隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L3は、大きくなっている。さらに、半径方向に隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L2は、内周部401Mの隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L1と等しくしている。
On the other hand, in the outer
次に、隣接する素子間の距離と、ノイズ(グレーティングローブ)の発生の関係について説明する。 Next, the relationship between the distance between adjacent elements and the occurrence of noise (grating lobes) will be described.
一般にアレイ状のセンサの場合、隣接する素子の超音波送受信方向に対する重心位置の距離をLとし、送受信する超音波の送受信角θとの間に、
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。
In general, in the case of an array-shaped sensor, the distance of the center of gravity position with respect to the ultrasonic transmission / reception direction of adjacent elements is L, and the transmission / reception angle θ of the ultrasonic wave to be transmitted / received,
L0 ≦ (λ / (1+ | sinθ |)
When the above relationship is satisfied, no noise (grating lobe) is generated.
ここで、λは、送受信する超音波の波長である。例えば、超音波を±90度方向に送受信する場合には、L0≦λ/2とすれば、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しないものである。超音波を±30度方向に送受信する場合には、L0≦λ/1.5とすれば、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しないものである。 Here, λ is the wavelength of ultrasonic waves to be transmitted / received. For example, when transmitting and receiving an ultrasonic wave in the direction of ± 90 degrees, if L0 ≦ λ / 2, noise (grating lobe) is not generated. When ultrasonic waves are transmitted and received in the direction of ± 30 degrees, noise (grating lobes) does not occur if L0 ≦ λ / 1.5.
そこで、アレイセンサ401Bの内周部401Mに用いる各素子において、隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L1は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0以下としている。
Therefore, in each element used for the inner
また、アレイセンサ401Bの外周部401Nに用いる各素子において、半径方向に隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L2は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0以下としている。一方、アレイセンサ401Bの外周部401Nに用いる各素子において、周方向に隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L3は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0よりも大きくなっている。
In each element used for the outer
SN比を向上させるには、全ての素子の重心位置間の距離を、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0以下にすれば良いわけであるが、そのためには、外周部401Nの各素子の周方向の長さを短くする必要があり、結果として、1つの素子サイズが小さくなり、開口径φを大きくしても、アレイセンサ401Bを構成する各素子の総数が増えることになる。
In order to improve the S / N ratio, the distance between the centroid positions of all the elements may be set to a distance L0 or less at which noise (grating lobe) does not occur. It is necessary to shorten the length in the circumferential direction. As a result, the size of one element is reduced, and even if the aperture diameter φ is increased, the total number of elements constituting the
それに対して、外周部401Nの各超音波振動素子のサイズは、内周部401Mの各超音波振動素子のサイズよりも大きく、しかも、外側に行くほどサイズが大きくなっているため、開口径φを大きくしても、アレイセンサ401Bを構成する各素子の総数が増えることがないものである。ただし、外周部401Nの各素子においては、周方向に隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L3は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0よりも大きくなっているため、そのまま使用すると、ノイズ(グレーティングローブ)が発生することになる。
On the other hand, the size of each ultrasonic vibration element in the outer
そこで、本実施形態では、図2に示すアレイセンサ401Bを用い、しかも、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しないようにするため、送受信方向に応じて、図2に示すアレイセンサ401Bの中で、外周部401Nの素子については、使用する素子を選択するようにしている。なお、内周部401Mの素子は、隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L1は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0以下としているため、あらゆる送受信方向に対して、全ての素子を使用する。なお、ここで、「送受信方向」とは、実際に超音波が送受信される方向ではなく、図4を用いて後述するように、実際の超音波の送受信方向を、アレイセンサの平面に射影した送受信方向のことである。
