专利名称：超声检测设备、用于超声检测设备的超声探头设备、以及超声检测方法
技术领域：
本发明涉及用于使用超声波来以非破坏性方式对被检测对象的内部结构、缺陷状 态或者连接处状态进行检测的超声检测技术，并且更具体而言，涉及将被检测对象内部的 缺陷状态、剥离或者空隙(void)、或者连接处的松动状态可视化的超声检测设备，并涉及在 该超声检测设备中使用的超声探头设备，以及涉及超声检测方法。
背景技术：
代表这种类型的超声检测技术的例子包括在日本专利特开号2003-149213 (专利 文献1)，2004-53360 (专利文献2)，2006-317417 (专利文献3)和8-122309 (专利文献4) 中公开的超声检测设备。这种超声检测设备包括具有在平面中以矩阵或阵列(线性形状)布置的多个压电 换能器元件(压电振子)的超声换能器，通过使用从该超声换能器发送或者接收的超声波 来使被检测对象的内部结构或者缺陷(瑕疵)状态、空隙、氧化膜、剥离等可视化，因而可以 对对象进行检测而不破坏该对象。通常，超声检测设备的主体与超声换能器通过几米长的单独线缆来连接。当使用 这种超声检测设备来检测对象时，使用该超声检测设备的操作者(检测者)在执行超声换 能器的精确调整和对检测对象表面适当扫描的同时，必须通过检查包含在该超声检测设备 中的显示单元的显示来执行超声检测，而该显示器在位置上远离检测对象的检测位置。对超声换能器的精确位置调整、扫描等等的操作要求充分的注意。在使用超声检 测设备时，对于操作者(检测者)而言，在检查远离检测对象(被检测对象)放置的超声检 测设备主体所包含的显示单元的显示的同时来操纵超声换能器是很困难的。此外，当将显 示单元接近检测对象放置时，使用超声检测设备的操作者(检测者)必须交替的观察超声 换能器和显示单元，以操纵超声换能器并且也检查显示单元的显示。因而，解决基本操作或 者工作方式中的复杂和困难是很难的。具体而言，当使用超声检测设备的操作者(检测者)通过手动操纵超声换能器来 检测对象时，要获得适当和精确的检测结果要花费大量的劳动。因此，使用超声检测设备的 检测并非一直都很容易的。然后，作为常规技术，在已知的超声检测设备中，显示单元和用于切换在该显示单 元中所显示图像的开关集成布置在具有超声换能器的超声探头设备中(例如，专利文献 4)。在常规超声检测设备中，利用包括压电换能器部分的超声换能器，所述压电换能 器部分包括多个压电换能器元件。当使用常规超声检测设备来对检测对象进行检测时，操 作者必须在检查包含于常规超声检测设备主体中的显示单元的显示的同时操纵超声换能例如，使用常规超声检测设备，当通过利用超声换能器扫描检测对象的表面来执行检测时，必须耗费大量的劳动来交替观察超声换能器和包含于主体中的显示单元，以操 纵超声换能器并且也检查显示单元的显示。因此，可引起的情况是在检查显示单元期间超 声换能器的扫描位置发生位移，或者由于将过多的注意力给予了超声换能器，因而操作者 继续工作而不能注意到显示单元的异常显示。即，在使用超声换能器来检测对象的超声检 测中，操作者常常必须检查由显示单元显示的状态(该显示单元将被检测对象的内部结构 或者缺陷状态、空隙、氧化膜、剥离等可视化)，并在反馈检查状态的同时执行通过超声换能 器的扫描。然而，这种任务或者工作对于常规超声探头设备而言是困难的。因而，在实地或者制造过程场所中使用超声检测设备来有效地和精确地检测检测 对象的内部状态是困难的。此外，在常规超声检测设备中，显示单元和用于切换在显示单元中所显示图像的 开关被集成布置在具有超声换能器的超声探头设备中，从而操作者在检查显示单元所显示 图像的同时可以使超声换能器扫描。然而，在这一情况下，为了利用设置在期望位置处的超 声探头设备来开始或者停止检测，对于操作者而言在观察显示单元中图像的同时必须输入 命令来开始或者停止检测。此外，为了产生检测对象的能够被适当检测的图像，必须适当地 改变或者选择超声检测设备的检测条件。
发明内容
