(57)【要約】【課題】被検体に生じた割れや空洞あるいは組織変化などの不均質部を、被検体に接触することなく検出する探傷装置を提供する。【解決手段】弾性変形させた被検体の表面形状の変化に基づいて被検体に存在する不均質部を探知する探傷装置であって、被検体の表面の高度分布を非接触で検出する高度分布データ生成部と、被検体を弾性変形させる弾性変形部と、高度分布データ生成部で生成した高度分布データを用いて解析を行う解析部とを備えることとする。高度分布データ生成部として、デジタルホログラフィック顕微鏡または走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いる。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形させた被検体の表面形状の変化に基づいて前記被検体に存在する不均質部を探知する探傷装置であって、
前記被検体の表面の高度分布を非接触で検出する高度分布データ生成部と、
前記被検体を弾性変形させる弾性変形部と、
前記高度分布データ生成部で生成した高度分布データを用いて解析を行う解析部とを備えた探傷装置。
【請求項２】
前記解析部は、
前記被検体に第１の応力を作用させて弾性変形させた後に前記高度分布データ生成部で生成した前記第１の高度分布データと、
前記被検体に前記第１の応力とは異なる大きさの第２の応力を作用させて弾性変形させた後に前記高度分布データ生成部で生成した第２の高度分布データと、を用いて解析を行う請求項１に記載の探傷装置。
【請求項３】
前記高度分布データ生成部が、デジタルホログラフィック顕微鏡または走査型共焦点レーザ顕微鏡である請求項１または請求項２に記載の探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被検体に存在する割れや空洞あるいは組織変化などの不均質部を、被検体を破壊することなく探知する探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、発電施設などで使用される配管やタービンなどの金属製の部品は、使用にともなって生じる劣化に起因した不具合の発生を防止するために、定期的な検査作業が行われている。【０００３】  このような検査作業においては、一般的に、超音波を利用した超音波探傷法（例えば、特許文献１参照。）や、直流電位差を利用した電気的な探傷法（例えば、特許文献２参照。）などの非破壊検査法が用いられることが多く、検査対象の被検体の形状や特性あるいは被検体に発生する損傷の形態に応じた方法が用いられている。【０００４】  さらに、非破壊検査法ではないが、被検体に荷重を加えながら超音波探傷法により観察を行って、応力負荷状態での被検体内部の破壊状況をリアルタイムで検査可能とした試験装置も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−１１３４２９号公報
【特許文献２】特開平０６−１０９６８４号公報
【特許文献３】特開平０５−２２３７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、従来の探傷法では探触子を被検体に接触させる必要があり、被検体への探触子の接触状態にはバラツキが生じやすく、このバラツキによって探触子の検知感度にバラツキが生じることとなって、検出結果に対して影響を与えるおそれがあった。
しかも、被検体の経時変化にともなって被検体の表面に酸化被膜などの被膜が形成されることもあり、このような被膜によって探触子の検知感度が低下するおそれもあった。【０００７】  また、被検体の形状や構造によっては、被検体に加えた超音波や電流に基づいてノイズが発生し、検出精度を低下させるおそれもあった。【０００８】  このような現状に鑑み、被検体に生じた割れや空洞あるいは組織変化などの不均質部を、被検体に接触することなく検出する探傷方法を提供すべく研究開発を行って、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の探傷装置では、弾性変形させた被検体の表面形状の変化に基づいて被検体に存在する不均質部を探知する探傷装置であって、被検体の表面の高度分布を非接触で検出する高度分布データ生成部と、被検体を弾性変形させる弾性変形部と、高度分布データ生成部で生成した高度分布データを用いて解析を行う解析部とを備えることとした。【００１０】  さらに、本発明の探傷装置では、解析手段が、被検体に第１の応力を作用させて弾性変形させた後に高度分布データ生成部で生成した第１の高度分布データと、被検体に第１の応力とは異なる大きさの第２の応力を作用させて弾性変形させた後に高度分布データ生成部で生成した第２の高度分布データとを用いて解析を行うことにも特徴を有するものである。