JP2012103034A - Thin plate inspection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin plate inspection device enabling a stable measurement regarding a detection of the presence or absence of a crack on a thin plate as a measured object, regardless of variations of the shape etc. of the measured object and an installation position of support means.SOLUTION: A thin plate inspection device emits a sound wave from a vibration plate 12. A variation of sound pressure gives a buoyant force to a measured object 50, thereby vibrating the whole of the measured object 50 with a displacement magnitude Δr2.

Description

本発明は、薄板に発生したクラックを安定に検知する薄板検査装置に関するものである。   The present invention relates to a thin plate inspection apparatus that stably detects cracks generated in a thin plate.

従来から、半導体基板等の薄板形状の測定対象物に振動を与えて、発生した音を解析することによってクラック(欠陥)を検知する技術がある。その一例として、支持手段に設置された基板に打撃を与えることにより打音を発生させ、発生した音圧及び振動を検知し、その検知した特徴量について解析を実施することによって、基板のクラックの有無を判定する薄板の非破壊検査装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a technique for detecting a crack (defect) by applying vibration to a thin plate-shaped measurement object such as a semiconductor substrate and analyzing the generated sound. As an example, by striking a substrate placed on the support means to generate a hitting sound, detecting the generated sound pressure and vibration, and analyzing the detected feature amount, A thin nondestructive inspection apparatus for determining the presence or absence has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−333436号公報(実施例1等)JP 2002-333436 A (Example 1 etc.)

特許文献1に記載されている非破壊検査装置においては、測定対象物を支持して、ある特定点のみに対し加振し、測定対象物のクラックの有無に基づく振動及び音圧の違いからクラックを検知するようにしている。しかしながら、特定点のみの加振では、振動は横波が主となり、加振点から伝播するため、薄板の厚さ若しくは反りといった形状又は支持手段の設置位置によって伝播の仕方に大きなバラツキが生じると共に、支持手段近傍等で振動の伝播が弱められ、その結果、クラックが有る場合も無い場合も解析される特徴量に差が現れず、クラックを検知できない場合があるという問題点があった。   In the nondestructive inspection apparatus described in Patent Document 1, the object to be measured is supported, and only a specific point is vibrated, and cracks are caused by the difference in vibration and sound pressure based on the presence or absence of cracks in the object to be measured. Is to be detected. However, in the excitation of only a specific point, the vibration is mainly a transverse wave and propagates from the excitation point, so that there is a great variation in the propagation method depending on the shape of the thin plate or the shape of the warp or the installation position of the support means, As a result, there is a problem that the propagation of vibration is weakened in the vicinity of the support means, and as a result, there is no difference in the analyzed feature amount, whether or not there is a crack, and the crack may not be detected.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、薄板である測定対象物の形状等のバラツキや支持手段の設置位置に関わらず、測定対象物のクラックの有無の検知について安定した測定を可能とする薄板検査装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and detects the presence or absence of cracks in the measurement object regardless of variations in the shape of the measurement object that is a thin plate or the installation position of the support means. An object of the present invention is to obtain a thin plate inspection apparatus capable of stable measurement.

本発明に係る薄板検査装置は、クラックの有無の検知対象となる板状の測定対象物を載置させる支持部と、前記測定対象物との間に空気層を介し、前記支持部に載置された前記測定対象物と接触しないで、該測定対象物を振動させる加振部と、前記測定対象物が振動することによって発生する音を検出し、その音情報に基づいて、前記測定対象物のクラックの有無を検知するクラック有無判断部と、を備え、前記加振部は、前記測定対象物の該加振部と対向している面と略垂直方向に前記測定対象物全体を振動させるものである。   The thin plate inspection apparatus according to the present invention is mounted on the support unit via an air layer between the support unit on which the plate-shaped measurement object to be detected for the presence or absence of cracks is mounted, and the measurement object. A vibration unit that vibrates the measurement object without contacting the measurement object, and a sound generated when the measurement object vibrates, and detects the measurement object based on the sound information. A crack presence / absence determination unit that detects the presence or absence of a crack, and the vibration unit vibrates the entire measurement object in a direction substantially perpendicular to a surface of the measurement object that faces the vibration part. Is.

本発明によれば、加振部によって、測定対象物に接触せずに測定対象物全体に縦波を主とする均一な振動を与えることができ、測定対象物の形状及び支持手段の設置位置に関わらず、測定対象物のクラックの有無の検知について安定した測定が可能となる。   According to the present invention, the vibration unit can apply uniform vibration mainly including longitudinal waves to the entire measurement object without contacting the measurement object, and the shape of the measurement object and the installation position of the support means. Regardless, it is possible to stably measure the detection of the presence or absence of cracks in the measurement object.

本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thin plate test | inspection apparatus 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100において検査対象となる測定対象物50の振動の原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of the vibration of the measuring object 50 used as the test object in the thin plate test | inspection apparatus 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100において検査対象となる測定対象物50が振動によって異音を発生する原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle in which the measurement target object 50 used as the test object in the thin plate inspection apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention generates abnormal noise due to vibration. 本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100において検査対象となる測定対象物50から発生する音のFFT処理後の波形の例を示すものである。The example of the waveform after the FFT process of the sound which generate | occur | produces from the measuring object 50 used as the test object in the thin plate test | inspection apparatus 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention is shown. 本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100における音響エネルギー解析部15によってFFT処理された音圧レベル波形の、測定対象物50の変位量Δr2の変動に伴う変化を示す図である。It is a figure which shows the change accompanying the fluctuation | variation of displacement amount (DELTA) r2 of the measuring object 50 of the sound-pressure level waveform FFT-processed by the acoustic energy analysis part 15 in the thin plate inspection apparatus 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100における音響エネルギー解析部15によってFFT処理された音圧レベルの平均値の、測定対象物50の変位量Δr2の変動に伴う変化を示す図である。It is a figure which shows the change accompanying the fluctuation | variation of displacement amount (DELTA) r2 of the measuring object 50 of the average value of the sound pressure level FFT-processed by the acoustic energy analysis part 15 in the thin plate inspection apparatus 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention. .

実施の形態1.
(薄板検査装置100の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100の概略構成図である。以下、図1を参照しながら、薄板検査装置100の構成について説明する。また、図1を含め、以下の図面においては、各構成部材同士の大きさの関係を限定するものではなく、実際のものとは異なる場合がある。
Embodiment 1 FIG.
(Configuration of the thin plate inspection apparatus 100)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin plate inspection apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, the configuration of the thin plate inspection apparatus 100 will be described with reference to FIG. In the following drawings including FIG. 1, the size relationship between the constituent members is not limited, and may differ from the actual one.

本実施の形態に係る薄板検査装置100は、少なくとも、薄板である測定対象物50に対して超音波を放射する超音波発生部20、測定対象物50を固定させずに設置させる支持手段21、超音波発生部20によって加振された測定対象物50から発生する音を検出して解析するクラック有無判断部22によって構成されている。
なお、超音波発生部20は、本発明の「加振部」に相当する。
The thin plate inspection apparatus 100 according to the present embodiment includes at least an ultrasonic generator 20 that emits ultrasonic waves to the measurement object 50 that is a thin plate, a support unit 21 that is installed without fixing the measurement object 50, A crack presence / absence determination unit 22 that detects and analyzes sound generated from the measurement object 50 vibrated by the ultrasonic wave generation unit 20 is configured.
The ultrasonic generator 20 corresponds to a “vibrator” of the present invention.

