KR100927365B1 - 3차원 초음파 화상화 장치 - Google Patents

3차원 초음파 화상화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 초음파에 의해 검사 대상물의 내부 검사의 정밀도를 향상시키고, 자동 판정할 수 있는 3차원 초음파 화상화 장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 3차원 초음파 화상화 장치는, 복수의 압전 진동자를 갖는 초음파 변환기와, 복수의 압전 진동자 중 초음파를 방출하는 압전 진동자를 선택하기 위한 구동 소자 선택부와, 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 검사 대상물에 입사시키고, 검사 대사물로부터 반사된 에코를 받아들여, 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와, 검출된 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 병렬 연산 처리하여 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부 및 신호 처리부로부터 3차원 화상화 데이터를 수신하고, 검사 대상물 표면의 평면 방향으로 화상 강도 분포를 평탄하게 하기 위해 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하여, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함한다.
초음파 변환기, 신호 발생부, 구동 소자 선택부, 압전 진동자

Description

3차원 초음파 화상화 장치{THREE-DIMENSIONAL ULTRASONIC IMAGING DEVICE}
본 발명은 검사 대상물의 내부 구조, 접합부의 상태와, 결함의 상태를 초음파를 이용하여 3차원 비파괴 검사를 행하는 3차원 초음파 검사 기술에 관한 것으로, 특히 검사 대상물의 결함, 박리, 산화막, 보이드(void) 등의 이물질이나 접합부의 박리 상태를 3차원적으로 가시화하는 3차원 초음파 화상화 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 3차원 초음파 화상화 장치의 기술 예로서, 일본국 특허공개 2003-149213호 공보 및 일본국 특허공개 2004-53360호 공보에 개시된 입체적인 초음파 검사 기술이 제공된다.
이들 특허 공보에 개시된 3차원 초음파 화상화 장치는 다수의 압전 진동자가 매트릭스(matrix)나 어레이(array)로 평면 배치된 초음파 변환기를 포함하고, 초음파 변환기에 의해 검사 대상물에 송수신되는 초음파를 이용함으로써, 검사 대상물의 결함, 박리, 산화막, 보이드 등의 이물질과, 접합 영역의 박리를 3차원적으로 가시화할 수 있으므로, 검사 대상물을 비파괴 수단으로 검사할 수 있다.
다수의 압전 진동자를 포함하는 초음파 변환기를 이용하는 3차원 초음파 화상화 장치를 이용하여, 복수의 음향 특성을 갖는 검사 대상물의 층 구조나, 결함, 보이드와 박리 등의 상태를 초음파에 의해 가시화할 수 있다. 그러나, 초음파 변환기의 수신 반사 에코에 대응하는 전기 신호 처리에 의해 얻어진 3차원 화상화 데이터의 화상 결과는 초음파의 송수신 패턴에 따라 불균일해지기 때문에, 정확하고 정량적으로 검사 대상물의 품질의 양부(良否)를 판정하기 어려우며, 보이는 것에 의해 검사 결과를 판정해야 하므로, 개개의 검사자 사이에 의견차로 인한 편차가 발생한다.
초음파 변환기에 의해 송수신되는 초음파의 수신 반사 에코(echo)에 대응하는 전기 신호 처리에 의해 얻어진 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터의 초음파 화상을 위한 종래의 3차원 화상화 처리 장치에서,
(1) 3차원 초음파 화상의 화상 데이터는 초음파의 송수신 패턴에 따라 불균일하기 때문에, 목적하는 정량의 검사를 행하기 어렵다.
(2) 검사 대상물의 결함을 보는 것에 의해 판정하기 때문에, 시간과 인력이 요구되고, 검사의 판정 조건에 편차가 일어날 가능성이 있다.
(3) 매트릭스로 배열된 하나 또는 한쌍의 초음파 변환기를 사용하여, 변환기에 의해 송수신된 초음파 신호의 전파와 굴절에 따른 전파 시간을 미리 계산하여 테이블화 함으로써, 표면이 곡면인 검사 대상물의 결함 테스트나 용접부의 결함 검사를 행하는 사각 탐상법(angle beam method)를 행할 때에, 사각 탐상법을 고속·고정밀도로 이루어지는 것이 요구된다.
본 발명은 상기한 선행기술의 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 예를 들면 원형 기둥과 같은 곡면 형상을 갖는 검사 대상물의 내부 결함 검사나 표면에 비즈(beads)를 갖는 용접부의 사각 탐상법 등을 실시할 경우에, 검사 대상물의 초음파에 의한 내부 검사의 정밀도 및 처리 속도를 향상시킬 수 있고, 동시에 검사 대상물 품질의 양부를 자동 판정하는 3차원 초음파 화상화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 3차원 초음파 화상화 장치는, 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 복수의 압전 진동자 중에서 선택하기 위해 압전 진동자에 접속된 구동 소자 선택부와, 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와, 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 구동 소자에 대응시키면서, 병렬 연산 처리로 검출된 반사 에코에 대응하는 전기 신호로 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와, 신호 처리부로부터 3차원 화상화 데이터를 받고, 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상 강도 분포를 평탄화하기 위해, 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하여 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함한다.
상기의 본 발명에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 바람직한 예에서, 표시 처리 장치는 신호 처리부로부터 받은 3차원 화상화 데이터의 검사 대상물 표면의 화상 강도 분포를 평탄화하기 위해 설정된 (X, Y) 평면 방향에서 보정 함수를 3차원 화상화 데이터의 값으로 곱함으로써 신호 처리부로부터 받아들인 3차원 화상화 데이터의 휘도를 보정하는 휘도 보정 회로와, 휘도 보정 회로에 의해 휘도 보정된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 포함한다.
또한, 상기 표시 처리 장치는 검사 대상물의 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 3차원 화상화 데이터의 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상(sliced image)을 슬라이스 화상으로서 생성하고, 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하여, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로를 구비한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 3차원 초음파 화상화 장치는, 복수의 압전 진동자가 매트릭스로 배치된 초음파 변환기와, 초음파 변환기로부터 압전 진동자에 접속되고, 복수의 압전 진동자를 선택적으로 구동시킴으로써 초음파를 방출하는 압전 진동자를 선택하는 구동 소자 선택부와, 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자에 의해 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통해 검사 대상물로 입사시키고, 반사된 에코의 전기 신호를 검출하기 위해 검사 대상물로부터 반사된 에코를 수신하는 신호 검출 회로와, 검출된 에코의 전기 신호를 받고, 전기 신호를 화상 합성 처리하여 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와, 신호 처리부로부터 3차원 화상화 데이터를 받고, 화상 합성 처리의 결과를 표시하는 표시 장치를 갖고, 상기 신호 처리부는 신호 검출 회로가 압전 진동자의 구동 신호를 반사된 에코로서 검출하는 검출 시간과, 압전 진동자의 매트릭스 공간 배열에 기초하여 검사 대상물의 상태를 화상 합성한다.
