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JP2018189550A - Ultrasonic video device and method for generating ultrasonic video - Google Patents

Ultrasonic video device and method for generating ultrasonic video Download PDF

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JP2018189550A JP2017093217A JP2017093217A JP2018189550A JP 2018189550 A JP2018189550 A JP 2018189550A JP 2017093217 A JP2017093217 A JP 2017093217A JP 2017093217 A JP2017093217 A JP 2017093217A JP 2018189550 A JP2018189550 A JP 2018189550A
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良昭 永島
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健太 住川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic video device and a method for generating an ultrasonic video with which it is possible to set an appropriate time gate and detect a defect with high accuracy in an ultrasonic video device and a method for generating an ultrasonic video for visualizing a defect in a test object as video.SOLUTION: An ultrasonic video device comprises: a time gate setting unit 4 for finding, for each of a defect-free calculation model 4a of a test object 9 and a defect-including calculation model 4a, an ultrasonic wave 8 for propagating the test object 9 by numerical simulation, with a time gate set on the basis of the result of numerical simulation; and a video generation unit 5 for recording the waveforms of ultrasonic waves 8 obtained from the test object 9 by scanning of an ultrasonic probe 1 that transmits the ultrasonic waves 8 and generating an inspection video using the waveforms within the time gate. The time gate is at least part of a time range in which the waveforms of ultrasonic waves 8 obtained by the defect-free calculation model 4a and the waveforms of ultrasonic waves 8 obtained by the defect-including calculation model 4a are different from each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体や電子部品などの内部のボイドや剥離などを映像化する超音波映像装置、およびそれを用いた超音波映像生成方法に関する。   The present invention relates to an ultrasound imaging apparatus that visualizes internal voids and peeling of semiconductors and electronic components, and an ultrasound image generation method using the ultrasound imaging apparatus.

半導体や電子部品などの検査対象の画像から欠陥(内部のボイドや剥離)を検査する非破壊検査方法として、検査対象に超音波を照射してその反射波から超音波映像を生成する超音波映像生成方法がある。この方法は、超音波プローブを水平方向に二次元的に走査し、検査対象内の検査対象部位からの反射波の時間ゲート(着目する時間範囲)内の振幅情報や時間情報を用いて欠陥の映像を生成する。検査対象に欠陥があって時間ゲート内に欠陥に由来する反射波が存在する場合、欠陥がある検査対象の反射波は、欠陥が無い健全な検査対象の反射波との間に差異が生じ、欠陥像として観測できる。   As a non-destructive inspection method for inspecting defects (internal voids and delamination) from inspection images of semiconductors, electronic parts, etc., an ultrasonic image that irradiates the inspection object with ultrasonic waves and generates an ultrasonic image from the reflected waves There is a generation method. This method scans an ultrasonic probe two-dimensionally in the horizontal direction, and uses the amplitude information and time information in the time gate (time range of interest) of the reflected wave from the inspection target part in the inspection target to detect defects. Generate video. When there is a defect in the inspection target and there is a reflected wave derived from the defect in the time gate, the reflected wave of the inspection target with the defect is different from the reflected wave of the healthy inspection target without the defect, It can be observed as a defect image.

時間ゲートは、欠陥像を得るために反射波の波形を抽出する時間範囲であり、一般に、超音波プローブと検査対象との距離、超音波プローブと検査対象との間の媒質、及び検査対象の材質から算出できる反射波の到達時間を基に設定される。検査対象が均質である場合、欠陥の無い健全な検査対象では時間ゲート内に反射波がほぼ存在せず、欠陥がある検査対象では時間ゲート内に反射波が生じるので、コントラストの高い欠陥像を得ることができる。しかしながら、検査対象が多層構造を持つ場合、欠陥が無い健全な検査対象であっても、層境界面の音響インピーダンスの差によって超音波の反射と透過が生じ、この現象が複数の層境界面で繰り返し起きることで複数の反射波が干渉し、反射波の波形が複雑になる。この場合には、層境界面に欠陥があったとしても、欠陥に由来する反射波が推定された到達時間に必ずしも検出されるとは限らず、欠陥を精度よく検出するのが困難である。   The time gate is a time range in which the waveform of the reflected wave is extracted in order to obtain a defect image. Generally, the distance between the ultrasonic probe and the inspection target, the medium between the ultrasonic probe and the inspection target, and the inspection target It is set based on the arrival time of the reflected wave that can be calculated from the material. When the inspection target is homogeneous, there is almost no reflected wave in the time gate for a healthy inspection target without a defect, and a reflected wave is generated in the time gate for an inspection target with a defect. Can be obtained. However, when the inspection target has a multi-layer structure, even if the inspection target is a healthy inspection target without defects, reflection and transmission of ultrasonic waves occur due to the difference in acoustic impedance of the layer boundary surface, and this phenomenon occurs at multiple layer boundary surfaces. By repeatedly occurring, a plurality of reflected waves interfere and the waveform of the reflected waves becomes complicated. In this case, even if there is a defect on the layer boundary surface, the reflected wave derived from the defect is not necessarily detected at the estimated arrival time, and it is difficult to detect the defect with high accuracy.

多層構造を持つ検査対象を検査する際のこのような課題を解決するための従来の技術の例として、特許文献1には、複合材料内のポロシティ評価方法およびポロシティ評価装置が開示されている。特許文献1に記載の技術では、数値シミュレーションによる波形の評価用情報(時間−周波数解析結果)と実際に受信した波形の評価用情報(時間−周波数解析結果)を直接対比して、欠陥の有無を判定する。   As an example of a conventional technique for solving such a problem when inspecting an inspection object having a multilayer structure, Patent Literature 1 discloses a porosity evaluation method and a porosity evaluation device in a composite material. In the technique described in Patent Document 1, the presence / absence of a defect is directly compared with the waveform evaluation information (time-frequency analysis result) by numerical simulation and the actually received waveform evaluation information (time-frequency analysis result). Determine.

特開2015−121516号公報JP, 2015-121516, A

特許文献1に記載の技術は、数値シミュレーションによる波形の評価用情報(時間−周波数解析結果)と実際に受信した波形の評価用情報(時間−周波数解析結果)を直接対比して欠陥の有無を判定するので、1点の測定点で欠陥の有無を判断する手動検査には適切である。しかし、超音波映像装置は、時間ゲート内での欠陥の有無による波形の差異で映像(欠陥像)を生成する原理を利用するので、欠陥の有無によって波形に差が生じるように適切な時間ゲートを設定できる必要がある。特に多層構造の検査対象を検査する際には、反射波の波形が複雑になり時間ゲートを適切に設定しないと欠陥の検出精度が低下するので、欠陥を精度よく検出して精度のよい欠陥の映像を得るためには、時間ゲートを適切に設定する必要がある。特許文献1に記載の技術などの従来技術では、このような課題について考慮されていない。   The technique described in Patent Document 1 directly compares the waveform evaluation information (time-frequency analysis result) by numerical simulation with the actually received waveform evaluation information (time-frequency analysis result) to determine whether there is a defect. Therefore, it is appropriate for manual inspection for determining the presence or absence of a defect at one measurement point. However, since the ultrasonic imaging device uses the principle of generating an image (defect image) based on the difference in waveform depending on the presence or absence of a defect in the time gate, an appropriate time gate is selected so that the waveform varies depending on the presence or absence of a defect. Must be able to be set. In particular, when inspecting an inspection object with a multilayer structure, the waveform of the reflected wave becomes complicated and the accuracy of defect detection decreases unless the time gate is set appropriately. In order to obtain video, it is necessary to set the time gate appropriately. The conventional technology such as the technology described in Patent Document 1 does not consider such a problem.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、検査対象の欠陥を映像化する超音波映像装置及び超音波映像生成方法において、適切な時間ゲートを設定することができ、欠陥を精度よく検出するのが可能な超音波映像装置及び超音波映像生成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and it is possible to set an appropriate time gate in an ultrasonic image apparatus and an ultrasonic image generation method for visualizing a defect to be inspected, and accurately detect the defect. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic image apparatus and an ultrasonic image generation method that can be performed.