【００１１】  また、本発明の探傷装置では、高度分布データ生成部として、デジタルホログラフィック顕微鏡または走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いることにも特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】  本発明の探傷装置では、被検体の表面の高度分布を検出する高度分布データ生成部としてデジタルホログラフィック顕微鏡などの非接触性の高度分布データ生成手段を用い、この高度分布データ生成部と、被検体を弾性変形させる弾性変形部と、高度分布データ生成部で生成した高度分布データを用いて解析を行う解析部とを備えることとし、弾性変形させた被検体の表面形状の変化に基づいて被検体に存在する不均質部を探知することにより、非接触の探傷装置を提供できる。したがって、従来の探触子を用いる探傷装置のような接触不良の問題が生じるおそれがなく、精度良く不均質部を探知できる。【００１３】  特に、本発明の探傷装置では、非接触の探傷装置としているので、酸化スケールなどの被膜が自然発生的に形成された被検体だけでなく、適宜のコーティングが施された被検体にも適用可能とすることができ、しかも導電性や熱伝導性あるいはヤング率などの材料特性の影響を受けることなく被検体に存在する不均質部を探知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】被検体に存在する不均質部の探知方法の説明図である（不均質部なし）。
【図２】被検体に存在する不均質部の探知方法の説明図である（不均質部あり）。
【図３】有限要素法による解析で用いた被検体の説明図である。
【図４】（ａ）は左側評価領域の高度分布データを示すグラフ、（ｂ）は右側評価領域の高度分布データを示すグラフである。
【図５】（ａ）は左側評価領域の高度分布データを示すグラフ、（ｂ）は右側評価領域の高度分布データを示すグラフである。
【図６】（ａ）は左側評価領域の高度分布データを示すグラフ、（ｂ）は右側評価領域の高度分布データを示すグラフである。
【図７】被検体に存在する不均質部の探知方法の説明図である。
【図８】被検体に存在する不均質部の探知方法の説明図である。
【図９】被検体に存在する不均質部の探知方法の説明図である。
【図１０】被検体に存在する不均質部の探知方法の説明図である。
【図１１】被検体に存在する不良部の探知方法の説明図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る探傷装置のブロック図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る探傷装置の動作のフローチャートである。
【図１４】三次元ヒストグラムデータの説明図である。
【図１５】他の基準面データの生成方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  本発明の探傷装置は、被検体を弾性変形させた際に生じる被検体の表面形状の変化を検出することにより、被検体に存在する不均質部を探知するものである。
【００１６】  具体的に説明すると、図１に模式的に示すように、例えば直方体状とした被検体１０に対し、１組の対向する端縁の一方の端縁には上向きに、他方の端縁には下向きに荷重を加えることにより被検体１０にせん断力を作用させて弾性変形させる場合を考えることとする。図１中、白抜きの矢印は被検体１０に加えた荷重の方向を示している。
【００１７】  この場合において、被検体１０が均質であれば、被検体１０は全体的に一様に弾性変形し、被検体１０の表面には一方の端縁から他方の端縁にかけて一定の傾きの傾斜面を生じることとなる。
【００１８】  一方、図２に示すように、被検体１１の表面側に割れ１１ａが生じている場合には、同様のせん断力を被検体１１に作用させて弾性変形させると、被検体１１の表面では割れ１１ａの部分において不連続部が生じ、被検体１１の表面に非一様な領域である非一様領域１１ｂが形成されることとなっている。
【００１９】  このような非一様領域を検出することにより被検体１１に生じた不均質部を探知することが可能となる。
【００２０】  より具体的に説明すると、図３に示すように、５ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍの直方体状の被検体１２を想定し、この被検体１２の長方形状とした上面の中央部に、長手方向を２分割する切欠き１２ａを設けているとする。ここで、切欠き１２ａは、幅０．５ｍｍで深さ２ｍｍとしており、被検体１２は、ヤング率Ｅ＝１０６．３３ＧＰａ、ポアソン比ν＝０．３４の純チタンを想定している。
