JPH01145564A - 密度分布表示装置 - 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、ある物体における密度のバラツキの状態を観
察するための密度分布表示装置’：ｌ’ｘｌｆろ。

〔従来の技術〕

ある種の部材にあっては、当該部材における密度のバラ
ツキを知りたい場合がある。例えば、半導体の基板に使
用されるセラミックス板の場合、その製造過程において
１つのセラミックス板の各所に密度のバラツキが生じる
のを避けることができない。そして、そのバラツキに極
度の偏りが存在する場合、そのセラミックス板は機械的
強度や熱放散性に問題を生じる。即ち、上記の用途に供
されるセラミックス板は、密度が均一であると仮定して
強度計算がされているが、密度に大きな偏りがあると予
め想定されている強度より脆弱となり通常状態で使用し
ていても破損するおそれがある。又、装着した半導体に
通電した場合、密度に大きな偏りがあると均一な熱放散
に支障を生じ、半導体に悪影響を及ぼすおそれもある。

以上は、セラミックス板の例であるが、他の部材につい
ても、その密度のバラツキが問題となるものがあること
が予想される。したがって、ある部材にとっては密度の
バラツキの状態を検査することが重要なこととなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記のように密度のバラツキを知る必要があ
るにもかかわらず、そのための適切な手段は未だに提供
されていない。

一般に、密度はその物体の体積と重量から求めることが
できるが、この方法だと、部材の密度のバラツキを知る
には当該部材を破壊しなければならず、上記方法は採用
できない。そこで、部材を破壊せずに密度のバラツキを
知る方法として、超音波を利用する方法が考えられる。

即ち、予め厚さが知られている部材の表面から超音波を
放射すると、その超音波は部材の表面と底面で反射する
。

底面で反射して戻る超音波は部材の厚み方向を往復する
ことになるので、２つの反射波の時間差（この時間差は
オシログラフで読取ることができる。）の２が、超音波
が部材の表面から底面に到達する時間となる。この時間
と部材の厚みとにより、超音波の部材内での音速を求め
ることができる。音速と密度との間には一定の関係があ
るので音速により密度を知ることが可能である。

しかしながら、このような方法では、音速を計算するの
にオシログラフから時間を読取る必要があり、部材の表
面各個所の音速の計算を完了するには多大な時間と労力
を必要とするばかりでなく、最終的には音速が値として
見出されるだけであり密度のバラツキを明確に把握する
のは極めて困難である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、ある部材の密度のバラツキを容易、かつ明
確に把握することができる密度分布表示装置を提供する
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、予め厚さが判明
している被検材の表面の複数個所において超音波を送受
する超音波探触子と、この超音波探触子で受信された信
号および前記被検材の厚さに基づいて音速を演算する音
速演算手段と、演算された音速をその音速に応じた所定
のレベルに分類する分類手段と、前記各音速を前記分類
手段で分類されたレベルに対応する階調で表示する表示
手段とで密度分布表示装置を構成したことを特徴とする
。

〔作用〕

被検材の表面から底面に向けて超音波を放射し、それら
の反射波信号と被検材の厚みから、その個所における超
音波の音速が演算される。被検材の各個所の音速はその
音速に応じた所定のレベル区分のいずれかに分類される
。そして、表示手段における被検材の超音波測定個所に
相当する部分には、分類されたレベルに対応した色彩又
は濃淡等の表示がなされる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。　　
　　” 第１図は本発明の実施例に係る密度分布表示装置の系統
図である。図で、１は台、ＩＹは台１上をＹ軸方向（紙
面に垂直な方向）に移動する移動体、ＩＸは移動体ＩＸ
上に固定されたＸ軸方向（水平方向）に延びるレール、
２はレールｌＸ上を移動する移動ブロック、３は移動ブ
ロック２に固定された支持体である。４は台１に置かれ
た水槽、５は水槽４の底壁に置かれた支持部材、６は支
持部材５上に載置された被検査対象部材、例えばセラミ
ックス板である。セラミックス板６は水槽４の水中に位
置する。７は支持体３に固定された超音波探触子であり
、その先端は水槽４の水中にありセラミックス板６の表
面に対向している。