超音波発生部20は、少なくとも、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電素子10aが設けられた振動部10、その振動部10の下面に取り付けられ、円錐台形状に構成されたホーン11、そのホーン11の下面に固着され、金属板(剛体)で構成された振動板12、及び、圧電素子10aにパルス電圧を印加する発振部13によって構成されている。   The ultrasonic generator 20 includes at least a vibrating unit 10 provided with a piezoelectric element 10a such as PZT (lead zirconate titanate), a horn 11 attached to the lower surface of the vibrating unit 10 and configured in a truncated cone shape, The diaphragm 12 is fixed to the lower surface of the horn 11 and is composed of a diaphragm 12 made of a metal plate (rigid body) and an oscillating portion 13 that applies a pulse voltage to the piezoelectric element 10a.

支持手段21は、少なくとも、錐状の先端に測定対象物50を固定させずに設置させる錐状突起部17、バネ等の弾性体によって構成され、錐状突起部17の下部に固定された振動緩衝部18、及び、その振動緩衝部18の他端が固定される設置台19によって構成されている。
なお、この支持手段21によって、測定対象物50を下から支持するために、錐状突起部17及び振動緩衝部18はそれぞれ3つ以上備えているものとすればよい。
The support means 21 is composed of at least a cone-shaped protrusion 17 that allows the measurement object 50 to be installed without being fixed to the cone-shaped tip, and an elastic body such as a spring, and is a vibration fixed to the lower portion of the cone-shaped protrusion 17. The shock absorber 18 and the installation base 19 to which the other end of the vibration shock absorber 18 is fixed.
In addition, in order to support the measuring object 50 from below by the support means 21, it is only necessary to provide three or more conical protrusions 17 and vibration buffer parts 18.

クラック有無判断部22は、超音波発生部20から照射される超音波により支持手段21に支持された測定対象物50が振動することによって発生する音を検出する音検出装置14、及び、その音検出装置14によって検出された音の音響エネルギーを解析する音響エネルギー解析部15によって構成されている。   The crack presence / absence determination unit 22 includes a sound detection device 14 that detects a sound generated when the measurement object 50 supported by the support unit 21 vibrates due to the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave generation unit 20, and the sound. The acoustic energy analysis unit 15 analyzes the acoustic energy of the sound detected by the detection device 14.

振動部10は、15kHz〜45kHz帯域内に共振周波数f0を有する圧電素子10aを挟み込んで備えており、その圧電素子10aで発生した振動を伝播する金属(剛体)によって形成されている。   The vibration unit 10 includes a piezoelectric element 10a having a resonance frequency f0 in a 15 kHz to 45 kHz band, and is formed of a metal (rigid body) that propagates vibration generated by the piezoelectric element 10a.

圧電素子10aは、正電極端子及び負電極端子を介して発振部13に接続され、その発振部13から印加されるパルス電圧によって振動する。このとき、圧電素子10aは、発振部13から共振周波数f0近傍のパルス電圧が印加されることによって、共振周波数f0近傍にピークを有する振動を発振する。   The piezoelectric element 10 a is connected to the oscillating unit 13 through a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and vibrates by a pulse voltage applied from the oscillating unit 13. At this time, the piezoelectric element 10a oscillates having a peak near the resonance frequency f0 when a pulse voltage near the resonance frequency f0 is applied from the oscillation unit 13.

ホーン11は、圧電素子10aを備えた振動部10から発生する振動の振幅を増幅する機能を有し、両端面が開口され、内部に振動部10からの振動を増幅して伝播させる音響通路が形成され、そして、振動部10と振動板12との間に挟持されている。また、ホーン11は、円錐台形状に構成され、振動部10側から振動板12に向けて徐々に縮径されているのが好ましい。   The horn 11 has a function of amplifying the amplitude of vibration generated from the vibration unit 10 including the piezoelectric element 10a. Both end surfaces are opened, and an acoustic path for amplifying and propagating vibration from the vibration unit 10 is provided inside. Formed and sandwiched between the vibration part 10 and the vibration plate 12. In addition, the horn 11 is preferably configured in a truncated cone shape, and is gradually reduced in diameter from the vibrating unit 10 side toward the diaphragm 12.

振動板12は、金属板(剛体)によって構成され、ホーン11の両端の開口部のうち、振動部10側に固定された一方の開口部の反対側の開口部にネジ止め又は接着等によって固着されている。また、振動板12は、振動部10から発生する振動の振動エネルギーがホーン11を介して伝播され、振動部10の振動と共振して強力な共振波を発生する。このとき、振動板12は、振動部10の圧電素子10aが共振周波数f0で振動することによって、同様に共振周波数f0によって共振するように構成されている。図1で示されるように、上記のような振動板12による振動の幅を、変位量Δr1とする。また、振動板12は、振動によってその両面(ホーン11側の面及びその反対側の面)の全体から超音波の音響流を放射する。また、振動板12は、振動部10から発生する高周波数の振動の「腹」の部分に当たるように固着するようにすれば、特定の振動モードで振動することになり、振動板12と測定対象物50との間には、空気の疎密を繰り返す定在波による音響流が発生する。また、この振動板12の平面の面積である板面積は、測定対象物50の板面積以上であるものとする。これによって、振動板12の振動によって、測定対象物50全体に縦波を主とする均一な振動による音波を与えることができ、測定対象物50の形状及び支持手段21の設置位置に関わらず、測定対象物50のクラックの有無の検知について安定した測定が可能となる。   The diaphragm 12 is composed of a metal plate (rigid body), and is fixed to the opening on the opposite side of one opening fixed to the vibrating section 10 by screwing or bonding, among the openings on both ends of the horn 11. Has been. Further, the vibration energy of the vibration generated from the vibration unit 10 is propagated through the horn 11 and the diaphragm 12 resonates with the vibration of the vibration unit 10 to generate a strong resonance wave. At this time, the diaphragm 12 is configured to similarly resonate at the resonance frequency f0 when the piezoelectric element 10a of the vibration unit 10 vibrates at the resonance frequency f0. As shown in FIG. 1, the width of vibration by the diaphragm 12 as described above is set as a displacement amount Δr1. Further, the diaphragm 12 radiates an ultrasonic acoustic stream from the entire surfaces (the surface on the horn 11 side and the surface on the opposite side) by vibration. Further, if the diaphragm 12 is fixed so as to hit the “belly” portion of the high-frequency vibration generated from the vibration section 10, the diaphragm 12 vibrates in a specific vibration mode. An acoustic flow is generated between the object 50 and a standing wave that repeats air density. In addition, the plate area, which is the plane area of the diaphragm 12, is greater than or equal to the plate area of the measurement object 50. Accordingly, the vibration of the diaphragm 12 can give a sound wave by uniform vibration mainly including longitudinal waves to the entire measurement object 50, regardless of the shape of the measurement object 50 and the installation position of the support means 21. Stable measurement is possible for detection of the presence or absence of cracks in the measurement object 50.