Therefore, in the present embodiment, the
例えば、図3において、矢印TR1方向に送受信する場合について説明する。この場合、内周部401Mの中で、例えば、隣接する素子401M−1の重心位置と素子401M−2の重心位置との間の、矢印TR1方向に対する距離L1Aは、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0=L1以下であるため、素子401M−1と素子401M−2を用いた場合には、ノイズ(グレーティングローブ)は発生しないものである。
For example, the case where transmission / reception is performed in the direction of arrow TR1 in FIG. 3 will be described. In this case, in the inner
また、外周部401Nの中で、例えば、隣接する素子401N−1の重心位置と素子401N−2の重心位置との間の、矢印TR1方向に対する距離L2Aは、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0=L2以下であるため、素子401N−1と素子401N−2を用いた場合には、ノイズ(グレーティングローブ)は発生しないものである。
In the
しかしながら、外周部401Nの中で、例えば、隣接する素子401N−3の重心位置と素子401N−4の重心位置との間の、矢印TR1方向に対する距離L3Aは、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0=L2よりも大きいため、素子401N−3と素子401N−4を用いた場合には、ノイズ(グレーティングローブ)は発生する。
However, in the outer
そこで、矢印TR1方向に送受信する場合は、素子401M−1,401M−2と、素子401N−1,401N−2は用いるが、素子401N−3,401N−4を用いないことにより、ノイズ(グレーティングローブ)は発生しないようにすることができる。
Therefore, when transmitting and receiving in the direction of the arrow TR1, the
図3において、例えば、矢印TR2方向や、TR3方向に送受信する場合は、矢印L1で重心位置間の距離が示される隣接する素子を用いても、それらの間の矢印TR2方向,TR3方向の重心位置間の距離は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0=L1以下であるため、これらの素子を用いても、ノイズ(グレーティングローブ)は発生しないものである。 In FIG. 3, for example, when transmitting and receiving in the arrow TR2 direction and TR3 direction, the center of gravity in the arrow TR2 direction and TR3 direction between them is used even if adjacent elements whose distances between the center of gravity positions are indicated by the arrow L1 are used. Since the distance between the positions is a distance L0 = L1 or less at which no noise (grating lobe) is generated, no noise (grating lobe) is generated even if these elements are used.
内周部401Mの素子は、隣接する超音波振動素子の重心位置間の距離L1は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0以下としているため、あらゆる送受信方向に対して、全ての素子を使用しても、ノイズ(グレーティングローブ)は発生しないものである。
As for the elements of the inner
それに対して、外周部の素子に関しては、例えば、矢印TR4方向に送受信する場合は、矢印L2で重心位置間の距離が示される隣接する素子を用いても、それらの間の矢印TR4方向の重心位置間の距離は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0=L2以下であるため、これらの素子を用いても、ノイズ(グレーティングローブ)は発生しないものである。 On the other hand, regarding the elements in the outer peripheral portion, for example, when transmitting and receiving in the direction of arrow TR4, the center of gravity in the direction of arrow TR4 between the adjacent elements whose distance between the positions of the center of gravity is indicated by arrow L2 is used. Since the distance between the positions is a distance L0 = L2 or less at which no noise (grating lobe) is generated, no noise (grating lobe) is generated even if these elements are used.
但し、外周部に関して、例えば、矢印TR5方向に送受信する場合は、矢印L3で重心位置間の距離が示される隣接する素子を用いると、それらの間の矢印TR5方向の重心位置間の距離は、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0=L2よりも大きいため、これらの素子を用いると、ノイズ(グレーティングローブ)は発生するため、矢印TR5方向に送受信する場合は、これらの素子は用いないようにする。 However, with respect to the outer peripheral portion, for example, when transmitting and receiving in the arrow TR5 direction, using adjacent elements whose distance between the gravity centers is indicated by the arrow L3, the distance between the gravity positions in the arrow TR5 direction between them is Since the distance L0 = L2 at which no noise (grating lobe) is generated is larger, if these elements are used, noise (grating lobe) is generated. Therefore, when transmitting / receiving in the direction of the arrow TR5, these elements are not used. To.
