JPH04194706A - Ultrasonic inspecting instrument - Google Patents

Ultrasonic inspecting instrument

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JPH04194706A
JPH04194706A JP2326357A JP32635790A JPH04194706A JP H04194706 A JPH04194706 A JP H04194706A JP 2326357 A JP2326357 A JP 2326357A JP 32635790 A JP32635790 A JP 32635790A JP H04194706 A JPH04194706 A JP H04194706A
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JP
Japan
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sample
probe
interface
distance
ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP2326357A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Shimodaira
貴之 下平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04194706A publication Critical patent/JPH04194706A/en
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
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    • G01N2291/02854Length, thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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Abstract

PURPOSE:To accurately measure a distance between the interface of a specimen and a prober and determine the position of the prober without visual observation by calculating the distance between the interface of the specimen and the prober on the basis of the results of sound velocity calculating means and measuring means. CONSTITUTION:The sound velocity C of a medium 5 intervening between an ultrasonic prober 4 and a specimen 6 is calculated by a microcomputer 9 from a difference between reflection times t1 and t2 obtained from a timer 20 and a distance between first and second positions in a Z direction. Therefore, the distance Z1 between the first position and the interface of the specimen 6 can be calculated on the basis of the sound velocity C of the medium 5 and the measuring results of the timer 20, for example, the reflection time t1. Thus, the position of a prober 4 with respect to the interface of the specimen can be obtained by accurately measuring the distance between the prober 4 and the interface of the specimen and contact between the prober 4 and the interface of the specimen can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、超音波類**や超音波探傷装置等に代表され
る超音波により試料の検査を行う超音波検査装置に係り
、特に、超音波探触子と試料界面との間の距離を正確に
測定し得る超音波検査装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to an ultrasonic inspection device that inspects a sample using ultrasonic waves, such as ultrasonic waves** and ultrasonic flaw detection devices. The present invention relates to an ultrasonic inspection device that can accurately measure the distance between an ultrasonic probe and a sample interface.

B、従来の技術 超音波顕微鏡や超音波探傷装置等は、試料に対して超音
波の送受信を行う超音波探触子を備えている。これらの
装置を使用するにあたっては、超音波を効率良く試料に
伝播するために、探触子と試料との間に水等の液体を主
とする媒質が満たされる。これら超音波顕微鏡や超音波
探傷装置等では、試料界面およびその内部からの反射エ
コーを受信し、その時間分布や信号強度などから試料内
部の欠陥等を把握するため、探触子を試料界面に対して
正確に位置決めすることが重要である。通常はまず、可
能な限り探触子を試料界面に近づけた後、探触子を徐々
に試料から離し、反射エコーの信号強度が最も高い点に
探触子を位置決めする。
B. Prior Art Ultrasonic microscopes, ultrasonic flaw detection devices, and the like are equipped with an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves to and from a sample. When using these devices, a medium mainly consisting of a liquid such as water is filled between the probe and the sample in order to efficiently propagate ultrasonic waves to the sample. In these ultrasonic microscopes and ultrasonic flaw detection devices, probes are placed at the sample interface in order to receive reflected echoes from the sample interface and its interior, and to identify defects inside the sample from the time distribution and signal intensity. It is important to position accurately. Usually, the probe is first brought as close as possible to the sample interface, and then the probe is gradually moved away from the sample, and the probe is positioned at the point where the signal intensity of the reflected echo is highest.

焦点距離が数ミクロン−数十ミクロンの探触子では、探
触子をミクロンオーダで試料表面に近づけるため、従来
は1次のようにして探触子が試料界面に接触するのを防
止している。
For probes with a focal length of several microns to several tens of microns, the probe is brought close to the sample surface on the order of microns, so conventionally, the first-order method was used to prevent the probe from contacting the sample interface. There is.

探触子の先端を光学顕1#鏡で拡大してli!察しなか
ら探触子を試料に近づけてゆき、探触子の先端が試料界
面に接触しないぎりぎりの位置まで近づいた段階で、そ
れ以上探触子が試料の方向へ移動しないように、探触子
の移動を制御するスキャナーをソフト的にロックする。
Magnify the tip of the probe with the 1# optical microscope mirror and li! Without thinking, bring the probe closer to the sample, and when the tip of the probe approaches the point where it will not touch the sample interface, move the probe closer to the sample to prevent the probe from moving any further toward the sample. Software locks the scanner that controls child movement.

