JP2020091194A - 超音波検査方法、超音波検査装置及び超音波検査プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】様々な周波数特性を有する超音波探触子を使用した場合でも安定して剥離検出が可能な超音波検査方法を提供する。【解決手段】超音波検査方法は、超音波探触子２の品種毎に固有の参照波形を品種識別子と関連付けて記憶部に登録する登録ステップと、超音波探触子２の品種識別子に基づき参照波形を演算処理部５にロードするロードステップと、受信波形のピークを検出する検出ステップと、受信波形のピークに基づきロードされた参照波形を時間軸方向に位置合わせする位置合わせステップと、受信波形と参照波形の相関値を算出する算出ステップと、相関値の正負に基づき検査対象物の内部状態が異常状態であるか否かを判定する判定ステップと、判定ステップで異常状態と判定された異常領域をＣスコープ表示で表示装置に表示させる表示ステップと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１には、「超音波は音響インピーダンス（密度×音速）の異なる境面で反射し、その反射信号の大きさは界面を構威する物質の音響インピーダンスによって左右される。音響インピーダンスの大きい物質から小さい物質に超音波が入射する場合と逆に音響インピーダンスの小さい物質から大きい物質に超音波が入射する場合とでは反射の位相が異なるのである。例えば固体から水や空気のようにインピーダンスの小さい物質に入射するとき反射の位相は反転する。この現象を利用して、材料や部品の接合部の剥離の有無やボイドの有無を超音波により検査する方法が公知である。」とある（発明の詳細な説明参照）。

また、特許文献１には、「超音波探触子から被検材内部へ向けて発射された超音波の反射波を受信してＲＦ信号とし、上記ＲＦ信号の正のピークの最大値及び上記ＲＦ信号の負のピークの絶対値を検出して、この正のピークの最大値と負のピークの絶対値の和を算出し、この和の値と、上記正のピークの最大値或いは負のピークの絶対値のいずれかとの比を算出し、これら和の値と比の値とをパラメータとする関数をＣスコープ表示して上記接合部の剥離の有無を検査する超音波検査方法。」と記載されている（特許請求の範囲参照）。

特開平３−１０２２５８号公報

前記特許文献１には、超音波の位相の反転を検出して剥離の有無を検査する超音波検査方法が記載されている。しかし、特許文献１の超音波検査方法では、位相反転の判定がピークの最大値といった波形の局所的情報に基づいているため、波形全体を見ると位相反転である、あるいは位相判定でないと判定すべきでない反射波の波形に対して、誤って判定する場合がある。

例えば本願の図１７Ａは、剥離のない界面の反射波の受信波形の模式図である。本願の図１７Ｂは、剥離のある界面の反射波の受信波形の模式図である。波形全体を見ると両者の違いは明らかである。しかし、いずれの波形も正のピークの波高値と負のピークの波高値の絶対値が近い。このため、正と負のピークの波高値を尺度としてみると、両波形に明確な違いはなく、ノイズ等の理由で正または負のピークの波高値が変動すると、容易に判定結果が変化して安定した検査結果が得られない。

また、一般的に超音波探触子の送信波の周波数特性は品種により異なるため、同一検査対象物の同一超音波反射位置であっても、超音波探触子の品種が異なると正のピークの波高値と負のピークの波高値が異なる。当然、特許文献１に記載されている正のピークの波高値と負のピークの波高値の絶対値により得られるパラメータ値も超音波探触子の品種により異なる。従って、上記パラメータ値単独では、剥離であるか否かをユーザ側で容易に判断できない可能性がある。

そこで本発明は、様々な周波数特性を有する超音波探触子を使用した場合でも安定して剥離検出が可能な超音波検査方法及び超音波検査装置を提供する。

前記課題を解決するために、本発明の超音波検査方法は、超音波を発生して検査対象物へ入射し、検査対象物から反射した反射波形を受信波形として受信する超音波探触子を用い、演算処理部で受信波形を解析することで、検査対象物の内部状態を検査する超音波検査方法であって、超音波探触子の品種毎に固有の参照波形を品種識別子と関連付けて記憶部に登録する登録ステップと、超音波探触子の品種識別子に基づき参照波形を演算処理部にロードするロードステップと、受信波形のピークを検出する検出ステップと、受信波形のピークに基づきロードされた参照波形を時間軸方向に位置合わせする位置合わせステップと、受信波形と参照波形の相関値を算出する算出ステップと、相関値の正負に基づき検査対象物の内部状態が異常状態であるか否かを判定する判定ステップと、判定ステップで異常状態と判定された異常領域をＣスコープ表示で表示装置に表示させる表示ステップと、を有することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。

本発明によれば、様々な周波数特性を有する超音波探触子を使用した場合でも安定して剥離検出が可能な超音波検査方法及び超音波検査装置を提供することができる。

第１実施形態に係る超音波検査装置の構成を示すブロック図である。 超音波検査で用いる送信波の波形の一例を示す図である。 検査対象物に送信波を入射し、それが受信波として反射する様子を示す図である。 正常境界部での、図２で示した送信波が検査対象物に入射して反射した受信波形を示す図である。 剥離部での、図２で示した送信波が検査対象物に入射して反射した受信波形を示す図である。 石英ガラスを用いて表面の反射波の受信波形を取得する方法を示す図である。 石英ガラス表面の反射波の受信波形から参照波形を抽出する方法を示す図である。 超音波検査装置に接続した超音波探触子の品種をユーザに選択させるＧＵＩ（Graphical User Interface）である。 ロードされた参照波形を用いて剥離有無を判定する方法を示す図である。 剥離と判定された測定点をＣスコープ上でカラー表示させるＧＵＩである。 参照波形の位置合わせ結果を確認するＧＵＩである。 剥離有無判定を行うプログラムの処理手順を示す処理フロー図である。 正の最大波高値ピークを基準に参照波形の位置合わせを行い、正の値の相関係数を算出する方法を示す図である。 負の最大波高値ピークを基準に参照波形の位置合わせを行い、負の値の相関係数を算出する方法を示す図である。 ＩＣチップの層Ｌ１の厚みが薄い検査対象物について、剥離部の反射波の受信波形を示した図である。 ＩＣチップの層Ｌ１の厚みが厚い検査対象物について、剥離部の反射波の受信波形を示した図である。 正常境界部の反射波の受信波形を含む測定点をユーザに指定させるＧＵＩである。 正常境界部の反射波の受信波形をユーザに指定させるＧＵＩである。 図１３Ａ、図１３Ｂに示した受信波形と、図１５に示した方法で取得した参照波形を重ね合わせ描画したＡスコープ画像である。 剥離がない界面の反射波の受信波形を示す模式図である。 剥離のある界面の反射波の受信波形を示す模式図である。

