CN112005086A - 振动测量装置 - Google Patents

振动测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112005086A
CN112005086A CN201880092070.0A CN201880092070A CN112005086A CN 112005086 A CN112005086 A CN 112005086A CN 201880092070 A CN201880092070 A CN 201880092070A CN 112005086 A CN112005086 A CN 112005086A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wavelength
illumination
phase
laser light
measurement region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880092070.0A
Other languages
English (en)
Inventor
畠堀贵秀
长田侑也
田窪健二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Publication of CN112005086A publication Critical patent/CN112005086A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/002—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means for representing acoustic field distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02012—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using temporal intensity variation
    • G01B9/02014—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using temporal intensity variation by using pulsed light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
    • G01B9/02067—Active error reduction, i.e. varying with time by electronic control systems, i.e. using feedback acting on optics or light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02094—Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02094—Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern
    • G01B9/02095—Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern detecting deformation from original shape
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02097—Self-interferometers
    • G01B9/02098—Shearing interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0091—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by using electromagnetic excitation or detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G01N2021/8838—Stroboscopic illumination; synchronised illumination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts
    • G01N2201/0635—Structured illumination, e.g. with grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0234—Metals, e.g. steel

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

振动测量装置(10)具备：激励部(信号发生器11和振子12)，其在被检查物体中激发弹性波；照明部(所述波长稳定化激光光源13和照明光透镜14)，其使用波长稳定化激光光源(13)对被检查物体(S)的表面的测定区域进行频闪照明；以及位移测定部(剪切散斑干涉仪15)，其通过散斑干涉法或剪切散斑干涉法来一并测定所述测定区域的各点的在前后方向上的位移。通过使用波长稳定化激光光(13)，即使在被检查物(S)的表面凹凸大的情况下也能够得到干涉像。

Description

振动测量装置
技术领域
本发明涉及一种能够使用于对混凝土、钢铁构造物等物体的缺陷进行检测等的振动测量装置。
背景技术
激光超声波法是对混凝土、钢铁构造物等物体的表面和内部的缺陷进行检测的技术之一。该方法是以下方法：在被检查物体中激发弹性波的振动，在该状态下向被检查物体照射激光并利用激光干涉仪检测反射光，由此测定其表面位移。由振动引起的位移在缺陷部位不连续地变化，因此能够通过测定位移的分布来检测缺陷。但是，在该方法中，由于激光干涉仪的检测用激光(探测激光)为点状，因此需要遍及被检查物体的整个检查区域进行扫描，存在花费时间这样的问题。
作为改良了该问题的技术，提出一种使用了散斑干涉法或剪切散斑干涉法的缺陷检测装置。散斑干涉法是以下方法：使来自激光光源的激光分离为照明光和参照光，使用照明光对检查区域进行频闪照明，得到照明光在检查区域内的被检查物体的表面的各点处反射后的光与参照光所产生的干涉图案。剪切散斑干涉法是以下方法：使用来自激光光源的激光(不分离出参照光)对检查区域进行频闪照明，得到从该检查区域内的被检查物体的表面上的相接近的两个点反射后的光所产生的干涉图案。在这些缺陷检测装置中，从激励源向被检查物体输入弹性波，在输入之前和输入之后分别利用CCD摄像机等拍摄干涉图案的图像，根据这两张图像来计算检查区域的在前后方向(面外方向)上的位移或相对位移的分布。在缺陷部位，位移或相对位移不连续，因此能够检测在检查区域内存在的缺陷。但是，在这些方法中只看见弹性波的某一种状态，因此，在与检查区域相比弹性波的波长小的情况下，如果缺陷碰巧处于波的振幅大的部分则容易检测，但在缺陷存在于振幅小的部分的情况下难以检测。即，根据检查区域内的场所不同，缺陷检查能力产生差异。
相对于此，在专利文献1中记载了以下一种方法：在使用了散斑干涉法或剪切散斑干涉法的缺陷检测装置中，从激励源向被检查物体激发弹性波的连续波，并且在该连续波的至少三个互不相同的相位下分别从脉冲激光光源进行频闪照明来拍摄干涉图案的图像，并测定各点处的位移(散斑干涉法)或相接近的两点间的相对位移(剪切散斑干涉法)。由此，无论检查区域的大小与弹性波的波长的关系如何，在检查区域的任意场所都能够再现弹性波的全振动状态，能够不取决于检查区域内的场所地高精度地检测缺陷。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-219318号公报
专利文献2：美国专利第5,691,989号说明书
专利文献3：日本特开2009-081321号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的缺陷检测装置中，需要与激发弹性波的相位同步地进行频闪照明，但作为控制频闪照明的定时的方式，存在控制激光器的驱动电流的直接调制方式以及将连续振荡激光器与调制器进行了组合的外部调制方式。虽然外部调制方式能够不依赖于激光器的种类地应用，但是在装置的小型化方面优选为直接调制方式。特别地，使用了半导体激光器的直接调制方式还具有低成本这样的优点。但是，在使用了普通的半导体激光器的情况下，有时发生以下现象：如果检查区域的表面的凹凸大，则无法得到干涉像。
到此为止以缺陷检测为例进行了说明，但是在检测缺陷的情况以外的情况下、例如像分析物体的内部构造那样使用散斑干涉法或剪切散斑干涉法来测量由在被检查物体中激发出的弹性波引起的振动的情况下，产生同样的问题。
本发明想要解决的问题在于，提供一种即使在使用半导体激光器对表面凹凸大的检查对象进行检查的情况下也能够更可靠地得到干涉像来进行振动的测量的振动测量装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题而完成的本发明所涉及的振动测量装置的特征在于，具备：
激励部，其在被检查物体中激发弹性波；
照明部，其使用波长稳定化激光光源对所述被检查物体的表面的测定区域进行频闪照明；以及
位移测定部，其通过散斑干涉法或剪切散斑干涉法来一并测定所述测定区域的各点的在前后方向上的位移。
半导体激光器当调制驱动电流时，振荡波长因在点亮期间产生的元件的温度变化等而发生变化，因此相干距离有效地变短。为了得到干涉像，在散斑干涉法中需要遍及整个测定区域地使照明光与参照光的光路差比相干距离短，在剪切散斑干涉法中需要遍及整个测定区域地使从测定区域(相当于上述的缺陷检查中的检查区域)内的在被检查物体的表面上的相接近的两个点反射后的光的光路差比相干距离短。然而，如果在被检查物体的表面存在凹凸或者被检查物体倾斜，则导致在测定区域的一部分区域中光路差比相干距离长，从而无法在整个测定区域得到干涉像。
