JP7420632B2 - 超音波検査装置及び超音波検査方法 - Google Patents

超音波検査装置及び超音波検査方法 Download PDF

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Description

本発明は、超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。
半導体デバイス等の電子部品の内部状態を非破壊で検査する技術として、超音波による検査が知られている。超音波検査では、検査対象物に超音波を照射し、検査対象物から発生する反射波、または、検査対象物を透過した透過波を受信し、受信信号に基づき、検査対象物内部の状態を検査する。また、超音波検査では、受信信号と参照信号の相関演算処理を実行し、検査対象物内部の状態を検査する場合もある。
前記受信信号と参照信号の相関演算処理を用いた超音波検査方法として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、「まず、超音波検査装置は、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。」とある（特許文献１の「第１実施形態」参照）。また、特許文献１には、「演算処理部は、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。」とある（第１実施形態参照）。
特許第６６０２４４９号公報
特許文献１には、相関演算処理で用いる参照信号は、標準試験片表面の反射波から取得される、と記載されている。ところで、検査対象物内部では、超音波の減衰が起こる。超音波の減衰は、周波数が高いほど大きくなるため、検査対象物内部の反射波から取得した受信信号の周波数強度分布が、入射波の周波数強度分布に対して変化する。具体的には、検査対象物内部の反射波から取得した受信信号の周波数強度分布は、入射波の周波数強度分布に対して、低周波側へシフトする。その結果、標準試験片表面の反射波から取得した参照信号（検査対象物内部での減衰無し）と、検査対象物内部の反射波から取得した受信信号（検査対象物内部での減衰有り）には波形の相違が生じる。波形の相違が極端に大きな場合、参照信号と、検査対象物内部の反射波から取得した受信信号との相関が低下し、相関演算処理に基づく検査結果の信頼性が低下する可能性がある。また、超音波の減衰特性は、検査対象物の材質に依存することから、波形の相違度合いも検査対象物毎に大きく異なる場合もある。
そこで本発明は、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、精度よく検査結果が得られる超音波検査装置及び超音波検査方法を提供する。
前記課題を解決するために、本発明の超音波検査装置は、検査対象物に照射した超音波を受信して電気信号に変換する超音波探触子と、前記超音波探触子を駆動し、前記電気信号から受信信号を生成する超音波探傷器と、演算処理部と、記憶部とを備え、前記演算処理部は、前記受信信号と、前記記憶部に記憶された参照信号の相関演算処理を実行し、前記相関演算処理の結果に基づき、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、前記参照信号の強度を補正するための検査対象の種類に固有の補正パラメータを、検査対象識別子に関連付けて前記記憶部に登録し、前記記憶部に補正パラメータを登録する際に、異なる複数の補正パラメータを受信信号の測定点座標に関連付けて前記記憶部に登録し、前記検査対象識別子に基づいて補正パラメータを前記演算処理部にロードし、前記ロードされた補正パラメータを用いて前記参照信号の信号強度を補正し、前記受信信号と前記補正された参照信号の相関演算処理を実行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、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、精度よく検査結果が得られる超音波検査方法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。 参照信号を取得する方法を示した図である。 検査対象として電子部品を用いた場合の受信信号を取得する方法を示した図である。 参照信号と、電子部品内部の反射波から取得した受信信号の波形を示す図である。 参照信号と受信信号のパワースペクトルを示す図である。 検査対象の種類をユーザに選択させるＧＵＩ（Graphical User Interface）である。 ユーザから検査対象の情報を受け付けるためのＧＵＩである。 第１実施形態に係る検査対象物の内部状態を検査するプログラムの処理手順を示す処理フロー図である。 検査対象物に超音波を照射し、照射された超音波が反射する様子を示す図である。 検査対象物の内部状態の異常有無を判定する方法を示す図である。 検査画像をモニタに表示するためのＧＵＩである。 参照信号強度の補正処理結果を表示するＧＵＩである。 高さレベルの異なる複数の界面を有する電子部品の縦構造を示す図である。 第２実施形態に係る検査対象物の内部状態を表す超音波画像を取得するプログラムの処理手順を示す処理フロー図である。 第２実施形態に係る超音波画像をモニタに表示するためのＧＵＩである。 第３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。 第３実施形態に係る参照信号（補正前）を取得する方法を示した図である。
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。
最初に、標準試験片表面の反射波から取得した参照信号と検査対象物内部の反射波から取得した受信信号とに波形の相違が生じた実例を説明する。
図２は、参照信号を取得する方法を示した図である。標準試験片２０２は水２０１に浸漬されている。標準試験片２０２には、平滑な石英ガラスを用いることができる。図示しない超音波検査装置は、超音波探触子２を用いて標準試験片２０２に超音波を入射し、標準試験片２０２の表面で反射した反射波Ｕ２０１を受信し、受信した信号を参照信号とする。