考虑到以上提及事实而构思出本发明，并且本发明目的在于提供一种超声检测设 备，其中具有超声换能器的超声探头设备可以在实地或者制造过程场所中被很容易地操 纵，从而有效并精确地检测被检测对象的内部缺陷、剥离或者空隙，或者松动连接，以提供 一种在该超声检测设备中使用的超声探头设备，并且还提供一种超声检测方法。本发明的另一目的在于提供一种超声检测设备，其中超声探头设备与该超声检测 设备的主体分离，并以较小尺寸制造或者做成紧凑的，从而使该超声检测设备便携，并且也 提供一种在该超声检测设备中使用的超声探头设备。为了实现以上目的，根据本发明的超声检测设备包括超声探头设备，其具有包括 多个压电振子的超声换能器；驱动元件选择部分，其与所述超声换能器的所述多个压电振 子连接，并适于基于来自信号发生器的驱动信号来选择所需的压电振子；信号探测电路，其 使得从由所述驱动元件选择部分选择的所述压电振子发射的超声波经由声传播介质入射 至检测对象，并接收其的反射回波以探测依赖于所述反射回波的电信号；以及信号处理部 分，其对所探测的依赖于所述反射回波的电信号应用并行运算处理，并产生关于所述检测 对象的内部图像的数据，其中所述超声探头设备包括显示单元，所述显示单元显示基于所述信号处理部分 所产生图像数据的图像，以及用于输入操作命令的输入单元，所述操作命令例如是开始或 者停止检测，或者设置检测条件的命令。为了实现以上目的，根据本发明的、与超声检测设备主体连接的超声探头设备包 括箱状的探头架；超声换能器，其包括多个合并入所述探头架中的压电振子；合并入所述 探头架中的显示单元；以及合并入所述探头架中的输入单元，其中所述超声换能器、所述显示单元以及所述输入单元在所述探头架中集成组装。
为了实现以上目的，根据本发明的超声检测方法包括步骤准备超声检测设备，所述超声检测设备包括超声探头设备，其包括包含多个压 电振子的超声换能器，显示单元，其显示基于信号处理部分所产生的图像数据的图像，以及 用于执行操作命令的输入单元，所述操作命令例如是开始或者停止检测，或者设置检测条 件的命令；驱动元件选择部分，其与所述超声换能器的多个压电振子连接，并 基于来自信号 发生器的驱动信号来选择所需的压电振子；信号探测电路，其使得从由所述驱动元件选择 部分选择的所述压电振子发射的超声波经由声传播介质入射至所述检测对象，并接收其的 反射回波以探测依赖于所述反射回波的电信号；以及信号处理部分，其对所探测的、依赖于 所述反射回波的电信号应用并行运算处理，并产生关于所述检测对象的内部图像的数据；将所述超声探头设备设置在所述检测对象的预定检测位置；经由所述输入单元来输入设置检测条件的命令；重复对所述超声探头设备的布置和经由所述输入单元设置检测条件的命令的输 入设置，直到在所述显示单元中获得预定显示；在调整所述显示单元的显示之后，经由所述输入单元来输入检测开始命令；通过使所述超声探头设备扫描所述检测对象的预定范围来检测所述检测对象的 缺陷；以及在完成检测所述检测对象的预定范围之后，经由所述输入单元来输入检测停止命 令。根据本发明的超声检测设备、在该超声检测设备中所使用的超声探头设备和根据 本发明的超声检测方法，可以通过在实地或者制造过程场所中简单地操纵包括超声换能器 的超声探头设备来有效和精确地检测检测对象的内部缺陷、剥离或者空隙、或者松动的连接。
图1的视图示意性图示了根据本发明的超声检测设备的整体构造；图2的视图示意性图示了构成根据本发明的超声检测设备的超声探头设备的示 例性探头架的构造，其中图2(A)是平面图，图2(B)是前视图并且图2(C)是侧视图；图3的示意性视图示出了使用根据本发明的超声检测设备的超声检测方法的情 形；图4的流程示了使用根据本发明的超声检测设备的超声检测方法的例子。
具体实施例方式在下文中将参照图1至4来描述根据本发明的超声检测设备、在该超声检测设备 中使用的超声探头设备以及超声检测方法。图1的视图示意性图示了根据本发明的超声检测设备的整体构造。超声检测设备10包括设备主体11和构造为便携以及手持型的超声探头设备12。 设备主体11和超声探头设备12分离地设置并经由柔性信号线缆13彼此连接。超声检测 设备10具有作为超声照相机的功能，其可以对被检测对象(以下称为检测对象)14的内部 结构或者有缺陷的构造进行精细成像。
将通过例子来描述超声探头设备12的重量和便携性。超声探头设备12具有手掌 大小并等于或少于1kg，更具体而言，重几百克。超声探头设备12具有的尺寸、形状和重量 允许操作者(检测者)紧握该超声探头设备12并执行手动扫描。构成超声检测设备10的设备主体11包括信号发生器17、驱动元件选择部分18、 信号探测电路19、信号处理部分20、第一显示单元21、控制电路22和第一输入单元23。信号发生器17产生的驱动信号驱动包含于超声探头设备12中的超声换能器(超 声传感器)25。驱动元件选择部分18从信号发生器17选择驱动信号，并选择性地驱动超声换能 器25的压电振子(压电换能器元件)26。当从超声换能器25发射的超声波U向检测对象14的被检测区域(以下称为检测 区域)28辐照时，信号探测电路19经由超声换能器25探测来自检测区域(目标区域)28 的、作为电信号的反射回波。