すなわち、図2に示した本実施形態のアレイセンサ401Bの特徴は、内周部401Mは、隣接する素子の重心位置が既定の間隔以内となるような配列パターンにより構成されている。ここで、規定の間隔とは、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0である。一方、外周部401Nは、隣接する素子の重心位置が既定の間隔以内となる場合と、隣接する素子の重心位置が既定の間隔以上となる配列パターンにより構成されている。
That is, the feature of the
なお、内周部401Mの素子配列パターンとしては、図2に示した六角形以外にも、三角形や、四角形や、図2に示した六角形を対角線で分割した台形をも用いることができる。 In addition to the hexagonal shape shown in FIG. 2, a triangular shape, a quadrangular shape, or a trapezoid obtained by dividing the hexagonal shape shown in FIG.
また、外周部401Nの素子配列パターンとしては、図2に示した、センサ中心から放射線状に分割した、同心円状のもの以外にも、多角形の用いることができる。
Further, as the element arrangement pattern of the outer
以上、内周部と外周部これらを組み合わせた配列パターンにすることによって、センサ開口が広くなり、深部の探傷を可能とすることができる。そして、超音波の送受信方向に応じて、外周部を構成する素子の内、送受信に用いる素子を選択することで、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しないで、SN比をこうじょうできる。 As described above, by arranging the inner peripheral portion and the outer peripheral portion in an array pattern, the sensor opening is widened and deep flaw detection can be performed. And according to the transmission / reception direction of an ultrasonic wave, by selecting the element used for transmission / reception among the elements constituting the outer peripheral portion, the SN ratio can be adjusted without generating noise (grating lobe).
次に、図4及び図5を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
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。
Next, the flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a flaw detection method using an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of an array sensor used in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
図2及び図3に示したような構造をもつ2Dアレイセンサにおいて、超音波の送受信を行う場合、内周部401Mの超音波振動素子は、隣接する素子の重心位置間隔L1を既定の間隔以内となるように配置することで、ノイズ源となる部分がないように設計することができて、内周側の超音波振動素子全てを用いて超音波の送受信をすることが可能である。
In the 2D array sensor having the structure as shown in FIG. 2 and FIG. 3, when transmitting and receiving ultrasonic waves, the ultrasonic vibration element of the inner
しかし、外周部401Nの超音波振動素子の重心の間隔は、矢印L3で示すように既定の距離を超える部分が存在し、送受信方向によって非常に強いノイズ源となる場合がある。
However, the distance between the centers of gravity of the ultrasonic vibration elements in the outer
図4において、超音波アレイセンサ401Bは、深さ方向Depに対して直交する平面に設置される。その上で、超音波アレイセンサ401Bは、超音波送受信方向TRに、超音波を送信し、また、反射波を受信する。このとき、超音波送受信方向TRを、超音波アレイセンサ401Bの平面に射影した送受信方向をTR’とする。
In FIG. 4, the
図5は、超音波アレイセンサ401Bの平面を示しており、超音波の送受信方向に沿った軸に重心位置を射影した場合、外周部401Nの超音波振動素子の内、射影した超音波の送受信方向TR’に直交する軸に対して外周部に配列された素子401N−5,401N−6,401N−7,401N−8の間の間隔L3B,L3C,L3Dは、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0よりも広がっており、グレーティングローブと呼ばれる望まない方向に強く伝搬する超音波を発生する。
FIG. 5 shows a plane of the
それに対して、射影した超音波の送受信方向TR’に配列される素子401N−9,401N−10の間の間隔L2Bは、ノイズ(グレーティングローブ)が発生しない距離L0よりも狭く、グレーティングローブが発生しない。
On the other hand, the interval L2B between the
そこで、図5のハッチング部分2に示すように、射影した重心位置の間隔が既定の距離を超えないような素子を選択することで、内周部の全ての超音波振動素子と、超音波の送受信方向に配列する外周部の超音波振動素子の一部を用いることでSN比の良い探傷を行うことができる。
Therefore, as shown in the hatched
次に、図6を用いて、本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について説明する。
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。
Next, a sensor element selection method in the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a sensor element selection method in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
図5にて説明したように、内周部の全ての超音波振動素子と、超音波の送受信方向に配列する外周部の超音波振動素子の一部を用いるために、図6に示すように、使用する超音波振動素子を選択するようにしている。 As illustrated in FIG. 5, in order to use all the ultrasonic vibration elements in the inner peripheral portion and a part of the ultrasonic vibration elements in the outer peripheral portion arranged in the transmission / reception direction of ultrasonic waves, as shown in FIG. The ultrasonic vibration element to be used is selected.
