CN109030624B - 缺陷检测方法以及缺陷检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够容易地测量缺陷的深度的缺陷检测方法，其包括：位移统括测定工序，一边在被检查物体的整个检查区域内激发第1弹性波，一边对该检查区域内的该被检查物体的整个表面进行频闪照明，并控制弹性波的相位和频闪照明的时刻，由此，在该弹性波的互不相同的至少3个相位下统括测定检查区域的各点的前后方向的位移；缺陷位置确定工序，根据该至少3个相位下的检查区域的各点的前后方向的位移来确定缺陷在该检查区域的表面上的位置即表面位置；和深度方向信息获取工序，从抵接在包含用缺陷位置确定工序确定的表面位置的所述表面的限定区域内的探头朝表面位置的内部投射第2弹性波，根据其响应波来求该缺陷的深度方向的位置及/或大小。

Description

缺陷检测方法以及缺陷检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测混凝土、钢铁结构物等物体的表面及内部的缺陷的方法及装置。
背景技术
作为检测混凝土、钢铁结构物等物体的表面及内部的缺陷的技术之一，有激光超声波法。该方法如下：在被检查物体中激发弹性波，并在该状态下对被检查物体照射激光，利用激光干涉仪来检测反射光，由此测定其表面位移。由于弹性波所引起的位移在缺陷的部位不连续地发生变化，因此，通过测定位移的分布，能够检测到缺陷，但由于激光干涉仪的检测用激光(探测激光)为点状，因此必须跨及被检查物体的整个检查区域进行扫描，从而存在较为耗时的问题。
作为该技术的改良技术，提出有在被检查物体中激发弹性波之后对被检查物体的整个检查区域照射激光而生成干涉图案、并根据该干涉图案来统括测定整个检查区域的表面位移这一使用电子散斑干涉法的方法。在专利文献1中，以表面为粗糙面的物体为对象，对被检查物体的整个检查区域照射利用扩束器将激光束扩大而得的激光。由此，激光在粗糙面发生散射而相互干涉，生成被称为散斑的明暗图案。使该散斑图案与从照射激光束分岔而得的参考激光相干涉，并利用CCD相机等进行拍摄。在因所施加的弹性波而使得物体发生位移的前后拍摄2张该图像，根据这2张图像来算出检查区域的位移的分布。由此，能够一次性测定整个检查区域的位移，从而能够根据该位移来检测被检查物体的缺陷。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利特开2004-101189号公报
发明内容
【发明要解决的问题】
在专利文献1中，由于仅在弹性波激发前后这2个时间点测定散斑图案，因此只会看到有弹性波的1个相位状态。在弹性波的波长相对于检查区域的大小而言较短的情况下，在检查区域内会存在波的振幅较大的部分和较小的部分，因此，在仅1个相位状态的测定中，会因测定区域内的位置的不同而产生缺陷检查能力的不均。因此，专利文献1的缺陷检测装置的缺陷检测的精度较低。
此外，关于被检查物体的缺陷，若缺陷的深度较深，则须立即进行修补，相对于此，在缺陷的深度相对较浅的情况下，也容许采取定期进行检查来观察进展而不是立即进行修补这样的应对措施。为此，需要求出缺陷的深度。在专利文献1中，由于缺陷部的位移的大小、缺陷在被检查物体的表面上的长度以及缺陷的深度之间存在由被检查物体的材质、形状决定的关系，因此，使用预备实验、数值计算来求出该关系，并将通过检查而获得的位移的大小以及缺陷的长度运用于该关系，由此求出缺陷的深度。但在该方法中，必须针对材质或形状不同的每一被检查物体而求出上述关系，无法容易地求出缺陷的深度。
本发明要解决的问题在于提供一种能从广阔的检查区域迅速且高精度地检测到缺陷、而且能够容易地测量缺陷的深度的缺陷检测方法以及缺陷检测装置。
【解决问题的技术手段】
为了解决上述问题而成的本发明的缺陷检测方法的特征在于，包括：
