專利名稱：三維超聲檢查設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用超聲波對檢查對象的內部結構、接合區域的狀態和缺陷狀態進行無損檢查的三維超聲檢查設備，具體地說，涉及一種三維超聲檢查設備，它包括用于超聲檢查的傳感裝置，將這種三維超聲檢查設備用作以三維方式將檢查對象焊接部分的狀態和焊接缺陷的狀態進行可視化的超聲成像設備。
背景技術：
對作為檢查對象的板狀結構之間接合區域焊接部分的狀態和焊接缺陷的狀態進行無損檢查的一個技術實例是超聲測試技術。
作為采用超聲測試技術的超聲檢查設備的一個實例，提供第2003-149213和2004-53360號日本未經審查的專利申請出版物里所描述的一種超聲檢查設備。
在所述超聲檢查設備里，將超聲換能器，包括布置成矩陣的大量壓電振動器用于超聲波的產生和檢測。對檢查對象的焊接部分進行成像處理的時候，讓超聲換能器的壓電振動器產生的超聲波入射到焊接部分，這個焊接部分是檢查對象的接合區域，焊接部分反射的超聲波的反射回波由超聲換能器接收，通過信號檢測電路將與收到的反射回波相對應的電信號發送給信號處理單元，回波信號在信號處理單元中進行并行算術處理。在超聲檢查設備里，將經過圖像處理得到的焊接部分的超聲圖像顯示在顯示裝置上，通過超聲圖像的視覺檢查，檢查焊接部分和焊接缺陷的狀態，而不會造成破壞。
在公知的超聲檢查設備里，通過用超聲波照射檢查對象的焊接部分，對反射回波進行成像處理，在顯示裝置上顯示超聲圖像，并且通過視覺觀察來檢驗顯示出來的焊接部分的圖像，從而檢查焊接部分和焊接缺陷的狀態，而不會造成破壞(以一種無損方式)。
具體地說，如同第11-326287號日本未經審查的專利申請出版物所描述的一樣，當板狀結構是檢查對象，并且兩個板狀結構重疊，通過點焊接合在一起的時候，通過使用超聲檢查設備以一種無損方式檢查兩個板狀結構之間的焊接部分和焊接缺陷的狀態，能夠檢查焊接部分是否存在熔化-固化部分，是否存在砂眼這樣的焊接缺陷，以及焊接缺陷的狀態。
此外，從第6-265529號日本未經審查的專利申請出版物可知，檢查對象的焊接部分的鍵合(bonding)強度取決于熔化-固化部分的大小，在其接合區域和其內側形成的熔化-固化部分之間的邊界，可以從檢查對象接合區域底部反射回波的強度分布曲線的拐點獲得。
在公知的超聲檢查設備里，具有多種不同聲學特性的檢查對象層結構，以及檢查對象的缺陷、空隙和焊接部分的剝落，可以通過超聲波看到，通過觀看顯示裝置上顯示的焊接部分的超聲圖像來進行檢驗。但是，由于已經通過觀看檢驗了二維超聲圖像，因此因為各檢驗員之間的觀點差別，發生了檢驗結果的差別，同時很難在三維中正確、準確地定量檢查檢查對象焊接部分的位置關系。換句話說，公知的超聲檢查設備存在以下問題。
1.由于檢查對象的內部檢查是通過觀察利用成像處理形成的超聲圖像進行的，因此很難以高準確度客觀、定量地檢查焊接部分的狀態和焊接缺陷的狀態。
2.從對檢查對象的內側進行成像處理獲得的超聲圖像中顯示的，表示焊接部分狀態和焊接缺陷狀態的信息，很難定量、準確地自動確定是否存在異常。
此外，在一個更具體的實例中，在公知的超聲檢查設備里，作為用于超聲檢查的傳感裝置(超聲傳感器)，使用包括壓電元件布置成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的超聲換能器，并且通過利用螺栓將匹配靴(shoe)材料緊固和固定到超聲傳感器的發射和接收表面，同時讓匹配靴材料與檢查對象緊密接觸，來讓超聲波入射到檢查對象上，其中的匹配靴材料是一種聲波傳播液體介質。
進入檢查對象的一部分超聲波被檢查對象的內部缺陷和界面反射，成為反射回波，通過利用超聲傳感器接收反射回波，振動超聲傳感器的每個壓電元件，并且處理所產生的電信號，對檢查對象的內側進行三維成像。
此外，當超聲傳感器和檢查對象之間存在空氣層的時候，超聲波不能傳播，因此在超聲傳感器和匹配靴材料之間，以及匹配靴材料和檢查對象之間涂敷或者放入用于超聲波聲學匹配的耦合劑。使用具有低揮發性的凝膠液體或固體作為耦合劑。在涂敷或放入耦合劑的部分容易因為溫度差等等而存在氣泡，因此在利用超聲檢查設備檢查對象之前，需要確認是否存在氣泡。發現氣泡的時候，去掉匹配靴材料，重新將耦合劑涂敷在匹配靴材料上。
在這種超聲檢查設備里，容易有氣泡進入超聲傳感器和匹配靴材料之間，因此每次有氣泡進入的時候，都需要通過去掉螺栓來從超聲傳感器去掉匹配靴材料，并且重新將耦合劑涂敷于匹配靴材料上。
此外，在檢查對象表面不平坦的時候，僅僅使用耦合劑填充間隙，很難讓匹配靴材料與檢查對象緊密接觸。
在超聲檢查設備里，當超聲傳感器和檢查對象之間存在氣泡，因而在它們之間存在間隙的時候，由于從超聲傳感器發射的超聲波很難順利地進入檢查對象，也不能順利地接收反射回波，因此超聲波和反射回波都不能正常地傳播，產生檢測性能下降的問題，同時對檢查對象內側的三維成像處理不能正確、順利地進行。
發明內容
本發明是基于上述考慮做出的，本發明的目的是提供能夠以無損方式準確、正確地對檢查對象進行三維內部檢查的三維超聲檢查設備，通過內部檢查定量、自動地確定是否存在異常。
本發明的另一個目的是提供一種三維超聲檢查設備，通過檢測矩陣或陣列中布置的每個壓電振動器發射的超聲波從檢查對象的反射回波，這種設備能夠快速地獲得熔化-固化部分，固相(冠狀鍵合)以及接合區域的焊接缺陷的大小和位置，作為高分辨率的超聲測試圖像，并且將它們進行信號處理。
本發明的另一個目的是提供一種三維超聲檢查設備，通過基于適當熔化狀態的超聲測試圖像，關于被檢查的超聲測試圖像驗證儲存可接受程度判據的模式圖像的數據庫，這種設備能夠快速、定量、穩定地確定可接受程度。
本發明的另一個目的是提供一種用于超聲檢查的傳感裝置，并且提供包括這種用于超聲檢查的傳感裝置的三維超聲檢查設備，通過正確和順利地傳播超聲波和反射波，并且正確、準確地對檢查對象的內部進行三維成像處理，這種裝置能夠提高檢測性能。
本發明的再一個目的是提供一種用于超聲檢查的傳感裝置，并且提供包括這種用于超聲檢查的傳感裝置的三維超聲檢查設備，這種裝置允許簡單、容易地將匹配靴裝置以可拆卸的方式附著到超聲傳感器上去以及從上面拆下來，并且能夠縮短操作時間，快速、有效地進行超聲測試。
一方面，本發明的上述目的可以通過提供一種三維超聲檢查設備來實現，這種設備包括傳感裝置，用于超聲檢查，該傳感裝置包括作為超聲傳感器的換能器，該換能器具有布置成矩陣或陣列的多個壓電振動器；驅動元件選擇單元，用于從構成所述超聲換能器的所述多個壓電振動器順序地選擇壓電振動器來產生超聲波；信號檢測電路，用于讓所述驅動元件選擇單元選擇的所述壓電振動器產生的超聲波通過聲波傳播介質傳播，進入檢查對象的接合區域，以便從所述接合區域接收反射回波，并且用于檢測與來自所述接合區域的反射回波相對應的電信號；信號處理單元，用于將所述信號檢測電路檢測到的所述電信號進行信號處理，通過讓所述電信號與網格元素相對應來產生三維成像數據，其中的網格元素是在所述檢查對象內側設置的三維成像區域里劃分的；以及顯示處理裝置，用于顯示來自所述信號處理單元的所述檢測結果和三維圖像數據，同時從所述信號處理單元產生的所述三維成像數據的強度分布檢測熔化-固化部分的大小和位置，以及所述接合區域的焊接缺陷的大小和位置。
在這一方面，所述顯示處理裝置可以包括底部數據處理單元，用于從所述信號處理單元產生的所述檢查對象接合區域的底的三維成像數據的強度分布，檢測熔化-固化部分的大小；中間部分數據處理單元，用于從所述檢查對象中間接合區域三維成像數據的強度分布，檢測所述接合區域的熔化缺陷存在還是不存在及其大小；確定單元，用于通過將所述底部數據處理單元獲得的檢測結果與所述中間部分數據處理單元獲得的檢測結果進行比較，確定所述檢查對象的可接受程度；以及顯示單元，用于顯示所述底部數據處理單元、所述中間部分數據處理單元和所述確定單元獲得的結果，并且顯示所述信號處理單元產生的三維成像數據。
此外，在這個方面的優選實施例中，所述顯示處理裝置的中間部分數據處理單元包括中間檢測單元，用于通過從所述信號處理單元產生的三維成像數據提取所述檢查對象接合區域中間部分的三維成像數據，產生中間接合面的透射平面圖像，并且用于測量板厚；以及中心位置/接合區域測量單元，用于測量所述中間接合區域的中心位置，所述接合區域的大小和位置，以及砂眼這種焊接缺陷的大小和位置。
所述顯示處理裝置的底部數據處理單元包括底檢測單元，用于通過從所述信號處理單元產生的三維成像數據提取所述檢查對象的底的三維成像數據，產生透射平面圖像；以及熔化-固化部分檢測單元，用于從所述底檢測單元產生的透射平面圖像，以及所述中心位置/接合區域測量單元確定的中心位置，測量所述熔化-固化部分的大小和位置。
所述顯示處理裝置可以包括確定單元，用于通過將接受標準與所述底數據處理單元的熔化-固化部分檢測單元獲得的熔化-固化部分的大小和位置進行比較，進行可接受程度確定，其中所述接受標準是從所述中間部分數據處理單元的中間檢測部分獲得的所述檢查對象的板厚獲得的；以及顯示單元，用于顯示所述底數據處理單元的中心位置/接合區域確定單元獲得的所述接合區域的狀態，與所述確定單元獲得的所述熔化-固化部分的狀態進行比較的確定結果，并且顯示所述信號處理單元處產生的三維成像數據。
所述顯示處理裝置的中間數據處理單元可以包括中間檢測單元，該中間檢測單元包括表面/中間位置檢測單元，用于從所述信號處理單元產生的三維成像數據檢測所述表面位置和所述接合區域位置；板厚測量單元，用于從所述表面/中間位置檢測單元產生的表面位置和所述接合區域位置的數據測量板厚；以及中間位置平面表面圖像生成單元，用于從所述表面/中間位置檢測單元獲得的中間位置數據，以及所述信號處理單元產生的三維成像數據，產生所述中間位置的透射平面表面圖像。
所述顯示處理裝置的中間部分數據處理單元可以包括中心位置/接合區域測量單元，該中心位置/接合區域測量單元包括接合區域輪廓確定單元，用于從所述中間檢測單元產生的所述中間位置透射平面圖像確定所述接合區域的輪廓；中心位置確定單元，用于從所述接合區域輪廓確定單元獲得的所述接合區域的輪廓數據，確定所述接合區域的中心位置；以及接合區域測量單元，用于從所述接合區域輪廓確定單元獲得的所述接合區域的輪廓數據，測量所述接合區域的大小。
