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JP7609702B2 - Defect Detection Method - Google Patents
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Description

本開示は、欠陥検出方法に関する。 This disclosure relates to a defect detection method.

近年、複雑構造による性能向上を狙いとして、付加造形(AM:Additive Manufacturing)技術が着目され、電子ビームやレーザビームを使用した積層造形によって3次元造形物(3D造形品)を製造する装置が普及している。例えば、特許文献1には、積層造形において、成長部分の温度を監視し、その温度に基づいて照射するビーム出力を調整する装置が開示されている。 In recent years, additive manufacturing (AM) technology has been gaining attention in an effort to improve performance through complex structures, and devices that manufacture three-dimensional objects (3D models) through additive manufacturing using electron beams or laser beams have become widespread. For example, Patent Document 1 discloses a device that monitors the temperature of the growing part during additive manufacturing and adjusts the output of the irradiated beam based on that temperature.

特開2019-73796号公報JP 2019-73796 A

従来、複雑構造物を構築する際、複数の鋳鍛造品(鋳鍛造部品)を組み立てて構成するのが一般的である。この場合、鋳鍛造品における欠陥(割れ、ひけ巣等)に係る検査は、超音波探傷法、渦流探傷法、放射線透過法等の比較的簡便な方法を、鋳鍛造部品毎に適用することができた。 Conventionally, when constructing a complex structure, it is common to assemble multiple cast and forged products (cast and forged parts). In this case, inspections for defects in cast and forged products (cracks, shrinkage cavities, etc.) can be performed by applying relatively simple methods such as ultrasonic testing, eddy current testing, and radiography to each cast and forged part.

しかし、AM技術を用いた3D造形品では、金属粉を材料とした一体同時造形の為、中間生成物が無く、欠陥検査は最終形状で行う必要がある。この場合、前述のような簡便な検査方法では、最終形状の外表面から離隔した位置における欠陥評価は困難である。X線CTの活用による評価も考えられるが、大型な3D造形品には対応できないという問題がある。
また、最終形状で欠陥検査を行うため、内部欠陥の存在が判明した場合、再度最初から造形を行うこととなり、手戻りリスクが発生する。
これらを解決するには、造形中に内部欠陥を検出できることが重要である。特許文献1には、このような内部欠陥の問題を解決するための手法が開示されていない。
However, in the case of 3D modeling using AM technology, there are no intermediate products because the product is made from metal powder, and defect inspection must be performed on the final shape. In this case, it is difficult to evaluate defects at a position away from the outer surface of the final shape using the simple inspection method described above. Evaluation using X-ray CT is also possible, but there is a problem that it cannot be used for large 3D modeling products.
In addition, because defect inspection is performed on the final shape, if an internal defect is found, the modeling must be started again from the beginning, creating a risk of rework.
In order to solve these problems, it is important to be able to detect internal defects during modeling. Patent Document 1 does not disclose a method for solving such problems of internal defects.

ところで、非接触で内部欠陥を検出する手法として、レーザ超音波法が知られている。レーザ超音波法は、検査対象物の表面にパルスレーザ光を照射することによって検査対象の表面を局所的に加熱し、熱膨張あるいはアブレーション作用によって超音波を発生させ、生じた超音波が検査対象内を伝搬した後、内部欠陥で反射又は散乱し、再び表面へ伝搬してきたものをレーザ干渉計などの検出装置により計測する技術である。 The laser ultrasonic method is known as a method for detecting internal defects without contact. The laser ultrasonic method is a technology in which the surface of the object to be inspected is locally heated by irradiating the surface with pulsed laser light, generating ultrasonic waves through thermal expansion or ablation. The generated ultrasonic waves propagate through the object to be inspected, are reflected or scattered by internal defects, and then propagate back to the surface, where they are measured by a detection device such as a laser interferometer.

レーザ超音波法による欠陥検出では、パルスレーザ光を照射した時の欠陥からの反射波を観測する必要がある。しかし、浅い位置にある(表面近傍の)欠陥を検査する場合、入射波による表面振動変位に、欠陥からの反射波が埋もれてしまう。そのため、3D造形中に発生する表面から浅い位置にある欠陥の検出には適用困難である。 In defect detection using the laser ultrasonic method, it is necessary to observe the reflected waves from defects when irradiated with pulsed laser light. However, when inspecting defects located at a shallow position (near the surface), the reflected waves from the defect are buried in the surface vibration displacement caused by the incident wave. For this reason, it is difficult to apply this method to detect defects that occur at a shallow position from the surface during 3D modeling.

本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、3D造形される対象物の内部欠陥の検出に適した欠陥検出方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present disclosure aims to provide a defect detection method suitable for detecting internal defects in an object to be 3D printed.

(1)本開示の少なくとも一実施形態に係る欠陥検出方法は、
対象物に対して、パルスレーザ光を照射して前記対象物中に超音波を発生させるステップと、
前記超音波に基づく前記対象物の振動の特定の周波数成分に基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップと、
を含む。
(1) A defect detection method according to at least one embodiment of the present disclosure,
Irradiating a target with a pulsed laser beam to generate ultrasonic waves in the target;
detecting the presence or absence of an internal defect of the object based on a specific frequency component of the vibration of the object based on the ultrasonic wave;
Includes.

本開示の少なくとも一実施形態によれば、3D造形される対象物の内部欠陥の検出に適した欠陥検出方法を提供できる。 At least one embodiment of the present disclosure provides a defect detection method suitable for detecting internal defects in an object being 3D printed.

実施形態に係る造形装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a molding apparatus according to an embodiment. 実施形態に係る造形装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a molding apparatus according to an embodiment. 実施形態に係る造形装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a molding apparatus according to an embodiment. 実施形態に係る造形装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a molding apparatus according to an embodiment. 実施形態に係る造形装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a molding apparatus according to an embodiment. 幾つかの実施形態に係る欠陥検出方法の手順を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating steps of a defect detection method according to some embodiments. 対象物の内部欠陥を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an internal defect of an object. 内部欠陥検出ステップにおける処理に係る検出装置の機能ブロックを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing functional blocks of a detection device relating to processing in an internal defect detection step. 検出装置から取得した振動の振幅を示すグラフの一例である。1 is an example of a graph showing the amplitude of vibration obtained from a detection device. 内部欠陥の有無の検出に必要な情報を抽出した後の振動を示すグラフの一例である。11 is an example of a graph showing vibrations after extracting information required for detecting the presence or absence of an internal defect. FFT処理の処理結果を表すグラフの一例である。11 is an example of a graph showing a processing result of FFT processing. マップ作成部において作成されたマップの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a map created by a map creating unit;

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of components described as the embodiments or shown in the drawings are merely illustrative examples and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
For example, expressions expressing relative or absolute configuration, such as "in a certain direction,""along a certain direction,""parallel,""orthogonal,""center,""concentric," or "coaxial," not only strictly express such a configuration, but also express a state in which there is a relative displacement with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function is obtained.
For example, expressions indicating that things are in an equal state, such as "identical,""equal," and "homogeneous," not only indicate a state of strict equality, but also indicate a state in which there is a tolerance or a difference to the extent that the same function is obtained.
For example, expressions describing shapes such as a rectangular shape or a cylindrical shape do not only refer to rectangular shapes, cylindrical shapes, etc. in the strict geometric sense, but also refer to shapes that include uneven portions, chamfered portions, etc., to the extent that the same effect is obtained.
On the other hand, the expressions "comprise,""include,""have,""includes," or "have" of one element are not exclusive expressions excluding the presence of other elements.

(欠陥検出装置を備える造形装置の全体構成)
以下、一実施形態に係る造形装置300について説明する。図1から図5は、それぞれの実施形態に係る造形装置300の構成を概略的に示す図である。なお、図1から図5において、コリメートレンズや集光レンズなどの光学系は省略する。以下の説明では、欠陥検出装置200を備える造形装置300について説明するが、欠陥検出装置200は造形装置300から独立した装置であってもよい。
(Overall configuration of a molding apparatus equipped with a defect detection device)
Hereinafter, a modeling apparatus 300 according to an embodiment will be described. Fig. 1 to Fig. 5 are diagrams that roughly show the configuration of the modeling apparatus 300 according to each embodiment. Note that optical systems such as collimator lenses and condenser lenses are omitted in Fig. 1 to Fig. 5. In the following description, the modeling apparatus 300 including the defect detection device 200 will be described, but the defect detection device 200 may be an apparatus independent of the modeling apparatus 300.

