JP2023143100A - 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】被検査物体に励起された弾性波の波長を容易に確認することができ、それにより被検査物体内の欠陥を検出するのに適した振動子の振動数を容易に定め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１０は、被検査物体Ｓに振動数可変の振動を付与する励振部１１と、前記振動が付与されている被検査物体Ｓの表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定部（スペックル・シェアリング干渉計１５、変位算出部１６３）と、前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定部１６４と、前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波数又は波長を決定する波数・波長決定部１６５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被検査物体に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関する。
従来より、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欠陥検出方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。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、照明光を検査領域に照射し、照明光が検査領域内における被検査物体の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（参照光を分岐させることなく）検査領域に照射し、該検査領域内の被検査物体の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に記載の装置及び方法では、被検査物体に振動子を当接して該振動子を振動させることにより被検査物体に弾性波を連続的に励起しつつ、該弾性波と同期して繰り返し点灯するストロボ照明を用いて、該弾性波のある位相における各点の面外方向（面に垂直な方向）の変位（スペックル干渉法）又は近接2点間の面外方向の相対的変位（スペックル・シェアリング干渉法）を測定する。この操作を正弦波状の弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において行うことにより得られるデータに基づいて、弾性波の全振動状態を画像で再現することができる。そして、この画像における振動状態の空間変化に基づいて、検査領域内の欠陥を検出することができる。
弾性波の全振動状態を示す画像から欠陥を検出する際に、弾性波の波長が長過ぎると、欠陥の全体が弾性波における1つの山又は谷の中に含まれてしまい、欠陥での振幅の空間変化が乏しくなるため、欠陥を検出し難くなる。一方、弾性波の波長が短すぎると、一般的な振動子の特性上、被検査物体に励起することのできる弾性波の振幅が小さくなるため、欠陥を検出し難くなる。そのため、被検査物体に励起される弾性波が、被検査物体に生じていると想定される欠陥の大きさに対して波長が長過ぎず且つ振幅が小さくなり過ぎない適切な範囲内となるように、振動子の振動数（振動周波数）を設定する必要がある。
被検査物体に生じる弾性波の波長λは、振動子から被検査物体に付与する振動数f及び被検査物体内での弾性波の速度vとの間でf・λ=vの関係を有する。ここで弾性波の速度vは、被検査物体の材質により異なるが、さらに被検査物体の形状（板状、バルク状、管状等）等により定まる、被検査物体を弾性波が伝播する形態によっても異なる。例えば、バルク状の被検査物体の表面に振動子を当接して振動を付与すると、被検査物体の表面付近のみを伝播する表面弾性波（レイリー波）が生じ易い。そのような表面弾性波は、被検査物体の深さ方向の全体に亘って伝播する弾性波よりも、同じ振動数fで振動を付与したときの速度vが遅くなる。このような要因により、振動数f及び被検査物体の材質が既知であっても、それらから直ちに被検査物体に生じる弾性波の波長λを求めることはできない。
そこで従来より、弾性波の全振動状態を再現した画像から、弾性波の波長を操作者が目視で確認し、その波長が適切な範囲の外であれば被検査物体に付与する振動数を変更する、という操作が行われている。
特開2017-219318号公報
被検査物体では、弾性波が被検査物体の端面等で反射する。そのため、被検査物体の形状に対称性がない場合、様々な方向からの反射波が混在するため弾性波の形状が複雑になる。そのような複雑な形状の弾性波の画像から操作者が目視で弾性波の波長を確認することは難しい。
本発明が解決しようとする課題は、被検査物体に励起された弾性波の波長を容易に確認することができ、それにより被検査物体内の欠陥を検出するのに適した振動子の振動数を容易に定め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、
