(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに端部を突き合わせられた２つの部材を多層溶接によって接合する開先溶接の途中に溶接部を検査する溶接検査方法であって、
超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させて、溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ前記送信用レーザ光を伝送し照射させる送信用レーザ光照射ステップと、
前記送信用レーザ光照射ステップによって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させて、被検査対象の所定位置へ伝送し照射する受信用レーザ光照射ステップと、
前記被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光する集光ステップと、
前記集光ステップで集光されたレーザ光を干渉計測して超音波信号を得る干渉計測ステップと、
前記干渉計測ステップで得られた超音波信号を解析する解析ステップと、
を有し、
前記送信用レーザ光照射ステップにおける送信用レーザ光および前記受信用レーザ光照射ステップにおける受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上に照射すること、を特徴とする溶接検査方法。
【請求項２】
前記送信用レーザ光を前記溶接金属部上に、受信用レーザ光を前記２つの部材の何れかの表面または開先側面に照射すること、を特徴とする請求項１記載の溶接検査方法。
【請求項３】
前記送信用レーザ光および受信用レーザ光の伝播位置付近の温度を計測する温度計測ステップを有し、
前記解析ステップは、前記温度計測ステップで得られた温度に基づいてその温度における音速を用いて被検査対象の検査を行なうこと、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接検査方法。
【請求項４】
前記送信用レーザ光照射ステップ、受信用レーザ光照射ステップおよび集光ステップにおいて使用される光学機構を冷却するステップをさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の溶接検査方法。
【請求項５】
前記送信用レーザ光照射ステップ、受信用レーザ光照射ステップおよび集光ステップは、光学機構と前記被検査対象との間の距離を計測する距離計測ステップと、その距離に応じて前記送信用レーザ光および受信用レーザ光が前記被検査対象に照射されたときの照射範囲の大きさが所定の範囲になるように焦点調節をする焦点調節ステップと、を含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の溶接検査方法。
【請求項６】
超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させて、溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ前記送信用レーザ光を伝送し照射させる送信用レーザ光照射ステップと、
前記送信用レーザ光照射ステップによって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させて、被検査対象の所定位置へ伝送し照射する受信用レーザ光照射ステップと、
前記被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光する集光ステップと、
前記集光ステップで集光されたレーザ光を干渉計測して超音波信号を得る干渉計測ステップと、
前記干渉計測ステップで得られた超音波信号を解析する解析ステップと、
溶接中もしくは溶接後の前記被検査対象の表面で、前記送信用レーザ光が照射される送信用レーザ光照射位置および前記受信用レーザ光が照射される受信用レーザ光照射位置のいずれとも異なる参照信号用レーザ光照射位置に参照信号用レーザ光を照射させる参照信号用レーザ光照射ステップと、
を有し、
前記送信用レーザ光照射ステップにおける送信用レーザ光および前記受信用レーザ光照射ステップにおける受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上もしくは開先側面に照射し、
前記集光ステップは、前記送信用レーザ光の照射によって生じる送信用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調と、前記参照信号用レーザ光の照射によって生じる参照信号用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調との両方の変調の影響を受けたレーザ光を集光すること、
を特徴とする溶接検査方法。
【請求項７】
溶接中もしくは溶接後の前記被検査対象の表面で、前記送信用レーザ光が照射される送信用レーザ光照射位置および前記受信用レーザ光が照射される受信用レーザ光照射位置のいずれとも異なる参照信号用レーザ光照射位置に参照信号用レーザ光を照射させる参照信号用レーザ光照射ステップをさらに有し、
前記集光ステップは、前記送信用レーザ光の照射によって生じる送信用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調と、前記参照信号用レーザ光の照射によって生じる参照信号用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調との両方の変調の影響を受けたレーザ光を集光すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の溶接検査方法。
【請求項８】
前記参照信号用レーザ光照射ステップは、前記送信用レーザ光の一部を分岐させて前記参照信号用レーザ光を生成するステップを含むこと、を特徴とする請求項６または請求項７に記載の溶接検査方法。
【請求項９】
互いに端部を突き合わせられた２つの部材を多層溶接によって接合する開先溶接の途中に溶接部を検査する溶接検査装置であって、
超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させるための送信用レーザ光源と、
前記送信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射させるための送信用光学機構と、
前記送信用レーザ光によって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させるための受信用レーザ光源と、
前記受信用レーザ光源によって発生させた受信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射しかつ被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光させるための受信用光学機構と、
前記散乱および反射したレーザ光を干渉計測するための干渉計と、
前記干渉計にて得られた超音波信号を計測し解析するためのデータ解析機構と、
を備えた溶接検査装置であって、
前記送信用レーザ光および受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上に照射するように構成されていることを特徴とする溶接検査装置。
【請求項１０】
前記送信用レーザ光を前記溶接金属部上に、受信用レーザ光を前記２つの部材の何れかの表面または開先側面に照射するように構成されていること、を特徴とする請求項９記載の溶接検査装置。
【請求項１１】
超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させるための送信用レーザ光源と、
前記送信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射させるための送信用光学機構と、