図３は、検査対象として電子部品を用いた場合の受信信号を取得する方法を示した図である。電子部品２０３は、材質の異なる層Ｌ１と層Ｌ２からなる。図示しない超音波検査装置は、超音波探触子２を用いて電子部品２０３に超音波を入射し、層Ｌ１と層Ｌ２の界面で反射した反射波Ｕ２０２を受信する。
図４は、標準試験片表面の反射波から取得した前記参照信号と、電子部品内部の反射波から取得した前記受信信号の波形を示す図である。図４の波形は、横軸に時間をとり、縦軸に信号強度をとったときの波形である。横軸にとった時間は、図４中、右方向に向かって進行し、縦軸にとった振幅は中央を０として、そこから図４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、後述する波形についても同様である。
参照信号３０１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振幅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。電子部品内部の反射波から取得した受信信号３０２も、極性の異なるピークが交互に現れるが、ピーク数やピーク幅が参照信号３０１と異なる。すなわち、参照信号３０１と受信信号３０２の波形に相違が見られる。
図５は、参照信号３０１と受信信号３０２のパワースペクトルを示す図である。図５のパワースペクトルは、横軸に周波数を取り、縦軸に最大強度で規格化した規格化信号強度をとったときのスペクトルである。受信信号３０２のパワースペクトル４０２は、高周波成分の減衰が大きく、参照信号３０１のパワースペクトル４０１に対して、低周波側にシフトしている。以上図を用いて説明したように、標準試験片表面の反射波から取得した参照信号と、検査対象物内部の反射波から取得した受信信号に波形の相違が生じる場合がある。
超音波検査の検査対象である電子部品は、材質、厚み、層構造のバリエーションが豊富であり、様々な減衰特性を有する。従って、前記波形の相違度合いも検査対象物毎に大きく異なる場合もある。そこで本実施形態では、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、精度よく検査結果が得られる超音波検査方法を提供する。
<<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（記憶部）、オシロスコープ７（表示装置）、モニタ８（表示装置）、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、超音波探触子２にパルス信号９を送るためのパルサ（図示せず）と、超音波探触子２から送られる電気信号１０に対して増幅、ノイズ除去などの処理を実行して受信信号１１を生成するためのレシーバ（図示せず）と、を備える。
超音波探触子２は、電気信号により駆動されて超音波を発生し、かつ超音波を受信して電気信号に変換する超音波探触子である。また、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。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。
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に対して超音波Ｕ１を送出する。第１実施例に係るパルス信号９には、深さ方向の分解能を高めるため、時間幅を短くしたインパルス信号を用いる。超音波探触子２は、検査対象物５０から発生した反射波Ｕ２を電気信号に変換し、電気信号１０を超音波探傷器１へと送る。超音波探傷器１は、電気信号１０の入力を受けて受信信号１１を生成し、受信信号１１を演算処理部５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へ制御信号を送り、制御コントロールを実現する。演算処理５→機構部コントローラ４→走査機構部３→超音波探触子２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（受信信号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６（記憶部）へ蓄積される。また、演算処理部５は、オシロスコープ７（表示装置）、及びモニタ８（表示装置）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、縦軸に受信信号１１の信号強度をとったときの受信信号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走査し、表示画面の横軸に超音波探触子２の移動の横方向距離を取り、縦軸に縦方向距離をとったときの、各測定点における受信信号１１の評価値の階調表示である。ここで評価値とは、受信信号１１の正の最大値または負の最大値の絶対値のことである。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Ａスコープ表示された受信信号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、受信信号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）値を用いて受信信号１１の波形と対応付ける。
なお、Ｃスコープ表示のための受信信号１１の評価は、評価ゲートの範囲内で行われる。評価ゲートは、超音波探傷器１から入力された受信信号１１の成分のうち、検査対象物の検査箇所から反射波Ｕ２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、受信信号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が受信信号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、正のピークの最大及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受信信号１１の最大値からＣスコープを得る際には、例えば、受信信号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。
