(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知する受信用光学系と、この受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、この信号変換手段の出力信号を信号処理し、かつ前記超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理手段とを有するレーザ超音波検査装置において、前記第１のレーザ光源から発振した第１のレーザ光を前記被検査材近傍まで伝送する少なくとも１本の第１の光ファイバと、この光ファイバに前記第１のレーザ光源から発振された第１のレーザ光を入射するための焦点分散型光学系と、前記第１の光ファイバの前記被検査材側先端に設けられ前記第１のレーザ光を前記被検査材に所定の照射条件で照射するための照射用光学系と、前記第２のレーザ光源から発振した第２のレーザ光を前記被検査材近傍まで伝送し、かつ前記第２のレーザ光源によって照射された第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分を前記受信用光学系まで伝送する少なくとも１本の第２の光ファイバと、この第２の光ファイバの前記被検査材側先端に設けられ前記第２のレーザ光の照射・集光を行うための照射・集光光学系とを備えたことを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項２】
被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知する受信用光学系と、この受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、この信号変換手段の出力信号を信号処理し、かつ前記超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理手段とを有するレーザ超音波検査装置において、前記第１のレーザ光源から発振された第１のレーザ光を入射するための焦点分散型光学系と、この焦点分散型光学系から出力される前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを同一光軸上に重ね合わせる光合成・分岐手段と、前記第１および第２のレーザ光をそれぞれ入射する両用入射用光学系と、前記第１および第２のレーザ光を前記被検査材近傍までそれぞれ伝送し、かつ前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分を前記受信用光学系まで伝送する両用光ファイバと、この両用光ファイバの前記被検査材側先端に設置され、前記第１および第２のレーザ光を前記被検査材に所定の照射条件で照射し、かつその反射成分を所定の集光条件で集光するための両用照射・集光光学系とを備えたことを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、被検査材に超音波を発生させる第１のレーザ光源が、パルス発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ光源であることを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項４】
請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、被検査材表面に照射され、超音波信号を受信するための第２のレーザ光源が、連続発振するＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波光源であることを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項５】
請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、光ファイバの入出射部に、その端面の反射による戻り光量を少なくする反射防止手段を設けたことを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項６】
請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系がマイケルソン干渉計であり、前記受信用光学系に被検査材表面における反射成分を伝送するための光ファイバがシングルモード光ファイバであることを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項７】
請求項６記載のレーザ超音波検査装置において、超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系がファブリー・ペロー光学計であり、このファブリー・ペロー光学計に被検査材表面における反射成分を伝送するための光ファイバがグレーテッドインデックス光ファイバ、ステップインデックス光ファイバのいずれかであることを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項８】
請求項７記載のレーザ超音波検査装置において、ファブリ・ペロー光学計の共振器を制御する参照光が、被検査材表面における反射成分を伝送する光ファイバと同じコア口径を有する光ファイバを透過することを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、小型、高温、狭隘部あるいは稼動部などのように接触や接近が困難な計測対象において、き裂や欠陥の検査あるいは材料評価を非接触かつ非破壊で高精度に行うレーザ超音波検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電プラントの機器や構造材料のき裂検査を行う一手段として、近年レーザ超音波法が提案されている。この技術の概要については、例えば「山脇：“レーザ超音波と非接触材料評価”、溶接学会誌、第６４巻、Ｎｏ．２、Ｐ．１０４−１０８（１９９５年発行）」などに記載されているように、被検査材に対し、多くの場合パルスレーザ光を照射することで発生する熱的応力、あるいは気化反力を利用して超音波を送信する一方、多くの場合連続発振する別のレーザ光を受信点に照射し、その直進性や可干渉性を用いて超音波によって誘起される変位または振動速度を受信する技術である。超音波を用いて材料のき裂や内在欠陥の検出、あるいは材料特性の評価を行えることは周知技術であり、レーザ超音波法によれば、これらを非接触で行うことが可能であり、種々の材料評価分野への応用が期待されている。
【０００３】
レーザ超音波法における超音波の送受信手段としては、いくつか異なる光学系が提案されており、ここでは本発明に関係が深い、パルスレーザ光照射による超音波の発生と、ファブリ・ペロー共振器を用いた超音波の受信について、図４２に代表的な従来のレーザ超音波検査装置のブロック構成図を示す。
【０００４】
図４２に示すように、超音波発生用のレーザ光源１から発振したレーザ光ＥＬは、光学系２を介して被検査材３表面の所定位置に所定のビーム形状で照射される。このレーザ光源１としては、ＱスイッチＹＡＧレーザなどが多く用いられる。
【０００５】
したがって、従来のレーザ超音波検査装置では、被検査材３と照射レーザ光ＥＬとの相互作用により、被検査材３には縦波、横波、表面波など種々のモードの超音波が発生し、その超音波は被検査材３に含まれるき裂、欠陥あるいは被検査材３の材料特性により反射、散乱、音速変化などの現象を発生し、ここではそれらについての詳細な説明を割愛する。いずれにしても、ある伝播過程に基づいて伝播した超音波が被検査材３上の任意の計測点に到達すると、その部位に変位を生じる。
【０００６】
