JP3027337B2 - 変形対象物の非破壊的検査方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変形対象物の非破
壊的検査方法およびその装置に係わり、特に、その電子
スペックル−パターン干渉に基づく方法およびその装置
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、この技術において知られている手
法は、変形対象物の機械的ふるまいと変位ベクトル場の
時間的変化を、塑性変形波（Ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ ｗａｖｅ）の形状をモニターすること
によって解析するものである。対象物に生じる変位はス
ペックルフォトグラフィーを使って測定され、歪みテン
ソル成分（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｔｅｎｓｏｒ ｃｏ
ｍｐｏｎｅｎｔｓ）のような機械的パラメターや変位ベ
クトルの速度が、測定された変位データによって計算さ
れて、最近開発された塑性変形理論の観点から決定され
る。対象物の機械的ふるまいを解析するためのこうした
技術は、ＰＣＴ／ＪＰ９３／０１４２４に詳しく記述さ
れている。上記の塑性変形理論については、たとえば、
「塑性変形および破壊の構造レベル，Ｖ．Ｅ．Ｐａｎｉ
ｎ，ｅｔ，ａｌ．，Ｎｏｖｏｓｉｂｉｒｓｋ，Ｎａｕｋ
ａ，１９９０」に記述されている。

【０００３】上記技術の最も重要な強みは、一定の外的
な負荷を加えた条件で材料に生じるであろう破壊の位置
を予測できることにある。しかし、変位データを評価す
るプロセスに含まれるスペックルフォトグラフィックの
手順には大変な時間の消費を伴い、これが欠点となって
いる。この欠点を解決するために、我々は電子スペック
ル−パターン干渉計（ＥＳＰＩ）を用いる新たな方法を
発明した。

【０００４】この方法では、光学系を再配置しなくて
も、対象物表面の変位データを連続して抽出することが
可能である。この方法の詳細は、「電子スペックル−パ
ターン干渉計の変形解析，吉田他、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒ，ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．７，ｐ．７５５，Ａｐ
ｒｉｌ １，１９９５」に記述されている。この方法
は、新たな理論である前述の塑性変形理論を用いて、破
壊の位置を予測するのに必要な変位データを評価するの
にかかる時間を低減するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＥＳＰ
Ｉを用いた新たな方法である上記した位相抽出法に基づ
く技術は、材料の解析に必要な歪みテンソル成分や、他
の機械的パラメターの計算を必要とする。コンピュータ
を用いて迅速に計算できるにしても、やはり時間がかか
るとともに、膨大なメモリーが必要となる。ゆえに、リ
アルタイムに対象物の機械的状態をモニターすることは
容易ではない。

【０００６】上記の欠点を考慮に入れて、本発明は、Ｅ
ＳＰＩを用いて、数値的計算をせずに、微小な亀裂が現
れる前に破壊の位置を予測するための、新規かつ改良さ
れた方法およびその装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による方法および
装置例によると、上記した問題点は平面内において感知
する２次元ダブルビームＥＳＰＩ（ｉｎ−ｐｌａｎｅ
ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｄｏｕｂｌｅ ｂｅａｍ ＥＳＰＩ）の減算モードによ
って得られる縞パターン上に現れる特定のパターンをモ
ニターすることによって解決できる。

【０００８】ここで、２次元ＥＳＰＩとは、水平に感知
する１組の干渉光路と垂直に感知する１組の干渉光路と
を有するダブルビームＥＳＰＩを意味する。また、ここ
で言う特定のパターンとは、減算による干渉縞パターン
において観察される明るい帯である。この帯は一見、減
算による縞パターンにおける高輝度のピークと同様に見
えるが、近接する縞よりも、より高い輝度と、より明確
な境界と、より広い帯幅を持つというように、明らかな
違いがある。

【０００９】白黒のテレビモニターのスクリーンで観察
する場合、その高い輝度のために帯は近接する縞と比較
して、より白く見える。そうした理由から、以後この帯
を白帯と呼ぶ。白帯の両端における干渉縞パターンは、
しばしば全く異なることがある。材料がその塑性領域に
入った時、白帯が現れる。言い換えれば、弾性領域では
白帯は現れない。単一の減算縞において、２つ以上の白
帯が現れることもある。時間が経過した時、あるいは変
形が進行した時に、白帯は材料表面に沿ってダイナミッ
クに移動し、しばしば消滅する。

【００１０】しかし、同時に取り込まれた１組の垂直縞
パターンと水平縞パターンにおいて、白帯が両方のパタ
ーンに現れる場合、常に同じ位置に現れる（特に変形の
初期段階では、白帯はどちらか一方のパターンにのみ現
れる場合がある）。材料が破壊に近づくと、対象物表面
の白帯のダイナミックな移動領域が小さくなり、最終段
階で材料が破壊寸前になると、白帯は材料が最終的に破
壊する場所に留まる。このように、白帯の動きをモニタ
ーすることにより、破壊の位置とタイミングを予測する
ことが可能である。

【００１１】言い換えれば、白帯の形状と位置に着目
し、（ｉ）初期段階で、白帯は引っ張りの負荷方向に対
して４５度に近い角度で対象物を横切り、（ii）材料が
その破壊に近づくにつれて、単一の縞パターンに観察さ
れる白帯の数が減って、最終的には１つになり、対象物
上の白帯の時間的変化の振幅が減少し、材料の破壊部位
に集束する。そして、白帯は材料が最終的に破壊する線
に沿って走る。