単純に考えれば、試料界面でも超音波の反射工、コーが
得られ−るのであるから、超音波の送信用パルスと試料
界面からの反射エコーとの間の時間、および媒質の音速
さえ得られれば、超音波探触子と試料界面との間の距離
は算出できる。ここで、媒質の音速は温度の関数であり
、媒質の温度を正確に検出することが難しく、また装置
も大がかりになる。したがって、従来は、上述したよう
な目視によるもっとも確実な方法を採用している。
If we think about it simply, we can obtain the echo of the ultrasound at the sample interface, so we can also obtain the time between the ultrasonic transmission pulse and the reflected echo from the sample interface, as well as the speed of sound in the medium. For example, the distance between the ultrasound probe and the sample interface can be calculated. Here, the speed of sound in a medium is a function of temperature, making it difficult to accurately detect the temperature of the medium and requiring a large-scale device. Therefore, conventionally, the most reliable method of visual inspection as described above has been adopted.

C0発明が解決しようとする課題 しかしながら、前述した従来の超音波顕微鏡では、オペ
レーターが光学顕微鏡により探触子の先端を監視しなか
ら探触子の移動を操作せねばならず、オペレーターへの
負担が大きい。また、オペレーターが少しでも探触子の
移動を停止させるタイミングを逸すると、探触子先端と
試料界面とが接触し、これら双方にダメージを与えてし
まう。
Problems to be Solved by the C0 Invention However, in the conventional ultrasound microscope described above, the operator must control the movement of the probe while monitoring the tip of the probe using an optical microscope, which places a burden on the operator. is large. Furthermore, if the operator misses the timing to stop the movement of the probe, the tip of the probe and the sample interface will come into contact, causing damage to both.

本発明の目的は、水などの媒質の温度に影響を受けずに
探触子と試料界面との間の距離が正確に測定でき、もっ
て探触子の位置を目視によらずに決定することのできる
超音波検査装置を提供することにある。
An object of the present invention is to accurately measure the distance between a probe and a sample interface without being affected by the temperature of a medium such as water, and thereby determine the position of the probe without visual inspection. The purpose of the present invention is to provide an ultrasonic inspection device that can perform the following functions.

D、31題を解決するための手段 一実施例である第1図に対応づけて本発明を説明する。D.Means for solving 31 problems The present invention will be explained in conjunction with FIG. 1, which is an embodiment.

本発明に係る超音波検査装置は、試料へ超音波を発射す
るとともに試料からの反射波を受信する超音波探触子4
と、この超音波探触子4を試料6の界面に直交するZ方
向に進退させる移動機構7と、超音波探触子4の先端に
設けられた圧電素子2と、Z方向の第1の位置において
圧電素子2から超音波を送信した場合の試料6の界面が
らの第1の反射時間t1およびZ方向の第2の位置にお
いて圧電素子2から超音波を送信した場合の試料6の界
面からの第2の反射時間t2を計測する計測手段20と
、これら第1および第2の反射時間から超音波探触子4
と試料6との間に介在する媒質5の音速Cを算出する音
速算出手段9と、この音速算出手段9および計測手段2
0の結果に基づき、超音波探触子4と試料6の界面まで
の距離を算出する距離算出手段9とを備えることで、上
記目的を達成する。
The ultrasonic inspection apparatus according to the present invention includes an ultrasonic probe 4 that emits ultrasonic waves to a sample and receives reflected waves from the sample.
, a moving mechanism 7 for moving the ultrasonic probe 4 back and forth in the Z direction perpendicular to the interface of the sample 6, a piezoelectric element 2 provided at the tip of the ultrasonic probe 4, and a first piezoelectric element in the Z direction. The first reflection time t1 from the interface of the sample 6 when the ultrasonic wave is transmitted from the piezoelectric element 2 at the position and from the interface of the sample 6 when the ultrasonic wave is transmitted from the piezoelectric element 2 at the second position in the Z direction. measuring means 20 for measuring the second reflection time t2 of the ultrasonic probe 4 from these first and second reflection times.
a sound speed calculation means 9 for calculating the sound speed C of the medium 5 interposed between the sample 6 and the sound speed calculation means 9, and the sound speed calculation means 9 and the measurement means 2.
The above object is achieved by providing distance calculation means 9 that calculates the distance between the ultrasonic probe 4 and the interface of the sample 6 based on the result of 0.

