(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ホログラフィック干渉法により物体の検査領域をリアルタイムスケールで非破壊検査する方法であって、はじめに物体の検査領域のホログラムが記録媒体に記録、現像され、続いて物体の検査領域に負荷が加えられ、最後に物体の検査領域と前記はじめの状態で物体の検査領域が現像されたホログラフィックイメージを有する記録媒体との両方が同時にコヒーレント光で照射され、負荷を加える前と後の物体の検査領域から拡散した２つの光の波に対応する２つの光の波の間の干渉の結果として物体の検査領域のインターフェログラムが形成される方法において、
物体の検査領域へのコヒーレント光の照射と、この照射領域から拡散するコヒーレント光の集光とが物体に対して行われる一方、ホログラフィックイメージの記録、現像と物体の検査領域のインターフェログラムの形成とが、コヒーレント光の光源と物体の検査領域とホログラフィックカメラとの間をシングルモードの光ケーブルでコヒーレント光を伝送することにより物体から距離を隔てた他の場所で行われ、
ホログラフィックイメージの記録、現像と物体の検査領域のインターフェログラムの形成は、物体の検査領域を含む物体モジュールからコヒーレント光の光源までの一定距離をシングルモードの光ケーブルで結ぶと共に物体モジュールからホログラフィックカメラまでの一定距離をシングルモードの光ケーブルで結び、ホログラフィックカメラの記録媒体に参照ビームを向けるべくコヒーレント光の光源とホログラフィックカメラとの間をシングルモードの光ケーブルで結ぶことにより、物体、ホログラフィックカメラ及びコヒーレント光の光源の少なくとも一方の相対移動から保護されることを特徴とする物体の非破壊検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の非破壊検査方法において、
物体、光源、ホログラフィックカメラの相対移動は、わずかな移動及び振動の少なくとも一方であることを特徴とする物体の非破壊検査方法。
【請求項３】
光学ホログラフィック干渉法によりリアルタイムスケールで物体の検査領域をリアルタイム非破壊検査する装置であって、コヒーレント光の光源と、ホログラフィック干渉計と、記録媒体と、検査されるべき物体に負荷を加えるための装置と、得られるインターフェログラムを観察及び処理するための付加装置とを含む検査装置において、
ホログラフィック干渉計は物体モジュール（２０）と、ホログラフィックカメラ（１２）と、コヒーレント光の光源（１）とに分けられ、光源（１）はシングルモードの光ケーブル（４）により物体モジュール（２０）に接続され、物体モジュール（２０）とホログラフィックカメラ（１２）はシングルモードの光ケーブル（１０）により接続され、ホログラフィックカメラ（１２）と光源（１）はシングルモードの光ケーブル（５）により接続されていることを特徴とする物体の非破壊検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の非破壊検査装置において、
ホログラフィックカメラ（１２）は、物体（７）の検査領域を含む物体モジュール（２０）から光源（１）までの一定距離をシングルモードの光ケーブル（４）で結ぶと共に物体モジュール（２０）からホログラフィックカメラ（１２）までの一定距離をシングルモードの光ケーブル（１０）で結び、ホログラフィックカメラ（１２）の記録媒体（１３）に参照ビームを向けるべく光源（１）とホログラフィックカメラ（１２）との間をシングルモードの光ケーブル（５）で結ぶことにより、光源（１）と物体モジュール（２０）の相対移動に対して独立するようにされていることを特徴とする物体の非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の非破壊検査装置において、
シングルモードの光ケーブル（４）の終端部は光学コネクタ（２）、（６）に取り付けられ、シングルモードの光ケーブル（５）の終端部は光学コネクタ（２）、（１４）に取り付けられ、シングルモードの光ケーブル（１０）の終端部は光学コネクタ（９）、（１１）に取り付けられ、