前記送信用レーザ光によって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させるための受信用レーザ光源と、
前記受信用レーザ光源によって発生させた受信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射しかつ被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光させるための受信用光学機構と、
前記散乱および反射したレーザ光を干渉計測するための干渉計と、
前記干渉計にて得られた超音波信号を計測し解析するためのデータ解析機構と、
前記被検査対象の表面で、前記送信用レーザ光が照射される送信用レーザ光照射位置および前記受信用レーザ光が照射される受信用レーザ光照射位置のいずれとも異なる参照信号用レーザ光照射位置に参照信号用レーザ光を伝送して照射させ、参照信号用超音波を発生させるための参照信号用光学機構と、
を備え、
前記送信用レーザ光および受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上もしくは開先側面に照射するように構成され、
前記受信用光学機構が集光するレーザ光は、前記送信用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調と前記参照信号用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調の両方の変調の影響を受けたレーザ光であること、
を特徴とする溶接検査装置。
【請求項１２】
前記参照信号用光学機構は前記送信用レーザ光の一部を分岐させて前記参照信号用レーザ光を生成する機能を有すること、を特徴とする請求項１１に記載の溶接検査装置。
【請求項１３】
溶接線に対して、前記受信用レーザ光照射位置と前記参照信号用レーザ光照射位置が同じ側にあること、を特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の溶接検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ超音波技術を用いた溶接検査方法およびそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接は構造物の製作に欠くことのできない技術であるが、特に近年の技術進歩により、これまでは困難であった材料や形状の対象に対しても適用が可能となってきている。一方で、溶接技術の向上により製作される構造物は開先形状が特殊であったり表面形状が複雑であったりと、検査自体が困難である場合が多い。そのため、溶接後の構造物の信頼性を保証する検査技術に関しても、その重要性はこれまで以上に増してきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７１１３９号公報
【特許文献２】特開２００７−９０４３５号公報
【特許文献３】特開２００７−１７２９８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】平成２２年度春季講演大会講演概要集  第６３〜６４頁  社団法人日本非破壊検査協会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、溶接部の品質保証のための検査を実施する場合、厚板溶接や複雑形状を持つ構造材のように技術的に特に困難な溶接では、検査対象部位が超音波的に死角となる場合や、検査機器のアクセス自体が困難で検査ができない場合がある。また、工期短縮のために溶接中もしくは溶接終了直後に検査することを想定すると、溶接中であれば溶接途中の開先形状が検査領域への超音波伝播に影響を与える可能性があり、探傷面が狭隘であればその検査手法は大きく限定される。溶接終了直後であっても熱影響を低減するために半日以上冷却時間を設けなければならない場合があり、すぐに検査ができない。そのため、検査を完了するまでの工期が無用に延びる問題がある。
【０００６】
上記の課題を解決する方法として、たとえば特許文献１では、溶接施工中に溶接品質を検査する技術が提案されている。しかしこれらのシステムでは、超音波の送受信を溶接する被検査対象表面に接触する探触子を用いている。この方法では、狭隘な部位や、複雑な表面をもつ構造材への対応が困難であるとともに、超音波探触子を被検査対象表面にグリセリンや水などの接触媒質が必要になるため、後処理が煩雑になる問題がある。また、被検査対象が高温の場合は探触子の損傷を防ぐ特殊な機構が加えて必要になる。
【０００７】
一方、特許文献３では、溶接機構に超音波発生機構を付属させ、溶接動作を監視するシステムを提案している。ただし、本システムでは超音波発生機構を溶接機構に直接設置する必要があることから、既存の溶接装置への改良が必要であり、また適用できる溶接方法もスポット溶接もしくはそれに類する手法に限定される。そのため、突き合わせ開先溶接など、汎用性の高い溶接への適用は困難である。何故なら、実際の溶接で生じた溶接不良からの反射エコーなどの指示を直接検出する訳ではなく、超音波信号変化を検出していることから、溶接のどの位置に溶接不良が生じているか特定することができない。そのため、溶接の特定位置を補修したい場合には不向きである。
【０００８】
非特許文献１については、レーザ超音波を用いた溶接直後および溶接中検査の可能性を示唆しているが、測定配置があくまでＴＯＦＤ（Time of Flight Diffraction）法などで代表される溶接部をまたぐ２探触子法であり、溶接部直下など超音波伝播の幾何的死角に関しては対応できない。また、受信レーザの照射場所が構造材表面のみであり、感度向上のために開口合成処理を用いているため、平面状のレーザ照射面積を一定以上もつ構造材でなければ適用できない。
【０００９】
また、特許文献３には、表面波を用いた測定にあたり表面波以外の底面エコーなどをリファレンス信号として用いる技術が記載されているが、溶接部をまたぐ２探触子法での配置や底面が平滑でない検査対象に関しては、底面エコー強度自体が変数となるためリファレンス信号の役目を果たせない。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、検査対象部が狭隘でありかつ被検査対象が高温状態の溶接直後および溶接中であっても、安定した感度で溶接検査をできるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一つの実施形態に係る溶接検査方法は、互いに端部を突き合わせられた２つの部材を多層溶接によって接合する開先溶接の途中に溶接部を検査する溶接検査方法であって、超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させて、溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ前記送信用レーザ光を伝送し照射させる送信用レーザ光照射ステップと、前記送信用レーザ光照射ステップによって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させて、被検査対象の所定位置へ伝送し照射する受信用レーザ光照射ステップと、前記被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光する集光ステップと、前記集光ステップで集光されたレーザ光を干渉計測して超音波信号を得る干渉計測ステップと、前記干渉計測ステップで得られた超音波信号を解析する解析ステップと、を有し、前記送信用レーザ光照射ステップにおける送信用レーザ光および前記受信用レーザ光照射ステップにおける受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上に照射すること、を特徴とする。
