JPS63177056A - 超音波検査方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液浸させた被検体をそのＣスコープ像をモニ
タリングして自動検査する超音波検査方法およびその装
置に係わり、特に高速にＣスコープ像を得るのに好適な
ものである。

〔従来の技術〕

従来の液に浸漬させた被検体の一般的な超音波検査方法
およびその装置を第７図および第８図により説明する。

第７図は検査方法の説明図で、第７図（、）は平面図、
第７図（ｂ）は第７図（ａ）の側断面図、第８図は装置
のブロック図である。１は水２を満たした水槽、３は水
槽１内の底に置かれている薄い平板材の被検体、４は水
２に浸漬され図示しないスキャナーにより被検体３に対
向して移動可能に保持されている探触子である。５は探
触子４に超音波パルスを発信させるパルサー、６は゛被
検体３からの反射波を探触子４を介して受信し増幅する
増幅器、７は増幅器６で増幅された反射波のピーク値を
検波し、その値に比例するＤＣ電圧を出力するピーク検
出器である。８はピーク検出器７の出力値を演算処理す
る演算処理部で、該演算処理部８には、ピーク検出器７
の出力値をディジタル量に変換するＡＤ変換器８ａ、Ａ
Ｄ変換器８ａの出力値がインターフェイス８ｂを介して
入力される画像メモリ８ｃ、画像メモリ８ｃの内容をＣ
スコープ表示してモニタリングするモニタ装置８ｄ、走
査範囲の設定や走査の開始、停止等の各種操作指令を入
力するキー・ボード８ｅ、および　−超音波検査装置全
体の制御および監視を行うマイクロ・プロセッサ８ｆを
含む、９は保持した探触子４を被検体３上を移動させる
スキャナー上に設置された駆動装置で、Ｘ方向の移動が
モータ９ａＸとエンコーダ９ｂｘで、Ｙ方向の移動がモ
ータ９ａＹとエンコーダ９ｂＹで行われる。

被検体３に対し走査領域を決め、まずその走査始点Ｓ　
（Ｘｏ＝　Ｙｏ）に探触子４をキー・ボード８ｅを操作
してスキャナーにより移動させる。この場合Ｘ方向のサ
ンプリングピッチＸｐおよびＹ方向のサンプリングピッ
チＹＰが任意に決められる所定のピッチに設定されてお
り、Ｘ方向はモータ９ａＸとエンコーダ９ｂｘで各サン
プリングピッチＸＰを検知しながら移動させ、Ｙ方向は
モータ９ａＹとエンコーダ９ｂＹで同様にして移動させ
てコの字状に順次全点を１点づつデータサンプリングす
る。データは走査中逐次増幅器６で増幅されたのちピー
ク検出器７を介して演算処理部８に送られ、モニタ装置
８ｄにＣスコープ表示されモニタリングされる。

前記従来の検査方法および装置により、例えば走査領域
がｌＯ■×５■で、サンプリングピッチＸＰ＋ＹＰをと
もに４０μｌとし全サンプリング数が２５０ｘ１２５＝
３１２５０の場合について検査すると、所要検査時間は
少なくとも１分ないし数十秒を要し。

この長い所要時間は電子部品などの多数の被検体を連続
して検査するインライン検査においては、作業効率低下
の最大原因の１つとなっていた。この対策としてスキャ
ナーのモータ９ａＸ＋　９ａＹの回転速度を上げ探触子
４の走査速度を速くすればよいが、速くしすぎると水槽
１内の水２が大きく波立ち、探触子４が揺れて安定した
Ｃスコープ像が得られなくなる。このため走査速度の限
界は探触子４が揺れない程度に制限され、結果的に前記
検査時間を短縮することができない問題点を有していた
。

〔発明が解決しようとする問題点） 前記の如〈従来の検査方法および装置においては、走査
領域のＸ方向およびＹ方向にそれぞれサンプリングピッ
チＸＰ＋ＹＰを決め、そのサンプリングピッチＸＰ＊Ｙ
Ｐを検知しながら１点づつ順次データサンプリングして
いたから、検査時間を短縮するためには走査速度を速く
しなければならないが、走査速度は水槽内の水が大きく
波立たす探触子が揺動しない程度に制限されるからおの
ずから限界があり、１被検体に要する検査時間が長く（
例えば数十秒）、インライン検査における検査効率低下
の最大原因の１つとなっていた。

