JP2544445B2 - 過渡的ホログラフイ―表示分析方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ホログラフィー分析による非破壊試験に
関する。

［従来の技術］ 振動する物体の表面変化の研究にホログラム干渉法を
使用する技術として、時間平均ホログラフィーがある。
この技術は、コヒーレントな光線と、この光線によって
照らされた振動する物体からの反射光とによって生じる
干渉縞を写真乾板に記録する技術に関するものである。
米国特許第3,645,129号及び第4,408,881号には、二つの
部材の接着接合部の欠陥を時間平均ホログラフィーによ
って検査する非破壊試験方法が開示されている。これら
の方法は、部材を振動させながら接合部のホログラムを
形成する。この部材の接合部に不均一な接合、つまり、
不連続な接合部分が存在していると、二つの接合部材
は、各々独立して振動することとなり、ホログラムに多
数の干渉縞が形成され、コントラストをなして現れる。
この分析方法は接着接合部を有する製品の品質管理にお
いて、特に有用な非破壊試験として注目されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した方法の適用においては信頼性
に関する問題がある。それは、ホログラムを介して認識
される試料の内部欠陥が、接着接合の不均一に起因する
ものか、あるいは他の原因によるもかの区別が困難なこ
とである。その結果、従来の方法においては、相当数の
誤った判断を行っていた。したがって、この発明は、部
材間の接着接合部における接着の不均一に起因する内部
欠陥を、他の欠陥と容易に識別可能であり、かつ、信頼
性の高い非破壊試験方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記した課題を解決する手段として、この発明によれ
ば、基準欠陥をホログラムを介して視覚的に認識可能と
するとともにこの欠陥を明確に定義する第１の加振エネ
ルギーレベルにおいて基準欠陥を有する基準試料の第１
基準ホログラムを形成し、第１加振エネルギーレベルに
おいて試料の第１試料ホログラムを形成し、この第１試
料ホログラムにおいて試料の欠陥の有無を検査し、第１
加振エネルギーレベルよりも低い第２加振エネルギーレ
ベルにおいてさらに基準欠陥を表示する基準試料の第２
基準ホログラムを形成し、第１試料ホログラムが試料の
欠陥を示す場合には第２加振エネルギーレベルにおいて
試料の第２試料ホログラムを形成し、各試料ホログラム
と各基準ホログラムとを比較することにより欠陥表示の
相異を分析し、試料の構造及び材質上の特性に応じて欠
陥を評価する過渡的ホログラフィー表示分析方法が提供
される。

また、この発明の他の方法によれば、基準欠陥がホログ
ラムを介して明確なコントラストをもって視覚的に定義
される加振エネルギーレベルにおいて基準欠陥を有する
基準試料の基準ホログラムを形成し、加振エネルギーレ
ベルにおいて試料の試料ホログラムを形成し、この試料
ホログラムにおいて試料の欠陥の有無を検査する過渡的
ホログラフィー分析方法において、加振エネルギーレベ
ルと異なる複数の加振エネルギーレベルにおいてさらに
基準欠陥を表示する基準試料の複数の基準ホログラムを
形成し、試料ホログラムが試料の欠陥を示す場合には複
数の加振エネルギーレベルに相当するレベルにおいて試
料の複数のホログラムを形成し、試料の各ホログラムと
各基準ホログラムとを比較することにより欠陥表示の相
異を分析し、この分析結果に基づいて試料の構造及び材
質上の特性に応じた欠陥を評価する過渡的ホログラフィ
ー表示分析方法が提供される。

［作用］ 基準試料内の欠陥をホログラム上で視覚的に明確に認
識可能とする基準的な基準ホログラムが形成されると、
試料の分析を開始することができる。この試料のホログ
ラムは、第１の加振エネルギーレベルにおいて形成する
とともに、そのホログラムを分析して試料内の欠陥の有
無を判断する。欠陥表示が存在しない場合には、さらに
検査する必要はないが、第１エネルギーレベルにおいて
試料の欠陥を示す表示がホログラム上に現れた場合に
は、試料の第２ホログラムを第２エネルギーレベルにお
いて形成する。次に、その形成したホログラムを相互に
比較して表示状態の過渡的特性を分析する。特に、この
表示の幾何学形状及び表示強度に基づいて試料欠陥を評
価する。

