(57)【要約】【課題】レーザ超音波法を用い、狭あい部で非接触の超音波探傷を行なう。【解決手段】レーザ超音波探傷装置は、パルス光線出射手段２と、パルス光線伝送手段３と、パルス光線照射手段４と、パルス光線によって被検査体１に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射手段５と、光線伝送手段６と、光線を被検査体１に照射し、欠陥を反射した超音波等によって変調された反射光線を受光する光線送受信手段７と、パルス光線照射手段４および光線送受信手段７を移動する移動手段８と、移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御手段９と、光線送受信手段７によって受光され光線伝送手段６によって伝送される反射光線を二つに分離し、一方の反射光線強度を測定する反射光線強度測定手段１０と、他方の反射光線から超音波を光学的に検出する超音波検出手段１１と、超音波の波形を記録する波形記録手段１２と、超音波の波形から欠陥の解析および表示を行なう欠陥解析表示手段１３とを有する。【選択図】図１
2005106600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体に超音波を発生させるためのパルス光線を出射するパルス光線出射手段と、
前記パルス光線出射手段から出射したパルス光線を伝送するパルス光線伝送手段と、
前記パルス光線伝送手段によって伝送されたパルス光線を前記被検査体に照射するパルス光線照射手段と、
前記パルス光線照射手段から照射されたパルス光線によって前記被検査体に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射手段と、
前記光線出射手段から出射した光線を伝送する光線伝送手段と、
前記光線伝送手段によって伝送された光線を前記被検査体に照射し、欠陥を反射または透過または回折した超音波によって変調された反射光線を受光する光線送受信手段と、
前記被検査体の形状に合わせて前記パルス光線照射手段および光線送受信手段と被検査体との相対位置関係を変える移動手段と、
前記移動手段の移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御手段と、
前記検査部位において光線送受信手段によって受光され、前記光線伝送手段によって伝送された反射光線を二つに分離し、その一方の反射光線強度を測定する反射光線強度測定手段と、
前記反射光線強度測定手段で分離された他方の反射光線から超音波を光学的に検出する超音波検出手段と、
前記超音波検出手段で検出された超音波の波形を記録する波形記録手段と、
前記超音波の波形から欠陥の解析および表示を行なう欠陥解析表示手段と、
を有することを特徴とするレーザ超音波探傷装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ超音波探傷装置において、前記パルス光線出射手段は、前記移動機構制御手段の出力信号または外部信号によりパルス光線の出射を制御するように構成されていること、を特徴とするレーザ超音波探傷装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ超音波探傷装置において、前記移動機構制御手段の出力信号により、前記超音波検出手段によって検出された超音波波形の一時保持および前記欠陥可視化表示手段への伝送を制御する超音波波形保持手段をさらに有すること、を特徴とするレーザ超音波探傷装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ超音波探傷装置において、前記移動機構制御手段は、前記欠陥解析表示手段の出力結果により、次の検査部位を決定するものであること、を特徴とするレーザ超音波探傷装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザ超音波探傷装置において、前記欠陥解析表示手段は、検出された超音波の波形と予め記憶している検査部位の図面を比較し、過去および現在の検査部位を表示するように構成されていること、を特徴とするレーザ超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザ超音波探傷装置において、前記移動手段は、前記被検査体に固定するための固定手段と、前記固定手段に取り付けられて前記被検査体の形状に合わせて駆動する駆動手段と、前記駆動手段に取り付けられて前記パルス光線照射手段および光線送受信手段を取り付けて位置を調整する位置調整手段とを有すること、を特徴とするレーザ超音波探傷装置。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ超音波探傷装置において、前記位置調整手段は、前記パルス光線照射手段と光線送受信手段の配置関係を調整する配置調整手段を有すること、を特徴とするレーザ超音波探傷装置。
【請求項８】
被検査体に超音波を発生させるためのパルス光線を出射するパルス光線出射ステップと、
前記パルス光線出射ステップで出射したパルス光線を伝送するパルス光線伝送ステップと、
前記パルス光線伝送ステップによって伝送されたパルス光線を前記被検査体に照射するパルス光線照射ステップと、
前記パルス光線照射ステップで照射されたパルス光線によって前記被検査体に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射ステップと、
前記光線出射ステップから出射した光線を伝送する光線伝送ステップと、