被検査物体に振動数可変の振動を付与する励振部と、
前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定部と、
前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定部と、
前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波数又は波長を決定する波数・波長決定部と
を備える。
本発明に係る欠陥検出方法は、
被検査物体に所定の振動数の振動を付与する振動付与工程と、
前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定工程と、
前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定工程と、
前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波長を決定する波長決定工程と、
前記波長決定工程で決定した波長、及び前記被検査物体に生じていると想定される欠陥の大きさに基づいて、該波長が適切な範囲内にあるか否かを判定する判定工程と
を有し、前記判定工程において前記波長が適切な範囲内にはないと判定した場合には、前記振動数を変更したうえでさらに前記各工程を実行する。
本発明に係る欠陥検出装置及び方法によれば、振動状態を表す数値を被検査物体の表面の位置毎に求めたうえで、それら位置毎の数値に基づいて波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値を求め、波数毎の判定指標値に基づいて、被検査物体に励起された弾性波が有する波数（例えば判定指標値が最大となる波数）又はその逆数である波長を決定する。これにより、被検査物体に形成される弾性波の形状に関わらず、弾性波の波長を容易に求めることができる。このように求めた弾性波の波長が適切な範囲内にあれば、その波長の弾性波で得られた被検査物体の表面の振動状態から欠陥を適切に検出することができる。また、求めた弾性波の波長が適切な範囲内に無い場合には、被検査物体に付与する振動数を変更することで弾性波の波長を適切な範囲となるように修正することにより、欠陥を適切に検出することができるようになる。
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及び本実施形態の欠陥検出方法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で得られた、実空間上での弾性波の波形の例を示す図。 本実施形態の欠陥検出装置で得られた、ベクトル値の波数毎の振動の強度値の例を示す図。 本実施形態の欠陥検出装置で得られた、スカラー値の波数と強度値（判定指標値）の関係を示すグラフ。 弾性波の波形の画像中に及び波長決定対象領域を設定する例を示す図。 弾性波の波形の画像中に及び波長決定対象除外領域を設定する例を示す図。
図１～図８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
本実施形態の欠陥検出装置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、測定制御部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（振動数）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、測定制御部１６により設定された振動数を有する弾性波を被検査物体Ｓに励起する。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、測定制御部１６により後述のように設定される。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、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る。
スペックル・シェアリング干渉計１５は、ビームスプリッタ１５１と、第１反射鏡１５２１と、第２反射鏡１５２２と、位相シフタ１５３と、集光レンズ１５４と、イメージセンサ１５５とを有する。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。
入力部１８は、キーボード、マウス、タッチパネル、あるいはそれらの組み合わせ等の操作者が所定の情報を入力する入力デバイスである。表示部１９は、被検査物体Ｓの表面に生じた弾性波の画像や、後述のように求められる弾性波の波長等を表示するディスプレイである。
測定制御部１６は、入力受付部１６１と、周波数制御部１６２と、変位算出部１６３と、判定指標値決定部１６４と、波数決定部（波数・波長決定部）１６５と、表示処理部１６６とを機能ブロックとして有する。測定制御部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、測定制御部１６が有する各部（機能ブロック）について説明する。
