專利名稱：超聲檢測設(shè)備、用于超聲檢測設(shè)備的超聲探頭設(shè)備、以及超聲檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使用超聲波來以非破壞性方式對被檢測對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷狀 態(tài)或者連接處狀態(tài)進行檢測的超聲檢測技術(shù)，并且更具體而言，涉及將被檢測對象內(nèi)部的 缺陷狀態(tài)、剝離或者空隙(void)、或者連接處的松動狀態(tài)可視化的超聲檢測設(shè)備，并涉及在 該超聲檢測設(shè)備中使用的超聲探頭設(shè)備，以及涉及超聲檢測方法。
背景技術(shù)：
代表這種類型的超聲檢測技術(shù)的例子包括在日本專利特開號2003-149213 (專利 文獻1)，2004-53360 (專利文獻2)，2006-317417 (專利文獻3)和8-122309 (專利文獻4) 中公開的超聲檢測設(shè)備。這種超聲檢測設(shè)備包括具有在平面中以矩陣或陣列(線性形狀)布置的多個壓電 換能器元件(壓電振子)的超聲換能器，通過使用從該超聲換能器發(fā)送或者接收的超聲波 來使被檢測對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者缺陷(瑕疵)狀態(tài)、空隙、氧化膜、剝離等可視化，因而可以 對對象進行檢測而不破壞該對象。通常，超聲檢測設(shè)備的主體與超聲換能器通過幾米長的單獨線纜來連接。當使用 這種超聲檢測設(shè)備來檢測對象時，使用該超聲檢測設(shè)備的操作者(檢測者)在執(zhí)行超聲換 能器的精確調(diào)整和對檢測對象表面適當掃描的同時，必須通過檢查包含在該超聲檢測設(shè)備 中的顯示單元的顯示來執(zhí)行超聲檢測，而該顯示器在位置上遠離檢測對象的檢測位置。對超聲換能器的精確位置調(diào)整、掃描等等的操作要求充分的注意。在使用超聲檢 測設(shè)備時，對于操作者(檢測者)而言，在檢查遠離檢測對象(被檢測對象)放置的超聲檢 測設(shè)備主體所包含的顯示單元的顯示的同時來操縱超聲換能器是很困難的。此外，當將顯 示單元接近檢測對象放置時，使用超聲檢測設(shè)備的操作者(檢測者)必須交替的觀察超聲 換能器和顯示單元，以操縱超聲換能器并且也檢查顯示單元的顯示。因而，解決基本操作或 者工作方式中的復(fù)雜和困難是很難的。具體而言，當使用超聲檢測設(shè)備的操作者(檢測者)通過手動操縱超聲換能器來 檢測對象時，要獲得適當和精確的檢測結(jié)果要花費大量的勞動。因此，使用超聲檢測設(shè)備的 檢測并非一直都很容易的。然后，作為常規(guī)技術(shù)，在已知的超聲檢測設(shè)備中，顯示單元和用于切換在該顯示單 元中所顯示圖像的開關(guān)集成布置在具有超聲換能器的超聲探頭設(shè)備中(例如，專利文獻 4)。在常規(guī)超聲檢測設(shè)備中，利用包括壓電換能器部分的超聲換能器，所述壓電換能 器部分包括多個壓電換能器元件。當使用常規(guī)超聲檢測設(shè)備來對檢測對象進行檢測時，操 作者必須在檢查包含于常規(guī)超聲檢測設(shè)備主體中的顯示單元的顯示的同時操縱超聲換能例如，使用常規(guī)超聲檢測設(shè)備，當通過利用超聲換能器掃描檢測對象的表面來執(zhí)行檢測時，必須耗費大量的勞動來交替觀察超聲換能器和包含于主體中的顯示單元，以操 縱超聲換能器并且也檢查顯示單元的顯示。因此，可引起的情況是在檢查顯示單元期間超 聲換能器的掃描位置發(fā)生位移，或者由于將過多的注意力給予了超聲換能器，因而操作者 繼續(xù)工作而不能注意到顯示單元的異常顯示。即，在使用超聲換能器來檢測對象的超聲檢 測中，操作者常常必須檢查由顯示單元顯示的狀態(tài)(該顯示單元將被檢測對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 或者缺陷狀態(tài)、空隙、氧化膜、剝離等可視化)，并在反饋檢查狀態(tài)的同時執(zhí)行通過超聲換能 器的掃描。然而，這種任務(wù)或者工作對于常規(guī)超聲探頭設(shè)備而言是困難的。因而，在實地或者制造過程場所中使用超聲檢測設(shè)備來有效地和精確地檢測檢測 對象的內(nèi)部狀態(tài)是困難的。此外，在常規(guī)超聲檢測設(shè)備中，顯示單元和用于切換在顯示單元中所顯示圖像的 開關(guān)被集成布置在具有超聲換能器的超聲探頭設(shè)備中，從而操作者在檢查顯示單元所顯示 圖像的同時可以使超聲換能器掃描。然而，在這一情況下，為了利用設(shè)置在期望位置處的超 聲探頭設(shè)備來開始或者停止檢測，對于操作者而言在觀察顯示單元中圖像的同時必須輸入 命令來開始或者停止檢測。此外，為了產(chǎn)生檢測對象的能夠被適當檢測的圖像，必須適當?shù)?改變或者選擇超聲檢測設(shè)備的檢測條件。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上提及事實而構(gòu)思出本發(fā)明，并且本發(fā)明目的在于提供一種超聲檢測設(shè) 備，其中具有超聲換能器的超聲探頭設(shè)備可以在實地或者制造過程場所中被很容易地操 縱，從而有效并精確地檢測被檢測對象的內(nèi)部缺陷、剝離或者空隙，或者松動連接，以提供 一種在該超聲檢測設(shè)備中使用的超聲探頭設(shè)備，并且還提供一種超聲檢測方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種超聲檢測設(shè)備，其中超聲探頭設(shè)備與該超聲檢測 設(shè)備的主體分離，并以較小尺寸制造或者做成緊湊的，從而使該超聲檢測設(shè)備便攜，并且也 提供一種在該超聲檢測設(shè)備中使用的超聲探頭設(shè)備。