【００１２】本発明は、上記目的を達成するために、本
発明の第１の着目点として、変形対象物の非破壊的検査
方法は以下のステップから成る。すなわち、変形対象物
に対して共通の入射角度で入射する１組の垂直な干渉計
を構成するレーザビームによって照射される前記対象物
のスペックル像Ｉｂｆ，ｖｅｒを、与えられた時間Ｔに
おいてＣＣＤカメラに取り込む第１のステップと、前記
変形対象物に対して共通の入射角度で入射する１組の水
平な干渉計を構成するレーザビームによって照射される
前記変形変形対象物のスペックル像Ｉｂｆ，ｈｏｒを、
前記Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り込まれた後、最小時間の遅れ
ΔτでＣＣＤカメラに取り込み、前記時間の遅れΔτを
できるだけ小さくする第２のステップと、前記変形対象
物に対して共通の入射角度で入射する１組の垂直な干渉
計を構成するレーザビームによって照射される前記変形
対象物のスペックル像Ｉａｆ，ｖｅｒを、前記Ｉｂｆ，
ｖｅｒが取り込まれた後、予め設定された時間間隔Δｔ
の範囲内で前記ＣＣＤカメラに取り込む第３のステップ
と、前記変形対象物に対して共通の入射角度で入射する
１組の水平な干渉計を構成するレーザビームによって照
射される前記変形対象物のスペックル像Ｉａｆ，ｈｏｒ
を、前記Ｉａｆ，ｖｅｒが取り込まれた後、前記時間の
遅れΔτの範囲内で前記ＣＣＤカメラに取り込む第４の
ステップと、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒからＩａｆ，ｖｅｒ
を、あるいは前記Ｉａｆ，ｖｅｒからＩｂｆ，ｖｅｒを
減算することによって減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒ
を得て、前記Ｉｂｆ，ｈｏｒからＩａｆ，ｈｏｒを、あ
るいは前記Ｉａｆ，ｈｏｒからＩｂｆ，ｈｏｒを減算す
ることによって減算縞パターンＩｓｕｂ，ｈｏｒを得る
第５のステップと、前記減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅ
ｒおよびＩｓｕｂ，ｈｏｒにおいて１つ以上の白帯が存
在するかどうかを判定するために、前記減算縞パターン
Ｉｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈｏｒを検査する第
６のステップと、前記減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒ
およびＩｓｕｂ，ｈｏｒにおける前記白帯の位置を探査
し、もし白帯が存在すれば、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り
込まれる前記時間Ｔと同時に、その探査位置を記憶し、
もし２つ以上の白帯が存在すれば、すべての白帯の位置
を探査し、前記時間Ｔと同時にすべての白帯の探査位置
と白帯の数を記憶する第７のステップと、白帯の前記位
置の時間的変化を示すグラフを得て、白帯のパラメター
と、前記位置の前記時間的変化の特定の性質の両方ある
いはどちらかに従って、起こりうる破壊位置および破壊
のタイミングを予測することにより、前記変形対象物の
機械的状態を診断する第８のステップと、予め設定され
た時間間隔ΔＴで、前記第１のステップから第８のステ
ップまでを反復する第９のステップが与えられる。

【００１３】上記方法において、前記第２および第４の
ステップで用いた時間の遅れΔτを、前記垂直な干渉計
を前記水平な干渉計に切り換えるのに必要なできるだけ
小さな設定値に設定することによって、検査の正確性を
向上することが可能である。また、前記第３のステップ
で用いた時間間隔Δｔを、前記第２および第４のステッ
プで用いた時間の遅れΔτと比較して十分に大きく、そ
れと同時に適切な縞間隔を持つ減算縞パターンを適切に
形成できるように設定することによって、検査の正確性
を向上させることが可能である。

【００１４】また、前記レーザビームの波長および前記
対象物への前記入射角度を、前記縞パターンの質が前記
設定された時間間隔ΔｔおよびΔＴにおいて適切となる
ように調整することよって、検査の正確性を向上させる
ことが可能である。また、白帯の負荷方向に対する角度
と、単一の縞パターンに見られる白帯の数を、前記第８
のステップで行った診断に用いる白帯のパラメターとし
て用いることが可能である。

【００１５】また、前記第７のステップで探査した白帯
の前記位置を、前記第１のステップから第４のステップ
で用いた前記ＣＣＤカメラのピクセル数により表現され
る白帯の重心によって、あるいは前記変形対象物上の白
帯の前記重心の相対的位置を示し得る他の尺度によって
特徴付けることが可能である。同一の縞パターンで探査
されるすべての白帯の位置をＩｂｆ，ｖｅｒが記憶され
る時間Ｔと同時に記憶することは効率的である。

【００１６】また、白帯の前記位置を前記第７のステッ
プで記憶した前記時間Ｔの関数としてプロットしていく
ことによって、白帯位置の前記時間的変化グラフを作成
することが可能である。また、前記第８のステップで得
た白帯の前記時間的変化グラフを特徴付ける特定の性質
として、グラフの振幅とグラフが集束する縦座標値を用
いることが可能である。

【００１７】また、前記第８のステップで行った前記診
断の基準として、前記第５のステップで得た前記減算縞
パターンに白帯が存在するか否かということを用いるこ
とが可能である。また、前記第８のステップで行った前
記診断の基準として、白帯の前記角度が負荷方向に対し
て約４５度であるか否かということを用いることが可能
である。

【００１８】また、前記第８のステップで行った前記診
断の基準として、単一の減算縞パターンにおいて探査さ
れた白帯の数を用いることが可能である。また、前記第
８のステップで行った前記診断の基準として、前記第８
のステップで得た白帯位置の前記時間的変化を示すグラ
フの振幅が現在大きいか否か、あるいは言い換えれば、
白帯位置の前記時間的変化を示すグラフが集束している
ように見えるか否か、あるいはさらに白帯（複数を含
む）が対象物表面上をダイナミックに移動しているか否
かということを用いることが可能である。

