JPH11118775A

JPH11118775A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH11118775A
Application number: JP9291813A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kobayashi; 小林正基
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】被検物体が欠陥品か否かを自動的・定量的に
判断する装置を提供する。【解決手段】超音波ビームを走査しつつ被検物体に照
射し、該被検物体からの超音波エコー信号を受信して映
像化しＣモード画像として表示する超音波映像装置を備
えた超音波検査装置において、Ｃモード画像上に被検物
体の内部欠陥の情報を表示する手段と、該Ｃモード画像
から被検物体の形状を抽出する手段と、該抽出された被
検物体の面積を算出する手段と、該抽出された被検物体
内に含まれる欠陥の面積を算出する手段と、前記被検物
体の面積に対する欠陥面積の割合から、被検物体が欠陥
であるか否かを自動的に判断する手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集束超音波ビーム
を用いて物体内の欠陥等、内部状態を非破壊で観察・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】超音波非破壊検査特に超音波映像装置を
用いた検査では、一般にパルスエコー方と呼ばれる１波
長から２波長程度の超音波パルスを被検物体に照射しな
がら被検物体上を走査し、被検物体の表面および内部か
ら反射した超音波エコー信号の時間情報や強度情報ある
いは位相情報を位置情報とともに映像化し、該映像化さ
れたＣモード画像（平面表示画像）やＢモード画像（断
面表示画像）を見て、人間が欠陥品か否かを判断してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には以下のような問題があった。すなわち、欠陥品
か否かの判断を人間が行なうため、判断する人の個人差
が生ずる。また、同じ人であっても体調等によって判断
が変化する場合がある。人間が映像から判断するため定
量的な判断基準がない。

【０００４】本発明は、被検物体が欠陥品か否かを自動
的・定量的に判断することによって、超音波非破壊検査
工程を自動化することを第１の目的としている。また、
上記判断結果を視覚的・直感的に表示することによっ
て、超音波非破壊検査工程の検査データとして適切な表
示方式を提供することを第２の目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため本発明の第１の局面では、超音波ビームを走査し
つつ被検物体に照射し、該被検物体からの超音波エコー
信号を受信して映像化しＣモード画像として表示する超
音波映像装置を備えた超音波検査装置において、前記Ｃ
モード画像上に被検物体の内部反射エコーの情報を表示
する手段と、該Ｃモード画像から被検物体の形状を抽出
する手段と、該抽出された被検物体の面積を算出する手
段と、該抽出された被検物体内に含まれる欠陥の面積を
算出する手段と、前記被検物体の面積に対する欠陥面積
の割合から、被検物体が欠陥であるか否かを自動的に判
断する手段とを有することを特徴とする。ここで、内部
反射エコーの情報としては、例えば被検物体の内部欠陥
の深さ情報、またはその内部反射エコーの強度および位
相情報が表示される。

【０００６】上記第２の目的を達成するため本発明の第
２の局面では、上記第１または第２の局面の構成に加え
て、Ｃモード画像から抽出した被検物体の形状と位置情
報をＣモード画像とは別の画面上にグラフィック表示す
る手段を有し、該被検物体が欠陥か否かの情報を前記グ
ラフィック表示されている被検物体上に重ねて表示する
ことを特徴としている。また、本発明の第３の局面で
は、グラフィック表示する際に、Ｃモード画像から抽出
された被検物体の大きさが予め指定された予測される被
検物体の大きさの５０％未満の場合は除去し、該抽出さ
れた被検物体の大きさが予め指定された予測される被検
物体の大きさの１５０％より大きい場合は、複数の被検
物体が分離できなかったものとして表示する。

【０００７】

【作用】上記の第１の局面による構成によれば、被検物
体が欠陥であるか否かを自動的に判断するため、人間の
判断が介在せず、被検物体の面積に対する欠陥面積の割
合という定量的でかつ常に一定の判断基準によって、検
査することができるという効果がある。また、超音波非
破壊検査工程における自動化のボトルネックとなってい
る欠陥か否かの判断を自動化することができるという効
果がある。上記の第２および第３の局面による構成によ
れば、検査結果を視覚的・直感的に表示することができ
るため、超音波非破壊検査工程の検査データとして適切
な表示方式を提供できるという効果がある。