為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備包括超聲探頭設(shè)備，其具有包括 多個壓電振子的超聲換能器；驅(qū)動元件選擇部分，其與所述超聲換能器的所述多個壓電振 子連接，并適于基于來自信號發(fā)生器的驅(qū)動信號來選擇所需的壓電振子；信號探測電路，其 使得從由所述驅(qū)動元件選擇部分選擇的所述壓電振子發(fā)射的超聲波經(jīng)由聲傳播介質(zhì)入射 至檢測對象，并接收其的反射回波以探測依賴于所述反射回波的電信號；以及信號處理部 分，其對所探測的依賴于所述反射回波的電信號應(yīng)用并行運算處理，并產(chǎn)生關(guān)于所述檢測 對象的內(nèi)部圖像的數(shù)據(jù)，其中所述超聲探頭設(shè)備包括顯示單元，所述顯示單元顯示基于所述信號處理部分 所產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像，以及用于輸入操作命令的輸入單元，所述操作命令例如是開始或 者停止檢測，或者設(shè)置檢測條件的命令。為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的、與超聲檢測設(shè)備主體連接的超聲探頭設(shè)備包 括箱狀的探頭架；超聲換能器，其包括多個合并入所述探頭架中的壓電振子；合并入所述 探頭架中的顯示單元；以及合并入所述探頭架中的輸入單元，其中所述超聲換能器、所述顯示單元以及所述輸入單元在所述探頭架中集成組裝。
為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測方法包括步驟準備超聲檢測設(shè)備，所述超聲檢測設(shè)備包括超聲探頭設(shè)備，其包括包含多個壓 電振子的超聲換能器，顯示單元，其顯示基于信號處理部分所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的圖像，以及 用于執(zhí)行操作命令的輸入單元，所述操作命令例如是開始或者停止檢測，或者設(shè)置檢測條 件的命令；驅(qū)動元件選擇部分，其與所述超聲換能器的多個壓電振子連接，并 基于來自信號 發(fā)生器的驅(qū)動信號來選擇所需的壓電振子；信號探測電路，其使得從由所述驅(qū)動元件選擇 部分選擇的所述壓電振子發(fā)射的超聲波經(jīng)由聲傳播介質(zhì)入射至所述檢測對象，并接收其的 反射回波以探測依賴于所述反射回波的電信號；以及信號處理部分，其對所探測的、依賴于 所述反射回波的電信號應(yīng)用并行運算處理，并產(chǎn)生關(guān)于所述檢測對象的內(nèi)部圖像的數(shù)據(jù)；將所述超聲探頭設(shè)備設(shè)置在所述檢測對象的預(yù)定檢測位置；經(jīng)由所述輸入單元來輸入設(shè)置檢測條件的命令；重復(fù)對所述超聲探頭設(shè)備的布置和經(jīng)由所述輸入單元設(shè)置檢測條件的命令的輸 入設(shè)置，直到在所述顯示單元中獲得預(yù)定顯示；在調(diào)整所述顯示單元的顯示之后，經(jīng)由所述輸入單元來輸入檢測開始命令；通過使所述超聲探頭設(shè)備掃描所述檢測對象的預(yù)定范圍來檢測所述檢測對象的 缺陷；以及在完成檢測所述檢測對象的預(yù)定范圍之后，經(jīng)由所述輸入單元來輸入檢測停止命 令。根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備、在該超聲檢測設(shè)備中所使用的超聲探頭設(shè)備和根據(jù) 本發(fā)明的超聲檢測方法，可以通過在實地或者制造過程場所中簡單地操縱包括超聲換能器 的超聲探頭設(shè)備來有效和精確地檢測檢測對象的內(nèi)部缺陷、剝離或者空隙、或者松動的連接。


圖1的視圖示意性圖示了根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的整體構(gòu)造；圖2的視圖示意性圖示了構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的超聲探頭設(shè)備的示 例性探頭架的構(gòu)造，其中圖2(A)是平面圖，圖2(B)是前視圖并且圖2(C)是側(cè)視圖；圖3的示意性視圖示出了使用根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的超聲檢測方法的情 形；圖4的流程示了使用根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的超聲檢測方法的例子。
具體實施例方式在下文中將參照圖1至4來描述根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備、在該超聲檢測設(shè)備 中使用的超聲探頭設(shè)備以及超聲檢測方法。圖1的視圖示意性圖示了根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的整體構(gòu)造。超聲檢測設(shè)備10包括設(shè)備主體11和構(gòu)造為便攜以及手持型的超聲探頭設(shè)備12。 設(shè)備主體11和超聲探頭設(shè)備12分離地設(shè)置并經(jīng)由柔性信號線纜13彼此連接。超聲檢測 設(shè)備10具有作為超聲照相機的功能，其可以對被檢測對象(以下稱為檢測對象)14的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)或者有缺陷的構(gòu)造進行精細成像。