信号处理部分20对依赖于信号探测电路19所探测的反射回波的电信号应用 并行运算处理，并产生超声图像数据(图像数据)。信号处理部分20包括放大器31a、 31b. . . 31i，其用于放大依赖于信号探测电路19所探测的反射回波的电信号；A/D转换器 32a、32b. . . 32i，其用于将依赖于反射回波的放大电信号从模拟信号转换为数字信号；并行 处理器33a、33b. . . 33i，其用于产生超声图像数据，该超声图像数据通过基于依赖于反射回 波并转换为数字信号的电信号来将检测对象14的内部情况可视化而获得；以及整合处理 器34，其用于产生整合的超声图像数据，该整合的超声图像数据通过将由并行处理器33a、 33b. . . 33i所产生的超声图像数据的多个片段进行整合而获得。第一显示单元21和第二显示单元36各自均包括显示部分、运算部分、存储器部分 等等，并基于由信号处理部分20处理的超声图像数据来产生并显示所需图像。
此外，第一显示单元21和第二显示单元36分别利用初始输入的阈值来执行比较 处理，并且在探测到异常值时显示异常。控制电路22控制信号发生器17、驱动元件选择部分18、信号探测电路19、信号处 理部分20、第一显示单元21和第二显示单元36的操作，并控制包括超声波的发射、接收、可 视化以及显示的连续操作。当从第一输入单元23接收到检测开始命令时，为了产生检测对象14的检测区域 28的整合的超声图像数据，控制电路22首先指示信号发生器17产生驱动超声换能器25的 信号。另外，为了从组成超声换能器25的多个压电振子26中选择将被提供驱动信号的压 电振子26，控制电路22指示驱动元件选择部分18选择将被提供驱动信号的压电振子26。在驱动压电振子26之后，向着检测对象14的检测区域28发射超声波U，并且依赖 于超声波U的反射回波由压电振子26接收并转换为电信号。虽然这一反射回波由多个压 电振子26同时接收，但是由于控制电路22指示信号探测电路19选择压电振子26，因此选 择了产生超声图像数据所必须的反射回波。另外，控制电路22指示信号处理部分20对依赖于反射回波的电信号执行一系列 的放大、A/D转换和可视化处理，从而将该依赖于基于超声波U的反射回波的电信号放大， 将该信号进行A/D转换，并通过并行处理器和整合处理器来产生该信号的整合的超声图像 数据(即，可视化)。
此外，控制电路22发送控制命令以将该可视化数据在第一显示单元21上显示。经由第一输入单元23，将开始或停止检测或者切换图像的命令、或者设置检测条 件的命令输入控制电路22，因而执行超声检测设备10的操作。组成超声检测设备10的超声探头设备12包括发送或者接收超声波U的超声换 能器25 ；第二显示单元36 ；以及第二输入单元37，其用于向包含于设备主体11的控制电路 22输入例如开始或停止检测的命令、或者设置检测条件的命令的操作输入，以便操作超声 检测设备10，并且超声探头设备12的以上单元集成布置在探头架38内。此外，包含于设备 主体11的控制电路22向第二显示单元36发送控制命令以显示所整合的超声图像数据。超声换能器25包括压电换能器部分39，其内作为压电换能器元件的多个压电振 子26布置为矩阵(m行Xn列)，并且压电换能器部分39组成作为矩阵传感器的超声传感 器。在压电换能器部分39中，压电振子26可不布置为矩阵而是直线状或者十字线状(阵 列状)，从而构成阵列传感器。组成超声换能器25的超声传感器可是矩阵传感器或者阵列 传感器。 由信号发生器17产生的驱动信号通过驱动元件选择部分18被选择性地施加于超 声换能器25的每个压电振子26。基于驱动元件选择部分18所作出的选择，驱动每个压电 振子26的顺序关于一次一个振子或者一次多个振子而确定，并且以所需的驱动定时来驱 动每个压电振子26以发射超声波U。从每个压电振子26发射的超声波U辐照检测对象14的检测区域28，并且超声 波U在检测区域28的密度边界层被部分反射而形成反射回波。该反射回波由超声换能器 25 (即，矩阵传感器)接收，该超声换能器是超声传感器。在超声换能器25中，作为液体或者固体的声传播介质的底托(shoe)构件40紧贴 到作为超声传感器表面的发射(发送)/接收面，更具体的为检测对象14侧。用于实现超 声波U声匹配的耦合剂41布置在底托构件40和检测对象14之间。该耦合剂41由具有低 挥发性的凝胶状液体形成。在作为声传播介质的底托构件40是液体的情况下，不需要设置 耦合剂41。