E0作用 音速算出手段9により、計測手段20から得られる反射
時間t1、t2の差と、2方向の第1の位置および第2
の位置の間の距離とから、超音波探触子4と試料6との
間に介在する媒質5の音速Cを算出する。従って、距離
算出手段9により、この媒質5の音速Cおよび計測手段
20の計測結果、たとえば反射時間し1に基づき、第1
の位置から試料6の界面までの距離Z1を算出すること
ができる。
The E0 acting sound velocity calculating means 9 calculates the difference between the reflection times t1 and t2 obtained from the measuring means 20, the first position in two directions and the second position.
The sound speed C of the medium 5 interposed between the ultrasonic probe 4 and the sample 6 is calculated from the distance between the positions of . Therefore, the distance calculation means 9 calculates the first
The distance Z1 from the position to the interface of the sample 6 can be calculated.

なお、本発明の詳細な説明する前記り項およびE項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
In the above and E sections that describe the present invention in detail, figures of embodiments are used to make the present invention easier to understand, but the present invention is not limited to the embodiments.

F、実施例 以下、第1図〜第3図により、本発明を適用した超音波
顕微鏡の一実施例について詳細に説明する。
F. Example Hereinafter, an example of an ultrasonic microscope to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

第1図は同超音波顕微鏡の機能ブロック図、第2図(a
)、(b)は、超音波顕微鏡の探触子の一実施例を示す
断面図および底面図である。
Figure 1 is a functional block diagram of the ultrasound microscope, and Figure 2 (a
) and (b) are a sectional view and a bottom view showing an example of a probe of an ultrasound microscope.

第2図において、1は音響レンズであり、この音響レン
ズ1の上面1aは平坦面に形成され、その中央部に探傷
用圧電素子3が設けられている。
In FIG. 2, 1 is an acoustic lens, and the upper surface 1a of this acoustic lens 1 is formed into a flat surface, and a piezoelectric element 3 for flaw detection is provided at the center thereof.

音響レンズ1の下面1bには探傷用圧電素子3と対向し
て凹部1cが形成され、音響レンズ1内を伝播する超音
波が凹部1cから放射される。また、2はこの音響レン
ズ1の凹部ICを囲むように音響レンズ下面1bに設け
られた距離測定用圧電素子であり、この圧電素子2はリ
ング状に形成されている。
A recess 1c is formed on the lower surface 1b of the acoustic lens 1, facing the piezoelectric element 3 for flaw detection, and ultrasonic waves propagating within the acoustic lens 1 are radiated from the recess 1c. Further, 2 is a distance measuring piezoelectric element provided on the lower surface 1b of the acoustic lens 1 so as to surround the recess IC of the acoustic lens 1, and the piezoelectric element 2 is formed in a ring shape.

次に、第1図において、4は第1図で示した探触子であ
り、水(媒質)5を介して試料6と相対向するように配
置されている。探触子4は、XY2スキャナー7により
3次元的に移動自在に支持されており、このXYZスキ
ャナー7は、スキャナコントローラ8を介してマイクロ
コンピュータ9によって制御される。ここで、X方向お
よびY方向とは試料6の界面に沿って定義される2方向
をいい、2方向とは試料6の界面に直交する方向をいう
ものとする。
Next, in FIG. 1, 4 is the probe shown in FIG. 1, and is arranged so as to face the sample 6 with water (medium) 5 in between. The probe 4 is three-dimensionally movably supported by an XY2 scanner 7, and the XYZ scanner 7 is controlled by a microcomputer 9 via a scanner controller 8. Here, the X direction and the Y direction refer to two directions defined along the interface of the sample 6, and the two directions refer to a direction perpendicular to the interface of the sample 6.

