(57)【要約】【課題】定量的で直感的な表示が可能な高解像度の３次元超音波画像化装置を提供する。【解決手段】マトリックス状に独立して複数形成された圧電振動子から構成されるマトリックスセンサ９を有する３次元超音波画像化装置において、マトリックスセンサ９から得られた超音波の反射エコーを基に３Ｄ画像化データを生成し表示画像を平面画像に処理したり、マトリックスセンサ９を移動させながら得られた複数の画像化データをマトリックスセンサ９の位置に応じて結合することにより、欠陥１４を定量的でかつ直感で判断できる画像化を実現するとともに、検査の自動判定が可能となる。さらに、検査対象の検査範囲以外の領域をマスクして画像化することで画質の向上を図ることができる。【選択図】図４
2005031061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電振動子から構成される超音波トランスデューサと、
前記複数の圧電振動子のうち任意のものから超音波を発生させる振動子選択部と、
前記振動子選択部により選択された圧電振動子が発する超音波が音響媒体を介して検査対象からの反射エコーを受信することにより前記複数の圧電振動子が発生する電気信号を選択的に検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路により検出された電気信号から開口合成処理により、前記検査対象の内部に設定された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成する信号処理部と、
前記信号処理部により生成された３次元画像化データを３次元画像化領域内のメッシュ上の３次元画像化データの値に応じて、各メッシュの輝度または透明度を変化させる機能と、前記３次元画像化データの値を３次元座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に応じて設定された値で乗算することにより前記３次元画像化データの不要部画像のマスキングまたは画像輝度補正を行う機能とを有する表示処理部と
を具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項２】
請求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記表示処理部は、
前記３次元画像化データを互いに直行する３方向から透視すると共に、前記３次元画像化データのうち透視方向に重なった画像化データのうち最も値の大きいデータを平面に投影することで前記３方向の各方向の３枚の平面画像を生成する平面画像生成部を具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項３】
請求項２記載の３次元超音波画像化装置において、
前記平面画像生成部で生成された前記平面画像領域内のメッシュに対応した３次元画像化データの値を、事前に設定した設定値と比較して設定値以上のメッシュを求め、求めた画像化メッシュの３次元座標と、あらかじめ設定された前記検査対象の輪郭形状や後加工に関する３次元形状情報を比較することにより、前記検査対象内の欠陥位置と後加工部との干渉の有無を検出し、その結果を表示する異常判定表示部を具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項４】
請求項３記載の３次元超音波画像化装置において、
前記平面画像生成部において、事前に設定した設定値を超えた画像化メッシュを選定する際に、選定された画像化メッシュの隣接状況から異常部位の面積を自動計算するとともに、自動計算した異常部位の面積が一定値以上有るかどうかを判定し、その結果を表示する異常判定表示部を具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項５】
請求項２乃至４いずれか１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記平面画像生成部により生成された３枚の平面画像の上に検査対象形状の輪郭を重ねて描画する輪郭描画部をさらに具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項６】
請求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記信号処理部により生成された３次元画像化データを３次元画像化領域内に重ねるようにして検査対象の輪郭や後加工に関する３次元形状を描画する輪郭描画部をさらに具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれか１記載の３次元超音波画像化装置において、
３次元画像化領域内のメッシュに対応した３次元画像化データの値を、事前に設定した設定値と比較して設定値以上のメッシュを出力し、出力した設定値以上のメッシュ数の割合を自動計算し、その値が一定値以上になった場合に異常判定を行う異常判定部をさらに具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項８】
請求項７記載の３次元超音波画像化装置において、