底托(shoe)构件40整体上是箱状，其开口面积根据检测对象14的检测区域28 的大小设置，并且作为声传播介质的底托构件40的高度由从压电振子26发射的超声波的 发射角度(扩散角度)来决定。通过使用从超声检测设备10发射的超声波U，检测对象14的检测区域28的内部 经受非破坏性检测。检测对象14可是通过将两个或更多板状结构堆叠而获得的多层结构， 或者可是金属材料或者塑料材料。在使驱动信号作用于超声换能器25的信号发生器17中，通过施加外部电压来产 生脉冲或者连续驱动信号，以便通过驱动压电振子26的压电物质来产生超声波。当压电换 能器部分39被驱动元件选择部分18驱动并且第i列第j行的压电振子26被选择时，驱动 信号以所需定时被施加给所选择的第i列第j行的压电振子26。驱动元件选择部分18以 所需定时顺序选择一个或多个被驱动的压电振子26，并且当来自信号发生器17的驱动信 号被施加给所选择的压电振子26时，超声波U从压电振子26被发射至被检测对象14。在超声换能器25 (矩阵传感器)具有m列和η行(例如10X10)的压电振子26 的情况下，一百个压电振子26在平面中布置为矩阵(二维)，并且每个压电振子26ij(i =1到10，j = 1到10)由驱动元件选择部分18顺序驱动。当将驱动信号顺序施加给每个压电振子26时，超声波U从每个压电振子26以该定时顺序发射。从每个压电振子26顺序发 射的超声波的反射回波由超声换能器25顺序接收，并且该反射回波，也就是所接收的信号 作为电信号(电回波信号)经由信号线缆13发送至信号探测电路19。从超声换能器25的每个压电振子26顺序发射的超声波U经过作为声传播介质的 底托构件40，然后经过耦合剂41，并入射至检测对象14的检测区域28内侧，并在检测区域 28的每个边界层反射。超声波在检测对象14的包括前表面14a、边界面、底面14b、内部缺陷42等等的每 个边界层上所反射的超声波的回波(在图1中由向上的断裂线箭头表示)从(检测)对象 14穿出并经过底托构件40，并且各自以不同定时被超声换能器25的每个压电振子26接 收，并导致每个压电振子26振动，由此该反射回波被转换为电信号(电回波信号)。随后， 电回波信号经由信号线缆13被信号探测电路19接收，并被每个压电振子26探测。信号探测电路19经由信号线缆13与超声换能器25的每个压电振子26并行连接， 并且由压电换能器部分39的压电振子26所产生的电回波信号经由信号线缆13被引导至 信号探测电路19。此外，通过使用信号线缆13，来自信号发生器17的驱动信号经由驱动元 件选择部分18被分别引导至压电换能器部分39的压电振子26。在超声检测设备10中，当驱动信号被施加给超声换能器25的每个压电振子26中 的第m列第η行的压电振子26时，该压电振子26开始作为用于产生超声波的压电物质并 发射超声波U。所发射的超声波U经由底托构件40和耦合剂41辐照至被检测对象的检测 区域28。用以扫描检测对象14的检测区域28的超声波在检测区域28的密度边界层上被 部分反射并产生反射回波。所反射的回波穿过耦合剂41和底托构件40，然后返回到超声换 能器25 (矩阵传感器)，并分别以不同定时被压电振子26接收。压电振子26对反射回波应 用压电转换并产生电信号(电回波信号)。该电回波信号经由信号线缆13发送至探测电回 波信号的信号探测电路19。该信号探测电路19是用于探测依赖于由超声换能器25所产生 的反射回波的电信号的电路。由信号探测电路19探测以用于进行检测的电回波信号中的多个电回波信号被引 导至组成信号处理部分20的各个放大器31a、31b. . . 31i。放大器31a、31b. . . 31i将所引导的电回波信号放大并将由此产生的信号提供给 信号处理部分20的A/D转换器32a、32b. . . 32i。该A/D转换器32a、32b. . . 32i将所放大 的电回波信号从模拟信号转换为数字信号，并将它们作为数字回波信号引导至信号处理部 分20的并行处理器33a、33b. . . 33i。该并行处理器33a、33b. . . 33i对A/D转换器32a、 32b. . . 32i所提供的数字回波信号进行处理，并因而产生通过将检测对象14的内部状态可 视化而获得的超声图像数据。由并行处理器33a、33b. . . 33i产生的超声图像数据的多个片 段被整合处理器34整合以产生整合的超声图像数据。该整合的超声图像数据被提供给第 一显示单元21。在将多路复用器(未图示)安装在信号探测电路19或者信号处理部分20的情况 下，不需要多个并行处理器33a、33b. . . 