JP2000180418A

JP2000180418A - 表面検査装置

Info

Publication number: JP2000180418A
Application number: JP10351440A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ochiai; 誠落合; Atsushi Chihoshi; 淳千星; Takashi Butsuen; 隆仏円; Katsuhiko Naruse; 克彦成瀬; Shozo Hirano; 正三平野; Taiji Hirasawa; 泰治平澤
Original assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2000-06-30
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JP3735650B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、計測対象の表面における欠陥の有無
とその寸法を、非接触かつ非破壊で高精度に検出するこ
とのできる表面検査装置を提供する。【解決手段】計測対象のある部分に非接触で表面波を励
起する表面波送信手段10と、予め送信位置に対して既知
の位置に設置された１個の表面波受信要素から成り、計
測対象の表面を伝播した表面波および欠陥個所で表面波
が反射、透過、回折または散乱されることによって発生
する欠陥波のうち表面波あるいは表面波と欠陥波の両方
を非接触で検出する表面波受信手段14と、表面波受信手
段の出力信号から欠陥の有無あるいはその深さ、あるい
はその両方を検知する欠陥検知手段17と、表面波受信要
素の出力信号に含まれる欠陥波成分から欠陥の有無と深
さに加えてその位置を同定する欠陥同定手段17と、表面
波成分の伝播時間から表面波の音速を校正する音速校正
手段17と構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、小型、
あるいは高温、あるいは狭隘部、あるいは稼動部など接
触やアクセスが困難な計測対象において、その表面にお
ける欠陥の有無とその寸法を、非接触かつ非破壊で高精
度に検出することのできる表面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を用いた計測対象表面の欠陥検査
手法としては、図２２に示す表面波探傷法が一般に知ら
れている。この従来の手法によると、まず、計測対象１
に対してカプラント２aを介して表面波探触子３aを接触
させる。この状態で送信器４から電気信号を表面波探触
子３aに印加すると、表面波探触子３aから計測対象１中
に表面波５が送信される。送信された表面波５は計測対
象１の表面を伝播し、カップラント２ｂを介して表面波
探触子３bに到達する。この信号は表面波探触子３ｂで
受信され、送信の逆作用によって電気信号に変換されて
欠陥検知器６に入力される。欠陥検知器６には送信器４
からの送信信号も入力されており、信号検出器６におけ
る送信信号の受信時刻と受信信号の受信時刻の差Δｔ、
つまり計測対象１の表面を表面波５が伝播した時間が計
測される。ここで予め表面波探触子３aと３ｂの間隔Lと
表面波の音速ｖｓが既知とすると、それらの量はＬ＝ｖ
ｓ・Δｔという関係にあるべきものである。ここで計測
対象１の表面に開口を無視し得る深さＤなる欠陥７が存
在していたとすると、表面波５の一部８は欠陥面を回り
込み、その結果、伝播時間ΔｔＤは欠陥がない場合の伝
播時間Δｔと比べて長くなる。したがって、伝播時間Δ
ｔＤを計測すれば、本来計測されるべき伝播時間Ｌ／ｖ
ｓとΔｔＤとの比較から欠陥の有無が分かり、かつＤ＝（ｖｓ・ΔｔＤ−Ｌ）／２の関係から欠陥の深さＤが算出できる。

【０００３】超音波を用いた表面検査の第２の従来手法
が図２３に示されている。この手法は、表面波探触子３
から計測対象１中に送信された表面波５に基づく欠陥７
の開口端部および底部における欠陥波９ａおよび９ｂを
再び表面波探触子３で受信するものである。本手法にお
いては、欠陥波９ａの表面波探触子３への到達時刻Δｔ
ａと欠陥波９ｂの表面波探触子３への到達時刻Δｔｂ
は、既知の表面波音速ｖｓを用いて２Ｄ＝ｖｓ・（Δｔａ−Δｔｂ）なる関係にあることから、欠陥検知器６でΔｔａとΔｔ
ｂを計測することによって欠陥の深さＤを求めることが
できる。

【０００４】一方、これらと同様の手法を、表面波探触
子３およびカップラント２を用いずに、レーザー光によ
る表面波の送受信で代替する手法も提案されている。レ
ーザー光を用いた非接触の表面波送信手法とは、短パル
ス高エネルギーのレーザー光をある対象に照射すると、
照射点付近にレーザーエネルギーの吸収による熱応力あ
るいは気化（アブレーション）圧縮力が発生し、その作
用による歪みが表面波となって対象中を伝播するという
手法である。この手法は、たとえばJ.D.Aussel（"Gener
ation Acoustic Waves by Laser: Theoretical and Exp
erimental Study of the Emission Source," Ultrasoni
cs, vol.24(1988), 246-255）らによって理論的かつ実
験的に明らかにされている。またレーザー光を用いた非
接触の表面波受信手法とは、表面波が計測対象表面に励
起する微小振動を、レーザー光の進行方向の変化（偏
向）や反射光の位相差、周波数遷移量などから計測する
ものであり、例えば山脇（“レーザ超音波と非接触材料
評価” 溶接学会誌、第64巻(1995)、 104-108）によっ
て解説されている公知技術である。これらレーザー光に
よる表面波の送受信手法を図２２あるいは図２３の手法
に適用した例としてはC.Chenu（"Defect Detection by
Surface Acoustic WavesGenerated by a Multiple Beam
Laser," Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium (199
5) 821-824）らの技術などが公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の表面波探触子を
用いた検査手法は簡便であり、通常の検査対象に対して
は有効である。しかし、表面波探触子を設置する際には
カプラントの塗布が必要であり、これは作業工程の増加
につながる。また検査対象が小型であったり狭隘部にあ
る場合には表面波探触子を設置することが困難である。
レーザー光を用いた非接触手法はこれらの問題点を解決
可能であるが、いずれの場合も予め正確な表面波の音速
を知っておく必要があるという点が煩雑である。表面波
の音速は同種類の金属であってもその表面状態や製造過
程の若干の違いから値が異なるため、正確な音速の把握
のためには検査対象そのものを用いた音速校正が必要で
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的は、
レーザー光などを用いた非接触の表面波送受信手法によ
り、作業工程の短縮と計測媒質の寸法や配置に依らない
検査を可能とするとともに、受信信号に含まれる表面波
信号を用いることで、欠陥波による欠陥の有無と深さ検
査と同時に、検査材料そのものを用いて伝播速度を校正
し、校正に関する作業行程の短縮と測定値の精度向上を
図るとともに、欠陥の位置を同定する表面検査装置を提
供することにある。本発明の第２の目的は、レーザー光
などを用いた非接触の表面波送受信手法により、作業工
程の短縮と計測媒質の寸法や配置に依らない検査を可能
とするとともに、同一の表面波を複数の受信点で受信す
ることで、欠陥の有無と深さ検査と同時に、検査材料そ
のものを用いて伝播速度を校正し、校正に関する作業行
程の短縮と測定値の精度向上を図るとともに、欠陥の位
置を同定する表面検査装置を提供することにある。

