JP2023063728A - 欠陥検出装置及び欠陥検出方法 - Google Patents

欠陥検出装置及び欠陥検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ユーザーが周波数毎に設定操作を行う手間を要することなく測定を実行することができる欠陥検出装置を提供する。【解決手段】欠陥検出装置１は、互いに異なる周波数を有する複数種の振動を順次被検査物体Ｓに付与することにより、該被検査物体Ｓに弾性波を励起する励振部（１１、１２）と、前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部（１３、１４）と、前記複数種の振動の各々について、前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域各点の、前記表面の面外方向の変位をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて一括測定する変位測定部（１５）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関する。
被検査物体の表面や内部に存在する欠陥を検出する方法の一つに、スペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いた方法がある。ここでスペックル干渉法は、レーザ光源からのレーザ光を照明光と参照光に分岐させ、照明光を用いて被検査物体の表面にストロボ照明を行い、照明光が該表面の各点で反射した光と参照光による干渉パターンを得るものである。スペックル・シェアリング干渉法は、レーザ光源からのレーザ光を用いて（参照光は用いずに）被検査物体の表面にストロボ照明を行い、該表面において近接する2点から反射してくる光による干渉パターンを得るものである。
特許文献１に記載の欠陥検出装置では、被検査物体に振動を付与することにより弾性波を入力し、該弾性波を入力する前と後でそれぞれスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法で得られる干渉パターンの画像をCCDカメラ等で撮影して、それら2枚の画像から被検査物体の表面の前後方向（面外方向）の変位又は相対的変位の分布を算出する。被検査物体の表面や内部に欠陥が存在する箇所では変位又は相対的変位が不連続になることから、当該欠陥を検出することができる。
特開2017-219318号公報 国際公開WO2021/145034号
被検査物体に付与する振動は、S/N比が高くなるように振幅を大きくするためには周波数が低い（波長が長い）方が良いのに対して、小さい欠陥を検出するという点では周波数が高い（波長が短い）方が良い。従って、適切な振動の周波数は欠陥の大きさによって相違するが、測定前には欠陥の大きさが不明であるため、そのような適切な周波数を測定前に決定することはできない。そのため、従来の欠陥検出装置では、複数の周波数でそれぞれ干渉パターンの画像を取得し、それらの画像の中から最適なものをユーザーが選択している。その際、周波数を変更する毎にユーザーが周波数の設定操作を行わなければならず、手間を要している。
本発明が解決しようとする課題は、ユーザーが周波数毎に設定操作を行う手間を要することなく測定を実行することができる欠陥検出装置及び方法を提供することである。
上記課題を解決するために成された本発明に係る欠陥検出装置は、
互いに異なる周波数を有する複数種の振動を順次被検査物体に付与することにより、該被検査物体に弾性波を励起する励振部と、
前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部と、
前記複数種の振動の各々について、前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域各点の、前記表面の面外方向の変位をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて一括測定する変位測定部と
を備える。
本発明に係る欠陥検出方法は、
互いに異なる複数の周波数を設定する周波数設定工程と、
前記複数の周波数のうちの1つの周波数を有する振動を被検査物体に付与することにより、該被検査物体に弾性波を励起する励振工程と、
前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明工程と、
前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域各点の、前記表面の面外方向の変位をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて一括測定する変位測定工程と