前記光線伝送ステップによって伝送された光線を前記被検査体に照射し、欠陥を反射または透過または回折した超音波によって変調された反射光線を受光する光線送受信ステップと、
前記被検査体の形状に合わせて前記パルス光線照射および光線送受信の位置と被検査体との相対位置関係を変える移動ステップと、
前記移動ステップの移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御ステップと、
前記検査部位において光線送受信ステップによって受光され、前記光線伝送ステップによって伝送された反射光線を二つに分離し、その一方の反射光線強度を測定する反射光線強度測定ステップと、
前記反射光線強度測定ステップで分離された他方の反射光線から超音波を光学的に検出する超音波検出ステップと、
前記超音波検出ステップで検出された超音波の波形を記録する波形記録ステップと、
前記超音波の波形から欠陥の解析および表示を行なう欠陥解析表示ステップと、
を有することを特徴とするレーザ超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ超音波探傷装置およびレーザ超音波探傷方法に関し、特に、狭あいな場所の検査対象に対しても適用可能なレーザ超音波探傷装置およびレーザ超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小欠陥の検出を行なう従来の超音波探傷装置としては、アレイ探触子を用いた超音波探傷装置が知られている。この技術については、例えば、非特許文献１で説明されている。従来のアレイ探触子を用いた超音波探傷装置は、例えば、被検査対象欠陥を探傷するための超音波を送信する複数の探触子から送信される超音波が合成され、探触子全体で一つの超音波ビームを送信し、超音波ビームを走査して探傷する。走査探傷によって欠陥を反射した超音波は、複数の探触子で受信され、信号処理され、探傷結果が表示・記録されるようになっている。このようなアレイ探触子を用いた超音波探傷装置は、超音波ビームを走査できるため、広範囲の検査が可能である。
【特許文献１】特開２００３−１８５６３９号公報
【非特許文献１】超音波便覧編集委員会編「超音波便覧」平成１１年８月３０日、丸善株式会社発行、４３０〜４３５項
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記従来の超音波探傷装置は、広範囲の検査が可能である一方、複数の探触子で構成されるため寸法が大きくなり、検査対象が狭あい部にある場合は適用困難である。特に、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等における狭あい部の検査に対しては適用困難である。
【０００４】
一方、レーザ超音波法による探傷装置が特許文献１に開示されている。しかし、これを、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、狭あい部の検査にどのようにしたら適用できるかについては開示がない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、レーザ超音波法を用い、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、従来装置では検査困難な狭あい部の検査に適用可能な非接触の超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１に記載の発明は、被検査体に超音波を発生させるためのパルス光線を出射するパルス光線出射手段と、前記パルス光線出射手段から出射したパルス光線を伝送するパルス光線伝送手段と、前記パルス光線伝送手段によって伝送されたパルス光線を前記被検査体に照射するパルス光線照射手段と、前記パルス光線照射手段から照射されたパルス光線によって前記被検査体に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射手段と、前記光線出射手段から出射した光線を伝送する光線伝送手段と、前記光線伝送手段によって伝送された光線を前記被検査体に照射し、欠陥を反射または透過または回折した超音波によって変調された反射光線を受光する光線送受信手段と、前記被検査体の形状に合わせて前記パルス光線照射手段および光線送受信手段と被検査体との相対位置関係を変える移動手段と、前記移動手段の移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御手段と、前記検査部位において光線送受信手段によって受光され、前記光線伝送手段によって伝送された反射光線を二つに分離し、その一方の反射光線強度を測定する反射光線強度測定手段と、前記反射光線強度測定手段で分離された他方の反射光線から超音波を光学的に検出する超音波検出手段と、前記超音波検出手段で検出された超音波の波形を記録する波形記録手段と、前記超音波の波形から欠陥の解析および表示を行なう欠陥解析表示手段と、を有するレーザ超音波探傷装置である。
【０００７】