【０００７】本発明の第３の目的は、レーザー光などを
用いた非接触の表面波送受信手法により対象表面を検査
するとき、表面波を複数の送信点で同時に励起し、それ
を同一の受信点で受信することで、検査と同時に、検査
材料そのものを用いて伝播速度を校正し、校正に関する
作業行程の短縮と測定値の精度向上を図る表面検査装置
を提供することにある。

【０００８】本発明の第４の目的は、レーザー光などを
用いた非接触の表面波送受信手法により対象表面を検査
するとき、同一の表面波を複数の受信点で受信し、それ
らの受信点間を伝播する表面波の詳細な伝播特性を同定
することで、測定値の更なる精度向上を図る表面検査装
置を提供することにある。

【０００９】本発明の第５の目的は、レーザー光などを
用いた非接触の表面波送受信手法により対象表面を検査
するとき、表面波を複数の送信点で同時に励起し、それ
を同一の受信点で受信し、それらの送信点間を伝播する
表面波の詳細な伝播特性を同定することで、測定値の更
なる精度向上を図る表面検査装置を提供することにあ
る。

【００１０】本発明の第６の目的は、レーザー光を用い
た非接触の表面波送受信手法により対象表面を検査する
とき、送信側のレーザー光の照射形状を線状とすること
で、受信点の位置ずれを許容する表面検査装置を提供す
ることにある。

【００１１】本発明の第７の目的は、レーザー光を用い
た非接触の表面波送信手法により対象表面を検査すると
き、送信側のレーザー光を多数に分岐し、そのおのおの
を光ファイバーで伝送することで測定対象へのアクセス
性を更に高めるとともに、光ファイバーの相対的な位置
関係を変えることにより、より容易に照射形状を調整可
能とする表面検査装置を提供することにある。

【００１２】本発明の第８の目的は、レーザー光を用い
た非接触の表面波送受信手法により対象表面を検査する
とき、受信側のレーザー光を光ファイバーで伝送するこ
とで測定対象へのアクセス性を高める表面検査装置を提
供することにある。

【００１３】本発明の第９の目的は、レーザー光を用い
た非接触の表面波送受信手法により対象表面を検査する
とき、特に受信をレーザー干渉計で行う場合であり、測
定対象の非均一性や測定システムに対する振動・温度変
化などの外乱を除去するために、干渉計内の光学素子を
駆動制御する表面検査装置を提供することにある。

【００１４】本発明は、計測対象のある部分に非接触で
表面波を励起する表面波送信手段と、予め送信位置に対
して既知の位置に設置された１個の表面波受信要素から
成り、前記計測対象の表面を伝播した前記表面波および
前記計測対象表面に欠陥があった場合には、欠陥個所で
前記表面波が反射、透過、回折または散乱されることに
よって発生する欠陥波のうち、前記表面波、あるいは前
記表面波と前記欠陥波の両方を非接触で検出する表面波
受信手段と、前記表面波受信手段の出力信号から前記欠
陥の有無、あるいはその深さ、あるいはその両方を検知
する欠陥検知手段と、前記表面波受信要素の出力信号に
含まれる前記欠陥波成分から前記欠陥の有無と深さに加
えてその位置を同定する欠陥同定手段と、表面波成分の
伝播時間から前記表面波の音速を校正する音速校正手段
とで構成される表面検査装置を提供する。

【００１５】本発明は、計測対象のある部分に非接触で
表面波を励起する表面波送信手段と、送信位置に対して
予め既知の位置に設置された複数個の表面波受信要素か
ら成り、前記計測対象の表面を伝播した前記表面波およ
び、前記計測対象表面に欠陥があった場合には、欠陥個
所で前記表面波が反射、透過、回折または散乱されるこ
とによって発生する欠陥波のうち、前記表面波、あるい
は前記表面波と前記欠陥波の両方を非接触で検出する表
面波受信手段と、前記表面波受信手段の出力信号から前
記欠陥の有無とその位置、あるいはその深さ、あるいは
その両方を検知する欠陥検知手段と、前記表面波受信要
素の出力信号に含まれる前記欠陥波成分から前記欠陥の
有無と深さに加えてその位置を同定する欠陥同定手段
と、前記表面波受信要素の出力信号に含まれる表面波成
分の伝播時間差から前記表面波の音速を校正する音速校
正手段とで構成される表面検査装置を提供する。

【００１６】本発明は、予め既知の位置に設置された複
数個の表面波送信要素から成り、計測対象のある部分に
非接触で表面波を励起する表面波送信手段と、送信位置
に対して予め既知の位置に設置されており、前記計測対
象の表面を伝播した前記表面波および、前記計測対象表
面に欠陥があった場合には、欠陥個所で前記表面波が反
射、透過、回折または散乱されることによって発生する
欠陥波のうち、前記表面波、あるいは前記表面波と前記
欠陥波の両方を非接触で検出する表面波受信手段と、前
記表面波受信手段の出力信号から前記欠陥の有無とその
位置、あるいはその深さ、あるいはその両方を検知する
欠陥検知手段と、前記前記表面波受信要素の出力信号に
含まれる前記欠陥波成分から前記欠陥の有無と深さに加
えてその位置を同定する欠陥同定手段と、前記表面波送
信要素から送信された表面波に相当する前記表面波受信
手段の出力信号に含まれる表面波成分の伝播時間差から
前記表面波の音速を校正する音速校正手段とで構成され
る表面検査装置を提供する。

【００１７】本発明は、計測対象のある部分に非接触で
表面波を励起する表面波送信手段と、予め既知の位置に
設置された複数個の表面波受信要素から成り、前記計測
対象表面を伝播した前記表面波および、前記計測対象表
面に欠陥があった場合には、欠陥個所で前記表面波が反
射、透過、回折または散乱されることによって発生する
欠陥波のうち、前記表面波、あるいは前記表面波と前記
欠陥波の両方を非接触で検出する表面波受信手段と、前
記表面波受信手段の出力信号から前記欠陥の有無とその
位置、あるいはその深さ、あるいはその両方を検知する
欠陥検知手段と、前記表面波受信要素の出力信号に含ま
れる表面波成分から各表面波受信要素間の伝播経路の伝
達特性を求める伝達特性同定手段とで構成される表面検
査装置を提供する。

【００１８】本発明は、予め既知の位置に設置された複
数個の表面波送信要素から成り、計測対象のある部分に
非接触で表面波を励起する表面波送信手段と、前記計測
対象表面を伝播した前記表面波および、前記計測対象表
面に欠陥があった場合には、欠陥個所で前記表面波が反
射、透過、回折または散乱されることによって発生する
欠陥波のうち、前記表面波、あるいは前記表面波と前記
欠陥波の両方を非接触で検出する表面波受信手段と、前
記表面波受信手段の出力信号から前記欠陥の有無とその
位置、あるいはその深さ、あるいはその両方を検知する
欠陥検知手段と、前記表面波送信要素から送信された表
面波に相当する前記表面波受信手段の出力信号に含まれ
る表面波成分から各表面波の伝播経路の伝達特性を求め
る伝達特性同定手段とで構成される表面検査装置を提供
する。