を有し、
前記周波数設定工程の実行後、前記複数の周波数の各々について前記励振工程、前記照明工程及び前記変位測定工程を順次実行する。
本発明に係る欠陥検出装置及び方法では、互いに異なる複数の周波数が予め設定されており、それら互いに異なる周波数を有する複数種の振動が順次被検査物体に付与されることにより、周波数毎に、被検査物体の表面における測定領域各点の面外方向の変位が取得される。そのため、ユーザーが周波数毎に設定操作を行う必要がなく、ユーザーの手間を軽減することができる。なお、前記複数の周波数は、測定開始前にユーザーが一括して入力することで設定するようにしてもよいし、ユーザーが入力することなく予め設定されているようにしてもよい。
本発明に係る欠陥検出装置の一実施形態を示す概略構成図。 本実施形態の欠陥検出装置の動作の全体を示すフローチャート。 本実施形態の欠陥検出装置の動作のうち、個々の周波数における測定の動作を示すフローチャート。 本実施形態の欠陥検出装置において、被検査物体の表面の変位を求める方法を説明するための図。 本実施形態の欠陥検出装置において得られる画像の例を示す図。 本実施形態の欠陥検出装置において得られる画像の他の例を示す図。 本発明に係る欠陥検出装置の変形例を示す概略構成図。
図１～図６を用いて、本発明に係る欠陥検出装置及び方法の実施形態を説明する。
(1) 本実施形態の欠陥検出装置の構成
図１は、本実施形態の欠陥検出装置１０の概略構成図である。この欠陥検出装置１０は、信号発生器１１、振動子１２、パルスレーザ光源１３、照明光レンズ１４、スペックル・シェアリング干渉計１５、制御部１６、記憶部１７、入力部１８及び表示部１９を備える。
信号発生器１１はケーブルで振動子１２に接続されており、交流電気信号を発生させて該振動子１２に送信する。この交流電気信号の周波数は可変であり、後述のように測定毎に制御部１６により設定される。振動子１２は、被検査物体Ｓに接触させて用いられ、信号発生器１１から交流電気信号を受信して前記周波数を有する機械的振動に変換し、該機械的振動を被検査物体Ｓに付与する。これにより、被検査物体Ｓに前記周波数、すなわち制御部１６により設定された周波数を有する弾性波を励起する。これら信号発生器１１及び振動子１２は、前述の励振部に該当する。
信号発生器１１はまた、振動子１２と接続するケーブルとは別のケーブルでパルスレーザ光源１３にも接続されており、前記交流電気信号が所定の位相となるタイミングで該パルスレーザ光源１３にパルス状の電気信号（パルス信号）を送信する。前記所定の位相、及びそれにより定まる前記タイミングは、欠陥検査を行う間に後述のように変更される。パルスレーザ光源１３は、信号発生器１１からパルス信号を受けたときに、パルスレーザ光を出力する光源である。照明光レンズ１４はパルスレーザ光源１３と被検査物体Ｓの間に配置されており、凹レンズから成る。照明光レンズ１４は、パルスレーザ光源１３からのパルスレーザ光を被検査物体Ｓの表面の測定領域の全体に拡げる役割を有する。これらパルスレーザ光源１３及び照明光レンズ１４は、前記タイミングにおいて被検査物体Ｓの表面の測定領域をストロボ照明するものであり、前述の照明部に該当する。
スペックル・シェアリング干渉計１５は前述の変位測定部に相当し、ビームスプリッタ１５１、第１反射鏡１５２１、第２反射鏡１５２２、位相シフタ１５３、集光レンズ１５４及びイメージセンサ１５５を有する。ビームスプリッタ１５１は、被検査物体Ｓの表面の測定領域で反射した照明光が入射する位置に配置されたハーフミラーである。第１反射鏡１５２１はビームスプリッタ１５１で反射される照明光の光路上に配置されており、第２反射鏡１５２２はビームスプリッタ１５１を透過する照明光の光路上に配置されている。位相シフタ１５３は、ビームスプリッタ１５１と第１反射鏡１５２１の間に配置されており、該位相シフタ１５３を通過する光の位相を変化（シフト）させるものである。イメージセンサ１５５は、ビームスプリッタ１５１で反射された後に第１反射鏡１５２１で反射されてビームスプリッタ１５１を透過する照明光、及びビームスプリッタ１５１を透過した後に第２反射鏡１５２２で反射されてビームスプリッタ１５１で反射される照明光の光路上に配置されている。集光レンズ１５４は、ビームスプリッタ１５１とイメージセンサ１５５の間に配置されている。