本発明による超音波映像装置は、検査対象に超音波を送信して前記検査対象を走査する超音波プローブと、前記検査対象の計算モデルが入力され、前記計算モデルを用いて前記検査対象を伝搬する前記超音波を数値シミュレーションで求め、前記数値シミュレーションの結果に基づいて時間範囲である時間ゲートが設定されるように構成された時間ゲート設定部と、前記超音波プローブの走査により前記検査対象から得られた前記超音波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記波形を用いて前記検査対象の検査映像を生成するように構成された映像生成部とを備える。前記時間ゲート設定部は、前記計算モデルとして前記検査対象の欠陥が設定されていない欠陥なしの計算モデルと前記欠陥が設定された欠陥ありの計算モデルとが入力され、前記欠陥なしの計算モデルと前記欠陥ありの計算モデルのそれぞれについて前記検査対象を伝搬する前記超音波を前記数値シミュレーションで求める。前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記超音波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である。   An ultrasonic imaging apparatus according to the present invention receives an ultrasonic probe that transmits an ultrasonic wave to an inspection object and scans the inspection object, and a calculation model of the inspection object, and propagates the inspection object using the calculation model The ultrasonic wave to be obtained is obtained from a numerical simulation, and a time gate setting unit configured to set a time gate that is a time range based on the result of the numerical simulation, and from the inspection target by scanning the ultrasonic probe An image generation unit configured to record the obtained ultrasonic waveform and generate an inspection image of the inspection object using the waveform in the time gate; The time gate setting unit, as the calculation model, is input a calculation model without a defect in which the defect to be inspected is not set and a calculation model with a defect in which the defect is set, and the calculation model without the defect The ultrasonic wave propagating through the inspection object for each of the calculation models with defects is obtained by the numerical simulation. The time gate is at least a part of a time range in which the waveform of the ultrasonic wave determined by the calculation model without defects and the waveform of the ultrasonic wave determined by the calculation model with defects are different from each other. is there.

本発明によると、検査対象の欠陥を映像化する超音波映像装置及び超音波映像生成方法において、適切な時間ゲートを設定することができ、欠陥を精度よく検出するのが可能な超音波映像装置及び超音波映像生成方法を提供することができる。   According to the present invention, in an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic image generating method for visualizing a defect to be inspected, an ultrasonic imaging apparatus capable of setting an appropriate time gate and detecting a defect accurately. And an ultrasonic image generating method.

本発明の実施例1による超音波映像装置の全体構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an ultrasound imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 多層構造を持つ検査対象に超音波を照射した場合に、層境界面で生じる超音波の反射と透過を示す図である。It is a figure which shows reflection and permeation | transmission of the ultrasonic wave which arises in a layer interface, when an ultrasonic wave is irradiated to the test object which has a multilayer structure. 実施例1による超音波映像装置が用いる、検査対象の計算モデルの構造情報の設定画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the setting screen of the structural information of the calculation model of the test object which the ultrasonic imaging device by Example 1 uses. 実施例1による超音波映像装置が用いる、検査対象の計算モデルの物性情報の設定画面の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a setting screen for setting physical property information of a calculation model to be inspected, which is used by the ultrasound imaging apparatus according to the first embodiment. 実施例1による超音波映像生成方法の手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a procedure of an ultrasonic image generation method according to the first embodiment. 実施例1において、計算モデルの構造情報の設定画面の構造情報参照図に表示される、欠陥なしの計算モデルの例を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the example of the calculation model without a defect displayed on the structure information reference figure of the setting information of the structure information of a calculation model. 実施例1において、計算モデルの構造情報の設定画面の構造情報参照図に表示される、欠陥ありの計算モデルの例を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the example of the calculation model with a defect displayed on the structure information reference figure of the setting screen of the structure information of a calculation model. 実施例1において、時間ゲート設定部が実行したシミュレーションの結果であり、欠陥なしの計算モデルでの受信波形の例を示す図である。In Example 1, it is a result of the simulation which the time gate setting part performed, and is a figure which shows the example of the received waveform in the calculation model without a defect. 実施例1において、時間ゲート設定部が実行したシミュレーションの結果であり、欠陥ありの計算モデルでの受信波形の例を示す図である。In Example 1, it is a result of the simulation which the time gate setting part performed, and is a figure which shows the example of the received waveform in the calculation model with a defect. 本発明の実施例2による超音波映像装置が用いる、検査対象の計算モデルの構造情報の設定画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the setting screen of the structural information of the calculation model of a test object which the ultrasonic imaging device by Example 2 of this invention uses.

超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、半導体や電子部品などの検査対象に超音波を照射し、検査対象の欠陥(検査対象の内部のボイドや剥離)からの反射波(または検査対象を透過した透過波)を検出することで欠陥を検出し、欠陥の映像を生成する。検査対象が多層構造を持つ場合、検査対象に超音波を照射すると、層境界面で超音波の反射と透過が生じる。   In the ultrasonic imaging apparatus and the ultrasonic image generation method, ultrasonic waves are applied to an inspection target such as a semiconductor or electronic component, and a reflected wave (or an inspection target) from a defect (an internal void or separation of the inspection target) is detected. A defect is detected by detecting a transmitted wave), and an image of the defect is generated. When the inspection object has a multilayer structure, when the inspection object is irradiated with ultrasonic waves, reflection and transmission of the ultrasonic waves occur at the layer boundary surface.

図2は、多層構造を持つ検査対象に超音波を照射した場合に、層境界面で生じる超音波の反射と透過を示す図である。検査対象9は、シリコンの層91a、91b、91c、91dと、これらの間に位置する非導電性フィルムの層92a、92b、92cからなる多層構造を持つ。非導電性フィルムの層92bには、欠陥93があるとする。   FIG. 2 is a diagram showing reflection and transmission of ultrasonic waves generated at the layer boundary surface when an ultrasonic wave is irradiated onto an inspection object having a multilayer structure. The inspection object 9 has a multi-layer structure including silicon layers 91a, 91b, 91c, and 91d and non-conductive film layers 92a, 92b, and 92c positioned therebetween. It is assumed that the non-conductive film layer 92 b has a defect 93.

検査対象9に照射された超音波8は、欠陥93で反射するとともに、層境界面で反射する。欠陥93と複数の層境界面で超音波8が反射し、これら複数の反射波が互いに干渉するので、検査対象9からの反射波の波形は複雑になる。このため、多層構造を持つ検査対象9では、欠陥93を精度よく検出し、欠陥93を映像化するのが困難である。   The ultrasonic wave 8 irradiated to the inspection object 9 is reflected by the defect 93 and reflected by the layer boundary surface. Since the ultrasonic waves 8 are reflected by the defect 93 and the plurality of layer boundary surfaces, and the plurality of reflected waves interfere with each other, the waveform of the reflected waves from the inspection object 9 becomes complicated. For this reason, in the inspection object 9 having a multilayer structure, it is difficult to accurately detect the defect 93 and visualize the defect 93.

本発明による超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、特に多層構造を持つ検査対象9を検査して欠陥の超音波映像を生成する場合に、検査対象9からの反射波の時間ゲート(着目する時間範囲)を適切に設定することで、欠陥93を精度よく検出し、欠陥93を精度よく映像化するのが可能である。   In the ultrasonic image apparatus and the ultrasonic image generation method according to the present invention, particularly when an inspection object 9 having a multilayer structure is inspected to generate an ultrasonic image of a defect, a time gate of a reflected wave from the inspection object 9 (focused) By appropriately setting the time range), it is possible to detect the defect 93 with high accuracy and to image the defect 93 with high accuracy.

以下、本発明の実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法を、図面を用いて説明する。   Hereinafter, an ultrasonic image apparatus and an ultrasonic image generation method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施例1では、超音波プローブが超音波を検査対象に送信(照射)し、検査対象で反射した超音波(反射波)をこの超音波プローブが受信し、検査対象から受信した反射波の波形から欠陥の映像を生成する測定方法、いわゆる反射法で検査対象の欠陥を検査する方法を説明する。   In the first embodiment of the present invention, the ultrasonic probe transmits (irradiates) ultrasonic waves to the inspection target, and the ultrasonic probe (reflected wave) reflected by the inspection target is received by the ultrasonic probe and reflected from the inspection target. A measurement method for generating an image of a defect from a wave waveform, that is, a method for inspecting a defect to be inspected by a so-called reflection method will be described.

図1は、本発明の実施例1による超音波映像装置の全体構成を、検査対象とともに概略的に示す図である。超音波映像装置は、超音波プローブ1、パルス送受信器2、A/D変換器3、時間ゲート設定部4、映像生成部5、及び表示部6を備える。なお、検査対象9は、水7の入った水槽の水中に設置される。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention together with an inspection object. The ultrasonic imaging apparatus includes an ultrasonic probe 1, a pulse transmitter / receiver 2, an A / D converter 3, a time gate setting unit 4, an image generation unit 5, and a display unit 6. The inspection object 9 is installed in water of a water tank containing water 7.