８は移動体ＩＹをＹ軸方向に、かつ、移動ブロック２を
Ｘ軸方向に、それぞれ独立して駆動するモータ（図示さ
れていない）を駆動制御するコントローラである。９は
送受信装置であり、超音波探触子７に超音波放射の信号
を送信するとともに、放射された超音波の反射波信号を
受信する。１０は送受信装置９で受信した反射波信号を
記憶する波形記憶装置である。１１はマイクロコンピュ
ータであり、波形記憶装置１０に記憶された信号に基づ
いて所要の演算、制御を実行する。１２はマイクロコン
ピュータ１１からの信号を人力し、これを表示装置１３
に出力する画像入出力装置である。１３は表示装置であ
って、例えばモニタ用カラーテレビジョンが使用される
。

次に、本実施例の動作を第２図および第３図を参照しな
がら説明する。第２図はセラミックス板６の一部の平面
図、第３図は超音波反射波信号の波形図である。最初に
、マイクロコンピュータ１１はコントローラ８に指令信
号を出力し、コントローラ８はこの指令信号に基づきモ
ータを駆動して移動体ＩＹ、移動ブロック２を移動させ
、超音波探触子７の先端を第２図に示すセラミックス板
６の表面の位置ＰＩ　と対向する位置に位置せしめる。

次いで、マイクロコンピュータ１１は送受信装置９に対
して超音波放射を指令し、これにより超音波探触子７は
セラミックス［６の表面の位置Ｐ。

から底面に向って超音波を放射する。この超音波はセラ
ミックス板６の表面および底面で反射し、これら反射波
は超音波探触子７に受波され、超音波探触子７からはこ
れに応じた電圧が出力され、送受信装置９で受信される
。この受信された電圧波形が第３図に示されている。第
３図で横軸には時間、縦軸には電圧がとっである。Ａは
セラミックス板６の表面の反射波、Ｂは底面の反射波を
示す。

送受信装置９で受信されたこのような反射波信号は波形
記憶装置１０に入力される。波形記憶装置１０ではこの
反射波信号を所定のサンプリング時間でサンプリングし
、これをディジタル値に変換した後順次記憶部に格納し
てゆく。マイクロコンピュータ１１はこのようにして記
憶された反射波信号をとり出し、表面の反射波信号Ａの
ピーク値ＶＡおよび底面の反射波信号のピーク値Ｖ、を
みつけ、これらピーク値間の時間を演算する。この時間
はピーク値■＾、■■間のサンプリングの数を演算し、
これにサンプリング時間を乗じることにより容易に得る
ことができる。得られた時間に２を乗算することにより
、セラミックス板６の位Ｗ　ｐ　＋における表面から底
面までの超音波伝達時間が得られ、この時間でセラミッ
クス板６の表面から底面までの距離（セラミックス板６
の厚み）を除することにより位置ＰＩにおける音速を得
ることができる。この音速は前述のように位置Ｐ。

の密度と一定の関係にある。この音速はマイクロコンピ
ュータ１１の記憶部に一旦格納される。

次いで、マイクロコンピュータ１１はコントローラ８に
指令信号を出力し、超音波探触子７を第２図に示すセラ
ミックス板６０位置Ｐ、に対向する位置に移動させ、前
述と同様の手段で位置Ｐ２における音速を演算し記憶す
る。このようにして、超音波探触子７は第２図に示す矢
印線に沿って各位置に順次移動せしめられ、マイクロコ
ンピュータ１１は当該各位置毎に音速を記憶してゆく。

ここで、理解を容易にするため、各位置の音速の具体例
を下記の表１に示し、以下この具体例にしたがって動作
の説明を行なう。なお、この具体例において、セラミッ
クス板６の表面に設定される位置は、位置Ｐ、〜ｐ＋ｚ
の１２個所とする。