將通過例子來描述超聲探頭設(shè)備12的重量和便攜性。超聲探頭設(shè)備12具有手掌 大小并等于或少于1kg，更具體而言，重幾百克。超聲探頭設(shè)備12具有的尺寸、形狀和重量 允許操作者(檢測者)緊握該超聲探頭設(shè)備12并執(zhí)行手動掃描。構(gòu)成超聲檢測設(shè)備10的設(shè)備主體11包括信號發(fā)生器17、驅(qū)動元件選擇部分18、 信號探測電路19、信號處理部分20、第一顯示單元21、控制電路22和第一輸入單元23。信號發(fā)生器17產(chǎn)生的驅(qū)動信號驅(qū)動包含于超聲探頭設(shè)備12中的超聲換能器(超 聲傳感器)25。驅(qū)動元件選擇部分18從信號發(fā)生器17選擇驅(qū)動信號，并選擇性地驅(qū)動超聲換能 器25的壓電振子(壓電換能器元件)26。當從超聲換能器25發(fā)射的超聲波U向檢測對象14的被檢測區(qū)域(以下稱為檢測 區(qū)域)28輻照時，信號探測電路19經(jīng)由超聲換能器25探測來自檢測區(qū)域(目標區(qū)域)28 的、作為電信號的反射回波。信號處理部分20對依賴于信號探測電路19所探測的反射回波的電信號應(yīng)用 并行運算處理，并產(chǎn)生超聲圖像數(shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù))。信號處理部分20包括放大器31a、 31b. . . 31i，其用于放大依賴于信號探測電路19所探測的反射回波的電信號；A/D轉(zhuǎn)換器 32a、32b. . . 32i，其用于將依賴于反射回波的放大電信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；并行 處理器33a、33b. . . 33i，其用于產(chǎn)生超聲圖像數(shù)據(jù)，該超聲圖像數(shù)據(jù)通過基于依賴于反射回 波并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電信號來將檢測對象14的內(nèi)部情況可視化而獲得；以及整合處理 器34，其用于產(chǎn)生整合的超聲圖像數(shù)據(jù)，該整合的超聲圖像數(shù)據(jù)通過將由并行處理器33a、 33b. . . 33i所產(chǎn)生的超聲圖像數(shù)據(jù)的多個片段進行整合而獲得。第一顯示單元21和第二顯示單元36各自均包括顯示部分、運算部分、存儲器部分 等等，并基于由信號處理部分20處理的超聲圖像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生并顯示所需圖像。
此外，第一顯示單元21和第二顯示單元36分別利用初始輸入的閾值來執(zhí)行比較 處理，并且在探測到異常值時顯示異常。控制電路22控制信號發(fā)生器17、驅(qū)動元件選擇部分18、信號探測電路19、信號處 理部分20、第一顯示單元21和第二顯示單元36的操作，并控制包括超聲波的發(fā)射、接收、可 視化以及顯示的連續(xù)操作。當從第一輸入單元23接收到檢測開始命令時，為了產(chǎn)生檢測對象14的檢測區(qū)域 28的整合的超聲圖像數(shù)據(jù)，控制電路22首先指示信號發(fā)生器17產(chǎn)生驅(qū)動超聲換能器25的 信號。另外，為了從組成超聲換能器25的多個壓電振子26中選擇將被提供驅(qū)動信號的壓 電振子26，控制電路22指示驅(qū)動元件選擇部分18選擇將被提供驅(qū)動信號的壓電振子26。在驅(qū)動壓電振子26之后，向著檢測對象14的檢測區(qū)域28發(fā)射超聲波U，并且依賴 于超聲波U的反射回波由壓電振子26接收并轉(zhuǎn)換為電信號。雖然這一反射回波由多個壓 電振子26同時接收，但是由于控制電路22指示信號探測電路19選擇壓電振子26，因此選 擇了產(chǎn)生超聲圖像數(shù)據(jù)所必須的反射回波。另外，控制電路22指示信號處理部分20對依賴于反射回波的電信號執(zhí)行一系列 的放大、A/D轉(zhuǎn)換和可視化處理，從而將該依賴于基于超聲波U的反射回波的電信號放大， 將該信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并通過并行處理器和整合處理器來產(chǎn)生該信號的整合的超聲圖像 數(shù)據(jù)(即，可視化)。
此外，控制電路22發(fā)送控制命令以將該可視化數(shù)據(jù)在第一顯示單元21上顯示。經(jīng)由第一輸入單元23，將開始或停止檢測或者切換圖像的命令、或者設(shè)置檢測條 件的命令輸入控制電路22，因而執(zhí)行超聲檢測設(shè)備10的操作。組成超聲檢測設(shè)備10的超聲探頭設(shè)備12包括發(fā)送或者接收超聲波U的超聲換 能器25 ；第二顯示單元36 ；以及第二輸入單元37，其用于向包含于設(shè)備主體11的控制電路 22輸入例如開始或停止檢測的命令、或者設(shè)置檢測條件的命令的操作輸入，以便操作超聲 檢測設(shè)備10，并且超聲探頭設(shè)備12的以上單元集成布置在探頭架38內(nèi)。此外，包含于設(shè)備 主體11的控制電路22向第二顯示單元36發(fā)送控制命令以顯示所整合的超聲圖像數(shù)據(jù)。超聲換能器25包括壓電換能器部分39，其內(nèi)作為壓電換能器元件的多個壓電振 子26布置為矩陣(m行Xn列)，并且壓電換能器部分39組成作為矩陣傳感器的超聲傳感 器。在壓電換能器部分39中，壓電振子26可不布置為矩陣而是直線狀或者十字線狀(陣 列狀)，從而構(gòu)成陣列傳感器。組成超聲換能器25的超聲傳感器可是矩陣傳感器或者陣列 傳感器。 由信號發(fā)生器17產(chǎn)生的驅(qū)動信號通過驅(qū)動元件選擇部分18被選擇性地施加于超 聲換能器25的每個壓電振子26?；隍?qū)動元件選擇部分18所作出的選擇，驅(qū)動每個壓電 振子26的順序關(guān)于一次一個振子或者一次多個振子而確定，并且以所需的驅(qū)動定時來驅(qū) 動每個壓電振子26以發(fā)射超聲波U。從每個壓電振子26發(fā)射的超聲波U輻照檢測對象14的檢測區(qū)域28，并且超聲 波U在檢測區(qū)域28的密度邊界層被部分反射而形成反射回波。