本発明は前記従来技術の問題点を解消するものであって
、被検体のＣスコープ表示が高速に得られ、１被検体に
要する検査時間を従来に比し数十分の１に短縮するとと
もに、分解能をも向上させることができる超音波検査方
法および装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、液浸させた被検体をそのＣスコープ像をモニ
タリングして自動検査する超音波検査方法および装置で
あって、アレイ形の探触子と、該探触子の長手方向を被
検体平面のＸ方向に沿わせ。

該Ｘ方向のほかＹ方向にも探触子を移動可能に保持した
スキャナーと、探触子に超音波を送受させその受信信号
を増幅する複数−のパルサーおよび増幅器と、探触子を
電子集束させ電子スイッチングにより順次励振させてサ
ンプリングする遅延時間制御回路および波形加算回路と
を有し、被検体のＸ方向の走査を前記電子集束させて電
子走査により行い、Ｙ方向の走査を、Ｙ方向のサンプリ
ングピッチを前記Ｘ方向の１ラインに要する電子走査時
間で除した速度で、前記スキャナーで探触子を移動させ
る機械走査により検査するようにしたことにより、被検
体のＣスコープ表示が高速で得られ、■被検体に要する
検査時間を従来に比し数十分の１に短縮するとともに、
分解能をも向上させることができるようにしたものであ
る。

〔作用〕

アレイ形の探触子を、液に浸漬させた被検体平面のＸ方
向に沿わせてスキャナーに保持させ、パルサーより超音
波パルスを印加すると、被検体からの反射波が探触子を
介して増幅器に受信され増幅されて波形加算回路に送ら
れ１つの波形加算された信号になる。この信号は前記パ
ルサーより超音波を印加する場合および波形加算時に、
遅延時間制御回路により探触子を電子集束させ電子スイ
ッチングにより順次励振したもので、ピーク検出器に送
られ該ピーク検出器においてゲート内の正・負の最大値
に比例したＤＣ電圧として出力される。

このアナログ値はＡＤ変換器でディジタル化されインタ
ーフェイスを介して画像メモリに送られる。

画像メモリには上記電子走査によるＸ方向の１ラインの
サンプリングデータが高速に入力され、その内容がモニ
タ装置にＣスコープ表示される。一方、Ｙ方向の走査は
スキャナーにおけるモータを回動させ探触子をＹ方向に
移動して行う機械走査により行われるが、その際Ｙ方向
のサンプリングピッチＹＰごとにその位置をエンコーダ
で検知し、その検知した位置ごとに前記Ｘ方向の電子走
査が行われ、順次ＸおよびＹ方向の全点がサンプリング
される。そしてＹ方向の走査は、Ｘ方向の１ラインに要
する電子走査時間にＹ方向の１サンプリングピッチだけ
移動する速度、つまりＹ方向のサンプリングピッチＹ、
をＸ方向の１ラインに要する電子走査時間で除した速度
で行われ、全点がノンストップで走査されることになる
。またＸ方向とＹ方向のサンプリングピッチＸＰ＋ＹＰ
が異なりＸｐ＞Ｙｐの場合は、ｙ　ｐ＝−１１（ｎは整
数）としＹ方向の機械走査をｎ回、つまりＴ往復させ、
往復の折り返しの都度、スキャナーにより−１５だけＸ
方向に移動させ、Ｘ、Ｙ両方向ともｋのサンプリングピ
ッチで全点がサンプリングされる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図ないし第６図を参照して説明す
る。第１図は走査方法の説明図で、第１図（ａ）は平面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の側断面図、第２図は
被検体のサンプリングピッチの説明図、第３図はスキャ
ナーの一例を示す斜視図、第４図は装置のブロック図、
第５図は電子走査方法の説明図、第６図はＸ方向とＹ方
向のサンプリングピッチが異なる場合の走査方法説明図
である。

図において第７図および第８図と同一符号のものは同じ
ものを示す。ｌＯはアレイ形の探触子で、複数の圧電形
の振動子１０ａが断面がほぼ矩形状の細長いケースｌＯ
ｂ内に隣接させて並設されている。