【００１９】また、前記第８のステップで行った前記診
断の基準として、白帯位置の前記グラフが集束しかけて
いる場合、前記グラフが集束する位置を用いることが可
能である。また、前記第９のステップで用いた前記設定
された時間間隔ΔＴを、白帯位置の前記グラフが前記第
８のステップで行った前記診断において適切となるよう
に選択することによって、検査の正確性を向上すること
が可能である。

【００２０】前記第１のステップから第４のステップで
行った手順に関し、前記水平干渉設定と前記垂直干渉設
定を互いに入れ替えることが可能である。本発明の第２
の着目点として、変形対象物の機械的状態を調べるため
の方法は以下の方法から成る。すなわち、変形対象物の
変形の間に２つの異なる時間ＴとＴ＋Δｔにおいて取り
込まれる２つのスペックル像の加算、または減算によっ
て得られる光干渉縞パターンを検査し、前記変形によっ
て生じ、干渉効果により形成される白帯が前記干渉縞パ
ターン上に１つ以上存在するか否かを判断する第１のス
テップと、前記白帯を特徴付けるパラメターを得る第２
のステップと、前記縞パターンにおいて前記白帯の位置
を探査し、もし白帯が存在すれば、前記変形対象物の前
記スペックル像が前記第１のステップで取り込まれる前
記時間Ｔと同時に白帯の探査位置を記憶し、もし２つ以
上の白帯が存在すれば、すべての白帯の位置が探査され
て、前記時間Ｔと同時にすべての白帯の探査位置と白帯
の数を記憶する第３のステップと、白帯の前記位置の時
間的変化を示すグラフを得て、白帯のパラメターと、前
記位置の前記時間的変化の特定の性質の両方あるいはど
ちらかに従って、起こりうる破壊位置および破壊のタイ
ミングを予測することにより、前記変形対象物の機械的
状態を診断する第４のステップと、予め設定された時間
間隔ΔＴで、前記第１のステップから第４のステップま
でを反復する第５のステップが与えられる。

【００２１】変形対象物の機械的状態を調べるための上
記方法において、白帯の負荷方向に対する角度と、単一
の縞パターンに見られる白帯の数を、前記白帯を特徴付
けるパラメターとして用いることが可能である。また、
前記第３のステップで探査された白帯の位置を特徴付け
るために、重心を用いることが可能であり、前記重心
は、前記変形対象物表面上におけるその相対的位置を示
しうる尺度によって表現することができる。

【００２２】また、白帯の前記位置を前記第３のステッ
プで記憶した前記時間Ｔの関数としてプロットしていく
ことによって、白帯位置の前記時間的変化を描くことが
可能である。また、前記第４のステップで得た前記グラ
フを特徴付けるために、前記グラフの振幅と、前記グラ
フが集束する縦座標値を用いることが可能である。ま
た、前記第４のステップで行った前記診断の基準とし
て、前記第１のステップで検査した前記干渉縞パターン
に白帯が存在するか否か、白帯の前記角度が負荷の方向
に対して約４５度であるか否か、単一の減算縞パターン
において探査された白帯の数のうちのすべて、あるいは
いずれかを用いることが可能である。

【００２３】また、前記第４のステップで行った前記診
断の基準として、前記第４のステップで得た白帯位置の
前記時間的変化を示すグラフの振幅が現在大きいか否
か、あるいは言い換えれば、白帯位置の前記時間的変化
を示すグラフが集束しているように見えるか否か、ある
いはさらに白帯（複数を含む）が変形対象物表面上をダ
イナミックに移動しているか否かということを用いるこ
とが可能である。

【００２４】また、前記第４ステップで行った前記診断
の基準として、白帯位置の前記グラフが集束しかけてい
る場合、前記グラフが集束する位置を用いることが可能
である。さらに、本発明の第３の着目点として、変形対
象物の非破壊的検査装置は、以下の手段から成る。すな
わち、前記変形対象物に対して共通の入射角度で入射す
る１組の垂直な干渉計を構成するレーザビームによって
照射される前記変形対象物のスペックル像Ｉｂｆ，ｖｅ
ｒを、予め与えられた時間ＴにおいてＣＣＤカメラに取
り込む手段と、前記変形対象物に対して共通の入射角度
で入射する１組の水平な干渉計を構成するレーザビーム
によって照射される前記変形対象物のスペックル像Ｉｂ
ｆ，ｈｏｒを、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り込まれた後、
最小時間の遅れΔτで前記ＣＣＤカメラに取り込み、前
記時間の遅れΔτをできるだけ小さくする手段と、前記
変形対象物に対して共通の入射角度で入射する１組の垂
直な干渉計を構成するレーザビームによって照射される
前記変形対象物のスペックル像Ｉａｆ，ｖｅｒを、前記
Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り込まれた後、予め設定された時間
間隔Δｔの範囲内で前記ＣＣＤカメラに取り込む手段
と、前記変形対象物に対して共通の入射角度で入射する
１組の水平な干渉計を構成するレーザビームによって照
射される前記変形対象物のスペックル像Ｉａｆ，ｈｏｒ
を、前記Ｉａｆ，ｖｅｒが取り込まれた後、前記時間の
遅れΔτの範囲内で前記ＣＣＤカメラに取り込む手段
と、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒからＩａｆ，ｖｅｒを、あるい
は前記Ｉａｆ，ｖｅｒからＩｂｆ，ｖｅｒを減算するこ
とによって減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒを得て、前
記Ｉｂｆ，ｈｏｒから前記Ｉａｆ，ｈｏｒを、あるいは
Ｉａｆ，ｈｏｒからＩｂｆ，ｈｏｒを減算することによ
って減算縞パターンＩｓｕｂ，ｈｏｒを得る手段と、前
記減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈ
ｏｒにおいて１つ以上の白帯が存在するかどうかを判定
するために、前記減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒおよ
びＩｓｕｂ，ｈｏｒを検査するための手段と、前記減算
縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈｏｒに
おける前記白帯の位置を探査し、もし白帯が存在すれ
ば、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り込まれる前記時間Ｔと同
時に、その探査位置を記憶し、もし２つ以上の白帯が存
在すれば、すべての白帯の位置を探査し、前記時間Ｔと
同時にすべての白帯の探査位置と白帯の数を記憶する手
段と、白帯の前記位置の時間的変化を示すグラフを得
て、白帯のパラメターと、前記位置の前記時間的変化の
特定の性質の両方あるいはどちらかに従って、起こりう
る破壊位置および破壊のタイミングを予測することによ
り、前記変形対象物の機械的状態を診断する手段が与え
られる。