超音波プローブ1は、パルス送受信器2と同軸ケーブルで接続され、検査対象9に超音波8を照射(送信)し、検査対象9を走査する。超音波プローブ1には、水7に対して効率的に超音波8を送受信可能なように音響インピーダンスマッチングされた市販の水浸用超音波プローブなどを利用できる。   The ultrasonic probe 1 is connected to the pulse transmitter / receiver 2 through a coaxial cable, irradiates (transmits) the ultrasonic wave 8 to the inspection object 9, and scans the inspection object 9. As the ultrasonic probe 1, a commercially available ultrasonic probe for water immersion that is acoustic impedance matched so that the ultrasonic wave 8 can be efficiently transmitted to and received from the water 7 can be used.

パルス送受信器2は、A/D変換器3と同軸ケーブルで接続され、超音波プローブ1に駆動電圧を印加するとともに、超音波プローブ1からの電気信号を受信し、受信した電気信号を増幅してA/D変換器3に出力する。パルス送受信器2には、市販の超音波パルサレシーバを利用できる。   The pulse transmitter / receiver 2 is connected to the A / D converter 3 through a coaxial cable, applies a driving voltage to the ultrasonic probe 1, receives an electric signal from the ultrasonic probe 1, and amplifies the received electric signal. Output to the A / D converter 3. A commercially available ultrasonic pulsar receiver can be used for the pulse transceiver 2.

A/D変換器3は、パルス送受信器2が出力した電気信号の波形(超音波8のアナログ信号の波形)をデジタル信号の波形に変換する。A/D変換器3には、例えば、市販の外付けA/D変換器、またはコンピュータ組み込み式のボードタイプのA/D変換器を利用できる。   The A / D converter 3 converts the waveform of the electrical signal output from the pulse transmitter / receiver 2 (the waveform of the analog signal of the ultrasonic wave 8) into a digital signal waveform. As the A / D converter 3, for example, a commercially available external A / D converter or a board-type A / D converter built in a computer can be used.

時間ゲート設定部4は、検査対象9の計算モデル4aを用いて、検査対象9を伝搬する超音波8(検査対象9内で反射と透過をする超音波8を含む)を数値シミュレーションで求める。時間ゲートは、この数値シミュレーションの結果に基づいて設定される。時間ゲート設定部4は、市販のコンピュータで構成でき、既存の超音波シミュレータを用いて超音波8の伝搬を数値シミュレーションで求めることができる。また、時間ゲート設定部4は、数値シミュレーションで得られた超音波8の波形に対し、1つまたは複数の時間ゲートについての欠陥の映像(シミュレーション画像4b)を計算で求めることもできる。   The time gate setting unit 4 uses the calculation model 4a of the inspection object 9 to obtain the ultrasonic wave 8 that propagates through the inspection object 9 (including the ultrasonic wave 8 that reflects and transmits within the inspection object 9) by numerical simulation. The time gate is set based on the result of this numerical simulation. The time gate setting unit 4 can be configured by a commercially available computer, and the propagation of the ultrasonic wave 8 can be obtained by numerical simulation using an existing ultrasonic simulator. Further, the time gate setting unit 4 can also obtain a defect image (simulation image 4b) for one or a plurality of time gates for the waveform of the ultrasonic wave 8 obtained by the numerical simulation.

映像生成部5は、A/D変換器3から出力された複数のデジタル信号の波形と、時間ゲート設定部4から出力された時間ゲートとを入力し、超音波プローブ1の機械的走査により検査対象9の複数の位置で得られたデジタル信号の波形の振幅情報を時間ゲートの範囲で抽出して、検査対象9の検査映像を生成する。映像生成部5は、市販のコンピュータで構成できる。   The video generation unit 5 receives the waveforms of a plurality of digital signals output from the A / D converter 3 and the time gate output from the time gate setting unit 4, and inspects by mechanical scanning of the ultrasonic probe 1. The amplitude information of the waveform of the digital signal obtained at a plurality of positions of the object 9 is extracted in the range of the time gate, and the inspection video of the inspection object 9 is generated. The video generation unit 5 can be configured with a commercially available computer.

表示部6は、時間ゲート設定部4や映像生成部5を動作させるための画面や、映像生成部5が生成した検査映像などを表示し、市販の液晶モニタなどを利用できる。   The display unit 6 displays a screen for operating the time gate setting unit 4 and the video generation unit 5, an inspection video generated by the video generation unit 5, and a commercially available liquid crystal monitor.

図3と図4を用いて、時間ゲート設定部4を動作させるための、検査対象9の計算モデル4aの設定画面の例を説明する。これらの設定画面10、11は、表示部6に表示される。   An example of a setting screen for the calculation model 4a of the inspection target 9 for operating the time gate setting unit 4 will be described with reference to FIGS. These setting screens 10 and 11 are displayed on the display unit 6.

図3は、本実施例による超音波映像装置が用いる、検査対象9の計算モデル4aの構造情報の設定画面10の例を示す図である。構造情報の設定画面10には、検査対象9の構造情報を設定するための表である構造情報設定表10aと、構造情報設定表10aに設定された構造情報を視覚的に図示する構造情報参照図10bが表示される。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the setting information screen 10 for the structure information of the calculation model 4a of the inspection target 9 used by the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment. In the structure information setting screen 10, a structure information setting table 10a that is a table for setting the structure information of the inspection object 9 and a structure information reference that visually illustrates the structure information set in the structure information setting table 10a. FIG. 10b is displayed.

構造情報設定表10aは、層の位置を示す「No.」のセルごとに、物質名が入力される「物質」のセルと、「物質」のセルに入力された物質の距離または厚さが入力される「距離・厚さ」のセルを備える。「物質」のセルには、予め登録された物質をプルダウンメニューから選択できる。「距離・厚さ」のセルには、数値を入力でき、層L0の水については、超音波プローブ1と層L1のエポキシ樹脂との距離(超音波プローブ1と層L1のエポキシ樹脂との間の水の厚さ)を入力し、層L1〜層L8の物質については、それぞれの物質の厚さを入力する。なお、図3において、層L9の水の「距離・厚さ」のセルに「∞」(無限大)が入力されているのは、層L9の水に入射した超音波8は層L9の水を透過して反射しない(層L9の水からは超音波8が超音波プローブ1に戻ってこない)ことを示している。   In the structure information setting table 10a, for each “No.” cell indicating the position of the layer, the distance or thickness of the substance entered in the “substance” cell and the substance entered in the “substance” cell are set. The cell of “distance / thickness” to be input is provided. In the “substance” cell, a pre-registered substance can be selected from a pull-down menu. In the “distance / thickness” cell, numerical values can be input. For the water of the layer L0, the distance between the ultrasonic probe 1 and the epoxy resin of the layer L1 (between the ultrasonic probe 1 and the epoxy resin of the layer L1). The thickness of each of the materials for the layers L1 to L8 is input. In FIG. 3, “∞” (infinity) is input to the “distance / thickness” cell of the water of the layer L9 because the ultrasonic wave 8 incident on the water of the layer L9 is the water of the layer L9. Is transmitted and not reflected (the ultrasonic wave 8 does not return to the ultrasonic probe 1 from the water of the layer L9).

構造情報参照図10bは、構造情報設定表10aに設定された構造情報を基に、検査対象9の計算モデル4a(媒質である水も含む)を図示する。構造情報参照図10bは、モデル化した超音波プローブ1を図示することもできる。構造情報設定表10aの「物質」のセルに入力された物質は、構造情報設定表10aの上から下への順序に従って超音波プローブ1に近い位置から遠い位置に向かって積層され、存在する位置(L0〜L9)が定まる。構造情報参照図10bにより、それぞれの物質の層の位置と厚さを視覚的に表示することができる。   The structural information reference diagram 10b illustrates the calculation model 4a (including water as a medium) of the inspection object 9 based on the structural information set in the structural information setting table 10a. The structural information reference FIG. 10 b can also illustrate the modeled ultrasonic probe 1. The substances input in the “substance” cell of the structure information setting table 10a are stacked from a position close to the ultrasonic probe 1 to a position far from the ultrasonic probe 1 in the order from the top to the bottom of the structure information setting table 10a. (L0 to L9) is determined. With reference to the structural information reference diagram 10b, the position and thickness of each material layer can be visually displayed.

