CN117388373A - 一种超声波缺陷检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请超声波缺陷检测方法，包括：控制系统获取配置参数，进行内核初始化。选择初始产品配方，对选取的无缺陷样品定位扫描，调节初始产品配方至扫描出来的图像纹理清晰时获得匹配产品配方，对无缺陷样品的无缺陷区域图像制作检测模板。使用匹配产品配方对待测产品扫描采样，根据待测产品的厚度设置采样时间延迟量T和长度L，对每个点位采集数据进行分段，对于不同材料层的待测产品，根据超声波在不同材料中的传播速度，计算不同材料层相对应的时间延迟量Tn和长度Ln，将整体采样数据分成n个切片特征层，选择采集模式进行取样，灰度转换，匹配检测模板，识别出缺陷。对不同厚度和材质的产品灵活调整产品配方，高效、准确的实现产品的内部检测。

Description

一种超声波缺陷检测方法及装置

技术领域

本发明属于超声波检测技术领域，具体涉及一种超声波检测方法及装置。

背景技术

产品内部缺陷的检测在很多领域都是非常重要的，比如半导体器件，在生产过程中产生的气孔、裂纹、夹杂和分层等缺陷若不能被检出，不仅会影响产品的品质和质量，更有可能在使用过程中存在安全隐患，通常使用可见光视觉检测产品表面的缺陷，对于产品内部或者材料类型不同的合成材料则无法用传统视觉进行定位和检测，因此超声波检测应运而生，但是目前的超声波检测技术专用性强，适应性较差，对于不同厚度、材质的产品，检测成像效果差别大，检测效率低，检测精度不够高。

发明内容

鉴于以上，本发明提供一种超声波检测方法及装置，对于不同厚度和材质的产品也能灵活调整产品配方，高效、准确的实现产品的内部检测，具体技术方案如下。

一种超声波缺陷检测方法，包括以下步骤：控制系统获取检测装置配置参数，进行内核初始化。

选择初始产品配方，使用超声波探头对选取的无缺陷样品定位扫描，产品配方为根据检测产品的厚度、种类设置的包括数据采集系统参数、超声发生接收器参数和超声探头参数在内的综合参数，调节初始产品配方至超声波扫描出来的产品图像纹理线条清晰时，获得匹配产品配方，此时对无缺陷样品的无缺陷区域图像制作检测模板。

使用匹配产品配方对待测产品扫描采样，控制超声发生接受器的频率对应数据采集系统的采样频率，根据待测产品的厚度，设置采样时间延迟量T和长度L，对每个点位采集数据进行分段，对于不同材料层的待测产品，根据超声波在不同材料中的传播速度，计算不同材料层相对应的时间延迟量Tn和长度Ln，将整体采样数据分成n个切片特征层，n为整数且n≥2，选择采集模式进行取样，灰度转换形成检测图像，数据处理系统根据算法匹配检测模板，识别出缺陷位置并标记。

进一步，初始产品配方下超声波扫描出来的产品图像纹理线条若不清晰，则调节超声波探头定位、超声波数据范围、有效数据延迟量、超声波发生接收器增益中的一种或几种，令产品图像纹理线条清晰可见时则产品配方设置完成，此时调整后的产品配方为匹配产品配方。

进一步，所述采集模式包括正向峰值模式、反向峰值模式、正向飞行模式、反向飞行模式、绝对飞行模式、上升沿模式、下降沿模式

进一步，不同的采集模式在切片特征层中取样方式不同，正向峰值模式在当前切片特征层中取此段波形的幅值最高点，反向峰值模式在当前切片特征层中选取幅值最低点，正向飞行模式选取正向峰值的时间轴点，反向飞行模式选取反向峰值模式的时间轴点，绝对飞行模式选取预设时间段内正向分型模式和反向飞行模式取值的时间差，上升沿模式选取当前切片特征层中上升沿的时间轴点，下降沿模式选取当前切片特征层中下降沿的时间轴点。

进一步，所述内核初始化包括数据采集系统初始化，运动系统初始化和脉冲发生接收器初始化。

一种超声波缺陷检测装置，包括超声扫描模块，对产品表面进行扫描；运动系统，对超声扫描采集模块进行支撑，并带动超声扫描模块进行移动；数据采集系统，对超声扫描模块获取的超声波数据进行有效采集；数据处理系统，对数据、图像进行分析、计算处理；控制系统，根据检测产品设置产品配方，调用产品配方控制超声扫描模块、运动系统、数据采集系统、数据处理系统协调工作。