光学コネクタ（２）は、光源（１）に取り付けられると共に、コヒーレント光を物体ビームと参照ビームとに分割するビームスプリッタ（３）を備えられ、
光学コネクタ（６）は、物体（７）の検査領域に物体ビームを向けると共に拡散するように、物体（７）の検査領域の上方において物体モジュール（２０）に取り付けられ、
光学コネクタ（９）は、物体（７）の検査領域で反射するコヒーレント光を集光すると共にそのビームをシングルモードの光ケーブル（１０）に焦点を結ぶように、物体（７）の検査領域の上方において物体モジュール（２０）に取り付けられ、
光学コネクタ（１１）は、物体ビームを記録媒体（１３）に向けると共に拡散するように、記録媒体（１３）の上方においてホログラフィックカメラ（１２）に取り付けられ、
光学コネクタ（１４）は、参照ビームを記録媒体（１３）に向けるとともに拡散するように、記録媒体（１３）の上方においてホログラフィックカメラ（１２）に取り付けられていることを特徴とする物体の非破壊検査装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の非破壊検査装置において、
物体モジュール（２０）と光源（１）を持つホログラフィックカメラ（１２）の間の距離は、シングルモードの光ケーブル（４）と（１０）の長さを適切にすることで調整され得ることを特徴とする物体の非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、部品、機械ユニット、メカニズム、及び様々な部材をホログラフィック干渉法により非破壊検査するための方法及び装置に関し、特に、計測の間における振動的な移動に対する保護の必要性を低減すると共に、いかなる天候条件でも異なる物体をリアルタイムスケールで計測を行うことのできる検査方法及び装置に関する。
【０００２】
光学ホログラフィック干渉法は、溶接や鍛造、ハンダ付け等の技術的処理によって引き起こされる残留ストレスや物体に負荷が加わっている間の物体の計測ストレスのような、内部欠陥が偶発的に存在する機械のブロックやユニット、装置の非破壊検査を行うことを可能にする。これらの計測は、沖合の石油掘削産業、造船産業、製造業、航空機産業のような分野や、すべての構造物、つまり誤って負荷ストレスや残留ストレスが生じてしまう分野に有用である。
【０００３】
光学ホログラフィック干渉法による物体のある領域の非破壊検査の原理は、以下の通りである。最初に、物体上で検査されるべき領域のホログラムが、物体がストレスの無負荷初期状態にある時に記録媒体に記録、現像される（ホログラフィック干渉計によるホログラムの記録の説明は、例えばここでは参考例として含まれるノルウェー出願Ｎｏ．２０００２９４８に記載されている）。次に、何らかの負荷、例えば引っ張り、圧縮、曲げ、ねじり、加熱、あるいはこれらの組み合わせを加えることにより、物体の検査領域をわずかに変形させる。このような負荷は、偶発的な欠陥のある領域にストレスを集中させるような方法で行われる。それから、ホログラムの現像イメージを持つ記録媒体と物体とが同時にコヒーレント光で照射される。その結果、負荷を加える前及び加えた後の検査領域から拡散した２つの光の波が、同時に記録媒体の後方に現れる。これらの波は、干渉し、一連の縞を持つインターフェログラムを形成する。インターフェログラムが記録媒体を通して裸眼あるいは対物レンズやモニターで観察される時、負荷を加えている間の検査領域をカバーする一連の縞として見られる。なお、異常な縞の形態を持つ領域の存在は、物体における欠陥の存在に対応する。この技術により、クラック、癒着、不完全な融合、ボイド、キャビティー、穴等の様々なタイプの欠陥を明らかにすることができる。
【０００４】