상기한 본 발명에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 바람직한 예에서, 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 압전 진동자 모두에 대해, 압전 진동자로부터 음향 전파 매체를 통하여 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 검사 대상물로부터 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 검사 대상물의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 신호 처리부는 검사 대상물의 표면 형상을 설정하고 기억하기 위한 경계면 설정부와, 압전 진동자로부터 음향 전파 매체를 통하여 검사 대상의 표면과 검사 대상의 내부의 3차원 화상화 메쉬 소자까지 초음파 전파 시간을 저장하고, 모든 압전 진동자에 대하여 편도 초음파 전파 시간을 저장한 테이블 데이터를 생성하는 테이블 데이터 작성부와, A/D 변환기를 통하여 파형 저장 메모리에 기록된 파형 데이터와 테이블 데이터를 수신하고, 3차원 화상을 합성하는 화상 합성부로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 신호 처리부는 검사 대상물의 표면 화상화 결과를 수신하고, 표면 형상을 자동적으로 추출하는 경계면 추출부와, 경계면 추출부에 의해 생성된 표면 형상과, 압전 진동자의 좌표 정보를 테이블 데이터 작성부에 입력함으로써, 검사 대상물의 내부 상태를 가시화하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는 테이블 데이터 작성부에서 생성된 복수의 테이블 데이터 사이에서 수집된 모든 파형 데이터에 대하여 파형 데이터를 수집할 때, 선택된 한쌍의 송수신용 압전 진동자에 대응하는 2개의 테이블 데이터를 차례로 선택 및 가산하고, 가산 결과로부터 얻어진 왕복 초음파 전파 시간에 의거하여 대응하는 파형 데이터의 할당 처리와 가산 처리를 3차원 화상화 메쉬 소자에 차례로 행함으로서, 3차원 화상을 합성할 수도 있다.
또한, 신호 처리부의 테이블 데이터 작성부는 편도 초음파 전파 시간이 깊이 방향으로 연속적으로 변화하는 것을 이용하여 깊이 방향의 차분 처리 결과를 저장함으로써, 편도 초음파 전파 시간 테이블의 데이터 용량을 압축할 수도 있다.
또한, 검사 대상물에 초음파 변환기를 기울여서 고정하기 위해, 초음파 변환기에 쐐기 모양(wedge type)의 슈(shoe) 부재를 커플랜트(couplant)를 통하여 밀착 고정하면서 테이블 데이터를 생성함으로써, 초음파를 경사지게 송수신하여 검사 대상물의 내부 상태를 3차원적으로 가시화하는 것이 가능하다.
또한, 한쌍의 초음파 변환기를 설치하고, 검사 대상물의 표면에 경사지게 서로 대칭적으로 대향하도록 고정하고, 한쌍의 초음파 변환기 중 한쪽을 송신용으로 다른 한쪽의 수신용으로 사용하여 테이블 데이터를 생성함으로써, 검사 대상물의 내부 상태를 3차원적으로 가시화하는 것이 가능하다.
또한, 압전 진동자가 선형으로 배열된 초음파 변환기를 이용하여, 검사 대상물의 표면 형상을 2차원적으로 가시화하고, 신호 처리부의 경계면 추출부에서 얻어진 단면 화상 데이터를 수신하고, 검사 대상물이 일정 각도에 의해 회전할 때마다 경계면 추출부에서 표면 형상을 자동으로 추출하여, (2차원)테이블 데이터를 재생성하면서, 검사 대상물의 내부 단면 화상을 차례로 가시화하고, 얻어진 복수의 단면 화상을 회전 각도의 축에 따라 중첩시킴으로써, 검사 대상물의 내부 단면 화상을 3차원적으로 화상화하여 표시할 수 있다.
상기한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 초음파 변환기를 포함하는 3차원 초음파 화상화 장치에 의해 합성된 3차원 화상화 데이터를 보정하여 더 균일하고 보기 쉬운 표시 화상을 제공할 수 있다. 또한, 검사 대상물의 보이드나 내부 결함과 같은 이상부를 객관적이고 정량적으로 표시할 수 있고, 검사 대상물의 품질의 양부를 신속 정확하게 정량적으로 자동 판정할 수 있다.
또한, 본 발명의 본질과 또한 특유의 특징은 첨부된 도면을 참조하여, 이하에 바람직한 실시예의 기재에 의해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 전체 구성을 나타내는 도면.
도 2의 (a)는 도 1에 나타낸 3차원 초음파 화상화 장치에서 표시 처리 장치의 화상 보정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 2의 (b)는 도 1에 나타낸 3차원 초음파 화상화 장치에서 표시 처리 장치의 화상 보정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 2의 (c)는 도 1에 나타낸 3차원 초음파 화상화 장치에서 표시 처리 장치의 화상 보정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 3의 (a)는 본 발명의 3차원 초음파 화상화 장치에 구비된 표시 처리 장치에서 연산 판정 회로의 자동 판정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 3의 (b)는 본 발명의 3차원 초음파 화상화 장치에 구비된 표시 처리 장치에서 연산 판정 회로의 자동 판정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 4의 (a)는 본 발명의 3차원 초음파 화상화 장치에 구비된 표시 처리 장치에서 차분 판정 회로의 자동 판정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 4의 (b)는 본 발명의 3차원 초음파 화상화 장치에 구비된 표시 처리 장치에서 차분 판정 회로의 자동 판정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 4의 (c)는 본 발명의 3차원 초음파 화상화 장치에 구비된 표시 처리 장치에서 차분 판정 회로의 자동 판정 처리의 예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 전체 구성을 나타내는 도면.
도 6은 도 5에서 신호 처리부의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 신호 처리의 예를 나타내는 설명도.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 사각 검사(angle inspection)의 적용예를 나타내는 설명도.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 3차원 초음파 화상화 장치에서 송신과 수신으로 분류되는 한쌍의 행렬 변화기에 의한 화상 처리를 나타내는 설명도.
도 10은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 3차원 초음파 화상화 장치에서 선형 어레이 변환기의 적용예를 나타내는 설명도.
본 발명에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 실시예들은 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 초음파 화상화 장치의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
3차원 초음파 화상화 장치(10)는 검사 대상물의 내부 구조나 결함 형상을 세밀하게 입체 화상화할 수 있는 초음파 카메라로서 기능한다. 3차원 초음파 화상화 장치(10)는 초음파 진동과 전기 신호를 상호 변환시키고, 규정된 주파수의 초음파를 송수신하는 초음파 변환기(11)와, 초음파 변환기(11)를 구동시키는 구동 신호를 생성하는 신호 발생부(12)와, 신호 발생부(12)로부터 구동 신호를 선택하고, 초음파 변환기(11)의 압전 진동자를 선택적으로 구동시키는 구동 소자 선택부(13)와, 초음파 변환기(11)로부터 방출하는 초음파를 검사 대상물(14)의 검사 영역(15)에 조사하고, 초음파 변환기(11)를 통하여 검사 영역(15)으로부터 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로(16)와, 신호 검출 신호(16)에 의해 검출된 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 병렬 연산 처리하여 3차원(3D) 초음파 화상 데이터를 발생시키는 신호 처리부(17)와, 신호 처리부(17)에서 처리된 3차원 초음파 화상화 데이터나 표시 화상의 보정 처리 및 비교 처리를 하고, 검사 대상물(14)의 내부 결함(28) 상태를 고정밀도로 자동적으로 판정하고, 판정 결과를 표시시키는 표시 처리 장치(18)를 포함한다.
또한, 3차원 초음파 화상화 장치(10)는 검사 대상물(14)의 내부 구조를 고감도·고해상도의 3차원 초음파 화상으로 신속히 잡아내어 표시할 수 있는 초음파 검사 장치(20)를 위한 감지 장치를 포함하고, 초음파 화상화 장치(10)는 잡아낸 화상마다 요구되는 1초 내지 10초의 고속 검사가 가능하게 된다. 초음파 검사 장치(20)는 초음파를 송수신하는 초음파 센서로서 초음파 변환기(11)를 포함하고, 음향 전파 매체(21)는 초음파 변환기(11)의 센싱면인 송수신면에 밀착하게 된다.