該反射回波由超聲換能器 25 (即，矩陣傳感器)接收，該超聲換能器是超聲傳感器。在超聲換能器25中，作為液體或者固體的聲傳播介質(zhì)的底托(shoe)構(gòu)件40緊貼 到作為超聲傳感器表面的發(fā)射(發(fā)送)/接收面，更具體的為檢測對象14側(cè)。用于實現(xiàn)超 聲波U聲匹配的耦合劑41布置在底托構(gòu)件40和檢測對象14之間。該耦合劑41由具有低 揮發(fā)性的凝膠狀液體形成。在作為聲傳播介質(zhì)的底托構(gòu)件40是液體的情況下，不需要設(shè)置 耦合劑41。底托(shoe)構(gòu)件40整體上是箱狀，其開口面積根據(jù)檢測對象14的檢測區(qū)域28 的大小設(shè)置，并且作為聲傳播介質(zhì)的底托構(gòu)件40的高度由從壓電振子26發(fā)射的超聲波的 發(fā)射角度(擴散角度)來決定。通過使用從超聲檢測設(shè)備10發(fā)射的超聲波U，檢測對象14的檢測區(qū)域28的內(nèi)部 經(jīng)受非破壞性檢測。檢測對象14可是通過將兩個或更多板狀結(jié)構(gòu)堆疊而獲得的多層結(jié)構(gòu)， 或者可是金屬材料或者塑料材料。在使驅(qū)動信號作用于超聲換能器25的信號發(fā)生器17中，通過施加外部電壓來產(chǎn) 生脈沖或者連續(xù)驅(qū)動信號，以便通過驅(qū)動壓電振子26的壓電物質(zhì)來產(chǎn)生超聲波。當壓電換 能器部分39被驅(qū)動元件選擇部分18驅(qū)動并且第i列第j行的壓電振子26被選擇時，驅(qū)動 信號以所需定時被施加給所選擇的第i列第j行的壓電振子26。驅(qū)動元件選擇部分18以 所需定時順序選擇一個或多個被驅(qū)動的壓電振子26，并且當來自信號發(fā)生器17的驅(qū)動信 號被施加給所選擇的壓電振子26時，超聲波U從壓電振子26被發(fā)射至被檢測對象14。在超聲換能器25 (矩陣傳感器)具有m列和η行(例如10X10)的壓電振子26 的情況下，一百個壓電振子26在平面中布置為矩陣(二維)，并且每個壓電振子26ij(i =1到10，j = 1到10)由驅(qū)動元件選擇部分18順序驅(qū)動。當將驅(qū)動信號順序施加給每個壓電振子26時，超聲波U從每個壓電振子26以該定時順序發(fā)射。從每個壓電振子26順序發(fā) 射的超聲波的反射回波由超聲換能器25順序接收，并且該反射回波，也就是所接收的信號 作為電信號(電回波信號)經(jīng)由信號線纜13發(fā)送至信號探測電路19。從超聲換能器25的每個壓電振子26順序發(fā)射的超聲波U經(jīng)過作為聲傳播介質(zhì)的 底托構(gòu)件40，然后經(jīng)過耦合劑41，并入射至檢測對象14的檢測區(qū)域28內(nèi)側(cè)，并在檢測區(qū)域 28的每個邊界層反射。超聲波在檢測對象14的包括前表面14a、邊界面、底面14b、內(nèi)部缺陷42等等的每 個邊界層上所反射的超聲波的回波(在圖1中由向上的斷裂線箭頭表示)從(檢測)對象 14穿出并經(jīng)過底托構(gòu)件40，并且各自以不同定時被超聲換能器25的每個壓電振子26接 收，并導(dǎo)致每個壓電振子26振動，由此該反射回波被轉(zhuǎn)換為電信號(電回波信號)。隨后， 電回波信號經(jīng)由信號線纜13被信號探測電路19接收，并被每個壓電振子26探測。信號探測電路19經(jīng)由信號線纜13與超聲換能器25的每個壓電振子26并行連接， 并且由壓電換能器部分39的壓電振子26所產(chǎn)生的電回波信號經(jīng)由信號線纜13被引導(dǎo)至 信號探測電路19。此外，通過使用信號線纜13，來自信號發(fā)生器17的驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動元 件選擇部分18被分別引導(dǎo)至壓電換能器部分39的壓電振子26。在超聲檢測設(shè)備10中，當驅(qū)動信號被施加給超聲換能器25的每個壓電振子26中 的第m列第η行的壓電振子26時，該壓電振子26開始作為用于產(chǎn)生超聲波的壓電物質(zhì)并 發(fā)射超聲波U。所發(fā)射的超聲波U經(jīng)由底托構(gòu)件40和耦合劑41輻照至被檢測對象的檢測 區(qū)域28。用以掃描檢測對象14的檢測區(qū)域28的超聲波在檢測區(qū)域28的密度邊界層上被 部分反射并產(chǎn)生反射回波。所反射的回波穿過耦合劑41和底托構(gòu)件40，然后返回到超聲換 能器25 (矩陣傳感器)，并分別以不同定時被壓電振子26接收。壓電振子26對反射回波應(yīng) 用壓電轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生電信號(電回波信號)。該電回波信號經(jīng)由信號線纜13發(fā)送至探測電回 波信號的信號探測電路19。該信號探測電路19是用于探測依賴于由超聲換能器25所產(chǎn)生 的反射回波的電信號的電路。由信號探測電路19探測以用于進行檢測的電回波信號中的多個電回波信號被引 導(dǎo)至組成信號處理部分20的各個放大器31a、31b. . . 31i。放大器31a、31b. . . 31i將所引導(dǎo)的電回波信號放大并將由此產(chǎn)生的信號提供給 信號處理部分20的A/D轉(zhuǎn)換器32a、32b. . . 32i。該A/D轉(zhuǎn)換器32a、32b. . . 32i將所放大 的電回波信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將它們作為數(shù)字回波信號引導(dǎo)至信號處理部 分20的并行處理器33a、33b. . . 33i。該并行處理器33a、33b. . . 33i對A/D轉(zhuǎn)換器32a、 32b. . . 