a)位移统括测定工序，一边在被检查物体的整个检查区域内激发第1弹性波，一边对该检查区域内的该被检查物体的整个表面进行频闪照明，并控制所述弹性波的相位和所述频闪照明的时刻，由此，在该弹性波的互不相同的至少3个相位下统括测定所述检查区域的各点的前后方向的位移；
b)缺陷位置确定工序，根据所述至少3个相位下的所述检查区域的各点的前后方向的位移来确定缺陷在该检查区域的表面上的位置即表面位置；以及
c)深度方向信息获取工序，从所述表面的限定区域内朝所述表面位置的内部投射第2弹性波，并根据其响应波来求该缺陷的深度方向的位置及/或大小，该表面是包含通过所述缺陷位置确定工序确定到的表面位置的表面。
在位移统括测定工序中，在被检查物体中激发出的弹性波的互不相同的至少3个相位下统括测定该被检查物体表面的检查区域内各点的前后方向(面外方向)的位移。在缺陷位置确定工序中，可以根据该位移的统括测定而跨及整个检查区域确定缺陷的表面位置。这时，不论弹性波的(相对于测定区域的)波长的大小如何，在测定区域的任何位置都能再现弹性波的全振动状态，从而不会因测定区域内的位置而导致缺陷检查能力发生不均。因此，在缺陷位置确定工序中能以高精度确定缺陷位置。
在深度方向信息获取工序中，从抵接在包含通过缺陷位置确定工序确定到的表面位置的限定区域也就是处于所述检查区域内且相较于该检查区域而言受到限定的区域内的探头朝所述表面位置的内部投射第2弹性波，并检测其响应波。抵接探头的范围可包含也可不包含所述表面位置。在前一种情况下，第2弹性波沿被检查物体的深度方向投射，在后一种情况下，第2弹性波朝该表面位置(认为存在缺陷的位置)倾斜地投射。第2弹性波的响应波当中包含经缺陷反射而得的反射波、经缺陷衍射而得的衍射波、透过缺陷而得的透射波等。因而，根据检测到的响应波，可以求出缺陷的深度方向的位置及/或大小。再者，探头可仅抵接至限定区域内的1个部位，也可抵接至多个部位而从各部位对被检查物体投射第2弹性波。
如上所述，根据本发明的缺陷检测方法，能够同时实现位移统括测定工序及缺陷位置确定工序中的广阔的检查区域内的缺陷的位置的迅速确定和深度方向信息获取工序中的基于以限定区域为对象的测定的缺陷的深度方向的信息的获取。
在被检查物体内激发的弹性波的能量与频率的平方以及振幅的平方成比例。在缺陷位置确定工序中，第1弹性波的振幅较大时容易测定各点的前后方向的位移，因此，若为相同能量，则第1弹性波的频率较理想为较小。另一方面，在深度方向信息获取工序中，第2弹性波的频率较大时，振动的加速度会增大，由此，应力也会增大，因此容易检测到响应波，而且，被检查物体内的波长变短，由此，容易检测到来自较小缺陷的响应波，所以较为理想。因此，在本发明的缺陷检测方法中，较理想为第2弹性波的频率大于第1弹性波。
在本发明的缺陷检测方法中，可以通过共用的振动器来进行第1弹性波的激发、第2弹性波的投射以及响应波的检测中的两方或三方。在通过与第1弹性波的激发以及/或者第2弹性波的投射共用的振动器来进行响应波的检测的情况下，响应波的检测时的振动器作为通过将机械振动转换为电信号来检测振动的检测器而发挥功能。或者，可以通过共用振荡电路来进行第1弹性波的激发和第2弹性波的投射。不论在哪种情况下，都可以通过共用装置来实现多种功能，因此可以抑制缺陷检测的成本。
在位移统括测定工序及缺陷位置确定工序中，可以运用散斑剪切干涉法。散斑剪切干涉法如下：对整个检查区域照射激光，令从使位置在该检查区域的面内方向上错开的2点反射来的光相干涉，求其干涉光的相位，由此检测这2点的相对位移(前后方向的移动)。作为求该干涉光的相位的方法，可以使用使来自2点的光的相位变为至少3个不同状态的相移法。具体而言，将来自2点中的1点的光通入移相器，将该移相器的偏移量设为不同的至少3种值。或者，也可将来自2点的光均通入移相器而使两者的相位相对地变化。在散斑剪切干涉法中，用以测定某一点的位移的2个光通过大致相同的光路，因此，能够抑制测定光与参考光的通过环境不一样的情况下产生的环境干扰的影响。
本发明的缺陷检测装置的特征在于，具备：
a)第1弹性波激励部，其在被检查物体中激发第1弹性波；
