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    公开号:WO1990002945A1
    申请号:PCT/JP1989/000913
    申请日:1989-09-05
    公开日:1990-03-22
    发明作者:Yoshihiko Takishita；Souji Sasaki
    申请人:Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.；
    IPC主号:G10K11-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 超音波検査装置 技術分野
    [0002] 本発明は、 被検查材に超音波をスキャンニングして照射し、 その 反射波に基づいて被検査材の表面状態や内部欠陥の有無等を検査す る超音波検査装置に関する。 背景技術
    [0003] 超音波検査装置は、 被検材を破壊することな く その内部の欠陥を 検出することができ、 多く の分野において用いられている。 被検材 内部の欠陥の有無は、 被検材の所定の範囲についてチェックされる ことが多く、 その場合には、 被検材表面の上記範囲を探触子から放 射される超音波で走査して検査が実施される。 この探触子として、 圧電素子を多数一列に配列して構成されるアレイ探触子が実用化さ れている。 以下、 このようなア レイ探触子を用いた超音波検査装置 について説明する。
    [0004] 第 1図は従来の超音波検査装置のスキャナ部の斜視図、 第 2図 ( a ) , ( b ) はァ レイ探触子の平面図および側面図である。 各図 で、 1 は検査のための水槽、 2 は水槽 1 に入れられた水、 3 は水槽 1 の底面に載置された被検材である。 4 はスキャナを示し、 以下の 部材より成る。 即ち、 5 は水槽 1 を載置するスキャナ台、 6 はスキ ャナ台 5 に固定されたフ レーム、 7 はフ レーム 6に装架されたァー ム、 8 はアーム 7 に装架されたホルダ、 9 はホルダ 8 に装着された ポール、 1 0 はァ ィ探触子である。 フ レーム 6 は図示しない機構 によりアーム 7 を Y軸方向に駆動することができ、 又、 アーム 7 は 図示しない機構によりホルダ 8を X軸方向に駆動する ことができ、 さ らに、 ホルダ 8 は図示しない機橇により ボール 9 と協働してァ レ ィ探触子 1 0を Z鋤方向 （ X軸および Y軸に直交する方向） に駆動 することができる。
    [0005] アレイ探触子 1 0は多数の微小な圧電素子 （以下これら圧電素子 をアレイ振動子と称する） を一列に配列した構或を有し、 その配列 方向は X軸方向と一致する。 各アレイ振動子はパルスを与えられる と超音波を放射し、 その超音波の被検材 3からの反射波をこれに比 例した電気信号に変換する。 第 2図 （ a ) , ( b ) に各アレイ振動 子が符号 1 0 , 〜 1 0 n で示されている。 なお、 黒点はサンプリ ン グ点を示し、 Y Pは Y軸方向のサンプリ ングピッチ、 X Pは X敏方 商のサンプリ ングピツチを示す。 又、 A Pは各ァレィ振動子 1 0 , 〜 1 O n 相互のピッチを示す。 1 1 はァレイ探触子 1 0等を収納す るケースである。
    [0006] ここで、 上記各図に示すアレイ探触子 1 0の機能の概略を第 3図 ( a ) , ( b ) を参照しながら説明する。 第 3図 （ a ) で、 T, 〜 は一列に配置されたアレイ振動子、 D, 〜D9 は各ア レイ振動 子 T 〜T9 に接続された遅延素子、 Ρは各ア レイ振動子 Ί 〜 Τ , に入力されるパルスである。 遅延素子 Di , D 9 の遅延時間 ( t は等しく設定されている。 同じく、 遅延素子 D2 , D 8 の 遅延時間 （ t Z8) 、 遅延素子 D 3 , D, の遅延時間 （ t 37) 、 遅延 素子 D4 , D 6 の遅延時間 （ t 46) もそれぞれ等し く設定されてい る。 そして、 設定された各遅延時間の関係は、遅延素子 Ds の遅延 時間を t 5 とすると次式の関係にある。
    [0007] t 1 9 < t 2 8 < t 3 7 < t " < t S ( 1 )
    [0008] 今、 各遅延素子 〜D9 の遅延時間を、 上記 （ 1 ) 式の関係を 保持しながら所定の値に設定してパルス Pを入力すると、 アレイ振 動子 〜T9 から放射される超音波は上記設定された遅延時間に したがって、 ア レイ振動子 , τ 9 から最も早く、 又、 ア レイ振 動子 Τ5 から最も遅く放射される。 このようにして放射された趦音 波は放射状に拡がって進行するが、 各アレイ振動子の放射超音波の 振動の最大振幅がすべて合致する地点が生じる。 第 3図 （ a ) でこ の地点が符号 Fで示されている。 この地点 Fにおける超音波の大き さは他の地点の超音波の大きさに比較して遙かに大きいので、 恰も 各ア レイ振動子 〜T, からの超音波が破線に示すように地点 F 5 に集束したのと同じ状態となる。 換言すれば、 一列に配列したァ レ ィ振動子からの超音波放射に適切な遅延を与えてやれば、 それらの 超音波を地点 Fに集束させたのと同様な状態とすることができる。 この地点 Fを焦点と称する。 さ ら 述べると、 ア レイ振動子 〜 Τ, により、 焦点 Fで集束する破線で示すような超音波ビーム Βが
    [0009] , ο . 出力されるこ とになる。 （ 1 ) 式の関係を保持しながら各遅延時間 を上記の遅延時間より小さ く設定すれば、 焦点 Fは一点鎖線 （ビー ム B ' ) で示すようにより長い焦点 F ' に移行する。 したがって、 各遅延素子 〜 D 9 の遅延時間を調節するこ とにより、 焦点の位 置を選択することが可能となり、 これを被検材 3 の検査に適用する
    [0010] ! 5 場合、 検査部位の深さを選択することができる。
    [0011] 第 3図 （ b ) は第 2図 （ a ) , ( b ) に示すア レイ探触子 1 0 の 機能の説明図である。 この図で、 1 0 , 〜 1 0 n は第 2図 （ a ) に 示すものと同じア レイ振動子であり、 各ア レイ振動子 1 0 !〜 1 0„ にはそれぞれ図示されていないが遅延素子が接続されている。 図示 0 の例では、 まず m個のア レイ振動子 1 0 1 〜 1 0 m を選択し、 それ らから放射される超音波の遅延時間を適切に設定することにより、 前述のように超音波をみかけ上 1 つの焦点に集める。 この焦点が第 3図 （ b ) に符号 、 又、 みかけ上の超音波ビームが符号 B , で 示されている。 次に、 ア レイ振動子を 1 つずらして同じ く m個のァ s レイ素子 1 02 〜 1 0 «+ 1 に対して、 前画のア レイ振動子 1 0 , 〜
    [0012] 1 0 m に与えた遅延時間と同一パターンの遅延時間を与える。 この ときの焦点が符号 F 2 で、 超音波ビームが符号 B 2 で示されている。 以下、 ア レイ振動子を 1 つずつ順に切換えてゆき、 最後にァ レイ振 動子 1 0 n-m+ 1 〜 1 0„ を選択して、 同じパターンの遅延時間を与 え、 焦点 Fn-B+1 , 超音波ビーム Βη-Β + 1 を得る。 このよ う な手段 により、 結果的にはァレィ探触子 1 0 によって焦点 F！ 〜 F η-Β + 1 までの超音波による走査が実行されたことになる。 このような走查 は電子的に高速をもって行なわれるので、 以下電子走査と称する。 なお、 第 3図 （ b ) で、 A Ρはア レイ振動子ピッチ、 S Pはサンプ リ ングビツチを示し、 図示の場合両者は等しい，