【００２１】  また、被検体１２の上面には、切欠き１２ａからの距離を０．１８ｍｍとして１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形状の左側評価領域１２ｂと右側評価領域１２ｃを、切欠き１２ａを挟んで左右にそれぞれ設けており、有限要素法による解析により、左側評価領域１２ｂ及び右側評価領域１２ｃの高度分布データを得ることとしている。
【００２２】  そして、図３に示すように、被検体１２の左側端部には剛体からなる固定片１２ｄを設けて、この固定片１２ｄで被検体１２の左側端部を支持することにより変位の発生を抑制するとともに、被検体１２の右側端部における上面側の一方の角部Ａに、被検体１２の長手方向と平行に圧縮の集中荷重を加えることとする。この場合、被検体１２には上面側に湾曲する弾性変形が生じ、左側評価領域１２ｂ及び右側評価領域１２ｃには、図４に示す高度分布の変化が生じることとなる。なお、図４（ａ）は左側評価領域１２ｂの高度分布データを示し、図４（ｂ）は右側評価領域１２ｃの高度分布データを示している。
【００２３】  ここで、各点は、それぞれ左側評価領域１２ｂ及び右側評価領域１２ｃにおける切欠き１２ａと平行な各計測点での平均値としている。また、白丸は、被検体１２に５５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データと、３５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データとの差分に基づく２００Ｎの荷重増分の高度分布データであり、黒丸は、被検体１２に８００Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データと、５５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データとの差分に基づく２５０Ｎの荷重増分の高度分布データである。
【００２４】  図４からわかるように、左側評価領域１２ｂの高度分布データと、右側評価領域１２ｃの高度分布データは、それぞれは一定の傾きを有しているが、左側評価領域１２ｂの高度分布データの傾きと、右側評価領域１２ｃの高度分布データの傾きが異なっている。すなわち、このことは、左側評価領域１２ｂと右側評価領域１２ｃの間に非一様領域が存在し、この非一様領域に不均質部が存在することを示している。
【００２５】  また、荷重を加える位置を変えて、被検体１２の右側端部における下面側の一方の角部Ｂに、被検体１２の長手方向と平行に圧縮の集中荷重を加えることとする。この場合、被検体１２には下面側に湾曲する弾性変形が生じて、左側評価領域１２ｂ及び右側評価領域１２ｃには、図５に示す高度分布の変化が生じることとなる。なお、図５（ａ）は左側評価領域１２ｂの高度分布データを示し、図５（ｂ）は右側評価領域１２ｃの高度分布データを示している。
【００２６】  図４の場合と同様に、図５においても、各点は、それぞれ左側評価領域１２ｂ及び右側評価領域１２ｃにおける切欠き１２ａと平行な各計測点での平均値としている。また、白丸は、被検体１２に５５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データと、３５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データとの差分に基づく２００Ｎの荷重増分の高度分布データであり、黒丸は、被検体１２に８００Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データと、５５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データとの差分に基づく２５０Ｎの荷重増分の高度分布データである。
【００２７】  この場合でも、左側評価領域１２ｂの高度分布データと、右側評価領域１２ｃの高度分布データは、それぞれは一定の傾きを有しているが、左側評価領域１２ｂの高度分布データの傾きと、右側評価領域１２ｃの高度分布データの傾きが異なっており、左側評価領域１２ｂと右側評価領域１２ｃの間に非一様領域が存在し、この非一様領域に不均質部が存在することを示している。
【００２８】  さらに、荷重を加える位置を変えて、被検体１２の右側端部の全面に一様に、被検体１２の長手方向と平行に圧縮の等分布荷重を加えることとする。この場合、被検体１２には切欠き１２ａによって変則的な弾性変形が生じ、左側評価領域１２ｂ及び右側評価領域１２ｃには、図６に示す高度分布の変化が生じることとなる。なお、図６（ａ）は左側評価領域１２ｂの高度分布データを示し、図６（ｂ）は右側評価領域１２ｃの高度分布データを示している。