図4は、本実施例による超音波映像装置が用いる、検査対象9の計算モデル4aの物性情報の設定画面11の例を示す図である。物性情報の設定画面11には、検査対象9の物性情報を設定するための表が表示される。構造情報設定表10aに入力された物質の物性情報には、この表の値が用いられる。図4には、物性値として「密度」、「縦波音速」、及び「音響インピーダンス」を入力する設定画面11の例を示した。物性情報の設定画面11に表示される表は、物質名が入力される「物質」のセルと、「物質」のセルに入力された物質の物性値が入力される「密度」、「縦波音速」、及び「音響インピーダンス」のセルを備える。なお、設定画面11には、上記以外の物性値を入力してもよい。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the physical property information setting screen 11 of the calculation model 4a of the inspection target 9 used by the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment. The physical property information setting screen 11 displays a table for setting physical property information of the inspection object 9. The values in this table are used as the physical property information of the substances input to the structure information setting table 10a. FIG. 4 shows an example of the setting screen 11 for inputting “density”, “longitudinal wave sound velocity”, and “acoustic impedance” as physical property values. The table displayed on the physical property information setting screen 11 includes a “substance” cell in which the substance name is input, and “density” and “longitudinal wave” in which the physical property value of the substance input in the “substance” cell is input. “Sonic velocity” and “acoustic impedance” cells. Note that physical property values other than those described above may be input to the setting screen 11.

図3と図4には示していないが、検査対象9の計算モデル4aには、欠陥(ボイドや剥離)を設定することができる。計算モデル4aに欠陥を設定するには、表示部6に表示される欠陥の設定画面に、検査対象9の欠陥があると仮定する位置と、欠陥の位置には空気が存在すると仮定するための条件を入力する(すなわち、欠陥は空気でモデル化する)。欠陥があると仮定する位置は、欠陥があると予想される位置であり、例えば非導電性フィルムの層L5の一部とすることができる。   Although not shown in FIGS. 3 and 4, a defect (void or peeling) can be set in the calculation model 4 a of the inspection object 9. In order to set a defect in the calculation model 4a, it is assumed that the defect setting screen displayed on the display unit 6 assumes that there is a defect of the inspection object 9 and that air exists at the position of the defect. Enter the conditions (ie, the defect is modeled with air). The position that is assumed to be defective is the position that is expected to be defective, and can be, for example, part of the layer L5 of the non-conductive film.

図5は、本実施例による超音波映像生成方法の手順を示すフローチャートである。図5を用いて、本実施例による超音波映像生成方法を説明する。本実施例による超音波映像生成方法は、本実施例による超音波映像装置を用いて実行される。   FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the ultrasonic image generating method according to this embodiment. The ultrasonic image generation method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The ultrasonic image generation method according to the present embodiment is executed using the ultrasonic image apparatus according to the present embodiment.

ステップS101は、検査対象9の計算モデル4aを時間ゲート設定部4に設定するステップである。超音波映像装置のオペレータは、計算モデル4aの構造情報の設定画面10を用いて、検査対象9の構造情報を入力するとともに、計算モデル4aの物性情報の設定画面11を用いて、検査対象9の物性情報を入力する。オペレータは、同一の計算モデル4aを2つ設定し、一方の計算モデル4aには欠陥を設定する。すなわち、オペレータは、欠陥を設定していない計算モデル4a(図6Aの欠陥なしの計算モデル4a1)と欠陥93を設定した計算モデル4a(図6Bの欠陥ありの計算モデル4a2)とを、時間ゲート設定部4に入力する。欠陥なしの計算モデル4a1と欠陥ありの計算モデル4a2とは、欠陥93の有無を除くと、同一である。また、オペレータは、超音波プローブ1が検査対象9に送信する超音波8の条件(周波数、波形の形状、検査対象9への照射位置など)と、超音波8を送信した超音波プローブ1が反射波を受信する(すなわち、反射法で検査対象9の欠陥を検査する)という条件を時間ゲート設定部4に設定する。   Step S101 is a step of setting the calculation model 4a of the inspection object 9 in the time gate setting unit 4. The operator of the ultrasound imaging apparatus inputs the structural information of the inspection object 9 using the structure information setting screen 10 of the calculation model 4a and uses the physical property information setting screen 11 of the calculation model 4a. Enter the physical property information. The operator sets two identical calculation models 4a, and sets a defect in one calculation model 4a. That is, the operator uses a time gate to calculate the calculation model 4a (defect-free calculation model 4a1 in FIG. 6A) and the calculation model 4a (defect-added calculation model 4a2 in FIG. 6B) in which the defect 93 is set. Input to the setting unit 4. The calculation model 4a1 without a defect and the calculation model 4a2 with a defect are the same except for the presence or absence of the defect 93. In addition, the operator determines the conditions of the ultrasonic wave 8 (frequency, waveform shape, irradiation position on the inspection object 9, etc.) that the ultrasonic probe 1 transmits to the inspection object 9, and the ultrasonic probe 1 that transmitted the ultrasonic wave 8. A condition for receiving the reflected wave (that is, inspecting the defect of the inspection object 9 by the reflection method) is set in the time gate setting unit 4.

ステップS102は、超音波8の伝搬(検査対象9内での超音波8の反射と透過を含む)のシミュレーションを実行するステップである。時間ゲート設定部4は、オペレータの操作により、検査対象9の計算モデル4aを用いて、検査対象9を伝搬する超音波8を数値シミュレーションで求め、超音波8の反射波の波形(超音波プローブ1が受信した波形)を得る。シミュレーションは、欠陥なしの計算モデル4a1と欠陥ありの計算モデル4a2のそれぞれに対して実行する。   Step S102 is a step of executing a simulation of propagation of the ultrasonic wave 8 (including reflection and transmission of the ultrasonic wave 8 within the inspection object 9). The time gate setting unit 4 obtains the ultrasonic wave 8 propagating through the inspection object 9 by a numerical simulation using the calculation model 4a of the inspection object 9 by the operation of the operator, and the waveform of the reflected wave of the ultrasonic wave 8 (ultrasonic probe) 1) is obtained. The simulation is executed for each of the calculation model 4a1 without defects and the calculation model 4a2 with defects.

ステップS103は、検査対象9の実際の検査に用いる時間ゲートを時間ゲート設定部4に設定するステップである。時間ゲートは、ステップS102で時間ゲート設定部4が実行したシミュレーションの結果(超音波プローブ1が受信した反射波の波形)に基づいて設定する。時間ゲートの設定方法は、図6A〜図6Dを用いて後述する。時間ゲート設定部4に設定された時間ゲートは、時間ゲート設定部4から映像生成部5に出力される。   Step S103 is a step of setting the time gate used for the actual inspection of the inspection object 9 in the time gate setting unit 4. The time gate is set based on the result of the simulation executed by the time gate setting unit 4 in step S102 (the waveform of the reflected wave received by the ultrasonic probe 1). A method for setting the time gate will be described later with reference to FIGS. 6A to 6D. The time gate set in the time gate setting unit 4 is output from the time gate setting unit 4 to the video generation unit 5.

ステップS104は、超音波プローブ1を走査し、検査対象9から得られた超音波(反射波)の波形を収録するステップである。オペレータは、超音波プローブ1を走査して、検査対象9を実際に検査する。映像生成部5は、オペレータの操作により、超音波プローブ1の走査による検査対象9からの反射波の波形(超音波プローブ1が受信した反射波の波形)を収録し、時間ゲート内での反射波の波形の最大振幅値を求める。この時間ゲートには、ステップS103で設定した時間ゲートを用いる。   Step S104 is a step in which the ultrasonic probe 1 is scanned and the waveform of the ultrasonic wave (reflected wave) obtained from the inspection object 9 is recorded. The operator scans the ultrasonic probe 1 and actually inspects the inspection object 9. The image generation unit 5 records the waveform of the reflected wave from the inspection object 9 (the waveform of the reflected wave received by the ultrasonic probe 1) by the scanning of the ultrasonic probe 1 and the reflection within the time gate by the operation of the operator. The maximum amplitude value of the wave waveform is obtained. The time gate set in step S103 is used for this time gate.

ステップS105は、映像生成部5が検査対象9の検査映像を生成するステップである。映像生成部5は、オペレータの操作により、ステップS104で求めた最大振幅値を用いて、検査対象9の検査映像(欠陥の映像)を生成する。検査映像の生成には、既存の技術を用いることができる。反射波の波形の最大振幅値は、検査映像の輝度を算出するのに用いられる。   Step S <b> 105 is a step in which the video generation unit 5 generates an inspection video of the inspection object 9. The video generation unit 5 generates an inspection video (defective video) of the inspection target 9 by using the maximum amplitude value obtained in step S104 by the operation of the operator. Existing technology can be used to generate the inspection video. The maximum amplitude value of the reflected wave waveform is used to calculate the luminance of the inspection image.

図6A〜図6Dを用いて、ステップS103で時間ゲートを設定する方法について説明する。   A method for setting the time gate in step S103 will be described with reference to FIGS. 6A to 6D.