入力受付部１６１は、操作者が入力部１８を用いて入力した、周波数制御部１６２で設定する周波数の値又はその範囲、あるいは表示部１９に画像を表示させるためのパラメータ等の情報を受け付け、周波数制御部１６２や表示処理部１６６等に送信するものである。
周波数制御部１６２は、信号発生器１１が振動子１２に送信する交流電気信号の周波数、すなわち振動子１２により被検査物体Ｓに励起される弾性波の振動数を制御するものである。操作者が入力部１８を用いて周波数（振動数）の値を入力した場合には、周波数制御部１６２は交流電気信号の周波数をその値に設定する。また、操作者が入力部１８を用いて周波数の範囲を設定した場合には、その範囲内で交流電気信号の周波数、さらには被検査物体Ｓに励起される弾性波の振動数を複数の値に亘って変化させてゆき、それら複数の値の振動数の各々において後述の波数の決定を行うことができる。
変位算出部１６３は、スペックル・シェアリング干渉計１５を用いて、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、被検査物体Ｓの表面上の位置毎に面外方向の変位を求める操作を行うものである。この位置毎の面外方向の変位を数値化したものが、前述の「振動状態を示す数値」に該当する。スペックル・シェアリング干渉計１５と変位算出部１６３を合わせたものが前述の振動状態測定部に該当する。
判定指標値決定部１６４は、変位算出部１６３で得られた位置毎の変位の数値に基づいて、フーリエ変換により、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値を求める操作を行うものである。ここで、位置が２次元座標で表されていることから、このフーリエ変換により、強度の数値は２次元のベクトルで表される波数（以下、「ベクトル値の波数」と呼ぶ）毎に得られる。判定指標値決定部１６４で実行するフーリエ変換には、計算機で行う処理として一般的である高速フーリエ変換の手法を用いることができる。
本実施形態では、判定指標値決定部１６４はさらに、得られたベクトル値の波数毎の強度のうち２次元の波数ベクトル空間上で原点から等距離にあるものを積算することにより、スカラー値の波数毎の強度の数値を判定指標値として求める操作を行う。このようにスカラー値（波数ベクトルの長さ）の波数毎に判定指標値を求めることにより、実空間において同一の波長を有する弾性波が被検査物体の端面等で反射することによって複数の方向に進行している場合においても、それら複数の方向の波の強度を積算してその波長に対応する波数における強度を求めることとなり高い強度値が得られるため、波長の特定が容易になる。なお、このようにスカラー値の波数毎に判定指標値を求める代わりに、ベクトル値の波数毎の強度をそのまま判定指標値として求めてもよい。
波数決定部１６５は、判定指標値決定部１６４で決定されたスカラー値の波数毎の判定指標値のうち、最も大きい値を有するスカラー値の波数を、被検査物体Ｓに励起された弾性波の波数と決定する操作を行うものである。
表示処理部１６６は、実空間上に表される弾性波の画像や、波数空間上に表される波数毎の判定指標値の分布を示す画像を表示部１９のディスプレイ内に表示する処理を行うものである。弾性波の画像では、変位算出部１６３で数値化された被検査物体Ｓの表面上の各位置における面外方向の変位の大きさを画像のピクセル値に置き換え、該各位置に対応させた表示部１９のディスプレイ上の各位置に画素を表示する。判定指標値の分布を示す画像では、２次元の波数ベクトルが有する2つの成分kx, kyの一方をx軸、他方をy軸とする２次元の波数空間上の各点における判定指標値をの大きさを画像のピクセル値に置き換え、該各位置に対応させた表示部１９のディスプレイ上の各位置に画素を表示する。このように判定指標値を２次元の波数空間上で表示すると共に、又はその代わりに、スカラー値の波数を横軸、判定指標値を縦軸とするグラフを表示してもよい。さらに、波数決定部１６５で決定された波数の逆数を、被検査物体Ｓの表面に生じた弾性波の波長として表示部１９のディスプレイ内に表示する処理を行う。その他、操作者が入力部１８を用いて画像の拡大・縮小や寸法を表すスケールの表示等を指示する操作を行ったときには、表示処理部１６６はそれらの指示に対応した画像の表示や変更を実行する処理を行う。
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の強度値等の測定データ、変位算出部１６３が算出した位置毎の面外方向の変位の値、判定指標値決定部１６４が求めたベクトル値及びスカラー値の波数毎の強度値、波数決定部１６５が決定した弾性波の波数等を記憶するものである。
(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
次に、図２のフローチャートを参照しつつ、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。
