CN101672826A

CN101672826A - 超声扫描显微镜c扫描相位反转图像的构建方法

Info

Publication number: CN101672826A
Application number: CN 200910075712
Authority: CN
Inventors: 姚立新; 付纯鹤; 邴守东; 孙明睿; 邱军; 魏鹏
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: CN101672826B

Abstract

本发明提供了超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，涉及超声扫描显微镜设备对采集到的数据处理技术领域。具有以下步骤：a、设置相关数据门，确定检测区域及阈值电压；b、扫描并发射超声波，位置同步触发产生超声波：c、判定被测目标检测位置每一个点正负峰值电压值是否发生相位反转，将峰值结果转换为构建图像像素灰度值；d、将每一个点对应的灰度值输出到屏幕上构建灰度图像。本发明的有益效果是构建的相位反转图像可以检测器件内部的分层、气孔等缺陷，克服了现有方法对被测目标表面平面度及放置的要求高、构建图像位置不准确、构建速度慢、相位反转判定不准确等缺点。

Description

超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法

技术领域

本发明涉及超声扫描显微镜设备对采集到的数据处理技术领域，尤其是一种超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法。

背景技术

随着电子产品的生产规模越来越大，品种越来越多，电路的集成化程度和生产自动化程度也相应的提高，同时对器件的质量要求也越来越高，为保证器件的可靠性，对封装好的器件进行无损检测是不可缺少的流程，而超声扫描显微镜能够检测X射线检测不敏感的分层、空洞、裂缝等缺陷而应用越来越广泛。超声扫描显微镜是通过运动执行机构扫描轴与步进轴的配合进行光栅式运动，在扫描轴运动的同时发射超声波并接收反射回波，将反射回波的模拟信号转换为数字信号，并通过各种转换算法构建不同种类的检测图像。超声扫描显微镜的常规检测方式包括A扫描波形、B扫描图像、C扫描峰值图像、C扫描声程图像、C扫描相位反转图像、分层扫描图像等。

C扫描相位反转图像是超声扫描显微镜主要的一种检测方式。超声波由声学阻抗低的材料传输到声学阻抗高的材料时在材料交界处将会有负相位反射信号，当材料内部有分层、气孔等缺陷时，相当于由声学阻抗高的材料到声学阻抗低的材料传输，反射回波信号相位将会反转，产生正相位反射信号，利用超声传输的这样一个特性来检测分层、气孔等缺陷。其获得是被检测目标设置深度位置的平面灰度图像，对于被检测目标内部的分层、气孔等缺陷处附色表示出来。现有的相位反转图像构建方法为：1、在A超波形上设置数据门以及一个相位反转阈值，也就是设置检测区域及信号阈值；2、扫描过程中当位置计数达到设置数值时通过软件触发的方式触发超声波的发射；3、软件首先判断数据门区域内的所有波形数据是否有超过相位反转数据门的值，如果有认为改点发生相位反转，如果没有将数据门内的所有数据取绝对值并进行比较，取出最大值；4、将没有发生相位反转的位置最大值数据转换为像素灰度值构建图像，将发生相位反转的位置用红色标注。这种现有的C扫描相位反转图像构建方法要求被检测目标表面平面度较高，并且放置必须足够水平，否则由于器件表面不平整或放置倾斜，将导致数据门设置的位置不准确；同时由于超声波触发及数据采集都采用软件处理，触发位置不够准确，且由于软件处理数据量大，导致图像构建速度慢；更为主要的是由于只设置了一个相位反转阈值，当即有负相位反射信号又有正相位反射信号时，对于相位反转的判别有一定的误判。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，采用的光栅尺同步位置触发产生超声波解决了软件触发位置不准确的问题，构建的相位反转图像可以检测器件内部的分层、气孔等缺陷，构建的图像具有位置准确、精度高等优点。如采用前表面跟随技术可解决算法对被测目标表面平面度及放置要求较高的缺点；如采用硬件判别峰值，只返回正负峰值的方法，减少了软件处理数据量，提可高图像构建速度；设置三个相位反转阈值的方法判别反射回波信号的相位反转，提高了判别的准确度。

