JPH0843361A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】試料表面エコーと欠陥エコーとの干渉波から欠
陥エコーを簡単に抽出することができる超音波測定装置
を提供することにある。 【構成】信号絶縁伝送回路を設けて二次側の信号レベル
の基準を表面エコーのレベルに対応させ、表面エコーの
レベルをオフセットとみなして補正するようにしている
ので、例えば、正側のエコー受信信号を得る場合には、
表面エコーレベルが０Ｖ近くまで下げられて検出され
る。そこで、このレベルを基準として反射エコーのレベ
ル検出が可能になる。しかも、表面エコーの信号レベル
が排除され、小さくなるので、検出された反射エコーを
大きく増幅することが可能になり、欠陥信号がより正確
に分離できる。

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、バースト波（連続波）の超音波を送出し
て表面直下の映像を採取する超音波検査映像装置におい
て、表面エコーと欠陥エコーとを簡単に分離して検出す
ることができる超音波測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波測定装置の１つである超音波映像
検査装置は、被検体の内部をＢスコープ像やＣスコープ
像の映像として表示することが可能である。より鮮明な
映像を採取するために、この種の映像装置は、プローブ
の音響特性や媒体、被検体内部でのそのときの温度によ
る音速等の各種の測定条件を入力し、それに応じて被検
体内の所望の深さ位置にプローブの焦点を設定する。そ
のために焦点合わせ作業やゲート位置、ゲート幅の設定
が行われる。

【０００３】高分解能の超音波映像探査装置は、その分
解能が高くなればなるほど高価であり、また、その測定
操作には熟練を要する。これとは別に、高い周波数を使
用せずに分解能を上げる超音波映像検査装置がある。こ
れは、試料表面エコーと欠陥エコー（試料界面エコーを
含む、以下同じ）との干渉波を利用するものであるが、
この場合、測定に使用する超音波はパルス波ではなく、
バースト波になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＩＣ等の検査では、表
面下近傍の境界面（欠陥）を検査するものであるが、部
材の表面の直下にあるクラック等の映像を得る場合に
は、表面エコーのレベルが高く、クラックの位置が表面
に非常に近いためにクラックの反射エコーが表面エコー
に重畳されて、干渉波から反射エコーのレベルを検出す
ることが非常に難しくなる。また、バースト波による試
料表面エコーと欠陥エコーとの干渉波の抽出は、ゲート
位置を適正に設定して行われるが、バースト波による場
合にパルス波の場合異なり、連続波である関係からスタ
ート時点の波の状態を固定することが難しく、また、周
波数に応じて波の状態が変化するために適正なピークを
検出し難く、欠陥エコーの部分に対して適正にゲート位
置を設定し難い。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、試料表面エコーと
欠陥エコーとの干渉波から欠陥エコーを簡単に抽出する
ことができる超音波測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の超音波測定装置の特徴は、超音波探
触子と、この超音波探触子を駆動するバースト信号を発
生するバースト信号発生回路と、一次側と二次側とが絶
縁され一次側に超音波探触子からのエコー受信信号が加
えられ二次側からエコー受信信号を取り出す信号絶縁伝
送回路と、この信号絶縁伝送回路の二次側の信号の基準
レベルを制御信号に応じて設定する電圧発生回路と、信
号絶縁伝送回路の二次側の信号の検波信号に対してその
ピーク値を検出するピーク検出回路と、このピーク検出
回路により得られる表面エコーあるいは表面エコーと表
面直下の欠陥エコーとの干渉波のピーク値から表面エコ
ーのレベルに対応するような電圧値を得てこの電圧分だ
け相殺するような基準レベルを発生させる制御信号を前
記電圧発生回路に送出する制御回路とを備えるものであ
る。

【０００６】

【作用】このように、信号絶縁伝送回路を設けて二次側
の信号レベルの基準を表面エコーのレベルに対応させる
ことで、表面エコーのレベルをオフセットとみなして補
正する。これにより、例えば、正側のエコー受信信号を
得る場合には、表面エコーレベルが０Ｖ近くまで下げら
れて検出されるので、このレベルを基準として反射エコ
ーのレベル検出が可能になる。しかも、表面エコーの信
号レベルが排除され、小さくなるので、検出された反射
エコーを大きく増幅することが可能になり、欠陥信号が
より正確に分離できる。また、ゲート位置の設定は、表
面エコーと欠陥エコーとの干渉波を捉えればよいので、
干渉波から欠陥エコー部分のみを抽出するような設定は
不要になり、比較的粗くてよく、簡単に設定がでる。