3차원 초음파 화상화 장치(10)는 자동차업계, 항공업계, 철도업계의 용접부의 보전 상태나 용접 결함 유무를 검사하고, 플랜트업계나 조선업계에서 용접부의 상태 관찰에 응용할 수 있다.
삭제
초음파 변환기(11)는 다수의 압전 진동자(22)들이 m행 n열의 매트릭스 모양으로 독립적으로 정렬 배치된 매트릭스 센서로 이루어진 초음파 센서로 구성된다. 초음파 센서(11)를 포함하는 초음파 카메라(3차원 초음파 화상화 장치(10))에 의해, 반사된 에코의 수천 또는 수만의 초음파를 동시에 수집할 수 있고, 검사 대상물(14)의 내부 구조, 접합 영역(15)의 상태나 용접 결함의 유무나 상태를 고속으로 화상화 처리할 수 있다.
신호 발생부(12)로부터 생성된 구동 신호는 구동 소자 선택부(13)에 의해 선택되고, 초음파 변환기(11)의 각 압전 진동자(22)에 공급된다. 압전 진동자(22)의 구동 순서는 구동 소자 선택부(13)의 선택에 의해 1개씩 또는 여러개씩 결정되고, 압전 진동자(22)는 원하는 구동 타이밍으로 구동된다. 압전 진동자(22)가 매트릭스로 배열되는 대신에, 일렬이나 또는 십자 라인으로 배열되어 어레이 센서를 구성할 수도 있다. 즉, 초음파 변환기(11)를 구성하는 초음파 센서는 매트릭스 센서나 어레이 센서라도 좋다.
액체 또는 고체의 음향파 전파 매체(21)는 초음파 변환기(11)의 센싱면, 구체적으로는 검사 대상물(14) 한쪽인 초음파를 송수신하기 위한 표면에 밀착하게 된다. 초음파의 음향 매칭을 위한 커플랜트(24)는 음향파 전파 매체(21)와 검사 대상물(14) 사이에 필요에 따라 제공된다. 커플랜트(24)는 휘발성이 낮은 액체나 고체의 겔로 형성된다. 음향파 전파 매체(21)가 액체인 경우 커플랜트(24)는 불필요하다.
또한, 슈(shoe) 부재로서 작용하는 음향파 전파 매체(21)는 전체적으로 박스 모양이고, 개구 면적이 대상물(14)의 검사 영역(타겟 영역)(15)의 크기에 따라 형성되며, 음향파 전파 매체(21)의 높이는 압전 진동자(22)로부터 방출되는 초음파의 발진 각도(퍼짐 각도)에 의해 결정된다.
검사 대상물(14)은, 예를 들면 스폿 용접의 접합 수단인 2장의 평판 구조물(14a, 14b)이 사용되고, 구조물(14a, 14b)의 검사 영역(15)은 초음파를 이용하는 3차원 초음파 화상화 장치(10)에 의해 비파괴로 내부 검사된다. 검사 대상물(14)은 3장 이상의 판자 모양 구조물을 겹쳐서 용접한 다층 구조물을 사용한다. 또한, 검사 대상물(14)은 금속 재료, 수지 재료 또는 실험 표본이어도 좋다.
한편, 신호 발생부(12)는 압전 진동자(22)의 압전체를 구동시켜서 초음파를 발생시키고, 펄스 또는 연속적인 구동 신호를 생성하기 위해, 초음파 변환기(11)에 구동 신호를 작용시키는 수단이다. 즉, 구동 소자 선택부(13)에 의해 구동된 m행 n열에 배열된 압전 진동자(22mn)가 선택되면, 생성된 구동 신호는 필요한 타이밍에 선택된 압전 진동자(22mn)에 공급된다. 구동 소자 선택부(13)는 필요한 타이밍에서 구동된 하나 또는 복수의 압전 진동자(22mn)를 순차적으로 선택하기 때문에, 신호 발생부(12)로부터 구동 신호가 선택된 압전 진동자(22mn)에 가해지면, 압전 진동자(22)는 압전 특성 때문에 검사 대상물(14)을 향해 초음파(U)를 방출하기 위해 구동된다.
초음파 변환기(11)의 압전 진동자(22)로부터 순차적으로 방출되는 초음파는 슈 부재로서 작용하는 음향파 전파 매체(21)를 지나, 커플랜트(24)를 통하여 대상물(14)의 검사 영역(15)으로 입사되어, 검사 영역(15)의 경계층에서 반사된다.
대상물(14)의 윗면(25), 경계면(검사 대상물(14a)의 저면과 검사 대상물(14b)의 윗면)(26), 저면(27), 용접 결함부(28) 등의 경계 층에서 반사된 에코는, 검사 대상물(14)로부터 음향파 전파 매체(21)을 통하여 초음파 센서로 작용하는 초음파 변환기(11)의 압전 진동자(22)에 시간차로 수신되고, 압전 진동자(22)를 진동시키고, 반사된 에코에 대응하는 전기 신호로 변환된다. 이어서, 반사 에코에 대응하는 전기 신호는 신호 검출 회로(16)에 입력되고, 반사 에코에 대응하는 전기 신호는 압전 진동자(22)에 대하여 각각 검출된다.
3차원 초음파 화상화 장치(10)에서, 구동 신호가 초음파 변환기(11)의 압전 진동자(22) 중 구동 소자 선택부(13)에 의해 선택된 압전 진동자(22mn)에 가해지는 경우, 선택된 압전 진동자(22mn)는 초음파(U) 방출을 위해 작동한다. 방출된 초음파(U)는 음향파 전파 매체(21)와 필요에 따라 설치되는 커플랜트(24)를 통하여 검사 대상물의 검사 영역(15)에 조사된다. 검사 대상물(14)의 검사 영역(15)에 조사되는 초음파(U)의 일부는 검사 영역(15)의 밀도 경계층으로부터 반사되고, 반사 에코로 반사된다. 반사 에코는 커플랜트(24)와 음향파 전파 매체(21)를 통하여 매트릭스 센서(초음파 변환기)(11)로 되돌아와, 시간차를 갖는 대응된 압전 진동자(22)에 수신된다. 수신된 에코는 압전 진동자(22)에 의해 수행된 압전 변환에 의해 전기 신호로 변환되어, 신호 검출 회로(16)에 보내지고 검출된다.
초음파 변환기(11)에서, 압전 진동자(22)는 구동 소자 선택부(13)에서 순차적으로 공급되는 구동 신호에 의해, 필요한 타이밍에서 순차적으로 구동되므로, 압전 진동자(22)로부터 방출된 초음파의 반사 에코는 초음파 센서로서 작용하는 매트릭스 센서(11)에 의해 2차원적으로 수신된다.
매트릭스 센서(11)에서, 압전 진동자(22)의 구성이 m행 n열, 예를 들면 10×10개인, 100개의 압전 진동자(22)가 매트릭스 모양으로 배치되면, 압전 진동자(22mn)가 구동 소자 선택부(13)에 의해 순차적으로 구동된다. 압전 진동자(22)에 구동 신호가 순차적으로 가해지면, 구동 타이밍에서 압전 진동자(22)에 의해 초음파(U)가 순차적으로 방출된다. 압전 진동자(22)로부터 순차적으로 방출된 초음파의 반사 에코는 초음파 센서로 작용하는 매트릭스 센서(11)에서 순차적으로 수신하고, 그 수신 신호인 반사 에코에 대응하는 전기 신호는 반사 에코를 수신할 때마다 신호 검출 회로(16)에 보내진다.