すなわち、射影した超音波の送受信方向TR’に対して、この送受信方向に沿って配列している点線で囲まれた範囲に重心位置が存在する素子を用いて探傷する。この時、点線で囲まれた長方形の範囲としては、センサ内周部含むよう通常設定する。すなわち、長方形の短辺Lsは、アレイセンサ401Bの内周部401Mの直径と等しくする。長方形の長辺Llは、射影された送受信方向TR’においてアレイセンサ401Bの外周部401Nを含む長さとする。
That is, for the projected ultrasonic transmission / reception direction TR ', flaw detection is performed using an element whose center of gravity exists in a range surrounded by a dotted line arranged along the transmission / reception direction. At this time, the rectangular area surrounded by the dotted line is normally set so as to include the inner circumference of the sensor. That is, the rectangular short side Ls is made equal to the diameter of the inner
図2にて説明したように、センサ開口径φに対して、内周部401Mの涼気を1/2φとした場合、短辺Lsと長辺Llの長さの比率が、1:2の長方形の範囲となる。また、内周部401の範囲は、1/4φ〜3/4φとした場合には、短辺Lsと長辺Llの長さの比率が、1:4〜3:4の長方形の範囲となる。
As described with reference to FIG. 2, when the cool air of the inner
次に、図7を用いて、本実施形態による超音波探傷装置による探傷方法について説明する。
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。
Next, the flaw detection method using the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing the contents of the flaw detection method by the ultrasonic flaw detector according to the embodiment of the present invention.
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、図2に示したアレイセンサ401Bを構成する超音波振動素子の素子情報(素子大きさや配列、素子位置の情報)や音速等の必要な情報を、図1に示した設定入力画面404Aを用いて入力する。
When the setting is started, in step S101, the inspector performs element information (element size, arrangement, element position information) of ultrasonic vibration elements constituting the
次に、ステップS102において、検査者は、設定入力画面404Aを用いて、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、超音波振動素子の中心をセンサ中心Cとして設定する。
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。
Next, in step S102, the examiner sets a delay time and a sensor center position serving as a reference for image display for the N ultrasonic vibration elements using the setting input screen 404A. In general, the center of the ultrasonic vibration element is set as the sensor center C.
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、図5や図6に示したようなノイズとなる素子を省いた受送信に使用する超音波振動素子群を設定する。 On the other hand, in step S104, the used element selection circuit 103C uses the information given in the initial setting in step S101, and uses the ultrasonic wave used for transmission / reception without the noise elements shown in FIG. 5 and FIG. Set the vibration element group.
そして、ステップS105において、使用素子選択回路103Cは、ステップS103で定めた焦点F(i)へ超音波を送受信するに際し、この送受信方向に適した使用素子のパターンを選択して、超音波を送受信する。 In step S105, the use element selection circuit 103C selects a pattern of use elements suitable for the transmission / reception direction when transmitting / receiving ultrasonic waves to the focal point F (i) determined in step S103, and transmits / receives ultrasonic waves. To do.
ここで、図8及び図9を用いて、本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について説明する。
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。
Here, the pattern of the element used in the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
8 and 9 are explanatory diagrams of patterns of elements used in the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
図8は、使用素子のパターン表を例示している。使用素子のパターン表は、図1の記憶装置403Bに予め記憶されている。使用素子のパターン表には、パターンA,B,Cと、それぞれのパターン毎に使用する素子を「1」で示し、使用しない素子を「0」で示してある。
FIG. 8 illustrates a pattern table of used elements. The pattern table of used elements is stored in advance in the
パターンAは、例えば、図9に示すように使用する素子を選択するものであり、パターンBは、例えば、図9に示すように使用する素子を選択するものである。パターンAを使用することで、図9に示すようなセクタスキャンAが行われ、パターンBを使用することで、図9に示すようなセクタスキャンBが行われる。 For example, the pattern A selects elements to be used as shown in FIG. 9, and the pattern B selects elements to be used as shown in FIG. 9, for example. By using the pattern A, the sector scan A as shown in FIG. 9 is performed, and by using the pattern B, the sector scan B as shown in FIG. 9 is performed.
