一种基于超声波的快速扫描方法

连军莉

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176)

一种基于超声波的快速扫描方法

连军莉

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176)

介绍了一种基于超声波的快速扫描方法。该方法训练并记忆首次扫描的多个参数，在下次扫描同批次元器件时，学习记忆过的参数，微调后可直接进行扫描。使用这种方法后不需重复繁杂的参数设置过程，实现了元器件的快速扫描。

超声波；快速扫描；训练；学习；扫描参数

基于超声波的检测技术作为无损检测技术的重要手段之一，它提供了评价固体材料的微观组织及相关力学性能、检测其微观和宏观不连续性的有效通用方法。由于超声信号的高频特性，超声能量的传递要求介质是连续的，所以如气孔、杂质、分层、裂纹等不连续界面都会干扰超声信号传播或致使超声信号发生反射，据此成像来判断此器件是否有瑕疵，对材料做定性分析，广泛应用于无损检测领域。

1 背景

超声检测系统在每次扫描前，有经验的无损检测人员根据被测器件的实际情况，对A扫描波形进行人工分析，找到感兴趣的断面层，据此设置诸多扫描参数，包括扫描分辨率、聚焦位置、焦距等相关参数。

在上述多个扫描参数中，聚焦位置和焦距两个参数非常关键，它直接决定了扫描图像的质量。如果聚焦位置不合适，扫描结果就不是所需断面层的图像；如果焦距调整不合适，扫描结果不清晰，严重影响对器件瑕疵的判断。这些参数的设置通常需要有经验的操作员来进行，而且要对器件的内部结构有一定的了解，需要花费较长的时间，对于新手来说，更加困难。

在实际应用过程中，往往需要不定时地扫描同一个或同一批器件，如果每次扫描，都要重复设置各参数，扫描过程会显得重复、繁琐，特别是聚焦断面位置和焦距的调整，如此严重影响检测效率。

2 超声检测的基本原理

超声检测系统硬件有高速采集卡、超声波接收发射器、高分辨率水浸扫描装置、扫描控制、聚焦探头、计算机等部件组成。如图1所示。

图1 超声扫描成像系统构成示意图

超声扫描的方式有A、B、C三种，A扫描是单点扫描模式，是创建和解释图像的基础，但是只能对于一个点进行分析不能对于一个平面分析，可以用来确认检测结果；B扫描是纵向截面模式，可以检测并显示垂直x方向的二维截面图，用于检测裂缝，倾斜和空洞等缺陷，分析水平缺陷；C扫描是单一横向层面扫描模式，检测水平x方向的二维截面图，在对某一层聚焦后扫描得到平行于x方向的图片，用于检测离层，芯片裂缝等缺陷，应用广泛。

本文以C扫描为例进行介绍，与B扫描的快速扫描相似。超声C扫描成像可获取不同截面的信息，但由于扫描时一般采用逐点逐行扫描，故成像效率较低。具体过程如图2所示，在水浸法脉冲反射式C扫描成像中，超声换能器（即探头）不但要沿x方向扫描，而且还要沿z方向扫描，即面扫描（二维扫描），而不是线扫描（一维扫描）。为获得某一与声束轴线垂直的断面在z=z0的图像，扫描声束应聚焦于该平面，并从换能器接收到的散射信号中选取对应于z=z0处的信号幅度，调制图像中与物体坐标（x，y）相应像素的亮度，以获得z=z0截面的图像。改变扫描声束聚焦的平面，即可获得物体不同深度的C扫描截面图像。

图2 超声C扫描成像原理示意图

3 快速扫描

为了克服现有扫描费时费力的不足，本文提供了一种简单快捷的快速扫描方法。通过训练并记忆上次的扫描参数，在下次扫描同一器件或者同一批器件时，可直接学习参数文件，并将这些参数传递到扫描线程中，特别是聚焦位置和焦距，根据实际情况进行手动微调后，可进行快速扫描。

在参数文件中，不仅包含了硬件参数和扫描参数，而且包含了扫描结果图像。这样，操作人员打开文件后，可以直接确认该文件是否包含了被测器件的参数。具体步骤如下：

步骤1：首次扫描。设置各个扫描参数，开始首次扫描；

步骤2：训练并记忆扫描参数。首次扫描结束之后，按照顺序记忆扫描参数，并将这些扫描参数、扫描图像和波形记录到一个自定义格式的参数文件中。扫描参数包括超声波接收发射器、高速采集卡的硬件参数，以及扫描分辨率，聚焦位置，焦距等扫描参数；

步骤3：上载文件，读取参数。在下次扫描该器件或者同批次的器件时，打开相应的参数文件，读取各参数，包括扫描图像、波形，以及各种扫描参数。

步骤4：学习扫描参数。当操作人员确认是该器件的扫描参数后，将这些扫描参数传递到当前扫描线程中。根据硬件参数调整超声波接收发射器、高速采集卡的硬件设置；根据聚焦位置创建新的数据门限，将其绘制在A波形的相应位置；根据焦距参数来控制运动系统将探头调整到相应的位置。

步骤5：开始扫描。学习并设置完各参数后，操作员可以根据实际情况，对扫描参数稍加调整，即可进行扫描。

图3 流程图

流程图如图3所示。

4 结 论

通过训练并记忆当前扫描的各种扫描参数，在下次扫描同一个器件或者同一批器件时，自动学习并设置完各参数后，可进行快速扫描。这种方式针对曾经扫描过的元器件，高效、方便、快捷，省时省力。

[1]杨绸绸.半导体器件失效分析的重要性及关键问题研究[J].科技创新 2009，(10)：4.

[2]科视达公司.芯片无损失效分析手段之一(超声波扫描显微镜)[Z].

[3]故关华.用扫描声学显微镜进行塑封器件的封装分层分析[J].可靠性物理与失效分析技术，2004，(2)：14-16.

连军莉（1980-），高级工程师，现主要从事机器视觉技术和图像处理算法研究。

A Method of Quick Scan Based on Ultrasonic

LIAN Junli

(The 45thResearch Institute of CETC，Beijing 100176，China)

A method of quick scan based on ultrasonic is proposed in this paper.The method trains and memorizes scan parameters of last scan.During the next scan to parts of the same batch，we can learn the memorized parameters and scan parts after adjusted.By using the method，we can scan the parts without setting parameters，and realize to quick scan.

Ultrasonic；Quick scan；Training；Learning；Scan parameter

TN606

A

1004-4507(2017)06-0022-03

2017-08-07