JPH06308102A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気泡の付着や疵のような表面の状態変化があ
っても欠陥波を採取できる超音波測定装置を提供するこ
とにある。 【構成】 測定周期に対応して得られるエコー受信信号
についてピーク値をホールドするピークホールド回路
と、このピークホールド回路でホールドしたピーク値を
減衰させて閾値を発生する閾値発生回路と、この閾値発
生回路の閾値を受けて前記エコー受信信号の次の測定周
期に得られるエコー受信信号の閾値としてこのエコー受
信信号を検出する検出回路とを備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波測定装置に関
し、詳しくは、表面の凹凸や気泡の付着などにより被検
体の表面状態が変化することでエコーレベルが低下して
も欠陥検出が可能であり、ＩＣ等の部品検査の際の欠陥
映像が採取し易い超音波映像検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波測定装置の１つである超音波探傷
装置は、エコー受信信号（又はビデオ信号あるいはＲＦ
信号）の任意の位置でゲートがかけられるようになって
いて、例えば、エコー受信信号の欠陥波にゲートをか
け、抽出したエコー受信信号についてそのピークレベル
等を得て、その値の大きさで欠陥の良否を判定してい
る。

【０００３】図４は、Ａスコープ像とそのゲートパルス
発生タイミングとの関係の説明図である。図４におい
て、２２は、水浸反射法で得られたＡスコープ像であっ
て、Ｔは送信波、Ｓは表面波（表面反射エコー）、Ｆは
欠陥波（欠陥エコー）、Ｂは底面波を示している。２３
は、周期的な測定に対応して発生する同期信号であり、
この信号の後縁（立上がり）でパルサを駆動し送信パル
スを超音波探触子（プローブ）に出力する。この送信パ
ルス信号は、エコー受信信号２２における送信波Ｔとな
って現れる。２４は、所定の設定された時間に対応する
パルス幅を持つ遅延トリガパルスであり、前記同期信号
２３の前縁（立下がり）を起点として発生する。

【０００４】２５は、表面波検出パルスであって、同期
信号２３の前縁でセットされるフリップフロップ出力と
エコー受信信号２２のコンパレータ出力と遅延トリガパ
ルス２４がなくなったときとの論理積出力として発生さ
せる。なお、コンパレータには、所定の閾値（スレッシ
ュホールド）が設定されている。そこで、表面波検出パ
ルス２５は、前記閾値を越えた時点で発生する。なお、
表面波Ｓを検出する場合、表面波Ｓに対応させてゲート
を発生させることも行われる。このゲートは、遅延トリ
ガパルス２４の後縁をトリガタイミングとする。２６
は、ゲート位置パルスであって、表面波検出パルス２５
を起点とし、設定された時間（遅延時間）に対応するパ
ルス幅を持つパルスとして発生する。２７は、ゲートパ
ルスで前記ゲート位置パルス２６の後縁（立下がり）を
起点に発生し、設定された時間に対応するパルス幅を持
つパルスである。このように、ゲートパルス２７は、同
期信号２３の発生に応じ、かつ表面波Ｓの発生タイミン
グに同期して、設定された時間に設定された幅で発生す
る。

【０００５】このような方式によるゲートパルスの発生
は、一般に表面波同期ゲートモードと呼ばれるものであ
って、表面波Ｓを基準にゲートをかけているので、プロ
ーブと被検体までの距離（水距離という）が変化しても
表面波Ｓからのゲート位置が変化しない特徴がある。な
お、遅延トリガパルス２４は、表面波Ｓを検出する手段
として用いるパルスであって、このパルスがＬＯＷレベ
ル（以下“Ｌ”）の期間は、表面波Ｓが検出されない。
これによりパルス発生期間の間のノイズが除去される。

【０００６】一方、ゲートをかける方式には主同期ゲー
トモードと呼ばれるもう一つの方式があって、これは、
同期信号２３を基準としてゲートパルスを発生する方法
である。すなわち、ゲート位置パルス２６は、同期信号
２３の前縁を起点として発生し、ゲートパルス２７は、
前述と同様にこのゲート位置パルス２６の後縁を起点と
して発生する。なお、いずれの場合も同期信号２３の前
縁を起点としているが、起点は、同期信号２３の後縁を
起点としてもよく、後述する実施例のように、送信波Ｔ
に対応して同期信号を発生させてこれを起点としてもよ
い。