本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
<<第１実施形態>>
図１は、第１実施形態に係る超音波検査装置１００の構成を示すブロック図である。超音波検査装置１００は、超音波探傷器１、超音波探触子２、走査機構部３、機構部コントローラ４、演算処理部５（マイクロプロセッサ）、ハードディスク６、オシロスコープ７、モニタ８、入力装置１２などを含んで構成されている。

超音波探傷器１は、超音波を発生する超音波探触子２にパルス信号９を与えて駆動する超音波探傷器である。超音波探触子２は、走査機構部３により保持または駆動され、かつ検査対象物上で走査される超音波探触子（プローブ）である。この走査機構部３は機構部コントローラ４によって制御される。

すなわち、超音波探傷器１は、超音波探触子２にパルス信号９を与えて駆動し、超音波探触子２から水を媒介にして検査対象物５０（被検体）に対して超音波Ｕ１を送出する。また、超音波探傷器１は、検査対象物５０の表面あるいは内部の複数の界面から戻ってくる反射波Ｕ２を反射波１０として受信し、それに応じたＲＦ（Radio Frequency）信号１１を発生させ、増幅するレシーバ（図示せず）を備える。

超音波探触子２は、走査機構部３によって検査対象物の検査部位へ逐次走査される。超音波探触子２は、超音波探傷器１とコネクタを介して電気的に接続されており、超音波探触子２は、ユーザによって容易に取り外しと取り付けが可能である。

なお、説明の便宜上、超音波探触子２が発生する超音波を「送信波」と称する場合がある。また、超音波探触子２が受信する反射波Ｕ２またはＲＦ信号１１を「受信波」と称する場合がある。

超音波探傷器１は、前記したように、超音波探触子２にパルス信号９を送り、超音波探触子２はパルス信号９を超音波に変換して検査対象物５０に入射する。検査対象物５０からの反射波Ｕ２を超音波探触子２が受信し、超音波探傷器１へと送る。超音波探傷器１は反射波１０をＲＦ信号１１に変換し、演算処理部５（制御部）へ送る。演算処理部５は、超音波探触子２を用いて検査対象物の適宜部位を走査させるために、機構部コントローラ４へ制御信号を送り、機構コントロールを実現する。演算処理部５→機構部コントローラ４→走査機構部３→超音波探触子２→超音波探傷器１の系統によって超音波探触子２の自動制御（走査）がなされる。

演算処理部５が得たデータ（ＲＦ信号１１や、前記自動制御に要する信号を含む）は必要に応じてハードディスク（記憶部）６へ蓄積される。また、演算処理部５は、オシロスコープ（表示部）７およびモニタ（表示部）８に接続され、リアルタイムにＡスコープ表示またはＣスコープ表示を行うことができる。

なお、「Ａスコープ表示」とは、オシロスコープ７の横軸に時間をとり、縦軸にＲＦ信号１１の波形の振幅（波高値）をとったときのＲＦ信号１１の表示である。また、「Ｃスコープ表示」とは、超音波探触子２を検査対象物に対して縦横にスキャンし、表示画面の横軸に超音波探触子２の移動の横方向（Ｘ方向）距離をとり、縦軸に縦方向（Ｙ方向）距離をとったときの、ＲＦ信号１１の波形の正のピークの最大値または負のピークの最大値の絶対値の階調表示である。Ａスコープ表示は、演算処理部５によりＣスコープ表示と同じモニタに表示されることもある。

また、演算処理部５は、ユーザによって入力装置１２から入力された指示、例えば、後述する、評価ゲートの指定やＲＦ信号１１のピークの選択に応じた処理を実行する。入力装置１２は、例えば、キーボード、ポインティングデバイスなどでもよい。ハードディスク６には、Ｃスコープ表示するときに、ＲＦ信号１１の波形（特に、ピークの大きさ）に応じて使用する色が定義されたカラーパレットが記憶されている。色の定義は、具体的にはＲＹＢ（Red Yellow Blue）値を用いてＲＦ信号１１の波形と対応付ける。

また、ハードディスク６には、第１実施形態の超音波検査を演算処理部５が実行するためのプログラム（超音波検査方法を行うためのプログラム）が記憶されている。

なお、Ｃスコープ表示されるＲＦ信号１１は、評価ゲートに含まれている成分のみが表示される。評価ゲートは、超音波探傷器１から入力されたＲＦ信号１１の成分のうち、検査対象物の検査箇所からの反射波１０による成分のみを取出してＣスコープ表示させるためのものである。そのため、評価ゲートは、そのＲＦ信号１１を所定の遅延時間後に所定の時間だけゲートを開き通過させる機能を有している（ゲーティング）。評価ゲートの設定は、例えば入力装置１２からの入力に基づいて演算処理部５によって行われる。または、演算処理部５がＲＦ信号１１を解析し自動的に設定してもよい。演算処理部５には、評価ゲートを生成するゲート回路が搭載されている。ただ、Ａスコープ上では常に、正のピークの最大および負のピークの最大が評価ゲートの範囲内に含まれていることを確認する必要がある。正のピークの最大と負のピークの最大の片方もしくは両方が評価ゲート範囲内に含まれていなければ、検査対象箇所ではない箇所が正のピークの最大や負のピークの最大と誤認識され、検査対象箇所の評価が正しくできない恐れがあるからである。