    [0013] 次に、 上記ァレイ探触子を用いた超音波検査装置の制御部につい て説明する。 この説明では、 被検材の検査すべき範囲における X軸 方向の長さを 1 2 O mm、 アレイ探触子 1 0 におけるアレイ振動子 数を 1 2 8、 ア レイ振動子ピッチを l mm、 同時に励振されるァ レ ィ振動子数を 8個とし、 ビーム本数 1 2 1本で被検材の X輪方向の 走查を行なう場合を例示する。 第 4図は上記のようなァレイ振動子 の配列図である。 図で、 1 0 はアレイ探触子、 1 0 , 〜 1 01 Z8 は ア レイ振動子、 B i 〜 B 12 l は超音波ビームを示す。 図の各ア レイ 振動子 1 0 , 〜 1 0128 にはそれぞれ 1番〜 1 2 8番の番号が付さ れている 0 1 1 ば制御部である。
    [0014] 第 5図は第 4図に示す制御部 1 1 のブロ ッ ク図である。 図で、 10 はアレイ探触子を示す。 1 2 はマイ ク ロプロセッサ、 1 3 は超音波 ビーム 〜 B 121 を発生させる各ア レイ振動子の励振を前述のよ0 うに所定時間遅延させる送信遅延画路である。 送信遅延画路 1 3 ば 各超音波ビーム B t 〜B 121 に対して 1 つだけ設けられている。 14 はマ ト リ ク ス画路、 1 5 は分配器であり、 これらは送信遅延回路 13 を各超音波ビーム 〜B 12I に共通に使用するために設けられる。
    [0015] 1 6 は送受信園路であり、 ァレイ探触子 1 0の各ア レイ振動子 1 0 , 5" 〜 1 0 I Z8 に励振用のパルスを出力するとともに、 それら各ア レイ 振.動子 1 0 t 〜 1 0 128 からの反射波信号を受信する。 マ ト リ クス 画路 1 4、 分配器 1 5および送受信回路 1 6の構成についてば、 そ れぞれ第 6図， 第 7図および第 8図により さらに詳細に説明する。
    [0016] 1 7 はシフ ト レジスタ回路であり、 送受信回路 1 6を、 1 つの超音 波ビームを形成するために使用される 8個のア レイ振動子に順次接 続してゆく機能を有する。 1 8 は分配器 1 5 における入力と出力を 逆にした構成の加算器、 1 9 はマ ト リ クス回路 1 4 と同じ構成のマ ト リ クス回路である。 2 0 は波形加算回路であり、 マ ト リ クス回路 5 1 9から出力される 8つの信号を、 位相を一致させた後加箕する。
    [0017] 波形加箕回路 2 0 の出力は適宜処理された後、 所望の態様で表示さ れ、 これに基づいて被検材の欠陥の有無が判断される。
    [0018] 次に、 上記制御回路 1 1 の動作を第 6図， 第 7図および第 8図を 参照しながら順次説明する。
    [0019] , o ( I ) 送信遅延回路 1 3およびマ ト リ クス回路 1 4 の動作
    [0020] 第 6図はマ ト リ クス回路 1 4を中心とする回路図であり、 第 5図 に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。 大文字 A〜 Hは 送信遅延回路 1 3 の出力端子、 小文字 a 〜 hは分配器 1 .5 の入力端 子を示す。 送信遅延回路 1 3 には第 3図 （ a ) に示すものと同じよ , s うな遅延素子が 8つ備えられている。 これら 8つの遅延素子は 1 つ の超音波ビームを形成する 8 つのア レイ振動子に対応する。
    [0021] 超音波ビームが最適位置に焦点を形成するように、 マイ ク ロプロ セッサ 1 2 により 8 つの遅延素子の遅延時間が設定された後、 送信 遅延画路 1 3が励起されると、 その各出力端子 A〜 Hからは順次遅 。 延されたパルスが出力される。 この場合、 各出力端子 A〜 Hは超音 波ビームを形成する 8つのア レイ振動子の配列順に対応しており、 その遅延時間は端子 A , Hからの出力パルスが最も短かく、 以下端 子 B , G、 端子 C , F、 端子 D , Eと順次長く なる。
    [0022] マ ト リ クス画路 1 4 は一般に使用されている形態のものであり、 5 送信遅延画路 1 3からの 8本の入力線、 これと交叉する 8本の出力 線、 および交叉する入力線と出力線とを選択的に接続するスィ ッチ ング素子 （図示されていない） により構成される。 これらスィ ッチ ング素子は 6 4個 （ 8 X 8 ) 備えられており、 マイ ク ロプロセッサ 1 2 によりスイ ッチング動作が制御される。 又、 上記 8本の出力線 はそれぞれ分配器 1 5 の入力端子 a〜！ 1に接続されている。
    [0023] 今、 マイ ク ロプロセッサ 1 2の指令により、 マ ト リ クス回路 1 4 における四角印が記入された部分のスィ ツチング素子が導通扰態、 他が遮断状態とされると、 送信遅延回路 1 3の出力端子 A〜Hは順 5 に分配器 1 5 の入力端子 a〜 hに接繞される。 これにより、 入力端 子 a , hに最短遅延時間、 入力端子 d , eに最長遅延時間が設定さ れる遅延時間の第 1 の組合せができる。 この第 1 の組合せは、 超音波ビーム B 1 を形成するア レイ振動子 1 0 ! 〜 1 08 の組合せ に対応する。
    [0024] 1 0 次に、 マイク ロプロセッサ 1 2が三角印部分のスイ ッチング素子 のみを導通状態とすると、 端子 A〜 Hは順に端子 b〜！ 1 , a に接続 される。 したがって、 端子 b , a に最短時間、 端子 e , f に最長時 間が設定される第 2の組合せができる。 この第 2 の組合せは、 超音 波ビーム B 2 を形成するアレイ振動子 1 02 〜 1 09 の組合せに対 i s 応する。 丸印部分のスイ ッチング素子のみを導通犾態とすると、 超- 音波ビーム B 3 を形成するアレイ振動子 1 03 〜 1 0，。の組合せに 対応する第 3 の組合せができる。 以下同様にして順次スィ ツチング 素子を作動させてゆく と、 入力端子 a〜！！に第 8 の組合せまで形成 され、 次の第 9の組合せは第 1 の組合せと同一遅延時間の組合せと ζ α なる。 このような組合せが連繞して操返し形成されてゆく。
    [0025] ( Ε ) 分配器 1 5 の動作
    [0026] 第 7図は分配器 1 5 の画路構成を示す回路図である。 図で、 a〜 hば第 6図に示すものと同じ分配器 1 5 の入力端子である。 又、 数 字 1〜 1 2 8 は分配器 1 5 の第 1番〜第 1 2 8番の出力端子を示し、
    [0027] 25 これら各出力端子はア レイ振動子 1 0 , 〜 1 0 128 に対応する。 入 力端子 aに入力された遅延パルスは図示のようにこの入力端子 a に 接繞された第 1番〜第 1 2 1番の出力端子に分配される。 同じ く、 入力端子 b〜！！に入力された遅延パルスはそれらに接繞されている 図示の各出力端子にそれぞれ分配される。 こ こで、 各出力端子第 1 番〜第 1 2 8番は後述するように送受信回路 1 6 のパルサを ト リガ する ト リガ回路に接続されており、 これら ト リガ画路は順番に 8つ 同時に導通状態とされ、 これが 1 つずつずらされてゆく。 したがつ て、 全出力端子のう ちの連続する 8つの出力端子のみが有効に遅延 5 ト リガ信号を出力することとなり、 これを各入力端子 a 〜！！につい てみると、 これらに接続されている出力端子のう ち常に 1 つのみが 遅延 ト リ ガ信号を出力する こ とになる。
