JPH05232092A

JPH05232092A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH05232092A
Application number: JP4072324A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hara; 和彦原; Masaki Kobayashi; 正基小林; Toshiaki Takahashi; 俊昭高橋; Masato Nagura; 正人名倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】被検物体内の欠陥を容易かつ正確に検出す
る。【構成】被検物体Ｍにパルスを発信しエコーを受信す
るトランスデューサ１には、パルスを発生しエコーを増
幅するための送受信器２が接続され、その後方にはエコ
ーの中から任意の間のエコーを取り出すためのゲート回
路３が接続されている。また、ゲート回路３には正のコ
ンパレータ４、負のコンパレータ５、正のピークホルダ
６、負のピークホルダ７が接続され、これらの出力は制
御装置９に入力する。正のコンパレータ４と負のコンパ
レータ５では、予め設定した基準値を初めて越えるエコ
ーの中の早い方のタイミングが遅延回路８に入力し、略
１周期分の時間の後にゲート回路３を閉じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検物体上を二次元的
に走査しながらパルスを発信し、そのエコーを受信して
パルスエコー法により被検物体内の欠陥を検査する超音
波検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、被検物体上をトランスデューサに
より走査しながらパルスを発信し、そのエコーから被検
物体内からの信号を抽出し、それを映像として表示して
被検物体内の接着面の剥離やボイド等の欠陥を検出する
超音波検査装置が知られている。剥離やボイド等の欠陥
のある境界面における超音波の反射率は、ほぼ１００％
であり、欠陥のない境界面における反射率に比べて相対
的に高い。このことを利用して、被検物体内の欠陥の有
無を判断しているが、検出されるエコーの強度は被検物
体の材質や境界面の状態など多くの要因によって変化す
るため、エコーの強度と欠陥とは必ずしも正しく対応し
ないことがある。

【０００３】また、ＩＣ等における合成樹脂から或るチ
ップのように、音響インピーダンスが低い方から高い方
へ変化する面では位相が反転することはないが、内部に
剥離等による空気層が存在すると、音響インピーダンス
が高い方から低い方へ変化する面と同じになって位相が
反転する。従って、パルスを正及び負で非対称の波形と
し、エコーの正及び負の強度を比較することによって位
相反転の有無を検出し、位相反転が発生する個所を欠陥
と見做すことにより欠陥を正確に検出する方法が、特公
昭６２−１７４６５３号公報、特公平１−２４８０５３
号公報で開示されている。

【０００４】図１９はエコーの正及び負の最大値から位
相反転の有無を検出する手順を示す説明図である。図１
９(a) は被検物体の断面の状態であり、Ａはパルス、Ｃ
は被検物体内の境界面、Ｄは被検物体Ｍの表面、Z1、Z2
は被検物体Ｍの内部の２種の物質の音響インピーダン
ス、Ｓは表面Ｄからのエコー、Ｆは境界面Ｃからのエコ
ーを示している。ここでは、被検物体Ｍに向けて発信さ
れたパルスＡは表面Ｄで一部は反射し、一部は透過して
境界面Ｃ、つまり音響インピーダンスがZ1からZ2に変化
する面で更に一部が反射する。このエコーＦの位相は、
Z1＜Z2の場合には反転せず、Z1＞Z2の場合に反転する。

【０００５】図１９(b) はZ1＜Z2の場合における波形を
示し、ここでは位相が反転しないので、正の最大値Ipと
負の最大値Imの比Ip／Imの絶対値は１以下となる。ま
た、図１９(c) はZ1＞Z2の場合における波形を示し、こ
こでは位相が反転し、比Ip／Imの絶対値は１以上とな
る。従って、比Ip／Imの絶対値を求めることによって、
位相反転の有無を検出することができる。

【０００６】この従来例においては、比Ip／Imの絶対値
を１と比較しているが、実際には位相が完全に反転する
のではなく、境界面Ｃの状態に応じて波形が変化するの
で、１以外の値と比較した方がよい場合もある。また、
正の最大値Ipと負の最大値Imの差によっても同様な効果
を得ることができる。この場合には、差が０以上か０以
下であるかを求めることにより位相反転の有無を検出
し、この方法でも基準値を０以外とした方がよい場合が
ある。

【０００７】また、従来例において図２０(a) に示すよ
うに被検物体Ｍ内に微小欠陥Ｂが存在する場合には、図
２０(b) に示すように微小欠陥ＢからのエコーF1及び境
界面ＣからのエコーF2が存在することになる。図２０
(c) は欠陥を検出するためのゲートを示し、そのゲート
は一定時間後に開き、ゲート幅の経過後に閉じることを
示している。図２０(d) に示すように、このゲートを通
過したエコーのみがデータとして処理される。