また、評価ゲートに含まれているＲＦ信号１１の最大値からＣスコープを得る際には、例えば、ＲＦ信号１１において正負のピークのうち高い方のレベルを選択しＣスコープに反映する。

なお、説明の便宜上、ＲＦ信号１１が持つピークの正負を「極性」と呼び、ピークの極性が正または負である、といった説明をする場合がある。また、特許文献１に記載されている位相反転と、極性反転は同義である。

図２は、超音波検査で用いる送信波の波形の一例を示す図である。図２の送信波は、横軸に時間をとり、縦軸に振幅、つまり波高値をとったときの波形である。横軸にとった時間は、図２中、右方向に向かって進行し、縦軸にとった波高値は中央を０として、そこから図２中、上に向かう方向は正の極性を示し、下に向かう方向は負の極性を示す。これらの方向については、後記する送信波および受信波の波形についても同様である。

送信波は、極性の異なるピークが交互に現れ、それらのピークのうち波高値が最大となるピークが初期段階に現れ、次第に減少していく波形を持つ。送信波に含まれるピークの数、間隔、波高値は超音波探触子の品種により異なる。

図３は、検査対象物に送信波を入射し、それが受信波として反射する様子を示す図である。検査対象物は、層Ｌ１と層Ｌ２とが接合したＩＣチップである。層Ｌ１は、音響インピーダンスがＺ１となる材質で形成され、層Ｌ２は音響インピーダンスがＺ２となる材質で形成されている。音響インピーダンスは、材質の密度×音速として求められる。

一般的には、超音波の反射率Ｒは、Ｒ＝（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｚ２＋Ｚ１）となる。
ここで、剥離があると、Ｚ１＞Ｚ２となり、Ｚ１と比較して、Ｚ２をほぼ０とみなすと、Ｚ２−Ｚ１＜Ｚ１の関係式が成り立つ。

層Ｌ１と層Ｌ２との接合面である境界部は、その一部が剥離して剥離部が形成されている。剥離部は空気からなる層とみなすことができ、空気の音響インピーダンスは、固体の材質と比較するとほぼ０であるため、剥離部の音響インピーダンスはほぼ０である。なお、剥離せず、層Ｌ１と層Ｌ２とが正常に接合した境界部を「正常境界部」と称する場合がある。

図４Ａは、正常境界部（剥離無し）での、図２で示した送信波が検査対象物に入射して反射した受信波形を示す図である。図４Ｂは、剥離部（剥離あり）での、図２で示した送信波が検査対象物に入射して反射した受信波形を示す図である。超音波は音響インピーダンスの大きい物質から小さい物質に入射して反射する場合には、反射波の位相が反転する性質を持つ。したがって、図４Ａに示すように、送信波が層Ｌ１から層Ｌ２に向かって入射する場合、層Ｌ１と層Ｌ２との境界部が剥離していなければ、その境界部で反射する受信波は、位相が反転しない。しかし、図４Ｂに示すように、剥離部に送信波が入射すると、剥離部の音響インピーダンスはほぼ０であるため、その剥離部で反射する受信波は、位相が反転する。図４Ｂに示す受信波も剥離部では送信波（図２参照）に対して位相が反転している。

以下に、超音波探触子２が受信した受信波を用いて、検査対象物に剥離が存在するか否か判定する方法について説明する。

本実施形態では、送信波に対して位相の反転がなく、かつ送信波と波形が相似形の参照波形を用いる。演算処理部５は、着目する反射波の受信波形と参照波形の相関係数を算出し、相関係数の正負に基づき剥離判定を行う。相関係数が負であれば、位相の反転あり、すなわち剥離部であると考える。なお、本実施形態では、相関係数を指標として受信波形と参照波形の相関性を定量化するが、２波形間の相関性を表す指標であれば、相関係数以外の指標（相関値）についても採用できる。以下に、詳細な剥離の判定方法について述べる。

まず、超音波検査装置１００は、標準試験片を用い、標準試験片表面の反射波から参照波形を取得した。以下には、標準試験片に表面を平滑化した石英ガラスを用いた例を示すが、送信波に対して位相の反転がなく、かつ送信波と波形が相似形の参照波形が取得できる標準試験片であれば、適用可能な標準試験片の種類に制約はない。

図５は、石英ガラス表面の反射波の受信波形を取得する方法を示す図である。石英ガラス１４は、水１３に浸漬されている。石英ガラス１４の音響インピーダンスは水１３の音響インピーダンスより大きいため、石英ガラス表面の反射波は、送信波に対して位相の反転がなく、かつ送信波と波形が相似形である。超音波検査装置１００は、超音波探触子２の焦点位置を石英ガラス１４表面に合わせた状態で、超音波探触子２から石英ガラス１４に送信波を入射し、石英ガラス１４の表面で反射した反射波を超音波探触子２により受信する。

図６は、石英ガラス表面の反射波の受信波形から参照波形を抽出する方法を示す図である。図６では、石英ガラス表面で反射した反射波の受信波形１７がＡスコープ表示されている。Ａスコープ表示された受信波形１７から開始点１５と、終了点１６をユーザが指定し、開始点１５から終了点１６の間の受信波形１７のデータを参照波形とした。参照波形は超音波探触子の品種毎に取得され、各々の参照波形をハードディスク６に保存する。演算処理部５は、保存された参照波形毎に識別子を付与し、かつ参照波形の識別子と超音波探触子の品種識別子との対応付けを行う。

また、演算処理部５は、モニタ８に参照波形の識別子をユーザに選択させるＧＵＩを表示させ、ユーザが選択した参照波形の識別子に対応した参照波形をオシロスコープ７、またはモニタ８上にＡスコープ表示させることにより、適時ユーザに参照波形を目視確認させる。