本発明の他の一つの実施形態に係る溶接検査方法は、超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させて、溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ前記送信用レーザ光を伝送し照射させる送信用レーザ光照射ステップと、前記送信用レーザ光照射ステップによって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させて、被検査対象の所定位置へ伝送し照射する受信用レーザ光照射ステップと、前記被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光する集光ステップと、前記集光ステップで集光されたレーザ光を干渉計測して超音波信号を得る干渉計測ステップと、前記干渉計測ステップで得られた超音波信号を解析する解析ステップと、溶接中もしくは溶接後の前記被検査対象の表面で、前記送信用レーザ光が照射される送信用レーザ光照射位置および前記受信用レーザ光が照射される受信用レーザ光照射位置のいずれとも異なる参照信号用レーザ光照射位置に参照信号用レーザ光を照射させる参照信号用レーザ光照射ステップと、を有し、前記送信用レーザ光照射ステップにおける送信用レーザ光および前記受信用レーザ光照射ステップにおける受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上もしくは開先側面に照射し、前記集光ステップは、前記送信用レーザ光の照射によって生じる送信用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調と、前記参照信号用レーザ光の照射によって生じる参照信号用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調との両方の変調の影響を受けたレーザ光を集光すること、を特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一つの実施形態に係る溶接検査装置は、互いに端部を突き合わせられた２つの部材を多層溶接によって接合する開先溶接の途中に溶接部を検査する溶接検査装置であって、超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させるための送信用レーザ光源と、前記送信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射させるための送信用光学機構と、前記送信用レーザ光によって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させるための受信用レーザ光源と、前記受信用レーザ光源によって発生させた受信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射しかつ被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光させるための受信用光学機構と、前記散乱および反射したレーザ光を干渉計測するための干渉計と、前記干渉計にて得られた超音波信号を計測し解析するためのデータ解析機構と、を備えた溶接検査装置であって、前記送信用レーザ光および受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上に照射するように構成されていることを特徴とする。
また、本発明の他の一つの実施形態に係る溶接検査装置は、超音波を発生させるための送信用レーザ光を発生させるための送信用レーザ光源と、前記送信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射させるための送信用光学機構と、前記送信用レーザ光によって励起させた超音波を検出するための受信用レーザ光を発生させるための受信用レーザ光源と、前記受信用レーザ光源によって発生させた受信用レーザ光を溶接中もしくは溶接後の被検査対象の所定位置へ伝送し照射しかつ被検査対象表面で散乱および反射したレーザ光を集光させるための受信用光学機構と、前記散乱および反射したレーザ光を干渉計測するための干渉計と、前記干渉計にて得られた超音波信号を計測し解析するためのデータ解析機構と、前記被検査対象の表面で、前記送信用レーザ光が照射される送信用レーザ光照射位置および前記受信用レーザ光が照射される受信用レーザ光照射位置のいずれとも異なる参照信号用レーザ光照射位置に参照信号用レーザ光を伝送して照射させ、参照信号用超音波を発生させるための参照信号用光学機構と、を備え、前記送信用レーザ光および受信用レーザ光の少なくとも一方を溶接金属部上もしくは開先側面に照射するように構成され、前記受信用光学機構が集光するレーザ光は、前記送信用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調と前記参照信号用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調の両方の変調の影響を受けたレーザ光であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、検査対象部が狭隘であり、かつ被検査対象が高温状態の溶接直後および溶接中であっても、安定した感度で溶接検査を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る溶接検査方法における送信用レーザ光、受信用レーザ光、散乱・反射レーザ光および、励起された超音波などの経路を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る溶接検査方法における距離計測機構および焦点制御機構の機能を説明するための断面図であって、焦点が合っていない状況を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る溶接検査方法における距離計測機構および焦点制御機構の機能を説明するための断面図であって、焦点が合っている状況を示す図である。
【図５】比較例の溶接検査方法における送信用レーザ光、受信用レーザ光、散乱・反射レーザ光および、励起された超音波などの経路を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る溶接検査方法における送信用レーザ光、受信用レーザ光、散乱・反射レーザ光および、励起された超音波などの経路を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る溶接検査装置を含む溶接システムの構成を示す模式的ブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る溶接システムにおける溶接部、送信用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す平面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る溶接検査方法の手順を示すフロー図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る溶接検査方法の実施状況を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係る溶接検査装置における溶接部、送信用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す平面図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る溶接検査装置における溶接部、送信用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す模式的斜視図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態に係る溶接検査装置によって得られる溶接部近傍で可視化される２次元断面の位置関係を示す模式的斜視図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態に係る溶接検査装置によって得られる溶接部近傍で可視化される３次元領域の位置を示す模式的斜視図である。