【００２５】上述した材料の破壊に関する検査基準は、
Ｖ．Ｅ．Ｐａｎｉｎによる材料破壊に関する新しい診断
基準と定性的に一致する。この新基準およびその有効性
は、以下の文献に例を挙げて記述されている。Ｓ．Ｙｏ
ｓｈｉｄａ，Ｔ．Ｈｉｄａ，Ｖ．Ｅ．Ｐａｎｉｎ，Ｌ．
Ｂ．Ｚｕｅｖ，Ｐｒｏｃ．１０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ ｔｈｅ Ｓｔ
ｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐｐ．２９
５，Ａｕｇｕｓｔ １９９４，Ｓｅｎｄａｉ，Ｊａｐａ
ｎ

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の
実施例を示す変形対象物の非破壊的検査のための装置の
全体の概略図である。この図において、１０は水平に感
知する干渉計を形成するためのＨｅ／Ｎｅレーザであ
る。

【００２７】このレーザ１０の出力ビームは水平ビーム
スプリッタ１１により２つの水平な光ビーム２１、２２
に分けられる。これらのビーム２１，２２は反射鏡１
２、１３により反射され、対物レンズ１４、１５により
それぞれ拡大されて、変形対象物６０を一様に照射す
る。垂直干渉計も同様に、垂直に感知する干渉計を形成
するためのＨｅ／Ｎｅレーザ３０、垂直ビームスプリッ
タ３１、反射鏡３２および３３、対物レンズ３４および
３５で構成される。

【００２８】垂直干渉ビーム４１、４２も同様に変形対
象物６０を一様に照射する。水平干渉計、垂直干渉計の
ための２つのＨｅ／Ｎｅレーザ出力は、光シャッタ１
６、３６によってそれぞれ切り換えられる。変形対象物
６０の像はＣＣＤカメラ５１によって取り込まれ、マス
ターコンピュータ５０にインストールされているフレー
ムメモリー（図示なし）へと伝送される。フレームメモ
リーで、適切なスペックル像に像減算操作を行うことに
よって縞パターンを形成する。

【００２９】ＣＣＤカメラ５１で取り込まれた像の生デ
ータとマスターコンピュータ５０のフレームメモリーで
形成された縞パターンは、リアルタイム、またはオフラ
インでＴＶスクリーン５２でモニターすることができ
る。変形対象物６０はユニバーサル機械に取り付けら
れ、引っ張り負荷が加えられる。ＣＣＤカメラ５１、光
シャッタ１６および３６、ＴＶスクリーン５２はマスタ
ーコンピュータ５０にて制御が可能である。

【００３０】以下、図１を用いて本発明の変形対象物の
非破壊的検査方法を説明する。変形対象物６０に負荷を
印加した後、まず最初に光シャッタ１６が閉じ、同時に
もう一方の光シャッタ３６が開く。垂直干渉ビーム４
１、４２によって形成された変形対象物６０のスペック
ル像はＣＣＤカメラ５１により取り込まれる。この像を
Ｉｂｆ，ｖｅｒと呼ぶ。最小時間の遅れΔτで、光シャ
ッタ１６が開き、同時に光シャッタ３６が閉じて、水平
干渉計により形成される変形対象物６０のスペックル
像、Ｉｂｆ，ｈｏｒが取り込まれる。

【００３１】予め設定された時間間隔Δｔが経過した
後、光シャッタ１６が閉じて光シャッタ３６が開いて、
垂直スペックル像Ｉａｆ，ｖｅｒが取り込まれる。それ
に続いて、同じ時間Δτの遅れで光シャッタ１６が開い
て光シャッタ３６が閉じ、水平スペックル像Ｉａｆ，ｈ
ｏｒが取り込まれる。これら４つの像が取り込まれるや
否や、フレームメモリーによって後述する像減算式
（１）（２）が行われ、結果として減算像を得て、４つ
の生データＩｂｆ，ｖｅｒ、Ｉａｆ，ｖｅｒ、Ｉｂｆ，
ｈｏｒ、Ｉａｆ，ｈｏｒとともにコンピュータメモリー
に記憶される。