図７は、超音波検査装置１００に接続した超音波探触子の品種をユーザに選択させるＧＵＩ（Graphical User Interface）である。ＧＵＩ１８は、あらかじめ超音波検査装置１００に登録された超音波探触子の品種のリストを表示する。また、超音波検査装置１００に接続された超音波探触子の品種を、ユーザがリスト中から選択する。この選択により、演算処理部５は、選択された超音波探触子の品種識別子に対応付けされた参照波形データを、演算処理部５のメモリ領域に保存してロードする（読み込む）ことが可能となる。これにより、超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。

超音波探触子の品種識別子の選択は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）を用いて自動的に実行させてもよい。具体的には、超音波探触子の識別子情報が入ったＲＦタグ（Ｒadio Frequency）を超音波探触子毎に付けておき、演算処理部５が、接続された超音波探触子のＲＦタグを読み取る。これにより、超音波検査装置１００は、自動的に超音波探触子の品種識別子を読み取る。読み取られた超音波探触子の品種識別子に対応付けされた参照波形がロードされる。これにより、超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。

なお、ハードディスク６には、ＧＵＩ１８にリスト表示させる超音波探触子の品種ライブラリ情報が保存されており、この超音波探触子の品種ライブラリ情報を更新することで、ＧＵＩ１８にリスト表示する超音波探触子の品種が更新される。更新された超音波探触子の品種識別子に対応する参照波形の登録が可能となる。超音波探触子の品種ライブラリ情報の更新は、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体に保存された新たな超音波探触子の品種ライブラリ情報をハードディスク６に複製することで実行可能となる。

図８は、ロードされた参照波形を用いて剥離有無を判定する方法を示す図である。図８には、剥離部に送信波を入射して得た受信波形１９を示す。受信波形１９には、時間軸方向の前半に層Ｌ１（図３参照）の表面で反射した受信波形（表面エコー）、後半に層Ｌ１と層Ｌ２の界面で反射した受信波形（界面エコー）を含む。まず受信波形１９から層Ｌ１と層Ｌ２の界面エコーを抽出するため、表面エコーゲート２０（Ｓゲート）の範囲内で受信波形１９の波高値が閾値を超えた時間を表面エコー開始点２１（トリガポイント）として、演算処理部５は設定する。演算処理部５は、表面エコー開始点２１から一定時間遅延した時間範囲を評価ゲート２２に設定する。この評価ゲート２２の範囲内において、受信波形１９の正の波高値の最大値、または負の波高値の絶対値の最大値を、Ｃスコープに反映させる。

次に、演算処理部５は、参照波形２３の時間軸方向位置合わせをする。位置合わせには、受信波形１９の正と負の最大波高値ピークを用いる。図８は、負の最大波高値ピークを基準に位置合わせした結果を示す。演算処理部５は、評価ゲート２２の範囲内で受信波形１９から負の最大波高値ピーク２４を検出する。参照波形２３の最大波高値ピークと受信波形１９の負の最大波高値ピーク２４とが一致するように、参照波形２３を時間軸方向に位置合わせする。

演算処理部５は、受信波形１９と参照波形２３とが重なる時間範囲において、受信波形１９の波高値データを抽出し、抽出した波高値データと参照波形２３とで、相関係数を算出する。このとき負の値の相関係数が得られる。次に、演算処理部５は、正の最大波高値ピークを基準にして同様に正の値の相関係数を算出し、負の値の相関係数と、正の値の相関係数を比較し、絶対値の大きなほうの相関係数を採用する。負の値の相関係数が大きい場合、評価ゲート２２の範囲内の界面エコーは剥離候補と判定される。剥離候補と判定された測定点は、下記の閾値処理により最終的に剥離であるか否かが判定される。

また、前記では閾値処理で最終的な剥離判定を行う例を示したが、閾値処理に追加して、剥離領域の特徴量を用いて最終的な剥離判定を行うようにしてもよい。具体的には、全測定点の剥離判定が終了した時点で、演算処理部５は、連続した剥離領域の画素を抽出するラベリング処理を行い、面積や真円度といった形状に関する特徴量が一定の範囲内に収まった剥離領域を最終的な剥離領域としてモニタ８に表示する。

図９は、剥離と判定された測定点をＣスコープ上でカラー表示させるＧＵＩである。剥離判定有効化ボタン２８は、剥離判定を実行するか否かの入力をユーザから受け付ける。なお、参照波形が登録されていない超音波探触子の品種が選択された場合に、剥離判定有効化ボタン２８をグレーアウトさせて、剥離判定処理を無効化させる。これにより、剥離判定ができるか否かが容易に把握できる。

Ｃスコープ画像２５は、Ｃスコープ表示された検査対象物の画像上に異常領域２９（剥離部）がカラー表示される。カラー表示により、ユーザは剥離有無が容易に判定できる。

図９では、層Ｌ１と層Ｌ２の界面（図３参照）に評価ゲートを設定して映像化した例を示す。相関係数閾値調整バー２６、輝度値閾値調整バー２７は、ユーザから相関係数閾値と輝度値閾値の入力を受け付ける。演算処理部５は、相関係数閾値と各測定点における相関係数の比較、および輝度値閾値と各測定点における輝度値の比較を行い、相関係数の絶対値が相関係数閾値より大きく、かつ輝度値が輝度値閾値より大きな測定点を異常領域２９としてカラー表示させる。また、測定パラメータ表示領域３０は、接続された超音波探触子の品種識別子、参照波形の識別子、超音波探触子のスキャン条件等の測定パラメータを表示する。これにより、超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。

なお、図９では、剥離と判定された測定点をＣスコープ上でカラー表示させる例について説明したが、剥離候補と判定された測定点（前述図８の説明参照）、すなわち相関係数が負であった測定点をユーザが把握できるように、モニタ８に表示させてもよい。具体的には、相関係数が０から−１の測定点について、２５６階調でグレースケール表示させる。ユーザは、このような相関係数の分布を用いることで、相関係数に対する閾値の調整が容易になる。