【００１９】本発明は、前記表面波受信手段が、前記計
測対象表面に連続的にレーザー光を照射する手段である
表面検査装置を提供する。

【００２０】本発明は、前記表面波送信手段が、前記計
測対象の表面近傍に設置された電磁超音波探触子である
表面検査装置を提供する。

【００２１】本発明は、前記表面波受信手段が、前記計
測対象の表面近傍に設置された電磁超音波探触子である
請求項１乃至５のいずれか１に記載の表面検査装置を提
供する。

【００２２】本発明は、前記表面波受信手段が、前記計
測対象表面の振動変位または振動速度を計測するレーザ
ー干渉計であり、かつ前記レーザー干渉計内の光検出器
の出力信号の振幅によって制御される、前記レーザー干
渉計内の光路長微動手段を備えている表面検査装置を提
供する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００２４】図１は、本発明の第１の実施形態に従った
表面検査装置を示している。これによると、たとえばパ
ルス状に変調したレーザー光を発振する変調光源１０か
ら発振されたパルスレーザー光１１は、照射用光学系１
２を介し、レンズ系１３などでフォーカスされて、計測
対象１のある位置Ｅに照射される。この照射位置Ｅには
表面波５が励起され、計測対象１の表面を伝播する。照
射位置Ｅから既知の距離Ｌ離れた受信点Ｍには、レーザ
ーによる表面波検出器１４から発振されたレーザー光１
５が照射用光学系１６を介して照射される。まず、表面
を伝播した表面波５が受信点Ｍに到達すると、その波形
は表面波検出器１４の出力信号Ｓｉｇとして検知され
る。さらに表面波５は受信点Ｍを通過して伝播して欠陥
７に到達し、欠陥の開口部および底部のエッジで欠陥波
９ａ、９ｂが発生する。それらの欠陥波は再び受信点Ｍ
に到達して表面波検出器１４の出力信号Ｓｉｇとして検
知される。出力信号Ｓｉｇおよび変調光源の発振タイミ
ングを示すトリガー信号Ｔｒｇは欠陥同定装置１７に入
力される。欠陥同定装置１７は速度校正機能を備えてお
り、それぞれの信号の時間差から計測対象１を伝わる表
面波５の正確な音速と、経路上の欠陥の有無、その位
置、その深さが検知される。

【００２５】上記第１の実施形態によると、計測対象１
に対して非接触で送信された表面波５は距離Ｌを伝播し
て受信点Ｍに到達する。ここでＭにおける受信手段が表
面波探触子など接触式の場合、表面波５は受信装置の影
響で大きく減衰し、実効的にはそれ以上伝播しない。し
かし、受信装置がレーザー変位計など非接触の場合には
表面波５は更に計測対象１の表面を伝播し、欠陥７に到
達する。その一部は欠陥７の開口部、底部のエッジと相
互作用し、欠陥波９ａ、９ｂが発生する。これらの欠陥
波は再び受信点Ｍに到達し、信号として非接触受信器１
４にて受信される。各々の信号が図６に示されている。
ここで受信点Ｍまでの距離Ｌが予め既知とすると、未知
の音速ｖｓは、信号Ｔｒｇが示す表面波５の発振時刻Ｔ
０を基準とし、非接触の表面波受信手段で表面波が受信
されるまでの時刻Ｔ１を用いてｖｓ＝Ｌ／Ｔ１と求めることができる。また、欠陥波９ａ、９ｂの到達
時間差Ｔｄは表面波５が欠陥７の深さ方向に伝播する時
間であるため、未知の欠陥深さＤはＤ＝Ｌ・Ｔｄ／Ｔ１となり、予め表面波の音速ｖｓを知ること無しに欠陥深
さＤを知ることが可能となる。また欠陥波９ａの伝播時
間Ｔ３を用いれば、Ｌｄ＝Ｌ・Ｔ３／Ｔ１の関係から、送信点Ｅから欠陥の存在位置までの距離Ｌ
ｄを求めることができ、未知の欠陥位置を知ることが可
能となる。

【００２６】なお、欠陥底部で相互作用して発生する欠
陥波９ｂは純粋な表面波成分である場合の他、表面波が
モード変換して発生する横波成分である可能性もある。
横波と表面波の音速は若干異なり、かつモード変換を経
ると伝播経路も同一経路ではなくなることから、その場
合には深さ計測時のみ横波音速を用いて校正する必要が
ある。

【００２７】図２は、本発明の第２の実施形態に係わる
表面検査装置を示している。これによると、たとえばパ
ルス状に変調したレーザー光を発振する変調光源１０か
ら発振されたパルスレーザー光１１は、照射用光学系１
２を介し、レンズ系１３などでフォーカスされて、計測
対象１のある位置Ｅに照射される。この照射位置Ｅには
表面波５が励起され、計測対象１の表面を伝播する。照
射位置Ｅから既知の距離Ｌ１離れた受信点Ｍ１には、第
１のレーザーによる表面波検出器１４ａから発振された
レーザー光１５ａが照射用光学系１６ａを介して照射さ
れ、照射位置Ｅから位置Ｅと位置Ｍ１を結ぶ直線の延長
線上の既知の距離Ｌ２離れた受信点Ｍ２には、第２のレ
ーザーによる表面波検出器１４ｂから発振されたレーザ
ー光１５ｂが、照射用光学系１６ｂを介して照射され
る。表面を伝播した表面波５が受信点Ｍ１に到達する
と、その波形は第１のレーザーによる表面波検出器１４
ａの出力信号Ｓｉｇ１として、受信点Ｍ２に到達すると
第２のレーザーによる表面波検出器１４ｂの出力信号Ｓ
ｉｇ２として検知される。これら出力信号Ｓｉｇ１、Ｓ
ｉｇ２および変調光源１０の発振タイミングを示すトリ
ガー信号Ｔｒｇはすべて欠陥同定装置１７に入力され、
それぞれの信号の時間差から計測対象１を伝わる表面波
５の正確な音速と、経路上の欠陥の有無、深さ、位置が
検知される。

