JP3263530B2 - 超音波検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波検査映像装置
に関し、詳しくは、専門的な知識のない検査者（測定
者）であっても、焦点合わせやゲート設定が容易にでき
るような音響レンズ付きの焦点形水浸探触子（プロー
ブ）を使用して表面直下の探傷映像を表示する超音波映
像検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音響レンズ付きのプローブを使ってＩＣ
等の電子部品を超音波により検査する場合には、まず、
オシロスコープを観察しながら、試料−プローブ間距離
を調節して検査対象となる面に焦点合わせをする。それ
は、オシロスコープ上で観察面のエコーが最大になるよ
うにプローブの高さを調整するものであるが、オシロス
コープ上では、検査したい信号である試料表面のエコー
や試料内部のエコーの外に、多数のレンズ内の反射エコ
ー（レンズエコー）が観察される。

【０００３】オシロスコープ上で観察されるレンズエコ
ーの一例を図６に示す。ここで、オシロスコープ画面右
側から２番目にあるエコーが試料エコー２０で、他の２
１，２２，２３はレンズエコーである。そして、オシロ
スコープ画面左側にあるＴは送信波である。レンズエコ
ー２１，２２，２３は、多重反射エコーとしてさらに多
数観察されているが、プローブ３内の圧電素子とレンズ
エコーを発生させるレンズ各所との位置関係は、それぞ
れのプローブに固有で、かつ、固定であるため、定在波
となっている。すなわち、送信波Ｔを基準とすれば、レ
ンズエコーは、定まった時間に、定まった時間幅で発生
している。

【０００４】例えば、図６では、送信波Ｔの発信時をｔ
＝０とすると、ほぼｔ1 ＝１．９μｓ，△ｔ1 ＝０．２
μｓ，ｔ2 ＝３．０μｓ，△ｔ2 ＝０．１μｓ，ｔ3 ＝
３．７μｓ，△ｔ3 ＝０．２μｓ・・・となっている。
測定者がこれら不必要なエコーも含めてエコーを観察し
ながら、プローブの試料に対する高さを調整すると、得
られる試料からのエコーがオシロスコープの時間軸上を
左右に移動（通常、距離を近付けると左に、遠ざけると
右に移動）する。この場合に先のレンズエコーは、移動
せずに定在波として観察されるが、実際上は、どのエコ
ーがレンズエコーでどのエコーが試料のエコーであるか
判別し難い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】測定者は、試料−プロ
ーブ間距離の調節作業を行いながら、試料エコーとレン
ズエコーを識別して、試料エコーが観察に最適となる距
離を求めるとともに、さらに、ゲート設定においては、
ゲート内にレンズエコーが入らぬようレンズエコーを外
してゲートを設定しなければならない。このような設定
には測定者が熟練者であることが要求される。また、図
６に示すように、レンズエコーは、多重反射により、反
射レベルが減衰されながらオシロスコープの時間軸上で
繰り返し何回も観察されす試料エコーと混在することに
なる。そこで、測定の熟練者はそれらの判別ができる
が、熟練者でなければ、事実上、音響レンズ付き水浸型
プローブによる超音波測定は非常に困難である。 一
方、部品検査などでは、必ずしも熟練者でない人が検査
にたずさわることが多く、熟練者でなくても焦点合わせ
やゲート設定が簡単にできるような装置開発の要請が強
い。この発明の目的は、このような要請に応え、前記の
従来技術の問題点を解決するものであって、専門的な知
識のない測定者であっても、焦点合わせやゲート設定が
容易にできる超音波検査装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の超音波検査装置の特徴は、測定に使
用される超音波探触子のレンズエコー発生位置を記憶し
たメモリと、レンズエコーの発生位置データに基づき採
取された測定データからレンズエコーの発生位置に対応
するデータ部分を排除したＡスコープ像および排除した
位置とを表示する手段とを備えるものである。さらに他
の発明としては、所定の周期でサンプリングされた測定
波形データを順次記憶する波形データメモリと、測定に
使用される超音波探触子のレンズエコー発生位置を送信
波からの時間情報として記憶するレンズエコーデータメ
モリと、このメモリに記憶されたレンズエコー発生位置
に基づき波形データメモリ内のレンズエコーに対応する
時間位置のデータを所定の値に書換える第１の書換手段
と、ゲート位置データとして波形データメモリの測定デ
ータの時間系列に対応するデータを生成するゲートデー
タ生成手段と、レンズエコー発生位置に基づきゲートデ
ータのうちからレンズエコーに対応する時間位置のデー
タをゲートがない状態に書換える第２の書換手段とを備
えていて、第１および第２の書換手段により書き換えら
れたデータに基づきＡスコープ像とゲートとを表示する
ものである。