【図１８】図１６の可視化される２次元断面のデータを処理して所定の方向に投影して表示する場合の状況を示す模式的斜視図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態に係る溶接検査装置によって開口合成処理を施したＢ−Ｓｃａｎ結果の一例を示す図である。
【図２０】図１９と対比する比較例として溶接線をまたぐような２接触子法を用いた測定結果の一例を示す図である。
【図２１】本発明に係る溶接検査装置の第９の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。
【図２２】図２１の要部を拡大して示すブロック構成図である。
【図２３】図２１の溶接検査装置によって得られる測定結果の例を示すグラフである。
【図２４】図２３の測定結果をそのまま処理して得られる２次元断面データの例を示す図である。
【図２５】図２３の測定結果からＵｒｅｆをキャンセルした結果の例を示すグラフである。
【図２６】図２５の測定結果から得られる２次元断面データの例を示す図である。
【図２７】本発明に係る溶接検査装置の第１０の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。
【図２８】図２７の要部を拡大して示すブロック構成図である。
【図２９】本発明に係る溶接検査装置を含む溶接システムの第１１の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図３０】本発明に係る溶接検査装置の第１２の実施形態における溶接部、送信用レーザ光照射点、参照信号用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す平面図である。
【図３１】本発明の第１２の実施形態に係る溶接検査装置における溶接部、送信用レーザ光照射点、参照信号用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。図２は、第１の実施形態に係る溶接検査方法における送信用レーザ光、受信用レーザ光、散乱・反射レーザ光および、励起された超音波などの経路を示す断面図である。図３は、第１の実施形態に係る溶接検査方法における距離計測機構および焦点制御機構の機能を説明するための断面図であって、焦点が合っていない状況を示す図である。図４は、第１の実施形態に係る溶接検査方法における距離計測機構および焦点制御機構の機能を説明するための断面図であって、焦点が合っている状況を示す図である。
【００１７】
この実施形態に係る溶接検査装置は、被検査対象４へ超音波送信用レーザ光（以下、単に「送信用レーザ光」と呼ぶ。）Ｉｉを照射させるための送信用レーザ光源１と、送信用レーザ光Ｉｉを被検査対象４の任意の位置まで伝送するための光学機構９と、送信用レーザ光Ｉｉの照射点位置を移動させるための駆動機構１１とを有する。溶接検査装置はさらに、被検査対象４へ超音波受信用レーザ光（以下、単に「受信用レーザ光」と呼ぶ。）Ｉｄを照射させるための受信用レーザ光源２と、受信用レーザ光Ｉｄを被検査対象４の任意の位置まで伝送および照射してまた受信用レーザ光Ｉｄの被検査対象４表面での反射・散乱レーザ光Ｉｒを集光するための光学機構１０と、受信用レーザ光Ｉｄの照射点Ｐｄを移動させるための駆動機構１２と、を有する。
【００１８】
溶接検査装置はさらに、反射超音波Ｕｒにより変化を受けた反射・散乱レーザ光Ｉｒを干渉計測するための干渉計６と、干渉計測にて電気信号へ変換した超音波信号を収録しデータ解析を行なうための装置制御・データ収録・解析機構７と、得られた検査結果や溶接条件等を表示することができる表示機構８とを有している。
【００１９】
溶接検査装置はさらに、温度計測機構１３と、距離計測機構１４と、焦点制御機構１５と、光学機構を高温から保護する高温対応機構１６とを有している。
【００２０】
本構成において、送信用レーザ光源１および受信用レーザ光源２として使用するレーザは、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレーザ、色素（ダイ）レーザおよびエキシマレーザなどが挙げられ、これ以外のレーザ光源も考えられる。レーザ光源は連続波またはパルス波のどちらかとなり、１台だけでなく２台以上の複数台から構成することもある。複数台から構成する場合には、超音波を計測するために必要な他の機能も必要に応じて複数台使用する。
【００２１】
干渉計６としては、たとえばマイケルソン干渉計、ホモダイン干渉計、ヘテロダイン干渉計、フィゾー干渉計、マッハツェンダー干渉計、ファブリー＝ペロー干渉計およびフォトリフラクティブ干渉計などが挙げられ、これ以外のレーザ干渉計も考えられる。また干渉計測以外の方法として、ナイフエッジ法も考えられる。いずれの干渉計も、複数台使用することもできる。
【００２２】
光学機構９および１０は、レンズ、ミラーおよび光ファイバなどの光学部品から構成される。特に送信用レーザ光Ｉｉを被検査対象４表面へ照射する場合、送信用レーザ光照射点Ｐｉでの照射径が約０．１ｍｍから３０ｍｍの範囲となるような光学系を構築する。また、照射形状をライン状もしくは楕円状とするためにシリンドリカルレンズを用い、光学機構を構築することもある。この場合、ライン長さもしくは長径は１ｍｍから１００ｍｍ程度の範囲となること、ライン幅もしくは短径は０．００１ｍｍから３０ｍｍ程度の範囲となるように光学系を構築する。なお、照射形状はその他の形状でも適用可能である。
【００２３】
光学機構１０は、受信用レーザ光Ｉｄが照射される受信用レーザ光照射点Ｐｄでの照射径が約０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲となるような光学系を構築する。送信用レーザ光Ｉｉと受信用レーザ光Ｉｄの照射位置は、図１および図２に示すように送信を溶接部Ｗに照射し受信を外表面に照射する。
【００２４】
高温対応機構１６は、光学機構９および１０を光学機構の機能に有意な影響を与える温度より低い温度に保つ機能をもち断熱材および冷却機構から成る。断熱材としては難燃性であることを前提として繊維系断熱材、発泡系断熱材および真空断熱材などが挙げられ、他の断熱材の使用も考えられる。冷却機構としては、たとえば、空冷、水冷、ガス冷およびゲル材やペルチェ素子等の冷却材を用いた冷却技術が挙げられ、他の冷却技術も考えられる。なお当該冷却機構は、被検査対象４の表面温度が光学機構に有意な影響を与える温度より十分低いとき機能を停止し、常温での検査装置としても使用できる。
【００２５】
装置制御・データ収録・解析機構７は、干渉計６にて得られた超音波データを収録する機能と、得られた超音波データを解析する機能、距離計測機構１４から得られた光学機構の位置情報を表示および収録する機能、位置情報を焦点制御機構１５へフィードバックしてレーザ光の照射位置を調整するための機能、温度計測機構１３により収録されたデータの収録機能、検査結果を判定し溶接機構３の溶接制御機構５へフィードバック信号を送るための機能等を有する。ここで装置制御・データ収録・解析機構７は１つ以上から構成することとし、前述の機能を複数台の装置制御・データ収録・解析機構に分散して搭載することもある。
【００２６】
駆動機構１１および１２は、光学機構９および１０を１軸以上で移動もしくは回転し、溶接開先等の狭隘部および複雑形状部へアクセスさせることができる。
【００２７】
表示機構８は、検査結果を表示することや、欠陥Ｄ等の応答があると判断された場合に警告が表示されることや、タッチパネル式にて緊急停止が可能であるなどの１つ以上の組み合わせから構成される。
【００２８】