所述顯示處理裝置的底部數據處理單元包括底檢測單元，該底檢測單元包括凹痕部分/底位置檢測單元，用于從所述信號處理單元產生的所述三維成像數據檢測表示所述接合區域的凹痕單元的凹陷位置和所述檢查對象的底位置；接合區域厚度測量單元，用于從所述凹痕部分/底位置檢測單元獲得的所述凹陷部分/底位置的數據測量所述接合區域的厚度；以及底位置平面圖像生成單元，用于從所述凹痕部分/底位置檢測單元獲得的凹陷部分/底位置的數據，以及所述信號處理單元產生的所述三維成像數據，產生底位置透射平面圖像。
所述顯示處理裝置的底部數據處理單元包括熔化-固化部分檢測單元，該熔化-固化部分檢測單元包括強度分布生成單元，用于從底檢測單元產生的底位置透射平面圖像，產生所述中間部分數據處理單元的中心位置/接合區域測量單元獲得的所述接合區域的中心位置的超聲波強度分布圖像；平滑處理單元，用于將所述強度分布生成單元產生的所述超聲波強度分布圖像進行平滑處理；一次差分處理單元，用于將平滑過的所述底位置透射平面圖像在從外側到中心位置的方向上進行一次差分；二次差分處理單元，用于將在所述一次差分處理單元中進行過一次差分的所述底位置透射平面圖像，在從所述熔化-固化部分的外側到中心位置的方向上進行二次差分；熔化-固化部分識別單元，用于從進行過二次差分的所述底位置透射平面圖像的拐點數據，識別所述接合區域的熔化-固化部分；以及熔化-固化部分測量單元，用于從所述熔化-固化部分識別單元識別出來的所述熔化-固化部分數據，測量所述熔化-固化部分的大小。
所述顯示處理裝置可以包括確定單元，用于確定所述接合區域的接合狀態的可接受程度，該確定單元包括接受標準生成單元，用于從所述中間部分數據處理單元的中心位置/接合區域測量單元測量得到的板厚t計算所述熔化-固化部分需要的大小；以及可接受程度確定單元，用于將接受標準生成單元產生的所述熔化-固化部分需要的大小與所述底部數據處理單元的熔化-固化部分檢測單元測量得到的所述熔化-固化部分的大小進行比較，確定所述接合區域的接合狀態的可接受程度。
所述用于超聲檢查的傳感裝置可以包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；以及匹配靴部件，用于保持在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質，該匹配靴部件包括管狀附件，用于通過螺紋連接能夠自由地附著到所述超聲傳感器上以及從所述超聲傳感器上拆卸下來；保持帽，用于和所述附件一起緊固覆蓋所述附件頂端開口的薄膜；以及聲波傳播液體介質，用于填充所述管狀附件，以及所述薄膜具有從所述保持帽的開口鼓出的結構并且具有柔性。
所述聲波傳播液體介質可以是水，所述薄膜的厚度等于或小于通過所述薄膜傳播的超聲波的波長λ的四分之一。
所述用于超聲檢查的傳感裝置可以包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；柔性匹配靴部件，在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供；以及傳感器位置調整部件，用于包含所述柔性匹配靴部件并保持所述超聲傳感器，從而相對于所述檢查對象進退。
所述柔性匹配靴部件可以包括具有優良超聲波傳播特性的柔軟的匹配靴部件，例如硅橡膠，并且所述傳感器位置調整部件包括保持框，用于至少在所述超聲傳感器附近三個點處通過螺紋連接保持所述超聲傳感器以及支撐/調整連接到所述保持框的螺栓，所述超聲傳感器的位置是通過繞螺栓桿線轉動支撐/調整螺栓加以調整的。
所述用于超聲檢查的傳感裝置可以包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；匹配靴部件，用于保持在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質；以及傳感器夾具，具有供應超聲波傳播液體介質給所述匹配靴部件的介質容器。
用于保持液體介質的所述匹配靴部件可以包括海綿狀或多孔柔性匹配靴部件；以及超聲波傳播液體介質，通過自由地從所述液體介質容器倒入所述匹配靴部件，蓄積和保持在所述匹配靴部件里。
在容器頂部配備通氣閥的時候，該容器可以包括覆蓋所述柔性匹配靴部件的外圍側表面的管套狀或裙狀箱子導套。
所述用于超聲檢查的傳感裝置可以包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；以及水箱型匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側，所述匹配靴部件包括用于所述超聲波傳播液體介質的容器，該容器由在所述箱子頂部保持所述超聲傳感器的箱子構成，并且所述檢查對象被放置成以一種液密方式覆蓋所述箱子的底開口。
所述水箱型匹配靴部件可以包括循環型液體介質供應部件，用于循環所述箱子內的超聲波傳播液體介質；以及通氣閥，用于從所述箱子的頂部一側通氣。
所述用于超聲檢查的傳感裝置可以包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側上；以及一觸式附著部件，用于通過一觸以可拆卸的方式將所述超聲傳感器附著到所述超聲傳感器，其中通過所述一觸式附著部件將所述匹配靴部件與所述超聲傳感器緊密接觸，并且保持與所述超聲傳感器相對。
另一方面，本發明提供一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件，以及匹配靴部件，用于保持在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質，
其中所述匹配靴部件包括管狀附件，用于通過螺紋連接能夠自由地安裝到所述超聲傳感器上以及從所述超聲傳感器上拆卸下來；保持帽，用于與所述附件一起緊固覆蓋所述附件的頂端開口的薄膜；以及聲波傳播液體介質，該介質填充所述管狀附件，所述薄膜具有從所述保持帽的開口鼓出的結構并且具有柔性。
再一方面，本發明提供一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；柔性匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側上；以及傳感器位置調整部件，用于包含所述柔性匹配靴部件，并且用于保持所述超聲傳感器，從而相對于所述檢查對象進退。
另一方面，本發明提供一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；匹配靴部件，用于保持所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質；以及傳感器夾具，具有供應超聲波傳播液體介質給所述匹配靴部件的介質容器。
另一方面，本發明提供一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；以及水箱型匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側，包括用于所述超聲波傳播液體介質的容器的所述匹配靴部件是由箱子構成的，該箱子將所述超聲傳感器保持在所述箱子的頂部，并且將所述檢查對象放置成以液密方式覆蓋所述箱子的底開口。
再一方面，本發明提供一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，其中用于發射和接收超聲波的多個壓電元件排列成矩陣或陣列；匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側上；以及一觸式附著部件，通過一觸以可拆卸的方式附著到所述超聲傳感器，其中通過所述一觸式附著部件將所述匹配靴裝置與所述超聲傳感器緊密接觸，并且保持與所述超聲傳感器相對。
根據本發明上面提到的方面，通過使用所述三維檢查設備，能夠以無損方式，快速、準確和正確地對檢查對象的接合區域進行內部檢查，并且通過定量、準確的內部檢查，檢查是否存在異常來進行自動檢驗，其中的異常指的是熔化-固化部分的大小和位置以及熔化缺陷的異常。
此外，由于超聲換能器中包括布置成矩陣或陣列的壓電振動器，因此通過順序地激活每個壓電振動器來產生超聲波，然后檢測檢查對象的接合區域反射的反射回波，并且將它們進行信號處理，能夠快速地獲得熔化-固化部分、固相焊接部分和接合區域的焊接缺陷的大小和位置，作為高分辨超聲診斷圖像。
此外，通過使用適當焊接狀態中超聲裂紋圖像儲存可接受程度確定模式作為標準，將檢測到的檢查對象的超聲裂紋圖像與儲存的標準的超聲裂紋圖像進行比較，能夠快速、自動和定量地進行穩定的可接受程度確定。
另外，由于通過從作為換能器的超聲傳感器順利地發射和接收超聲波，用于超聲檢查的傳感裝置能夠正確有效地檢測反射回波(其中的超聲傳感器使用用于超聲檢查的傳感裝置排列了發射和接收超聲波的多個壓電元件)，能夠提高檢測性能和檢測準確度，并且通過準確地檢測反射回波的電信號，能夠對對象的內部進行高分辨和高準確度的三維成像處理，因此能夠對檢查對象的內部進行正確、準確和有效的無損超聲檢查。
更進一步，由于通過使用用于超聲檢查的傳感裝置，因此能夠簡單、容易地去掉和附著作為換能器(其中排列了用于發射和接收超聲波的多個壓電原件)的超聲傳感器的匹配靴部件，同時減少了工作小時數，即使檢查對象具有彎曲的表面，作為換能器的超聲傳感器也能夠正確、順利地與檢查對象緊密接觸，從而進行快速、準確的超聲檢查。
圖1是說明本發明中三維超聲檢查設備一個實施例的整體結構圖；圖2是說明配備給本發明中三維超聲檢查設備的信號處理單元的結構的框圖；圖3是說明配備給本發明中三維超聲檢查設備的顯示處理裝置中數據處理之間關系的框圖；圖4是說明圖3所示顯示處理裝置中中間檢測單元的數據處理的框圖；圖5是說明圖3所示顯示處理裝置中中心位置/接合區域測量單元的數據處理的框圖；圖6是說明圖3所示顯示處理裝置中底檢測單元的數據處理的框圖；圖7是說明圖3所示顯示處理裝置中熔化凝結區域檢測單元的數據處理的框圖；圖8說明要檢查的區域的熔化-固化部分檢測的概念，這個部分是檢查對象的接合區域；圖9是說明圖3所示顯示處理裝置中可接受程度確定單元的數據處理的框圖；圖10是說明本發明中傳感裝置第一實施例的原理結構圖，該傳感裝置用于三維超聲檢查設備的超聲檢查；圖11是說明本發明中用于超聲檢查的傳感裝置的第二實施例的原理結構圖；圖12是說明本發明中用于超聲檢查的傳感裝置的第三實施例的原理結構圖；圖13是說明本發明中用于超聲檢查的傳感裝置的第四實施例的原理結構圖；
