JPS60252257A - 表面欠陥検出方法 - Google Patents
表面欠陥検出方法Info
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- JPS60252257A JPS60252257A JP59107480A JP10748084A JPS60252257A JP S60252257 A JPS60252257 A JP S60252257A JP 59107480 A JP59107480 A JP 59107480A JP 10748084 A JP10748084 A JP 10748084A JP S60252257 A JPS60252257 A JP S60252257A
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- Japan
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- sample
- light beam
- modulated
- optical beam
- defects
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、構造用セラミックスの欠陥検出に適用して有
用な光音響法による表面欠陥検出方法に関する。
用な光音響法による表面欠陥検出方法に関する。
１−
〔発明の技術的背景とその問題点〕
高温高強度材料として注目されている構造Ｕ１４セラミ
ックスは、脆性材料であるために微小な欠陥、特に表面
近傍の欠陥の存在が著しい強度低下をもたらす。この強
度低下の原因である微小欠陥を非破壊的に検出する方法
として、従来より、超音波探傷法、レーザ反射法、Ｘ線
探偵法などが用いられてきた。
ックスは、脆性材料であるために微小な欠陥、特に表面
近傍の欠陥の存在が著しい強度低下をもたらす。この強
度低下の原因である微小欠陥を非破壊的に検出する方法
として、従来より、超音波探傷法、レーザ反射法、Ｘ線
探偵法などが用いられてきた。
しかしこれら従来の方法は、元来金属などの延性材料を
対象とするものであり、その検出限界は数百μｍ以上で
ある場合が多い。このため、数十μｍの欠陥が破壊の原
因となる構造用セラミックスにはそのまま適用すること
が難しい。とりわけ、著しい強度低下をもたらす表面直
下の欠陥の検出は、上記した従来法では原理的に困難で
ある。
対象とするものであり、その検出限界は数百μｍ以上で
ある場合が多い。このため、数十μｍの欠陥が破壊の原
因となる構造用セラミックスにはそのまま適用すること
が難しい。とりわけ、著しい強度低下をもたらす表面直
下の欠陥の検出は、上記した従来法では原理的に困難で
ある。
一方、物質の表面状態を非破壊的に評価する方法として
、光音響法が顕微鏡などに適用されている。この方法は
、強度変調された光ビー八、例えばチョッパにより断続
された光ビームを試９− 別表面に照射した時に、試料が断続的ｔｒ熱吸収により
発生する音波をマイクロフォンで検出するものである。
、光音響法が顕微鏡などに適用されている。この方法は
、強度変調された光ビー八、例えばチョッパにより断続
された光ビームを試９− 別表面に照射した時に、試料が断続的ｔｒ熱吸収により
発生する音波をマイクロフォンで検出するものである。
このマイクロフォンにより検出された信号を光音響信号
といい、欠陥のない正常な試料ではその試料に固有の一
定の応答レベルを示す。試料の表面もしく ｌｊその直
下に欠陥が存在する場合には、光音響信−弓は正常な応
答レベル以」二に増大し、この応答により欠陥の存在を
知ることができる。
といい、欠陥のない正常な試料ではその試料に固有の一
定の応答レベルを示す。試料の表面もしく ｌｊその直
下に欠陥が存在する場合には、光音響信−弓は正常な応
答レベル以」二に増大し、この応答により欠陥の存在を
知ることができる。
光音響法の場合、欠陥の検出限界は照射する光ビームの
試料上でのスポット径で決まり、微小な欠陥を検出する
ためにはその欠陥の大きさ程度まで光ビーム音紋り込む
必要がある。例えば、数十μｍｎの欠陥に対して１冒程
度の光ビームスポットを照射しても、欠陥による異常応
答をＳ／Ｎよく検出することができないからである。
試料上でのスポット径で決まり、微小な欠陥を検出する
ためにはその欠陥の大きさ程度まで光ビーム音紋り込む
必要がある。例えば、数十μｍｎの欠陥に対して１冒程
度の光ビームスポットを照射しても、欠陥による異常応
答をＳ／Ｎよく検出することができないからである。
そこで例えば、ＡｒレーザやＩ（ｅ −Ｎｅレーザ等か
ら得られる光ビームを集光レンズによって微小スポット
として試料表面に集光することになる。
ら得られる光ビームを集光レンズによって微小スポット
として試料表面に集光することになる。
ところが通常の集光レンズを用いてレーザ光ビームを集
光した場合、試料上のス４ｅ２トは円状となる。こうし
て数十μｍ径に絞り込んだ円状光ビームスポットを用い
て試料表面を隅なく走査するには、著しく時間を要し、
また高精度の欠陥検出を行うための走査も難しい。
光した場合、試料上のス４ｅ２トは円状となる。こうし
て数十μｍ径に絞り込んだ円状光ビームスポットを用い
て試料表面を隅なく走査するには、著しく時間を要し、
また高精度の欠陥検出を行うための走査も難しい。
本発明は上記の点に鑑み、光音響法を利用して短時間で
精度よく試料表面及び表面直下の微小欠陥を検出できる
ようにした表面欠陥検出方法を提供することを目的とす
る。
精度よく試料表面及び表面直下の微小欠陥を検出できる
ようにした表面欠陥検出方法を提供することを目的とす
る。
不発明は、強度変調された光ビームにより試料表面を走
査して光音響信号を検出する方法において、光ビームを
試料表向上で線状のスポットどなるように集光すること
を特徴とする。
査して光音響信号を検出する方法において、光ビームを
試料表向上で線状のスポットどなるように集光すること
