本發(fā)明涉及具有探針干擾檢測功能的超聲波圖像裝置。

背景技術(shù)：

過去，在超聲波圖像裝置(SAT：Scanning Acoustic Tomograph：超聲波斷層掃描攝影裝置)中，在水中設(shè)置半導(dǎo)體或集成電路等作為被檢測體的平面狀的工件，一邊使被稱為探針的超聲波發(fā)送接受傳感器沿著該工件的表面進(jìn)行掃描一邊進(jìn)行由超聲波實施的測定。借此，可以研究工件有沒有缺陷(剝離或空隙)。

工件與探針的距離隨條件而變化，例如，有時會接近于毫米量級以下，這時，探針和工件會產(chǎn)生干擾。在發(fā)生了這種干擾的情況下，存在著擔(dān)心會對工件及探針造成損傷的問題。

專利文獻(xiàn)1記載的發(fā)明，是檢測這樣的探針的碰撞，使掃描停止的發(fā)明。在專利文獻(xiàn)1的摘要中記載了“在具有超聲波測定用的探針1、探針1的保持器2、使保持器在三個方向上移動等的掃描器3+4，利用掃描器3、4使探針1移動來進(jìn)行超聲波測定的超聲波測定裝置中，配備有感應(yīng)伸縮兩個方面的應(yīng)變的兩個應(yīng)變傳感器31、32、以及根據(jù)傳感器31、32的狀態(tài)等產(chǎn)生掃描器3+4的動作停止用的檢測信號A的檢測電路260，這些傳感器31、32以在保持器2的中間部分的外表面大致相互正交的兩個面作為各自的安裝面，并且，被分別以對與這些安裝面兩者大致平行的方向上的應(yīng)變進(jìn)行感應(yīng)的方向進(jìn)行安裝?！?/p>

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平7－103951號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

在專利文獻(xiàn)1記載的發(fā)明中，通過利用應(yīng)變傳感器檢測超聲波探針的側(cè)面方向的應(yīng)變，檢測出工件和探針的干擾。但是，近年來，由于超聲波探針的掃描速度極快，所以，必須考慮由水引起的側(cè)面方向的應(yīng)力。即，當(dāng)用超聲波探針掃描時，由于水的應(yīng)力而產(chǎn)生側(cè)面方向的應(yīng)變，存在著將其錯誤地判斷為超聲波探針和工件碰撞的擔(dān)憂。另外，在專利文獻(xiàn)1記載的發(fā)明中，超聲波探針被固定到Z軸掃描器上。因而，在與工件碰撞時，施加大的應(yīng)力，存在著工件或探針破損的擔(dān)憂。

因此，本發(fā)明的課題為，在超聲波圖像裝置中，檢測探針與工件的干擾、抑制這些探針和工件的損傷作為課題。

解決課題的手段

為了解決前述課題，第一個發(fā)明的超聲波圖像裝置，配備有：利用超聲波將平面狀的工件圖像化用的探針；對于前述工件的表面使所述探針進(jìn)行二維掃描的掃描機構(gòu)；通過檢測前述探針的向上方的運動來檢測前述工件和前述探針的干擾的干擾檢測機構(gòu)；在前述探針的上部以與前述探針一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)置的凸緣部；以及保持前述探針用的保持器。

另外，前述干擾檢測機構(gòu)被埋入配置在前述保持器內(nèi)，其一部分從前述保持器的上表面突出，在前述探針與前述工件之間沒有干擾時，前述突出部被前述凸緣部推壓而埋入到前述保持器內(nèi)，在前述探針與前述工件之間干擾了時，通過前述探針向上方移動，前述凸緣部也向上方移動，由此，被埋入到前述保持器內(nèi)的前述突出部復(fù)原，檢測前述工件與前述探針之間的干擾。

第二個發(fā)明的超聲波圖像裝置，其特征在于，配備有：經(jīng)由液體利用超聲波將平面狀的工件圖像化用的探針；對于前述工件的面使前述探針掃描的掃描機構(gòu)；以及以非接觸的方式檢測前述工件與前述探針的接近的干擾檢測機構(gòu)。

對于其它的機構(gòu)，在實施發(fā)明用的方式中進(jìn)行說明。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，在超聲波圖像裝置中，能夠檢測探針與工件的干擾，抑制這些探針或工件的損傷。