パターンA,B,Cは、超音波の送受信方向と関連付けられるので、送受信方向を決めると、送受信に必要なパターンを選択できる。 Since the patterns A, B, and C are associated with the ultrasonic transmission / reception direction, when the transmission / reception direction is determined, a pattern necessary for transmission / reception can be selected.
再び、図7のステップS105において、使用素子選択回路103Cは、ステップS103で定めた焦点F(i)へ超音波を送受信するに際し、図8及び図9で説明した使用素子のパターンを選択して、パルサ402Aから超音波を送信する。 Again, in step S105 of FIG. 7, the use element selection circuit 103C selects the pattern of the use element described in FIGS. 8 and 9 when transmitting and receiving ultrasonic waves to the focal point F (i) determined in step S103. The ultrasonic wave is transmitted from the pulsar 402A.
そして、ステップS106において、レシーバ402Zは、焦点F(i)に対するデータ(反射データ)を収録する。
In step S106, the
次に、ステップS107において、制御・処理用コンピュータ403Aは、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S105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。
Next, in step S107, the control /
ステップS107において、全終了した(YES)と判定された場合は、ステップS108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S109において、画像の表示を行い、終了する。 If it is determined in step S107 that the process has been completed (YES), in step S108, the control / processing computer 103A creates a map of pixels and pixel values, and in step S109, displays an image, and ends. To do.
以上のように、図8に示す1つのパターンを選択することにより、望むセクタスキャン画像を得ることができるので、図9のパターンA,パターンBで示すパターンを電子的に切り替えていくことにより、多数セクタスキャン画像を収録することが可能で、深部においても高SNで3Dの画像を得ることができる。 As described above, since a desired sector scan image can be obtained by selecting one pattern shown in FIG. 8, by electronically switching between the patterns A and B shown in FIG. Multiple sector scan images can be recorded, and 3D images can be obtained with high SN even in the deep part.
次に、図10を用いて、本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について説明する。
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。
Next, another configuration of the array sensor used in the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a plan view showing another configuration of the array sensor used in the ultrasonic flaw detector according to the embodiment of the present invention.
図10に示すように、アレイセンサ401B’は、円形であり、複数の超音波振動素子が配列されている。アレイセンサ401B’は、異なる配列パターンを有する内周部401M’と、外周部401N’とからなる。
As shown in FIG. 10, the
内周部401M’の超音波振動素子は、同心円に対して、例えば、最内周は分割せず、最内周のすぐ外周(2周目)は周方向に8分割し、次の外周(3周目)は周方向に16分割し、次の外周(4周目)は周方向に24分割し、次の外周(5周目)は周方向に32分割するというように、外周に行くほど周方向の分割数を増加している。この分割された配列パターンにより、内周部401’Mの各超音波振動素子のサイズは、全く同じではないが、ほぼ同じサイズとなっている。そして、内周部401Mの各超音波振動素子のサイズは、音の指向性が良好で、探傷画像のSN比が向上できるサイズとしている。
The ultrasonic vibration element of the inner
外周部401N’の超音波振動素子は、図2と同様に、同心円をセンサの中心から放射状に分割した扇形形状としている。外周部401N’の各超音波振動素子のサイズは、内側に比べて外側が大きくなっている。
As in FIG. 2, the ultrasonic vibration element of the outer
このように、内周部401M’の各超音波振動素子のサイズは、音の指向性が良好で、探傷画像のSN比が向上できる。一方、外周部401N’の各超音波振動素子のサイズは、内周部401M’の各超音波振動素子のサイズよりも大きく、しかも、外側に行くほどサイズが大きくなっているため、開口径φを大きくしても、アレイセンサ401B’を構成する各素子の総数が増えることがないものである。
As described above, the size of each ultrasonic vibration element in the inner
以上説明したように、厚板材の深部に対し超音波検査を行う場合、センサの大開口化が必要であるが、素子数に制限があるために、現状の2Dアレイセンサでは大開口化が困難であった。そこで、センサ内周部と外周部で素子配列パターンが異なる超音波センサを用いることで、センサの大開口化を可能としている。さらに、超音波の送受信時に外周部の素子の一部のみを用いることで、ノイズを抑制し、この大開口のセンサを用いて厚板材の深部に対する点集束効果による高SN比での探傷が可能となる。 As described above, when ultrasonic inspection is performed on a deep portion of a thick plate material, it is necessary to increase the aperture of the sensor. However, since the number of elements is limited, it is difficult to increase the aperture with the current 2D array sensor. Met. Therefore, the use of ultrasonic sensors having different element arrangement patterns at the inner and outer peripheral parts of the sensor enables a large aperture of the sensor. Furthermore, by using only a part of the outer peripheral elements when transmitting and receiving ultrasonic waves, noise can be suppressed, and this large aperture sensor can be used to detect flaws with a high signal-to-noise ratio due to the point focusing effect on the deep part of thick plates. It becomes.