隣接する振動子１０ａ間のピッチＡ、は、実用に供され
ているものでほぼ０．２ｍ■〜１．５ｍ−で、その範囲
内において、通常、探触子ｌＯの長手方向が沿わせられ
る被検体３のＸ方向のサンプリングピッチＸｐに等しく
される。被検体３のＹ方向のサンプリングピッチＹｐは
通常ｙｐ≦Ｘｐで、Ｙｐ＜Ｘｐの場合にはＹＰ＝Ｘ−Ｌ
（ｎは整数）になっている、第２図において被検体３は
Ｘ方向をｘｏからＸ、まで、Ｙ方向をＹよからＹｎまで
に区画されｍＸｎ個のサンプル数を有する０図中・印は
サンプリングポイントである。第３図において１１はス
キャナーで、探触子ｌＯを水槽１の底に置かれた被検体
３に対向させて保持したホルダー１１ａ、ホルダー１１
ａを被検体３のＸ方向（探触子１０の長手方向）に移動
可能に支持したビームｌｌｂ、ビームｌｌｂをホルダー
１１ａとともに被検体３のＹ方向に移動可能にその両端
部を支持したフレームｌｌｃを有する。　１２はスキャ
ナ一台である。第４図において１３はパルサーで、前記
第８図に示すパルサー５と同機能のものが探触子ｌＯの
振動子１０ａの数に対応して複数設けられている。１４
は増幅器でパルサー１３と同様に振動子１０ａの数に対
応して複数設けられており、被検体３からの反射波信号
を増幅して波形加算回路１６に送る。１５は遅延時間制
御回路で、パルサー１３からの超音波パルス発信時およ
び波形加算回路１Ｇにおける波形加算時に、超音波パル
スを電子集束させる遅延時間を制御する。波形加算回路
１６で波形加算されて１つになった波形信号はピーク検
出器７に送られ、その出力値は演算処理部８で前記第８
図におけると同様に処理されＣスコープ表示される。

被検体３に対する走査は、まずスキャナー１１を操作し
て探触子ｌＯを水槽１の底に置かれた被検体３平而のＸ
方向に沿わせる。ついで、パルサー１３より、遅延時間
制御回路１５により制御された遅延時間により電子集束
させ、電子スイッチングにより、順次励振させる。第５
図はその方法の説明図で、ピッチＡＰで＆１から順に並
設された振動子１０ａのうち、まずＨａ　ｌから＆ｍま
でのｍ個の振動子１０ａに遅延時間を与えて超音波パル
スが見掛け−Ｆ集束するようにし、つづいてＮａ２から
＆ｍ＋１までのｍ個の振動子１０ａに遅延時間を与えて
同様に集束するようにし、順次最後の振動子１０ａまで
シフトしていく、そして図のＸＰが集束位置間の距離す
なわちＸ方向のサンプリングピッチであり。

この場合振動子１０ａ間のピッチＡＰに等しい。このピ
ッチＸ、は送信と受信の開口を変えるなどしてピッチＡ
、の１／２，１／４に小さくされる場合もあるが、現在
実用化されているピッチＡＰはほぼ前記０．２ｆｆｌＩ
ｌｌ〜１．５ｍｍで、サンプリングピッチＸｐもこの範
囲で決められる。被検体３からの反射波は探触子１０を
介して増幅器１４に受信され、増幅されて波形加算回路
１６に送られるが、この場合にも前記の如く遅延時間制
御回路１５により遅延制御される。

波形加算回路１６の出力信号はピーク検出器７に送られ
、設定されたゲート内の正・負の最大値に比例したＤＣ
電圧として出力され、ＡＤ変換器８ａでディジタル化さ
れたのちインターフェイス８ｂを介して画像メモリ８ｃ
に送られる。上記の電子走査によるＸ方向の１ラインの
サンプリングデータが画像メモリ８ｃに入力されるまで
の時間は。

