CN106645415A - 超声波图像装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题为超声波图像装置检测探针与工件的干扰，抑制所述探针或工件的损伤。其解决方案为，超声波图像装置(1)配备有：利用超声波将平面状的工件(8)图像化用的探针(4)、使探针(4)对工件(8)的面进行扫描的三轴扫描器(2)、检测工件(8)和探针(4)的干扰的传感器(3)。

Description

超声波图像装置

技术领域

本发明涉及具有探针干扰检测功能的超声波图像装置。

背景技术

过去，在超声波图像装置(SAT：Scanning Acoustic Tomograph：超声波断层扫描摄影装置)中，在水中设置半导体或集成电路等作为被检测体的平面状的工件，一边使被称为探针的超声波发送接受传感器沿着该工件的表面进行扫描一边进行由超声波实施的测定。借此，可以研究工件有没有缺陷(剥离或空隙)。

工件与探针的距离随条件而变化，例如，有时会接近于毫米量级以下，这时，探针和工件会产生干扰。在发生了这种干扰的情况下，存在着担心会对工件及探针造成损伤的问题。

专利文献1记载的发明，是检测这样的探针的碰撞，使扫描停止的发明。在专利文献1的摘要中记载了“在具有超声波测定用的探针1、探针1的保持器2、使保持器在三个方向上移动等的扫描器3+4，利用扫描器3、4使探针1移动来进行超声波测定的超声波测定装置中，配备有感应伸缩两个方面的应变的两个应变传感器31、32、以及根据传感器31、32的状态等产生扫描器3+4的动作停止用的检测信号A的检测电路260，这些传感器31、32以在保持器2的中间部分的外表面大致相互正交的两个面作为各自的安装面，并且，被分别以对与这些安装面两者大致平行的方向上的应变进行感应的方向进行安装。”

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7－103951号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1记载的发明中，通过利用应变传感器检测超声波探针的侧面方向的应变，检测出工件和探针的干扰。但是，近年来，由于超声波探针的扫描速度极快，所以，必须考虑由水引起的侧面方向的应力。即，当用超声波探针扫描时，由于水的应力而产生侧面方向的应变，存在着将其错误地判断为超声波探针和工件碰撞的担忧。另外，在专利文献1记载的发明中，超声波探针被固定到Z轴扫描器上。因而，在与工件碰撞时，施加大的应力，存在着工件或探针破损的担忧。

因此，本发明的课题为，在超声波图像装置中，检测探针与工件的干扰、抑制这些探针和工件的损伤作为课题。

解决课题的手段

为了解决前述课题，第一个发明的超声波图像装置，配备有：利用超声波将平面状的工件图像化用的探针；对于前述工件的表面使所述探针进行二维扫描的扫描机构；通过检测前述探针的向上方的运动来检测前述工件和前述探针的干扰的干扰检测机构；在前述探针的上部以与前述探针一体化的结构设置的凸缘部；以及保持前述探针用的保持器。

另外，前述干扰检测机构被埋入配置在前述保持器内，其一部分从前述保持器的上表面突出，在前述探针与前述工件之间没有干扰时，前述突出部被前述凸缘部推压而埋入到前述保持器内，在前述探针与前述工件之间干扰了时，通过前述探针向上方移动，前述凸缘部也向上方移动，由此，被埋入到前述保持器内的前述突出部复原，检测前述工件与前述探针之间的干扰。

第二个发明的超声波图像装置，其特征在于，配备有：经由液体利用超声波将平面状的工件图像化用的探针；对于前述工件的面使前述探针扫描的扫描机构；以及以非接触的方式检测前述工件与前述探针的接近的干扰检测机构。

对于其它的机构，在实施发明用的方式中进行说明。

发明的效果

根据本发明，在超声波图像装置中，能够检测探针与工件的干扰，抑制这些探针或工件的损伤。

附图说明

图1是超声波图像装置的整体结构图。

图2是说明由探针对工件的测定的图。

图3是表示探针与工件的位置关系的图。

图4是表示第一种实施方式的保持器的动作的说明图。

图5是表示第一种实施方式的保持器结构的图。

图6是表示第一种实施方式的保持器结构的分解图。

图7是表示第一种实施方式中的超声波扫描处理的流程图。

图8是表示第二种实施方式的探针的结构的图。

图9是表示第三种实施方式的探针的结构的图。

图10是表示比较例的探针的结构的图。

具体实施方式

下面，参照各个附图详细地说明用于实施本发明的方式。

图1是超声波图像装置的整体结构图。

超声波图像装置1具备检测探针4与工件8的干扰的功能。从而，超声波图像装置1能够抑制探针4或工件8的损伤。

超声波图像装置1配备有三轴扫描器2(扫描机构)和探针4。该三轴扫描器2使探针4对平面状的工件8进行二维扫描。借此，超声波图像装置1可以利用超声波将平面状的工件8图像化。