操作者は被検査物体Ｓを欠陥検出装置１０の所定の位置に設置したうえで、振動子１２を被検査物体Ｓに当接させる。そして、操作者が入力部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。
まず、周波数制御部１６２は、信号発生器１１から振動子１２に送信する交流電気信号の周波数f、すなわち被検査物体Ｓに付与する振動の振動数の初期値を設定する操作を行う（ステップ１）。周波数（振動数）の初期値は、入力部１８を用いて操作者に入力させてもよいし、振動子１２の共振周波数を適用してもよい。あるいは、交流電気信号の周波数を変化させながら予備測定を行い、被検査物体Ｓに生じた弾性波の振幅が所定の大きさ以上となる周波数を適用してもよい。
次に、周波数制御部１６２は、設定された初期値の周波数fを有する交流電気信号を信号発生器１１から振動子１２に送信して振動子１２を振動させることにより、被検査物体Ｓに振動数fの振動を付与する。これにより、被検査物体Ｓには振動数fの弾性波が励起される（ステップ２）。
この状態で、以下の方法により、互いに異なるkmax個（kmaxは3以上）の位相において、被検査物体Ｓの表面の各点における面外方向の変位を測定する。このkmax個の位相を、任意の初期値φ0（例えばφ0=0）を用いてφk=[φ0+2π(k-1)/kmax]で表す（k=1～kmax）。まず、k=1に設定し（ステップ３）、弾性波の位相がφ1(=φ0)となるタイミング毎に、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。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（ストロボ照明）。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４）。
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を検出してゆき、その強度を求める（ステップ５）。図３の上段に、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の一例をグラフで示す。なお、図３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（kmax≧3）。
これらステップ４及び５の動作を、k=2～kmaxの場合にも同様に実行する（ステップ６でNOと判定した後、ステップ７でkの値を1だけ増加させ、ステップ４及び５を実行。）。例えば、kmax=3の場合において、k=2のときには弾性波の位相がφ2=φ0+2π/3となるタイミング毎に、k=3のときには弾性波の位相がφ3=φ0+4π/3となるタイミング毎に、信号発生器１１がパルスレーザ光源１３にパルス信号を送信することにより照明光を被検査物体Ｓの表面の測定領域の全体に繰り返し照射し、その間に位相シフタ１５３がそれを通過する照射光の位相をシフトさせてゆきつつ、イメージセンサ１５５の各検出素子が干渉光の強度を検出してゆく。図３に、kmax=3の場合において、振動子１２の振動の位相がφ2であるとき（図３中段）及びφ3であるとき（同下段）の、位相のシフト量と干渉光の強度の関係の例をグラフで示す。
以上のようにk=1～kmaxのそれぞれにおいてステップ４及び５の動作を実行（ステップ６でYESと判定）した後、変位算出部１６３は、イメージセンサの各検出素子につき、各振動の位相φ1～φkmax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δφ1～δφkmaxを求め、さらにそれに基づいて、異なる位相同士で最大出力位相シフト量の差を求める。例えばkmax=3の場合には、3つの最大出力位相シフト量の差(δφ2-δφ1)、(δφ3-δφ2)、及び(δφ1-δφ3)が得られる。これら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）3組以上のデータを示している。これら3組以上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、被検査物体Ｓの振動状態を示す3つのパラメータの値が得られる。
これら3つのパラメータがあれば、各点の振動の状態を精度良く再現することができる。そこで、上記3つのバラメータに基づいて、或る時刻における実空間の位置毎に面外方向の変位（表面の位置）を数値化する（ステップ８。前記振動状態測定工程の完了。）。この面外方向の変位の数値につき、被検査物体Ｓの表面の位置毎に大小を明暗で表すことにより、振動状態を示す画像が得られる（図４）。図４に示すように縞状の明暗が生じていることから、被検査物体Ｓの表面に波形が形成されていることがわかる。図４の例では比較的単純な波形が形成されているが、多くの場合、弾性波が被検査物体Ｓの端部で反射されること等により、複雑な波形が形成される。そのような複雑な波形を示す画像から、生成された弾性波の波長を操作者が目視で求めることは困難である。