进一步，所述超声扫描模块包括超声波发生接收器、双超声换成器、双超声波探头，超声波发生接收器为双通道，产生的高压触发脉冲分别由两个超声换成器输入对应两个超声波探头。

进一步，超声波探头返回的超声波数据由数据采集处理系统中的数据采集卡采集，数据采集处理系统对采集到的数据进行一定范围内的带通滤波去除噪声干扰，通过选择采集成像模式对检测产品成像。

进一步，运动模块，包括X轴直线运动模组、Y轴直线运动模组和双Z轴直线运动模组，X轴直线运动模组设置在Y轴直线运动模组上，在Y轴直线运动模组带动下可进行Y轴方向水平运动，双Z轴直线运动模组对称的设置在X轴直线运动模组上，可在X轴直线运动模组的带动下进行X轴方向的水平运动，双超声波探头分别对应固定在双Z轴直线运动模组上，在双Z轴直线运动模组带动下进行竖直升降运动。

进一步，控制系统对产品配方的设置包括控制超声波探头运动定位、选择数据采集处理系统中的延迟量和长度、调节超声波发生接收器增益。

本申请超声波检测方法及装置，选择对应的产品配方、超声采集成像模式和运动控制方式，对产品内部通过超声探头执行超声扫描，生成特定材料层、特定厚度的内部高精度图像，数据处理系统将生成的产品内部高精度图像经过模板匹配检验及算法处理检测出产品内部存在的图像，针对不同厚度和材质的产品可以灵活配置产品配方，使获得的检测图像更清晰，检测精度更高，适用性更强，而且本申请检测装置配置双超声波探头，可以同时对多个产品进行扫描成像，提高整体检测效率，另外还可以根据需求启用一个或者两个探头，对检测产品的尺寸适应范围更广。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中进一步给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本申请检测方法流程示意图；

图2为本申请产品配方调整流程示意图；

图3为本申请产品配方中调整延迟量和长度的示意图；

图4为本申请检测装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

参照图1，本实施例中的缺陷检测方法的流程图，本实施例的超声波缺陷检测方法，包括以下步骤。

S1、检测装置控制系统获取配置参数，进行内核初始化。

内核初始化包括数据采集系统初始化，运动系统初始化和脉冲发生接收器初始化，避免干扰，重新对各系统进行参数设定。

S2、选择初始产品配方，使用超声波探头对选取的无缺陷产品定位扫描，调节初始产品配方至超声波扫描出来的产品图像纹理线条清晰时，获得匹配产品配方，此时对无缺陷样品的无缺陷区域图像制作检测模板。

产品配方为根据检测产品的厚度、种类设置的包括数据采集系统参数、超声发生接收器参数和超声探头参数在内的综合参数。对一件产品进行检测前，根据产品的厚度先在设备已由产品配方中选取跟产品相近的配方调出使用，若此配方下能扫描出清晰的产品图像纹理线条图像，则可直接使用此配方，若不清晰则对参数进行调整，包括对调节超声波探头定位、超声波数据范围、有效数据延迟量、超声波发生接收器增益中的一种或几种的调整，令产品图像纹理线条清晰可见时则产品配方设置完成，此时调整后的产品配方为匹配产品配方，进行接下来的检测使用。

具体而言，当初始产品配方下获取的产品图像纹理线条模糊不清，则成像效果不理想，则需对产品配方参数进行调整，如果图像未显示产品纹理线条，可能是超声波探头不在检测扫描区域，则需对超声波探头重新定位，将超声波探头移动至扫描区域，调节超声波探头高度，调节超声波数据范围，使波形处于界面中间位置，如图3所示，两条直线分别代表延迟量和长度，调节有效数据延迟量表示线a靠近第一个波形，有效数据长度表示b线靠近第二个波形，再进行扫描，如果成像效果理想，则完成产品配方设置，如果成像效果不理想，则可进一步调节超声波探头高度或调节超声波发生接收器增益，增益可调节范围为-20-80db，以上调节过程可重复调整，最终得到理想的成像效果，产品配方确定，参照图2过程。

S3、使用匹配产品配方对待测产品扫描采样，控制超声发生接收器的频率对应数据采集系统的采样频率，根据待测产品的厚度，设置采样时间延迟量T和长度 L，对每个点位采集数据进行分段，对于不同材料层的待测产品，根据超声波在不同材料中的传播速度，计算不同材料层相对应的时间延迟量Tn和长度 Ln，将整体采样数据分成n个切片特征层，n为整数且n≥2，选择采集模式进行取样，灰度转换形成检测图像，数据处理系统根据算法匹配检测模板，识别出缺陷位置并标记。