［実施例］ この発明に係るホラグラフィー分析方法は、大量生産
型生産工程の品質管理において有用なものである。以下
に述べる好適実施例において示す既知の欠陥を有した基
準試料は、少なくとも二つの基準ホログラムの形成に使
用され、その欠陥は、各々独自の特徴を示す。第１基準
ホログラムは、基準試料に対して振動を発生させる加振
エネルギーを与えて、従来のホログラム分析方法により
形成する。この加振エネルギーは、例えば、圧電シェー
カ等を用いて与えることができる。加振エネルギーレベ
ルとそれによって基準試料に与える加振強度は情況に応
じて変化するものであり、試料及び試験機の種類に応じ
て実験に基づき決定する必要がある。この加振力は、非
接合部分を振動させるものであるが、試料の共振モード
へわずかな振幅を与えることにより接合部分の欠陥が最
大限明瞭に表示されるように設定するのが好ましい。第
１のエネルギーレベルは、ホログラム上に強いコントラ
ストをもって鮮明に現れるとともに欠陥状態を表示する
際に基準となる表示（以下、基準欠陥表示とする）を明
確に定義できるように選定される。この強いコントラス
トをなす基準欠陥表示のエネルギーレベルは、一度発見
して明確に定義を行えば、この発明に係る分析が可能と
なる。

この発明によれば、少なくとも２つの、好ましくは、
３つ若しくはそれ以上の基準ホログラムを形成すること
が望ましい。基準試料の第２基準ホログラムは、第１加
振エネルギーレベルよりも低い第２加振エネルギーレベ
ルにおいて形成する。この第２加振エネルギーレベル
は、ホログラムにおいて欠陥表示がかろうじて視覚上認
識できる程度に選定される。その方法としては、例え
ば、欠陥表示が消失するまで加振エネルギーレベルをイ
ンクリメンタルに減少させ、次に、表示部が背景に対し
てコントラストをなして視覚的に認識されるまで加振エ
ネルギーレベルをわずかに増加させることにより系統的
に決定することが望ましい。この視覚的にかろうじて認
識できる加振エネルギーレベルは、最適な第２加振エネ
ルギーレベルに相当するものである。

各々異なった加振エネルギーレベルにおいて、３つの
ホログラムを形成することが望まれる。欠陥表示特性の
変化においては、形状、サイズ、輪郭部の鮮明度と表示
コントラスト等が重要なものであり、特に、加振エネル
ギーの作用としてこれらの関係を表すために、複数のホ
ログラムを加振エネルギーレベルのスペクトラムにわた
って形成することが望ましく、この特徴のホログラムに
は、特有の欠陥状態を特徴づける相互関係が認められ
る。

個々の欠陥状態の特徴の分析に必要とする十分な情報
を得るためには、試料及びその欠陥状態にの個々の特性
に応じてホログラム数を決定する必要がある。例えば、
２以上の加振エネルギーレベルにおいてホログラムを形
成した場合、著しいバックグラウンドノイズに起因して
表示コントラストの低下をもたらす加振エネルギーレベ
ルより低いレベルの第１の加振エネルギーレベルよりは
高いレベルの加振エネルギーにおいて、第３のホログラ
ムを形成するのが好ましい。この第３の加振エネルギー
レベルは、第２加振エネルギーレベルの決定と同様な方
法によって求めることができる。第３の加振エネルギー
レベルは、例えば、著しいバックグラウンドノイズに起
因するコントラストの低下により表示部の識別状態が低
下するエネルギーレベルまで、第１エネルギーレベルか
らへインクリメンタルに変化させ、その結果に基づいて
系統的に決定することが好ましい。その好適な第３エネ
ルギーレベルは、そのバックグラウンドノイズを発生さ
せるエネルギーレベルのまさにすぐ下位レベルに相当す
るものと思われる。

基準ホログラムが形成されると、試料の分析を開始す
ることができる。この試料のホログラムは、第１の加振
エネルギーレベルにおいて形成するとともに、そのホロ
グラムを検査して試料内の欠陥の有無を判断する。欠陥
表示がないことが明らかな場合にはさらに検査する必要
はない。第１エネルギーレベルにおいて試料の欠陥を示
す表示がホログラム上に現れた場合には、試料の第２ホ
ログラムを第２エネルギーレベルにおいて形成する。互
いに相異する複数の加振エネルギーレベルに対応した基
準ホログラムを得ることができる場合には、基準ホログ
ラムの加振エネルギーレベルに一致するエネルギーレベ
ルにおいて複数の試料のホログラムを形成することもで
きる。