なお、図1で示されるように、振動部10と振動板12との間にホーン11が設置される構成としているが、これに限定されるものではなく、ホーン11を設けず、振動板12を振動部10に直接取り付けるものとしてよい。例えば、振動板12を密度が小さく弾性の高い素材であるアルミ等の軽量な素材によって構成し、さらに、圧電素子10aが、発振部13からより高電圧なパルス電圧を印加さえることによって、ホーン11無しでも高周波数の音波を放射することが可能であり、ホーン11が必ずしも必要というわけではない。   As shown in FIG. 1, the horn 11 is installed between the vibration unit 10 and the diaphragm 12. However, the present invention is not limited to this. The horn 11 is not provided, and the diaphragm 12 is not provided. It is good also as what attaches directly to the vibration part 10. FIG. For example, the diaphragm 12 is made of a light material such as aluminum, which is a material having a small density and high elasticity, and the piezoelectric element 10a applies a higher pulse voltage from the oscillating unit 13 so that the horn 11 It is possible to radiate high-frequency sound waves even without it, and the horn 11 is not always necessary.

測定対象物50は、例えば、シリコン基板又は太陽電池用セル等の半導体ウェハ基板、又は、金属材料等の薄い板状のものであるとする。この測定対象物50は、振動板12と音検出装置14との間の空気層において、振動板12におけるホーン11が設置された面とは反対側の面に対向するように、支持手段21における錐状突起部17の上に固定されずに載置されている。そして、測定対象物50は、振動板12から放射される超音波を受けて振動する。図1で示されるように、上記のような測定対象物50による振動の幅を、変位量Δr2とする。また、錐状突起部17は、バネ等の弾性体である振動緩衝部18及びその振動緩衝部18が設置される設置台19によって支持され、測定対象物50に接して支持する先端部分が錐状に形成されたものである。このように測定対象物50が支持手段21に支持されることによって、測定対象物50と錐状突起部17との接触面積を小さくし、振動板12からの超音波によって測定対象物50が振動する動作に対する支持手段21の影響を小さくすると共に、測定対象物50の振動を振動緩衝部18によって受け止めることによって、測定対象物50と支持手段21との間で生じる衝突を抑制し、測定対象物50を傷つけることなく、かつ、測定対象物50と支持手段21との接触による雑音発生の抑制が可能となる。   The measurement object 50 is, for example, a semiconductor wafer substrate such as a silicon substrate or a solar battery cell, or a thin plate-like material such as a metal material. This measuring object 50 is in the support means 21 so as to face the surface of the diaphragm 12 opposite to the surface on which the horn 11 is installed in the air layer between the diaphragm 12 and the sound detection device 14. It is mounted on the conical protrusion 17 without being fixed. The measuring object 50 vibrates in response to the ultrasonic wave radiated from the diaphragm 12. As shown in FIG. 1, the width of vibration by the measurement object 50 as described above is defined as a displacement amount Δr2. The conical protrusion 17 is supported by a vibration buffer 18 that is an elastic body such as a spring and an installation base 19 on which the vibration buffer 18 is installed. It is formed in a shape. Thus, the measurement object 50 is supported by the support means 21, so that the contact area between the measurement object 50 and the conical protrusion 17 is reduced, and the measurement object 50 is vibrated by the ultrasonic waves from the diaphragm 12. The impact of the support means 21 on the operation to be performed is reduced, and the vibration between the measurement object 50 and the support means 21 is suppressed by receiving the vibration of the measurement object 50 by the vibration buffer 18, and the measurement object The generation of noise due to the contact between the measurement object 50 and the support means 21 can be suppressed without damaging the object 50.

音検出装置14は、例えば、マイクロホン、音センサー、超音波センサー、又はこれらのいずれかを組み合わせたものによって構成され、振動板12から放射される超音波によって振動する測定対象物50から発生する音を検出する。この音検出装置14によって検出された音情報は、音響エネルギー解析部15に送信される。   The sound detection device 14 is configured by, for example, a microphone, a sound sensor, an ultrasonic sensor, or a combination of any of these, and a sound generated from the measurement object 50 that vibrates due to the ultrasonic waves radiated from the diaphragm 12. Is detected. The sound information detected by the sound detection device 14 is transmitted to the acoustic energy analysis unit 15.

なお、図1で示されるように、音検出装置14は、1つだけ備えられる構成としているが、これに限定されるものではなく、複数備えられる構成としてもよい。このように音検出装置14が複数備えられることによって、音検出装置14を1個設ける場合よりも、測定対象物50におけるクラックの検知範囲が広範囲となり、さらに、測定対象物50に発生したクラックの位置を決定できる等、クラック検知精度を向上させることができる。
また、それぞれ感度の異なる音検出装置14を複数設けるものとしてもよく、この場合、測定対象物50に存在するクラックの大きさを、ある程度把握できることができる。
As shown in FIG. 1, only one sound detection device 14 is provided. However, the configuration is not limited to this, and a plurality of sound detection devices 14 may be provided. By providing a plurality of sound detection devices 14 in this manner, the detection range of cracks in the measurement object 50 becomes wider than in the case where one sound detection device 14 is provided, and further, cracks generated in the measurement object 50 are detected. The crack detection accuracy can be improved, for example, the position can be determined.
Also, a plurality of sound detection devices 14 having different sensitivities may be provided, and in this case, the size of a crack existing in the measurement object 50 can be grasped to some extent.

音響エネルギー解析部15は、音検出装置14から受信した測定対象物50からの音情報に基づいて、その音の音響エネルギーを解析するものである。このとき、音響エネルギー解析部15は、例えば、その音情報に対してFFT(Fast Fourier Transform)処理を実施し、その音の音圧レベルを周波数の関数に変換することによって、その音の音響エネルギーを解析し、測定対象物50におけるクラックの有無を検知する。この音響エネルギー解析部15による測定対象物50におけるクラックの検知動作の詳細は、後述する。   The acoustic energy analysis unit 15 analyzes the acoustic energy of the sound based on the sound information from the measurement object 50 received from the sound detection device 14. At this time, the acoustic energy analysis unit 15 performs, for example, an FFT (Fast Fourier Transform) process on the sound information, and converts the sound pressure level of the sound into a function of the frequency, thereby obtaining the sound energy of the sound. And the presence or absence of cracks in the measurement object 50 is detected. Details of the operation of detecting cracks in the measurement object 50 by the acoustic energy analysis unit 15 will be described later.

なお、この音響エネルギー解析部15によってクラックの有無を検知する場合、その検知結果を報知する報知手段を設けてもよい。   In addition, when detecting the presence or absence of a crack by this acoustic energy analysis part 15, you may provide the alerting | reporting means which alert | reports the detection result.

(薄板検査装置100によるクラック検知動作)
図2は、本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100において検査対象となる測定対象物50の振動の原理の説明図であり、図3は、同測定対象物50が振動によって異音を発生する原理の説明図であり、そして、図4は、同測定対象物50から発生する音のFFT処理後の波形の例を示すものである。以下、図2〜図4を参照しながら、薄板検査装置100によるクラック検知動作について説明する。
(Crack detection operation by the thin plate inspection apparatus 100)
FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of vibration of the measurement object 50 to be inspected in the thin plate inspection apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. FIG. 4 shows an example of the waveform after the FFT processing of the sound generated from the measurement object 50. Hereinafter, the crack detection operation by the thin plate inspection apparatus 100 will be described with reference to FIGS.