図1から図5に示すように、造形装置300は、対象物Tを3D造形するためのビーム照射装置100と、内部欠陥を検出するための欠陥検出装置200と、を備える。造形装置300は、例えば、パウダーベッド方式の付加造形(AM)を行う装置である。なお、造形装置300は、LMD(Laser Metal Deposition)方式の造形を行う装置であってもよい。 As shown in Figs. 1 to 5, the modeling apparatus 300 includes a beam irradiation device 100 for 3D modeling an object T, and a defect detection device 200 for detecting internal defects. The modeling apparatus 300 is, for example, an apparatus that performs additive modeling (AM) using a powder bed method. Note that the modeling apparatus 300 may also be an apparatus that performs modeling using an LMD (Laser Metal Deposition) method.

ビーム照射装置100は、造形装置300のベースプレート301上にパウダーベッド302として敷き詰められた原料粉303(例えば合金粉)に対して、エネルギービームB1を任意のCADに基づいた形状に沿って照射するように構成される(図5参照)。これにより、ビーム照射装置100は、原料粉を溶融固化させて、対象物Tを3D造形する。ビーム照射装置100は、エネルギービームB1として加工用のレーザ光を照射する装置である。また、造形装置300は、ガルバノミラー101を備えており、エネルギービームB1の向きを変えてパウダーベッド上を走査させることができる。ガルバノミラー101は備えていなくてもよい。 The beam irradiation device 100 is configured to irradiate the energy beam B1 along an arbitrary CAD-based shape onto raw material powder 303 (e.g., alloy powder) spread as a powder bed 302 on the base plate 301 of the modeling device 300 (see FIG. 5). In this way, the beam irradiation device 100 melts and solidifies the raw material powder to 3D model the object T. The beam irradiation device 100 is a device that irradiates laser light for processing as the energy beam B1. The modeling device 300 also includes a galvanometer mirror 101, which allows the direction of the energy beam B1 to be changed to scan the powder bed. The galvanometer mirror 101 is not necessarily required.

なお、ビーム照射装置100は、上記構成に限られない。例えば、ビーム照射装置100は、エネルギービームB1として電子ビームを照射する装置であってもよい。この場合、ガルバノミラーに置換して図示しない電子光学系を配してもよい。また、造形装置300は、ガルバノミラー101を備えていない構成であってもよい。例えば、造形装置300は、ビーム照射装置100自体を移動又は回転させてエネルギービームB1を走査させる構成であってもよい。 The beam irradiation device 100 is not limited to the above configuration. For example, the beam irradiation device 100 may be a device that irradiates an electron beam as the energy beam B1. In this case, an electronic optical system (not shown) may be provided in place of the galvanometer mirror. The modeling device 300 may be configured not to include the galvanometer mirror 101. For example, the modeling device 300 may be configured to move or rotate the beam irradiation device 100 itself to scan the energy beam B1.

図1から図5に示す実施形態では、欠陥検出装置200は、対象物Tにパルスレーザ光B2を照射するように構成されたパルスレーザ照射装置201と、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するように構成された検出装置202と、これらを制御するように構成された制御装置203とを備える。検出装置202は、次の各機能ブロックを備える。受信した超音波波形を蓄積する「時間波形蓄積メモリ」、超音波波形に窓関数を掛けて任意の波形を取り出す「窓関数による抽出部」、抽出した波形に対してFFT処理を行う「FFT処理部」、FFT処理結果を分析する「FFT結果分析部」、FFT処理結果値をマップ状にプロットする「計測結果マップ作成部」。FFT結果分析部は、周波数成分の総和、ある周波数範囲の最大振幅値、ある周波数のFFT振幅値、などを抽出する。パルスレーザ照射装置201は、対象物Tに対して、パルスレーザ光B2を照射して対象物T中に継続的に超音波を発生させる。パルスレーザ照射装置201は、反射波の強度が高くなるように、直上からパルスレーザ光B2を照射することが好ましい。 1 to 5, the defect detection device 200 includes a pulsed laser irradiation device 201 configured to irradiate the object T with a pulsed laser beam B2, a detection device 202 configured to detect the presence or absence of an internal defect in the object T, and a control device 203 configured to control them. The detection device 202 includes the following functional blocks: a "time waveform storage memory" that stores the received ultrasonic waveform, a "window function extraction unit" that multiplies the ultrasonic waveform by a window function to extract an arbitrary waveform, an "FFT processing unit" that performs FFT processing on the extracted waveform, an "FFT result analysis unit" that analyzes the FFT processing result, and a "measurement result map creation unit" that plots the FFT processing result value in a map. The FFT result analysis unit extracts the sum of frequency components, the maximum amplitude value in a certain frequency range, the FFT amplitude value of a certain frequency, etc. The pulsed laser irradiation device 201 irradiates the object T with a pulsed laser beam B2 to continuously generate ultrasonic waves in the object T. It is preferable for the pulsed laser irradiation device 201 to irradiate the pulsed laser light B2 from directly above so that the intensity of the reflected wave is high.

図1から図5に示す実施形態では、検出装置202は、超音波に基づく対象物Tの表面の振動を検出するように構成される。また、検出装置202は、対象物Tの振動における特定の周波数成分に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するように構成される。内部欠陥は、空隙など表面からは見えない内部の造形不良である。 In the embodiment shown in Figures 1 to 5, the detection device 202 is configured to detect vibrations of the surface of the object T based on ultrasonic waves. The detection device 202 is also configured to detect the presence or absence of internal defects in the object T based on specific frequency components in the vibrations of the object T. An internal defect is an internal molding defect, such as a void, that is not visible from the surface.

図1から図3に示す実施形態では、検出装置202は、例えば、レーザ干渉計202Aを備えていてもよい。この場合、検出装置202は、レーザ光B3を対象物Tに照射して、その反射光を受光して対象物Tの表面の振動、すなわち変位を計測するように構成される。 In the embodiment shown in Figures 1 to 3, the detection device 202 may include, for example, a laser interferometer 202A. In this case, the detection device 202 is configured to irradiate the object T with laser light B3 and receive the reflected light to measure the vibration, i.e., the displacement, of the surface of the object T.

図1から図3に示す実施形態では、レーザ干渉計を備える構成に代えて、ドップラ振動計202Bを備えていてもよい。 In the embodiment shown in Figures 1 to 3, a Doppler vibrometer 202B may be provided instead of a configuration including a laser interferometer.

図4及び図5に示す実施形態では、検出装置202は、レーザ干渉計202A等の非接触式の検出装置に代えて、対象物Tに直接接触させて使用することで振動を検出する探触子である接触式トランスデューサ202tと、データロガー202Dと備えていてもよい。
なお、図4に示すように、接触式トランスデューサ202tは、対象物Tの上面に設置してもよい。
また、図5に示すように、接触式トランスデューサ202tは、造形装置300のベースプレート301に設置してもよい。
In the embodiment shown in Figures 4 and 5, the detection device 202 may be equipped with a contact transducer 202t, which is a probe that detects vibrations by being used in direct contact with the object T, instead of a non-contact detection device such as a laser interferometer 202A, and a data logger 202D.
As shown in FIG. 4, the contact transducer 202t may be installed on the upper surface of the target object T.
As shown in FIG. 5 , the contact transducer 202 t may be installed on a base plate 301 of a modeling apparatus 300 .

図1から図5に示す実施形態では、欠陥検出装置200は、例えば、フォトディテクタ206を備えていてもよい。フォトディテクタ206は、パルスレーザ光B2が対象物Tに照射されたタイミングを検出するためのものであり、検出信号が後述する制御装置203に入力されるように構成されている。 In the embodiment shown in Figs. 1 to 5, the defect detection device 200 may include, for example, a photodetector 206. The photodetector 206 is for detecting the timing at which the pulsed laser light B2 is irradiated onto the object T, and is configured to input a detection signal to a control device 203, which will be described later.

図1から図5に示す実施形態では、欠陥検出装置200は、ガルバノミラー204をさらに備えていてもよい。この場合、ガルバノミラー204によって、パルスレーザ光B2又はレーザ光B3の向きを変えてパウダーベッド上を走査させることができる。 In the embodiment shown in Figures 1 to 5, the defect detection device 200 may further include a galvanometer mirror 204. In this case, the galvanometer mirror 204 can change the direction of the pulsed laser light B2 or the laser light B3 to scan the powder bed.