32i所提供的數(shù)字回波信號進行處理，并因而產(chǎn)生通過將檢測對象14的內(nèi)部狀態(tài)可 視化而獲得的超聲圖像數(shù)據(jù)。由并行處理器33a、33b. . . 33i產(chǎn)生的超聲圖像數(shù)據(jù)的多個片 段被整合處理器34整合以產(chǎn)生整合的超聲圖像數(shù)據(jù)。該整合的超聲圖像數(shù)據(jù)被提供給第 一顯示單元21。在將多路復(fù)用器(未圖示)安裝在信號探測電路19或者信號處理部分20的情況 下，不需要多個并行處理器33a、33b. . . 33i和整合處理器34，并且單獨的并行處理器可以 產(chǎn)生整合的超聲圖像數(shù)據(jù)。通過在信號處理部分20中對數(shù)字化反射回波(數(shù)字回波信號)進行處理而產(chǎn)生的整合的超聲圖像數(shù)據(jù)被發(fā)送至第一顯示單元21，在該第一顯示單元21中，整合的超聲圖 像數(shù)據(jù)受到可視化處理并作為圖像顯示。另一方面，在超聲探頭設(shè)備12中，第二顯示單元36與超聲換能器25集成布置在 探頭架38中。通過在信號處理部分20中對數(shù)字化超聲回波信號進行處理而產(chǎn)生的整合的 超聲圖像數(shù)據(jù)也被發(fā)送至第二顯示單元36，在該第二顯示單元36中，整合的超聲圖像數(shù)據(jù) 受到可視化處理并作為圖像顯示。對于第二顯示單元36，可以使用液晶顯示器、LED (發(fā)光二極管)、EL(電致發(fā)光)、 VFD (真空熒光顯示器)、PDP (等離子顯示板)等等。第一顯示單元21和第二顯示單元36從信號處理部分20接收根據(jù)從第一輸入單 元23或者第二輸入單元37輸入的命令而產(chǎn)生的整合的超聲圖像數(shù)據(jù)，并因而可以基于從 控制電路22所生成的控制信號來顯示通過將檢測對象14的內(nèi)部狀態(tài)可視化而獲得的超聲 圖像。在第一顯示單元21和第二顯示單元36中顯示的超聲圖像通過從以下選擇的至少 一幅圖像而產(chǎn)生檢測對象14的檢測區(qū)域28中的超聲波U的反射回波波形圖像(A范圍或 者A掃描)；檢測對象14的檢測區(qū)域28中的截面圖像(B范圍或者B掃描 )；檢測對象14 的檢測區(qū)域28中的超聲波U的反射回波峰值的二維圖像(C范圍或者C掃描)；檢測對象 14的檢測區(qū)域28中的超聲波U的反射回波深度的二維圖像(D范圍或者D掃描)；以及作 為對檢測對象14的檢測區(qū)域28中超聲波U的反射回波數(shù)據(jù)(前表面、缺陷、底面)進行提 取和計算的結(jié)果的信息或者數(shù)據(jù)。通過對顯示在第二顯示單元36中的檢測對象14的檢測區(qū)域28中的超聲波U的 反射回波波形圖像(A范圍或者A掃描)的峰值位置進行檢查，可以在超聲探頭設(shè)備12側(cè) 檢查檢測對象14的檢測區(qū)域28中的前表面14a、內(nèi)部缺陷42或者底面14b。另外，通過顯示在第二顯示單元36中的檢測對象14的檢測區(qū)域28中的橫截面圖 像(B范圍或者B掃描)，可以在超聲探頭設(shè)備12側(cè)檢查超聲換能器25是否適當?shù)孛鎸χ?檢測對象14的檢測區(qū)域28中的檢測表面，或者可以在超聲探頭設(shè)備12側(cè)檢查檢測對象14 的檢測區(qū)域28中的前表面14a、內(nèi)部缺陷42或者底面14b。此外，通過顯示在第二顯示單元36中的檢測對象14的檢測區(qū)域28中的超聲波U 的反射回波峰值的二維圖像(C范圍或者C掃描)，可以在超聲探頭設(shè)備12側(cè)檢查檢測對象 14的檢測區(qū)域28中回波強度的二維圖像。此外，通過顯示在第二顯示單元36中的檢測對象14的檢測區(qū)域28中的超聲波U 的反射回波深度的二維圖像(D范圍或者D掃描)，可以在超聲探頭設(shè)備12側(cè)檢查檢測對象 14的檢測區(qū)域28中深度信息的二維圖像。通過作為對第二顯示單元36所顯示的檢測對象14的檢測區(qū)域28中超聲波U的 反射回波數(shù)據(jù)(前表面14a、內(nèi)部缺陷42、底面14b)進行提取和計算的結(jié)果的信息或者數(shù) 據(jù)，可以在超聲探頭設(shè)備12側(cè)檢查檢測對象14的檢測區(qū)域28中關(guān)于缺陷的尺寸，位置等 等的各種數(shù)據(jù)片段。第二輸入單元37例如包括具有切換(toggle)功能的按鈕開關(guān)。在這一情況下， 通過第一次按下按鈕而啟動超聲檢測設(shè)備10的檢測，并且通過第二次按下該按鈕而停止 超聲檢測設(shè)備10的檢測，因而可以通過操縱單獨的按鈕來執(zhí)行超聲檢測設(shè)備10的基本操作。另外，第二輸入單元37例如包括具有切換功能的選擇開關(guān)，并且可以通過使用該選擇 開關(guān)來順序切換第二顯示單元36所顯示的超聲圖像。此外，第二輸入單元37例如包括一 對由加開關(guān)和減開關(guān)組成的按鈕開關(guān)。在第二輸入單元37中，經(jīng)由所述一對按鈕開關(guān)來執(zhí)行檢測條件的設(shè)置輸入。檢測 條件設(shè)置的例子包括超聲換能器25的增益設(shè)置；對用于產(chǎn)生超聲圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字化回波 信號進行平均時所使用的采樣數(shù)量的設(shè)置；以及在產(chǎn)生檢測對象14的檢測區(qū)域28的橫截 面圖像(B范圍或者B掃描)時可視化開始位置的調(diào)整。在第二輸入單元37中，通過使用該對按鈕開關(guān)可以將檢測條件的設(shè)置值增加或 者減少，因而執(zhí)行檢測條件的設(shè)置輸入。超聲探頭設(shè)備12包括第二顯示單元36和第二輸入單元37，因此，當由超聲檢測設(shè) 備10執(zhí)行非破壞性檢測時，可以在具有超聲換能器25的超聲探頭設(shè)備12中連續(xù)執(zhí)行超聲 圖像的檢查以及超聲檢測設(shè)備10的操縱。