【０００７】

【実施例】図１は、この発明の一実施例の超音波映像検
査装置のブロック図であり、図２は、その各部の信号波
形の説明図である。図１において、２０は、超音波映像
検査装置であって、１は、ＸＹＺ移動機構を有するその
走査機構である。焦点型のプローブ３は、この走査機構
１に取付られていて被検体１５をＹ方向に主走査をし、
Ｘ方向に副走査をする。

【０００８】超音波映像検査装置２０は、このＸＹ走査
によりそれぞれの測定点でＡスコープ像が得られる測定
値を得て、これに基づいてＢスコープ像の表示データや
Ｃスコープ像の表示データを生成してＢスコープ像やＣ
スコープ像の画像を表示する。なお、この実施例におけ
る被検体１５は、例えば、表面直下にクラックなどが発
生する容器の底などである。

【０００９】走査機構１は、スキャン制御装置２により
制御され、スキャン制御装置２は、インタフェース８を
介して画像処理・制御装置１１により制御される。プロ
ーブ３は、超音波探傷器４に接続されている。超音波探
傷器４は、受信回路４０と、ゲート回路４１、エコー受
信信号をプローブ３から受ける高周波パルストランス
（パルストランス）４２、オフセット電圧発生回路４
３、ダイオード４４、高周波増幅器４５、検波回路４
６、そしてバースト波発信器４７とからなる。

【００１０】受信回路４０は、高周波増幅回路を内部に
有していて、プローブ３からのエコー受信信号を受けて
画像処理・制御装置１１からの制御信号に従った増幅率
で受信信号を増幅してＴ波（送信波の受信側での信号）
と表面エコー（Ｓエコー）、欠陥エコー（Ｆエコー）、
そして底面エコー（Ｂエコー）からなるＲＦ信号（図２
(a) 参照）を発生してゲート回路４１に送出する。ゲー
ト回路４１は、画像処理・制御装置１１からの制御信号
に従って増幅された前記のエコー受信信号に対して所定
の位置にゲート（図２(b) 参照）をかけて必要なエコー
部分として表面エコーと表面直下の欠陥エコーとの干渉
波部分（図２(c) 参照）を抽出してパルストランス４２
に加える。なお、ゲート位置とその幅とは、インタフェ
ース８を介して画像処理・制御装置１１から受けた設定
信号により決定される。パルストランス４２は、一次巻
き線に図２(c) の信号を受けて二次側巻き線からの出力
を高周波増幅器４５に加える。なお、一次巻き線の入力
側ではない端子４２ａは接地されている。

【００１１】オフセット電圧発生回路４３は、内部に接
地電位に接続されたスイッチ回路を有するプログラマブ
ル定電流源回路４３ａと抵抗Ｒとからなり、画像処理・
制御装置１１からの信号により前記スイッチ回路をＯＮ
させて出力側の抵抗Ｒの端子に“０”Ｖにし、あるいは
スイッチ回路がＯＦＦしているときに負の一定電圧を発
生する。そして、この電圧は、パルストランス４２の二
次側巻き線の出力側ではない端子４２ｂにオフセット電
圧として加えられる。高周波増幅器４５は、整流された
エコー受信信号（図２(d) 参照）を増幅して包絡線検波
をする検波回路４６に送出する。ダイオード４４は、高
周波増幅器４５の入力と接地間に逆方向に挿入された、
エコー受信信号の負側の信号成分をカットする整流回路
であって、ここでは、正側の信号のみ高周波増幅器４５
に加える（図２(d) 参照）。

【００１２】画像処理・制御装置１１は、測定周期に応
じた繰り返しパルスＰＲＦの制御信号を発生してバース
ト波発信器４７に加えて、プローブ３をバースト波によ
り駆動する。それに応じて発生したバースト波の送信波
Ｔ（図２(a) 参照）に対して被検体１５から得られるエ
コーをプローブ３が電気信号に変換し、この変換された
電気信号をプローブ３からのエコー受信信号を受信回路
４０が受ける。この受信信号がゲート回路４１、パルス
トランス４２を経て高周波増幅回路４５で増幅され（図
２(e) 参照）、検波回路４６で検波される（図２(f) 参
照）。そして、ピーク検出回路５や時間計測回路６に送
出される。ピーク検出回路５は、ピークホールド回路と
サンプルホールド回路とを有していて、入力信号のピー
ク値を検出し、これをＡ／Ｄ変換回路７に出力する。