【０００８】更に、例えば図２１(a) に示すようにＩＣ
内部のチップのような比較的薄い被検物体Ｍ内に構造体
Ｅが存在する場合には、図２１(b) に示すように構造体
Ｅの表面及び裏面からの合成エコーＦが存在することに
なる。

【０００９】通常では、被検物体Ｍ内の検査すべき深さ
からのエコーを抽出するためには、図２０(c) に示すよ
うにパルスを発信した時点又は被検物体Ｍの表面からの
エコーを受信した時点から一定時間後にゲートを開き、
ゲートを開いた時点からゲート幅の経過後にゲートを閉
じる、所謂ゲートの設定が必要である。このゲートの設
定は、オシロスコープ等によりエコーを観察して固定し
た値を設定値として入力するが、被検物体Ｍの形状や材
質、検出すべき欠陥の種類、検査すべき深さ等に応じ
て、その設定値を変えたり、深さが異なる部分を一度に
検査するため、複数個の異なる設定値を持たせる装置も
開発されている。

【００１０】また、このような検査により得たデータを
定量的に評価するため、被検物体Ｍ内からのエコーの強
度や深さが或る範囲内に入っている面積を計算すること
も行われている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来例には、次に述べるような問題点がある。 (イ) 図２０に示すように、被検物体Ｍ内に微小欠陥Ｂが
存在するにも拘らず、比Ip／Imが１以下となり、位相反
転を検出することができずに欠陥でないと判断してしま
う。

【００１２】また、図２１に示すように構造体Ｅの音響
インピーダンスが被検物体Ｍの音響インピーダンスより
も高い場合には、被検物体Ｍから構造体Ｅに入射する境
界面では位相は反転しないが、構造体Ｅから被検物体Ｍ
へ出射する境界面では位相が反転する。従って、エコー
Ｆは構造体Ｅの表面からの位相が反転しないエコーと、
それよりも少し遅れて裏面からの位相が反転したエコー
との合成波となり、図２１(d) に示すような波形にな
る。

【００１３】この場合には、欠陥でないにも拘らずIp／
Imが１以上となり、位相反転を検出して欠陥であるとい
う誤った判断をすることになる。

【００１４】(ロ) ゲートを設定する場合には、設定値を
少しずつ変えながら、経験的に最適な位置を見つけて行
い、また複数のゲートを持つ装置ではハードウェアによ
って行うが、ゲートの数を増加するためにはハードウェ
アを変えなければならず、作業が煩雑で少なからず時間
を要する。

【００１５】(ハ) 特公昭６２−１７４６５３号公報に記
載されている方式では、ゲート内の正及び負の最大値を
比較するため、図２１(c) に示すようにゲートを広く設
定した場合には、図２１(d) に示すように正及び負の最
大値をそれぞれ異なった深さの境界面によるエコーから
求めてしまい、判断に誤りが生ずる。

【００１６】また、特公平１−２４８０５３号公報に記
載されている方式では、Ｓ／Ｎ比が悪い場合に第１波を
検出するための基準値を高く設定すると、エコーの強度
が全体的に小さいときには第１波を検出することができ
ず、第２波を第１波として検出してしまい、判断に誤り
が生ずる。

【００１７】(ニ) 被検物体やトランスデューサを交換し
て焦点距離が変化した場合や、被検物体内の観察する深
さを変えて被検物体からトランスデューサまでの距離が
変化した場合には、ゲートを広く設定して対処する方式
があるが、この場合にも前述したように判断に誤りが生
ずる。

【００１８】(ホ) 検査により得られたデータを評価する
ための面積を計算する場合には、被検物体から検出した
データの全てを対象とするため、被検物体の端部や表面
の凹凸部ではエコーが散乱し、データは意味のないもの
となって面積の計算を不正確なものにしてしまう。

【００１９】本発明の目的は、上述した問題点を解消
し、音響インピーダンスの違いによって生ずるエコーの
位相反転を正確に判断することができる超音波検査装置
を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る超音波検査装置は、被検物体上を超音
波を走査してパルスエコー法により被検物体の欠陥を検
査する超音波検査装置において、超音波パルスの発信後
又は表面からの反射信号の検出後から一定時間の経過後
にゲートを開く手段と、前記ゲートを通過した信号の絶
対値が設定した正及び負の基準値を初めて越えるタイミ
ングを検出する手段と、前記タイミングから受信信号の
約１周期分後に前記ゲートを閉じる手段と、前記ゲート
を通過した信号の正及び負の最大値を検出する手段と、
検出された正及び負のそれぞれの最大値から位相反転の
有無を検出する手段とを設けたことを特徴とするもので
ある。