圖14是說明本發明中用于超聲檢查的傳感裝置的第五實施例的原理結構圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發明中三維超聲檢查設備的實施例。
圖1是說明本發明中三維超聲檢查設備一個實施例的結構圖。
三維超聲檢查設備10包括用于超聲檢查的傳感裝置100(將在下面描述它的細節)，包括換能器11作為超聲傳感器，該換能器11使得超聲振動轉換成電信號，以及電信號轉換成超聲振動，并且發射和接收具有所需頻率的超聲波；信號生成單元12，用于產生驅動信號來驅動超聲換能器11；驅動元件選擇單元13，用于通過選擇信號生成單元12的驅動信號，有選擇地驅動超聲換能器11的壓電振動器；信號檢測電路16，用于將超聲換能器11產生的超聲波輻射到焊接區15，這個焊接區15是檢查對象14的接合區域，然后通過超聲換能器11檢測來自焊接區15的反射回波的信號；信號處理單元17，用于將與信號檢測電路16檢測到的反射回波相對應的電信號進行并行算術處理來產生三維(3D)超聲圖像；以及顯示處理裝置18，通過將超聲測試圖像在信號處理單元17中進行進一步處理，來獲得高分辨率三維超聲測試圖像，然后通過自動和準確地確定內部結構和接合區域15的狀態以及焊接缺陷16的狀態，用于顯示確定結果。
超聲換能器11具有一種結構，其中將大量壓電振動器20對準和排列成具有m行和n列的矩陣，從而構成矩陣傳感器，該矩陣傳感器是用于超聲檢查的傳感裝置100。
信號生成單元12產生的驅動信號由驅動元件選擇單元13選擇，并且將該信號應用于超聲換能器11的每個壓電振動器20mn。通過驅動元件選擇單元13的選擇，按照需要的驅動時序，壓電振動器20mn可以單個驅動，也可以成組驅動。除了布置成矩陣以外，還可以將每個壓電振動器20排列成一行或者十字線，從而構成陣列傳感器。
用液體或固體聲波傳播介質23緊密接觸用于發射和接收超聲波的表面，這個表面是超聲換能器11的傳感表面，具體地說，也就是檢查對象14那一側。在聲波傳播介質23和檢查對象14之間提供用于超聲波的聲學匹配的耦合劑24。將液體，例如水，用作聲波傳播介質23的時候，不需要耦合劑。
此外，當聲波傳播介質23具有盒子的形狀的時候，按照接合區域15的大小形成這個盒子的開口的區域，這個開口區域是檢查對象14的檢查區域(目標區域)，聲波傳播介質23的高度由壓電振動器20產生的超聲波的振動角(擴展角)決定。
作為檢查對象14，考慮例如用點焊接合在一起的兩個板狀結構14a和14b，要利用超聲波通過三維超聲檢查設備10以無損方式對結構14a和14b的點焊區域進行內部檢查。作為檢查對象14，可以使用通過將它們疊放起來焊接的三個或多個板狀結構的對象。檢查對象14可以是金屬材料或樹脂材料。
通過疊放和點焊接合兩個板狀結構14a和14b的時候，通過焊接電極在板狀結構14的接合區域的外表面上形成凹陷部分(concavepotion)25成為凹痕部分(dent potion)。這樣，接合區域15的厚度T小于接合區域15周圍的非接合區域26的厚度，差別為凹陷部分25的形成量。
在圖1中，標號27表示接合區域25的熔化-固化部分，標號28表示接合區域15中存在的焊接缺陷，比如砂眼。
與此同時，為了通過激勵壓電振動器20的壓電基片來產生超聲波，用于提供驅動信號給超聲換能器11的信號生成單元12產生脈沖式或連續的驅動信號。對于所產生的驅動信號，選擇要由驅動元件選擇單元13驅動的壓電振動器20mn，并且在需要的時刻將驅動信號提供給被選中的壓電振動器20mn。由于驅動元件選擇單元13順序地選擇要在需要的時刻驅動的一個或多個壓電振動器20，因此，將來自信號生成單元12的驅動信號提供給被選中的壓電振動器20的時候，驅動壓電振動器20，從而產生具有所需頻率的超聲波U。
超聲換能器11的壓電振動器20mn順序產生的超聲波經過聲波傳播介質23，通過耦合劑24進入檢查對象14，到達檢查對象14的檢查區域15(非接合區域26、熔化-固化部分27、砂眼這樣的焊接缺陷部分28和底29)，并且在邊界層反射。
從檢查對象14的底9、非接合區域26、熔化-固化部分27、象砂眼這樣的焊接缺陷部分28的邊界層反射回來的回波通過聲波傳播介質23從檢查對象14輸入用于超聲檢查的傳感裝置100。在用于超聲檢查的傳感裝置100里，將每個反射回波以不同的時間滯后輸入用作矩陣傳感器的超聲換能器11的壓電振動器20。輸入壓電振動器20的反射回波被轉換成電信號，輸入信號檢測電路16，在信號檢測電路16中檢測對應的壓電振動器20的每個反射回波電信號。
在三維超聲檢查設備10中，將驅動信號施加給超聲換能器11的壓電振動器20中，驅動元件選擇單元13選擇的壓電振動器20mn的時候，壓電振動器20mn產生超聲波U。通過聲波傳播介質23和耦合劑24(如果需要)將超聲波U輻射到檢查區域，這個檢查區域是檢查對象14的接合區域15。輻射到檢查對象14的檢查區域15的超聲波U的一些部分從檢查區域15的密度邊界層反射，并被反射成為回波。通過耦合劑24和聲波傳播介質23，具有不同時間滯后的反射回波被矩陣傳感器(超聲換能器11)的壓電振動器20收到，作為通過壓電振動器20進行的壓電轉換獲得的與反射回波對應的電信號發送給信號檢測電路16，并且進行檢測。
在超聲換能器11中，由于在需要的時刻壓電振動器20mn被驅動信號選擇單元13順序提供的驅動信號順序驅動，因此二維方式的矩陣傳感器11收到壓電振動器20mn產生的超聲波的反射回波。m行和n列壓電振動器20mn，例如100個(10×10)壓電振動器20mn，布置成一個矩陣的時候，如果通過驅動元件選擇單元13將驅動信號順序地提供給壓電振動器20mn，超聲換能器11被配置成使壓電振動器20mn在將驅動信號順序提供給壓電振動器20mn的時刻順序產生超聲波U，壓電振動器20mn順序產生的超聲波的反射回波被矩陣傳感器11順序收到，并且每次收到反射回波的時候，將與反射回波對應的電信號發送給信號檢測電路16，其中的反射回波是收到的信號。
因此，在信號檢測電路16中，通過超聲換能器11的工作，布置成矩陣的各個壓電振動器20mn所產生的超聲波的反射回波被二維方式的矩陣傳感器11收到。矩陣傳感器11接收與各個壓電振動器20mn產生的超聲波相對應的反射回波，將與收到的反射回波對應的電信號發送給信號檢測電路16，并且通過信號檢測電路16發送給信號處理單元17。
信號檢測電路16具有檢測矩陣傳感器11產生的與反射回波相對應的電信號的功能。在被檢測的信號中，將檢查所需要的多個信號的每一個提供給信號處理單元17中的放大器31a、31b、……、31i之一。
放大器31a、31b、……、31i具有放大與反射回波對應的所提供的電信號，并且將放大后的電信號分別提供給模數轉換器32a、32b、……、32i的功能。模數轉換器32a、32b、……、32i具有將提供的電信號進行模數轉換，并且將轉換過的電信號分別提供給并行處理器33a、33b、……、33i的功能。
信號處理單元17中的并行處理器33具有將模數轉換器32a、32b、……、32i提供的數字信號進行并行快速算術處理，并且確定從劃分成檢查區域(成像區域)的網格元素反射的強度的功能。確定出來的反射強度由三維圖像生成單元34合并成三維成像信息(數據)，發送給顯示處理裝置18。顯示處理裝置18具有以下功能在中間部分數據處理單元35和底部數據處理單元36中，將所提供的三維成像數據進行數據處理的同時，在確定單元37中確定檢查對象14的檢查區域(測量區域)15的可接受程度，并且在顯示單元38上顯示確定出來的可接受程度結果和三維圖像生成單元34提供的三維超聲圖像作為超聲測試圖像。
圖1所示，上面提到的三維超聲檢查設備10的信號處理單元17按照圖2所示方式配置。
信號處理單元17中包括的并行處理器33具有內部存儲器40a、40b、……、40i和相應的算術電路41a、41b、……、41i。三維圖像生成單元34具有圖像合并處理單元44、邊界提取處理單元45、形狀數據記憶單元46和表格數據存儲單元47，其中的三維圖像生成單元34是一個合并的處理器。
內部存儲器40a、40b、……、40i分別具有以下功能暫時保存從模數轉換器32a、32b、……、32i提供的模數轉換后的信號，以及表格數據存儲單元47獲得的傳播時間數據。算術電路41a、41b、……、41i具有以下功能確定來自成像區域(檢查區域)的網格元素的反射強度，并且讓每個網格元素與反射強度相對應。將與網格元素相對應的反射強度提供給三維圖像生成單元(合并處理器)34的圖像合并處理單元44。
圖像合并處理單元44具有通過添加所提供的檢查區域每個網格元素的反射強度，產生三維成像數據的功能。將產生的三維(3D)成像數據提供給顯示處理裝置18。
與此同時，邊界提取處理單元45具有從圖像合并處理單元44輸出的結果提取檢查對象14內存在的邊界的功能。將關于所提取的邊界的信息發送給表格數據存儲單元47。
形狀數據記憶單元46具有事先記住關于檢查對象14的表面形狀和邊界層結構的信息的功能。如果需要，將記住的信息發送給表格數據存儲單元47。
表格數據存儲單元47具有通過將超聲波傳播時間列表，事先儲存矩陣傳感器11的每一個壓電振動器20mn之間的超聲波傳播時間(或者可以使用等效距離)的功能。如果需要，將儲存的超聲波傳播時間的一部分或全部傳遞給并行處理器33的內部存儲器40a、40b、……、40i。
此外，還可以利用邊界提取處理單元45提供的關于檢查對象14中被提取的邊界的信息，以及關于檢查對象14的表面形狀或層結構的信息，將表格數據存儲單元47中儲存的超聲波傳播時間復位。
通過這種方式，信號處理單元17中的并行處理器33和三維(3D)圖像生成單元34具有通過處理從模數轉換器32a、32b、……、32i提供的數字信號來產生三維成像數據I用于觀看接合區域15的狀態的功能。通過讓信號檢測電路46檢測到的，對應于反射回波的，每一個都與檢查對象14內設置的三維成像區域的網格元素之一相對應的電信號，利用打開-合成處理來產生三維成像數據。