また、請求項８に記載の発明は、被検査体に超音波を発生させるためのパルス光線を出射するパルス光線出射ステップと、前記パルス光線出射ステップで出射したパルス光線を伝送するパルス光線伝送ステップと、前記パルス光線伝送ステップによって伝送されたパルス光線を前記被検査体に照射するパルス光線照射ステップと、前記パルス光線照射ステップで照射されたパルス光線によって前記被検査体に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射ステップと、前記光線出射ステップから出射した光線を伝送する光線伝送ステップと、前記光線伝送ステップによって伝送された光線を前記被検査体に照射し、欠陥を反射または透過または回折した超音波によって変調された反射光線を受光する光線送受信ステップと、前記被検査体の形状に合わせて前記パルス光線照射および光線送受信の位置と被検査体との相対位置関係を変える移動ステップと、前記移動ステップの移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御ステップと、前記検査部位において光線送受信ステップによって受光され、前記光線伝送ステップによって伝送された反射光線を二つに分離し、その一方の反射光線強度を測定する反射光線強度測定ステップと、前記反射光線強度測定ステップで分離された他方の反射光線から超音波を光学的に検出する超音波検出ステップと、前記超音波検出ステップで検出された超音波の波形を記録する波形記録ステップと、前記超音波の波形から欠陥の解析および表示を行なう欠陥解析表示ステップと、を有するレーザ超音波探傷方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、パルス光線出射手段から出射されるパルス光線をパルス光線照射手段へ伝送するパルス光線照射手段を、レンズやミラーで構成できる。このため、パルス光線照射手段を小型化することができる。同様に、光線出射手段から出射される光線についても光線伝送手段によって光線送受信手段へ伝送でき、光線送受信手段をレンズやミラーで構成できるため、光線送受信手段を小型化することが可能である。そして、パルス光線照射手段と光線送受信手段は被検査体に接触させる必要がないため、移動機構制御手段によって移動手段を制御することにより、パルス光線照射手段と光線送受信手段を被検査体の形状に合わせて走査でき、狭あい部に対する走査探傷が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
初めに、本発明に係るレーザ超音波探傷装置の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。  
このレーザ超音波探傷装置は、被検査体１に超音波を発生させるためのパルス光線を出射するパルス光線出射手段２と、パルス光線出射手段２から出射するパルス光線を伝送するパルス光線伝送手段３と、パルス光線伝送手段３によって伝送されるパルス光線を被検査体１に照射するパルス光線照射手段４とを有する。
【００１０】
さらにこのレーザ超音波探傷装置は、照射されたパルス光線によって被検査体１に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射手段５と、光線出射手段５から出射する光線を伝送する光線伝送手段６と、光線伝送手段６によって伝送される光線を被検査体１に照射し、欠陥を反射または透過または回折した超音波によって変調された反射光線を受光する光線送受信手段７とを有する。さらにこのレーザ超音波探傷装置は、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７を被検査体１の形状に合わせて移動させる移動手段８と、移動手段８の移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御手段９とを有する。
【００１１】
さらにこのレーザ超音波探傷装置は、検査部位において光線送受信手段７によって受光され、光線伝送手段６によって伝送される反射光線を二つに分離し、その一方の反射光線強度を測定する反射光線強度測定手段１０と、他方の反射光線から超音波を光学的に検出する超音波検出手段１１と、検出された超音波の波形を記録する波形記録手段１２と、超音波の波形から欠陥の解析および表示を行なう欠陥解析表示手段１３とを有する。
【００１２】
被検査体１に超音波を発生させるためのパルス光線を出射するパルス光線出射手段２は、高強度のパルス光を瞬間的に照射するパルス光源で構成される。このような光源としては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ、ガラスレーザ等の固体パルスレーザ、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦのエキシマレーザ等の気体パルスレーザ等が挙げられる。
【００１３】
パルス光線出射手段２から出射するパルス光線を伝送するパルス光線伝送手段３は、光ファイバと、パルス光線出射手段２から出射するパルス光線を光ファイバへ入射させるためのレンズやミラー等の光学素子と、光ファイバを保護するための筐体とで構成される。なお、光ファイバに代えて、光ファイバを束ねた光ファイバ束を用いることもできる。また、中空の管を用い、パルス光線を空間伝送することもできる。
【００１４】
パルス光線伝送手段３によって伝送されるパルス光線を被検査体１に照射するパルス光線照射手段４の構成例を図２に示す。パルス光線照射手段４は、光ファイバから出射する光線を平行光線にするためのレンズ１４と、光線を反射させるミラー１５と、光線を集光するレンズ１６と、パルス光線照射手段４の内部と外部を隔離するためのウインドウ１７とで構成される。
【００１５】
図１で、照射されたパルス光線によって被検査体１に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射手段５は、単一波長の光を連続的に照射する光源で構成される。このような光源としては、半導体やランプ等で励起される固体レーザ、ＡｒレーザやＨｅ−Ｎｅレーザ等の気体レーザ、半導体レーザ等が挙げられる。