    [0028] 例えば、 ア レイ振動子 1 0 , 〜 1 0 8 により ビーム B t を形成す る場合、 第 1番〜第 8番の出力端子に接続された ト リガ回路が導通
    [0029] , ο 状態となるので、 第 1番， 第 8番の出力端子からは最短遅延時間の パルスが、 又、 第 4番， 第 5番の出力端子からは最長遅延時間のパ ルスが出力される こ とになる。 次いで、 ア レイ振動子 1 0 2〜 1 0 9 により ビーム B 2 を形成する場合、 今度は第 2番〜第 9番の出力端 子に接続された ト リガ回路が導通状態となる。 一方、 これと同時に
    [0030] 1 5 第 6図に示すマ ト リ クス回路 1 4 は四角印から三角印の位置のスィ ツチング素子へ作動が移り、 当該各スィ ツチング素子が導通状態と なるので、 入力端子 b , a に最短遅延時間のパルス、 入力端子 e , f に最長遅延時間のパルスが入力される。 この結果、 第 2番， 第 9 番の出力端子に最短遅延時間のパルスが、 第 5番， 第 6番の出力端 0 子に最長遅延時間のパルスがそれぞれ出力される。
    [0031] このように、 各出力端子に接続されている前記 ト リ ガ回路の導通 状態が 1 つずつずらされてゆく と同時に、 入力端子 a〜 hの遅延時 間も 1 つずつずらされてゆく。 このため、 超音波ビーム形成のため 用いられる 8つのア レイ振動子は常に前記 （ 1 ) 式の関係を保持し 5 た遅延時間により励振されることになる。
    [0032] ( I ) 送受信回路 1 6およびシフ ト レジスタ回路 1 7 の動作
    [0033] 第 8図は送受信画路 1 6を中心とする回路図である。 図で、 第 5 図に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。 X , 〜X 1 2 3 はア ン ド回路、 P , 〜 P！ 2 8 はパルサ回路、 R , 〜 R , 2 8 はレシ一 バ回路である。 各アン ド回路、 各パルサ回路、 各レシーバ画路は各 ア レイ振動子 1 0 ι 〜 1 0128 のそれぞれに対して 1つずつ設けら れている。 ア ン ド回路 X i 〜X 128 の一方の入力端子は分配器 1 5 の第 1番〜第 1 2 8番の出力端子に接続されており、 又、 他方の入 力端子はシフ ト レジスタ回路 1 7 の第 1番〜第 1 2 8番の出力端子 に接繞されている。 このアン ド回路 X t 〜X 128 は前記 （ E ) の分 配器 1 5 の動作の説明において述べたように、 パルサ回路 P ί 〜 Ρ！ 28 を ト リガする ト リ ガ回路を構成する。 シフ ト レジスタ西路 17 の第 1番〜第 1 2 8番の出力端子は、 上記のようにア ン ド回路
    [0034] 〜X I 2a に接続されるとともに、 レシーバ画路1^ 〜R 128 にも接 繞される。 又、 レシーバ画路1¾ 1 〜R 128 の岀カ端子は加箕器 1 8 の第 1番〜第 1 2 8番の対応する入力端子に接続される。
    [0035] シフ ト レジスタ面路 1 7 は、 マイ ク ロプロセッサ 1 2の指令によ り、 8つの連続する出力端子から同時にパルスを出力するとともに, これら出力端子を 1 つずつずらしてゆく。 今、 ァレイ振動子 1 0 t 〜 1 08 により超音波ビーム B , を形成する場合、 シフ ト レジスタ 面路 1 Ίの第 1番〜第 8番の出力端子からパルスが出力され、 ァン ド面路 X , 〜X 8 の一方の入力端子は高レベルとされる。 それと同 時にレシーバ回路 〜R 8 がト リガされ、 それら各レシーバ回路 が作動状態になる。 このとき、 分配器 1 5 の第 1番〜第 8番の出力 端子からは前述のように所定時間遅延されたパルスが出力されるの で、 ア ン ド画路 X！ 〜X8 の他方の入力端子は、 分配器 1 5の第 1 番〜第 8番のパルスの遅延時間後に高レベルとなり、 この時点でそ のアン ド回路が缥通扰態となつて対応するパルサ画路を ト リガする ト リガ信号を出力する。 さきの分配器 1 5 の説明で述べたように、 この場合、 その第 1番， 第 8番の出力端子からの出力が最も早く、 第 4番， 第 5番の岀力端子からの出力が最も遅いので、 パルサ回路 P 1 〜 P 8 のパルス出力もそれに応じ、 結局、 ア レイ振動子 1 0 i ： 1 08 が最も早く励起され、 ア レイ振動子 1 04 , 1 05 が最も遅 く励起され、 これにより所期の超音波ビーム B , が形成される。 この超音波ビーム Β , が被検材に放射されると、 その反射波は各 ア レイ振動子 1 0 , 〜 1 08 に入射されてそれに応じた電気信号に 変換される。 このようにして各アレイ振動子 1 0 ！ 〜 1 08 から出 5 力された反射波信号はそれぞれレシーバ回路 〜 R 8 で増幅され た後、 加算器 1 8 の第 1番〜第 8番の入力端子に入力される。 この 場合、 各ア レイ振動子 1 0 , 〜 1 08 に入射する反射波は、 当然、 ア レイ振動子 1 0 , , 1 08 への入射が最も早く、 アレイ振動子 1 04 > 1 05 への入射が最も遅い。 したがって、 加算器 1 8 の第 ,ο 1番， 第 8番の入力端子へ入力される反射波信号が最も早く、 第 4 番， 第 5番の入力端子へ入力される反射波信号が最も遅く なる。 超音波ビーム B , の形成に次いで、 シフ ト レジスタ画路 1 7 の出 力は 1 つシフ トされ、 第 2番〜第 9番の 8つの出力端子からパルス が出力され、 一方、 分配器 1 5 の出力端子に現れる遅延パルスの遅 ,5 延の態様も前述のように 1 つシフ トされた態様となる。 即ち、 第 2 番， 第 9番の出力端子からは最短遅延時間で遅延パルスが出力され、 第 4番， 第 5番の出力端子からは最長遅延時間で遅延パルスが出力 される。 したがって、 ア レイ振動子 1 0 z 〜 1 0 はこれに応じた 遅延時間で励起され、 所望の超音波ビーム B 2 が形成される。 そし 0 て、 それによる反射波信号は、 対応する レシーバ回路 R 2 〜R 9 で 増幅され、 加算器 1 8の第 2番〜第 9番の入力端子に、 遅延時間に 応じた時間差で入力される。 以下、 順次同様の動作で加算器 1 8 の 入力端子に反射波信号が入力されてゆく。
    [0036] ( IV ) 加算器 1 8、 マ ト リ クス画路 1 9および波形加箕画路 2 0 の 5 動 ^乍
    [0037] 第 8図に示すように、 加算器 1 8 には、 レシーバ回路 R ,〜 R 1 Z8 に接続された第 1番〜第 1 2 8番の入力端子が備えられている。 と こ ろで、 加算器 1 8 は分配器 1 5 の回路構成と同じ回路構成を有し、 ただ、 入力と出力の関係が逆になるだけである。 したがって、 第 7 図における第 1番〜第 1 2 8番の端子が加算器 1 8 の入力 ¾子とな り、 端子 a〜hは加算器 1 8 の岀カ端子となる。 前逑のことから明 らかなように、 反射波信号が入力されるのは連繞する 8つのレ シ一 バ面路のみであるので、 加算器 1 8 の 1 2 8倔の入力端子のうち反 射信号が入力されるのは 8つの連繞する入力端子のみである。 した がって、 出力端子 a〜 hのそれぞれに属する入力端子のう ちの 1つ のみに反射波信号が入力されることになる。