操作者(檢測者)可以 通過只注意超聲探頭設(shè) 備12來檢測對象14。圖2的視圖示意性圖示了構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的超聲探頭設(shè)備的探 頭架構(gòu)造的一個例子，其中圖2(A)是平面圖，圖2(B)是前視圖，并且圖2(C)是側(cè)視圖。如圖2㈧、(B)和(C)所圖示，探頭架38為箱狀，其中形成超聲傳感器托架腔43， 該探頭架具有在超聲波U輻照檢測對象(被檢測對象)14的方向上敞開著的開口(根據(jù)本 實施例在探頭架38的向下方向)。超聲換能器25包含于超聲傳感器托架腔43中，從而使 超聲換能器25的超聲傳感器表面面對超聲波U輻照檢測對象14的方向(根據(jù)本實施例在 探頭架38的向下方向)。另外，底托構(gòu)件40布置在包含于超聲傳感器托架腔43中的超聲 換能器25的超聲傳感器表面和探頭架38的朝向檢測對象14的表面(下表面)之間。底 托構(gòu)件40如此布置以從探頭架38的下表面突出，并且當超聲探頭設(shè)備12在檢測對象14 上操縱時，底托構(gòu)件40早于探頭架38的下表面與檢測對象14接觸。底托構(gòu)件40的開口 面積根據(jù)檢測對象14的檢測區(qū)域28的尺寸來設(shè)置，并且底托構(gòu)件40的高度由從壓電振子 26發(fā)射的超聲波的發(fā)射角度(擴散角度)確定。因而，基于底托部件40的開口面積和高 度，以及超聲換能器25的尺寸將超聲傳感器托架腔43的開口面積和高度設(shè)置為所需值。另外，第二顯示單元36布置在探頭架38的上表面。當在檢測對象14上操縱超聲 探頭設(shè)備12時，超聲探頭設(shè)備12的操作者(檢測者)通過使用第二顯示單元36可以在檢 查通過將檢測對象14的內(nèi)部狀態(tài)可視化而獲得的超聲圖像的同時很容易地操縱超聲探頭 設(shè)備12。此外，第二輸入單元37布置在探頭架38的后表面。當在檢測對象14上操縱超聲 探頭設(shè)備12時，超聲探頭設(shè)備12的操作者(檢測者)通過使用第二顯示單元36在檢查通 過將檢測對象14的內(nèi)部狀態(tài)可視化而獲得的超聲圖像，以及經(jīng)由第二輸入單元37輸入開 始或停止檢測的命令或者設(shè)置檢測條件的命令的同時，來操縱超聲檢測設(shè)備10。探頭架38可優(yōu)化形成，該優(yōu)化是基于檢測對象14的形狀和當使用探頭架38進行 檢測期間檢測對象14的檢測表面的方向，探頭架38中的超聲傳感器托架腔43的開口方 向，以及其上布置有第二顯示單元36與第二輸入單元37的表面的結(jié)構(gòu)。在下文中，將描述根據(jù)本實施例的使用超聲檢測設(shè)備10的超聲檢測方法。圖3的示意性視圖示出了使用根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的超聲檢測方法。
在使用超聲檢測設(shè)備10執(zhí)行對檢測對象(被檢測對象)14的超聲檢測時，如圖3 所圖示，操作者(檢測者)M首先將超聲檢測設(shè)備10放置在檢測對象14周圍，或者將檢測 對象14放置在超聲檢測設(shè)備10的鄰近區(qū)域。圖4的流程示了使用根據(jù)本發(fā)明的超聲檢測設(shè)備的超聲檢測方法的例子。首先，在步驟Sl中，如圖4所示，操作者(檢測者)M將組成超聲檢測設(shè)備10的超 聲探頭設(shè)備12放置在檢測對象14的期望檢測位置上。更具體的，操作者M用手把握超聲 探頭設(shè)備12的探頭架38，并將該超聲探頭設(shè)備12放置在期望檢測位置上，并且探頭架38 的下表面朝向檢測對象14。隨后，在步驟S2中，操作者(檢測者)M通過由第二輸入單元37的加開關(guān)和減開 關(guān)組成的一對按鈕開關(guān)來執(zhí)行檢測條件的設(shè)置輸入。更具體的，在用手把握超聲探頭設(shè)備 12的探頭架38的同時，操作者M操縱第二輸入單元37的加開關(guān)和減開關(guān)來設(shè)置，例如，超 聲換能器25的增益，在對用于產(chǎn)生超聲圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字回波信號進行平均時所使用的采 樣數(shù)量，或者在產(chǎn)生檢測對象14的檢測區(qū)域28的橫截面圖像(B范圍或者B掃描)時可視 化開始位置的調(diào)整。隨后，在步驟S3中，操作者(檢測者)M觀察第二顯示單元36并確定是否已經(jīng)獲 得期 望的顯示，并調(diào)整檢測條件。當已經(jīng)獲得期望顯示時，操作繼續(xù)進行到步驟S4。否則， 操作返回到步驟Si，并且重復(fù)步驟Sl到S3以調(diào)整檢測條件。在這一情況下，操作者(檢測 者)M操縱第二輸入單元37的選擇開關(guān)，并順序地切換在第二顯示單元36中顯示的超聲圖 像，并確定是否已經(jīng)獲得期望顯示。對是否已經(jīng)獲得期望顯示的這一確定通過在第二顯示 單元36上顯示檢測對象14的檢測區(qū)域28中超聲波U的反射回波波形圖像(A范圍或者A 掃描)，或者檢測對象14的檢測區(qū)域28中的橫截面圖像(B范圍或者B掃描)來執(zhí)行。隨后，在步驟S4中，操作者(檢測者)M操縱第二輸入單元37的按鈕開關(guān)來輸入 超聲檢測開始命令。隨后，在步驟S5中，操作者(檢測者)M在觀察第二顯示單元36的同時在檢測對 象14的期望范圍內(nèi)移動超聲探頭設(shè)備12，從而檢測并掃描檢測區(qū)域28。更具體的，操作者 M在用手把握超聲探頭設(shè)備12的探頭架38的同時，使得超聲探頭設(shè)備12在檢測對象14的 期望范圍中掃描檢測對象14的表面14a，并在觀察第二顯示單元36所顯示的超聲圖像的同 時檢查內(nèi)部缺陷42的存在與否。隨后，在步驟S6中，在完成對檢測對象14期望范圍的檢測之后，操作者(檢測者) M操縱第二輸入單元37的按鈕開關(guān)來輸入超聲檢測停止命令。超聲檢測設(shè)備10用作具有超聲傳感器的超聲照相機，可以瞬間收集幾千至幾萬 個反射回波的超聲波形，并且圖像組合處理允許執(zhí)行用于以高速度將檢測對象14的內(nèi)部 缺陷42 (連接區(qū)域的狀態(tài)，或者焊接缺陷的存在/不存在或者狀態(tài))進行可視化的并行運
算處理。此外，在超聲檢測設(shè)備10中，檢測對象14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以被迅速提取并作為二維 或者三維的高靈敏度、高分辨率超聲圖像來顯示，并且因而可以執(zhí)行每幅圖像一秒到數(shù)十 秒的高速檢測。超聲檢測設(shè)備10和使用該超聲檢測設(shè)備10的超聲檢測方法可以應(yīng)用于在汽車、 飛機和鐵路領(lǐng)域中焊接部分維護狀態(tài)，或者焊接缺陷存在/不存在的檢測，或者應(yīng)用于工廠、造船等工業(yè)領(lǐng)域中焊接部分狀態(tài)的監(jiān)視。在根據(jù)本實施例的超聲檢測設(shè)備10中，超聲探頭設(shè)備12經(jīng)由柔性的信號線纜13與設(shè)備主體11電連接，并且在超聲探頭設(shè)備12中，超聲換能器25、第二顯示單元36和第二 輸入單元37集成包含于手掌大小的探頭架38。因此，在以容易和簡單的方式沿著檢測對象 14的表面手動操作超聲探頭設(shè)備12的同時，可以使用第二顯示單元36來檢查通過將檢測 對象14的內(nèi)部狀態(tài)可視化而獲得的超聲圖像。即，使用超聲檢測設(shè)備10的操作者(檢測 者)M可以通過只將注意力給予超聲換能器25而不觀察另一設(shè)備來執(zhí)行超聲檢測，因而便 于檢測的執(zhí)行。此外，由于超聲換能器25、第二顯示單元36和第二輸入單元37集成包含于包括在 超聲探頭設(shè)備12中的探頭架38，因此通過使超聲換能器25掃描檢測對象14并將檢測對 象14的內(nèi)部狀態(tài)可視化而獲得的超聲圖像的變化或者改變可以通過從信號處理部分20發(fā) 送并在第二顯示單元36顯示的超聲圖像來實時檢查。因此，使用超聲檢測設(shè)備10的操作 者(檢測者)M可以即時檢查檢測對象14的內(nèi)部缺陷42(剝離，空隙等等)或者例如連接 的松動狀態(tài)的內(nèi)部狀態(tài)，而不改變操作者的視線，并且也可以在反饋超聲圖像狀態(tài)的同時 執(zhí)行檢測。此外，由于超聲換能器25、第二顯示單元36和第二輸入單元37集成包含于探頭 架38，因此通過使用從信號處理部分20發(fā)送并在第二顯示單元36顯示的超聲圖像，操作 者(檢測者)M可以在對通過使超聲換能器25掃描檢測對象14并因而將檢測對象14的內(nèi) 部狀態(tài)可視化而獲得的超聲圖像的變化或者改變進行實時檢查的同時，通過第二輸入單元 37來操縱超聲檢測設(shè)備10。因此，使用超聲檢測設(shè)備10的操作者(檢測者)M可以即時檢 查檢測對象14的內(nèi)部缺陷42(剝離，空隙等等)或者例如連接的松動狀態(tài)的內(nèi)部狀態(tài)，而 不改變操作者的視線，并且操作者也可以在反饋超聲圖像狀態(tài)的同時操縱超聲檢測設(shè)備10 來執(zhí)行檢測。此外，提供使用適于對檢測對象14進行檢測目的的顯示方法的第二顯示單元36， 探頭架38的形狀等等，并且對于檢測有用的數(shù)據(jù)被共同顯示，從而可以顯著地簡化和促進 該檢測。根據(jù)超聲檢測設(shè)備10、超聲換能器25和使用該超聲檢測設(shè)備10的超聲檢測方法， 可以通過在實地或者制造過程場所中的簡單操縱來有效和精確地檢測被檢測對象14的內(nèi) 部缺陷42 (剝離，空隙等等)或者例如連接的松動狀態(tài)的內(nèi)部狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種超聲檢測設(shè)備，包括超聲探頭設(shè)備，其具有包括多個壓電振子的超聲換能器；驅(qū)動元件選擇部分，其與所述超聲換能器的所述多個壓電振子連接，并適于基于來自信號發(fā)生器的驅(qū)動信號來選擇所需的壓電振子；信號探測電路，其使得從由所述驅(qū)動元件選擇部分選擇的壓電振子發(fā)射的超聲波經(jīng)由聲傳播介質(zhì)入射至檢測對象上，并接收其的反射回波以探測依賴于所述反射回波的電信號；以及信號處理部分，其對所探測的、依賴于所述反射回波的電信號應(yīng)用并行運算處理，并產(chǎn)生關(guān)于所述檢測對象的內(nèi)部圖像的數(shù)據(jù)，其中，所述超聲探頭設(shè)備包括顯示單元，其顯示基于所述信號處理部分所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的圖像；以及用于輸入操作命令的輸入單元，所述操作命令例如是開始或者停止檢測的命令，或者設(shè)置檢測條件的命令。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲檢測設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 來自所述檢測對象的所述反射回波的回波波形圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲檢測設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 所述檢測對象的橫截面圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲檢測設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 通過提取在所述檢測對象的深度方向上的回波峰值而產(chǎn)生的圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲檢測設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 通過提取來自所述檢測對象的所述反射回波的深度數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的圖像。