Ｃスコープ画像２５を電子ファイルとして出力する場合、ＥＸＩＦ（Exchangeable Image File Format）として出力し、接続された超音波探触子の品種識別子、参照波形の識別子等、測定パラメータ表示領域３０の情報を電子ファイルに埋め込むこともできる。また、Ｃスコープ画像２５と、前記相関係数の分布の２次元画像と、マルチＴＩＦＦ画像として出力させてもよい。マルチＴＩＦＦ画像として、輝度値と相関係数の情報を残しておくことで、ユーザは相関係数の再解析が可能となる。これにより、超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。

演算処理部５は、接続された超音波探触子が取り外されたことを検知する。超音波探触子が取り外されたことが検知されると、演算処理部５は、参照波形が保存された演算処理部５のメモリ領域の開放を実行し、参照波形をアンロードする（読み込んだものを破棄する）。参照波形がアンロードされると、別の超音波探触子の品種識別子に対応付けされた参照波形のロードが可能となる。

図１０は、参照波形２３の位置合わせ結果を確認するＧＵＩである。このＧＵＩには、図９に示したＣスコープ画像２５の任意の測定点をユーザが選択すると、参照波形２３の位置合わせ結果がＡスコープ表示される。Ａスコープ画像には、受信波形１９と参照波形２３が重ね合わせて描画されており、選択された測定点において、負の値の相関係数が採用された場合には、負の最大波高値ピークを基準に位置合わせした結果が表示される。また、正の値の相関係数が採用された場合には、正の波高値ピークを基準に位置合わせした結果が表示される。ユーザは、参照波形２３の位置合わせ結果を確認することで、例えばある測定点がカラー表示されない場合に、位相反転をしていないことが理由でカラー表示されないのか、あるいは相関係数閾値が高いことが理由でカラー表示されないのかを知ることができる。相関係数閾値が高いことが理由でカラー表示されない場合は、相関係数閾値を低く設定すればよいことをユーザが把握できるため、相関係数閾値設定の補助となる。

図１１は、剥離有無判定を行うプログラムの処理手順を示す処理フロー図である。演算処理部５は、ハードディスク６に保存された処理プログラムを実行し、剥離有無を判定する。まず、ステップＳ１において、剥離判定に用いる処理パラメータがプログラムに入力される。ここで、パラメータとは、Ｓゲート、評価ゲートの設定条件、輝度値、相関係数に対する閾値、受信波形からピークを検出するための閾値等である。

また、ステップＳ２、ステップＳ３において、それぞれ参照波形と受信波形が処理プログラムに入力される。ステップＳ４では、演算処理部５は、受信波形から表面エコーの開始点をトリガポイントとして検出する。ステップＳ５では、演算処理部５は、ステップＳ４で検出したトリガポイントから一定時間遅延した時間範囲を評価ゲートとして設定する。ステップＳ６では、演算処理部５は、受信波形１９の正の波高値の最大値、または負の波高値の絶対値の最大値からＣスコープに反映させる輝度値を取得する。

ステップＳ７では、演算処理部５は、評価ゲートの範囲内で受信波形の最大波高値ピークを正側と負側で検出する。ステップＳ８では、演算処理部５は、正の最大波高値ピークを基準に参照波形の位置合わせを行い、正の値の相関係数を算出する（図１２Ａ参照）。ステップＳ９では、演算処理部５は、負の最大波高値ピークを基準に参照波形の位置合わせを行い、負の値の相関係数を算出する（図１２Ｂ参照）。ステップＳ１０では、演算処理部５は、正の値の相関係数と負の相関係数の比較を行い、絶対値の大きな方の相関係数を採用する。ステップＳ１１では、演算処理部５は、輝度値および相関係数の閾値処理を行い、輝度値が輝度値閾値より大きく、かつ相関係数が相関係数閾値より大きい場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、剥離有りと判定し（ステップＳ１２）、ステップＳ１４に進む。演算処理部５は、それ以外の場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、剥離無しと判定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４に進む。

そして、ステップＳ１４では、演算処理部５は、全測定点の処理が終了したか判定し、全測定点の処理が終了していない場合（ステップＳ１４，Ｎｏ）、ステップＳ３に戻り、全測定点の処理が終了している場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、ステップＳ１５に進む。

全測定点において、ステップＳ３からステップＳ１３の処理が完了した時点で、演算処理部５は、全測定点の相関係数分布を二次元画像として出力する（ステップＳ１５）。ここでは、相関係数が負の測定点について、負の相関が強い測定点が把握できるように階調表示させる。例えば、相関係数が０から−１の測定点について、２５６階調でグレースケール表示させる。ユーザは相関係数分布を用いることで、相関係数に対する閾値の調整が容易になる。ステップＳ１６では、剥離領域（異常領域）を二次元画像として出力する（図９参照）。

前記では、ステップＳ１４において全測定点の剥離判定が終了した時点で、相関係数の分布の出力（ステップＳ１５）、剥離領域の出力（ステップＳ１６）を実行する例について述べた。しかし、各測定点の剥離判定が終了する毎に、相関係数の分布と剥離領域をモニタ８に表示させて、ユーザがリアルタイムで処理結果を確認できるようにしてもよい。

以上に述べた本実施形態に係る剥離判定方法を用いることで、図１７Ａ，１７Ｂに示したような、波高値の正負対称性が高い受信波形に対しても正しい剥離判定結果が得られる。図１７Ｂの剥離ありの受信波形に対して、図１１に示したフローチャートで処理を行うと、正の値の相関係数に比べて、負の値の相関係数の方が絶対値は大きいため、位相の反転ありと判定される。適当な相関係数閾値を設定することで、正しく剥離と判定が可能となる。また、剥離判定に用いる参照波形は、超音波探触子の品種毎に対応付けされているため、超音波探触子の品種を変更による受信波形のピークの数、間隔、波高値の変化にも対応して正しく剥離判定が可能である。また、様々な周波数特性を有する超音波探触子を使用した場合でも安定して剥離検出が可能である。