水距離、被検体３の材質および寸法、振動子１０ａの数
等により異なるもののｍ５ｅｃ単位で行われ、モニタ装
置８ｄに高速でＣスコープ表示される。

Ｘ方向の１ラインの電子走査が終るとスキャナー１１を
操作して行うＹ方向の機械走査に移るが、Ｙ方向のサン
プリングピッチｙｐとＸ方向のサンプリングピッチＸｐ
が同じ場合と異なる場合とがあり、それにより走査方法
が多少異なる。まずＹ、＝Ｘｐの場合におけるＹ方向の
走査は、エンコーダ９ｂアでサンプリングピッチＹ、の
位置を検知するまでモータ９ａＹで探触子１０を移動さ
せる。この場合の移動速度は、Ｘ方向の１ラインに要す
る電子走査時間にＹ方向の１サンプリングピッチ’ｌ　
ｐだけ移動する速度、つまり に設定されており、この速度で順次サンプリングピッチ
ＹＰごとにＸ方向の電子走査が行われ、この速度でＹ方
向を走査することによりノンストップでＸ、Ｙの全点を
サンプリングすることができる。具体例として前記従来
技術における１０■ｍＸ５ＩＩＩＩＩの被検体のサンプ
リング数３１２５０の場合についてみると、サンプリン
グピッチＹＰの数が１２５であるからＸ方向の１ライン
の電子走査時間を５■ｓｅｃとすると、約０．６３秒で
全点をサンプリングすることができる。

前記ＹＰ＝ＸＰの場合はＸ、Ｙ両方向の画像処理の速度
および段階が同じで映像化しやすく、１回のみのＹ方向
走査で足り検査時間が短縮されるが、さらに分解能を向
上させてモニタリングする場合には、Ｙ方向のサンプリ
ングピッチＹＰをＸ方向のサンプリングピッチＸＰに比
べて小さくしたｙｐ＜　Ｘ　ｐとしてＹ方向走査が行わ
れる。サンプリングピッチＹＰを小さくすることは、モ
ータ９ａＹによる移動精度が通常ｐｍＭＬ位で、駆動構
造によってはサブμ一単位まで実用化されていることか
ら容易に小さくすることが可能である。しかしＸ方向の
サンプリングピッチＸＰは前記の如く最小でもほぼ０．
２ｌ膳しか得られず、Ｙｐ＝Ｘｐで走査するとＸ方向の
サンプリングピッチＸｐにもとすく分解能しか得られず
、またＹｐ＜Ｘｐのまま走査すると、サンプリングピッ
チ差によりＸ、Ｙ両方向の映像処理が異なり分解能も違
うためサンプリングピッチｙｐを小さくした効果が得ら
れなくなる。

このためＹ　ｐ　＜　Ｘ　ｐの場合には、ＹＰ＝Ｘ−Ｌ
（ｎは整数）とし、Ｙ方向のスキャナー１１による前記
機械走査をｎ回、つまりＴ往復させ、往復の折り返しの
都度、スキャナー１１によりｈだけＸ方向に移動させる
ようにする。そしてこの場合のＹ方向の機械走査速度を
前記ＹＰ＝ＸＰの場合と同一にしてノンストップ走査し
、Ｘ、Ｙ両方向ともＮ１のサンプリングピッチで全点を
サンプリングする。

第６図はその具体例の説明図で、ｙ、＝Ｆ（ｎ＝２）の
場合を示したものである。Ｙ方向のサンプリングポイン
１〜は第６図（ａ）に示すようにｈｌから順にＮａ１ｌ
までの１１点であるのに対し、Ｘ方向はＹ方向の奇数＃
号に相当するｋｌからＮａ１ｌまでの６点になる。この
Ｘ方向の６点の走査を前記電子走査により行い、電子走
査が終ると前記Ｙ方向の機械走査速度でＹ方向にサンプ
リングピッチｙｐずつ走査し順にＮα１１まで行う、Ｙ
方向のＮａ１ｌにおける電子走査が終ると第６図（ｂ）
に示すように、ｙｐつまりｈだけＸ方向にスキャナー１
１により探触子ＩＯを移動させ、−Ｙ方向へ前記Ｙ方向
への機械走査と同じ速度で走査する。この場合Ｘ方向の
サンプリングポイントはＹ方向の偶数番号に相当するＨ
ａ　２からＮＣｈｌｏまでの５点で、前記奇数番号の６
点と合わせて１１点となりＹ方向と同ピツチで同じ点数
がサンプリングされることになる。なお図中右端のライ
ンはサンプリングの対象外であるため走査しても画像メ
モリ８ｃには入力されない。