【０００７】超音波測定装置では、以上のような２つの
ゲートモードが選択できるようになっているものがあ
る。そして、ゲートパルス２７において、所定の閾値が
設定され、これを越えたものが欠陥波Ｆとして抽出され
る。

【０００８】超音波映像検査装置にあっては、通常、焦
点型のプローブが用いられ、部品等の被検体の検査面に
焦点合わせをしてＢ，Ｃスコープ像等が採取される。こ
の場合に焦点に対応した位置にゲートが設定されるが、
先の表面波同期ゲートモードが採用される。その理由
は、部品等の被検体では、検査面が表面を基準にし、表
面から一定の深さ位置にある場合が多いからである。ま
た、被検査物品が傾いて検査台に載置される場合もある
からである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波測定
を行う場合には、水槽等に被検体が浸漬されることが多
い。特に、部品検査などの場合には、水槽に部品を浸漬
した際に部品が急激に水没されるので部品表面に気泡が
付着することが多々ある。また、表面に疵が付いている
ものもある。表面に気泡が付着したり、表面に部分的に
凹凸の疵があると、その部分で表面波のレベルが低下し
て表面波が採れず、ゲートが設定されなくなり、正確な
測定映像が得られない。このような欠点を回避するため
に表面波Ｓ検出のスレッシュホールドレベルを低下させ
ることが行われるが、これを低下させると、微少ノイズ
等で表面波検出パルス２５が発生し、ゲートパルス２７
の発生位置が不安定になり、S/N 比が悪化し、見にくい
映像になり、効率よい検査ができない。この発明の目的
は、このような従来技術の問題点を解決するものであっ
て、気泡の付着や疵のような表面の状態変化があっても
欠陥波を採取できる超音波測定装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の超音波測定装置は、測定周期に対応して得
られるエコー受信信号についてピーク値をホールドする
ピークホールド回路と、このピークホールド回路でホー
ルドしたピーク値を減衰させて閾値を発生する閾値発生
回路と、この閾値発生回路の閾値を受けて前記エコー受
信信号の次の測定周期に得られるエコー受信信号の閾値
としてこのエコー受信信号を検出する検出回路とを備え
るものである。

【００１１】

【作用】このように、エコー受信信号を検出する閾値を
１つ前のエコー受信信号のピーク値に応じてダイナミッ
クに変えることにより、被検体表面に付着した気泡など
によりエコー受信信号のレベルが一時的に低下したとき
にも、低下した測定周期のエコー受信信号のレベルに応
じて次の測定周期における閾値が決定されるので、表面
の状態に応じて一時的に閾値が低下し、低下したレベル
で表面波や欠陥波を検出することができる。しかも、気
泡等の表面状態を抜けたときには、エコー受信信号のレ
ベルも回復するので、再び正常な閾値に戻る。

【００１２】

【実施例】図１は、この発明の超音波測定装置を適用し
た超音波測定装置のブロック図、図２は、そのゲートパ
ルス発生回路の説明図、図３は、ゲートパルス発生回路
における表面波Ｓのレベルに応じた検出閾値の設定の説
明図である。図１において、３０は、超音波測定装置で
あり、プローブ４が接続された超音波探傷部６を有して
いる。プローブ４は、走査機構であるＸＹＺ移動機構５
に取付けられていて、プローブ４がＸＹ方向に移動して
プローブ４によりＸＹ方向に被検査物品１が走査され
る。また、Ｚ方向にプローブ４を移動させることで被検
査物品１に対するプローブ４の高さの設定が可能であ
り、これによりプローブ４の焦点合わせが行われる。な
お、被検査物品１は、欠陥検査の際には、通常、水槽２
の底部あるいは台座の上に置かれ、プローブ４とともに
水３に浸された状態にある。