【００２８】上記第２の実施形態によると、計測対象１
に対して非接触で送信された表面波５は距離Ｌ１を経て
受信点Ｍ１に到達する。ここで受信点Ｍ１における受信
手段が表面波探触子など接触式の場合、表面波５は受信
装置の影響で大きく減衰し、実効的にはそれ以上伝播し
ない。しかし、受信装置がレーザー変位計など非接触の
場合には表面波５は更に計測対象１の表面を伝播し、欠
陥７を経由して受信点Ｍ２に到達する。このときの各々
の信号が図７に示されている。ここで受信点Ｍ１、Ｍ２
までの距離Ｌ１、Ｌ２が予め既知とすると、未知の音速
ｖｓは、信号Ｔｒｇが示す表面波５の発振時刻Ｔ０を基
準とし、非接触の表面波受信手段で表面波が受信される
までの時刻Ｔ１を用いてｖｓ＝Ｌ１／Ｔ１と求めることができる。またＭ２で表面波が検知される
時刻Ｔ２は表面波５が距離Ｌ２＋２Ｄだけ伝播する時間
であるから、未知の欠陥深さＤはＤ＝（Ｌ１・Ｔ２／Ｔ１−Ｌ２）／２となり、予め表面波の音速ｖｓを知ること無しに欠陥深
さＤを知ることが可能となる。更にＳｉｇ１を長時間観
察すると、そこには図６に示した波形と同様に欠陥波９
ａおよび９ｂが観測されるため、上述と同様の手法を用
いることで欠陥の位置を同定することも可能となる。

【００２９】図３は、本発明の第３の実施形態に係わる
表面検査装置を示している。これによると、たとえばパ
ルス状に変調したレーザー光を発振する変調光源１０か
ら発振されたパルスレーザー光１１は、照射用光学系１
２ａで２分岐され、レンズ系１３ａおよび１３ｂでフォ
ーカスされて、計測対象１の位置Ｅ１、Ｅ２に照射され
る。照射位置Ｅ１、Ｅ２には表面波５ａ、５ｂがそれぞ
れ励起され、計測対象１の表面を伝播する。照射位置Ｅ
１、Ｅ２から既知の距離Ｌ１、Ｌ２離れた受信点Ｍ１に
は、レーザーによる表面波検出器１４から発振されたレ
ーザー光１５が照射用光学系１６を介して照射される。
表面を伝播した表面波５ａ、５ｂが受信点Ｍ１に到達す
ると、その波形はレーザーによる表面波検出器１４の出
力信号Ｓｉｇとして検知される。表面波５ａ、５ｂを含
む受信信号Ｓｉｇ、および変調光源１０の発振タイミン
グを示すトリガー信号Ｔｒｇは欠陥同定装置１７に入力
され、それぞれの信号の時間差から計測対象１を伝わる
表面波５の正確な音速と、経路上の欠陥の有無と深さが
検知される。

【００３０】上記第３の実施形態によると、例えばパル
スレーザー光を２分岐し、ほぼ同時刻に複数点に表面波
を励起するものである。このようにすると、受信点Ｍに
おいては、まず最も近い送信点Ｅ２に励起された表面波
５ｂが到達し、続いて欠陥７を経由して送信点Ｅ１に励
起された表面波５ａが到達する。受信点Ｍにおける受信
信号が図８に示されている。ここで、表面波５ｂの到達
時刻Ｔ２は距離Ｌ２−Ｌ１を伝播した表面波の伝播時間
であるから、表面波の音速ｖｓはｖｓ＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｔ１となる。したがって、表面波５ａの到達時刻Ｔ１を用
い、欠陥の深さＤはＤ＝｛（Ｌ２−Ｌ１）Ｔ２／Ｔ１−Ｌ２｝／２となり、この場合も予め表面波の音速ｖｓを知ること無
しに欠陥深さＤを知ることが可能となる。更に、信号Ｓ
ｉｇには図６に示した波形と同様に送信点Ｅ２から送信
された表面波５ｂによる欠陥波９ａおよび９ｂが観測さ
れるため、上述と同様の手法を用いることで欠陥の位置
を同定することも可能となる。

【００３１】図４は、本発明の第４の実施形態に係わる
表面検査装置を示している。これによると、たとえばパ
ルス状に変調したレーザー光を発振する変調光源１０か
ら発振されたパルスレーザー光１１は、照射用光学系１
２を介し、レンズ系１３などでフォーカスされて、計測
対象１のある位置Ｅに照射される。この照射位置Ｅには
表面波５が励起され、計測対象１の表面を伝播する。照
射位置Ｅから既知の距離Ｌ１離れた受信点Ｍ１には、第
１のレーザーによる表面波検出器１４ａから発振された
レーザー光１５ａが照射用光学系１６ａを介して照射さ
れ、照射位置Ｅから位置Ｅと位置Ｍ１とを結ぶ直線の延
長線上の既知の距離Ｌ２離れた受信点Ｍ２には、第２の
レーザーによる表面波検出器１４ｂから発振されたレー
ザー光１５ｂが、照射用光学系１６ｂを介して照射され
る。表面を伝播した表面波５が受信点Ｍ１に到達する
と、その波形は第１のレーザーによる表面波検出器１４
ａの出力信号Ｓｉｇ１として、受信点Ｍ２に到達すると
第２のレーザーによる表面波検出器１４ｂの出力信号Ｓ
ｉｇ２として検知される。これら出力信号Ｓｉｇ１、Ｓ
ｉｇ２および変調光源１０の発振タイミングを示すトリ
ガー信号Ｔｒｇは伝播経路特性の同定装置１８に入力さ
れ、トリガー信号Ｔｒｇを基準とした出力信号Ｓｉｇ
１、Ｓｉｇ２の伝播時間をはじめ、２信号間の振幅減
衰、周波数スペクトル、位相差、コヒーレンスが算出さ
れ、それらを基に欠陥の有無、深さ、位置が検知され
る。

【００３２】上記第４の実施形態によると、非接触の手
法を用いて点Ｅに励起された表面波５ａは、まず受信点
Ｍ１にて非接触受信器１４ａで受信される。その後、表
面波５ａは欠陥７に到達し、その一部は欠陥７の開口
部、底部のエッジで反射され、欠陥波９ａ、９ｂが発生
する。これらの欠陥波は再び受信点Ｍ１に到達し、信号
として非接触受信器１４ａにて受信される。一方、表面
波５ａのうち反射されなかった成分５ｃは欠陥７を透過
して受信点Ｍ２に到達し、非接触受信器１４ｂで受信さ
れる。この信号が図９に示されている。

【００３３】ここで、表面波の性質として、表面波は物
質表面において、その１波長程度の深さの範囲に存在す
ることが知られている。音速ｖｓ（ｖｓの計測手法は上
述の通りである）、周波数ｆａの表面波の波長λは λ＝ｖｓ／ｆａで現されることから、周波数の高い波ほど表面近傍に局
在し、周波数が低くなるにつれてより深くまで浸透する
ことが分かる。したがって、欠陥深さＤと比べ、表面波
５ａに含まれるλ＜Ｄなる成分は主に反射され、Ｄ＜λ
なる成分は主に透過することになる。すなわち、点Ｅに
励起される表面波の周波数スペクトルが図１０（ａ）で
現される場合、点Ｍ２で受信される透過表面波５ｃの周
波数スペクトルは図１０（ｂ）のように低周波が支配的
となる一方、点Ｍ１で受信される欠陥波９a（場合によ
っては９ｂ）の周波数スペクトルは図１０（ｃ）のよう
に高周波が支配的となる。よって、各受信信号のカット
オフ周波数ｆｃを求めることにより、ｆｃ＝ｖｓ／Ｄなる関係より、欠陥深さＤを求めることが可能となる。
また、上述の通り欠陥波９ａ、９ｂの到達時間差Ｔｄか
ら欠陥深さＤは、Ｄ＝ｖｓ・Ｔｄ／２と求めることができるので、同じ物理量を同時に２通り
の計測量から求めることで、計測精度をより高めること
が可能となる。