10はバースト波発振器、11はレシーバであり、バー
スト波発振器10からの出力は探触子4の探傷用圧電素
子3およびレシーバ11に入力されると共に、圧電素子
3からの出力もレシーバ11に入力される。12はピー
ク検出器であり、このピーク検出器12はレシーバ11
に接続され、反射エコーのピーク値を検出し、その検出
出力がマイクロコンピュータ9に入力される。13はキ
ーボード、14は画像メモリであり、共にマイクロコン
ピュータ9に接続されている。15はモニターであり、
画像メモリ14に接続されている。
10 is a burst wave oscillator, 11 is a receiver, and the output from the burst wave oscillator 10 is input to the flaw detection piezoelectric element 3 of the probe 4 and the receiver 11, and the output from the piezoelectric element 3 is also input to the receiver 11. be done. 12 is a peak detector, and this peak detector 12 is connected to the receiver 11.
The peak value of the reflected echo is detected, and the detection output is input to the microcomputer 9. 13 is a keyboard, and 14 is an image memory, both of which are connected to the microcomputer 9. 15 is a monitor;
It is connected to the image memory 14.

16はパルス波発振器、17はレシーバであり、パルス
波発振器16からの出力は探触子4の距離用圧電素子2
およびレシーバ17に入力されると共に、圧電素子2か
らの出力もレシーバ17に人力される。18.19は共
にレシーバ17に並列に接続されたコンパレータであり
、一方のコンパレータ18からの出力は他方のコンパレ
ータ19のコントロール信号としてこのコンパレータ1
9に入力され、コンパレータ19は、コンパレータ18
からコントロール信号を受けているときのみイネーブル
状態となる。20はこれらコンパレータ18.19の出
力がそれぞれ入力され、両出力の時間差を計時するタイ
マーであり、このタイマー20からの出力もマイクロコ
ンピュータ9に入力される。
16 is a pulse wave oscillator, 17 is a receiver, and the output from the pulse wave oscillator 16 is transmitted to the distance piezoelectric element 2 of the probe 4.
and is input to the receiver 17, and the output from the piezoelectric element 2 is also input to the receiver 17 manually. Comparators 18 and 19 are both connected in parallel to the receiver 17, and the output from one comparator 18 is used as a control signal for the other comparator 19.
9 and comparator 19 is input to comparator 18
It is enabled only when receiving a control signal from. Reference numeral 20 denotes a timer to which the outputs of these comparators 18 and 19 are respectively input, and which measures the time difference between the two outputs.The output from this timer 20 is also input to the microcomputer 9.

次に、第2図および第3図を参照して、本実施例の動作
について説明する。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.

(a)探傷動作 試料6に対する通常の探傷動作について説明する。(a) Flaw detection operation A normal flaw detection operation for the sample 6 will be explained.

バースト波発振器10から出力されたバースト波が探触
子4の探傷用圧電素子3に入力されると、この圧電素子
3から超音波が発生する。この超音波は、音響レンズ1
により集束され、水5を介して試料6に入射される。試
料6の界面、あるいは内部で反射した超音波は、水5を
介して再び探触子4に戻り、圧電素子3により電気信号
に変換された後、レシーバ11で増幅され、ピーク検出
器12に入力される。ピーク検出器12は、入力された
電気信号から必要な信号を抽出し、その信号のピーク値
に比例したDC電圧を出力する。DC電圧はマイクロコ
ンピュータ9に人力され、ここでA/D変換された後、
デジタル値として画像メモリ14に転送される。
When the burst wave output from the burst wave oscillator 10 is input to the flaw detection piezoelectric element 3 of the probe 4, this piezoelectric element 3 generates an ultrasonic wave. This ultrasonic wave is transmitted through the acoustic lens 1
The light is focused by the water 5 and is incident on the sample 6 through the water 5. The ultrasonic waves reflected at the interface or inside the sample 6 return to the probe 4 via the water 5, are converted into electrical signals by the piezoelectric element 3, are amplified by the receiver 11, and sent to the peak detector 12. is input. The peak detector 12 extracts a necessary signal from the input electrical signal and outputs a DC voltage proportional to the peak value of the signal. The DC voltage is input manually to the microcomputer 9, where it is A/D converted and then
It is transferred to the image memory 14 as a digital value.

