JPH0424551A - 超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷装置

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JPH0424551A
JPH0424551A JP2128224A JP12822490A JPH0424551A JP H0424551 A JPH0424551 A JP H0424551A JP 2128224 A JP2128224 A JP 2128224A JP 12822490 A JP12822490 A JP 12822490A JP H0424551 A JPH0424551 A JP H0424551A
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JP
Japan
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reflected wave
positive
reflected
frequency components
negative peak
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Pending
Application number
JP2128224A
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English (en)
Inventor
Takayuki Shimodaira
貴之 下平
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、超音波を用いて被検体の接着状態などの欠陥
の有無を検出したり、検査領域の断面の画像を出力する
超音波探傷装置に関する。
B、従来の技術 第5図は従来の超音波探傷装置を示す全体構成図である
。図において、1は水2を満たした水槽、3は水槽1内
の底に浸漬されている被検体、4は水槽1内に被検体3
と相対して浸漬された探触子。
5は探触子4をX、Y、Z方向に移動して被検体3を走
査する走査装置である。
パルス発生器6からパルス波を発振させて探触子4に印
加すると、探触子4から超音波が発生する。この超音波
を被検体3に投射して得られた被検体3の表面、内部お
よび底面からの反射波を探触子4を介して受信し、レシ
ーバ7によって増幅する。さらに、ピーク検出器8によ
って反射波信号のピーク値を検出し、A/D変換器9に
よってデジタル信号に変換する。
マイクロコンピュータ1oは、A/D変換器9からの反
射波信号を解析して被検体3の欠陥の有無を判定する。
また、走査制御装置11へ被検体3の例えばX、Y平面
の走査指令を出力して走査装置5を駆動し、被検体3の
各点から得られた反射波信号をそのピーク値に応じた適
当な輝度レベルの画像信号に変換し、画像記憶装!12
に出力してX、Y平面の2次元画像をモニタ13に表示
させる。
このような従来の超音波探傷装置における欠陥の判定は
、被検体表面からの反射波と内部からの反射波との位相
を解析して行なわれる。すなわち、■被検体内部の欠陥
部からの反射波の位相が入射波に対し180度変化する
ことと、■被検体3の表面からの反射波の位相は入射波
と同相であることを利用する。
ここで■について、第6図に示す半導体素子20内部の
樹脂21とシリコンチップ22との接合面の剥離23を
探傷する場合を例にあげて説明する。24は樹脂21の
層を伝播してシリコンチップ22との接合面26から反
射する反射波、25は同様に樹脂21を伝播して剥離2
3の部分から反射する反射波である。剥離23は空気で
満たされているものとし、樹脂21.シリコンチップ2
2および空気の音響インピーダンスをそれぞれZl、Z
2.Z3とすると、反射波24の接合面での反射率R(
24)と反射波25の剥離部での反射率R(25)は、 と表される。
周知のごとく、 Z2>Zl、 Z3< Zl(7)関係があるのでR(24)>01R(25)
くOとなる。このように正常な接合面と剥離部分とでは
反射率が大きく異なるため、反射波24と反射波25と
は互いに位相が180度異なる。
そこで従来は、反射波の正と負のピーク値が非対称とな
るような探触子4を用い、この正負のピーク値の大小関
係を見て位相を判定している。
すなわち、正常な内部接合面からの反射波の位相は表面
からの反射波の位相と同一であり、かつ正側のピーク値
が負側のピーク値よりも大きくなることを利用し、接合
面の反射波の正側のピーク値が負側のピーク値よりも大
きければ正常、反対に接合面の反射波の負側のピーク値
が正側のピーク値より大きければ欠陥であるというアル
ゴリズムを用いて欠陥の有無を検査している。
C0発明が解決しようとする課題 しかしながら、超音波は被検体内部を伝播するときにそ
の振幅が減衰し、被検体内部からの反射波の周波数成分
は表面からの反射波の周波数成分と著しく異なる。従っ
て、正常な接合面からの反射波の波形が本来得られる波
形と異なり、特に高周波成分が減衰しやすい樹脂などの