【０００８】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。（第１の実施例）図１は、本発明の一実施例に係る超音
波映像装置の構成を示すブロック図である。同図におい
て、１はパルサーレシーバ、２は超音波トランスデュー
サ、３は超音波ビーム、４は超音波ビームの集束点、５
は被検物体、６はＸ，Ｙ，Ｚ方向に走査可能なスキャ
ナ、７はゲート回路、８は時間カウンタ、９はピークホ
ルダ、１０はシステムコントローラ、１１はシステムコ
ントローラからの制御信号、１２は表示装置、１３はプ
リンタ、１４は入力装置である。

【０００９】図２は被検物体に対する超音波ビームの走
査状態、および各走査状態におけるパルサーレシーバに
よる受信信号（ＲＦ）とゲート回路７のゲート信号（Ｓ
Ｇａｔｅ，ＦＧａｔｅ）との関係を示す図である。ま
た、同図において、１５は欠陥である。

【００１０】図１の構成において、被検物体５は水浸法
により検査を行なうように水槽内に置かれ、被検物体５
に対して超音波パルスの送受信を行なう超音波トランス
デューサ２は、スキャナ６により被検物体５上を走査す
る。超音波トランスデューサ２には、超音波を発信する
ための高電圧パルスを印加し、また、受信信号を増幅す
るパルサーレシーバ１が接続されている。超音波トラン
スデューサ２から発信される超音波ビーム３は、被検物
体５内部の検査したい欠陥１５部分に集束点４が位置す
るように、システムコントローラ１０からの制御信号１
１によりスキャナ６のΖ位置が制御される。

【００１１】一方、受信信号はパルサーレシーバ１で増
幅され、ゲート回路７でシステムコントローラ１０から
の制御信号１１で設定される時間ゲート内の信号が出力
される。該ゲート回路７の出力は、信号強度検出のため
のピークホルダ９と深さ検出のための時間カウンタ８に
入力される。システムコントローラ１０ではピークホル
ダ９の出力を信号強度とし、時間カウンタ８の出力と入
力装置１４によって設定されている超音波の被検物体５
内での音速から超音波反射点の深さ（以下、信号深さと
いう）を算出し、該信号強度および信号深さとスキャナ
６の位置情報とをあわせて、表示装置１２またはプリン
タ１３へ出力する。

【００１２】以下に本発明の第１の実施例を詳細に説明
する。超音波の一般的な性質として、音波であることか
ら媒質中を伝播し、媒質の境界面で反射・屈折・透過
し、その比率は媒質間の音響インピーダンスによって異
なる。また、例えば金属やセラミック等の内部にクラッ
クや剥離等の欠陥による空気層が存在する場合は、超音
波は空気層の境界面でほぼ全反射し、位相が反転するこ
とが知られている。

【００１３】被検物体５の内部に欠陥１５が存在する場
合の超音波トランスデューサ２の受信信号（以下、ＲＦ
信号という）の例は、図２（Ａ）に示されるように、被
検物体５の表面からの反射信号（以下ＳＳｉｇという）
と内部欠陥１５からの反射信号（以下ＦＳｉｇという）
が検出できる。

【００１４】これらの反射信号の検出方法は、まずシス
テムコントローラ１０からの制御信号１１によって、予
め時間ゲート７にＳＳｉｇ検出用のゲート（以下ＳＧａ
ｔｅという）を設定しておく。同時に、システムコント
ローラ１０は制御信号１１を介してピークホルダ９にピ
ーク検知用のコンパレートレベルを設定しておく。ＳＧ
ａｔｅ内のＲＦ信号でコンパレートレベルを超えた信号
はピークホルダ９で検知される。ここで、ピークホルダ
９では、信号の強度とともにその極性（＋／−）を同時
に検知する。ピークホルダ９でＳＳｉｇが検知される
と、システムコントローラ１０は制御信号１１を介して
時間ゲート７をＦＳｉｇ検出用のゲート（以下ＦＧａｔ
ｅという）に切り替える。ＦＧａｔｅ内のＲＦ信号でコ
ンパレートレベルを超えた信号はピークホルダ９で検知
され、その極性と最大値がホールドされる。