図1に示す実施形態では、欠陥検出装置200は、ハーフミラー205を備えていてもよい。この場合、図1に示すように、ハーフミラー205を介してパルスレーザ光B2及びレーザ光B3をガルバノミラー204に入射させ、パルスレーザ光B2及びレーザ光B3の向きを変えるように構成することができる。かかる構成によれば、パルスレーザ光B2の照射位置と同じ位置にレーザ光B3を照射する場合に適している。 In the embodiment shown in FIG. 1, the defect detection device 200 may include a half mirror 205. In this case, as shown in FIG. 1, the pulsed laser light B2 and the laser light B3 can be made to enter the galvanometer mirror 204 via the half mirror 205, and the directions of the pulsed laser light B2 and the laser light B3 can be changed. This configuration is suitable for irradiating the laser light B3 at the same position as the irradiation position of the pulsed laser light B2.

なお、欠陥検出装置200は、ガルバノミラー204を備えていない構成であってもよい。例えば、欠陥検出装置200は、パルスレーザ照射装置201自体又は検出装置202自体を移動又は回転させてパルスレーザ光B2又はレーザ光B3を走査させる構成であってもよい。 The defect detection device 200 may not include the galvanometer mirror 204. For example, the defect detection device 200 may be configured to move or rotate the pulsed laser irradiation device 201 itself or the detection device 202 itself to scan the pulsed laser light B2 or the laser light B3.

また、欠陥検出装置200は、ハーフミラー205を備えていない構成であってもよい。例えば、欠陥検出装置200は、ハーフミラー205の代わりにビームスプリッタを備えていてもよい。欠陥検出装置200は、ハーフミラー205及びビームスプリッタを備えていない構成であってもよく、例えば図2に示すように、パルスレーザ光B2及びレーザ光B3をそれぞれ独立して走査可能に構成されていてもよい。
図2に示す実施形態では、欠陥検出装置200は、ガルバノミラー204とは異なるガルバノミラー207を備えている。図2に示す実施形態では、ガルバノミラー204によってパルスレーザ光B2の向きを変えてパウダーベッド上を走査させることができ、ガルバノミラー204とは異なるガルバノミラー207によってレーザ光B3の向きを変えてパウダーベッド上を走査させることができる。
図2に示す実施形態によれば、パルスレーザ光B2の照射位置と同じ位置にレーザ光B3を照射することもできる。
Furthermore, the defect detection device 200 may not include the half mirror 205. For example, the defect detection device 200 may include a beam splitter instead of the half mirror 205. The defect detection device 200 may not include the half mirror 205 and the beam splitter, and may be configured to be capable of independently scanning the pulsed laser beam B2 and the laser beam B3, for example, as shown in FIG.
2, the defect detection device 200 includes a galvanometer mirror 207 that is different from the galvanometer mirror 204. In the embodiment shown in Fig. 2, the direction of the pulsed laser beam B2 can be changed by the galvanometer mirror 204 to scan the powder bed, and the direction of the laser beam B3 can be changed by the galvanometer mirror 207 that is different from the galvanometer mirror 204 to scan the powder bed.
According to the embodiment shown in FIG. 2, the laser beam B3 can also be irradiated to the same position as the irradiation position of the pulsed laser beam B2.

図3に示す実施形態では、欠陥検出装置200は、レーザ光B3を反射させるためのミラー208を備えている。図3に示す実施形態では、検出装置202からのレーザ光B3の対象物Tにおける照射位置は、予めミラー208の姿勢を調節することで設定された固定位置である。 In the embodiment shown in FIG. 3, the defect detection device 200 includes a mirror 208 for reflecting the laser light B3. In the embodiment shown in FIG. 3, the irradiation position of the laser light B3 from the detection device 202 on the object T is a fixed position that is set in advance by adjusting the attitude of the mirror 208.

制御装置203は、CPU(Central Processing Unit)RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等から構成される。制御装置203は、例えば、ROM又はRAMに記憶されているプログラムを実行することにより、装置全体の動作を制御する。また、制御装置203は、ROM又はRAMに後述する各種データ(例えば、対象物Tの設計情報、後述する欠陥検出方法に関するプログラムや各種の設定値等)を記憶する。 The control device 203 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), etc. The control device 203 controls the operation of the entire device, for example, by executing a program stored in the ROM or RAM. The control device 203 also stores various data (e.g., design information for the target object T, a program related to the defect detection method described below, various setting values, etc.) in the ROM or RAM.

なお、制御装置203は、パルスレーザ照射装置201又は検出装置202と一体化されていてもよい。また、制御装置203は、ガルバノミラー204、207を制御するように構成されていてもよい。欠陥検出装置200は、制御装置203を備えていない構成であってもよい。例えば、制御装置203による自動制御の代わりに、ユーザが手動操作してもよい。 The control device 203 may be integrated with the pulsed laser irradiation device 201 or the detection device 202. The control device 203 may also be configured to control the galvanometer mirrors 204 and 207. The defect detection device 200 may not be configured to include the control device 203. For example, instead of automatic control by the control device 203, the user may manually operate the device.

(欠陥検出方法)
以下、幾つかの実施形態に係る欠陥検出方法について説明する。以下に説明する欠陥検出方法は、制御装置203の制御処理によって自動的に実行されてもよいし、一部の手順については制御装置203ではなくユーザの手動操作によって実行されてもよい。一実施形態に係る欠陥検出方法は、例えば、パウダーベッド方式の付加造形(AM)に適用される。なお、欠陥検出方法は、LMD方式等の他の方法で造形する場合の対象物に適用することも可能である。
(Defect Detection Method)
A defect detection method according to some embodiments will be described below. The defect detection method described below may be automatically executed by the control process of the control device 203, or some procedures may be executed by manual operation of the user instead of the control device 203. The defect detection method according to one embodiment is applied to, for example, powder bed additive manufacturing (AM). Note that the defect detection method can also be applied to an object when modeling by other methods such as the LMD method.

発明者らが鋭意検討した結果、対象物Tにおける比較的表面から近い領域における内部欠陥の有無を検出する方法として、パルスレーザ光B2を照射して対象物T中に超音波を発生させ、この超音波に基づく対象物Tの振動における特定の周波数成分に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出できることが判明した。 As a result of intensive research by the inventors, it was found that a method for detecting the presence or absence of internal defects in an area of the object T that is relatively close to the surface can be achieved by irradiating the object T with pulsed laser light B2 to generate ultrasonic waves, and detecting the presence or absence of internal defects in the object T based on specific frequency components in the vibration of the object T caused by these ultrasonic waves.

なお、対象物Tにパルスレーザ光B2を照射することで、対象物Tに縦振動を生じさせ、対象物Tの表面と内部欠陥との間で発生する縦振動の共振の有無に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出することもできる。
すなわち、対象物Tにおける比較的表面から近い領域において内部欠陥が存在する場合、対象物Tの表面から検出すべき内部欠陥までの深さによって縦振動の共振周波数が変化する。この共振周波数に対応するようにパルスレーザの繰り返し周波数を設定してパルスレーザを繰り返し照射することで、縦振動の共振を発生させ、対象物Tの表面の振動が大きくなることが検出できれば内部欠陥が存在すると推定できる。
In addition, by irradiating the target object T with the pulsed laser light B2, longitudinal vibrations can be generated in the target object T, and the presence or absence of an internal defect in the target object T can be detected based on the presence or absence of resonance of the longitudinal vibrations occurring between the surface of the target object T and the internal defect.
That is, when an internal defect exists in a region relatively close to the surface of the object T, the resonance frequency of the longitudinal vibration changes depending on the depth from the surface of the object T to the internal defect to be detected. By repeatedly irradiating the pulsed laser with a repetition frequency set to correspond to this resonance frequency, resonance of the longitudinal vibration occurs, and if it is possible to detect an increase in the vibration of the surface of the object T, it can be inferred that an internal defect exists.

しかし、このような縦振動の共振は、対象物Tにおける比較的表面から近い領域において内部欠陥が存在する場合に対象物Tに発生するたわみ振動と比べると振幅が小さく、且つ、周波数が高い。したがって、上記のような縦振動の共振は、ノイズに埋もれて検出し難い傾向にある。
そのため、対象物Tにおけるたわみ振動を利用すれば、対象物Tにおける内部欠陥を検出し易くなる。
However, such resonance of longitudinal vibration has a smaller amplitude and a higher frequency than the flexural vibration generated in the object T when an internal defect exists in a region relatively close to the surface of the object T. Therefore, the above-mentioned resonance of longitudinal vibration tends to be buried in noise and difficult to detect.
Therefore, by utilizing the flexural vibration in the object T, it becomes easier to detect internal defects in the object T.