【００３４】図５は、本発明の第５の実施形態に係わる
表面検査装置を示す。これによると、たとえばパルス状
に変調したレーザー光を発振する変調光源１０から発振
されたパルスレーザー光１１は、照射用光学系１２ａで
２分岐され、レンズ系１３ａおよび１３ｂでフォーカス
されて、計測対象１の位置Ｅ１、Ｅ２に照射される。照
射位置Ｅ１、Ｅ２には表面波５ａ、５ｂがそれぞれ励起
され、計測対象１の表面を伝播する。照射位置Ｅ１、Ｅ
２から既知の距離Ｌ１、Ｌ２離れた受信点Ｍ１には、レ
ーザーによる表面波検出器１４から発振されたレーザー
光１５が照射用光学系１６を介して照射される。表面を
伝播した表面波５ａ、５ｂが受信点Ｍ１に到達すると、
その波形はレーザーによる表面波検出器１４の出力信号
Ｓｉｇとして検知される。表面波５ａ、５ｂを含む受信
信号Ｓｉｇ、および変調光源１０の発振タイミングを示
すトリガー信号Ｔｒｇは伝播経路特性の同定装置１８に
入力され、トリガー信号Ｔｒｇを基準とした受信信号Ｓ
ｉｇに含まれる２信号の各々の伝播時間をはじめ、受信
信号Ｓｉｇに含まれる２信号間の振幅減衰、周波数スペ
クトル、位相差、コヒーレンスが算出され、それらを基
に欠陥の有無と深さが検知される。

【００３５】上記第５の実施形態によると、送信点Ｅ２
に励起された超音波５ｂは欠陥を経由せずに受信点Ｍで
受信されるため、伝播媒質の特性に応じた振幅減衰をも
って図１０（ａ）のように検知される。一方、送信点Ｅ
１に励起された超音波５ａは欠陥を経由し、上述の通り
低周波帯域が選択的に透過されて受信点Ｍで受信される
（図１０（ｂ））。したがって、２信号間のカットオフ
周波数ｆｃのシフト量を検出することで、欠陥の深さＤ
を求めることができる。

【００３６】非接触の表面波送信手段としてパルスレー
ザー光１１を照射する場合、それを線状にフォーカスす
る場合の作用を図１１を用いて説明する。通常、高いエ
ネルギー密度を得るためには図１１（ａ）のようにレー
ザー光１１をレンズ１３aを用いて点状に収束させる手
法が取られる。これは簡便な方法ではあるが、この場
合、送信される表面波は点Ｅ１を中心として円状に伝播
することになる。この時、例えば図１１（ｂ）に示す通
り２つの受信点Ｍ１、Ｍ２が正確に一直線上に位置して
いないとすると、Ｅ１−Ｍ２間の距離は想定している長
さＬ２よりも長くなり、これが計測誤差となる。一方、
図１１（ｃ）のようにシリンドリカルレンズ１３bを用
い、レーザー光１１を線状にフォーカスすると、励起さ
れた表面波はその線とは垂直方向に平面波として伝播す
る。この場合には２つの受信点Ｍ１、Ｍ２が正確に一直
線上に位置していない場合でも、Ｅ１−Ｍ２間、Ｅ１−
Ｍ１間の距離は想定した距離Ｌ１、Ｌ２となり、計測上
の誤差を軽減することが可能となる。

【００３７】図１２に本発明の第６の実施形態に係わる
表面検査装置が示されている。これによると、計測試料
１のある点Ｅに、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザー光源
１９から短パルス高エネルギーのレーザー光１１を照射
用光学系１２を介して照射する。このようにすると、照
射点Ｅを音源とした表面波５が計測試料１の表面を伝播
する。ここで、レーザー光源はＮｄ：ＹＡＧを媒質とし
たもの以外、赤外域で発振するＣＯ_２レーザー、紫外域
で発振するエキシマレーザー、パルス半導体レーザーな
ども使用可能である。送信された表面波５は距離Ｌ１を
経て受信点Ｍ１に到達するが、受信点Ｍ１における受信
手段が表面波探触子など接触式の場合、表面波５は受信
装置の影響で大きく減衰し、実効的にはそれ以上伝播し
ない。しかし、受信装置がレーザー変位計など非接触の
場合には表面波５は更に計測対象１の表面を伝播し、欠
陥７を経由して受信点Ｍ２に到達する。

【００３８】ここで、レーザー光を用いた非接触の表面
波受信手段の具体例を説明する。レーザーによる受信装
置に用いるレーザー光源としてはＨｅ−Ｎｅレーザー、
半導体レーザーや半導体励起固体レーザーなどが考えら
れる。また光学系としては、偏向方位検出計（ナイフエ
ッジ法）、時間差干渉計、ヘテロダイン干渉計、透過型
あるいは反射型のファブリペロー干渉計などが使用可能
である。ここでは特にマイケルソン干渉計の場合につい
て述べる。

【００３９】図１３は、マイケルソン干渉計で複数点の
微小振動（表面波）を検出する際の通常の手法を示して
いる。ここでは、例えば、レーザー光源２０ａ、２０ｂ
から発振した連続レーザー光２１ａ、２１ｂは光分岐器
２２ａ、２２ｂで２分岐され、一方は参照光２３ａ、２
３ｂとしてミラー２５ａ、２５ｂを介して光検出器２６
ａ、２６ｂへ、他方は測定光１５ａ，１５ｂとして照射
用光学系１６ａ，１６ｂを介して計測対象１の表面の受
信点Ｍ１，Ｍ２に照射される。表面波５が受信点Ｍ１，
Ｍ２に到達すると、反射位置が微小に変位するため、受
信点Ｍ１，Ｍ２における測定光１５ａ，１５ｂの反射成
分の位相が変化する。この反射光は照射と同一経路を逆
戻りして光分岐器２２ａ，２２ｂで参照光２３ａ，２３
ｂと合成され、ともに光検出器２６ａ，２６ｂに入射さ
れる。光検出器２６ａ，２６ｂでは参照光２３ａ，２３
ｂと測定光１５ａ，１５ｂの干渉信号が計測され、もし
表面波５の到達によって測定光１５ａ，１５ｂの位相が
変化した場合には、それに対応した波形の信号Ｓｉｇ
１，Ｓｉｇ２が出力される。複数の受信点で測定を実施
する場合には、図１３に示すように、この干渉系を受信
点数だけ用意すればよい。