一方、図４２において、超音波検出用のレーザ光源４から発振したレーザ光ＭＬは、レンズ８を介して被検査材３上の計測点に所定の量だけ照射する。このレーザ光源４としては、周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザなどの連続発振レーザ光源が多く用いられる。
【０００７】
そして、計測点が超音波の到達により変位する際、その点に照射され反射されるレーザ光ＰＬの周波数は、ドプラー効果によって振動速度に比例した量だけシフトする。ここで、被検査材３の表面が光学的に粗ければ、反射光ＰＬは散乱し、その一部がレンズ９を経て光ファイバ１０に入射される。この光ファイバ１０の透過光は、カプリング用光学系１１を介して受信用光学系（ＲＯＰ）５におけるファブリ・ペロー共振器１７に導かれる。
【０００８】
このファブリ・ペロー共振器１７に導かれた光成分ＰＬの一部は、ファブリ・ペロー共振器１７を透過した後、レンズ１２を経て光検出器１３に導かれる。このようにして受信用光学系５の出力光は、光検出器１３で電気信号に変換され、この電気信号が信号処理装置ＳＰ内の信号処理装置１４で所定の信号に増幅され、かつフィルタリングされて表示装置１５にて結果が表示されるとともに、評価装置１６で信号が評価・記録される。
【０００９】
次に、ファブリ・ペロー共振器１７の動作について説明する。
【００１０】
ファブリ・ペロー共振器１７は、図４２に示すように反射率が共に１００％よりも小さい対向する２枚のミラー１７ａ、１７ｂから構成される光学共振器であり、ミラー１７ａと１７ｂとの間隔ｒが入射される光の波長λの整数ｎ倍である時、ミラー１７ａと１７ｂとの間で光が共振して透過光量Ｉが最大となるものである。
【００１１】
図４３は共振器長ｒを人為的に波長λ以上の距離走査した場合のファブリ・ペロー共振器１７の透過光量Ｉの変化を示す。図４３に示すように、共振器長ｒが波長λの整数ｎ倍になる時点で透過光量Ｉが最大となり、その後速やかに減衰するという挙動を波長ごとに繰り返すことが分かる。
【００１２】
一方、図４３に示す曲線で単位長さ変化当たりの透過光量変化率が最大となるＡ点に共振器長ｒを固定し、光周波数ν（＝ｃ／λｃ：光速）を走査した場合の透過光量Ｉの変化を図４４に示す。これは相対的には光周波数ν（あるいは波長λ）を固定して共振器長ｒを変化させた場合と同じ挙動となり、（ν０＋Δν）＝ｒ／ｎでピークを有する曲線となる。
【００１３】
このように調整されたファブリ・ペロー共振器１７に被検査材３から反射された光ＰＬを入射する場合について説明する。通常の場合、被検査材３の表面は静止しているので、その被検査材３表面で反射された光ＰＬの周波数はν０のままであり、ファブリ・ペロー共振器１７の透過光量ＩはＩ０で一定である。
【００１４】
しかし、超音波が計測点に到達すると、上述したように計測光ＰＬの周波数は、ドプラシフトにより±νＤだけ変化するので、図４４に模式的に示した通り、ファブリ・ペロー共振器１７の透過光量Ｉもそれに応じて±ＩＤだけ変化することになる。
【００１５】
すなわち、ファブリ・ペロー共振器１７によって、超音波の到達を透過光量の強度変化として検出することが可能となる。この光の強度変化は、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）、ＰＩＮフォトダイオード（以下、ＰＩＮ−ＰＤという）、フォトダイオード（以下、ＰＤという）、光電子増倍管（以下、ＰＭという）などの光検出器１３を用いて電気信号に変換することができるので、オシロスコープなどを用いて横軸に時間、縦軸に電気信号強度を表示させれば、超音波信号を表示装置１５にて表示・記録して観測することができる。
【００１６】
他方、上述したようにファブリ・ペロー共振器１７において対向するミラー１７ａ，１７ｂの間隔ｒは、入射される光の波長（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光の場合約６３３ｎｍ）よりも十分短い空間的長さで調整しなければならず、周囲温度変化による部品の熱膨張や、周辺の機械的な振動により、調整が容易にずれることがある。
【００１７】
そこで、従来では図４５に示すような共振長制御系を備えたレーザ超音波検査装置もある。なお、図４５において図４２に示すレーザ超音波検査装置と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１８】
このレーザ超音波検査装置では、図４５に示すように超音波検出用のレーザ光源４から発振したレーザ光ＭＬは、受信用光学系（ＲＯＰ）５における１／２波長板６ａで偏光面が制御された後、偏光ビームスプリッタ７ａ、レンズ８を介して被検査材３上の計測点に所定の量だけ照射する。
【００１９】
そして、計測点が超音波の到達により変位する際、その点に照射され反射されるレーザ光ＰＬの周波数は、ドプラー効果によって振動速度に比例した量だけシフトする。ここで、被検査材３の表面が光学的に粗ければ、反射光ＰＬは散乱し、その一部がレンズ９を経て光ファイバ１０に入射される。この光ファイバ１０の透過光は、カプリング用光学系１１と偏光ビームスプリッタ７ｂを介してファブリ・ペロー共振器１７に導かれる。このファブリ・ペロー共振器１７に導かれた光成分ＰＬの一部は、ファブリ・ペロー共振器１７を透過した後、レンズ１２および偏光ビームスプリッタ７ｃを経て光検出器１３に導かれる。このようにして受信用光学系５の出力光は、光検出器１３で電気信号に変換され、この電気信号が信号処理装置ＳＰ内の信号処理装置１４で所定の信号に増幅され、かつフィルタリングされて表示装置１５にて結果が表示されるとともに、評価装置１６で信号が評価・記録される。
【００２０】
一方、レーザ光ＭＬの一部は、偏光ビームスプリッタ７ａで予め分岐され、被検査材３を介さずに参照光ＲＬとして偏光ビームスプリッタ７ｂを介してファブリ・ペロー共振器１７に直接入射する。その透過光を被検査材３からの反射光ＰＬと偏光ビームスプリッタ７ｃで分離し、光検出器１８で検出する。
【００２１】
ここで、上記参照光ＲＬは、光路上でいかなる周波数シフトも受けないので、本来ならば光検出器１８の出力信号レベルは常に一定となるべきである。仮に、光検出器１８の信号レベルが変化するのであれば、それは共振器長ｒが何らかの理由によって変化していることを意味するので、光検出器１８の出力信号レベルを制御器１９を経由してミラー１７ｂを駆動するピエゾ素子などの駆動機構２０に入力させ、光検出器１８の出力信号レベルが一定となるようにミラー１７ｂを駆動することにより共振器長ｒを常に最適値に制御することができる。
【００２２】
このように構成したことにより、光検出器１３は超音波計測用のＭＨｚ帯域の高速検出器を、光検出器１８には外乱振動や温度変化検知用の高々ｋＨｚ帯域の低速検出器をそれぞれ用いることができ、特定の帯域の信号を高感度に検知することができるようになる。
【００２３】
一方、図４６に示す従来のレーザ超音波検査装置のように参照光ＲＬを用いず、計測光ＰＬを用いてファブリ・ペロー共振器１７を制御する手段も周知である。これは検出すべき超音波信号の帯域（ＭＨｚ帯域）とファブリ・ペロー共振器１７の外乱要因である振動・温度の揺動帯域（高々ｋＨｚ帯域）とが大きく異なることを利用し、駆動機構２０に比較的応答の遅い機構を適用することで、超音波信号には応答せず、外乱にのみ応答するようにファブリ・ペロー共振器１７を制御するものである。また、被検査材３の表面が光学鏡面に近い場合には、反射光ＰＬを光ファイバ１０を介さずに空間的にファブリ・ペロー共振器１７に導く手段も適用可能である。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術によるレーザ超音波検査装置は、被検査材３との間に特に遮蔽物がなく、超音波の送受信を行うためのレーザビームの伝播が空間中で良好に行える場合には効果的である。