【０００７】

【作用】このように、波形データメモリに採取した測定
データのうちからレンズエコーに相当する位置の測定デ
ータを排除したデータにより測定データをディスプレイ
上に表示することにより観察波形が試料エコーのみにな
る。しかも、プローブの試料に対する位置調整中にレン
ズエコーの位置と試料エコーの位置とが重なったときに
は、レンズエコーの位置を示す識別表示がある。そこ
で、測定者が熟練者でなくてもレンズエコーに惑わされ
ずに試料エコーに従って焦点合わせがエコーの誤認をせ
ずにできる。また、ゲート位置設定のときには、レンズ
エコーの位置が表示されているので、そこを避けて適正
なゲートの設定が容易にできる。さらに、前記他の発明
にあっては、レンズエコーの位置に対応してゲートの選
定状態が表示されるので、適正なゲートの設定が容易に
できる。

【０００８】

【実施例】図１は、この発明の超音波検査装置を適用し
た一実施例の超音波映像検査装置のブロック図であり、
図２は、その焦点合わせとゲート位置設定処理のフロー
チャート、図３は、そのエコー表示状態の説明図、図４
は、そのエコー波形とゲート幅との関係を示す説明図、
図５は、レンズエコー発生状態の説明図である。レンズ
エコーと試料エコーとの関係を解析してみると、図５
（ａ），（ｂ）に示すように、ある測定プローブ１６に
ついてディスプレイ上で観測されるレンズエコーは、プ
ローブの内部での直接の反射エコーａと、側面等で反射
して得られるレンズエコーｂ〜ｆと、エコーａの多重反
射エコーａ’などであって、これらエコーがさらに多重
反射により繰り返される。そこで、レンズエコーの発生
位置は、それぞれ測定プローブ１６の形状あるいは構造
に応じて決定され、その発生時間位置は送信波Ｔを基準
とすれば固定している。そこで、送信波Ｔの位置からレ
ンズエコーの位置とその幅とをあらかじめ各測定プロー
ブに応じて測定し、あるいはレンズエコーの発生位置を
設計時に計算によって求めておき、その時間情報のデー
タを測定プローブ１６に対応してその識別コードに応じ
て記憶した図５（ｃ）のレンズエコー位置テーブル７ａ
を図１のメモリ７に記憶しておく。

【０００９】図１において、１０は、超音波映像検査装
置であって、１は、その探傷器部である。この探傷器部
１は、パルサ１ａと、レシーバ、ゲート回路等から構成
される受信部１ｂ等で構成され、マイクロプロセッサ
（ＭＰＵ）５からバス１１を介して制御信号を受けて、
この制御信号に応じて制御される。

【００１０】パルサ１ａは、送信端子１２からプローブ
１６にパルス駆動による送信波Ｔを発生し、受信部１ｂ
は、プローブ１６からエコー受信信号を受信端子１３で
受けてそれをそのレシーバで増幅し、検波する。さら
に、検波された信号のうち設定されたゲート範囲のもの
がここで抽出され、それがＡ／Ｄ変換回路２に送出され
る。ここで、プローブ１６は、例えば、中心周波数が２
００ＫＨｚ程度の焦点型プローブであり、ＸＹＺ走査機
構１５により支持されていて、被検体１８は、例えば、
電子部品の１つであるＩＣであって、水槽１７の中に浸
漬されている。