三維圖像生成單元34通過以下方式產生三面(二維)圖像從三個方向去看三維成像數據I，這三個方向是從超聲換能器11看過去的正向(X-Y平面)，以及與正向垂直，同時互相垂直的兩個方向(Y-Z平面)和(Z-X平面)，同時在三個方向上將三維成像數據I的觀看方向上重疊的成像數據的最大數值投影到平面上。將三維圖像生成單元34產生的三維成像數據I輸出給顯示處理裝置18。
通過從三維成像數據I的強度分布，提取兩個板狀結構14a和14b的接合區域15附近中間層區域的透射正面圖像，顯示處理裝置18的中間部分數據處理單元35檢測接合區域15的狀態。通過從三維成像數據I的強度分布提取底部29的透射正面圖像，底部數據處理單元36提取熔化-固化部分27的大小。此外，確定單元37將通過中間部分數據處理單元35和底部數據處理單元36獲得的結果進行比較，并且進行確定。顯示單元38顯示中間部分數據處理單元35、底部數據處理單元36和確定單元37獲得的對應比較和確定結果，以及來自三維圖像生成單元34的三維成像數據I。
下一步將參考圖3描述三維超聲檢查設備10的顯示處理裝置18的功能。
顯示處理裝置18的中間部分數據處理單元35包括中間檢測單元50和中心位置/接合區域測量單元51。中間檢測單元50從信號處理單元17產生的三維成像數據I提取中間接合區域15的三維成像數據，產生中間接合面的透射平面圖像，并且測量板狀結構14a的板厚t。更進一步，從中間檢測單元50產生的中間接合區域的透射平面圖像，中心位置/接合區域測量單元51測量中間接合區域的中心位置，接合區域15的大小和位置，以及砂眼這種焊接缺陷的大小和位置。
與此同時，顯示處理裝置18的底部數據處理單元36包括底檢測單元53和熔化-固化部分檢測單元54。底檢測單元53從信號處理單元17產生的三維成像數據I產生檢查對象14的底29的透射平面圖像，并且測量接合區域15的厚度T。此外，熔化-固化部分檢測單元54從底檢測單元53產生的底29的透射平面圖像，以及從中心位置/接合區域測量單元51得到的中間接合區域15的中心位置，測量熔化-固化單元27的大小和位置。
更進一步，顯示處理裝置18的確定單元37通過以下步驟來進行可接受程度確定從接合自中間檢測單元50的板狀結構14a的板厚t計算熔化-固化單元27的最小需要大小；設置熔化-固化單元27的大小的計算出來的可接受標準；以及將從熔化-固化部分檢測單元54得到的熔化-固化單元27的大小和位置與所設置的那些可接受標準值進行比較。確定標準可以基于合適狀態的超聲測試圖像，通過數據庫中儲存的可接受程度確定的模式圖像來加以定義。事先在確定單元37的數據庫中記住可接受程度確定的模式圖像，并將其保存起來。
顯示單元38顯示中心位置/接合區域測量單元51里使用的中間接合面的透射平面圖像，中間接合區域的中心位置以及從透射平面圖像測量得到的接合區域15的大小和位置，砂眼這樣的焊接缺陷單元28的大小和位置，熔化-固化部分檢測單元54中使用的底的透射平面圖像，以及熔化-固化單元測量出來的大小和位置與可接受程度標準值和可接受程度確定。
圖4說明三維超聲檢查設備10的顯示處理裝置18的中間檢測單元50的功能。
顯示處理裝置18的中間檢測單元50有一個表面/中間位置檢測單元50c，用于檢測檢查對象的表面和中間位置；板厚測量單元50b，用于測量板狀結構14a的板厚t；以及中間位置平面圖像生成單元50c，用于形成中間層區域的平面圖像。
在信號處理單元17產生的三維成像數據I中，與正面垂直的側面的成像數據包括具有接合區域15的多個板狀檢查對象在厚度方向上的信息。通過利用在板狀對象不接合的非接合區域里，從矩陣傳感器11看過去，來自第一平板的底的反射強度高這一事實，表面中間位置檢測單元50a確定板狀結構(平板)14a的底，它是接合區域15的中間層位置(厚度方向)。
板厚測量單元50b從表面/中間位置檢測單元50a中確定的第一平板的底位置(厚度方向)測量第一平板的厚度t。
中間檢測單元50的表面/中間位置檢測單元50c從信號處理單元17中產生的三維成像數據1只提取中間層區域正向上的成像數據。由于在中間層區域里存在具有高反射強度的非接合區域26和具有低反射強度的接合區域15，因此非接合區域26和接合區域15之間的邊界清晰地呈現為接合區域輪廓的形狀。此外，接合區域15內熔化-固化部分27里產生的象砂眼這種焊接缺陷單元28，也出現在中間層部分正向中的成像數據里。
圖5說明三維超聲檢查設備10的顯示處理裝置18的中心位置/接合區域測量單元51的功能。
接合區域輪廓確定單元51a識別接合區域輪廓的形狀的大小和位置作為成像數據，這個輪廓只出現在中間層的正向的成像數據里，是在中間檢測單元50里提取出來的，作為反射強度之間的差。與此同時，也將接合區域15內，熔化-固化單元27中產生的砂眼28的形狀、大小和位置識別為成像數據。
中心位置確定單元51b從接合區域輪廓確定單元51a識別出來的接合區域15的輪廓數據計算接合區域15的中心位置。
接合區域測量單元51c從接合區域輪廓確定單元51a識別出來的接合區域15的輪廓數據測量接合區域輪廓的形狀的大小和位置。另外，由于在接合區域15內的熔化-固化部分27和砂眼這樣的焊接缺陷部分28之間存在反射強度差別，因此利用這個差別將熔化-固化部分27和焊接缺陷部分28區分開來。
圖6說明三維超聲檢查設備10的顯示處理裝置18的底檢測單元53的功能。
表面顯示裝置18的底檢測單元53具有凹痕部分/底位置檢測單元53a，用于檢測檢查對象14的凹陷部分(凹痕部分)和底29；接合區域厚度測量單元53b，用于檢測接合區域15的厚度T；以及底位置平面圖像生成單元53c。
在信號處理單元17產生的三維成像數據I中，與正面垂直的側面上的成像數據包括具有接合區域15的多個板狀檢查對象14的厚度方向上的信息。凹痕部分/底位置檢測單元53a從最厚部分的反射位置確定多個板狀檢查對象14整個的底位置。
接合區域厚度測量單元53b從凹痕部分/底位置檢測單元53a確定出來的檢查對象14的底位置(厚度方向)，測量檢查對象14的厚度T。
底位置平面圖像生成單元53c只從信號處理單元17產生的三維成像數據I產生底區域的正向上的成像數據。底區域成像數據包括焊接缺陷區域28的信息，比如接合區域15中的熔化-固化部分27的信息。但是，不需要任何行動，并且雖然接合區域15和砂眼能夠從它們的反射強度的差別區分出來，但是對于熔化-固化部分27中的砂眼來說因為它們的反射強度之間的差別很小，因此不能區分接合區域15和熔化-固化部分27。
圖7說明三維超聲檢查設備10的顯示處理裝置18的熔化-固化部分檢測單元54的功能。
顯示處理裝置18的熔化-固化部分檢測單元54包括強度分布生成單元54a，用于產生檢查對象14的底位置的超聲波強度分布圖像；平滑處理單元54b，用于將超聲波強度分布圖像數據進行平滑處理；一次差分(一次微分)處理單元54c，用于將進行了平滑處理的接合區域15的底位置透射平面圖像進行(一次)差分處理；二次差分(二次微分)處理單元54d，用于將經過了差分處理的接合區域15的底位置透射平面圖像進行差分處理(二次差分處理，或者二次微分處理)；熔化-固化部分指定單元54e，用于指定接合區域15的熔化-固化部分27；熔化固化部分指定單元54e，用于指定熔化-固化部分27，以測量熔化-固化部分27的大小和位置；以及熔化-固化部分測量單元54f，用于測量熔化-固化部分27的大小和位置。
熔化-固化部分檢測單元54的強度分布生成單元54a從底檢測單元53產生的底位置透射平面圖像以及從中心位置/接合區域測量單元51得到的接合區域15的中心位置，產生底位置的超聲波強度分布圖像，包括接合區域15的中心位置信息。
熔化-固化部分檢測單元54的平滑處理單元54b將超聲波強度分布圖像數據進行平滑處理，以便去除強度分布生成單元54a產生的超聲波強度分布圖像數據中包括的噪聲。
經過平滑處理部分單元54b進行了平滑處理的底區域成像數據包括焊接缺陷區域28的信息，比如關于接合區域15中的熔化-焊接部分27和熔化-焊接部分27中的砂眼的信息。雖然沒有任何測量就能夠從接合區域15和砂眼區域28的反射強度之差確定它們之間的邊界，但是因為接合區域15和熔化-焊接部分27反射強度的差別很小，因此無法確定它們之間的邊界。
但是，如圖8所示，在從接合區域15的外側向中心位置看過去的方向上，接合區域內接合區域15和熔化-固化部分27之間的邊界呈現為底位置透射平面圖像的反射回波強度的拐點P，該圖像經過了平滑處理單元54b的平滑處理。因此，在一次差分(一次微分)處理單元54c中，將經過了平滑處理單元54b的平滑處理的接合區域15的底位置透射平面圖像，在從外側到中心位置的方向上進行一次差分(一次微分)處理，并且類似地在二次差分(二次微分)處理單元54d中將接合區域15的底位置透射平面圖像進行二次差分(二次微分)處理的時候，能夠獲得底位置透射平面圖像的拐點P的成像數據。
熔化-固化部分指定單元54e從底位置透射平面圖像的拐點P的成像數據找出熔化-固化部分27，它是點焊中叫做熔核的一個區域，其中的底位置透射平面圖像是在二次差分(二次微分)處理單元54d中獲得的。雖然拐點P的成像數據是說明熔化-固化部分27的輪廓的連續曲線，但是實際上，有時只能獲得不連續的曲線數據。只能獲得不連續的曲線數據的時候，利用從強度分布生成單元54a里中心位置/接合區域測量單元51得到的接合區域15的中心位置數據，通過計算，能夠從不連續的曲線數據和中心位置數據獲得說明熔化-固化部分27的輪廓的連續曲線。
熔化-固化部分測量單元54f從熔化-固化部分指定單元54e獲得的熔化-固化部分27的輪廓數據識別熔化-固化部分27的形狀大小和位置，作為圖像數據。在熔化-固化部分27的外圍形成的熱影響層的固相接合區域(熔核)可以通過分析接合區域15和熔化-固化部分27，通過算術處理來獲得。
圖9說明三維超聲檢查設備10中顯示處理裝置18里確定單元37的功能。
顯示處理裝置18的確定單元37包括接受標準生成單元37a和可接受程度確定單元37b。
確定單元37的接受標準生成單元37a從中心位置/接合區域測量單元51獲得的板厚t計算熔化-固化部分27所需要的最小尺寸。
可接受程度確定單元37b通過比較熔化-固化部分27所需要的最小尺寸的大小與熔化-固化部分檢測單元54獲得的熔化-固化部分27的大小，確定可接受程度，導致自動檢驗。
下面將描述三維超聲檢查設備10的工作過程。