【００２５】
しかしながら、被検査材３には高温、高所、高放射線場、複雑形状部などのように接触が困難であったり、近接性が悪く遠隔非接触の検査手段が求められる部位もある一方で、それらがさらに狭隘部や遮蔽物の内側など、レーザビームを空間的に伝送することが難しい位置にある場合も多い。
【００２６】
また、それらの被検査材３の表面は不均一かつ反射特性も異なり、ファブリ・ペロー共振器１７などの受信用光学系５で検出可能な光信号の信号／ノイズ比（以下、Ｓ／Ｎ比という）が悪いことも予想される。
【００２７】
さらに、実際の狭隘部の検査作業を想定した場合には、レーザ超音波検査装置の一部または全部をロボットなどを用いて検査部位まで搬送する必要がある。そして、現在レーザビームを用いた材料加工や材質改善工法が多数提案されているものの、それらの工法を適用する際には、き裂検査や材料評価を事前・事後に行うことが望ましい。
【００２８】
そこで本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、超音波の送受信を行うためのレーザビームを光ファイバと照射用光学系などの小型検査プローブを用いて伝送することで、遠隔非接触性を損なわずに狭隘部などの被検査材を効率的に検査することのできるレーザ超音波検査装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知する受信用光学系と、この受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、この信号変換手段の出力信号を信号処理し、かつ前記超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理手段とを有するレーザ超音波検査装置において、前記第１のレーザ光源から発振した第１のレーザ光を前記被検査材近傍まで伝送する少なくとも１本の第１の光ファイバと、この光ファイバに前記第１のレーザ光源から発振された第１のレーザ光を入射するための焦点分散型光学系と、前記第１の光ファイバの前記被検査材側先端に設けられ前記第１のレーザ光を前記被検査材に所定の照射条件で照射するための照射用光学系と、前記第２のレーザ光源から発振した第２のレーザ光を前記被検査材近傍まで伝送し、かつ前記第２のレーザ光源によって照射された第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分を前記受信用光学系まで伝送する少なくとも１本の第２の光ファイバと、この第２の光ファイバの前記被検査材側先端に設けられ前記第２のレーザ光の照射・集光を行うための照射・集光光学系とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項２記載の発明は、被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知する受信用光学系と、この受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、この信号変換手段の出力信号を信号処理し、かつ前記超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理手段とを有するレーザ超音波検査装置において、前記第１のレーザ光源から発振された第１のレーザ光を入射するための焦点分散型光学系と、この焦点分散型光学系から出力される前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを同一光軸上に重ね合わせる光合成・分岐手段と、前記第１および第２のレーザ光をそれぞれ入射する両用入射用光学系と、前記第１および第２のレーザ光を前記被検査材近傍までそれぞれ伝送し、かつ前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分を前記受信用光学系まで伝送する両用光ファイバと、この両用光ファイバの前記被検査材側先端に設置され、前記第１および第２のレーザ光を前記被検査材に所定の照射条件で照射し、かつその反射成分を所定の集光条件で集光するための両用照射・集光光学系とを備えたことを特徴とする。
【００３２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、被検査材に超音波を発生させる第１のレーザ光源が、パルス発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ光源であることを特徴とする。
【００３３】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、被検査材表面に照射され、超音波信号を受信するための第２のレーザ光源が、連続発振するＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波光源であることを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【００３４】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、光ファイバの入出射部に、その端面の反射による戻り光量を少なくする反射防止手段を設けたことを特徴とする。
【００３５】
請求項６記載の発明は、請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置において、超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系がマイケルソン干渉計であり、前記受信用光学系に被検査材表面における反射成分を伝送するための光ファイバがシングルモード光ファイバであることを特徴とする。
【００３６】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のレーザ超音波検査装置において、超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系がファブリー・ペロー光学計であり、このファブリー・ペロー光学計に被検査材表面における反射成分を伝送するための光ファイバがグレーテッドインデックス光ファイバ、ステップインデックス光ファイバのいずれかであることを特徴とする。
【００３７】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のレーザ超音波検査装置において、ファブリ・ペロー光学計の共振器を制御する参照光が、被検査材表面における反射成分を伝送する光ファイバと同じコア口径を有する光ファイバを透過することを特徴とする。
【００４０】
したがって、請求項１〜８記載の発明によれば、超音波の送受信を行うためのレーザ光を光ファイバ、照射用光学系または照射・集光用光学系の小型検査プローブを用いて伝送することにより、遠隔非接触性を損なわず、狭隘部の被検査材を効率的に検査することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るレーザ超音波検査装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態および各変形例において従来の構成と同一または対応する部分には、図４２〜図４６と同一の符号を用いて重複する説明は省略し、異なる構成のみを説明する。
【００４２】
［第１実施形態］
図１は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１実施形態を示すブロック構成図である。
【００４３】