発明者らが鋭意検討した結果、対象物Tにおける比較的表面から近い領域において内部欠陥が存在する場合、内部欠陥の存在位置、すなわち対象物Tの表面からの距離や、内部欠陥の大きさに応じた固有振動数を有するたわみ振動が発生することを見出した。そして発明者らは、この固有振動数における振幅を抽出し、該振幅の大きさに基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出できることを見出した。
そこで、幾つかの実施形態に係る欠陥検出方法では、以下のようにして対象物Tにおける内部欠陥を検出するようにしている。
なお、後述する内部欠陥を検出する処理は、付加造形によって3D造形する場合において、1層毎に実施する。但し、必ずしも1層でなく、複数の層が積層されるごとでもよい。1層の厚さは、材質毎に異なるが、一般的には50um~100umである。「複数の層」とは、例えば、5層のように任意の数に設定される。
このように、幾つかの実施形態に係る欠陥検出方法では、付加造形によって3D造形される途中の対象物Tについて内部欠陥の有無を検出するとよい。3D造形途中で、内部欠陥を検出するため、大きな手戻りが発生するリスクを軽減することができる。
As a result of intensive research, the inventors have found that when an internal defect exists in a region relatively close to the surface of the object T, a flexural vibration occurs having a natural frequency according to the location of the internal defect, i.e., the distance from the surface of the object T, and the size of the internal defect. The inventors have also found that by extracting the amplitude at this natural frequency, the presence or absence of an internal defect in the object T can be detected based on the magnitude of the amplitude.
Therefore, in the defect detection method according to some embodiments, internal defects in the object T are detected as follows.
The process of detecting internal defects, which will be described later, is performed for each layer when 3D modeling is performed by additive modeling. However, it is not necessarily the case that the number of layers is one, but it may be the case that multiple layers are stacked. The thickness of one layer differs depending on the material, but is generally 50 um to 100 um. "Multiple layers" is set to any number, such as five layers.
In this way, in the defect detection methods according to some embodiments, it is preferable to detect the presence or absence of internal defects in the object T in the middle of being 3D printed by additive modeling. Since internal defects are detected in the middle of 3D printing, the risk of significant rework can be reduced.

図6は、幾つかの実施形態に係る欠陥検出方法の手順を示すフローチャートである。一実施形態に係る欠陥検出方法は、超音波発生ステップS10と、振動計測ステップS20と、内部欠陥検出ステップS30と、修復ステップS40とを備えている。
図7は、対象物Tの内部欠陥を模式的に示した図である。本図において欠陥は空隙の場合を示している。但し、欠陥には図示しない割れ、融合不良など、その他の表面からは見えない内部造形不良の形態も含む。
6 is a flowchart showing a procedure of a defect detection method according to some embodiments. The defect detection method according to one embodiment includes an ultrasonic wave generating step S10, a vibration measuring step S20, an internal defect detecting step S30, and a repairing step S40.
7 is a schematic diagram showing an internal defect of the target object T. In this figure, the defect is shown as a void. However, the defect also includes cracks, incomplete fusion, and other internal molding defects that are not visible from the surface.

(超音波発生ステップS10)
超音波発生ステップS10は、対象物Tに対して、パルスレーザ光B2を照射して対象物T中に超音波を発生させるステップである。
超音波発生ステップS10では、制御装置203は、パルスレーザ光B2を対象物Tに照射し、パルスレーザ光B2が照射された部位の急激な熱膨張と収縮により超音波を発生させる。
(Ultrasound generation step S10)
The ultrasonic wave generating step S10 is a step of irradiating the object T with the pulsed laser light B2 to generate ultrasonic waves in the object T.
In the ultrasonic wave generating step S10, the control device 203 irradiates the target object T with the pulsed laser light B2, and generates ultrasonic waves due to sudden thermal expansion and contraction of the area irradiated with the pulsed laser light B2.

超音波発生ステップS10におけるパルスレーザ光B2の照射回数は、1回であるが、複数回であってもよい。なお、パルスレーザ光B2の対象物Tにおける照射位置は、パルスレーザ光B2の照射期間中、不動である。また、パルスレーザ光B2の照射回数が複数回であっても、各回におけるパルスレーザ光B2の対象物Tにおける照射位置は同一の位置である。
パルスレーザ光B2のビーム径は、検出しようとする内部欠陥の大きさSと同程度であるとよく、例えば数百μmである。ここでいう内部欠陥の大きさとは、内部欠陥を対象物Tの表面から見たときの大きさのことである。なお、パルスレーザ光B2のビーム径を上記の大きさに設定するために、欠陥検出装置200はビーム径調整レンズを備えていてもよいが、ビーム径調整レンズを備えることは必須ではない。
パルスレーザ光B2のパルス幅は、10n秒以上1000n秒以下であるとよい。
The number of times of irradiation with the pulsed laser light B2 in the ultrasonic wave generating step S10 is one, but it may be multiple times. The irradiation position of the object T with the pulsed laser light B2 is stationary during the irradiation period of the pulsed laser light B2. Even if the number of times of irradiation with the pulsed laser light B2 is multiple, the irradiation position of the object T with the pulsed laser light B2 is the same position in each irradiation.
The beam diameter of the pulsed laser light B2 may be approximately the same as the size S of the internal defect to be detected, for example, several hundred μm. The size of the internal defect here refers to the size of the internal defect when viewed from the surface of the target object T. Note that in order to set the beam diameter of the pulsed laser light B2 to the above size, the defect detection device 200 may be provided with a beam diameter adjustment lens, but it is not essential to provide a beam diameter adjustment lens.
The pulse width of the pulsed laser light B2 is preferably 10 nsec or more and 1000 nsec or less.

超音波発生ステップS10において、上述したような照射条件でパルスレーザ光B2を対象物Tに照射することで、対象物Tに超音波を発生させることができる。
このようにして発生した超音波は、比較的広帯域の振動である。そのため、対象物Tの表面からの距離dや内部欠陥の大きさSに応じて対象物Tの固有振動数が異なっていても、この固有振動数のたわみ振動が卓越して発生させることができる。
In the ultrasonic wave generating step S10, ultrasonic waves can be generated in the object T by irradiating the object T with the pulsed laser light B2 under the irradiation conditions described above.
The ultrasonic waves generated in this manner are vibrations in a relatively wide band, so even if the natural frequency of the target T differs depending on the distance d from the surface of the target T and the size S of the internal defect, the flexural vibration of this natural frequency can be generated predominantly.

(振動計測ステップS20)
振動計測ステップS20は、超音波に基づく対象物Tの表面の振動を検出するステップである。
振動計測ステップS20では、制御装置203は、対象物Tの表面の振動を検出装置202に検出させる。
(Vibration measurement step S20)
The vibration measuring step S20 is a step of detecting vibrations on the surface of the object T based on ultrasonic waves.
In the vibration measurement step S20, the control device 203 causes the detection device 202 to detect the vibration of the surface of the object T.

図1、図2、及び図3に示す実施形態では、レーザ干渉計202A又はドップラ振動計202Bによって超音波に基づく対象物Tの表面の振動を非接触で検出できる。
図1に示す実施形態では、パルスレーザ光B2の照射位置とレーザ光B3の照射位置とが同じ位置となる。また、図2に示す実施形態では、ガルバノミラー204、207の姿勢制御によって、パルスレーザ光B2の照射位置と同じ位置にレーザ光B3を照射することができる。
超音波励振点と、受信点の近接化が可能になる為、これにより、対象物Tの検査面が小さい場合や、対象物Tが複雑な場合であっても、対象物Tの表面の振動を検出できる。
また、図1及び図2に示す実施形態において、パルスレーザ光B2の照射位置とレーザ光B3の照射位置とが同じ位置であれば、パルスレーザ光B2の照射位置からレーザ光B3の照射位置までの振動の伝達時間を考慮しなくてもよくなる。これにより、後述する内部欠陥検出ステップS30における演算負荷を低減できる。
In the embodiment shown in FIGS. 1, 2, and 3, vibrations on the surface of the target object T can be detected in a non-contact manner based on ultrasonic waves by a laser interferometer 202A or a Doppler vibrometer 202B.
In the embodiment shown in Fig. 1, the irradiation position of the pulsed laser beam B2 and the irradiation position of the laser beam B3 are the same. In the embodiment shown in Fig. 2, by controlling the attitude of the galvanometer mirrors 204 and 207, the laser beam B3 can be irradiated to the same position as the irradiation position of the pulsed laser beam B2.
Since it is possible to bring the ultrasonic excitation point and the receiving point closer to each other, vibrations on the surface of the object T can be detected even when the inspection surface of the object T is small or when the object T is complex.
1 and 2, if the irradiation position of the pulsed laser beam B2 and the irradiation position of the laser beam B3 are the same position, it is not necessary to consider the vibration transmission time from the irradiation position of the pulsed laser beam B2 to the irradiation position of the laser beam B3, which reduces the computation load in the internal defect detection step S30 described later.