【００１３】時間計測回路６は、表面エコー検出後の経
過時間を計測する回路であり、測定データごとに表面エ
コーからあるいはカウントスタート信号からデータ測定
までの経過時間を求め、これをインターフェイス８を介
して画像処理・制御装置１１に送出する。Ａ／Ｄ変換回
路７は、画像処理・制御装置１１からの制御信号に応じ
て得られたピーク値のアナログ信号を、例えば、８ビッ
ト２５６段階でデジタル値に変換する。このデジタル値
を画像処理・制御装置１１のマイクロプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）９が処理できるように入力データとしてバス１４に
送出する。画像処理・制御装置１１は、マイクロプロセ
ッサ９のほかに、操作パネル（図示せず）、各種プログ
ラムやデータを記憶したメモリ１０、画像メモリ１２、
ディスプレイ１３等を有していて、これらがバス１４を
介して接続されている。そして、メモリ１０には、オフ
セット電圧測定プログラム１０ａ、平面走査プログラム
１０ｂ、焦点合わせプログラム１０ｃ、そして、パラメ
ータ記憶領域１０ｄ等が設けられている。

【００１４】以上の構成において超音波映像検査装置２
０は、通常の測定状態にあっては、例えば、プローブ３
は、Ｙ方向に１ライン走査後にＸ方向にピッチ送りさ
れ、Ｙ方向に先とは逆方向に走査する、いわゆるＹ方向
での往復走査により被検体１５をＸＹ平面上で走査す
る。この走査で所定のピッチで割り当てられる各測定点
ごとにピーク検出回路５でピーク値が検出され、それを
デジタル値の形でＭＰＵ９が取込む。ＭＰＵ９は、これ
らピーク値のデータを各測定点に対応して順次メモリ１
０に記憶していく。

【００１５】この実施例においては、超音波測定の開始
時点で、まず、オフセット電圧測定プログラム１０ａが
ＭＰＵ９により実行される。これによりオフセット電圧
測定プログラム１０ａは、内部のスイッチ回路をＯＮし
て出力を接地し、パルストランス４２の二次側巻き線の
出力側ではない端子４２ｂに“０”Ｖの電圧を発生させ
て接地させる。そして、ゲート範囲として表面エコーＳ
と欠陥エコーＦとを含む範囲でゲートを設定して（図２
(b) 参照）、ピーク検出回路５から得られたピーク値ｐ
（図２(f) 参照）からこれより少し低い値Ｐs ＝ｐ−α
を算出して、オフセット電圧発生回路４３に抵抗Ｒの端
子電圧をＰs にする制御信号を加える。なお、Ｐs は、
表面エコーのレベルに対応するものであって、この場合
のαは、Ｐs を表面エコーのレベルに対応させるような
実験値として求めることができる。なお、このαに代え
てゲート幅を狭くして表面エコー部分のみを抽出してこ
のピーク値を基準電圧値Ｐs として採取してもよい。

【００１６】これにより、図２(d) に示されるように、
パルストランス４２の二次巻き線の接地側端子電圧４２
ｂは、−Ｐs になる。これにより図２の(d) (e) の点線
で示すように接地レベルが表面エコーレベルの付近まで
シフトする。このときパルストランス４２の一次側の基
準は“０”Ｖである。そこで、ピーク検出回路５で検出
されるピーク値は、図２(g) のようになり、そのＡ／Ｄ
変換回路７に対するピークホールド出力は、図２(h) の
ようになる。その結果、表面エコーレベルが“０”Ｖ近
傍になって表面エコーのレベルを低く抑えられる。した
がって、高周波増幅器４５の増幅度を上げてもこの増幅
器は飽和することはなく、その増幅率を大きく採ること
ができるので、従来よりも欠陥エコーのみを明確に検出
できる。