温度計測機構１３は非接触式の放射温度計や、接触式の抵抗温度計、サーミスタ、熱電対などがあるが、他の原理の温度を計測する技術を用いてもよい。また、複数個を設置してもよい。設置箇所は非接触式であれば入射超音波Ｕｉおよび反射超音波Ｕｒの伝播経路もしくはその近傍に、接触式であれば欠陥検出の外乱要素とならない範囲で入射超音波Ｕｉおよび反射超音波Ｕｒの伝播経路近傍に設置することが望ましい。
【００２９】
送信用レーザ光源１から出射した送信用レーザ光Ｉｉは、光学機構９を経て被検査対象４の表面へ照射される。ここで、熱ひずみまたは表層がアブレーションすることの反力により入射超音波Ｕｉが発生する。ここで発生する入射超音波Ｕｉは縦波、横波、表面波など様々なモードが励起されるが、総称して入射超音波Ｕｉとする。発生した入射超音波Ｕｉが欠陥Ｄや被検査対象の底面に到達すると、超音波の反射、散乱、屈折の影響により伝播経路が変化し、欠陥Ｄからの応答である反射超音波Ｕｒとなる。ここで発生する応答は、縦波、横波、表面波など様々なモードが励起されるが、総称して反射超音波Ｕｒとする。
【００３０】
一方、受信用レーザ光源２から出射した受信用レーザ光Ｉｄは、光学機構１０を経て被検査対象４の表面へ照射する。ここで、反射超音波Ｕｒが被検査対象４表面の受信用レーザ光照射点Ｐｄに到達した場合、受信用レーザ光Ｉｄは振幅変調や位相変調、反射角度の変化などを受け、超音波信号成分を含む反射・散乱レーザ光Ｉｒとなる。
【００３１】
超音波信号を持つ反射・散乱レーザ光Ｉｒは、再び光学機構１０により集光され、干渉計６に伝送される。干渉計６にて超音波成分を持つ光信号が電気信号へ変換された後、装置制御・データ収録・解析機構７により超音波データとして保存される。ここで、装置制御・データ収録・解析機構７では、得られた超音波信号に平均化処理、移動平均、フィルタ、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）、ウェーブレット変換、開口合成処理等や、この他の種類の信号処理を行なうことも可能である。また、溶接位置情報や、照射位置情報、温度情報などにより、超音波信号を補正することも可能である。
【００３２】
ここで、上記機構により、従来の手法において探傷不可となっていた領域を検査できる理由を説明する。図５は、比較例の溶接検査方法における送信用レーザ光、受信用レーザ光、散乱・反射レーザ光および、励起された超音波などの経路を示す断面図である。これは、ＴＯＦＤ−ＵＴに代表されるような溶接部Ｗをはさんで２探触子を配置するものである。このとき、溶接途中もしくは完成品が図に示す形状だった場合、開先の直下は超音波的死角Ｂａとなり、欠陥Ｄが存在した場合の検出が困難である。その場合、溶接途中であれば欠陥Ｄを内在したまま溶接が進行することとなり、欠陥が検出された場合の後戻り工程が大きくなること、完成品であれば構造上強度が要求される外表面近傍に欠陥Ｄを残すこととなり、要求強度を満たせない可能性がある。
【００３３】
この実施形態では、図１および図２に示すように、送信用レーザ光照射点Ｐｉを被検査対象４の溶接金属部（溶接ビード）Ｗの表面に配置する。図２に示すように、入射する入射超音波Ｕｉは直下の欠陥Ｄに直接入射し、欠陥Ｄからの反射超音波（散乱波）Ｕｒは縦波や横波などのバルク波として被検査対象４内を伝播し、バルク波の成分は、被検査対象４の外表面に照射した受信用レーザ光Ｉｄにて受信することができる。これにより、従来では死角となっていた部分の探傷が可能となる。
【００３４】
このとき、従来の配置に比べて送信超音波励起位置が欠陥Ｄに近いため、伝播距離に応じた減衰による感度低下も最低限に抑えることができる。
【００３５】
また、温度計測機構１３により、得られる超音波信号の音速補正をすることが可能である。一般的に超音波の音速は温度依存性があるため、検出した超音波信号から溶接不良位置を算出する際に誤差を生じることになる。超音波の送受信位置情報を用いた開口合成処理などの信号処理を実施する場合にも、やはり大きな計測誤差を生じる。そのため、検査時の被検査対象の温度を計測しておき、温度による音速変化を校正するための事前に用意した校正式等を利用し音速を補正することで、これらの誤差の原因を排除することが可能になる。
【００３６】
溶接中に被検査対象４と光学機構９、１０間の距離が変化すると、超音波信号が含まれている反射・散乱レーザ光Ｉｒを集光させる際の集光効率が低下する場合がある。また、図３のように送信用レーザ光Ｉｉや受信用レーザ光Ｉｄの照射スポット径が変化することや、送信用レーザ光照射点Ｐｉ、受信用レーザ光照射点Ｐｄも変化する可能性が生じる。その結果、発生させる超音波の励起効率の低下や、受信感度の低下、開口合成処理等の信号処理時における位置情報を用いた補正における誤差などが生じるため、感度低下要因となる。そこで、図４のように距離計測機構１４により距離変化量を計測し、駆動機構１１、１２および焦点制御機構１５へフィードバックし、最適な距離とすることで、感度低下を防ぐことが可能になる。
【００３７】
また、開先が狭いと光学機構９および１０を被検査対象４に近づけなければならない。このとき高温対応機構１６により、光学機構９および１０は機能に有意な影響を受ける温度より低い温度に保たれるため、溶接直後および溶接中といった被検査対象４が高温の状態であっても測定を行なうことが可能となる。
【００３８】
このように、この第１の実施形態によれば、検査対象部が狭隘であり、かつ被検査対象が高温状態でも安定した送受信感度で検査が可能なシステムを提供することが可能となる。
【００３９】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。図７は、この第２の実施形態に係る溶接検査方法における送信用レーザ光、受信用レーザ光、散乱・反射レーザ光および、励起された超音波などの経路を示す断面図である。
【００４０】
この実施形態では、受信用レーザ光Ｉｄを開先側面に照射する。この場合は、入射する入射超音波Ｕｉは直下の欠陥Ｄに直接入射し、欠陥Ｄからの反射超音波Ｕｒは縦波や横波などのバルク波として被検査対象４内を伝播し、開先部に当たってモード変換した表面波成分は、開先側面に照射した受信用レーザ光Ｉｄにて受信することができる。これにより、従来では死角となっていた部分の探傷が可能となる。
【００４１】
この実施形態では、光学機構１０を被検査対象４に特に近づけなければならないが、高温対応機構１６により、光学機構１０は機能に有意な影響を受ける温度より低い温度に保たれるため、溶接直後および溶接中といった被検査対象４が高温の状態であっても測定を行なうことが可能である。さらに、第1の実施形態に比べて装置を小型化できる。
【００４２】
この実施形態について以上説明した以外の構成および作用は、第１の実施形態と同様である。
【００４３】
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。この実施形態は第１の実施形態の送信用レーザ光照射点Ｐｉと受信用レーザ光照射点Ｐｄの位置関係を逆にして、受信用レーザ光照射点Ｐｄが被検査対象４の溶接金属部Ｗの表面上になるようにする。その他の構成は第１の実施形態と同様である。送信用レーザ光照射点Ｐｉと受信用レーザ光照射点Ｐｄの位置を逆にしても同様の効果が得られる。
【００４４】
［第４の実施形態］
図９は、本発明の第４の実施形態に係る溶接検査装置の構成を示す模式的ブロック図である。この実施形態では、第１の実施形態における送信用レーザ光源１およびこれに関連する光学機構９、駆動機構１１、温度計測機構１３、距離計測機構１４、焦点制御機構１５、高温対応機構１６と同様のものをもう一式設ける。この追加された送信用レーザ光源１ａおよび駆動機構１１ａなどによる送信用レーザ光照射点Ｐｉは、溶接金属部Ｗの表面ではない被検査対象４の表面とする。
【００４５】
この実施形態により、第１の実施形態と同様の検査ができるとともに、従来の送信用レーザ光照射点Ｐｉと受信用レーザ光照射点Ｐｄの位置関係（図５）による検査も可能になる。それにより、開先直下から底面までの全範囲を検査することができる。
【００４６】