因此，在本发明所涉及的振动测量装置中，通过将波长稳定化激光光源用作照明部的光源，能够防止振荡波长在点亮中发生变化，由此能够防止相干距离变短。由此，能够遍及整个测定区域得到干涉像，因此，位移测定部能够对测定区域内的各点的在前后方向上的位移一并进行准确的测定。
波长稳定化激光光源能够使用各种光源。例如，能够使用如下光源：将由半导体激光器生成的振荡激光导入设置在半导体激光器的外部(不易受到温度变化的影响的地方)的光栅，利用该光栅使波长范围比来自该半导体激光器的振荡激光的波长范围窄的光选择性地返回到半导体激光器(反馈)，通过重复进行这样的动作来选择性地射出具有该窄的波长范围的波长的激光(例如参照专利文献2)。或者，也能够使用如下的波长稳定化激光光源：具备对半导体激光器的温度进行控制的机构和对由半导体激光器生成的振荡激光的波长进行检测的机构，根据振荡激光的波长相对于规定波长的偏差来控制半导体激光器的温度(例如参照专利文献3)。
在被检查物体的测定区域内存在某些缺陷的情况下，在该缺陷部位，该区域内的各点的在前后方向上的位移不连续地变化。因而，通过使用本发明所涉及的振动测量装置对测定区域内的各点的在前后方向上的位移进行测定，能够检测该测定区域内的缺陷。
作为在剪切散斑干涉法中求出干涉光的相位的方法，能够使用使来自两个点的光的相位变化为至少三种不同的状态的移相法。具体地说，使来自两个点中的一个点的光通过移相器，使通过该移相器产生的偏移量为至少三种不同的值。当然，也可以使来自两个点的光均通过移相器来使两者的相位相对地变化。这样，在整个测定区域内，在弹性波互不相同的至少三个相位下测定相接近的两点间的相对位移。
在剪切散斑干涉法中，期望的是，所述位移测定部通过控制所述弹性波的相位和所述频闪照明的定时，来在该弹性波互不相同的至少三个相位下一并测定所述测定区域内的各点的在前后方向上的位移。
在使用剪切散斑干涉法的情况下，期望的是，所述至少三个相位的相位状态的数量为(2n+1)以上，该n为2以上的自然数，所述位移测定部根据所述测定区域内的各点的在前后方向上的位移来检测所述弹性波的n次的谐波分量。在被检查物体存在微小的缺陷的情况下，有时在该场所产生的所述不连续变化中包含大量谐波分量，因此通过像这样检测谐波分量，能够提高对微小的缺陷的检测灵敏度。
发明的效果
根据本发明，即使在使用半导体激光器对表面凹凸大的检查对象进行检查的情况下也能够更可靠地得到干涉像来进行振动的测量。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的振动测量装置的一个实施方式的概要结构图。
图2是示出使用了本实施方式的振动测量装置的缺陷检测方法的一例的流程图。
图3是用于说明图2的缺陷检测方法的原理的图表。
具体实施方式
使用图1～图3来说明本发明所涉及的振动测量装置的一个实施方式。
本实施方式的振动测量装置10作为对在被检查物体S的表面存在的缺陷D(参照图1)进行检测的缺陷检测装置发挥功能。如图1所示，该振动测量装置10具备信号发生器11、振子12、波长稳定化激光光源13、照明光透镜14、剪切散斑干涉仪15、控制部16以及存储部17。
信号发生器11通过线缆连接于振子12，产生交流电信号并将其发送到该振子12。振子12以与被检查物体S接触的方式使用，从信号发生器11接收交流电信号后将其转换为机械振动，并将该机械振动施加于被检查物体S。由此，在该被检查物体S中激发弹性波。这些信号发生器11和振子12相当于上述的激励部。
信号发生器11还通过与用于连接振子12的线缆相分别的线缆连接于波长稳定化激光光源13，在所述交流电信号成为规定的相位的定时向该波长稳定化激光光源13发送脉冲状的电信号(脉冲信号)。
在本实施方式中，如上所述，波长稳定化激光光源13使用通过对由半导体激光器生成的振荡激光进行反馈来以稳定的振荡波长射出激光的装置，在该反馈中，利用设置在该半导体激光器的外部的光栅使波长范围比振荡激光的波长范围窄的光选择性地返回到半导体激光器。特别地，作为所述光栅，使用通过将光干涉图案转印到石英玻璃、硅酸盐玻璃等介质上而制成的体全息光栅(Volume Holographic Grating：VHG)，由此能够得到高的波长稳定性和相干性(相干距离为1m以上)。
照明光透镜14配置在波长稳定化激光光源13与被检查物体S之间，由凹透镜构成。照明光透镜14具有使来自波长稳定化激光光源13的脉冲激光扩散到被检查物体S的表面的整个测定区域的作用。这些波长稳定化激光光源13和照明光透镜14对被检查物体S的表面的测定区域进行频闪照明，相当于上述的照明部。
