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JP2018044881A - Crack inspection apparatus and crack inspection method - Google Patents

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JP2018044881A
JP2018044881A JP2016180516A JP2016180516A JP2018044881A JP 2018044881 A JP2018044881 A JP 2018044881A JP 2016180516 A JP2016180516 A JP 2016180516A JP 2016180516 A JP2016180516 A JP 2016180516A JP 2018044881 A JP2018044881 A JP 2018044881A
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laser beam
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temperature distribution
laser
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Japanese (ja)
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泰佑 鷲谷
Taisuke Washiya
泰佑 鷲谷
奥田 健太郎
Kentaro Okuda
健太郎 奥田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】検査効率が高いクラック検査装置及びクラック検査方法を提供する。【解決手段】クラック検査装置1は、レーザビームL1を被検査体Sにおける相互に異なる位置に照射可能なレーザ光学系10と、レーザビームL1が照射された被検査体Sの温度分布を測定する測定手段と、を備える。【選択図】図1A crack inspection apparatus and a crack inspection method with high inspection efficiency are provided. A crack inspection apparatus (1) measures a temperature distribution of a laser optical system (10) capable of irradiating a laser beam (L1) to different positions on the inspection object (S) and the inspection object (S) irradiated with the laser beam (L1). Measuring means. [Selection] Figure 1

Description

実施形態は、クラック検査装置及びクラック検査方法に関する。   Embodiments relate to a crack inspection apparatus and a crack inspection method.

従来、セラミック基板のクラックの有無は、顕微鏡による写真を画像処理することにより検査されてきた。しかしながら、この方法では、微細なクラックやセラミック基板の内部に発生したクラックを検出することは困難である。そこで、セラミック基板を一様に加熱し、その後冷却する過程でセラミック基板に温度勾配を形成し、その温度勾配の不連続線を検出することにより、クラックを検出する技術が提案されている。しかしながら、この方法では、セラミック基板全体を加熱した後、冷却するため、検査の効率が低い。   Conventionally, the presence or absence of cracks in a ceramic substrate has been inspected by image processing of photographs taken with a microscope. However, with this method, it is difficult to detect fine cracks or cracks generated inside the ceramic substrate. Therefore, a technique has been proposed in which cracks are detected by forming a temperature gradient in the ceramic substrate in the process of uniformly heating and then cooling the ceramic substrate, and detecting discontinuous lines of the temperature gradient. However, in this method, since the entire ceramic substrate is heated and then cooled, the inspection efficiency is low.

特開2011−203163号公報JP 2011-203163 A

実施形態の目的は、検査効率が高いクラック検査装置及びクラック検査方法を提供することである。   An object of the embodiment is to provide a crack inspection apparatus and a crack inspection method with high inspection efficiency.

実施形態に係るクラック検査装置は、レーザビームを被検査体における相互に異なる位置に照射可能なレーザ光学系と、前記レーザビームが照射された被検査体の温度分布を測定する測定手段と、を備える。   The crack inspection apparatus according to the embodiment includes a laser optical system capable of irradiating laser beams to mutually different positions on the object to be inspected, and measuring means for measuring a temperature distribution of the object to be inspected irradiated with the laser beam. Prepare.

実施形態に係るクラック検査方法は、レーザビームを被検査体の第1位置に照射し、前記被検査体の温度分布を測定する工程と、レーザビームを前記被検査体の前記第1位置とは異なる第2位置に照射し、前記被検査体の温度分布を測定する工程と、を備える。   In the crack inspection method according to the embodiment, a step of irradiating a first position of an inspection object with a laser beam and measuring a temperature distribution of the inspection object; and a first position of the inspection object with a laser beam. Irradiating different second positions and measuring a temperature distribution of the object to be inspected.

第1の実施形態に係るクラック検査装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the crack inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment. (a)〜(c)は、第1の実施形態に係るクラック検査方法の原理を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the principle of the crack inspection method which concerns on 1st Embodiment. (a)及び(b)は、第1の実施形態に係るクラック検査方法の原理を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the principle of the crack inspection method which concerns on 1st Embodiment. (a)〜(c)は、第1の実施形態におけるレーザビームの照射領域を示す図であり、(d)は(a)〜(c)を重畳した図である。(A)-(c) is a figure which shows the irradiation area | region of the laser beam in 1st Embodiment, (d) is the figure which superimposed (a)-(c). (a)及び(b)は、被検査体を示す図であり、(a)は良品を示し、(b)は不良品を示す。(A) And (b) is a figure which shows a to-be-inspected object, (a) shows a non-defective product, (b) shows a defective product. (a)及び(b)は、被検査体の温度分布の測定結果を示す図であり、(a)は良品を示し、(b)は不良品を示す。(A) And (b) is a figure which shows the measurement result of the temperature distribution of a to-be-inspected object, (a) shows a non-defective product, (b) shows a defective product. (a)及び(b)は、横軸に被検査体における位置をとり、縦軸に温度を位置で微分した値をとって、温度分布の微分値を示すグラフ図であり、(a)は良品を示し、(b)は不良品を示し、(c)は、横軸に被検査体における位置をとり、縦軸に温度の微分値の差の絶対値をとって、温度分布の不連続線を示すグラフ図である。(A) And (b) is a graph which shows the differential value of temperature distribution, taking the value in which the position in the to-be-inspected object was taken on the horizontal axis, and the temperature was differentiated with respect to the position on the vertical axis. (B) shows a defective product, (c) shows the discontinuity of temperature distribution, with the horizontal axis representing the position on the object to be inspected and the vertical axis representing the absolute value of the differential value of the temperature. It is a graph which shows a line. 第2の実施形態に係るクラック検査装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the crack inspection apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るクラック検査装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the crack inspection apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

