連軍莉

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176)

一種基于超聲波的快速掃描方法

連軍莉

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176)

介紹了一種基于超聲波的快速掃描方法。該方法訓練并記憶首次掃描的多個參數(shù)，在下次掃描同批次元器件時，學習記憶過的參數(shù)，微調(diào)后可直接進行掃描。使用這種方法后不需重復繁雜的參數(shù)設置過程，實現(xiàn)了元器件的快速掃描。

超聲波；快速掃描；訓練；學習；掃描參數(shù)

基于超聲波的檢測技術(shù)作為無損檢測技術(shù)的重要手段之一，它提供了評價固體材料的微觀組織及相關(guān)力學性能、檢測其微觀和宏觀不連續(xù)性的有效通用方法。由于超聲信號的高頻特性，超聲能量的傳遞要求介質(zhì)是連續(xù)的，所以如氣孔、雜質(zhì)、分層、裂紋等不連續(xù)界面都會干擾超聲信號傳播或致使超聲信號發(fā)生反射，據(jù)此成像來判斷此器件是否有瑕疵，對材料做定性分析，廣泛應用于無損檢測領(lǐng)域。

1 背景

超聲檢測系統(tǒng)在每次掃描前，有經(jīng)驗的無損檢測人員根據(jù)被測器件的實際情況，對A掃描波形進行人工分析，找到感興趣的斷面層，據(jù)此設置諸多掃描參數(shù)，包括掃描分辨率、聚焦位置、焦距等相關(guān)參數(shù)。

在上述多個掃描參數(shù)中，聚焦位置和焦距兩個參數(shù)非常關(guān)鍵，它直接決定了掃描圖像的質(zhì)量。如果聚焦位置不合適，掃描結(jié)果就不是所需斷面層的圖像；如果焦距調(diào)整不合適，掃描結(jié)果不清晰，嚴重影響對器件瑕疵的判斷。這些參數(shù)的設置通常需要有經(jīng)驗的操作員來進行，而且要對器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一定的了解，需要花費較長的時間，對于新手來說，更加困難。

在實際應用過程中，往往需要不定時地掃描同一個或同一批器件，如果每次掃描，都要重復設置各參數(shù)，掃描過程會顯得重復、繁瑣，特別是聚焦斷面位置和焦距的調(diào)整，如此嚴重影響檢測效率。

2 超聲檢測的基本原理

超聲檢測系統(tǒng)硬件有高速采集卡、超聲波接收發(fā)射器、高分辨率水浸掃描裝置、掃描控制、聚焦探頭、計算機等部件組成。如圖1所示。

圖1 超聲掃描成像系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

超聲掃描的方式有A、B、C三種，A掃描是單點掃描模式，是創(chuàng)建和解釋圖像的基礎(chǔ)，但是只能對于一個點進行分析不能對于一個平面分析，可以用來確認檢測結(jié)果；B掃描是縱向截面模式，可以檢測并顯示垂直x方向的二維截面圖，用于檢測裂縫，傾斜和空洞等缺陷，分析水平缺陷；C掃描是單一橫向?qū)用鎾呙枘Ｊ?，檢測水平x方向的二維截面圖，在對某一層聚焦后掃描得到平行于x方向的圖片，用于檢測離層，芯片裂縫等缺陷，應用廣泛。

本文以C掃描為例進行介紹，與B掃描的快速掃描相似。超聲C掃描成像可獲取不同截面的信息，但由于掃描時一般采用逐點逐行掃描，故成像效率較低。具體過程如圖2所示，在水浸法脈沖反射式C掃描成像中，超聲換能器（即探頭）不但要沿x方向掃描，而且還要沿z方向掃描，即面掃描（二維掃描），而不是線掃描（一維掃描）。為獲得某一與聲束軸線垂直的斷面在z=z0的圖像，掃描聲束應聚焦于該平面，并從換能器接收到的散射信號中選取對應于z=z0處的信號幅度，調(diào)制圖像中與物體坐標（x，y）相應像素的亮度，以獲得z=z0截面的圖像。改變掃描聲束聚焦的平面，即可獲得物體不同深度的C掃描截面圖像。

圖2 超聲C掃描成像原理示意圖

3 快速掃描

為了克服現(xiàn)有掃描費時費力的不足，本文提供了一種簡單快捷的快速掃描方法。通過訓練并記憶上次的掃描參數(shù)，在下次掃描同一器件或者同一批器件時，可直接學習參數(shù)文件，并將這些參數(shù)傳遞到掃描線程中，特別是聚焦位置和焦距，根據(jù)實際情況進行手動微調(diào)后，可進行快速掃描。

在參數(shù)文件中，不僅包含了硬件參數(shù)和掃描參數(shù)，而且包含了掃描結(jié)果圖像。這樣，操作人員打開文件后，可以直接確認該文件是否包含了被測器件的參數(shù)。具體步驟如下：

步驟1：首次掃描。設置各個掃描參數(shù)，開始首次掃描；

步驟2：訓練并記憶掃描參數(shù)。首次掃描結(jié)束之后，按照順序記憶掃描參數(shù)，并將這些掃描參數(shù)、掃描圖像和波形記錄到一個自定義格式的參數(shù)文件中。掃描參數(shù)包括超聲波接收發(fā)射器、高速采集卡的硬件參數(shù)，以及掃描分辨率，聚焦位置，焦距等掃描參數(shù)；

步驟3：上載文件，讀取參數(shù)。在下次掃描該器件或者同批次的器件時，打開相應的參數(shù)文件，讀取各參數(shù)，包括掃描圖像、波形，以及各種掃描參數(shù)。

步驟4：學習掃描參數(shù)。當操作人員確認是該器件的掃描參數(shù)后，將這些掃描參數(shù)傳遞到當前掃描線程中。根據(jù)硬件參數(shù)調(diào)整超聲波接收發(fā)射器、高速采集卡的硬件設置；根據(jù)聚焦位置創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)門限，將其繪制在A波形的相應位置；根據(jù)焦距參數(shù)來控制運動系統(tǒng)將探頭調(diào)整到相應的位置。

步驟5：開始掃描。學習并設置完各參數(shù)后，操作員可以根據(jù)實際情況，對掃描參數(shù)稍加調(diào)整，即可進行掃描。

圖3 流程圖

流程圖如圖3所示。

4 結(jié) 論

通過訓練并記憶當前掃描的各種掃描參數(shù)，在下次掃描同一個器件或者同一批器件時，自動學習并設置完各參數(shù)后，可進行快速掃描。這種方式針對曾經(jīng)掃描過的元器件，高效、方便、快捷，省時省力。

[1]楊綢綢.半導體器件失效分析的重要性及關(guān)鍵問題研究[J].科技創(chuàng)新 2009，(10)：4.

[2]科視達公司.芯片無損失效分析手段之一(超聲波掃描顯微鏡)[Z].

[3]故關(guān)華.用掃描聲學顯微鏡進行塑封器件的封裝分層分析[J].可靠性物理與失效分析技術(shù)，2004，(2)：14-16.

連軍莉（1980-），高級工程師，現(xiàn)主要從事機器視覺技術(shù)和圖像處理算法研究。

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