なお、この例のほかにも送信用レーザ光源を２台またはそれ以上使用して異なる複数の送信用レーザ光照射点Ｐｉからの送信用レーザ光照射を行なうことにより、広範囲の検査を行なうことができる。さらに、配置と台数ともに送信用と受信用とを置き換えた体系構築も可能である。
【００４７】
［第５の実施形態］
本発明における第５の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第５の実施形態に係る溶接検査装置を含む溶接システムの構成を示す模式的ブロック図である。図１１は、この第５の実施形態に係る溶接システムにおける溶接部、送信用レーザ光照射点Ｐｉ、受信用レーザ光照射点Ｐｄなどの位置関係を示す平面図である。図１２は、この第５の実施形態に係る溶接検査方法の手順を示すフロー図である。
【００４８】
本実施形態では、第１の実施形態に係る溶接検査装置に、溶接機構３および溶接制御機構５が付加されている。
【００４９】
溶接機構３は、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、イナートガスアーク溶接、ティグ溶接、マグ溶接、ミグ溶接、炭酸ガスアーク溶接、プラズマアーク溶接、エレクトロスラグ溶接等のアーク溶接全般、スポット溶接、シーム溶接等の抵抗溶接全般、ガス溶接、テルミット溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接等の特殊な融接、さらに摩擦拡散接合などの圧接やろう接など金属間の接合技術全般を対象とする。
【００５０】
上記構成により、溶接とその検査を同時進行で行なうことが可能になる。この溶接の手順を図１２に示すフローに沿ってつぎに説明する。はじめに開先合わせを行ない（ステップＳ１）、つぎに被検査対象の予熱を行ない（ステップＳ２）、つぎに溶接を行なう（ステップＳ３）。このとき溶接検査も同時に行なわれる（ステップＳ４）。溶接検査の結果、問題があれば、溶接部Ｗの削除や溶かし込みなどの一部補修が行なわれ（ステップＳ５）、再び予熱工程（ステップＳ２）および溶接工程（ステップＳ３）が行なわれる。溶接検査（ステップＳ４）の結果が問題ない状態で溶接が最後まで終了すれば、溶接終了となる（ステップＳ６）。溶接終了の後に熱処理を行ない（ステップＳ７）、冷却して（ステップＳ８）、施工完了となる（ステップＳ９）。
【００５１】
溶接検査（ステップＳ４）で行なう溶接不良の有無の判断については、たとえば装置制御・データ収録・解析機構７が解析結果に基づいて自動的に判定しても（たとえば、超音波信号のしきい値判定、シミュレーション結果と実データの比較による判定等）、表示機構８の表示に基づいてオペレータが判定することとしてもよい。
【００５２】
上記一部補修工程（ステップＳ５）で、たとえば、施工中にいったん不良箇所の手前まで施工位置を戻して再溶接してもよいし、一通り溶接を終えた後に、不良個所のみを再溶接してもよい。また、ガウジングなどによって一部切削・除去を行なったうえで再溶接してもよい。
【００５３】
さらに、一部補修工程（ステップＳ５）の際またはその後に、溶接不良が発生しないように溶接条件を変更してもよい。
【００５４】
以上説明したように、本フローでは、溶接中に検査を行ない、検査結果から溶接不良を検出した場合、溶接不良が生じた部分のみを補修し、再度溶接するフローとなっている。
【００５５】
従来フローでは、溶接が終了し、熱処理と冷却を経てようやく検査を実施することが可能になるが、たとえば溶接のパス数が多い場合などは、検査に至るまでの時間は膨大になる。また、再加工も大きな負荷になる。しかし、本実施形態では、たとえば溶接のパスごと、もしくは規定パス数終了後に検査することが可能になり、溶接不良が生じていても再溶接のための再加工負荷が軽微で行なうことが可能になる。また、溶接不良が発生したが、構造強度的に問題ないと判断することもできる。また、溶接後の硬化した状態だけでなく、溶融中の検査も可能になる。
【００５６】
この実施形態のフローの変形例としてつぎのようなものもありうる。すなわち、溶接検査（ステップＳ４）の結果としてわずかな溶接不良が検出されたが、その溶接不良が許容される程度のものである場合に、溶接部Ｗの一部補修（ステップＳ５）を行なわず、溶接（ステップＳ３）は継続するものの、溶接条件を変更するフロー（図示せず）とすることもできる。
【００５７】
溶接不良が許容範囲かどうかの判定は、たとえば装置制御・データ収録・解析機構７の解析結果で、しきい値判定による溶接不良を示す信号が、所定の領域内で所定回数または所定時間以上観測された場合に許容範囲を超える溶接不良と判定し、溶接不良を示す信号が所定回数または所定時間未満であった場合は許容範囲の溶接不良と判定する、というように行なう。
【００５８】
なお、図１２の溶接検査（ステップＳ４）においても、溶接不良が許容範囲内であればステップＳ６に、溶接不良が許容範囲を超える場合はステップＳ５に進むこととしてもよい。
【００５９】
このように、溶接機構３へ、より最適な溶接条件となるようフィードバックすることが可能である。さらに、溶接後の硬化した状態だけでなく、溶融中の検査も可能になるため、溶接条件へフィードバックし、最適溶接条件へ変更することや、次のパスにて溶接不良を除去するような溶接条件とすることが可能になる。そのため、溶接不良が生じた場合を考慮した溶接施工時間およびコストを低減させることが可能になる。
【００６０】
このように、従来の溶接装置への影響がなく、且つ溶接中にリアルタイムで検査を行ない、検査結果に応じて溶接を一時停止させたり、施工中の溶接条件にフィードバックさせることが可能になる。
【００６１】
なお、図１２に関して、一部補修工程（ステップＳ５）において、一部補修後に予熱が必要か判定し、予熱不要な場合は予熱（ステップＳ２）ではなく溶接工程（ステップＳ３）に進めるようにしてもよい。
【００６２】
この実施形態によれば、溶接中に検査を行ない、検査結果から欠陥Ｄを検出した場合、欠陥Ｄが生じた部分のみを切削し、再度溶接するフローとできる。従来フローでは、溶接が終了し、熱処理と冷却を経てようやく検査を実施することが可能になるが、たとえば溶接のパス数が多い場合などは、検査に至るまでの時間は膨大になる。また、再加工も大きな負荷になる。
【００６３】
しかし、本実施形態では、たとえば溶接のパスごと、もしくは規定パス数終了後に検査することが可能になり、欠陥Ｄが生じていても再溶接のための再加工負荷が軽微で行なうことが可能になる。さらに送信用レーザ光Ｉｉが照射された点Ｐｉは、アブレーションにより表面が蒸発し形状が変化してしまうことがあるが、溶接を多層で行なう場合には、溶接点Ｐｗが通過することでその影響は除去することができる。その際送信用レーザ光Ｉｉによる表面変化は十分に微小であるため溶接に影響を与えることはない。
【００６４】
［第６の実施形態］
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る溶接検査方法の実施状況を示す斜視図である。この第６の実施形態は第５の実施形態の変形例である。第５の実施形態では、溶接対象すなわち被検査対象は付き合わせられた２枚の平板である。これに対して第６の実施形態では溶接対象すなわち被検査対象は、軸方向に付き合わせられた二つの円柱形状のものである。この場合も、第５の実施形態の場合と同様に溶接を行ない、それと同時に溶接部Ｗの検査を行なうことができる。
【００６５】
［第７の実施形態］
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る溶接検査装置における溶接部Ｗ、送信用レーザ光照射点Ｐｉ、受信用レーザ光照射点Ｐｄなどの位置関係を示す平面図である。図１５は、この第７の実施形態に係る溶接検査装置における溶接部Ｗ、送信用レーザ光照射点Ｐｉ、受信用レーザ光照射点Ｐｄなどの位置関係を示す模式的斜視図である。図１６は、この第７の実施形態に係る溶接検査装置によって得られる溶接部Ｗ近傍で可視化される２次元断面の位置関係を示す模式的斜視図である。図１７は、この第７の実施形態に係る溶接検査装置によって得られる溶接部Ｗ近傍で可視化される３次元領域の位置を示す模式的斜視図である。図１８は、図１６の可視化される２次元断面のデータを処理して所定の方向に投影して表示する場合の状況を示す模式的斜視図である。