【００３２】 Ｉｂｆ，ｖｅｒ−Ｉａｆ，ｖｅｒ＝Ｉｓｂ，ｖｅｒ …（１） Ｉｂｆ，ｈｏｒ−Ｉａｆ，ｈｏｒ＝Ｉｓｂ，ｈｏｒ …（２） 次いで、マスターコンピュータ５０にインストールされ
た像処理ソフトウェアがＩｓｂ，ｖｅｒおよびＩｓｂ，
ｈｏｒを検査して白帯を探し、もし白帯が発見されれ
ば、像処理ソフトウェアは白帯の位置を探査し、探査位
置と現在時間を合わせてコンピュータメモリーに記憶す
る。２つ以上の白帯が見つかった場合は、ソフトウェア
はすべての白帯に対して同様の手順を行う。

【００３３】上記記載の一連の手順は、予め設定された
時間間隔ΔＴが経過した後反復されて、ΔＴは変形を解
析するのに十分小さい時間となるよう決定される。この
点から、ΔＴは変形の現段階に応じて調整することがで
きる。この一連の手順の各段階で、コンピュータは白帯
の位置の時間的変化を出力する。さらに、破壊の位置や
タイミングを以下の基準に従って予測する。すなわち、 （ｉ）白帯が１つも発見されなかった場合は、材料は完
全に健全である。

【００３４】（ii）２つ以上の白帯が発見されるか、白
帯がダイナミックに変形対象物表面に沿って移動するか
の両方、あるいはどちらかの場合、材料は塑性領域にあ
るが、まだ破壊の段階からは程遠い。 （iii)変形対象物に白帯が１つ発見され、その動きが緩
慢になってきた場合、材料は塑性変形の最終段階に近づ
いている。

【００３５】（iv）白帯が変形対象物上で静止した場合
は、材料は破壊寸前であり、白帯が静止している位置で
破壊が生じると判断される。本発明をより理解するため
に、図１で示したハードウェアの配列上で引っ張りテス
トを行い、説明する。まず最初に、ユニバーサル機械に
スイッチが入り、一定のヘッドスピードで引っ張り負荷
が変形対象物６０に加えられる。本例では、０．４ｍｍ
／分のヘッドスピードを選択する。スペックル像Ｉｂ
ｆ，ｖｅｒ、Ｉａｆ，ｖｅｒ、Ｉｂｆ，ｈｏｒ、Ｉａ
ｆ，ｈｏｒは、それぞれΔτ＝０．５ｓ、Δｔ＝６ｓ、
ΔＴ＝１４ｓの時間遅れ、および時間間隔で取り込ま
れ、その結果Ｉｓｂ，ｖｅｒおよびＩｓｂ，ｈｏｒが得
られる。この手順は、変形対象物が破壊するまで継続さ
れる。

【００３６】この実験では、引っ張り負荷が加えられて
８５２秒経過後、白帯がまず最初にＩｓｂ，ｈｏｒに観
察された。その後、引っ張り負荷が加えられてから計測
する現在時間を、変数Ｔを用いて表す。図２は、時間Ｔ
＝９８８秒において取り込まれたＩｓｂ，ｈｏｒパター
ンを示す図である。複数の白帯が観察される。図３〜図
５は、Ｉｓｂ，ｖｅｒとＩｓｕｂ，ｈｏｒの、Ｔ＝１７
０２秒、Ｔ＝１７１６秒、Ｔ＝１７４４秒それぞれにお
いて観察された白帯を示す図である。白帯が変形対象物
に沿って、長手方向にダイナミックに移動しているのが
分かる。また、同時間におけるＩｓｂ，ｖｅｒとＩｓｕ
ｂ，ｈｏｒにおいて観察された白帯が、変形対象物上の
同じ位置に現れているのが分かる。この変形段階では、
単一の縞パターンには一度にただ一つの白帯が観察され
た。

【００３７】図６および図７は、垂直減算スペックル像
Ｉｓｂ，ｖｅｒにおける白帯、水平減算スペックル像Ｉ
ｓｂ，ｈｏｒにおける白帯それぞれの位置の時間的ふる
まいを示す図である。上記したように、本発明は対象物
に生じる変形の進行過程を、単に上記に定義したような
白帯をモニターするだけで、リアルタイムに観察するこ
とを可能にするものである。材料が塑性変形の初期段階
にある時、白帯は変形対象物表面をダイナミックに移動
するが、変形が進行するにつれてこの動きが減少し、材
料が破壊しそうになると白帯は材料が最終的に破壊する
位置に静止する、という事実に基づいた材料破壊の新基
準を用いたものである。

【００３８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。変形
対象物の検査にあたり、電子スペックル−パターン干渉
計を用いて、数値的計算をすることなく微小な亀裂が現
れる前に破壊の位置を予測することができる。すなわ
ち、変形対象物が破壊に近づくと、変形対象物表面の白
帯のダイナミックな移動領域が小さくなり、最終段階で
材料が破壊寸前になると、白帯は材料が最終的に破壊す
る場所に留まる。このように、白帯の動きをモニターす
ることにより破壊の位置とタイミングを予測することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す変形対象物の非破壊的検
査のための装置システム全体の概略図である。