第１反射鏡１５２１は、その反射面がビームスプリッタ１５１の反射面に対して45°の角度になるように配置されている。それに対して第２反射鏡１５２２は、その反射面がビームスプリッタ１５１の反射面に対して45°からわずかに傾斜した角度になるように配置されている。これら第１反射鏡１５２１及び第２反射鏡１５２２の配置により、イメージセンサ１５５では、被検査物体Ｓの表面上のある点Ａ及び第１反射鏡１５２１で反射される照射光（図１中の一点鎖線）と、該表面上の点Ａからわずかにずれた位置にある点Ｂ及び第２反射鏡１５２２で反射される照射光（同・破線）は、イメージセンサ１５５の同じ位置に入射して干渉する。イメージセンサ１５５は検出素子を多数有しており、被検査物体Ｓの表面上の多数の点（前記の点Ａ）から第１反射鏡１５２１及び位相シフタ１５３を通してイメージセンサ１５５に入射する光を、それぞれ異なる検出素子で検出する。前記の点Ｂについても同様に、多数の点から第２反射鏡１５２２を通してイメージセンサ１５５に入射する光を、それぞれ異なる検出素子で検出する。
記憶部１７は、イメージセンサ１５５の各検出素子から得られる検出信号や、制御部１６による処理後のデータを記憶する。それと共に、記憶部１７内には周波数記憶部１７１が設けられている。周波数記憶部１７１は、入力部１８を用いてユーザーが入力する複数の周波数が記録される。当該複数の周波数は、ユーザーが入力する代わりに、予め欠陥検出装置１０のメーカーが入力しておいてもよい。記憶部１７には、ハードディスクやＳＳＤ（Solid State Drive）等の書き換え可能な記憶媒体を用いる。但し、前記複数の周波数周波数を予め欠陥検出装置１０のメーカーが入力しておく場合には、周波数記憶部１７１に書き換え不可（読み込みのみ）の記憶装置を用いてもよい。
入力部１８はキーボードやタッチパネル等の入力デバイスであり、ユーザーが前記複数の周波数やその他の測定条件を入力するのに用いるものである。表示部１９は、前記複数の周波数等を入力する欄を含む設定画面や、測定結果を示す画面等を表示するディスプレイである。
制御部１６は、設定画面や測定結果を示す画像等を表示部１９に表示させる操作、入力部１８から入力される前記複数の周波数やその他の測定条件を周波数記憶部１７１を含む記憶部１７に記憶させる操作、該複数の周波数を周波数記憶部１７１から読み出してそれら複数の周波数の信号を順次発生させるように信号発生器１１を制御する操作、イメージセンサ１５５の各検出素子から得られる検出信号に基づいてデータ処理を実行する操作、等を行うものである。制御部１６は、ＣＰＵ等のハードウエア及び各操作を実行するソフトウエアにより具現化されている。以下では、制御部１６が実行する各操作のうち、測定結果を示す画像を表示部１９に表示させる操作を実行する機能ブロックを「画像作成部１６１」と呼ぶ。
(2) 本実施形態の欠陥検出装置の動作及び本実施形態の欠陥検出方法
以下、図２～図５を用いて、本実施形態の欠陥検出装置１０の動作及び本実施形態の欠陥検出方法を説明する。
まず、ユーザーが入力部１８を用いて所定の操作を行うと一連の動作が開始される。制御部１６は、周波数の数値を複数個入力可能な入力欄と、入力可能な周波数範囲（信号発生器１１が発生することが可能な振動の周波数の範囲。一例では20kHz～400kHz。）を表示するよう、表示部１９を制御する。ユーザーは、表示された周波数範囲内の数値を複数個定めて入力欄に入力する（ステップ１：周波数設定工程）。入力する数値の個数は、本実施形態の欠陥検出方法では少なくとも2個とするが、個数の上限は定められていない。なお、例えば既に一度測定を行った被検査物体Ｓを再度測定する場合等には周波数の数値を1個のみ入力することもできるが、その場合には本実施形態の欠陥検出方法は実行されず、従来と同様の欠陥検出方法が実行される。必要な個数の数値を入力した後、例えば画面上に表示された「入力完了」ボタンをクリックする等の所定の操作を行うことにより、周波数の数値の入力操作を完了する。
ここで入力する周波数が低いほど振動が大きくなるためS/N比を高くすることができるのに対して、周波数が高いほどより小さい欠陥を検出しやすくなる。従って、被検査物体Ｓに比較的大きい欠陥が存在することが想定される場合には小さい数値を重点的に入力し、被検査物体Ｓに小さい欠陥が存在することが想定される場合には大きい数値を重点的に入力し、存在する欠陥の大きさが想定できない場合には広い範囲に亘って数値を入力するとよい。また、被検査物体Ｓに付与する振動のエネルギーが同じである場合には、周波数に対する振幅の変化率が周波数に反比例することが知られている。そのため、前記複数の周波数を単一の等比数列における複数の項、すなわちAi=A0X0、A0X1、A0X2…、A0Xh-1（A0は初項、Xは公比）で定めることにより、振幅をほぼ等間隔に設定することができる。