【００１６】
光線出射手段５から出射する光線を伝送する光線伝送手段６は、光ファイバで構成される。また、中空の管を用い、光線を空間伝送することもできる。  
光線伝送手段６によって伝送される光線を被検査体１に照射し、欠陥を反射または透過または回折した超音波によって変調された反射光線を受光する光線送受信手段７の構成例を図３に示す。光線送受信手段７は、光ファイバから出射する光線を平行光線にするためのレンズ１８と、光線を集光するレンズ１９と、光線送受信手段７の内部と外部を隔離するためのウインドウ２０とで構成される。
【００１７】
パルス光線照射手段４と光線送受信手段７とを被検査体１の形状に合わせて移動させる移動手段８の構成例を図４に示す。移動手段８は、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７とを固定するための固定板２１と、固定板２１を保持するレール２２と、レール２２に沿って固定板２１を駆動する駆動軸２３と、駆動軸２３を駆動させるモータ２４とで構成される。
【００１８】
移動手段８の移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御手段９（図１）は、モータ２４を回転させるための電圧または電流を出力する出力回路と、電圧または電流を制御するための制御回路で構成される。なお、制御回路は、コンピュータで構成することもできる。
【００１９】
検査部位において光線送受信手段７によって受光され、光線伝送手段６によって伝送される反射光線を二つに分離し、その一方の反射光線強度を測定する反射光線強度測定手段１０の構成例を図５に示す。反射光線強度測定手段１０は、光線伝送手段６から出射する光線を平行光線にするためのレンズ２５と、光線を透過光および反射光に分離するビームスプリッタ２６および２７と、光線を検出するための光検出器２８とで構成される。
【００２０】
図１において、他方の反射光線から超音波を光学的に検出する超音波検出手段１１は、ファブリペロー干渉計やフォトリフラクティブ干渉計等の光学的検出装置で構成される。例えば、ファブリペロー干渉計は、光学的バンドパスフィルタとして作用する。超音波によって変調された反射光線は、ドップラー効果によってその周波数が変化している。このため、光学的バンドパスフィルタとして作用することにより、反射光線の周波数変化を透過光量の変化として光検出器で計測することによって、超音波を検出することができる。
【００２１】
検出された超音波の波形を記録する波形記録手段１２は、光検出器が出力する超音波の波形信号をデジタルデータに変換して記録する装置で構成される。このような装置としては、デジタル式やアナログ式のオシロスコープ、ＡＤコンバータ（アナログ・デジタル変換器）を備えた汎用コンピュータ、または記憶装置を備えたＡＤコンバータ等が挙げられる。
【００２２】
超音波の波形から欠陥の解析および表示を行なう欠陥解析表示手段１３は、光検出器が出力する超音波の波形信号をデジタルデータに変換して解析する装置で構成される。このような装置としては、ＡＤコンバータを備えた汎用コンピュータ、または専用の解析装置等が挙げられる。
【００２３】
次に、以上のように構成した第１の実施の形態のレーザ超音波探傷装置における作用について説明する。  
パルス光線出射手段２から出射されるパルス光線は、パルス光線伝送手段３に入射し、高効率でパルス光線照射手段４へ伝送される。パルス光線照射手段４へ伝送されたパルス光線は、パルス光線伝送手段３から出射し、図２に示すレンズ１４によって平行光にされる。そして、レンズ１５によって直角に反射した後、レンズ１６により集光され、ウインドウ１７を透過して被検査体１へ照射される。なお、ウインドウ１７は、パルス光線を透過させる一方、レンズ１４、ミラー１５、レンズ１６を外部と隔離する作用している。
【００２４】
被検査体１のパルス光線の照射点では、熱弾性効果やアブレーションによって超音波が発生する。被検査体１の上におけるパルス光線が、円状の場合、超音波はパルス光線の照射点を中心に同心円状に等方的に伝搬する。一方、超音波に指向性を持たせて伝搬させたい場合は、被検査体１の上のパルス光線の形状を線状や方形状にする。
【００２５】
他方、超音波を検出するために光線出射手段５から出射される光線は、反射光線強度測定手段１０へ伝送される。反射光線強度測定手段１０では、図５に示すビームスプリッタ２７によって反射され、ビームスプリッタ２６を透過する。そして、レンズ２５によって集光され、光線伝送手段６へ入射するようになっている。光線伝送手段６へ入射した光線は、光線送受信手段７へ伝送される。
【００２６】
光線送受信手段７では、図３に示すレンズ１８によって平行光にされた後、レンズ１９により集光され、ウインドウ２０を透過して被検査体１へ照射される。なお、ウインドウ２０は、ウインドウ１７と同様、光線を透過させる一方、レンズ１８および１９を外部と隔離する機能を備える。
【００２７】
ここで、超音波が被検査体１の光線の照射点を通過した場合、超音波の振幅変動によって反射光線の周波数が変調される。変調された反射光線は、光線と逆方向の経路で進み、ウインドウ２０を透過し、レンズ１９によって平行光にされた後、レンズ１８によって集光され、光線伝送手段６に入射する。光線伝送手段６によって伝送された反射光線は、反射光線強度測定手段１０に入射する。
【００２８】