そのようにして形成したホログラムを相互に比較して
表示状態の過渡的特性を評価する。この表示の基本的特
徴は、幾何学的形状及び表示強度であり、表示部の形状
及びその表示強度の変化、特に表示部輪郭の鮮明度と同
様に加振エネルギーの変化に対応した表示部の変化率に
関しても分析を行い、欠陥の表示原因となり得るものを
決定する。つまり、加振エネルギーレベルの変化に対応
した基準試料のホログラム内の表示変化に対し、加振エ
ネルギーレベルの変化による試料のホログラムの表示変
化を比較することによって原因を決定することができ
る。

例えば、従来のホログラフィー分析方法によって接着
接合された金属繊維の摩擦シール部を分析する場合にお
いては、多孔性繊維金属材料の密度の変動に関する表示
に対し接着接合部における不均一な接合、つまり、接合
部の不連続性に関する表示の容易な識別が困難なホログ
ラムが形成されていた。密度の相異は、品質管理面にお
いては容認できるためその区別を行うことは重要である
が、均一に接合されていない不連続な接合状態は容認で
きるものではない。この発明による分析方法において
は、非接合部を示す表示強度は、加振エネルギーレベル
の減少に伴った密度の相異を示す表示強度の減少より、
加振エネルギーレベルの減少に伴って緩やかに減少す
る。この非接合部を示す表示は、密度の相違を示す表示
が識別可能な状態を維持するエネルギーレベルより低い
レベルにおいて識別することが可能である。非接合状態
を示す表示の大きさは、一般的には不変であるが、密度
の相違を示す表示は、一般的に加振エネルギーレベルの
変化とともに、その大きさに関し比較的著しい変化をす
る。不均一な接着接合部の不連続性を示す表示部の輪郭
の鮮明度は密度の差異を示す表示部の輪郭の鮮明度よ
り、加振エネルギーレベルの変化に伴いさらに明確にな
る。密度の差異を示す表示部の輪郭は、高加振エネルギ
ーレベルでさえも一般には不明瞭である。

被試験繊維金属のホログラムと基準繊維金属シールの
ホログラムとの相違を分析すると、非接合部を示す表示
を密度の相違を示す表示からの区別が可能である。つま
り、従来方法においては合格水準にある良品を不良と判
断していまう危険性が高かったが、この発明に係る方法
を適用することによって、より正確な判断が可能となり
検査ミスを著しく低減させることができる。したがっ
て、品質管理面の信頼性をより一層向上させることが可
能となる。

ホログラムがデジタル化されるとともに、試料の欠陥
表示が特定の試料欠陥に対して相互に関連する過渡的表
示作用のライブラリと比較する自動化分析方法がこの発
明が改善した点である。特定の表示強度の比較及びその
表現に限定されるものではないが、その比較方法は、表
示部の大きさ及びその形状の変化及びその程度を比較す
るものである。

次にこの発明による化例について説明する。

タービンエンジン用の繊維金属摩耗シールの接着接合
部に関し、この発明に係る分析方法に従って分析を行っ
た。基準摩耗シールのホログラムは、第1A図、1B図及び
1C図において示すものである。この基準摩耗シールは、
接合部において既知の非接合部を有していた。分析する
摩耗シールのホログラムは、第2A図、第2B図及び2C図に
示すものである。第1B図及び第2B図は、第１加振エネル
ギーレベルにおけるホログラムの発生を示しており、基
準試料の非接合部表示は、第1B図のコントラストが鮮明
に現れている範囲において視覚的に認識することができ
る。第2B図に示すコントラスト領域は、試料の非接合部
表示と見ることができる。第1C図及び第2C図は、第２エ
ネルギーレベルにおけるホログラムを示す。この例にお
いては、第２エネルギーレベルは、第１エネルギーレベ
ルよりスケール上で40％低くなっている。基準ホログラ
ムにおける非接合表示は視覚的に残存し、この低いエネ
ルギーレベルにおいて、視覚的に鮮明に表れているが、
第2C図に示す試料のホログラムにおいては非接合表示は
表れていない。

第1A図及び第2A図は、第３エネルギーレベルにおける
ホログラムを示している。この例においては、第３エネ
ルギーレベルは、第１加振エネルギーレベルよりスケー
ル上で40％高くなっている。基準試料における非接合部
のみならずその背後の表示においても、第1B図に示すホ
ログラムより強く、表示部とその背後のコントラスト
は、第1B図においては低下している。第2A図に示す試験
試料のホログラムにおける表示強度は増加しているが、
輪郭は不鮮明になっている。