따라서, 초음파 변환기(11)의 작동에 의해 매트릭스 모양으로 배열된 개개의 압전 진동자(22)에 의해 방출된 초음파의 반사 에코는 매트릭스 센서(11)에서 2차 원적으로 수신된다. 매트릭스 센서(11)는 개개의 압전 진동자(22mn)에 의해 방출된 초음파에 대응하는 반사 에코를 수신하고, 수신된 반사 에코에 대응하는 전기 신호는 신호 검출 회로(16)에 보내지며, 신호 검출 회로(16)를 통하여 신호 처리부(17)에 보내진다.
신호 검출 회로(16)는 매트릭스 센서(11)에서 방출되는 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 것이다. 검출된 신호 중 검사에 필요한 복수의 신호는 증폭기(31a, 31b, … 31i)를 통하여 신호 처리부(17)에 각각 공급된다. 증폭기(31a, 31b, …31i)는 신호 처리부(17)에 구비되어도 좋다.
증폭기(31a, 31b, …, 31i)는 반사 에코에 대응하는 공급된 전기 신호를 신호 처리 가능한 데시빌(dB) 값, 예를 들면 공급된 전기 신호의 10,000배가 되도록 증폭시키고, 증폭된 전기 신호는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 대응된 A/D 변환기(32a, 32b, …, 32i)에 공급된다. A/D 변환기(32a, 32b,…, 32i)는 공급된 전기 신호를 A/D 변환하고, 변환된 전기 신호를 대응 병렬 프로세서(33a, 33b, …, 33i)에 공급한다.
신호 처리부(17)에서 병렬 프로세서(33)는 통합 프로세서인 3차원 화상 생성부를 포함하고, A/D 변환기(32a, 32b, …, 32i)로부터 공급된 디지털 신호를 병렬적으로 또한 신속하게 연산 처리하고, 검사 영역(화상 영역)에 미리 구획된 메쉬 소자의 하나에 대응하는 반사 강도를 각각 특별히 정하고, 검사 대상물(14)의 메쉬화된 내부 상태를 가시화하는 3차원 영상 데이터를 생성한다. 생성된 3차원 화상화 데이터(I)는 병렬 프로세서(33)로부터 표시 처리 장치(18)에 보내진다.
신호 처리부(17)에서 병렬 프로세서(33)는 A/D 변환기(32a, 32b, …, 32i)로부터 공급된 디지털 신호의 처리에 의해 접합 영역(15)의 상태를 가시화하기 위해 3차원 화상화 데이터(I)를 생성하는 기능을 갖는다. 3차원 화상화 데이터(I)는 신호 검출 회로(16)에 의해 검출된 반사된 에코에 대응하는 전기 신호로부터 개구 합성(opening-synthesizing) 처리에 의해 검사 대상물(14) 내부에 설정된 3차원 화상 영역의 메쉬 소자 하나에 각각 대응시켜 생성된다.
또한, 병렬 프로세서(33)의 3차원 화상 생성부는 초음파 변환기(11)로부터 보아 정면(X-Y 평면) 방향과, 이 정면 방향에 서로 수직한 (Y-Z평면)과 (Z-X평면)의 2방향의 세방향으로부터, 3차원 화상화 데이터(I)를 투시하고, 3방향에서 3차원 화상화 데이터(I)의 투시 방향에서 중첩되는 화상 데이터 중 가장 큰 데이터 값을 평면상에 투영시킴으로써, 3 평면(2차원) 화상을 생성한다.
표시 처리 장치(18)는 신호 처리부(17)로부터 공급된 3차원 화상화 데이터(I)의 화상 휘도 분포를 보정하는 휘도 보정 회로(35)와, 측정된 3차원 화상화 데이터(I)를 수평 방향에서 슬라이스 화상(Is)의 집합체로 분할하고, 각 슬라이스 화상(Is)의 초음파 반사 강도 분포로부터 이상부의 위치 면적 및 체적을 계산하며, 검사 대상물의 품질의 양부를 자동적으로 판정하는 연산 판정 회로(36)와, 검사 대상물(14)의 표준 화상 데이터와 계산된 3차원 화상화 데이터를 차분 처리(differencing processing)하여 결함 등의 이상부를 자동적으로 검출하는 차분 판정 회로(37)와, 휘도 보정된 3차원 화상화 데이터(I)와 검사 대상물(14)의 자동 판정 결과를 표시하는 표시부(38)를 포함한다. 연산 판정 회로(36)와 차분 판정 회로(37)의 어느 한쪽만을 구비하여도 좋다.
표시 처리 장치(18)의 휘도 보정 회로(35)는 신호 처리부(17)로부터 보내진 3차원 화상화 데이터(I)에서 발생하는 휘도 분포의 편차를 삭제하고, 화상의 휘도 분포를 평탄화하도록 휘도 분포를 보정한다.
신호 처리부(17)의 병렬 프로세서(33)로 작성되는 3차원 화상화 데이터(I)에서, 초음파 변환기(11)의 압전 진동자(22)의 송수신 패턴에 의한 초음파 조사가 불균일하기 때문에, 검사 대상물(14)의 표면 화상의 휘도 분포에 편차가 발생한다. 검사 대상물(14)의 표면 화상(44)은 도 2의 (a)에서 게인(gain)을 세로축을 따라 표시하고 X방향은 수평 방향인 분포 차트에서, 초음파의 반사 강도분포 R과 유사하게 표시되고, 3차원 화상화 데이터(I)의 표면 화상(44)은 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 중앙에서는 강해지고 주변에서는 약해지는 경향이 있다.
따라서, 검사 대상물(14)의 표면 화상(44)에 초음파의 반사 강도 분포 R에 의한 강도의 차가 발생하지 않도록, 예를 들면 반사 강도 분포 R의 역수가 되도록 평면(X, Y) 방향의 보정 함수인 휘도 교정 곡선 C을 이용해서 3차원 화상화 데이터(I)를 평탄화함으로써, 휘도 분포 편차에 의한 악영향이 나타나지 않도록 하여, 도 2의 (c)에 도시된 균일한 휘도 분포 화상을 얻을 수 있도록 3차원 화상화 데이터(I)의 화상 휘도 보정을 행한다. 3차원 화상화 데이터(I)의 화상 휘도 보정 결과는 표시부(38)에서 입체적인 표시 화상(Id)으로서 표시된다.
표시 처리 장치(18)의 휘도 보정 회로(35)는 초음파 변환기(11)의 압전 진동자(22mn)으로부터의 초음파 송수신을 통해, 검사 대상물(14)의 내부로부터 반사되 는 무수한 에코를 개구 합성 처리하여 얻어지는 3차원 화상화 데이터(I)의 평면 방향으로 분포를 평탄화하도록, 3차원 화상화 데이터(I)의 휘도값을 보정하여 휘도값의 편차가 없는 균일한 화상(Id)을 얻을 수 있다.