図6Aと図6Bは、計算モデル4aの構造情報の設定画面10の構造情報参照図10b(図3)に表示される計算モデル4a(媒質である水も含む)の例を示す図である。図6Aは、欠陥なしの計算モデル4a1(検査対象9が健全であることを仮定した計算モデル4a)の例であり、図6Bは、欠陥ありの計算モデル4a2(検査対象9に欠陥93があることを仮定した計算モデル4a)の例である。図6Bに示すように、欠陥ありの計算モデル4a2には、非導電性フィルムの層L5に欠陥93が設定されている。図6Aと図6Bでは、欠陥なしの計算モデル4a1と欠陥ありの計算モデル4a2とともに、モデル化した超音波プローブ1も図示している。   6A and 6B are diagrams showing examples of the calculation model 4a (including water as a medium) displayed in the structure information reference diagram 10b (FIG. 3) of the structure information setting screen 10 of the calculation model 4a. 6A is an example of a calculation model 4a1 without defects (calculation model 4a assuming that the inspection object 9 is healthy), and FIG. 6B is a calculation model 4a2 with defects (the inspection object 9 has a defect 93). This is an example of a calculation model 4a) that assumes this. As shown in FIG. 6B, in the calculation model 4a2 with a defect, a defect 93 is set in the layer L5 of the non-conductive film. 6A and 6B also show the modeled ultrasonic probe 1 together with the calculation model 4a1 without defects and the calculation model 4a2 with defects.

図6Cと図6Dは、ステップS102で時間ゲート設定部4が実行したシミュレーションの結果であり、超音波プローブ1が受信した反射波の波形(受信波形)の例を示す図である。図6Cは、欠陥なしの計算モデル4a1での受信波形12の例であり、図6Dは、欠陥ありの計算モデル4a2での受信波形13の例である。なお、上述したように、欠陥93の位置には空気が存在すると仮定している。   FIG. 6C and FIG. 6D are diagrams showing examples of the waveform (received waveform) of the reflected wave received by the ultrasonic probe 1 as a result of the simulation executed by the time gate setting unit 4 in step S102. 6C is an example of the reception waveform 12 in the calculation model 4a1 without defects, and FIG. 6D is an example of the reception waveform 13 in the calculation model 4a2 with defects. As described above, it is assumed that air exists at the position of the defect 93.

図6Cに示すように、受信波形12は、最初に現れる反射波形12aと、その後に現れる反射波形12bからなる。反射波形12aは、図6Aに示す層L1(エポキシ樹脂)と層L2(シリコン)の境界面から超音波が多重反射せずに最短距離で伝搬した反射波の波形である。反射波形12bは、層L2(シリコン)と層L3(非導電性フィルム)の境界面からの反射波など、反射波形12a以外の反射波の波形が干渉してできた反射波の波形である。すなわち、反射波形12bは、層L2と層L3の境界面からの反射波、層L3と層L4の境界面からの反射波、層L4と層L5の境界面からの反射波、層L5と層L6の境界面からの反射波、層L6と層L7の境界面からの反射波、層L7と層L8の境界面からの反射波、層L8と層L9の境界面からの反射波、層L1と層L2の境界面から最短距離以外で伝搬した反射波、及び層L0と層L1の境界面から最短距離以外で伝搬した反射波の波形が干渉してできた反射波の波形である。   As shown in FIG. 6C, the received waveform 12 includes a reflected waveform 12a that appears first, and a reflected waveform 12b that appears thereafter. The reflected waveform 12a is a waveform of a reflected wave that has propagated at the shortest distance without multiple reflection from the boundary surface between the layer L1 (epoxy resin) and the layer L2 (silicon) shown in FIG. 6A. The reflected waveform 12b is a waveform of a reflected wave formed by interference of a reflected wave waveform other than the reflected waveform 12a, such as a reflected wave from the boundary surface between the layer L2 (silicon) and the layer L3 (non-conductive film). That is, the reflected waveform 12b includes a reflected wave from the interface between the layers L2 and L3, a reflected wave from the interface between the layers L3 and L4, a reflected wave from the interface between the layers L4 and L5, and the layers L5 and L5. The reflected wave from the boundary surface of L6, the reflected wave from the boundary surface of the layers L6 and L7, the reflected wave from the boundary surface of the layers L7 and L8, the reflected wave from the boundary surface of the layers L8 and L9, the layer L1 And the reflected wave propagated from the boundary surface of the layer L2 other than the shortest distance, and the reflected wave waveform propagated from the boundary surface of the layer L0 and the layer L1 other than the shortest distance interfered with each other.

図6Dに示すように、受信波形13は、最初に現れる反射波形13aと、その後に現れる反射波形13bからなる。反射波形13aは、反射波形12aと同様に、図6Bに示す層L1(エポキシ樹脂)と層L2(シリコン)の境界面から超音波が多重反射せずに最短距離で伝搬した反射波の波形である。反射波形13bは、層L2(シリコン)と層L3(非導電性フィルム)の境界面からの反射波など、反射波形13a以外の反射波の波形が干渉してできた反射波の波形である。   As shown in FIG. 6D, the received waveform 13 includes a reflected waveform 13a that appears first and a reflected waveform 13b that appears thereafter. Similar to the reflected waveform 12a, the reflected waveform 13a is a waveform of a reflected wave that is propagated at the shortest distance without multiple reflection from the boundary surface between the layer L1 (epoxy resin) and the layer L2 (silicon) shown in FIG. 6B. is there. The reflected waveform 13b is a waveform of a reflected wave formed by interference with a waveform of a reflected wave other than the reflected waveform 13a, such as a reflected wave from the boundary surface between the layer L2 (silicon) and the layer L3 (nonconductive film).

図6Cと図6Dからわかるように、欠陥ありの計算モデル4a2での受信波形13の反射波形13bは、欠陥93の影響により、欠陥なしの計算モデル4a1での受信波形12の反射波形12bと異なる波形である。受信波形12と受信波形13とが互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を、時間ゲートとして設定する。超音波映像装置のオペレータは、受信波形12と受信波形13とを目視で比較し、これらの波形が互いに異なっている時間範囲を時間ゲートとして設定することができる。すなわち、オペレータは、反射波形12bと反射波形13bが存在する時間範囲の少なくとも一部を、時間ゲートとして設定することができる。また、時間ゲート設定部4は、受信波形12と受信波形13との振幅の差分を計算し、この差分が予め定めた閾値より大きい時間範囲の少なくとも一部を、時間ゲートとして設定することができる。このように、時間ゲートは、オペレータが設定することもでき、超音波映像装置が自動的に設定することもできる。   As can be seen from FIGS. 6C and 6D, the reflected waveform 13b of the received waveform 13 in the calculation model 4a2 with a defect is different from the reflected waveform 12b of the received waveform 12 in the calculation model 4a1 without a defect due to the influence of the defect 93. It is a waveform. At least a part of the time range in which the reception waveform 12 and the reception waveform 13 are different from each other is set as a time gate. The operator of the ultrasonic imaging apparatus can visually compare the received waveform 12 and the received waveform 13 and set a time range in which these waveforms are different from each other as a time gate. That is, the operator can set at least a part of the time range in which the reflected waveform 12b and the reflected waveform 13b exist as a time gate. In addition, the time gate setting unit 4 calculates the difference in amplitude between the reception waveform 12 and the reception waveform 13 and can set at least a part of the time range in which the difference is larger than a predetermined threshold as the time gate. . In this manner, the time gate can be set by the operator, or can be automatically set by the ultrasonic imaging apparatus.

なお、時間ゲートの長さは、任意に定めることができる。すなわち、受信波形12と受信波形13とが互いに異なっている時間範囲の全てを時間ゲートとして設定してもよく、この時間範囲の一部を時間ゲートとして設定してもよい。時間ゲートの長さは、例えば、多層構造を持つ検査対象9のどの層に欠陥があると予想されるかに応じて定めることができる。また、受信波形12と受信波形13とが互いに異なっている時間範囲の中であれば、複数の時間ゲートを設定することができる。複数の時間ゲートを設定した場合、それぞれの時間ゲートに対して、図5のステップS104とステップS105を実行し、検査対象9の検査映像を生成する。   The length of the time gate can be arbitrarily determined. That is, the entire time range in which the reception waveform 12 and the reception waveform 13 are different from each other may be set as the time gate, or a part of this time range may be set as the time gate. The length of the time gate can be determined, for example, according to which layer of the inspection object 9 having a multilayer structure is expected to be defective. If the received waveform 12 and the received waveform 13 are within different time ranges, a plurality of time gates can be set. When a plurality of time gates are set, step S104 and step S105 of FIG. 5 are executed for each time gate to generate an inspection video of the inspection object 9.