【００１５】一方、システムコントローラ１０はＳＳｉ
ｇが検知されたときの時間を時間カウンタ８から読み、
同様にＦＳｉｇが検知されたときの時間を時間カウンタ
８から読み、その差を算出しておく。被検物体５中の音
速は入力装置１４を介して予め設定されているため、該
算出された時間をΔｔ、被検物体５中の音速をｖとする
と、被検物体５の表面からの欠陥１５までの深さ距離ｄ
は、

【００１６】

【数１】で算出される。また、検出されたＳＳｉｇとＦＳｉｇの
極性（±符号）を比較することによって、超音波の位相
情報が得られる。したがって、図２（Ａ）では、ＳＳｉ
ｇおよびＦＳｉｇがともに検出され、ＦＳｉｇの強度・
位相・深さ情報が得られることになる。

【００１７】さて、図２（Ｂ）は被検物体５の内部に欠
陥が存在しない場合の例を示してある。この場合は、前
記図２（Ａ）に詳細に説明した通りＳＳｉｇは検出され
るが、ＦＧａｔｅ内にコンパレータレベルを超えるＲＦ
信号が存在しないためＦＳｉｇは検出されない。また、
図２（Ｃ）は被検物体５上に超音波トランスデューサ２
がない場合を示しており、当然ではあるが、ＳＧａｔｅ
内にコンパレータレベルを超えるＲＦ信号が存在しない
ためＳＳｉｇは検出されない。

【００１８】システムコントローラ１０は、制御信号１
１を介しスキャナ６をＸ−Ｙ方向に走査しながら上記Ｓ
ＳｉｇおよびＦＳｉｇのデータを収集する。該収集され
たデータは、スキャナの位置情報と合わせて表示装置１
２に表示される。

【００１９】図３はＣモード画像の表示例を示してお
り、スキャナのＸ−Ｙ位置座標上でＳＳｉｇが検出され
なかった部分を灰色で示し、ＳＳｉｇは検出されたがＦ
Ｓｉｇは検出されない部分を白で示し、ＳＳｉｇおよび
ＦＳｉｇともに検出された部分を黒で示してある。これ
まで説明してきたように、図３において白または黒の部
分は被検物体５であり、黒の部分は欠陥１５である。こ
こで、各々の面積は該検出された部分のドット数を数え
ることによって算出される。

【００２０】また、システムコントローラ１０には予め
欠陥を判断するための面積の割合（スライスレベル）が
設定されており、該スライスレベルをｋとした場合、図
３のＣモード画像における

【００２１】

【数２】の場合に欠陥と判断する。

【００２２】さて、本実施例は本発明を特に電子部品の
検査工程で使用される場合を鑑みて適用した例を示す。
例えば、積層セラミックコンデンサの超音波非破壊検査
工程において、本発明は特に有用であると考えられる。
積層セラミックコンデンサは一般に数ミリ角以下の直方
体をしており、多層のセラミックス誘電体および電極が
貼り合わされた構造をしている。該積層セラミックコン
デンサのポピュラーな欠陥は上記層間の剥離およびクラ
ック、異物混入である。

【００２３】積層セラミックコンデンサのような小さな
被検物体５を検査する場合は、検査効率を上げるため一
度に複数個の被検物体５を並べて走査する。図４は、上
記のように複数個の被検物体５を走査した場合のＣモー
ド画像例であり、ＡからＪまで１０個の被検物体５とノ
イズＫを示している。図４のＣモード画像から欠陥を判
断する場合は、該Ｃモード画像からＡからＪまでの１０
個の被検物体５を抽出する必要がある。本実施例では、
８連結のラベリング処理により各々に番号付けを行なう
ことによって形状抽出している。また、ラベリングの番
号付けのときに黒の部分（ＦＳｉｇが検出された欠陥部
分）に負の番号を、白の部分（ＦＳｉｇが検出されてい
ない部分）に正の番号を割り振るようにし、各々の欠陥
面積の比率を