反射光線強度測定手段１０では、図５に示すように、反射光線は、レンズ２５によって平行光にされた後、ビームスプリッタ２６によって反射成分と透過成分に分けられる。透過成分は、ビームスプリッタ２７を透過して光検出器２８で検出される。他方、反射成分は、超音波検出手段１１によって検出される。超音波検出手段１１では、反射成分の周波数変化を透過光量の変化として検出し、電気信号を出力する。
【００２９】
この電気信号は、波形記録手段１２へ伝送される。欠陥反射の超音波を検出した場合、波形記録手段１２では、例えば図６に示すような超音波波形を得ることができる。図６では、時間：１７μｓに位置する波形が、欠陥反射の超音波信号２９である。また、時間：１０μｓの波形は、パルス光線の照射点から最短経路で光線の照射点に到達する超音波信号３０である。パルス光線の照射毎に計測された各超音波波形は、デジタルデータとして波形記録手段１２に適宜記録される。
【００３０】
一方、移動機構制御手段９では、入力された移動方向および移動速度に基づき、上下、左右、前後方向の３方向に移動手段８を移動させる。そして、３方向の各位置を示す位置信号を欠陥解析表示手段１３へ伝送するようになっている。
【００３１】
欠陥解析表示手段１３では、パルス光線出射手段２が出力するトリガ信号に同期し、超音波検出手段１１が出力する超音波波形を計測する。この場合、パルス光線出射手段２からパルス光線が出射されて超音波波形が計測されるまでには、時間遅れがあるため、一定の遅延時間後、超音波波形を計測するようにする。また、被検査体１の部位によっては、表面状態が異なり、超音波検出手段１１の感度が変化する。このため、光検出器２８で検出される反射光線の強度信号を欠陥解析表示手段１３へ伝送し、各部位において計測される超音波波形の振幅強度を補正するようにする。この結果、欠陥解析表示手段１３では、各部位において計測され、補正された超音波波形は移動機構制御手段９が出力する位置信号に基づき、例えば図７に示すように配列されて可視化され、欠陥の可視化画像３１を得ることができる。
【００３２】
以上に述べた作用の結果、パルス光線出射手段２が出射するパルス光線をパルス光線伝送手段３によってパルス光線照射手段４へ伝送でき、パルス光線照射手段４をレンズ１４および１６、ミラー１５で構成できるため、パルス光線照射手段４を小型化することができる。同様に、光線出射手段５が出射する光線についても、光線伝送手段６によって光線送受信手段７へ伝送でき、光線送受信手段７をレンズ１８および１９で構成できるため、光線送受信手段７を小型化することができる。そして、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７は被検査体に接触させる必要がないため、移動機構制御手段９によって移動手段８を制御することにより、小型のパルス光線照射手段４と光線送受信手段７を被検査体の形状に合わせて走査でき、狭あい部に対する走査探傷が可能となる。  
この結果、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、被検査体１の形状に合わせてその狭あい部の非接触探傷が可能となる。
【００３３】
続いて、第１の実施の形態のレーザ超音波探傷装置における他の作用について説明する。
【００３４】
欠陥解析表示手段１３において、例えば図８に示す画像が得られる場合がある。ここでは、欠陥３２の進展方向は図８中の右上方向に延びると推定できる。この推定は、これまでの欠陥データベースや経験則に基づき自動的に行なってもよいし、検査員の判断によって手動的に行なうこともできる。また、パルス光線の照射毎に推定を行なってもよいし、一定回数照射毎の推定でもよい。そして、推定結果から欠陥３２が延びる右上方向に移動するように横方向および縦方向の移動距離を決定し、移動機構制御手段９へ移動命令の信号を伝送して移動手段８を移動させ、超音波波計を計測する。この結果、図７と同様に欠陥の可視化画像を得ることができる。
【００３５】
以上に述べた作用の結果、欠陥解析表示手段１３の出力画像結果から欠陥３２の形状を把握し、自動的または手動的に進展方向を推定することができる。そして、欠陥３２の進展方向に移動するように横方向および縦方向の移動距離を決定し、移動機構制御手段９によって移動手段８を移動させることにより、欠陥３２の形状に合わせて走査探傷することが可能になる。  
この結果、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、被検査体１の形状に合わせた狭あい部の効率的な非接触探傷が可能となる。
【００３６】
続いて、第１の実施の形態のレーザ超音波探傷装置におけるさらに他の作用について説明する。  
欠陥解析表示手段１３において、例えば図９に示す画像が得られる場合がある。ここでは、図９中の右下方向に延びる線状画像３３は、機械的形状等の理由から被検査体１の凹凸部やコーナー部等からの反射超音波と推定できる。この推定は、欠陥解析表示手段１３に記憶された図面に基づき自動的に行なってもよいし、検査員の判断によって手動的に行なうこともできる。図９の場合、横方向に走査するに従って近くなる構造物と推定できる。
【００３７】
また、構造物までの距離は、線状画像３３の計測時間から求めることができ、この結果、検査部位の図面から現在の検査部位を同定することができる。また、移動機構制御手段９の記憶されている過去の移動方向、距離、速度の情報を参照することによって、これまでの検査部位を同定することができる。同定は、欠陥解析表示手段１３に記憶された図面に基づき自動的に行なってもよいし、検査員の判断によって手動的に行なうこともできる。なお、現在および過去の検査部位は、必要に応じて欠陥解析表示手段１３に画像表示することができる。