まず、薄板検査装置100による検査対象である測定対象物50が、支持手段21に載置される。次に、発振部13は、圧電素子10aに対して、圧電素子10a及び振動板12の共振周波数f0近傍のパルス電圧を印加する。これによって、圧電素子10aは、印加されたパルス電圧によって、共振周波数f0近傍の周波数で振動し、この圧電素子10aを挟持した振動部10にその振動が伝播する。この振動部10の振動は、ホーン11によってその振幅が増幅され、振動板12に伝播する。そして、振動板12は、その全体が変位量Δr1で共振し、その共振に伴う高い音圧レベルを有する超音波が振動板12全体から放射される。この振動板12から放射された超音波は、音響流となり、図2で示されるように、空気中に音圧の疎密を作り出す。特に、振動板12から放射される音波が、一定の音圧レベルを超えると、測定対象物50は、音圧の疎密に伴い、浮力を得て、その全体が加振され、変位量Δr2で振動することになる。   First, a measurement object 50 that is an inspection object by the thin plate inspection apparatus 100 is placed on the support means 21. Next, the oscillator 13 applies a pulse voltage in the vicinity of the resonance frequency f0 of the piezoelectric element 10a and the diaphragm 12 to the piezoelectric element 10a. As a result, the piezoelectric element 10a vibrates at a frequency near the resonance frequency f0 by the applied pulse voltage, and the vibration propagates to the vibrating portion 10 sandwiching the piezoelectric element 10a. The vibration of the vibration unit 10 is amplified by the horn 11 and propagates to the diaphragm 12. The vibration plate 12 as a whole resonates with a displacement amount Δr1, and ultrasonic waves having a high sound pressure level associated with the resonance are radiated from the vibration plate 12 as a whole. The ultrasonic wave radiated from the diaphragm 12 becomes an acoustic flow, and as shown in FIG. 2, the sound pressure density is created in the air. In particular, when the sound wave radiated from the diaphragm 12 exceeds a certain sound pressure level, the measurement object 50 obtains buoyancy along with the density of the sound pressure, and the whole is vibrated, with a displacement amount Δr2. It will vibrate.

ここで、圧電素子10a及び振動板12の共振周波数f0は、以下の(1)及び(2)の理由によって、15kHz〜45kHz帯域内となるようにするとよい。   Here, the resonance frequency f0 of the piezoelectric element 10a and the diaphragm 12 is preferably in the 15 kHz to 45 kHz band for the following reasons (1) and (2).

(1)15kHz未満だと人間の可聴領域となるため、人間の聴覚で感じ取ることが可能となり、使用者に不快感を与える可能性がある。
(2)45kHzを超えると周波数が大き過ぎて、十分な振幅が得られないため、音圧レベルが低下することになる。
(1) If it is less than 15 kHz, it becomes a human audible region, so that it can be sensed by human hearing, and there is a possibility that the user may feel uncomfortable.
(2) If the frequency exceeds 45 kHz, the frequency is too high and sufficient amplitude cannot be obtained, so that the sound pressure level is lowered.

次に、図2を参照しながら、測定対象物50が振動板12によって放射される超音波が生成する音圧の疎密によって振動する原理を説明する。
測定対象物50によって、振動するのに必要なエネルギーは異なるが、測定対象物50が、例えば、半導体ウェハ又は太陽電池用セルである場合、その振動には130dB以上の音圧レベルが必要であることがわかっている。そこで、本実施の形態に係る薄板検査装置100における超音波発生部20は、130dB以上の音圧レベルの超音波が発生できるように構成されている。前述したように、振動板12から放射される超音波は、空気中にゆらぎを発生させ、超音波の波長に伴って、空気中に音圧(気圧)の「疎」の部分(減圧される部分)と「密」の部分(加圧される部分)とを生成する。つまり、「疎」の部分から「密」の部分に向かって空気の移動が発生する。これによって、支持手段21上に載置された測定対象物50は、振動板12から放射される超音波の音圧によって浮力を得て、測定対象物50にかかる重力とその浮力とのバランスによって、その全体が振動することになる。この場合、振動板12は、測定対象物50の上面、すなわち、測定対象物50における振動板12と対向する面が「密」の部分と近くなるように設置する必要がある。これは、測定対象物50における振動板12と対向する面と反対側の面が「密」の部分に近いと、測定対象物50において重力方向に空気の移動が発生するため、測定対象物50は、支持手段21に押し付けられる状態となり、測定対象物50の振動は抑制されてしまうためである。
Next, the principle that the measurement object 50 vibrates due to the density of the sound pressure generated by the ultrasonic waves radiated by the diaphragm 12 will be described with reference to FIG.
The energy required for vibration differs depending on the measurement object 50, but when the measurement object 50 is, for example, a semiconductor wafer or a solar cell, the vibration requires a sound pressure level of 130 dB or more. I know that. Therefore, the ultrasonic wave generation unit 20 in the thin plate inspection apparatus 100 according to the present embodiment is configured to generate ultrasonic waves having a sound pressure level of 130 dB or more. As described above, the ultrasonic waves radiated from the diaphragm 12 cause fluctuations in the air, and the sound pressure (atmospheric pressure) portion of the sound pressure (atmospheric pressure) is reduced (decompressed) in accordance with the wavelength of the ultrasonic waves. Part) and "dense" part (pressurized part). That is, air movement occurs from the “sparse” part toward the “dense” part. As a result, the measurement object 50 placed on the support means 21 obtains buoyancy by the sound pressure of the ultrasonic wave radiated from the diaphragm 12, and the balance between the gravity applied to the measurement object 50 and the buoyancy is obtained. The whole will vibrate. In this case, the diaphragm 12 needs to be installed such that the upper surface of the measurement object 50, that is, the surface of the measurement object 50 that faces the vibration plate 12 is close to the “dense” portion. This is because, when the surface opposite to the surface facing the diaphragm 12 of the measurement object 50 is close to a “dense” portion, air movement occurs in the measurement object 50 in the direction of gravity. Is in a state of being pressed against the support means 21 and the vibration of the measuring object 50 is suppressed.

以上のように、振動板12が放射する超音波によって、測定対象物50が振動すると、測定対象物50から音波である弾性波が発生する。ここで、固体中(自由音場)に生じる弾性波の縦波の伝播速度を下記の式(1)に、そして、固体中(自由音場)に生じる弾性波の横波の伝播速度を下記の式(2)に示す。   As described above, when the measuring object 50 is vibrated by the ultrasonic wave radiated from the diaphragm 12, an elastic wave that is a sound wave is generated from the measuring object 50. Here, the propagation speed of the longitudinal wave of the elastic wave generated in the solid (free sound field) is expressed by the following equation (1), and the propagation speed of the transverse wave of the elastic wave generated in the solid (free sound field) is expressed by the following equation. It shows in Formula (2).