本本发明的主要技术方案是：一种超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，，其特征在于具有以下步骤：

a、设置相关数据门，确定检测区域及阈值电压；

b、扫描并发射超声波：扫描过程中对上述的每个位置点发射超声波，位置同步触发产生超声波，即采用光栅尺作为反馈装置，当光栅尺计数达到预设置值时自动硬件触发产生超声波，无需软件干预；并接收反射回波，获取返回信号的正负峰值电压值；

c、将峰值结果转换为构建图像像素灰度值：即判定被测目标检测位置每一个点正负峰值电压值是否发生相位反转，然后将这些经过判断处理后的峰值按照一定方法转换为相对应的灰度值；

d、将每一个点对应的灰度值输出到屏幕上构建灰度图像。

所述的a步骤中，采用前表面跟随技术：设置前表面数据门，数据门的时间坐标为前表面反射回波信号负峰值时间坐标的相对坐标。

所述的b步骤中，采用硬件判别峰值，只返回数据门内的正负峰值数据，减少软件处理数据量。

所述的a步骤中，设置三个相位反转阈值门，即两个正的阈值门和一个负的阈值门，对反射回波信号相位反转进行判别。

所述的b步骤中，记录被测目标前表面反射回波负峰值的时间，并将该时间作为数据门的参考时间，数据门和相位反转阈值的起始时间为该时间的相对值，解决由于被测目标表面不平整或放置倾斜造成数据门设置不准确的问题。

所述的c步骤中，所述的最终峰值结果转换为构建图像像素灰度值的方法是：将得到的该点的峰值电压做数据处理：(1)如果负峰值没有超过阈值三，再判断它是否发生相位反转：(a)如图4所示，正峰值超过阈值一，判定发生相位反转，该点在需要构建的目标图像中的颜色置为红色；(b)如图5所示，正峰值没有超过阈值一，但峰值超过阈值二，判定临界相位反转，该点在需要构建的目标图像中的颜色置为黄色；(c)如果正峰值没有超过阈值二，判定没有发生相位反转，将正峰值与负峰值中绝对值较大的信号电压与设置的数据门比较，如果大于数据门阈值将信号电压按照线性关系转换为构建图像的像素灰度值，否则像素灰度值置为0；(2)如图6所示，负峰值超过阈值三，这时不再对正峰值是否超过阈值1和阈值2进行判别，判定这种情况为没有发生相位反转；将正峰值与负峰值中绝对值较大的信号电压按照线性关系转换为构建图像的像素灰度值。

本发明的积极效果是：与已有技术对比，本发明采用了光栅尺同步位置触发产生超声波解决了软件触发位置不准确的问题，构建的相位反转图像可以检测器件内部的分层、气孔等缺陷，构建的图像具有位置准确、精度高等优点。采用前表面跟随技术可解决算法对被测目标表面平面度及放置要求较高的缺点；采用硬件判别峰值，只返回正负峰值的方法，减少了软件处理数据量，提可高图像构建速度；设置三个相位反转阈值的方法判别反射回波信号的相位反转，提高了判别的准确度。本发明构建算法有效解决了现有方法对被测目标表面平面度及放置的要求高、构建图像位置不准确、构建速度慢、相位反转判定不准确等缺点。

附图说明

图1是在A扫描波形上设置前表面门的示意图。

图2是在A扫描波形上设置数据门的示意图。

图3是在A扫描波形上设置三个相位反转阈值门的示意图。

图4是发生相位反转点波形示意图。

图5是未发生相位反转但峰值介于特定区间点的波形示意图。

图6是未发生相位反转点的波形示意图。

图4～6都是简单说明某一个点的回波信号相位反转判别的示意图。图中数据门是用矩形区域来表示的，矩形的左边沿和右边沿分别表示数据门的开始时间和结束时间，矩形的上边沿和下边沿分别表示数据门的正负阈值电压。阈值一、阈值二和阈值三分别是三个预先设定好的相位反转阈值。