【００２１】

【作用】上述の構成を有する超音波検査装置は、パルス
を発信した時点又は被検物体の表面からのエコーを受信
した時点から一定時間後にゲートを開き、ゲートを通過
したエコーが予め設定した基準値を初めて超えたタイミ
ングからエコーの略１周期分の後にゲートを閉じ、その
間の正の最大値と負の最大値の比と基準値とを比較して
位相反転の有無を検出する。

【００２２】

【実施例】本発明を図１〜図１８に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は第１の実施例のブロック回
路構成図であり、例えば半導体チップなどの被検物体Ｍ
に超音波パルスを発信しそのエコーを受信するトランス
デューサ１には、パルスを発生してトランスデューサ１
に送り出し、被検物体Ｍからのエコーを受信して増幅す
るための送受信器２が接続され、その出力側には増幅さ
れたエコー信号から任意の間の信号を通過させるための
ゲートを開閉するゲート回路３が接続されている。ま
た、ゲート回路３には通過したエコーが予め設定した正
の基準値を越えるタイミングを検出するための正のコン
パレータ４、予め設定した負の基準値を越えるタイミン
グを検出するための負のコンパレータ５、正の最大値を
検出するための正のピーク検出器６、及び負の最大値を
検出するための負のピーク検出器７が接続されている。
更に、正のコンパレータ４及び負のコンパレータ５に
は、それらの出力の早い方から所定時間後にゲート回路
３を閉じるための遅延回路８が接続されている。これら
のコンパレータ４、５及びピーク検出器６、７の出力は
制御装置９に接続され、制御装置９の出力はトランスデ
ューサ１をＸＹＺの３軸方向に移動走査するための走査
装置１０、表示装置１１、入力装置１２、印刷装置１３
が接続されている。

【００２３】このような構成により、入力装置１２から
走査範囲等の測定条件を制御装置９に設定して測定を開
始すると、制御装置９からの制御によりトランスデュー
サ１は走査装置１０により被検物体Ｍ上を二次元状に走
査する。トランスデューサ１は被検物体Ｍを走査しなが
らパルスを発信し、そのエコーを受信して送受信器２に
送る。送受信器２は受信したエコーを適正な基準値まで
増幅してゲート回路３に送る。ゲート回路３はパルスが
発信した時点又は被検物体Ｍの表面からのエコーを受信
した時点から一定時間後にゲートを開き、エコー信号を
コンパレータ４、５及びピーク検出器６、７に送る。コ
ンパレータ４、５はゲート回路３からのエコー信号を予
め設定した基準値と比較し、その基準値を越えるタイミ
ングを抽出する。遅延回路８では、コンパレータ４、５
の出力のうち早い方のタイミングから、エコー信号を約
１周期分だけ遅らせたタイミングを発生させてゲート回
路３を閉じる。ここで、約１周期分の遅れはハードウェ
ア的に固定するか、入力装置１２から入力して制御装置
９により制御してもよい。

【００２４】ピーク検出器６、７はゲート回路３を通過
したエコーの正の最大値Ipと負の最大値Imを検出し、そ
の結果を制御装置９に送る。制御装置９では、送られた
正の最大値Ipと負の最大値Imの比Ip/Im を計算し、その
値を予め設定した基準値と比較してエコーの位相反転の
有無を検出する。この基準値には、従来の技術でも述べ
たように通常はIp／Im＝１を用いている。位相反転が存
在する場合には、表示装置１１上のデータと対応する位
置に欠陥であることを示す色を表示し、位相反転がない
場合には正常であることを示す色を表示する。このよう
にして、被検物体Ｍの全体を測定し表示することを繰り
返すことより、被検物体Ｍの全体の平面像を得ることが
できる。

【００２５】図２は本実施例におけるエコーを検出する
方法の説明図である。図２(a) は、被検物体Ｍの断面の
状態であり、Ａはパルス、Ｂは微小欠陥、Ｃは被検物体
Ｍ内の境界面、Ｄは被検物体Ｍの表面を示している。
(b) はエコーの波形を示し、表面ＤからのエコーＳ、微
小欠陥ＢからのエコーF1、被検物体Ｍ内の境界面Ｃから
のエコーF2を示している。図２(c) はゲート、図２(d)
はゲートを通過したエコーを示し、ゲートを通過したエ
コーと比較するための正の基準値＋Th、負の基準値−T
h、エコーの約１周期分の時間ｄ、ゲートを通過したエ
コーの正の最大値Ip、負の最大値Imを示している。

【００２６】送受信器２でパルスＡを発信した時点又は
表面ＤからのエコーＳを受信した時点から一定時間後に
ゲート回路３はゲートを開く。ゲートを通過したエコー
は基準値＋Th、−Thと比較され、何れか早く越えたほう
のタイミングから約１周期分の時間ｄの後にゲートを閉
じる。従って、ゲートを通過するエコーは初めの１周期
分のエコーF1のみとなり、その後のエコーF2の影響を受
けずに正の最大値Ip及び負の最大値Imを検出することが
でき、位相反転の有無を正しく検出することができ、微
小欠陥Ｂは正しく検出されることになる。