したがって、厚板材の深部を、少ない超音波振動素子数で、点集束効果による高SN比の3次元的に探傷可能となる。
Therefore, the deep portion of the thick plate material can be three-dimensionally detected with a high SN ratio by the point focusing effect with a small number of ultrasonic vibration elements.
400…被検体
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
400 ... subject 401 ... flaw detection unit 401A ...
Claims (7)
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。 A two-dimensional array sensor in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged, a transmission / reception unit that transmits ultrasonic waves from the two-dimensional array sensor, and receives a reflected wave from the inside of the measurement object, and the transmission / reception An ultrasonic measurement device having a control unit that controls transmission and reception of ultrasonic waves by the unit,
The two-dimensional array sensor includes an inner peripheral portion and an outer peripheral portion having different arrangement patterns of the ultrasonic vibration elements,
In the outer periphery of the two-dimensional array sensor, the distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibrating elements is within a distance that satisfies the conditional expression that does not generate a grating lobe that is noise, and a grating lobe that is noise is generated. And those that exceed the distance that satisfies the conditional expression
The control unit includes a use element selection circuit that selects an element to be used among a plurality of ultrasonic vibration elements constituting the two-dimensional array sensor,
The inner peripheral portion is within a distance satisfying a conditional expression in which the distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements does not generate a grating lobe as noise,
The element selection circuit projects a transmission direction when transmitting ultrasonic waves and a reception direction when receiving ultrasonic waves onto the surface of the array sensor, among the ultrasonic vibration elements on the inner periphery and the ultrasonic vibration elements on the outer periphery. Then, the ultrasonic vibration element is selected such that the distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements in the projected direction is within a distance satisfying a conditional expression that does not generate a grating lobe as noise .
The conditional expression in which the grating lobe as noise does not occur is the distance L0 of the center of gravity position with respect to the ultrasonic transmission / reception direction of the adjacent ultrasonic vibration element, the transmission / reception angle θ of the ultrasonic wave to be transmitted / received, and the wavelength λ of the ultrasonic wave to be transmitted / received. Is an conditional expression having a relationship of L0 ≦ (λ / (1+ | sin θ |) .
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。 The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1 ,
The use element selection circuit selects an element having a center of gravity within a rectangular range in which a transmission / reception direction of the projected ultrasonic wave is a long side and a diameter of the inner peripheral portion is a short side. measuring device.
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。 The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1 ,
The ultrasonic measurement apparatus, wherein the control unit includes a delay control circuit that gives a delay time to the two-dimensional array sensor and performs a sector scan in a plane including the transmission or reception direction.