３次元画像化領域内のメッシュに対応した３次元画像化データの値を、事前に設定した設定値と比較して設定値以上のメッシュを出力し、出力されたメッシュの３次元座標と、あらかじめ設定された前記検査対象の輪郭形状や後加工に関する３次元形状情報とを比較することにより、前記検査対象内の欠陥位置と後加工部との干渉の有無を検出し、その結果を表示する異常判定表示部を具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項９】
請求項８記載の３次元超音波画像化装置において、
前記異常判定表示部が、３次元画像データから、設定値以上のメッシュを出力する際に、出力された画像化データの隣接状況から異常部位の体積を自動計算するとともに、前記異常部位の面積が一定値以上有るかどうかを判定し、その結果を表示する手段を具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１０】
請求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記トランスデューサを機械的に駆動すると共に、その移動位置を検出する機構部と、
前記機構部により前記トランスデューサが移動されるごとに検出された複数の画像化データを結合する画像結合部と、
前記画像結合部により結合された画像を表示する表示部と
を具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１１】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
検査範囲に対応した開口部を有し、前記開口部を前記検査対象の検査範囲に合わせて前記検査対象の表面を覆うマスク部をさらに具備したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１２】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記超音波トランスデューサは、
前記複数の圧電振動子をマトリクス状に配置してなることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１３】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記超音波トランスデューサは、
前記複数の圧電振動子を一列に配置してなることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１４】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記音響媒体は、固体であることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１５】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記音響媒体は、液体であることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１６】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記検査対象が平面の境界を持つことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１７】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記検査対象が曲面の境界を持つことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１８】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記検査対象は、単数の音響特性を有した層からなることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１９】
講求項１記載の３次元超音波画像化装置において、
前記検査対象は、複数の異なる音響特性を有した層からなることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面配置した多数の圧電振動子で送受信される超音波を用いて検査対象である構造物内の欠陥、ボイド、酸化膜等の異物や接合部の剥がれの状態を３次元(３Ｄ)的に可視化する３次元超音波画像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリックス状に独立して複数形成された圧電振動子から構成される超音波トランスデューサを用いた超音波検査装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
従来の超音波検査装置では、複数の異なる音響特性を有した層構造や、表面が曲面形状の検査対象内の欠陥やポイドや剥がれを超音波により可視化することができるものの、超音波による画像化結果を目視で判断することから自動判定が困難であると共に、検査対象との位置関係を把握することが難しかった。