附圖說明

圖1是超聲波圖像裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是說明由探針對工件的測定的圖。

圖3是表示探針與工件的位置關(guān)系的圖。

圖4是表示第一種實施方式的保持器的動作的說明圖。

圖5是表示第一種實施方式的保持器結(jié)構(gòu)的圖。

圖6是表示第一種實施方式的保持器結(jié)構(gòu)的分解圖。

圖7是表示第一種實施方式中的超聲波掃描處理的流程圖。

圖8是表示第二種實施方式的探針的結(jié)構(gòu)的圖。

圖9是表示第三種實施方式的探針的結(jié)構(gòu)的圖。

圖10是表示比較例的探針的結(jié)構(gòu)的圖。

具體實施方式

下面，參照各個附圖詳細(xì)地說明用于實施本發(fā)明的方式。

圖1是超聲波圖像裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

超聲波圖像裝置1具備檢測探針4與工件8的干擾的功能。從而，超聲波圖像裝置1能夠抑制探針4或工件8的損傷。

超聲波圖像裝置1配備有三軸掃描器2(掃描機構(gòu))和探針4。該三軸掃描器2使探針4對平面狀的工件8進(jìn)行二維掃描。借此，超聲波圖像裝置1可以利用超聲波將平面狀的工件8圖像化。

探針4被浸漬到充滿水槽91的水中，以探針4的頂端與工件8對向地配置。探針4被保持器24安裝到三軸掃描器2上。該三軸掃描器2使探針4進(jìn)行二維掃描，并且，檢測其掃描位置。由此，超聲波圖像裝置1可以將各個掃描位置與回波的關(guān)系二維圖像化。水槽91被載置于臺座92上。

三軸掃描器2配備有：使探針4進(jìn)行掃描的X軸促動器21及Y軸促動器22；能夠改變探針4與工件8的間隔的Z軸促動器23；以及把持探針4的保持器24。該保持器24支承被設(shè)置在探針4的上部的凸緣部42，在對該探針4施加了朝上的力時，順滑地向上方移動。在保持器24上設(shè)置有傳感器3，對探針4向上方移動進(jìn)行檢測。

在檢測之前由臺座92調(diào)整探針4的高度，并且，利用Z軸促動器23調(diào)整探針4與工件8之間的間隔。

超聲波圖像裝置1還配備有：探針4及脈沖發(fā)生器52、前置放大器53、處理該探針4的輸出信號的接收器54及A/D變換器55、控制裝置56、數(shù)據(jù)處理裝置57、以及顯示器58。

脈沖發(fā)生器52在每個規(guī)定的掃描位置輸出信號。該信號例如是脈沖波或脈沖串波等的電信號。

前置放大器53在利用脈沖發(fā)生器52的信號使超聲波向探針4輸出之后，將探針4接收的信號放大，輸出到接收器54。接收器54將輸入的信號進(jìn)一步放大，向A/D變換器55輸出。

由工件8的測定面81反射的回波經(jīng)由接收器54被輸入到A/D變換器55。A/D變換器55在選通處理之后將該回波的模擬信號變換成數(shù)字信號，輸出到控制裝置56。

控制裝置56控制該三軸掃描器2，使探針4進(jìn)行二維掃描，一邊取得探針4的各個掃描位置，一邊利用超聲波測定工件8。控制裝置56例如將X軸作為主掃描方向，將Y軸作為副掃描方向，最初使探針4移動到Y(jié)軸的起點位置。接著，控制裝置56使探針4在主掃描方向上且向去路方向移動，取得奇數(shù)號碼線的超聲波信息，并且使探針4在副掃描方向上移動一步。進(jìn)而，控制裝置56使探針4在主掃描方向上并且向返回方向移動，取得偶數(shù)號碼線的超聲波信息，并且使探針4在副掃描方向上移動一步。

控制裝置56如果在掃描過程中由傳感器3檢測出探針4向上方的移動，則停止三軸掃描器2的動作。借此，能夠抑制探針4或工件8的損傷。

從控制裝置56向數(shù)據(jù)處理裝置57輸入工件8的各個掃描位置和與各個掃描位置對應(yīng)的超聲波信號，數(shù)據(jù)處理裝置57進(jìn)行將與工件8的各個掃描位置對應(yīng)的超聲波的測定結(jié)果圖像化的處理，將處理過的工件8的超聲波圖像顯示在顯示器58上。

圖2(a)、(b)是說明由探針4對工件8的測定的圖。

在圖2(a)中，探針4的頂端部41位于與工件8的表面距離為Z0處。這時，探針4輸出的超聲波將焦點聚焦到工件8的測定面81上。因而，這時的超聲波圖像是鮮明的。該探針4的頂端部41呈錐形。