Cp=√[{E・(1−σ)}/{ρ・(1+σ)・(1−2σ)}] (1)
Cs=√[E/{ρ・2(1+σ)}] (2)
(Cp:縦波の伝播速度、Cs:横波の伝播速度、E:ヤング率、ρ:密度、σ:ポアソン比)
Cp = √ [{E · (1-σ)} / {ρ · (1 + σ) · (1-2σ)}] (1)
Cs = √ [E / {ρ · 2 (1 + σ)}] (2)
(Cp: longitudinal wave propagation velocity, Cs: transverse wave propagation velocity, E: Young's modulus, ρ: density, σ: Poisson's ratio)

固体内部には縦波及び横波が伝播するが、固体内部ではポアソン比σは0.3程度が一般的であり、横波に比べて縦波の伝播速度の方が速くなる。測定対象物50におけるクラックの有無は、ヤング率Eの値を変化させるため、クラック有無による変化は、横波の伝播速度よりも縦波の伝播速度の方が大きく影響を受けるということが上記の式(1)及び式(2)から明らかとなる。また、空気を媒質とする振動は、空気中に気圧の疎密を作る縦波として伝播するため、振動板12から放射される超音波は、固体である測定対象物50に対しても縦方向の振動を与えやすいことになる。つまり、測定対象物50におけるクラックの有無は、測定対象物50からの音波である弾性波の伝播の仕方に大きく影響を与える。   Longitudinal and transverse waves propagate inside the solid, but the Poisson's ratio σ is generally about 0.3 inside the solid, and the propagation speed of the longitudinal wave is faster than the transverse wave. Since the presence or absence of cracks in the measurement object 50 changes the value of the Young's modulus E, the change due to the presence or absence of cracks is more affected by the propagation speed of longitudinal waves than the propagation speed of transverse waves. It becomes clear from (1) and formula (2). In addition, since vibration using air as a medium propagates as a longitudinal wave that creates air pressure density in the air, the ultrasonic wave radiated from the diaphragm 12 also extends in the vertical direction to the measurement object 50 that is a solid. It will be easy to give vibration. That is, the presence or absence of cracks in the measurement object 50 greatly affects the way in which elastic waves, which are sound waves from the measurement object 50, propagate.

次に、図3を参照しながら、クラックを有する測定対象物50が振動することによって、異音(ビビリ音)が発生する原理を説明する。図3においては、測定対象物50においてクラックが発生している状態が示されている。また、図3(a)は、測定対象物50のクラック部分の断面図を示し、図3(b)は、その断面図のクラック部分の拡大図を示している。   Next, with reference to FIG. 3, the principle that abnormal noise (chattering noise) is generated when the measurement object 50 having cracks vibrates will be described. FIG. 3 shows a state in which a crack is generated in the measurement object 50. Moreover, Fig.3 (a) shows sectional drawing of the crack part of the measuring object 50, and FIG.3 (b) has shown the enlarged view of the crack part of the sectional drawing.

図3(a)で示されるように、測定対象物50において、クラックを境にして右側部分をエリアA、そして、左側部分をエリアBとする。また、エリアAの幅、すなわち、クラックから測定対象物50の右端部までの距離をaとし、エリアBの幅、すなわち、クラックから測定対象物50の左端部までの距離をb(>a)とする。このとき、超音波発生部20から放射される超音波によって、測定対象物50におけるエリアAが振動する場合の振動周波数をfaとし、エリアBが振動する場合の振動周波数をfbとする。   As shown in FIG. 3A, in the measurement object 50, a right side portion is an area A and a left side portion is an area B with a crack as a boundary. Further, the width of area A, that is, the distance from the crack to the right end of measurement object 50 is a, and the width of area B, that is, the distance from the crack to the left end of measurement object 50 is b (> a). And At this time, the vibration frequency when the area A in the measurement object 50 vibrates by the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave generation unit 20 is denoted by fa, and the vibration frequency when the area B vibrates is denoted by fb.

図3(b)で示されるように、超音波発生部20が放射する超音波によってクラックを有する測定対象物50が縦方向に振動する場合、基本的にはエリアA及びエリアB共に振動するが、クラックを境にして、エリアAとエリアBとのヤング率に相違が発生し、振動周波数が異なることになる。このとき、エリアAにおける距離aの方が、エリアBにおける距離bよりも小さいため、エリアAの振動周波数faは、エリアBの振動周波数fbよりも高くなる。また、測定対象物50におけるクラックから両端部までの距離に関わらず、エリアA及びエリアBの振動には位相差φも生じる。このように、クラックを境にしたエリアAとエリアBとの振動周波数の相違、又は、振動の位相差によって、クラック部分が擦れ、異音(ビビリ音)が発生するのである。   As shown in FIG. 3B, when the measuring object 50 having a crack vibrates in the vertical direction due to the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave generator 20, both the area A and the area B basically vibrate. Then, with the crack as a boundary, a difference occurs in the Young's modulus between the area A and the area B, and the vibration frequency is different. At this time, since the distance a in the area A is smaller than the distance b in the area B, the vibration frequency fa in the area A is higher than the vibration frequency fb in the area B. In addition, regardless of the distance from the crack to both ends of the measurement object 50, the phase difference φ also occurs in the vibrations in the areas A and B. As described above, the crack portion is rubbed due to the difference in vibration frequency between the area A and the area B with the crack as a boundary or the phase difference of vibration, and an abnormal sound (chattering noise) is generated.

次に、図4を参照しながら、クラック有無判断部22が測定対象物50から発生する音を検出して解析し、測定対象物50のクラックの有無を判定する動作を説明する。
前述のように、測定対象物50が発生する音は、クラック有無判断部22における音検出装置14によって検出される。音検出装置14によって検出された音情報は、音響エネルギー解析部15に送信される。音響エネルギー解析部15は、この音情報をFFT処理し、音の音圧レベルを周波数の関数に変換する。このFFT処理によって、測定対象物50からの音が有する様々な周波数成分において、それぞれの周波数成分の音圧レベルの大小がわかるようになる。図4は、この音響エネルギー解析部15によってFFT処理された周波数の関数である音圧レベルの波形を示すものである。この図4のうち、図4(a)は、測定対象物50にクラックがない場合の音圧レベルの波形を示し、図4(b)は、測定対象物50にクラックがある場合の音圧レベルの波形を示すものである。この図4においては、横軸が振動周波数[Hz]を示し、縦軸がレスポンス(音圧レベル)[dB]を示している。
Next, an operation in which the crack presence / absence determination unit 22 detects and analyzes the sound generated from the measurement target object 50 and determines the presence / absence of cracks in the measurement target object 50 will be described with reference to FIG.
As described above, the sound generated by the measurement object 50 is detected by the sound detection device 14 in the crack presence / absence determination unit 22. The sound information detected by the sound detection device 14 is transmitted to the acoustic energy analysis unit 15. The acoustic energy analysis unit 15 performs FFT processing on the sound information and converts the sound pressure level of the sound into a function of frequency. By this FFT process, the magnitude of the sound pressure level of each frequency component in various frequency components of the sound from the measurement object 50 can be known. FIG. 4 shows a waveform of a sound pressure level that is a function of the frequency subjected to the FFT processing by the acoustic energy analysis unit 15. 4A shows the waveform of the sound pressure level when there is no crack in the measurement object 50, and FIG. 4B shows the sound pressure when the measurement object 50 has a crack. It shows the waveform of the level. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the vibration frequency [Hz], and the vertical axis indicates the response (sound pressure level) [dB].