剪切散斑干涉仪15相当于上述的位移测定部，具有分束器151、第一反射镜1521、第二反射镜1522、移相器153、聚光透镜154以及图像传感器155。分束器151是半透半反镜，其配置于在被检查物体S的表面的测定区域反射后的照明光的入射位置。第一反射镜1521配置在由分束器151反射的照明光的光路上，第二反射镜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与第一反射镜1521之间，用于使通过该移相器153的光的相位发生变化(偏移)。图像传感器155配置于在由分束器151反射后由第一反射镜1521反射且透过分束器151的照明光以及在透过了分束器151后由第二反射镜1522反射且由分束器151反射的照明光的光路上。聚光透镜154配置在分束器151与图像传感器155之间。
第一反射镜1521被配置为其反射面相对于分束器151的反射面成45°的角度。相对于此，第二反射镜1522被配置为其反射面相对于分束器151的反射面成自45°稍微倾斜的角度。图像传感器155具有多个检测元件，利用各不相同的检测元件对从被检查物体S的表面上的多个点通过第一反射镜1521和移相器153后入射到图像传感器155的光进行检测。
通过如上述那样配置第一反射镜1521和第二反射镜1522，在图像传感器155中，由被检查物体S的表面上的某个点A及第一反射镜1521反射的照射光(图1中的点划线)与由该表面上的处于稍微偏离点A的位置的点B及第二反射镜1522反射的照射光(该图中的虚线)入射到图像传感器155的同一位置而发生干涉。在此，当如图1所示那样在被检查物体S的表面存在凹凸时，关于该表面上的一部分点，在该点处反射的照射光与在相邻的点处反射的照射光的光路差变长。于是，在将通常的半导体激光器用作照射光的光源的情况下，相干距离比该光路差短，这两束照射光有可能不会发生干涉。但是，在本实施方式中，通过使用波长稳定化激光光源13能够防止相干距离变短，由此能够使这两束照射光发生干涉。
控制部16控制信号发生器11，并且基于从图像传感器155的各检测元件得到的检测信号来进行数据处理。存储部17存储从图像传感器155的各检测元件得到的检测信号、由控制部16进行处理后的数据。
下面，参照图2的流程图和图3的图表来说明使用本发明所涉及的振动测量装置10检测在被检查物体S的表面存在的缺陷D的检测方法的一例。
在此，进行mmax≥3次的、振子12的振动的相位不同的对表面位移的测定。“振子12的振动的相位”为从信号发生器11向振子12发送的交流电信号的相位，相当于在被检查物体S中激发的弹性波的、在振子12所接触的点处的相位。下面，使用数值k(1～mmax之间的任一个自然数)将各次的对表面位移的测定表示为“第k次测定”。另外，在以下的说明中，首先，作为最简单的例子，说明mmax＝3的情况下的全部步骤，之后，对mmax为更大的数的情况进行说明。
首先，将k的初始值设定为1(步骤S1)，通过从信号发生器11向振子12发送交流电信号，来开始从振子12向被检查物体S施加振动(步骤S2)。由此，在被检查物体S中激发弹性波。
接着，在使用规定的初始值
Figure BDA0002709847450000071
(例如
Figure BDA0002709847450000072
)且通过
Figure BDA0002709847450000073
表示振子12的振动的相位的每个定时，信号发生器11向波长稳定化激光光源13发送脉冲信号。在该阶段，k＝1，因此发送脉冲信号时的振子12的振动的相位为
Figure BDA0002709847450000074
波长稳定化激光光源13每当接收到脉冲信号时，通过使用了上述光栅的反馈，来将作为脉冲激光的照明光以稳定的波长重复射出。该照明光通过照明光透镜14而被扩径，并被照射到被检查物体S的表面的整个测定区域(步骤S3)。
照明光在被检查物体S的表面被反射，并入射到剪切散斑干涉仪15的分束器151。该照明光的一部分被分束器151反射，在通过移相器153之后被第一反射镜1521反射，在再次通过移相器153之后，一部分通过分束器151后入射到图像传感器155。另外，入射到分束器151的照明光的其余部分透过分束器151后被第二反射镜1522反射，一部分被分束器151反射后入射到图像传感器155。如上所述，在图像传感器155中，利用各不相同的检测元件检测在被检查物体S的表面上的多个点处反射的照射光。
在重复输出作为脉冲激光的照明光的期间，移相器153使通过该移相器153的照射光(即，在点A处反射的照射光)的相位不断变化(偏移)。由此，在点A处反射的照射光与在点B处反射的照射光的相位差不断变化，在该变化期间，图像传感器155的各检测元件不断检测这两束照射光发生干涉后的干涉光的强度(步骤S4)。此时，如上所述，即使在被检查物体S的表面存在凹凸，通过使用波长稳定化激光光源13也能够防止相干距离变短，由此能够使两者发生干涉。
在图3的上部的图中，用图表示出在振子12的振动的相位为
Figure BDA0002709847450000083
时得到的、通过移相器153产生的相位的偏移量以及由图像传感器155的检测元件检测出的干涉光的强度的一例。此外，在图3中，用连续的曲线示出检测强度相对于相位偏移量以正弦波状发生变化的关系，但实际观测到的是离散的数据，根据观测到的数据，通过最小二乘法等再现上述的连续的正弦波形。为此，需要检测至少三个不同的相位偏移量时的强度。