    [0038] さきの例にしたがう と、 超音波ビーム B i が放射されたとき、 反 射波信号は加算器 1 8 の第 1番〜第 8番の入力端子に入力され、 こ れら信号はそのまま出力端子 a〜 hから出力される。 又、 超音波ビ - B 2 が放射されたとき、 反射波信号は加箕器 1 8 の第 2番〜第 9番の入力端子に入力され、 そのまま出力端子 a〜hから岀力され る。
    [0039] 次に、 マ ト リ ク ス回路 1 9 は第 6図に示すものと同じ画路搆成を 有し、 ただ、 出力端子と入力端子が逆になるだけである。 即ち、 マ ト リ クス画路 1 9 の入力端子は第 6図に示す a〜！！であり、 これら 入力端子 a〜 hは加算器 1 8 の出力端子 a〜 hの対応する端子に接 続される。 又、 マ ト リ クス画路 1 9 の各スイ ッチング素子の切換の 態様もマ ト リ クス回路 1 4の切換の態様と同じである。 即ち、 超音 波ビーム B の反射波信号が入力端子 a 〜！！ に入力されたとき、 マ ト リ ク ス画路 1 9 のスイ ッチ ング素子のう ち、 第 6図に示す四角印 の位置のものが導通伏態とされるのでそれら反射波信号は対応する 出力端子 A〜Hから出力される。 同様に、 超音波ビーム B 2 の反射 波信号が入力端子 a〜！！に入力されたとき、 三角印の位置のスイ ツ チ ング素子が導通伏態とされ、 入力端子 a 〜 ！！ の反射波信号は出力 端子 H、 A〜Gから出力されることになる。
    [0040] ここで、 超音波ビーム , B z , B 3 について、 それらの反射 波信号の加箕器 1 8における入力端子、 マ ト リ ク ス回路 1 9 におけ る入力端子と出力端子の関係を示すと次表のようになる。 超音波ビーム B , B z B 3
    [0041] 加算器 1 8 の
    [0042] 入力端子 1 〜 8 2 〜 9 3 〜10
    [0043] マ 卜 リ クス |si路
    [0044] 1 9 の入力端子 a 〜！！ b〜 a c 〜 b
    [0045] マ ト リ クス画路
    [0046] 1 9 の出力端子 A〜 H A〜 H A〜 H 上記の表から明らかなように、 励起されている連続する 8つのァ レ ィ振動子からの反射波信号は、 それらアレイ振動子がどのように選 択されても、 常に当該ア レイ振動子の配列順に、 マ ト リ クス回路 19 の出力端子 A〜 Hから出力される。
    [0047] 出力端子 A〜 Hから出力された反射波信号は波形加算回路 2 0 に 入力される。 波形加算回路 2 0 には上記出力端子にそれぞれ接続さ れる遅延回路およびこれら遅延回路から出力される反射波信号を加 箕する加箕画路 （いずれも図示されていない） が備えられている。 上記各遅延回路は、 位相が異なる反射波信号の位相を一致させ、 各 反射波信号を上記加箕回路において同位相で加算させるために設け られる。 前記 （ 1 ) 式にしたがい、 8つのア レイ振動子の両端のも のからは最も遅く反射波信号が出力され、 中央部のものからは最も 早く反射波信号が出力されるので、 マ ト リ クス回路 1 9 の出力端子 A , Hに接続される遅延回路の遅延時間は最も短かく 、 出力端子 D , Eに接続される遅延園路の遅延時間は最も長い。 このようにして各 遅延回路に適切な遅延時間が設定されると、 これら各遅延回路から 出力される反射波信号の位相は一致せしめられ、 加算面路において これら反射波信号は同一位相で加算される。
    [0048] 以上、 制御回路 1 1 の動作について説明した。 この制御回路 1 1 からの出力は、 各超音波ビームの反射波信号である。 この反射波信 号に基づいて被検材における欠陥の有無等が判断される。 この判断 に好適な処理の一例を以下に説明する。
    [0049] 制御園路 1 1 で得られた反射波信号は、 ビーク検出回路に入力さ れ、 そのビーク値が検岀される。 検出されたピーク値は A Z D変換 器によりディ ジタル値に変換された後、 西像処理装置に入力される, 画像処理装置では当該ビーク値が設定された閽値を越える値である か否かを判断し、 超える場合ば例えば低レベル信号、 閾値以下の場 合は高レベル信号を表示装置に出力する。 これにより表示装置には 例えば欠陥が存在する場合には黒レベル、 存在しない場合には白レ ベルの表示がなされる。 そして、 各ビーム毎にこのような処理がな されるので、 ア レイ探触子 1 0 による超音波ビーム B , 〜B I 2 1 の X軸方向の電子走査およびこのア レイ探触子 1 0を Y軸方向に移動 させる機械的走査により、 被検材のある深さの平面断面における全 体の欠陥の有無等が表示装置に平面的に明瞭に表示されることにな る。
    [0050] 上記従来の超音波検查装置は、 上述のように、 極めて明確に被検 材の欠陥の有無を検査することができる。 ところで、 上記超音波検 查装置により多量の被検材の検査を行なう場合、 その検查速度をさ らに達く したいという強い要望が提出されているが、 当該超音波検 查装置の検査速度は 1 回の電子走査に要する時間、 即ち、 （超音波 ビームの本数） X (スイ ッチング速度） により制約される。 ここで. スィ ッチング速度は通常ァレィ振動子を励振するパルサの缲返し速 度 （周波数） に等しく されている。 したがって、 上記時間の短縮は 望めず、 被検材の X軸方向 （電子走査方向） の検査範囲が大きけれ ば超音波ビームの本数も増大し、 検査時簡も必然的に増大するとい う問題があった。
    [0051] 本発明の目的は、 上記従来技術における課題を解決し、 電子走査 時間、 ひいては被検材の検査時間を大幅に短縮することができる超 音波検査装置を提供するにある。 発明の開示
    [0052] 上記の目的を達成するため、 本発明者は、 まず、 ア レイ振動子を 複数個ずつに区分し、 これら各区分毎に従来装置と同じ制御回路を 接続することを考えた。 しかしながら、 超音波ビームの形成に複数 個のア レイ振動子が使用されるので、 必然的に、 鵾接する区分間で 超音波ビームが欠落するという問題が生じる。 本発明者は、 さ らに 検討を重ねた結果、 上記のような超音波ビームの欠落を生じず、 し かも電子走査時間を大幅に短縮する手段を発明した。 即ち、 本発明 は、 列状に配列された多数のア レイ振動子より成るア レイ探触子と、 前記ア レイ振動子のう ちの複数のものに遅延パルスを印加してこれ らア レイ振動子を励振させるパルサと、 当該複数のア レイ振動子に よる超音波ビームの反射波信号を受信する レシーバとを備え、 前記 ア レイ振動子の励振を順次シフ ト して超音波ビームによる走查を行 なう超音波検査装置において、 前記ァ レイ振動子全体を複数の領域 に区分しこの区分は隣接する区分間で重複部を有するような区分と し、 これら各区分毎に前記複数のア レイ振動子の選択およびシフ ト を行なう区分選択手段と、 前記各レシーバの信号を入力するととも に入力した各信号.を前記区分毎に出力する入出力部と、 前記重複部 を辚接する一方の区分に所属させた後他方の区分に所属させる切換 手段とを設けたこ とを特徴とする。