(第1の実施形態)
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るクラック検査装置を示すブロック図である。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a crack inspection apparatus according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係るクラック検査装置1においては、レーザ光学系10が設けられている。レーザ光学系10においては、レーザ光源11、光学素子12及び回転機構13が設けられている。レーザ光源11は、例えば、赤外線レーザ又はQCL(Quantum Cascade Laser:量子カスケードレーザ)であり、1本のレーザビームL1を出射する。光学素子12は、例えば、DOE(Diffractive Optical Element:回折光学素子)であり、レーザ光源11から出射されたレーザビームL1を回折させて、複数本のレーザビームL2に分岐する。回転機構13は、光学素子12を回転させることにより、レーザビームL2の出射方向を変化させる出射方向変化手段である。   As shown in FIG. 1, in the crack inspection apparatus 1 according to the present embodiment, a laser optical system 10 is provided. In the laser optical system 10, a laser light source 11, an optical element 12, and a rotation mechanism 13 are provided. The laser light source 11 is, for example, an infrared laser or QCL (Quantum Cascade Laser), and emits one laser beam L1. The optical element 12 is, for example, a DOE (Diffractive Optical Element), diffracts the laser beam L1 emitted from the laser light source 11, and branches it into a plurality of laser beams L2. The rotation mechanism 13 is an emission direction changing unit that changes the emission direction of the laser beam L2 by rotating the optical element 12.

クラック検査装置1においては、断熱材料により形成されたホルダー20が設けられている。ホルダー20は、被検査体Sをレーザ光学系10により複数本のレーザビームL2が照射されるような位置に保持する。これにより、レーザ光学系10は、レーザビームL2を被検査体Sにおける相互に異なる位置に照射可能となる。被検査体Sは、例えば、セラミック基板であり、例えば、シリコン窒化物(SiN)基板、又は、燃料電池に用いる炭素(C)基板である。   In the crack inspection apparatus 1, a holder 20 made of a heat insulating material is provided. The holder 20 holds the inspection object S at a position where a plurality of laser beams L2 are irradiated by the laser optical system 10. As a result, the laser optical system 10 can irradiate the laser beam L2 to different positions on the inspection object S. The inspected object S is, for example, a ceramic substrate, for example, a silicon nitride (SiN) substrate or a carbon (C) substrate used for a fuel cell.

クラック検査装置1においては、測定手段としての赤外線サーモグラフィ30が設けられている。赤外線サーモグラフィ30は、被検査体Sの温度分布を測定し、画像化する。本実施形態においては、赤外線サーモグラフィ30は被検査体SにおけるレーザビームL2が照射される面の反対側に配置されている。すなわち、レーザ光学系10及び赤外線サーモグラフィ30は、被検査体Sを挟む位置に配置されている。   In the crack inspection apparatus 1, an infrared thermography 30 is provided as a measuring means. The infrared thermography 30 measures the temperature distribution of the inspection object S and images it. In the present embodiment, the infrared thermography 30 is disposed on the opposite side of the surface of the object S to be irradiated with the laser beam L2. In other words, the laser optical system 10 and the infrared thermography 30 are arranged at positions that sandwich the object S to be inspected.

クラック検査装置1においては、制御部40が設けられている。制御部40は、赤外線サーモグラフィ30から温度分布を示す画像データが入力されると共に、レーザ光源11及び回転機構13を制御する。制御部40は、ディスプレイ、キーボード、タッチパネル等の入出力手段に接続されていてもよく、ネットワークを介してサーバー等に接続されていてもよい。   In the crack inspection apparatus 1, a control unit 40 is provided. The control unit 40 receives image data indicating the temperature distribution from the infrared thermography 30 and controls the laser light source 11 and the rotation mechanism 13. The control unit 40 may be connected to input / output means such as a display, a keyboard, and a touch panel, or may be connected to a server or the like via a network.

クラック検査装置1においては、処理部50が設けられている。処理部50は、制御部40から画像データが入力され、画像処理を行ってクラックを検出し、この検出結果を制御部40に対して出力する。画像処理の内容については、後述する。   In the crack inspection apparatus 1, a processing unit 50 is provided. The processing unit 50 receives image data from the control unit 40, performs image processing, detects a crack, and outputs the detection result to the control unit 40. Details of the image processing will be described later.