接着，在步骤S5中，确认k的值是否达到mmax。在该阶段，尚且为k＝1，未达到mmax(在该例中为3)，因此步骤S5中的判定为“否”。在为“否”时，进入步骤S6，使k的值增加1而变为“2”(在后文中叙述步骤S5中的判定为“是”的情况)。
接着，返回到步骤S3，在振子12的振动的相位
Figure BDA0002709847450000081
中的k＝2即
Figure BDA0002709847450000082
的每个定时，信号发生器11向波长稳定化激光光源13发送脉冲信号，波长稳定化激光光源13在接收到该脉冲信号的定时向被检查物体S的表面重复照射作为脉冲激光的照明光。然后，通过移相器153使在点A处反射的照射光的相位变化(偏移)为至少三个值，并且图像传感器155的各检测元件检测在点A处反射后通过了移相器153等的照射光与在点B处反射的照射光的干涉光的强度(步骤S4)。
在图3的中部的图中，用图表示出在振子12的振动的相位为
Figure BDA0002709847450000091
时得到的、通过移相器153产生的相位的偏移量以及由图像传感器155的检测元件检测出的干涉光的强度。当将该图3的中部的图与上部的图进行对比时，两个图之间的干涉光的强度的峰位置偏离了
Figure BDA0002709847450000092
该偏离表示从点A起的光路与从点B起的光路的相位差由于检测时的振子12的振动的相位不同而发生了变化的情况。该光路的相位差的变化表示点A与点B的在面外方向上的相对位移发生了变化的情况。
在像这样执行了k＝2时的步骤S4的操作之后，在步骤S5中尚未达到mmax(＝3)，因此判定为“否”，在步骤S6中使k的值增加1而变为3。之后，返回到步骤S3，在交流电信号的相位
Figure BDA0002709847450000093
中的k＝3即
Figure BDA0002709847450000094
的每个定时，波长稳定化激光光源13向被检查物体S的表面重复照射作为脉冲激光的照明光，图像传感器155的各检测元件不断检测干涉光的强度(步骤S4)。通过这样，如图3的下部的图所示的那样，得到交流电信号的相位为
Figure BDA0002709847450000095
时通过移相器153产生的相位的偏移量与干涉光的强度的关系。
此外，与k＝1时同样地，在k＝2以及k＝3时，通过使用波长稳定化激光光源13也能够防止相干距离变短，由此能够使两者发生干涉。
之后，在步骤S5中，k的值为3且达到mmax，因此判定为“是”，转到步骤S7。在步骤S7中，停止从信号发生器11向振子12发送交流电信号，由此振子12停止振动。
接着，在步骤S8和S9中，通过以下的操作来求出测定区域的各点处的弹性波的振动状态(振幅和相位)。首先，针对图像传感器的各检测元件，在各振动的相位
Figure BDA0002709847450000096
下分别求出在通过移相器153使相位的偏移量变化的期间检测元件的输出为最大的最大输出相位偏移量
Figure BDA0002709847450000097
(参照图3的上部、中部以及下部的图表)。进而，求出振动的相位不同的最大输出相位偏移量的差
Figure BDA0002709847450000101
以及
Figure BDA0002709847450000102
(步骤S8)。关于这三个最大输出相位偏移量的差，用振子12的振动的相位不同(即，时间不同)的两个数据表示出点A与点B的在面外方向上的三组相对位移。基于这三组相对位移，得到测定区域的各点处的振动的振幅、振动的相位以及振动的中心值(DC分量)这三个参数的值(步骤S9)。
基于通过这样得到的各点的振动的振幅、相位的值来制作图像(步骤S10)。例如，测定点的振幅越大，则使与该测定点对应的像素的亮度越高，由此能够通过图像的明暗的不同来表示振动的振幅的不同。
使用已知的图像处理技术对像这样制作出的图像进行处理，由此检测被检查物体S的表面的缺陷D(步骤S11)。例如，将图像的明暗伴随着图像上的位置的移动而急剧变化的部位检测为缺陷。此外，也可以是，检查者观察图像来进行该缺陷的检测，以取代通过图像处理进行该缺陷的检测。或者，也可以是，不制作图像，例如通过检测非连续点等来检测该测定区域内的缺陷。如果该步骤S11的处理结束，则使用了本实施方式的振动测量装置10的缺陷检测方法的全部工序结束。
本发明并不限定于上述实施方式。
在上述的例子中设为mmax＝3，但通过将mmax选择为比用[2n+1](n为2以上的自然数)表示的数大，甚至能够检测在被检查物体S中激发的弹性波的n次的分量(第n谐波分量)。即，得到点A与点B的在面外方向上的(2n+1)组以上的相对位移，因此得到基波的振幅、基波的相位、第二谐波的振幅、第二谐波的相位、…第n谐波的振幅、第n谐波的相位以及弹性波的DC分量这样的(2n+1)个参数的值。