図4(a)で示されるように、測定対象物50にクラックが発生していない場合には、振動板12が共振周波数f0で振動しているときに(ア)で示された測定対象物50から主波長であるピーク周波数(発振周波数Fs)の音波が発生し、それ以外の(イ)で示される周波数領域には、周波数の変化は見られない。ここで、図4(a)で示される音圧レベルの波形と、その波形のうち(イ)で示される周波数領域の音圧レベルを平均したものを示す線Pとを比較すると、測定対象物50の発振周波数Fs近傍部分のみ線Pを超えるが、それ以外の周波数領域においてはこの線Pを超えない。   As shown in FIG. 4A, when no crack is generated in the measurement object 50, the measurement object shown in (a) when the diaphragm 12 vibrates at the resonance frequency f0. A sound wave having a peak frequency (oscillation frequency Fs), which is the main wavelength, is generated from 50, and no frequency change is observed in the other frequency regions indicated by (A). Here, when the waveform of the sound pressure level shown in FIG. 4A is compared with the line P showing the average of the sound pressure levels in the frequency domain shown in FIG. Only the portion near 50 oscillation frequency Fs exceeds line P, but does not exceed this line P in other frequency regions.

一方、図4(b)で示されるように、測定対象物50にクラックが発生している場合には、振動板12が共振周波数f0で振動しているときに(ア)で示された測定対象物50から主波長であるピーク周波数(発振周波数Fs)の音波が発生する他、それ以外の(ウ)で示される周波数領域には複数のピーク周波数成分が現れる。このように、測定対象物50から複数のピーク周波数成分を有する音波が放射されることによって、いわゆるビビリ音と呼ばれる異音が発生することになる。このとき、図4(b)で示される音圧レベルの波形と、その波形のうち(ウ)で示される周波数領域の音圧レベルを平均したものを示す線Qとを比較すると、発振周波数Fs近傍部分が線Qを超えるのみならず、(ウ)で示される周波数領域の複数のピーク周波数成分のうち、線Qを超えるものがいくつか発生する。また、図4(b)で示されるように、線Qは、ピーク波形を有する(ウ)の周波数領域で音圧レベルが平均化されたものなので、線Pよりも高い値となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, when a crack occurs in the measurement object 50, the measurement shown in (a) when the diaphragm 12 vibrates at the resonance frequency f0. A sound wave having a peak frequency (oscillation frequency Fs), which is the main wavelength, is generated from the object 50, and a plurality of peak frequency components appear in the other frequency regions indicated by (c). In this way, when a sound wave having a plurality of peak frequency components is radiated from the measurement object 50, an abnormal sound called a chatter sound is generated. At this time, when the waveform of the sound pressure level shown in FIG. 4B is compared with the line Q showing the average of the sound pressure levels in the frequency region shown in FIG. Not only the vicinity portion exceeds the line Q, but also some of the peak frequency components in the frequency region indicated by (c) exceed the line Q. Further, as shown in FIG. 4B, the line Q has a higher value than the line P because the sound pressure level is averaged in the frequency region of (c) having a peak waveform.

音響エネルギー解析部15は、例えば、音圧レベル波形を平均化した前述の線Q(クラックが発生していない場合は線P)を演算し、この線Qを閾値として、この閾値を超えるピーク波形が、図4(b)における(ア)で示される発振周波数Fsにおけるピーク波形以外に存在すると判定した場合、測定対象物50にクラックが発生していると判定するものとすればよい。また、音響エネルギー解析部15によってFFT処理された音圧レベル波形の周波数の測定帯域を特に限定するものではないが、例えば、音検出装置14によって検出可能な5kHz〜80kHzの帯域とすればよい。   The acoustic energy analysis unit 15 calculates, for example, the above-described line Q obtained by averaging the sound pressure level waveform (line P when no crack is generated), and uses this line Q as a threshold value, and a peak waveform exceeding this threshold value. However, what is necessary is just to determine that the crack has generate | occur | produced in the measuring object 50, when it determines with existing other than the peak waveform in the oscillation frequency Fs shown by (a) in FIG.4 (b). Further, the frequency measurement band of the sound pressure level waveform subjected to the FFT processing by the acoustic energy analysis unit 15 is not particularly limited, but may be a band of 5 kHz to 80 kHz that can be detected by the sound detection device 14, for example.

以上のように、音検出装置14によって検出された音を、音響エネルギー解析部15によってFFT処理して周波数応答として解析することによって、測定対象物50におけるクラック有無を容易に判定することができる。   As described above, the sound detected by the sound detection device 14 is FFT processed by the acoustic energy analysis unit 15 and analyzed as a frequency response, whereby the presence or absence of a crack in the measurement object 50 can be easily determined.

なお、上記のように音響エネルギー解析部15による判定の閾値を、周波数の関数として示される音圧レベルを平均化した図4(b)で示される線Qとしたが、これに限定されるものではなく、音響エネルギー解析部15は、測定対象物50にクラックが発生していない場合の測定結果から、予め閾値(例えば、線P)を定めておき、この閾値に基づいて、クラックの有無を判定してもよく、あるいは、任意に定めた所定の閾値に基づいて、クラックの有無を判定するものとしてもよい。   As described above, the threshold for determination by the acoustic energy analysis unit 15 is the line Q shown in FIG. 4B in which the sound pressure level shown as a function of frequency is averaged. However, the threshold value is limited to this. Instead, the acoustic energy analysis unit 15 determines a threshold value (for example, a line P) in advance from the measurement result when no crack is generated in the measurement object 50, and determines whether or not there is a crack based on the threshold value. The determination may be made, or the presence / absence of a crack may be determined based on a predetermined threshold.

また、音響エネルギー解析部15に接続された表示装置を備えるものとしてもよく、この表示装置が、音響エネルギー解析部15によってFFT処理が実施され、周波数の関数として示された音圧レベルの波形、及び、その波形から測定対象物50におけるクラックの有無の判定結果を表示させるものとしてもよい。これによって、人間の視覚によって容易に測定対象物50におけるクラックの有無の判定結果を認識することができる。また、測定対象物50から発生する異音(ビビリ音)によって、人間の聴覚によってもある程度、クラックの有無が判定できるが、クラックによる異音(ビビリ音)が人間の聴覚では聞き取ることのできない超音波領域にある場合、この表示装置を備えることによって、音圧レベル波形とクラックの判定結果が容易に目視によって確認することができる。   Moreover, it is good also as what is equipped with the display apparatus connected to the acoustic energy analysis part 15, and this display apparatus performs the FFT process by the acoustic energy analysis part 15, and the waveform of the sound pressure level shown as a function of frequency, And it is good also as what displays the determination result of the presence or absence of the crack in the measuring object 50 from the waveform. Thereby, the determination result of the presence or absence of a crack in the measurement object 50 can be easily recognized by human vision. In addition, the presence or absence of cracks can be determined to some extent by human hearing based on the abnormal sound (billing sound) generated from the measurement object 50. When in the sound wave region, by providing this display device, the sound pressure level waveform and the crack determination result can be easily confirmed visually.