さて、超音波探触子７によるセラミックス板６の表面の
走査（位置Ｐ１〜Ｐ＋ｇ）が終了すると、マイクロコン
ピュータ１１は各音速をとり出して最大値と最小値を探
す。上記具体例では、最大値は位置Ｐ、における８５５
０　ｍ　／　ｓｅｃ　、最小値は位置Ｐ、における７８
００　ｍ　／　ｓｅｃである。そして、マイクロコンピ
ュータ１１は上記最大値と最小値の間を音速１００　ｍ
　／ｓｅｃ毎に８つのレベルに区分する。即ち、７８０
０〜７８９９はレベルＬ＋＋・・−・・・−・、　８５
００〜８５９９はレベルＬ、となる。このように音速を
区分した後、マイクロコンピュータ１１は各位置の音速
を各レベルに分類する。これを下記の表２に示す。

次に、マイクロコンピュータ１１は、各位置のレベルを
画像入出力装置１２に出力する。画像入出力装置１２に
おいては、予め各レベルに対して異なる色が対応づ′け
られており、入力された各位置の各レベルに応じて色信
号が作成され、この色信号は表示装置１３に出力される
。これにより、表示装置１３にはセラミックス板６が描
かれるとともに、この描かれたセラミックス板６上の各
位置はレベルに応じて色彩表示される。即ち、表示装置
１３には密度のバラツキが色のバラツキとして表示され
ることになる。

このように、本実施例では、セラミックス板の表面を超
音波探触子で走査し、各位置毎に超音波の音速を演算し
、各音速を所定のレベルに分類し、セラミックス板の各
位置を前記レベルに応じて色分は表示するようにしたの
で、セラミックス板の各位置の密度のバラツキを容易、
明確、かつ速やかに把握することができ、ひいては製品
として不適当なセラミックス板を予め排除することがで
きる。又、密度のバラツキをみて製造条件（焼成時間、
温度等）の修正を繰り返す製造管理を行うことにより均
一な密度のセラミックス板を製造することができる。

なお、上記実施例の説明では、物品としてセラミックス
板を例示して説明したが、これに限ることはなく、合成
樹脂板、その他種々の部材に適用可能である。又、レベ
ルの数は任意に設定することができ、かつ、その分類も
最高音速と最低音速との間で行わずにある基準音速から
の差に応じて行うこともできる。さらに、表示装置によ
る表示は、レベルに応じて色分は表示する代りにレベル
に応じて濃淡表示又は等高線のような表示をすることも
できる。なお、これらのように識別可能な表示方法を階
調ということにする。さらに又、超音波探触子による走
査は、必ずしも被検材の全領域に限ることはな（、必要
部分のみの走査でもよい。

〔発明の効果〕 以上述べたように、本実施例では、被検材の表面を超音
波探触子で走査し、各位置毎に超音波音速を演算し、各
音速を所定のレベルに分類し、被検材の各位置をレベル
に応じて階調で表示するようにしたので、被検材の密度
のバラツキを容易、明確、かつ、迅速に把握することが
でき、被検材を効果的に検査することができる。又、製
造管理を有効に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る密度分布表示装置の系統
図、第２図は第１図に示すセラミックス板の一部の平面
図、第３図は超音波の反射信号の波形図である。 ６−−−−−−・セラミックス板、７−・−超音波探触
子、８−−−−−−・−コントローラ、９・−・−送受
信装置、１０−一波形記憶装置、１１−・−・マイクロ
コンピュータ、１２−・−・−画像入出力装置、１３・
−・・−表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　予め厚さが判明している被検材の表面の複数個所にお
   いて、超音波を送受する超音波探触子と、この超音波探
   触子で受信された信号および前記被検材の厚さに基づい
   て音速を演算する音速演算手段と、演算された各音速を
   その音速に応じた所定のレベルに分類する分類手段と、
   前記各音速を前記分類手段で分類されたレベルに対応す
   る階調で表示する表示手段とで構成されることを特徴と
   する密度分布表示装置。