具体实施方式

下面结合附图(参见图1～图6)较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

该实施例构算法的实现步骤如下：

1、在A扫描波形上，如图1所示，调整超声波探头的位置，观察A扫描波形，使探头聚焦到被检测目标的深度位置上，在前表面反射回波区域设置前表面数据门。

2、如图2所示，在A扫描波形上检测目标位置反射回波区域设置数据门，相位扫描数据门的设置采用矩形表示，它包括数据门的开始时间、结束时间和阈值电压三个参数。

3、提取出每一个点在数据门区域中的正负峰值电压值。

4、如图3所示，根据上步骤3中的峰值，在A扫描波形中按照一定的百分比设置三个相位反转阈值，这三个阈值的起始时间与数据门的起始时间相同。

5、设置扫描区域，从起始位置开始进行扫描，扫描过程中超声波发射接收装置对光栅尺信号进行计数，当计数达到预设置值时产生超声波。

6、记录被测目标前表面反射回波负峰值的时间，并将该时间作为数据门的参考时间，数据门和相位反转阈值的起始时间为该时间的相对值，解决由于被测目标表面不平整或放置倾斜造成数据门设置不准确的问题。

7、对步骤3得到的该点的峰值电压做数据处理，作如下：(1)如果负峰值没有超过阈值三，再判断它是否发生相位反转：(a)如图4所示，正峰值超过阈值一，判定发生相位反转，该点在需要构建的目标图像中的颜色置为红色；(b)如图5所示，正峰值没有超过阈值一，但峰值超过阈值二，判定临界相位反转，该点在需要构建的目标图像中的颜色置为黄色；(c)如果正峰值没有超过阈值二，判定没有发生相位反转，将正峰值与负峰值中绝对值较大的信号电压与设置的数据门比较，如果大于数据门阈值将信号电压按照线性关系转换为构建图像的像素灰度值，否则像素灰度值置为0。(2)如图6所示，负峰值超过阈值三，这时不再对正峰值是否超过阈值1和阈值2进行判别，判定这种情况为没有发生相位反转。将正峰值与负峰值中绝对值较大的信号电压按照线性关系转换为构建图像的像素灰度值。

8、按照1-7的步骤判定被测目标检测位置每一个点是否发生相位反转，并获得该点的图像像素值，将这些像素值按照顺序排列，实现相位反转图像的构建。

Claims

1、一种超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，其特征在于具有以下步骤：

a、设置相关数据门，确定检测区域及阈值电压；

b、C扫描并发射超声波：扫描过程中在每个位置点发射超声波，位置同步触发产生超声波：即采用光栅尺作为反馈装置，当光栅尺计数达到预设置值时自动硬件触发产生超声波；并接收反射回波，获取返回信号的正负峰值电压值；

d、将每一个点对应的灰度值输出到屏幕上构建灰度图像。

2、根据权利要求1所述的超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，其特征在于所述的a步骤中，采用前表面跟随技术：设置前表面数据门，数据门的时间坐标为前表面反射回波信号负峰值时间坐标的相对坐标。

3、根据权利要求1所述的超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，其特征在于所述的b步骤中，采用硬件判别峰值，只返回数据门内的正负峰值数据，减少软件处理数据量。

4、根据权利要求1所述的超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，其特征在于所述的a步骤中，设置三个相位反转阈值门，即两个正的阈值门和一个负的阈值门，对反射回波信号相位反转进行判别。

5、根据权利要求1所述的超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，其特征在于所述的b步骤中，记录被测目标前表面反射回波负峰值的时间，并将该时间作为数据门的参考时间，数据门和相位反转阈值的起始时间为该时间的相对值，解决由于被测目标表面不平整或放置倾斜造成数据门设置不准确的问题。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法，其特征在于所述的c步骤中，所述的最终峰值结果转换为构建图像像素灰度值的方法是：将得到的该点的峰值电压做数据处理：(1)如果负峰值没有超过阈值三，再判断它是否发生相位反转：(a)如图4所示，正峰值超过阈值一，判定发生相位反转，该点在需要构建的目标图像中的颜色置为红色；(b)如图5所示，正峰值没有超过阈值一，但峰值超过阈值二，判定临界相位反转，该点在需要构建的目标图像中的颜色置为黄色；(c)如果正峰值没有超过阈值二，判定没有发生相位反转，将正峰值与负峰值中绝对值较大的信号电压与设置的数据门比较，如果大于数据门阈值将信号电压按照线性关系转换为构建图像的像素灰度值，否则像素灰度值置为0；(2)如图6所示，负峰值超过阈值三，这时不再对正峰值是否超过阈值1和阈值2进行判别，判定这种情况为没有发生相位反转；将正峰值与负峰值中绝对值较大的信号电压按照线性关系转换为构建图像的像素灰度值。