【００２７】図３は被検物体Ｍ内に他の構造体Ｅが存在
する場合を示す説明図であり、図３(a) は被検物体Ｍの
断面の状態、図３(b) は構造体Ｅの表面及び裏面からの
合成エコーＦを示している。図１と同様に、ゲートを通
過したエコーは基準値＋Th、−ミングから約１周期分の
時間ｄだけ後にゲートを閉じる。従って、エコーの初め
の１周期分のみが取り出され、構造体Ｅの裏面からのエ
コーの影響を受けることなく、正の最大値Ipと負の最大
値Imを検出することができる。

【００２８】図４は被検物体Ｍ内に剥離Ｇが存在する場
合の説明図であり、図４(a) は被検物体Ｍの断面の状
態、図４(b) は剥離ＧからのエコーＦを示している。こ
こでも、ゲートを通過したエコーは基準値＋Th、−Thと
比較され、何れか早く越えたタイミングから約１周期分
の時間ｄ後にゲートを閉じる。従って、エコーの初めの
１周期分のみが抽出され、剥離Ｇが空気層である場合に
は、パルスＡの反射率はほぼ１００％となるので、パル
スＡは全て反射されて境界面Ｃの影響を受けない。従っ
て、検出された正の最大値Ipと負の最大値Imの比Ip／Im
は１以上となり、位相反転を正しく検出することができ
る。

【００２９】上述したゲートは、図５に示すゲートＡの
ように広く設定されている場合には、エコーが正のコン
パレータ４及び負のコンパレータ５により検知されたタ
イミングのうち、早い方のタイミングから一定時間後に
遅延回路８によってゲート３を閉じるため、ゲート幅ｄ
はゲートＢのように設定される。このゲート幅ｄは前述
したように約１波長分である。

【００３０】このように検知された正のタイミング、負
のタイミング、正の最大値、負の最大値は制御装置９に
よって、下記の(A) 〜(G) に示すように処理される。な
お、トランスデューサ１は負の高電圧パルスによってド
ライブされるため、そのパルスは図６に示すように正側
と負側で非対称であり、かつ約１波長半分の幅となる。

【００３１】図７、図８は図６に示す発信超音波パルス
を用いた場合におけるエコーの形状から、被検物体の欠
陥を検出して判断するための説明図である。 (A) 図７(a) に示すように、正のタイミングが早く、負
のタイミングが遅い場合には、正と負の最大値を比較し
て欠陥を判断する。 (B) 図７(b) に示すように、負のタイミングが早く、正
のタイミングが遅い場合には、欠陥であると判断する。 (C) 図７(c) に示すように、負のタイミングのみが存在
する場合には、欠陥でないと判断する。 (D) 図７(d) に示すように、正のタイミングのみが存在
する場合には、欠陥であると判断する。 (E) 図７(e) に示すように、正と負のタイミングが共に
存在しない場合には、欠陥を検出することが不能である
と判断する。 (F) 上述の(A) の場合であり、かつ図８(a) に示すよう
に正の最大値Ipと負の最大値Imの比Ip／Imの絶対値が、
被検物体Ｍの音響インピーダンス、減衰率、表面状態等
の音響的物性によって実験的に決まる基準値未満である
場合には、欠陥でないと判断する。 (G) 上述の(A) の場合であり、かつ図８(b) に示すよう
に正の最大値Ipと負の最大値Imの比Ip／Imの絶対値が、
被検物体Ｍの音響インピーダンス、減衰率、表面状態等
の音響的物性によって実験的に決まる基準値以上である
場合には、欠陥であると判断する。

【００３２】このように制御装置９によって処理された
結果は、表示装置１１に色や濃淡等によって映像として
表示される。

【００３３】本実施例では、図６に示すような波形の超
音波パルスを発信するトランスデューサ１を用いたが、
このトランスデューサ１の極性が反転している場合に
は、上述した(A) 〜(G) における極性を全て反転して判
断すればよい。また、(F) 及び(G) の判断を行う際に、
比Ip／Imの絶対値と基準値を比較して行ったが、正及び
負の最大値の絶対値の差と他の基準値とを比較して行っ
てもよい。

【００３４】更に、音響インピーダンスの差が大きい
と、層間剥離等の欠陥部分のエコーは正常部分のエコー
よりも強いため、(F) 及び(G) の判断を行う際に、上述
の判断方法に代えて正及び負の最大値から一定のオフセ
ット値Ofs を差し引いた後の比（Ip−Ofs ）／（Im−Of
s ）を計算し、この比の絶対値と基準値とを比較して行
ってもよい。このようにオフセット値Ofs を差し引くこ
とにより、正及び負の最大値の比が同じ場合でも欠陥を
検出することが可能になる。