【００１３】超音波探傷部６は、プローブ４に送信パル
ス信号を送出し、これからエコー受信信号を受ける、い
わゆるパルサ・レシーバを内蔵する送受信回路６ａと、
ゲート回路６ｂ、欠陥波を抽出するゲート回路６ｂ、こ
のゲート回路に対してゲートパルスを送出するゲートパ
ルス発生回路６ｃ、そして、必要に応じてオシロスコー
プ等を備える。これは、エコー受信信号を増幅又は減衰
して設定されたゲート範囲でエコー受信信号波形を抽出
した受信波形をピーク検出回路７へと送出する。ピーク
検出回路７は、抽出されたエコー受信信号波形のピーク
値を検出する。そして、そのピークレベルに応じたアナ
ログ電圧値を発生してＡ／Ｄ変換回路８に送出し、Ａ／
Ｄ変換回路８によりそれをＡ／Ｄ変換してデジタル化し
て測定データ処理装置１３に送出する。

【００１４】測定データ処理装置１３は、システム制御
装置９、表示装置１０、入力装置１１等で構成され、シ
ステム制御装置９の内部には、マイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）とメモリ、インタフェース、画像メモリ等が内蔵
されている。システム制御装置９は、入力装置１１の操
作に応じて駆動制御回路１２を介してＸＹＺ移動機構５
を制御し、被検査物品１の走査を行い、超音波探傷部６
に制御信号を送出して、レシーバのゲイン設定やゲート
位置やゲート幅等の設定をする。

【００１５】また、システム制御装置９は、Ａ／Ｄ変換
回路８からピーク値のデータを受けて、内部のメモリに
そのデータを一旦記憶し、このデータに対してメモリに
格納された種々の処理プログラムに従って測定画像の表
示データを生成して画像メモリに記憶し、画像メモリの
表示データを表示装置１０に転送して測定結果の映像を
表示装置１０に表示する処理をする。

【００１６】ゲートパルス発生回路６ｃは、図２に示す
ように、内部に第１，第２ののゲートパルス発生回路１
４ａ，１４ｂと、コンパレータ１５、ゲート回路１６、
ピークホールド回路１７、コンパレータ１８、閾値発生
回路１９、時間幅可変パルス発生回路２０、そして放電
パルス発生回路２１等で構成される。閾値発生回路１９
は、サンプルホールド回路１９ａとレベル設定回路１９
b とで構成される。

【００１７】ゲートパルス発生回路６ｃの端子ａは、送
受信回路６ａからエコー受信信号を受ける端子であり、
ｂは、システム制御装置９からゲートパルスの発生につ
いてのタイミング制御信号を受ける端子であり、端子ｃ
は、ゲート回路６ｂにゲートパルスを送出する端子であ
る。

【００１８】制御端子ｂに入力されたシステム制御装置
９からの制御信号により、ゲートパルス発生回路１４ａ
が起動される。ゲートパルス発生回路１４ａより出され
るゲート信号によって、送受信回路６ａからのエコー受
信信号の入力信号は、ゲート回路１６によりゲート信号
のある期間だけの信号のみが抽出されて出力される。そ
の信号はピークホールド回路１７に送られ、ピークホー
ルド回路１７で検波されて入力信号のピーク値がホール
ドされる。

【００１９】ここで、ゲートパルス発生回路１４ａは、
送信パルス信号（その波形Ｔ）あるいは表面波Ｓ等の基
準となる超音波発生の基準点よりゲート期間を作るため
に、外部からの同期信号あるいは特定の受信信号を検出
して、その内部に設けられたカウンタにより所定のタイ
ミングまでカウントして所定のゲート幅のゲート信号を
発生させ、これをゲート回路１６に加える。ゲート回路
１６は、ゲートパルスがある期間動作してエコー受信信
号を抽出する。なお、ゲートパルス発生回路１４ａは、
主同期ゲートモードのときには、送信パルス信号に同期
するシステム制御装置９からの制御信号によりカウント
を開始するが、表面波同期ゲートモードのときには、所
定の閾値を持つコンパレータ１５により表面波が検出さ
れてこれによりカウントを開始する。ここでは、説明を
簡単にするために、表面波Ｓの検出について検出閾値を
ダイナミックに変化させる場合について説明するが、欠
陥波Ｆの検出についても同様に閾値のダイナミックな変
更が可能である。