【００２９】  図４及び図５の場合と同様に、図６においても、各点は、それぞれ左側評価領域１２ｂ及び右側評価領域１２ｃにおける切欠き１２ａと平行な各計測点での平均値としている。また、白丸は、被検体１２の右側端部の全面に５５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データと、３５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データとの差分に基づく２００Ｎの荷重増分の高度分布データであり、黒丸は、被検体１２の右側端部の全面に８００Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データと、５５０Ｎの荷重を加えた場合の高度分布データとの差分に基づく２５０Ｎの荷重増分の高度分布データである。
【００３０】  この場合でも、左側評価領域１２ｂの高度分布データの傾きと、右側評価領域１２ｃの高度分布データの傾きが異なっており、左側評価領域１２ｂと右側評価領域１２ｃの間に非一様領域が存在し、この非一様領域に不均質部が存在することを示している。
【００３１】  このように、被検体に加える荷重を調整して被検体を弾性変形させるとともに、弾性変形にともなって被検体の表面に生じた非一様領域を検出することにより、被検体に存在する割れや空洞あるいは組織変化などの不均質部を探知することができる。
【００３２】  特に、あらゆる形態の不均質部の弾性変形に対する応答、すなわち非一様領域の発生パターンをあらかじめ特定しておくことにより、被検体の表面の高度分布データから不均質部の形態だけでなく不均質部の位置や大きさなどを特定でき、探傷装置として利用することができる。
【００３３】  なお、被検体を弾性変形させる際には、被検体にせん断力あるいは圧縮力を作用させるだけでなく、引張力、曲げモーメント、ねじりモーメント、加熱や冷却による熱膨張、あるいは電磁気力など、適宜の方法を用いて被検体に力学的変形を与えることができればよい。
【００３４】  また、不均質部を探知するために用いる高度分布データを得る際には、被検体に第１の応力を作用させることにより弾性変形させて生成した第１の高度分布データと、被検体に第１の応力とは異なる大きさの第２の応力を作用させることにより弾性変形させて生成した第２の高度分布データとの差分をとることにより、被検体自体の表面状態の影響を排除して、不均質部の探知精度を向上させることができる。
【００３５】  探知可能な不均質部は、き裂を含む割れ、空洞、及び母材の変質によって生じる組織変化などだけでなく、微小ボイド群やクレージングなどの損傷であり、一般的に均質化されている被検体に生じた不均質な領域である。
【００３６】  また、弾性変形させた被検体の高度分布データから被検体に生じた不均質な領域を探知することにより、被検体の表面には、酸化スケールなどの被膜が形成されていたり、適宜のコーティングが施されたりしていても、不均質な領域を探知できる。
【００３７】  特に、被検体の表面に露出していない不均質部も探知可能であって、例えば、図７に示すように、不均質部が被検体１３の背面側に生じた割れ１３ａの場合には、被検体１３に引張力を作用させて弾性変形させることにより、被検体１３の表面には、凹状の湾曲面となった非一様領域１３ｂが生じ、被検体１３に不均質な領域が生じていることを探知できる。
【００３８】  また、不均質な領域が被検体１３の背面側に生じた割れ１３ａに基づくものである場合には、被検体１３に引張力を作用させるのではなく、図８に示すようにせん断力を作用させて被検体１３を弾性変形させると、被検体１３の表面には、傾きがなだらかなＳ字状に連続的に変化する湾曲面となった非一様領域１３ｂ’が生じ、被検体１３に不均質な領域が生じていることを探知できる。
【００３９】  また、図９に示すように、不均質部が被検体１４の内部に生じた空洞１４ａなどの内部損傷である場合には、被検体１４に引張力を作用させて弾性変形させることにより、被検体１４の表面には、凹状の湾曲面となった非一様領域１４ｂが生じ、被検体１４に不均質な領域が生じていることを探知できる。
【００４０】  また、図１０に示すように、被検体１５の内部に母材よりも高弾性の異組織領域１５ａが存在する場合には、被検体１５に引張力を作用させて弾性変形させることにより、被検体１５の表面には、凸状の湾曲面となった非一様領域１５ｂが生じ、被検体１５に不均質な領域が生じていることを探知できる。