<<第２実施形態>>
第２実施形態に係る検査装置では、ユーザに正常境界部の受信波形を教示させ、教示された正常境界部の反射波の受信波形を参照波形とした。なお、第２実施形態に係る超音波検査装置１００は、参照波形の取り方以外は、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態の説明と重複する部分は省略する。

第１実施形態の剥離判定方法において、層Ｌ１の厚みが極端に厚い場合、次のような現象が生じる場合がある。第２実施形態では、この現象についてのさらなる改善策について図を用いて説明する。

図１３Ａは、ＩＣチップの層Ｌ１（図３参照）の厚みが薄い検査対象物について、剥離部の反射波の受信波形を示した図である。図１３Ｂは、ＩＣチップの層Ｌ１（図３参照）の厚みが厚い検査対象物について、剥離部の反射波の受信波形を示した図である。図１３Ａに示すように、層Ｌ１が薄い場合、受信波形１０１の位相は、石英ガラス表面の受信波形から得た参照波形２３（第１実施形態参照）の位相に対して反転する。一方、図１３Ｂに示すように、層Ｌ１が厚い場合、受信波形１０２の位相は、参照波形２３の位相に対して反転していないように見える。

受信波形１０２の位相が、参照波形２３の位相に対して反転していないように見えるのは、層Ｌ１内部を超音波が伝搬するに従い、超音波の波形が変化し、波形が変化した超音波を受信したためである。一般的に、超音波探触子が発生する送信波は、超音波探触子の品種に応じた周波数帯域幅を持つ。超音波は、周波数が高くなるほど伝搬に伴う振幅の減衰が大きくなる性質を持つため、層Ｌ１内部を超音波が伝搬するに従い、相対的に高周波成分の減衰が大きくなる。その結果、層Ｌ１が厚い場合、層Ｌ１内部を伝搬した超音波の波形と送信波の波形に顕著な違いが生じる。剥離部で超音波の位相の反転が起こることは、層Ｌ１の厚さによらず不変であるが、受信波形と送信波形を比較すると、層Ｌ１が厚い場合、前記の波形の変化により、受信波形は、送信波形、及び参照波形２３に対して相似形でなくなる。以上が、受信波形１０２の位相が、参照波形２３の位相に対して反転していないように見える原因である。

以上述べたように石英ガラス表面の受信波形から得た参照波形２３を用いると、層Ｌ１が厚いＩＣチップを検査対象物とした場合に、まれに、正しく剥離判定できない場合があった。また、層Ｌ１が薄いＩＣチップであっても、中心周波数が高い超音波探触子を用いた場合、高周波成分の減衰が顕著になるため同様の現象が生じる。

そこで本実施形態では、上記の波形の変化が生じても、正しく剥離判定できるよう、ユーザに正常境界部の反射波の受信波形を教示させ、教示された正常境界部の受信波形を参照波形とした。正常境界部の反射波は、受信波形１０２と同様に層Ｌ１内部を伝搬して、波形の変形が生じているため、正常境界部の反射波の受信波形と受信波形１０２は相似形である。また、前述のＺ２−Ｚ１＜Ｚ１という関係式から剥離部の受信波形の位相は、受信波形１０２の位相に対して反転している。従って、演算処理部５は、境界部の受信波形を参照波形として、受信波形１０２との相関の正負を評価することにより、正しく剥離判定できる。

以下に、図を用いて、ユーザに正常境界部の反射波の受信波形を教示させ、教示された正常境界部の受信波形を参照波形とする方法について説明する。

図１４は、正常境界部の反射波の受信波形を含む測定点をユーザに指定させるＧＵＩである。図１４には、層Ｌ１の厚いＩＣチップについて、層Ｌ１と層Ｌ２の界面エコーを含むように評価ゲートを設定してＣスコープ表示させている。ここでは、あらかじめ良品で剥離がないことが分かっているＩＣチップを用いるか、あるいは剥離がない場所が分かっているＩＣチップを用いる。カーソル１０３は、ユーザに正常境界部の反射波の受信波形を教示させる測定点を選択させる。

図１５は、正常境界部の反射波の受信波形をユーザに指定させるＧＵＩである。このＧＵＩには、図１４に示したＧＵＩで選択した測定点の受信波形１０４がＡスコープ表示される。Ａスコープ表示された受信波形１０４において、開始点１０５と、終了点１０６をユーザが指定し、開始点１０５から終了点１０６の間の受信波形１０４のデータを参照波形とした。参照波形データは、超音波探触子の品種毎に取得され、超音波探触子の品種毎の参照波形データをハードディスク６に保存する。演算処理部５は、保存された参照波形データ毎に識別子を付与し、かつ参照波形の識別子と超音波探触子の品種識別子との対応付けを行う。

図１６は、図１３Ａ、図１３Ｂに示した受信波形１０２と、図１５に示した方法で取得した参照波形１０７を重ね合わせ描画したＡスコープ画像である。受信波形１０２の位相は、参照波形１０７に対して反転していることが分かる。石英ガラス表面の反射波の受信波形から得た参照波形２３では、受信波形１０２の位相の反転を検出することができなかった（図１３Ｂ参照）。しかし、正常境界部の受信波形から得た参照波形１０７では、受信波形１０２の位相の反転を正しく検出できる。