    [0053] 上記の構成において、 多数個配列されたァ レイ振動子は複数の領 域に区分され、 これらアレイ振動子に接続されているパルサおよび レシーバも当該領域に区分される。 区分された各領域毎の複数のパ ルザから遅延パルスが出力される と、 それらパルサに接続されたァ レイ振動子は励振され、 超音波ビームを放射しその反射波を入力し て反射波信号を出力する。 これら反射波信号は励振されたァ レイ振 動子に接続されている レシーバを経て入出力部の入力端子に入力さ れ、 区分毎に出力される。 この場合、 重複部に相当するア レイ振動 子は、 切換手段により最初一方の区分に所属せしめられ、 次いで他 方の区分に所属せしめられる。 この切換えにより領域間の超音波ビ ームの欠落が防止される。 1 ,
    [0054] 14
    [0055] 各領域の複数のア レイ振動子の励振は順次ずらされてゆき、 これ により各領域毎の超音波ビームの電子走査が実施される。 したがつ て、 反射波信号は 1 ライ ンにっき同時に領域数だけ採取され、 電子 走査時間は著る し く短縮される。 図面の簡単な説明
    [0056] 第 1図は従来の超音波検査装置のスキャナ部の斜視図、 第 2図 ( a ) , ( b ) はア レイ探触子の平面図および側面図、 第 3図（a ): ( ) はア レイ探触子の機能の説明図、 第 4図はア レイ振動子の配 列図、 第 5図は第 4図に示す制御部のブロック図、 第 6図， 第 7図 および第 8図は第 5図に示すマ ト リ クス画路、 分配器、 送受信回路 の回路図、 第 9図は本発明の実施例に係る超音波検查装置の制御装 置のブロック図、 第 1 0図ばア レイ振動子の配列図、 第 1 1図（a ): ( b ) , ( c ) , ( d ) は第 9図に示す加箕器 · スィ ッチ回路の画 路図、 第 1 2図は各種データを示す図、 第 1 3図は本発明の他の実 施例に係る超音波検査装置の加算回路の回路図、 第 1 4図 （ a ) , ( ) , ( c ) , ( d ) はマ ト リ クス回路の回路図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0057] 本発明をより詳細に詳述するために、 添付の各図面に徒ってこれ を説明する。
    [0058] 第 9図は本発明の実施例に係る超音波検査装置のブロック図、 第 1 0図は第 9図に示す実施例で用いられるァレイ振動子の励振方法 の概念を説明するァレイ振動子の配列図である。 本実施例において も、 さ'きに挙げた例と同じく、 ア レイ振動子数 1 2 8、 ア レイ振動 子ピッチ l mm、 同時励振ア レイ振動子数 8、 超音波ビーム本数 1 2 1 の場合について説明する。
    [0059] 最初、 第 1 0図により本実施例の励振方法の概念を説明する。 第 1 0図で、 1 0 はア レイ探触子、 Ι Ο , Ι ί ^ はア レイ振動子 で、 これらは従来のものと同じである。 2 5は本実施例の制御回路 であり、 その構成は第 9図に示されている。 本実施例では、 ア レイ 振動子励振の場合、 1 2 8個のア レイ振動子を 4つの領域 , Κ2 , Κ3 , Κ4 に区分する。 Κ12, Κ 23, Κ34は各領域が重なる 境界部を示す。 即ち、 各領域 Ki 〜K4 は一部においてア レイ振動 子を共有して設定されている。 そして、 これら境界部 Κ12， Κ23, Κ34のァレイ振動子を電子走査期間中の所定期間、 隣接する一方の 領域に属させ、 又、 他の期間には他方の領域に属させて励振するよ うにしたものである。
    [0060] さ らに具体的に述べると、 領域 Κ,はア レイ振動子 1 0 ,〜 1 04。 で、 領域 κ2 はア レイ振動子 1 033〜 1 072で、 領域 Κ3 はア レイ 振動子 1 065〜 1 0104で、 領域 Κ4はァ レイ振動子 1 097〜 1 0128 でそれぞれ構成され、 又、 境界部 Κ12はア レイ振動子 1 033〜
    [0061] 1 040で、 境界部 Κ23はア レイ振動子 1 065〜 1 072で、 境界部 Κ34はア レイ振動子 1 0 マ〜 1 0104 でそれぞれ構成される。 電子 走査において境界部 Κ 12， κ23, κ34はそれぞれ最初に領域 κζ , κ3 , κ4 に属せしめられて超音波ビームの形成に関与し、 その後 はそれぞれ領域 , Κ2 , Κ 3 に属せしめられて超音波ビームの 形成に関与する。 即ち、 電子走査は、 最初、 領域 Κ, の ビーム B i 、 領域 K2 に属せしめられた境界部 Κ 12のビーム Β 33、 領域 Κ3 に属 せしめられた境界部 Κ23のビーム Β 65および領域 Κ4 に属せしめら れた境界部 Κ 34のビーム Β 97により同時に開始される。
    [0062] 電子走査が第 1 0図に示す矢印方向に進行し、 境界部 κ12, κ23, κ 3 4のア レイ振動子の超音波ビーム形成への関与が終了すると、 そ の後適宜の時期に、 境界部 Κ12は領域 Κ1 に、 境界部 Κ23は領域
    [0063] Κ に、 境界部 κ3<は領域 κ3 に属せしめられる。 そして、 それら 境界部ァレイ振動子はそれらが属する領域のァレイ振動子とともに、 綞続している電子走査の超音波ビームの形成に関与する。 そして、 電子走査は、 領域 Κ, のア レイ振動子 1 032から境界部 κ12のァ レ , Ω
    [0064] 16
    [0065] ィ振動子 1 0 39の 8個で形成される超音波ビーム Β 32、 岡じく領域
    [0066] Κ ζ と境界部 Κ23のア レイ振動子 1 0 64〜 1 0 71で形成される超音 波ビーム Β 64、 領域 Κ3 と境界部 Κ3<のア レイ振動子 1 0 ,6〜
    [0067] 1 0 J 03 で形成される超音波ビーム B 96、 および領域 K 4 のア レイ 振動子 1 0 1 Z 1 〜 1 0 128 で形成される超音波ビーム B 121 の放射 により終了する。 このため、 ア レイ探触子を単純に 4つに区分した ときに驟接区分間に生じる超音波ビームの欠落はなく なる。 以下、 このような電子走査を行なう構成を説明する。
    [0068] 第 9図に示すブロック図で、 第 5図に示すものと同一部分にば同 一符号を付して説明を省略する。 2 5 は本実施例の制御回路を示す < 2 6 はマイ ク ロプロセッサ、 2 7 は送受信回路、 2 8 はシフ ト レジ スタ回路である。 これらはそれぞれ第 5図に示す従来装置のマイ ク 口プロセッサ 1 2、 送受信回路 1 6およびシフ ト レジスタ回路 1 7 とほぼ同一構成を有するが、 ア レイ探触子 1 0 の前記区分に応じた 動作を行なう点で相違する。 さらに、 マイ ク ロプロセッサ 2 6 は当 該区分の制御の他に、 後述するスィ ツチング素子の制御を行なう点 でも相違する。 2 9 ば加箕器 · スィ ッチ画路であり、 その構成は後 述する。 1 9 K 1 〜 1 9 K 4 はマ ト リ クス画路、 2 0 K T〜 2 0 K 4 ば波形加箕画路であり、 これらは第 5図に示すマ ト リ クス回路 1 9 - 波形加箕画路 2 0 と同一機能を有する。