b)照明部，其对所述被检查物体的表面的检查区域进行频闪照明；
c)位移测定部，其通过控制所述第1弹性波的相位和所述频闪照明的时刻，从而在该弹性波的互不相同的至少3个相位下统括测定所述检查区域各点的前后方向的位移；
d)第2弹性波投射部，其从所述被检查物体的表面朝所述被检查物体的内部投射第2弹性波；
e)响应波检测部，其检测所述第2弹性波的响应波；以及
f)深度方向信息获取部，其根据所述响应波来求该缺陷的深度方向的位置及/或大小。
【发明的效果】
通过本发明的缺陷检测方法以及缺陷检测装置，能从广阔的检查区域迅速检测到缺陷，而且能够获得缺陷的深度方向的信息。
附图说明
图1为表示本发明的缺陷检测装置的一实施方式的概略构成图。
图2为表示作为本实施方式的缺陷检测装置中使用的振动器兼检测器的斜探头的概略图。
图3为表示本发明的缺陷检测方法的一实施方式中的位移统括测定工序及缺陷位置确定工序的流程图。
图4为用以说明本实施方式的缺陷检查方法中的位移的统括测定的原理的图表。
图5为表示本实施方式的缺陷检测方法中的深度方向信息获取工序的流程图。
图6为表示本实施方式的缺陷检测装置中的具有指向性的第2弹性波的行进方向与缺陷的位置的关系的图。
具体实施方式
使用图1～图6，对本实施方式的缺陷检测方法以及缺陷检测装置进行说明。
(1)本实施方式的缺陷检测装置的构成
图1为本实施方式的缺陷检测装置10的概略构成图。该缺陷检测装置10具备信号收发器11、振动器兼检测器12、脉冲激光源13、照明光透镜14、散斑剪切干涉仪15、控制部16及存储部17。
信号收发器11通过电缆与振动器兼检测器12连接在一起，产生交流电信号并发送至该振动器兼检测器12，而且像后文叙述那样接收由振动器兼检测器12生成的交流电信号。
振动器兼检测器12接触被检查物体S的表面而加以使用，能够移动在该表面上的接触位置。振动器兼检测器12具有由压电体构成的振动部，振动部从信号收发器11接收交流电信号而转换为机械振动(相当于所述振荡电路的功能)，并将该机械振动赋予被检查物体S。由此，在该被检查物体S中激发弹性波。在本实施方式中，通过信号收发器11及振动器兼检测器12来生成所述第1弹性波及所述第2弹性波两方。因而，信号收发器11及振动器兼检测器12作为所述第1弹性波激励部及所述第2弹性波投射部而发挥功能。
信号收发器11发送至振动器兼检测器12的交流电信号的频率可变，在信号收发器11作为所述第1弹性波激励部的一部分而发挥功能时设为1MHz以下的值，在信号收发器11作为所述第2弹性波投射部的一部分而发挥功能时设为1～10MHz的范围内的值。如此，通过使第2弹性波的频率波大于第1弹性波，被检查物体S中激发出的第1弹性波能够相较于使用第2弹性波的频率的情况而言增大振幅，从而易于检测到检查区域各点的前后方向的位移。此外，第2弹性波相较于使用第1弹性波的频率的情况而言振动的加速度增大，由此，应力也增大，因此易于检测到响应波，而且被检查物体内的波长变短，由此，易于检测到来自较小缺陷的响应波，所以能够更高精度地获取深度方向的信息。
另一方面，当被检查物体S发生机械振动时，振动器兼检测器12的振动部就会振动，由此生成交流电信号。根据如此生成的交流电信号，可以检测被检查物体S的机械振动。通过该检测机械振动的功能，信号收发器11及振动器兼检测器12还作为所述响应波检测部而发挥功能。
在本实施方式中，振动器兼检测器12使用图2所示的斜探头。该斜探头具备振动部121和接触部122，所述振动部121由平板状的压电体构成，所述接触部122具有与被检查物体S接触的接触面1221，而且与振动部121接触。振动部121的板面与接触部122的接触面1221不平行。通过这种构成，当使振动部121振动时，超声波从接触面1221入射至被检查物体S。这时，超声波的频率越高，指向性便越高。如此，频率高、指向性高的超声波以垂直于振动部121的板面且以自接触面1221的法线倾斜的入射角入射至被检查物体S，在被检查物体S的表面发生折射而在被检查物体S内传播。另一方面，超声波的频率越低，指向性便越低，从而从振动器兼检测器12以接近各向同性的分布在被检查物体S内传播。