【００３５】例えば、図９(a) に示すように、Ip＝２
（Ｖ）、Im＝−２（Ｖ）、Ofs ＝０．２（Ｖ）の場合
に、通常通りにIp／Imを計算すると、Ip／Im＝２／（−
２）＝−１となりその絶対値は１になるが、（Ip−Ofs
）／（Im−Ofs ）＝（２−０．２）／（−２−０．
２）＝１．８／−２．２＝−０．８１となり、その絶対
値は０．８１となって、オフセット値Ofs を差し引いた
後の比は異なった値になる。また、図９(b) に示すよう
にIp＝１（Ｖ）、Im＝−１（Ｖ）、Ofs ＝０．２（Ｖ）
の場合には、Ip／Imの絶対値は１、（Ip−Ofs ）／（Im
＝Ofs ）の絶対値は０．６７になる。この違いは、(a)
及び(b) に示す最大値の絶対値の差によって生ずるもの
であり、上述したように層間剥離等の欠陥部分からのエ
コーが強いときには、この方法は有効になる。

【００３６】図１０は第２の実施例のブロック回路構成
図であり、図１と同一の符号は同一の回路を示してい
る。また、図１１は処理過程の説明図である。ここで
は、エコーをデータに変換するための信号検出器１４を
ゲート回路３と制御回路９との間に設け、ゲートの位置
を外部から制御することができるように、予め複数のゲ
ートの位置のパターンを設定できるようにしている。従
って、走査をしながら各点ごとにゲートの位置を順次に
変えて測定し、それぞれのゲートの位置のデータを１グ
ループのデータとすることにより、ハードウェアとして
は１個のゲートから、１回の操作で複数の異なった条件
のデータを得ることができるようになっている。

【００３７】ゲートを走査するためには、入力装置１２
から制御装置９に走査範囲、測定ピッチ、測定結果の表
示方法等と共に複数のゲートの位置を設定することがで
きる。トランスデューサ１は走査装置１０により、設定
された条件に従って被検物体Ｍ上を移動しながら超音波
パルスを発信しエコーを受信する。このとき、トランス
デューサ１が受けたエコーは、送受信器２により適正な
基準まで増幅されゲート回路３に送られる。ゲート回路
３では、制御装置９に設定されたゲートの位置のみのエ
コーが抽出され、信号検出器１４に送られる。信号検出
器１４でゲート回路３から送られたエコー強度等のデー
タとし、制御装置９に記憶すると同時に表示装置１１上
に平面図として表示する。このようにして、被検物体Ｍ
上の１点のデータを測定し、この測定を被検物体Ｍ全体
に繰り返して被検物体Ｍ全体の平面図を得ることができ
る。

【００３８】制御装置９は被検物体Ｍの１点を測定する
ごとにゲート回路３の設定を順次に変えてゆく。本実施
例において、ゲートＡ、ゲートＢの２種類のゲートの位
置を設定するとすれば、図１１(a) に示すように各測定
点ごとに、ゲートＡ、ゲートＢ、ゲートＡというように
ゲートを切換えてデータを得ることになる。測定した結
果を表示する場合には、ゲートＡで測定したデータと、
ゲートＢで測定したデータを別々に表示し、ゲートの位
置が異なる２種類の映像を１度の走査によって得ること
ができる。例えば、図１１(b) に示すようなサンプルＳ
について、ゲートＡ、ゲートＢのデータによって映像化
した例を、図１１(c) 、(d) に示す。

【００３９】一方、ゲートの位置を少しずつ換えるよう
にしたものを設定し、初めに粗いピッチで測定を行い、
測定した映像の中からゲートの設定条件に最適なものを
選択し、次にその条件で本来の細かなピッチで測定する
ことにより、従来では何度も測定を繰り返して決めてい
たゲートの条件を、１度の走査で決めることも可能にな
る。

【００４０】図１２は第３の実施例の説明図である。上
述した第２の実施例においては、ゲート遅延とゲート幅
を設定すべき数だけ任意に設定したが、１つの最適なゲ
ートの条件を作り出す場合には、ゲート幅ｄを或る程度
広めに設定しておき、ゲート遅延を少しずつ変えてみ
る。ここで、ゲート遅延を手動によって設定するのは、
ゲートを増した分だけ設定項目数が増えて煩わしくなる
ため、図１２(a) に示すエコー信号に対して、(b) に示
すようにゲートＣによるゲート幅ｄ、ゲート遅延の初期
値dc、ゲートの数及びゲート遅延の差Δｄを設定するだ
けで、図１２(c)、図１２(d) に示すようなゲートＤ、
ゲートＥを自動的に設定することができる。このことに
より、通常の測定に対してゲートの数及びゲート遅延の
差Δｄの２項目を多く設定するだけで、１度の走査でゲ
ートを少しずつずらした映像を見ることができる。