【００１１】Ａ／Ｄ変換回路２は、ＭＰＵ５からの制御
信号に応じて探傷器部１から得られる欠陥波、底面波等
についてエコー受信信号の包絡線検波信号（ＲＦ信号を
検波して得られるビデオ信号、ただし、サンプリング周
波数によってはＲＦ信号のままでも可）を、例えば、１
００ＭHz程度の高い周波数で５００点程度サンプリング
し、これによりアナログの検波出力をデジタル値に変換
して波形データメモリ３に順次送出する。

【００１２】波形データメモリ３は、Ａ／Ｄ変換回路２
によりサンプリングされたデータを順次そのアドレスを
更新（インクリメント）しながら記憶していく。そし
て、Ａ／Ｄ変換回路２によりサンプリングされたデータ
数が所定の最終アドレスまで記憶されると、言い換えれ
ば、前記５００点のサンプリングデータを記憶すると、
ＭＰＵ５にサンプリング終了信号を送出する。これによ
り波形データメモリ３には測定データが採取される。

【００１３】ＭＰＵ５は、波形データメモリ３からサン
プリング終了信号を受けるとＡ／Ｄ変換回路２のサンプ
リング処理を停止してバス１１を介して波形データメモ
リ３に採取した測定データを参照して、例えば、その最
大ピーク値を得て、それを表示データに展開して表示し
たり、後述するように、レンズエコーのデータを消去し
たデータを読み込む。

【００１４】４は、ゲインダイヤル，カーソルダイヤ
ル，表示位置指定つまみ，シートキー等を有する操作パ
ネルであって、バス１１に接続されている。ＭＰＵ５
は、この回路からバス１１を介してダイヤルにより設定
される設定値及びギャップ測定機能キー等、各種のキー
入力信号を受ける。ゲインダイヤルにより受信部１ｂの
レシーバに対するゲイン設定値（調整値）が入力される
と、ＭＰＵ５は、受信部１ｂのレシーバ（その高周波増
幅器）のゲイン（増幅率）を制御し、ゲインダイヤルに
より入力されたゲイン設定値に対応するゲインになるよ
うにレシーバのゲインを設定する。

【００１５】６は、ＲＡＭであって、バス１１に接続さ
れ、Ａ／Ｄ変換されたエコー受信信号についてのデジタ
ルの表示データと外部からロードされた各種のアプリケ
ーション処理プログラムと入力キーにより指定された探
傷モードを示すフラグ等の各種の情報や種々のデータが
格納される。このＲＡＭ６には採取条件パラメータや測
定プローブの識別コード等を記憶したパラメータ等記憶
領域６２、そして波形データ記憶領域６３とが設けられ
ている。

【００１６】７は、ＲＯＭであり、これにはＭＰＵ５が
実行する、Ａ，Ｂ，Ｃスコープ画像等演算処理プログラ
ム７１，レンズエコーデータ消去プログラム７２、ゲー
ト位置設定プログラム７３、レンズエコー位置／測定デ
ータ表示プログラム７４等と、各種の基本プログラムが
記憶されている。なお、これらプログラムは、ＲＡＭ６
の記憶領域に外部からロードされてもよいし、このＲＯ
Ｍ７は、ＲＡＭ領域として設けられていてもよい。ディ
スプレイ（ＣＲＴ）８は、測定画像等のほか、測定条件
設定の際にオシロスコープなどに表示する送信波から欠
陥波までのエコーである、いわゆるＡスコープ像や各種
の測定値を表示し、内蔵のビデオメモリインタフェース
を介してバス１１に接続されている。スキャンコントロ
ーラ１４は、バス１１を介してＭＰＵ５に接続され、Ｍ
ＰＵ５からの制御に応じてＸＹＺ走査機構１５を駆動
し、プローブ１６を測定位置に設定する。