次に、本実施形態に係るクラック検査装置の動作、すなわち、本実施形態に係るクラック検査方法について説明する。
先ず、本実施形態に係るクラック検査方法の原理について説明する。
図2(a)〜(c)、図3(a)及び(b)は、本実施形態に係るクラック検査方法の原理を示す図である。
Next, the operation of the crack inspection apparatus according to this embodiment, that is, the crack inspection method according to this embodiment will be described.
First, the principle of the crack inspection method according to this embodiment will be described.
FIGS. 2A to 2C, FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating the principle of the crack inspection method according to the present embodiment.

図2(a)に示すように、本実施形態においては、被検査体Sの一部にレーザビームを照射する。これにより、被検査体Sはレーザビームの照射領域Rにおいて局所的に加熱され、その周囲に温度分布を形成する。このとき、被検査体SにクラックCが存在すると、クラックC内には空気層があるため熱伝導性が低く、クラックCを超えて熱が伝わりにくい。このため、クラックCにおいて、温度分布が不連続になる。従って、被検査体Sの温度分布を測定することにより、温度分布の不連続線としてクラックCを検出することができる。   As shown in FIG. 2A, in the present embodiment, a laser beam is irradiated to a part of the inspection object S. As a result, the inspection object S is locally heated in the laser beam irradiation region R, and a temperature distribution is formed around it. At this time, if the crack C exists in the inspection object S, the thermal conductivity is low because there is an air layer in the crack C, and heat is not easily transmitted beyond the crack C. For this reason, in the crack C, temperature distribution becomes discontinuous. Therefore, by measuring the temperature distribution of the inspection object S, the crack C can be detected as a discontinuous line of the temperature distribution.

しかしながら、図2(b)に示すように、レーザビームの照射領域RがクラックCを跨いでいると、被検査体SにおけるクラックCの両側が加熱されるため、温度分布の不連続線が検出しにくくなる。また、図2(c)に示すように、レーザビームを被検査体Sの2つの領域Rに照射したときに、クラックCが2つの照射領域Rの中間点付近に位置していると、クラックCの両側の温度が略等しくなるため、やはり不連続線が検出しにくくなる。   However, as shown in FIG. 2B, when the laser beam irradiation region R straddles the crack C, both sides of the crack C in the inspection object S are heated, so that a discontinuous line in the temperature distribution is detected. It becomes difficult to do. In addition, as shown in FIG. 2C, when the laser beam is irradiated to the two regions R of the inspection object S, if the crack C is located near the midpoint between the two irradiation regions R, the crack Since the temperatures on both sides of C are substantially equal, discontinuous lines are difficult to detect.

このため、本実施形態においては、複数回のレーザビームの照射及び温度分布の測定を行い、照射毎に被検査体Sにおけるレーザビームの照射位置を異ならせる。すなわち、図3(a)に示すように、1回目の照射において、クラックC1がレーザビームの照射領域Rと重なり、クラックC2が2つの照射領域Rの中間点付近に位置しているとする。この場合、クラックC1及びC2は検出されにくい。   For this reason, in this embodiment, laser beam irradiation and temperature distribution measurement are performed a plurality of times, and the irradiation position of the laser beam on the inspection object S is varied for each irradiation. That is, as shown in FIG. 3A, in the first irradiation, it is assumed that the crack C1 overlaps the laser beam irradiation region R and the crack C2 is positioned near the midpoint between the two irradiation regions R. In this case, the cracks C1 and C2 are difficult to detect.

しかしながら、図3(b)に示すように、2回目の照射において、レーザビームの照射領域Rの位置を1回目の照射に対して変化させると、クラックC1及びC2の近傍に照射領域Rが位置する可能性がある。この場合は、クラックC1及びC2が検出されやすい。   However, as shown in FIG. 3B, in the second irradiation, when the position of the irradiation region R of the laser beam is changed with respect to the first irradiation, the irradiation region R is positioned in the vicinity of the cracks C1 and C2. there's a possibility that. In this case, cracks C1 and C2 are easily detected.

なお、2回目の照射においても、照射領域Rとクラックとの位置関係によっては、クラックが検出されにくい可能性もあるが、その場合は、更にレーザビームの照射を繰り返していけばよい。これにより、クラックが検出されない確率が減少していく。   Even in the second irradiation, there is a possibility that the crack is difficult to be detected depending on the positional relationship between the irradiation region R and the crack. In this case, the laser beam irradiation may be repeated further. Thereby, the probability that a crack is not detected decreases.

以下、本実施形態に係るクラック検査方法を、具体的に説明する。
図4(a)〜(c)は、本実施形態におけるレーザビームの照射領域を示す図であり、(d)は(a)〜(c)を重畳した図である。
Hereinafter, the crack inspection method according to the present embodiment will be specifically described.
FIGS. 4A to 4C are diagrams showing laser beam irradiation regions in the present embodiment, and FIG. 4D is a diagram in which (a) to (c) are superimposed.