如图1所示，信号收发器11还通过不同于与振动器兼检测器12连接的电缆的别的电缆与脉冲激光源13连接在一起，在所述交流电信号成为规定相位的时刻对该脉冲激光源13发送脉冲状的电信号(脉冲信号)。所述规定相位以及由其决定的所述时刻在位移统括测定工序期间内像后文叙述那样加以变更。
脉冲激光源13是在从信号收发器11收到脉冲信号时输出脉冲激光的光源。照明光透镜14配置在脉冲激光源13与被检查物体S之间，由凹透镜构成。照明光透镜14具有将来自脉冲激光源13的脉冲激光扩散至被检查物体S的表面的整个检查区域的作用。这些脉冲激光源13及照明光透镜14在所述时刻对被检查物体S的表面的检查区域进行频闪照明，相当于所述照明部。
散斑剪切干涉仪15相当于所述位移测定部，具有分束器151、第1反射镜1521、第2反射镜1522、移相器153、聚光透镜154及影像传感器155。分束器151是配置于在被检查物体S的表面的检查区域反射后的照明光所入射的位置的半透半反镜。第1反射镜1521配置在被分束器151反射的照明光的光路上，第2反射镜1522配置在透过分束器151的照明光的光路上。移相器153配置在分束器151与第1反射镜1521之间，使通过该移相器153的光的相位发生变化(偏移)。影像传感器155配置在被分束器151反射后被第1反射镜1521反射而通过分束器151的照明光、以及透过分束器151后被第2反射镜1522反射并被分束器151反射的照明光的光路上。聚光透镜154配置在分束器151与影像传感器155之间。
第1反射镜1521以其反射面相对于分束器151的反射面呈45°的角度的方式配置。相对于此，第2反射镜1522以其反射面相对于分束器151的反射面呈自45°略微倾斜而得的角度的方式配置。利用这些第1反射镜1521及第2反射镜1522的配置，在影像传感器155中，经被检查物体S的表面上的某一点A以及第1反射镜1521反射的照射光(图1中的单点划线)和经该表面上的处于略微偏离点A的位置的点B以及第2反射镜1522反射的照射光(图1中的虚线)入射至影像传感器155的相同位置而发生干涉。影像传感器155具有大量检测元件，利用各不相同的检测元件来检测从被检查物体S的表面上的大量点(所述点A)通过第1反射镜1521及移相器153而入射至影像传感器155的光。对于所述点B也一样，利用各不相同的检测元件来检测从大量点通过第2反射镜1522而入射至影像传感器155的光。
控制部16控制信号收发器11，而且根据从影像传感器155的各检测元件获得的检测信号以及经由信号收发器11从振动器兼检测器12获得的交流电信号来进行数据处理。存储部17存储这些检测信号及交流电信号以及控制部16的处理前后的数据。
(2)本实施方式的缺陷检测装置的动作以及本发明的缺陷检测方法的一实施方式
下面，使用图3～图6，对缺陷检测装置10的动作以及本发明的缺陷检测方法的一实施方式进行说明。图3及图5为表示本实施方式的缺陷检测方法的流程图，其中，图3展示的是位移统括测定工序及缺陷位置确定工序，图5展示的是深度方向信息获取工序。
(2-1)位移统括测定工序
在本实施方式中，作为位移统括测定，进行振动器兼检测器12的振动的相位不同的3次以上的测定。以下，将振动的相位不同的测定的次数记作“mmax”。再者，信号收发器11及振动器兼检测器12在位移统括测定工序中分别仅利用作为信号发送器及振动器的功能，因此，在以下的位移统括测定工序的说明中将它们分别记作“信号发送器11”及“振动器12”。“振动器12的振动的相位”是从信号发送器11发送至振动器12的交流电信号的相位，相当于被检查物体S中激励出的弹性波的、振动器12所接触的点上的相位。以下，使用数值k(1～mmax之间的任一自然数)，将各次的表面位移的测定记作“第k次测定”。此外，在以下的说明中，首先针对mmax＝3的情况说明所有步骤作为最简单的例子，在后文叙述的变形例的说明中对mmax为更大数值的情况进行说明。