【特許文献１】特開２００３−１４９２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の超音波検査装置では、以下のような問題がある。
［1］内部検査を行うには人が画像化結果を観察することで行うことから、客観的、定重的な検査が難しい。
［2］検査対象内の表面反射波の影響や検査対象内の超音波減衰等により、検査対象の深さの違いにより画像の輝度が変化してしまう。
［3］超音波トランスデューサの大きさが限られているために、広い領域を連続的に画像化することができない。
［4］検査対象の検査範囲の周囲に凹凸がある場合に、周囲の凹凸部で反射した超音波により検査対象の内部画像の画質が低下することである。
［5］検査対象内部の３次元画像化から得られた欠陥位置、形状情報から異常の有無を自動判定することができない。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、超音波による内部検査の精度を向上し、検査範囲を拡大するとともに、検査の自動判定を可能とする３次元超音波画像化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明に係る３次元超音波画像化装置は、複数の圧電振動子から構成される超音波トランスデューサと、前記複数の圧電振動子のうち任意のものから超音波を発生させる振動子選択部と、前記振動子選択部により選択された圧電振動子が発する超音波が音響媒体を介して、検査対象からの反射エコーを受信することにより前記複数の圧電振動子が発生する電気信号を選択的に検出する信号検出回路と、前記信号検出回路により検出された電気信号から開口合成処理により、前記検査対象の内部に設定された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成する信号処理部と、前記信号処理部により生成された３次元画像化データを３次元画像化領域内のメッシュ上の３次元画像化データの値に応じて、各メッシュの輝度または透明度を変化させる機能と、前記３次元画像化データの値を３次元座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に応じて設定された値で乗算することにより前記３次元画像化データの不要部画像のマスキングまたは画像輝度補正を行う機能とを有する表示処理部とを具備したことを特徴としている。
【０００６】
上記表示処理部は、超音波トランスデューサから見て正面の方向と、正面と直行する２つの側面に対して垂直な方向の計３方向から３次元画像化データを透視すると共に、３次元画像化データのうち透視方向に重なった画像化データのうち最も値の大きいデータを平面に投影することで各方向の３枚の平面画像を生成する平面画像生成部を具備している。
３次元超音波画像化装置は、平面画像生成部により生成された３枚の平面画像の上に重ねるようにして検査対象形状の輪郭を描画する輪郭描画部をさらに具備している。
【０００７】
前記３次元超音波画像化装置は、信号処理部により生成された３次元画像化データを３次元画像化領域内に重ねるようにして検査対象の輪郭や後加工に関する３次元形状を描画する輪郭描画部をさらに具備している。
【０００８】
３次元超音波画像化装置は、３次元画像化領域内のメッシュに対応した３次元画像化データの値を、事前に設定した設定値と比較して設定値以上のメッシュを出力し、出力した設定値以上のメッシュ数の割合を自動計算し、その値が一定値以上になった場合に異常判定を行う異常判定部をさらに具備している。
【０００９】
３次元超音波画像化装置は、平面画像生成部で生成された平面画像データの値を、事前に設定した設定値と比較して設定値以上のメッシュを出力し、出力された画像化メッシュの３次元座標と、あらかじめ設定された検査対象の輪郭形状や後加工に関する３次元形状情報を比較することにより、検査対象内の欠陥位置と後加工部の干渉の有無を検出し、その結果を表示する異常判定部を具備している。
【００１０】
更に、３次元超音波画像化装置は、平面画像生成部で生成された平面画像データから、事前に設定した設定値を超えた画像化メッシュを選定する際に、選定された画像化メッシュの隣接状況から異常部位の面積を自動計算するとともに、自動計算した異常部位の面積が一定値以上有るかどうかを判定し、その結果を表示する異常判定表示部を具備している。
【００１１】
３次元超音波画像化装置において、３次元画像化領域内のメッシュに対応した３次元画像化データの値を、事前に設定した設定値と比較して設定値以上のメッシュを出力し、出力されたメッシュの３次元座標と、あらかじめ設定された検査対象の輪郭形状や後加工に関する３次元形状情報を比較することにより、検査対象内の欠陥位置と後加工部との干渉の有無を検出し、その結果を表示する異常判定表示部を具備している。
【００１２】
上記異常判定表示部が、３次元画像データから、設定値以上のメッシュを出力する際に、出力された画像化データの隣接状況から異常部位の体積を自動計算するとともに、前記異常部位の面積が一定値以上有るかどうかを判定し、その結果を表示する手段を具備している。
【００１３】
３次元超音波画像化装置は、トランスデューサを機械的に駆動すると共に、その移動位置を検出する機構部と、前記機構部により前記トランスデューサが移動されるごとに検出された複数の画像化データを結合する画像結合部と、前記画像結合部により結合された画像を表示する表示部とを具備している。