を特徴とする。
本発明によれば、光音響法による試料表面もしくけ表面
直下の欠陥検出を短時間で行うことができる。例えば、
数十ｌ１ｍの微小欠陥を検出するために、光ビームの試
料表面上でのスポットが、幅が数十μｍで長さがこれの
数十倍である線状となるように集光し、このような集光
ビームで試料表面を走査すれば、数十μｍ径の円状スポ
ラ） ニ集光した光ビームの走査による場合に比べ、走
査時間は数十分の−にまで短縮される。
直下の欠陥検出を短時間で行うことができる。例えば、
数十ｌ１ｍの微小欠陥を検出するために、光ビームの試
料表面上でのスポットが、幅が数十μｍで長さがこれの
数十倍である線状となるように集光し、このような集光
ビームで試料表面を走査すれば、数十μｍ径の円状スポ
ラ） ニ集光した光ビームの走査による場合に比べ、走
査時間は数十分の−にまで短縮される。
また、微小径の円状光スポットで試料表面を隅なく走査
することは難しく、従って欠陥検出もれなどを生じ易い
が、本発明の方法では、線状の光ビーみス前ットをその
長さ方向と直交する方向に走査することで、確実に微小
欠陥を検出することができる。
することは難しく、従って欠陥検出もれなどを生じ易い
が、本発明の方法では、線状の光ビーみス前ットをその
長さ方向と直交する方向に走査することで、確実に微小
欠陥を検出することができる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は一実施例の側窓系の構成を示す。１ハＨｅ −
Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等のレーザ管であり、これから
発ぜられるレーザ光ビーム２はメカニカルチョッノ々３
によって断続光ビームに変調すれる。この変調光ビーム
２′はミラー４を介し、集光レンズであるシリンドリカ
ルレンズ５によ（、□・もてステージ１０上の試料セル
６内に密閉され゛・１１ １１、ケ試料２″′表面″。集光８０６・“６１例″′
石英−ガラスからなる光透過窓である。セル６内の試料
７の下にはマイクロフォン９が埋設されている。試料７
の表面の変調光ビーム２′の熱吸収により発生する音波
はこのマイクロフォン９により検出され、ロックインア
ン１７°１１により増幅されてレコーダ１２に導かれる
。
Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等のレーザ管であり、これから
発ぜられるレーザ光ビーム２はメカニカルチョッノ々３
によって断続光ビームに変調すれる。この変調光ビーム
２′はミラー４を介し、集光レンズであるシリンドリカ
ルレンズ５によ（、□・もてステージ１０上の試料セル
６内に密閉され゛・１１ １１、ケ試料２″′表面″。集光８０６・“６１例″′
石英−ガラスからなる光透過窓である。セル６内の試料
７の下にはマイクロフォン９が埋設されている。試料７
の表面の変調光ビーム２′の熱吸収により発生する音波
はこのマイクロフォン９により検出され、ロックインア
ン１７°１１により増幅されてレコーダ１２に導かれる
。
シリンドリカルレンズ５による変調光ビーム２′の集光
の様子を第２図に示す。シリンドリカルレンズ５は図の
ｙ方向についてのみ集光作用があるから、直径ａの変調
光ビーム２′は、図示さ方向と直交する方向に走査する
。この走査は、光学系を固定してステージ１０を駆動す
ることにより、又はステージ１０を固定して光学系を駆
動することにより行われる。あるいは、光学６− る場合に比べると、試料全面を走査する時間は大中１）
に短縮される。
の様子を第２図に示す。シリンドリカルレンズ５は図の
ｙ方向についてのみ集光作用があるから、直径ａの変調
光ビーム２′は、図示さ方向と直交する方向に走査する
。この走査は、光学系を固定してステージ１０を駆動す
ることにより、又はステージ１０を固定して光学系を駆
動することにより行われる。あるいは、光学６− る場合に比べると、試料全面を走査する時間は大中１）
に短縮される。
また上述した走査と、試料７をレンズ５に対Ｉ、て相対
的に９０°回転させた状態での同様な走査を行えば、試
料表面の欠陥の位置および大きさを知ることもできる。
的に９０°回転させた状態での同様な走査を行えば、試
料表面の欠陥の位置および大きさを知ることもできる。
具体的／、ｒ実験例を説明する。シリンドリカルレンズ
５として焦点距離４７叫のものを用い、した。比較例と
して、通常の焦点距離７５ｗｎの凸レンズを集光レンズ
として、試料表面上で直径５０μｍの円状ス坩？ットが
得られるようにした。
５として焦点距離４７叫のものを用い、した。比較例と
して、通常の焦点距離７５ｗｎの凸レンズを集光レンズ
として、試料表面上で直径５０μｍの円状ス坩？ットが
得られるようにした。
試料７としては長さ１０咽、幅１０爺、厚み３論の平板
状窒化硅素セラミックスを用い、ヌープ型硬度試験機に
よりその表面に５０μｍ×５０μｍの角錐型圧痕を導入
した。試料全面にわたって走査するに要した時間は、シ
リンドリカルレンズを用いた場合、通常の凸レンズを用
いた場合ニ比へて約１／２０であった。またシリンドリ
カルレンズを用いた場合、簡単な走査駆動で欠陥の検出
もれがなく、確実な欠陥検出が１１能であった。
状窒化硅素セラミックスを用い、ヌープ型硬度試験機に
よりその表面に５０μｍ×５０μｍの角錐型圧痕を導入
した。試料全面にわたって走査するに要した時間は、シ
リンドリカルレンズを用いた場合、通常の凸レンズを用
いた場合ニ比へて約１／２０であった。またシリンドリ
カルレンズを用いた場合、簡単な走査駆動で欠陥の検出
もれがなく、確実な欠陥検出が１１能であった。
第１図は本発明の一実施例による測定系の構成を示す図
、第２図はその変調光ビーム集光の様子を示す図である
。 １・・・レーザ管、２・・・レーザ光ビーム、２′・・
・変調光ビーム、３・・・メカニカルチョッノや、４・
・ミラー、５・・・シリンドリカルレンズ（集光レンズ
）、６・・・試料セル、７・・・試料、８・・・光透過