【図２】引っ張りテストによる試料対象物の変形の初期
段階において、図１で示した装置によって観察した白帯
を示す図である。

【図３】図２と同じ引っ張りテストによる試料対象物の
変形の中期段階において、図１で示した装置によって観
察した白帯を示す図である。

【図４】図４は、図２と同じ引っ張りテストによる、図
３で示したものと同じ試料対象物のすぐ後のものを図１
で示した装置によって観察した白帯を示す図である。

【図５】図５は、図２と同じ引っ張りテストによる、図
４で示したものと同じ試料対象物のすぐ後のものを図１
で示した装置によって観察した白帯を示す図である。

【図６】図６は、図２〜図５と同じ引っ張りテストにお
いて、試料対象物の垂直方向の像Ｉｓｂ，ｖｅｒに観察
される白帯位置の時間的変化を示す図である。

【図７】図２〜図５と同じ引っ張りテストにおいて、試
料対象物の水平方向の像Ｉｓｂ，ｈｏｒに観察される白
帯位置の時間的変化を示す図である。

【符号の説明】

１０ 水平に感知する干渉計を形成するためのＨｅ／
Ｎｅレーザ １１ 水平ビームスプリッタ １２，１３，３２，３３ 反射鏡 １４，１５，３４，３５ 対物レンズ １６，３６ 光シャッタ ２１，２２ 水平な光ビーム ３０ 垂直に感知する干渉計を形成するためのＨｅ／
Ｎｅレーザ ３１ 垂直ビームスプリッタ ４１，４２ 垂直干渉ビーム ５０ マスターコンピュータ ５１ ＣＣＤカメラ ５２ ＴＶスクリーン ６０ 変形対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アヌング クスノウォ インドネシア共和国 15310 タンゲラ ン スルポン コムプレック プスピプ テック ブロック ４ ナンバー ジェ ー −３ (56)参考文献 特開 平９−297009（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−271231（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (26)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変形対象物の非破壊的検査方法におい
   て、（ａ）前記変形対象物に対して共通の入射角度で入
   射する１組の垂直な干渉計を構成するレーザビームによ
   って照射される前記変形対象物のスペックル像Ｉｂｆ，
   ｖｅｒを、予め与えられた時間ＴにおいてＣＣＤカメラ
   に取り込む第１のステップと、（ｂ）前記変形対象物に
   対して共通の入射角度で入射する１組の水平な干渉計を
   構成するレーザビームによって照射される前記変形対象
   物のスペックル像Ｉｂｆ，ｈｏｒを、前記Ｉｂｆ，ｖｅ
   ｒが取り込まれた後、最小時間の遅れΔτで前記ＣＣＤ
   カメラに取り込み、前記時間の遅れΔτをできるだけ小
   さくする第２のステップと、（ｃ）前記変形対象物に対
   して共通の入射角度で入射する１組の垂直な干渉計を構
   成するレーザビームによって照射される前記変形対象物
   のスペックル像Ｉａｆ，ｖｅｒを、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒ
   が取り込まれた後、予め設定された時間間隔Δｔの範囲
   内で前記ＣＣＤカメラに取り込む第３のステップと、
   （ｄ）前記変形対象物に対して共通の入射角度で入射す
   る１組の水平な干渉計を構成するレーザビームによって
   照射される前記変形対象物のスペックル像Ｉａｆ，ｈｏ
   ｒを、前記Ｉａｆ，ｖｅｒが取り込まれた後、前記時間
   の遅れΔτの範囲内で前記ＣＣＤカメラに取り込む第４
   のステップと、（ｅ）前記Ｉｂｆ，ｖｅｒからＩａｆ，
   ｖｅｒを、あるいは前記Ｉａｆ，ｖｅｒから前記Ｉｂ
   ｆ，ｖｅｒを減算することによって減算縞パターンＩｓ
   ｕｂ，ｖｅｒを得て、前記Ｉｂｆ，ｈｏｒから前記Ｉａ
   ｆ，ｈｏｒを、あるいは前記Ｉａｆ，ｈｏｒから前記Ｉ
   ｂｆ，ｈｏｒを減算することによって減算縞パターンＩ
   ｓｕｂ，ｈｏｒを得る第５のステップと、（ｆ）前記減
   算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈｏｒ
   において１つ以上の白帯が存在するかどうかを判定する
   ために、前記減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩ
   ｓｕｂ，ｈｏｒを検査する第６のステップと、（ｇ）前
   記減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈ
   ｏｒにおける前記白帯の位置を探査し、もし白帯が存在
   すれば、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り込まれる前記時間Ｔ
   と同時に、その探査位置を記憶し、もし２つ以上の白帯
   が存在すれば、すべての白帯の位置を探査し、前記時間
   Ｔと同時にすべての白帯の探査位置と白帯の数を記憶す
   る第７のステップと、（ｈ）白帯の前記位置の時間的変
   化を示すグラフを得て、白帯のパラメターと、前記位置
   の前記時間的変化の特定の性質の両方あるいはどちらか
   に従って、起こりうる破壊位置および破壊のタイミング
   を予測することにより、前記変形対象物の機械的状態を
   診断する第８のステップと、（ｉ）予め設定された時間
   間隔ΔＴで、前記第１のステップから第８のステップま
   でを反復する第９のステップから成る変形対象物の非破
   壊的検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の変形対象物の非破壊的検
   査方法において、前記第２および第４のステップで用い
   た時間の遅れΔτを、前記垂直な干渉計を前記水平な干
   渉計に切り換えるのに必要なできるだけ小さな設定値に
   設定する変形対象物の非破壊的検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の変形対象物
   の非破壊的検査方法において、前記第３のステップで用
   いた時間間隔Δｔを、前記第２および第４のステップで
   用いた時間の遅れΔτと比較して十分に大きく、それと
   同時に適切な縞間隔を持つ減算縞パターンを適切に形成
   できるように設定する変形対象物の非破壊的検査方法。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちいずれか１
   項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法において、前
   記レーザビームの波長および前記変形対象物への前記入
   射角度を、前記縞パターンの質が前記設定された時間間
   隔ΔｔおよびΔＴにおいて適切となるように調整する変
   形対象物の非破壊的検査方法。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のうちいずれか１