【００１４】
本発明では、超音波トランスデューサの複数の圧電振動子のうち任意のものから超音波を発生させる。圧電振動子が発する超音波が固体または液体からなる音響媒体を介して、平面または曲面の境界を持つ単数または複数の異なる音響特性を有した層からなる検査対象からの反射エコーを受信することにより信号検出回路は複数の圧電振動子が発生する電気信号を選択的に検出する。そして、この信号検出回路により検出された電気信号から信号処理部が開口合成処理を行うことによって検査対象の内部に設定された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成し表示処理部に出力する。表示処理部は、信号処理部により生成された３次元画像化データを３次元画像化領域内のメッシュ上の３次元画像化データの値に応じて、各メッシュの輝度または透明度を変化させる。また、表示処理部は、３次元画像化データの値を３次元座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に応じて設定された値で乗算することにより３次元画像化データの不要部画像のマスキングまたは画像輝度補正を行う。
【００１５】
このように超音波トランスデューサを有する３次元超音波画像化装置で合成された３次元画像化データや表示画像を処理したり、超音波トランスデューサを移動させながら得られた複数の画像化データを超音波トランスデューサの位置に応じて結合することにより、検査対象の欠陥箇所をより定量的でかつ直感で判断できる画像化を行うことができる。また、検査対象の検査範囲以外の領域をマスクして画像化することで画質を向上することができる。
【００１６】
３次元超音波画像化装置で生成された３次元画像化データや平面画像生成部で生成された平面画像データのうち設定値を超えた画像化メッシュの３次元座標を検査対象の輪郭形状や後加工の３次元形状情報と比較することにより欠陥個所が後加工部と干渉するかを判定するとともに、画像化メッシュの隣接の有無から異常部面積を自動計算することにより、検査の自動判定を行うことができる。
【００１７】
また、超音波トランスデューサの位置を検出しながら移動させることが可能な機構部を設けたことで得られた複数の画像化データを超音波トランスデューサの位置に応じて結合することにより、広い領域を画像化することができる。
さらに、検査対象表面の検査範囲を開口部としたマスク部を検査対象の表面に設置することにより、検査範囲周囲の凹凸部で反射した超音波による内部画像の画質が低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、超音波による内部検査の精度を向上し、検査範囲を拡大すると共に、検査の自動判定を可能とする３次元超音波画像化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る一つの実施の形態の３次元超音波画像化装置の構成を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、この３次元超音波画像化装置は、信号発生部１、駆動素子選択部２、超音波トランスデューサとしてのマトリックスセンサ９、信号検出回路４、増幅器５ａ、５ｂ〜５ｉ、Ａ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ〜６ｉおよび並列プロセッサ７からなる統合プロセッサである信号処理部８、表示処理装置１０などを有している。マトリックスセンサ９の前面には、音響伝播媒体１６が密着されている。マトリックスセンサ９は、検査対象（超音波の照射対象）１７の中の欠陥１４から反射される超音波Ｕを音響伝播媒体１６、カップラント１８を介して受信する。なお、音響伝播媒体１６が例えば水等のように液体の場合は、カップラント１８は不要である。
【００２１】
マトリックスセンサ９は、圧電素子からなる複数の圧電振動子２１ａ、２２ａ、２３ａ〜２９ａ、３０ａ、３０ｂ〜３０ｈをマトリックス状に配置したものであり、そのそれぞれの圧電振動子２１ａ等は、駆動素子選択部２の選択により駆動されるものが決定されて信号発生部１からの駆動信号が導線で導かれる。また、それぞれの圧電振動子２１ａ等が発生する電気信号は導線で信号検出回路４に導かれる。圧電振動子２１ａ等が電気駆動されると圧電体としての性質から超音波が発生し、発生された超音波は、音響伝播媒体１６を介して検査対象１７内の欠陥１４に達する。欠陥１４による超音波エコーＵは再び音響伝播媒体１６を介して圧電振動子２１ａ等に入力し、これによりそれぞれの圧電振動子２１ａ等は電気信号を発生する。
【００２２】
信号発生部１は、圧電振動子２１ａ等が超音波を発生すべくパルス状または連続の駆動信号を発生するものである。発生された駆動信号は、振動子選択部としての駆動素子選択部２に入力される。駆動素子選択部２は、駆動すべき一つまたは複数の圧電振動子２１ａ等を選択して信号発生部１から導かれた駆動信号を該当圧電振動子２１ａ等に入力して該当圧電振動子２１ａから超音波Ｕを発生させるものである。
【００２３】