なお、ステップ１において、ユーザーが周波数の数値を入力する際に、入力する複数の数値の組み合わせの候補（入力候補）を１組又は複数組、表示部１９に表示させるようにしてもよい。ユーザーは当該１組の入力候補又は複数組の入力候補のうちの1つを選択することで周波数の数値を入力してもよいし、入力候補以外の周波数の数値を入力してもよい。入力候補は、予め定めておいて記憶部１７に記憶させておいてもよいし、被検査物体Ｓに対して予備実験を行ったうえで定めてもよい。予備実験は、例えば複数の周波数でそれぞれ被検査物体Ｓに振動を付与するための交流電気信号を信号発生器１１から振動子１２に送信し、該交流電気信号の電圧と電流の位相差が所定値以下となる複数の周波数、又は該位相差が最小となる1つの周波数を特定する。該位相差が所定値以下となる複数の周波数を特定した場合にはそれらの周波数の組を入力候補とする。一方、該位相差が最小となる1つの周波数を特定した場合には、該周波数を項の1つ（例えば最小の周波数）として含む等比数列で定められる複数の周波数を入力候補とすればよい。
あるいは、ステップ１において、ユーザーが周波数の数値を入力することなく、上記と同様の予備実験で定められた１組の、複数の数値の組み合わせをそのまま前記複数の周波数に設定してもよい。また、ユーザーが周波数の数値を入力することなく、記憶部１７に記憶させておいた１組の、複数の数値の組み合わせをそのまま前記複数の周波数に設定してもよい。
以上のように複数の周波数を設定したうえで、まず、i=1とし（ステップ２）、周波数fi=f1で以下のように測定を実行する（ステップ３）。ステップ３では、図３に示すように、振動子１２の振動の位相が異なる、mmax≧3回の表面変位の測定を行う。ここで「振動子１２の振動の位相」は、信号発生器１１から振動子１２に送信される交流電気信号の位相であり、被検査物体Ｓに励振される弾性波の、振動子１２が接触する点における位相に相当する。以下では、各回の表面変位の測定を、数値k（1～mmaxの間のいずれかの自然数）を用いて「k回目の測定」と表す。また、以下の説明では、最も単純な例としてmmax=3である場合を例に説明する（mmaxが3よりも大きい場合については後述）。
まず、kの初期値を1に設定し（ステップ３１）、信号発生器１１から振動子１２に周波数fi（ここではi=1としたため、f1）の交流電気信号を送信することにより、振動子１２から被検査物体Ｓへの周波数fiの振動の付与を開始する（ステップ３２）。これにより、周波数fiの弾性波が励起され、被検査物体Ｓ内に単振動が生じる。
次に、振動子１２の振動の位相が、所定の初期値φ0（例えばφ0=0）を用いて[φ0+2π(k-1)/mmax]で表されるタイミング毎に、信号発生器１１はパルスレーザ光源１３にパルス信号を送信する。この段階ではk=1であるため、パルス信号が送信されるときの振動子１２の振動の位相はφ0である。パルスレーザ光源１３はパルス信号を受ける毎にパルスレーザ光である照明光を繰り返し出力する。この照明光は、照明光レンズ１４により拡径され、被検査物体Ｓの表面の測定領域の全体に照射される（ステップ３３）。
照明光は被検査物体Ｓの表面で反射され、スペックル・シェアリング干渉計１５のビームスプリッタ１５１に入射する。その照明光の一部はビームスプリッタ１５１で反射され、位相シフタ１５３を通過した後に第１反射鏡１５２１で反射され、再度位相シフタ１５３を通過した後に一部がビームスプリッタ１５１を通過し、イメージセンサ１５５に入射する。また、ビームスプリッタ１５１に入射した照明光の残りは、ビームスプリッタ１５１を透過して第２反射鏡１５２２で反射され、一部がビームスプリッタ１５１で反射されてイメージセンサ１５５に入射する。イメージセンサ１５５では、被検査物体Ｓの表面上の多数の点で反射される照射光をそれぞれ異なる検出素子で検出する。
位相シフタ１５３は、パルスレーザ光である照明光が繰り返し出力されている間に、該位相シフタ１５３を通過する照射光（すなわち、点Ａで反射された照射光）の位相を変化（シフト）させてゆく。これにより、点Ａで反射された照射光と点Ｂで反射された照射光の位相差が変化してゆき、この変化の間に、イメージセンサ１５５の各検出素子はこれら2つの照射光が干渉した干渉光の強度を検出してゆく（ステップ３４）。図４の上段の図に、振動子１２の振動の位相がφ0であるときに得られる、位相シフタ１５３による位相のシフト量と、イメージセンサ１５５の検出素子で検出される干渉光の強度の一例をグラフで示す。なお、図４において、検出強度が位相シフト量に対して正弦波状に変化する関係が連続的な曲線で示されているが、実際に観測されるのは離散的なデータであり、観測されたデータから最小二乗法等により連続的な正弦波形を再現する。そのためには、少なくとも3つの異なる位相シフト量での強度を検出する必要がある。
続いて、ステップ３５において、kの値がmmaxに達しているか否かを確認する。この段階では未だk=1であってmmax(この例では3)に達していないため、ステップ３５での判定は「NO」となる。「NO」のときにはステップ６に進み、kの値を1だけ増加させて「2」とする（ステップ３５での判定が「YES」の場合については後述）。