【００４１】このように本実施例は、複数のゲート条件
に対し、測定点ごとにゲートを順次に変えて測定し、そ
のデータを各ゲートで測定したデータごとにグループと
して処理するため、ハードウェア的には１個のゲートで
ありながら、１度の測定で複数のゲート条件のデータを
得ることができる。また、製造コストを上げずに測定時
間や最適な測定条件を求めるための時間を短縮すること
が可能になる。

【００４２】図１３は第４の実施例のブロック回路構成
図であり、被検物体Ｍの表面の凹凸や端部を検出し、そ
こから一定距離内のデータを計算の対象から除外するた
めに、ゲート回路３と制御装置９の間に表面距離計数器
１５、信号強度検出器１６、欠陥深さ計数器１７が設け
られている。ここでは、水侵法等により検査される被検
物体Ｍを水槽底面に沈設させ、この被検物体Ｍに対して
超音波パルスを発信し、エコーを受信する探触子１’
は、その先端部が水Ｗ中に浸された状態で走査装置１０
に取り付けられている。また、この探触子１’には高電
圧を印加して超音波パルスを発生させ、そのエコーを増
幅する送受信器２が接続されている。

【００４３】上述の構成において、入力装置１２により
走査を開始するための指示が入力されると、探触子１’
は被検物体Ｍを走査しながら測定し、各測定点における
表面までの距離つまり表面高さ、エコー強度及び欠陥深
さを制御装置９に記憶し、同時に表示装置１１にエコー
強度や欠陥深さを表示する。測定が終了した後に測定結
果を定量的に評価するため、測定したデータのうち予め
設定した条件に合うデータの数を数える。このデータは
測定点におけるエコー強度と欠陥の深さであり、被検物
体Ｍ上を走査しながら等間隔に取り込まれるため、その
数は面積と比例するので欠陥の面積を計算することがで
きる。

【００４４】図１４は本実施例の計算の過程を示すフロ
ーチャート図であり、計算を開始すると次のような処理
が行われる。即ち、ステップ１０１では、データの数及
び欠陥の数を清算する。ステップ１０２では、表面まで
の距離からデータが被検物体Ｍ内のものであるかどうか
を判断する。被検物体Ｍ内のものであればステップ１０
３に進み、なければステップ１０７にジャンプする。

【００４５】ステップ１０３では、測定点の表面までの
距離と測定点から水平方向に一定距離離れた位置の表面
までの距離との差を求め、その絶対値が予め設定した値
以下であるかどうかを判断し、設定値内でなければステ
ップ１０４に進み、設定値以下であれば表面に凹凸が存
在するか又は被検物体Ｍの端であると見做してそのデー
タを無効とし、ステップ１０７にジャンプする。

【００４６】ステップ１０４ではデータの数を１個増加
し、ステップ１０５ではデータが欠陥を示しているか判
断し、欠陥があればステップ１０６で欠陥の数を１個増
加する。また、欠陥がなければステップ１０７にジャン
プする。ステップ１０７では次のデータがあるか判断
し、あればステップ１０２にジャンプし、なければステ
ップ１０８で面積の計算を行う。この場合にこのように
計算した欠陥の数は欠陥の面積に比例し、欠陥の数をデ
ータの数で割ったものは、データの有効部分に対する欠
陥の面積の比率を示す。

【００４７】本実施例では、表面までの距離を全てのデ
ータに対して記憶させるが、メモリを節約するために、
測定した時点でデータが有効であるか無効であるを判断
し、その結果を１ビットで表してメモリを節約すること
も可能である。ここでは測定点の表面までの距離の測定
は、超音波パルスを発信しエコーが戻ってくるまでの時
間を計測することにより行っている。

【００４８】従って、探触子１’の先端から被検物体Ｍ
の表面までの距離dwは、時間ｔ（Ｓ）、水中での音速vw
（ｍ／Ｓ）によって、次の(1) 式で表される。 dw＝ｔ／（２・vw）（ｍ） …(1)

【００４９】この(1) 式により、２つの測定点で求めた
距離をそれぞれd1、d2とすると、その差の絶対値｜d1−
d2｜は表面の高さの差を表すことになる。

【００５０】このように本実施例においては、表面に凹
凸がある位置から水平方向に一定距離以内のデータを無
効とすることにより、データを処理して欠陥の比率を求
める場合に、表面の凹凸の影響を受けた誤ったデータを
除外し、計算誤差を小さくすることができる。