本実施形態では、図１に示すように第１のレーザ光源としての超音波発生用のレーザ光源１から発振した第１のレーザ光ＥＬによって励起された超音波を、参照光ＲＬを用いて安定に制御したファブリ・ペロー共振器１７に、被検査材３上の計測点からの反射光である反射光ＰＬを、１／４波長板２１、偏光ビームスプリッタ７ｄ、ミラー２２、１／２波長板６ｂを介してファブリ・ペロー共振器１７に入射させることによって計測する動作以外は、図４５に従来の光ファイバ１０を用いない構成と同様である。
【００４４】
すなわち、本実施形態では、図４５に示すレーザ超音波検査装置と同様に、被検査材３に超音波を発生させるためのレーザ光（第１のレーザ光）ＥＬを発振する第１のレーザ光源としてのレーザ光源１と、この発生した超音波信号を受信するために被検査材３に照射されるレーザ光（第２のレーザ光）ＭＬを発振する第２のレーザ光源としてのレーザ光源４と、第２のレーザ光ＭＬの被検査材３表面における反射成分から、超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系５と、この受信用光学系５において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段としての光検出器１３と、この光検出器１３の出力信号を適切に信号処理し、超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理装置ＳＰとを備えている。
【００４５】
ところで、本実施形態は、レーザ光源１から発振したレーザ光ＥＬが第１の入射用光学系としてのファイバ入射用光学系２３に入射し、このファイバ入射用光学系２３が光ファイバ（第１の光ファイバ）２４の後端に取り付けられる一方、この光ファイバ２４の先端に照射用光学系としてのファイバ出射用光学系２５が取り付けられている。
【００４６】
したがって、レーザ光源１から発振したレーザ光ＥＬをファイバ入射用光学系２３を介して光ファイバ２４に入射し、この光ファイバ２４を用いて被検査材３の近傍まで伝送するとともに、光ファイバ２４の先端に設けられたファイバ出射用光学系２５によって所定の照射形状で被検査材３表面に照射するようにしている。
【００４７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４８】
通常の場合、超音波励起に用いるレーザ光ＥＬとしては、ｍＪクラスあるいはそれ以上のパルスエネルギーを持つパルスレーザ光を用いるものの、これは誤って人体などに照射されると有害なレベルであるため、長距離に亘って空間的に伝播させるためには光路遮蔽手段を設けるなど、安全上の配慮が必要である。
【００４９】
したがって、図１に示すようにレーザ光ＥＬをファイバ入射用光学系２３を介して光ファイバ２４に入射し、この光ファイバ２４を用いて被検査材３の近傍まで伝送するとともに、ファイバ出射用光学系２５によって所定の照射形状で被検査材３表面に照射することにより、レーザ光源１からファイバ入射用光学系２３までと、ファイバ出射用光学系２５から被検査材３までのごく短距離のみの光路遮蔽で十分となり、光路遮蔽手段の設置に関するコストを低減させることができる一方、遠隔非接触性を損なわず、狭隘部などに設置された被検査材３を効率的に検査することができる。
【００５０】
［第１実施形態の変形例］
図２は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１実施形態の変形例を示すブロック構成図、図３は図２の構成による効果を示す説明図である。
【００５１】
本変形例は、図２に示すようにレーザ光ＥＬを複数の光分岐器２６ａ，２６ｂ，…２６ｎで所定数のビームに分岐し、そのビームの各々を複数のファイバ入射用光学系２３ａ，２３ｂ，…２３ｎを介して複数本の光ファイバ２４ａ，２４ｂ，…２４ｎに入射・伝送し、複数のファイバ出射用光学系２５ａ，２５ｂ，…２５ｎで被検査材３表面の複数点に照射するものである。
【００５２】
レーザ光照射による超音波の励起に関しては、その照射形状に依存して発生する超音波の指向性、周波数などが制御可能なことが公知になっている〔例えば、Ｃ．  Ｂ．  Ｓｃｒｕｂｙ  ａｎｄ  Ｌ．Ｅ．Ｄｒａｉｎ，“Ｌａｓｅｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ：  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”（Ｂｒｉｓｔｏｌ：Ａｄａｍ  Ｈｉｌｇｅｒ）１９９０年など参照〕。
【００５３】
通常の場合、このようなスポット形状の成形はレンズ系を用いて行うが、例えば図２に示した構成を用いて、図３の点２７ａ，２７ｂ，…２７ｎのように照射スポットをライン状に並べると、各々の点を中心とした円上の音波が被検査材３表面で位相整合し、図中、Ｄ１、Ｄ２の方位に強められ、その垂直方位にはほとんど伝播しない表面波を形成することができる。
【００５４】
このように本変形例によれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
［第２実施形態］
図４は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態を示すブロック構成図である。
【００５６】
本実施形態では、図４に示すようにレーザ光ＥＬによって励起された超音波を、参照光ＲＬを用いて安定に制御したファブリ・ペロー共振器１７に、被検査材３上の計測点からの反射光である計測光ＰＬを、１／４波長板２１、偏光ビームスプリッタ７ｄ、ミラー２２、１／２波長板６ｂを介してファブリ・ペロー共振器１７に入射することによって計測するようにしている。
【００５７】
本実施形態では、第２のレーザ光である計測光ＭＬを第２の光ファイバとしての光ファイバ２９に入射するための第２の入射用光学系としてのファイバ入射用光学系２８と、計測光ＭＬを被検査材３近傍まで伝送し、かつ計測光ＭＬの被検査材３表面における反射成分を受信用光学系５まで伝送する光ファイバ２９と、この光ファイバ２９の被検査材３側先端に、計測光ＭＬを被検査材３に所定の照射条件で照射し、かつその反射成分を所定の集光条件で集光するための照射・集光用光学系としてのファイバ出射用光学系３０とを備えている。
【００５８】
すなわち、光ファイバ２９の後端には、ファイバ入射用光学系２８が取り付けられる一方、その先端にはファイバ出射用光学系３０が取り付けられている。
【００５９】
なお、上記以外の構成および動作は、図４５に示す従来例と同様であるのでその説明を省略する。
【００６０】
したがって、本実施形態では、被検査材３からの反射光ＰＬだけでなく、ファイバ入射用光学系２８、光ファイバ２９、ファイバ出射用光学系３０を用いて計測光ＭＬの伝送も光ファイバを用いることにある。この時、被検査材３からの反射光ＰＬは同じ経路を伝播してファブリ・ペロー共振器１７まで導かれる。
【００６１】
このように構成すれば、比較的高エネルギーのレーザ光ＥＬの近傍に小さなファイバ出射用光学系３０を設置するだけで、超音波の受信を行うことが可能となり、レーザ溶接装置、レーザ切断装置、レーザ加工装置、レーザ材質改善装置など、既存のパルスレーザシステムと併用することで、同時に超音波検査を行うこともできる。
【００６２】
［第２実施形態の第１変形例］
図５は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第１変形例を示すブロック構成図、図６は図５の構成による効果を示す説明図である。
【００６３】
第１変形例は、図５に示すように計測ビームＭＬおよび反射光ＰＬの伝送を行うためのファイバ入射用光学系２８、光ファイバ２９およびファイバ出射用光学系３０から構成される伝送系を２系統としたものである。すなわち、第１変形例の伝送系は、ファイバ入射用光学系２８ａ，２８ｂ、光ファイバ２９ａ，２９ｂ、ファイバ出射用光学系３０ａ，３０ｂのように２系統に構成されている。