以上の動作を、XYZスキャナー7により探触子4をX
−Y平面上で2次元的に走査しながら繰り返し行うこと
で、試料6の2次元的なデータが画像メモリ14内に蓄
積される。蓄積されたデータは、D/A変換の後にモニ
ター15に転送され、2次元画像が表示される。
The above operations are carried out using the XYZ scanner 7, which moves the probe 4 in the
By repeating the scanning while scanning two-dimensionally on the -Y plane, two-dimensional data of the sample 6 is accumulated in the image memory 14. The accumulated data is transferred to the monitor 15 after D/A conversion, and a two-dimensional image is displayed.

なお、探触子4は、キーボード13からの入力により任
意の位置へ移動することもできる。
Note that the probe 4 can also be moved to an arbitrary position by inputting from the keyboard 13.

(b)距離測定 前述の探傷動作に先立って、探触子をその焦点距離に応
じた正しい位置に位置決めする必要がある。そのとき、
探触子4と試料6の界面との間の距離を正確に測定して
、探触子4を試料6の界面に可能な限り近付ける。距離
測定は以下に示す動作により行われる。
(b) Distance measurement Prior to the flaw detection operation described above, it is necessary to position the probe at the correct position according to its focal length. then,
The distance between the probe 4 and the interface of the sample 6 is accurately measured to bring the probe 4 as close to the interface of the sample 6 as possible. Distance measurement is performed by the following operations.

まず、第3図(a)に示すように、探触子4の下面、す
なわち圧電素子2と試料6の界面との間の距離がZlな
る第1の位置において、パルス波発振器16からパルス
波が探触子4の距離用圧電素子2に入力されると、この
圧電素子2から超音波が発生する。この超音波は、水5
を媒体として水中を伝播し、試料6の界面で反射し、探
触子4の下面に戻る。探触子4に戻ってきた超音波の一
部はそのまま圧電素子2に入射する一方、残りは反射し
て再び試料6に向かう、試料6の界面に到達した後、反
射して再び探触子4の下面に戻る。
First, as shown in FIG. 3(a), at a first position where the distance between the lower surface of the probe 4, that is, the interface between the piezoelectric element 2 and the sample 6 is Zl, a pulse wave is emitted from the pulse wave oscillator 16. When input to the distance piezoelectric element 2 of the probe 4, an ultrasonic wave is generated from the piezoelectric element 2. This ultrasonic wave
The light propagates through the water as a medium, is reflected at the interface of the sample 6, and returns to the bottom surface of the probe 4. A part of the ultrasonic waves that have returned to the probe 4 enters the piezoelectric element 2 as is, while the rest is reflected and heads again towards the sample 6. After reaching the interface of the sample 6, it is reflected and returns to the probe. Return to the bottom of 4.

そして、以上の行程が繰り返されることで、多数の試料
表面反射波が得られる。これらの試料表面反射波のうち
、第3図に示すように、1回目の反射波S1と2回目の
反射波S2との時間差t1を測定することにする。
By repeating the above steps, a large number of waves reflected from the sample surface are obtained. Among these sample surface reflected waves, as shown in FIG. 3, the time difference t1 between the first reflected wave S1 and the second reflected wave S2 will be measured.

試料表面反射波は、圧電素子2により電気信号に変換さ
れ、レシーバ−17により増幅された後、コンパレータ
18に入力される。なお、この段階では、コンパレータ
19はコンパレータ18からのコントロール信号待ちの
状態、すなわち、レシーバ−17からの信号を受は付け
ない状態にある。
The sample surface reflected wave is converted into an electrical signal by the piezoelectric element 2, amplified by the receiver 17, and then input to the comparator 18. Note that at this stage, the comparator 19 is in a state of waiting for a control signal from the comparator 18, that is, in a state of not accepting a signal from the receiver 17.