このように電子走査するＸ方向のサンプリングピッチＸ
、がＹＰの２倍と大きくても、Ｙ方向の機械走査を前記
速度で往復させることによりサンプリングピッチＹ、に
等しいピッチでＸ方向を電子走査することになる・、Ｙ
方向の機械走査を往復させる方法は、往復させる分だけ
走査時間がかかるものの、ｎが大きく往復回数が多いほ
どＣスコープ表示の分解能が向上することになる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明に係わる超音波検査方法および
その装置は、アレイ形の探触子を使用し。

被検体のＸ方向の走査を電子走査により行い、Ｙ方向の
走査を、Ｙ方向のサンプリングピッチをＸ方向の１ライ
ンに要する電子走査時間で除した速度により、探触子を
スキャナーで移動させる機械走査により行うようにした
から、被検体のＣスコープ表示が高速で得られ、１被検
体に要する検査時間を従来に比し数十分の１に短縮する
とともに。

分解能をも向上させることができる実用上顕著な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる走査方法の説明図で。 第１図（ａ）はその平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ
）の側断面図、第２図は被検体のサンプリングピッチの
説明図、第３図はスキャナーの一例を示す斜視図、第４
図は検査装置の一例を示すブロック図、第５図は電子走
査方法の説明図、第６図はＸ方向とＹ方向のサンプリン
グピッチが異なる場合の走査方法説明図である。 第７図は従来の検査方法の説明図、第８図は従来の検査
装置の一例を示すブロック図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液に浸漬させた被検体を、該被検体平面に対向させ
   てスキャナーに保持された探触子により、ＸおよびＹ方
   向に各所定のサンプリングピッチで自動走査してデータ
   サンプリングし、ピーク検出器に送られた波形信号を演
   算処理したＣスコープ表示により検査する超音波検査方
   法において、ケース内に複数の圧電形の振動子を隣接さ
   せて並設したアレイ形の探触子の長手方向を前記Ｘ方向
   に沿わせ、被検体のＸ方向の走査を、前記アレイ形の探
   触子を電子スイッチングにより順次励振して被検体に超
   音波を送受信する電子走査により行い、一方、被検体の
   Ｙ方向の走査を、Ｙ方向のサンプリングピッチを前記Ｘ
   方向の１ラインに要する電子走査時間で除した速度で、
   探触子をスキャナーで移動させる機械走査により行うこ
   とを特徴とする超音波検査方法。 ２、前記ＸおよびＹ方向の走査が、被検体のＸ方向に対
   するサンプリングピッチを基準にしてＹ方向のサンプリ
   ングピッチをＸ方向のサンプリングピッチの１／ｎ（整
   数）とし、探触子をＹ方向にスキャナーによりｎ／２往
   復させ、その往復の折り返しの都度、スキャナーにより
   前記Ｙ方向の１サンプリングピッチだけＸ方向に移動さ
   せて行われる特許請求の範囲第１項記載の超音波検査方
   法。 ３、液に浸漬させた被検体の平面に、探触子をそのＸ方
   向およびＹ方向にそれぞれ一定の速度で各所定のサンプ
   リングピッチで移動可能に、かつ被検体に対向させて保
   持したスキャナーと、サンプリングされた波形信号のピ
   ーク値に比例してＤＣ電圧を出力するピーク検出器と、
   ピーク検出器の出力値を演算処理しＣスコープ表示させ
   る演算処理部とを備えた超音波検査装置において、ケー
   ス内に複数の圧電形の振動子を隣接させて並設したアレ
   イ形の探触子と、該探触子の長手方向を前記Ｘ方向に沿
   わせ、Ｙ方向のサンプリングピッチをＸ方向の１ライン
   に要するアレイ形の探触子による電子走査時間で除した
   速度で探触子をＹ方向に移動させるスキャナーと、前記
   アレイ形の探触子に、超音波を送受させその受信信号を
   増幅する複数のパルサーおよび増幅器を設けるとともに
   、探触子を電子スイッチングにより順次励振して電子集
   束させてサンプリングする遅延時間制御回路および波形
   加算回路を設けたことを特徴とする超音波検査装置。