【００４０】図１４を参照して改良型マイケルソン干渉
計を用いて複数点の微小振動（表面波）を検出する方法
を説明する。

【００４１】これは、レーザー光源２０から発振したレ
ーザー光２１を光分岐器２７で受信点の数と同数に分岐
し、その各々をマイケルソン干渉計に用いる。このよう
にすると、比較的高価なレーザー光源２０を１つ使うだ
けで複数点の受信を行うことが可能となり、図１３に示
した従来手法と比べ受信機のコストを下げることができ
る。

【００４２】また、図１５に示す第２の改良型マイケル
ソン干渉計を用いても複数点の測定を行うことが可能で
ある。これはレーザー光源２０から発振したレーザー光
２１を光分岐器２２で受信点の数と同数に分岐する。こ
こでは簡単のため、２分岐する場合を考える。分岐した
２つのレーザー光を測定光１５ａ、１５ｂとして、照射
用光学系１６ａ、１６ｂをそれぞれ介して受信点Ｍ１、
Ｍ２に照射する。いま表面波５が図の位置から伝播して
きたとすると、その波はまず受信点Ｍ１に到達し、そこ
を通過して受信点Ｍ２に到達する。ここで、受信点Ｍ１
に表面波５による変位が発生し、測定光１５ａの反射光
の位相がシフトしている間は、受信点Ｍ２に照射した測
定光１５ｂの反射光は固定点による反射、すなわち参照
光として扱うことができる。逆に、受信点Ｍ２に表面波
５による変位が発生し、測定光１５ｂの反射光の位相が
シフトする際には、受信点Ｍ１に照射した測定光１５ａ
の反射光は参照光として扱うことができる。したがって
その干渉信号を検出する光検出器２６からは受信点Ｍ
１、Ｍ２の両方の信号が検出されることになる。このよ
うに光学系を構成すれば、１つのレーザー光源２０、光
検出器２６、干渉光学系で複数点の信号受信を行うこと
が可能となり、よりいっそう受信機に関するコストを低
減することが可能となる。

【００４３】図１５に示した改良型マイケルソン干渉計
は、上述の機能だけでも動作するが、更に下記の機能を
加えることでより高度化することが可能である。計測対
象１上の受信点Ｍは一般に粗面であることから、その反
射光にはスペックルと呼ばれる明暗の斑模様が現れる。
すなわち、照射点Ｍの性状の微妙な差により干渉計測の
効率が著しく劣化する可能性がある。そこで、光検出器
２６の出力信号を分岐してローパスフィルタ１０２によ
ってその直流成分だけを取り出し、そのレベルが一定と
なるようにコントローラ１０３、ドライバ１０４によっ
て移動機構１０１を駆動し、照射用のミラー１００を動
作させる。これにより干渉計の光路長を調整し、干渉効
率を常に最適に保持することが可能となる。駆動する光
学素子はミラー１００でなく、照射用光学系１６とする
ことも可能である。また本手法は、図１３、図１４に示
した干渉計において、ミラー２５あるいは照射用光学系
１６を駆動することでも同様の効果が得られる。

【００４４】図１２は、非接触の受信機として例えば図
１５に示した改良型マイケルソン干渉計２０を用いた検
査装置を示している。このようにすれば、欠陥７を経由
しない表面波５と欠陥７を経由した表面波５、および欠
陥７による欠陥波を１つの干渉計ｓで受信することが可
能となり、これらの信号をオシロスコープで目視観察し
たり、あるいは信号処理回路を用いて音速校正すると同
時に欠陥の有無、欠陥の寸法、欠陥の位置を検知するこ
とが可能となる。

【００４５】図１６は、本発明の第６の実施形態に係わ
る検査装置を示している。これは非接触の３台の表面波
受信機を用いた場合であり、欠陥７が発生している可能
性のある範囲がある程度限定でき、しかも表面波送信用
のパルスレーザー光１０がその付近に照射できない場合
を想定した例である。表面波５はその伝播経路上に欠陥
が無い場合でも計測対象１の性質に応じて相応に減衰す
る。そこで、欠陥が表面波５の送信点Ｅ近傍の第１の受
信点Ｍ１に第１のレーザー変位計１４ａからの測定光１
５ａを、欠陥７近傍の両側に各々の位置する第２の受信
点Ｍ２に第２のレーザー変位計１４ｂからの測定光１５
ｂを、第３の受信点Ｍ３に第３のレーザー変位計１４ｃ
からの測定光１５ｃを照射する。まず、送信された表面
波５は近傍の受信点Ｍ１に到達し、レーザー変位計１４
ａの出力信号Ｓｉｇ１としてはほぼ励起された表面波５
そのものの波形が得られる。ここから表面波５は更に伝
播し、欠陥７の開口部手前の受信点Ｍ２において伝播経
路上で減衰した表面波５の波形が信号Ｓｉｇ２として検
出される。表面波５は更に伝播し、欠陥７との相互作用
によって欠陥波が信号Ｓｉｇ２に、透過した表面波５の
成分が信号Ｓｉｇ３として検知される。このようにする
と、信号Ｓｉｇ１とＳｉｇ２の表面波成分を比較するこ
とにより伝播経路上の減衰に関する情報と音速が求めら
れ、また信号Ｓｉｇ２の表面波成分と信号Ｓｉｇ３を信
号処理することにより、欠陥７と表面波５の相互作用に
よる伝播時間の遅れや周波数遮断などの事象をより正確
に知ることが可能となる。

【００４６】図１７は、本発明の第７の実施形態に係わ
る検査装置を示す。これはパルスレーザー光源１０から
発振したレーザー光を光ファイバー２７を用いて送信点
Ｅに導き、またレーザー変位計１４ａ、１４ｂの測定光
を光ファイバー２８ａ、２８ｂを用いて受信点Ｍ１、Ｍ
２に導くものである。このようにすれば計測対象１がよ
り狭隘場所にある場合でも自由度の高い計測を実施する
ことが可能となる。ここで、レーザー変位計１４が干渉
に基づく手法を用いたものである場合には光ファイバー
２８はシングルモードファイバーを、レーザー変位計１
４が強度変化に基づく手法を用いたものである場合には
光ファイバー２８はマルチモードファイバーを用いるこ
とが考えられる。また、送信側・受信側のどちらかに光
ファイバーを用い、他方は空間伝播でレーザー光を導く
ことも可能である。

【００４７】図１８は、本発明の第８の実施形態に係わ
る検査装置を示す。これはパルスレーザー光源１０から
発振したレーザー光を光ファイバー２７で送信点Ｅまで
導き、送信した表面波５を電磁超音波探触子３０ａ，３
０ｂを用いて受信する。電磁超音波探触子３０ａ，３０
ｂの受信信号は専用信号処理装置２９ａ，２９ｂで処理
され、レーザー変位計の場合と同じく欠陥同定装置１７
または伝播経路特性の同定装置１８に入力され、同様に
処理することが可能である。このようにすれば、比較的
高価な光干渉計を電磁超音波探触子で代替することで、
コストの低減を図ることができる。