즉, 표시 처리 장치(18)의 휘도 보정 회로(35)는, 검사 대상물(14)의 3차원 화상 영역 내의 메쉬(mesh) 소자에 대응하는 3차원(3D) 화상화 데이터(I)의 화상 데이터값(휘도값)을 그 수평 방향(X, Y 방향)의 분포에 따라 증폭하거나, 검사 대상물(14)의 표면 반사파의 영향 보정과 검사 대상물(14)의 초음파 감쇠 보정을 행함으로써, 휘도 편차가 없고 더 균일하고 더 보기 쉬운 검사 대상물(14)의 처리된 3차원 표시 화상(Id)을 표시부(38) 상에 표시시킬 수 있다.
또한, 초음파의 반사 강도를 나타내는 3차원 화상화 데이터(I 또는 Id)를 위한 표시 처리 장치(18)의 연산 판정 회로(36)는, 검사 대상물(14)의 내부 결함(28)의 유무를 자동 판정하기 위해서, 3차원 화상화 데이터(Id)의 3차원 화상을 수평(X, Y 방향)으로 자른 슬라이스 화상이 얻어지도록 분할 처리한다. 처리 후의 3차원 화상은 3차원 화상화 데이터(I)의 처리전 3차원 화상을 표면 화상(Is1)에서 저면 화상(Isb)을 포함하는 슬라이스 화상(Is)의 집합체로 분할된다.
슬라이스 화상(Is)의 메쉬 소자 수는 검사 대상물(14)에 미리 설정된 입체적인 메쉬 수로 설정되므로, 화상 휘도가 미리 설정된 설정값 이상의 화상 메쉬 소자수를 계산함으로써 검사 대상물(14)의 위치와 면적을 구한다.
처리 전의 3차원 화상은 연산 판정 회로(36)에 의해 처리 후에 수평 방향으로 자른 슬라이스 화상(Is)으로 분할되고, 초음파의 반사 강도가 설정값 이상인 결 함 등의 이상부의 3차원 위치(3D 위치)와 면적 또는 체적은 슬라이스 화상(Is)의 반사파의 강도 분포로부터 화상 메쉬 소자수의 계산에 의해, 객관적 또한 정량적으로 얻어지며, 검사 대상물(14)의 품질의 양부를 자동 판정할 수 있다.
또한, 검사 대상물(14a)의 저면(검사 대상물의 경계면(26))은 그 밀도차에 의해 큰 초음파 반사 강도를 갖고 있고, 큰 초음파 반사 강도는 화상 휘도의 크기(밝기)로서 검사 대상물(14a)의 저면 화상(Isb)에 나타난다. 따라서, 검사 대상물(14a)의 저면부의 화상 휘도를 정량 관찰함으로써, 검사 대상물(14)의 내부에 발생하는 보이드나 미소 결함을 슬라이스 화상(Is)의 화상 메쉬 소자의 수를 카운트함으로써 정량적이고 고정밀도로 평가할 수 있다.
또한, 표시 처리 장치(18)는 검사 대상물(14)의 내부 결함 등의 이상부를 자동 판정하기 위한 차분 판정 회로(37)를 포함한다. 차분 판정 회로(37)에서 미리 얻어진 정상적인 검사 대상물(워크 피스)의 3차원 화상화 데이터는 표준값(표준 화상 데이터)으로 메모리(40)에 미리 저장된다. 저장된 표준 화상 데이터와 측정된 3차원 화상화 데이터(I)(또는 Id)는 비교 회로(41)에서 비교되고, 저장된 표준 화상 데이터를 차분 처리함으로써, 검사 대상물(14)의 내부 결함 등의 이상부(48)가 추출되어, 검사 대상물(14) 품질의 양부를 자동 판정한다.
구체적으로, 차분 판정 회로(37)는 비교 회로(41)와 메모리(40)를 포함하고, 도 4의 (a)에 도시된 측정된 3차원 화상화 데이터(I(Id))는 비교 회로(41)에 보내지는 한편, 메모리(40)에 저장된 도 4의 (b)에 도시된 표준 화상 데이터는 비교 회로(41)에 공급된 다음 차분 처리된다. 3차원 화상화 데이터(I)는 검사 대상물(14) 의 3차원 화상 영역 내의 메쉬 소자에 대응하는 데이터값으로 구성된다.
도 4의 (a)에서 측정된 3차원 화상화 데이터(I)와, 도 4의 (b)에 도시된 표준 화상 데이터를 차분 처리함으로써, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 검사 대상물(14)의 결함 등의 이상부(48)와 형상에 의한 고정 화상이 식별되어, 그 차분이 사전에 설정된 설정값 이상인 화상 메쉬 소자의 수와 위치를 판정함으로써, 검사 대상물(14)의 내부 결함 등 이상부(48)의 3차원 위치와 면적 또는 체적을 자동 검출할 수 있다. 이 검출 결과는 표시부(38)에 표시된다. 또한, 도 4의 (a), (b)에서, 부호 46, 47은 처리된 3차원 형상 화상을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서, 매트릭스나 어레이 모양으로 독립하여 형성된 복수의 압전 진동자(22)로 구성되는 초음파 변환기(11)를 포함하는 3차원 초음파 화상화 장치로 합성된 3차원 화상화 데이터(I)를 표시 처리 장치(18)의 휘도 보정 회로(35)에서 보정 처리하므로, 초음파 변환기(11)를 이동시키면서 얻어지는 복수의 화상 데이터를 초음파 변환기(11)의 위치에 따라 결합시킴으로써, 더 균일하고 더 이해하기 쉬운 3차원 화상 처리가 가능하게 된다.
또한, 수평 방향으로 분할된 3차원 화상화 데이터(I)로 형성된 슬라이스 화상으로부터 설정값 이상의 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수와 위치를 계산하고, 검사 대상물(14)의 정상인 워크 피스의 3차원 화상화의 표준 화상 데이터와 측정된 3차원 화상화 데이터를 비교하여 차분 처리함으로써, 검사 대상물(14)의 내부 결함 등의 결함부의 3차원 위치 및 크기(면적 또는 체적)을 자동 판정할 수 있으므로, 검사 대상물(14)의 양부를 자동적으로 식별할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 목적은 상술한 구성과 효과를 갖는 도 1에 도시한 3차원 초음파 화상화 장치를 사용하여 검사를 수행하는 기구를 제공하는 것으로서, 특히 3차원 초음파 화상화 장치에서, 표면이 곡면인 검사 대상의 결함을 검사할 경우를 본 발명의 제 2 실시예로서, 도 5와 6을 참조하여 이하에 설명하고, 여기서 동일 부호는 도 1에 도시된 3차원 초음파 화상화 장치와 같은 구성 요소를 나타내므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 3차원 초음파 화상화 장치는 초음파 변환기(매트릭스 센서)(11), 신호 발생부(12), 구동 소자 선택부(13), 신호 검출 회로(16), 증폭기(31a, …, 31i), 신호 처리부(17), 표시 처리 장치(18)를 포함한다. 초음파 변환기(11)의 앞면은 액체의 음향파 전파 매체(21)에 직접 접촉하게 하고, 검사 대상물(14A)에서 결함(28)에 의해 반사되는 초음파(U)를 수신한다. 초음파 변환기(11)에서 n개의 압전 진동자(22, …, 22)는 매트릭스 모양으로 배열되고, 압전 진동자는 구동 소자 선택부(13)에 의해 선택되어 구동되도록 결정되며, 신호 발생부(12)로부터의 구동 신호가 도선(lead)에 의해 공급된다. 또한, 각각의 압전 진동자(22)에 의해 방출되는 전기 신호는 도선에 의해 신호 검출 회로(16)에 공급된다.