【００２４】

【数３】で算出する。

【００２５】以下に、ラベリング処理について詳細に説
明する。原画像におけるバックグラウンド（本実施例に
おいてはＣモード画像の灰色部分）を０、すでにΧに番
号付けされた点をΧ、それ以外の未確認部分をＲとす
る。ラベル番号Ｎ＝０とし、画像を左から右へ、下から
上へ走査する。走査点（以下、下線を付して表わす）が
Ｒの場合、次の３通りに場合分けし処理する。外周境界追跡：走査点の左隣・左下・真下が０の場
合、すなわち

【００２６】

【数４】のような場合、後述する境界追跡を行ない、左隣が０に
なっている点に番号を付ける。該番号は境界追跡によっ
てすでにΧに番号付けされた点に出会った場合はΧと
し、それ以外はＮ＝Ｎ＋１としたＮとする。ただし、孤
立点は無視する。ラスタ走査：左隣がΧの場合、すなわち

【００２７】

【数５】のような場合、走査点をΧに番号付けし、そこから連な
っているＲをすべてΧにする。内周境界追跡：左隣が０で左下がＸの場合、または、
左隣が０で真下がＸの場合、すなわち

【００２８】

【数６】のような場合、境界追跡を行ない左隣が０になっている
点をΧにする。上記の走査を右上まで繰り返すことによ
って、画像上の全領域にｌからＮまでの通し番号が付け
られる。

【００２９】以下に境界追跡について説明する。画像上
の走査は左から右に行われるため、開始点は左隣から入
ってきたことになる。すなわち、着目点をΧとした場合
に周囲８連結時の移動方向番号を

【００３０】

【数７】とすると、開始点は(4) の点となる。

【００３１】ここで、着目点に入ってきた方向の番号（入口番号）より大き
い方向（ただし、(7)の次は(0) ）の点を順に検査し、
０（バックグラウンド）以外ならそこへ移動する。移動した点を着目点とし、移動した方向から入口番号
を求める。例えば、(1) へ移動した場合は入口番号は
（5)となる。上記処理を開始点（着目点Ｘの境界追跡開始時点におけ
る入口番号（ここでは(4) ）で示される点）に戻るまで
繰り返す。

【００３２】さて、上記説明したように、ラベリング処
理により複数個の被検物体５が抽出される。なお、前述
したように、ラベリング中に欠陥部分は負数を番号付け
し、それ以外の部分は正数を番号付けしておく。

【００３３】次に、該算出された結果をＣモード画像と
は別の画面にグラフィック表示する。そのために、複数
の被検物体５の各々について、面積・重心位置・ｘ方向
に対する傾き角を算出する。これらの形状特徴を算出す
るために、ラベリングされた絶対値の等しい番号を１つ
の集合として、ラベルの数だけ以下の処理を行なう。

【００３４】面積計算: 全体の面積は絶対値の等しい
ラベルのドット数、欠陥部分の面積は負数のラベルのド
ット数として算出する。重心位置計算：ｘ方向、ｙ方向の最大値と最小値をそ
れぞれｘ_max ，ｘ_min，ｙ_max ，ｙ_min とすると、重心
位置（ｘ_g ，ｙ_g ）は、対象が矩形またはそれに類する
ものと仮定すると

【００３５】

【数８】で算出される。角度計算：から計算できるｘ方向とｙ方向の長さが
違う場合は、モーメント特徴により角度を算出する。デ
ィジタル図形をｆ（ｘ，ｙ）、その重心座標を（ｘ_g ，
ｙ_g ）とすると（ｐ＋ｑ）次の重心回りのセントラルモ
ーメントは