在圖2(b)中，探針4的頂端部41與圖2(a)的情況相比，位于距離工件8的表面的距離為Z1處。這時，探針4輸出的超聲波將焦點聚焦在比工件8的測定面81靠上側(cè)。因而，這時的超聲波圖像與圖2(a)的情況相比是不鮮明的。因而，優(yōu)選地，探針4和工件8的距離是圖2(a)所示的距離Z0。

圖3是表示探針4和工件8的位置關(guān)系的圖。

在由超聲波圖像裝置1對工件8的觀察中，將臺座94設(shè)置在水槽91內(nèi)，將工件8載置于臺座94，在用水將該水槽91充滿之后，利用Z軸促動器23調(diào)整工件4和工件8的間隔。在圖3所示的例子中，探針4和工件8的間隔為距離Z2，有必要將其調(diào)整為圖2(a)所示的距離Z0。

該距離Z0根據(jù)條件而變化。但是，有時會接近于毫米數(shù)量級以下，這時，在有的情況下探針4和工件8會發(fā)生干擾。在發(fā)生這種干擾的情況下，存在著對探針4以及工件8造成損傷的擔(dān)憂。因而，改進(jìn)了固定超聲波圖像裝置1的探針4的保持器24的結(jié)構(gòu)，賦予其能夠檢測探針4和工件8的接觸的功能。

<<比較例>>

圖10是表示比較例的探針4的結(jié)構(gòu)的三向視圖。圖10的上部是俯視圖，該俯視圖的下側(cè)是正視圖。正視圖的右側(cè)是側(cè)視圖。

如俯視圖所示，探針4被固定于基部25。在探針4的近旁配置傳感器機構(gòu)7。

如正視圖和側(cè)視圖所示，該傳感器機構(gòu)7配備有比探針4的頂端部41向下方伸出的保護部71、支柱部76、限位開關(guān)75和推壓部74。

支承部72、73在上下方向上可動地支承支柱部76，推壓部74推壓限位開關(guān)75，并且，將該傳感器機構(gòu)7保持在規(guī)定的高度。當(dāng)保護部71與工件8干擾(接觸)時，支柱部76與推壓部74在上下方向上可動，推壓部74不推壓限位開關(guān)75。

控制裝置56利用該限位開關(guān)75檢測傳感器機構(gòu)7與工件8的接觸，能夠在探針4與工件8干擾之前檢測出工件8的接近。該傳感器機構(gòu)7是能夠檢測探針4和工件8的干擾的干擾檢測機構(gòu)。控制裝置56在檢測出探針4與工件8的干擾時，通過使探針4的掃描停止，能夠預(yù)先防止工件8或探針4的損傷。特別是，由于能夠在探針4與工件8干擾之前使掃描停止，因而，是有效的。

在比較例中，在探針4的附近配置能夠檢測出與工件8的接觸的傳感器機構(gòu)7，若該傳感器機構(gòu)7與工件8接觸，則限位開關(guān)75動作，能夠在工件8與探針4接觸之前使動作停止。從而，能夠防止探針4和工件8的損傷，因而，能夠提高超聲波圖像裝置1的附加價值。

但是，在比較例中，由于探針4與傳感器機構(gòu)7間隔開，所以，在傳感器機構(gòu)7的保護部71沒有接觸工件8的情況下，存在著探針4與工件8干擾的擔(dān)憂。另外，由于傳感器機構(gòu)7必須與探針4一起掃描，所以，必須具有規(guī)定的剛性。

<<第一種實施方式>>

圖4(a)、(b)是表示第一種實施方式的保持器24的動作的說明圖。

圖4(a)表示探針4的凸緣部42就位于保持器24的狀態(tài)。

通常，保持器24以貼緊的狀態(tài)保持探針4。但是，本實施方式的保持器24支承探針4的凸緣部42，以規(guī)定的緊固力保持探針4，能夠向上方移動，借助傳感器3檢測探針4的就位狀態(tài)。該傳感器3例如是在保持器24的上部突出的行程短的接觸開關(guān)，檢測出探針4的凸緣部24的推壓并且接通。