窓、９・・・マイクロフォン、１０・・・ステージ、１
１・・・ロックインアンプ、１２・・・レコーダ、１３
・・・線状スポット。 出願人 工業技術院長用田裕部 ９− 第１図
、第２図はその変調光ビーム集光の様子を示す図である
。 １・・・レーザ管、２・・・レーザ光ビーム、２′・・
・変調光ビーム、３・・・メカニカルチョッノや、４・
・ミラー、５・・・シリンドリカルレンズ（集光レンズ
）、６・・・試料セル、７・・・試料、８・・・光透過
窓、９・・・マイクロフォン、１０・・・ステージ、１
１・・・ロックインアンプ、１２・・・レコーダ、１３
・・・線状スポット。 出願人 工業技術院長用田裕部 ９− 第１図
Claims (3)
- （１）強度変調された光ビームにより試別表面：１人 面上で線）スポットとなるように集光することを特徴と
する表面欠陥検出方法。 - （２） 前記集光の手段はシリンドリカルレンズである
特許請求の範囲第１項記載の表面欠陥検出方法。 - （３） 前記試料は構造用セラミックスである特許請求
の範囲第１項記載の表面欠陥検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59107480A JPS60252257A (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 表面欠陥検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59107480A JPS60252257A (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 表面欠陥検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60252257A true JPS60252257A (ja) | 1985-12-12 |
Family
ID=14460282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59107480A Pending JPS60252257A (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 表面欠陥検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60252257A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0381544U (ja) * | 1989-12-13 | 1991-08-20 | ||
| WO1996031772A1 (fr) * | 1995-04-07 | 1996-10-10 | Hitachi, Ltd. | Procede et dispositif de detection de signaux photothermiques |
| KR100679082B1 (ko) * | 1999-09-08 | 2007-02-05 | 주식회사 포스코 | 레이저 초음파를 이용한 내부결함 검출 장치 |
| GB2484673A (en) * | 2010-10-18 | 2012-04-25 | Univ Dublin City | A photoacoustic inspection device |
| GB2503722A (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-08 | Sonex Metrology Ltd | A photoacoustic inspection device |
| GB2515840A (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-07 | Sonex Metrology Ltd | An acoustic isolation chamber |
| CN107395067A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-11-24 | 东南大学 | 自供电太阳能固态热机能量转换系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137991A (en) * | 1976-11-23 | 1979-02-06 | International Business Machines Corporation | Clamped acoustic elastic wave generator |
-
1984
- 1984-05-29 JP JP59107480A patent/JPS60252257A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137991A (en) * | 1976-11-23 | 1979-02-06 | International Business Machines Corporation | Clamped acoustic elastic wave generator |
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| KR100679082B1 (ko) * | 1999-09-08 | 2007-02-05 | 주식회사 포스코 | 레이저 초음파를 이용한 내부결함 검출 장치 |
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| CN107395067A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-11-24 | 东南大学 | 自供电太阳能固态热机能量转换系统 |
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