【００６４】
この際、ファイバ入射用光学系２８ａ，２８ｂの前段には、複数のファイバ端面の像をファブリ・ペロー共振器１７に転送するための結像光学系３１が設置される一方、光検出器１３ａ，１３ｂの前段には転送された像を各々光検出面に像転送する結像光学系３２が設置されている。これにより、各々の伝送系を伝播したビームを個別に検出することが可能となり、１つのファブリ・ペロー共振器１７を用いて複数点の計測を行うことができる。
【００６５】
なお、図５では伝送系を２本用いる構成を説明したが、本変形例に基づき、より多数の伝送系を用いた構成も可能である。特開平１０−３５１４４０号公報に開示された発明では、図６に示すように、レーザ光ＥＬで送信した超音波ＵＳを複数本（図では２本）の計測ビームＰＬ１、ＰＬ２で検出し、き裂３３を透過する超音波成分ＵＴと反射される成分ＵＲを共に計測することで、き裂３３の検出性能を向上させる手段が提案されている。この手法を実現するためには計測ビームを空間伝播させて計測点に導く構成も考えられるが、図５に示すような光ファイバを用いれば、よりフレキシブルな計測点の設定が可能となり、き裂３３の検知性能を一層向上させることが可能となる。
【００６６】
［第２実施形態の第２変形例］
図７は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第２変形例を示すブロック構成図である。
【００６７】
第２変形例の構成および基本的な動作は図５に示す第２実施形態と同様であるが、この第２変形例では、図７に示すように伝送系にファイババンドル３４を用いることにより、複数点受信というよりは、むしろ分布計測を可能としたものである。
【００６８】
ファイバ出射用光学系３５によって被検査材３に照射されたレーザビームは、被検査材３表面の各点で反射されるものの、その位置関係はファイババンドル３４によって保存される。その空間的な情報、すなわちファイババンドル３４端面の像は結像光学系３１によってファブリ・ペロー共振器１７に像転送される。このファブリ・ペロー共振器１７の出射光を結像光学系３２を経て２次元アレイ型光検出器３６の検出面に像転送すれば、被検査材３表面各点の情報が２次元アレイ型光検出器３６の各エレメントで検出されることになり、超音波の伝播を空間的に可視化することができる。
【００６９】
この場合、２次元アレイ型光検出器３６としては、通常のＣＣＤセンサの他、イメージインテンシファイアー付きＣＣＤセンサなどが使用可能である。
【００７０】
なお、第２実施形態および各変形例は、伝送系として光ファイバ２９あるいはファイババンドル３４を用いた構成としたが、これ以外に結像レンズなどの光学系を用いた空間伝送でも同様の作用および効果が得られる。
【００７１】
［第３実施形態］
図８は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第３実施形態を示すブロック構成図である。
【００７２】
本実施形態は、前記第１実施形態のレーザ光ＥＬを伝送する伝送系と、前記第２実施形態の計測光ＭＬおよび反射光ＰＬを伝送する伝送系とを併用したものである。
【００７３】
すなわち、本実施形態は、図８に示すようにレーザ光ＥＬを１本または複数本の光ファイバ２４に入射するためのファイバ入射用光学系２３と、それに対応しレーザ光ＥＬを被検査材３近傍まで伝送する１本または複数本の光ファイバ２４と、１本または複数本の光ファイバ２４の被検査材３側先端にレーザ光ＥＬを被検査材３に所定の照射条件で照射するためのファイバ出射用光学系２５と、レーザ光ＭＬを１本または複数本の光ファイバ２９に入射するためのファイバ入射用光学系２８と、レーザ光ＭＬを被検査材３近傍まで伝送し、かつレーザ光ＭＬの被検査材３表面における反射成分をファイバ出射用光学系３０まで伝送する１本または複数本の光ファイバ２９と、この光ファイバ２９の被検査材３側先端にレーザ光ＭＬを被検査材３に所定の照射条件で照射し、かつその反射成分を所定の集光条件で集光する照射・集光用光学系としてのファイバ出射用光学系３０とを備えている。
【００７４】
このように構成したことにより、ファイバ出射用光学系２５および３０のみを被検査材３近傍に設置すれば、検査を行うことが可能となり、被検査材３が狭隘部などにある場合にもレーザ光を空間的に伝送することなく、レーザ超音波検査を行うことができる。
【００７５】
［第４実施形態］
図９は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第４実施形態を示すブロック構成図である。
【００７６】
本実施形態は、前記第１実施形態のレーザ光ＥＬを伝送する伝送系と、前記第２実施形態の計測光ＭＬおよび反射光ＰＬを伝送する伝送系とを併用し、かつそれらの伝送系を同一にしたものである。
【００７７】
すなわち、本実施形態は、図９に示すようにレーザ光ＥＬをミラーなどの光学系３７により光路調整し、このレーザ光ＥＬを光合成・分岐手段としての光分岐器３８により計測光ＭＬと同軸に重ねあわせた後、両用入射用光学系としてのファイバ入射用光学系３９、両用光ファイバとしての光ファイバ４０、両用照射・集光光学系としてのファイバ出射用光学系４１で被検査材３まで伝送するものである。
【００７８】
このように構成した場合、被検査材３からの反射光ＰＬは、同一経路を経てファブリ・ペロー共振器ＦＰに導かれるが、この際、同時にレーザ光ＥＬの反射成分もファブリ・ペロー共振器１７および光検出器１３に迷光として入射し、ノイズとなる。この場合には、レーザ光源１とレーザ光源４に異なる波長のレーザ光源を用いるとともに、光検出器１３の前段にレーザ光源４の発振波長のみを透過する狭帯域光フィルタ４２を設置するなどしてレーザ光ＥＬの反射成分が光検出器１３に入射するのを防止する必要がある。
【００７９】
なお、前記第１〜第４実施形態のレーザ超音波検査装置において、レーザ光源１には、超音波を励起するのに十分なパルスエネルギーを有するレーザ光を発振可能な基本波Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源が用いられる。
【００８０】
また、前記第１〜第４実施形態のレーザ超音波検査装置において、レーザ光源４としては、超音波を受信するのに十分な可干渉性、狭帯域性を有するレーザ光を発振可能であり、かつＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波と波長の異なる第２高調波Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源が用いられる。
【００８１】
［第５実施形態］
図１０（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第５実施形態を示す説明図である。
【００８２】
本実施形態は、前記第１〜第４実施形態のレーザ超音波検査装置において、光ファイバ２４，２９，４０とファイバ入射光学系２３，２８，３９あるいは光ファイバ２４，２９，４０と照射・集光光学系であるファイバ出射光学系２５，３０，４１のすくなくとも一方の光ファイバの入出射部に、その端面の反射による戻り光量を小さくするための反射防止手段を設けたものである。
【００８３】
すなわち、本実施形態は、光ファイバ２４，２９，４０の両端部に、例えば図１０（Ｂ）に示すような反射防止機能を有することが特徴である。通常の光ファイバは図１０（Ａ）に示すようなコアＣｒおよびクラッドＣｌからなる構造を有しており、ここに計測光ＭＬを入射すると、被検査材３からの反射光ＰＬに、入射部の端面反射Ｌｔ、出射部の端面反射Ｌｘが混入し、同一光軸を伝播して光検出器１３で検出され、反射光ＲＬ計測上のノイズとなるとともに、入射光路を戻ってレーザ光源１あるいは４に再入射し、光源の安定度を劣化させるなどの悪影響を及ぼす。