圖4(b)表示探針4的凸緣部42沒有就位于保持器24的狀態(tài)。

當(dāng)探針4與工件8物理性地干擾并向上方移動時，成為探針4的凸緣部42沒有就位于保持器24的狀態(tài)。從而，傳感器3沒有檢測出凸緣部42的推壓。即，傳感器3能夠檢測出探針4與工件8的干擾。探針4的頂端呈錐狀，在與工件8干擾時，給予該探針4朝向上方的加載力。探針4不被固定于保持器，在與工件碰撞時向上方移動，防工件或探針的破損。

另外，傳感器3并不局限于接觸開關(guān)，例如，也可以使用距離傳感器等任意的傳感器來檢測探針的就位狀態(tài)，對此沒有限制。

圖5是表示第一種實施方式的保持器24的結(jié)構(gòu)的圖。在圖的上部表示俯視圖，在圖的下部表示側(cè)視圖。

在保持器24上形成有狹縫244和插入探針4的孔部243。保持器24配備有：旋鈕241、彈簧245、套環(huán)246。旋鈕241在頂端被切削出陽螺紋，被緊固到保持器24的陰螺紋上。通過旋轉(zhuǎn)旋鈕241，該旋鈕241經(jīng)由彈簧245對保持器24施加緊固力。借助狹縫244、旋鈕241和彈簧245，能夠以與操作者無關(guān)的恒定的緊固力將探針4保持于孔部243。

套環(huán)246限制旋鈕241的可動范圍，借此，限制旋鈕241緊固保持器24的力。對于這些旋鈕241的結(jié)構(gòu)，將在后面描述的圖6中詳細(xì)地進(jìn)行說明。

在探針4的頂端不與工件8接觸(干擾)時，保持探針4的凸緣部42就位于保持器24的狀態(tài)。在探針4的頂端與工件8接觸(干擾)了時，探針4順滑地向上方移動，變成凸緣部42不就位于保持器24的狀態(tài)。傳感器3檢測由凸緣部42進(jìn)行的推壓，因而，能夠檢測凸緣部42是否就位于保持器24。

探針4當(dāng)其頂端與工件8接觸時相對于保持器24移動。通過利用傳感器3檢測該移動，能夠檢測探針4與工件8的干擾(接觸)。在檢測出干擾時，通過使探針4的掃描停止，能夠防止探針4和工件8的損傷。

圖6是表示第一種實施方式的保持器24的結(jié)構(gòu)的分解圖。

在旋鈕241的頂端形成陽螺紋，將彈簧245和襯套246安裝到旋鈕241的軸上。形成于該旋鈕241頂端的陽螺紋被緊固到保持器24的陰螺紋上。旋鈕241被緊固處位于保持器14之中的被狹縫244截斷的里側(cè)。

當(dāng)將旋鈕241擰入保持器24時，作為彈性體的彈簧245將保持器24之中的被狹縫244截斷的近前側(cè)向里側(cè)加載。即，由于將對應(yīng)于旋鈕241的擰入量的緊固力施加于該保持器24的近前側(cè)和里側(cè)，因此，能夠與操作者無關(guān)地利用恒定的緊固力將探針4保持于孔部243。另外，襯套246限制旋鈕241的可動范圍。借此，能夠使由旋鈕241產(chǎn)生的緊固力在規(guī)定值以下，能夠防止探針4的破壞。

圖7是表示第一種實施方式的超聲波掃描處理的流程圖。

超聲波圖像裝置1利用控制裝置56實施超聲波掃描處理。

當(dāng)控制裝置56開始由探針4進(jìn)行的掃描時(步驟S10)，最初，判斷是否檢測出探針4與工件8的干擾(步驟11)。如果控制裝置56檢測出探針4與工件8的干擾(步驟S11→Yes)，則停止探針4的掃描(步驟S17)，異常終止。從而，能夠防止探針4和工件8的損傷，提高超聲波圖像裝置1的附加價值。

如果控制裝置56沒有檢測出探針4與工件8的干擾(步驟S11→No)，則在向探針4發(fā)送超聲波脈沖(步驟S12)之后，接收超聲波(步驟S13)。數(shù)據(jù)處理裝置57進(jìn)行該接收波的數(shù)據(jù)處理(步驟S14)?？刂蒲b置56重復(fù)進(jìn)行步驟S11～S14的一系列的處理，直到掃描結(jié)束為止(步驟S15→No)。

如果控制裝置56結(jié)束了掃描(步驟S15→No)，則數(shù)據(jù)處理裝置57由該接收波的數(shù)據(jù)處理結(jié)果生成超聲波圖像，結(jié)束圖7的處理。