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で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）、参照信号、検査対象の種類のリスト、検査対象の種類に関連付けされた減衰率の情報が保存されている。参照信号は、図２に示した方法により取得することができる。超音波の減衰率は、減衰係数と検査対象の厚みの積により算出できる。超音波の減衰係数は、例えばＡＳＴＭ（American Standard Testing and Materials）Ｃ１３３２－０１「Standard Test Method for Measurement of Ultrasonic Attenuation Coefficients of Advanced Ceramics by Pulse-Echo Contact Technique」で開示された方法で測定できる。
検査対象を構成する種々の材質の減衰係数を測定し、測定された減衰係数と検査対象の厚みの積により減衰率を算出できる。算出された減衰率を補正パラメータとして登録し、ハードディスク６に保存する（登録ステップ）。演算処理部５は、保存された補正パラメータ毎に識別子を付与し、かつ補正パラメータの識別子と検査対象の識別子の対応付けを行う。これにより、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、適切な補正パラメータ（減衰率）が選択される。
図６は、検査対象の種類をユーザに選択させるＧＵＩ（Graphical User Interface）である。ＧＵＩ１３は、ハードディスク６に保存された検査対象の種類のリストを表示する。ユーザは、リスト表示された検査対象のなかから所望の検査対象を選択する（選択ステップ）。演算処理部５は、選択された検査対象の識別子に対応付けされた補正パラメータを、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。なお、メモリ領域のメモリは、マイクロプロセッサの外と中とのどちらか、あるいは両方に存在していてもよい。
ハードディスク６には、ＧＵＩ１３にリスト表示させる検査対象のライブラリ情報が保存されており、この検査対象のライブラリ情報を更新することで、ＧＵＩ１３にリスト表示する検査対象が更新される。更新された検査対象識別子に対応する補正パラメータの登録が可能となる。検査対象のライブラリ情報の更新は、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶媒体に保存された新たな検査対象の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７は、ユーザから検査対象の情報を受け付けるためのＧＵＩである。超音波検査装置１００は、ユーザから入力装置１２を介して検査対象の情報を受け付け、新たに補正パラメータを生成するようにしてもよい。超音波検査装置１００は、あらかじめ検査対象の減衰係数毎に識別子が付与されており、検査対象識別子と関連付けされている。
ＧＵＩ１４は、検査対象と厚さの入力をユーザから受け付け、演算処理部５は、ユーザから受け付けた検査対象に関連づけられた減衰係数と、ユーザから受け付けた厚みから減衰率を算出する。減衰率は、減衰係数と厚みの積から算出できる。算出した減衰率を補正パラメータとして新たに登録し、ハードディスク６に保存する。
また、演算処理部５は、新たに保存された補正パラメータに識別子を付与し、かつ新たな補正パラメータの識別子と、新たな検査対象識別子の対応付けを行う。以上で説明したように、ユーザから入力装置１２を介して検査対象の情報を受け付け、新たに補正パラメータを生成するようにすることで超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。
なお、ＧＵＩ１４は、複数の材質をユーザに選択させ、各々の材質に対して厚さの入力を受け付けることもできる。これにより、検査対象が異なる複数の材質から構成される場合でも、精度よく検査結果が得られる。
図８は、第１実施形態に係る検査対象物の内部状態を検査する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、検査対象物内部の欠陥有無を検査する。
ステップＳ１では、ハードディスク６に保存された参照波形（参照信号）が読み込まれ、プログラムに入力される。ステップＳ２では、ハードディスク６に保存された補正パラメータが読み込まれ、プログラムに入力される。
ステップＳ３では、参照信号強度の補正処理が実行される。補正処理は、参照信号を周波数成分毎に減衰率で乗じることにより達成される。具体的には、次の式（１）により補正処理後の参照信号ｒm（ｔ）を得られる。
ｒm（ｔ）＝Real（ＩＦＴ（ｅｘｐ（－α×ｆ）×Ｒ（ｆ））） ・・・（１）
ここで、ｔは時間、αは補正パラメータ、ｆは周波数、Ｒ（ｆ）は参照信号のフーリエ変換である。また、Realは複素数の実部、ＩＦＴは逆フーリエ変換を表す。
ステップＳ４では、超音波探傷器１から送られた受信信号１１が演算処理部５のメモリ領域に保存され、プログラムに入力される。
ステップＳ５では、演算処理部５は、Ｃスコープ表示のための画素値を算出する。画素値とは、受信信号１１の評価値の階調値で、例えば２５６階調の画像では、画素値は０から２５５の値を取る。評価値は、評価ゲートに含まれている受信信号１１の最大値を採用する。最大値を採用する際、受信信号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てもよい。評価値は、例えば０から２５５の範囲に収まるよう適宜画素値に変換される。ステップＳ５で算出された画素値は、演算処理部５のメモリ領域に保存される。