この技術はまた、物体の検査領域における負荷ストレス及び残留ストレスの判定に用いることができる。例えば、残留ストレスの判定の場合には、残留ストレスの解放が検査領域の小さな部位で行われる前に、初期状態における領域のホログラムが記録、現像される。残留ストレスの解放は、残留ストレスの作用の下で解放されたストレスの部位の近傍における変形をもたらし、この部位の縁部での表面変位の法線成分の値が、それは残留ストレスの値に正比例するので、計測の対象となる。それから、初期状態における検査領域の現像されたホログラフィックイメージを持つ記録媒体及び解放された残留ストレスの部位を持つ検査領域が、同時にコヒーレント光で照射される。この照射は、解放されたストレスの部位における表面変位の法線成分を判定するインターフェログラムを形成する。最後に、測定値は残留ストレスの程度を計算するために用いられる。この手法は、参考例としての、本件出願人によるノルウェー出願１９９９５３１２に開示されている。
【０００５】
現在知られているホログラフィック干渉による方法は、この技術を幅広く使用することを妨げるいくつかの欠点を持つ。
【０００６】
１）ホログラムの記録とインターフェログラムの形成の工程とを振動から確実に保護する必要がある。それは、検査領域、レーザ、干渉計の要素、記録媒体相互間の相対移動を排除する状態を確保することである。これは、例えば以下の点と関連する。空間の搬送周波数は１０００〜２０００ｍｍ-1のオーダであり、０．５〜１μｍ程度の上記の要素の１つの相対移動でも、ホログラムの干渉パターンをだめにし、記録を不可能にする。
【０００７】
２）記録媒体がアモルファス分子半導体（ＡＭＳフィルム）によるフィルムである場合、記録媒体の湿度及び温度に対して感度を満足させるために、室内のような適切な状態でホログラムの記録、現像を行わなければならない。ＡＭＳフィルムは、ホログラムの記録に先立ってコロナ放電により静電気を充電させる必要がある。これは、高い湿度の環境あるいは０℃より低い温度においては不可能である。加えて、高湿度及び低温では静電気の潜像の可変成分の表面緩和により高い品質のホログラムの記録、現像は不可能となる。更に、現像の間のＡＭＳフィルムの最適な加熱レートの達成は、そのような条件下では不可能となる。
【０００８】
３）装置の各要素間の相対的な移動に関するホログラフィック干渉計測技術の例外的な感度は、上記の各要素のすべてと共通の基盤で検査されるべき物体とを固く固定した装置とすることで部分的には克服し得る。しかしながら、そのような装置は、振動するようにされる物体には適していないように思われる。これは、一部は相対的に固く固定されるべき要素の数が比較的多いことに起因しており、他の一部は物体の形及びサイズに起因している。その上、これらの装置は物体の検査をし得ない。
【０００９】
本発明の主たる目的は、リアルタイムスケールでのホログラフィック干渉計測技術により物体の非破壊検査を行う装置及び方法であって、上記欠点を克服できる非破壊検査装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、リアルタイム光学ホログラフィック干渉法により物体の非破壊検査を行う装置及び方法であって、物体の検査領域へのコヒーレント光の照射と負荷を加えることを可能とする一方、ホログラムの記録、現像とインターフェログラムの形成を他の場所でできる非破壊検査装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、リアルタイム光学ホログラフィック干渉法により物体の非破壊検査を行う装置及び方法であって、ホログラムの記録、現像及びインターフェログラムの形成の間、振動からの保護の必要性を低減できる非破壊検査装置及び方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のより他の目的は、リアルタイム光学ホログラフィック干渉計測を用いる、物体の非破壊検査を行う装置及び方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の目的は、請求項及び以下の記載により開示された装置及び方法により達成され得る。
【００１４】
振動からの保護の必要性を低減すること、物体の研究を可能にすること、ホログラムの記録、現像及びインターフェログラムの形成を他の場所で行うという目的は、ホログラフィック干渉計を物体モジュールとホログラフィックカメラとに分割し、かつ光源から物体まで、更には記録媒体まで伝送されるコヒーレント光のパス長を、ホログラフィックカメラ及び光源の少なくとも一方に対する物体の移動とは独立するように確保することにより達成される。これは、物体ビーム及び参照ビームの少なくとも一方のいかなる位相変化も物体の表面での変化に起因し、物体とホログラフィックカメラあるいは光源との間の距離の変化にはよらないことを保証する。