압전 진동자(22)가 전기 구동되면, 압전체의 특성 때문에 초음파가 발생하고, 발생된 초음파(U)는 음향파 전파 매체(21)를 통해 전파되며, 곡면 경계(49)에서 굴절된 후 검사 대상물(14A) 내의 결함(28)에 도달한다. 결함(28)에 의해 반사된 초음파(U)는 곡면 경계(49)에서 다시 굴절된 후에, 음향파 전파 매체(21)를 통하여 압전 진동자(22)로 입사하고, 이에 따라 각각의 압전 진동자(22)는 전기 신호 를 방출한다.
신호 발생부(12)는 압전 진동자(22)가 초음파(U)를 발생하도록, 펄스나 연속적인 구동 신호를 발생하는 기능을 갖는다. 발생된 구동 신호는 구동 소자 선택부(13)에 공급된다.
구동 소자 선택부(13)는 구동해야할 하나 또는 복수의 압전 진동자(22)를 선택하고, 신호 발생부(12)에 의해 공급된 구동 신호를 선택된 압전 진동자(22)에 공급한다. 신호 검출 회로(16)는 압전 진동자(22)에서 발생되는 전기 신호를 검출한다. 검출된 신호 중 검사에 필요한 복수의 전기 신호는 증폭기(31(31a, …, 31i))에 순차적으로 공급된다. A/D 변환기(32)는 공급된 전기 신호를 A/D로 변환하고, 신호 처리부(17) 내의 파형 저장 메모리(75)에 임시적으로 신호를 저장한 후, 화상 합성 처리부(76)에 공급한다. 화상 합성 처리부(76)는 파형 저장 메모리(75)에 의해 공급되는 디지털 신호를 처리하고, 검사 대상물의 상태를 가시화하는 정보를 생성한다. 생성된 정보는 표시 처리 장치(18)에 공급되어 표시부(38) 상에 표시된다.
한편, 통합 프로세서(80)의 테이블 데이터 작성부(81)에서는, 경계면 추출부(82)에 의해 생성된 곡면 경계(49)의 데이터와, 압전 진동자(22, …, 22)의 좌표 데이터에 의거하여, 곡면 경계(49)에서 굴절되고 화상 영역(50) 내의 모든 화상 메쉬 소자까지 도달하는, 각각의 압전 진동자(22)에 의해 방출되는 신호에 필요한 편도 초음파 전파 시간을 저장한, n개의 테이블 데이터(1)(84)에서 테이블 데이터(n)(88)가 생성된다.
또한, 경계면 추출부(82)에서, 곡면 경계(49)의 위치 데이터는 사전에 받아들여져 화상 합성 처리부(76)에서 생성돤 검사 대상물(14A)의 화상화 결과를 검사 대상물(14A)의 표면 위치 추출 처리를 행함으로써, 자동 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 화상 합성 처리부로 형성된 화상 합성 치리에 관한 변형예이다. 도 7은 압전 진동자(j)(22j)와 (k)(22k)에서 송수신된 초음파(U)에 의한 화상 합성 처리 프로세스를 나타내고 있다.
초음파(U)는 곡면 경계(49)에서 굴절된 후에, 화상 영역(50) 내에 도달한다. 그러므로, 테이블 데이터(1)(86)에는 초음파(U)가 압전 진동자(1)(22-1)로부터 방출되고, 곡면 경계(49)에서 굴절된 후에, 화상 영역(50)의 각 메쉬 소자에 도달하기까지의 편도 초음파 전파 시간이 저장된다. 마찬가지로, 테이블 데이터(k)(87)에는 초음파(U)가 압전 진동자(k)(22k)로부터 방출되고, 곡면 경계(49)에서 굴절된 후에, 화상 영역(50)의 각 메쉬 소자에 도달할때까지의 편도 초음파 전파 시간을 저장한다.
도 7은 화상 합성 처리의 예로서, 화상 메쉬 소자(i)(51) 내지 화상 메쉬 소자(i+2)(52)… 에 압전 진동자(j)와 (k) 사이의 송수신 파형(60)의 할당 처리를 나타내고 있다.
화상 메쉬(i)(51)에의 할당 처리에서, 테이블 데이터(j)(86)의 (i)번째 데이터로 저장된 전파 시간(j, i)(91)과 테이블 데이터(k)(87)의 (i)번째 데이터로 저장된 전파 시간(k, i)(94)을 가산함으로써 왕복 전파 시간을 구하거나, 압전 진동자(j)와 (k) 사이에 송수신 파형(60)으로부터 가장 가까운 지연 시간을 갖는 데이 터를 선택하고, 화상 영역(50)의 화상 메쉬 소자(i)(51) 내의 데이터에 같은 가산 처리를 행한다.
화상 메쉬 소자(i+1)(52)에의 할당 처리에서, 테이블 데이터(j)(86)의 (i+1)번째 데이터로 저장된 전파 시간(j, i+1)(92)과 테이블 데이터(k)(95)의 (i+1)번째 데이터로 저장된 전파 시간(k, i+1)(94)을 가산함으로써 왕복 전파 시간을 구하거나, 압전 진동자(j)와 (k) 사이의 송수신 파형(60)으로부터 가장 가까운 지연 시간을 갖는 데이터를 선택하고, 화상 영역(50)의 화상 메쉬 소자(i+1)(52)에 같은 가산 처리를 행한다.
또한, 화상 영역(50)의 모든 화상 메쉬 소자에 대해 처리를 행하기 위해, 화상 메쉬 소자(i+2)(53)과 (i+3)(54)에 대해 같은 처리를 연속하여 행함으로써, 압전 진동자(j)와 (k) 사이의 송수신 파형(60)의 할당에 의한 화상 합성 처리가 완료된다.
그 후, 화상 영역(50)에 할당되는 송수신 파형을 변경하고, 송수신의 모든 조합에 대하여 같은 처리를 반복함으로써, 검사 대상물(14A)의 내부 상태의 화상을 완료할 수 있다.
또한, 테이블 데이터(1)(84) 내지 테이블 데이터(n)(88)에는 초음파가 압전 진동자(1)(22-1) 내지 압전 진동자(n)(22-n)으로부터 방출된 후에, 화상 영역(50)의 각 메쉬 소자에 도달할 때까지의 편도 초음파 전파 시간의 데이터가 저장되므로, 깊이 방향으로 배치된 편도 초음파 전파 시간도 연속적으로 변화한다. 따라서, 깊이 방향으로 배치된 메쉬 소자에 대하여 테이블 데이터(1)(84) 내지 테이블 데이터(n)(88)의 편도 초음파 전파 시간을 차분 처리하여 저장함으로써, 데이터 용량을 대폭 압축할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예로서, 사각 검사(angle inspection)에 적용되는 예를 설명하는 구성도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 아크릴과 폴리스틸렌 등의 수지계 슈 부재는 액체 상태의 커플랜트(111)를 통하여 초음파 변환기의 선단부에 밀착시키며, 슈 부재(108)의 표면 상에 커플랜트를 코팅하여 평면 실린더의 모양 등의 검사 대상물에 더욱 밀착시킨다.