ここで、シミュレーションで求めた受信波形を用いて時間ゲートを設定することの効果を詳しく説明する。層L4(シリコン)と層L5(非導電性フィルム)の境界面からの反射波を超音波プローブ1が受信する時間と、層L1(エポキシ樹脂)と層L2(シリコン)の境界面からの反射波を超音波プローブ1が受信する時間との時間差Δtは、超音波が多重反射せずに最短距離で伝搬したと仮定すると、図3と図4から、層L2、L4(シリコン)の厚さが150μm、シリコンでの超音波の縦波音速が8600m/s、層L3(非導電性フィルム)の厚さが20μm、非導電性フィルムでの超音波の縦波音速が2540m/sであるので、
Δt=150×2×2/8600+20×2/2540=0.086(μs)
と計算できる。したがって、欠陥93の反射波形は、反射波形13aから時間Δt遅れた時刻t1に出現することになる(図6D)。
Here, the effect of setting the time gate using the received waveform obtained by the simulation will be described in detail. The time for the ultrasonic probe 1 to receive the reflected wave from the boundary surface between the layer L4 (silicon) and the layer L5 (non-conductive film) and the reflection from the boundary surface between the layer L1 (epoxy resin) and the layer L2 (silicon). The time difference Δt with respect to the time at which the ultrasonic probe 1 receives the wave is assumed that the ultrasonic wave has propagated at the shortest distance without multiple reflection. From FIGS. 3 and 4, the thicknesses of the layers L2 and L4 (silicon) Is 150 μm, the longitudinal acoustic velocity of ultrasonic waves in silicon is 8600 m / s, the thickness of the layer L3 (nonconductive film) is 20 μm, and the longitudinal acoustic velocity of ultrasonic waves in the nonconductive film is 2540 m / s. ,
Δt = 150 × 2 × 2/8600 + 20 × 2/2540 = 0.086 (μs)
Can be calculated. Therefore, the reflected waveform of the defect 93 appears at time t1 delayed by time Δt from the reflected waveform 13a (FIG. 6D).

しかし、図6Cと図6Dからわかるように、反射波形12a、13aから時間Δt遅れた時刻t1では、反射波形12bと反射波形13bの差は僅かであり、むしろ時刻t1より後の時刻に反射波形12bと反射波形13bの間に大きな差が見られる。これは、多層構造を持つ検査対象9内で超音波が多重反射するために生じた現象である。シミュレーションで求めた受信波形を用いることで、多重反射の影響を考慮した、欠陥93に由来する反射波が出現する時刻(図6Dでは、時刻t1より後の時刻)を推定することができ、欠陥を精度よく検出するのに適切な時間ゲートを設定することができる。   However, as can be seen from FIGS. 6C and 6D, at time t1 delayed by time Δt from the reflected waveforms 12a and 13a, the difference between the reflected waveform 12b and the reflected waveform 13b is slight. There is a large difference between 12b and the reflected waveform 13b. This is a phenomenon caused by the multiple reflection of ultrasonic waves in the inspection object 9 having a multilayer structure. By using the received waveform obtained by the simulation, it is possible to estimate the time (the time after time t1 in FIG. 6D) at which the reflected wave derived from the defect 93 appears in consideration of the influence of multiple reflection. It is possible to set an appropriate time gate for accurately detecting.

本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法の効果を説明する。   The effects of the ultrasonic image apparatus and the ultrasonic image generation method according to this embodiment will be described.

超音波映像装置は、時間ゲート(波形を抽出する時間範囲)内での欠陥の有無による反射波の波形の差異で映像(欠陥像)を生成するので、欠陥の有無によって波形に差が生じるように適切な時間ゲートを設定できる必要がある。特に多層構造の検査対象を検査する際には、反射波の波形が複雑になり時間ゲートを適切に設定しないと欠陥の検出精度が低下するので、欠陥を精度よく検出して精度のよい欠陥の映像を得るためには、時間ゲートを適切に設定する必要がある。   The ultrasonic imaging apparatus generates an image (defect image) based on the difference in the waveform of the reflected wave depending on the presence / absence of a defect within the time gate (time range for extracting the waveform), so that the waveform varies depending on the presence / absence of the defect. It is necessary to be able to set an appropriate time gate. In particular, when inspecting an inspection object with a multilayer structure, the waveform of the reflected wave becomes complicated and the accuracy of defect detection decreases unless the time gate is set appropriately. In order to obtain video, it is necessary to set the time gate appropriately.

本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、欠陥なしの計算モデルと欠陥ありの計算モデルの両方に対して数値シミュレーションを実行して超音波の反射波の波形を求め、求めた反射波の波形に基づいて時間ゲートを設定する。このため、欠陥を精度よく検出するのに適切な時間ゲートを設定することができ、検査対象が多層構造を持ち反射波の波形が複雑になる場合でも、欠陥を精度よく検出し、精度のよい欠陥の映像を得ることができる。   In the ultrasonic imaging apparatus and the ultrasonic image generation method according to the present embodiment, a numerical simulation is performed on both the calculation model without defects and the calculation model with defects to determine the waveform of the reflected wave of the ultrasonic wave. A time gate is set based on the waveform of the reflected wave. For this reason, it is possible to set an appropriate time gate for accurately detecting the defect, and even when the inspection target has a multilayer structure and the waveform of the reflected wave is complicated, the defect is accurately detected and the accuracy is high. An image of the defect can be obtained.

本発明の実施例2では、超音波映像装置が送信用超音波プローブと受信用超音波プローブを備え、送信用超音波プローブが超音波を検査対象に送信(照射)して検査対象を走査し、検査対象を透過した超音波(透過波)を受信用超音波プローブが受信し、受信用超音波プローブが受信した透過波の波形から欠陥の映像を生成する測定方法、いわゆる透過法で検査対象の欠陥を検査する方法を説明する。   In the second embodiment of the present invention, the ultrasonic imaging apparatus includes a transmission ultrasonic probe and a reception ultrasonic probe, and the transmission ultrasonic probe transmits (irradiates) ultrasonic waves to the inspection target to scan the inspection target. , A measuring method in which an ultrasonic wave (transmitted wave) transmitted through an inspection object is received by a receiving ultrasonic probe and an image of a defect is generated from the waveform of the transmitted wave received by the receiving ultrasonic probe; A method for inspecting defects will be described.

透過法で検査対象の欠陥を検査する場合は、検査対象の計算モデルの構造情報と、送信用超音波プローブと受信用超音波プローブという2つの超音波プローブを用いることが、反射法で検査対象の欠陥を検査する場合(実施例1)と異なり、時間ゲートの設定方法を含む超音波映像生成方法の手順など、その他の点は、反射法で検査対象の欠陥を検査する場合と同じである。以下では、実施例1と異なる点について、本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法を説明する。   When inspecting a defect to be inspected by the transmission method, the structure information of the calculation model to be inspected and using two ultrasonic probes, that is, an ultrasonic probe for transmission and an ultrasonic probe for reception, are inspected by the reflection method. Unlike the case of inspecting the defect (Example 1), other points such as the procedure of the ultrasonic image generation method including the time gate setting method are the same as the case of inspecting the defect to be inspected by the reflection method. . In the following, with respect to differences from the first embodiment, an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic image generation method according to the present embodiment will be described.

図7は、本実施例による超音波映像装置が用いる、検査対象9の計算モデル4a(媒質である水も含む)の構造情報の設定画面20の例を示す図である。図3に示した実施例1での構造情報の設定画面10と同様に、本実施例での構造情報の設定画面20にも、構造情報設定表20aと構造情報参照図20bが表示される。構造情報参照図20bは、モデル化した超音波プローブ(送信用超音波プローブ21と受信用超音波プローブ22)を表示することができる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the structure information setting screen 20 of the calculation model 4a (including water as a medium) of the inspection target 9 used by the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment. Similar to the structure information setting screen 10 in the first embodiment shown in FIG. 3, the structure information setting screen 20a and the structure information reference diagram 20b are also displayed on the structure information setting screen 20 in the present embodiment. The structural information reference diagram 20b can display the modeled ultrasonic probes (the transmitting ultrasonic probe 21 and the receiving ultrasonic probe 22).