(変位量Δr2の変動に伴う音圧レベル波形の変化)
図5は、本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100における音響エネルギー解析部15によってFFT処理された音圧レベル波形の、測定対象物50の変位量Δr2の変動に伴う変化を示す図である。
図5で示される実線の音圧レベルの波形は、測定対象物50の変位量Δr2が最小値である場合のものであり、そして、破線の音圧レベルの波形は、変位量Δr2が最大値である場合のものである。図5で示されるように、変位量Δr2が最小値である場合の音圧レベルの波形も、最大値である場合の音圧レベルの波形も、その発振周波数Fsは共通であり、変位量Δr2の変動に影響を受けない。したがって、測定対象物50におけるクラックの有無の検知範囲を、図5で示されるように、例えば、変位量Δr2の変動に伴う音圧レベル波形の変化部分とは異なる周波数帯域における検知範囲cとした場合、音響エネルギー解析部15による測定対象物50におけるクラックの有無の検知動作は、変位量Δr2の変動によって影響を受けない。すなわち、音響エネルギー解析部15は、測定対象物50の変位量Δr2の変動に関わらず、クラックの有無の検知が可能となる。
(Changes in sound pressure level waveform due to fluctuations in displacement Δr2)
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the sound pressure level waveform subjected to the FFT processing by the acoustic energy analysis unit 15 in the thin plate inspection apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention, as the displacement amount Δr2 of the measurement target 50 varies. It is.
The solid-line sound pressure level waveform shown in FIG. 5 is for the case where the displacement amount Δr2 of the measurement object 50 is the minimum value, and the broken-line sound pressure level waveform is that the displacement amount Δr2 is the maximum value. Is the case. As shown in FIG. 5, the waveform of the sound pressure level when the displacement amount Δr2 is the minimum value and the waveform of the sound pressure level when the displacement amount Δr2 is the maximum value have the same oscillation frequency Fs, and the displacement amount Δr2 Unaffected by fluctuations. Therefore, as shown in FIG. 5, the detection range of the presence or absence of cracks in the measurement object 50 is, for example, a detection range c in a frequency band different from the changing portion of the sound pressure level waveform due to the variation of the displacement amount Δr2. In this case, the operation for detecting the presence or absence of a crack in the measurement object 50 by the acoustic energy analysis unit 15 is not affected by the variation of the displacement amount Δr2. That is, the acoustic energy analysis unit 15 can detect the presence or absence of a crack regardless of the variation of the displacement amount Δr2 of the measurement object 50.

(変位量Δr2の変動に伴う音圧レベル波形の平均値の変化)
図6は、本発明の実施の形態1に係る薄板検査装置100における音響エネルギー解析部15によってFFT処理された音圧レベルの平均値の、測定対象物50の変位量Δr2の変動に伴う変化を示す図である。
測定対象物50の変位量Δr2については、その形状等によってバラツキがあり、この変位量Δr2のいかなる値(すなわち最小値と最大値との間の範囲)においても、クラックを有する測定対象物50の音圧レベルの平均値は、クラックのない良品の測定対象物50の音圧レベルの平均値よりも上回っている。すなわち、測定対象物50の形状等のバラツキ等に起因して変位量Δr2が変動しても、例えば、前述の閾値を図4で示される線Pとしても、音響エネルギー解析部15によるクラックの有無の検知が可能であることがわかる。
(Change in the average value of the sound pressure level waveform accompanying the variation of the displacement amount Δr2)
FIG. 6 shows the change of the average value of the sound pressure level subjected to the FFT processing by the acoustic energy analysis unit 15 in the thin plate inspection apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention as the displacement amount Δr2 of the measurement object 50 varies. FIG.
The displacement amount Δr2 of the measurement object 50 varies depending on its shape and the like, and any value of the displacement amount Δr2 (that is, the range between the minimum value and the maximum value) of the measurement object 50 having cracks. The average value of the sound pressure level is higher than the average value of the sound pressure level of the good measurement object 50 without cracks. That is, even if the displacement amount Δr2 fluctuates due to variations in the shape or the like of the measurement object 50, for example, even if the threshold value is the line P shown in FIG. It can be seen that detection is possible.

(実施の形態1の効果)
以上の構成及び動作のように、振動板12の振動によって、測定対象物50全体に縦波を主とする均一な振動による音波を与えることができ、測定対象物50の形状及び支持手段21の設置位置に関わらず、測定対象物50のクラックの有無の検知について安定した測定が可能となる。
(Effect of Embodiment 1)
As described above, the vibration of the diaphragm 12 can give the measurement object 50 the sound wave by the uniform vibration mainly including the longitudinal wave, and the shape of the measurement object 50 and the support means 21 can be obtained. Regardless of the installation position, stable measurement is possible for detection of the presence or absence of cracks in the measurement object 50.

また、測定対象物50と錐状突起部17との接触面積を小さくし、振動板12からの超音波によって測定対象物50が振動する動作に対する支持手段21の影響を小さくすると共に、測定対象物50の振動を振動緩衝部18によって受け止めることによって、測定対象物50と支持手段21との間で生じる衝突を抑制し、測定対象物50を傷つけることなく、かつ、測定対象物50と支持手段21との接触による雑音発生の抑制が可能となる。   Further, the contact area between the measurement object 50 and the conical protrusion 17 is reduced, the influence of the support means 21 on the operation of the measurement object 50 vibrating by the ultrasonic waves from the diaphragm 12 is reduced, and the measurement object By receiving the vibration of 50 by the vibration buffer 18, the collision between the measurement object 50 and the support means 21 is suppressed, and the measurement object 50 and the support means 21 are not damaged without damaging the measurement object 50. It is possible to suppress noise generation due to contact with the.

また、音検出装置14によって検出された音を、音響エネルギー解析部15によってFFT処理して周波数応答として解析することによって、測定対象物50におけるクラック有無を容易に判定することができる。   Moreover, the sound detected by the sound detection device 14 is subjected to FFT processing by the acoustic energy analysis unit 15 and analyzed as a frequency response, whereby the presence or absence of a crack in the measurement object 50 can be easily determined.

そして、測定対象物50の形状等のバラツキによる変位量Δr2の変動に関わらず、音響エネルギー解析部15による測定対象物50のクラックの有無の検知動作が可能となる。   The acoustic energy analysis unit 15 can detect the presence or absence of cracks in the measurement object 50 regardless of variations in the displacement amount Δr2 due to variations in the shape of the measurement object 50 and the like.

なお、上記の構成のように、超音波発生部20の振動板12から超音波を測定対象物50に向けて放射するものとしたが、必ずしも超音波を用いる必要はなく、測定対象物50全体に縦波を主とする均一な振動を与えることができる音波を放射できるものとすれば、測定対象物50のクラックの有無の検知は可能である。ただし、振動板12から放射する音波を超音波とすることによって、人間の聴覚で感じ取れることはなく、使用者に不快感を与えることがない。   Although the ultrasonic wave is emitted from the diaphragm 12 of the ultrasonic wave generator 20 toward the measurement object 50 as in the above configuration, it is not always necessary to use the ultrasonic wave, and the entire measurement object 50 is used. If it is possible to radiate sound waves capable of giving uniform vibrations mainly including longitudinal waves, it is possible to detect the presence or absence of cracks in the measurement object 50. However, by making the sound wave radiated from the diaphragm 12 into an ultrasonic wave, it cannot be sensed by human hearing and the user is not uncomfortable.