ステップＳ６では、演算処理部５は、後述する方法で相関係数を算出し、検査対象物の内部状態の異常有無を判定する（異常判定）。ステップＳ６で判定された異常有無の情報は、演算処理部５のメモリ領域に保存される。ステップＳ７では、全測定点の処理が終了したかを判定し、全測定点の処理が終了していない場合（ステップＳ７，Ｎｏ）はステップＳ４に戻り、全測定点の処理が終了している場合（ステップＳ７，Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、演算処理部５は、全測定点の画素値と異常有無の情報を含む二次元画像を検査画像として生成する。ステップＳ８で生成される検査画像は、異常有り、と判定された測定点をカラー表示し、異常無し、と判定された測定点をグレースケール表示させてもよい。グレースケール表示には、各測定点で算出された画素値を用いる。ステップＳ９では、ステップＳ８で生成した検査画像をモニタ８に表示する（Ｃスコープ表示）。
図９は、検査対象物に超音波を照射し、照射された超音波が反射する様子を示す図である。検査対象物は、層Ｌ３と層Ｌ４とが接合した、電子部品である。層Ｌ３と層Ｌ４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。剥離部に超音波が入射すると、反射波が生じる。この反射波の位相は、入射波の位相に対して反転する。この現象を利用して、検査対象物の内部に剥離等の異常がないかを判定する。
図１０は、前記ステップＳ６で、検査対象物の内部状態の異常有無を判定する方法を示す図である。図１０には、剥離部に超音波を照射して得た受信信号１５を示す。受信信号１５には、時間軸方向の前半に層Ｌ３（図９参照）の表面で反射した反射波（表面エコー）、後半に層Ｌ３と剥離部（空気）（図９参照）の界面で反射した反射波（界面エコー）の信号を含む。演算処理部５は、受信信号１５から表面エコーの開始点を抽出するため、表面エコーゲート１６（Ｓゲート）を設定する。受信信号１５の信号強度が表面エコーゲート１６の範囲内で閾値を超えた時間を表面エコー開始点１７（トリガポイント）として、演算処理部５は設定する。また、演算処理部５は、界面エコーを抽出するため、表面エコー開始点１７から一定時間遅延した時間範囲を評価ゲート１８に設定する。
次に、演算処理部５は、参照信号１９の時間軸方向位置合わせをする。
位置合わせには、評価ゲート１８内における受信信号１５の正と負の最大信号強度ピークを用いる。図１０は、負の最大信号強度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１８の範囲内で受信信号１５の負の最大信号強度ピーク２０を検出する。参照信号１９の最大信号強度ピークと受信信号１５の負の最大信号強度ピーク２０とが一致するように、参照信号１９を時間軸方向に位置合わせする。
位置合わせが完了すると、演算処理部５は、受信信号１５と参照信号１９とが重なる時間範囲において、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、正の最大信号強度ピークを基準にして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１８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、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。
図１１は、前記ステップＳ９で、検査画像をモニタ８に表示するためのＧＵＩである。ＧＵＩ２１は、検査画像表示領域２２に、正常と判定された領域をグレースケール表示するとともに、異常と判定された領域２３をカラー表示する（検査画像生成ステップ）。これにより、ユーザは異常領域を容易に把握できる。
ＧＵＩ２１は、パラメータ表示領域２４に、前記ステップＳ２で入力された補正パラメータや、入力された補正パラメータの識別子に関連付けされた検査対象の情報を表示させることができる（補正パラメータ表示ステップ）。これにより、超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。
ＧＵＩ２１は、補正処理有効化ボタン２５により、前記ステップＳ３での補正処理を実行するか否かの入力をユーザから受け付ける（実行指定ステップ）。なお、検査対象をユーザが選択していない場合、補正処理有効化ボタン２５をグレーアウトさせて、補正処理を無効化させる。これにより、補正処理ができるか否かが容易に把握できる。
検査画像表示領域２２に表示された検査画像は、ＥＸＩＦ（Exchangeable Image File Format）ファイルとして出力し（出力ステップ）、ハードディスク６に保存できる。演算処理部５は、パラメータ表示領域２４に表示された情報をＥＸＩＦファイルに埋め込むこともできる。具体的には、出力されたＥＸＩＦフォーマットの画像電子ファイルに、ロードされた補正パラメータと、ロードされた補正パラメータに関連付けられた検査対象識別子との少なくとも一方を書き込む（書き込みステップ）。これにより、超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。
図１２は、参照信号強度の補正処理結果を表示するＧＵＩである。ＧＵＩ２６は、補正処理前のオリジナルの参照信号２７と、信号強度が補正された参照信号２８が表示される。ＧＵＩ２６により補正処理結果が表示されることで、信号強度が補正された参照信号と、オシロスコープ７、あるいはモニタ８に表示された検査対象物で得た受信信号のＡスコープ表示とを比較することが可能となる（Ａスコープ表示ステップ）。これにより、ユーザは、検査対象物で得た受信信号の波形と、参照信号の波形に相違がないことを確認でき、補正処理が正しく実行されたかを把握できるようになる。
図１３は、高さレベルの異なる複数の界面を有する電子部品の縦構造を示す図である。超音波検査では、高さレベルの異なる複数の界面を、一度の超音波探触子の走査で異常の有無を調べる場合がある。電子部品２９は、高さの異なるチップ３０、チップ３１を有し、チップ３０、チップ３１は層Ｌ５に封止されている。チップ３０と層Ｌ５の界面を領域１、またはチップ３１と層Ｌ５の界面を領域２とすると、領域１と領域２とでは、層Ｌ５の厚みが異なるため、超音波の減衰率も異なる。そこで、領域１と、領域２とで異なる補正パラメータ（減衰率）を用いて補正処理を行ってもよい。例えば、測定点の座標と補正パラメータを関連付けておき、測定点毎に補正パラメータを切り替えて、参照信号強度の補正処理を行ってもよい。すなわち、前記登録ステップにおいて、異なる複数の補正パラメータを受信信号の測定点座標に関連付けて記憶部に登録するとよい。これにより、高さレベルの異なる複数の界面を有する検査対象に対する検査結果の信頼性が向上する。