【００４８】図１９は、本発明の第９の実施形態に係わ
る検査装置を示す。これは専用発振器３１で駆動される
電磁超音波探触子３０によって送信点Ｅから表面波５を
送信し、これをレーザー変位計１４ａ，１４ｂで受信す
る。このようにすれば、比較的高価なパルスレーザー光
源を電磁超音波探触子で代替することで、コストの低減
を図ることができる。また送信・受信の両方に電磁超音
波探触子を使用することも可能である。

【００４９】図２０は、本発明の第１０の実施形態に係
わる検査装置を示す。これは非接触での表面波送信用手
法としてパルスレーザー光を用いる場合の送信器部分の
構成の一例である。パルスレーザー光源１０から発振し
たレーザー光１１は、偏光面を調整するための波長板１
０５ａ〜１０５ｍと偏光ビームスプリッタ１０６ａ〜１
０６ｍおよびミラー１２ｎから構成される送信光分岐手
段１０７によって、所望の分岐数ｎにそれぞれ適切なエ
ネルギー配分で分岐される。これらのレーザー光は光カ
プラ１０８ａ〜１０８ｎによって光ファイバー２７ａ〜
２７ｎに入射され、照射用光学系１３ａ〜１３ｎによっ
て各々の送信点Ｅに照射される。照射用光学系１３ａ〜
１３ｎは光ファイバー配置具１０９ａ，１０９ｂによっ
て相対的な位置を正確に決めて固定されており、例えば
直線状、あるいは円環状など、レーザー光１１を所望の
位置、形状で計測対象１に照射することが可能となる。
パルスレーザー光１１は一般に非常に高いエネルギー密
度を持つため、それを１本のファイバーで送信するため
にはコア径の大きいファイバーを使用せねばならず、こ
の場合、光ファイバーのフレキシビリティーが損なわ
れ、アクセス性が悪くなる場合があった。しかし本実施
例によれば、レーザー光１１を十分低いエネルギー密度
になるまで分岐して送信するため曲げ半径の小さい光フ
ァイバーを使用することが可能であり、アクセス性を損
なうことがない。また、本発明で述べたような複数のレ
ーザー光照射点を正確に位置決めする必要がある場合、
あるいは直線状など、特定の照射形状を必要とする場合
などに有利である。

【００５０】図２０の例は簡便ではあるが、送信光分岐
手段１０７を構成するのに複数の波長板１０５ａ〜１０
５ｍと偏光ビームスプリッタ１０６ａ〜１０６ｍが必要
である。

【００５１】図２１は、第１１の実施形態であり、図２
０の送信光分岐手段を、1枚の表反射ミラーで実現する
例を示している。反射ミラー１０７は入射されたレーザ
ー光１１のうち、表面でその一部を、裏面で残りを完全
に反射するように設計されたミラーである。このような
ミラー１０７にレーザー光１１を入射すると、表面と裏
面の多重反射により、複数本のレーザービームが得られ
る。これらのレーザービームを光ファイバー２７で照射
点に導く仮定は図２０の実施例と同様である。図２１の
実施形態の場合、分岐数ｎはミラー１０７の口径とレー
ザー光１１の入射角度によって適宜決められる。また分
岐エネルギーとしてはａからｇに向かってべき乗で小さ
くなっていくが、これは照射用光学系１３を光ファイバ
ー配置具１０９で固定する際の配置を最適化することで
実効的にはほぼ均一とみなすことが可能となる。このよ
うにすれば、図２０の実施例よりもエネルギーの均一性
は劣るものの、非常に部品点数の少ない送信光分岐手段
を実現することが可能となる。送信光分岐手段はこの他
にも、フライアイレンズを用いる手法も考えられる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、カプラントの塗布や超
音波探触子の接触設置という作業工程の簡略化が可能
で、しかも計測対象が小型であったり狭隘部にある場合
でも、表面波の伝播速度の変化を測定と同時に校正で
き、表面欠陥の有無、欠陥深さ、欠陥の位置を精度よく
検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる表面検査装置
のブロック図

【図２】本発明の第２の実施形態に係わる表面検査装置
のブロック図

【図３】本発明の第３の実施形態に係わる表面検査装置
のブロック図

【図４】本発明の第４の実施形態に係わる表面検査装置
のブロック図

【図５】本発明の第５の実施形態に係わる表面検査装置
のブロック図

【図６】図１の表面検査装置で測定される信号を示す図

【図７】図２の表面検査装置で測定される信号を示す図

【図８】図３の表面検査装置で測定される信号を示す図

【図９】図４の表面検査装置で測定される信号を示す図

【図１０】表面波の周波数スペクトルの一例の模式図

【図１１】線状にフォーカスしたレーザー光による表面
波送信の効果を示す模式図

【図１２】本発明の第６の実施形態に係わる表面検査装
置のブロック図

【図１３】従来の表面波検出用マイケルソン干渉計の構
成を示す図

【図１４】本発明に係わる表面波検出用改良型マイケル
ソン干渉計の構成を示す図

【図１５】本発明に係わる第２の表面波検出用改良型マ
イケルソン干渉計の構成を示す図

【図１６】本発明の第６の実施形態に係わる表面検査装
置のブロック図

【図１７】本発明の第７の実施形態に係わる表面検査装
置のブロック図

【図１８】本発明の第８の実施形態に係わる表面検査装
置のブロック図

【図１９】本発明の第９の実施形態に係わる表面検査装
置のブロック図

【図２０】本発明の第１０の実施形態に係わる表面検査
装置のブロック図

【図２１】本発明の第１１の実施形態に係わる表面検査
装置のブロック図

【図２２】従来の第１の超音波計測装置を示す図

【図２３】従来の第２の超音波計測装置を示す図

【符号の説明】

１０…変調装置１２，１２ａ，１２ｂ…照射用光学系１３，１３ａ，１３ｂ…レンズ系１４，１４ａ，１４ｂ…表面波検出器１６，１６ａ，１６ｂ…照射用光学系１７…欠陥同定装置１８…同定装置１９…レーザー光源２０，２０ａ，２０ｂ…レーザー光源２２，２２ａ，２２ｂ…光分岐器２６，２６ａ，２６ｂ…光検出器２７…光ファイバー２８ａ，２８ｂ…光ファイバー２９ａ，２９ｂ…信号処理装置３０，３０ａ，３０ｂ…電磁超音波探触子３１…発振器１００…照射用ミラー１０１…移動機構１０２…ローパスフィルタ１０３…コントローラ１０４…ドライバ