其中的采集模式包括正向峰值模式、反向峰值模式、正向飞行模式、反向飞行模式、绝对飞行模式、上升沿边沿模式、下降沿模式，不同的采集模式在切片特征层中取样方式不同，正向峰值模式在当前切片特征层中取此段波形的幅值最高点，反向峰值模式在当前切片特征层中选取幅值最低点，正向飞行模式选取正向峰值的时间轴点，反向飞行模式选取反向峰值模式的时间轴点，绝对飞行模式选取预设时间段内正向分型模式和反向飞行模式取值的时间差，上升沿模式选取当前切片特征层中上升沿的时间轴点，下降沿模式选取当前切片特征层中下降沿的时间轴点。

在检测待测产品过程中，控制系统根据预设的采集模式对待测样品每个点位采集数据进行分段、取样、灰度转化，形成待测产品的2D产品图像，调用无缺陷产品的检测模板比对，对产品图像经过模板匹配检验及算法处理检测出待测样品内部存在的缺陷，通过数据处理系统进行缺陷的尺寸和面积统计，自动计算缺陷占所测量面积的百分比，对缺陷位置进行标记，并将缺陷详细信息记录至数据库和产品信息表格中展示。为了便于观察，可将2D产品图像转换为3D，即假设超声波在材料A中的传播速度为αmm/s，那么待测产品中某层的正反界面反射波的时间差为△t，那么这个材料层的厚度T =α*△t，然后将这个厚度T值转换为32bit的数据，并把这个数据拆分为4个8bit的数据，并分别填充图像的R、G、B三个通道，从而形成这个材料层的3D图像。

参照图4，本实施例的超声波缺陷检测装置，包括超声扫描模块，对产品表面进行扫描；运动系统，对超声扫描采集模块进行支撑，并带动超声扫描模块进行移动；数据采集系统，对超声扫描模块获取的超声波数据进行有效采集；数据处理系统，对数据、图像进行分析、计算处理；控制系统，根据检测产品设置产品配方，调用产品配方控制超声扫描模块、运动系统、数据采集系统、数据处理系统协调工作。

其中，超声扫描模块包括超声波发生接收器、两个超声换成器、两个超声波探头，超声波发生接收器为双通道，带宽兼容1MHz-300MHz频率，产生的高压触发脉冲分别由两超声换成器输入对应两超声波探头，其中一超声换能器可兼容40MHz-165MHz频率超声波探头，另外一超声换能器可兼容1MHz-65MHz频率超声波探头，根据需要可选配1MHZ-110MHz频率超声波探头。超声波探头返回的超声波数据由数据采集系统中的数据采集卡采集，数据处理系统对采集到的数据进行一定范围内的带通滤波去除噪声干扰，通过选择采集成像模式对检测产品成像。

另外，运动模块包括X轴直线运动模组1、Y轴直线运动模组2和双Z轴直线运动模组3，X轴直线运动模组1设置在Y轴直线运动模组2上，在Y轴直线运动模组2带动下可进行Y轴方向水平运动，双Z轴直线运动模组3对称的设置在X轴直线运动模组1上，可在X轴直线运动模组1的带动下进行X轴方向的水平运动，两个超声波探头4分别对应固定在双Z轴直线运动模组3上，在双Z轴直线运动模组3带动下进行竖直升降运动。X轴直线运动模组1、Y轴直线运动模组2中使用高精度直线电机做驱动，可以保障高精度扫描精度，此精度范围可配置为0.1um-5mm，Z轴直线运动模组3中使用步进电机做驱动。X轴直线运动模组1固定在装置机台5上，装置机台5上设置有水槽，超声波检测产品时需将产品放入水中检测，装置上的水槽设置有自动排水、加水功能，水槽水位的高低会影响超声波扫描图像的清晰度，由控制系统控制水槽内水位，调节好预设的水槽水位，保障超声波扫描图像清晰可见。

控制系统控制超声波探头对产品进行扫描，在能获取清晰图像时，超声波探头的移动参数、定位高度参数、超声波发生接收器增益参数，采样模式和对数据设置的延迟量和长度参数等，这些综合数据均作为产品配方数据存档，以便下次测量相同或相近厚度产品时快速调取产品配方进行检测。