另外，在上述实施方式中，使用了通过利用体全息光栅进行反馈来使波长稳定化的波长稳定化激光光源13，但也可以使用具有除此以外的其它光栅的波长稳定化激光器。或者，也可以使用通过基于光栅的反馈以外的其它方法使波长稳定化的激光器，该激光器是具备对半导体激光器的温度进行控制的机构和对由半导体激光器生成的振荡激光的波长进行检测的机构并且根据振荡激光的波长相对于规定波长的偏差来控制半导体激光器的温度的波长稳定化激光器等。
在上述实施方式中，信号发生器11与振子12以及信号发生器11与波长稳定化激光光源13通过线缆(有线方式)进行连接，但也可以通过无线方式将它们进行连接。特别地，优选信号发生器11与振子12通过无线方式进行连接。通过使信号发生器11与振子12以无线方式连接，即使在使振子12接触被检查物体S之后、振动测量装置10的除振子12以外的结构要素配置在远离被检查物体S的位置，也不需要准备长线缆。这种使用了无线的结构有益于对例如如桥梁等基础设施构造物那样的大规模的被检查物体S进行检查的情况。
另外，在上述实施方式中使用了以与被检查物体S的表面接触的方式使用的振子12，但也可以取而代之地将放置在不与被检查物体S的表面接触的位置的扬声器等用作振子。该结构有益于对处于难以使振子与表面接触的位置、高度的被检查物体S进行检查的情况。
在上述实施方式中使用了剪切散斑干涉仪15，但也可以取而代之地使用散斑干涉仪。
附图标记说明
10：振动测量装置；11：信号发生器；12：振子；13：波长稳定化激光光源；14：照明光透镜；15：剪切散斑干涉仪；151：分束器；1521：第一反射镜；1522：第二反射镜；153：移相器；154：聚光透镜；155：图像传感器；16：控制部；17：存储部。

Claims (5)

1.一种振动测量装置，其特征在于，具备：
激励部，其在被检查物体中激发弹性波；
照明部，其使用波长稳定化激光光源对所述被检查物体的表面的测定区域进行频闪照明；以及
位移测定部，其通过散斑干涉法或剪切散斑干涉法来一并测定所述测定区域的各点的在前后方向上的位移。
2.根据权利要求1所述的振动测量装置，其特征在于，
在剪切散斑干涉法中，所述位移测定部通过控制所述弹性波的相位和所述频闪照明的定时，来在该弹性波的互不相同的至少三个相位下一并测定所述测定区域的各点的在前后方向上的位移。
3.根据权利要求2所述的振动测量装置，其特征在于，
所述至少三个相位的相位状态的数量为(2n+1)以上，根据所述测定区域内的各点的在前后方向上的位移来检测所述弹性波的n次的谐波分量，其中，n为2以上的自然数。
4.根据权利要求1所述的振动测量装置，其特征在于，
所述波长稳定化激光器具备半导体激光器和光栅，其中，所述光栅使波长范围比来自所述半导体激光器的振荡激光的波长范围窄的光选择性地返回半导体激光器。
5.根据权利要求4所述的振动测量装置，其特征在于，
所述光栅为体全息光栅。
CN201880092070.0A 2018-04-05 2018-12-13 振动测量装置 Pending CN112005086A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-073165 2018-04-05
JP2018073165 2018-04-05
PCT/JP2018/045902 WO2019193788A1 (ja) 2018-04-05 2018-12-13 振動計測装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112005086A true CN112005086A (zh) 2020-11-27

Family

ID=68100568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880092070.0A Pending CN112005086A (zh) 2018-04-05 2018-12-13 振动测量装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210096085A1 (zh)
EP (1) EP3779378B1 (zh)
JP (1) JP7315535B2 (zh)
CN (1) CN112005086A (zh)
WO (1) WO2019193788A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113406003A (zh) * 2021-04-24 2021-09-17 南京理工大学 基于环形光束激光超声合成孔径聚焦成像装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5691989A (en) * 1991-07-26 1997-11-25 Accuwave Corporation Wavelength stabilized laser sources using feedback from volume holograms