次に、ステップ３３に戻り、振動子１２の振動の位相が[φ0+2π(k-1)/mmax]においてk=2、すなわち[φ0+2π/3]≡φ1であるタイミング毎に、信号発生器１１はパルスレーザ光源１３にパルス信号を送信し、パルスレーザ光源１３は該パルス信号を受信したタイミングで被検査物体Ｓの表面にパルスレーザ光である照明光を繰り返し照射する。そして、位相シフタ１５３により点Ａで反射された照射光の位相を少なくとも3つの値に変化（シフト）させつつ、イメージセンサ１５５の各検出素子は点Ａで反射されて位相シフタ１５３等を通過した照射光と点Ｂで反射された照射光の干渉光の強度を検出してゆく（ステップ３４）。
図４の中段の図に、振動子１２の振動の位相がφ1であるときに得られる、位相シフタ１５３による位相のシフト量と、イメージセンサ１５５の検出素子で検出される干渉光の強度をグラフで示す。図４上段の図と中段の図を対比すると、干渉光の強度のピーク位置が両者でδφ1-δφ0だけずれている。このずれは、点Ａからの光路と点Ｂからの光路の位相差が、検出時の振動子１２の振動の位相の相違により変化したことを示している。この光路の位相差の変化は、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位が変化していることを示している。
このようにk=2におけるステップ３４の操作を実行した後、ステップ３５では未だmmax(=3)に達していないため「NO」と判定し、ステップ３６においてkの値を1だけ増加させて「3」とする。その後、ステップ３３に戻り、交流電気信号の位相が[φ0+2π(k-1)/mmax]においてk=3、すなわち[φ0+4π/3]≡φ2であるタイミング毎に、パルスレーザ光源１３が被検査物体Ｓの表面にパルスレーザ光である照明光を繰り返し照射し、イメージセンサ１５５の各検出素子は干渉光の強度を検出してゆく（ステップ３４）。こうして、図４の下段の図に示すように、交流電気信号の位相がφ2であるときの位相シフタ１５３による位相のシフト量と干渉光の強度の関係が得られる。
その後、ステップ３５では、kの値が3であってmmaxに達しているため「YES」と判定し、ステップ３７に移る。ステップ３７では、信号発生器１１から振動子１２への周波数fiの交流電気信号の送信を停止する。これにより振動子１２が振動を停止する。
次に、ステップ３８及びＳ３９において、以下の操作によって測定領域の各点における弾性波の振動状態（振幅及び位相）を求める。まず、イメージセンサの各検出素子につき、各振動の位相φ0、φ1、及びφ2においてそれぞれ、位相シフタ１５３による位相のシフト量を変化させた間に検出素子の出力が最大となる最大出力位相シフト量δφ0、δφ1、δφ2を求める（図４(a)～(c)のグラフ参照）。さらに、振動の位相が異なる最大出力位相シフト量の差(δφ1-δφ0)、(δφ2-δφ1)、及び(δφ0-δφ2)を求める（ステップ３８）。これら3つの最大出力位相シフト量の差は、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位を、振動子１２の振動の位相が異なる（すなわち時間が異なる）2つのデータで3組示している。これら3組の相対的な変位に基づいて、測定領域の各点における振動の振幅、振動の位相、及び振動の中心値（DC成分）、という3つのパラメータの値が得られる（ステップ３９）。
こうして得られた各点の振動の振幅や位相の値に基づき、画像のデータを作成する（ステップＳ４０）。例えば、測定点の振幅が大きいほど、その測定点に対応する画素の輝度を高くすることにより、振動の振幅の相違を画像の明暗の相違で表すことができる。作成した画像データは記憶部１７に記憶させる。
以上の操作により、1つの周波数fiにおける測定（ステップ３）が完了する。次にステップ４において、iの値がhに達しているか否か、すなわち全ての周波数f1～fhに対して測定が完了しているか否かを確認する。ステップ４での判定が「NO」であれば、iの値を1だけ増加させ（ステップ５）たうえでステップ３に戻り、次の周波数を対象としてステップ３１～４０の動作を実行する。一方、ステップ４での判定が「YES」、すなわち設定したh個の周波数の全てで測定が終了していれば、ステップ６に移る。
ステップ６では、画像作成部１６１は、周波数f1～fh毎に、得られた各点の振動の振幅や位相の値に基づき、画像データを作成する。画像データは例えば、測定点の振幅が大きいほど画素の輝度の値を大きくするように設定することや、振幅の相違によって異なる色のデータを対応させるように設定することができる。このように作成された画像データに基づいて、画像作成部１６１は表示部１９に、各周波数測定領域における変位の分布を示す画像を表示させる。ここで各周波数において作成する画像は、測定領域各点における変位の値をそのまま用いて表示するものであってもよいし、定在波による変位やノイズ等を除去するデータ処理を行った後の値を用いて表示するものであってもよい。後者の方が、欠陥が存在しない部分がほぼ一様な値となり、欠陥がより強調されて表示されるため好ましい。