【００１７】次に、図２のフローチャートに従ってその
動作について説明する。操作パネル４からあらかじめ使
用プローブの識別コードが入力されて測定条件設定の機
能キーが入力されると、各種の測定条件の設定が行われ
る。その１つとして、焦点合わせやゲート位置設定の項
目に入ると、これらを設定するための測定があらかじめ
設定されたゲート位置とＡスコープ像を採取する広いゲ
ート幅で超音波検査装置１０により行われる。なお、入
力された使用プローブの識別コードは、ＲＡＭ６のパラ
メータ等記憶領域６２に記憶される。焦点合わせ／ゲー
ト位置設定の割り込み処理の開始により、そのステップ
（１）で測定波形がＡ／Ｄ変換回路２を経て波形メモリ
３に採取され、原波形がデジタル化されて記憶される。
これにより図５に示されるような超音波信号が、原波形
としてデジタイズされる。

【００１８】ステップ（２）では、Ａ，Ｂ，Ｃスコープ
画像等演算処理プログラム７１により、Ａスコープ画像
の採取処理が行われ、デジタイズされた原波形が波形デ
ータメモリ３から読込まれて波形データ記憶領域６３に
記憶される。このとき、この波形データ記憶領域６３の
先頭アドレスには、送信波Ｔの先頭データが格納され、
送信波Ｔ以後の各測定データが、順次、デジタイズされ
たサンプル間隔に対応して各アドレスに格納されてい
く。これにより、デジタイズ周波数が１００ＭＨｚであ
れば、サンプル間隔は１０ｎｓになるので、先頭から２
０アドレス後のデータは、送信波Ｔの後、２０×１０ｎ
ｓ＝２００ｎｓ（０．２μｓ）後のデータを表すことに
なる。

【００１９】ステップ（３）では、レンズエコーデータ
消去プログラム７２が実行され、パラメータ等記憶領域
６２から識別コードが読込まれてレンズエコー位置テー
ブル７ａが検索される。ここで、コードに一致したレン
ズエコー位置のデータが呼び出され、波形データ記憶領
域６３のレンズエコーの位置に対応するアドレスの波形
データがクリアされる。なお、この場合、テーブルに記
憶された時間位置情報と時間幅のいずれか、あるいは双
方において対応したアドレスが算出できない場合には、
最も近いアドレスを含む前後のアドレス位置のデータが
消去される。

【００２０】ここでは、１００ＭＨｚを例に採っている
ので、図６の例でこれを説明すると、図６において、第
１のレンズエコーは、ｔ1 ＝１．９μｓで０．２μｓの
幅であるから、波形データ記憶領域６３の１９０アドレ
スから２０アドレスについてのデータが“０”に書き換
えられてクリアされる。同様にして、第２，第３のレン
ズエコーが消去され、最終的にステップ（４）におい
て、全てのレンズエコーが除去されたデータが波形デー
タ記憶領域６３に波形データとして記憶される。次に、
ステップ（５）において、レンズエコー位置／測定デー
タ表示プログラム７４が実行され、波形データ記憶領域
６３のレンズエコーが除去された波形データから表示デ
ータが生成され画像メモリ部６１に転送されてディスプ
レイ８上に表示される。図３に示すように、このとき、
消去された時間位置に対応して特定の表示データが別途
設定され、この表示データによりレンズエコーの位置で
あるマークＭが同時に表示される。

【００２１】次のステップ（６）では、焦点合わせのた
めのプローブ位置調整か否かの判定に入る。ここで、調
整であるときには、ＹＥＳ条件が成立してステップ（６
ａ）へと移行して、プローブの位置が新しく設定され、
位置が決定されたところで、ステップ（１）へと戻り、
再び、ステップ（１）からステップ（５）の処理が行わ
れる。これにより被検体１８とのプローブ１６との距離
を変化させて最適な波形を得る。すなわち、プログラム
高さを調整する度に前記の処理が実行される。このと
き、試料エコーがレンズエコー位置に移動するとレンズ
エコーデータ消去プログラム７２の処理によってディス
プレイ８の表示においてエコーが消えることになるが、
この実施例においては、レンズエコー位置が識別できる
ように、マークＭがある。これは、カラー表示の場合に
は、マークＭに対応する時間軸上の位置を波形の表示色
とは異なる色で表示し、その範囲、つまり△ｔ1 の範囲
を示すようにしてもよい。この場合には、マークＭは不
要である。