先ず、図1に示すように、ホルダー20に被検査体Sを装着する。次に、制御部40が回転機構13を制御し、光学素子12の回折格子を所定の向きとする。また、制御部40が赤外線サーモグラフィ30を制御し、被検査体Sの温度分布の測定を開始する。   First, as shown in FIG. 1, the inspection object S is mounted on the holder 20. Next, the control unit 40 controls the rotation mechanism 13 so that the diffraction grating of the optical element 12 has a predetermined orientation. Further, the control unit 40 controls the infrared thermography 30 and starts measuring the temperature distribution of the inspection object S.

この状態で、制御部40がレーザ光源11を制御し、レーザ光源11に1本のレーザビームL1を出射させる。レーザビームL1は光学素子12に入射して回折され、複数本のレーザビームL2に分岐して被検査体Sに照射される。   In this state, the control unit 40 controls the laser light source 11 and causes the laser light source 11 to emit one laser beam L1. The laser beam L1 enters the optical element 12 and is diffracted.

このとき、図4(a)に示すように、例えば、光学素子12が直交回折格子である場合は、レーザビームL2の照射領域R1は、相互に直交する2方向に沿ってマトリクス状に分散する。そして、赤外線サーモグラフィ30は、レーザビームL2の照射中に被検査体Sの温度分布を測定し、測定結果を画像データとして制御部40に対して出力する。その後、制御部40はレーザ光源11にレーザビームL1の出射を停止させる。   At this time, as shown in FIG. 4A, for example, when the optical element 12 is an orthogonal diffraction grating, the irradiation region R1 of the laser beam L2 is dispersed in a matrix along two directions orthogonal to each other. . The infrared thermography 30 measures the temperature distribution of the inspection object S during irradiation with the laser beam L2, and outputs the measurement result to the control unit 40 as image data. Thereafter, the control unit 40 causes the laser light source 11 to stop emitting the laser beam L1.

制御部40は、赤外線サーモグラフィ30から入力された画像データを処理部50に対して出力する。処理部50は画像データを処理し、温度分布が不連続的に変化する不連続線を検出する。そして、この不連続線が出現した位置にクラックがあると判定する。このようにして、1回目の測定を行う。   The control unit 40 outputs the image data input from the infrared thermography 30 to the processing unit 50. The processing unit 50 processes the image data and detects discontinuous lines in which the temperature distribution changes discontinuously. And it determines with a crack in the position where this discontinuous line appeared. In this way, the first measurement is performed.

次に、制御部40は回転機構13を制御し、光学素子12を回転させる。光学素子12の回折格子がn回対称(nは2以上の整数)である場合は、光学素子12の回転角度は(360/n)°以外の角度とする。本実施形態においては、光学素子12の回折格子は4回対称であるため、光学素子12の回転角度は90°以外の角度とし、例えば60°とする。そして、レーザ光源11にレーザビームL1を出射させる。   Next, the control unit 40 controls the rotation mechanism 13 to rotate the optical element 12. When the diffraction grating of the optical element 12 is n-fold symmetric (n is an integer of 2 or more), the rotation angle of the optical element 12 is set to an angle other than (360 / n) °. In the present embodiment, since the diffraction grating of the optical element 12 is four-fold symmetric, the rotation angle of the optical element 12 is set to an angle other than 90 °, for example, 60 °. Then, the laser light source 11 emits the laser beam L1.

これにより、図4(b)に示すように、レーザビームL2の照射領域R2は、1回目の照射領域R1に対して60°回転したマトリクス状に分散する。この結果、照射領域R2の大部分は、照射領域R1とは重ならない。この状態で、赤外線サーモグラフィ30が被検査体Sの温度分布を測定する。その後、レーザビームL1の出射を停止する。制御部40は、赤外線サーモグラフィ30から入力された画像データを処理部50に対して出力し、処理部50が画像処理することにより、クラックの有無を判定する。このようにして、2回目の測定を行う。   Accordingly, as shown in FIG. 4B, the irradiation region R2 of the laser beam L2 is dispersed in a matrix rotated by 60 ° with respect to the first irradiation region R1. As a result, most of the irradiation region R2 does not overlap with the irradiation region R1. In this state, the infrared thermography 30 measures the temperature distribution of the inspection object S. Thereafter, the emission of the laser beam L1 is stopped. The control unit 40 outputs the image data input from the infrared thermography 30 to the processing unit 50, and the processing unit 50 performs image processing to determine the presence or absence of a crack. In this way, the second measurement is performed.