コンパレータ18は、予め設定された閾値電圧Δv1を
越える信号が入力されると、タイマー20およびコンパ
レータ19にパルスを出力する。これにより、タイマー
20は計時動作を開始すると共に、コンパレータ19は
レシーバ−17からの信号を受は付けられるイネーブル
状態になる。この状態で、再度、閾値電圧Δv1に越え
る信号がコンパレータ19に入力されれば、このコンパ
レータ19はタイマー20にパルスを出力する。これに
より、タイマー20は計時動作を停止し、コンパレータ
18およびコンパレータ19から入力された2つのパル
ス間の時間差t1をマイクロコンピュータ9に出力する
。マイクロコンピュータ9は、この時間差t1の値を内
蔵するメモリ内に一時的に格納する。以上の動作により
、第1の位置における1回目の反射波S1と2回目の反
射波S2との時間差t1が測定できた。
The comparator 18 outputs a pulse to the timer 20 and the comparator 19 when a signal exceeding a preset threshold voltage Δv1 is input. As a result, the timer 20 starts a timing operation, and the comparator 19 becomes enabled to receive a signal from the receiver 17. In this state, if a signal exceeding the threshold voltage Δv1 is input to the comparator 19 again, the comparator 19 outputs a pulse to the timer 20. As a result, the timer 20 stops its timekeeping operation and outputs the time difference t1 between the two pulses input from the comparators 18 and 19 to the microcomputer 9. The microcomputer 9 temporarily stores the value of this time difference t1 in its built-in memory. Through the above operations, the time difference t1 between the first reflected wave S1 and the second reflected wave S2 at the first position could be measured.

次いで、マイクロコンピュータ−9からの指令あるいは
キーボード13からの手入力により、第3図(b)に示
すように、XYZスキャナー7を介して探触子4を2方
向にΔ2だけ移動し、圧電素子2と試料6の界面との間
の距離をZ2とした段階で、再度、圧電素子2から超音
波を発射して、前述と同様の動作により1回目の反射波
S1と2回目の反射波S2との時間差t2を測定する。
Next, by commands from the microcomputer 9 or manual input from the keyboard 13, the probe 4 is moved by Δ2 in two directions via the XYZ scanner 7, as shown in FIG. 3(b), and the piezoelectric element When the distance between the interface between the piezoelectric element 2 and the sample 6 is set to Z2, the piezoelectric element 2 emits ultrasonic waves again, and the same operation as described above produces the first reflected wave S1 and the second reflected wave S2. Measure the time difference t2.

この際、探触子4の移動により反射波のピーク電圧も異
なるので1反射波識別のための閾値電圧Δ■2も、探触
子4の移動に応じて変化させる必要がある。当然、Zl
>22であればΔVl<八■2であり、逆に、Zl<Z
2であればΔVl>ΔV2となる。
At this time, since the peak voltage of the reflected wave changes depending on the movement of the probe 4, the threshold voltage Δ■2 for identifying one reflected wave must also be changed in accordance with the movement of the probe 4. Of course, Zl
>22, ΔVl<8■2, and conversely, Zl<Z
2, ΔVl>ΔV2.

この後、マイクロコンピュータ−9は、距離z1におけ
る時間2itlおよび距離Z2における時間差t2から
、水(媒質)6の音速を算出する。
Thereafter, the microcomputer-9 calculates the sound speed of the water (medium) 6 from the time 2itl at the distance z1 and the time difference t2 at the distance Z2.

すなわち、水の音速をCとすれば、 Z1= (cxtl)/2     (1)Z2= (
CXt2)/2     (2)であるから、これら2
式より、 C=2ΔZ/(tl−t2)    (3)Δz:xy
zスキャナの2軸に付設したエンコーダから検出される
距離2 1と距離Z2の差 となる。そこで、Δ2およびtl、し2を(3)式に代
入して水の音速Cを求める。
That is, if the sound speed of water is C, then Z1= (cxtl)/2 (1) Z2= (
CXt2)/2 (2), so these 2
From the formula, C=2ΔZ/(tl-t2) (3)Δz:xy
This is the difference between the distance 21 detected by the encoder attached to the two axes of the Z scanner and the distance Z2. Therefore, the sound speed C of water is determined by substituting Δ2, tl, and 2 into equation (3).