【００２０】そこで、コンパレータ１５は動作しないも
のとして、主同期ゲートモードで表面波Ｓを検出するタ
イミングでゲートパルスを発生する。ゲート回路１６に
より抽出された入力信号（＝表面波Ｓ）は、このとき、
コンパレータ１８にも加えられる。コンパレータ１８の
もう一方の比較電圧入力側は、可変抵抗器からなるレベ
ル設定回路１９ｂにより設定された電圧が加えられてい
る。この電圧レベルが図３の（ａ）に示す閾値ＶTHであ
る。そして、このレベル設定回路１９ｂの電圧は、サン
プルホールド回路１９ａの出力電圧Ｖ₀ により生成され
る。すなわち、閾値ＶTHは、出力電圧Ｖ₀ を可変抵抗器
で分圧することで発生する。

【００２１】したがって、コンパレータ１８の出力は、
ゲートが開いている間の入力信号（図３の（ａ）に示す
表面波Ｓ）が閾値ＶTHを越えたところで検出信号Ｐ（図
３の（ｄ）参照）として得られる。この検出信号Ｐは、
図４の表面波検出パルス２５に対応するものであり、第
２のゲートパルス発生回路１４ｂに加えられ、そのトリ
ガ信号となる。さらに、この検出信号Ｐは、出力信号の
パルス幅が設定できる時間幅可変パルス発生回路２０に
も加えられる。そして、時間幅可変パルス発生回路２０
が検出信号Ｐの発生タイミングでサンプルホールド信号
Ｈ（図３の（ｃ）参照）を発生する。このサンプルホー
ルド信号Ｈは、所望のサンプルホールドのタイミング位
置にまでサンプルホールド信号が発生するようにその発
生パルスのパルス幅がその制御端子２０ａに外部から加
えられる制御信号により設定でき、調整可能である。こ
の制御信号は、システム制御装置９から、あるいはマニ
ュアル操作による。この時間幅可変パルス発生回路２０
は、単安定マルチバイブレータ等によって簡単に作るこ
とができる。

【００２２】その結果、表面波Ｓのピーク値ＶP は、図
３の（ａ）に示すように、本来のピーク値に対して、ほ
とんど低下していない電圧値Ｖ₀ の位置で検出でき、時
間幅可変パルス発生回路２０のパルス幅を調節すること
で、その位置をさらに調整できる。しかも、この場合の
ピーク値Ｖp は、ゲート期間内に設定でき、ゲート期間
の入力信号のピークが入ってきた付近のピークホールド
値が得られる。

【００２３】このサンプルホールドされた電圧値Ｖ₀
は、次の測定周期で得られる閾値ＶTHを決定する。した
がって、表面波Ｓが低下した場合には、それに応じた電
圧値Ｖ₀ が検出され、このとき閾値ＶTHは、表面波Ｓの
低下したピーク値に応じて発生する。

【００２４】なお、送信パルス送信周期毎にエコー受信
信号のピーク電圧値を検出するために、サンプルホール
ド後に、ピークホールド回路１７ののピーク値保持コン
デンサに蓄えられている電荷を放電させ、次の周期のピ
ーク値電圧を初期値からピークホールドする。そのため
に、時間幅可変パルス発生回路２０の出力であるサンプ
ルホールド信号を放電パルス発生回路２１に加えてその
後縁をトリガとして放電パルス発生回路２１で生成した
パルスをピークホールド回路１７に加えてそのピーク値
保持コンデンサに蓄えられている電荷を放電させる。

【００２５】このように、ピークホールド回路１７でホ
ールドされた１つ前の測定周期の表面波Ｓのピーク値を
得て、次の表面波Ｓの検出の閾値ＶTHを設定し、それぞ
れの入力信号がＶTHを越えた時点で、検出信号Ｐとサン
プルホールド信号を発生させるので、ゲートパルス発生
回路１４ｂのゲートトリガ信号である検出信号Ｐは、表
面波Ｓのレベルが低下してもそれに追従して発生する。
同様に、サンプルホールド信号によりサンプルホールド
されるピーク値も追従する。ゲートパルス発生回路１４
ｂのゲートパルスは、ゲートパルス発生回路１４ａと同
様にその内部に設けられたカウンタにより所定のタイミ
ング（このタイミングは図４のゲート位置パルス２６の
タイミングに対応する）までカウントしてゲート回路６
ｂに対して所定のゲート幅のゲート信号を発生する。こ
れは、図４のゲートパルス２７に対応するパルスであ
る。