【００５１】図１５は第５の実施例のブロック回路構成
図であり、被検物体Ｍの表面からのエコーを検出する手
段として、ゲート回路３と制御装置９の間に表面信号検
出器１８が設けられている。ここでは、被検物体Ｍの表
面からのエコーを自動的に検出するために、表面信号検
出器１８に、そのエコーに合わせてゲートを自動的に設
定する表面ゲートロック機能と、焦点を調整したために
トランスデューサ１と被検物体Ｍまでの距離が変化した
際にゲートを再設定する表面ゲート追従機能を設けるこ
とにより、従来では頻雑であった被検物体Ｍの表面から
のエコーを検出するためのゲートを、自動的に設定する
ようにしたものである。

【００５２】本実施例では、ゲート回路３に設定する値
は図１６に示すようにゲート遅延時間dtとゲート幅ｄで
ある。表面信号検出器１８では、ゲート幅ｄ内のエコー
のうち、設定された基準値を越えたエコーを表面からの
エコーとして検知し、そのタイミングをデータとして制
御装置９に送り出し、制御装置９ではこのデータを処理
して表示装置１１に表示する。

【００５３】このとき、入力装置１２を介して走査装置
１０を操作し、被検物体Ｍ内の観察すべき深さに超音波
パルスの焦点を合わせて測定を開始する。入力装置１２
から表面ゲートロック指令を入力すると、先ず図１７の
ゲートG1に示すように、ゲート幅ｄを広く設定して表面
からのエコーを検知し、検知した表面からのエコーを基
準にして、ゲートG2に示すように設定値Ｄ、ゲート幅ｄ
からゲート遅延時間dtを算出し図示しないゲートG3を設
定する。このように、表面ゲートロック機能により、オ
シロスコープ等の表示装置１１を観察することなく、ゲ
ートG3を自動的に設定することができる。

【００５４】表面ゲート追従機能には、被検物体Ｍ内の
観察すべき深さを変更するために、入力装置１２を介し
て走査装置１０を操作し、トランスデューサ１をＺ軸方
向に移動させると、制御装置９は図１８(a) に示すよう
に、移動量ΔＬを計測し、移動前のゲート遅延時間dt'
から移動後のゲート遅延時間dtを、次の(2) 式のように
算出することができる。 dt’＝dt＋２・ΔＬ／Ｖ …(2)

【００５５】ただし、Ｖは超音波伝搬媒質中の音速、移
動量ΔＬはトランスデューサ１が上に移動すると正、下
へ移動すると負とする。そして、この結果をゲートG3に
設定する。このように、本実施例ではＺ軸を移動しても
表面からのエコーに対して、(b) 、(c) に示すようにゲ
ートG3を追従させることができる。

【００５６】また、表面ゲート追従機能は、Ｚ軸を移動
した後に設定値を算出してゲートを再設定するが、Ｚ軸
を移動している間にも適当な周期でゲートを再設定して
もよい。ゲートを周期的に再設定することにより、Ｚ軸
を移動している間にも表面からのエコーに対してゲート
を追従させることができ、測定中にＺ軸を移動させた場
合にも対応することができる。

【００５７】このように本実施例では、検査の項目を自
動的に設定することにより検査に要する時間を短縮する
ことができる。また、熟練度の違いによって生ずるデー
タの差異を減少させることができ、データの再現性も向
上させることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る超音波
検査装置は、パルスを発信した時点又は被検物体の表面
からのエコーを受信した時点から一定時間後にゲートを
開き、ゲートを通過したエコーが予め設定した基準値を
初めて超えるタイミングから約１周期の後にゲートを閉
じることにより、被検物体内の検出すべき部分以外から
のエコーを取り除くことができる。従って、剥離、クラ
ック等によるエコーの位相反転を正しく検出し、欠陥を
容易に再現性良く判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例のブロック回路構成図である。