以上述べた本実施形態に係る超音波検査装置を用いることで、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、精度よく検査対象物内部の異常有無が判定することが可能となる。
<<第２実施形態>>
第２実施形態に係る検査装置では、参照信号と、検査対象物から得られる受信信号との、相互相関信号強度を算出し、算出した相互相関信号強度に基づき検査対象物の内部状態を表す超音波画像を取得する。なお、第２実施形態に係る超音波検査装置１００の構成は、第１実施形態に係る超音波検査装置１００と同様であるので、重複部分の説明は省略する（図１参照）。
第１実施形態では、パルス信号９に時間幅の短いインパルス信号を用いたが、第２実施形態に係る検査装置では、信号ノイズ比を高めるために、パルス信号９に時間幅を長く、かつ変調された信号を用いる。変調信号には、チャープ信号、周波数偏移変調信号、位相偏移変調信号等公知の変調信号を用いることができる。参照信号は、図２に示した方法により取得することができる。また、参照信号強度の補正処理に用いる補正パラメータは図６に示した方法でユーザに選択させることができる。また、補正パラメータは図７に示した方法で生成することも可能である。
図１４は、第２実施形態に係る検査対象物の内部状態を表す超音波画像を取得するプログラムの処理手順を示す処理フロー図である。このプログラムは、ハードディスク６に保存されており、演算処理部５で実行される。ステップＳ１からステップＳ４の処理内容は図８と同じであるため説明は省略する。ステップＳ２０１では、ステップＳ３で補正処理をされた参照信号と、ステップＳ４で入力された受信信号との相互相関信号を算出する。相互相関信号とは、参照信号と受信信号の相互相関関数である。受信信号に電気ノイズ等のランダムノイズが重畳した場合、ステップＳ２０１の処理により、ランダムノイズの除去が可能となる。これは、参照信号とランダムノイズの相関が低いためである。
ステップＳ２０２では、相互相関信号から、Ｃスコープ表示のための画素値を算出する。画素値とは、相互相関信号の評価値の階調値で、例えば２５６階調の画像では、画素値は０から２５５の値を取る。評価値の算出には、第１実施形態と同様に評価ゲートを用いる。相互相関信号に対して、評価ゲートを設定し、評価ゲートに含まれる相互相関信号の最大値から評価値を得ることができる。このとき、相互相関信号の正負のピークのうち高い方のレベルを選択し評価値に反映してもよい。ステップＳ２０２で算出した画素値は、演算処理部５のメモリ領域に保存される。
ステップＳ７の処理内容は、図８と同じであるため説明は省略する。ステップＳ２０３では、演算処理部５のメモリ領域に保存された全測定点の画素値からグレースケールの２次元画像を超音波画像として生成する。ステップＳ２０４では、モニタ８に超音波画像を表示する。
図１５は、前記ステップＳ２０３で、超音波画像をモニタ８に表示するためのＧＵＩである。ＧＵＩ３２は、超音波画像表示領域３３に、超音波画像をグレースケール表示する。これにより、超音波検査装置１００の使い勝手が向上する。
従来、相互相関信号強度に基づき超音波画像を取得しようとする場合、検査対象物内部の超音波の減衰により、参照信号と、検査対象物を用いて取得された受信信号の波形に相違が生じ、相互相関信号強度が低下して信号ノイズ比が低下する問題があった。しかしながら、第２実施形態に係る検査装置では、検査対象に応じて参照信号強度の補正処理が行われるため、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、信号ノイズ比の高い超音波画像が得られるようになる。
<<第３実施形態>>
第３実施形態に係る超音波検査装置は、透過法で本発明を実施できるようにしたものである。透過法とは、検査対象物を透過した超音波を利用して検査する手法を指す。一方、検査対象物から反射した超音波を利用して検査する手法は反射法と呼ばれる。透過法の利点のひとつは、検査対象物内部での超音波の伝搬距離を反射法より短くすることで、超音波の減衰を抑え、信号ノイズ比を高められることにある。
例えば、検査対象物の底面に近い界面の異常有無を検査しようとする場合、反射法では、超音波が検査対象物の表面から底面近傍の界面へ、底面近傍の界面から表面へと、伝搬していく。従って、検査対象物内部における超音波の伝搬距離は、最短でも試料の厚みの２倍弱となる。一方、透過法では、超音波が検査対象物の表面から底面に伝搬していくのみであるので、最短伝搬距離は、試料の厚みに等しい。従って、前記の場合、透過法では、反射法と比べて伝搬距離を凡そ半分に短くできる。
図１６は、第３実施形態に係る超音波検査装置５００の構成を示すブロック図である。超音波検査装置５００は、超音波検査装置１００と同様に、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（記憶部）、オシロスコープ７（表示装置）、モニタ８（表示装置）、入力装置１２などを含んで構成されている（図１参照）。超音波検査装置５００は、更に透過波を受信するための超音波探触子５０１を含む。
超音波探触子５０１は、超音波を受信して電気信号に変換する超音波探触子である。超音波検査装置１００では、超音波探触子２が超音波を発生する送信機構と、超音波を受信する受信機構の両役割を兼ねていたが、超音波検査装置５００では、超音波探触子２が送信機構、超音波探触子５０１が受信機構の役割を各々果たす。
走査機構部３は、超音波探触子２と超音波探触子５０１を保持し、かつ検査対象物上に超音波探触子２を、検査対象物下に超音波探触子５０１を走査させる。
超音波探傷器１は、超音波探触子２にパルス信号５０２を送り、超音波探触子２は、パルス信号５０２を超音波に変換して検査対象物５０に対して超音波Ｕ３を送出する。パルス信号５０２には、時間幅が長く、かつ変調された信号（第２実施形態参照）を用いる。超音波探触子５０１は、検査対象物５０を透過した透過波Ｕ４を電気信号に変換し、電気信号５０３を超音波探傷器１へと送る。超音波探傷器１は、電気信号５０３の入力を受けて受信信号５０４を生成し、演算処理部５へ送る。