【００４１】  このように、被検体に作用させる応力の形態や大きさなどを調整することにより、被検体に生じた不均質な領域の種類、大きさあるいは位置などを探知可能とすることができる。
【００４２】  特に、被検体の表面にコーティングなどの保護被膜を形成している場合には、被検体の表面からの保護被膜のハガレを検出することもでき、非破壊による被膜劣化を判定できる。
【００４３】  例えば、図１１に示すように、保護皮膜１６ａが形成された被検体１６に対して、保護皮膜１６ａを圧縮する方向の圧縮力を作用させて弾性変形させると、保護皮膜１６ａのハガレが生じている部分において保護皮膜１６ａの盛り上がりが生じ、凸状の湾曲面となった非一様領域１６ｂが生じ、被検体１６に不良部が生じていることを探知できる。
【００４４】  上記した不均質部あるいは不良部を探知する探傷装置は、図１２にブロック図で示すように、被検体Ｈの表面の高度分布を検出して高度分布データを出力する高度分布データ生成部２１と、被検体Ｈを支持するとともに弾性変形させる弾性変形部２２と、高度分布データ生成部２１で生成した高度分布データを用いて解析を行う解析部２３とで構成している。
【００４５】  特に、高度分布データ生成部２１は、デジタルホログラフィック顕微鏡または走査型共焦点レーザ顕微鏡などの非接触型の顕微鏡であることが望ましい。なお、高度分布データ生成部２１は、これらの顕微鏡に限定するものではなく、これらの顕微鏡と同様に、被検体Ｈの表面の高度すなわち凹凸を、ナノメートルオーダーで非接触で検出可能となっているものであればよく、場合によっては原子間力顕微鏡などのような走査型プローブ顕微鏡であってもよい。
【００４６】  以下においては、説明の便宜上、高度分布データ生成部２１をデジタルホログラフィック顕微鏡として説明する。特に、デジタルホログラフィック顕微鏡は、走査型共焦点レーザ顕微鏡や走査型プローブ顕微鏡などと比較してハンドリング性に優れており、多種多様な被検体に適用しやすいため、ここでは高度分布データ生成部２１をデジタルホログラフィック顕微鏡とするものである。
【００４７】  デジタルホログラフィック顕微鏡は、被検体の表面の凹凸をナノメートルオーダーで検出でき、被検体Ｈの表面をスキャニングすることにより、高度分布データを生成することができる。
【００４８】  本実施形態の探傷装置では、高度分布データ生成部２１のデジタルホログラフィック顕微鏡をＸ−Ｙステージからなる支持台２４に装着して、被検体Ｈの表面を広範囲にわたって走査可能とし、デジタルホログラフィック顕微鏡自体の走査領域よりも広範囲の検査領域での検査を可能としている。なお、検査対象の被検体Ｈの表面が平面ではなく、所定の立体的形状を有している場合には、支持台２４は高度分布データ生成部２１を被検体Ｈの表面形状に合わせて昇降移動させてもよい。
【００４９】  なお、本実施形態では、高度分布データ生成部２１及び支持台２４の駆動制御、さらには弾性変形部２２の駆動制御は解析部２３で行っており、被検体Ｈに応じてあらかじめ設定したルーチンによる検査作業を実行することとしている。
【００５０】  本実施形態で使用したデジタルホログラフィック顕微鏡は、スイス  Ｌｙｎｃｅｅ  Ｔｅｃ  社製ＤＨＭ  Ｒ１０００であって、垂直方向の空間的分解能が０．６ｎｍ程度であり、対物レンズに依存するが水平方向の分解能が最大３００ｎｍであり、視野は最大４．４×４．４ｍｍとなっている。
【００５１】  このデジタルホログラフィック顕微鏡で得られる被検体Ｈの表面のホログラムデータは、高度分布データとなっており、解析部２３では、高度分布データ生成部２１のデジタルホログラフィック顕微鏡から入力された高度分布データを用い、水平方向の分解能を考慮しながらＡＤ変換を行って、解析に用いる三次元ヒストグラムデータを生成している。
【００５２】  弾性変形部２２には、被検体Ｈを固定するチャック２２ａを設けており、本実施形態では、図１２に示すように、直方体状とした被検体Ｈの左右端をそれぞれチャック２２ａで固定することにより、弾性変形部２２に被検体Ｈを固定装着することとしている。
【００５３】  特に、本実施形態の弾性変形部２２では、被検体Ｈの左側端を固定するチャック２２ａは弾性変形部２２の基体２２ｂに立設した固定片２２ｃに設けるとともに、被検体Ｈの右側端を固定するチャック２２ａは基体２２ｂ上を左右方向に移動可能とした可動片２２ｄに設けて、被検体Ｈの左右方向に進退自在としている。そして、チャック２２ａを用いて被検体Ｈを弾性変形部２２に固定した後、可動片２２ｄを移動させることにより被検体Ｈに圧縮力または引張力を作用させることとしている。