10 振動部、10a 圧電素子、11 ホーン、12 振動板、13 発振部、14 音検出装置、15 音響エネルギー解析部、17 錐状突起部、18 振動緩衝部、19 設置台、20 超音波発生部、21 支持手段、22 クラック有無判断部、50 測定対象物、100 薄板検査装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibration part, 10a Piezoelectric element, 11 Horn, 12 Diaphragm, 13 Oscillation part, 14 Sound detection apparatus, 15 Acoustic energy analysis part, 17 Conical projection part, 18 Vibration buffer part, 19 Installation stand, 20 Ultrasonic wave generation part , 21 Support means, 22 Crack presence / absence determination unit, 50 measurement object, 100 Thin plate inspection device.

Claims (12)

板状の測定対象物が載置される支持部と、
前記測定対象物との間に空気層を介して、該測定対象物に向かって音波を放射し、該音波によって該測定対象物を振動させる加振部と、
前記測定対象物が振動することによって発生する音を検出し、その音情報に基づいて、前記測定対象物のクラックの有無を検知するクラック有無判断部と、
を備え、
前記加振部は、前記測定対象物の前記加振部と対向している面と略垂直方向に前記測定対象物全体を振動させる
ことを特徴とする薄板検査装置。
A support part on which a plate-like measurement object is placed;
A vibration unit that emits a sound wave toward the measurement object via an air layer between the measurement object and vibrates the measurement object by the sound wave;
Detecting a sound generated when the measurement object vibrates, and based on the sound information, detects the presence or absence of a crack in the measurement object;
With
The said vibration part vibrates the said whole measurement object in a substantially perpendicular direction with the surface facing the said vibration part of the said measurement object. The thin plate inspection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記加振部は、前記測定対象物に対向し、振動することによって前記測定対象物に向かって音波を放射する振動板と、圧電素子を有し、該圧電素子の振動を前記振動板に伝播させる振動部と、前記圧電素子にパルス電圧を印加して該圧電素子を振動させる発振部と、を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の薄板検査装置。
The excitation unit has a diaphragm that radiates sound waves toward the measurement object by facing the measurement object and vibrating, and a piezoelectric element, and the vibration of the piezoelectric element is propagated to the vibration plate. The thin plate inspection apparatus according to claim 1, further comprising: an oscillating unit that causes the piezoelectric element to vibrate by applying a pulse voltage to the piezoelectric element.
前記振動板と前記振動部との間に設置され、前記振動部から前記振動板に向かって徐々に径が小さくなる円錐台形状に形成されたホーンを備え、
該ホーンは、前記振動部から発生する振動を増幅させて、該振動を前記振動板に伝播させる
ことを特徴とする請求項2記載の薄板検査装置。
It is installed between the diaphragm and the vibration part, and includes a horn formed in a truncated cone shape whose diameter gradually decreases from the vibration part toward the diaphragm,
The thin plate inspection apparatus according to claim 2, wherein the horn amplifies the vibration generated from the vibration section and propagates the vibration to the diaphragm.
前記振動板の板面積は、前記測定対象物の板面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の薄板検査装置。
The plate inspection apparatus according to claim 2 or 3, wherein a plate area of the diaphragm is larger than a plate area of the measurement object.
前記振動板は、放射する音波によって該振動板と前記測定対象物との間の空気層において生成される気圧が高い部分及び低い部分のうち、気圧が高い部分が前記測定対象物の前記振動板に対向する面側近傍に位置するように音波を放射する
ことを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
The diaphragm is a diaphragm having a high atmospheric pressure among a portion having a high atmospheric pressure and a portion having a low atmospheric pressure generated in an air layer between the diaphragm and the measurement object by radiated sound waves. The thin plate inspection apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the sound wave is radiated so as to be positioned in a vicinity of a surface side facing the surface.
前記振動板が放射する音波は、15kHz以上45kHz以下の超音波である
ことを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
The thin plate inspection apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein the sound wave radiated by the vibration plate is an ultrasonic wave of 15 kHz to 45 kHz.
前記支持部は、弾性体によって支持された先端が錐状の複数の突起部を備え、
前記測定対象物は、前記突起部に載置される
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
The support portion includes a plurality of protrusions having cone-shaped tips supported by an elastic body,
The thin plate inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the measurement object is placed on the protrusion.
前記クラック有無判断部は、前記測定対象物からの前記音情報に対して、FFT処理を実施して前記音情報の音圧レベルを周波数の関数である音圧レベル波形に変換し、所定の閾値と前記音圧レベル波形における音圧レベルの大きさとを比較することによって、前記測定対象物のクラックの有無を検知する
ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
The crack presence / absence determining unit performs an FFT process on the sound information from the measurement object to convert a sound pressure level of the sound information into a sound pressure level waveform that is a function of frequency, and a predetermined threshold value The presence or absence of the crack of the said measuring object is detected by comparing the magnitude | size of the sound pressure level in the said sound pressure level waveform and the said sound pressure level waveform. Thin plate inspection device.
前記クラック有無判断部は、前記測定対象物の前記音圧レベル波形のうち発振周波数に相当するピーク波形部分を除いた波形部分において、音圧レベルの平均値を算出し、該平均値を前記閾値とする
ことを特徴とする請求項8記載の薄板検査装置。
The crack presence / absence determining unit calculates an average value of sound pressure levels in a waveform portion excluding a peak waveform portion corresponding to an oscillation frequency in the sound pressure level waveform of the measurement object, and calculates the average value as the threshold value. The thin plate inspection apparatus according to claim 8, wherein:
前記クラック有無判断部は、前記測定対象物の前記音圧レベル波形のうち、発振周波数に相当するピーク波形部分を除いた波形部分において、前記閾値より大きい音圧レベルが存在する場合、前記測定対象物においてクラックがあると判定する
ことを特徴とする請求項8又は請求項9記載の薄板検査装置。
The crack presence / absence determination unit is configured to measure the measurement target when a sound pressure level greater than the threshold exists in a waveform portion excluding a peak waveform portion corresponding to an oscillation frequency in the sound pressure level waveform of the measurement target. The thin plate inspection apparatus according to claim 8 or 9, wherein it is determined that there is a crack in an object.
前記クラック有無判断部は、前記測定対象物の前記音圧レベル波形のうち、該測定対象物の変位量の変動に伴って該音圧レベル波形形状が変化する発振周波数近傍の波形部分に対応する周波数領域を除いた周波数領域において、前記閾値に基づいて前記測定対象物のクラックの有無を検知する
ことを特徴とする請求項8又は請求項9記載の薄板検査装置。
The crack presence / absence determination unit corresponds to a waveform portion in the vicinity of an oscillation frequency in which the sound pressure level waveform shape changes in accordance with a change in a displacement amount of the measurement object in the sound pressure level waveform of the measurement object. The thin plate inspection apparatus according to claim 8 or 9, wherein presence or absence of a crack of the measurement object is detected based on the threshold value in a frequency domain excluding the frequency domain.
前記クラック有無判断部によってもとめられた前記測定対象物の前記音圧レベル波形、及び、該測定対象物のクラックの有無の検知結果を表示する表示装置を備えた
ことを特徴とする請求項8〜請求項11のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
The display device for displaying the sound pressure level waveform of the measurement object determined by the crack presence / absence determination unit and the detection result of the presence / absence of cracks of the measurement object is provided. The thin plate inspection apparatus according to claim 11.
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