여기서, 슈 부재와 매트릭스 변환기 사이에 부착면 각도를 기울임으로써, 압전 진동자(1)(22-1) 내지 압전 진동자(n)(22-n)에 의해 방출된 초음파는 검사 대상물(109) 내에서 굴절하여 경사 방향(예를 들면, 45°또는 70°)에 입사시키고, 결함(110)으로부터 반사된 초음파(U)를 수신함으로써 결함(110)의 화상화를 실시할 수 있다. 경사 입사의 조건에서, 경계면 설정부(83)에 의한 테이블 데이터(1)(84)∼테이블 데이터(n)(88)의 작성을 행함으로써, 경사각에 따른 3차원 화상 합성을 행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예로서, 송수신을 위해 분리된 한쌍의 3차원 변환기에 의한 화상화의 적용례를 설명하기 위한 구성도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 송신용 변환기(102)와 수신용 변환기(103)는 초음파를 각 변환기에 의해 송수신이 가능하도록, 서로 대향하여 배치한다.
송신용 변환기(102)과 수신용 변환기(103)는 사각 검사의 적용예와 마찬가지로, 그 선단부가 액체 상태의 커플랜트(111)를 통하여 같은 형상의 슈 부재(108)에 각각 밀착하게 된다. 슈 부재(108)의 표면에 커플랜트(108)를 코팅하여 파이프 등의 검사 대상물(109)에 더 밀착시키고, 결함(110)이 사이에 끼워지도록 비대칭적으로 검사 대상물(109)에 고정시킨다.
여기서, 슈 부재(108)와 송신용 매트릭스 변환기(102) 및 수신용 매트릭스 변환기(103) 사이의 부착면 각도를 기울임으로써, 송신용 압전 진동자(106)에 의해 방출된 초음파는 검사 대상물(109) 내에서 굴절되어 경사 방향으로 입사되고, 결함(110)에 의해 반사된 초음파(U)는 수신용 압전 진동자(107)로 수신되어, 결함(110)의 화상화를 행할 수 있다. 경사 입사의 조건에서, 결함(110)의 화상화를 행할 수 있다.
경사 입사의 조건에서, 송신용 매트릭스 변환기(102)과 수신용 매트릭스 변환기(103)에 의한 테이블 데이터(1)(84)∼테이블 데이터(n)(88)의 작성을 행함으로써, 송신용 매트릭스 변환기(102)과 수신용 매트릭스 변환기(103)에 의한 3차원 화상 합성을 행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시예로서, 선형 어레이 변환기(119)에 의한 실린더 모양의 대상물 검사의 적용예를 설명하는 구성도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, n개의 압전 진동자(1)(120) 내지 (n)(121)가 직선 모양으로 배치된 선형 어레이 변환기(119)를 이용하여 초음파를 송수신함으로써, 검사 대상물(109) 내의 2차원 단면을 화상화할 수 있다.
이때, 검사 대상물(109)의 곡선 경계(1l3)를 경계면 설정부에서 설정하고, 테이블 데이터(l)(84) 내지 테이블 데이터(n)(88)을 작성함으로써, 단면 형상이 일 정한 모양을 갖는 검사 대상물(109)의 내부 검사를 행할 수 있다.
이때, 중심축(125)을 중심으로 검사 대상물(109)을 회전시켜, 회전각(α)이 일정값으로 변화할 때마다 단면의 화상화를 행함으로써, 얻어진 복수의 단면 형상을 겹쳐 그 결과를 표시하여, 검사 대상물(109) 내 결함의 3차원 화상화를 행할 수 있다.
또한, 회전각(α)이 일정값으로 변화될 때마다 검사 대상물(109)의 표면을 화상화하고, 그 결과를 처리하며, 곡선 경계(113)를 경계면 추출부(82)에 의해 그때마다 재생성하여, 테이블 데이터(1)(84) 내지 테이블 데이터(n)(88)를 작성함으로써, 단면 형상이 변화되는 검사 대상물(109)의 내부 검사를 행할 수도 있다.

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  14. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 검사 대상물의 표면 형상을 설정하고 기억하는 경계면 설정부와;
    상기 압전 진동자로부터, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물의 표면과 내부의 상기 3차원 화상 메쉬 소자까지의 초음파 전파 시간을 저장하고, 상기 압전 진동자 모두에 대하여 편도 초음파 전파 시간이 저장된 테이블 데이터를 생성하는 테이블 데이터 작성부와;
    A/D 변환기를 통하여, 파형 저장 메모리에 의해 기록된 파형 데이터와 상기 테이블 데이터를 수신하고, 3차원 화상을 합성하는 화상 합성부로 구성되어 있고,
    상기 신호 처리부의 테이블 데이터 작성부는 편도 초음파 전파 시간이 깊이 방향으로 연속적으로 변화하는 것을 이용하여 깊이 방향의 차분 처리 결과를 저장함으로써, 상기 편도 초음파 전파 시간 테이블의 데이터를 압축하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
  15. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 신호 처리부로부터 받은 상기 3차원 화상화 데이터의 상기 검사 대상물 표면의 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 설정된 (X, Y) 평면 방향에서의 보정 함수를 상기 3차원 화상화 데이터의 값에 곱함으로써 상기 3차원 화상화 데이터의 휘도를 보정하는 휘도 보정 회로와,
    상기 휘도 보정 회로에 의해 휘도 보정된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 더 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 검사 대상물의 표면 형상을 설정하고 기억하는 경계면 설정부와;
    상기 압전 진동자로부터, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물의 표면과 내부의 상기 3차원 화상 메쉬 소자까지의 초음파 전파 시간을 저장하고, 상기 압전 진동자 모두에 대하여 편도 초음파 전파 시간이 저장된 테이블 데이터를 생성하는 테이블 데이터 작성부와;
    A/D 변환기를 통하여, 파형 저장 메모리에 의해 기록된 파형 데이터와 상기 테이블 데이터를 수신하고, 3차원 화상을 합성하는 화상 합성부로 구성되어 있고,
    상기 신호 처리부의 테이블 데이터 작성부는 편도 초음파 전파 시간이 깊이 방향으로 연속적으로 변화하는 것을 이용하여 깊이 방향의 차분 처리 결과를 저장함으로써, 상기 편도 초음파 전파 시간 테이블의 데이터를 압축하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
  16. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    상기 검사 대상물에 상기 초음파 변환기를 경사지게 고정하기 위해, 상기 초음파 변환기에 쐐기 모양(wedge type)의 슈(shoe) 부재를 커플랜트(couplant)를 통하여 밀착 고정하여 상기 테이블 데이터를 생성함으로써,
    초음파를 경사 각도로 송수신하여 상기 검사 대상물의 내부 상태를 3차원적으로 가시화하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
  17. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 신호 처리부로부터 받은 상기 3차원 화상화 데이터의 상기 검사 대상물 표면의 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 설정된 (X, Y) 평면 방향에서의 보정 함수를 상기 3차원 화상화 데이터의 값에 곱함으로써 상기 3차원 화상화 데이터의 휘도를 보정하는 휘도 보정 회로와,
    상기 휘도 보정 회로에 의해 휘도 보정된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 더 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    상기 검사 대상물에 상기 초음파 변환기를 경사지게 고정하기 위해, 상기 초음파 변환기에 쐐기 모양(wedge type)의 슈(shoe) 부재를 커플랜트(couplant)를 통하여 밀착 고정하여 상기 테이블 데이터를 생성함으로써,