次に、制御部40は回転機構13を制御し、光学素子12を更に回転させる。このときの回転角度も、例えば60°とする。そして、レーザ光源11にレーザビームL1を出射させる。レーザビームL1は光学素子12によって回折されて、図4(c)に示すように、被検査体Sにおける照射領域R3に照射される。照射領域R3は、2回目の照射領域R2に対して60°回転したマトリクス状に分散し、照射領域R3の大部分は、照射領域R1及びR2とは重ならない。この状態で、赤外線サーモグラフィ30が被検査体Sの温度分布を測定し、処理部50がクラックの有無を判定する。このようにして、3回目の測定を行う。   Next, the control unit 40 controls the rotation mechanism 13 to further rotate the optical element 12. The rotation angle at this time is also set to 60 °, for example. Then, the laser light source 11 emits the laser beam L1. The laser beam L1 is diffracted by the optical element 12, and is irradiated onto the irradiation region R3 in the inspection object S as shown in FIG. The irradiation region R3 is dispersed in a matrix rotated by 60 ° with respect to the second irradiation region R2, and most of the irradiation region R3 does not overlap with the irradiation regions R1 and R2. In this state, the infrared thermography 30 measures the temperature distribution of the inspection object S, and the processing unit 50 determines the presence or absence of cracks. In this way, the third measurement is performed.

図4(d)に示すように、照射領域R1、R2及びR3は、一部が重複するものの、全体としては相互に異なるように分散されている。これにより、クラックがどこにあっても、確実に検出することができる。なお、本実施形態においては、光学素子12を回転させることによって照射領域の位置を変化させたが、光学素子12を平行移動させたり、傾斜させたりすることにより、照射領域の位置を変化させてもよい。また、光学素子12として、直交回折格子以外の回折格子を用いてもよい。例えば、六方最密構造の格子を用いてもよい。また、1本のレーザビームを複数本のレーザビームに分岐する光学素子であれば、回折格子以外の光学素子を用いてもよい。   As shown in FIG. 4D, the irradiation regions R1, R2, and R3 are partially different from each other, but are distributed so as to be different from each other. Thereby, it can be reliably detected wherever the crack is. In this embodiment, the position of the irradiation region is changed by rotating the optical element 12, but the position of the irradiation region is changed by translating or tilting the optical element 12. Also good. Further, as the optical element 12, a diffraction grating other than the orthogonal diffraction grating may be used. For example, a hexagonal close-packed lattice may be used. An optical element other than the diffraction grating may be used as long as it is an optical element that branches one laser beam into a plurality of laser beams.

レーザビームL1の出力、及び、照射領域Rの直径及び間隔は、被検査体Sの特性に応じて決定すればよい。例えば、照射領域Rの間隔は、クラックCの幅よりも大きくする。例えば、被検査体Sがシリコン窒化物(SiN)基板の場合、クラックCの幅は例えば10〜20μm程度であるため、隣り合う照射領域R間の距離は20μmよりも大きくする。また、レーザビームL1の出力及びレーザビームL2のエネルギー密度は、クラックCの検出に適した温度分布を得られる程度に高く、被検査体Sを変質又は破壊しない程度に低くする。   The output of the laser beam L1 and the diameter and interval of the irradiation region R may be determined according to the characteristics of the inspection object S. For example, the interval between the irradiation regions R is larger than the width of the crack C. For example, when the object to be inspected S is a silicon nitride (SiN) substrate, the width of the crack C is, for example, about 10 to 20 μm, so that the distance between the adjacent irradiation regions R is set to be greater than 20 μm. Further, the output of the laser beam L1 and the energy density of the laser beam L2 are high enough to obtain a temperature distribution suitable for detecting the crack C, and low enough not to alter or destroy the object S to be inspected.

更に、レーザビームL1の出力及び照射領域Rの分布は、被検査体Sにおける熱の伝わり方と、赤外線サーモグラフィ30の撮像のフレームレートとの関係によっても制約される。すなわち、ある照射領域Rに入力された熱が隣の照射領域Rとの中間点に伝わる時間が、赤外線サーモグラフィ30のフレームレートと比較して短すぎると、クラックCの検出に適した温度分布を赤外線サーモグラフィ30が捉え損ねる可能性がある。逆に、熱の伝達時間がフレームレートと比較して長すぎると、検査の効率が低下する。   Further, the output of the laser beam L1 and the distribution of the irradiation region R are also restricted by the relationship between the way heat is transmitted in the inspection object S and the imaging frame rate of the infrared thermography 30. That is, if the time for which heat input to one irradiation region R is transmitted to the midpoint between the adjacent irradiation regions R is too short compared to the frame rate of the infrared thermography 30, a temperature distribution suitable for detection of the crack C is obtained. The infrared thermography 30 may be missed. On the other hand, if the heat transfer time is too long compared to the frame rate, the inspection efficiency decreases.