基準試料における非接合部表示強度、輪郭部分の鮮明
度、形状、サイズの変化率は、加振エネルギーにおける
同様の変化としては試料のそれより小さい。

低加振エネルギーレベルにおいて、試料のホログラム
表示が消失すると、高エネルギーレベルにおいては境界
線が不鮮明になり、試料のホログラム表示におけるサイ
ズ、形状、輪郭部の鮮明度及び強度が加振エネルギーレ
ベルにおける変化に対して基準試料のホログラムにおけ
る非接合表示より急速に変化すると、試料のホログラム
表示は、非接合部とは無関係であることを意味する。こ
の分析に基づいて、試料は、非接合部がないと測定し
た。この結論は、試料の破壊試験を行うことによって確
認された。

時間平均ホログラフィー及び接着接合部の分析技術に
関する最適方法を開示したが、この発明は、上述した技
術分野に限られるものではなく、接合部欠陥以外の検査
及びホログラフィー干渉計に関するいかなる技術にも適
用することができる。例えば、積層構造における積層部
の欠陥等の検出にも適用することができる。

［発明の効果］ この発明の特有の効果としては、部材の内部欠陥を示
す表示をその欠陥の原因に応じて分類することができ
る。したがって、この発明による分析方法は品質管理に
おける非破壊試験として特に有用なものであり、ホログ
ラムの表示から欠陥の原因を認識できるため、従来のホ
ログラムによる検査技術より信頼性をより一層向上させ
ることが可能となる。特にこの方法によれば、合格水準
になる良品を不良と判断してしまう危険性が著しく低減
することとなる。

【図面の簡単な説明】

第1A図は、高加振エネルギーレベルにおける基準試料の
ホログラム、第1B図は、最適加振エネルギーレベルにお
ける基準試料のホログラム、第1C図は、低加振エネルギ
ーレベルにおける基準試料のホログラム、第2A図は、高
加振エネルギーレベルにおける試料のホログラム、第2B
図は、最適加振エネルギーレベルにおける試料のホログ
ラム、第2C図は、低加振エネルギーレベルにおける試料
のホログラムである。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準欠陥をホログラムを介して視覚的に認
   識可能とするとともに該欠陥を明確に定義する第１の加
   振エネルギーレベルにおいて前記基準欠陥を有する基準
   試料の第１基準ホログラムを形成し、前記第１加振エネ
   ルギーレベルにおいて試料の第１試料ホログラムを形成
   し、該第１試料ホログラムにおいて前記試料の欠陥の有
   無を検査し、前記第１加振エネルギーレベルよりも低い
   第２加振エネルギーレベルにおいてさらに基準欠陥を表
   示する基準試料の第２基準ホログラムを形成し、前記第
   １試料ホログラムが前記試料の欠陥を示す場合には前記
   第２加振エネルギーレベルにおいて前記試料の第２試料
   ホログラムを形成し、前記各試料ホログラムと前記各基
   準ホログラムとを比較することにより欠陥表示の相異を
   分析し、前記試料の構造及び材質上の特性に応じて欠陥
   を評価する過渡的ホログラフィー表示分析方法。
2. 【請求項２】前記欠陥表示の相異の分析は、前記各試料
   ホログラムと前記各基準ホログラムにおける欠陥表示の
   形状、大きさ、輪郭の鮮明度又はコントラストの変化に
   関し、前記試料ホログラム間の変化率を前記基準ホログ
   ラム間の変化率と比較して行うことを特徴とする請求項
   第１項記載の過渡的ホログラフィー表示分析方法。
3. 【請求項３】基準欠陥がホログラムを介して明確なコン
   トラストをもって視覚的に定義される加振エネルギーレ
   ベルにおいて前記基準欠陥を有する基準試料の基準ホロ
   グラムを形成し、前記加振エネルギーレベルにおいて試
   料の試料ホログラムを形成し、該試料ホログラムにおい
   て前記試料の欠陥の有無を検査する過渡的ホログラフィ
   ー分析方法において、前記加振エネルギーレベルと異な
   る複数の加振エネルギーレベルにおいてさらに基準欠陥
   を表示する基準試料の複数の基準ホログラムを形成し、
   前記試料ホログラムが前記試料の欠陥を示す場合には前
   記複数の加振エネルギーレベルに相当するレベルにおい
   て前記試料の複数のホログラムを形成し、前記試料の各
   ホログラムと前記各基準ホログラムとを比較することに
   より欠陥表示の相異を分析し、該分析結果に基づいて前
   記試料の構造及び材質上の特性に応じた欠陥を評価する
   過渡的ホログラフィー表示分析方法。