<<第二種實施方式>>

圖8是表示第二種實施方式的探針4A的結(jié)構(gòu)的圖。

在探針4A的頂端，添加能夠檢測與工件8的接近的傳感器3A。該傳感器3A例如是利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型的非接觸式傳感器，由于能夠非接觸地對工件8進(jìn)行檢測，所以，不會傷及工件8或傳感器3A。從而，能夠預(yù)先防止探針4A與工件8的干擾。另外，傳感器3A響應(yīng)速度快，并且由于沒有電接點，所以壽命長。

當(dāng)工件8接近探針4A時，控制裝置56能夠利用傳感器3A檢測該接近。這時，通過使探針4A的掃描停止，能夠預(yù)先防止探針4A和工件8的損傷。從而，能夠提高超聲波圖像裝置1的附加價值。

<<第三種實施方式>>

圖9是表示第三種實施方式的探針4B的結(jié)構(gòu)的圖。圖9的左右方向是掃描方向的去路方向和返回方向。

在保持器24B的主掃描方向的兩側(cè)，設(shè)置有傳感器3L、3R。所述傳感器3L、3R是激光距離計，由于能夠非接觸地對工件8進(jìn)行檢測，所以，不會傷及工件8和傳感器3A。例如，在主掃描方向的去路中，可以利用傳感器3L測定與工件8的距離，在主掃描方向的返回路中，可以利用傳感器3R測定與工件8的距離。從而，能夠預(yù)先防止探針4A與工件8的干擾。所述傳感器3L配備有光導(dǎo)向部31L，傳感器3R配備有光導(dǎo)向部31R。操作者通過將光導(dǎo)向部31L、31R浸漬到水中，能夠防止激光在水面的漫反射，能夠測定至工件8的距離。

當(dāng)工件8接近探針4B時，控制裝置56能夠利用傳感器3L、3R檢測該接近。這時，通過使探針4B的掃描停止，能夠預(yù)先防止探針4B與工件8的損傷。從而，能夠提高超聲波圖像裝置1的附加價值。

(變形例)

本發(fā)明并不受上述各種實施方式的限制，而是包括各種各樣的變形例。例如，上述實施方式是為了容易理解本發(fā)明而加以詳細(xì)地說明的實施方式，并不限于具有所說明的全部結(jié)構(gòu)的實施方式?？梢詫⒛承嵤┓绞降慕Y(jié)構(gòu)的一部分替換成另外的實施方式的結(jié)構(gòu)，也可以在某種實施方式的結(jié)構(gòu)中添加另外的實施方式的結(jié)構(gòu)。另外，對于各種實施方式的結(jié)構(gòu)的一部分，可以進(jìn)行其它的結(jié)構(gòu)的追加、消除、置換。

在各種實施方式中，控制線和信息線表示出了為了進(jìn)行說明所必要的部分，制品中所需的全部控制線和信息線則不限于此。實際上，可以認(rèn)為幾乎全部結(jié)構(gòu)都可以相互連接。

作為本發(fā)明的變形例，例如，有下面所述的(a)～(c)。

(a)在第一種實施方式中，利用開關(guān)檢測探針4與工件8的干擾。但是，并不局限于此，也可以利用任意的傳感器、例如推壓檢測傳感器等判斷探針4的凸緣部42是否就位于保持器24。

(b)在第一種實施方式中，當(dāng)檢測出探針4與工件8干擾時，停止探針4的掃描。但是，并不局限于此，也可以變更探針4的高度，再次掃描工件8，對此沒有限制。

(c)在第二種實施方式中，借助利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型的非接觸式傳感器檢測探針4與工件8的干擾。但是，并不局限于此，也可以使用靜電容量型的非接觸式傳感器或磁力型的非接觸式傳感器。在使用磁力型的非接觸式傳感器的情況下，例如，將臺座94等作為磁體即可。

附圖標(biāo)記說明

1 超聲波圖像裝置

2 三軸掃描器(掃描機構(gòu))

21 X軸促動器(掃描機構(gòu))

22 Y軸促動器(掃描機構(gòu))

23 Z軸促動器

24 保持器

241 旋鈕

243 孔部

244 狹縫

25 基部

3、3A、3L、3R 傳感器(干擾檢測機構(gòu))

4、4A、4B 探針

41 頂端部

42 凸緣部

56 控制裝置

7 傳感器機構(gòu)

75 限位開關(guān)

8 工件

81 測定面