【００２６】なお、この閾値ＶTHのレベルは、外部から
の調整によりレベル設定回路１９ｂによりピークレベル
を検出したいレベルまで設定することができる。通常
は、ピークレベルの１／２程度に設定する。また、時間
幅可変パルス発生回路２０の時間値を調整することによ
り、よりピークに近いところにサンプルホールド信号の
パルス幅を調節してピークに近いところでピーク値を検
出することができる。

【００２７】以上説明してきたが、実施例では、表面波
Ｓについて閾値の調整をしているが、ゲートパルス発生
回路１４ａのゲートパルス発生位置を欠陥波Ｆの位置に
対応させることにより欠陥波Ｆもそのエコー受信信号の
レベルに応じた検出が可能である。また、実施例では、
エコー受信信号のピーク値を検出しているが、ゲート回
路６ｂで抽出されたエコー受信信号をそのままＡ／Ｄ変
換して測定データ処理装置１３へ送出し、測定データ処
理装置１３の内部でピーク値を検出してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明にあっては、エコー受信信号を検出する閾値を１つ
前のエコー受信信号のピーク値に応じてダイナミックに
変えることにより、被検体表面に付着した気泡などによ
りエコー受信信号のレベルが一時的に低下したときに
も、低下した測定周期のエコー受信信号のレベルに応じ
て次の測定周期における閾値が決定されるので、表面の
状態に応じて一時的に閾値が低下し、低下したレベルで
表面波や欠陥波を検出することができる。しかも、気泡
等の表面状態を抜けたときには、エコー受信信号のレベ
ルも回復するので、再び正常な閾値に戻る。

【００２９】その結果、超音波映像検査装置等では、閾
値の設定レベルを下げたときのように測定映像が全体的
にノイズに影響されるようなこともなく、また、測定一
般においても、被検体表面に付着した気泡などによりエ
コー受信信号のレベルが低下してゲートが発生しないた
めに欠陥が検出できない状態から、その部分でも欠陥が
検出できる状態になるので、気泡などが付着しない前後
の表面状態で検出した測定データとの関係で、より正確
な測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、この発明の超音波測定装置を適用し
た超音波測定装置のブロック図である。

【図２】 図２は、そのゲートパルス発生回路の説明図
である。

【図３】 図３は、ゲートパルス発生回路における表面
波Ｓのレベルに応じた検出閾値の設定の説明図である。

【図４】 図４は、Ａスコープ像とそのゲートパルス発
生タイミングとの一般的な関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１…被検査物品、２…水槽、４…焦点型超音波探触子
（プローブ）、５…ＸＹＺ移動機構、６…超音波探傷
部、６ａ…送受信回路、６ｂ…ゲート回路、６ｃ…ゲー
ト回路、７…ピーク検出回路、８…Ａ／Ｄ変換回路、９
…システム制御装置、１０…表示装置、１１…入力装
置、１２…駆動制御回路、１３…測定データ処理装置、
１４ａ，１４ｂ…ゲートパルス発生回路、１５…コンパ
レータ、１６…ゲート回路１６、１７…ピークホールド
回路、１８…コンパレータ、１９…閾値発生回路、２０
…時間幅可変パルス発生回路、２１…放電パルス発生回
路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の測定周期で被検体に送信波を加えて
   前記被検体からエコー受信信号を得てそのピーク値を測
   定値として得る超音波測定装置において、前記測定周期
   に対応して得られるエコー受信信号についてピーク値を
   ホールドするピークホールド回路と、このピークホール
   ド回路でホールドしたピーク値を減衰させて閾値を発生
   する閾値発生回路と、この閾値発生回路の前記閾値を受
   けて前記エコー受信信号の次の測定周期に得られるエコ
   ー受信信号の閾値としてこのエコー受信信号を検出する
   検出回路とを備える超音波測定装置。
2. 【請求項２】前記エコー受信信号は、表面波であり、検
   出回路は表面波検出回路である請求項１記載の超音波測
   定装置。
3. 【請求項３】前記エコー受信信号は、欠陥波であり、検
   出回路は欠陥波を検出する検出回路である請求項１記載
   の超音波測定装置。