【００１５】
これを達成するための好ましい方法は、物体の検査領域とホログラフィックカメラの上方でそれぞれ、物体ビームを構成するコヒーレント光の一部を光源から物体表面まで及びそこからホログラフィックカメラまで伝送し、光源に固く固定された光学コネクタに取り付けられているシングルモードの光ケーブルにより参照ビームを構成するコヒーレント光を光源からホログラフィックカメラまで伝送することである。物体表面上方の光学コネクタ及びその取り付け手段は、物体モジュールを構成する。シングルモードの光ケーブルを用いることが好ましく、これはこのようなケーブルの光学パス長は、その曲げやねじりに対して実用上、独立しているからである。この方法で、ホログラフィックカメラ及び光源の少なくとも一方に対する振動フリーの形態で物体の固定のための必要性を低減でき、これは光ケーブルの移動及び曲げは光学パス長の変化あるいは位相変化の蓄積をもたらさないからである。このようにして、ホログラフィックカメラ、光源及び物体モジュールは、インターフェログラム上における干渉縞の歪みをもたらさずにお互いに相対移動を自由にする。必要なことは、光学コネクタは、物体、記録媒体あるいは光源にそれぞれ固く固定されねばならないことだけである。これは、物体を含むすべての構成要素を固定することを要求される従来の方法より非常に容易であることは明白である。
【００１６】
本形態の他の有用性は、ホログラムの記録、現像及びインターフェログラムの形成を物体から離れて行うことができることである。それは、実用上は、ホログラフィック装置を物体上に固定し、あるいは物体を含むすべての要素を振動保護盤等の上に置くことを意味する、つまり、物体に対してホログラフィック装置が移動しないようにすることを確保する必要性がもはや無いということである。このようにして、ホログラフィックカメラ及び光源を、物体ビームを物体モジュールに対してやり取りする光ケーブルの長さを単に調整することによって遠隔の物体の検査を行う間、例えば天候から保護された適切な場所に置くことができる。
【００１７】
本発明を図面を参照して詳細に説明し、図１は物体の非破壊検査のためのホログラフィック干渉計及び本発明の好ましい実施例による負荷装置を示す。図２は負荷モジュールの光学機構を示す負荷モジュールを拡大して示し、図３は光コネクタを持つホログラフィックカメラとカメラの光学機構を拡大して示す図である。検査物体（２つのハーフパイプの溶接接合部）と曲げ負荷を加える装置は、ホログラフィック干渉測定による検査の典型的な例として与えられ、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１８】
本発明はホログラフィック干渉測定を行うための方法及び装置に関し、前に述べた背景技術で説明したすべての種類の物体に適用され得る。負荷装置の形状及びサイズは、検査されるべき物体の形状及びサイズに応じて、また物体の欠陥の近傍において応力を生成するための物体の負荷方法の選択に応じて変えられる。必要なことは、負荷装置は物体の検査領域に第１の光コネクタの手段によりコヒーレント光を照射し、かつ検査領域で拡散するコヒーレント光を第２の光コネクタにより集光させるために必要な条件を提供するということである。負荷装置の形状及びサイズに関する事柄は、平均的な熟練者のノウハウに属することであり、それゆえここではもはや更なる説明はしない。そこで、視点は、本発明の基礎を構成する装置のホログラフィック干渉計に向けられる。
【００１９】
ホログラフィック干渉計は、負荷装置８の部材上にじかに置かれた物体モジュール２０と、記録媒体１３を持つホログラフィックカメラ１２と、光コネクタ２とビームスプリッタ３とを持つコヒーレント光レーザ源１と、シングルモードの光ケーブル４、５、１０とを含む。物体モジュール２０とホログラフィックカメラ１２はそれぞれ、対の光コネクタ６、９と１１、１４を含む。なお、物体の非破壊検査を行うための装置は、ＡＭＳフィルム上にホログラムを記録するための装置と、対物レンズを持つＴＶカメラ１６と、モニタ１８を持つコンピュータ１７と、プリンタ１９とを含む。