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。 An ultrasonic sensor that transmits ultrasonic waves and is used in an ultrasonic measurement device that uses a reflected wave from the inside of a measurement object, and in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged,
An inner peripheral portion and an outer peripheral portion having different arrangement patterns of the ultrasonic vibration elements,
The inner peripheral portion is within a distance satisfying a conditional expression in which the distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements does not generate a grating lobe as noise,
The outer peripheral portion satisfies a conditional expression in which the distance between the gravity center positions of the adjacent ultrasonic vibration elements is within a distance satisfying a conditional expression that does not generate a grating lobe that is noise and a conditional expression that does not generate a grating lobe that is noise. distance or more of the things seen including,
The conditional expression in which the grating lobe as noise does not occur is the distance L0 of the center of gravity position with respect to the ultrasonic transmission / reception direction of the adjacent ultrasonic vibration element, the transmission / reception angle θ of the ultrasonic wave to be transmitted / received, and the wavelength λ of the ultrasonic wave to be transmitted / received. An ultrasonic sensor characterized by a conditional expression having a relationship of L0 ≦ (λ / (1+ | sin θ |) .
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。 An ultrasonic measurement method that transmits ultrasonic waves from a two-dimensional array sensor in which a plurality of ultrasonic vibration elements are two-dimensionally arranged, and uses a reflected wave from the inside of a measurement object,
Set the transmission or reception direction of the ultrasonic wave,
The ultrasonic vibration element in the inner peripheral portion of the array pattern within a distance satisfying a conditional expression in which the distance between the centroid positions of adjacent ultrasonic vibration elements of the ultrasonic vibration element does not generate a grating lobe as noise, and The distance between the centroid positions of the adjacent ultrasonic transducer elements of the ultrasonic signal element is within the distance that satisfies the conditional expression that does not generate noise grating lobe and the distance that satisfies the conditional expression that does not generate noise grating lobe Among the ultrasonic vibrating elements in the outer peripheral portion having different arrangement patterns including those described above, the transmitting direction is projected on the surface of the array sensor when transmitting ultrasonic waves and the receiving direction is received when receiving ultrasonic waves, and adjacent in the projected direction. The distance between the positions of the center of gravity of the ultrasonic vibration element is within a distance satisfying a conditional expression that does not generate a grating lobe as noise. Select the ultrasonic vibration element,
Transmitting or receiving ultrasonic waves from the ultrasonic vibration element of the inner peripheral portion and the selected ultrasonic vibration element ;
The conditional expression in which the grating lobe as noise does not occur is the distance L0 of the center of gravity position with respect to the ultrasonic transmission / reception direction of the adjacent ultrasonic vibration element, the transmission / reception angle θ of the ultrasonic wave to be transmitted / received, and the wavelength λ of the ultrasonic wave to be transmitted / received. Is a conditional expression having a relationship of L0 ≦ (λ / (1+ | sin θ |) .
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。 The ultrasonic measurement method according to claim 5 ,
Setting a plurality of focal points to be formed when ultrasonic waves are transmitted and received by the two-dimensional array sensor;
Select each element range to be used when transmitting and receiving ultrasonic waves for the plurality of focal points,
Record the reflection signal from inside the measurement target for each focus,
An ultrasonic measurement method characterized by processing the obtained reflected signal from each focal point to form a two-dimensional image or a three-dimensional image inside the measurement object.