【００８４】
そこで、図１０（Ｂ）に示すように、ファイバ両端を適切な角度で傾斜加工しておけば、端面反射Ｌｔや端面反射Ｌｘの迷光が反射光ＰＬあるいは計測光ＭＬと同一光軸に重なることがなく、良好な計測を実現することができる。したがって、本実施形態によれば、ファイバ入射面からの反射による影響を抑えることが可能となる。
【００８５】
［第５実施形態の変形例］
図１１は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第５実施形態の変形例を示す説明図である。
【００８６】
本変形例は、前記第１〜第４実施形態のレーザ超音波検査装置において、図１１に示すようにファイバ入出射端面に無反射コート付き窓部４３ａ，４３ｂがそれぞれ形成された容器４４ａ，４４ｂを設置し、この容器４４ａ，４４ｂ内をそれぞれファイバのコアＣｒの屈折率に近い媒質４５ａ，４５ｂで満たすことで、入射部の端面反射Ｌｔおよび出射部の端面反射Ｌｘを相当量減じることもできる。
【００８７】
なお、ファイバの入出射端面に無反射コートを施したファイバを用いることも本実施形態の範囲に含まれる。さらに、光ファイバ２３，２９をコネクタなどを用いて途中で接続する場合にも、その端面に上記と同様の処理を施すことで同様の効果を得ることができる。
【００８８】
［第６実施形態］
図１２は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第６実施形態を示すブロック構成図である。
【００８９】
本実施形態では、前記第１〜第４実施形態のレーザ超音波検査装置において、図１２に示すように受信用光学系５として超音波の誘起する表面変位を計測するマイケルソン干渉計を用いたものである。ここで、マイケルソン干渉計は、特にその干渉光の可干渉性が問題になるため、光ファイバ２９としてはシングルモード光ファイバを使用するのが効率的である。
【００９０】
なお、図１２における受信用光学系５には、１／４波長板２１ａ，２１ｂが設置されるとともに、偏向ビームスプリッタ７ｅ，７ｆが設置されている。
【００９１】
一方、図１，２，４，５，７，８，９に示したレーザ超音波検査装置は、受信用光学系５としてファブリ・ペロー共振器１７を用いた構成を示している。ここで、各実施形態において用いる光ファイバの種類は限定していないが、ファブリ・ペロー共振器１７を用いる場合には光ファイバ２９としてはステップインデックス光ファイバ、グレーテッドインデックス光ファイバなどマルチモード光ファイバを用いた方が効率的である。
【００９２】
［第７実施形態］
図１３は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第７実施形態の受信用光学系を示すブロック構成図である。また、図１３は受信用光学系５であるファブリ・ペロー共振器１７の部分のみを抽出して示したものである。
【００９３】
本実施形態では、図１３に示すように参照光ＲＬの光路に、計測光ＭＬの光路と同じようにファイバ入射用光学系２８ｂ、光ファイバ２９ｂ、ファイバ出射用光学系３０ｂが設置されている。すなわち、ファブリ・ペロー共振器１７を制御する参照光ＲＬが、第２の光ファイバ２９と同じコア口径を有する第３の光ファイバ２９ｂを透過するように構成されている。
【００９４】
これにより、ファブリ・ペロー共振器１７を制御する参照光のビーム口径やモードなどの光学特性が実際に計測する反射光ＲＬに一段と近くなり、高感度でかつ調整が容易な受信用光学系５を提供することが可能となる。
【００９５】
［第８実施形態］
図１４は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第８実施形態のファイバ入射用光学系を示す構成図である。
【００９６】
本実施形態は、図１４に示すようにレーザ光源１から発振されたレーザ光を光ファイバ２４に入射するための焦点分散型光学系を有している。すなわち、この焦点分散型光学系は、レーザ光ＥＬを拡大する凹レンズ４６と、レーザ光ＥＬのビーム断面中の各点を通過するビームが空間的に異なる位置に集光されるよう光路調整するマイクロレンズアレイ４７と、レンズ４８とから構成されている。
【００９７】
上記の構成において、レーザ光源１から発振されたレーザ光ＥＬは、一旦凹レンズ４６で拡大され、その後マイクロレンズアレイ４７でビーム断面中の各点を通過するビームが空間的に異なる位置に集光されるよう光路調整され、その後レンズ４８で光ファイバ２４に入射するようにしている。
【００９８】
ここで、レーザ光ＥＬは、比較的高いパルスエネルギーを有するため単純に空間的に１点に集光すると、その点にブレークダウンを生じ、光ファイバ２４などを破損する可能性がある。
【００９９】
したがって、図１４に示すような構成にすれば、レーザ光ＥＬは１点に焦点を持たないためエネルギーの集中もなく、光ファイバ２４を破損させることなく、より高いエネルギーのレーザ光ＥＬを光ファイバ２４に伝送することが可能となる。
【０１００】
以上説明したように、第１〜第８実施形態によれば、超音波の送受信を行うためのレーザ光を光ファイバ、照射用光学系または照射・集光用光学系の小型検査プローブを用いて伝送することにより、遠隔非接触性を損なわず、狭隘部の被検査材３を効率的に検査することができる。
【０１０１】
［第９実施形態］
図１５は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第９実施形態を示すブロック構成図である。
【０１０２】
レーザ照射による超音波励起法では、前述した通り縦波、横波、表面波などが同時に発生する。これらの超音波モードのうち、例えば被検査材３の内部を伝播する縦波、横波などは被検査材３内部の欠陥や材料特性、あるいは板厚を計測するのに適しており、また表面を伝播する表面波は表面き裂や表面性状あるいは表面に付着した膜の性質などを計測するのに適している。
【０１０３】
ここで、それら超音波モードは、被検査材３の材質で決まる固有の音速を有する。例えば、被検査材３が鉄鋼の場合、表面波音速は約２，９００ｍ／ｓｅｃ、縦波音速は約６，０００ｍ／ｓｅｃ、横波音速は約３，２４０ｍ／ｓｅｃである。
【０１０４】
したがって、本実施形態は、図１５に示すようにあらかじめ観察したい空間的な領域（音源からの距離：ｄｂ〜ｄｅ）と既知の音速ｖとから
【数１】
0004113654.tif 000002
の時間間隔を有する時間ゲート４９を信号処理装置１４に設けておけば、他のモードに干渉されることなく所望の信号を観察することが可能となる。
【０１０５】
このように本実施形態では、信号処理手段１４において、発生した超音波のうち被検査材３の表面を伝播する表面波成分、内部に伝播する縦波成分または横波成分を抽出し、その情報から被検査材３表面、内部および裏面におけるき裂の有無、き裂の寸法および表面波、被検査材の厚さ、裏面状態および縦波または横波の伝播現象を表示および記録するようにしたものである。
【０１０６】
［第１０実施形態］
図１６は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１０実施形態を示すブロック構成図、図１７は第１０実施形態においてウェーブレット変換を用いた信号処理を示す説明図である。
【０１０７】
受信用光学系５と光検出器１３で検出された超音波信号は、場合によって、例えば外乱ノイズであるとか、あるいは光検出器１３や信号処理装置１４で発生するノイズなどでＳ／Ｎ比が良好に得られない場合がある。
【０１０８】