【００１７】以上説明してきたが、実施例では、パルス
トランスを用いているが、一次側と二次側とを分離でき
るホトカップラ等の信号絶縁伝送回路を用いてもよい。
また、実施例では、パルストランスの後に高周波増幅回
路を設けているが、受信回路に高周波増幅回路が設けら
れているので高周波増幅回路４５を省略することもでき
る。高周波増幅回路４５で増幅するエコー受信信号は、
負側をカットして正側の信号成分を得ているが、これ
は、正側をカットして負側の信号成分を得てもよい。こ
の場合には、パルストランスの二次側の基準レベルは正
側にシフトさせることになる。さらに、実施例では、超
音波映像検査装置のみの例を挙げているが、この発明
は、ピーク検出する手前の表面エコーのレベルに対応す
るオフセット調整が中心であるので、各種の超音波測定
装置に適用可能である。

【００１８】

【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、信号絶縁伝送回路を設けて二次側の信
号レベルの基準を表面エコーのレベルに対応させ、表面
エコーのレベルをオフセットとみなして補正するように
しているので、例えば、正側のエコー受信信号を得る場
合には、表面エコーレベルが０Ｖ近くまで下げられて検
出される。そこで、このレベルを基準として反射エコー
のレベル検出が可能になる。しかも、表面エコーの信号
レベルが排除され、小さくなるので、検出された反射エ
コーを大きく増幅することが可能になり、欠陥信号がよ
り正確に分離できる。また、ゲート位置の設定は、表面
エコーと欠陥エコーとの干渉波を捉えればよいので、干
渉波から欠陥エコー部分のみを抽出するような設定は不
要になり、比較的粗くてよく、簡単に設定がでる。その
結果、表面エコーのレベルが高くても、欠陥エコーを検
出することができ、表面直下の欠陥を明確に検出でき
る。表面直下の欠陥についての測定において、測定が簡
単にでき、装置の操作性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の一実施例の超音波映像検査
装置のブロック図である。

【図２】図２は、図１の各部の信号波形の説明図であ
る。

【符号の説明】

１…走査機構、２…スキャン制御装置、３…プローブ、
４…超音波探傷器、５…ピーク検出回路、５ａ…ゲート
位置調整回路。６…時間計測回路、７…Ａ／Ｄ変換回
路、８…インタフェース、９…マイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）、１０…メモリ、１０ａ…オフセット電圧測定プ
ログラム、１０ｂ…平面走査プログラム、１０ｃ…焦点
合わせプログラム、１０ｄ…パラメータ記憶領域、１１
…画像処理装置、１２…画像メモリ、１３…ディスプレ
イ、１４…バス、１５…タッチスクリーン、１６…タッ
チスクリーンインタフェース、１５…被検体、２０…超
音波測定装置、４０…バースト波発信器、４１…受信回
路、４２…高周波パルストランス（パルストランス）、
４３…オフセット電圧発生回路、４４…ダイオード、４
５…高周波増幅器、４６…検波回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波探触子と、この超音波探触子を駆動
   するバースト信号を発生するバースト信号発生回路と、
   一次側と二次側とが絶縁され前記一次側に前記超音波探
   触子からのエコー受信信号が加えられ前記二次側から前
   記エコー受信信号を取り出す信号絶縁伝送回路と、この
   信号絶縁伝送回路の二次側の信号の基準レベルを制御信
   号に応じて設定する電圧発生回路と、前記信号絶縁伝送
   回路の二次側の信号の検波信号に対してそのピーク値を
   検出するピーク検出回路と、このピーク検出回路により
   得られる表面エコーあるいは表面エコーと表面直下の欠
   陥エコーとの干渉波のピーク値から前記表面エコーのレ
   ベルに対応するような電圧値を得てこの電圧分だけ相殺
   するような前記基準レベルを発生させる前記制御信号を
   前記電圧発生回路に送出する制御回路とを備える超音波
   測定装置。
2. 【請求項２】さらに高周波増幅回路と検波回路とを備
   え、前信号絶縁伝送回路は高周波パルストランスであ
   り、この高周波パルストランスの二次側の信号を前記高
   周波増幅回路で増幅して前記検波回路で検波して前記ピ
   ーク検出回路に送出するものであり、前記二次側の信号
   は、ダイオードにより整流されて正側の信号が前記高周
   波増幅回路に加えられ、前記相殺は、前記基準レベルを
   負側にシフトさせるものである請求項１記載の超音波測
   定装置。