探针4被浸渍到充满水槽91的水中，以探针4的顶端与工件8对向地配置。探针4被保持器24安装到三轴扫描器2上。该三轴扫描器2使探针4进行二维扫描，并且，检测其扫描位置。由此，超声波图像装置1可以将各个扫描位置与回波的关系二维图像化。水槽91被载置于台座92上。

三轴扫描器2配备有：使探针4进行扫描的X轴促动器21及Y轴促动器22；能够改变探针4与工件8的间隔的Z轴促动器23；以及把持探针4的保持器24。该保持器24支承被设置在探针4的上部的凸缘部42，在对该探针4施加了朝上的力时，顺滑地向上方移动。在保持器24上设置有传感器3，对探针4向上方移动进行检测。

在检测之前由台座92调整探针4的高度，并且，利用Z轴促动器23调整探针4与工件8之间的间隔。

超声波图像装置1还配备有：探针4及脉冲发生器52、前置放大器53、处理该探针4的输出信号的接收器54及A/D变换器55、控制装置56、数据处理装置57、以及显示器58。

脉冲发生器52在每个规定的扫描位置输出信号。该信号例如是脉冲波或脉冲串波等的电信号。

前置放大器53在利用脉冲发生器52的信号使超声波向探针4输出之后，将探针4接收的信号放大，输出到接收器54。接收器54将输入的信号进一步放大，向A/D变换器55输出。

由工件8的测定面81反射的回波经由接收器54被输入到A/D变换器55。A/D变换器55在选通处理之后将该回波的模拟信号变换成数字信号，输出到控制装置56。

控制装置56控制该三轴扫描器2，使探针4进行二维扫描，一边取得探针4的各个扫描位置，一边利用超声波测定工件8。控制装置56例如将X轴作为主扫描方向，将Y轴作为副扫描方向，最初使探针4移动到Y轴的起点位置。接着，控制装置56使探针4在主扫描方向上且向去路方向移动，取得奇数号码线的超声波信息，并且使探针4在副扫描方向上移动一步。进而，控制装置56使探针4在主扫描方向上并且向返回方向移动，取得偶数号码线的超声波信息，并且使探针4在副扫描方向上移动一步。

控制装置56如果在扫描过程中由传感器3检测出探针4向上方的移动，则停止三轴扫描器2的动作。借此，能够抑制探针4或工件8的损伤。

从控制装置56向数据处理装置57输入工件8的各个扫描位置和与各个扫描位置对应的超声波信号，数据处理装置57进行将与工件8的各个扫描位置对应的超声波的测定结果图像化的处理，将处理过的工件8的超声波图像显示在显示器58上。

图2(a)、(b)是说明由探针4对工件8的测定的图。

在图2(a)中，探针4的顶端部41位于与工件8的表面距离为Z0处。这时，探针4输出的超声波将焦点聚焦到工件8的测定面81上。因而，这时的超声波图像是鲜明的。该探针4的顶端部41呈锥形。

在图2(b)中，探针4的顶端部41与图2(a)的情况相比，位于距离工件8的表面的距离为Z1处。这时，探针4输出的超声波将焦点聚焦在比工件8的测定面81靠上侧。因而，这时的超声波图像与图2(a)的情况相比是不鲜明的。因而，优选地，探针4和工件8的距离是图2(a)所示的距离Z0。

图3是表示探针4和工件8的位置关系的图。

在由超声波图像装置1对工件8的观察中，将台座94设置在水槽91内，将工件8载置于台座94，在用水将该水槽91充满之后，利用Z轴促动器23调整工件4和工件8的间隔。在图3所示的例子中，探针4和工件8的间隔为距离Z2，有必要将其调整为图2(a)所示的距离Z0。