そ1て、水の音速Cが正確に求まったところで、マイク
ロコンピュータ−9は前述の式に各値を代入して、距離
z2を求める。最後に、マイクロコンピュータ−9は探
触子4と試料6とが接触しないだけのマージンΔM(例
えば0.05mm)を22から差し引き、現在の2軸の
位W(すなわちZ2)からZ2−6Mだけ探触子4を試
料6に向かって移動させたときの探触子4のZ軸方向の
座標値を記憶する。以後、マイクロコンピュータ−9は
、記憶した探触子4のZ軸方向の座標値を越えて探触子
4を試料6に向けて移動させないように制御すれば、探
触子4と試料6との接触を防止することができる。
First, once the sound speed C of water has been accurately determined, the microcomputer 9 substitutes each value into the above-mentioned formula to determine the distance z2. Finally, the microcomputer 9 subtracts from 22 a margin ΔM (for example, 0.05 mm) that is enough to prevent the probe 4 and the sample 6 from coming into contact, and changes the current two-axis position W (that is, Z2) by Z2-6M. The coordinate value of the probe 4 in the Z-axis direction when the probe 4 is moved toward the sample 6 is stored. Thereafter, if the microcomputer 9 controls the probe 4 so as not to move it toward the sample 6 beyond the memorized coordinate value of the probe 4 in the Z-axis direction, the probe 4 and the sample 6 will be aligned. contact can be prevented.

従って、本実施例によれば、探触子4と試料6の界面と
の間の距離を測定することができ、よって、試料6の界
面に対する探触子4の位置を設定でき、探触子4と試料
6の界面との接触という事態を未然に防止することがで
きる。特に、従来のように目視によらず通常の探傷動作
と同様の作業で探触子4と試料6の界面との間の距離を
測定できるので、オペレーターの負担を大幅に軽減でき
ると共に、試料6の界面に対する探触子4の位置を正確
かつ確実に設定できる、という優れた利点を有している
Therefore, according to this embodiment, it is possible to measure the distance between the probe 4 and the interface of the sample 6, and therefore the position of the probe 4 with respect to the interface of the sample 6 can be set, and the distance between the probe 4 and the interface of the sample 6 can be set. It is possible to prevent a situation in which the interface between the sample 4 and the sample 6 comes into contact with each other. In particular, since the distance between the probe 4 and the interface between the sample 6 and the sample 6 can be measured without visual inspection as in the past, the distance between the probe 4 and the interface between the sample 6 and the sample 6 can be significantly reduced. This has the excellent advantage that the position of the probe 4 relative to the interface can be set accurately and reliably.

なお、本発明による超音波検査装置は、その細部が前述
した実施例に限定されず、種々の変形例が可能である。
Note that the details of the ultrasonic inspection apparatus according to the present invention are not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible.

−例として、前述の実施例ではコンパレータを用いて反
射波の位置を特定していたが、他のピーク検出手段を用
いても良いことは勿論である。すなわち、第2図に示す
ように、試料探傷用のピーク検出器12と同様のピーク
検出器21をレシーバ17に接続し、このピーク検出器
21の出力をマイクロコンピュータ−9に入力して、マ
イクロコンピュータ9でソフト的に時間差を計測しても
よい。この際、距離z1における反射波S1のピーク電
圧をPVIとし、距離Z2における反射波S1のピーク
電圧をPV2とした場合、位NZ2における閾値電圧Δ
■2をΔV2=ΔVIX (PV2/PVI)として設
定するようにしてもよい。また、前述の実施例では、反
射波S1およびS2の時間差t 1− t、 2より探
触子−4の距離を求めでいたが、圧電素子2からの超音
波送信パルスと第1回目の反射波S1との時間差から探
触子4の距離を求めてもよい。同様に、複数の反射波の
組み合せから得られる複数の時間差を平均し、これを反
射波間の時間差として探触子4の距離を求めてもよい。
- As an example, in the embodiment described above, a comparator was used to specify the position of the reflected wave, but it goes without saying that other peak detection means may be used. That is, as shown in FIG. 2, a peak detector 21 similar to the peak detector 12 for sample flaw detection is connected to the receiver 17, and the output of this peak detector 21 is inputted to the microcomputer 9 to be read by the microcomputer 9. The time difference may be measured using software using the computer 9. At this time, if the peak voltage of the reflected wave S1 at the distance z1 is PVI, and the peak voltage of the reflected wave S1 at the distance Z2 is PV2, then the threshold voltage Δ at the position NZ2 is
(2) 2 may be set as ΔV2=ΔVIX (PV2/PVI). In addition, in the above-mentioned embodiment, the distance to the probe 4 was determined from the time difference t1-t,2 between the reflected waves S1 and S2, but the The distance of the probe 4 may be determined from the time difference with the wave S1. Similarly, the distance of the probe 4 may be determined by averaging a plurality of time differences obtained from a combination of a plurality of reflected waves and using this as the time difference between the reflected waves.