そこで、判定指標値決定部１６４は、実空間の位置毎の変位の数値を用いて高速フーリエ変換を実行することにより、ベクトル値の波数毎に振動の強度値を算出する（ステップ９）。なお、実空間の位置毎の変位の数値は複素数で得られるが、ここで実行する高速フーリエ変換はその複素数の数値を用いて行ってもよいし、複素数のうち実部のみを用いて行ってもよい。複素数を用いた場合にはベクトル値の波数毎に振動の強度値をより正確に求めることができるという利点を有するのに対して、実部のみを用いた場合には高速フーリエ変換の計算の負荷を抑えて計算速度を速くすることができるという利点を有する。
ここで、２次元であるベクトル値の波数における一方の成分kx（実空間におけるx方向の波数成分）を一方の軸に、他方の成分ky（同・y方向の波数成分）を他方の軸とする２次元の波数空間上に、ステップ９で得られた強度値の大小を明暗で表すことにより、波数空間における振動状態を示す画像が得られる（図５）。
図５では、同じ波長（及び波数）を有する弾性波であっても、弾性波の進行方向が異なるものは、異なる位置（異なるベクトル値の波数）に強度が表示される。しかし、本実施形態の欠陥検出装置及び方法では、被検査物体Ｓに形成された弾性波の波長の大きさを、被検査物体Ｓに形成されていると想定される欠陥の大きさと対比する必要があるため、弾性波の進行方向による相違を求める意義は小さい。むしろ、弾性波の進行方向に依らず、弾性波の波長を求めることが重要である。
そこで、判定指標値決定部１６４はさらに、ステップ９で得られたベクトル値の波数毎の強度のうち２次元の波数空間上で原点から等距離にあるものを積算することにより、スカラー値の波数毎の強度値を判定指標値として求める（ステップ１０）。例えば図５に示すように、符号１～３を付した各円の円周上でそれぞれ強度値を積算する。各円の径は、その円の円周上にある各点の波数を表している。このような積算を原点から等距離にある多数の円で実行する。こうして求めたスカラー値の波数毎の判定指標値をグラフにすると、例えば図６に示すようになる。なお、図６では、図５の画像におけるピクセル値（同画像中の長さに相当）で横軸を表しているが、この値はスカラー値の波数と一対一に対応しており、この値からスカラー値の波数を求めることができる。
波数決定部１６５は、ステップ１０で得られたスカラー値の波数毎の強度値が最大となる波数を、被検査物体Ｓに励起された弾性波の波数と決定する（ステップ１１）。図６のグラフでは、強度がピークとなる波数が弾性波の波数に対応する。
表示処理部１６６は、ステップ１１で得られた弾性波の波数の逆数である波長を表示部１９に表示する制御を実行する（ステップ１２）。併せて、表示処理部１６６は、実空間での振動状態を示す画像（図４）、２次元の波数空間上で強度分布を示す画像（図５）及びスカラー値の波数毎の判定指標値（図６）を表示部１９に表示する制御を行う。
操作者は、表示部１９に表示された弾性波の波長と、被検査物体Ｓに形成されていると想定される欠陥の大きさから、弾性波の波長が適切な範囲内にあるか否かを判断する（ステップ１３）。この判断は、操作者が行う代わりに、操作者が入力部１８を用いて想定される欠陥の大きさを入力したうえで、所定の基準（例えば、想定される欠陥の大きさを弾性波の波長で除した値が所定の範囲内にあるか否か）に基づいて、測定制御部１６に設けた判定部１６７（図１に破線で示す）で行うようにしてもよい。
ステップ１３での判定の結果、弾性波の波長が適切な範囲内に無い（NOである）場合には、ステップ１４において振動数fを変更する。具体的には、操作者が入力部１８を用いて新たな振動数fを入力（判定部１６７で判定を行う場合には周波数制御部１６２が新たな振動数fを設定）し、そのうえでステップ２～１３を再度実行する。
一方、ステップ１３での判定の結果、弾性波の波長が適切な範囲内にある（YESである）場合には、操作者は表示部１９に表示された実空間での振動状態を示す画像から、被検査物体Ｓに形成された欠陥の検出を行う（ステップ１５）。ステップ１３までの操作により、弾性波の波長が欠陥の大きさに対して長過ぎず（欠陥の全体が弾性波の1つの山又は谷の中に含まれず）、且つ短過ぎない（弾性波の振幅が小さくなり過ぎない）範囲に設定されているため、容易に欠陥を検出することができる。以上の操作により、本実施形態の欠陥検出装置１０及び本実施形態の欠陥検出方法の動作が完了する。
(3) 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、上記実施形態では実空間で得られた画像で表示された領域の全体を対象としてフーリエ変換を行ったが、その代わりに、図７に示すように、当該画像中で操作者が入力部１８を用いて波長決定対象領域２１を設定したうえで、その波長決定対象領域２１内にある振動状態を示す数値のみを用いてフーリエ変換を行ってもよい。波長決定対象領域２１を設定する代わりに、図８に示すように、前記画像中で操作者が入力部１８を用いて波長決定対象除外領域２２を設定する操作を行い、波長決定対象除外領域２２以外の部分を波長決定対象領域に設定するようにしてもよい。波長決定対象領域２１や波長決定対象除外領域２２の設定は、マウスやタッチパネル等のデバイスを使用して画像中の領域を設定するために実行する通常の方法により行うことができる。また、これらの設定は、欠陥検出装置１０には測定制御部１６中に設けた波長決定対象領域設定部１６８（図１中に破線で図示）による制御により実行する。