33i和整合处理器34，并且单独的并行处理器可以 产生整合的超声图像数据。通过在信号处理部分20中对数字化反射回波(数字回波信号)进行处理而产生的整合的超声图像数据被发送至第一显示单元21，在该第一显示单元21中，整合的超声图 像数据受到可视化处理并作为图像显示。另一方面，在超声探头设备12中，第二显示单元36与超声换能器25集成布置在 探头架38中。通过在信号处理部分20中对数字化超声回波信号进行处理而产生的整合的 超声图像数据也被发送至第二显示单元36，在该第二显示单元36中，整合的超声图像数据 受到可视化处理并作为图像显示。对于第二显示单元36，可以使用液晶显示器、LED (发光二极管)、EL(电致发光)、 VFD (真空荧光显示器)、PDP (等离子显示板)等等。第一显示单元21和第二显示单元36从信号处理部分20接收根据从第一输入单 元23或者第二输入单元37输入的命令而产生的整合的超声图像数据，并因而可以基于从 控制电路22所生成的控制信号来显示通过将检测对象14的内部状态可视化而获得的超声 图像。在第一显示单元21和第二显示单元36中显示的超声图像通过从以下选择的至少 一幅图像而产生检测对象14的检测区域28中的超声波U的反射回波波形图像(A范围或 者A扫描)；检测对象14的检测区域28中的截面图像(B范围或者B扫描 )；检测对象14 的检测区域28中的超声波U的反射回波峰值的二维图像(C范围或者C扫描)；检测对象 14的检测区域28中的超声波U的反射回波深度的二维图像(D范围或者D扫描)；以及作 为对检测对象14的检测区域28中超声波U的反射回波数据(前表面、缺陷、底面)进行提 取和计算的结果的信息或者数据。通过对显示在第二显示单元36中的检测对象14的检测区域28中的超声波U的 反射回波波形图像(A范围或者A扫描)的峰值位置进行检查，可以在超声探头设备12侧 检查检测对象14的检测区域28中的前表面14a、内部缺陷42或者底面14b。另外，通过显示在第二显示单元36中的检测对象14的检测区域28中的横截面图 像(B范围或者B扫描)，可以在超声探头设备12侧检查超声换能器25是否适当地面对着 检测对象14的检测区域28中的检测表面，或者可以在超声探头设备12侧检查检测对象14 的检测区域28中的前表面14a、内部缺陷42或者底面14b。此外，通过显示在第二显示单元36中的检测对象14的检测区域28中的超声波U 的反射回波峰值的二维图像(C范围或者C扫描)，可以在超声探头设备12侧检查检测对象 14的检测区域28中回波强度的二维图像。此外，通过显示在第二显示单元36中的检测对象14的检测区域28中的超声波U 的反射回波深度的二维图像(D范围或者D扫描)，可以在超声探头设备12侧检查检测对象 14的检测区域28中深度信息的二维图像。通过作为对第二显示单元36所显示的检测对象14的检测区域28中超声波U的 反射回波数据(前表面14a、内部缺陷42、底面14b)进行提取和计算的结果的信息或者数 据，可以在超声探头设备12侧检查检测对象14的检测区域28中关于缺陷的尺寸，位置等 等的各种数据片段。第二输入单元37例如包括具有切换(toggle)功能的按钮开关。在这一情况下， 通过第一次按下按钮而启动超声检测设备10的检测，并且通过第二次按下该按钮而停止 超声检测设备10的检测，因而可以通过操纵单独的按钮来执行超声检测设备10的基本操作。另外，第二输入单元37例如包括具有切换功能的选择开关，并且可以通过使用该选择 开关来顺序切换第二显示单元36所显示的超声图像。此外，第二输入单元37例如包括一 对由加开关和减开关组成的按钮开关。在第二输入单元37中，经由所述一对按钮开关来执行检测条件的设置输入。检测 条件设置的例子包括超声换能器25的增益设置；对用于产生超声图像数据的数字化回波 信号进行平均时所使用的采样数量的设置；以及在产生检测对象14的检测区域28的横截 面图像(B范围或者B扫描)时可视化开始位置的调整。在第二输入单元37中，通过使用该对按钮开关可以将检测条件的设置值增加或 者减少，因而执行检测条件的设置输入。超声探头设备12包括第二显示单元36和第二输入单元37，因此，当由超声检测设 备10执行非破坏性检测时，可以在具有超声换能器25的超声探头设备12中连续执行超声 图像的检查以及超声检测设备10的操纵。操作者(检测者)可以 通过只注意超声探头设 备12来检测对象14。图2的视图示意性图示了构成根据本发明的超声检测设备的超声探头设备的探 头架构造的一个例子，其中图2(A)是平面图，图2(B)是前视图，并且图2(C)是侧视图。