透過法では、検査対象9(図7では、計算モデル4a)は、送信用超音波プローブ21と受信用超音波プローブ22との間に位置する。送信用超音波プローブ21から送信された超音波8は、検査対象9を透過し、受信用超音波プローブ22で受信される。受信用超音波プローブ22が受信した超音波8(透過波)の波形を用いて、欠陥の映像を生成する。本実施例では、受信用超音波プローブ22が受信する透過波の波形を数値シミュレーションで求め、求めた透過波の波形に基づいて時間ゲートを設定し、この時間ゲートを用いて欠陥の映像を生成する。構造情報参照図20bには、この構成が反映される。   In the transmission method, the inspection object 9 (the calculation model 4a in FIG. 7) is located between the transmission ultrasonic probe 21 and the reception ultrasonic probe 22. The ultrasonic wave 8 transmitted from the transmission ultrasonic probe 21 passes through the inspection object 9 and is received by the reception ultrasonic probe 22. Using the waveform of the ultrasonic wave 8 (transmitted wave) received by the receiving ultrasonic probe 22, a defect image is generated. In this embodiment, the waveform of the transmitted wave received by the reception ultrasonic probe 22 is obtained by numerical simulation, a time gate is set based on the obtained waveform of the transmitted wave, and a defect image is generated using the time gate. To do. This structure is reflected in the structure information reference diagram 20b.

本実施例では、構造情報設定表20aにおいて、層L9の水の「距離・厚さ」のセルに、層L8のアクリルと受信用超音波プローブ22との距離(層L8のアクリルと受信用超音波プローブ22との間の水の厚さ)を入力する。層L9の水の「距離・厚さ」のセルに「∞」(無限大)ではなく有限の数値が入力されていることで、透過法を行うこと、すなわち、送信用超音波プローブ21と受信用超音波プローブ22とを用いて検査対象の欠陥を検査することがわかる。また、オペレータは、送信用超音波プローブ21が送信して検査対象9を透過した超音波8を受信用超音波プローブ22が受信する(すなわち、透過法で検査対象9の欠陥を検査する)という条件を、図5に示したフローチャートのステップS101で、時間ゲート設定部4に設定することもできる。   In the present embodiment, in the structure information setting table 20a, the distance between the acrylic of the layer L8 and the ultrasonic probe for reception 22 (the acrylic of the layer L8 and the supersonic wave for reception) is stored in the “distance / thickness” cell of the water of the layer L9. The thickness of water between the acoustic probe 22 and the acoustic probe 22 is input. The transmission method is performed by inputting a finite numerical value instead of “∞” (infinity) into the “distance / thickness” cell of the water in the layer L9, that is, the transmission ultrasonic probe 21 and the reception. It can be seen that the defect to be inspected is inspected using the ultrasonic probe 22. Further, the operator says that the reception ultrasonic probe 22 receives the ultrasonic wave 8 transmitted from the transmission ultrasonic probe 21 and transmitted through the inspection object 9 (that is, inspects the defect of the inspection object 9 by the transmission method). The condition can be set in the time gate setting unit 4 in step S101 of the flowchart shown in FIG.

本実施例では、図5に示したフローチャートのステップS102において、時間ゲート設定部4は、超音波8の透過波の波形(受信用超音波プローブ22が受信した波形)を数値シミュレーションで求める。ステップS103において、ステップS102で求めた透過波の波形に基づいて時間ゲートを設定する。時間ゲートは、欠陥なしの計算モデルで求められた透過波の波形と欠陥ありの計算モデルで求められた透過波の波形とから、実施例1と同様にして設定することができる。ステップS104において、オペレータは、送信用超音波プローブ21を走査し、映像生成部5は、受信用超音波プローブ22が受信した検査対象9の透過波の波形を収録し、ステップS103で設定した時間ゲート内での透過波の波形の最大振幅値を求める。   In the present embodiment, in step S102 of the flowchart shown in FIG. 5, the time gate setting unit 4 obtains the waveform of the transmitted wave of the ultrasonic wave 8 (the waveform received by the receiving ultrasonic probe 22) by numerical simulation. In step S103, a time gate is set based on the waveform of the transmitted wave obtained in step S102. The time gate can be set in the same manner as in the first embodiment from the waveform of the transmitted wave obtained with the calculation model without defects and the waveform of the transmitted wave obtained with the calculation model with defects. In step S104, the operator scans the transmission ultrasonic probe 21, and the video generation unit 5 records the waveform of the transmitted wave of the inspection object 9 received by the reception ultrasonic probe 22, and the time set in step S103. The maximum amplitude value of the waveform of the transmitted wave in the gate is obtained.

なお、本実施例による超音波映像装置は送信用超音波プローブ21と受信用超音波プローブ22を備えるので、パルス送受信器2(図1)は、送信用超音波プローブ21に駆動電圧を印加し、受信用超音波プローブ22からの電気信号を受信し、受信した電気信号をA/D変換器3に出力する。   Since the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment includes the transmission ultrasonic probe 21 and the reception ultrasonic probe 22, the pulse transmitter / receiver 2 (FIG. 1) applies a drive voltage to the transmission ultrasonic probe 21. The electrical signal from the reception ultrasonic probe 22 is received, and the received electrical signal is output to the A / D converter 3.

本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法の効果を説明する。本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、検査対象の欠陥を透過法で検査する場合に、欠陥を精度よく検出するのに適切な時間ゲートを設定することができる。このため、検査対象が多層構造を持ち、検査対象の層の数が多くて反射法では欠陥の映像を取得しにくい場合でも、透過法によって欠陥を精度よく検出し、精度のよい欠陥の映像を得ることができる。   The effects of the ultrasonic image apparatus and the ultrasonic image generation method according to this embodiment will be described. In the ultrasonic imaging apparatus and the ultrasonic image generating method according to the present embodiment, when a defect to be inspected is inspected by the transmission method, an appropriate time gate can be set for accurately detecting the defect. For this reason, even if the inspection target has a multi-layer structure and the number of layers to be inspected is large and it is difficult to obtain a defect image by the reflection method, the defect is detected accurately by the transmission method, and an accurate defect image is obtained. Can be obtained.

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to said Example, A various deformation | transformation is possible. For example, the above-described embodiments are described in detail for easy understanding of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to an aspect including all the configurations described. In addition, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. It is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment or to add or replace another configuration.

1…超音波プローブ、2…パルス送受信器、3…A/D変換器、4…時間ゲート設定部、4a…計算モデル、4a1…欠陥なしの計算モデル、4a2…欠陥ありの計算モデル、4b…シミュレーション画像、5…映像生成部、6…表示部、7…水、8…超音波、9…検査対象、10…計算モデルの構造情報の設定画面、10a…構造情報設定表、10b…構造情報参照図、11…計算モデルの物性情報の設定画面、12…欠陥なしの計算モデルでの受信波形、12a、12b…反射波形、13…欠陥ありの計算モデルでの受信波形、13a、13b…反射波形、20…計算モデルの構造情報の設定画面、20a…構造情報設定表、20b…構造情報参照図、21…送信用超音波プローブ、22…受信用超音波プローブ、91a、91b、91c、91d…シリコンの層、92a、92b、92c…非導電性フィルムの層、93…欠陥。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic probe, 2 ... Pulse transmitter / receiver, 3 ... A / D converter, 4 ... Time gate setting part, 4a ... Calculation model, 4a1 ... Calculation model without a defect, 4a2 ... Calculation model with a defect, 4b ... Simulation image, 5 ... Video generation unit, 6 ... Display unit, 7 ... Water, 8 ... Ultrasound, 9 ... Inspection object, 10 ... Structure model structure information setting screen, 10a ... Structure information setting table, 10b ... Structure information Reference drawing, 11 ... Setting screen of physical property information of calculation model, 12 ... Reception waveform in calculation model without defect, 12a, 12b ... Reflection waveform, 13 ... Reception waveform in calculation model with defect, 13a, 13b ... Reflection Waveform, 20 ... Calculation model structure information setting screen, 20a ... Structure information setting table, 20b ... Structure information reference diagram, 21 ... Transmission ultrasound probe, 22 ... Reception ultrasound probe, 91a, 91b, 91 , 91d ... layer of silicon, 92a, 92b, 92c ... non-conductive layers of the film, 93 ... defect.