このように波長決定対象領域を設定することにより、被検査物体Ｓ以外のものが画像中に含まれている場合にも、被検査物体Ｓ以外の部分を除外して、被検査物体Ｓに形成された弾性波の波長を適切に求めることができる。
上記実施形態では判定指標値が最大値となる波数のみを被検査物体Ｓに励起された弾性波の波数と決定しているが、同一の被検査物体Ｓ内の異なる位置で材質が異なる場合には、位置によって弾性波の波数（波長）が異なり、判定指標値が複数の極大値を有することとなる。また、被検査物体Ｓの材質によっては、弾性波の進行方向によって波数（波長）が異なる場合があり、そのような被検査物体Ｓ内に異なる複数の方向に進行する弾性波が励起されたときには判定指標値が複数の極大値を有することとなる。それらの場合には、波数決定部１６５が、判定指標値が最大値となる波数に加えて、それ以外の極大値となる波数も弾性波の波数として決定するとよい。これにより、被検査物体Ｓの測定領域に励起される弾性波の全体が適切な波長を有するか否かを判定することができる。
上記実施形態では被検査物体Ｓの振動状態の測定にスペックル・シェアリング干渉計１５を用いたが、スペックル干渉計等の他の測定装置を用いてもよい。
［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、
被検査物体に振動数可変の振動を付与する励振部と、
前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定部と、
前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定部と、
前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波数又は波長を決定する波数・波長決定部と
を備える。
（第６項）
第６項に係る欠陥検出方法は、
被検査物体に所定の振動数の振動を付与する振動付与工程と、
前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定工程と、
前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定工程と、
前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波長を決定する波長決定工程と、
前記波長決定工程で決定した波長、及び前記被検査物体に生じていると想定される欠陥の大きさに基づいて、該波長が適切な範囲内にあるか否かを判定する判定工程と
を有し、前記判定工程において前記波長が適切な範囲内にはないと判定した場合には、前記振動数を変更したうえでさらに前記各工程を実行する。
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によれば、振動状態を表す数値を被検査物体の表面の位置毎に求めたうえで、それら位置毎の数値に基づいて波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値を求め、波数毎の判定指標値に基づいて、被検査物体に励起された弾性波が有する波数（例えば判定指標値が最大となる波数）又はその逆数である波長を決定する。これにより、被検査物体に形成される弾性波の形状に関わらず、弾性波の波長を容易に求めることができる。このように求めた弾性波の波長が適切な範囲内にあれば、その波長の弾性波で得られた被検査物体の表面の振動状態から欠陥を適切に検出することができる。また、求めた弾性波の波長が適切な範囲内に無い場合には、被検査物体に付与する振動数を変更することで弾性波の波長を適切な範囲となるように修正することにより、欠陥を適切に検出することができるようになる。
（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、前記判定指標値決定部が、前記判定指標値をスカラー値である波数毎に求めるものである。
前記振動状態を示す数値は被検査物体の表面の位置毎、すなわち２次元の位置毎に求めるため、それに基づいてフーリエ変換を実行すると２次元の波数空間上の位置毎に強度の数値が求められる。言い換えれば、当該強度はベクトル値である波数毎に求められる。一方、欠陥の大きさとの関係において被検査物体に付与する振動の振動数が適切であるか否かを判断するために必要となる指標はスカラー値の波長（２次元空間内での方向の情報は不要）であり、また、その波長の逆数であるスカラー値の波数である。そこで第２項に係る欠陥検出装置では、判定指標値をスカラー値である波数毎に求めることにより、振動数が適切であるか否かを判断するために必要となる情報を容易に得ることができる。
（第３項）
第３項に係る欠陥検出装置は、第１項又は第２項に係る欠陥検出装置において、さらに、
前記表面の位置毎に求められた前記振動状態を示す数値に基づいて該振動状態を示す画像を表示する画像表示部と、