如图2㈧、(B)和(C)所图示，探头架38为箱状，其中形成超声传感器托架腔43， 该探头架具有在超声波U辐照检测对象(被检测对象)14的方向上敞开着的开口(根据本 实施例在探头架38的向下方向)。超声换能器25包含于超声传感器托架腔43中，从而使 超声换能器25的超声传感器表面面对超声波U辐照检测对象14的方向(根据本实施例在 探头架38的向下方向)。另外，底托构件40布置在包含于超声传感器托架腔43中的超声 换能器25的超声传感器表面和探头架38的朝向检测对象14的表面(下表面)之间。底 托构件40如此布置以从探头架38的下表面突出，并且当超声探头设备12在检测对象14 上操纵时，底托构件40早于探头架38的下表面与检测对象14接触。底托构件40的开口 面积根据检测对象14的检测区域28的尺寸来设置，并且底托构件40的高度由从压电振子 26发射的超声波的发射角度(扩散角度)确定。因而，基于底托部件40的开口面积和高 度，以及超声换能器25的尺寸将超声传感器托架腔43的开口面积和高度设置为所需值。另外，第二显示单元36布置在探头架38的上表面。当在检测对象14上操纵超声 探头设备12时，超声探头设备12的操作者(检测者)通过使用第二显示单元36可以在检 查通过将检测对象14的内部状态可视化而获得的超声图像的同时很容易地操纵超声探头 设备12。此外，第二输入单元37布置在探头架38的后表面。当在检测对象14上操纵超声 探头设备12时，超声探头设备12的操作者(检测者)通过使用第二显示单元36在检查通 过将检测对象14的内部状态可视化而获得的超声图像，以及经由第二输入单元37输入开 始或停止检测的命令或者设置检测条件的命令的同时，来操纵超声检测设备10。探头架38可优化形成，该优化是基于检测对象14的形状和当使用探头架38进行 检测期间检测对象14的检测表面的方向，探头架38中的超声传感器托架腔43的开口方 向，以及其上布置有第二显示单元36与第二输入单元37的表面的结构。在下文中，将描述根据本实施例的使用超声检测设备10的超声检测方法。图3的示意性视图示出了使用根据本发明的超声检测设备的超声检测方法。
在使用超声检测设备10执行对检测对象(被检测对象)14的超声检测时，如图3 所图示，操作者(检测者)M首先将超声检测设备10放置在检测对象14周围，或者将检测 对象14放置在超声检测设备10的邻近区域。图4的流程示了使用根据本发明的超声检测设备的超声检测方法的例子。首先，在步骤Sl中，如图4所示，操作者(检测者)M将组成超声检测设备10的超 声探头设备12放置在检测对象14的期望检测位置上。更具体的，操作者M用手把握超声 探头设备12的探头架38，并将该超声探头设备12放置在期望检测位置上，并且探头架38 的下表面朝向检测对象14。随后，在步骤S2中，操作者(检测者)M通过由第二输入单元37的加开关和减开 关组成的一对按钮开关来执行检测条件的设置输入。更具体的，在用手把握超声探头设备 12的探头架38的同时，操作者M操纵第二输入单元37的加开关和减开关来设置，例如，超 声换能器25的增益，在对用于产生超声图像数据的数字回波信号进行平均时所使用的采 样数量，或者在产生检测对象14的检测区域28的横截面图像(B范围或者B扫描)时可视 化开始位置的调整。随后，在步骤S3中，操作者(检测者)M观察第二显示单元36并确定是否已经获 得期 望的显示，并调整检测条件。当已经获得期望显示时，操作继续进行到步骤S4。否则， 操作返回到步骤Si，并且重复步骤Sl到S3以调整检测条件。在这一情况下，操作者(检测 者)M操纵第二输入单元37的选择开关，并顺序地切换在第二显示单元36中显示的超声图 像，并确定是否已经获得期望显示。对是否已经获得期望显示的这一确定通过在第二显示 单元36上显示检测对象14的检测区域28中超声波U的反射回波波形图像(A范围或者A 扫描)，或者检测对象14的检测区域28中的横截面图像(B范围或者B扫描)来执行。随后，在步骤S4中，操作者(检测者)M操纵第二输入单元37的按钮开关来输入 超声检测开始命令。随后，在步骤S5中，操作者(检测者)M在观察第二显示单元36的同时在检测对 象14的期望范围内移动超声探头设备12，从而检测并扫描检测区域28。更具体的，操作者 M在用手把握超声探头设备12的探头架38的同时，使得超声探头设备12在检测对象14的 期望范围中扫描检测对象14的表面14a，并在观察第二显示单元36所显示的超声图像的同 时检查内部缺陷42的存在与否。随后，在步骤S6中，在完成对检测对象14期望范围的检测之后，操作者(检测者) M操纵第二输入单元37的按钮开关来输入超声检测停止命令。超声检测设备10用作具有超声传感器的超声照相机，可以瞬间收集几千至几万 个反射回波的超声波形，并且图像组合处理允许执行用于以高速度将检测对象14的内部 缺陷42 (连接区域的状态，或者焊接缺陷的存在/不存在或者状态)进行可视化的并行运