演算処理部５が得た受信信号５０４は必要に応じてハードディスク６（記憶部）へ蓄積される。また、演算処理部５は、オシロスコープ７（表示装置）、及びモニタ８（表示装置）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。
超音波検査装置５００は、第２実施形態に係る超音波検査装置と同様に、参照信号と、検査対象物から得られる受信信号との、相互相関演算信号を算出し、算出した相互相関信号強度に基づき検査対象物の内部状態を表す超音波画像を取得する。この場合受信信号は、透過波から得られる。
図１７は、第３実施形態に係る参照信号（補正前）を取得する方法を示した図である。超音波探触子２と超音波探触子５０１は、水２０１に浸漬されている。超音波検査装置５００は、超音波探触子２を用いて超音波Ｕ２０３を送出する。超音波Ｕ２０３は、水２０１を伝搬し、超音波探触子５０１に受信される。受信された信号を参照信号（補正前）とする。
ハードディスク６には、検査対象物の内部状態を表す超音波画像を取得するプログラムが保存されており、演算処理部５で実行される。実行される処理内容は、第２実施形態と同じであるので説明を省略する（図１４参照）。参照信号強度の補正処理に用いる補正パラメータは図６に示した方法でユーザに選択させることができる。また、補正パラメータは図７に示した方法で生成することも可能である。
以上の構成により、透過法で本発明の実施が可能となる。第２実施形態で述べたように、相互相関信号強度に基づき超音波画像を取得しようとする場合、検査対象物内部の超音波の減衰により、参照信号と、検査対象物を用いて取得された受信信号の波形に相違が生じ、信号ノイズ比が低下する問題があった。この問題は、透過法でも生じる。しかしながら、第３実施形態に係る超音波検査装置５００では、検査対象に応じて参照信号強度の補正処理が行われるため、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、信号ノイズ比の高い超音波画像が透過法でも得られるようになる。
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、超音波を検査対象物に照射し、検査対象物から受信信号を取得し、演算処理部で受信信号と参照信号（例えば、参照信号１９）の相関演算処理を実行し、相関演算処理の結果に基づき、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、参照信号の強度を補正するための検査対象物の種類に固有の補正パラメータを、検査対象識別子に関連付けて記憶部に登録する登録ステップと、検査対象識別子に基づいて補正パラメータを演算処理部にロードするロードステップ（図８のステップＳ２）と、ロードされた補正パラメータを用いて参照信号の信号強度を補正する補正ステップ（例えば、図８のステップＳ３）と、受信信号と、補正された参照信号の相関演算処理を実行する相関演算ステップ（例えば、図８のステップＳ６）と、を有する。本実施形態の超音波検査方法によれば、様々な超音波減衰特性を有する検査対象物に対しても、精度よく検査結果が得られる超音波検査方法を提供することができる。なお、相関演算処理は、前述の図８のステップＳ６等これまで説明した処理以外の、受信信号と参照信号の相関係数を得る処理であってもよい。
本実施形態の超音波検査方法は、反射法（第１実施形態、第２実施形態参照）でも透過法（第３実施形態参照）でも適用できる。
超音波検査方法は、表示装置（例えば、モニタ８）に前記登録ステップで登録された検査対象の種類をリスト表示させ、リスト表示された検査対象の種類の中からユーザに検査対象の種類を選択させる選択ステップを有し、前記ロードステップにおいて、前記選択ステップでユーザが選択した検査対象の種類に基づき補正パラメータを演算処理部にロードすることができる。
前記登録ステップにおいて、入力装置でユーザから検査対象の情報を受け付けた結果に基づき、補正パラメータを新たに生成し、新たに生成されたパラメータを検査対象識別子に関連付けて記憶部に登録することができる（図７の説明参照)。
前記登録ステップにおいて、補正パラメータは超音波の周波数に依存する減衰率である（図６，図７に説明参照）。
超音波検査方法は、表示装置に検査対象識別子と前記ロードステップでロードされた補正パラメータを表示させる補正パラメータ表示ステップを有する（図１１の説明参照）。
超音波検査方法は、表示装置に補正された参照信号をＡスコープ表示させる参照信号Ａスコープ表示ステップを有する（図１２の説明参照）。
超音波検査方法は、前記補正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実行指定ステップを有する（図１１の説明参照）。
超音波検査方法は、相関演算処理結果を基に検査画像を生成する検査画像を生成する検査画像生成ステップ）と、検査画像をＥＸＩＦ（Exchangeable Image Format）フォーマットで出力する出力ステップと、出力されたＥＸＩＦフォーマットの画像電子ファイルに、ロードされた補正パラメータと、ロードされた補正パラメータに関連付けられた検査対象識別子との少なくとも一方を書き込む補正パラメータを書き込む書き込みステップと、を有する。
超音波検査方法は、受信信号の強度からグレースケール画像の画素値を算出する画素値算出ステップ(例えば、図８のステップＳ５)と、前記相関演算ステップを実行後、画素値と異常領域の情報を含む検査画像を生成する検査画像生成ステップ（図８のステップＳ８）と、を有する。
超音波検査方法は、前記相関演算ステップに代えて、受信信号と補正された参照信号の相互相関関数信号を算出する相互相関信号の算出するステップ（図１４のステップＳ２０１）と、相互相関関数信号の強度に基づき超音波画像を生成する超音波画像生成ステップ（図１４のステップＳ２０３）と、を有する。
前記登録ステップにおいて、異なる複数の補正パラメータを受信信号の測定点座標に関連付けて記憶部に登録する（図１３の説明参照）。