【００６６】
この実施形態は、たとえば第５の実施形態の変形であって、送信用光学系駆動機構１１および受信用光学系駆動機構１２によって、それぞれ、送信用レーザ光照射点Ｐｉおよび受信用レーザ光照射点Ｐｄの位置を変化させる。
【００６７】
溶接部Ｗの検査は、一般的に溶接方向に平行に、すなわち図１４および図１５に示すＸ方向に移動させながらデータの収録を行ない、Ａ−ｓｃａｎ、Ｂ−ｓｃａｎ、Ｃ−ｓｃａｎ、Ｄ−ｓｃａｎなどの検査結果を表示し欠陥の有無を判別する。ここで、Ａ−ｓｃａｎ、Ｂ−ｓｃａｎなどは超音波用語で、たとえばＡ−ｓｃａｎは時間軸対超音波振幅軸で表示する波形データであり、Ｂ−ｓｃａｎは、一方の軸を素子数（または位置）とし、他方の軸を超音波振幅（または輝度値変化）として表示する。これらについては、たとえば、社団法人非破壊検査協会出版発行の「非破壊検査技術シリーズ・超音波探傷試験ＩＩＩ」に記載されている。
【００６８】
たとえば溶接方向に垂直な方向、すなわち図１４および図１５に示すＹ方向に移動させる動作を加えると、図１５および図１６に示した２次元断面１７の領域もしくは当該領域の溶接部Ｗ近傍領域の検査可視化を開口合成処理にて行なうことが可能になる。
【００６９】
ここで開口合成とは、複数位置の受信器によるデータを合成して分解能を向上させる技術であって、開口合成レーダーなどで一般に利用されているものである。
【００７０】
図１７に示す３次元領域１８の可視化も開口合成処理にて行なうことが可能になる。
【００７１】
さらに、図１８に示すように、図１６で得た２次元断面１７の可視化領域の一部分を最大値検出や平均値処理などの信号処置をした後、溶接方向に投影して２次元断面１７ａとして示すこともできる。同様に、溶接方向に垂直な方向に投影して２次元断面１７ｂとして示すこともできる。
【００７２】
これらの結果を表示機構８（図１など参照）に表示し、溶接中の検査を実施することができる。この処理は超音波の検出感度を大幅に向上させることが可能な技術であり、この構成により、感度低下防止、および高感度な検査結果を提供可能なシステムとすることが可能になる。
【００７３】
［第８の実施形態］
図１９は、本発明の第８の実施形態に係る溶接検査装置によって開口合成処理を施したＢ−Ｓｃａｎ結果の一例を示す図である。図２０は、図１９と対比する比較例として溶接線をまたぐような２接触子法を用いた測定結果の一例を示す図である。
【００７４】
この第８の実施の形態は、第７の実施の形態の溶接検査装置をより具体化したものを用いて、模擬試験体を測定した結果を示すものである。すなわち、この第８の実施形態では、厚さｔ＝１５０ｍｍ、開先深さＬ１＝７０ｍｍ、開先幅ｗ１＝１０ｍｍで厚板の溶接途中を模擬した試験体に、直径ｄ＝１．６ｍｍの円形の欠陥を溶接直下の深さＬ２＝５ｍｍの位置に付与したものを被検査対象とした。
【００７５】
図１９に示す結果はそれぞれ１５０点で超音波を受信し、開口合成処理を施したＢ−Ｓｃａｎ結果である。図２０は、従来どおり溶接をまたぐような２探触子法を用いた測定結果であり、開先直下の欠陥は検出できなかった。図１９は本実施形態の狭開先部に送信レーザ光を直接照射した測定結果であり、開先直下の欠陥を明瞭に検出可能であることが確認できた。これは、溶接途中だけでなく、本試験体に類する形状の構造物全般に適用可能であり、従来では死角になっていた欠陥を検出可能な手法であることが確認できた。
【００７６】
［第９の実施形態］
図２１は、本発明に係る溶接検査装置の第９の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。図２２は、図２１の要部を拡大して示すブロック構成図である。
【００７７】
この実施形態は、図１および図２などに示す第１の実施形態の変形であって、その構成は、第１の実施形態に比べて、参照信号用光学機構６０および参照信号用光学系駆動機構６１が追加されている。
【００７８】
参照信号用光学機構６０は、送信用レーザ光源１から発せられた送信用レーザ光Ｉｉの一部を分岐して参照信号用レーザ光Ｉｒｅｆを生成し、参照信号用レーザ光Ｉｒｅｆを、被検査対象４の表面上の参照信号用レーザ照射点Ｐｒｅｆまで伝送する。参照信号用レーザ照射点Ｐｒｅｆは、送信用レーザ光照射点Ｐｉおよび受信用レーザ光照射点Ｐｄのいずれとも異なる位置にある。溶接線に対して、受信用レーザ光照射点Ｐｄと参照信号用レーザ照射点Ｐｒｅｆは互いに同じ側にあるのが好ましい。
【００７９】
参照信号用光学系駆動機構６１は、参照信号用光学機構６０を駆動するものであって、送信用光学系駆動機構１１および受信用光学系駆動機構１２と連動して、溶接機構３（図１０）とともに、被検査対象４に対して相対的に、溶接線の方向に移動するように構成されている。
【００８０】
送信用レーザ光源１から出射した送信用レーザ光Ｉｉは、送信用光学機構９を経て被検査対象４の表面上の送信用レーザ光照射点Ｐｉへ照射される。ここで、熱ひずみまたは表層がアブレーションすることの反力により超音波Ｕｉが発生する。ここで発生する超音波Ｕｉは縦波、横波、表面波など様々なモードが励起されるが、総称して超音波Ｕｉとする。発生した超音波Ｕｉが欠陥や被検査対象の底面に到達すると、超音波の反射、散乱、屈折の影響により伝播経路が変化し、欠陥からの応答超音波Ｕｒとなる。ここで発生する応答超音波は、縦波、横波、表面波など様々なモードが励起されるが、総称して超音波Ｕｒとする。
【００８１】
また、送信用レーザ光源１から出射した送信用レーザ光Ｉｉは、参照信号用光学機構６０で分岐され、参照信号用レーザ光Ｉｒｅｆとなって被検査対象４の表面上の参照信号用レーザ照射点Ｐｒｅｆへ照射される。ここで、熱ひずみまたは表層がアブレーションすることの反力により参照信号Ｕｒｅｆが発生する。ここで発生する参照信号Ｕｒｅｆは縦波、横波、表面波など様々なモードが励起されるが、総称して参照信号Ｕｒｅｆとする。
【００８２】
一方、受信用レーザ光源２から出射した受信用レーザ光Ｉｄは、受信用光学機構１０を経て被検査対象４の表面上の受信用レーザ光照射点Ｐｄへ照射される。ここで、超音波ＵｒおよびＵｒｅｆが受信用レーザ光照射点Ｐｄに到達したときに、受信用レーザ光Ｉｄは振幅変調や位相変調、反射角度の変化などを受け、超音波信号成分を含むレーザ光Ｉｒとなる。
【００８３】
超音波信号を持つレーザ光Ｉｒは、再び受信用光学機構１０により集光され、干渉計６に伝送される。干渉計６にて超音波成分を持つ光信号が電気信号へ変換された後、データ収録機構７により超音波データとして保存される。
【００８４】
データ収録機構７では、得られた超音波信号に平均化処理、移動平均、フィルタ、ＦＦＴ、ウェーブレット変換、開口合成処理等や、この他の種類の信号処理を行うことも可能である。また、得られた参照信号Ｕｒｅｆは、ピーク検出、積分、ＲＭＳや、その他の検出手法により、その強度を測定できる。さらに、参照信号Ｕｒｅｆの信号強度や、溶接位置情報や、照射位置情報、温度情報などにより、超音波信号を補正することも可能である。また、補正後の信号強度を規格化し、その強度を校正ＴＰで作成したＤＡＣ曲線、ＤＧＳ線図やその他校正曲線に当てはめることで検出した欠陥を定量的に評価することも可能である。また、測定したい領域によってはＵｒｅｆが重畳する場合があるため、参照信号Ｕｒｅｆを既知の時間領域に現れる信号としてキャンセルすることも可能である。
【００８５】
ここで、この第９の実施形態の効果を説明する。前述の第１の実施形態では、欠陥定量評価のためのリファレンスとなる別個の音源は設けられていない。この場合、レーザ干渉計をはじめとした測定系の揺らぎが大きく欠陥を検出できても定量的な大きさが評価困難であるため、溶接部の健全性が正確に評価できない。底面からの反射波を利用することも考えられるが、溶接の裏波形状の違いなどから必ずしも一定の反射波が得られるとはいえないため、精度は大きく下がる。
【００８６】