首先，将k的初始值设定为1(步骤S1)，在使振动器12接触到被检查物体S的状态下从信号发送器11对振动器12发送交流电信号，由此，开始从振动器12对被检查物体S赋予振动(步骤S2)。由此，在被检查物体S中激发出弹性波。这时，将交流电信号的频率设为1MHz以下这一相对较低的值，由此，被检查物体S中的弹性波就以接近各向同性的分布在被检查物体S内传播。
接着，在使用规定的初始值φ0(例如φ0＝0)而以[φ0+2π(k－1)/mmax]表示振动器12的振动的相位的每一时刻，信号发送器11对脉冲激光源13发送脉冲信号。在该阶段，由于k＝1，因此发送脉冲信号时的振动器12的振动的相位为φ0。脉冲激光源13每当收到脉冲信号时便反复输出为脉冲激光的照明光。该照明光经照明光透镜14扩径而照射至被检查物体S的表面的整个检查区域(步骤S3)。
照明光经被检查物体S的表面反射而入射至散斑剪切干涉仪15的分束器151。该照明光的一部分经分束器151反射而通过移相器153，之后经第1反射镜1521反射而再次通过移相器153，之后，一部分通过分束器151而入射至影像传感器155。此外，入射到分束器151的照明光的剩余部分透过分束器151而被第2反射镜1522反射，一部分经分束器151反射而入射至影像传感器155。在影像传感器155中，利用各不相同的检测元件来检测在被检查物体S的表面上的大量点反射的照射光。
在反复输出为脉冲激光的照明光的期间内，移相器153使通过该移相器153的照射光(即，在点A反射后的照射光)的相位发生变化(偏移)。由此，在点A反射后的照射光与在点B反射后的照射光的相位差发生变化，在该变化期间内，影像传感器155的各检测元件检测这2个照射光发生干涉而得的干涉光的强度(步骤S4)。图4的(a)中，以图表展示振动器12的振动的相位为φ0时获得的、由移相器153产生的相位的偏移量和由影像传感器155的检测元件检测到的干涉光的强度的一例。再者，图4中，检测强度相对于相位偏移量呈正弦波状变化的关系是以连续的曲线来表示的，但实际观测到的是离散的数据，根据观测到的数据、通过最小二乘法等来再现上述的连续的正弦波形。为此，需要检测至少3个不同相位偏移量下的强度。
然后，在步骤S5中，确认k的值是否已达到mmax。在该阶段，由于k＝1而尚未达到mmax(该例中为3)，因此步骤S5中的判定为“否”。在“否”时，进入至步骤S6，使k的值增加1而设为“2”(步骤S5中的判定为“是”的情况将于后文叙述)。
接着，返回至步骤S3，在振动器12的振动的相位为[φ0+2π(k－1)/mmax]中k＝2即[φ0+2π/3]≡φ1的每一时刻，信号发送器11对脉冲激光源13发送脉冲信号，脉冲激光源13在接收到该脉冲信号的时刻对被检查物体S的表面反复照射为脉冲激光的照明光。并且，通过移相器153使在点A反射后的照射光的相位变为(偏移为)至少3个值，影像传感器155的各检测元件检测在点A反射并通过移相器153等之后的照射光与在点B反射后的照射光的干涉光的强度(步骤S4)。
图4的(b)中，以图表展示振动器12的振动的相位为φ1时获得的、由移相器153产生的相位的偏移量和由影像传感器155的检测元件检测到的干涉光的强度。对该图4的(b)与上述图4的(a)进行对比，干涉光的强度的波峰位置在两者之间发生了δφ1－δφ0程度的偏移。该偏移表示从点A起的光路与从点B起的光路的相位差因检测时的振动器12的振动的相位的差异而发生了变化。该光路的相位差的变化表示点A与点B的面外方向的相对位移发生了变化。
如此执行k＝2下的步骤S4的操作，之后在步骤S5，由于尚未达到mmax(＝3)，因此判定为“否”，在步骤S6中使k的值增加1而设为“3”。其后，返回至步骤S3，在交流电信号的相位为[φ0+2π(k－1)/mmax]中k＝3即[φ0+4π/3]≡φ2的每一时刻，脉冲激光源13对被检查物体S的表面反复照射为脉冲激光的照明光，影像传感器155的各检测元件检测干涉光的强度(步骤S4)。如此，如图4的(c)所示，获得交流电信号的相位为φ2时的由移相器153产生的相位的偏移量与干涉光的强度的关系。