なお、本発明は前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、前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も可能であり、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、前記の各構成、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、前記の各構成、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）等の記憶装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶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 電気信号
１１ 受信信号
１２ 入力装置
１３，１４，２１，２６，３２ ＧＵＩ
１５ 受信信号
１６ 表面エコーゲート
１７ 表面エコー開始点
１８ 評価ゲート
１９ 参照信号
２０ 負の最大信号強度ピーク
２２ 検査画像表示領域
２３ 異常と判定された領域
２４ パラメータ表示領域
２５ 補正処理有効化ボタン
２７ 参照信号（補正処理前）
２８ 参照信号（補正処理後）
２９ 電子部品
３０，３１ チップ
３３ 超音波画像表示領域
５０ 検査対象物
１００，５００ 超音波検査装置
２０１ 水
２０２ 標準試験片
２０３ 電子部品
３０１ 参照信号（標準試験片表面の反射波）
３０２ 受信信号（電子部品内部の反射波）
４０１ パワースペクトル（参照信号）
４０２ パワースペクトル（受信信号）
５０１ 超音波探触子
５０２ パルス信号
５０３ 電気信号
５０４ 受信信号
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ 層

Claims (18)

  1. 検査対象物に照射した超音波を受信して電気信号に変換する超音波探触子と、前記超音波探触子を駆動し、前記電気信号から受信信号を生成する超音波探傷器と、演算処理部と、記憶部とを備え、前記演算処理部は、前記受信信号と、前記記憶部に記憶された参照信号の相関演算処理を実行し、前記相関演算処理の結果に基づき、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、
    前記参照信号の強度を補正するための検査対象の種類に固有の補正パラメータを、検査対象識別子に関連付けて前記記憶部に登録し、
    前記記憶部に補正パラメータを登録する際に、異なる複数の補正パラメータを受信信号の測定点座標に関連付けて前記記憶部に登録し、
    前記検査対象識別子に基づいて補正パラメータを前記演算処理部にロードし、
    前記ロードされた補正パラメータを用いて前記参照信号の信号強度を補正し、前記受信信号と前記補正された参照信号の相関演算処理を実行する
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  2. 請求項１に記載の超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    表示装置に前記登録された検査対象の種類をリスト表示し、前記リスト表示した検査対象の種類の中からユーザに検査対象の種類を選択させ、
    前記ユーザが選択した検査対象の種類に基づき前記補正パラメータを前記演算処理部にロードする
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  3. 請求項１に記載の超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    入力装置でユーザから検査対象の情報を受け付けた結果に基づき、補正パラメータを新たに生成し、前記新たに生成された補正パラメータを検査対象識別子に関連付けて記憶部に登録する
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置であって、
    前記補正パラメータは、超音波の周波数に依存する減衰率である
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    表示装置に前記検査対象識別子と前記ロードされた補正パラメータを表示させる
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  6. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    表示装置に前記補正された参照信号をＡスコープ表示させる
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  7. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    前記ロードされた補正パラメータを用いて前記参照信号の信号強度を補正するか否かを、ユーザからの指定を受ける
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  8. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    前記相関演算処理の結果を基に検査画像を生成し、
    前記検査画像をＥＸＩＦ（Exchangeable Image Format）フォーマットで出力し、
    前記出力されたＥＸＩＦフォーマットの画像電子ファイルに、前記ロードされた補正パラメータと、前記ロードされた補正パラメータに関連付けられた検査対象識別子との少なくとも一方を書き込む補正パラメータを書き込む
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  9. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置であって、
    前記演算処理部は、
    前記受信信号の強度からグレースケール画像の画素値を算出し、
    前記算出した画素値と異常領域の情報を含む検査画像を生成する