為了利用三維超聲檢查設備10獲得接合區域15的超聲測試圖像，激活是矩陣傳感器的超聲換能器11，其中的接合區域15是檢查對象的檢查區域(目標區域)。
超聲換能器11一次一個或多個脈沖，并且在所需要的時刻，利用驅動元件選擇單元13，順序地將信號生成單元12產生的脈沖的或連續的驅動信號施加在矩陣壓電振動器20上。當壓電振動器20被驅動元件選擇單元13選中，并且驅動信號(電信號)選擇壓電振動器20mn的時候，被選擇的壓電振動器20mn進行壓電變換，產生具有所需頻率的超聲波。
壓電振動器20mn產生的超聲波U通過具有所需擴展的聲波傳播液體介質23進入檢查對象14的檢查區域(接合區域)15。進入檢查對象14的檢查區域15的超聲波U順序地到達對象14里面具有不同密度的邊界層，并且在平面內輻射。在對象14內平面(二維)輻射的超聲波的一部分在邊界層反射，反射波作為反射回波通過聲波傳播液體介質23進入矩陣傳感器11，并且進入壓電振動器20。
反射回波進入的壓電振動器20充當壓電換能元件，并且根據反射回波的幅度將電信號輸出給信號檢測電路16。由于將大量的壓電振動器20mn提供給構成矩陣傳感器11的超聲換能器11，因此壓電振動器20mn順序產生的具有不同振動位置，在對象14的接合區域(檢查區域)順序反射的超聲波，進入矩陣傳感器11作為反射回波，并且作為反射回波的電信號，從矩陣傳感器11的壓電振動器20順序地發送給信號檢測電路16。
在這以后，發送給信號檢測電路16的反射回波的電信號進入信號處理單元17，在信號處理單元17中將反射回波的電信號進行信號處理，并且由并行處理器33產生接合區域15的三維成像數據，這個接合區域15是檢查對象和三維圖像生成單元34的檢查區域。
在這個時候，由于信號處理單元17配備了并行處理器33，并且由并行處理器33對輸入信號處理單元17的反射回波的電信號進行并行算術處理，因此能夠在短時間內進行快速算術處理。
通過從三個方向去看三維成像數據，并且通過將在看過去的方向上重疊的三維成像數據三個方向每一個方向上的成像數據的最大值數據投影到平面上，三維圖像生成單元34產生三面圖像，這三個方向是從超聲換能器11看過去的正向，以及與正向垂直，并且互相垂直的兩個方向。
由于與正向垂直的側面的成像數據包括具有接合區域15的多個板狀檢查對象14的厚度方向上的大量信息，并且從換能器11看過去來自第一板狀結構14a的底的反射強度在板狀對象不接合在一起的非接合區域里很高，因此能夠確定板狀結構14a的底位置。與此同時，由于在多個板狀對象14接合在一起的區域中，超聲波的透射率很高，因此能夠確定作為具有最高反射強度的區域的多個板狀對象14的底單元29的位置。
提取非接合區域26的底成像數據的時候，由于接合區域15和非接合區域26之間反射強度之差很大，因此接合區域15和非接合區域26之間的邊界清楚地呈現為接合區域輪廓的形狀，其中的非接合區域26的底成像數據只是在中間層部分的正向上的成像數據。從這個接合區域輪廓數據，能夠確定多個板狀檢查對象14的中間層部分里接合區域15的狀態，這個狀態是接合區域的大小和中心位置。此外，由于在接合區域15內熔化-固化部分27中產生的砂眼一樣的焊接缺陷部分28也出現在中間層部分正向的成像數據中，因此能夠確定焊接缺陷部分28的大小和位置。
從三維成像數據提取多個板狀檢查對象14的全部的底29的成像數據時，因為接合區域15中接合狀態之間的差別，反射回波的強度分布，其中的成像數據只是底部正向的成像數據。
雖然接合區域15的鍵合強度取決于接合區域15中存在的熔化-固化單元27的大小，但是已經知道通過板狀對象14的底部29的反射強度分布的拐點P，能夠確定接合區域15中產生的僅僅接合區域15和熔化-固化部分27之間的邊界。
因此，從理論上講，由于通過將板狀對象14的底部29的反射強度分布，在從熔化-固化部分27到中心位置的方向上進行兩次差分處理，計算出反射強度的拐點27，能夠獲得接合區域15中熔化-固化部分27的輪廓數據，因此能夠測量熔化-固化部分27的大小和位置。
但是，實際上，在一些情況下，只能獲得非連續輪廓數據，在一些情況下，熔化-固化部分27的大小不能以獲得的連續部分的特定量和位置測量出來。
但是，認為接合區域15的中心和熔化-固化部分27的中心互相一致。
在這種三維超聲波檢查設備10中，由于接合區域15的中心位置是從多個板狀檢查對象14的中間層部分里接合區域15的大小測量出來的，因此，即使熔化-固化部分27的輪廓數據是部分不連續數據，仍然能夠通過使用中心位置從不連續輪廓數據計算連續輪廓數據來測量熔化-固化部分27的大小。
由于接合區域15的鍵合強度取決于接合區域15中存在的熔化-固化部分27的大小，因此多個板狀接合區域15所需要的最小鍵合強度等于熔化-固化部分27所需要的最小大小。
與此同時，由檢查對象14的板狀結構14a的板厚t定義多個板狀接合區域15所需要的最小鍵合強度，這個強度是熔化-固化部分27所需要的最小大小。
因此，通過比較從板狀結構14a的板厚t計算出來的熔化-固化部分27的大小，能夠確定檢查對象14的多個接合區域15是否滿足需要的最小鍵合強度，它是一個平板，并且作為檢查對象14的測量結果獲得的熔化-固化部分27的大小。
另外，本發明的三維超聲波檢查設備不限于上面描述的實施例，還可以考慮其它各種變形。
三維超聲波檢查設備的一個實施例采用這樣一種結構，其中信號處理單元17和顯示處理裝置18都包括在所使用的三維超聲波檢查設備10中。但是，可以通過使用獨立的計算機來提供三維超聲波檢查設備。此外，可以通過將信號處理單元17的三維圖像生成單元34移到顯示處理裝置18中來包括它。
計算機具有執行本實施例中每一處理的功能，并且可以具有任意結構，例如由個人計算機這樣的裝置組成的計算機設備，或者多個計算機設備連接成網絡的計算機系統。此外，計算機不限于個人計算機，可以包括在通信裝置和信息處理裝置中的算術處理裝置，還可以包括微型計算機，并且它是通過程序實現本發明的功能的裝置和設備的通用術語。
此外，顯示處理裝置18的內部結構可以用軟件提供。軟件可以是計算機可讀存儲器介質中的存儲器，例如軟盤，也可以是網絡上傳遞的類型，比如在LAN或互聯網上傳遞的類型，作為軟件(程序)單體。在這種情況下，通過讀出存儲器介質中記住的軟件(程序)，并且通過從LAN或互聯網的一個地方(服務器)下載這一軟件(程序)，安裝在硬盤上，就能夠在計算機中進行處理。
換句話說，對于本發明中的軟件(程序)，不限于獨立于計算機的存儲器介質中記住的那些，可以包括通過傳送介質，例如LAN或者互聯網，分發的類型。
另外，對于程序，如果在存儲器、軟盤、硬盤、光盤(CD-ROM、CD-R、DVD等等)、磁光盤(MO等等)，以及計算機可讀方式的半導體存儲器這樣的存儲器介質里記住，那么它的語言格式和存儲器格式可以是自由的。
此外，基于計算機中安裝的程序的指令，用于實現本實施例的每一處理的一部分可以用MW(中間件)等等實現，比如用OS(操作系統)、數據庫管理軟件、網絡軟件實現。
此外，對于存儲器介質，不限于獨立于計算機的介質，可以包括下載并記住或者臨時記住了LAN或者互聯網等等發送的程序的存儲器介質。此外，存儲器介質不限于一個，并且如果本實施例中的處理是使用多個介質進行的，那么也可以將介質包括在本實施例中的存儲器介質里，介質的結構可以采用任意結構。
根據這種三維超聲波檢查設備10，能夠提供一種三維超聲波檢查設備，它允許提高通過超聲波進行的內部檢查的準確度，并且自動檢驗這一檢查。
與此同時，如同在這之前提到過的一樣，本發明提供一種傳感裝置，用于根據具有上面提到的結構和行動，并且如圖3所示的三維超聲波檢查設備，進行超聲檢查。在這以后，參考圖10到14，將描述其實施方案。另外，在以下描述中，將同樣或相似的標號添加到與參考圖1到9所提到的那些相對應的三維超聲波檢查設備的部件和元件上去。
首先參考圖10描述上面提到的三維超聲波檢查設備10中使用的用于超聲檢查的傳感裝置的第一實施例。
第一實施例中用于超聲檢查的傳感裝置100包括超聲傳感器11，其中排列和放置了發射和接收超聲波的大量壓電元件20；以及在發射和接收超聲波的表面一側上提供的，用于保持液體介質的匹配靴裝置21，這個表面是超聲傳感器11的傳感表面。超聲傳感器11構成圖1到9所代表的實施例中的換能器，并且其中的超聲傳感器11可以是矩陣傳感器，其中大量的壓電元件20布置成m行和n列，或者布置成一個陣列傳感器，其中多個壓電元件20布置成一列或十字形狀。
超聲傳感器11被配置成具有這樣的外觀它有圓柱狀的固體或圓柱狀的空心形狀，并且構成匹配靴裝置21用于保持液體介質的管狀附件140通過螺紋連接連接并合并到超聲換能器11，并且通過O環這樣的液密裝置141保持在液密狀態。在圖10中，雖然示出了一個實例，其中在內部超聲傳感器11周圍配合管狀附件140，但是也可以使用在超聲傳感器11內側配合的管狀附件140這樣的結構。
提供保持帽143，通過螺紋連接，它能夠自由地附著到管狀附件140的尖側(tip side)上去并能自由地拆卸下來；并且提供薄膜144，通過液密狀態中的保持帽143覆蓋管狀附件140的尖頭開口。在保持帽143中，在帽子的頂端形成暴露出薄膜144的開口，并且薄膜144被管狀附件140和保持帽143夾在中間，得到固定和保持。通過緊固保持帽143，薄膜144也由保持帽143的緊固操作所緊固，薄膜144也一起緊固到管狀附件140上。
為了將薄膜144附著在液密狀態的管狀附件140上，讓O環這樣的液密裝置145插入管狀附件140和保持帽143之間。可以考慮附著液密裝置145的位置的各種變形。通過在上面附著了薄膜144的管狀附件140中裝載和填充水147作為超聲波傳播液體介質來構成匹配靴裝置21。
用橡膠材料或樹脂材料將匹配靴裝置21的薄膜144制造成軟介質，形成通過薄膜144的超聲波的波長λ的四分之一或更薄的膜厚度，例如，在幾個微米到幾十個微米的數量級上。通過將薄膜144的膜厚度設置成波長λ的四分之一或更薄，例如，幾微米或更薄，能夠防止因為通過薄膜144透射的超聲波的波模式畸變、散射和多次反射而造成檢測性能的下降。
通過在液密狀態中的管狀附件140的一側和另一側分別提供超聲傳感器11和薄膜144，用水填充管狀附件140的內側，構成用于超聲檢查的傳感裝置100。