【００５４】  本実施形態の弾性変形部２２では、被検体Ｈに圧縮力または引張力を作用させることとしているが、被検体Ｈには適宜の応力を加えて弾性変形を生じさせてよく、被検体Ｈの形状や大きさ、及び被検体Ｈに生じる不均質部の種類などに応じて、適宜の形態としてよい。
【００５５】  解析部２３は、本実施形態では、所要の探傷プログラムを実行可能とした電子計算機で構成している。すなわち、探傷プログラムは、電子計算機のハードディスクなどの記憶装置に格納されており、探傷プログラムの起動処理が行われることによりＣＰＵによって読み出され、実行されることとしている。また、電子計算機の記憶装置には、探傷プログラムが使用する各種の情報があらかじめ記憶されており、これらの情報を用いながら、所定の動作を実行することとしている。
【００５６】  弾性変形部２２への被検体Ｈの装着後、探傷プログラムを起動させることにより、解析部２３は以下のように稼働して、被検体Ｈの検査、すなわち被検体Ｈに生じた不均質部の探索を実施することとしている。
【００５７】  まず、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、被検体Ｈの識別情報の入力を行わせることとしている（ステップＳ００１）。すなわち、解析部２３には、探傷装置で不均質部の探索が実施される被検体Ｈの形状や材質などの情報とともに、被検体Ｈの検査領域や被検体Ｈに生じさせる弾性変形の条件などの基礎情報をあらかじめ登録しており、入力された被検体Ｈの識別情報に基づいて、自動的に所定の検査処理を実行することとしている。ここで、被検体Ｈの識別情報とは、例えば、被検体Ｈの製品番号や名称などである。なお、識別情報としてバーコードなどを用いてもよく、被検体Ｈを識別する適宜の識別手段を用いてよい。
【００５８】  次いで、探傷プログラムは、入力された被検体Ｈの識別情報に基づき、あらかじめ登録された不均質部の探索処理の情報を読み出し、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３から弾性変形部２２に動作信号を入力して、弾性変形部２２によって被検体Ｈに第１の応力を印加し、被検体Ｈを弾性変形させることとしている（ステップＳ００２）。本実施形態では、第１の応力は圧縮応力としている。なお、場合によっては、第１の応力の大きさを零としてもよく、すなわち、被検体Ｈを弾性変形部２２に装着しただけの状態としてもよい。
【００５９】  次いで、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３から高度分布データ生成部２１及び支持台２４に動作信号を入力して、高度分布データ生成部２１によって被検体Ｈの検査領域をスキャンする第１のスキャンを行わせている（ステップＳ００３）。この第１のスキャンによって、解析部２３では第１の高度分布データを生成している。
【００６０】  次いで、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３において、得られた第１の高度分布データのＡＤ変換を行って第１の三次元ヒストグラムデータを生成し、この第１の三次元ヒストグラムデータから、第１の表層データと第１の基準面データを生成している（ステップＳ００４）。
【００６１】  表層データとは、被検体Ｈの表面に存在する被検体固有の凹凸の分布データである。すなわち、被検体Ｈの表面は、いくら平滑化したとしても、ナノメートルオーダーでみれば凹凸を有しており、しかも、この表面の凹凸は、被検体Ｈに復元可能な程度の弾性変形を生じさせた場合においてもほぼ不変である。さらに、この表層データでは、ある一定面積以上の領域を基準領域とした場合に、この基準領域内の凹凸の分布と同一となる凹凸の分布が表層データの他の領域において存在せず、人間の指紋のように識別力を有する標識として利用できるものである。
【００６２】  一方、基準面データは、後述するように別々に取得された２つの三次元ヒストグラムデータを比較する際の高さの基準面を揃える平面補正の補正量に相当するものであり、図１４に模式的に示すように、前記の基準領域程度の領域（図１４では５×４の領域）、または基準領域よりも広い領域を一つの平面Ｐで近似して得られる高度分布データである。この基準面データは、被検体が弾性変形することにより変化し、この基準面データに現れる変化を利用して被検体Ｈに存在する不均質部を探知することとしている。
【００６３】  ここで、図１４に示すように、三次元ヒストグラムデータのｘ−ｙ平面での座標（ｘｉ’，ｙｊ’）における高さをＧ（ｘｉ’，ｙｊ’）と表すこととし、前記の平面Ｐの座標（ｘｉ’，ｙｊ’）における高さをＧＰ（ｘｉ’，ｙｊ’）と表すこととする。このＧＰ（ｘｉ’，ｙｊ’）が基準面データであり、Ｇ（ｘｉ’，ｙｊ’）−ＧＰ（ｘｉ’，ｙｊ’）が表層データである。