次に、被検査体Sの温度分布からクラックを検出する方法の具体例について説明する。
図5(a)及び(b)は、被検査体を示す図であり、(a)は良品を示し、(b)は不良品を示す。
図6(a)及び(b)は、被検査体の温度分布の測定結果を示す図であり、(a)は良品を示し、(b)は不良品を示す。
図6(a)及び(b)においては、白色の領域が最も温度が高く、黒色の領域が最も温度が低く、灰色の領域は白色に近い色の領域ほど温度が高い。
図7(a)及び(b)は、横軸に被検査体における位置をとり、縦軸に温度を位置で微分した値をとって、温度分布の微分値を示すグラフ図であり、(a)は良品を示し、(b)は不良品を示し、(c)は、横軸に被検査体における位置をとり、縦軸に温度の微分値の差の絶対値をとって、温度分布の不連続線を示すグラフ図である。
なお、図7(a)は図6(a)に示すA−A’線に沿った値を示し、図7(b)は図6(b)に示すB−B’線に沿った値を示す。
Next, a specific example of a method for detecting a crack from the temperature distribution of the inspection object S will be described.
5 (a) and 5 (b) are diagrams showing the object to be inspected, where (a) shows a non-defective product and (b) shows a defective product.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing measurement results of the temperature distribution of the object to be inspected. FIG. 6A shows a non-defective product and FIG. 6B shows a defective product.
In FIGS. 6A and 6B, the white area has the highest temperature, the black area has the lowest temperature, and the gray area has a higher temperature in a color area closer to white.
FIGS. 7A and 7B are graphs showing differential values of the temperature distribution, with the horizontal axis representing the position on the object to be inspected and the vertical axis representing the temperature differentiated by the position. ) Shows a non-defective product, (b) shows a defective product, (c) shows the temperature distribution of the temperature distribution with the horizontal axis representing the position on the object to be inspected and the vertical axis representing the absolute value of the differential value of the temperature. It is a graph which shows a discontinuous line.
7A shows values along the line AA ′ shown in FIG. 6A, and FIG. 7B shows values along the line BB ′ shown in FIG. 6B. Show.

図5(a)に示すように、良品の被検査体Sにはクラックが無いものとする。一方、図5(b)に示すように、不良品の被検査体SにはクラックCが有るものとする。なお、実際の検査においては、検査前において、検査対象となる被検査体SにクラックCがあるかどうかは不明であるが、本具体例では説明の便宜上、検査対象となる被検査体Sは不良品であり、標準サンプルとして良品の被検査体Sと比較する場合を説明する。   As shown in FIG. 5A, it is assumed that the non-defective inspection object S has no cracks. On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), it is assumed that the defective inspection object S has a crack C. In the actual inspection, it is unclear whether or not the inspection object S to be inspected has a crack C before the inspection, but in this specific example, the inspection object S to be inspected is for convenience of explanation. A case where the product is a defective product and is compared with a non-defective product S as a standard sample will be described.

図6(a)に示すように、良品の被検査体Sの温度分布は、レーザビームの照射領域Rにおいて極大値を示し、照射領域Rから遠ざかるほど低下するが、温度変化は連続的である。これに対して、図6(b)に示すように、不良品の被検査体Sの温度分布は、クラックC(図5(b)参照)の位置で不連続的に変化する。すなわち、不良品の被検査体Sの温度分布には不連続線が出現する。   As shown in FIG. 6A, the temperature distribution of the non-defective product S to be inspected shows a maximum value in the irradiation region R of the laser beam and decreases as the distance from the irradiation region R decreases, but the temperature change is continuous. . On the other hand, as shown in FIG. 6B, the temperature distribution of the defective inspected object S changes discontinuously at the position of the crack C (see FIG. 5B). That is, a discontinuous line appears in the temperature distribution of the inspected object S that is defective.

図7(a)に示すように、良品の被検査体SについてA−A’線に沿って温度の微分値を計算すると、微分値の絶対値は低い範囲内に留まる。これに対して、不良品の被検査体SについてB−B’線に沿って温度の微分値を計算すると、クラックCの位置で微分値の絶対値が突出して大きくなる。   As shown in FIG. 7A, when the differential value of temperature is calculated along the A-A ′ line for a non-defective inspected object S, the absolute value of the differential value remains within a low range. On the other hand, when the differential value of the temperature is calculated along the line B-B ′ for the inspected object S that is a defective product, the absolute value of the differential value protrudes and increases at the position of the crack C.

図7(c)に示すように、図7(a)に示す温度の微分値と図7(b)に示す温度の微分値の差の絶対値を計算すると、温度分布の不連続線はより明確になる。図7(c)に示すように、処理部50は、温度の微分値の絶対値が基準値Tを超えた位置Uに、クラックCがあると判定する。   As shown in FIG. 7C, when calculating the absolute value of the difference between the temperature differential value shown in FIG. 7A and the temperature differential value shown in FIG. Become clear. As illustrated in FIG. 7C, the processing unit 50 determines that there is a crack C at a position U where the absolute value of the temperature differential value exceeds the reference value T.