図1に示す実施形態では、パルスレーザ光B2とレーザ光B3とを同軸で照射できる。これにより、対象物Tが複雑な構造であっても、レーザ光B3が対象物Tの一部によって遮られることを回避して対象物Tの表面の振動を検出できる。 In the embodiment shown in FIG. 1, the pulsed laser light B2 and the laser light B3 can be emitted coaxially. This makes it possible to detect vibrations on the surface of the object T without the laser light B3 being blocked by a part of the object T, even if the object T has a complex structure.

図2に示す実施形態では、ガルバノミラー204、207の姿勢制御によって、パルスレーザ光B2の照射位置とレーザ光B3の照射位置とが常に一定の距離を保つように照射することができる。これにより、パルスレーザ光B2の照射によるノイズが検出されるタイミングと、上述した固有振動数での振幅が検出されるタイミングとをずらすことができ、固有振動数での振幅を検出し易くなる。また、図2に示す実施形態では、パルスレーザ光B2の照射位置とレーザ光B3の照射位置とが常に一定の距離を保つように照射することにより、パルスレーザ光B2の照射位置とレーザ光B3の照射位置との距離が変化する場合と比べて、後述する内部欠陥検出ステップS30における演算負荷を低減できる。 In the embodiment shown in FIG. 2, the position of the pulsed laser light B2 and the position of the laser light B3 can be irradiated so as to always maintain a constant distance between them by controlling the posture of the galvanometer mirrors 204 and 207. This allows the timing at which noise due to the irradiation of the pulsed laser light B2 is detected to be shifted from the timing at which the amplitude at the above-mentioned natural frequency is detected, making it easier to detect the amplitude at the natural frequency. In addition, in the embodiment shown in FIG. 2, by irradiating so that the irradiation position of the pulsed laser light B2 and the irradiation position of the laser light B3 are always maintained at a constant distance, the calculation load in the internal defect detection step S30 described later can be reduced compared to the case where the distance between the irradiation position of the pulsed laser light B2 and the irradiation position of the laser light B3 changes.

図3に示す実施形態では、上述したように、検出装置202からのレーザ光B3の対象物Tにおける照射位置は、予めミラー208の姿勢を調節することで設定された固定位置である。そのため、レーザ光B3の対象物Tにおける照射位置の表面の状態が不変であるため、対象物Tの表面の振動を安定して検出できる。
また、図3に示す実施形態では、ガルバノミラー207の姿勢制御を行わなくてもよくなるので、制御装置203における演算負荷を抑制できる。
3, as described above, the irradiation position on the object T of the laser light B3 from the detection device 202 is a fixed position that is set in advance by adjusting the attitude of the mirror 208. Therefore, the state of the surface of the object T at the irradiation position of the laser light B3 remains unchanged, and therefore vibrations on the surface of the object T can be stably detected.
In addition, in the embodiment shown in FIG. 3, since it is not necessary to control the attitude of the galvanometer mirror 207, the calculation load on the control device 203 can be reduced.

このように、幾つかの実施形態に係る欠陥検出方法において、レーザ干渉計202A又はドップラ振動計202Bによって対象物Tの表面の振動を検出するようにしてもよい。
これにより、内部欠陥の有無を非接触で検出することができる。
In this manner, in the defect detection method according to some embodiments, vibrations on the surface of the target object T may be detected by the laser interferometer 202A or the Doppler vibrometer 202B.
This makes it possible to detect the presence or absence of internal defects in a non-contact manner.

図4及び図5に示す実施形態では、接触式トランスデューサ202tによって超音波に基づく対象物Tの表面の振動を直接検出できる。これにより、レーザ干渉計202A又はドップラ振動計202Bに対象物Tの表面の振動を非接触で検出する場合と比べて、良好な感度で対象物Tの表面の振動を検出できる。
図4に示す実施形態では、接触式トランスデューサ202tを対象物Tの上面に設置するので、パルスレーザ光B2の照射位置と接触式トランスデューサ202tとの距離を比較的接近できるので、さらに良好な感度で対象物Tの表面の振動を検出できる。
図5に示す実施形態では、接触式トランスデューサ202tを造形装置300のベースプレート301に設置するので、対象物Tの検査面が小さい場合や、対象物Tが複雑な場合等、接触式トランスデューサ202tを対象物Tの上面に設置することが困難な場合であっても、対象物Tの振動を検出できる。
4 and 5, the contact transducer 202t can directly detect ultrasonic vibrations on the surface of the object T. This allows the vibrations on the surface of the object T to be detected with better sensitivity than when the laser interferometer 202A or the Doppler vibrometer 202B detects the vibrations on the surface of the object T in a non-contact manner.
In the embodiment shown in Figure 4, the contact transducer 202t is installed on the upper surface of the object T, so that the distance between the irradiation position of the pulsed laser light B2 and the contact transducer 202t can be relatively close, thereby enabling vibrations on the surface of the object T to be detected with even better sensitivity.
In the embodiment shown in Figure 5, the contact transducer 202t is installed on the base plate 301 of the molding device 300, so that vibrations of the object T can be detected even when it is difficult to install the contact transducer 202t on the upper surface of the object T, such as when the inspection surface of the object T is small or when the object T is complex.

(内部欠陥検出ステップS30)
内部欠陥検出ステップS30は、超音波に基づく対象物Tの振動の特定の周波数成分の振幅に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップである。
図8は、内部欠陥検出ステップS30における後述する処理に係る検出装置202の機能ブロックを示す図である。検出装置202は、時間波形蓄積メモリ202a、窓関数による抽出部202b、FFT処理部202c、FFT結果分析部202d、マップ作成部(計測結果マップ作成部)202eの各機能ブロックを仮想的に有している。
内部欠陥検出ステップS30では、検出装置202は、次のようにして対象物Tの内部欠陥の有無を検出する。
まず、検出装置202は、時間波形蓄積メモリ202aにて、フォトディテクタ206で検出したパルスレーザ光B2の照射タイミングを基準として、該照射タイミング以降の予め設定された期間内に検出装置202で検出した振動の情報を検出装置202から取得する。
図9Aは、上述のようにして検出装置202から取得した振動の振幅を示すグラフの一例である。
(Internal defect detection step S30)
The internal defect detection step S30 is a step of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T based on the amplitude of a specific frequency component of the vibration of the object T based on ultrasonic waves.
8 is a diagram showing functional blocks of a detection device 202 relating to the process described later in the internal defect detection step S30. The detection device 202 virtually includes functional blocks of a time waveform accumulation memory 202a, an extraction unit using a window function 202b, an FFT processing unit 202c, an FFT result analysis unit 202d, and a map creation unit (measurement result map creation unit) 202e.
In the internal defect detection step S30, the detection device 202 detects the presence or absence of an internal defect in the object T as follows.
First, the detection device 202 acquires from the detection device 202, in a time waveform storage memory 202a, information on vibrations detected by the detection device 202 within a predetermined period following the irradiation timing of the pulsed laser light B2 detected by the photodetector 206, based on the irradiation timing.
FIG. 9A is an example of a graph showing the amplitude of vibration obtained from the detection device 202 as described above.

次いで、検出装置202は、窓関数による抽出部202bにて、上述のようにして検出装置202から取得した振動の情報から、内部欠陥の有無の検出に必要な振動の情報を抽出する。
図9Bは、内部欠陥の有無の検出に必要な情報を抽出した後の振動を示すグラフの一例である。
Next, the window function extracting section 202b of the detection device 202 extracts vibration information required for detecting the presence or absence of an internal defect from the vibration information acquired from the detection device 202 as described above.
FIG. 9B is an example of a graph showing vibrations after extracting information required to detect the presence or absence of an internal defect.