【００３６】

【数９】となり、特に細長い図形に対しその主軸とｘ軸とのなす
角θは

【００３７】

【数１０】で算出される。一方、ｘ方向とｙ方向の長さがほぼ同じ
場合は、ｘ軸に一番近い点列を最小２乗法により直線近
似し、該直線の傾きの逆正接を計算する。近似する直線
の式をｆ（ｘ）＝ａｘ＋ｂとし、点列の数をｎ個とする
と最小２乗法の評価関数Ｊは

【００３８】

【数１１】となり、評価関数の最小値を得るため、Ｊの多項式の係
数による偏導関数を０にする。すなわち

【００３９】

【数１２】となり、この２式から直線の傾きａは

【００４０】

【数１３】となる。したがって、求める角度θは

【００４１】

【数１４】で算出される。

【００４２】図５は、上記算出された抽出図形の特徴か
らグラフィック表示した例を示している。ここで、求め
られた各々の重心座標と角度および予め設定されている
予測される被検物体５の大きさから、グラフィック画面
上に形状を表示している。同図において、ＤおよびＦは
欠陥の面積の比率が予め設定されている欠陥と判断する
スライスレベルを超えている例を示している。また、Ａ
は該スライスレベルを超えていないため欠陥と判断して
いない例を示している。

【００４３】図４のＫは、形状抽出された図形の面積が
予め設定されている予測される被検物体５の大きさの５
０％未満であるため、図５のグラフィック画面上には表
示されない。また、図４のＢおよびＣは被検物体５がＣ
モード画面上で重なっており分離できない例を示してい
る。この場合は、前記ラベリング処理において１つの集
合としてラベリングされるため、算出した図形の面積が
予め設定されている予測される被検物体５の大きさの１
５０％を超えており、図５では網掛けをして他の被検物
体５とは区別して表示している。

【００４４】上記説明した、グラフィック表示は一例で
あり、欠陥と判断した場合や複数の対象物体５を分離で
きなかった場合に、色を変えて表示したり大きさを変え
て表示しても良いことは言うまでもない。

【００４５】（第２の実施例）第１の実施例において
は、ＦＳｉｇが検出された場合を欠陥としていたが、欠
陥の判定についてはこれに限定しない。例えば、ＦＧａ
ｔｅを被検物体５の裏面からの信号を含むように設定す
ると、図２において（Ｂ）の位置に超音波トランスデュ
ーサ２がいる場合は、（Ｂ’）となり、ＦＳｉｇが検出
される。しかしながら、第１の実施例において説明した
ように、被検物体５の表面からＦＳｉｇを検出した部分
までの距離ｄが算出されているため、Ｃモード画像上に
該距離を表示し、かつ該距離が予め指定された範囲内の
場合のみ欠陥として判定すれば良い。また同様に、被検
物体内部にクラックや剥離等の欠陥によって空気層が存
在する場合は、ＦＳｉｇの位相が反転していることか
ら、Ｃモード画像上に該位相情報と強度情報を表示し、
該位相が反転しかつ強度が予め指定された範囲内の場合
のみを欠陥として判定しても良い。

【００４６】（第３の実施例）第１の実施例において
は、時間ゲート７に対しＳＧａｔｅとＦＧａｔｅの両方
の設定を行なっていたが、時間ゲートとピークホルダを
２つずつ並列に構成して、ＳＧａｔｅとＦＧａｔｅを独
立に設定し、ＳＳｉｇとＦＳｉｇを検知するようにして
も良い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被検物体からの超音波エコー信号を受信して映像化する
超音波映像装置において、Ｃモード画像から被検物体の
形状を抽出する手段と該抽出された被検物体の面積と該
抽出された被検物体内に含まれる欠陥の面積の割合を算
出する手段とを有し、該面積の割合から被検物体が欠陥
であるか否かを自動的に判断することができるため、超
音波非破壊検査工程において、定量的な検査が行なえる
といった効果がある。同様に、検査結果と被検物体の重
心座標や大きさ等のデータも定量的に収集されているた
め、例えば検査後に欠陥品のみをロボットハンドで抜き
取るためのデータを出力することができるので、超音波
非破壊検査工程の自動化が行なえるといった効果があ
る。