该距离Z0根据条件而变化。但是，有时会接近于毫米数量级以下，这时，在有的情况下探针4和工件8会发生干扰。在发生这种干扰的情况下，存在着对探针4以及工件8造成损伤的担忧。因而，改进了固定超声波图像装置1的探针4的保持器24的结构，赋予其能够检测探针4和工件8的接触的功能。

<<比较例>>

图10是表示比较例的探针4的结构的三向视图。图10的上部是俯视图，该俯视图的下侧是正视图。正视图的右侧是侧视图。

如俯视图所示，探针4被固定于基部25。在探针4的近旁配置传感器机构7。

如正视图和侧视图所示，该传感器机构7配备有比探针4的顶端部41向下方伸出的保护部71、支柱部76、限位开关75和推压部74。

支承部72、73在上下方向上可动地支承支柱部76，推压部74推压限位开关75，并且，将该传感器机构7保持在规定的高度。当保护部71与工件8干扰(接触)时，支柱部76与推压部74在上下方向上可动，推压部74不推压限位开关75。

控制装置56利用该限位开关75检测传感器机构7与工件8的接触，能够在探针4与工件8干扰之前检测出工件8的接近。该传感器机构7是能够检测探针4和工件8的干扰的干扰检测机构。控制装置56在检测出探针4与工件8的干扰时，通过使探针4的扫描停止，能够预先防止工件8或探针4的损伤。特别是，由于能够在探针4与工件8干扰之前使扫描停止，因而，是有效的。

在比较例中，在探针4的附近配置能够检测出与工件8的接触的传感器机构7，若该传感器机构7与工件8接触，则限位开关75动作，能够在工件8与探针4接触之前使动作停止。从而，能够防止探针4和工件8的损伤，因而，能够提高超声波图像装置1的附加价值。

但是，在比较例中，由于探针4与传感器机构7间隔开，所以，在传感器机构7的保护部71没有接触工件8的情况下，存在着探针4与工件8干扰的担忧。另外，由于传感器机构7必须与探针4一起扫描，所以，必须具有规定的刚性。

<<第一种实施方式>>

图4(a)、(b)是表示第一种实施方式的保持器24的动作的说明图。

图4(a)表示探针4的凸缘部42就位于保持器24的状态。

通常，保持器24以贴紧的状态保持探针4。但是，本实施方式的保持器24支承探针4的凸缘部42，以规定的紧固力保持探针4，能够向上方移动，借助传感器3检测探针4的就位状态。该传感器3例如是在保持器24的上部突出的行程短的接触开关，检测出探针4的凸缘部24的推压并且接通。

图4(b)表示探针4的凸缘部42没有就位于保持器24的状态。

当探针4与工件8物理性地干扰并向上方移动时，成为探针4的凸缘部42没有就位于保持器24的状态。从而，传感器3没有检测出凸缘部42的推压。即，传感器3能够检测出探针4与工件8的干扰。探针4的顶端呈锥状，在与工件8干扰时，给予该探针4朝向上方的加载力。探针4不被固定于保持器，在与工件碰撞时向上方移动，防工件或探针的破损。

另外，传感器3并不局限于接触开关，例如，也可以使用距离传感器等任意的传感器来检测探针的就位状态，对此没有限制。

图5是表示第一种实施方式的保持器24的结构的图。在图的上部表示俯视图，在图的下部表示侧视图。

在保持器24上形成有狭缝244和插入探针4的孔部243。保持器24配备有：旋钮241、弹簧245、套环246。旋钮241在顶端被切削出阳螺纹，被紧固到保持器24的阴螺纹上。通过旋转旋钮241，该旋钮241经由弹簧245对保持器24施加紧固力。借助狭缝244、旋钮241和弹簧245，能够以与操作者无关的恒定的紧固力将探针4保持于孔部243。

套环246限制旋钮241的可动范围，借此，限制旋钮241紧固保持器24的力。对于这些旋钮241的结构，将在后面描述的图6中详细地进行说明。

在探针4的顶端不与工件8接触(干扰)时，保持探针4的凸缘部42就位于保持器24的状态。在探针4的顶端与工件8接触(干扰)了时，探针4顺滑地向上方移动，变成凸缘部42不就位于保持器24的状态。传感器3检测由凸缘部42进行的推压，因而，能够检测凸缘部42是否就位于保持器24。