    [0069] 第 1 1図 （ a ) は第 9図に示す加算器 · スィ ッチ回路の回路図で ある。 図で、 1 〜 1 2 8 ば加算器 · スィ ッチ画路 2 9の入力端子の 番号、 Wn〜W<8は加算器、 Sはスィ ッチを示す。 アレイ探触子 10 に対応して、 加算器 · スィ ツチ画路 2 9 も図示のようにブロック K 〜 Κ 4' および中間部 2' , Κ23' , Κ34' に区分されてい る。 即ち、 ブロック Κ ^ ' は加算器 Wい〜 W18より成り、 これら加 算器 W H〜W 18に対して第 1番.〜第 3 2番の入力端子が図示の配分 で接続されている。 さらに、 各加箕器 W H〜W 18には、 上記各入力 端子とともにスィ ッチ Sの一方の切換端子が接続されている。 他の 各ブロック Κ 2' 〜Κ4' も同様の構成を有する。 又、 中間部 κ12' は第 3 3番〜第 4 0番の入力端子より成り これらはそれぞれスイ ツ チ Sに接続されている。 他の各中間部 Κ23' , Κ 34 ' も同様の構成 を有する。 すべてのスィ ッチ Sはマイ ク ロプロセッサ 2 6 の指令に より連動して切換えられるように構成されており、 その切換により 中間部を構成する入力端子をどのブロックの加算器の入力端子とし て所属させるかが選択される。
    [0070] 次に、 本実施例の動作を第 1 1 図 （ a ) 〜 （ d ) に示す加算器 - スィ ッチ回路 2 9 の回路図を参照しながら説明する。 最初、 加算器 ' スィ ッチ画路 2 9 のスィ ッチ Sは第 1 1図 （ a ) 示す位置に切 換えられる。 したがって、 中間部 κ12' , Κ23' ， Κ3 4 ' はそれぞ れブロック Κ 2' , Κ 3 ' , Κ 4 ' に所属せしめられる。 分配器 1 5 から遅延パルスが出力されるまでの動作は従来装置と同じである。 本実施例においては、 マイ ク ロプロセッサ 2 6 の指令により、 シフ ト レジスタ回路 2 8 の第 1番〜第 8番、 第 3 3番〜第 4 0番、 第 65 番〜第 7 2番および第 9 7番〜第 1 0 4番の出力端子から信号が出 力される。 以後、 シフ ト レジスタ回路 2 8 の出力端子は 1 つずつ順 次シフ トされてゆ く 。 即ち、 シフ ト レジスタ回路 2 8 の出力端子は、 第 1番〜第 3 2番、 第 3 3番〜第 6 4番、 第 6 5番〜第 9 6番およ び第 9 7番〜第 1 2 8番の 4つに区分され、 各区分毎に同時に 8つ の出力端子から信号が出力され、 かつ、 それらの出力端子のシフ ト が行なわれる。 シフ ト レジスタ回路 2 8 によるア レイ振動子に対す る領域の区分は、 一旦電子走査の方向が決定されると変更されるこ とはな く、 この点、 第 1 0図に示す励振の場合の領域の区分とは異 なるこ とになる。 シフ ト レジスタ回路 2 8 は第 1 番〜第 8番、 第 33 番〜第 4 0番、 第 6 5番〜第 7 2番、 第 9 7番〜第 1 0 4香の出力 端子からの信号により、 送受信回路 2 7 の対応するパルサ回路が ト リガされ、 対応するア レイ振動子が励振される。 又、 対応する レシ ーバ回路が作動状態となる。 したがって、 ア レイ探触子 1 0からは 4つの超音波ビーム B T , Β 33, Β 65, Β 97が放射され、 それら超 音波ビーム , B 33, B 65 , B 97の反射波は励振されたア レイ振 動子に入射され、 反射波信号となって作動状態にある レシーバ面路 に入力される。
    [0071] レシーバ回路から出力される反射波信号は加算器 · スィ ツチ画路
    [0072] 2 9 に入力される。 この場合、 反射波信号が入力される加算器 . ス イ ッチ回路 2 9 の入力端子は励振されたアレイ振動子、 作動状態に あるレシーバ回路に対応するものであり、 第 1 1図 （ a ) にその入 力端子番号が四角で囲んで示されている。 これら入力端子に入力さ れた反射波信号は、 対応する加箕器の他の入力端子に入力がないの で、 そのまま加算器の信号として出力される。 即ち、 加算器 W T L〜 W18からは第 1番〜第 8香の入力端子の入力信号が、 加箕器 W21〜 W28からは第 3 3番〜第 4 0番の入力端子の入力信号が、 加箕器 W3i〜W3sからば第 6 5番〜第 7 2番の入力端子の入力信号が、 又、 加箕器 W41〜W<8からは第 9 7番〜第 1 0 4番の入力端子の入力信 号が、 そのまま出力される。
    [0073] 加算器 WH〜W18の出力信号、 即ちブロック Κ , ' の 8つの出力 信号はマ ト リ クス回路 1 9 K , を経て波形加算画路 2 0 Κ！ に入力 され、 図示されない遅延回路により入力された 8つの反射波信号の 位相が揃えられた後、 加箕器によりそれら反射波信号が加箕される。 この動作は従来装置のマ ト リ クス] S路 1 9、 波形加箕回路 2 0 の動 作と同じである。 ブロック Κ 2 ' 〜Κ 4 ' から出力される各 8つの反 射波信号も同様にしてマ ト リ クス面路 1 9 Κ2 〜 1 9 Κ4 、 波形加 箕画路 2 0 Κ2 〜2 0 Κ4 により処理される。 この結果、 超音波ビ 一ム 8 1 , Β 33 , Β 65 , Β 97の反射波信号に基づく被検材の 4つの 位置の欠陥の有無が例えば画像処理装置の表示装置に同時に表示さ れる。
    [0074] 次に、 シフ ト レジスタ画路 2 8 において、 その出力端子が 1 つず つずらされ、 第 2〜9番、 第 3 4〜 4 1番、 第 6 6〜7 3番および 第 9 8〜 1 0 5番の出力端子から信号が出力されると、 ア レイ探触 子 1 0からは超音波ビーム Β 2 , B 34 , B 66 , Β ,βが放射され、 そ れらの反射波信号は、 第 3図 （ b ) に示すように加算器 · スィ ッチ 画路 2 9の四角で囲まれた入力端子に入力される。 以後の処理は超 音波ビーム B , 〜B 97の反射波信号の処理と同じである。 これによ り、 被検材の前記 4つの位置からそれぞれ 1 ピッチずれた次の位置 の超音波像が表示される。
    [0075] このよ うに、 順次第 1 0図矢印方向に超音波ビームの電子走査が 進行し、 超音波ビーム Β 8 , B 40 , B 72) B 1 04 までの走査が終了 すると、 マイ ク ロプロセッサ 2 6 の指令により加算器 ' スィ ッチ回 路 2 9 の各スィ ッチ Sはすべて反対側に切換えられる。 これにより、 第 1 1図 （ a ) に示す中間部 Κ 12' , Κ 23 ' 、 Κ 34 ' の各ア レイ振 動子はそれぞれ、 ブロック Κ , ' , Κ2' , Κ3' に所属が変更され る。 そして、 この切換えの間も電子走査は継続されている。
    [0076] 電子走査が超音波ビーム B 26 , B 58, B ,。 （ブロック K 4 ' にお ける走査は前段の超音波ビーム B 121 で終了している） に達すると、 それらの反射波信号は第 1 1図 （ c ) に示すよ う に加算器 * スイ ツ チ回路 2 9 の四角で囲まれた入力端子に入力される。 この場合、 中 間部 Κ 12' , Κ Ζ3' , Κ34' の入力端子第 3 3番， 第 6 5番， 第 97 番が再び反射波信号の入力に関与して く る。 以下、 同様の処理が行 なわれる。 このようにして继続される電子走査は、 超音波ビーム