算处理。此外，在超声检测设备10中，检测对象14的内部结构可以被迅速提取并作为二维 或者三维的高灵敏度、高分辨率超声图像来显示，并且因而可以执行每幅图像一秒到数十 秒的高速检测。超声检测设备10和使用该超声检测设备10的超声检测方法可以应用于在汽车、 飞机和铁路领域中焊接部分维护状态，或者焊接缺陷存在/不存在的检测，或者应用于工厂、造船等工业领域中焊接部分状态的监视。在根据本实施例的超声检测设备10中，超声探头设备12经由柔性的信号线缆13与设备主体11电连接，并且在超声探头设备12中，超声换能器25、第二显示单元36和第二 输入单元37集成包含于手掌大小的探头架38。因此，在以容易和简单的方式沿着检测对象 14的表面手动操作超声探头设备12的同时，可以使用第二显示单元36来检查通过将检测 对象14的内部状态可视化而获得的超声图像。即，使用超声检测设备10的操作者(检测 者)M可以通过只将注意力给予超声换能器25而不观察另一设备来执行超声检测，因而便 于检测的执行。此外，由于超声换能器25、第二显示单元36和第二输入单元37集成包含于包括在 超声探头设备12中的探头架38，因此通过使超声换能器25扫描检测对象14并将检测对 象14的内部状态可视化而获得的超声图像的变化或者改变可以通过从信号处理部分20发 送并在第二显示单元36显示的超声图像来实时检查。因此，使用超声检测设备10的操作 者(检测者)M可以即时检查检测对象14的内部缺陷42(剥离，空隙等等)或者例如连接 的松动状态的内部状态，而不改变操作者的视线，并且也可以在反馈超声图像状态的同时 执行检测。此外，由于超声换能器25、第二显示单元36和第二输入单元37集成包含于探头 架38，因此通过使用从信号处理部分20发送并在第二显示单元36显示的超声图像，操作 者(检测者)M可以在对通过使超声换能器25扫描检测对象14并因而将检测对象14的内 部状态可视化而获得的超声图像的变化或者改变进行实时检查的同时，通过第二输入单元 37来操纵超声检测设备10。因此，使用超声检测设备10的操作者(检测者)M可以即时检 查检测对象14的内部缺陷42(剥离，空隙等等)或者例如连接的松动状态的内部状态，而 不改变操作者的视线，并且操作者也可以在反馈超声图像状态的同时操纵超声检测设备10 来执行检测。此外，提供使用适于对检测对象14进行检测目的的显示方法的第二显示单元36， 探头架38的形状等等，并且对于检测有用的数据被共同显示，从而可以显著地简化和促进 该检测。根据超声检测设备10、超声换能器25和使用该超声检测设备10的超声检测方法， 可以通过在实地或者制造过程场所中的简单操纵来有效和精确地检测被检测对象14的内 部缺陷42 (剥离，空隙等等)或者例如连接的松动状态的内部状态。
权利要求
一种超声检测设备，包括超声探头设备，其具有包括多个压电振子的超声换能器；驱动元件选择部分，其与所述超声换能器的所述多个压电振子连接，并适于基于来自信号发生器的驱动信号来选择所需的压电振子；信号探测电路，其使得从由所述驱动元件选择部分选择的压电振子发射的超声波经由声传播介质入射至检测对象上，并接收其的反射回波以探测依赖于所述反射回波的电信号；以及信号处理部分，其对所探测的、依赖于所述反射回波的电信号应用并行运算处理，并产生关于所述检测对象的内部图像的数据，其中，所述超声探头设备包括显示单元，其显示基于所述信号处理部分所产生的图像数据的图像；以及用于输入操作命令的输入单元，所述操作命令例如是开始或者停止检测的命令，或者设置检测条件的命令。
2.如权利要求1所述的超声检测设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 来自所述检测对象的所述反射回波的回波波形图像。
3.如权利要求1所述的超声检测设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 所述检测对象的横截面图像。
4.如权利要求1所述的超声检测设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 通过提取在所述检测对象的深度方向上的回波峰值而产生的图像。