前記で説明した通り本実施形態に係る超音波検査装置１００によれば、層Ｌ１が厚いＩＣチップに対しても正しく剥離判定を行うことができる。

以上説明した本実施形態の超音波検査方法は、次の特徴を有する。
本実施形態の超音波検査方法は、超音波を発生して検査対象物へ入射し、検査対象物から反射した反射波形を受信波形として受信する超音波探触子を用い、演算処理部で受信波形を解析することで、検査対象物の内部状態を検査する超音波検査方法である。超音波検査方法は、超音波探触子の品種毎に固有の参照波形を品種識別子と関連付けて記憶部（例えば、ハードディスク６）に登録する登録ステップ（例えば、図５、図６参照）と、超音波探触子の品種識別子に基づき参照波形を演算処理部にロードするロードステップ（例えば、図１１のステップＳ２）と、受信波形のピークを検出する検出ステップ（例えば、図１１のステップＳ７）と、受信波形のピークに基づきロードされた参照波形を時間軸方向に位置合わせする位置合わせステップ（例えば、図１１のステップＳ８，Ｓ９）と、受信波形と参照波形の相関値を算出する算出ステップ（例えば、図１１のステップＳ８，Ｓ９）と、相関値の正負に基づき検査対象物の内部状態が異常状態であるか否かを判定する判定ステップ（例えば、図１１のステップＳ１０，Ｓ１１）と、判定ステップで異常状態と判定された異常領域をＣスコープ表示で表示装置に表示させる表示ステップ（例えば、図１１のステップＳ１６）と、を有する。本実施形態の超音波検査方法によれば、様々な周波数特性を有する超音波探触子を使用した場合でも安定して剥離検出が可能である。

前記登録ステップで、登録された超音波探触子の品種を表示装置にリスト表示し（図７参照）、リスト表示された超音波探触子の品種の中からユーザに超音波探触子の品種を選択させる選択ステップと、前記ロードステップにおいて、ユーザが選択した超音波探触子の品種に基づき参照波形をロードすることができる（図７の説明参照）。

超音波探触子は、超音波探触子の品種情報を埋め込んだＲＦ（Radio Frequency）タグを備え、ＲＦタグから超音波探触子の品種を読取る読取りステップを有し、ロードステップで、読取りステップで読み取った超音波探触子の品種に基づき参照波形をロードすることができる（図７の説明参照）。

ユーザに相関値に対する閾値を指定させる相関値に対する第１閾値調整ステップ（図９参照）と、ユーザにＣスコープ画像情報の輝度値に対する閾値を指定させる輝度値に対する第２閾値調整ステップ（図９参照）と、を有し、前記判定ステップにおいて、ユーザから指定された相関値に対する閾値と輝度値に対する閾値とに基づき検査対象物の内部状態が異常状態であるか否かを判定することができる。

超音波検査方法は、前記表示ステップで、超音波探触子の識別子を表示装置に表示させるステップと、前記ロードステップでロードされた参照波形の識別子を表示装置に表示させるステップと、を有する（図９の説明参照）。

超音波検査方法は、前記表示ステップで、表示装置に参照波形と受信波形とを重ね合わせて描画させる描画ステップを有する（図１６参照）。

超音波検査方法は、前記登録ステップで、標準試験片の表面の反射波形をＡスコープ表示で表示装置に表示させるステップと、Ａスコープ表示された標準試験片の表面の反射波形から参照波形の範囲の指定を受けるステップと、を有する（図５、図６参照）。

前記判定ステップを実行するか否かを、ユーザからの指定を受ける受付ステップを有し、前記ロードステップにおいて、参照波形がロードされていないとき、受付ステップにおけるユーザからの指定を受付不可とすることができる（図９参照）。

超音波検査方法は、前記表示ステップで表示されたＣスコープ画像情報をＥＸＩＦ（Exchangeable Image File Format）で出力する出力ステップと、出力された画像電子ファイルに超音波探触子の品種識別子と、ロードされた参照波形の識別子と、を埋め込むステップと、を有する（図９の説明参照）。

前記登録ステップで、Ｃスコープ表示でユーザに検査対象物の正常部を指定させるステップと、正常部の受信波形をＡスコープ表示で表示装置に表示するステップと、Ａスコープ表示された受信波形から参照波形の範囲の指定を受けるステップと、を有し、前記登録ステップは、指定された範囲を参照波形として登録することができる（図１４、図１５参照）。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 超音波探傷器
２ 超音波探触子
３ 走査機構部
４ 機構部コントローラ
５ 演算処理部
６ ハードディスク（記憶部）
７ オシロスコープ（Ａスコープ表示）（表示装置）
８ モニタ（Ｃスコープ表示）（表示装置）
９ パルス信号
１０ 反射波
１１ ＲＦ信号
１２ 入力装置
１３ 水
１４ 石英ガラス
１５ 開始点（石英ガラス表面の反射波の受信波形）
１６ 終了点（石英ガラス表面の反射波の受信波形）
１７ 受信波形（石英ガラス表面の反射波）
１８ ＧＵＩ
１９ 受信波形（ＩＣチップ）
２０ 表面エコーゲート（Ｓゲート）
２１ 表面エコー開始点（トリガポイント）
２２ 評価ゲート
２３ 参照波形（石英ガラス表面の受信波形から取得）
２４ 負の最大波高値ピーク
２５ Ｃスコープ画像
２６ 相関係数閾値調整バー
２７ 輝度値閾値調整バー
２８ 剥離判定有効化ボタン
２９ 異常領域
５０ 検査対象物（被検体）
１００ 超音波検査装置
１０１ 受信波形（薄い層Ｌ１を伝搬）
１０２ 受信波形（厚い層Ｌ１を伝搬）
１０３ カーソル
１０４ 受信波形（正常境界部の反射波）
１０５ 開始点（正常境界部の反射波の受信波形）
１０６ 終了点（正常境界部の反射波の受信波形）
Ｌ１，Ｌ２ 層

本発明は、超音波検査方法、超音波検査装置及び超音波検査プログラムに関する。

そこで本発明は、様々な周波数特性を有する超音波探触子を使用した場合でも安定して剥離検出が可能な超音波検査方法、超音波検査装置及び超音波検査プログラムを提供する。

超音波検査方法は、前記表示ステップで、超音波探触子の品種識別子を表示装置に表示させるステップと、前記ロードステップでロードされた参照波形の識別子を表示装置に表示させるステップと、を有する（図９の説明参照）。