フロントページの続き (72)発明者千星淳神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者仏円隆神奈川県川崎市幸区堀川町66番２東芝エンジニアリング株式会社内 (72)発明者成瀬克彦神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者平野正三神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者平澤泰治神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA14 AA25 AA49 AA54 DD02 DD03 DD06 EE06 FF22 FF32 FF61 GG04 GG05 HH04 HH13 KK03 LL02 LL04 LL12 LL57 NN08 QQ25 QQ28 QQ44 UU07 2G047 BC02 BC08 BC10 CA02 CA04 CB03 EA10 GD01 GG30 GJ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計測対象のある部分に非接触で表面波を
励起する表面波送信手段と、予め送信位置に対して既知
の位置に設置された１個の表面波受信要素から成り、前
記計測対象の表面を伝播した前記表面波および前記計測
対象表面に欠陥があった場合には、欠陥個所で前記表面
波が反射、透過、回折または散乱されることによって発
生する欠陥波のうち、前記表面波、あるいは前記表面波
と前記欠陥波の両方を非接触で検出する表面波受信手段
と、前記表面波受信手段の出力信号から前記欠陥の有
無、あるいはその深さ、あるいはその両方を検知する欠
陥検知手段と、前記表面波受信要素の出力信号に含まれ
る前記欠陥波成分から前記欠陥の有無と深さに加えてそ
の位置を同定する欠陥同定手段と、表面波成分の伝播時
間から前記表面波の音速を校正する音速校正手段とで構
成される表面検査装置。
【請求項２】計測対象のある部分に非接触で表面波を
励起する表面波送信手段と、送信位置に対して予め既知
の位置に設置された複数個の表面波受信要素から成り、
前記計測対象の表面を伝播した前記表面波および、前記
計測対象表面に欠陥があった場合には、欠陥個所で前記
表面波が反射、透過、回折または散乱されることによっ
て発生する欠陥波のうち、前記表面波、あるいは前記表
面波と前記欠陥波の両方を非接触で検出する表面波受信
手段と、前記表面波受信手段の出力信号から前記欠陥の
有無とその位置、あるいはその深さ、あるいはその両方
を検知する欠陥検知手段と、前記表面波受信要素の出力
信号に含まれる前記欠陥波成分から前記欠陥の有無と深
さに加えてその位置を同定する欠陥同定手段と、前記表
面波受信要素の出力信号に含まれる表面波成分の伝播時
間差から前記表面波の音速を校正する音速校正手段とで
構成される表面検査装置。
【請求項３】予め既知の位置に設置された複数個の表
面波送信要素から成り、計測対象のある部分に非接触で
表面波を励起する表面波送信手段と、送信位置に対して
予め既知の位置に設置されており、前記計測対象の表面
を伝播した前記表面波および、前記計測対象表面に欠陥
があった場合には、欠陥個所で前記表面波が反射、透
過、回折または散乱されることによって発生する欠陥波
のうち、前記表面波、あるいは前記表面波と前記欠陥波
の両方を非接触で検出する表面波受信手段と、前記表面
波受信手段の出力信号から前記欠陥の有無とその位置、
あるいはその深さ、あるいはその両方を検知する欠陥検
知手段と、前記表面波受信要素の出力信号に含まれる前
記欠陥波成分から前記欠陥の有無と深さに加えてその位
置を同定する欠陥同定手段と、前記表面波送信要素から
送信された表面波に相当する前記表面波受信手段の出力
信号に含まれる表面波成分の伝播時間差から前記表面波
の音速を校正する音速校正手段とで構成される表面検査
装置。
【請求項４】計測対象のある部分に非接触で表面波を
励起する表面波送信手段と、予め既知の位置に設置され
た複数個の表面波受信要素から成り、前記計測対象表面
を伝播した前記表面波および、前記計測対象表面に欠陥
があった場合には、欠陥個所で前記表面波が反射、透
過、回折または散乱されることによって発生する欠陥波
のうち、前記表面波、あるいは前記表面波と前記欠陥波
の両方を非接触で検出する表面波受信手段と、前記表面
波受信手段の出力信号から前記欠陥の有無とその位置、
あるいはその深さ、あるいはその両方を検知する欠陥検
知手段と、前記表面波受信要素の出力信号に含まれる表
面波成分から各表面波受信要素間の伝播経路の伝達特性
を求める伝達特性同定手段とで構成される表面検査装
置。
【請求項５】予め既知の位置に設置された複数個の
表面波送信要素から成り、計測対象のある部分に非接触
で表面波を励起する表面波送信手段と、前記計測対象表
面を伝播した前記表面波および、前記計測対象表面に欠
陥があった場合には、欠陥個所で前記表面波が反射、透
過、回折または散乱されることによって発生する欠陥波
のうち、前記表面波、あるいは前記表面波と前記欠陥波
の両方を非接触で検出する表面波受信手段と、前記表面
波受信手段の出力信号から前記欠陥の有無とその位置、
あるいはその深さ、あるいはその両方を検知する欠陥検
知手段と、前記表面波送信要素から送信された表面波に
相当する前記表面波受信手段の出力信号に含まれる表面
波成分から各表面波の伝播経路の伝達特性を求める伝達
特性同定手段とで構成される表面検査装置。
【請求項６】前記表面波送信手段が、前記計測対象表
面に変調されたレーザー光を照射する手段である請求項
１乃至５のいずれか１に記載の表面検査装置。
【請求項７】前記表面波受信手段が、前記計測対象表
面に連続的にレーザー光を照射する手段である請求項１
乃至５のいずれか１に記載の表面検査装置。
【請求項８】前記表面波送信手段が、電磁超音波探触
子である請求項１乃至５のいずれか１に記載の表面検査
装置。
【請求項９】前記表面波受信手段が、電磁超音波探触
子である請求項１乃至５のいずれか１に記載の表面検査
装置。
【請求項１０】前記計測対象表面に照射されるレーザ
ー光の照射形状が線状にフォーカスされている請求項６
に記載の表面検査装置。
【請求項１１】変調されたレーザー光を前記計測対象
表面まで導く光ファイバーを含む請求項６に記載の表面
検査装置。
【請求項１２】変調されたレーザー光を複数のビーム
に分岐する光分岐手段と、前記複数のビームの各々を前
記計測対象表面まで導く複数の光ファイバーと、前記測
定対象表面上へのレーザー光の照査形状を調整するため
の光ファイバー配置手段とを備えた請求項１１記載の表
面検査装置。
【請求項１３】連続発振するレーザー光を前記計測
対象表面まで導く光ファイバーを有する請求項７に記載
の表面検査装置。
【請求項１４】前記表面波受信手段が、前記計測対象
表面の振動変位または振動速度を計測するレーザー干渉
計であり、かつ前記レーザー干渉計内の光検出器の出力
信号の振幅によって制御される、前記レーザー干渉計内
の光路長微動手段を備えた請求項１乃至５のいずれか１
に記載の表面検査装置。