    [0077] Β 32> Β 64 , Β 96の放射により終了する。 このとき、 それらの反射 波信号は第 1 5図 （ d ) に示すよ う に加算器 · スィ ッチ回路 2 9 の 四角で囲まれた入力端子に入力され、 以下前述と同様の処理がなさ れる。 これにより、 1 ラ イ ンの電子走査が終了する。
    [0078] このように、 本実施例では、 シフ ト レジスタ回路によりア レイ振 動子を 4つに区分し、 各区分毎に 8つの連続するア レイ振動子を順 次 1 つずつずらしながら励振して超音波ビームを移動させるように · し、 一方、 その反射波信号を入力する加算器 · スィ ッチ回路の入力 2。 端子を 4つのブロック と 3つの中間部に区分し、 中間部の入力端子 にスィ ツチを接繞してそれら中間部の各入力端子を隣接するいずれ のブロックにも選択的に接続できるようにしたので、 ア レイ振動子 の前記 4つの区分間における超音波ビームの欠落なしに、 電子走査 の速度を従来の同一ァ レィ振動子数のものに比べて 1ノ 4に短縮す ることができ、 検査時間を著る し く短縮することができる。 又、 ァ レイ振動子を 4 つに区分したにもかかわらず、 パルサ回路に所定の 遅延を与えるマ ト リ クス回路の変更は要しない。 さ らに、 加算器 - スィ ツチ回路におけるスィ ツチは 2 4偭設けられ！ 0 る力く、 すべて のスィ ツチが同時に同一切換え動作を行なうので、 マイ ク 口プロセ ッサの負担は極めて小さい。
    [0079] ここで、 ア レイ探触子の区分数 （同時ビーム数） 、 ア レイ振動子 総数、 および超音波ビームに関与するア レ イ振動子数 （同時励振振 動子数） は任意に選択することができる。 これらの数、 およびこれ らの数に基づく種々の数を第 1 2図に示す。
    [0080] 次に、 本発明の他の実施例について説明する。 この実施例がさき の実施例と異なるのは、 第 9図に示す加算器スィ ッチ回路 2 9 とマ ト リ クス回路 1 9 K： 〜 1 9 K 4 の搆成、 およびこれらを制御する マイ ク ロプロセッサ 2 6 の処理手順のみてあり、 他の部分はさきの 実施例と同じである。 そこで、 さきの実施例の加箕器スィ ッチ回路 2 9 に対応する本実施例の加算器回路 2 9 ' 、 およびさきの実施例 のマ ト リ クス画路 〜 1 9 K4 に対応する本実施例のマ ト リ クス面路 1 9 Κ！ ' 〜 1 9 Κ 4 ' について說明する。
    [0081] 第 1 3図は加算器面路 2 S ' の HI路図である。 図で、 1 〜 1 2 8 は加算器画路 2 9 ' の入力靖子の番号、 〜W4 S' は加算器を 示す。 この加箕器回路 2 9 ' がさき.の実施例の加算器スィ ッチ回路 2 9 と異なるのは、 さきの実施例の加算器 W, がそれぞれ 5 つの入力端子をもち、 隣接する側の、第子がスイ ッチ Sで切換えられ る構成であるのに対して、 本実施例 C'も G 、 加算器 W ' 〜W4 S はそれぞれ 4つの入力端子をもち、 ス ィ ッチ Sおよびそれらで切換 えられる端子をもたない点にある。 したがって、 送受信回路 2 7か らの信号は、 4つの区分の各端子に対して単純に順次入力されてゆ く ことになる。
    [0082] 第 1 4図 （ a ) , ( b ) , ( c ) , ( d ) はマ ト リ ク ス回路
    [0083] 1 9 K！ ' 〜 1 9 Κ 4 ' の回路図である。 マ ト リ ク ス回路 1 9 K は 2 つのマ ト リ ク スス ィ ッチ 1 9 Κ Η ' , 1 9 Κ！ 2 ' より成り、 マ ト リ ク ス回路 1 9 Κ ζ ' は 2つのマ ト リ ク スス ィ ッチ 1 9 Κ 2 , ' , 1 9 Κ 22 ' より成り、 マ ト リ ク ス回路 1 9 Κ3·' は 2つのマ ト リ ク ススィ ッチ 1 9 Κ31 ' , 1 9 Κ32' より成り、 マ ト リ ク ス回路
    [0084] 1 9 Κ4' は 2つのマ ト リ ク スス ィ ッチ 1 9 Κ41 ' , 1 9 Κ42' よ り成る。 第 1 3図に示す加算器 W^ ' 〜W18' の出力端子がマ ト リ ク ススイ ッチ 1 9 K H ' に接続され、 加箕器 W ' 〜WZ8' の出力 端子がマ ト リ ク スス ィ ッチ 1 9 K ' ， 1 9 K 2 ' に重複して接続 されている。 又、 加算器 W31 ' 〜W38 ' の出力端子はマ ト リ ク スス イ ッチ 1 9 Κ22' , 1 9 Κ 31 ' に重複して接続され、 加算器 W4 1 ' 〜W48' の出力端子はマ ト リ ク スス ィ ッチ 1 9 Κ 32 ' , 1 9 Κ 41 ' に重複して接続されている。 マ ト リ ク スス ィ ッチ 1 9 Κ 42' は使用 されないダミース ィ ッチである。 各マ ト リ ク ス回路 i 9 Κ ' 〜 1 9 Κ4' の 2。 出力線はそれぞれの 2 つのマ ト リ ク スス ィ ッチに 共通とされ、 波形加算回路 2 0 Κ 〜 2 0 Κ 4 'に接続される。
    [0085] 次に、 本実施例の動作を説明する。 第 1 4図 （ a ) には、 第 1 3 図に示す加算器 W^ ' 〜W1 B' の第 1番〜第 8番の端子、 加算器 W21 ' 〜W28' の第 3 3番〜第 4 0香の端子、 加算器 W31 ' 〜W38 ' の第 6 5番〜第 7 2香の端子、 および加算器 W31 ' 〜 W3 S ' の第 97 番〜第 1 0 4番の端子が信号入力抆態となっている場合の態様が示 されている。 この伏態で、 各マ ト リ クススィ ッチの〇印に示される 交点のスィ ツキが閉成され、 各端子に現れた信号がそれぞれ妓形加 算画路 2 0 K , 〜 2 0 K4 に入力される。 即ち、 各波形加算回路 2 0 K i 〜 2 0 K 4 では、 第 1 0図に示す超音波ビーム Β！ , Β 33,
    [0086] Β 65, Β 97による反射波信号が得られる。
    [0087] この状態に引続いて、 シフ ト レジスタ回路 2 8 により送受信回路 2 7が切換えシフ トされる と、 各マ ト リ クス回路 〜
    [0088] 5 1 9 Κ4' の信号入力態様は第 1 4図 （ b ) に示される状態となる。
    [0089] このとき、 各マ ト リ クススィ ツチの閉成抆態は〇印に示す状態とな り、 これにより波形加算画路 2 0 K i 〜 2 0 K4 では各区分におけ る次の超音波ビームの反射波データが得られることとなる。
    [0090] このよう にして、 各マ ト リ クススイ ッチ 1 9 Κ Η ' , 1 9 Κ 21 ' , ,ο 1 9 Κ3 ， 1 9 Κ41 ' が順次切換えられ各反射波データが得られ る。 そして、 第 1 0図に示す境界部 κ12, Κ23, κ34の最初のァ レ ィ振動子 1 033, 1 065, 1 097が再度用いられる祅態、 即ち第 13 図に示す第 3 3番， 第 6 5図および第 9 7番の端子が再度信号入力 扰態となるとき、 第 1 4図 （ c ) に〇印で示すように、 各マ ト リ ク
    [0091] 15 ス回路 1 9 1^' 〜 1 9 Κ のマ ト リ クススィ ッチ 1 9 Κ 1 2' ,