通過螺紋連接并提供保持帽143壓住薄膜44以便將它保持在管狀附件140上，并且在管狀附件140填充水147之前，將超聲傳感器11的超聲波發射和接收表面以及薄膜144保持互相平行，將管狀附件140附著在超聲波傳感器11上構成用于超聲檢查的傳感裝置100。
至于用于超聲檢查的傳感裝置100的組裝程序，通過螺紋連接將管狀附件140略微插入超聲傳感器11，然后在超聲傳感器11朝下的情況下將管狀附件140的內側填充水147。
下一步，將薄膜144放在管狀附件140上，從而覆蓋管狀附件140的尖端開口，并且將保持帽143蓋在上面，通過螺紋連接固定在管狀附件140上。通過擰緊保持帽143，在液密狀態下將薄膜144夾在保持帽143和管狀附件140之間，并緊固在一起。
最后在薄膜144被保持帽143夾住的情況下，將管狀附件140擰到超聲傳感器11中去。通過擰管狀附件140，管狀附件140中的水壓上升，因而薄膜144從保持帽143的開口145鼓出。
由于鼓出效應，即使檢查對象14的表面形狀不是理想的平面，存在彎曲表面，比如不平的表面，由于薄膜144能夠跟隨檢查對象14的表面形狀，因此薄膜144能夠有效地與檢查對象14的表面接觸。
因此，在用于超聲檢查的傳感裝置100中，通過在超聲傳感器11和薄膜144之間填充水147，不需要傳統的匹配靴材料和耦合劑。即使檢查對象14的檢查區域(超聲波進入的一部分)的表面不是理想地平坦的，仍然能夠通過超聲波進行圖像處理。
另外，當對象14的檢查區域的表面上存在不平坦的時候，可以在對象14和匹配靴裝置21的薄膜144之間涂敷具有低揮發性的凝膠耦合劑。
標號148表示連接到超聲傳感器11的電纜或信號電纜，它具有以下功能將驅動信號發送到超聲傳感器11的每個壓電元件20上去，并且將超聲傳感器11收到的反射回波的電信號發送到信號檢測電路。
圖11說明三維超聲波檢查設備配備的用于超聲檢查的傳感裝置的第二實施例。
在解釋圖11所示用于超聲檢查的傳感裝置100A的時候，將同樣的標號添加到與第一實施例中用于超聲檢查的傳感裝置100里的那些一樣的組件上去，并且省去了對它們的描述。
第二實施例所示的用于超聲檢查的傳感裝置100A包括超聲傳感器11，其中有大量壓電元件20對準和排列成矩陣或陣列；柔性的匹配靴裝置150，將它與用于發射和接收超聲波的超聲傳感器11的表面一側緊密接觸；以及傳感器位置調整裝置151，作為提升裝置，用于精細地調整超聲傳感器11，從而能夠相對于檢查對象14自由進退。
類似于圖10所示的超聲換能器，超聲傳感器11由矩陣傳感器或陣列傳感器構成。
在超聲傳感器11的超聲發射和接收表面上提供的柔性的匹配靴裝置150是由柔軟的匹配靴部件152構成的。在柔軟的匹配靴部件152的表面上，將低揮發性的凝膠耦合劑涂敷于這一表面和超聲傳感器11之間，以及這一表面和檢查對象14之間。
柔軟的匹配靴部件152由軟樹脂材料形成，例如用硅橡膠和聚苯乙烯形成。用柔軟的匹配靴部件152構成柔性的匹配靴部件150的時候，有可能通過使用螺栓等等直接固定柔軟的匹配靴部件152。在用于超聲檢查的傳感裝置100A中，通過在傳感器位置調整裝置151中包含是一個保持工具的柔性匹配靴裝置150，可以將柔性匹配靴裝置150保持在一個不能動的狀態，在這種狀態下匹配靴的形狀保持恒定。
此外，用于讓超聲傳感器11相對于檢查對象14進退的傳感器位置調整裝置151包括保持固定件153，用于從外面保持超聲傳感器11，還包括長腳螺栓155，利用螺紋連接通過套筒部分154連接到保持固定件153的四個角附近，并且具有保持和調整螺栓的功能。給保持固定件153提供三個或更多的，例如四個，長腳螺栓155。
此外，通過讓螺栓頭156繞螺栓桿線轉動，同時向檢查對象14按壓長腳螺栓155，并且讓保持固定件153保持在它的進退狀態，可以讓保持固定件153相對于檢查對象14以一種能夠精細調整的方式進退(升降)。通過將長腳螺栓155連接到驅動馬達(沒有畫出)，各自、全面地控制每個驅動馬達的馬達驅動，可以自動地控制長腳螺栓155。
對于用于超聲檢查的傳感裝置100A，通過繞螺栓桿線轉動傳感器位置調整裝置151的長腳螺栓155，同時向對象14按壓長腳螺栓155，能夠精細地調整超聲傳感器11和對象14之間的平行度和距離(間隙)，因此能夠調整檢查對象14和柔性匹配靴裝置152以及超聲傳感器11和柔性匹配靴裝置152之間的粘合性能和粘合區域。
在柔性匹配靴裝置150中，可以代替硅橡膠這種柔軟匹配靴部件152，使用在用橡膠或樹脂做成的薄膜之間填充象水這種液體介質的柔性匹配靴部件。
夾在傳感器位置調整裝置151的三個或多個(例如四個)長腳螺栓155之間，超聲傳感器11、對象14和柔性匹配靴裝置152得到固定，因此穩定地保持在不可移動的狀態，除非受到外力作用。因此，超聲傳感器11和檢查對象14之間的位置關系不變。
由于在圖11所示用于超聲檢查的傳感裝置100A里，在超聲傳感器11的超聲波發射和接收表面一側，將柔性匹配靴裝置152用作柔性匹配靴裝置150，因此即使檢查對象14的表面不平(相當彎曲)，也能夠讓柔軟的匹配靴裝置152與檢查對象14穩定地緊密接觸，從而使超聲波U穩定和順利地進入對象14，而不會在柔軟的匹配靴裝置152和檢查對象14之間生成空氣層。
圖12說明用于超聲檢查的傳感裝置的第三實施例。
與參考上面提到的第一和第二實施例中用于超聲檢查的傳感裝置所描述的那些相對應的單元、部件之類添加了同樣的標號，因此省去了對它們的描述。
第三實施例所示的用于超聲檢查的傳感裝置100B包括超聲傳感器11，其中有大量壓電元件20對準和排列成矩陣或陣列；匹配靴裝置，用于蓄積介質(保持液體介質)160，該匹配靴裝置在作為傳感表面用于發射和接收超聲波的超聲傳感器11的表面一側保持水，其中的水是一種聲波傳播液體介質；以及傳感器夾具，該傳感器夾具配備了水箱161，這個水箱放置在超聲傳感器11周圍，還有一個容器，允許提供水給匹配靴裝置，用于蓄積介質160，作為超聲波傳播液體介質。
用于蓄積介質160的匹配靴裝置包括在超聲傳感器11的傳感表面(用于發射和接收超聲波的表面)一側提供的海綿狀或多孔柔性匹配靴部件163，匹配靴部件163包括大的蓄積空間，能夠在超聲傳感器11和檢查對象14之間蓄積足夠量的水(超聲波傳播液體介質)。
因此，將匹配靴部件163附著在超聲傳感器11上的時候，匹配靴部件163從支撐部分鼓出來一大塊，這個支撐部分是用于在匹配靴部件163和水箱161之間連接到所述對象14的一部分。
此外，支撐匹配靴部件163，從而用環形或套筒形的水箱161包圍它。是一個容器的水箱161在其頂部配備了通氣閥164，用于排氣。水箱161管套一樣或裙子一樣的箱子導套(tank guide)覆蓋海綿狀或多孔柔性匹配靴部件163周圍的側面。與超聲傳感器11一起構造水箱161，通過調整柔性匹配靴裝置163中包含的水的蓋和通道(overand short)，總是填充水。
通過總是在柔性匹配靴裝置163中填充水，能夠維持超聲波U的良好傳播。
此外，由于通過在對象14和柔性匹配靴裝置61之間填充提供給柔性匹配靴裝置163的水，能夠讓海綿狀或多孔柔性匹配靴裝置163與檢查對象14的表面的彎曲形狀接觸，因此超聲波能夠在對象14內有效地透射，并且能夠讓對象14的內部缺陷這種邊界層反射的超聲波的反射回波有效地透射。
為了這一目的，水箱161與匹配靴部件163的頂部連通，因此超聲傳感器11用于發射和接收超聲波的傳感表面直接與柔性匹配靴部件162接觸。還形成一個附著單元(放置單元)166，用于將保持水箱161的傳感器夾具162附著到檢查對象14上，從而讓柔性匹配靴裝置163和對象14互相直接接觸。
形成傳感器夾具162的附著單元166，從而與超聲傳感器11用于發射和接收超聲波的表面平行，并且該附著單元166的構成使得超聲傳感器11用于發射和接收超聲波的表面以及檢查對象14的檢查表面互相平行。
下面將描述用于超聲檢查的傳感裝置100B的組裝程序和效果。
在用于超聲檢查的傳感裝置100B中，柔性匹配靴裝置163附著到超聲傳感器11上，并且在讓匹配靴部件163突出到檢查對象14之前，水充分浸入匹配靴部件163。
將超聲傳感器11放置在對象14上的時候，柔性匹配靴裝置163與對象14的表面形狀匹配，因此，匹配靴部件163內的水通過檢查對象14和超聲傳感器11之間填充了水的匹配靴部件163的受壓和變形量流向水箱161一側。
此外，由于水箱161被形成為有一個通道結構從柔性匹配靴裝置163向上，因此在超聲傳感器11和對象14之間的匹配靴部件163里出現的氣泡被引導到水箱161。
將超聲波引向檢查對象14的時候，水箱161里的壓力因為進入水箱163里的水和氣泡而增大。但是可以通過打開通氣閥164來抑制壓力的增大。當水箱內側的壓力變得等于大氣壓力的時候，關閉通氣閥164。
由于用于超聲檢查的傳感裝置100B在超聲傳感器11和對象14之間配備了填充水的柔性匹配靴裝置163，并且在內部檢查中，通過利用填充了的柔性匹配靴裝置163保持的水進行超聲波檢查，用超聲波對對象14進行內部檢查，因此通過超聲傳感器11產生超聲波來進行圖像處理。
通過用于超聲檢查的傳感裝置100B的工作，當檢查對象14的檢查區域的內部結構的超聲檢查完成的時候，將超聲傳感器11移動到下一個檢查區域。當超聲傳感器11移動的時候，通過從檢查對象14釋放超聲傳感器11，將它移動到下一個檢查對象，進行連續的圖像處理，在這以后，按壓用于超聲檢查的傳感裝置100B到下一個對象。由于用于超聲檢查的傳感裝置100B配備了填充有水的匹配靴部件，因此不需要涂敷耦合劑，并且不需要耦合劑。
在用于超聲檢查的傳感裝置100B里，通過使用附著在超聲傳感器11的超聲波發射和接收表面一側的海綿狀柔性匹配靴裝置163，即使是有多個檢查區域要進行圖像處理，超聲檢查也能夠通過僅僅朝著檢查對象14按壓超聲傳感器11的匹配靴部件163來進行，因此允許連續的超聲圖像處理。
圖13簡單說明用于超聲檢查的傳感裝置的第四實施例。
在這個實施例中示出的用于超聲檢查的傳感裝置100C包括超聲傳感器11，其中大量壓電元件20對準和排列成矩陣或陣列；以及在表面一側提供的水箱型的匹配靴裝置170，這個表面是超聲傳感器11用于發射和接收超聲波的傳感表面。超聲傳感器11不是不同于在第一到第四實施例中使用的超聲傳感器。