其后，在步骤S5中，由于k的值为3，已达到mmax，因此判定为“YES”，转移至步骤S7。在步骤S7中，停止从信号发送器11到振动器12的交流电信号的发送，由此，振动器12停止振动。
接着，针对影像传感器的各检测元件，在各振动的相位φ0、φ1及φ2下分别求出改变移相器153的相位的偏移量的期间内检测元件的输出达到最大的最大输出相位偏移量δφ0、δφ1、δφ2(步骤S8，参考图4的(a)～(c)的图表)。进而，求出振动的相位不同的最大输出相位偏移量的差(δφ1－δφ0)、(δφ2－δφ1)及(δφ0－δφ2)(步骤S9)。这3个最大输出相位偏移量的差表示不同的3个振动的相位即不同的3个时间下的点A与点B的面外方向的相对位移。
(2-2)缺陷位置确定工序
根据上述3个相对位移，获得检查区域的各点上的振动的振幅、振动的相位(为各点上的振动的相位，与振动器12的振动的相位不一样)以及振动的中心值(DC分量)这3个参数的值(步骤S10)。随着在检查区域内移动，这些振动的振幅、相位在不存在缺陷的地方会缓和地变化，相对于此，在存在缺陷的地方会急剧地变化。如此，根据检查区域内的振动的振幅、相位的值，可以检测到检查区域内的缺陷。这种缺陷的检测可以仅根据振动的振幅、相位的数值来进行，但本实施方式是使用以下所述的方法来进行，以使缺陷的位置能够可视化。首先，根据步骤S10中获得的振动的振幅以及/或者振动的相位的值来制作图像(步骤S11)。例如，测定点的振幅越大越是提高对应于该测定点的像素的亮度，由此，可以借助图像的明暗的差异来表现振动的振幅的差异。使用已知的图像处理技术对如此制作出的图像进行处理，由此检测检查区域中的缺陷D的表面位置(步骤S12)。例如，可以将随着图像上的位置的移动、像素的明暗发生骤变的部位检测为缺陷。像素的明暗发生骤变的部位可由操作者观察图像来进行判定，也可由控制部16根据像素的明暗的数值来进行判定。
(2-3)深度方向信息获取工序
在深度方向信息获取工序中，首先，使振动器兼检测器12接触被检查物体S的表面而且是以包含通过缺陷位置确定工序确定到的缺陷的位置即表面位置(在有多个表面位置的情况下，为其中1个)的方式限定的限定区域21内(步骤S13，该步骤以后的各步骤参考图5)。在本实施方式中，使用为斜探头的振动器兼检测器12，从限定区域21内的偏离所述表面位置的位置朝该表面位置倾斜地投射第2弹性波。限定区域21设为能从有可能产生存在于所述表面位置的缺陷造成的响应波的位置投射第2弹性波的区域。在本实施方式中，由于倾斜地投射第2弹性波，因此，若将被检查物体S的表面的法线与弹性波在被检查物体S内的行进方向所成的角度设为θ、根据从缺陷D的深度的能够设想的最大值dmax(典型而言，若被检查物体S为板状，则为其厚度)而从以所述表面位置为中心的半径dmax·tanθ的圆形的区域内投射第2弹性波，则有可能因第2弹性波被缺陷D反射等而产生响应波(参考图6)。因而，可以将该圆形的区域规定为限定区域21。再者，使振动器兼检测器12接触的表面位置因后文叙述的步骤S17中说明的理由而无须记录下来。使振动器兼检测器12接触的位置可以通过由操作者一边观察所述图像一边移动振动器兼检测器12或者借助控制部16的控制而移动振动器兼检测器12来决定。