その際、本実施形態のように信号処理装置１４内にＳ／Ｎ比改善手段５０を設置しておくことで、良好な信号観察が可能となる。Ｓ／Ｎ比改善手段５０としては、例えば信号がある周波数帯域をもって混入することが分かっている場合、その帯域を除去するローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、あるいはバンドエリミネートフィルタを用いればよいし、逆に信号成分の周波数帯域があらかじめ分かっていたり、あるいはある周波数帯域の信号成分のみに着目したい場合には、その帯域のみを通過させるバンドパスフィルタを用いるようにしてもよい。
【０１０９】
また、支配的なノイズが熱雑音のようにランダムな周波数成分を有する場合には、信号を複数回加算平均する平均化処理機能を有したものでもよい。この場合、レーザによる超音波の送受信間隔が常に同じであるならば、レーザ光源１の発信タイミングを基準時刻（トリガー）として平均化処理を行うと、タイミング制御上好都合であるが、装置の設置や送受信点の走査などの問題で送受信間隔が時刻に応じて変化する場合には、超音波信号をデジタル化して蓄積しておき、ほぼ同距離とみなし得るデータのみをその中から選択して加算平均するのでもよい。
【０１１０】
さらに、観察すべき超音波信号が、超音波エコー信号などのようにほぼ相似形とみなしうる波形を有する繰り返し信号の場合には、その信号の自己相関あるいはあらかじめ準備したリファレンスとなる信号との相互相関を演算することでもＳ／Ｎ比を改善することができる。
【０１１１】
また、検出された超音波信号に含まれる周波数成分が重要な場合には、図１７に示すようなウェーブレット変換を用いて信号処理することで、特定の現象を感度よく検知することも可能である。なお、これらの処理は、光検出器１３の出力信号をアナログ電気信号として処理する場合だけでなく、信号処理手段１４内にアナログ−デジタル変換器を設置し、デジタル信号として処理する場合も含まれる。
【０１１２】
このように本実施形態では、信号処理装置１４において、受信した超音波信号に、適切な帯域で信号フィルタ処理、複数回の信号平均化処理、適切な領域の相関処理、または適切な帯域のウェーブレット変換処理を行うようにしたものである。
【０１１３】
［第１１実施形態］
図１８は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１１実施形態を示すブロック構成図である。
【０１１４】
本実施形態は、図１８に示すようにレーザ光ＥＬおよび計測光ＭＬをそれぞれ光ファイバ２４、２９でファイバ出射用光学系２５および３０に伝送し、各々のファイバ出射用光学系２５および３０を個別の駆動機構５１ａおよび５１ｂに搭載し、これら駆動機構５１ａおよび５１ｂを、あらかじめ敷設したレール５２上で走査・駆動可能に構成することで、被検査材３上の１点または複数点の検査を自動的に行うものである。これら駆動機構５１ａ，５１ｂおよびレール５２により走査手段が構成されている。
【０１１５】
したがって、本実施形態では、出射用光学系２５および３０を個別にあるいは同時に走査するための走査手段を有し、かつ信号処理装置１４において、受信された超音波情報を前記走査手段による走査位置と関連付けて多次元表示するようにしている。
【０１１６】
被検査材３が狭隘部や高所にある場合、あるいは被検査材３自体が高温や高放射能などのように検査員が接近しにくい場合はもとより、例えば機器の定期検査など、同じ個所を定期的に検査する場合にもあらかじめ設置しておいたレール５２によって所定の位置の検査を短時間で行うことができる効果がある。
【０１１７】
さらに、駆動機構５１ａ，５１ｂに位置検出機構を取り付けておけば、検査記録と検査位置を定量的に対応付けることも可能となる。
【０１１８】
なお、本実施形態では、ファイバ出射用光学系２５および３０を、個別の駆動機構５１ａおよび５１ｂに搭載した例を示したが、それらを１つの駆動機構上に設置すれば、超音波の送受信間隔を常に一定に保持することが可能となる。
【０１１９】
［第１２実施形態］
図１９（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１２実施形態の表示例を示す説明図である。
【０１２０】
なお、図１９（Ａ），（Ｂ）は、例えば図１８に示したような送受信位置を走査可能なレーザ超音波検査装置によって計測されたデータの表示例である。
【０１２１】
今、図１９（Ｂ）に模式的に示したような裏面に減肉部Ｇを有する被検査材３に対し、２点鎖線で示した経路で送受信点を走査させたとする。すると、減肉部Ｇは他の部分よりも薄いため、例えば縦波や横波など内部を伝播する超音波ＵＳの伝播時間が異なってくる。そこで、走査中に得られた超音波信号にあらかじめ予想される伝播時間付近（上述のｔｂ〜ｔｅ）で時間ゲートを設置し、走査に従って各位置（ｙ）における計測データを図１９（Ａ）に示すように表示すれば、図中に太点線で示したように被検査材３の裏面形状を計測することができる。
【０１２２】
さらに、被検査材３中の音速が既知であれば、その形状を定量的に検知することも可能である。
【０１２３】
図２０（Ａ），（Ｂ）は走査を２次元的に行った場合の表示例であり、これは１次元的には図１９（Ａ）のように得られた超音波信号において、そのピークとなる時刻を、２次元的に走査した位置と関連付けて、被検査材３が厚い、すなわちピーク時刻が遅い場合を濃く、早い場合に淡くなるように色（濃淡）で表示したものである。また、図２１（Ａ），（Ｂ）は同じ計測結果を３次元的に示した場合の表示例であり、本装置によって被検査材３の裏面形状を可視化できることが分かる。
【０１２４】
一方、図２２（Ａ），（Ｂ）は表面波に着目した場合の一例である。図２２（Ｂ）に示すように被検査材３上にき裂Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が存在する場合、図中の２点鎖線で示した経路で方位（ｙ）に指向性を有する表面波を送受信すると、き裂Ｆがある場合には、そのき裂Ｆで表面波が反射し、き裂エコーが観察される。
【０１２５】
そこで、検査領域に相当する時間ゲートを設け、その時間領域における超音波信号レベルを濃淡あるいは色で表示すれば、図２２（Ａ）に示すように表面き裂を可視化することができる。
【０１２６】
このように本実施形態では、信号処理装置ＳＰの表示装置１５において、受信された超音波信号の強度情報、計測されたき裂寸法情報、あるいは計測された超音波伝播情報を送受信位置と関連付けて線、濃淡あるいは色で多次元的に表示するものである。
【０１２７】
以上説明したように、第９〜第１２実施形態によれば、受信された超音波信号に適切な電気的信号処理を加えたり、あるいは被検査材の周辺雰囲気あるいは表面状態を整えることにより、Ｓ／Ｎ比を改善して評価精度を高めるとともに、検知された情報を検査員が容易に理解できるように提示することが可能となる。
【０１２８】
［第１３実施形態］
図２３は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１３実施形態を示す構成図である。
【０１２９】
本実施形態では、図２３に示すようにレーザ光源１、受信用光学系５、光検出器１３および信号処理装置１４が搬送手段としての無軌道走行台車５３に、レーザ光ＥＬ用のファイバ出射用光学系２５および計測光ＭＬ用のファイバ出射用光学系３０が無軌道走行台車５３上に取り付けられた検査アーム５４に、それぞれ設置されている。また、無軌道走行台車５３には、検査位置を確認するための位置検出装置５５が、検査アーム５４には検査作業を監視するための監視手段としての監視用ＴＶカメラ５６がそれぞれ設置されている。
【０１３０】
また、レーザ光源１、受信用光学系５、光検出器１３および信号処理装置１４上には、通信装置５７ａが設置される一方、制御手段としての遠隔の駆動・制御装置５８上に通信装置５７ｂが設置されている。