信号検出回路４は、複数の圧電振動子２１ａ等に接続されており、圧電振動子２１ａに発生する電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち検査に必要な複数のものは、それぞれ信号処理部８内の増幅器５ａ、５ｂ〜５ｉに導かれる。
信号検出回路４は、圧電振動子２１ａ等が発する超音波が例えば固体または液体からなる音響伝播媒体１６を介して、平面または曲面の境界を持つ単数または複数の異なる音響特性を有した層からなる検査対象からの反射エコーを受信することにより複数の圧電振動子２１ａ等が発生する電気信号を選択的に検出する。
増幅回路５ａ、５ｂ〜５ｉは、導かれた電気信号を増幅し、これをＡ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ〜６ｉに供給するものであるＡ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ〜６ｉは、導かれた電気信号をＡ／Ｄ変換し、これを信号処理部８内の並列プロセッサ７に導くものである。
【００２４】
信号処理部８の並列プロセッサ７は、Ａ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ〜６ｉから導かれたディジタル信号を処理し検査対象の状態を可視化する画像化データＩを生成するものである。信号検出回路４により検出された電気信号から開口合成処理により、検査対象の内部に設定された３次元画像化領域内のメッシュに対応させて３次元画像化データを生成する。並列プロセッサ７により生成された画像化データＩは、表示処理装置１０に出力されて可視化表示処理が行われた後、表示部３５に表示される。
【００２５】
表示処理装置１０は、平面画像生成部３１、異常判定部３２、輪郭描画部３３、画像結合部３４、表示部３５等を有している。
平面画像生成部３１は、超音波トランスデューサから見て正面（Ｘ−Ｙ平面）の方向と、正面と直行する２つの側面（Ｙ−Ｚ平面）、（Ｚ−Ｘ平面）に対して垂直な方向の合計３つの方向から３次元画像化データＩを透視すると共に、それぞれの方向の３次元画像化データＩのうち透視方向に重なった画像化データのうち最も値の大きいデータを平面に投影することで各方向の３枚の平面画像を生成する。
【００２６】
異常判定部３２は、３次元画像化領域４０内のメッシュに対応した３次元画像化データの値を、メモリ等に予め設定された判定用の閾値Ｔ（図３参照）と比較して閾値Ｔ以上のメッシュを出力し、出力した閾値Ｔ以上のメッシュ数が３Ｄ画像化領域４０中に占める割合を自動計算するとともに、自動計算したその値が一定値以上になった場合に異常判定を行う。
輪郭描画部３３は、平面画像生成部３１により生成された３枚の平面画像の上に重ねるようにして検査対象形状の輪郭を描画する。
【００２７】
画像結合部３４は、機構部としての駆動部７３（図６参照）によりマトリックスセンサ９と検査対象の相対位置が変更されるごとに検出された複数の画像化データを結合する。
なお、前記異常判定部３２は、前記平面生成部３１で形成された平面画像や前記画像結合部３４により生成された結合画像に対してメモリ等に予め設定された判定用の閾値Ｔ（図３参照）と比較して閾値Ｔ以上のメッシュを出力し、出力した閾値Ｔ以上のメッシュ数の割合を自動計算し、その値が一定値以上になった場合に異常判定を行う。
【００２８】
表示部３５は、各部より入力される画像化データおよび／または判定結果を表示するものであり、例えば画像結合部３４から入力された画像化データおよび／または異常判定部３２により判定された判定結果を表示する。表示部３５と異常判定部３２とを異常判定表示部と称す。
【００２９】
すなわち、表示処理装置１０は、信号処理部８により生成された３次元画像化データＩを３次元画像化領域内のメッシュ上の３次元画像化データの値に応じて、各メッシュの輝度または透明度を変化させる機能を有している。また、表示処理装置１０は、信号処理部８により生成された３次元画像化データＩの値を３次元座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に応じて設定された値で乗算することにより３次元画像化データの不要部画像のマスキングまたは画像輝度補正を行う機能を有している。
【００３０】
図２は信号処理部８から表示処理装置１０に導かれた画像化データＩの表示処理内容を示す図である。
画像化データＩは、３Ｄ画像化領域４０中に立体配置された画像化セル（ｉ）４１、画像化セル（ｉ＋１）４２、画像化セル（ｉ＋２）４３、画像化セル（ｉ＋３）４４、画像化セル（ｉ＋４）４５…に対応させて格納された超音波の反射強度を表す画像化データ（ｉ）５１、画像化データ（ｉ＋１）５２、画像化データ（ｉ＋２）５３、画像化データ（ｉ＋３）５４、画像化データ（ｉ＋４）５５…等の集合体を示している。
【００３１】
一方、超音波Ｕは、検査対象１７内の表面Ｓ（深さＺ＝０）で反射されるため、３Ｄ画像化領域４０中での反射強度は、表面反射波による反射強度分布Ｒに示すように、表面近傍が明るくなり内部画像が遮られる。このため、校正曲線Ｃに示す値を深さＺに応じて画像化データ（ｉ）５１、画像化データ（ｉ＋１）５２、画像化データ１（ｉ＋２）５３、画像化データ（ｉ＋３）５４、画像化データ（ｉ＋４）５５…というように積算して表面位置Ｓ近傍の反射強度を低減（透明化）することにより、表面近傍の画像輝度と深部の輝度を均一化することができる。