前記画像表示部により表示される前記画像中に波長決定対象領域を設定する波長決定対象領域設定部と
を備え、
前記判定指標値決定部が前記波長決定対象領域内にある前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて前記フーリエ変換を実行する。
第３項に係る欠陥検出装置によれば、被検査物体以外のものが画像中に含まれている場合にも、被検査物体以外の部分を波長決定対象領域に含まないように設定することにより、波長決定対象領域内にある被検査物体に形成された弾性波の波長を適切に求めることができる。
なお、波長決定対象領域を設定することには、操作者が所定の操作を行うことによって前記画像中に波長決定対象領域を直接設定する場合に加えて、操作者が前記画像中に波長決定対象除外領域を設定する操作を行ったうえでコンピュータが該波長決定対象除外領域以外の領域を波長決定対象領域として設定する場合も含む。
（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、
前記判定指標値が最大値となる波数又は波長に加えて、該波数又は波長以外において前記判定指標値が極大値となる波数又は波長を、該波数・波長決定部が決定する前記波数又は波長とする。
第４項に係る欠陥検出装置によれば、同一の被検査物体Ｓ内の異なる位置で材質が異なることにより波数又は波長が異なる複数の弾性波が励起される場合や、弾性波の進行方向によって波数又は波長が異なる複数の弾性波が励起される場合に、それら複数の弾性波が有する、異なる複数の波数又は波長を操作者に提示することができる。これにより、被検査物体の測定領域に励起される弾性波の全体が適切な波長を有するか否かを操作者が判定することができる。
（第５項）
第５項に係る欠陥検出装置は、第１項～第４項のいずれか１項に係る欠陥検出装置において、前記判定指標値決定部が、前記位置毎の振動状態を示す数値として複素数を用いて前記フーリエ変換を実行する。
第５項に係る欠陥検出装置によれば、前記位置毎の振動状態を示す数値として複素数を用いることにより、該数値の実部のみを用いてフーリエ変換を実行するよりも、波数毎の振動の強度値をより正確に求めることができる。
１０…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…測定制御部
１６１…入力受付部
１６２…周波数制御部
１６３…変位算出部
１６４…判定指標値決定部
１６５…波数決定部（波数・波長決定部）
１６６…表示処理部
１６７…判定部
１６８…波長決定対象領域設定部
１７…記憶部
１８…入力部
１９…表示部
２１…波長決定対象領域
２２…波長決定対象除外領域
本発明に係る欠陥検出方法は、
被検査物体に所定の振動数の振動を付与する振動付与工程と、
前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定工程と、
前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定工程と、
前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波数又は波長を決定する波数・波長決定工程と、
前記波数・波長決定工程で決定した波数又は波長、及び前記被検査物体に生じていると想定される欠陥の大きさに基づいて、該波数又は該波長が適切な範囲内にあるか否かを判定する判定工程と
を有し、前記判定工程において前記波数又は前記波長が適切な範囲内にはないと判定した場合には、前記振動数を変更したうえでさらに前記各工程を実行する。
本発明に係る欠陥検出装置及び方法によれば、振動状態を表す数値を被検査物体の表面の位置毎に求めたうえで、それら位置毎の数値に基づいて波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値を求め、波数毎の判定指標値に基づいて、被検査物体に励起された弾性波が有する波数（例えば判定指標値が最大となる波数）又はその逆数である波長を決定する。これにより、被検査物体に形成される弾性波の形状に関わらず、弾性波の波数又は波長を容易に求めることができる。このように求めた弾性波の波数又は波長が適切な範囲内にあれば、その波数又は波長の弾性波で得られた被検査物体の表面の振動状態から欠陥を適切に検出することができる。また、求めた弾性波の波数又は波長が適切な範囲内に無い場合には、被検査物体に付与する振動数を変更することで弾性波の波数又は波長を適切な範囲となるように修正することにより、欠陥を適切に検出することができるようになる。
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及び本実施形態の欠陥検出方法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で得られた、実空間上での弾性波の波形の例を示す図。 本実施形態の欠陥検出装置で得られた、ベクトル値の波数毎の振動の強度値の例を示す図。 本実施形態の欠陥検出装置で得られた、スカラー値の波数と強度値（判定指標値）の関係を示すグラフ。 弾性波の波形の画像中に波長決定対象領域を設定する例を示す図。 弾性波の波形の画像中に波長決定対象除外領域を設定する例を示す図。