    [0092] 1 9 Κ22' , 1 9 Κ32' , 1 9 Κ42' の上記各端子に対応する 1 つ のスィ ツチが閉成祅態とされる。 以下、 各境异部 Κ 12〜 Κ 34のァ レ ィ振動子が 1つずつシフ トされると同時に、 一方のマ ト リ ク ススィ ツチ 1 9 Ku' 〜 1 9 K41 ' の閉成される交点が 1 つずつ他方のマ so ト リ クススイ ッチ 1 9 Κ12' 〜 1 9 Κ42' に移行してゆく。 このよ う にして、 境界部 Κ 12〜 Κ34のァ レィ振動子を用いた超音波ビーム の彤成が順次シフ トされてゆき、 最終の超音波ビームの形成時、 各 マ ト リ クススィ ツチの閉成状態は第 1 4図 （ d ) に示す〇印の扰態 となる。 即ち、 一方のマ ト リ クススィ ッチ 1 9 Κ Η ' , 1 9 Κ 2 ， Ζ 5 1 9 Κ 31 ' , 1 94 では 1つの交点のみが閉成状態となっており、 他方のマ ト リ クススィ ッチ 1 9 K ' ， 1 9 Κ ζζ' , 1 9 Κ ζζ ' , 1 9 Κ42' では 7つの閉成状態が形成される。
    [0093] このように、 マ ト リ クス回路に 2つのマ ト リ ク ススィ ツチを構成 することにより、 超音波ビームの欠落を防止することができ、 さき の実施例と同じ効果を奏する。 さ らに、 本実施例では力 路^ を単純な構成とするこ とができ、 これにより加箕器 W! ! ' 〜W^ '
    [0094] W21 ' 〜W23' , W31 ' 〜 w 38 ' , w ' 〜W4 S' をそ ぞ ^ の集積回路として製造するこ とができ製造容易となる。
    [0095] なお、 上記各実施例の説明では、 ア レイ探触子と してア レ イ振 子を直線状に一列に配列した構成を例示して説明したが、 これに n ることはな く複数列構成することもできる。 その場合、 制^回路は 各列に備えてもよいし、 又、 シフ ト レジスタ回路、 および加算器 スィ ッチ回路以下の回路構成を変更してもよい。 又、 被検材が曲面 である場合、 もし く は被検材の検査対象部位が曲面上にある場合に は、 ア レイ振動子ば直線でな く 当該曲面に沿った配列とする こ とが できる。 この場合、 当該曲面が単純な曲面であれば、 ア レイ振動子 の配列は直線状とし、 マイ ク ロプロセッサにより遅延時間の設定を 当該曲面に応じて変更してやればよい。 さらに、 加算器 · ス ィ ッチ 面路におけるスィ ッチは当然電子スイ ッチング素子が用いられ、 そ の切換えは、 各中間部の入力端子の最後の入力端子への入力が終了 したときから次に最初の入力端子への入力がある前までの間に実行 されればよい。 さ らに又、 加箕器 · スィ ッチ回路において、 加算器 を使用する例を述べたが、 これはィ ンピーダンス整合を考慮して使 用されたものであり、 それを考盧する必要がない場合には第 7図に 示す単純な接続としてもよい。
    [0096] なお又、 これまでの説明では、 理解を容易にするため、 超音波走 查のサンプリ ングピッチがアレイ振動子の配列のピッチと等しい例 について説明した。 しかしながら、 サンプリ ングピッチをより一層 小さ く するため、 ビーム作成に関与するア レイ振動子数を最初偶数、 次に奇数というように変化させてゆく手段や、 超音波ビームの送信 時と受信時の関与するア レイ振動子数又は番号を変える手段が探用 されており、 これらの手段はよ く知られている。 そして、 これらの 手段に対しても本発明の手段を適用するこ とができ るのは明らかで Λ , ある。
    [0097] 以上述べたよう に、 本発明は、 ア レイ振動子を複数領域に区分し. 又、 入出力部の入力端子を前記領域に対応するブロックおよび前記 領域の境界部分に対応する中間部に区分し、 この中間部の各入力端
    [0098] 5 子を切換手段により腠接するいずれのブロックにも属することがで きるようにしたので、 超音波ビームによる電子走査時間を大幅に短 縮することができ、 ひいては検查速度を大幅に向上せしめることが できる。
    [0099] Ζ 0
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 列状に配列された多数のア レイ振動子より成るァレイ探触子と 前記ア レイ振動子のう ちの複数のものに遅延パルスを印加してこれ らア レイ振動子を励振させるパルサと、 当該複数のア レイ振動子に よる超音波ビームの反射波信号を受信する レシーバとを備え、 前記 ア レイ振動子の励振を順次シフ 卜 して超音波ビームによる走查を行 なう超音波検査装置において、 前記ア レイ舞動子全体を複数の領域 に区分しこの区分は隣接する区分間で重複部を有するような区分と し、 こ.れら各区分毎に前記複数のァ レイ振動子の選択およびシフ ト を行なう区分選択手段と、 前記各レシーバの信号を入力するととも に入力した各信号を前記区分毎に出力する入出力部と、 前記重複部 を隣接する一方の区分に所属させた後他方の区分に所属させる切換 手段とを設けたことを特徴とする超音波検査装置。
    2 . 請求項 1 において、 前記区分選択手段は、 前記各ァレイ振動子 に対応するセルで構成され、 かつ、 マイ ク ロプロセッサで制御され る シフ ト レジスタであることを特徴とする超音波検査装置。
    3 . 請求項 1 において、 前記切換手段は、 前記入出力部における前 記重複部に対応する入力端子を、 隣接する 2つの区分に選択的に切 換えるスイ ッチング素子であることを特徵とする超音波検査装置。
    4 . 請求項 1 において、 前記切換手段は、 前記入出力部における隣 接する 2つの区分の出力を入力とするマ ト リ クス回路で構成される ことを特徴とする超音波検査装置。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US5117697A|1992-06-02|
    JPH0269654A|1990-03-08|
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    EP0396761A4|1991-05-15|
    EP0396761A1|1990-11-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-03-22| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1990-03-22| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1990-05-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989909860 Country of ref document: EP |
    1990-11-14| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989909860 Country of ref document: EP |
    1999-03-17| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989909860 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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