表示部１９に表示させる画像は、周波数毎に別々に表したものであってもよいし（図５Ａ）し、複数の周波数の画像を1つの画像に重畳したもの（重畳画像）であってもよい（図５Ｂ）。あるいはそれら周波数毎の画像と重畳画像の双方を表示部１９に表示させてもよい。
図５Ａに模式的に示した例では、最も高い周波数f3で得られた画像では3個の欠陥２１、２２、２３が全て表示されているものの、それよりも低い周波数f1, f2で得られた画像よりも不鮮明である。一方、最も低い周波数f1で得られた画像では、それよりも高い周波数f1, f2で得られた画像よりも、最も大きい欠陥２３が鮮明に表示されているのに対して、欠陥２３よりも小さい欠陥２１、２２が見られない。
それに対して図５Ｂに模式的に示した例では、周波数f1, f2, f3でそれぞれ得られた3つの画像を重畳表示しているため、最も大きい欠陥２３が鮮明に表示されていると共に、より小さい欠陥２１、２２も表示することができる。
ここまでに述べた、周波数毎に別々に表示した画像（例えば図５Ａ）は、欠陥が比較的大きい場合には低い周波数を用いて得られた画像を選択し、欠陥が小さい場合には高い周波数を用いて得られた画像を選択するというように、被検査物体に存在する欠陥に応じてより適切な画像を選択することができると利点を有する。一方、重畳画像（例えば図５Ｂ）は、低い周波数を用いて高いS/N比で検出した比較的大きい欠陥と、高い周波数を用いて見逃すことなく検出した小さい欠陥の双方を、一目見て分かることができる、という利点を有する。
以上の操作により、本実施形態の欠陥検出装置及び方法の一連の動作は終了する。
［変形例］
本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態ではスペックル・シェアリング干渉計１５を用いているが、その代わりにスペックル干渉計を用いてもよい。スペックル干渉計を用いる場合には、パルスレーザ光源１３から出射するパルスレーザ光の一部をビームスプリッタ等を用いて分岐させることで参照光を取り出し、この参照光と、分岐することなく被検査物体Ｓの表面で反射した反射光とを干渉させる。
また、上記実施形態では複数の周波数は、ユーザーが入力したものか、予め定めた複数の周波数（それら複数の周波数の組を複数組用意してユーザーが選択する場合を含む）を用いているが、その代わりに、以下の構成によって被検査物体毎に予備実験を行うことで当該複数の周波数を定めるようにしてもよい。この変形例の欠陥検出装置３０は、図６に示すように、上記実施形態の欠陥検出装置１０における制御部１６に、機能ブロックとして周波数選択部１６２を付加したものである。
周波数選択部１６２を備える欠陥検出装置３０は、上記実施形態の欠陥検出装置１０の動作におけるステップ１の代わりに、以下の動作を実行する。
まず、信号発生器１１は、実際の測定において被検査物体Ｓに付与する振動の種類よりも他種類の、互いに周波数が異なる予備測定振動を順次振動子１２から被検査物体Ｓに付与するよう、周波数を変化させながら交流電気信号を振動子１２に供給する。その間、周波数選択部１６２は、信号発生器１１が振動子１２に供給する交流電圧と交流電流の波形をそれぞれ取得し、該交流電圧の位相と該交流電流の位相の差（位相差）が所定値以下となる周波数を求める。この位相差が小さいことは、振動子１２が、該振動子１２と測定対象物Ｓを含む測定系の共振周波数に近い周波数で振動して該測定対象物Ｓを効率よく励振していることを意味している（特許文献２参照）。そこで、周波数選択部１６２は、予備測定振動を用いた予備実験において前記位相差が所定値以下となる複数（ここでの「複数」は実際の欠陥検出測定において用いる周波数の個数とは限らず、それよりも多い場合がある）の周波数を推奨周波数として表示部１９に表示させる。そのうえで、それらの周波数の一部又は全部をユーザーが選択する操作を行ったときに、それら選択された周波数を実際の欠陥検出測定において用いる複数の周波数として設定する。これにより、測定対象物Ｓを効率よく励振した状態で、異なる複数の周波数に対する測定をそれぞれ実行することができる。なお、ステップ２以下の動作は上記実施形態の欠陥検出装置１０と同様であるため、説明を省略する。
上記の周波数選択部１６２を備える変形例において、推奨周波数を表示部１９に表示させたうえでユーザーに選択させる代わりに、予備測定振動で求めた前記位相差が所定値以下となる複数の周波数をそのまま実際の欠陥検出測定において用いる複数の周波数に設定してもよい。
［態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。