以上の実施例の構成において、XYZスキャナが移動機
構を、タイマー20が計測手段を、マイクロコンピュー
タ9が音速算出手段と距離算出手段をそれぞれ構成する
In the configuration of the above embodiment, the XYZ scanner constitutes a moving mechanism, the timer 20 constitutes a measuring means, and the microcomputer 9 constitutes a sound velocity calculating means and a distance calculating means, respectively.

G0発明の効果 以上詳細に説明したように本発明によれば、探触子と試
料界面との間の距離を正しく測定して試料界面に対する
探触子の位置を求めることができ、探触子と試料界面と
の接触という事態を未然に防止することができる。特に
1本発明によれば、従来のように目視によらず通常の探
傷動作と同様の作業で探触子と試料界面との間の距離を
測定できるので、オペレーターの負担を大幅に軽減でき
ると共に、試料界面に対する探触子の位置を正確かつ確
実に設定できる、という優れた利点を有している。
G0 Effects of the Invention As described in detail above, according to the present invention, the distance between the probe and the sample interface can be accurately measured to determine the position of the probe with respect to the sample interface, and the probe It is possible to prevent the situation of contact between the sample and the sample interface. In particular, according to one aspect of the present invention, the distance between the probe and the sample interface can be measured in the same way as normal flaw detection without visual inspection as in the past, which greatly reduces the burden on the operator. This method has the excellent advantage that the position of the probe relative to the sample interface can be set accurately and reliably.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第3図は本発明による超音波検査装置が適用さ
れる超音波顕微鏡の一実施例を示し、第1図は超音波顕
微鏡の全体構成を示すブロック図、第2図は探触子を示
し、(a)が正面断面図、(b)が底面図、第3図は超
音波顕微鏡の動作を説明するための図である。 1:音響レンズ   2:距離用圧電素子3:探傷用圧
電素子 4:探触子 5:水       6:試料 7:XYZスキャナ  9:マイクロコンピューター1
8:コンパレータ  19:コンパレータ20:タイマ
     21:ピーク検出器。
1 to 3 show an embodiment of an ultrasonic microscope to which an ultrasonic inspection device according to the present invention is applied, FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic microscope, and FIG. 2 is a probe (a) is a front sectional view, (b) is a bottom view, and FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the ultrasonic microscope. 1: Acoustic lens 2: Piezoelectric element for distance 3: Piezoelectric element for flaw detection 4: Probe 5: Water 6: Sample 7: XYZ scanner 9: Microcomputer 1
8: Comparator 19: Comparator 20: Timer 21: Peak detector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 試料へ超音波を発射するとともに試料からの反射波を受
信する超音波探触子と、 この超音波探触子を前記試料の界面に直交するZ方向に
進退させる移動機構と、 前記超音波探触子の先端に設けられた圧電素子と、 前記Z方向の第1の位置において前記圧電素子から超音
波を送信した場合の前記試料の界面からの第1の反射時
間および前記Z方向の第2の位置において前記圧電素子
から超音波を送信した場合の前記試料の界面からの第2
の反射時間を計測する計測手段と、 計測された前記第1および第2の反射時間から前記超音
波探触子と試料との間に介在する媒質の音速を算出する
音速算出手段と、 この音速算出手段および前記計測手段の結果に基づき、
前記探触子と前記試料の界面までの距離を算出する距離
算出手段とを備えた超音波検査装置。
[Scope of Claims] An ultrasonic probe that emits ultrasonic waves to a sample and receives reflected waves from the sample, and a moving mechanism that moves the ultrasonic probe forward and backward in the Z direction perpendicular to the interface of the sample. a piezoelectric element provided at the tip of the ultrasonic probe; a first reflection time from the interface of the sample when the ultrasonic wave is transmitted from the piezoelectric element at the first position in the Z direction; When the ultrasonic wave is transmitted from the piezoelectric element at the second position in the Z direction, the second
a measuring means for measuring the reflection time of; a sound velocity calculating means for calculating the sound speed of a medium interposed between the ultrasonic probe and the sample from the measured first and second reflection times; Based on the results of the calculation means and the measurement means,
An ultrasonic inspection apparatus comprising distance calculation means for calculating a distance between the probe and the interface of the sample.
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