接着，在步骤S14中，从振动器兼检测器12朝被检查物体S的内部投射脉冲状的第2弹性波。第2弹性波的频率设为1～10MHz的范围内的值，比第1弹性波的频率高。通过像这样使用高频率的第2弹性波，使得第2弹性波的指向性高于第1弹性波。第2弹性波在被检查物体S的表面以由被检查物体S的材料决定的折射角(与前文所述的角度θ相同)发生折射而在被检查物体S内传播。被检查物体S的材料通常是已知的，从振动器兼检测器12到被检查物体S的第2弹性波的入射角也是已知的，因此折射角θ也是已知的。此外，第2弹性波在被检查物体S内的传播速度v也取决于被检查物体S的材料，该传播速度v的值是已知的。如此，在被检查物体S内传播的第2弹性波中的一部分被缺陷反射，以响应波的形式入射至振动器兼检测器12而被检测到。控制部16将从脉冲状的第2弹性波的投射起到响应波的测出为止的时间以及响应波的检测强度存储至存储部17。
接着，判定是否已进行了规定次数的步骤S14(步骤S15)，在已达到规定次数(是)的情况下，转移至步骤S17。另一方面，在未达到规定次数(步骤S15中为否)的情况下，在缺陷的表面位置的附近变更使振动器兼检测器12接触的位置(步骤S16)并进行步骤S14的操作，其后进行步骤S15的判定。
在步骤S17中，控制部16获取存储部17中存储的、各表面位置上的响应波的检测强度。响应波的检测强度在第2弹性波通过不存在缺陷D的位置的情况下(图6的(a))较小，在通过存在缺陷D的位置的情况下(图6的(b))较大。尤其是在第2弹性波通过缺陷D的顶端部附近的情况下(图6的(c))，由于被称为端部回波的反射波的原因，响应波的检测强度比通过缺陷D的其他部分时大。因此，控制部16选择从存储部17获取到的各表面位置上的响应波的检测强度中最大的检测强度，并根据该情况下的从第2弹性波的投射起到响应波的测出为止的时间t和折射角θ及传播速度v、通过式(1)来求缺陷D的深度d。
d＝(t/2)·v cosθ…(1)
根据该方法，深度d的求出不需要振动器兼检测器12的表面位置的数据。
再者，虽然此处是在不使用振动器兼检测器12的表面位置的数据的情况下求出缺陷D的深度d，但也可以求出振动器兼检测器12的表面位置，并根据检测到端部回波引起的反射波时的被检查物体S的表面上的振动器兼检测器12与缺陷D的距离和折射角θ来求缺陷D的深度d。
在对1个缺陷进行了步骤S13～S17的操作之后，对别的缺陷也进行同样的操作。继而，在针对所有缺陷的操作已完成时(步骤S18中为是)，一系列缺陷检测的操作结束。
(2-4)位移统括测定工序的变形例
在上述实施方式中是设为mmax＝3，但是，通过以比用[2n+1](n为2以上的自然数)表示的数大的方式选择mmax，能够检测到被检查物体S中激发出的弹性波的n次的分量(第n高谐波分量)为止。即，获得(2n+1)组以上的点A与点B的面外方向的相对位移，因此获得基波的振幅、基波的相位、2次谐波的振幅、2次谐波的相位、…n次谐波的振幅、n次谐波的相位以及弹性波的DC分量这(2n+1)个参数的值。由此，能够更高精度地确定缺陷D的表面位置。
在上述实施方式中，是使用兼具在深度方向信息获取工序中进行的第2弹性波的生成以及响应波的检测的功能的信号收发器11及振动器兼检测器12作为第1弹性波的激发源，但也可使用仅进行第1弹性波的激发的信号发送器及/或振动器和进行第2弹性波的生成以及响应波的检测的信号收发器及/或振动器兼检测器代替这些信号收发器11及/或振动器兼检测器12。或者，也可使用仅进行第1弹性波的激发的信号发送器及/或振动器、仅进行第2弹性波的生成的信号发送器及/或振动器、以及仅进行响应波的检测的信号接收器及/或检测器。在这些情况下，第1弹性波用的信号发送器以及第2弹性波用的信号收发器或者第1弹性波用的信号发送器、第2弹性波用的信号发送器以及响应波用的信号接收器可以使用频率固定的设备。此外，也可以使用进行第1弹性波的激发以及第2弹性波的生成的信号发送器及/或振动器和仅进行响应波的检测的信号接收器及/或检测器、使用进行第1弹性波的激发以及响应波的检测的信号收发器及/或振动器兼检测器和仅进行第2弹性波的生成的信号发送器及/或振动器。
在上述实施方式中，是在接触到被检查物体S的状态下使用振动器(兼检测器)12，但在例如像强力扬声器这样即便不接触也能使振动传导至被检查物体S的情况下，也可使振动器不接触被检查物体S。