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。 The ultrasonic measurement method according to claim 5 ,
The transmission / reception gives a delay time to the ultrasonic vibration element in the inner periphery and the selected ultrasonic vibration element,
An ultrasonic measurement method, wherein sector scanning is performed within a plane including the transmission or reception direction.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009222818A JP4972678B2 (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Ultrasonic measuring device, ultrasonic sensor and ultrasonic measuring method used therefor |
US12/754,264 US8210043B2 (en) | 2009-04-06 | 2010-04-05 | Ultrasonic measurement method, ultrasonic measurement apparatus, and ultrasonic sensor |
US13/021,406 US8701492B2 (en) | 2009-04-06 | 2011-02-04 | Ultrasonic measurement method, ultrasonic measurement apparatus, and ultrasonic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009222818A JP4972678B2 (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Ultrasonic measuring device, ultrasonic sensor and ultrasonic measuring method used therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011069780A JP2011069780A (en) | 2011-04-07 |
JP4972678B2 true JP4972678B2 (en) | 2012-07-11 |
Family
ID=44015178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009222818A Expired - Fee Related JP4972678B2 (en) | 2009-04-06 | 2009-09-28 | Ultrasonic measuring device, ultrasonic sensor and ultrasonic measuring method used therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4972678B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016161494A (en) * | 2015-03-04 | 2016-09-05 | 株式会社東芝 | Matrix array sensor |
CN110770578B (en) * | 2017-07-03 | 2023-07-25 | 株式会社Ihi检查计测 | Phased array flaw detection device and method |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS555570A (en) * | 1978-06-28 | 1980-01-16 | Furuno Electric Co Ltd | Ultrasonic wave reception unit |
JPH0335698A (en) * | 1989-07-03 | 1991-02-15 | Touitsu Kogyo Kk | Ultrasonic probe |
JPH05244691A (en) * | 1992-02-27 | 1993-09-21 | Hitachi Ltd | Ultrasonic probe |
JPH11285096A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Olympus Optical Co Ltd | Composite piezoelectric vibrator |
FR2778462B1 (en) * | 1998-05-07 | 2000-07-13 | Snecma | METHOD FOR ULTRASONIC CONTROL IN IMMERSION OF PARTS WITH CYLINDRICAL GEOMETRY |
JP2004113693A (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | Ultrasonic imaging instrument and ultrasonic imaging method |
JP4287183B2 (en) * | 2003-04-16 | 2009-07-01 | アロカ株式会社 | Ultrasonic probe |
-
2009
- 2009-09-28 JP JP2009222818A patent/JP4972678B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011069780A (en) | 2011-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8701492B2 (en) | Ultrasonic measurement method, ultrasonic measurement apparatus, and ultrasonic sensor | |
JP3862793B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus using the same | |
CN109425657B (en) | Linear scanning ultrasonic flaw detection device and linear scanning ultrasonic flaw detection method | |
JP4605594B2 (en) | Ultrasonic transducer and underwater detector | |
US11439368B2 (en) | Acoustic wave processing device, signal processing method for acoustic wave processing device, and program | |
JP5183422B2 (en) | Three-dimensional ultrasonic imaging method and apparatus | |
JP2009240667A (en) | Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method | |
US10231711B2 (en) | Acoustic wave processing device, signal processing method for acoustic wave processing device, and program | |
JP5593208B2 (en) | Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method | |
JP4644621B2 (en) | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus | |
JP4972678B2 (en) | Ultrasonic measuring device, ultrasonic sensor and ultrasonic measuring method used therefor | |
JP5689227B2 (en) | Ultrasonic measurement method and apparatus | |
JP6463962B2 (en) | Ultrasonic flaw detection system and inspection method | |
JPH11318892A (en) | Ultrasonography and ultrasonograph | |
JP5521224B2 (en) | Ultrasonic probe, ultrasonic inspection apparatus and ultrasonic inspection method using the same | |
JP5588918B2 (en) | Ultrasonic inspection method | |
Prashar et al. | Comparison and optimisation of fast array-based ultrasound testing | |
JP3308655B2 (en) | Ultrasonic signal processor | |
JPS6219711B2 (en) | ||
JP5852420B2 (en) | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus | |
JP2014226296A (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP6157872B2 (en) | Ultrasonic shape measuring apparatus and measuring method | |
CN114072063B (en) | Ultrasonic three-dimensional imaging method and device | |
JP2917227B2 (en) | Ultrasonic tomographic detection sensor and detection method | |
JPH1114611A (en) | Electronic scanning system ultrasonic inspection equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110701 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111018 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111019 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111213 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120110 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120221 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120313 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120409 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150413 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4972678 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |