专利名称：三维超声波检查设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维超声波检查设备，其利用超声波对内部结构、连接区的状态以及被检查对象的缺陷状态进行非破坏性检查，更具体而言，涉及一种包括用于超声波检查的感测装置的三维超声波检查设备，用于使焊接部分的状态和被检查对象的焊接缺陷状态三维可视化的超声波成像设备。
背景技术：
对焊接部分的状态以及板状结构之间的连接区的焊接缺陷状态、被检查的对象进行非破坏性检查的技术范例是超声波检查技术。在采用超声波检查技术的超声波检查设备中，将超声波辐照到被检查对象的焊接区，然后从被检查对象的焊接区反射成为超声波的回波。在超声波的反射回波执行成像过程之后，超声波检查设备在显示装置上将回波执行的成像过程显示为超声波图像。对焊接区的状态或焊接缺陷进行非破坏性检查，由此，用户基于焊接区的超声波图像从视觉上判断焊接区的状态或焊接缺陷是否良好。具体而言，如日本未经审查的专利申请公开No. 11-326287 (专利文献I)中所述，在板状结构为被检查对象且叠加两个板状结构并通过点焊将其连接在一起时，通过以非破坏性方式利用超声波检查设备检查两个板状结构之间的焊接部分状态和焊接缺陷，能够检查焊接部分中是否存在熔融固化的部分，有无诸如气孔的焊接缺陷以及焊接缺陷的状态。此外，随着三维超声波检查设备的检查精度一直在改进(提高)，三维超声波检查设备变得能够精确且定量地确定焊接区相对于被检查对象的诸如层状结构的状态、要检查对象中的焊接缺陷、有无空隙或分离等。例如，日本公开的未经审查的专利申请(专利公开)No. 2005-315582 (专利文献2)中公开的三维超声波检查设备在三维中正确、精确且定量地检查焊接部分相对于要检查对象的空间关系。现有技术文献专利文献专利文献I为日本专利公开No. 11-326287 (JP-A-11-326287);而专利文献2 为日本专利公开 No. 2005-315582 (JP-A—2005-315582)。不过，对于专利文献2中所述的已知三维超声波检查设备而言，并非始终以用户能够容易判断结合区状态是否良好的状态在结合区的三维图像(结合区图像)显示结合区的状态。此外，在沿Z方向距要检查对象表面上的每个位置(X，y)距离相同的Z坐标处切分出每个透明(可看透)图像，例如中间部分、底部等的透明图像。于是，例如，如果由于要检查对象的形状等发生探头倾斜的状况，要检查对象的中间部分或底部被倾斜地切片。因此，在本范例情况中，即使用户观看(检查)结合区图像，用户也难以正确地判断结合区的状态是否良好。于是，在该方法中，为了获得在上述已知三维超声波检查设备中采用的透明图像，可以降低检查结合区的精确度。此外，可能发生未熔化压接(stick weld)状态，即结合区未经熔化就彼此紧密连接的状态。在结合区中发生未熔化压接状态(未熔化接触状态)的情况下，在常规技术下，根、据结合区的未熔化压接状态程度，检查专家可以在因为处于未熔化压接状态中而没有可接受质量的结合区和具有可接受质量的结合区之间进行区分。不过，在未熔化压接状态中，由于超声波经过(传播通过)结合区而在结合区未反射，常规技术中采用的已知三维超声波检查设备不能自动将结合区处于未熔化压接状态的被检查对象检测为焊接缺陷
发明内容
考虑到以上情况，本发明的目的是提供一种三维超声波检查设备，与已知超声波检查设备相比，改善判断结合区状态是否良好的容易程度和可见度(明显性)，并且因为能够获得结合区的精确检查结果而进一步改善结合区的检查精度。在一个方面中，根据本发明可以通过提供一种三维超声波检查设备来实现上述目的，该设备包括超声波换能器，其中将多个压电振动器设置成矩阵或阵列；驱动元件选择单元，用于从所述超声波换能器中设置的多个压电振动器相继选择压电振动器以产生超声波；信号检测电路，用于使驱动元件选择单元选择的压电振动器产生的超声波通过声波传播介质传播并且进入要检查的对象的结合区中，用于从所述结合区接收反射波，并且检测对应于来自所述结合区的反射波的电信号；信号处理单元，用于对所述信号检测电路检测的电信号进行信号处理，并且通过使所述电信号对应于所述要检查的对象内部设置的三维成像区域中划分的网元(meshelement)来生成三维成像数据；第一峰检测单元，用于沿深度方向(z方向)检测三维成像数据的强度分布的第一峰，所述第一峰主要出现在比参考深度更深的深度位置；第二峰检测单元，用于沿深度方向检测三维成像数据的强度分布的第二峰，所述第二峰主要出现在比所述第一峰出现的深度位置更深的深度位置；连接部分图像生成单元，用于通过在x_y平面上的每个位置沿深度方向映射所述第一峰出现的深度位置和所述第二峰出现的深度位置之间的距离来生成结合区的三维图像；开放/小判断单元，用于根据所述连接部分图像生成单元生成的结合区三维图像和预设的判断准则来判断所述结合区中是否存在气孔，所述结合区的熔融固化部分尺寸是否满足判断准则；未熔化压接判断单元，用于判断被判定为所述结合区中不存在气孔以及所述结合区的熔融固化部分的尺寸满足所述判断准则的所述结合区是否彼此紧密结合而未熔化；以及显示单元，用于显示三维图像和所述开放/小判断单元判断的结果和所述未熔化压接判断单元判断的结果中的至少一个中的至少一个。根据本发明的三维超声波检查设备与已知三维超声波检查设备相比能够使判断结合区状态是否良好的可见度提高，然后向用户提供基于结合区的三维图像判定的结合区状态。此外，由于根据本发明的三维超声波检查设备能够与结合区的三维图像一起显示结合区状态是否良好的判断结果，根据本发明的三维超声波检查设备能够向用户提供更精确的检查结果。此外，在根据本发明的三维超声波检查设备中，由于与已知的超声波检查设备相比可以提高结合区状态是否良好的判断结果的精确度，所以也可以提高三维超声波检查的精确度。
图I是示意性示出了根据本发明的三维超声波检查设备实施例的配置图；图2是示出了根据本发明的三维超声波检查设备实施例中包括的信号处理单元的详细配置图；图3是示出了根据本发明的三维超声波检查设备实施例中包括的显示处理装置的详细配置图；图4是示出了根据本发明的三维超声波检查设备实施例中包括的另一显示处理装置的详细配置图；图5 (包括图5A和5B)是示意性示出根据本发明的三维超声波检查设备实施例中包括的结合部分图像生成单元执行的映射程序的示意图，更具体而言，图5A是示出了执行映射程序的x_y平面和网格之间关系的示意图，图5B是示出了图5A中所示沿线A-A’的要检查对象截面(z-x平面)的示意图；图6 (包括图6A、6B和6C)是示出相对于x_y平面上每个网格ml、m2和m3 (图5中所示)深度方向(z方向)上强度分布的示意图，更具体而言，图6A是示出了 x-y平面上网格ml的z方向上强度分布的示意图，图6B是示出了 x-y平面上网格m2的z方向上强度分布的示意图，图6C是示出了 x-y平面上网格m3的z方向上强度分布的示意图；图7是示出了由根据本发明的三维超声波检查设备实施例中包括的连接部分图像生成单元生成的焊接部分(连接部分)处的三维图像范例的示意图；图8 (包括图8A和SB)是示出了由根据本发明的三维超声波检查设备中包括的显示处理装置的判断单元的未熔化压接部分判断元件执行的焊接状态判断(次级判断)原理的示意图，更具体而言，图8A是示出了 z-x平面中发生的真实反射(直接反射和多次反射)范例的要检查对象(z-x平面)截面图，图8B是示出了对应于图8A中所示z-x平面的超声波图像范例的示意图；以及图9 (包括图9A和9B)是示出了由根据本发明的三维超声波检查设备中包括的显示处理装置的判断单元的未熔化压接部分判断元件执行的焊接状态判断(次级判断)中使用的多次反射路径的示意图；更具体而言，图9A是示出了每个板状结构厚度不同的情况下多次反射路径的示意图，而图9B是示出了每个板状结构厚度相同的情况下多次反射路径 的示意图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图描述根据本发明的三维超声波检查设备实施例。图I是示意性示出了三维超声波检查设备10的配置图，其用作根据本发明的三维超声波检查设备的一个实施例。三维超声波检查设备10包括超声波换能器11，作为超声波传感器，使超声波振动转变为电信号以及反之使电信号转变为超声波振动，并且发射和接收具有所需频率的超声波；信号产生单元12，用于产生驱动超声波换能器11的驱动信号；驱动元件选择单元13，用于通过选择信号产生单元12的驱动信号来有选择地驱动超声波换能器11的压电振动器；信号检测电路16，包括信号检测电路，用于向焊接区15辐照超声波换能器11产生的超声波，要检查对象14的结合区(在下文中可以包括“被检查对象”)，然后通过超声波换能器11接收来自焊接区15的反射回波的信号；信号处理单元17，用于通过将对应于信号检测电路16检测的反射回波的电信号进行并行算术处理来产生三维(3D)超声波图像；以及显示处理装置18，用于通过将信号处理单元17中处理的三维(3D)超声波图像并且随后显示判断结果来自动且精确判断内部结构、结合部分(焊接区)15的状态和焊接缺陷28的状态。超声波换能器11包括配置(板)21，其中以矩阵状态排列和布置大量的压电振动器20，矩阵具有“m”行“n”列，从而构成矩阵传感器。由驱动元件选择单元13选择信号产生单元12产生的驱动信号并且将其施加到超声波换能器11的每个压电振动器20mn。可以通过在所需驱动时刻选择驱动元件选择单元13来单独或成组地驱动压电振动器20mn。除了 布置成矩阵之外，可以将每个压电振动器20布置成行或交叉线，以便构成传感器阵列。使液体或固体声波传播介质23与发射和接收超声波的表面紧密接触，该表面是超声波换能器11的感测表面，具体而言，为要检查对象14的侧面。在声波传播介质23和要检查对象14之间提供用于对超声波进行声学匹配的耦合剂24。如果将诸如水的液体用作声波传播介质23，则不需要耦合剂24。此外，在声波传播介质23具有箱形状时，根据结合区(部分)15的尺寸形成其开口的面积，结合区是要检查对象14的检查区域(目标区域)，由压电振动器20产生的超声波的振荡角(开张角度)确定声波传播介质23的高度。作为要检查的对象14，例如，考虑通过点焊结合的三个板状结构14a、14b和14c，由三维超声波检查设备10利用超声波以非破坏方式对结构14a、14b和14c的点焊区域进行内部检查。作为要检查的对象14，可以使用四件或更多通过叠加它们而焊接的板状结构。要检查的对象14可以是金属材料或树脂材料。在通过叠加并且点焊将三个板状结构14a、14b和14c结合在一起时，通过焊接电极在板状结构14的结合区外表面上形成凹面部分25作为压痕部分。于是，结合区15的厚度T变得比结合区15周围的非结合区26小一凹面部分25的形成量。在图I中，附图标记27表示结合区15的熔融固化部分，附图标记28表示结合区15中存在的诸如气孔的焊接缺陷。与此同时，信号产生单元12用于向超声波换能器11供应驱动信号，以便通过致动压电振动器20的压电物质来产生超声波，产生脉冲或连续驱动信号。对于产生的驱动信号，选择要由驱动元件选择单元13驱动的压电振动器20mn，并且在所需时刻向选定的压电振动器20mn供应驱动信号。由于驱动元件选择单元13依次选择要在所需时刻驱动的一个或多个压电振动器20，在来自信号产生单元12的驱动信号供应至选定的压电振动器20时，驱动压电振动器20以产生具有所需频率的超声波U。超声波换能器11的压电振动器20mn相继产生的超声波通过声波传播介质23，经由耦合剂24进入要检查的对象14，到达要检查的对象14的检查区域15 (非结合区26、熔融固化部分27、诸如气孔的焊接缺陷部分28和底部29)，并且在边界层被反射。
经由声波传播介质23从要检查的对象14向超声波换能器11输入从底部29、非结合区26、熔融固化部分27、要检查的对象14的诸如气孔的焊接缺陷部分28的边界层反射的回波。在超声波换能器11中，以不同的时滞向用作矩阵传感器的超声波换能器11的压电振动器20中输入每个反射回波。将输入到压电振动器20中的反射回波转变为电信号并且输入到信号检测电路16中，其中均相对于对应的压电振动器20检测反射回波的电信号。在三维超声波检查设备10中，在向驱动元件选择单元13选择的压电振动器20mn施加驱动信号时，在超声波换能器11的压电振动器20中，压电振动器20mn工作以产生超声波U。通过声波传播介质23，如有必要还通过耦合剂24，将超声波U辐照到检查区域，检查区域是要检查的对象14的结合区15。辐照到要检查的对象14的检查区域15的超声波U的部分从检查区域15的密度边界层反射并且被反射为回波。反射的回波通过耦合剂24和声波传播介质23以不同时滞被矩阵传感器(超声波换能器11)的压电振动器20接收，被作为对应于反射回波的电信号发射到信号检测电路16并且被检测，所述电信号是利用压电振动器20执行的压电转换获得的。在超声波换能器11中，由于通过相继从驱动信号选择单元13供应的驱动信号在所需时刻相继驱动压电振动器20mn，矩阵传感器11以二维方式接收压电振动器20mn产生的超声波反射回波。在将压电振动器20nm的“m”行(X轴方向)和“n”列(y轴方向)(在图I中所示的范例中，X轴方向设置的十个压电振动器乘以y轴方向设置的八个压电振动器总共等于八十个压电振动器)设置成矩阵时，如果由驱动元件选择单元13相继向压电振动器20mn供应驱动信号，配置超声波换能器11，使得在向压电振动器20mn相继供应驱动信号的时刻由压电振动器20nm相继产生超声波U，矩阵传感器11相继接收到压电振动器20nm相继产生的超声波反射回波，并且在每次接收到反射回波时向信号检测电路16发送对应于反射回波的电信号，该电信号是被接收信号。因此，在信号检测电路16中，矩阵传感器11以二维方式接收利用超声波换能器11的工作由设置成矩阵的个体压电振动器20nm产生的超声波的反射回波。矩阵传感器11接收与个体压电振动器20mn产生的超声波对应的反射回波，将对应于接收的反射回波的电信号发送到信号检测电路16并且通过信号检测电路16发送到信号处理单元17。信号检测电路16具有检测与矩阵传感器11产生的反射回波对应的电信号的功能。在被检测信号中，将检查所需的多个信号均供应给信号处理单元17中的放大器31a、31b、......和31i中的一个。放大器31a、31b、……和31i具有放大与反射回波对应的所供电信号的功能，并且分别向A/D转换器32a、32b……和32i供应放大后的电信号。A/D转换器32a、32b、……和32i具有对所供应电信号进行A/D转换并且分别向并行处理器33a、33b、……和33i供应转换后电信号的功能。信号处理单元17中的并行处理器33具有使从A/D转换器32a、32b、……和32i供应的数字信号进行快速并行算术处理以及识别从分成检查区域(成像区域)的网元反射的强度的功能。由三维图像生成单元34将识别的反射强度合成为三维成像信息(数据)并 且发送到显示处理装置18。在显示处理装置18中，连接部分数据处理单元35处理从三维图像生成单元34发送的三维成像数据并且向连接部分图像生成单元36发送处理过的连接部分数据，连接部分图像生成单元36基于连接部分数据处理单元35处理的连接部分数据产生三维图像，判断单元37判断检查区域(目标区域)是良好(通过)还是不好(拒绝)。与此同时，在显示处理装置18中，显示单元38将从连接部分图像生成单元36发送的确定结果或三维超声波图像显示为超声波测试图像。图2是示出了三维超声波检查设备10中包括的信号处理单元17的详细配置图。在图2中具体示出了并行处理器33和三维图像生成单元(图像合成处理器)34。更具体而言，信号处理单元17中包括的并行处理器33分别具有内存储器40a、40b、……和40i，以及处理(算术)电路41a、41b、……和41i。三维图像生成单元34是统一的处理器，具有图像合成处理单元44、边界提取处理单元45、形状数据存储单元46和列表数据存储单元47。
内存储器40a、40b、……和40i具有分别暂时存储从A/D转换器32a、32b、……和32i供应的A/D转换信号以及列表数据存储单元47获得的传播时间数据的功能。处理电路41a、41b、……和41i具有识别从成像区域(检查区域)的网元反射的强度的功能并且使每个网元对应于反射强度。将对应于网元的反射强度供应给三维图像生成单元(图像合成处理器)34的图像合成处理单元44。图像合成处理单元44具有通过将相对于检查区域的每个网元供应的反射强度相加来产生三维成像数据的功能。将产生的三维(3D)成像数据供应给显示处理装置18。与此同时，边界提取处理单元45具有从图像合成处理单元44发送的结果提取要检查的对象14内部存在的边界的功能。向列表数据存储单元47发送关于所提取边界的信
肩、O形状数据存储单元46具有事先存储关于相对于要检查的对象14的表面形状和边界层状结构的信息的功能。如果需要的话，将存储的信息发送到列表数据存储单元47。列表数据存储单元47具有如下功能通过对超声波传播时间制表，事先存储矩阵传感器11的每个压电振动器20mn之间的超声波传播时间(或者可以使用相等距离)。如果需要的话，将所存储的超声波传播时间的部分或整体传输到并行处理器33的内存储器40a、40b、......和 40i。此外，可以利用关于边界提取处理单元45供应的要检查对象14中提取的边界的信息和相对于要检查的对象14的表面形状或层状结构的信息重置列表数据存储单元47中存储的超声波传播时间。通过这种方式，信号处理单元17中的并行处理器33和三维(3D)图像生成单元34具有如下功能产生三维成像数据I，用于通过处理从A/D转换器32a、32b、……和32i供应的数字信号对结合区15的状态进行可视化。利用开放-合成处理，通过使对应于信号检测电路16检测的反射回波的电信号均对应于要检查的对象14内部设置的三维成像区域的网元之一，产生三维成像数据。三维图像生成单元34通过如下方式产生三个平面(二维)图像从三个方向看透三维成像数据I，所述三个方向是从超声波换能器11观看的前(X-Y平面)向以及垂直于前向并彼此垂直的两个方向(Y-Z平面)和(Z-X平面)，在平面上在三个方向上投射成像数据的最大数据值，在三维成像数据I的看透方向上对该数据值进行叠加。将三维图像生成单元34产生的三维成像数据I发送到显示处理装置18。图3和4的每个都是示出了三维超声波检查设备10中包括的显示处理装置18的详细配置图。
例如，图3中所示的显示处理装置18包括连接部分数据处理单元35，其包括第一峰值检测元件51、第二峰值检测元件52、衰减校正处理元件53和逆向校正处理元件(衰减增加处理元件)54 ;连接部分图像生成单元36 ;和确定单元37。此外，如有必要，显示处理装置18还可以包括板组合信息存储单元56作为信息存储单元(图I中省略)，用于存储要检查的对象(板组合)14的信息(至少包括每个板(板状结构)的厚度信息作为板组合的分量)，该信息可以用于连接部分图像生成单元36和确定单元37中。连接部分数据处理单元35利用第一峰检测元件51、第二峰检测元件52、衰减校正处理元件53和逆向校正处理单元54，在每个点(x，y)沿深度方向(z轴方向)检测强度分布的第一峰和第二峰，这是生成结合区15的三维图像必需的。在这里，第一峰是在三维成像数据I的强度分布(下文提到的图6中所示)的深度方向上距Z=O最近(最浅)位置出现(显现)的峰。第二峰是在三维成像数据I的强度分布的深度方向上比要检查的对象14中第一峰出现位置更深的位置出现(显现)的峰。此外，将把下文提到的图6中所示的峰61和62描述为第一峰61和第二峰62。连接部分图像生成单元36通过利用连接部分数据处理单元35分别检测到的每个点(x，y)处沿深度方向(z轴方向)上强度分布的第一峰和第二峰生成结合区15的三维图像。判断单元37根据连接部分图像生成单元36生成的结合区15的三维图像和具有两个不同阶段的焊接状态判断准则来判断结合区15的状态是否良好。如图3中所示，更具体而言，判断单元37包括开放/小判断元件58，判断结合区15的状态是否良好，作为第一判断阶段；以及未熔化压接判断元件59，以判断结合区15的状态是否良好，作为第二判断阶段；由此通过两个不同的焊接状态判断阶段判断结合区15的状态是否良好。在这里，开放/小表示结合区15处于开放状态和/或小状态。开放状态表示结合区15具有气孔(空隙)，因此部分开放为空间。小状态表示结合区15的熔融固化部分的尺寸不符合焊接标准，亦即，结合区15的熔融固化部分的尺寸小于满足焊接标准的最小尺寸。因此，在结合区15处于开放状态和小状态的至少一种状态中的情况下，将结合区15判定为“拒绝(可拒绝质量)”。同时，在结合区15既不处于开放状态也不处于小状态的情况下，将结合区15判定为“可接受(可接受质量)”。将描述显示处理装置18中的连接部分数据处理单元35、连接部分图像生成单元36、判断单元37和板组合信息存储单元56。连接部分数据处理单元35的第一峰检测元件51是沿深度方向检测三维成像数据I的强度分布的第一峰的配置元件。第一峰检测元件51包括接收用于检测第一峰的搜索范围并且保持(设置)搜索范围的功能(第一峰检测范围设置功能)、在搜索范围中检测最大强度峰作为第一峰的功能(第一峰检测功能)和测量要检查对象14表面位置(耦合剂24侧面上的面)的功能(表面位置测量功能)。根据用户初步设置的第一峰搜索范围，第一峰检测元件51在对应于第一峰搜索范围中的每个网格的每个点(x，y)处检测最大强度峰。接下来，第一峰检测元件51测量每个点(x，y)处检测的第一峰的每个位置(z坐标)，然后利用第一峰搜索范围中每个点(x，y)处检测的第一峰的每个位置(z坐标)测量表面(位于耦合剂一侧)。此时，第一峰检测元件51还测量凹痕深度(图5中所示的t)。第二峰检测元件52是沿深度方向检测三维成像数据I的强度分布第二峰的配置元件，基本包括与第一峰检测元件51等价的功能。亦即，第二峰检测元件52包括接收用于检测第二峰的搜索范围并且保持(设置)搜索范围的第二峰检测范围设置功能、在搜索范围中检测最大强度峰作为第二峰的第二峰检测功能和测量要检查对象14底部29位置的底部位置测量功能。根据用户初步设置的第一峰搜索范围，第二峰检测元件52在对应于第二峰搜索范围中的每个网格的每个点(x，y)处检测每个最大强度峰。接下来，第二峰检测元件52测量在每个位置(x，y)检测的第二峰的每个位置(z坐标)，然后利用在第二峰的搜索范围中的每个位置(x，y)检测的第二峰的每个位置(z坐标)测量底表面(位于底侧)29。此时，第 二峰检测元件52还测量凹痕深度(图5中所示的t)。设置第二峰的搜索范围，使得第二峰所在的z坐标始终大于(深于)第一峰所在的Z坐标。例如，如果第一峰所在的z坐标为zl (z=zl)，在第二峰检测元件52搜索第二峰的情况下，将向充当第一峰所在位置(z坐标)的zl增加预定深度(例如a )获得的z坐标(z=zl+a )设置为开始位置。为了防止衰减校正处理元件53错误地将声波传播介质23的回波(底部回波)检测为第一峰，在声波传播介质23未紧密附着于板状结构14a的情况下，底部回波是从底部29反射的，衰减校正处理元件53进行校正处理(在下文中将称为“衰减校正处理”)，以便随着深度增加而增大沿要检查对象14的三维图像数据的深度方向(z方向)上的反射回波的强度。更详细地讲，利用以下表达式1，衰减校正处理元件53在衰减校正处理之后沿z方向计算强度分布F (V)。[表达式I]F (v) =v/r zv:深度z中的反射强度r:校正系数z:深度衰减校正处理元件53包括用于存储信息的存储区域，在存储区域中存储执行衰减校正处理必要的信息，例如用于衰减校正处理的表达式I的信息、每条参数信息、校正系数r的设定值(0〈r〈l)信息等。衰减校正处理元件53基于三维成像数据I、深度z、校正系数r和用于计算表达式I的数学表达式(=v/rz)获得在所获深度z处的强度V，然后计算表达式I中所述的F (V)。衰减校正处理是在声波传播介质23未紧密附着于板状结构14a的情况下防止错误地将声波传播介质23的底部回波检测为第一峰的校正处理。在声波传播介质23紧密附着于板状结构14a的情况下，由此衰减校正处理元件53正确地检测第一峰，没有第一峰的误检测，因此不必执行衰减校正处理。亦即，衰减校正处理是用于正确检测第一峰的任选处理(辅助处理)，根据需要来执行。由于衰减校正处理是任选处理，不必一定进行，所以将衰减校正处理元件53配置成能够根据用户的选择操作切换到是否执行衰减校正处理。在用户的选择操作允许衰减校正处理元件53执行衰减校正处理时，衰减校正处理元件53执行衰减校正处理。亦即，由于衰减校正处理元件53的衰减校正处理是通过增大初始强度V获得比初始强度(未执行衰减校正处理)更强的强度(执行衰减校正处理)F (V)的处理，所以校正系数r变为小于I的正数(0〈r〈l)。为了防止逆向校正处理元件54错误地检测除第二峰之外的高阶峰，例如第三峰、第四峰等，高阶峰是第二峰的重复回波，逆向校正处理元件54进行处理(在下文中将称为“逆向校正处理”)，以便被迫在深度增大时沿着 要检查对象14的三维图像数据的深度方向(z方向)衰减反射回波的强度。在出现于比第二峰出现的深度位置更深的深度位置处的第三峰、第四峰等强度比第二峰的强度更强的情况下，会发生第二峰的误检测。例如，如果第一峰出现在浅位置，也将搜索第二峰的区间(范围)设置在浅位置。理论上，由于除第二峰之外的高阶峰，例如第三峰、第四峰等是第二峰的重复回波，所以第三峰或第四峰的强度不应比第二峰的强度更强。不过，在实际中，由于超声波换能器11和要检查的对象14之间的接触状态、要检查的对象14的表面状态等原因，第三峰或第四峰的强度偶尔变得比第二峰的强度更强。在可能发生如上所述的第二峰误检测的情况下，逆向校正处理元件54是有用的。衰减校正处理元件53和逆向校正处理元件54之间的差异是每个元件53、54中存储的校正系数r的每个设定值。具体而言，将衰减校正处理元件53中存储的校正系数r设置为大于I的正数(r>l)，将逆向校正处理元件54中存储的校正系数r设置为小于I的正数(0〈1〈1)。不过，衰减校正处理元件53和逆向校正处理元件54的基本构造并非显著不同。逆向校正处理元件54执行的逆向校正处理是任选处理(辅助处理)，与衰减校正处理类似用于正确地检测第二衰减校正处理。亦即，如有必要，逆向校正处理元件54执行逆向校正处理。此外，尽管图4中所示的连接部分数据处理单元35A在检测第一峰方面类似于图3中所示的连接部分数据处理单元35，连接部分数据处理单元35A与连接部分数据处理单元35的不同之处在于，连接部分数据处理单元35A包括的第一峰检测元件71采用的检测方法不同于第一峰检测元件51的方法而非第一峰检测元件51。由于连接部分数据处理单元35A在其他方面并非与连接部分数据处理单元35显著不同，所以将图4中的相同附图标记或特征分配给与图3中那些相同或类似的部件，并且省略其描述。相对于第一峰检测元件51，第一峰检测元件71还具有防止误检测第一峰的功能(第一峰误检测防止功能)。由于第一峰检测元件71具有第一峰误检测防止功能，所以第一峰检测元件71能够在声波传播介质23未紧密附着于板状结构14a的情况下防止错误地将声波传播介质23的底部回波检测为第一峰。在声波传播介质23的底部回波未紧密附着于板状结构14a的情况下，发生反射回波的相位反转。尽管声波传播介质23的底部回波相位未反转，但板状结构14a处反射的回波相位反转。于是，可以利用相位反转实现第一峰检测元件71的第一峰误检测防止功能。换言之，由于第一峰检测元件71能够通过检测是否发生相位反转来判断是声波传播介质23的底部回波还是板状结构14a处反射的回波，所以第一峰检测元件71能够防止将声波传播介质23的底部回波错误地检测为第一峰。以这种方式配置的连接部分数据处理单元35在每个位置(x，y)沿深度方向(z轴方向)检测强度分布的第一和第二峰，并且基于连接部分数据处理单元35检测的第一峰和第二峰的每个位置(X，y)处的每个Z坐标测量要检查的对象14的表面和底部29的每个位置。将参考图5、6和7描述显示处理装置18中包括的连接部分图像生成单元36。图5 (包括图5A和5B)是示意性示出由结合部分图像生成单元36执行的绘图流程的示意图。更详细地讲，图5A是示意性示出执行映射程序的x-y平面和x-y平面的网格之间关系的示意图。图5B是示意性示出由结合部分图像生成单元36执行的映射程序的示意图。在这里，图5B中所示的参考符号“t”表示压痕深度。图6 (图6A、6B和6C)是示出相对于x-y平面上每个网格ml、m2和m3 (图5中所不)深度方向(z方向)强度分布的不意图。在这里，图6A、6B和6C分别对应于图5中所不的三个网格ml、m2和m3。图7是示出了由连接部分图像生成单元36生成的焊接部分(连接部分)15的三维图像范例的示意图。在这里，在图7中，空白网格，“G”表示的网格，以及“B”表示的网格分别表示红色网格、绿色网格和蓝色网格。相对于连接部分数据处理单元35检测的每个位置(x，y)，连接部分图像生成单元36基于深度方向(z方向)强度分布的第一和第二峰61和62，相对于x-y平面上的每个网格，计算发生超声波反射的每个深度位置。例如，如图5B中所示，对于图5A中所示的每个网格ml、m2和m3，假设网格ml发生超声波反射的深度位置是位于第一板状结构14a和第二板状结构14b之间区域的非结合区26，网格m2发生超声波反射的深度位置是位于第二板状结构14b和第三板状结构14c之间区域的非结合区26，网格m3发生超声波反射的深度位置是底表面29。为了测量发生超声波反射的每个深度位置，相对于每个网格，如图6所示，连接部分图像生成单元36计算(测量)每个位置(x，y)在深度方向(z方向)上强度分布的第一和第二峰61和62之间的每个距离d。在图5中所示的网格ml、m2和m3的范例中，计算(测量)每个网格ml、m2和m3发生超声波反射的深度位置的每个深度作为每个深度dl、d2和d3 (dl〈d2〈d3)。在计算相对于每个网格发生超声波反射的每个深度位置之后，连接部分图像生成单元36通过相对于每个网格执行映射程序获得结合区15的三维图像(结合区图像)。连接部分图像生成单元36基于预定深度范围和显示单元38上显示的颜色之间的关系判定与计算的深度对应的每个网格的颜色。接下来，连接部分图像生成单元36在每个网格上绘制判断结果(确定的颜色)。例如，如图7所示，假设在要检查的对象14的整个厚度的计算深度比例在零到三分之一(0-1/3)范围之内的情况下，将网格的颜色设置为红色(例示为图7中的空白网格)，在要检查的对象14的整个厚度的计算深度比例在三分之一到三分之二(1/3-2/3)范围之内的情况下，将网格的颜色设置为绿色(例示为图7中的附图标记“G”)，在要检查的对象14的整个厚度的计算深度比例在三分之二到一(2/3-1)范围之内的情况下，将网格的颜色设置为蓝色(例示为图7中的附图标记“B”)。在这种情况下，在相对于每个网格确定与计算的深度对应的颜色之后，应当显示每个网格的颜色。顺便讲到的是，尽管在本范例中不考虑一些误差而设置每个深度范围，但可以考虑一些误差来设置每个深度范围。通过这种方式，在确定每个位置(x，y)的颜色时，连接部分图像生成单元36能够、通过将每个网格染上相对于每个网格确定的颜色来获得图7中所示的结合区图像。在图7中所示的范例情况下，由于蓝色网格示出了通过焊接连接板状结构14a、14b和14c的区域，绿色网格示出了通过焊接连接板状结构14a和14b的区域，红色网格示出了根本未通过焊接连接板状结构14a、14b和14c或出现焊接缺陷部分28的区域，所以即使用户仅观看(检查)结合区15的三维图像(结合区图像)，用户就能够容易地确定结合区15的状态。在本实施例中，尽管通过三个板状结构14a、14b和14c配置要检查的对象14，但要检查的对象14可以是两个、四个或更多板状结构。此外，即使通过将用于绘图流程的颜色数设置为等于或大于板状结构的数目，增加了板状结构的数量，连接部分图像生成单元36也能够生成结合区图像，使得用户能够与上述范例相同确定通过焊接连接的板状结构数目。此外，连接部分图像生成单元36具有检测并测量结合区15的尺寸和位置以及焊接缺陷部分28的尺寸和位置的功能。连接部分图像生成单元36能够测量要检查的对象14中结合区15的尺寸和位置以及要检查的对象14中焊接缺陷部分28的尺寸和位置。 在图7中所示的连接部分图像(x-y平面冲，将蓝色网格和其他网格(绿色网格或红色网格)之间的外侧边界(图7中示出的粗线)显示为结合区15的轮廓形状。在结合区15中存在诸如气孔的焊接缺陷部分28的情况下，将连续蓝色区域(由连接部分图像生成单元36确定为同样深度范围的连续区域)中存在的闭合红色区域(连续区域，由连接部分图像生成单元36确定为与对应于蓝色连续区域的深度范围不同的相同深度范围，对应于图7中所示范例中的八个蓝色网格中包围的一个空白网格)独立显示为诸如气孔的焊接缺陷部分28。亦即，将焊接缺陷部分28的轮廓形状显示为连续蓝色区域和连续红色区域之间的边界线(边界)。在结合区15中不存在焊接缺陷部分28的情况下，红色网格不出现在连接部分图像中依次存在的蓝色网格中。此外，在一些情况下，例如，在位于第二板状结构14b和第三板状结构14c等之间的区域的非结合区26附近存在焊接缺陷部分28的情况下，可以将焊接缺陷部分28显示为蓝色连续区域或存在红色区域和绿色区域的混合区域中的闭合绿色区域。通过利用以这种方式获得的结合区15的三维图像(结合区图像)，连接部分图像生成单元36能够基于结合区15的轮廓形状和焊接缺陷部分28确定结合区15的尺寸和结合区15的中心位置。此外，在一种情况下，在结合区图像中，确定为x-y平面中相同深度范围的连续区域，例如图7中所示的空白网格存在于确定为x-y平面中相同深度范围的另一连续区域中，例如图7中所示的蓝色网格中。在以上情况下，连接部分图像生成单元36将另一连续区域中包围的连续区域视为焊接缺陷部分28，由此能够基于焊接缺陷部分28的轮廓形状确定焊接缺陷部分28的尺寸和焊接缺陷部分28的中心位置。应当指出，它不限于上述范例，例如绘图方法，绘图的颜色选择、显示水平的数目(设计要检查的对象14的深度的数目)等，在连接部分图像生成单元36生成结合区15的三维图像(结合区图像)时采用的上述范例。可以从设计中任何种类的选择中任意选择上述范例。为了改善连接部分图像生成单元36生成的图像和判断单元37判定的判断精确度，板组合信息存储单元56包括存储区域，用于存储作为要检查对象(板组合)14的每个板状结构的每个厚度的信息、连接部分图像生成单元36和判断单元37根据需要使用的信息。例如，在要检查对象(板组合)14的每个板厚度接近相等时，即使考虑到测量误差，也很少发生误检测，从而将示为绿色的深度位置确定为示为蓝色的深度位置，将示为红色的深度位置确定为示为绿色的深度位置，等等。不过，在板状结构配置的要检查对象14的每个厚度都不同时，连接部分图像生成单元36可能在如上所述的设置中错误地检测深度位置。于是，通过这种方式，在确定用于相对于x-y平面上每个网格的绘图流程的每种颜色时，将板组合信息存储单元56中存储的板组合信息用作提示。更详细地讲，首先，连接部分图像生成单元36确定通过参考板组合信息存储单元56中存储的板组合信息获得的对应于深度位置的深度方向上的距离(深度位置“d”)、分别连接三个板状结构14a、14b和14c的深度位置。接下来，连接部分图像生成单元36根据确定的深度位置确定用于相对于x-y平面上的每个网格的绘图流程的每种颜色。例如，如果图5中所示作为要检查对象(板组合)14的板状结构14a、14b和14c的每个厚度分别为“ta”、“tb”和“tc”(ta关tb关tc>0)，容许误差为“e”，在位置(x，y)计算的深度为“d”，连接部分图像生成单元36能够确定一种颜色(在下文中将称为“网格颜色”)，连接部分图像生成单元36使位置(x，y)处存在的网格根据以下表达式(条件表达式)2执行绘图流程。在表达式2中，在满足的条件表达式是条件表达式(I);条件表达式(2)和条件表达式(3)的情况下，例如，分别将网格颜色确定为红色、绿色和蓝色。[表达式2]d〈ta+e... (I)ta+tb - e〈d〈ta+tb+e…(2)
ta+tb+tc - e〈d〈ta+tb+tc+e…(3)在这里，参考符号“ta”、“tb”和“tc”分别表示板状结构14a、14b和14c的厚度，参考符号“e”表示容许误差，参考符号“d”表示在(x，y)计算的深度。可以以不同方式设置深度d的上限值的容许误差e和深度d的下限值容许误差e。连接部分图像生成单元36向判断单元37和显示单元38发送要检查对象14的结合区15的尺寸和位置以及焊接缺陷部分28的尺寸和位置的测量结果，基于结合区15的三维图像测量的测量结果。判断单元37根据从连接部分图像生成单元36输入的结合区图像以及确定准则的信息、确定准则中使用的数学表达式和参数、判断单元37中存储的信息，通过两个不同的焊接状态判断阶段来判断结合区15是否良好。更具体而言，判断单元37的开放/小判断元件58进行开放/小判断，这是结合区15是否良好的焊接状态判断的第一阶段(在下文中将称为“初级判断”)。判断单元37的未熔化压接判断元件59进行未熔化压接判断，这是结合区15是处于良好状态还是未熔化压接状态的焊接状态判断的第二阶段(在下文中将称为“次级判断”)。难以仅基于从连接部分图像生成单元36获得的结合区图像正确判断结合区15是否处于未熔化压接状态。亦即，在结合区15中没有气孔(空隙)的情况下，结合区15的尺寸满足焊接标准，即使结合区15处于要检查的对象14中包括的未熔化压接状态，结合区15也不是熔融固化的，因为不可能在未熔化压接状态(应当判断为“拒绝”)和结合区15被正确焊接的状态(应当判断为“接受”)之间进行区分，所以不能检测结合区15的未熔化压接状态。这是判断单元37通过作为初级判断的开放/小判断和作为次级判断的未熔化压接判断来判断结合区15是否良好的原因。此外，由于在处于开放状态的未结合部分处发生明显反射，可以将处于开放状态的部分映射为绿色区域或红色区域。同时，由于在处于未熔化压接状态的结合区15处反射而发生的超声波(反射)回波弱得多，所以难以正确地将处于未熔化压接状态的结合区15处反射导致的反射回波峰检测为第二峰62。这是不能检测到结合区15的未熔化压接状态的原因。因此，考虑到判断结合区15是否良好的精确度的改进，重要的是改进了判断结合区15中是否有未熔化压接部分的精确度。因此，判断单元37被配置成执行开放/小判断作为初级判断，然后执行未熔化压接判断作为次级判断。在初级判断中，判断单元37从要判断结合区15是否良好的对象中排除被判断是开放状态还是小状态的要检查的对象14。在次级判断中，相对于在初级判断中接受(通过)的要检查的对象14，判断单元37判断结合区15中是否存在未熔化压接部分。 在作为初级判断的开放/小判断中，开放/小判断元件58判断结合区15是否处于开放/小状态。开放/小状态表示结合区15中有气孔(空隙)和/或结合区15的尺寸不满足焊接标准。在结合区15中没有气孔(空隙)且结合区15的尺寸满足焊接标准的情况下，开放/小判断元件58判定为“接受”。在开放/小判断元件58将要检查的对象14判定为“接受”的情况下，未熔化压接判断元件59进行未熔化压接判断作为次级判断，由此判断结合区15是否良好。同时，在开放/小判断元件58判定要检查的对象14为“拒绝”的情况下，结束结合区15是否良好的焊接状态判断。在作为次级判断的未熔化压接判断中，未熔化压接判断元件59判断结合区15是否处于未熔化压接状态。亦即，未熔化压接判断元件59判断由开放/小判断元件58判定为结合区15的熔融固化部分的区域尺寸是否大于满足焊接标准的最小尺寸以及板状结构是否彼此紧密结合而没有熔化。具体而言，未熔化压接判断元件59集中于被判定为结合区15的熔融固化部分的区域，检查第一峰61和第二峰62之间的反射回波的强度(更确切地讲，存在于第一板状结构14a的底部附近)，由此判断结合区15是否处于未熔化压接状态。在包括未处于未熔化压接状态(正常状态)的结合区15的要检查对象14 (在下文中称为“正常对象”)和包括处于未熔化压接状态的结合区15的要检查的对象14之间比较，在接近第一板状结构14a的底部的区域中，从包括处于未熔化压接状态的结合区15的要检查的对象14获得的反射回波的强度与从处于正常状态的要检查的对象14获得的反射回波的强度不同。在将从包括处于未熔化压接状态的结合区15的要检查的对象14获得的反射回波强度与从处于正常状态的要检查的对象14获得的反射回波的强度比较时，从处于正常状态的要检查的对象14获得的反射回波的强度稍强于从包括处于未熔化压接状态的结合区15的要检查的对象14获得的反射回波强度。因此，未熔化压接判断元件59基于从包括处于未熔化压接状态的结合区15的要检查的对象14获得的反射回波的强度和从处于正常状态的要检查的对象14获得的反射回波强度之间的差异，判断结合区15是否处于未熔化压接状态。此外，考虑到检测结合区15是否处于未熔化压接状态，发明人获得(发现)的知识(发现)是，对于改进次级判断的精确度而言有效的是使用基于出现在第二峰出现的深度位置和继第二峰之后的第三峰出现的深度位置之间的深度位置的反射回波，换言之，从多次反射波获得的反射回波的强度的信息。亦即，发明人的认识如下在使用基于从多次反射波获得的反射回波的信息的情况下次级判断的精确度优于在使用出现于第一峰出现的深度位置和第二峰出现的深度位置之间的深度位置的反射回波强度的信息的情况下次级判断的精确度。于是，应用于三维超声波检查设备10的显示处理装置18的判断单元37的未熔化压接判断元件59利用通过多次反射发生的超声回波强度，由此判断结合区15是否处于未熔化压接状态。要指出的是，发明人的认识未阻止在未熔化压接判断元件59执行次级判断中利用第一峰61和第二峰62之间存在的反射回波的强度。将参考图8和9，即图8A、8B、9A和9B描述未熔化压接判断元件59执行的焊接状态判断的第二阶段。图8 (包括图8A和SB)是示出了判断单元37的未熔化压接判断元件59执行的焊接状态判断(次级判断)原理的示意图，更具体而言，图8A是示出了 z-x平面中出现的实际反射(直接反射和多次反射)范例的要检查对象(Z-X平面)截面图，图8B是示出了对应于图8A中所示z-x平面的超声波图像范例的示意图。在这里，为了简化解释，图8中所示的 要检查对象14为板状结构14a和14b，作为要检查的对象14的范例。在这里,至于图8B中所示的附图标记，附图标记75表示与图8A中所示的要检查对象14的表面(上平面)对应的线，附图标记76表示与图8A中所示的要检查对象14的板状结构14a未结合底部的线，附图标记77表示与图8A中所示的要检查的对象14底部对应的线，附图标记78表示基于因直接反射而发生的超声回波计算的焊接区15的存在区域(在下文中将称为“直接反射区域”)，附图标记79表示基于因多次反射而发生的超声回波计算的焊接区15的存在区域(在下文中将称为“多次反射区域”)，附图标记80表示作为在开放/小判断中判定结合区15良好(可接受)的网格而存在的区域(在下文中将称为“临时可接受区域”)，附图标记82表示作为次级判断中利用的网格存在的区域(在下文中将称为“次级判断区域”)。如图8A中所示，辐照到要检查的对象14中的超声波导致的反射波包括通过多次反射，例如反射波R2、R4和R5发生的超声回波，以及通过直接反射，例如反射波Rl和R3发生的超声回波。在次级判断中，利用图8A中所示通过多次反射，例如反射波R2、R4和R5发生的超声回波。在图8B中所示的二维超声波图像中，z方向的长度与超声波换能器11向要检查的对象14发射超声波的时间到从超声波换能器11发射超声波的时间之间过去的时间成比例。由于传播通过要检查的对象14的超声波速度被视为常数，所以图SB中所示的z方向长度对应于超声波的传播距离(路径长度)。亦即，对应于要检查的对象14底部的线77出现在图8A中所示要检查的对象14左右方向的中间部分。对应于要检查的对象14底部的线77基于在要检查的对象14底部反射并且出现于从要检查的对象14表面到要检查的对象14底部每段距离的超声波的反射波。于是，在未熔化压接判断元件59执行的次级判断中，未熔化压接判断元件59不集中于直接反射区域78，但未熔化压接判断元件59集中于多次反射区域79。在图8A中，直接反射区域78存在于表示要检查的对象14表面的线75和表示要检查的对象14的底部的线77之间，基于在要检查的对象14底部直接反射的反射波R3计算出来。在图8A中，多次反射区域79存在于基于反射波R3计算的表示要检查的对象14底部的线77和基于要检查的对象14底部两次反射的反射波R5计算的表示要检查的对象14底部的线77之间。在未熔化压接判断元件59执行的判断中，首先，未熔化压接判断元件59获得对应于在来自开放/小判断元件58的初级判断中判定为“接受”的临时可接受区域80的网格位置的信息。接下来，如图8B所示，未熔化压接判断元件59从暂时可接受区域80提取排除预定区域之外的区域作为次级判断区域82。例如，图SB中所示的次级判断区域82是通过从暂时可接受区域80排除位于距暂时可接受区域80外边界预定距离之内的区域获得的。作为范例，存在如下情况将未熔化压接判断元件59获得的暂时可接受区域80表不为正方形，该正方形对应于布置成矩阵的二十五(25)个网格,该矩阵由X方向布置的五
(5)个网格和Y方向布置的五(5)个网格构成(5X5=25个网格),预定距离等于一个(I)网格的边长。在这种情况下，次级判断区域82对应于位于距暂时可接受区域80的外边界一
(I)个网格边长之内的网格获得的剩余区域，该剩余区域位于充当在X和y每个方向上都具有5-2=3个网格的正方形的暂时可接受区域80的中央部分，因此具有布置成矩阵的3X3=9网格。在基于连接部分图像生成单元36获得的x-y平面上每个网格的z方向上超声波回波的强度(反射强度)确定次级判断区域82之后，未熔化压接判断元件59比较在对应于多次反射区域79中的第一板状结构14a底部的深度位置，即可能存在处于未熔化压接状态的结合区15的深度位置(z坐标)的超声波回波强度与包括不处于未熔化压接状态的结合区15的正常对象的相同深度位置处的超声波回波强度。预先检查在另一种检查方法等中通过检查具有可接受质量的正常对象(试件)而获得的超声波回波强度作为比较准则，之后在未熔化压接判断元件59中以可读方式进行存储。更详细地讲，有一个范例确定z坐标集作为与多次反射区域79中第一板状结构14a底部对应的深度位置。在本范例中，将基于深度方向上一定距离处的反射波W3偏离与要检查的对象14底部对应的线77位置的深度位置视为可能存在处于未熔化压接状态的结合区15的深度位置。深度方向上的该距离对应于板状结构14a的厚度“ta”。要指出的是，z坐标是基于板组合信息存储单元56中预先存储的板组合信息确定的。在这里，在未熔化压接判断元件59执行的判断中，将追加描述利用多次反射导致的反射波而非直接反射导致的反射波的优点。图9 (包括图9A和9B)是示出了未熔化压接判断元件59执行的焊接状态判断(次级判断)中使用的多次反射路径的示意图。更具体而言，图9A是示出了每个板状结构厚度不同的情况下多次反射路径的说明图，图9B是示出了每个板状结构厚度相同的情况下多次反射路径的说明图。如图9A所示，在超声波在要检查的对象中的结合平面(边界层)处直接反射的情况下，长度相同的超声波路径仅在一个通道中(图9A的左侧)。同时，还有这样的情况超声波在作为要检查的对象的每个板状结构厚度中多次反射。在以上情况下，如果每个板状结构厚度相同，如图9A所示，长度相同的超声波路径是两条通道(图9A的右侧)。此外，如果每个 板状结构厚度不相同(不同)，如图9B所示，长度相同的超声波路径是四条通道。如上所述，由于在多次反射情况下长度相同的超声波路径数量大于直接反射的情况，所以对于次级判断有用的信息增加更多。因此，如果利用多次反射导致的反射波，可以比直接反射情况下次级判断的精确度更多地提高多次反射情况下次级判断的精确度。
如果超声波在某种波传播介质中传播的距离增加更多或超声波反射次数增加更多，超声波会得到更大衰减。于是，为了适当选择z坐标，应当考虑超声波的衰减。在次级判断区域82出现于对应于基于在要检查的对象14底部p (在这里，p是大于I的自然数)次反射的反射波P计算的要检查的对象14底部的线77和对应于基于在要检查的对象14底部P+1次反射的反射波计算的要检查的对象14底部的线77之间出现的次级判断区域82。由于S/N (信噪比)会随着反射次数p增大而减�。栽诜瓷浯问蟮那榭鱿拢缭诜瓷浯问齈等于5 (p=5)等情况下，从多次反射区域79提取次级判断区域82可能不是优选的。此外，配置判断单元37 (开放/小判断元件58和未熔化压接判断元件59)以能够设置在判断单元37判断结合区15状态是否良好时利用的判断标准。判断单元37设置从判断单元37中存储的多个判断准则中选择的至少一个判断准则。开放/小判断元件58判断结合区15的状态是否良好的判断准则范例是直径(或 半径)、结合区15的面积或厚度、压痕深度是否浅于预定深度的结果、气孔(焊接缺陷部分28的范例)的面积是否大于预定面积值(面积比)的结果等。未熔化压接判断元件59判断结合区15的状态是否良好的判断准则范例是超声波回波的绝对强度、超声波回波的相对强度等。此外，如果用于判断结合区15状态是否良好的阈值是预设的，可以从用户预设的所有阈值中选择阈值。通过这种方式配置的判断单元37通过将要判断的对象与判断准则进行比较来判断要判断对象是否满足判断准则。如果有至少一个要判断的对象，即使有从至少一个要判断对象选择的任何组合或任何对象，判断单元37也能够判断要判断的对象是否满足判断准则。判断单元37向显示单元38发送结合区15是否良好的判断结果。在判断单元37通过向判断单元37输入信息更新操作以识别信息更新操作时，也可以更新判断单元37中存储的各种信息。接下来，将描述三维超声波检查设备10的操作。为了利用三维超声波检查设备10获得结合区15，即要检查的对象的检查区域(目标区域)的超声波测试图像，激活超声波换能器11，即矩阵传感器。超声波换能器11利用驱动元件选择单元13在所需的时刻向矩阵压电振动器20相继施加信号产生单元12中产生的脉冲或连续驱动信号，每次施加一个或多个脉冲。在驱动元件选择单元13选择压电振动器20且驱动信号(电信号)动作以选择压电振动器20mn时，对选择的压电振动器20nm进行压电转换，产生具有所需频率的超声波。压电振动器20mn产生的超声波U通过具有所需尺度的声波传播液体介质23进入要检查的对象14的检查区域(结合区)15。超声波U进入要检查的对象14的检查区域15中，相继到达对象14内部具有不同密度的边界层，并且在平面中辐照。对象14内部辐照的超声波平面(二维)的一部分在边界层被反射，反射波通过声波传播液体介质23进入矩阵传感器11作为反射回波，并且进入压电振动器20。反射回波进入的每个压电振动器20充当压电变换元件，根据反射回波的大小向信号检测电路16发送电信号。由于向构成矩阵传感器11的超声波换能器11提供了大量压电振动器20mn，压电振动器20mn利用不同振荡位置相继产生的超声波在对象14的结合区(检查区域)处相继被反射，作为反射回波进入矩阵传感器11，并且作为反射回波的电信号相继从矩阵传感器11的压电振动器20被发送到信号检测电路16。之后，发送到信号检测电路16的反射回波的电信号进入信号处理单元17，在信号处理单元17中对反射回波的电信号进行信号处理，由并行处理器33和三维图像生成单元34生成结合区15，即要检查的对象的检查区域的三维成像数据。那时，由于信号处理单元17装备有并行处理器33，由并行处理器33对输入到信号处理单元17的反射回波的电信号进行并行算术处理，所以可以在短时间内执行快速算术 处理。三维图像生成单元34通过如下方式产生三个平面图像从三个方向看透三维成像数据，所述三个方向是从超声波换能器11观看的前方向以及垂直于前向并且彼此垂直的两个方向，在平面上在三个方向上投射成像数据的最大数据值，该数据值叠加在三维成像数据的看透方向上。由于垂直于前方的侧面的成像数据包括具有结合区15的多个板状被检查对象14的厚度方向上的大量信息，从换能器11看到的来自第一板状结构14a底部的反射强度在板状对象未结合在一起的非结合区中高，所以能够确定板状结构14a的底部位置。同时，由于在多个板状对象14连接在一起的区域中，超声波的透射率高，所以可以将多个板状对象14的底部29的位置确定为具有最高反射强度的区域。连接部分数据处理单元35能够基于三维成像数据I在每个位置(x，y)沿深度方向(z轴方向)检测强度分布的第一峰和第二峰，然后向连接部分图像生成单元36发射检测结果。连接部分图像生成单元36通过计算第一峰出现的深度位置和第二峰出现的深度位置之间的距离来计算超声波在每个位置(x，y)反射的每个深度，然后生成结合区15的三维图像。如果用户仅需要观看(检查)结合区15的三维图像(结合区图像)，用户能够立即识别结合区15的形状信息，例如轮廓形状、尺寸和位置等以及焊接缺陷部分28的位置。连接部分图像生成单元36向判断单元37和显示单元38发送连接部分图像生成单元36产生的结合区15的三维图像和连接部分图像生成单元36测量的结果。判断单元37接收连接部分图像生成单元36产生的结合区15的三维图像和测量结果。开放/小元件58进行开放/小判断(初级判断)。在开放/小判断中，排除处于开放/小状态和/或小状态的要检查的对象14。接下来，相对于不处于开放/小状态和小状态中的要检查的对象14，即通过开放/小判断的要检查的对象14，未熔化压接判断元件59进行未熔化压接判断(次级判断)。判断单元37向显示单元38发送信息，包括连接部分图像生成单元36生成的结合区15的三维图像、测量结果、开放/小判断结果和未熔化压接判断结果中的至少一个。在显示单元38上显示从判断单元37发送的信息。根据以这种方式配置的三维超声波检查设备10，由于可以提高(改进)利用超声波的内部检查的精确度，所以能够实现检查的自动判断。此外，三维超声波检查设备10能够提供图像，使得用户能够立即识别结合区15的状态，即结合区15是否良好、焊接缺陷部分28的范围等。此外，即使已知的三维超声波检查设备由于要检查的对象14倾斜切分生成的结合区图像而不能准确地判断结合区15的状态，所以由于执行了衰减校正处理，三维超声波检查设备10能够在要检查的对象14被倾斜切分的状态下防止生成结合区图像。因此，根据三维超声波检查设备10，可以准确地判断结合区15的状态。
此外，根据本发明的三维超声波检查设备不限于上述实施例中所述的设备，可以考虑其他各种修改。三维超声波检查设备的一个实施例采用了一种配置，其中在使用的三维超声波检查设备10中包括了信号处理单元17和显示处理装置18。不过，可以利用独立的计算机提供三维超声波检查设备。此外，可以通过将信号处理单元17的三维图像生成单元34偏移到显示处理装置18中来包括它。计算机具有执行本实施例中每个处理的功能，可以具有任何配置，例如由诸如个人计算机的一个装置构成的计算机设备或多个计算机设备连接在网络中的计算机系统。此夕卜，对于计算机而言，其不限于个人计算机，可以包括通信装置和信息处理装置中包括的算术处理装置和微计算机，它是能够利用程序执行本发明功能的装置和设备的通用术语。此外，可以利用软件提供显示处理装置18的内部配置。软件可以是计算机可读存储介质(例如软磁盘)中的存储器，可以是作为软件(程序)单一主体在诸如LAN或因特网的网络上传输的类型。在这种情况下，通过读出存储介质中存储的软件(程序)并且通过从LAN或因特网上的网站(服务器)下载软件(程序)以安装到硬盘，能够在计算机中执行处理。换言之，对于本发明中的软件(程序)，它不限于独立于计算机的存储介质中存储的那些，可以包括通过诸如LAN或因特网的传输介质分布的类型。此外，对于程序而言，如果在存储介质中以计算机可读的方式存储它，则可以自由选取其语言格式和存储格式，存储介质例如是存储器、软磁盘、硬盘、光盘(CD-ROM、CD-R、DVD等)、磁光盘(MO等)和半导体存储器。此外，基于计算机中安装的程序指令，可以由MW (中间件)等执行用于实现本实施例的每个处理的一部分，例如OS (操作系统)、数据库管理软件、网络软件。此外，对于存储介质而言，其不限于独立于计算机的介质，可以包括下载并存储或暂时存储由LAN或因特网传输的程序的存储介质。此外，存储介质不限于一个，在利用多个介质执行本实施例中的程序时，介质也可以包括在本实施例中的存储介质中，介质的配置可以采取任何配置。附图标记10...三维超声波检查设备，11...超声波换能器(矩阵传感器)12...信号产生单元，13...驱动元件选择单元，14...要检查的对象，14a，14b，14c...板状结构(要检查的对象)，15...结合部分(焊接区，检查区域，目标区域)，16...信号检测电路，17...信号处理单元，18...显示处理装置，20(20mn)...压电振动器，21...板，23...声波传播介质，
24...耦合剂，25...凹面部分(压痕部分)，26...非结合区，27...熔融固化部分，28...焊接缺陷部分，29.底部，31a, 31b,...，和 31i...放大器，32a, 32b,...，和 32i. . . A/D 转换器，33...并行处理器，34...三维图像生成单元(图像合成处理器)，35...连接部分数据处理单元，36...连接部分图像生成单元，37...判断单元，38...显示单元，40a，40b， ，和40i...内存储器，41a，41b，...，和处理(算术)电路，44...图像综合处理单元，
45...边界提取处理单元，46...形状数据存储单元，47...列表数据存储单元，51...第一峰检测元件，52...第二峰检测元件，53...衰减校正处理元件(第一校正处理元件)，
54...逆向校正处理元件(第二校正处理元件)，56...板组合信息存储单元，58...开放/小判断元件，59...未熔化压接判断元件，61...第一峰，62...第二峰，71...第一峰检测、兀件,75...表不要检查的对象表面的线,76...表不板状结构未结合的底部的线,77...表示要检查的对象底部的线，78...直接 反射区域，79...多次反射区域，80...暂时可接受区域,82...未熔化压接判断区域，ta, tb和tc...板状结构的厚度，ml, m2, m3...网格，Rl, R2, R3, R4, R5.反射波。
权利要求
1.一种三维超声波检查设备，包括 超声波换能器，其中以矩阵或阵列的形式设置多个压电振动器； 驱动元件选择单元，用于从所述超声波换能器中设置的所述多个压电振动器相继选择压电振动器以产生超声波； 信号检测电路，用于使所述驱动元件选择单元选择的所述压电振动器产生的超声波通过声波传播介质传播并且进入要检查的对象的结合区中，用于从所述结合区接收反射回波，并且检测对应于来自所述结合区的反射回波的电信号； 信号处理单元，用于对所述信号检测电路检测的所述电信号进行信号处理，并且通过使所述电信号对应于所述要检查的对象的内部设置的三维成像区域中划分的网元来生成三维成像数据； 第一峰检测单元，用于沿深度方向(Z方向)检测所述三维成像数据的强度分布的第一峰，所述第一峰主要出现在比参考深度更深的深度位置； 第二峰检测单元，用于沿深度方向检测所述三维成像数据的强度分布的第二峰，所述第二峰主要出现在比所述第一峰出现的深度位置更深的深度位置； 连接部分图像生成单元，用于通过在χ-y平面上的每个位置沿深度方向映射所述第一峰出现的深度位置和所述第二峰出现的深度位置之间的距离而生成结合区的三维图像；开放/小判断单元，用于根据所述连接部分图像生成单元生成的所述结合区的三维图像和预设的判断准则来判断所述结合区中是否不存在气孔以及所述结合区的熔融固化部分的尺寸是否满足判断准则； 未熔化压接判断单元，用于判断被判定为所述结合区中不存在气孔以及所述结合区的熔融固化部分的尺寸满足所述判断准则的结合区是否彼此紧密结合而未熔化；以及 显示单元，用于显示如下所述的至少一个所述开放/小判断单元判断的结果和所述未熔化压接判断单元判断的结果中的至少一个、以及所述三维图像。
2.根据权利要求I所述的三维超声波检查设备，其中所述图像生成单元通过基于所述结合区的所述三维图像检测所述结合区和焊接缺陷的尺寸和位置来测量所述要检查的对象中存在的所述结合区和所述焊接缺陷的尺寸和位置，并且向所述判断单元和所述显示单元发送所述结合区和所述焊接缺陷的尺寸和位置的测量结果。
3.根据权利要求I所述的三维超声波检查设备，其中所述图像生成单元用于在所述图像生成单元基于所述结合区的所述三维图像判定所述χ-y平面上另一深度区中存在的连续区域中存在一个深度区中存在的闭合区域时，将所述连续区域中的闭合区域的尺寸和位置识别为焊接缺陷。
4.根据权利要求I所述的三维超声波检查设备，还包括板组合信息存储单元，用于存储板组合信息，所述信息包括构成作为所述要检查的对象的板组合的每个板的厚度信息， 其中所述连接部分图像生成单元被配置成计算从所述要检查的对象表面开始的深度位置，这是通过在所述x-y平面上的每个位置处沿深度方向计算所述第一峰出现的深度位置和所述第二峰出现的深度位置之间的距离获得的，并且通过如下方式绘制χ-y平面上每个位置的深度位置判断所述深度位置是位于根据所述深度位置和通过参考所述板组合信息存储单元中存储的所述板组合信息获得的每个组合位置之间的关系而参考所述板组合信息存储单元中存储的所述板组合信息获得的每个组合位置中的哪一个的地方。
5.根据权利要求I所述的三维超声波检查设备，还包括第一校正处理单元，用于执行校正处理，以便随着深度增大沿所述要检查的对象的所述三维图像数据的深度方向增加所述反射回波的强度。
6.根据权利要求I所述的三维超声波检查设备，还包括第二校正处理单元，用于执行校正处理，以便随着深度增大沿所述要检查的对象的所述三维图像数据的深度方向强制衰减所述反射回波的强度。
7.根据权利要求I所述的三维超声波检查设备，其中所述未熔化压接判断单元基于从质量可接受的要检查对象获得的超声波回波的反射强度和从存在未熔化压接部分的要检查对象获得的超声波回波的反射强度之间的差异，来判断被判定为在所述结合区中不存在气孔并且所述结合区的熔融固化部分的尺寸满足所述判断准则的结合区是否彼此紧密结合而未熔化。
8.根据权利要求I所述的三维超声波检查设备，其中基于多次反射的超声波回波的强度，被判定为所述结合区中不存在气孔并且所述结合区的熔融固化部分的尺寸满足所述判断准则的结合区彼此紧密结合而未熔化。
全文摘要
一种三维超声波检查设备10与常规设备相比能够获得更高的检查精度，包括将m×n个压电振动器设置成矩阵的超声波换能器11；信号处理单元17，用于接收、检测回波，并且通过处理所检测的回波的电信号来产生三维图像数据；峰检测元件51、52，用于检测深度(z)方向上三维图像数据的强度分布的第一峰和第二峰；连接部分图像生成单元36，用于通过映射第一峰和第二峰到x-y平面的z方向距离来生成结合区15的三维图像；判断单元37，用于通过两步判断来判断结合区15是否良好；以及显示单元38，用于显示结合区15的三维图像和判断结果。
文档编号G01N29/04GK102639996SQ20108005490
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月29日 优先权日2009年12月4日
发明者松本真, 池田贤弘 申请人:株式会社东芝
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