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  10. 検査対象物に照射した超音波を受信して電気信号に変換する超音波探触子と、前記超音波探触子を駆動し、前記電気信号から受信信号を生成する超音波探傷器と、演算処理部と、記憶部とを備え、前記演算処理部は、前記受信信号と、前記記憶部に記憶された参照信号の相互相関関数信号を算出し、前記相互相関関数信号に基づき、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、
    前記参照信号の強度を補正するための検査対象の種類に固有の補正パラメータを、検査対象識別子に関連付けて前記記憶部に登録し、
    前記記憶部に補正パラメータを登録する際に、異なる複数の補正パラメータを受信信号の測定点座標に関連付けて前記記憶部に登録し、
    前記検査対象識別子に基づいて補正パラメータを前記演算処理部にロードし、前記ロードされた補正パラメータを用いて前記参照信号の信号強度を補正し、
    前記受信信号と前記補正された参照信号の相互相関関数信号を算出し、
    前記相互相関関数信号の強度に基づき超音波画像を生成する
    ことを特徴とする超音波検査装置。
  11. 超音波を検査対象物に照射し、前記検査対象物から受信信号を取得し、演算処理部で前記受信信号と参照信号の相関演算処理を実行し、前記相関演算処理の結果に基づき、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、
    前記参照信号の強度を補正するための前記検査対象物の種類に固有の補正パラメータを、検査対象識別子に関連付けて記憶部に登録する登録ステップと、
    前記検査対象識別子に基づいて前記補正パラメータを前記演算処理部にロードするロードステップと、
    前記ロードされた補正パラメータを用いて前記参照信号の信号強度を補正する補正ステップと、
    前記受信信号と、前記補正された参照信号の相関演算処理を実行する相関演算ステップと、を有し、
    前記登録ステップにおいて、異なる複数の補正パラメータを受信信号の測定点座標に関連付けて記憶部に登録することを特徴とする超音波検査方法。
  12. 請求項１１に記載の超音波検査方法であって、
    表示装置に前記登録ステップで登録された検査対象の種類をリスト表示させ、前記リスト表示された検査対象の種類の中からユーザに検査対象の種類を選択させる選択ステップを有し、
    前記ロードステップにおいて、前記選択ステップでユーザが選択した検査対象の種類に基づき前記補正パラメータを前記演算処理部にロードする
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  13. 請求項１１に記載の超音波検査方法であって、
    前記登録ステップにおいて、入力装置でユーザから検査対象の情報を受け付けた結果に基づき、補正パラメータを新たに生成し、前記新たに生成された補正パラメータを検査対象識別子に関連付けて記憶部に登録する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  14. 請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の超音波検査方法であって、
    前記登録ステップにおいて、前記補正パラメータは超音波の周波数に依存する減衰率である
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  15. 請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の超音波検査方法であって、
    表示装置に前記検査対象識別子と前記ロードステップでロードされた補正パラメータを表示させる補正パラメータ表示ステップを有する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  16. 請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の超音波検査方法であって、
    表示装置に前記補正された参照信号をＡスコープ表示させる参照信号Ａスコープ表示ステップを有する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  17. 請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の超音波検査方法であって、
    前記受信信号の強度からグレースケール画像の画素値を算出する画素値算出ステップと、
    前記相関演算ステップを実行後、前記画素値と異常領域の情報を含む検査画像を生成する検査画像生成ステップと、を有する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
  18. 超音波を検査対象物に照射し、前記検査対象物から受信信号を取得し、演算処理部で前記受信信号と参照信号の相互相関関数信号を算出し、前記相互相関関数信号の結果に基づき、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、
    前記参照信号の強度を補正するための前記検査対象物の種類に固有の補正パラメータを、検査対象識別子に関連付けて記憶部に登録する登録ステップと、
    前記検査対象識別子に基づいて前記補正パラメータを前記演算処理部にロードするロードステップと、
    前記ロードされた補正パラメータを用いて前記参照信号の信号強度を補正する補正ステップと、
    前記受信信号と前記補正された参照信号の相互相関関数信号を算出するステップと、
    前記相互相関関数信号の強度に基づき超音波画像を生成する超音波画像生成ステップと、を有し、
    前記登録ステップにおいて、異なる複数の補正パラメータを受信信号の測定点座標に関連付けて記憶部に登録する
    ことを特徴とする超音波検査方法。
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