１ 超音波探傷器
２ 超音波探触子
３ 走査機構部
４ 機構部コントローラ
５ 演算処理部
６ ハードディスク（記憶部）
７ オシロスコープ（Ａスコープ表示）（表示装置）
８ モニタ（Ｃスコープ表示）（表示装置）
９ パルス信号
１０ 反射波
１１ ＲＦ信号
１２ 入力装置
１３ 水
１４ 石英ガラス
１５ 開始点（石英ガラス表面の反射波の受信波形）
１６ 終了点（石英ガラス表面の反射波の受信波形）
１７ 受信波形（石英ガラス表面の反射波）
１８ ＧＵＩ
１９ 受信波形（ＩＣチップ）
２０ 表面エコーゲート（Ｓゲート）
２１ 表面エコー開始点（トリガポイント）
２２ 評価ゲート
２３ 参照波形（石英ガラス表面の受信波形から取得）
２４ 負の最大波高値ピーク
２５ Ｃスコープ画像
２６ 相関係数閾値調整バー（第１閾値調整バー）
２７ 輝度値閾値調整バー（第２閾値調整バー）
２８ 剥離判定有効化ボタン
２９ 異常領域
５０ 検査対象物（被検体）
１００ 超音波検査装置
１０１ 受信波形（薄い層Ｌ１を伝搬）
１０２ 受信波形（厚い層Ｌ１を伝搬）
１０３ カーソル
１０４ 受信波形（正常境界部の反射波）
１０５ 開始点（正常境界部の反射波の受信波形）
１０６ 終了点（正常境界部の反射波の受信波形）
Ｌ１，Ｌ２ 層

Claims (11)

1. 超音波を発生して検査対象物へ入射し、前記検査対象物から反射した反射波形を受信波形として受信する超音波探触子を用い、演算処理部で前記受信波形を解析することで、前記検査対象物の内部状態を検査する超音波検査方法であって、
   超音波探触子の品種毎に固有の参照波形を品種識別子と関連付けて記憶部に登録する登録ステップと、
   前記超音波探触子の品種識別子に基づき参照波形を前記演算処理部にロードするロードステップと、
   前記受信波形のピークを検出する検出ステップと、
   前記受信波形のピークに基づき前記ロードされた参照波形を時間軸方向に位置合わせする位置合わせステップと、
   前記受信波形と前記参照波形の相関値を算出する算出ステップと、
   前記相関値の正負に基づき前記検査対象物の内部状態が異常状態であるか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップで異常状態と判定された異常領域をＣスコープ表示で表示装置に表示させる表示ステップと、を有する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
2. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記登録ステップで登録された超音波探触子の品種を前記表示装置にリスト表示し、
   前記リスト表示された超音波探触子の品種の中からユーザに超音波探触子の品種を選択させる選択ステップと、
   前記ロードステップにおいて、ユーザが選択した超音波探触子の品種に基づき前記参照波形をロードする
   ことを特徴とする超音波検査方法。
3. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記超音波探触子は、前記超音波探触子の品種情報を埋め込んだＲＦ（Radio Frequency）タグを備え、
   前記ＲＦタグから前記超音波探触子の品種を読取る読取りステップを有し、
   前記ロードステップで、前記読取りステップで読み取った超音波探触子の品種に基づき参照波形をロードする
   ことを特徴とする超音波検査方法。
4. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   ユーザに相関値に対する閾値を指定させる相関値に対する第１閾値調整ステップと、
   ユーザにＣスコープ画像情報の輝度値に対する閾値を指定させる輝度値に対する第２閾値調整ステップと、を有し、
   前記判定ステップにおいて、ユーザから指定された相関値に対する閾値と輝度値に対する閾値とに基づき前記検査対象物の内部状態が異常状態であるか否かを判定する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
5. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記表示ステップで、
   前記超音波探触子の識別子を前記表示装置に表示させるステップと、
   前記ロードステップでロードされた参照波形の識別子を前記表示装置に表示させるステップと、を有する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
6. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記表示ステップで、前記表示装置に前記参照波形と前記受信波形とを重ね合わせて描画させる描画ステップを有する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
7. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記登録ステップで、
   標準試験片の表面の反射波形をＡスコープ表示で前記表示装置に表示させるステップと、
   前記Ａスコープ表示された前記標準試験片の表面の反射波形から前記参照波形の範囲の指定を受けるステップと、を有する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
8. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記判定ステップを実行するか否かを、ユーザからの指定を受ける受付ステップを有し、前記ロードステップにおいて、前記参照波形がロードされていないとき、前記受付ステップにおける前記ユーザからの指定を受付不可とする
   ことを特徴とする超音波検査方法。
9. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記表示ステップで表示されたＣスコープ画像情報をＥＸＩＦ（Exchangeable Image File Format）で出力する出力ステップと、
   出力された画像電子ファイルに前記超音波探触子の品種識別子と、前記ロードされた参照波形の識別子と、を埋め込むステップと、を有する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
10. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
    前記登録ステップで、
    Ｃスコープ表示でユーザに検査対象物の正常部を指定させるステップと、
    前記正常部の受信波形をＡスコープ表示で前記表示装置に表示するステップと、
    前記Ａスコープ表示された受信波形から前記参照波形の範囲の指定を受けるステップと、を有し、
    前記登録ステップは、前記指定された範囲を前記参照波形として登録する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
11. 超音波を発生して検査対象物へ入射し、前記検査対象物から反射した反射波形を受信波形として受信する超音波探触子と、演算処理部と、表示装置とを備え、前記演算処理部は、前記受信波形を解析することで、前記検査対象物の内部状態を検査する超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    前記超音波探触子の品種毎に固有の参照波形を品種識別子と関連付けて記憶部に登録し、
    前記超音波検査装置に接続された前記超音波探触子の品種識別子に基づき参照波形を前記演算処理部にロードし、
    前記受信波形のピークを検出し、
    前記受信波形のピークに基づき前記ロードされた参照波形を時間軸方向に位置合わせをし、
    前記受信波形と前記参照波形の相関値を算出し、
    前記相関値の正負に基づき前記検査対象物の内部状態が異常状態であるか否かを判定し、
    前記異常状態と判定された異常状態の領域をＣスコープ表示で前記表示装置に表示させる
    ことを特徴とする超音波検査装置。

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