【００２２】そこで、レンズエコーの位置を避けて焦点
合わせが行われる。プローブ１６と被検体１６との距離
が定まると、ステップ（６）でＮＯ条件となり、ステッ
プ（７）へと移行する。ステップ（７）では、ゲート位
置設定に入る。操作パネルから入力されたゲート位置指
定のデータに応じて、探傷部１に対するゲート位置情報
として、波形データ記憶領域６３に記憶された波形デー
タに対応して、その送信波Ｔを基準として同様に１アド
レスをデジタイズ間隔に対応させて、ゲート期間に対応
するアドレスだけを“１”、他を“０”としたゲート位
置データを生成してこれをパラメータ等記憶領域６２に
記憶する。

【００２３】このゲートデータは、ゲート位置が送信波
Ｔの後、２．８μｓの位置でここから１．０μｓの幅で
設定されるとすれば、２８０アドレスから１００アドレ
スについて“１”で、他のアドレスは“０”となる。ス
テップ（８）では、再び、レンズエコー位置テーブル７
ａが検索され、コードに一致したレンズエコー位置のデ
ータが呼び出され、ステップ（３）のときと同様にゲー
トデータについて、レンズエコーの位置に対応するアド
レスのゲートデータ“１”を“０”にクリアする。すな
わち、ゲートデータについては、波形データ記憶領域６
３に記憶された波形データの２８０アドレスから１００
アドレスについて“１”であったものが、第２のレンズ
エコーｔ3 ＝３．０μｓ，△ｔ3 ＝０．１μｓ、および
第３のレンズエコーｔ3 ＝３．７μｓ，△ｔ3 ＝０．２
μｓがクリアされるため、結果として、２８０アドレス
から２０アドレスと３１０アドレスから３７０アドレス
までの６０アドレスが“１”となって残ることになる。

【００２４】これがステップ（９）において、ゲートデ
ータ波形とともにディスプレイ８上に表示される。その
結果、図４に示すように、データ“１”の連続する位置
が２ヶ所となる。そこで、前記の２ヶ所がゲート位置と
して表示される。ここで、ステップ（１０）でゲートデ
ータが２カ所か否かの判定がゲートデータのうち“１”
のデータ状態を検出することで行われる。この判定の結
果、ゲート位置が２カ所となっているときには、１ヶ所
とするよう、ステップ（１０ａ）で注意メッセージが出
力されて、ステップ（７）へと戻る。

【００２５】測定者（検査者）が、探傷部１に対するゲ
ート設定を変更し、ディスプレイ８上のゲート位置が１
ヶ所になるまでステップ（７）からステップ（１０ａ）
までの処理が繰り返される。ゲート位置が１ヶ所になる
と、例えば、ゲート始点を送信波後３．０μｓに変更す
ると、パラメータ等記憶領域６２に記憶されたゲートデ
ータは、３１０アドレスから６０アドレスのみ“１”と
なるので、ステップ（１１）に移る。

【００２６】ステップ（１１）では、パラメータ等記憶
領域６２に記憶されたゲート位置のデータに基づき、探
傷部１に対するゲード情報を生成して超音波探傷部１に
送出してゲートを送信波後、３．１μｓから０．６μｓ
の幅に設定変更する。