（第１項）
第１項に係る欠陥検出装置は、
互いに異なる周波数を有する複数種の振動を順次被検査物体に付与することにより、該被検査物体に弾性波を励起する励振部と、
前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部と、
前記複数種の振動の各々について、前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域各点の、前記表面の面外方向の変位をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて一括測定する変位測定部と
を備える。
（第６項）
第４項に係る欠陥検出方法は、
互いに異なる複数の周波数を設定する周波数設定工程と、
前記複数の周波数のうちの1つの周波数を有する振動を被検査物体に付与することにより、該被検査物体に弾性波を励起する励振工程と、
前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明工程と、
前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域各点の、前記表面の面外方向の変位をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて一括測定する変位測定工程と
を有し、
前記周波数設定工程の実行後、前記複数の周波数の各々について前記励振工程、前記照明工程及び前記変位測定工程を順次実行する。
第１項に係る欠陥検出装置及び第６項に係る欠陥検出方法では、互いに異なる複数の周波数が予め設定されており、それら互いに異なる周波数を有する複数種の振動が順次被検査物体に付与されることにより、周波数毎に、被検査物体の表面における測定領域各点の面外方向の変位が取得される。そのため、ユーザーが周波数毎に設定操作を行う必要がなく、ユーザーの手間を軽減することができる。
なお、前記複数種の振動の各々の周波数（前記複数の周波数）は、測定開始前にユーザーが一括して入力することで設定するようにしてもよいし、ユーザーが入力することなく予め設定されているようにしてもよい。
このように周波数毎に得られたデータのうちの少なくとも１つを用いて、互いに異なる少なくとも3つの位相における測定領域各点の面外方向の変位に基づいて被検査物体中の欠陥を検出することができる。具体的には、測定領域における変位の分布に不連続な部分があれば、その部分に欠陥が存在する、と特定することができる。
（第２項）
第２項に係る欠陥検出装置は、第１項に係る欠陥検出装置において、
前記複数種の振動の各々の周波数が、単一の等比数列における複数の項で規定される値である。
被検査物体に付与する振動のエネルギーが同じである場合には、周波数に対する振幅の変化率が周波数に反比例することが知られている。このような特性を利用して、第２項に係る欠陥検出装置では、前記複数の周波数を単一の等比数列における複数の項、すなわちAi=A0X0、A0X1、A0X2…、A0Xi（A0は初項、Xは公比）で定めることにより、振幅をほぼ等間隔に設定することができる。
（第３項）
第３項に係る欠陥検出装置は、第１項に係る欠陥検出装置において、
前記励振部が、前記複数種の振動を前記被検査物体に付与する前に、該複数種の振動よりも多数種の互いに周波数が異なる予備測定振動を順次該被検査物体に付与するものであって、
さらに、前記多数種の予備測定振動の各々における前記被検査物体の振動状態に基づいて、該多数種の予備測定振動の周波数から前記複数種の振動の周波数を選択する周波数選択部を備える。
第３項に係る欠陥検出装置によれば、前記複数種の振動よりも多数種の予備測定振動を順次励振部から該被検査物体に付与したうえで、それら多数種の予備測定振動の各々における振動状態に基づいて、それら多数種の予備測定振動の周波数の一部を前記複数種の振動の周波数として選択する。これにより、実際の測定に用いる複数種の振動の周波数を適切に選択することができる。例えば、前記多数種の予備測定振動のうち、励振部に入力する交流電気信号の交流電圧と、それにより生じる交流電流の位相差が所定値以下となる予備測定振動の周波数を選択するとよい。このように励振部に入力する交流電気信号の交流電圧と交流電流の位相差が小さいことは、励振部と測定対象物を含む測定系の共振周波数に近い周波数で励振部が振動し、測定対象物を効率よく励振していることを意味する（特許文献２参照）。
（第４項）
第４項に係る欠陥検出装置は、第１項～第３項のいずれか１項に係る欠陥検出装置においてさらに、
前記複数種の振動の各々において前記少なくとも3つの位相における測定領域各点の面外方向の変位に基づいて、該測定領域内の前記変位の分布を示す画像を作成する画像作成部と、