【００３８】
以上に述べた作用の結果、凹凸部やコーナー部等から反射して可視化される線状画像３３と検査部位の図面を比較することにより、線状画像３３までの距離や方角から現在の検査部位を同定することができる。また、現在の検査部位および移動機構制御手段９の記憶されている過去の移動方向、距離、速度の情報を参照することにより、これまでの検査部位を同定することができる。  
この結果、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、被検査体１の形状に合わせた狭あい部の効率的な非接触探傷が可能となる。
【００３９】
次に、本発明に係るレーザ超音波探傷装置の第２の実施の形態を図１０に基づいて説明する。ただし、以下の各実施の形態においては、第１の実施の形態と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。
【００４０】
このレーザ超音波探傷装置は、第１の実施の形態のレーザ超音波探傷装置（図１）のパルス光線出射手段２に代えて、移動機構制御手段９の出力信号または外部信号によって被検査体１に超音波を発生させるためのパルス光線を出射する外部同期のパルス光線出射手段３４を有する。さらにこのレーザ超音波探傷装置は、超音波検出手段１１によって検出された超音波波形の一時保持および欠陥可視化表示手段１３への伝送を制御する超音波波形保持手段３５を有する。
【００４１】
移動機構制御手段９の出力信号または外部信号によって被検査体１に超音波を発生させるためのパルス光線を出射する外部同期のパルス光線出射手段３４は、外部入力信号によって動作してパルス光線を出射するパルス光源で構成される。このような光源としては、例えば、フラッシュランプ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザが挙げられる。フラッシュランプ励起の固体レーザでは、フラッシュランプが点灯してレーザ媒質が励起され、Ｑスイッチ等の方法でパルス光線が出射されるようになっている。このため、外部入力信号によってフラッシュランプの点灯を制御することによって、パルス光線の出射を制御することができる。
【００４２】
超音波検出手段１１によって検出された超音波波形の一時保持および欠陥可視化表示手段１３への伝送を制御する超音波波形保持手段３５は、電気信号をデジタルデータに変換するためのＡＤ変換器、変換されたデジタルデータを保持するメモリまたはハードディスク、保持されたデジタルデータの保持および伝送を制御する制御装置、デジタルデータをアナログデータに戻すＤＡ変換器で構成される。なお、ＤＡ変換器はなくてもよい。
【００４３】
以上のように構成した第２の実施の形態のレーザ超音波探傷装置における作用について説明する。  
検査部位に応じて、検査精度や検査間隔を変えたい場合がある。この場合、まず、各検査部位における検査ピッチおよび各点の検査回数を決定する。検査回数は、各点における超音波波形の計測回数であり、超音波波形を計測回数で平均化することによって超音波波形の信号ノイズ比（ＳＮ比）を向上させて検査精度を向上させることができる。
【００４４】
次に、検査ピッチから移動手段８の移動量、検査回数から外部同期のパルス光線出射手段３４の出射タイミングおよび回数、これに加えて移動手段８の移動方向および移動速度を設定し、移動機構制御手段９へ入力する。これらの入力は、探傷前に一括して入力することもできるし、探傷中に行なうこともできる。移動機構制御手段９では、これらの入力値に基づき、移動手段８を移動させる一方、外部同期のパルス光線出射手段３４からパルス光線を出射させて走査探傷を行なう。この結果、検査部位に応じて、検査精度や検査間隔を変えて走査探傷することができる。
【００４５】
以上に述べた作用の結果、移動機構制御手段９の出力信号によって外部同期のパルス光線出射手段３４のパルス光線の出射を制御することにより、検査部位の形状に合わせて検査精度や検査間隔を設定することが可能となる。  
この結果、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、被検査体１の形状に合わせてその狭あい部の非接触探傷が可能となる。
【００４６】
続いて、第２の実施の形態のレーザ超音波探傷装置における他の作用について説明する。  
検査部位の探傷結果を各検査部位の走査後に表示させたい場合がある。この場合、移動機構制御手段９では、検査部位の走査開始と同時に走査開始信号を超音波波形保持手段３５へ伝送する。超音波波形保持手段３５では、この信号に基づき、超音波波形の保持を開始する。その一方、移動機構制御手段９では、移動手段８を移動させて外部同期のパルス光線出射手段３４からパルス光線を出射し、検査部位を走査探傷する。
【００４７】
続いて、検査部位の走査終了時、移動機構制御手段９から走査終了信号を超音波波形保持手段３５へ伝送する。超音波波形保持手段３５では、この信号に基づき、一時保持していた超音波波形を欠陥可視化表示手段１３へ伝送する。欠陥可視化表示手段１３では、次の検査部位の走査開始信号が出力される前までに、例えば、図７に示すような可視化画像および検査結果を画面表示して記録する。この結果、超音波波形および検査結果を検査部位毎に欠陥可視化表示手段１３に表示することが可能となる。また、移動機構制御手段９の操作・制御作業、欠陥可視化表示手段１３を用いた欠陥の評価・検討作業を分けることができるため、検査員の作業ミスを低減させることができる。
【００４８】