5.如权利要求1所述的超声检测设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 通过提取来自所述检测对象的所述反射回波的深度数据而产生的图像。
6.如权利要求1所述的超声检测设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 对从来自所述检测对象的所述反射回波中提取关于所述检测对象的数据、然后对所述数据 执行运算操作的结果的显示。
7.一种与超声检测设备的主体连接的超声探头设备，包括箱状的探头架；超声换能器，其包括合并入所述探头架中的多个压电振子；合并入所述探头架中的显示单元；以及合并入所述探头架中的输入单元，其中，所述超声换能器、所述显示单元以及所述输入单元集成组装在所述探头架中。
8.如权利要求7所述的超声探头设备，其中，显示在所述显示单元中的图像包括来自 检测对象的反射回波的回波波形图像。
9.如权利要求7所述的超声探头设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 所述检测对象的横截面图像。
10.如权利要求7所述的超声探头设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 通过提取在所述检测对象的深度方向上的回波峰值而产生的图像。
11.如权利要求7所述的超声探头设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 通过提取来自所述检测对象的所述反射回波的深度数据而产生的图像。
12.如权利要求7所述的超声检测设备，其中，显示在所述显示单元中的所述图像包括 对从来自所述检测对象的所述反射回波中提取关于所述检测对象的数据、然后对所述数据执行运算操作的结果的显示。
13.一种超声检测方法，包括如下步骤准备超声检测设备，所述超声检测设备包括超声探头设备，其包括包含多个压电振 子的超声换能器，显示单元，其显示基于信号处理部分所产生的图像数据的图像，以及输入 单元，其用于执行操作命令，所述操作命令例如是开始或者停止检测的命令，或者设置检测 条件的命令；驱动元件选择部分，其与所述超声换能器的多个压电振子连接，并基于来自信 号发生器的驱动信号来选择所需的压电振子；信号探测电路，其使得从由所述驱动元件选 择部分选择的所述压电振子发射的超声波经由声传播介质入射至所述检测对象，并接收其 的反射回波以探测依赖于所述反射回波的电信号；以及信号处理部分，其对所探测的、依 赖于所述反射回波的电信号应用并行运算处理，并产生关于所述检测对象的内部图像的数 据；将所述超声探头设备设置在所述检测对象的预定检测位置； 经由所述输入单元来输入设置检测条件的命令；重复对所述超声探头设备的布置和经由所述输入单元设置所述检测条件的命令的输 入设置，直到在所述显示单元中获得预定显示；在调整所述显示单元的显示之后，经由所述输入单元来输入检测开始命令； 通过使所述超声探头设备扫描所述检测对象的预定范围来检测所述检测对象的缺陷；以及在完成检测所述检测对象的所述预定范围之后，经由所述输入单元来输入检测停止命令。
14.如权利要求13所述的超声检测方法，其中，在握住所述超声探头设备的情况下执 行经由所述输入单元的所述检测条件的设置输入，以及经由所述输入单元的开始或者停止 命令。
15.如权利要求13所述的超声检测方法，其中，当在所述显示单元中显示来自所述检 测对象的所述反射回波的回波波形图像，或者所述检测对象的横截面图像之后，经由所述 输入单元来执行所述检测条件的设置输入。
全文摘要
一种超声检测设备包括超声探头设备，其包括超声换能器；驱动元件选择部分，其选择所述超声换能器的所需压电振子；信号探测电路，其探测依赖于从所选择的压电振子发射的超声波的反射回波的电信号；信号处理部分，其基于所探测的反射回波来产生关于检测对象内部图像的数据；第二显示单元，其将从所述信号处理部分采集的图像数据的多个片段相组合并显示经整合的可视化数据结果；以及第二输入单元，其用于执行操作命令，所述操作命令例如是开始或者停止检测的命令，或者设置检测条件的命令。
文档编号G01N29/24GK101842700SQ200880114159
公开日2010年9月22日 申请日期2008年9月18日 优先权日2007年9月21日
发明者新井良一, 池田贤弘, 矶部英夫 申请人:株式会社东芝