給水箱型匹配靴裝置170配備附著在超聲傳感器11周圍表面上的裙狀或套狀箱子171，箱子171以液密方式安裝在檢查對象14的測量區域上。通過在箱子171內裝載水172作為超聲波傳播液體介質來構造水箱，以液密方式將箱子171安裝在檢查對象14上。
為了以液密方式在對象14上安裝箱子171，在箱子171的放置表面上提供O環這樣的液密裝置173。還可以通過在箱子171的放置表面上提供吸嘴，利用吸嘴來構成液密結構。此外，為了以液密方式將箱子171附著在超聲傳感器11上，同樣可以提供O環這樣的液密裝置173。
水箱匹配靴裝置170的箱子171在箱子的側面配備了供水口174和排水口175，以及循環型介質(水)供應裝置176。這種循環型介質供應裝置176具有從排水口175延伸到流入口174的液體介質(水)的閉環177，并且在水循環177的中間，提供了控制裝置178驅動控制的泵179。此外，標號180表示在泵179的吸入側提供給液體介質供應管(水供應管)的供應閥，標號181表示從泵的流入側的水循環177分支出來的排水管的排水閥。
此外，在水匹配靴裝置170的箱子的頂部，提供用于發射和接收超聲波的超聲傳感器11的表面，從而在箱子內突出，排氣管184連接到在用于發射和接收超聲波的表面上側形成的排氣口183，并且將排氣閥185提供給排氣管184。
在用于超聲檢查的傳感裝置100C中，互相平行地形成超聲傳感器11用于發射和接收超聲波的表面和箱子171到對象14的附著部分(放置部分)。這樣就能夠維持超聲傳感器11的正面(用于發射和接收超聲波的表面)和檢查對象14之間的距離和平行度。
此外，由于箱子171被整個打開，因此，在將超聲傳感器11所附著的箱子171放置到檢查對象14上的時候，箱子171內的水172直接與對象14和超聲傳感器11用于發射和接收超聲波的表面接觸，因此即使通過液密裝置173在水箱里填充水的時候，箱子里的水172也不會從水箱泄漏。
在用于超聲檢查的傳感裝置100C里，由于超聲傳感器11配備了構成水箱的箱子171，因此即使將水送入箱子，也能夠防止水的泄漏，其中的水箱是通過對著檢查對象14按壓集成在箱子171上的超聲傳感器11構成。
將具有構成水箱的箱子的超聲傳感器11放置在檢查對象14的檢查區域上，打開箱子171的排氣閥185，同時向超聲傳感器11用力壓。空氣閥打開的時候，排水閥181關閉，通過打開泵的水供應閥180將用于流入水循環177的水倒入循環177。將水倒入水循環177的時候，泵179由控制裝置178控制，其中的水循環從泵的水供應閥180導向水循環177。
驅動泵179，并且在確認將水172填充了超聲傳感器11的超聲波發射/接收部分和對象14之間，并且確認箱子171的水172沒有氣泡的以后，通過關閉排氣閥184來停止泵179的工作。
在箱子171構成的水箱的內側和檢查對象14的表面填充了水以后，啟動用于超聲檢查的傳感裝置100C。通過用于超聲檢查的傳感裝置100C的工作，超聲傳感器11的每個壓電元件20發射和接收超聲波，利用超聲波檢查檢查對象14的內部結構，并且進行圖像處理。
在這個時候，將超聲傳感器11的超聲波發射/接收單元以及對象14的箱子171的附著單元構造成互相平行，與使用傳統塊狀平行平面匹配靴部件的情形類似。因此，引起超聲波垂直地進入檢查對象14。
在超聲波的圖像處理完成以后，進行排水處理。在其中的圖像處理過程中，讓來自超聲傳感器11的超聲波進入檢查對象14，通過利用超聲傳感器接收反射回波來處理反射回波的電信號。在其中的排水處理過程中，打開水循環177的排水閥181和水箱的排氣閥185，泵170工作，排出水箱和水循環177中的水。
在排水處理完成以后，超聲傳感器11移動到下一個檢查部分，獲得超聲檢查的超聲圖像。
根據用于超聲檢查的傳感裝置100C，通過利用泵179的工作將水填充到超聲傳感器11配備的水箱中去，傳統的塊狀匹配靴部件和耦合劑不再是必須的。由于構成水箱的箱子171對檢查對象14一側打開，因此，當水172填充了水箱的時候，具有良好超聲傳播特性的水172直接與對象14的檢查區域的表面接觸。因此，即使對象14的表面不是良好的平面形狀的，也能夠用超聲波而不用耦合劑進行圖像處理。
圖14是說明本發明中用于超聲檢查的傳感裝置的第五實施例的示意結構圖。
第五實施例中用于超聲檢查的傳感裝置100D包括超聲傳感器11，在其中將大量壓電元件20對準和排列成矩陣或陣列；匹配靴裝置191，利用與超聲傳感器11的超聲波發射/接收表面一側緊密接觸的塊狀匹配靴部件190形成；以及一觸式附著裝置192，用于以可拆卸方式將匹配靴裝置191附著到超聲傳感器11的超聲波發射/接收表面一側，并從中拆卸下來。利用具有優良聲波傳播特性平行平面形狀的材料形成匹配靴裝置191的匹配靴部件，例如利用強化聚苯乙烯、環氧樹脂或陶瓷形成，從而使超聲波發射/接收表面和相對表面互相平行。
一觸式附著裝置192具有附著工具194，用于從外面附著到匹配靴部件191的面對面的壁上；鎖部件195以可轉動的方式附著在附著工具194上；以及彈簧裝置198，用于利用彈簧向超聲傳感器11的嚙合孔197一側給鎖部件195自由端一側上提供的鉤子196施加一個偏壓。利用嚙合孔197嚙合鎖部件195的嚙合鉤196，固定鎖部件，通過一觸將匹配靴部件191附著，并固定到超聲傳感器11的超聲波發射/接收表面，從而與表面接觸。替換超聲傳感器11中形成的嚙合孔197，也可以將能夠嚙合到嚙合鉤196上的固定工具附著到超聲傳感器11上。
在用于超聲檢查的傳感裝置100D中，通過使用一觸式附著裝置192以可拆卸方式將具有平行平面的塊狀匹配靴部件190附著到超聲傳感器11上去，通過使用一觸式附著裝置192能夠將匹配靴部件190容易地附著在超聲傳感器11上，并從上面拆卸下來，其中的匹配靴部件190是匹配靴裝置191。
根據用于超聲檢查的傳感裝置100D，可以用一觸拆卸匹配靴裝置191，因此，即使氣泡進入匹配靴部件190和超聲傳感器11的傳感表面，以及檢查對象的傳感表面，也能夠通過從超聲傳感器11拆下匹配靴裝置191，在匹配靴裝置191的匹配靴部件190的表面上涂敷具有低揮發性的凝膠耦合劑，很容易地調整用于超聲檢查的傳感裝置100D，從而使氣泡不進入用于超聲檢查的傳感裝置100D。
另外，圖10到14中描述的用于超聲檢查的傳感裝置不限于具有圖1到9所描述的結構的三維超聲波檢查設備，還能將它用于具有其它結構的三維超聲波檢查裝置。
權利要求
1.一種三維超聲檢查設備，包括傳感裝置，用于超聲檢查，該傳感裝置包括作為超聲傳感器的換能器，該換能器具有布置成矩陣或陣列的多個壓電振動器；驅動元件選擇單元，用于從構成所述超聲換能器的所述多個壓電振動器順序地選擇壓電振動器來產生超聲波；信號檢測電路，用于讓所述驅動元件選擇單元選擇的所述壓電振動器產生的超聲波通過聲波傳播介質傳播，進入檢查對象的接合區域，以便從所述接合區域接收反射回波，并且用于檢測與來自所述接合區域的反射回波相對應的電信號；信號處理單元，用于將所述信號檢測電路檢測到的所述電信號進行信號處理，通過讓所述電信號與網格元素相對應來產生三維成像數據，其中的網格元素是在所述檢查對象內側設置的三維成像區域里劃分的；以及顯示處理裝置，用于顯示來自所述信號處理單元的所述檢測結果和三維圖像數據，同時從所述信號處理單元產生的所述三維成像數據的強度分布檢測熔化-固化部分的大小和位置，以及所述接合區域的焊接缺陷的大小和位置。
2.如權利要求1所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置包括底部數據處理單元，用于從所述信號處理單元產生的所述檢查對象接合區域的底的三維成像數據的強度分布，檢測熔化-固化部分的大小；中間部分數據處理單元，用于從所述檢查對象中間接合區域三維成像數據的強度分布，檢測所述接合區域的熔化缺陷存在還是不存在及其大小；確定單元，用于通過將所述底部數據處理單元獲得的檢測結果與所述中間部分數據處理單元獲得的檢測結果進行比較，確定所述檢查對象的可接受程度；以及顯示單元，用于顯示所述底部數據處理單元、所述中間部分數據處理單元和所述確定單元獲得的結果，并且顯示所述信號處理單元產生的三維成像數據。
3.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置的中間部分數據處理單元包括中間檢測單元，用于通過從所述信號處理單元產生的三維成像數據提取所述檢查對象接合區域中間部分的三維成像數據，產生中間接合面的透射平面圖像，并且用于測量板厚；以及中心位置/接合區域測量單元，用于測量所述中間接合區域的中心位置，所述接合區域的大小和位置，以及砂眼這種焊接缺陷的大小和位置。
4.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置的底部數據處理單元包括底檢測單元，用于通過從所述信號處理單元產生的三維成像數據提取所述檢查對象的底的三維成像數據，產生透射平面圖像；以及熔化-固化部分檢測單元，用于從所述底檢測單元產生的透射平面圖像，以及所述中心位置/接合區域測量單元確定的中心位置，測量所述熔化-固化部分的大小和位置。
5.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置包括確定單元，用于通過將接受標準與所述底數據處理單元的熔化-固化部分檢測單元獲得的熔化-固化部分的大小和位置進行比較，進行可接受程度確定，其中所述接受標準是從所述中間部分數據處理單元的中間檢測部分獲得的所述檢查對象的板厚獲得的；以及顯示單元，用于顯示所述底數據處理單元的中心位置/接合區域確定單元獲得的所述接合區域的狀態，與所述確定單元獲得的所述熔化-固化部分的狀態進行比較的確定結果，并且顯示所述信號處理單元處產生的三維成像數據。
6.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置的中間數據處理單元包括中間檢測單元，該中間檢測單元包括表面/中間位置檢測單元，用于從所述信號處理單元產生的三維成像數據檢測所述表面位置和所述接合區域位置；板厚測量單元，用于從所述表面/中間位置檢測單元產生的表面位置和所述接合區域位置的數據測量板厚；以及中間位置平面表面圖像生成單元，用于從所述表面/中間位置檢測單元獲得的中間位置數據，以及所述信號處理單元產生的三維成像數據，產生所述中間位置的透射平面表面圖像。