なお、本実施形態においては、良品の温度分布と不良品の温度分布について、それぞれ温度の微分値を算出した後、その差の絶対値を求める例を示したが、これには限定されない。例えば、良品の温度分布を示す画像と不良品の温度分布を示す画像との差画像を求め、この差画像の微分値の絶対値を求めてもよい。   In the present embodiment, an example is shown in which the absolute value of the difference between the temperature distribution of the non-defective product and the temperature distribution of the defective product is calculated and then the absolute value of the difference is calculated. However, the present invention is not limited to this. For example, a difference image between an image showing a temperature distribution of a non-defective product and an image showing a temperature distribution of a defective product may be obtained, and an absolute value of a differential value of the difference image may be obtained.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、レーザビームを照射することにより、被検査体Sを局所的に加熱して、温度分布の不連続線を検出している。これにより、被検査体S全体を加熱した後冷却する場合と比較して、クラックの検査を短時間で行うことができる。このため、本実施形態に係るクラックの検査方法は、効率が高い。
Next, the effect of this embodiment will be described.
In this embodiment, the inspected object S is locally heated by irradiating a laser beam, and a discontinuous line in the temperature distribution is detected. Thereby, compared with the case where it cools after heating the whole to-be-inspected object S, the test | inspection of a crack can be performed in a short time. For this reason, the crack inspection method according to the present embodiment is highly efficient.

また、本実施形態においては、被検査体Sにおけるレーザビームの照射領域を異ならせて、温度分布を複数回測定している。これにより、レーザビームの照射領域RがクラックCに対して、温度分布の不連続線が検出しやすい位置関係になる確率が高い。この結果、クラックCを精度よく検出することができる。   Further, in the present embodiment, the temperature distribution is measured a plurality of times by changing the irradiation area of the laser beam on the inspection object S. Thereby, there is a high probability that the irradiation region R of the laser beam is in a positional relationship in which the discontinuous line of the temperature distribution is easily detected with respect to the crack C. As a result, the crack C can be detected with high accuracy.

更に、本実施形態においては、レーザ光源11から出射されたレーザビームL1を光学素子12によって複数本のレーザビームL2に分岐させて、被検査体Sに対して照射している。これにより、被検査体S全体を一度に検査することができ、検査の効率が高い。   Further, in the present embodiment, the laser beam L1 emitted from the laser light source 11 is branched into a plurality of laser beams L2 by the optical element 12, and the object S is irradiated. Thereby, the whole inspection object S can be inspected at a time, and the inspection efficiency is high.

更にまた、本実施形態においては、被検査体Sから見て、赤外線サーモグラフィ30をレーザ光学系10の反対側に配置している。これにより、赤外線サーモグラフィ30を被検査体Sの正面に配置することができ、赤外線サーモグラフィ30の焦点を被検査体S全体に精度よく合わせることができる。この結果、温度分布の測定精度が高い。   Furthermore, in the present embodiment, the infrared thermography 30 is disposed on the opposite side of the laser optical system 10 when viewed from the inspection object S. Thereby, the infrared thermography 30 can be arrange | positioned in front of the to-be-inspected object S, and the focus of the infrared thermography 30 can be adjusted to the whole to-be-inspected object S accurately. As a result, the measurement accuracy of the temperature distribution is high.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係るクラック検査装置を示すブロック図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 8 is a block diagram showing a crack inspection apparatus according to the present embodiment.

図8に示すように、本実施形態に係るクラック検査装置2においては、被検査体Sから見て、赤外線サーモグラフィ30がレーザ光学系10と同じ側に配置されている。   As shown in FIG. 8, in the crack inspection apparatus 2 according to the present embodiment, the infrared thermography 30 is disposed on the same side as the laser optical system 10 when viewed from the inspection object S.

本実施形態によれば、赤外線サーモグラフィ30は、被検査体Sにおけるレーザビームが照射された表面の温度分布を測定する。このため、被検査体Sとして厚い物体を用いても、温度分布を精度よく測定することができる。厚さが厚い被検査体Sとしては、例えば、金属部材の溶接部等がある。   According to the present embodiment, the infrared thermography 30 measures the temperature distribution on the surface of the inspection object S irradiated with the laser beam. For this reason, even if a thick object is used as the inspection object S, the temperature distribution can be measured with high accuracy. As the inspected object S having a large thickness, for example, there is a welded portion of a metal member.

また、本実施形態においては、被検査体Sの表面をレーザビームによって局所的に加熱している。このため、被検査体Sの表面が平坦でなくても、所望の温度分布を実現することができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
In the present embodiment, the surface of the inspection object S is locally heated by the laser beam. For this reason, even if the surface of the inspection object S is not flat, a desired temperature distribution can be realized.
Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
図9は、本実施形態に係るクラック検査装置を示すブロック図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 9 is a block diagram showing a crack inspection apparatus according to the present embodiment.