以上に述べた作用の結果、超音波波形保持手段３５において、移動機構制御手段９の出力信号によって超音波検出手段１１が出力する超音波波形の保持・伝送を制御することができる。このため、検査部位の形状に合わせ、超音波波形および検査結果を検査部位毎に欠陥可視化表示手段１３へ表示することが可能となる。  
この結果、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、被検査体１の形状に合わせてその狭あい部の非接触探傷が可能となる。
【００４９】
また、移動機構制御手段９の操作・制御作業、欠陥可視化表示手段１３を用いた欠陥の評価・検討作業を分けることができるため、検査員の作業ミスを低減させることが可能となる。
【００５０】
次に、本発明に係るレーザ超音波探傷装置の第３の実施の形態を図１および図１１に基づいて説明する。  
本実施の形態では、円筒管３６を検査対象とし、円周方向の線状の開口欠陥３７を探傷する。また、円筒管３６には、線状の開口欠陥３７以外に加工によってできたエッジ３８が円周方向に存在する。
【００５１】
このレーザ超音波探傷装置は、円筒管３６に超音波を発生させるためのパルス光線を出射するパルス光線出射手段２と、パルス光線出射手段２から出射するパルス光線を伝送するパルス光線伝送手段３と、パルス光線伝送手段３によって伝送されるパルス光線を円筒管３６に照射するパルス光線照射手段４とを有する。
【００５２】
さらにこのレーザ超音波探傷装置は、照射されたパルス光線によって円筒管３６に発生する超音波を検出するための光線を出射する光線出射手段５と、光線出射手段５から出射する光線を伝送する光線伝送手段６と、光線伝送手段６によって伝送される光線を円筒管３６に照射し、欠陥を反射または透過または回折した超音波によって変調された反射光線を受光する光線送受信手段７とを有する。
【００５３】
さらにこのレーザ超音波探傷装置は、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７を円筒管３６の形状に合わせて移動させるために円筒管３６に固定された固定手段３９と、固定手段３９に取り付けられ、円筒管３６の形状に合わせて駆動する駆動手段４０と、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７の上下および左右の角度を調整するための角度調整手段４１と、上下方向の長さ調整するための長さ調整手段４２と、前後方向の距離を調整するための距離調整手段４３と、配置関係を調整する配置調整手段４４と、駆動手段４０の移動方向および移動速度を制御して検査部位を決定する移動機構制御手段９とを有する。
【００５４】
固定手段３９は、円筒管３６への固定・取外しができるようになっている。固定方法には、油圧式やエア式等の方法による機械的固定、または電磁気的固定等の方法がある。  
駆動手段４０は、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ等のモータによって円筒管３６の円周方向に回転する。なお、駆動手段４０の回転方向、回転速度、回転・停止等は、移動機構制御手段９によって制御される。
【００５５】
角度調整手段４１、長さ調整手段４２、距離調整手段４３では、予め手動で角度、長さ、距離の調整を行ない、固定しておくことができる。また、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ等のモータによって位置調整することもできる。モータによる位置調整は、移動機構制御手段９によって走査探傷中でも可能である。
【００５６】
パルス光線照射手段４と光線送受信手段７の配置関係には、図１２および図１３に示す配置、一定角度回転させた配置があり、予め手動で調整しておき固定しておくことができる。配置調整手段４４は、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７の配置関係を調整する。また、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ等のモータによって、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７の適宜配置を調整することもできる。モータによる配置調整は、移動機構制御手段９によって走査探傷中でも可能である。
【００５７】
以上のように構成した第３の実施の形態のレーザ超音波探傷装置における作用について説明する。  
円筒管３６の特定部位の検査する場合は、レーザ超音波探傷装置を固定手段３９によって円筒管３６へ固定する。そして、目的の検査部位を走査探傷できるように角度調整手段４１、長さ調整手段４２、距離調整手段４３を手動または自動で調整し、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７の位置調整する。この後、移動機構制御手段９によって駆動手段４０を駆動し、目的の検査部位を走査探傷する。なお、角度調整手段４１、長さ調整手段４２、距離調整手段４３の動作手順および動作量を移動機構制御手段９に予め入力しておき、移動機構制御手段９によって目的の検査部位を自動で走査探傷させることもできる。また、角度調整手段４１、長さ調整手段４２、距離調整手段４３を随時調整し、パルス光線照射手段４と光線送受信手段７の位置を随時調整し、走査探傷することもできる。
【００５８】
走査探傷の結果、欠陥解析表示手段１３では、例えば図１４に示す可視化画像を得ることができる。欠陥画像４５が、線状の開口欠陥３７の画像であり、また線状画像４６は加工によってできたエッジ３８の画像である。