【００３２】
ここで、図２を参照してこの３次元超音波画像化装置にて可視化情報を表示する上で、３Ｄ画像化領域４０をＸ、Ｙ、Ｚ方向に透視する画像化方法について説明する。図２はＺ方向からの透視像である平面画像Ｘ−Ｙ６０の表示方法を示す図である。
平面画像生成部３１は、図２に示すように、Ｚ方向に一列に並んだ画像化データ（ｉ）５１、画像化データ（ｉ＋１）５２、画像化データ（ｉ＋２）５３、画像化データ（ｉ＋３）５４、画像化データ（ｉ＋４）５５…のうち、平面画像Ｘ−Ｙ６０中の最大反射強度のもの、つまり画像化データ（ｉmax）５７を選択して輪郭描画部３３と表示部３５へそれぞれ出力する。なお、Ｘ、Ｙ方向の透過画像についても平面画像生成部３１は、Ｚ方向の場合と同様の方法で最大反射強度のものを選択して表示部３５へ出力する。
【００３３】
図３は、表示処理装置１０において、入力された画像化データＩから異常部位５９を自動的に判定する処理を示す図である。なお、図中、３Ｄ画像化領域４０中の画像化データＩは、超音波の反射強度を表している。
【００３４】
表示処理装置１０に画像化データＩが入力されると、平面画像生成部３１は、図２の場合と同様に、図３に示すように、Ｚ方向に一列に並んだ画像化データ（ｉ）５１、画像化データ（ｉ＋１）５２、画像化データ（ｉ＋２）５３、画像化データ（ｉ＋３）５４、画像化データ（ｉ＋４）５５…のうち、平面画像Ｘ−Ｙ６０中の最大反射強度のもの、つまり画像化データ（ｉmax）５７を選択して輪郭描画部３３と異常判定部３２へそれぞれ出力する。なお、Ｘ、Ｙ方向の透過画像についても平面画像生成部３１は、Ｚ方向の場合と同様の方法で最大反射強度のものを選択して出力する。
【００３５】
異常判定部３２は、異常部位５９を判定するために、予めメモリ等に設定された判定用の閾値Ｔから、判定値Ａ以上の反射強度を有する画像化データＩを選択（抽出）して表示部３５に出力して表示すると共に、選択した画像化データの数のカウント結果から、３Ｄ画像化領域４０中における異常部位５９の占有率を計算することにより、検査対象１７の品質の良否を判定する。
【００３６】
なお、前記異常判定部３２は、前記平面生成部３１で形成された平面画像や前記画像結合部３４により生成された結合画像に対してメモリ等に予め設定された判定用の閾値Ｔ（図３参照）と比較して閾値Ｔ以上のメッシュを出力し、出力した閾値Ｔ以上のメッシュ数が３Ｄ画像化領域４０中に占める割合を自動計算し、その値が一定値以上になった場合に異常判定を行う。
【００３７】
輪郭描画部３３は、平面画像生成部３１より入力された平面画像Ｘ−Ｙ６０上に、検査対象１７の表面形状６１、つまり輪郭を描画する。これにより、検査対象１７内の欠陥画像５８との相対位置を判断しやすくできる。
【００３８】
図４を参照してこの３次元超音波画像化装置の平面画像生成部３１で生成された平面画像化結果から、異常判定部３２が異常判定を行う異常判定自動化方法について説明する。
平面画像生成部３１において、Ｚ方向からの透視像である前記平面画像Ｘ−Ｙ６０中の異常部位５９中の３次元画像化データ（ｉmax）は、Ｚ方向に配列された画像化データ（i）、画像化データ（i+1）、画像化データ（i+2）、画像化データ（i+3）・・・・・の中の最大反射強度を有した画像化データ（i+3）が抽出されたものであることから、この画像化データ（i+3）が異常判定部３２に入力されることで、異常判定部３２は、画像化データ（i+3）の３次元座標を確定する。異常判定部３２は、前記平面画像Ｘ−Ｙ６０中の異常部位５９の他の画像化データも上記と同様にして３次元座標を確定する。同様な処理は、Ｘ、Ｙ方向の透過画像についても行う。
【００３９】
そして、異常判定部３２は、３次元画像化領域４０に対応するようにメモリに設定された後加工３次元形状情報１０１や輪郭形状３次元形状情報１０２と、上記平面画像Ｘ−Ｙ６０中の異常部位５９の３次元座標とを比較することにより、後加工部と干渉する干渉部１０５を３次元的に判定する。
【００４０】
更に、異常判定部３２は、判定の際に、確定された異常部位５９の全画像化データの３次元座標の隣接状況から判別、つまり異常部位５９の画像化データが後加工３次元形状情報１０１や輪郭形状３次元形状情報１０２と隣接しているか否かで判別することにより、異常部位の面積を自動計算するとともに、自動計算した異常部位の面積が一定値以上有るかどうかを判定し、この判定結果により無視できない欠陥であるか、そうでないかを判定する。
異常判定部３２は、上記判定結果を表示部３５に出力し、表示部３５は、入力された判定結果を表示する。
【００４１】
また、図５に示すように、異常判定部３２は、３次元超音波画像化装置の３次元画像化結果から、直接、図４に示すＺ方向（Ｘ、Ｙ方向も同様）の最大反射強度を選択し、３次元画像化領域４０に対応するようにメモリに設定しておいた後加工３次元形状情報１０１や輪郭形状３次元形状情報１０２と前記平面画像Ｘ−Ｙ６０中の異常部位５９の３次元座標とを比較することにより、後加工部と異常部位５９との干渉部１０５を３次元的に判定する。