具体的には、窓関数による抽出部202bは、上述のようにして検出装置202から取得した振動の情報から、第1到達波についての振動の情報を抽出する。すなわち、窓関数による抽出部202bは、上述のようにして検出装置202から取得した振動の情報から、第1到達波を検出した期間に相当する振動の情報を抽出する。図9Bに示す例では、窓関数による抽出部202bは、上述のようにして検出装置202から取得した振動の情報から、フォトディテクタ206で検出したパルスレーザ光B2の照射タイミングを0秒として、該照射タイミング以降、5.0μ秒経過時までの振動の情報を抽出する。
なお、上述した第1到達波についての振動の情報の抽出方法は一例であり、他の方法で第1到達波についての振動の情報を抽出してもよい。
また、窓関数による抽出部202bは、該照射タイミング以降、5.0μ秒経過時までの振動の情報を抽出する際、パルスレーザ光B2の照射によるノイズを除くべく、該照射タイミング以降、所定の期間の振動の情報は取得対象から外す。図9Bに示す例では、制御装置203は、該照射タイミング以降、0.5μ秒経過時までの振動の情報は取得しない。
Specifically, the window function extraction unit 202b extracts vibration information on the first arriving wave from the vibration information acquired from the detection device 202 as described above. That is, the window function extraction unit 202b extracts vibration information corresponding to the period in which the first arriving wave was detected from the vibration information acquired from the detection device 202 as described above. In the example shown in Fig. 9B, the window function extraction unit 202b extracts vibration information from the vibration information acquired from the detection device 202 as described above, assuming that the irradiation timing of the pulsed laser light B2 detected by the photodetector 206 is 0 seconds, until 5.0 μsec has elapsed since the irradiation timing.
The above-mentioned method of extracting information on vibration regarding the first arriving wave is merely an example, and information on vibration regarding the first arriving wave may be extracted using other methods.
In addition, when the window function extraction unit 202b extracts information on vibrations for 5.0 μs after the irradiation timing, the window function extraction unit 202b excludes information on vibrations for a predetermined period after the irradiation timing from the acquisition target in order to remove noise caused by the irradiation of the pulsed laser beam B2. In the example shown in FIG. 9B, the control device 203 does not acquire information on vibrations for 0.5 μs after the irradiation timing.

上述のようにして抽出した第1到達波についての振動の情報には、対象物Tの表面近傍の内部欠陥の存在に起因した固有周波数によるたわみ振動と、表面波成分とを含んでいる。そこで、検出装置202は、FFT処理部202cにて、該固有周波数によるたわみ振動を抽出すべく、上述のようにして抽出した第1到達波についての振動の情報に対してFFT(Fast Fourier Transform)処理を行う。
図9Cは、FFT処理の処理結果を表すグラフの一例である。
対象物Tにおける比較的表面から近い領域において内部欠陥が存在する場合、比較的低い周波数の範囲内で卓越している周波数成分の振幅が発生する。この周波数の範囲は、内部欠陥の形状、内部欠陥の位置、対象物Tの材質等によって決まるが、例えば0.5MHz以上5.0MHz以下の範囲となることがある。
そこで、FFT結果分析部202dは、上述したFFT処理の処理結果において、上述したような比較的低い周波数の範囲内の振幅のピークを検出し、そのピーク値を取得する。FFT結果分析部202dは、該ピーク値が予め設定された閾値を超えている場合、パルスレーザ光B2の照射位置の直下に内部欠陥が存在していると判断する。
図9Cに示す例では、1.20MHzにおいて比較的大きな振幅のピークが認められる。
なお、FFT結果分析部202dは、FFT処理部202cにおけるFFT処理の結果の総和や、特定の周波数の時のFFT振幅値等に基づいて内部欠陥の有無を判断するようにしてもよい。
The vibration information about the first arriving wave extracted as described above includes flexural vibration due to a natural frequency caused by the presence of an internal defect near the surface of the object T and a surface wave component. Therefore, the detection device 202 performs FFT (Fast Fourier Transform) processing on the vibration information about the first arriving wave extracted as described above in the FFT processing unit 202c to extract the flexural vibration due to the natural frequency.
FIG. 9C is an example of a graph showing the processing results of the FFT processing.
When an internal defect exists in a region relatively close to the surface of the object T, the amplitude of a frequency component that predominates in a relatively low frequency range occurs. This frequency range is determined by the shape of the internal defect, the position of the internal defect, the material of the object T, etc., but may be, for example, in the range of 0.5 MHz to 5.0 MHz.
Therefore, the FFT result analysis unit 202d detects an amplitude peak within the above-mentioned relatively low frequency range in the processing result of the above-mentioned FFT processing, acquires the peak value, and determines that an internal defect exists immediately below the irradiation position of the pulsed laser beam B2 if the peak value exceeds a preset threshold value.
In the example shown in FIG. 9C, a relatively large amplitude peak is observed at 1.20 MHz.
The FFT result analysis unit 202d may determine the presence or absence of an internal defect based on the sum of the results of the FFT processing in the FFT processing unit 202c, an FFT amplitude value at a specific frequency, or the like.

このように、上述した一実施形態に係る欠陥検出方法において、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、内部欠陥の形状、内部欠陥の位置、対象物Tの材質等によって決まる周波数成分に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。
これにより、対象物Tにおける比較的表面から近い領域における内部欠陥の有無を検出できる。
Thus, in the defect detection method according to the embodiment described above, in the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, it is preferable to detect the presence or absence of an internal defect in the object T based on frequency components determined by the shape of the internal defect, the position of the internal defect, the material of the object T, etc.
This makes it possible to detect the presence or absence of internal defects in a region of the object T that is relatively close to the surface.

なお、検出装置202は、パルスレーザ光B2の照射位置をずらしながら、上述した超音波発生ステップS10から内部欠陥検出ステップS30を繰り返し実施することで、対象物Tの表面の全面に亘り、比較的表面から近い領域における内部欠陥の有無を検出する。 The detection device 202 repeatedly performs the above-mentioned ultrasonic wave generation step S10 to internal defect detection step S30 while shifting the irradiation position of the pulsed laser light B2, thereby detecting the presence or absence of internal defects in areas relatively close to the surface over the entire surface of the object T.

検出装置202は、マップ作成部202eにて、対象物Tの表面上の位置と、FFT結果分析部202dが取得した上記ピーク値との関係を示すマップを作成する。すなわち、マップ作成部202eは、FFT処理結果値をマップ状にプロットすることで上記マップを作成する。
図10は、マップ作成部202eにおいて作成された上記マップの一例を示す図である。図10に示すマップでは、上記ピーク値の分布を上記ピーク値に応じた濃度で表している。
なお、マップ作成部202eは、FFT結果分析部202dがFFT処理部202cにおけるFFT処理の結果の総和を取得した場合には、この総和と、対象物Tの表面上の位置との関係を示すマップを作成する。
また、マップ作成部202eは、FFT結果分析部202dが特定の周波数のFFT振幅値を取得した場合には、このFFT振幅値と、対象物Tの表面上の位置との関係を示すマップを作成する。
The detection device 202 creates a map showing the relationship between the position on the surface of the target object T and the peak value acquired by the FFT result analysis unit 202d in the map creation unit 202e. That is, the map creation unit 202e creates the map by plotting the FFT processing result values in a map form.
Fig. 10 is a diagram showing an example of the map created by the map creating unit 202e. In the map shown in Fig. 10, the distribution of the peak values is represented by a density corresponding to the peak values.
In addition, when the FFT result analysis unit 202d acquires the sum of the results of the FFT processing in the FFT processing unit 202c, the map creation unit 202e creates a map showing the relationship between this sum and the position on the surface of the object T.
Furthermore, when the FFT result analysis unit 202d acquires an FFT amplitude value of a particular frequency, the map creation unit 202e creates a map showing the relationship between this FFT amplitude value and the position on the surface of the object T.