【００５９】
以上に述べた作用の結果、角度調整手段４１、長さ調整手段４２、距離調整手段４３によってパルス光線照射手段４および光線送受信手段７の位置を調整して駆動手段４０によって移動させることにより、パルス光線照射手段４および光線送受信手段７を円筒管３６の形状に合わせて移動させることができ、狭あい部における走査探傷が可能となる。  
この結果、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、円筒管３６の形状に合わせた狭あい部の効率的な非接触探傷が可能となる。
【００６０】
続いて、第３の実施の形態のレーザ超音波探傷装置における他の作用について説明する。
【００６１】
パルス光線照射手段４によって発生する超音波に指向性がある場合がある。この場合は、移動機構制御手段９によって配置調整手段４４を手動またはモータで制御してパルス光線照射手段４と光線送受信手段７の配置関係を調整し、超音波の指向性を制御して走査探傷を行なう。この結果、欠陥解析表示手段１３では、例えば図１４に示す欠陥の可視化画像を得ることができる。
【００６２】
以上に述べた作用の結果、配置調整手段４４によってパルス光線照射手段４と光線送受信手段７の配置関係を調整することにより、超音波の伝搬方向を調整することができ、各方向に延びる欠陥を効率的に探傷することが可能となる。  
この結果、水中、放射線環境下、高所、真空中、腐食環境下等において、円筒管３６の形状に合わせた狭あい部の効率的な非接触探傷が可能となる。
【００６３】
以上説明した各実施の形態では、被検査体１を固定し、パルス光線照射手段４および光線送受信手段７を移動手段８によって移動させるものとした。しかしこの発明においてはパルス光線照射手段４および光線送受信手段７が被検査体１に対して相対的に移動すればよいのであるから、パルス光線照射手段４および光線送受信手段７を固定して、被検査体１を移動させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るレーザ超音波探傷装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】図１におけるパルス光線照射手段の構成例を示す模式的縦断面図。
【図３】図１における光線送受信手段の構成例を示す模式的縦断面図。
【図４】図１における移動手段の構成例を示す模式的縦断面図。
【図５】図１における反射光線強度測定手段の構成例を示す模式的縦断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態によって得られる超音波波形の例を示すグラフ。
【図７】本発明の第１の実施の形態によって得られる欠陥の可視化画像の例を示す図。
【図８】本発明の第１の実施の形態における欠陥解析表示手段が出力する画像の例を示す図。
【図９】本発明の第１の実施の形態における可視化画像の例を示す図。
【図１０】本発明に係るレーザ超音波探傷装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図１１】本発明に係るレーザ超音波探傷装置の第３の実施の形態を示す立面図。
【図１２】図１１におけるパルス光線照射手段と光線送受信手段の配置関係の例を示す立断面図。
【図１３】図１１におけるパルス光線照射手段と光線送受信手段の配置関係の他の例を示す立断面図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態によって得られる欠陥の可視化画像の例を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１…被検査体、２…パルス光線出射手段、３…パルス光線伝送手段、４…パルス光線照射手段、５…光線出射手段、６…光線伝送手段、７…光線送受信手段、８…移動手段、９…移動機構制御手段、１０…反射光線強度測定手段、１１…超音波検出手段、１２…波形記録手段、１３…欠陥解析表示手段、１４…レンズ、１５…ミラー、１６…レンズ、１７…ウインドウ、１８…レンズ、１９…レンズ、２０…ウインドウ、２１…固定板、２２…レール、２３…駆動軸、２４…モータ、２５…レンズ、２６…ビームスプリッタ、２７…ビームスプリッタ、２８…光検出器、２９…欠陥反射の超音波信号、３０…超音波信号、３１…欠陥の可視化画像、３２…欠陥、３３…線状画像、３４…外部同期のパルス光線出射手段、３５…超音波波形保持手段、３６…円筒管、３７…線状の開口欠陥、３８…エッジ、３９…固定手段、４０…駆動手段、４１…角度調整手段、４２…長さ調整手段、４３…距離調整手段、４４…配置調整手段、４５…欠陥画像、４６…線状画像。
【図１】
2005106600.tif 000003
【図２】
2005106600.tif 000004
【図３】
2005106600.tif 000005
【図４】
2005106600.tif 000006
【図５】
2005106600.tif 000007
【図６】
2005106600.tif 000008
【図７】
2005106600.tif 000009
【図８】
2005106600.tif 000010
【図９】
2005106600.tif 000011
【図１０】
2005106600.tif 000012
【図１１】
2005106600.tif 000013
【図１２】
2005106600.tif 000014
【図１３】
2005106600.tif 000015
【図１４】
2005106600.tif 000016