探针4当其顶端与工件8接触时相对于保持器24移动。通过利用传感器3检测该移动，能够检测探针4与工件8的干扰(接触)。在检测出干扰时，通过使探针4的扫描停止，能够防止探针4和工件8的损伤。

图6是表示第一种实施方式的保持器24的结构的分解图。

在旋钮241的顶端形成阳螺纹，将弹簧245和衬套246安装到旋钮241的轴上。形成于该旋钮241顶端的阳螺纹被紧固到保持器24的阴螺纹上。旋钮241被紧固处位于保持器14之中的被狭缝244截断的里侧。

当将旋钮241拧入保持器24时，作为弹性体的弹簧245将保持器24之中的被狭缝244截断的近前侧向里侧加载。即，由于将对应于旋钮241的拧入量的紧固力施加于该保持器24的近前侧和里侧，因此，能够与操作者无关地利用恒定的紧固力将探针4保持于孔部243。另外，衬套246限制旋钮241的可动范围。借此，能够使由旋钮241产生的紧固力在规定值以下，能够防止探针4的破坏。

图7是表示第一种实施方式的超声波扫描处理的流程图。

超声波图像装置1利用控制装置56实施超声波扫描处理。

当控制装置56开始由探针4进行的扫描时(步骤S10)，最初，判断是否检测出探针4与工件8的干扰(步骤11)。如果控制装置56检测出探针4与工件8的干扰(步骤S11→Yes)，则停止探针4的扫描(步骤S17)，异常终止。从而，能够防止探针4和工件8的损伤，提高超声波图像装置1的附加价值。

如果控制装置56没有检测出探针4与工件8的干扰(步骤S11→No)，则在向探针4发送超声波脉冲(步骤S12)之后，接收超声波(步骤S13)。数据处理装置57进行该接收波的数据处理(步骤S14)。控制装置56重复进行步骤S11～S14的一系列的处理，直到扫描结束为止(步骤S15→No)。

如果控制装置56结束了扫描(步骤S15→No)，则数据处理装置57由该接收波的数据处理结果生成超声波图像，结束图7的处理。

<<第二种实施方式>>

图8是表示第二种实施方式的探针4A的结构的图。

在探针4A的顶端，添加能够检测与工件8的接近的传感器3A。该传感器3A例如是利用电磁感应的高频振荡型的非接触式传感器，由于能够非接触地对工件8进行检测，所以，不会伤及工件8或传感器3A。从而，能够预先防止探针4A与工件8的干扰。另外，传感器3A响应速度快，并且由于没有电接点，所以寿命长。

当工件8接近探针4A时，控制装置56能够利用传感器3A检测该接近。这时，通过使探针4A的扫描停止，能够预先防止探针4A和工件8的损伤。从而，能够提高超声波图像装置1的附加价值。

<<第三种实施方式>>

图9是表示第三种实施方式的探针4B的结构的图。图9的左右方向是扫描方向的去路方向和返回方向。

在保持器24B的主扫描方向的两侧，设置有传感器3L、3R。所述传感器3L、3R是激光距离计，由于能够非接触地对工件8进行检测，所以，不会伤及工件8和传感器3A。例如，在主扫描方向的去路中，可以利用传感器3L测定与工件8的距离，在主扫描方向的返回路中，可以利用传感器3R测定与工件8的距离。从而，能够预先防止探针4A与工件8的干扰。所述传感器3L配备有光导向部31L，传感器3R配备有光导向部31R。操作者通过将光导向部31L、31R浸渍到水中，能够防止激光在水面的漫反射，能够测定至工件8的距离。

当工件8接近探针4B时，控制装置56能够利用传感器3L、3R检测该接近。这时，通过使探针4B的扫描停止，能够预先防止探针4B与工件8的损伤。从而，能够提高超声波图像装置1的附加价值。

(变形例)

本发明并不受上述各种实施方式的限制，而是包括各种各样的变形例。例如，上述实施方式是为了容易理解本发明而加以详细地说明的实施方式，并不限于具有所说明的全部结构的实施方式。可以将某些实施方式的结构的一部分替换成另外的实施方式的结构，也可以在某种实施方式的结构中添加另外的实施方式的结构。另外，对于各种实施方式的结构的一部分，可以进行其它的结构的追加、消除、置换。