   項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法において、前
   記第８のステップで行った診断に用いる白帯の前記パラ
   メターが、白帯の負荷方向に対する角度と、単一の縞パ
   ターンに見られる白帯の数である変形対象物の非破壊的
   検査方法。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のうちいずれか１
   項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法において、前
   記第７のステップで探査した前記白帯の位置は、前記第
   １のステップから第４のステップで用いた前記ＣＣＤカ
   メラのピクセル数により表現される白帯の重心によっ
   て、あるいは前記変形対象物上の白帯の前記重心の相対
   的位置を示し得る他の尺度によって特徴付けられ、同一
   の縞パターンで探査されるすべての白帯の位置を、前記
   Ｉｂｆ，ｖｅｒが記憶される前記時間Ｔと同時に記憶す
   る変形対象物の非破壊的検査方法。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のうちいずれか１
   項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法において、白
   帯位置の前記時間的変化を示すグラフは、請求項６で特
   徴付けられた前記白帯の位置が、前記第７のステップで
   記憶した前記時間Ｔの関数としてプロットされるグラフ
   であることを特徴とする変形対象物の非破壊的検査方
   法。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７のうちいずれか１
   項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法において、前
   記第８のステップで得た前記白帯の時間的変化を示すグ
   ラフを特徴付ける前記特定の性質は、前記グラフの振幅
   と前記グラフが集束する縦座標値である変形対象物の非
   破壊的検査方法。
9. 【請求項９】 請求項１から請求項８のうちいずれか１
   項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法において、前
   記第８のステップで行った前記診断の基準は、前記第５
   のステップで得た前記減算縞パターンに白帯が存在する
   か否かである変形対象物の非破壊的検査方法。
10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９のうちいずれか
    １項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法において、
    前記第８のステップで行った前記診断の基準は、白帯の
    前記角度が負荷方向に対して約４５度であるか否かであ
    る変形対象物の非破壊的検査方法。
11. 【請求項１１】 請求項１から請求項１０のうちいずれ
    か１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第８のステップで行った前記診断の基準は、単
    一の減算縞パターンにおいて探査された白帯の数である
    変形対象物の非破壊的検査方法。
12. 【請求項１２】 請求項１から請求項１１のうちいずれ
    か１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第８のステップで行った前記診断の基準は、前
    記第８のステップで得た、白帯位置の前記時間的変化を
    示すグラフの振幅が現在大きいか否か、白帯位置の前記
    時間的変化を示すグラフが集束しているように見えるか
    否か、あるいは同等に、白帯（複数を含む）が対象物表
    面上をダイナミックに移動しているか否かである変形対
    象物の非破壊的検査方法。
13. 【請求項１３】 請求項１から請求項１２のうちいずれ
    か１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第８のステップで行った前記診断の基準は、白
    帯位置の前記グラフが集束しかけている場合、前記グラ
    フが集束すると思われる位置である変形対象物の非破壊
    的検査方法。
14. 【請求項１４】 請求項１から請求項１３のうちいずれ
    か１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第９のステップで用いた前記設定された時間間
    隔ΔＴを、白帯位置の前記グラフが前記第８のステップ
    で行った前記診断に用いるのに適切となるように選択す
    る変形対象物の非破壊的検査方法。
15. 【請求項１５】 請求項１から請求項１４のうちいずれ
    か１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、請求項１の前記第１のステップから第４のステップ
    で行った手順に関し、前記垂直干渉設定と前記水平干渉
    設定を互いに入れ替えることが可能である変形対象物の
    非破壊的検査方法。
16. 【請求項１６】 変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、（ａ）前記変形対象物の変形の間に２つの異なる時
    間ＴとＴ＋Δｔにおいて取り込まれる２つのスペックル
    像の加算、または減算によって得られる光干渉縞パター
    ンを検査し、前記変形によって生じ、干渉効果により形
    成される白帯が前記干渉縞パターン上に１つ以上存在す
    るか否かを判断する第１のステップと、（ｂ）前記白帯
    を特徴付けるパラメターを得る第２のステップと、
    （ｃ）前記縞パターンにおいて前記白帯の位置を探査
    し、もし白帯が存在すれば、前記変形対象物の前記スペ
    ックル像が前記第１のステップで取り込まれる前記時間
    Ｔと同時に白帯の探査位置を記憶し、もし２つ以上の白
    帯が存在すれば、すべての白帯の位置が探査されて、前
    記時間Ｔと同時にすべての白帯の探査位置と白帯の数を
    記憶する第３のステップと、（ｄ）白帯の前記位置の時
    間的変化を示すグラフを得て、白帯のパラメターと、前
    記位置の前記時間的変化の特定の性質の両方あるいはど
    ちらかに従って、起こりうる破壊位置および破壊のタイ
    ミングを予測することにより、前記変形対象物の機械的
    状態を診断する第４のステップと、（ｅ）予め設定され
    た時間間隔ΔＴで、前記第１のステップから第４のステ
    ップまでを反復する第５のステップから成る変形対象物
    の非破壊的検査方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の変形対象物の非破壊