被検体ではこの性質が顕著になる。
これについて上述した第6図に示す被検体により説明す
ると、第7図(a)に示す表面からの反射波27の波形
に対して本来ならば正常な内部接合面からの反射波24
は(b)に示す波形になるべきところ、(c)に示すよ
うに正、負のピーク値の大小関係が反対になる。また、
剥離欠陥部からの反射波25は(d)に示す波形になる
べきところ、(e)に示すように正負のピーク値の大小
関係が反対の波形になる。
このように、超音波が被検体内で減衰して周波数成分が
異なると、内部反射波の波形は、本来得られるはずの波
形との正、負のピーク値の大小関係が反対になることが
あり、従来の超音波探傷装置では誤って欠陥の判定を行
なうという問題があった。
さらにまた、被検体の検査領域を走査して2次元画像を
モニタに表示する場合には、被検体内部を伝播するとき
の超音波の高周波数成分の減衰によって被検体内部から
の反射波のピーク値が低周波成分に依存することになる
ため、画像が不鮮明になるという問題があった6 本発明の目的は、反射波が被検体内部を伝播するときの
減衰による影響をなくして欠陥を正確に判定し、さらに
、鮮明な被検体内部の画像を得ることにある。
00課題を解決するための手段 一実施例を示す第1図に対応づけて本発明を説明すると
、本発明は、超音波探触子4から被検体3に対して超音
波信号を投射し、被検体3の表面および内部からの反射
波に基づいて被検体3の欠陥を検出する超音波探傷装置
に用いられ、反射波から低周波数成分だけを抽出するロ
ーパスフィルタ14と、この反射波の低周波数成分の中
から正のピーク値を検出する正ピーク検出手段8aと。
反射波の低周波数成分の中から負のピーク値を検出する
負ピーク検出手段8bと、表面からの反射波と内部から
の反射波との正と負のピーク値の大小関係が同一であれ
ば正常、反対ならば欠陥と判定する判定手段10とを具
備することにより、上記目的を達成する。
また、請求項2の超音波探傷装置は、被検体内部からの
反射波から高周波数成分だけを抽出するハイパスフィル
タ15と、このハイパスフィルタ15の出力から内部反
射波の強度を検出する強度検出手段8と、この強度検出
手段8によって検出された強度と判定手段10の判定結
果とに基づいて被検体の検査領域を階調表示する階調表
示手段12.13とを具備することにより、上記目的を
達成する。
80作用 超音波探触子4から被検体3に超音波を投射して得られ
た被検体3の表面および内部からの反射波から、ローパ
スフィルタ14によって低周波成分だけを抽出し、さら
にこの低周波成分だけの反射波信号から正ピーク検出器
8aと負ピーク検出器8bとによってそれぞれ正と負の
ピーク値を検出する。そして、判定手段10は、表面か
らの反射波と内部からの反射波との正と負のピーク値の
大小関係が同一であれば、正常、反対ならば欠陥と判定
する。
また、請求項2の超音波探傷装置では、ハイパスフィル
タ15によって被検体内部からの反射波から高周波成分
だけを抽出し、さらに強度検出手段8によってこの高周
波成分だけを含む反射波の強度を検出する。そして、階
調表示手段12,13は、検出された強度と判定手段1
0の欠陥の有無の判定結果とに基づいて被検体3の検査
領域を階調表示する。
なお、本発明の詳細な説明する上記り項および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
F、実施例 第1図は、本発明の一実施例を示す全体構成図である。
従来例を示す第5図と同様の要素に対しては同一の符号
を付して説明を省略する。
14はローパスフィルタ(以下、LPFと呼ぶ)で、レ
シーバ7からの信号について任意の設定周波数f1より
高い周波数成分を除去して低い周波数成分を通過させ、
反射波信号の正のピーク値を検出する正ピーク検出器8
aと、負のピーク値を検出する負ピーク検出器8bに入
力する。15はハイパスフィルタ(以下、HPFと呼ぶ
)で、任意の設定周波数f2より低い周波数成分を除去
して高い周波数成分を通過させる。さらに、16は反射
波信号を検波する検波器、17は欠陥判定を行なうモー
ドと被検体の2次元画像をモニタ13に表示させる画像
モードとの探傷モード選択指令などを入力する入力装置
である。
このように構成される超音波探傷装置の動作を説明する
上述したように、被検体3に超音波を投射して得られた
被検体3の表面、内部および底面からの反射波は探触子
4を介して受信され、レシーバ7によって増幅されてL
PF14とHPF15に送られる。
まず、増幅された反射波信号は、LPF14によって設
定周波数f1より高い周波数の成分が除去され、正ピー
ク検出器8aと負ピーク検出器8bへ出力される。正ピ
ーク検出器8aは、低周波数成分だけを含む反射波信号
の正のピーク値を検出してA/D変換器9へ出力し、A
/D変換器9は、この正のピーク値をデジタル信号に変
換してマイクロコンピュータ10の入力端子I2へ送出
する。一方、負ピーク検出器8bは、反射波信号の負の
ピーク値を検出してA/D変換器9へ出力し、A/D変
換器9はこの負のピーク値をデジタル信号に変換してマ