在各种实施方式中，控制线和信息线表示出了为了进行说明所必要的部分，制品中所需的全部控制线和信息线则不限于此。实际上，可以认为几乎全部结构都可以相互连接。

作为本发明的变形例，例如，有下面所述的(a)～(c)。

(a)在第一种实施方式中，利用开关检测探针4与工件8的干扰。但是，并不局限于此，也可以利用任意的传感器、例如推压检测传感器等判断探针4的凸缘部42是否就位于保持器24。

(b)在第一种实施方式中，当检测出探针4与工件8干扰时，停止探针4的扫描。但是，并不局限于此，也可以变更探针4的高度，再次扫描工件8，对此没有限制。

(c)在第二种实施方式中，借助利用电磁感应的高频振荡型的非接触式传感器检测探针4与工件8的干扰。但是，并不局限于此，也可以使用静电容量型的非接触式传感器或磁力型的非接触式传感器。在使用磁力型的非接触式传感器的情况下，例如，将台座94等作为磁体即可。

附图标记说明

1 超声波图像装置

2 三轴扫描器(扫描机构)

21 X轴促动器(扫描机构)

22 Y轴促动器(扫描机构)

23 Z轴促动器

24 保持器

241 旋钮

243 孔部

244 狭缝

25 基部

3、3A、3L、3R 传感器(干扰检测机构)

4、4A、4B 探针

41 顶端部

42 凸缘部

56 控制装置

7 传感器机构

75 限位开关

8 工件

81 测定面

Claims (12)

1.一种超声波图像装置，其特征在于，配备有：

探针，所述探针用于利用超声波经由液体将平面状的工件图像化；

扫描机构，所述扫描机构使所述探针对所述工件的面进行扫描；

凸缘部，所述凸缘部以与所述探针一体化的结构设置在所述探针的上部；

保持器，所述保持器用于保持所述探针；以及

干扰检测机构，所述干扰检测机构被埋入配置在所述保持器内，其一部分从所述保持器的上表面突出，

所述干扰检测机构，

在所述探针与所述工件之间没有干扰时，所述突出部被所述凸缘部推压而埋入到所述保持器内，

在所述探针与所述工件之间干扰了时，通过所述探针向上方移动，所述凸缘部也向上方移动，由此，被埋入到所述保持器内的所述突出部复原，检测所述工件与所述探针之间的干扰。

2.如权利要求1所述的超声波图像装置，其特征在于，所述探针的顶端呈锥状。

3.如权利要求1或2所述的超声波图像装置，其特征在于，当由所述干扰检测机构检测出干扰时，所述扫描机构停止所述探针的扫描。

4.如权利要求1或2所述的超声波图像装置，其特征在于，当由所述干扰检测机构检测出干扰时，所述扫描机构改变所述探针的高度，再次进行扫描。

5.如权利要求1至4中任一项所述的超声波图像装置，其特征在于，所述保持器以规定的紧固力保持所述探针。

6.如权利要求5所述的超声波图像装置，其特征在于，在所述保持器上形成有通过夹入来保持所述探针的孔和狭缝，并且，配备有旋钮和弹性部，所述旋钮和弹性部调整施加到由所述狭缝截断的两个部分上的力。

7.如权利要求6所述的超声波图像装置，其特征在于，所述保持器配备有限制所述旋钮的可动范围的限制构件。

8.如权利要求1或2所述的超声波图像装置，其特征在于，所述干扰检测机构是检测所述探针的就位状态的传感器。

9.一种超声波图像装置，其特征在于，配备有：

探针，所述探针用于利用超声波经由液体将平面状的工件图像化；

扫描机构，所述扫描机构使所述探针对所述工件的面进行扫描；以及

干扰检测机构，所述干扰检测机构以非接触的方式检测所述工件与所述探针的接近。

10.如权利要求9所述的超声波图像装置，其特征在于，所述干扰检测机构是设置在所述探针的顶端的非接触式传感器。

11.如权利要求9所述的超声波图像装置，其特征在于，所述干扰检测机构被浸于所述液体中，利用激光检测与所述工件的距离。

12.如权利要求10所述的超声波图像装置，其特征在于，

所述扫描机构在每个副扫描位置反复进行使所述探针在主扫描方向上往复运动的动作，

所述干扰检测机构设置在对于所述探针的主扫描方向上的去路侧和返回侧。