【００４８】また、被検物体の形状および位置情報と欠
陥であるか否かの情報をＣモードが像とは別の画面上に
グラフィック表示することにより、検査結果が視覚的・
直感的に分かり、検査後の欠陥品を人手によって抜き取
る場合でも、効率的に作業が行なえるといった効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る装置構成のブロック
図である。

【図２】図１の装置におけるＲＦ信号とＧａｔｅの関
係を示す説明図である。

【図３】図１の装置におけるＣモード画像の説明図で
ある。

【図４】図１の装置におけるＣモード画像の説明図で
ある。

【図５】図１の装置におけるグラフィック表示画面の
説明図である。

【符号の説明】

１：パルサーレシーバ、２：超音波トランスデューサ、
３：超音波ビーム、４：集束点、５：被検物体、６：ス
キャナ、７：ゲート回路、８：時間カウンタ、９：ピー
クホルダ、１０：システムコントローラ、１１：制御信
号、１２：表示装置、１３：プリンタ、１４：入力装
置、１５：欠陥。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波ビームを走査しつつ被検物体に照
射し、該被検物体からの超音波エコー信号を受信して映
像化しＣモード画像として表示する超音波映像装置を備
えた超音波検査装置において、前記Ｃモード画像上に被検物体の内部反射エコーの情報
を表示する手段と、該Ｃモード画像から被検物体の形状
を抽出する手段と、該抽出された被検物体の面積を算出
する手段と、該抽出された被検物体内に含まれる欠陥の
面積を算出する手段と、前記被検物体の面積に対する欠
陥面積の割合から、被検物体が欠陥であるか否かを自動
的に判断する手段とを有することを特徴とする超音波検
査装置。
【請求項２】前記内部反射エコーの情報が、前記被検
物体の表面に対する内部反射エコーが戻ってくるまでの
時間情報、すなわち被検物体の内部欠陥の深さ方向の位
置情報であることを特徴とする請求項１記載の超音波検
査装置。
【請求項３】前記内部欠陥の深さ方向の位置情報をそ
の深さに応じ輝度を変化させて前記超音波映像装置に表
示させることを特徴とする請求項２記載の超音波検査装
置。
【請求項４】バックグラウンドを灰色で、前記被検物
体の表面を白で、前記内部欠陥を深さにかかわらず黒で
表示することを特徴とする請求項３記載の超音波検査装
置。
【請求項５】前記内部反射エコーの情報が、該内部反
射エコーの強度および位相情報であることを特徴とする
請求項１記載の超音波検査装置。
【請求項６】前記欠陥の面積を算出する手段は、前記
内部反射エコーの強度が所定値より大きい点、および／
またはその位相情報が反転している点を前記被検物体内
部の欠陥を構成する点として前記欠陥の形状を抽出して
該欠陥の面積を算出することを特徴とする請求項５記載
の超音波検査装置。
【請求項７】前記被検物体の内部反射エコーの強度お
よび位相情報をその強度および位相に応じて輝度または
色調を変化させて前記超音波映像装置に表示させること
を特徴とする請求項５または６記載の超音波検査装置。
【請求項８】バックグラウンドを灰色で、前記被検物
体の表面を白で、前記内部欠陥を黒で表示することを特
徴とする請求項６記載の超音波検査装置。
【請求項９】Ｃモード画像から抽出した被検物体の形
状と位置情報をＣモード画像とは別の画面上にグラフィ
ック表示し、該被検物体が欠陥品であるか否かを判断し
た結果を前記グラフィック表示されている被検物体上に
重ねて表示することを特徴とする請求項１〜８のいずれ
かに記載の超音波検査装置。
【請求項１０】グラフィック表示する際に、Ｃモード
画像から抽出された被検物体の大きさが予め指定された
予測される被検物体の大きさの５０％未満の場合はノイ
ズとして除去し、Ｃモード画像から抽出された被検物体
の大きさが予め指定された予測される被検物体の大きさ
の１５０％より大きい場合は、複数の被検物体が分離で
きなかったものとして表示することを特徴とする請求項
９記載の超音波検査装置。