前記複数種の振動の各々において作成された前記画像を表示する表示部と
を備える。
第４項に係る欠陥検出装置によれば、前記複数種の振動の各々において作成された（複数の）画像が表示部に表示されるため、ユーザーはそれら複数の画像から適切な（適切な振動の周波数で得られた）画像を選択して欠陥の有無等を判断することができる。
各振動の周波数において作成する画像は、測定領域各点における変位の値をそのまま用いて表示するものであってもよいし、定在波による変位やノイズ等を除去するデータ処理を行った後の値を用いて表示するものであってもよい。後者の方が、欠陥が存在しない部分がほぼ一様な値となり、欠陥がより強調されて表示されるため好ましい。
（第５項）
第５項に係る欠陥検出装置は、第４項に係る欠陥検出装置において、
前記表示部が、前記複数種の振動の各々において作成された画像と共に、又は該画像の代わりに、前記複数の周波数の各々において作成された画像を重畳した1つの画像を表示する。
第５項に係る欠陥検出装置によれば、前記複数種の振動の各々において作成された（複数の）画を重畳して1枚の画像として表示されるため、低い周波数を用いて高いS/N比で検出した比較的大きい欠陥と、高い周波数を用いて見逃すことなく検出した小さい欠陥の双方を、一目見て分かるように同一の画像中に示すことができる。
１０、３０…欠陥検出装置
１１…信号発生器
１２…振動子
１３…パルスレーザ光源
１４…照明光レンズ
１５…スペックル・シェアリング干渉計
１５１…ビームスプリッタ
１５２１…第１反射鏡
１５２２…第２反射鏡
１５３…位相シフタ
１５４…集光レンズ
１５５…イメージセンサ
１６…制御部
１６１…画像作成部
１６２…周波数選択部
１７…記憶部
１７１…周波数記憶部
１８…入力部
１９…表示部
２１、２２、２３…欠陥

Claims (6)

  1. 互いに異なる周波数を有する複数種の振動を順次被検査物体に付与することにより、該被検査物体に弾性波を励起する励振部と、
    前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部と、
    前記複数種の振動の各々について、前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域各点の、前記表面の面外方向の変位をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて一括測定する変位測定部と
    を備える欠陥検出装置。
  2. 前記複数種の振動の各々の周波数が、単一の等比数列における複数の項で規定される値である、請求項１に記載の欠陥検出装置。
  3. 前記励振部が、前記複数種の振動を前記被検査物体に付与する前に、該複数種の振動よりも多数種の互いに周波数が異なる予備測定振動を順次該被検査物体に付与するものであって、
    さらに、前記多数種の予備測定振動の各々における前記被検査物体の振動状態に基づいて、該多数種の予備測定振動の周波数から前記複数種の振動の周波数を選択する周波数選択部を備える、
    請求項１に記載の欠陥検出装置。
  4. さらに、
    前記複数の周波数の各々において前記少なくとも3つの位相における測定領域各点の面外方向の変位に基づいて、該測定領域内の前記変位の分布を示す画像を作成する画像作成部と、
    前記複数の周波数の各々において作成された前記画像を表示する表示部と
    を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  5. 前記表示部が、前記複数の周波数の各々において作成された画像と共に、又は該画像の代わりに、前記複数の周波数の各々において作成された画像を重畳した1つの画像を表示する、請求項４に記載の欠陥検出装置。
  6. 互いに異なる複数の周波数を設定する周波数設定工程と、
    前記複数の周波数のうちの1つの周波数を有する振動を被検査物体に付与することにより、該被検査物体に弾性波を励起する励振工程と、
    前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明工程と、
    前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域各点の、前記表面の面外方向の変位をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて一括測定する変位測定工程と
    を有し、
    前記周波数設定工程の実行後、前記複数の周波数の各々について前記励振工程、前記照明工程及び前記変位測定工程を順次実行する、欠陥検出方法。
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