図9に示すように、本実施形態に係るクラック検査装置3は、前述の第1の実施形態に係るクラック検査装置1(図1参照)と比較して、光学素子12を回転させる回転機構13の替わりに、ホルダー20を回転、傾斜又は移動させる回転機構23が設けられている点が異なっている。   As shown in FIG. 9, the crack inspection apparatus 3 according to the present embodiment has a rotation mechanism 13 that rotates the optical element 12 as compared with the crack inspection apparatus 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment described above. Instead, a difference is that a rotation mechanism 23 for rotating, tilting or moving the holder 20 is provided.

回転機構23は制御部40からの指令により、ホルダー20を回転、傾斜又は移動させ、これにより、被検査体Sを回転、傾斜又は移動させる。これにより、被検査体SにおけるレーザビームL2の照射位置が相対的に変化する。   The rotation mechanism 23 rotates, tilts, or moves the holder 20 according to a command from the control unit 40, thereby rotating, tilting, or moving the object S to be inspected. Thereby, the irradiation position of the laser beam L2 on the inspection object S relatively changes.

本実施形態によっても、前述の第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
Also according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

以上説明した実施形態によれば、検査効率が高いクラック検査装置及びクラック検査方法を実現することができる。   According to the embodiment described above, a crack inspection apparatus and a crack inspection method with high inspection efficiency can be realized.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof.

また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。例えば、前述の第1の実施形態と第3の実施形態を組み合わせて、光学素子12及び被検査体Sの双方を回転又は移動させてもよい。又は、第2の実施形態と第3の実施形態を組み合わせて、厚い被検査体Sを回転等させて検査してもよい。この場合は、例えば、溶接部等の立体的な形状の被検査体Sを、3次元的に回転させて検査することができる。   Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other. For example, the first embodiment and the third embodiment described above may be combined to rotate or move both the optical element 12 and the inspected object S. Or you may test | inspect by rotating the thick to-be-inspected object S etc. combining 2nd Embodiment and 3rd Embodiment. In this case, for example, the inspection object S having a three-dimensional shape such as a welded portion can be inspected by rotating three-dimensionally.

1、2、3:クラック検査装置、10:レーザ光学系、11:レーザ光源、12:光学素子、13:回転機構、20:ホルダー、23:回転機構、30:赤外線サーモグラフィ、40:制御部、50:処理部、C、C1、C2:クラック、L1、L2:レーザビーム、R、R1〜R3:照射領域、S:被検査体、T:基準値、U:位置   1, 2, 3: Crack inspection apparatus, 10: Laser optical system, 11: Laser light source, 12: Optical element, 13: Rotating mechanism, 20: Holder, 23: Rotating mechanism, 30: Infrared thermography, 40: Control unit, 50: Processing unit, C, C1, C2: Crack, L1, L2: Laser beam, R, R1 to R3: Irradiation region, S: Inspected object, T: Reference value, U: Position

Claims (5)

レーザビームを被検査体における相互に異なる位置に照射可能なレーザ光学系と、
前記レーザビームが照射された被検査体の温度分布を測定する測定手段と、
を備えたクラック検査装置。
A laser optical system capable of irradiating laser beams to different positions on the object to be inspected;
Measuring means for measuring a temperature distribution of the object to be inspected irradiated with the laser beam;
A crack inspection device.
前記レーザ光学系は、
1本のレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記1本のレーザビームを複数本のレーザビームに分岐する光学素子と、
前記光学素子を回転、傾斜又は移動させることにより、前記複数本のレーザビームの出射方向を変化させる出射方向変化手段と、
を有する請求項1記載のクラック検査装置。
The laser optical system is
A laser light source that emits one laser beam;
An optical element for branching the one laser beam into a plurality of laser beams;
An emission direction changing means for changing the emission direction of the plurality of laser beams by rotating, tilting or moving the optical element;
The crack inspection apparatus of Claim 1 which has these.
前記光学素子は回折格子である請求項2記載のクラック検査装置。   The crack inspection apparatus according to claim 2, wherein the optical element is a diffraction grating. レーザビームを被検査体の第1位置に照射し、前記被検査体の温度分布を測定する工程と、
レーザビームを前記被検査体の前記第1位置とは異なる第2位置に照射し、前記被検査体の温度分布を測定する工程と、
を備えたクラック検査方法。
Irradiating a first position of the inspection object with a laser beam and measuring a temperature distribution of the inspection object;
Irradiating a laser beam to a second position different from the first position of the inspection object, and measuring a temperature distribution of the inspection object;
A crack inspection method comprising:
前記レーザビームを前記第1位置に照射するときに、レーザビームを前記被検査体における前記第1位置とは異なる第3位置にも照射し、
前記レーザビームを前記第2位置に照射するときに、レーザビームを前記被検査体における前記第3位置とは異なる第4位置にも照射する請求項4記載のクラック検査方法。
When irradiating the first position with the laser beam, the third position different from the first position in the inspection object is irradiated with the laser beam,
The crack inspection method according to claim 4, wherein when the second position is irradiated with the laser beam, the fourth position different from the third position in the inspection target is irradiated with the laser beam.
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