Claims (9)

検査対象に超音波を送信して前記検査対象を走査する超音波プローブと、
前記検査対象の計算モデルが入力され、前記計算モデルを用いて前記検査対象を伝搬する前記超音波を数値シミュレーションで求め、前記数値シミュレーションの結果に基づいて時間範囲である時間ゲートが設定されるように構成された時間ゲート設定部と、
前記超音波プローブの走査により前記検査対象から得られた前記超音波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記波形を用いて前記検査対象の検査映像を生成するように構成された映像生成部と、を備え、
前記時間ゲート設定部は、前記計算モデルとして前記検査対象の欠陥が設定されていない欠陥なしの計算モデルと前記欠陥が設定された欠陥ありの計算モデルとが入力され、前記欠陥なしの計算モデルと前記欠陥ありの計算モデルのそれぞれについて前記検査対象を伝搬する前記超音波を前記数値シミュレーションで求め、
前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記超音波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である、
ことを特徴とする超音波映像装置。
An ultrasonic probe that scans the inspection object by transmitting ultrasonic waves to the inspection object;
The calculation model of the inspection object is input, the ultrasonic wave propagating through the inspection object is obtained by numerical simulation using the calculation model, and a time gate that is a time range is set based on the result of the numerical simulation A time gate setting unit configured in
Image generation configured to record the waveform of the ultrasonic wave obtained from the inspection object by scanning the ultrasonic probe and generate the inspection image of the inspection object using the waveform within the time gate And comprising
The time gate setting unit, as the calculation model, is input a calculation model without a defect in which the defect to be inspected is not set and a calculation model with a defect in which the defect is set, and the calculation model without the defect Obtaining the ultrasonic wave propagating through the inspection object for each of the calculation models with defects by the numerical simulation,
The time gate is at least a part of a time range in which the waveform of the ultrasonic wave determined by the calculation model without defects and the waveform of the ultrasonic wave determined by the calculation model with defects are different from each other. is there,
An ultrasonic imaging apparatus characterized by that.
前記時間ゲート設定部は、前記数値シミュレーションで求めた、前記欠陥なしの計算モデルについての前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルについての前記超音波の波形との振幅の差分を計算し、前記差分が予め定めた閾値より大きい時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
請求項1に記載の超音波映像装置。
The time gate setting unit calculates a difference in amplitude between the waveform of the ultrasonic wave for the calculation model without the defect and the waveform of the ultrasonic wave for the calculation model with the defect, which is obtained by the numerical simulation, The time gate is at least part of a time range in which the difference is greater than a predetermined threshold;
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1.
前記超音波プローブは、前記検査対象に前記超音波を送信するとともに、前記検査対象からの反射波を受信し、
前記時間ゲート設定部は、前記反射波を前記数値シミュレーションで求め、
前記映像生成部は、前記反射波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記反射波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成し、
前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記反射波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記反射波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である、
請求項1または2に記載の超音波映像装置。
The ultrasonic probe transmits the ultrasonic wave to the inspection target and receives a reflected wave from the inspection target;
The time gate setting unit obtains the reflected wave by the numerical simulation,
The video generation unit records the waveform of the reflected wave, generates the inspection video of the inspection target using the waveform of the reflected wave within the time gate,
The time gate is at least part of a time range in which the waveform of the reflected wave obtained by the calculation model without defects and the waveform of the reflected wave obtained by the calculation model with defects are different from each other. is there,
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1 or 2.
前記検査対象を透過した透過波を受信する受信用超音波プローブをさらに備え、
前記時間ゲート設定部は、前記透過波を前記数値シミュレーションで求め、
前記映像生成部は、前記透過波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記透過波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成し、
前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記透過波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記透過波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である、
請求項1または2に記載の超音波映像装置。
Further comprising a receiving ultrasonic probe for receiving a transmitted wave that has passed through the inspection object;
The time gate setting unit obtains the transmitted wave by the numerical simulation,
The image generation unit records the waveform of the transmitted wave, generates the inspection image of the inspection object using the waveform of the transmitted wave within the time gate,
The time gate includes at least a part of a time range in which the waveform of the transmitted wave obtained by the calculation model without defects and the waveform of the transmitted wave obtained by the calculation model with defects are different from each other. is there,
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1 or 2.
超音波が送信されて検査映像が生成される検査対象の計算モデルを超音波映像装置に入力する第1のステップと、
前記超音波映像装置が、前記計算モデルを用いて前記検査対象を伝搬する前記超音波を数値シミュレーションで求める第2のステップと、
前記数値シミュレーションの結果に基づいて時間範囲である時間ゲートを前記超音波映像装置に設定する第3のステップと、
前記超音波映像装置が、前記検査対象に前記超音波を送信する超音波プローブの前記検査対象への走査により前記検査対象から得られた前記超音波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成する第4のステップと、を有し、
前記第1のステップでは、前記計算モデルとして前記検査対象の欠陥が設定されていない欠陥なしの計算モデルと前記欠陥が設定された欠陥ありの計算モデルとが入力され、
前記第2のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルと前記欠陥ありの計算モデルのそれぞれについて前記検査対象を伝搬する前記超音波を前記数値シミュレーションで求め、
前記第3のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記超音波の波形とが互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
ことを特徴とする超音波映像生成方法。
A first step of inputting, into the ultrasound imaging apparatus, a computation model to be inspected by which ultrasound is transmitted and an inspection image is generated;
A second step in which the ultrasonic imaging apparatus obtains the ultrasonic wave propagating through the inspection object using the calculation model by numerical simulation;
A third step of setting a time gate that is a time range in the ultrasonic imaging device based on the result of the numerical simulation;
The ultrasound imaging apparatus records the waveform of the ultrasound obtained from the inspection object by scanning the inspection object with an ultrasonic probe that transmits the ultrasonic wave to the inspection object, and within the time gate A fourth step of generating the inspection image of the inspection object using the waveform,
In the first step, a calculation model without a defect in which the defect to be inspected is not set and a calculation model with a defect in which the defect is set are input as the calculation model,
In the second step, the ultrasonic wave propagating through the inspection object for each of the calculation model without defects and the calculation model with defects is obtained by the numerical simulation,
In the third step, at least a part of a time range in which the waveform of the ultrasonic wave determined by the calculation model without defects and the waveform of the ultrasonic wave determined by the calculation model with defects are different from each other. Is the time gate,
An ultrasonic image generation method characterized by the above.
前記第3のステップでは、前記超音波映像装置が、前記数値シミュレーションで求めた、前記欠陥なしの計算モデルについての前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルについての前記超音波の波形との振幅の差分を計算し、前記差分が予め定めた閾値より大きい時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
請求項5に記載の超音波映像生成方法。
In the third step, the ultrasonic imaging apparatus obtains the ultrasonic waveform for the calculation model without defects and the ultrasonic waveform for the calculation model with defects obtained by the numerical simulation. Calculating an amplitude difference, and setting the time gate as at least a part of a time range in which the difference is greater than a predetermined threshold;
The ultrasonic image generation method according to claim 5.
前記第3のステップでは、前記超音波映像装置のオペレータが、前記数値シミュレーションで求めた、前記欠陥なしの計算モデルについての前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルについての前記超音波の波形とが互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
請求項5に記載の超音波映像生成方法。
In the third step, the ultrasonic waveform for the calculation model without defects and the ultrasonic waveform for the calculation model with defects obtained by the numerical simulation by the operator of the ultrasonic imaging apparatus And at least a part of a time range in which and are different from each other,
The ultrasonic image generation method according to claim 5.
前記超音波プローブは、前記検査対象に前記超音波を送信するとともに、前記検査対象からの反射波を受信し、
前記第2のステップでは、前記超音波映像装置が、前記反射波を前記数値シミュレーションで求め、
前記第3のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記反射波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記反射波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を、前記時間ゲートとし、
前記第4のステップでは、前記超音波映像装置が、前記反射波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記反射波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成する、
請求項5から7のいずれか1項に記載の超音波映像生成方法。
The ultrasonic probe transmits the ultrasonic wave to the inspection target and receives a reflected wave from the inspection target;
In the second step, the ultrasound imaging apparatus obtains the reflected wave by the numerical simulation,
In the third step, at least one of time ranges in which a waveform of the reflected wave obtained by the calculation model without defects and a waveform of the reflected wave obtained by the calculation model with defects are different from each other. Part as the time gate,
In the fourth step, the ultrasound imaging apparatus records the waveform of the reflected wave, and generates the inspection image of the inspection object using the waveform of the reflected wave within the time gate.
The ultrasonic image generation method according to claim 5.
前記検査対象を透過した透過波を受信用超音波プローブで受信し、
前記第2のステップでは、前記超音波映像装置が、前記透過波を前記数値シミュレーションで求め、
前記第3のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記透過波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記透過波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を、前記時間ゲートとし、
前記第4のステップでは、前記超音波映像装置が、前記透過波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記透過波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成する、
請求項5から7のいずれか1項に記載の超音波映像生成方法。
A transmitted ultrasonic wave transmitted through the inspection object is received by a receiving ultrasonic probe,
In the second step, the ultrasound imaging apparatus obtains the transmitted wave by the numerical simulation,
In the third step, at least one of time ranges in which the waveform of the transmitted wave obtained by the calculation model without defects and the waveform of the transmitted wave obtained by the calculation model with defects are different from each other. Part as the time gate,
In the fourth step, the ultrasonic imaging apparatus records the waveform of the transmitted wave, and generates the inspection image of the inspection object using the waveform of the transmitted wave within the time gate.
The ultrasonic image generation method according to claim 5.
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