【００４２】
更に、異常判定部３２は、判定の際には、確定された異常部位５９の全画像化データの３次元座標の隣接状況を判別することにより、異常部位の面積を自動計算するとともに、自動計算した異常部位の面積が一定値異常有るか否かを判定し、この判定結果により無視できない欠陥であるか、そうでないかを判定する。異常判定部３２は、これらの判定結果を表示部３５に出力し、表示部３５は、入力された判定結果を表示する。
【００４３】
図６はマトリックスセンサ９の検知領域よりも広い(マトリックスセンサ９よりも大きい)検査対象８１の内部画像化を行う際の画像結合処理を説明するための図である。ここでは、一例として中実の円筒形状の検査対象８１を検査する場合について説明する。
駆動部７３は、検査対象８１を機械的に駆動（または、マトリックスセンサ９を機械的に駆動してもよい）するものであり、その移動位置を検出するセンサを有している。この場合、駆動部７３は、検査対象８１（またはマトリックスセンサ９）を矢印の方向に回転駆動する。
【００４４】
一方、表示処理装置１０の画像結合部３４は、駆動部７３により検査対象８１とマトリックスセンサ９の相対位置が変更されるごとにセンサによって検出された複数の画像化データを結合して画像データを再配置して出力する。
検査対象８１を駆動部７３にて例えば９０°づつ４回、回転させて、得られた画像データを画像結合部３４で結合して再配置して表示部３５へ出力することで、図７に示すように、表示画面８０上に、検査対象７１全体の画像化結果を一括表示することができ、複数画面にまたがる欠陥画像７９から、検査対象７１内にある欠陥７２位置を把握しやすい表示画面８０が得られる。なお、図中で、各画像（１）７５、画像（２）７６、画像（３）７７、画像（４）７８は、角度９０度、１８０度、２７０度、３６０度に対応して表示される。
【００４５】
なお、前記異常判定部３２は、前記画像結合部３４により生成された結合画像に対してメモリ等に予め設定された判定用の閾値Ｔ（図３参照）と比較して閾値Ｔ以上のメッシュを出力し、出力した閾値Ｔ以上のメッシュ数の割合を自動計算し、その値が一定値以上になった場合に異常判定を行うことも可能である。
【００４６】
図８は検査範囲８２が周囲に比べて飛び出ている形状の検査対象９１を検査する場合に検査対象９１にマスク部９４を被せて内部画像化を行う際の説明図である。図中、超音波経路Ｕ１は、マスク部９４が無い場合の画像化を示しており、その際の描画画像Ｕ１（送信圧電振動子２１ａと送信圧電振動子２２ａから等距離の曲面で回転楕円体となる）が検査対象９１内部にかかってしまう。
そこで、この場合、検査範囲８２に対応した開口部を有するマスク部８１を検査対象９１に被せて検査対象９１の表面を部分的に覆う。
このようなマスク部９４で検査対象９１の表面を覆った場合の超音波経路Ｕ２による描画画像Ｕ２は、検査対象９１の内部にかからないことから、検査対象９１の内部を画像化する際の周囲の凹凸部の影響で超音波が反射して検査対象の内部画像の画質が低下するという不具合を無くすことができる。
【００４７】
このようにこの実施の形態の３次元超音波画像化装置によれば、マトリックス状に独立して複数形成された圧電振動子から構成されるマトリックスセンサ９による超音波送受信で得られた検査対象内部からの無数の反射エコーから合成された３次元画像化データの値に応じた輝度表示や画像化データの値を直接判定することにより検査を定量的に行うことができる。
【００４８】
また、３次元画像化領域の深さに応じて、画像化データ値を増幅することにより、検査対象の表面反射波の影響補正や検査対象内の超音波の減衰補正も可能となる。
さらに、マトリックスセンサ９の位置を検出しながら移動させることが可能な駆動部７３を付設し、複数の画像化データをマトリックスセンサ９の位置に応じて結合することにより、広い領域を画像化することができる。
【００４９】
また、検査対象表面の検査範囲を開口部としたマスク部９４を検査対象の表面に被せるように設置することで、検査範囲周囲の凹凸部で反射した超音波による内部画像の画質が低下することを防止できる。
また、３次元画像化領域の深さに応じて、画像化データの値を増幅することにより、検査対象の表面反射波の影響補正や検査対象内の超音波の減衰補正を行うことができる。
【００５０】
さらに、平面画像生成部３１で生成された平面画像領域内のメッシュに対応した３次元画像化データの値を、事前にメモリに設定した設定値と比較して設定値以上のメッシュを求め、求めた画像化メッシュの３次元座標と、あらかじめメモリに設定しておいた検査対象の輪郭形状や後加工に関する３次元形状情報とを比較することにより、検査対象内の欠陥位置と後加工部との干渉の有無を検出し、その結果を表示する異常判定部３２および表示部３５を設けたので、検査の自動判定が可能になる。
この結果、超音波による内部検査の精度を向上し、検査範囲を拡大するとともに、検査の自動判定を可能とする３次元超音波画像化装置を提供することができる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではない。