【００６４】  三次元ヒストグラムデータによってＧ（ｘｉ’，ｙｊ’）は得られており、基準面データＧＰ（ｘｉ’，ｙｊ’）が特定されれば、表層データが得られることとなる。
【００６５】  ここで、ＧＰ（ｘ’，ｙ’）は、以下のように特定することができる。まず、ＧＰ（ｘ’，ｙ’）に対しては、以下の式を想定できる。
ＧＰ（ｘ’，ｙ’）＝Ｌｘ’＋ｍｙ’＋ｎ    ・・・（１）
【００６６】  そして、便宜上、ｄｉ＝Ｇ（ｘｉ’，ｙｉ’）−ＧＰ（ｘｉ’，ｙｉ’）とする。上述したように、ｄｉは表層データであって、平面補正によって基準面データ分の影響は除去した際の各座標の高さを表すこととなっている。
【００６７】  したがって、ｄｉの二乗和は最小となると考えるのが妥当である。すなわち、ｄｉの二乗和が最小となるように（１）式の定数Ｌ、ｍ、ｎを決定すればよい。
【００６８】  そこで、次式で表される定数Ｌ、ｍ、ｎに関する連立一次方程式を解くことにより、定数Ｌ、ｍ、ｎを決定することができる。なお、最小二乗法については周知であり、最小二乗法に関する詳細は省略する。
【数１】
2011257368.tif 000003
【００６９】  解析部２３では、上記の演算を実行してＧＰ（ｘ’，ｙ’）を特定し、基準面データＧＰ（ｘｉ’，ｙｊ’）を生成して、Ｇ（ｘｉ’，ｙｊ’）−ＧＰ（ｘｉ’，ｙｊ’）として表層データを生成している。
【００７０】  なお、基準面データの生成は、上記した最小二乗法を用いる場合に限定するものではなく、適宜の方法で基準面データを生成してもよい。
【００７１】  例えば、別の基準面データの生成方法として、図１５に示すように、所定の基準領域内の三次元ヒストグラムデータにおける高さ情報に対して、ｘ−ｙ平面のｘ方向及びｙ方向でそれぞれ平均値を算出して、得られた平均値データをｘ軸方向の高さ分布データ及びｙ軸方向の高さ分布データとして基準面データを生成し、これらのデータを用いて表層データを生成してもよい。
【００７２】  第１の表層データ及び第１の基準面データの生成後、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３から弾性変形部２２に動作信号を入力して、弾性変形部２２によって被検体Ｈに第１の応力とは異なる大きさの第２の応力を印加して、被検体Ｈを弾性変形させることとしている（ステップＳ００５）。本実施形態では、第２の応力も圧縮応力としている。
【００７３】  次いで、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３から高度分布データ生成部２１及び支持台２４に動作信号を入力して、高度分布データ生成部２１によって被検体Ｈの検査領域をスキャンする第２のスキャンを行わせている（ステップＳ００６）。この第２のスキャンによって、解析部２３では第２の高度分布データを生成している。
【００７４】  次いで、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３において、得られた第２の高度分布データのＡＤ変換を行って第２の三次元ヒストグラムデータを生成し、この第２の三次元ヒストグラムデータから、第２の表層データと第２の基準面データを生成している（ステップＳ００７）。
【００７５】  次いで、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３において、第１の表層データと第２の表層データとを用いて、第１の表層データに対する第２の表層データの位置ずれの程度を検出し、検出された位置ずれ量に応じて第２の基準面データの位置ずれを補正した補正データを生成している（ステップＳ００８）。
【００７６】  本実施形態のように、被検体Ｈの表面をナノメートルオーダーで識別しながらスキャニングした場合には、ステップＳ００３の第１のスキャンと、ステップＳ００６の第２のスキャンとで、同一の検査領域をスキャンしたとしても完全同一の検査領域のスキャンが行われていることはなく、しかも、第２のスキャンの際には、被検体Ｈが第１のスキャンの際と異なる弾性変形状態となっているので、第２の三次元ヒストグラムデータは第１の三次元ヒストグラムデータに対して位置ずれを生じることとなっている。
【００７７】  本発明では、この位置ずれを表層データの同一性を利用して検出し、位置ずれを補正している。
【００７８】  具体的に説明すると、解析部２３は、まず、第１の表層データにおいて上記した基準領域または基準領域よりも大きい領域の注目領域を設定し、この注目領域の高度分布データを注目データとして設定している。