【００２０】
図１〜図３には好ましい実施例が示され、光コネクタ２はその一端がレーザ１に取り付けられる共に、他端はビームスプリッタ３に取り付けられ、シングルモードの光ケーブル４はその一端がビームスプリッタ３に取り付けられると共に、他端は光コネクタ６に取り付けられ、シングルモードの光ケーブル５はその一端がビームスプリッタ３に取り付けられると共に、他端は光コネクタ１４に取り付けられ、シングルモードの光ケーブル１０はその一端が光コネクタ９に取り付けられると共に、他端は光コネクタ１１に取り付けられている。光コネクタ６、９を持つ物体モジュール２０は、負荷装置８の部材の上に、コネクタ６が物体の検査領域に物体コヒーレント光（図２参照）を照射し、コネクタ９は検査領域で拡散した物体コヒーレント光を集光するような方法で設置される。光コネクタ１１は、光学カメラ１２に、物体ビームを記録媒体１３上に向けるような形態で配置され、光コネクタ１４は、光学カメラ１２に、参照ビームを記録媒体１３（図２参照）上に向けるような形態で配置される。このような配置により、光コネクタ２とビームスプリッタ３とはレーザ１に緊密に固定され、また光コネクタ６、９は、物体の検査領域の上方に固定距離をおいて負荷装置８にしっかりと固定されるべき物体モジュール２０に緊密に固定され、更に光コネクタ１１、１４は、記録媒体１３から固定距離をおいて光学カメラに緊密に固定されるのが重要である。
【００２１】
この方法において、我々は、ホログラフィック干渉計は光源を持つホログラフィックカメラと物体モジュールとの２つのパーツで構成することができ、これらは異なった場所に置くことができ、物体及び参照ビームの少なくとも一方の光路長に対して何の変化も与えることなく光ケーブルの長さにより規定される制限範囲内で相対的な移動が自由であることを確保し得ることを見いだした。このようにして、ホログラフィック干渉計（カメラ及び光源）を満足し得る、あるいはまた天候に対して保護された場所に置くことが可能となり、様々な物体をそれらのサイズ及び形状にかかわらずに検査することが可能となる。
【００２２】
本発明によるホログラフィック干渉装置により物体の非破壊検査を行うための装置の動作を見てみよう。ホログラムの記録及びインターフェログラム形成の手法は、参考としてここに併記される本件出願人のノルウェー出願に述べられており、それゆえここでは詳細な説明はしない。しかしながら、記録媒体へのホログラム記録及び現像はコントロール装置１５により行われ、記録媒体はＡＭＳフィルムであり、これはエポキシプロピルカルバゾールから成る共重合体９１ｗｔ％と、メチル−９−（４−ドデシル−オキシフェニル−１、３−セレナチオール−２−イリデン）−２，５，７−トリニトロフルオレン−４−カルボキレート５ｗｔ％をドープしたブチルグリシジルエーテル５ｗｔ％と、ヘキサデシル−２，７−ジニトロ−ジシアノメチレンフルオレン４−カルボキレート５ｗｔ％から成る。ＡＭＳフィルムの検討及びなぜこのフィルムが好ましいのかは、参考例としてここに併記されるノルウェー出願１９９９５２７３に示されている。
【００２３】
物体モジュール２０が適切に検査領域の上方に固定されると、記録媒体１３がホログラム記録のために用意される。それからレーザのスイッチがオンにされ、コヒーレント光が光コネクタ２を経由してビームスプリッター３に送られ、そこでレーザ放射はコヒーレント物体光と参照光とに分割される。コヒーレント物体光は、シングルモードの光ケーブル４を通り、物体モジュール２０の光コネクタ６に入る。コネクタ６は、物体ビームを物体７の検査領域に照射するように拡散すると共に方向付ける。検査領域の表面から反射した物体ビームの一部は、物体モジュール２０のコネクタ９で集光され、そこからシングルモードの光ケーブル１０に至る。物体ビームはそれからホログラフィックカメラ１２の光コネクタ１１に入る。光コネクタ１１は、物体ビームをそれが記録媒体１３を照射するように拡散すると共に方向付ける。同時に、コヒーレント参照ビームは、シングルモードの光ケーブル５によりホログラフィックカメラ１２の光コネクタ１４に送られる。光コネクタ１４は、参照ビーム１５をそれが記録媒体１３を照射するように拡散するとともに方向付ける。このようにして、物体ビームと参照ビームは記録媒体１３の表面上で干渉しあい、物体の検査領域のホログラムを形成する。このホログラムは、記録媒体上に潜像として記録されると共に現像される。