尽管参照本发明的示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种超声波缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制系统获取检测装置配置参数，进行内核初始化；

选择初始产品配方，使用超声波探头对选取的无缺陷样品定位扫描，产品配方为根据检测产品的厚度、种类设置的包括数据采集系统参数、超声发生接收器参数和超声探头参数在内的综合参数，调节初始产品配方至超声波扫描出来的产品图像纹理线条清晰时，获得匹配产品配方，此时对无缺陷样品的无缺陷区域图像制作检测模板；

使用匹配产品配方对待测产品扫描采样，控制超声发生接受器的频率对应数据采集系统的采样频率，根据待测产品的厚度，设置采样时间延迟量T和长度 L，对每个点位采集数据进行分段，对于不同材料层的待测产品，根据超声波在不同材料中的传播速度，计算不同材料层相对应的时间延迟量Tn和长度 Ln，将整体采样数据分成n个切片特征层，n为整数且n≥2,选择采集模式进行取样，灰度转换形成检测图像，数据处理系统根据算法匹配检测模板，识别出缺陷位置并标记。

2.根据权利要求1所述的超声波缺陷检测方法，其特征在于，所述初始产品配方下超声波扫描出来的产品图像纹理线条若不清晰，则调节超声波探头定位、超声波数据范围、有效数据延迟量、超声波发生接收器增益中的一种或几种，令产品图像纹理线条清晰可见时则产品配方设置完成，此时调整后的产品配方为匹配产品配方。

3.根据权利要求1所述的超声波缺陷检测方法，其特征在于，所述采集模式包括正向峰值模式、反向峰值模式、正向飞行模式、反向飞行模式、绝对飞行模式、上升沿模式、下降沿模式。

4.根据权利要求3所述的超声波缺陷检测方法，其特征在于，不同的采集模式在切片特征层中取样方式不同，所述正向峰值模式在当前切片特征层中取此段波形的幅值最高点，所述反向峰值模式在当前切片特征层中选取幅值最低点，正向飞行模式选取正向峰值的时间轴点，所述反向飞行模式选取反向峰值模式的时间轴点，所述绝对飞行模式选取预设时间段内正向分型模式和反向飞行模式取值的时间差，所述上升沿模式选取当前切片特征层中上升沿的时间轴点，所述下降沿模式选取当前切片特征层中下降沿的时间轴点。

5.根据权利要求1所述的超声波缺陷检测方法，其特征在于，所述内核初始化包括数据采集系统初始化，运动系统初始化和脉冲发生接收器初始化。

6.一种超声波缺陷检测装置，其特征在于，包括

超声扫描模块，对产品表面进行扫描；

运动系统，对所述超声扫描模块进行支撑，并带动所述超声扫描模块进行移动；

数据采集系统，对所述超声扫描模块获取的超声波数据进行有效采集；

数据处理系统，对数据、图像进行分析、计算处理；

控制系统，根据检测产品设置产品配方，调用产品配方控制超声扫描模块、运动系统、数据采集系统、数据处理系统协调工作。

7.根据权利要求6所述的超声波缺陷检测装置，其特征在于，所述超声扫描模块包括超声波发生接收器、双超声换成器、双超声波探头，所述超声波发生接收器为双通道，产生的高压触发脉冲分别由两个超声换成器输入对应两个超声波探头。

8.根据权利要求7所述的超声波缺陷检测装置，其特征在于，超声波探头返回的超声波数据由数据采集处理系统中的数据采集卡采集，数据采集处理系统对采集到的数据进行带通滤波去除噪声干扰，通过选择采集成像模式对检测产品成像。

9.根据权利要求7所述的超声波缺陷检测装置，其特征在于，所述运动系统，包括X轴直线运动模组、Y轴直线运动模组和双Z轴直线运动模组，所述X轴直线运动模组设置在所述Y轴直线运动模组上，在所述Y轴直线运动模组带动下可进行Y轴方向水平运动，所述双Z轴直线运动模组对称的设置在所述X轴直线运动模组上，在所述X轴直线运动模组的带动下进行X轴方向的水平运动，所述双超声波探头分别对应固定在所述双Z轴直线运动模组上，在所述双Z轴直线运动模组带动下进行竖直升降运动。

10.根据权利要求6所述的超声波缺陷检测装置，其特征在于，控制系统对产品配方的设置包括控制超声波探头运动定位、选择数据采集处理系统中的延迟量和长度、调节超声波发生接收器增益。