进而，作为在弹性波的互不相同的至少3个相位下统括测定检查区域的各点的前后方向的位移的方法，除了本实施方式中叙述过的散斑剪切干涉法以外，也可以使用全息干涉法、光栅投影法、采样莫尔条纹法、DIC(Differential Interference Contrast：微分干涉对比)法等。
(2-5)深度方向信息获取工序的变形例
在上述实施方式中，振动器兼检测器12使用的是斜探头，但也可使用直探头代替斜探头。在该情况下，使直探头接触存在缺陷的表面位置，沿垂直于被检查物体S的表面的方向投射第2弹性波，利用振动器兼检测器12检测经缺陷反射而得的响应波。无须使振动器兼检测器12从所述表面位置进行移动。
在上述实施方式中，是检测经缺陷反射而得的反射波作为响应波，但也可检测透射波、衍射波等。在检测透射波、衍射波等响应波的情况下，在第2弹性波的发射源的位置检测不到这些响应波，因此将不同于振动器的别的检测器代替振动器兼检测器12配置在不同于振动器的位置。再者，以响应波的振动的形式检测到的电信号不限定于交流。
在上述实施方式中，检测到的是缺陷的1个端部的端部回波，但在缺陷未出现于被检查物体S的表面而是形成于其内部的情况下，有时会从缺陷的2个端部分别检测到端部回波。在该情况下，通过根据这2个端部回波而分别求出缺陷的端部的深度，可以求出埋在被检查物体S内的缺陷的深度方向的位置。
符号说明
10 缺陷检测装置
11 信号收发器(信号发送器)
12 振动器兼检测器(振动器、探头)
121 振动部
122 接触部
1221 接触面
13 脉冲激光源
14 照明光透镜
15 散斑剪切干涉仪
151 分束器
1521 第1反射镜
1522 第2反射镜
153 移相器
154 聚光透镜
155 影像传感器
16 控制部
17 存储部
21 限定区域
D 缺陷
S 被检查物体。

Claims (6)

1.一种缺陷检测方法，其特征在于，包括：
a)位移统括测定工序，一边在被检查物体的整个检查区域内激发第1弹性波，一边对该检查区域内的该被检查物体的整个表面进行频闪照明，并控制所述弹性波的相位和所述频闪照明的时刻，由此，在该弹性波的互不相同的至少3个相位下统括测定所述检查区域的各点的前后方向的位移；
b)缺陷位置确定工序，根据所述至少3个相位下的所述检查区域的各点的前后方向的位移，来确定缺陷在该检查区域的表面上的位置即表面位置；以及
c)深度方向信息获取工序，从所述被检查物体的表面的限定区域内朝所述表面位置的内部投射第2弹性波，并根据其响应波来求该缺陷的深度方向的位置及/或大小，所述被检查物体的表面是包含通过所述缺陷位置确定工序确定到的表面位置的表面。
2.根据权利要求1所述的缺陷检测方法，其特征在于，
所述第2弹性波的频率大于所述第1弹性波的频率。
3.根据权利要求1或2所述的缺陷检测方法，其特征在于，
通过共用的振动器来进行所述第1弹性波的激发、所述第2弹性波的投射以及所述响应波的检测中的两方或三方。
4.根据权利要求1或2所述的缺陷检测方法，其特征在于，
通过共用的振荡电路来进行所述第1弹性波的激发和所述第2弹性波的投射。
5.根据权利要求1或2所述的缺陷检测方法，其特征在于，
通过散斑剪切干涉法来统括测定所述至少3个相位下的所述检查区域的各点的前后方向的位移。
6.一种缺陷检测装置，其特征在于，具备：
a)第1弹性波激励部，其在被检查物体中激发第1弹性波；
b)照明部，其对所述被检查物体的表面的检查区域进行频闪照明；
c)位移测定部，其通过控制所述第1弹性波的相位和所述频闪照明的时刻，从而在该弹性波的互不相同的至少3个相位下统括测定所述检查区域各点的前后方向的位移；
d)第2弹性波投射部，其从所述被检查物体的表面朝所述被检查物体的内部投射第2弹性波；
e)响应波检测部，其检测所述第2弹性波的响应波；以及
f)深度方向信息获取部，其根据所述响应波来求该缺陷的深度方向的位置及/或大小。
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