第９の実施形態では、送信用レーザ光Ｉｉおよび受信用レーザ光Ｉｄを照射することに加えて、参照信号用レーザ光Ｉｒｅｆを送信用レーザ光照射点Ｐｉの近傍の参照信号用光照射点Ｐｒｅｆに照射する。
【００８７】
参照信号Ｕｒｅｆは、被検査対象４の表面を伝播し、超音波Ｕｉとともに受信用レーザＩｄによって受信される。レーザ超音波は測定系の揺らぎが大きく、特に受信側の感度ゆらぎが大きく影響する。そのため、ほぼ一定の強度で励起され、一定の伝播経路を通る参照信号Ｕｒｅｆを受信することで受信の揺らぎ分が定量化でき、参照信号Ｕｒｅｆの強度で規格化することで揺らぎ分を測定後に再補正することができる。これにより、信号強度に定量性を持たせることができ、ＤＡＣ曲線やＤＧＳ線図などの校正曲線に基づいた欠陥定量評価が可能となる。
【００８８】
図２３は、この第９の実施形態（図２１、図２２）の溶接検査装置によって得られる測定結果の例を示すグラフである。また、図２４は、図２３の測定結果をそのまま処理して得られる２次元断面データの例を示す図である。図２３および図２４に示すように、参照信号Ｕｒｅｆが測定領域に近い場合は、測定結果にゴーストとして現れる場合があり、このようなゴーストは誤検出を招く可能性がある。
【００８９】
上述の既知の時間に現れる参照信号Ｕｒｅｆのゴーストへの対応については、Ｕｒｅｆをキャンセルする時間枠を設定してゴーストによる測定への影響を低減することができる。図２５は、図２３の測定結果からＵｒｅｆをキャンセルした結果の例を示すグラフである。図２６は、図２５の測定結果から得られる２次元断面データの例を示す図である。
【００９０】
上記説明では、参照信号用レーザ光Ｉｒｅｆは送信用レーザ光Ｉｉから分岐するとしたが、変形例として、送信用レーザ光源１とは別に設けた参照信号用レーザ光源によって参照信号用レーザ光Ｉｒｅｆを生成してもよい。
【００９１】
［第１０の実施形態］
図２７は、本発明に係る溶接検査装置の第１０の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。図２８は、図２７の要部を拡大して示すブロック構成図である。
【００９２】
この実施形態は図６および図７に示す第２の実施形態の変形であって、その構成は、第２の実施形態に比べて、第９の実施形態（図２１および図２２）と同様の参照信号用光学機構６０および参照信号用光学系駆動機構６１が追加されている。
【００９３】
この第１０の実施形態は、前述の第２の実施形態と第９の実施形態の特徴を組み合わせたものであって、この第１０の実施形態によって、第２の実施形態と第９の実施形態の両方の効果を得ることができる。
【００９４】
［第１１の実施形態］
図２９は、本発明に係る溶接検査装置を含む溶接システムの第１１の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【００９５】
この実施形態は図１０および図１１に示す第５の実施形態の変形であって、その構成は、第５の実施形態に比べて、第９の実施形態（図２１および図２２）と同様の参照信号用光学機構６０および参照信号用光学系駆動機構６１が追加されている。
【００９６】
この第１１の実施形態は、前述の第５の実施形態と第９の実施形態の特徴を組み合わせたものであって、この第１１の実施形態によって、第５の実施形態と第９の実施形態の両方の効果を得ることができる。
【００９７】
［第１２の実施形態］
図３０は本発明に係る溶接検査装置の第１２の実施形態における溶接部、送信用レーザ光照射点、参照信号用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す平面図である。図３１は図３０の溶接検査装置における溶接部、送信用レーザ光照射点、参照信号用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す模式的斜視図である。
【００９８】
この第１２の実施形態は、前述の第７の実施形態と第９の実施形態の特徴を組み合わせたものであって、この第１２の実施形態によって、第７の実施形態と第９の実施形態の両方の効果を得ることができる。
【００９９】
［他の実施形態］
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、変更を行なうことができる。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とその均等の範囲に含まれる。
【０１００】
たとえば、上記実施形態では送信用レーザ光照射点Ｐｉと受信用レーザ光照射点Ｐｄの一方のみが被検査対象４の溶接金属部Ｗの表面にあるものとしたが、両方が被検査対象４の溶接金属部Ｗの表面にあってもよい。
【０１０１】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第９、第１０、第１１および第１２の実施形態は、それぞれ第１、第２、第５および第７の実施形態をベースにして、それぞれに参照信号用光学機構６０および参照信号用光学系駆動機構６１を追加する構成として説明した。しかし、第３、第４、第６および第８の実施形態のいずれに対しても、参照信号用光学機構６０および参照信号用光学系駆動機構６１を追加する構成とすることができる。
【０１０２】
なお、上記説明では便宜上、「平面図」などの言葉を用いたが、この発明の装置は重力の方向に関係なく配置することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１ａ・・・送信用レーザ光源
２・・・受信用レーザ光源
３・・・溶接機構
４・・・被検査対象
５・・・溶接制御機構
６・・・干渉計
７・・・装置制御・データ収録・解析機構
８・・・表示機構
９・・・光学機構
１０・・・光学機構
１１，１１ａ・・・駆動機構
１２・・・駆動機構
１３，１３ａ・・・温度計測機構
１４，１４ａ・・・距離計測機構
１５，１５ａ・・・焦点制御機構
１６，１６ａ・・・高温対応機構
１７，１７ａ，１７ｂ・・・２次元断面
１８・・・３次元領域
６０・・・参照信号用光学機構
６１・・・参照信号用光学系駆動機構
Ｉｉ・・・送信用レーザ光
Ｉｄ・・・受信用レーザ光
Ｉｒｅｆ・・・参照信号用レーザ光
Ｉｒ・・・反射・散乱レーザ光
Ｕｉ・・・入射超音波
Ｕｒ・・・反射超音波
Ｗ・・・溶接金属部（溶接ビード）
Ｐｉ・・・送信用レーザ光照射点
Ｐｄ・・・受信用レーザ光照射点
Ｐｗ・・・溶接点
Ｄ・・・欠陥
Ｂａ・・・超音波的死角
【図３】
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【図４】
0005651533.tif 000003
【図５】
0005651533.tif 000004
【図１０】
0005651533.tif 000005
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005651533.tif 000008
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１】
0005651533.tif 000014
【図２３】
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【図２５】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図１】
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【図２】
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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１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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