CN1916563A (zh) * 2005-08-19 2007-02-21 韩国轮胎株式会社 利用激光散斑剪切干涉法的轮胎触地形状测量装置
US20160198961A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-14 Google Inc. Applications of hyperspectral laser speckle imaging
CN107462581A (zh) * 2016-06-02 2017-12-12 株式会社岛津制作所 缺陷检测方法以及缺陷检测装置
US9839365B1 (en) * 2014-11-24 2017-12-12 Verily Life Sciences Llc Applications of vasculature mapping using laser speckle imaging

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4352565A (en) * 1981-01-12 1982-10-05 Rowe James M Speckle pattern interferometer
JPH01127911A (ja) * 1987-11-12 1989-05-19 Keyence Corp スペックルパターン干渉計
JPH01195302A (ja) * 1988-01-29 1989-08-07 Keyence Corp スペックルパターン干渉計
US4913547A (en) * 1988-01-29 1990-04-03 Moran Steven E Optically phased-locked speckle pattern interferometer
DE3928488A1 (de) * 1989-08-29 1991-03-07 Standard Elektrik Lorenz Ag Interferometrisches messsystem
US5286313A (en) * 1991-10-31 1994-02-15 Surface Combustion, Inc. Process control system using polarizing interferometer
US5604592A (en) * 1994-09-19 1997-02-18 Textron Defense Systems, Division Of Avco Corporation Laser ultrasonics-based material analysis system and method using matched filter processing
US6057927A (en) * 1998-02-25 2000-05-02 American Iron And Steel Institute Laser-ultrasound spectroscopy apparatus and method with detection of shear resonances for measuring anisotropy, thickness, and other properties
US6175411B1 (en) * 1998-02-25 2001-01-16 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Apparatus and method for measuring and imaging traveling waves
EP1472531A2 (en) * 2002-02-05 2004-11-03 Millipore Corporation Use of electronic speckle interferometry for defect detection in fabricated devices
JP3955513B2 (ja) * 2002-09-04 2007-08-08 株式会社日立製作所 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
WO2007128138A1 (en) * 2006-05-10 2007-11-15 National Research Council Of Canada Method of assessing bond integrity in bonded structures
JP2009081321A (ja) 2007-09-27 2009-04-16 Anritsu Corp 波長安定化レーザ装置および方法，ならびに波長安定化レーザ装置を備えたラマン増幅器
TWI371574B (en) * 2008-08-05 2012-09-01 Univ Nat Taipei Technology Vibration resistant interferometric scanning system and method thereof