（第６項）
第６項に係る欠陥検出方法は、
被検査物体に所定の振動数の振動を付与する振動付与工程と、
前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定工程と、
前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定工程と、
前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波数又は波長を決定する波数・波長決定工程と、
前記波数・波長決定工程で決定した波数又は波長、及び前記被検査物体に生じていると想定される欠陥の大きさに基づいて、該波数又は該波長が適切な範囲内にあるか否かを判定する判定工程と
を有し、前記判定工程において前記波数又は前記波長が適切な範囲内にはないと判定した場合には、前記振動数を変更したうえでさらに前記各工程を実行する。
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によれば、振動状態を表す数値を被検査物体の表面の位置毎に求めたうえで、それら位置毎の数値に基づいて波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値を求め、波数毎の判定指標値に基づいて、被検査物体に励起された弾性波が有する波数（例えば判定指標値が最大となる波数）又はその逆数である波長を決定する。これにより、被検査物体に形成される弾性波の形状に関わらず、弾性波の波数又は波長を容易に求めることができる。このように求めた弾性波の波数又は波長が適切な範囲内にあれば、その波数又は波長の弾性波で得られた被検査物体の表面の振動状態から欠陥を適切に検出することができる。また、求めた弾性波の波数又は波長が適切な範囲内に無い場合には、被検査物体に付与する振動数を変更することで弾性波の波数又は波長を適切な範囲となるように修正することにより、欠陥を適切に検出することができるようになる。

Claims (6)

  1. 被検査物体に振動数可変の振動を付与する励振部と、
    前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定部と、
    前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定部と、
    前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波数又は波長を決定する波数・波長決定部と
    を備える欠陥検出装置。
  2. 前記判定指標値決定部が、前記判定指標値をスカラー値である波数毎に求めるものである、請求項１に記載の欠陥検出装置。
  3. さらに、
    前記表面の位置毎に求められた前記振動状態を示す数値に基づいて該振動状態を示す画像を表示する画像表示部と、
    前記画像表示部により表示される前記画像中に波長決定対象領域を設定する波長決定対象領域設定部と
    を備え、
    前記判定指標値決定部が前記波長決定対象領域内にある前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて前記フーリエ変換を実行する、
    請求項１又は２に記載の欠陥検出装置。
  4. 前記判定指標値が最大値となる波数又は波長に加えて、該波数又は波長以外において前記判定指標値が極大値となる波数又は波長を、該波数・波長決定部が決定する前記波数又は波長とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  5. 前記判定指標値決定部が、前記位置毎の振動状態を示す数値として複素数を用いて前記フーリエ変換を実行する、請求項１～４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  6. 被検査物体に所定の振動数の振動を付与する振動付与工程と、
    前記振動が付与されている前記被検査物体の表面の振動状態を光学的手段により測定し、該測定の結果に基づいて該振動状態を示す数値を該表面の位置毎に求める振動状態測定工程と、
    前記位置毎の振動状態を示す数値に基づいて、波数毎の振動の強度を表す数値である判定指標値をフーリエ変換により求める判定指標値決定工程と、
    前記波数毎の判定指標値に基づいて、前記振動の付与により前記被検査物体に励起された弾性波が有する波長を決定する波長決定工程と、
    前記波長決定工程で決定した波長、及び前記被検査物体に生じていると想定される欠陥の大きさに基づいて、該波長が適切な範囲内にあるか否かを判定する判定工程と
    を有し、前記判定工程において前記波長が適切な範囲内にはないと判定した場合には、前記振動数を変更したうえでさらに前記各工程を実行する、
    欠陥検出方法。
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