7.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置的中間部分數據處理單元包括中心位置/接合區域測量單元，該中心位置/接合區域測量單元包括接合區域輪廓確定單元，用于從所述中間檢測單元產生的所述中間位置透射平面圖像確定所述接合區域的輪廓；中心位置確定單元，用于從所述接合區域輪廓確定單元獲得的所述接合區域的輪廓數據，確定所述接合區域的中心位置；以及接合區域測量單元，用于從所述接合區域輪廓確定單元獲得的所述接合區域的輪廓數據，測量所述接合區域的大小。
8.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置的底部數據處理單元包括底檢測單元，該底檢測單元包括凹痕部分/底位置檢測單元，用于從所述信號處理單元產生的所述三維成像數據檢測表示所述接合區域的凹痕單元的凹陷位置和所述檢查對象的底位置；接合區域厚度測量單元，用于從所述凹痕部分/底位置檢測單元獲得的所述凹陷部分/底位置的數據測量所述接合區域的厚度；以及底位置平面圖像生成單元，用于從所述凹痕部分/底位置檢測單元獲得的凹陷部分/底位置的數據，以及所述信號處理單元產生的所述三維成像數據，產生底位置透射平面圖像。
9.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置的底部數據處理單元包括熔化-固化部分檢測單元，該熔化-固化部分檢測單元包括強度分布生成單元，用于從底檢測單元產生的底位置透射平面圖像，以及所述中間部分數據處理單元的中心位置/接合區域測量單元獲得的所述接合區域的中心位置的，產生超聲波強度分布圖像；平滑處理單元，用于將所述強度分布生成單元產生的所述超聲波強度分布圖像進行平滑處理；一次差分處理單元，用于將平滑過的所述底位置透射平面圖像在從外側到中心位置的方向上進行一次差分；二次差分處理單元，用于將在所述一次差分處理單元中進行過一次差分的所述底位置透射平面圖像，在從所述熔化-固化部分的外側到中心位置的方向上進行二次差分；熔化-固化部分識別單元，用于從進行過二次差分的所述底位置透射平面圖像的拐點數據，識別所述接合區域的熔化-固化部分；以及熔化-固化部分測量單元，用于從所述熔化-固化部分識別單元識別出來的所述熔化-固化部分數據，測量所述熔化-固化部分的大小。
10.如權利要求2所述的三維超聲檢查設備，其中所述顯示處理裝置包括確定單元，用于確定所述接合區域的接合狀態的可接受程度，該確定單元包括接受標準生成單元，用于從所述中間部分數據處理單元的中心位置/接合區域測量單元測量得到的板厚t計算所述熔化-固化部分需要的大小；以及可接受程度確定單元，用于將接受標準生成單元產生的所述熔化-固化部分需要的大小與所述底部數據處理單元的熔化-固化部分檢測單元測量得到的所述熔化-固化部分的大小進行比較，確定所述接合區域的接合狀態的可接受程度。
11.如權利要求1所述的三維超聲檢查設備，其中所述用于超聲檢查的傳感裝置包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；以及匹配靴部件，用于保持在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質，該匹配靴部件包括管狀附件，用于通過螺紋連接能夠自由地附著到所述超聲傳感器上以及從所述超聲傳感器上拆卸下來；保持帽，用于和所述附件一起緊固覆蓋所述附件頂端開口的薄膜；以及聲波傳播液體介質，用于填充所述管狀附件，以及所述薄膜具有從所述保持帽的開口鼓出的結構并且具有柔性。
12.如權利要求11所述的三維超聲檢查設備，其中所述聲波傳播液體介質是水，所述薄膜的厚度等于或小于通過所述薄膜傳播的超聲波的波長λ的四分之一。
13.如權利要求1所述的三維超聲檢查設備，其中所述用于超聲檢查的傳感裝置包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；柔性匹配靴部件，在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供；以及傳感器位置調整部件，用于包含所述柔性匹配靴部件并保持所述超聲傳感器，從而相對于所述檢查對象進退。
14.如權利要求13所述的三維超聲檢查設備，其中所述柔性匹配靴部件包括具有優良超聲波傳播特性的柔軟的匹配靴部件，例如硅橡膠，并且所述傳感器位置調整部件包括保持框，用于至少在所述超聲傳感器附近三個點處通過螺紋連接保持所述超聲傳感器以及支撐/調整連接到所述保持框的螺栓，所述超聲傳感器的位置是通過繞螺栓桿線轉動支撐/調整螺栓加以調整的。
15.如權利要求1所述的三維超聲檢查設備，其中所述用于超聲檢查的傳感裝置包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；匹配靴部件，用于保持在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質；以及傳感器夾具，具有供應超聲波傳播液體介質給所述匹配靴部件的介質容器。
16.如權利要求15所述的三維超聲檢查設備，其中用于保持液體介質的所述匹配靴部件包括海綿狀或多孔柔性匹配靴部件；以及超聲波傳播液體介質，通過自由地從所述液體介質容器倒入所述匹配靴部件，蓄積和保持在所述匹配靴部件里。
17.如權利要求15所述的三維超聲檢查設備，其中，在容器頂部配備通氣閥的時候，該容器包括覆蓋所述柔性匹配靴部件的外圍側表面的管套狀或裙狀箱子導套。
18.如權利要求1所述的三維超聲檢查設備，其中所述用于超聲檢查的傳感裝置包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；以及水箱型匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側，所述匹配靴部件包括用于所述超聲波傳播液體介質的容器，該容器由在所述箱子頂部保持所述超聲傳感器的箱子構成，并且所述檢查對象被放置成以一種液密方式覆蓋所述箱子的底開口。
19.如權利要求18所述的三維超聲檢查設備，其中所述水箱型匹配靴部件包括循環型液體介質供應部件，用于循環所述箱子內的超聲波傳播液體介質；以及通氣閥，用于從所述箱子的頂部一側通氣。
20.如權利要求1所述的三維超聲檢查設備，其中所述用于超聲檢查的傳感裝置包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側上；以及一觸式附著部件，用于通過一觸以可拆卸的方式附著到所述超聲傳感器，其中通過所述一觸式附著部件將所述匹配靴部件與所述超聲傳感器緊密接觸，并且保持與所述超聲傳感器相對。
21.一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件，以及匹配靴部件，用于保持在所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質，其中所述匹配靴部件包括管狀附件，用于通過螺紋連接能夠自由地安裝到所述超聲傳感器上以及從所述超聲傳感器上拆卸下來；保持帽，用于與所述附件一起緊固覆蓋所述附件的頂端開口的薄膜；以及聲波傳播液體介質，該介質填充所述管狀附件，所述薄膜具有從所述保持帽的開口鼓出的結構并且具有柔性。
22.一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；柔性匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側上；以及傳感器位置調整部件，用于包含所述柔性匹配靴部件，并且用于保持所述超聲傳感器，從而相對于所述檢查對象進退。
23.一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，具有排列成矩陣或陣列用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；匹配靴部件，用于保持所述超聲傳感器的傳感表面一側提供的液體介質；以及傳感器夾具，具有供應超聲波傳播液體介質給所述匹配靴部件的介質容器。
24.一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，具有排列成用于發射和接收超聲波的多個壓電元件；以及水箱型匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側，包括用于所述超聲波傳播液體介質的容器的所述匹配靴部件是由箱子構成的，該箱子將所述超聲傳感器保持在所述箱子的頂部，并且將所述檢查對象放置成以液密方式覆蓋所述箱子的底開口。
25.一種用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器，作為換能器，其中用于發射和接收超聲波的多個壓電元件排列成矩陣或陣列；匹配靴部件，提供在所述超聲傳感器的傳感表面一側上；以及一觸式附著部件，通過一觸以可拆卸的方式附著到所述超聲傳感器，其中通過所述一觸式附著部件將所述匹配靴裝置與所述超聲傳感器緊密接觸，并且保持與所述超聲傳感器相對。
全文摘要
一種三維超聲檢查設備包括用于超聲檢查的傳感裝置，包括超聲傳感器作為換能器，其中多個壓電振動器放置成矩陣或陣列；驅動元件選擇單元，用于在所述超聲換能器中選擇和驅動壓電振動器來產生超聲波；信號檢測電路，用于通過從所述接合區域接收反射回波來檢測反射回波的電信號；信號處理單元，用于將電信號進行信號處理，通過讓所述電信號與所述檢查對象的三維成像區域內的網格元素相對應來產生三維成像數據；以及顯示處理裝置，用于顯示來自所述信號處理單元的檢測結果和三維圖像數據，同時從所述信號處理單元產生的三維成像數據的強度分布檢測熔化－固化部分的大小和位置，以及所述接合區域的焊接缺陷的大小和位置。
文檔編號G01N29/06GK1977161SQ20058002126
公開日2007年6月6日 申請日期2005年4月25日 優先權日2004年4月26日
發明者檜山和夫, 池田賢弘, 阿部素久, 唐澤博一, 片山雅弘 申請人:株式會社東芝
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