【００２４】
次に、物体の検査領域には負荷が加えられ、ここでは負荷装置８の使用によりわずかな曲げ変形が与えられる。それから、現像されたホログラフィックイメージを持つ記録媒体１３、物体の検査領域がそれぞれ同時に参照ビーム、物体ビームにより照射される。その結果、２つの光の波が同時に記録媒体１３の後ろに現れ、その一方は負荷を加える前の物体の検査領域で拡散した物体光の波に対応し、他方は負荷を加えた後の物体の検査領域で拡散した光の波に対応している。これらの光の波は、干渉し、物体の検査領域のインターフェログラムを形成し、このインターフェログラムは記録媒体を通して見るときには裸眼で、あるいはＴＶカメラ１６及びディスプレイ１８で観察され得る。欠陥領域は、干渉縞の異常な形態を持つインターフェログラムの領域に対応する。
【００２５】
物体の検査領域、例えば直径１２ｍｍのチタニウムパイプの溶接継ぎ目からのインターフェログラムが、一例として図４に示されている。欠陥の集中している領域に対応する、干渉縞の異常な形態を持つ領域を、溶接継ぎ目上に見ることができる。
【００２６】
本発明によるホログラフィック干渉測定を用いる非破壊リアルタイム検査のための装置及び方法は、現在知られている物体のホログラフィック干渉測定による装置及び方法の持つ前述の欠点を低減する。
【００２７】
干渉光による物体の検査領域の照射、検査領域から拡散したコヒーレント光の集光、検査領域のホログラムの形成、ホログラムの記録及び現像、及び適切な保護場所で行われるインターフェログラム形成の可能性は、物体の非破壊検査のためのホログラフィック干渉測定技術の応用範囲の拡張を可能にする。これは、いかなる天候状態、水中、プラズマや放射能の影響下でも物体の非破壊検査を行うことを可能にする。
【００２８】
（ｉ）レーザ源から物体の検査領域へのコヒーレント光の伝送、（ii）検査領域から拡散したコヒーレント光のホログラム形成場所への伝送、（iii）レーザ源からホログラム形成場所へのコヒーレント光の伝送のためのシングルモードの光ケーブルの使用は、コヒーレント光による物体の照射及び物体から拡散する光の集光の非常に簡単な実用化を許容する一方、ホログラムの形成及びその記録と現像、インターフェログラムの形成が他の適切な保護場所において行われる。同時にこれは、物体における振動はもはや記録媒体、ホログラフィックカメラの要素及びレーザ源に影響しないので、振動に対する計測器具の保護の必要性を低減させる。なお、ホログラフィックカメラの要素及び記録媒体は、レーザ源に機械的に固定されず、それゆえ、レーザ源とホログラフィックカメラの相対移動は互いに影響を及ぼさない。また、シングルモードの光ケーブルのずれや曲げは、光パス長の変化あるいは位相の付加的な蓄積をもたらさない。
【００２９】
本発明を好ましい実施例、物体の負荷及び固定の一例に関して説明したが、本発明が適用され得る様々な物体のために多数の固定及びまたは負荷装置を創造しうることが理解されるべきである。これらの当業者にとって明白なことであり、それゆえ、本発明の範囲に含まれるものと考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるホログラフィック干渉計の好ましい実施例及び曲げ負荷を加えられる２つの溶接ハーフパイプの接合部の検査のためのクランプ及び負荷装置の一例を示した図である。
【図２】  図１に示された物体モジュールの拡大図である。
【図３】  図１に示されたホログラフィックカメラの拡大図である。
【図４】  曲げ変形を加えられている直径１２ｍｍのチタニウムパイプの溶接継ぎ目領域からのインターフェログラムの写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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