上述した一実施形態に係る欠陥検出方法は、対象物Tに対して、パルスレーザ光B2を照射して対象物T中に超音波を発生させるステップ(S10)と、上記超音波に基づく対象物Tの振動における卓越している周波数成分の振幅に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)と、を含む。
これにより、内部欠陥が対象物Tの表層に位置する場合においても内部欠陥を検出できる。また、パルスレーザ光B2を用いているため、探触子を介して対象物Tに超音波を発生させる方法に比べて、小さなスポット径で超音波を発生させることができる。その結果、照射方向から見た計測面が点、線、面のいずれであっても、内部欠陥を検出可能である。したがって、3D造形される対象物の内部欠陥の検出に適している。
The defect detection method according to the above-described embodiment includes a step (S10) of irradiating the object T with pulsed laser light B2 to generate ultrasonic waves in the object T, and a step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T based on the amplitude of a dominant frequency component in the vibration of the object T based on the ultrasonic waves.
This makes it possible to detect internal defects even when the internal defects are located on the surface layer of the object T. Furthermore, because the pulsed laser light B2 is used, ultrasonic waves can be generated with a smaller spot diameter than in a method of generating ultrasonic waves in the object T via a probe. As a result, internal defects can be detected whether the measurement surface viewed from the irradiation direction is a point, line, or surface. Therefore, it is suitable for detecting internal defects in objects that are 3D printed.

また、上述した一実施形態に係る欠陥検出方法において、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、対象物Tのたわみ振動の領域にある周波数成分の振幅に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。
これにより、比較的容易に内部欠陥を検出できる。
In addition, in the defect detection method according to the embodiment described above, in the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, it is preferable to detect the presence or absence of an internal defect in the object T based on the amplitude of a frequency component in the region of flexural vibration of the object T.
This makes it possible to detect internal defects relatively easily.

上述した一実施形態に係る欠陥検出方法において、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、対象物Tのたわみ振動の内、内部欠陥に起因する固有振動数における振幅を抽出し、該振幅の大きさに基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。
これにより、比較的容易に内部欠陥を検出できる。
In the defect detection method according to the embodiment described above, in the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, it is preferable to extract the amplitude at the natural frequency of the flexural vibration of the object T caused by the internal defect, and detect the presence or absence of an internal defect in the object T based on the magnitude of the amplitude.
This makes it possible to detect internal defects relatively easily.

上述した一実施形態に係る欠陥検出方法において、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、対象物Tのたわみ振動の内、第1到達波における周波数成分の振幅に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。
これにより、対象物Tの内部欠陥の検出精度を向上できる。
In the defect detection method according to the embodiment described above, in the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, it is preferable to detect the presence or absence of an internal defect in the object T based on the amplitude of the frequency component in the first arriving wave of the flexural vibration of the object T.
This allows the detection accuracy of internal defects in the object T to be improved.

(修復ステップS40)
修復ステップS40は、付加造形の積層によって3D造形される造形中の対象物Tについて内部欠陥を検出した場合に、内部欠陥の直上位置で次層を形成するときに内部欠陥を修復するように次層と次層の直下層を溶融するステップである。
幾つかの実施形態に係る欠陥検出方法では、内部欠陥検出ステップS30において内部欠陥の存在が検出された場合に修復ステップS40を実施する。
すなわち、幾つかの実施形態では、付加造形の積層によって3D造形される造形中の対象物Tについて内部欠陥を検出した場合に、内部欠陥の直上位置で次層を形成するときに内部欠陥を修復するように次層と次層の直下層を溶融してもよい。「次層と次層の直下層を溶融する」とは、内部欠陥の上に位置する上層とともに内部欠陥を含む層を溶融することを意味する。
(Repair step S40)
The repair step S40 is a step in which, when an internal defect is detected in an object T being 3D-modeled by additive manufacturing, the next layer and the layer immediately below the next layer are melted so as to repair the internal defect when the next layer is formed directly above the internal defect.
In the defect detection method according to some embodiments, if the presence of an internal defect is detected in the internal defect detection step S30, a repair step S40 is performed.
That is, in some embodiments, when an internal defect is detected in an object T being 3D printed by additive manufacturing, the next layer and the layer immediately below the next layer may be melted so as to repair the internal defect when the next layer is formed directly above the internal defect. "Melting the next layer and the layer immediately below the next layer" means melting the layer including the internal defect together with the upper layer located above the internal defect.

表面から深い場所に位置する内部欠陥を修復することは困難である。この点、修復ステップS40を実施することで、次層を形成するときに内部欠陥を修復するため、積層が進んで内部欠陥が表面から離れる前に修復を行うため、適切に修復することができる。 It is difficult to repair internal defects located deep below the surface. In this regard, by carrying out the repair step S40, the internal defects are repaired when the next layer is formed, and therefore repairs can be carried out properly before the internal defects move away from the surface as the stacking progresses.

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, but also includes variations of the above-described embodiments and appropriate combinations of these embodiments.

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
(1)本開示の少なくとも一実施形態に係る欠陥検出方法は、対象物Tに対して、パルスレーザ光B2を照射して対象物T中に超音波を発生させるステップ(S10)と、上記超音波に基づく対象物Tの振動における卓越している特定の周波数成分に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)と、を含む。
The contents described in each of the above embodiments can be understood, for example, as follows.
(1) A defect detection method according to at least one embodiment of the present disclosure includes a step (S10) of irradiating an object T with pulsed laser light B2 to generate ultrasonic waves in the object T, and a step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T based on a prominent specific frequency component in the vibration of the object T caused by the ultrasonic waves.

上記(1)の方法によれば、内部欠陥が対象物Tの表層に位置する場合においても内部欠陥を検出できる。また、パルスレーザ光B2を用いているため、探触子を介して対象物Tに超音波を発生させる方法に比べて、小さなスポット径で超音波を発生させることができる。その結果、照射方向から見た計測面が点、線、面のいずれであっても、内部欠陥を検出可能である。したがって、3D造形される対象物の内部欠陥の検出に適している。 According to the above method (1), internal defects can be detected even when the internal defects are located on the surface layer of the object T. In addition, because pulsed laser light B2 is used, ultrasonic waves can be generated with a smaller spot diameter than in a method in which ultrasonic waves are generated in the object T via a probe. As a result, internal defects can be detected whether the measurement surface viewed from the irradiation direction is a point, line, or surface. Therefore, it is suitable for detecting internal defects in objects that are 3D modeled.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の方法において、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、対象物Tのたわみ振動の領域にある周波数成分に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。 (2) In some embodiments, in the method of (1) above, in the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, it is preferable to detect the presence or absence of an internal defect in the object T based on frequency components in the region of the flexural vibration of the object T.

上記(2)の方法によれば、比較的容易に内部欠陥を検出できる。 By using method (2) above, internal defects can be detected relatively easily.

(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の方法において、
対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、上記周波数成分の総和、又は、特定の周波数成分のFFT振幅値、の内の少なくとも1つに基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。
(3) In some embodiments, in the method of (2),
In the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, it is preferable to detect the presence or absence of an internal defect in the object T based on at least one of the sum of the above frequency components or the FFT amplitude value of a specific frequency component.

上記(2)の方法によれば、比較的容易に内部欠陥を検出できる。 By using method (2) above, internal defects can be detected relatively easily.

(4)幾つかの実施形態では、上記(2)又は(3)の方法において、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、対象物Tのたわみ振動の内、内部欠陥に起因する固有振動数における振幅を抽出し、該振幅の大きさに基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。 (4) In some embodiments, in the method of (2) or (3) above, in the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, the amplitude at the natural frequency of the flexural vibration of the object T caused by the internal defect is extracted, and the presence or absence of the internal defect in the object T is detected based on the magnitude of the amplitude.

上記(4)の方法によれば、比較的容易に内部欠陥を検出できる。 By using method (4) above, internal defects can be detected relatively easily.

(5)幾つかの実施形態では、上記(2)乃至(4)の何れかの方法において、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するステップ(S30)では、対象物Tのたわみ振動の内、第1到達波における周波数成分の振幅に基づいて、対象物Tの内部欠陥の有無を検出するとよい。 (5) In some embodiments, in any of the methods (2) to (4) above, in the step (S30) of detecting the presence or absence of an internal defect in the object T, it is preferable to detect the presence or absence of an internal defect in the object T based on the amplitude of the frequency component in the first arriving wave of the flexural vibration of the object T.

上記(5)の方法によれば、対象物Tの内部欠陥の検出精度を向上できる。 The above method (5) can improve the detection accuracy of internal defects in the object T.