【図２】信号検出の説明図である。

【図３】信号検出の説明図である。

【図４】信号検出の説明図である。

【図５】ゲートの説明図である。

【図６】パルス波形図である。

【図７】欠陥を判断するための説明図である。

【図８】欠陥を判断するための説明図である。

【図９】オフセット値の説明図である。

【図１０】第２の実施例のブロック回路構成図である。

【図１１】処理工程の説明図である。

【図１２】第３の実施例の説明図である。

【図１３】第４の実施例のブロック回路構成図である。

【図１４】処理工程のフローチャート図である。

【図１５】第５の実施例のブロック回路構成図である。

【図１６】ゲートの説明図である。

【図１７】表面ゲートロック機能の説明図である。

【図１８】表面ゲート追従機能の説明図である。

【図１９】従来例の測定原理の説明図である。

【図２０】従来例の測定原理の説明図である。

【図２１】従来例の測定原理の説明図である。

【符号の説明】

１、１’ トランスデューサ２送受信器３ゲート回路４正のコンパレータ５負のコンパレータ６正のピーク検出器７負のピーク検出器８遅延回路９制御装置１０走査装置１１表示装置１２入力装置１３印刷装置１４信号検出器１５表面距離計数器１６信号強度検出器１７欠陥深さ計数器１８表面信号検出器Ｍ被検物体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者名倉正人神奈川県川崎市中原区今井上町53番地キヤノン株式会社小杉事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物体上を超音波を走査してパルスエ
コー法により被検物体の欠陥を検査する超音波検査装置
において、超音波パルスの発信後又は表面からの反射信
号の検出後から一定時間の経過後にゲートを開く手段
と、前記ゲートを通過した信号の絶対値が設定した正及
び負の基準値を初めて越えるタイミングを検出する手段
と、前記タイミングから受信信号の約１周期分後に前記
ゲートを閉じる手段と、前記ゲートを通過した信号の正
及び負の最大値を検出する手段と、検出された正及び負
のそれぞれの最大値から位相反転の有無を検出する手段
とを設けたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】前記位相反転の有無の検出において、正
の最大値と負の最大値の比を或る基準値と比較し、その
大小によって位相反転の有無を判断する請求項１に記載
の超音波検査装置。
【請求項３】前記位相反転の有無の検出において、正
の最大値と負の最大値の差を或る基準値と比較し、その
大小により位相反転の有無を判断する請求項１に記載の
超音波検査装置。
【請求項４】正の最大値と負の最大値から一定のオフ
セット値を引いた後の比と基準値とを比較して欠陥判断
を行う請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項５】第１、第２、第３ピークの１波長半分の
波形から成り、前記第１、第３ピークを同極性、第２ピ
ークを逆極性とし、前記第１、第３ピークの高さの絶対
値よりも前記第２ピークの高さの絶対値を大きくした発
信超音波パルスを用いる請求項１に記載の超音波検査装
置。
【請求項６】前記発信超音波パルスの反射信号の第
１、第２、第３ピークを前記基準値と比較して、前記基
準値を越えたピークについて、次の判断を行う請求項５
に記載の超音波検査装置。 (1) 反射信号の第１、第２、第３ピークの極性が発信パ
ルスの極性と同じ場合には、第１、第３ピークの最大値
と第２ピークの最大値を比較して欠陥を判断する。 (2) 反射信号の第１、第２、第３ピークの極性が発信パ
ルスの極性と反対の場合には、欠陥であると判断する。 (3) 反射信号の第２ピークのみが存在し極性が発信パル
スの極性と同じ場合には、欠陥でないと判断する。 (4) 反射信号の第２ピークのみが存在し極性が発信パル
スの極性と異なる場合には、欠陥であると判断する。 (5) 反射信号の第１、第２、第３ピークが共にない場合
には、判定不能であると判断する。
【請求項７】前記ゲートの位置を外部から制御する手
段と、複数のゲートの位置を設定する手段と、前記ゲー
トの位置を記憶する手段と、被検物体ごとに設定したパ
ターンに従って前記ゲートの位置を変えながら測定を行
う手段とを有する請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項８】被検物体上の各点ごとに前記ゲートの位
置を変えて測定し、それぞれのゲートの位置から得られ
たデータを一括して処理するための信号検出手段を有す
る請求項７に記載の超音波検査装置。
【請求項９】前記データを１つの画面上に一括して表
示する手段を有する請求項８に記載の超音波検査装置。
【請求項１０】前記ゲートの位置を一定間隔でずらす
手段を有する請求項７に記載の超音波検査装置。
【請求項１１】データから欠陥の深さ及び欠陥の大き
さの比率を計算する場合に、被検物体の表面の一定の大
きさ以上の凹凸の部分及び被検物体の辺縁から水平方向
に一定距離内の部分は除外するために、表面距離計数手
段、信号強度検出手段、欠陥深さ計数手段を設けた請求
項１に記載の超音波検査装置。
【請求項１２】被検物体の表面の凹凸の検出を、エコ
ーが被検物体の表面から戻るまでの時間を測定すること
によって行う手段を有する請求項１１に記載の超音波検
査装置。
【請求項１３】被検物体の表面からのエコーを検出し
た後に、被検物体の表面からのエコーを検出するための
前記ゲートを、予め定めた前記タイミングとゲート幅に
自動的に設定する表面ゲートロック機能を有する手段を
設けた請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項１４】被検物体までの距離が変化した場合
に、その変化量から前記タイミングを算出し、被検物体
の表面からのエコーを検出するための前記ゲートを自動
的に再設定する表面ゲート追従機能を有する手段を設け
た請求項１４に記載の超音波検査装置。