【００７９】  次いで、解析部２３は、第２の表層データの中から注目データと合致する高度分布となった対応領域を特定する。
【００８０】  このとき、解析部２３は、第２の表層データに対して注目領域と同じ大きさの比較領域を設定し、この比較領域の高度分布データと注目データとの相関を評価しており、第２の表層データ内で比較領域の位置を移動させながら注目データとの相関を順次評価して、相関の最も高い比較領域を対応領域と特定することとしている。
【００８１】  ちなみに、対応領域を特定する方法の一例として、注目データの高度分布データにおける高度分布を表す関数をＦ、比較領域の高度分布データにおける高度分布を表す関数をＧとし、注目領域Ｓ内の座標を（ｘ’Ｔ，ｙ’Ｔ）、座標（ｘ’Ｔ，ｙ’Ｔ）の移動後の座標を（ｘ’Ｔ＋ｕ，ｙ’Ｔ＋ｖ）とし、関数Ｆの平均値をＦｗ、関数Ｇの平均値をＧｗとして、次式で表される相関係数Ｒ（ｕ，ｖ）を用いる方法がある。相関係数Ｒ（ｕ，ｖ）が取り得る値の範囲は−１≦Ｒ（ｕ，ｖ）≦１である。
【数２】
2011257368.tif 000004
【００８２】  なお、本実施形態のデジタルホログラフィック顕微鏡で生成した三次元ヒストグラムデータは、水平方向の空間分解能が垂直方向の分解能と比較して小さいため、相関係数を平滑化処理によって連続化することにより水平方向の空間分解能を向上させて、最大の相関係数を見つけやすくしてもよい。
【００８３】  対応領域が特定されることにより、解析部２３は、特定された対応領域に基づいて第２の表層データの位置ずれの程度を特定し、この位置ずれに基づいて第２の基準面データを平行移動させた補正データを生成している。
【００８４】  次いで、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３において、第１の基準面データと補正データとの差分処理を行って、差分データを生成している（ステップＳ００９）。
【００８５】  次いで、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、あらかじめ登録された不均質部の探索処理の情報において、被検体Ｈに別条件での応力の印加条件がある場合に（ステップＳ０１０：ＹＥＳ）、ステップＳ０００２に戻って新たな条件の応力を被検体Ｈに印可することとしている。
【００８６】  一方、別条件での応力の印加条件がない場合には（ステップＳ０１０：ＮＯ）、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３において、差分データの一様性、すなわち非一様領域の有無を検証することとしている（ステップＳ０１１）。
【００８７】  非一様領域の有無の判定は、例えば、差分データの微分処理を行って差分データの傾きを算出し、この傾きの値が所定の閾値を越えるか否か、あるいは傾きの変化量が所定の閾値を越えるか否かなどによって行うことができ、適宜の方法を用いることができる。
【００８８】  差分データにおいて非一様領域を検出した場合には（ステップＳ０１２：ＹＥＳ）、探傷プログラムは、図１３のフローチャートに示すように、解析部２３において、解析部２３を構成している電子計算機の記憶装置にあらかじめ記憶されている不均質部ごとの非一様領域の発現形態の情報と比較して、検出した非一様領域の形態から不均質部の種類や位置、さらには大きさ等の不均質部の特定を行い（ステップＳ０１３）、解析部２３のディスプレイ等の出力装置に探索結果として出力している（ステップＳ０１４）。
【００８９】  なお、探索結果は、被検体Ｈに存在する不均質部の種類や位置、さらには大きさ等を明確に示す場合に限定するものではなく、単に不均質部が存在することを警告する警告表示だけであってもよい。
【００９０】  上述した探傷装置は、金属製の被検体に対して用いることができるだけでなく、弾性変形する材料からなる被検体であれば何に対しても用いることができる。特に、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などの有機材料からなる被検体に対しても適用でき、従来の電気や超音波を用いた探傷装置では適用が困難であった被検体に対しても広く利用できる。
【符号の説明】
【００９１】  Ｈ      被検体
２１    高度分布データ生成部
２２    弾性変形部
２２ａ  チャック
２２ｂ  基体
２２ｃ  固定片
２２ｄ  可動片
２３    解析部
２４    支持台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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