    的検査方法において、前記第２ステップで得る白帯の前
    記パラメターが、前記白帯の負荷方向に対する角度と、
    単一の縞パターンに見られる白帯の数である変形対象物
    の非破壊的検査方法。
18. 【請求項１８】 請求項１６又は請求項１７記載の変形
    対象物の非破壊的検査方法において、前記第３のステッ
    プで探査された白帯の前記位置は白帯の重心であること
    を特徴とし、該重心は前記変形対象物上の白帯の前記重
    心の相対的位置を示しうる尺度によって表される。さら
    に、同一の縞パターンにおいて探査されるすべての白帯
    の位置は、前記スペックル像が前記第１のステップで取
    り込まれる時間と同じ時間Ｔにおいて同時に記憶される
    変形対象物の非破壊的検査方法。
19. 【請求項１９】 請求項１６から請求項１８のうちいず
    れか１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、白帯位置の前記時間的変化を示すグラフは、請求項
    １８において特徴付けられた白帯の前記位置が、前記第
    ７のステップで記憶された前記時間Ｔの関数としてプロ
    ットされるグラフであることを特徴とする変形対象物の
    非破壊的検査方法。
20. 【請求項２０】 請求項１６から請求項１９のうちいず
    れか１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第４のステップで得た白帯の前記時間的変化を
    示すグラフを特徴付ける前記特定の性質は、前記グラフ
    の振幅と、前記グラフが集束する縦座標値である変形対
    象物の非破壊的検査方法。
21. 【請求項２１】 請求項１６から請求項２０のうちいず
    れか１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第４のステップで得た前記診断の基準は、前記
    第１のステップで検査した前記干渉縞パターンに白帯が
    存在するか否かである変形対象物の非破壊的検査方法。
22. 【請求項２２】 請求項１６から請求項２１のうちいず
    れか１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第４のステップで得た前記診断の基準は、白帯
    の前記角度が負荷の方向に対して約４５度であるか否か
    である変形対象物の非破壊的検査方法。
23. 【請求項２３】 請求項１６から請求項２２のうちいず
    れか１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第４のステップで得た前記診断の基準は、単一
    の減算縞パターンにおいて探査された白帯の数である変
    形対象物の非破壊的検査方法。
24. 【請求項２４】 請求項１６から請求項２３のうちいず
    れか１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第４のステップで得た前記診断の基準は、前記
    第４のステップで行った白帯位置の前記時間的変化を示
    すグラフの振幅が現在大きいか否か、白帯位置の前記時
    間的変化を示すグラフが集束しているように見えるか否
    か、あるいは同等に、白帯（複数を含む）が変形対象物
    表面上をダイナミックに移動しているか否かである変形
    対象物の非破壊的検査方法。
25. 【請求項２５】 請求項１６から請求項２４のうちいず
    れか１項に記載の変形対象物の非破壊的検査方法におい
    て、前記第４のステップで得た前記診断の基準は、白帯
    位置の前記グラフが集束しかけている場合、前記グラフ
    が集束する位置である変形対象物の非破壊的検査方法。
26. 【請求項２６】 変形対象物の非破壊的検査装置におい
    て、（ａ）前記変形対象物に対して共通の入射角度で入
    射する１組の垂直な干渉計を構成するレーザビームによ
    って照射される前記変形対象物のスペックル像Ｉｂｆ，
    ｖｅｒを、予め与えられた時間ＴにおいてＣＣＤカメラ
    に取り込む手段と、（ｂ）前記変形対象物に対して共通
    の入射角度で入射する１組の水平な干渉計を構成するレ
    ーザビームによって照射される前記変形対象物のスペッ
    クル像Ｉｂｆ，ｈｏｒを、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り込
    まれた後、最小時間の遅れΔτで前記ＣＣＤカメラに取
    り込み、前記時間の遅れΔτをできるだけ小さくする手
    段と、（ｃ）前記変形対象物に対して共通の入射角度で
    入射する１組の垂直な干渉計を構成するレーザビームに
    よって照射される前記変形対象物のスペックル像Ｉａ
    ｆ，ｖｅｒを、前記Ｉｂｆ，ｖｅｒが取り込まれた後、
    予め設定された時間間隔Δｔの範囲内で前記ＣＣＤカメ
    ラに取り込む手段と、（ｄ）前記変形対象物に対して共
    通の入射角度で入射する１組の水平な干渉計を構成する
    レーザビームによって照射される前記変形対象物のスペ
    ックル像Ｉａｆ，ｈｏｒを、前記Ｉａｆ，ｖｅｒが取り
    込まれた後、前記時間の遅れΔτの範囲内で前記ＣＣＤ
    カメラに取り込む手段と、（ｅ）前記Ｉｂｆ，ｖｅｒか
    ら前記Ｉａｆ，ｖｅｒを、あるいは前記Ｉａｆ，ｖｅｒ
    から前記Ｉｂｆ，ｖｅｒを減算することによって減算縞
    パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒを得て、Ｉｂｆ，ｈｏｒから
    Ｉａｆ，ｈｏｒを、あるいはＩａｆ，ｈｏｒからＩｂ
    ｆ，ｈｏｒを減算することによって減算縞パターンＩｓ
    ｕｂ，ｈｏｒを得る手段と、（ｆ）前記減算縞パターン
    Ｉｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈｏｒにおいて１つ
    以上の白帯が存在するかどうかを判定するために、前記
    減算縞パターンＩｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈｏ
    ｒを検査するための手段と、（ｇ）前記減算縞パターン
    Ｉｓｕｂ，ｖｅｒおよびＩｓｕｂ，ｈｏｒにおける前記
    白帯の位置を探査し、もし白帯が存在すれば、前記Ｉｂ
    ｆ，ｖｅｒが取り込まれる前記時間Ｔと同時にその探査
    位置を記憶し、もし２つ以上の白帯が存在すれば、すべ
    ての白帯の位置を探査し、前記時間Ｔと同時にすべての
    白帯の探査位置と白帯の数を記憶する手段と、（ｈ）白
    帯の前記位置の時間的変化を示すグラフを得て、白帯の
    パラメターと、前記位置の前記時間的変化の特定の性質
    の両方あるいはどちらかに従って、起こりうる破壊位置
    および破壊のタイミングを予測することにより、前記変
    形対象物の機械的状態を診断する手段から成る変形対象
    物の非破壊的検査装置。