(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかの方法において、レーザ干渉計202A又はドップラ振動計202Bによって上記超音波に基づく対象物Tの表面の振動を検出するステップ(S20)、を含むとよい。 (6) In some embodiments, any of the methods (1) to (5) above may include a step (S20) of detecting vibrations on the surface of the object T based on the ultrasonic waves using a laser interferometer 202A or a Doppler vibrometer 202B.

上記(6)の方法によれば、パルスレーザ光B2を用いて超音波を発生させ、レーザ干渉計202A又はドップラ振動計202Bを用いてその超音波に基づく振動を検出するため、内部欠陥の有無を非接触で検出することができる。 According to the method (6) above, ultrasonic waves are generated using pulsed laser light B2, and vibrations based on the ultrasonic waves are detected using a laser interferometer 202A or a Doppler vibrometer 202B, making it possible to detect the presence or absence of internal defects in a non-contact manner.

(7)幾つかの実施形態では、上記(6)の方法において、振動を検出するステップ(S20)では、対象物Tにおけるパルスレーザ光B2の照射位置と同じ位置にレーザ干渉計202A又はドップラ振動計202Bのレーザ光B3を照射するとよい。 (7) In some embodiments, in the method of (6) above, in the step (S20) of detecting vibration, it is preferable to irradiate the laser light B3 of the laser interferometer 202A or the Doppler vibrometer 202B to the same position on the target T as the irradiated position of the pulsed laser light B2.

上記(7)の方法によれば、対象物Tの検査面が小さい場合や、対象物Tが複雑な場合であっても、対象物Tの表面の振動を検出できる。 According to the method (7) above, vibrations on the surface of the object T can be detected even if the inspection surface of the object T is small or the object T is complex.

(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの方法において、付加造形によって3D造形される途中の対象物Tについて内部欠陥の有無を検出するとよい。 (8) In some embodiments, in any of the methods (1) to (7) above, it is preferable to detect the presence or absence of internal defects in the object T while it is being 3D modeled by additive modeling.

上記(8)の方法によれば、3D造形途中で、内部欠陥を検出するため、大きな手戻りが発生するリスクを軽減することができる。 According to the above method (8), internal defects can be detected during the 3D modeling process, reducing the risk of major rework.

(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの方法において、付加造形の積層によって3D造形される造形中の対象物Tについて内部欠陥を検出した場合に、内部欠陥の直上位置で次層を形成するときに内部欠陥を修復するように次層と次層の直下層を溶融するステップ(S40)、を含むとよい。 (9) In some embodiments, in any of the methods (1) to (8) above, if an internal defect is detected in the object T being 3D printed by additive manufacturing, the method may include a step (S40) of melting the next layer and the layer immediately below the next layer so as to repair the internal defect when forming the next layer directly above the internal defect.

表面から深い場所に位置する内部欠陥を修復することは困難である。この点、上記(9)の方法によれば、次層を形成するときに内部欠陥を修復するため、積層が進んで内部欠陥が表面から離れる前に修復を行うため、適切に修復することができる。 It is difficult to repair internal defects located deep below the surface. In this regard, according to the method (9) above, the internal defects are repaired when the next layer is formed, so that the repair is performed before the internal defects leave the surface as the stacking progresses, allowing for proper repair.

100 ビーム照射装置
200 欠陥検出装置
201 パルスレーザ照射装置
202 検出装置
202A レーザ干渉計
202B ドップラ振動計
202D データロガー
202t 接触式トランスデューサ
203 制御装置
206 フォトディテクタ
300 造形装置
100 Beam irradiation device 200 Defect detection device 201 Pulse laser irradiation device 202 Detection device 202A Laser interferometer 202B Doppler vibrometer 202D Data logger 202t Contact transducer 203 Control device 206 Photodetector 300 Molding device

Claims (9)

対象物に対して、パルスレーザ光を照射して前記対象物中に超音波を発生させるステップと、
前記超音波に基づく前記対象物の振動の特定の周波数成分に基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップと、
を含み、
前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップでは、前記対象物のたわみ振動の領域にある前記周波数成分に基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出する
欠陥検出方法。
Irradiating a target with a pulsed laser beam to generate ultrasonic waves in the target;
detecting the presence or absence of an internal defect of the object based on a specific frequency component of the vibration of the object based on the ultrasonic wave;
Including,
In the step of detecting the presence or absence of an internal defect of the object, the presence or absence of an internal defect of the object is detected based on the frequency component in a region of flexural vibration of the object.
Defect detection methods.
対象物に対してパルスレーザ光を照射し、前記パルスレーザ光が照射された部位の熱膨張と収縮により超音波を発生させることで前記対象物中に超音波を発生させるステップと、a step of irradiating a target with a pulsed laser beam and generating ultrasonic waves in the target by thermal expansion and contraction of a portion irradiated with the pulsed laser beam;
前記超音波に基づく前記対象物の振動の特定の周波数成分に基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップと、detecting the presence or absence of an internal defect of the object based on a specific frequency component of the vibration of the object based on the ultrasonic wave;
を含み、Including,
前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップでは、前記対象物のたわみ振動の領域にある前記周波数成分に基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出するIn the step of detecting the presence or absence of an internal defect of the object, the presence or absence of an internal defect of the object is detected based on the frequency component in a region of flexural vibration of the object.
欠陥検出方法。Defect detection methods.
前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップでは、前記周波数成分の振幅、前記周波数成分の総和、又は、特定の周波数成分のFFT振幅値、の内の少なくとも1つに基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出する
請求項1又は2に記載の欠陥検出方法。
3. A defect detection method according to claim 1 or 2, in which the step of detecting the presence or absence of an internal defect in the object detects the presence or absence of an internal defect in the object based on at least one of the amplitude of the frequency components, the sum of the frequency components, or an FFT amplitude value of a specific frequency component.
前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップでは、前記対象物のたわみ振動の内、前記内部欠陥に起因する固有振動数における振幅を抽出し、該振幅の大きさに基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出する
請求項1乃至の何れか一項に記載の欠陥検出方法。
4. A defect detection method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step of detecting the presence or absence of an internal defect in the object, an amplitude at a natural frequency caused by the internal defect is extracted from the flexural vibration of the object, and the presence or absence of an internal defect in the object is detected based on the magnitude of the amplitude.
前記対象物の内部欠陥の有無を検出するステップでは、前記対象物のたわみ振動の内、第1到達波における前記周波数成分の振幅に基づいて、前記対象物の内部欠陥の有無を検出する
請求項乃至4の何れか一項に記載の欠陥検出方法。
A defect detection method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the step of detecting the presence or absence of an internal defect in the object, the presence or absence of an internal defect in the object is detected based on the amplitude of the frequency component in a first arriving wave of the flexural vibration of the object .
レーザ干渉計又はドップラ振動計によって前記超音波に基づく前記対象物の表面の振動を検出するステップ、
を含む
請求項1乃至5の何れか一項に記載の欠陥検出方法。
detecting vibrations of the surface of the object based on the ultrasonic waves by a laser interferometer or a Doppler vibrometer;
6. The defect detection method according to claim 1, further comprising:
前記振動を検出するステップでは、前記対象物における前記パルスレーザ光の照射位置と同じ位置に前記レーザ干渉計又は前記ドップラ振動計のレーザ光を照射する
請求項6に記載の欠陥検出方法。
7. The defect detection method according to claim 6, wherein in the step of detecting the vibration, the laser light from the laser interferometer or the Doppler vibrometer is irradiated to the same position on the object as the irradiated position of the pulsed laser light.
付加造形によって3D造形される途中の前記対象物について前記内部欠陥の有無を検出する
請求項1乃至7の何れか一項に記載の欠陥検出方法。
The defect detection method according to claim 1 , further comprising the step of detecting the presence or absence of the internal defect in the object being 3D-modeled by additive manufacturing.
付加造形の積層によって3D造形される造形中の前記対象物について前記内部欠陥を検出した場合に、前記内部欠陥の直上位置で次層を形成するときに前記内部欠陥を修復するように前記次層と前記次層の直下層を溶融するステップ、
を含む
請求項1乃至8の何れか一項に記載の欠陥検出方法。
When the internal defect is detected in the object being 3D-modeled by stacking additive manufacturing, melting the next layer and the layer immediately below the next layer so as to repair the internal defect when forming a next layer immediately above the internal defect;
9. The defect detection method according to claim 1, further comprising:
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