【００２７】以上説明してきたが、実施例では、測定画
像を表示するディスプレイ８にＡスコープ像を表示して
いるが、アナログデータに変換して従来通り、探傷器
（探傷部１に対応する）に接続されたオシロスコープ
（図示せず）に表示データを送出して表示するようにし
てもよい。また、実施例では、レンズエコー発生部分の
測定データを消去しているが、このデータは、そのまま
とし、表示の際にマスクして表示データから排除するよ
うにしてもよい。さらに、このような処理は、波形デー
タメモリの測定データに対して直接なされてもよい。ま
た、波形データメモリのレンズエコーに相当するデータ
を“０”に書き換えているが、これは、一定値、例え
ば、“１”とか、“１１１１”とかの一定値であっても
よい。このような値であっても、エコー波形とは異なる
波形となるので区分けは可能である。特に、レンズエコ
ーのマークが挿入されているので見誤りはほとんどな
い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にあって
は、作業中、測定者あるいは検査者は、ディスプレイ上
において、試料エコーとレンズエコーの位置あるいはゲ
ート位置表示だけを見ることになるので、従来あったよ
うな、レンズエコーと試料エコーを見誤ったり、またレ
ンズエコーにゲートを設定して、試料映像とは違う誤っ
た映像を得るということが全くなくなり、かつ、極めて
容易にゲート設定ができる。その結果、専門知識がなく
ても試料エコーのみを観察することができる。また、試
料エコーのみが観察されるので、測定条件設定作業が容
易で、作業効率の向上が図れる。さらに、レンズエコー
をゲート内に設定することがなく、データの信頼性が向
上する。また、レンズエコーと試料エコーの識別が不要
なり、作業者の疲労も少なくて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の超音波検査装置を適用した
一実施例の超音波映像検査装置のブロック図である。

【図２】図２は、その焦点合わせとゲート位置設定処理
のフローチャートである。

【図３】図３は、図２の処理におけるそのエコー波形表
示状態の説明図である。

【図４】図４は、そのエコー波形とゲート幅との関係を
示す説明図である。

【図５】図５は、レンズエコーの発生状態の説明図であ
り、（ａ）は、プローブ内での反射の状態の説明図，
（ｂ）は、その測定波形の説明図，（ｃ）は、レンズエ
コー位置テーブルの説明図である。

【図６】図６は、従来の焦点合わせ等におけるオシロス
コープに表示されるレンズエコー等の説明図である。

【符号の説明】

１…超音波探傷器部、１ａ…パルサ、１ｂ…受信部、２
…Ａ／Ｄ変換回路、３…波形データメモリ、４…操作パ
ネル、５…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、６…ＲＡ
Ｍ、７…ＲＯＭ、７ａ…レンズエコー位置テーブル、８
…ディスプレイ、１６…プローブ、１８…被検体、１０
…超音波測定装置、６１…画像メモリ部、６２…パラメ
ータ等記憶領域、６３…波形データ記憶領域、７１…
Ａ，Ｂ，Ｃスコープ画像等演算処理プログラム、７２…
レンズエコーデータ消去プログラム、７３…ゲート位置
設定プログラム、７４…レンズエコー位置／測定データ
表示プログラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 平４−323556（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−140149（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−170654（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−80954（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定に使用される超音波探触子のレンズエ
   コー発生位置を記憶したメモリと、前記レンズエコーの
   発生位置データに基づき、採取された測定データから前
   記レンズエコーの発生位置に対応するデータ部分を排除
   したＡスコープ像および前記排除した位置とを表示する
   手段とを備える超音波検査装置。
2. 【請求項２】所定の周期でサンプリングされた測定波形
   データを順次記憶する波形データメモリと、測定に使用
   される超音波探触子のレンズエコー発生位置を送信波か
   らの時間情報として記憶するレンズエコーデータメモリ
   と、このメモリに記憶された前記レンズエコー発生位置
   に基づき前記波形データメモリ内の前記レンズエコーに
   対応する時間位置のデータを所定の値に書換える第１の
   書換手段と、ゲート位置データとして前記波形データメ
   モリの測定データの時間系列に対応するデータを生成す
   るゲートデータ生成手段と、前記レンズエコー発生位置
   に基づき前記ゲートデータのうちから前記レンズエコー
   に対応する時間位置のデータをゲートがない状態に書換
   える第２の書換手段とを備えていて、前記第１および第
   ２の書換手段により書き換えられたデータに基づきＡス
   コープ像とゲートとを表示する超音波検査装置。