    초음파를 경사 각도로 송수신하여 상기 검사 대상물의 내부 상태를 3차원적으로 가시화하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
  18. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    한쌍의 초음파 변환기를 설치하고, 상기 검사 대상물의 표면에 경사지게 서로 대칭적으로 대향하도록 상기 초음파 변환기를 고정하고, 한쌍의 초음파 변환기 중 한쪽을 송신용으로 다른 한쪽을 수신용으로 사용하여 상기 테이블 데이터를 생성함으로써,
    검사 대상물의 내부 상태를 3차원적으로 가시화하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
  19. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 신호 처리부로부터 받은 상기 3차원 화상화 데이터의 상기 검사 대상물 표면의 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 설정된 (X, Y) 평면 방향에서의 보정 함수를 상기 3차원 화상화 데이터의 값에 곱함으로써 상기 3차원 화상화 데이터의 휘도를 보정하는 휘도 보정 회로와,
    상기 휘도 보정 회로에 의해 휘도 보정된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 더 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    한쌍의 초음파 변환기를 설치하고, 상기 검사 대상물의 표면에 경사지게 서로 대칭적으로 대향하도록 상기 초음파 변환기를 고정하고, 한쌍의 초음파 변환기 중 한쪽을 송신용으로 다른 한쪽을 수신용으로 사용하여 상기 테이블 데이터를 생성함으로써,
    검사 대상물의 내부 상태를 3차원적으로 가시화하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
  20. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    상기 신호 처리부는, 상기 검사 대상물의 표면 화상화 결과를 수신하고, 표면 형상을 자동적으로 추출하는 경계면 추출부에서 표면 형상을 생성하고, 상기 경계면 추출부에서 생성된 상기 표면 형상과 상기 압전 진동자의 좌표 정보를 테이블 데이터 작성부에 입력함으로써, 상기 검사 대상물의 내부 상태를 가시화하고,
    상기 검사 대상물의 내부 단면 화상은, 상기 압전 진동자가 선형으로 배열된 초음파 변환기를 이용하여, 상기 검사 대상물의 표면 형상을 2차원적으로 가시화하고, 상기 신호 처리부의 경계면 추출부에서 얻어진 단면 화상 데이터를 수신하며, 상기 검사 대상물이 일정 각도로 회전할 때마다 상기 경계면 추출부에서 표면 형상을 자동으로 추출하고, (2차원)테이블 데이터를 재생성하면서, 상기 검사 대상물의 내부 단면 화상을 차례로 가시화하고, 얻어진 복수의 단면 화상을 회전 각도의 축을 따라 중첩시킴으로써, 3차원으로 화상화하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
  21. 복수의 압전 진동자가 매트릭스 또는 어레이로 배치된 초음파 변환기와;
    상기 압전 진동자에 접속되고, 초음파 변환기로부터 초음파를 방출하는 압전 진동자를 상기 복수의 압전 진동자 중에서 선택하도록 구성된 구동 소자 선택부와;
    상기 구동 소자 선택부에 의해 선택된 압전 진동자로부터 방출된 초음파를 음향파 전파 매체를 통하여 검사 대상물에 입사시키고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 에코를 받아서 상기 반사된 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하도록 구성된 신호 검출 회로와;
    검출된 반사 에코에 대응하는 상기 전기 신호를 병렬 연산 처리에 의해, 상기 검사 대상물의 내부를 미리 구획된 3차원 화상화 영역에서 메쉬(mesh) 소자에 대응시키면서 3차원 화상화 데이터를 생성하도록 구성된 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 상기 3차원 화상화 데이터를 받고, 상기 검사 대상물의 표면에 평면 방향으로 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 상기 3차원 화상화 데이터의 화상 휘도를 보정하고, 보정된 결과를 표시하는 표시 처리 장치를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 검사 대상물의 상기 3차원 화상화 영역에서 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 슬라이스 화상(sliced image)으로서 평면 방향으로 분할된 슬라이스 화상을 생성하고, 상기 슬라이스 화상 각각의 설정값보다 크거나 같은 강도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수를 계산하며, 결함 등과 같은 이상 부분의 위치와 면적으로부터 상기 검사 대상물의 이상 판정을 수행하여, 표시부에 판정 결과를 표시하는 연산 판정 회로와,
    상기 검사 대상물의 3차원 화상 영역에서 상기 메쉬 소자에 대응하는 상기 3차원 화상화 데이터를 정상 워크-피스(work-piece)의 3차원 화상화 데이터로부터 미리 획득된 표준 화상 데이터와 비교하고, 그 데이터 차분(差分)으로부터 획득된 설정값보다 크거나 같은 휘도를 갖는 화상 메쉬 소자의 수 및 면적 또는 체적으로부터 이상 판정을 수행하고, 상기 표시부에 판정 결과를 표시하는 차분 판정 회로를 포함하고,
    상기 표시 처리 장치는,
    상기 신호 처리부로부터 받은 상기 3차원 화상화 데이터의 상기 검사 대상물 표면의 화상화 강도 분포를 평탄화하도록 설정된 (X, Y) 평면 방향에서의 보정 함수를 상기 3차원 화상화 데이터의 값에 곱함으로써 상기 3차원 화상화 데이터의 휘도를 보정하는 휘도 보정 회로와,
    상기 휘도 보정 회로에 의해 휘도 보정된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 더 포함하고,
    복수의 압전 진동자는 상기 초음파 변환기에 매트릭스 모양으로 정렬 배치되어 있으며,
    상기 압전 진동자의 구동 신호를 상기 신호 검출 회로가 반사 에코로서 검출한 검출 시간과 상기 압전 진동자의 매트릭스 모양의 공간 배치로부터, 상기 검사 대상물의 상태를 화상 합성하고,
    상기 신호 처리부에서, 초음파 변환기를 구성하는 상기 압전 진동자 모두에 대해, 음향 전파 매체를 통하여 상기 압전 진동자로부터 상기 검사 대상물의 3차원 화상화 데이터에 대응하는 3차원 화상 메쉬 소자 각각에 편도 전파 방향의 초음파 전파 시간이 저장된 복수의 테이블 데이터로부터, 송수신의 조합에 대응하는 한쌍의 테이블 데이터를 선택하고, 상기 한쌍의 테이블 데이터를 추가하여 얻어진 왕복 초음파 전파 시간 데이터에 의거하여, 상기 음향 전파 매체를 통하여 상기 검사 대상물로부터 수신된 반사된 에코의 전기 신호로부터 화상화 데이터를 선택함으로써, 상기 검사 대상의 내부 상태와 표면 형상의 화상 합성을 행하고,
    상기 신호 처리부는, 상기 검사 대상물의 표면 화상화 결과를 수신하고, 표면 형상을 자동적으로 추출하는 경계면 추출부에서 표면 형상을 생성하고, 상기 경계면 추출부에서 생성된 상기 표면 형상과 상기 압전 진동자의 좌표 정보를 테이블 데이터 작성부에 입력함으로써, 상기 검사 대상물의 내부 상태를 가시화하고,
    상기 검사 대상물의 내부 단면 화상은, 상기 압전 진동자가 선형으로 배열된 초음파 변환기를 이용하여, 상기 검사 대상물의 표면 형상을 2차원적으로 가시화하고, 상기 신호 처리부의 경계면 추출부에서 얻어진 단면 화상 데이터를 수신하며, 상기 검사 대상물이 일정 각도로 회전할 때마다 상기 경계면 추출부에서 표면 형상을 자동으로 추출하고, (2차원)테이블 데이터를 재생성하면서, 상기 검사 대상물의 내부 단면 화상을 차례로 가시화하고, 얻어진 복수의 단면 화상을 회전 각도의 축을 따라 중첩시킴으로써, 3차원으로 화상화하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 화상화 장치.
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