GB0900705D0 (en) * 2009-01-16 2009-03-04 Univ Huddersfield Surface measurement system
JP5949384B2 (ja) * 2012-09-24 2016-07-06 株式会社島津製作所 レーザ装置の製造方法
CN104457581B (zh) * 2014-08-28 2017-03-22 深圳奥比中光科技有限公司 一种全场z向位移测量系统
IL248274B (en) * 2016-10-09 2018-06-28 Lev Aner Optical remote sensing of vibrations
JP6805930B2 (ja) * 2017-03-29 2020-12-23 株式会社島津製作所 振動測定装置
JP6791029B2 (ja) * 2017-06-12 2020-11-25 株式会社島津製作所 欠陥検出方法及び欠陥検出装置
US10299682B1 (en) * 2017-11-22 2019-05-28 Hi Llc Pulsed ultrasound modulated optical tomography with increased optical/ultrasound pulse ratio

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5691989A (en) * 1991-07-26 1997-11-25 Accuwave Corporation Wavelength stabilized laser sources using feedback from volume holograms
CN1916563A (zh) * 2005-08-19 2007-02-21 韩国轮胎株式会社 利用激光散斑剪切干涉法的轮胎触地形状测量装置
US9839365B1 (en) * 2014-11-24 2017-12-12 Verily Life Sciences Llc Applications of vasculature mapping using laser speckle imaging
US20160198961A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-14 Google Inc. Applications of hyperspectral laser speckle imaging
CN107462581A (zh) * 2016-06-02 2017-12-12 株式会社岛津制作所 缺陷检测方法以及缺陷检测装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113406003A (zh) * 2021-04-24 2021-09-17 南京理工大学 基于环形光束激光超声合成孔径聚焦成像装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7315535B2 (ja) 2023-07-26
EP3779378B1 (en) 2022-05-11
EP3779378A1 (en) 2021-02-17
EP3779378A4 (en) 2021-06-16
JPWO2019193788A1 (ja) 2021-04-15
WO2019193788A1 (ja) 2019-10-10
US20210096085A1 (en) 2021-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107462581B (zh) 缺陷检测方法以及缺陷检测装置
JP6805930B2 (ja) 振動測定装置
CN109030624B (zh) 缺陷检测方法以及缺陷检测装置
CN109416346B (zh) 缺陷检查装置和方法
CN112154320B (zh) 缺陷检测方法以及装置
US11181510B2 (en) Inspection apparatus and inspection method
WO2021145034A1 (ja) 欠陥検査装置および欠陥検査方法
CN112005086A (zh) 振动测量装置
CN112313510A (zh) 缺陷检测装置
KR101423276B1 (ko) 표면형상 측정장치
JP2023108546A (ja) 欠陥検出装置及び欠陥検出方法
CN116804634A (zh) 缺陷检测装置及缺陷检测方法
CN116026833A (zh) 缺陷检测装置及缺陷检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201127

RJ01 Rejection of invention patent application after publication