イクロコンピュータ10の入力端チエ3へ送出する。
また、HPF15は、増幅された反射波信号から設定周
波数f2より低い周波数の成分を除去して検波器16へ
出力する。検波器16は、高周波数成分だけの反射波信
号を検波してピーク検出器8へ出力し、ピーク検出器8
は、検波された反射波信号のピーク値を検出してA/D
変換器9へ出力する。さらに、A/D変換器9はこのピ
ーク値をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ
10の入力端チエ4へ送出する。
第2図はマイクロコンピュータ10で実行される欠陥判
定および画像処理のプログラムを示すフローチャートで
あり、以下、同図により実施例の動作を詳細に説明する
まずステップ5100において、探触子4から超音波探
傷信号を被検体3に向けて放射させ、そのときの被検体
3の表面および接合面からの反射波の正負のピーク値8
1〜S4を検出して記憶しておく、また、HPF15を
通過した接合面反射波のピーク値S5を検出して記憶す
る。次いで、ステップ5101において、マイクロコン
ピュータ10は被検体3の表面反射波の正のピーク値S
1と負のピーク値S2とをそれぞれメモリから読み取る
。続くステップ5102では、ステップ5101で読み
取られた正、負のピーク値SL、S2の絶対値の大小比
較を行なう。すなわち、Sl>1321であればステッ
プ5103へ進んでフラグAに1を書き込み、そうでな
ければステップ5104へ進んでフラグをクリヤする。
次にステップ5105へ進んで、マイクロコンピュータ
10は被検体内部からの反射波の正のピーク値S3と負
のピーク値S4とをそれぞれメモリから読み取ってステ
ップ8106へ進む。ステップ5IO6では、ステップ
5105で読み取られた正、負のピーク値S3.S4の
絶対値の大小比較を行なう、すなわち、S3>1s41
であればステップ5107へ進んでフラグBに1を書き
込み、そうでなければステップ8108へ進んでフラグ
Bをクリヤする。続くステップ5109において、入力
装置!17の図示しないモードスイッチが画像表示モー
ドになっているか、欠陥判定モードになっているかを判
別し、画像表示モードであればステップ5113へ進み
、欠陥判定モードであればステップ5Lioへ進む。
まず、欠陥判定モードのときは以下の処理を行なう。
ステップ5iloにおいて、フラグAとBを読み込みA
=Bかどうかを判別する。A=Bであればステップ51
11へ進み、そうでなければステップ5112へ進む。
A=Hになるのは1表面反射波と内部反射波の正、負の
ピーク値の大小関係が同一、すなわち、表面反射波と内
部反射波とが同位相のときであり、ステップ5111で
、マイクロコンピュータ10は正常な内部接合面と判定
し、正常である旨のメツセージをモニタ13に出力して
表示させる。一方、A=Bでなければ、表面反射波と内
部反射波との位相が180度ずれており、ステップ51
12で、マイクロコンピュータ10は欠陥のある接合面
と判定し、欠陥ありのメツセージをモニタ13に出力し
て表示させる。
次に、ステップ8118へ進み、被検体3の検査領域の
全ての点について検査を行なったかどうかを判別し、検
査終了であればプログラムの実行を終了し、そうでなけ
ればステップ5119へ進む。
ステップ5119で、マイクロコンピュータ10は探触
子4の次の走査点への移動指令を走査制御装W11へ送
出する。これによって、走査制御装置11は走査装W5
を即動して探触子4を移動させる。そして5ステツプ5
120において次の点に対して超音波探傷信号を放射し
、その点の内部接合面からの反射波の正、負のピーク値
S3.S4と、HPF15を通過した内部反射波のピー
ク値S5を検出して記憶する。その後、再びステップ5
105へ戻る。
次に、画像表示モードのときは以下の処理を行なう。
ステップ5113において、マイクロコンピュータ10
はメモリから低周波数成分が除去された内部反射波のピ
ーク値S5を読み込む、続くステップ5114でフラグ
A、BがA=Bかどうかを判別し、A=Bであればステ
ップ5115へ進み、そうでなければステップ8116
へ進む、ステップ5115において、上述したようにA
=Bのときは正常な接合面であるから、マイクロコンピ
ュータ1oは現在の走査点の画像信号の輝度Vの値を内
部反射波のピーク値S5に設定する。一方、A=Bでな
ければステップ8116において、内部反射波のピーク
値S5にオフセット値OFを加算した値を輝度Vの値と
する。
2二で、表面反射波と内部反射波の位相、反射波信号の
ピーク値および画像信号の輝度Vの関係を第4図により
説明する。図に示すように、欠陥があるときはオフセッ
ト値OFを反射波信号のピーク値に加算するので、モニ
タ13で表示される画像は正常な接合面から著しい欠陥
状態まで輝度によって明確に識別される。なお、このオ
フセット値は最大輝度の172にすればよい。
次に、ステップ5117で、マイクロコンピュータ10
は画像記憶装置12へ輝度Vの画像信号を出力してモニ
タ13に表示させる。さらに、上述した欠陥判定モード