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲檢測設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 對從來自所述檢測對象的所述反射回波中提取關(guān)于所述檢測對象的數(shù)據(jù)、然后對所述數(shù)據(jù) 執(zhí)行運算操作的結(jié)果的顯示。
7.一種與超聲檢測設(shè)備的主體連接的超聲探頭設(shè)備，包括箱狀的探頭架；超聲換能器，其包括合并入所述探頭架中的多個壓電振子；合并入所述探頭架中的顯示單元；以及合并入所述探頭架中的輸入單元，其中，所述超聲換能器、所述顯示單元以及所述輸入單元集成組裝在所述探頭架中。
8.如權(quán)利要求7所述的超聲探頭設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的圖像包括來自 檢測對象的反射回波的回波波形圖像。
9.如權(quán)利要求7所述的超聲探頭設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 所述檢測對象的橫截面圖像。
10.如權(quán)利要求7所述的超聲探頭設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 通過提取在所述檢測對象的深度方向上的回波峰值而產(chǎn)生的圖像。
11.如權(quán)利要求7所述的超聲探頭設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 通過提取來自所述檢測對象的所述反射回波的深度數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的圖像。
12.如權(quán)利要求7所述的超聲檢測設(shè)備，其中，顯示在所述顯示單元中的所述圖像包括 對從來自所述檢測對象的所述反射回波中提取關(guān)于所述檢測對象的數(shù)據(jù)、然后對所述數(shù)據(jù)執(zhí)行運算操作的結(jié)果的顯示。
13.一種超聲檢測方法，包括如下步驟準備超聲檢測設(shè)備，所述超聲檢測設(shè)備包括超聲探頭設(shè)備，其包括包含多個壓電振 子的超聲換能器，顯示單元，其顯示基于信號處理部分所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的圖像，以及輸入 單元，其用于執(zhí)行操作命令，所述操作命令例如是開始或者停止檢測的命令，或者設(shè)置檢測 條件的命令；驅(qū)動元件選擇部分，其與所述超聲換能器的多個壓電振子連接，并基于來自信 號發(fā)生器的驅(qū)動信號來選擇所需的壓電振子；信號探測電路，其使得從由所述驅(qū)動元件選 擇部分選擇的所述壓電振子發(fā)射的超聲波經(jīng)由聲傳播介質(zhì)入射至所述檢測對象，并接收其 的反射回波以探測依賴于所述反射回波的電信號；以及信號處理部分，其對所探測的、依 賴于所述反射回波的電信號應(yīng)用并行運算處理，并產(chǎn)生關(guān)于所述檢測對象的內(nèi)部圖像的數(shù) 據(jù)；將所述超聲探頭設(shè)備設(shè)置在所述檢測對象的預(yù)定檢測位置； 經(jīng)由所述輸入單元來輸入設(shè)置檢測條件的命令；重復(fù)對所述超聲探頭設(shè)備的布置和經(jīng)由所述輸入單元設(shè)置所述檢測條件的命令的輸 入設(shè)置，直到在所述顯示單元中獲得預(yù)定顯示；在調(diào)整所述顯示單元的顯示之后，經(jīng)由所述輸入單元來輸入檢測開始命令； 通過使所述超聲探頭設(shè)備掃描所述檢測對象的預(yù)定范圍來檢測所述檢測對象的缺陷；以及在完成檢測所述檢測對象的所述預(yù)定范圍之后，經(jīng)由所述輸入單元來輸入檢測停止命令。
14.如權(quán)利要求13所述的超聲檢測方法，其中，在握住所述超聲探頭設(shè)備的情況下執(zhí) 行經(jīng)由所述輸入單元的所述檢測條件的設(shè)置輸入，以及經(jīng)由所述輸入單元的開始或者停止 命令。
15.如權(quán)利要求13所述的超聲檢測方法，其中，當在所述顯示單元中顯示來自所述檢 測對象的所述反射回波的回波波形圖像，或者所述檢測對象的橫截面圖像之后，經(jīng)由所述 輸入單元來執(zhí)行所述檢測條件的設(shè)置輸入。
全文摘要
一種超聲檢測設(shè)備包括超聲探頭設(shè)備，其包括超聲換能器；驅(qū)動元件選擇部分，其選擇所述超聲換能器的所需壓電振子；信號探測電路，其探測依賴于從所選擇的壓電振子發(fā)射的超聲波的反射回波的電信號；信號處理部分，其基于所探測的反射回波來產(chǎn)生關(guān)于檢測對象內(nèi)部圖像的數(shù)據(jù)；第二顯示單元，其將從所述信號處理部分采集的圖像數(shù)據(jù)的多個片段相組合并顯示經(jīng)整合的可視化數(shù)據(jù)結(jié)果；以及第二輸入單元，其用于執(zhí)行操作命令，所述操作命令例如是開始或者停止檢測的命令，或者設(shè)置檢測條件的命令。
文檔編號G01N29/24GK101842700SQ200880114159
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者新井良一, 池田賢弘, 磯部英夫 申請人:株式會社東芝