上記実施形態では、３次元画像化装置の中に信号処理部８、表示処理装置１０とを備える構成にしたが、それぞれ独立したコンピュータで実現してもよい。
コンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するものであって、パソコンなどの一つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステムなどのいずれの構成であっても良い。また、コンピュータとは、パーソナルコンピュータ（パソコン）に限らず、通信機器、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコンなども含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
上記実施形態における表示処理装置１０の内部構成は、ソフトウェアで実現できる。ソフトウェアは、フレキシブルディスクなどのコンピュータが読み出し可能な記憶媒体に記憶されていても良く、また、ソフトウェア（プログラム）単体としてＬＡＮやインターネットなどのネットワーク上を伝送されるものでもよい。この場合、記憶媒体に記憶されたソフトウェア（プログラム）をコンピュータが読み出したり、ＬＡＮやインターネット上のサイト（サーバ）からコンピュータがダウンロードしてハードディスクにインストールすることにより、コンピュータにおける処理が可能になる。つまり、本発明におけるソフトウェア（プログラム）は、コンピュータと独立した記憶媒体に記憶されているものだけに限らず、ＬＡＮやインターネットなどの伝送媒体を介して流通されるものも含まれる。
【００５２】
なお、プログラムは、メモリ、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に、コンピュータが読み取り可能に記憶されているものであれば、その言語形式、記憶形式はいずれの形態であっても良い。
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフトなどのＭＷ（ミドルウェア）などが本実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。さらに、記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネットなどにより伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。また、記憶媒体は一つに限らず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も本発明における記録媒体に含まれ、媒体構成はいずれの構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る一つの実施の形態の３次元超音波画像化装置の全体構成を示す図。
【図２】画像化データの表示処理内容を示す図。
【図３】画像化データから欠陥部（異常部）を自動判定する処理を説明するための図。
【図４】平面画像化結果から、異常判定の自動化を行う方法を示す図。
【図５】３次元画像化結果から、異常判定の自動化を行う方法を示す図。
【図６】画像結合処理に用いる駆動部を示す図。
【図７】画像結合処理した結果を表示した表示画面を示す図。
【図８】マスク部を配置し画質改良する場合の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１…信号発生部、１ａ…駆動部、２…駆動素子選択部、４、４ａ…信号検出回路、５ａ、５ｂ〜５ｉ…増幅器、６ａ、６ｂ〜６ｉ…Ａ／Ｄ変換器、７、７ａ、７ｂ…並列プロセッサ、８…信号処理部（統合プロセッサ）、９…マトリックスセンサ、１０…表示処理部、１４…欠陥、１６…音響伝播媒体、１７…検査対象、１８…カップラント、２１ａ、２２ａ、２３ａ…２９ａ、３０ｂ、３０ｈ…圧電振動子、３１…平面画像生成部、３２…異常判定部、３３…輪郭描画部、３４…画像結合部、３５…表示部、４０…３Ｄ画像化領域、４１…画像化セル（ｉ）、４２…画像化セル（ｉ＋１）、４３…画像化セル（ｉ＋２）、４４…画像化セル（ｉ＋３）、４５…画像化セル（ｉ＋４）、５１…画像化メッシュ（ｉ）、５２…画像化メッシュ（ｉ＋１）、５３…画像化メッシュ（ｉ＋２）、５４…画像化メッシュ（ｉ＋３）、５５…画像化メッシュ（ｉ＋４）、５７…画像化データ（ｉmax）、５８…欠陥画像、５９…異常部位、６０…平面画像Ｘ−Ｙ，６１…表面形状、７２…欠陥、７３…駆動部、７５…画像（１）、７６…画像（２）、７７…画像（３）、７８…画像（４）、７９…欠陥画像、８０…表示画面、８１…検査対象、８９…検査対象画像、９１…検査対象、９２…描画画像Ｕ１，９３…描画画像Ｕ２、９４…マスク部、１０１…後加工３次元形状情報、１０２…輪郭形状３次元形状情報、１０５…干渉部、Ａ…判定値、Ｃ…校正曲線、Ｇ…ゲイン、Ｒ…反射強度分布、Ｓ…表面、Ｔ…閾値、Ｕ…超音波、Ｕ１…超音波経路Ｕ１，Ｕ２…超音波経路Ｕ２、Ｚ…深さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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