のときと同様に、被検体3の検査領域の全ての点を走査
し終えるまで繰り返し以上の処理を実行する。
第3図はLPF14によって低周波数成分だけを抽出さ
れた反射波の波形を示し、(a)は表面からの反射波、
(b)は正常な内部接合面からの反射波、(c)は欠陥
のある接合面からの反射波のそれぞれの波形である0図
かられかるように、LPFl’4によって表面反射波と
内部反射波との周波数成分が低周波数成分だけになるの
で、従来の超音波探傷装置のように超音波が被検体内部
を伝播するときの減衰によって、表面反射波と正常な接
合面および欠陥のある接合面からの反射波との位相関係
が反転するようなことがない。そして、第3図しこ示す
反射波の波形に基づいて欠陥の判定を行なうので、正確
な判定が可能となる。
また、HPF15によって内部反射波から高周波数成分
だけを抽出して信号を生成しているので、被検体に入射
した超音波探傷信号のビーム径が大きくても、そのビー
ム径の中心部の小径の領域の情報を取り出すことができ
、分解能が向上する。
その結果、被検体が第6図の場合には、シリコンチップ
22とリードフレーム28との接続部などを微細に映像
化できる。さらに、上述した正確な判定結果から内部に
欠陥があるときは、所定のオフセット値を加算して得ら
れた信号に応じた輝度とする画像信号を生成し、この画
像信号に基づいて検査領域の画像を表示するので、正常
領域と欠陥領域とを極めて鮮明に画像化できる。
なお、この実施例では、LPF14およびHPF15を
レシーバ7の後方に入れる構成としているが、それらを
レシーバ7の前に置いても同様の結果が得られる。
さらにまた、上述した実施例では反射波のピーク値1:
応した輝度の画像表示としたが、ピーク値を適当に区分
して区分毎に色を変えてカラー表示してもよい。
以上の実施例の構成において、マイクロコンピュータ1
0が判定手段を、ピーク検出器8が強度検出手段を、画
像記憶装置12およびモニタ13が階調表示手段をそれ
ぞれ構成する。
G1発明の詳細 な説明したように本発明によれば、低周波数成分だけを
抽出した被検体の表面反射波および内部反射波のそれぞ
れの正、負のピーク値を検出し、表面反射波と内部反射
波の正、負のピーク値の大小関係が同一であれば正常1
反対であれば欠陥のある被検体と判定するので、正確1
こ欠陥の判定を行なうことができる。
さらに、高周波数成分だけを抽出した内部反射波に基づ
いて画像信号を生成し、上記の正確な欠陥の判定結果と
ともに被検体の映像を階調表示するようにしたので、鮮
明な画像が得られ、かつ分解能が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す全体構成図。 第2図はマイクロコンピュータで実行される欠陥判定お
よび画像処理プログラムを示すフローチャート、第3図
は本発明の超音波探傷装置により得られた反射波の波形
を示す図、第4図は表面反射波と内部反射波の位相と内
部反射波信号のピーク値および画像信号の輝度との関係
を示す図、第5図は従来の超音波探傷装置の全体構成を
示す図、第6図は内部に欠陥接合面を有する半導体素子
の断面図、第7図は従来の超音波探傷装置により得られ
た反射波の波形を示す図である。 8:ビーク検出器 8a:正ピーク検出器 8b:負ピーク検出器10:マ
イクロコンピュータ 14:ローパスフィルタ(LPF) 15:ハイパスフィルタ(HPF) 特許出願人  日立建機株式会社 代理人弁理士  永 井 冬 紀 第1図 (a) 第 図 第4図 第6図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)超音波探触子から被検体に対して超音波信号を投射
    し、被検体の表面および内部からの反射波に基づいて被
    検体の欠陥を検出する超音波探傷装置であって、 前記反射波から低周波数成分だけを抽出するローパスフ
    ィルタと、 この反射波の低周波数成分の中から正のピーク値を検出
    する正ピーク検出手段と、 前記反射波の低周波数成分の中から負のピーク値を検出
    する負ピーク検出手段と、 前記表面からの反射波と前記内部からの反射波との前記
    正と負のピーク値の大小関係が同一であれば正常、反対
    ならば欠陥と判定する判定手段とを具備することを特徴
    とする超音波探傷装置。 2)請求項1に記載の超音波探傷装置において、前記被
    検体内部からの反射波から高周波数成分だけを抽出する
    ハイパスフィルタと、 このハイパスフィルタの出力から前記内部からの反射波
    の強度を検出する強度検出手段と、この強度検出手段に
    よって検出された強度と前記判定手段の判定結果とに基
    づいて被検体の検査領域を階調表示する階調表示手段と
    を具備することを特徴とする超音波探傷装置。
JP2128224A 1990-05-18 1990-05-18 超音波探傷装置 Pending JPH0424551A (ja)

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