【０１３１】
したがって、レーザ光源１、受信用光学系５および光検出器１３により計測された超音波データは、信号処理装置１４で処理された後、位置データ、画像データとともに通信装置５７ａ，５７ｂを経て遠隔の駆動・制御装置５８に無線伝送される。この駆動・制御装置５８で受信した計測データ、位置データおよび画像データは、各々関連付けられて表示装置１５に表示されるとともに、評価装置１６に記録される。
【０１３２】
なお、評価装置１６に予め被検査材３およびその周辺機器の設計図面あるいはＣＡＤデータなどを記録させておき、検査位置データや画像データをもとに対応する機器や部位の設計情報、形状などを表示装置１５に同時に表示することで、より効率的かつ高度な検査を行うことができる。
【０１３３】
また、駆動・制御装置５８は、無軌道走行台車５３および検査アーム５４を遠隔から駆動・制御可能な構成となっている。このような構成によれば、被検査材３が運転中の機器であったり、高温や高放射能環境など検査員が接近しにくい場合でもレーザ超音波検査装置による検査が可能となる。
【０１３４】
なお、監視手段としては上記監視ＴＶカメラ５６や距離センサの他、溶接金属を検知するフェライト検知機、あるいは複視差を適用した３次元ＴＶカメラなども使用可能である。
【０１３５】
［第１３実施形態の第１変形例］
図２４は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１３実施形態の第１変形例を示す構成図である。
【０１３６】
図２３に示す実施形態は、無線式、無軌道走行台車にレーザ超音波検査装置を搭載した例であるが、図２４に示す第１変形例は軌道付きの場合である。
【０１３７】
この第１変形例では、図２４に示すように軌道５９があらかじめ固定して設置され、この軌道５９上を走行する搬送手段としてのモノレール式走行台車６０にファイバ出射用光学系３９が搭載されている。この場合、モノレール式走行台車６０が十分なスペースを有していればレーザ光源１、受信用光学系５、光検出器１３および信号処理装置１４などをモノレール式走行台車６０上に搭載することも可能であるが、多くの場合そのスペースがない上、軌道５９を用いて光ファイバ４０を取り廻せるので、それらは駆動・制御装置５８などとともに遠隔の基地局に設置し、ヘッド部のみを搭載するのが簡便である。
【０１３８】
また、上記第１３実施形態と同様、モノレール式走行台車６０に監視カメラ、距離センサ、位置センサなどを搭載しておけば、より確実な検査を施工することができる。
【０１３９】
［第１３実施形態の第２変形例］
図２５は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１３実施形態の第２変形例を示す構成図である。
【０１４０】
第２変形例は、前記第１変形例において、図２５に示すように軌道として可搬型レール６１を用い、この可搬型レール６１上を走行する搬送手段としての走行台車６２を設けたものである。この走行台車６２に光軸と平行方向へ微動可能な微動機構を設けておくことで、レーザ光ＥＬや計測光ＭＬの焦点を微調整することもできる。
【０１４１】
このような構成にすることで、被検査材３が高所に多数本設置された配管である場合など、検査しにくい部位である場合にも効率的に検査することが可能となる。
【０１４２】
なお、第１３実施形態およびその各変形例において、無軌道走行台車５３などの搬送手段上に設置された搬送手段位置検出手段と、第１および第２のレーザ光であるレーザ光ＥＬおよび計測光ＭＬの照射位置を検出する照射位置同定手段と、これらの情報から被検査材３および被検査材３上の検査位置を検出する検査位置同定手段とを設けるようにしてもよい。
【０１４３】
また、第１３実施形態およびその各変形例において、信号処理装置１４に被検査材３の寸法および形状に関する多次元情報データベースを設け、信号処理装置ＳＰの表示部１５に、上記検査位置同定手段の出力情報と上記多次元情報データベースの該当する部位の情報を対応させて表示するようにしてもよい。
【０１４４】
［第１４実施形態］
図２６は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１４実施形態を示す構成図である。
【０１４５】
第１４実施形態は、被検査材３が特に原子炉６３あるいは原子炉内構造物６４の場合であり、周辺雰囲気としては気中あるいは水中が考えられる。超音波を送信可能なレーザ光ＥＬの伝送は「Ｙｕｊｉ  Ｓａｎｏ  ｅｔ．  ａｌ．“Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｈｏｃｋ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｂｙ  ｎａｎｏ−ｓｅｃｏｎｄ  ｐｕｌｓｅｓ  ｏｆ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｕｂｌｅｄ  Ｎｄ：  ＹＡＧ  ｌａｓｅｒ，”Ｐｒｏｃ．  ｏｆＡＬＰＨＡ´９９  ＳＰＩＥ，  Ｏｓａｋａ，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９９年」で述べられているような炉内へのパルス光伝送装置６５が既知である。
【０１４６】
本実施形態では、原子炉６３上に備えた光学機器室６６中にレーザ光源１、受信用５、光検出器１３、信号処理装置１４などを設置し、そこから光ファイバ２９を搬送手段としての炉内用遠隔操作機構の一例であるパルス光伝送装置６５に沿わせて設置することで、計測光ＭＬを検査位置まで導き、パルス光伝送装置６５の先端部に設置したファイバ出射用光学系３０で計測光ＭＬを送受信することで、被検査材としての原子炉６３あるいは炉内構造物６４を検査する装置である。
【０１４７】
［第１４実施形態の第１変形例］
図２７は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１４実施形態の第１変形例を示す構成図である。
【０１４８】
本変形例は、図２７に示すように前記第１４実施形態のようなパルス光伝送装置６７を用いることなく、レーザ光ＥＬの伝送も光ファイバで行う場合には、原子炉６３あるいは炉内構造物６４に沿って移動する搬送手段としての炉内用遠隔操作機構の一例である炉内検査ロボット６７にファイバ出射用光学系２５，３０を設置し、これらファイバ出射用光学系２５、３０にレーザ光ＥＬおよび計測光ＭＬを光ファイバ２４、２９により伝送するものである。
【０１４９】
このレーザ超音波検査装置を適用することで、原子炉６３内など過酷な条件下で、しかも狭隘部の検査を効率的に行うことが可能となる。なお、この場合、材料の耐放射線性を配慮して、レンズや光ファイバなど光学部品の材質には石英を、構造材にはステンレス鋼やアルミニウムを用いるのが望ましい。
【０１５０】
［第１４実施形態の第２変形例］
図２８は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１４実施形態の第２変形例を示す構成図である。
【０１５１】
本変形例は、図２８に示すように被検査材が配管６８であり、この配管６８の内側を移動、走査、固定停止可能な搬送手段としての配管内面走行機構の一例である移動ロボット６９にファイバ出射用光学系４１を設置し、光ファイバ４０を用いてレーザ光ＥＬの送信および計測光ＭＬの送受信を行うことで、長手配管の内面を効率的に検査可能としたものである。
【０１５２】
［第１５実施形態］
図２９（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１５実施形態を示す構成図である。
【０１５３】
本実施形態は、図２９（Ａ），（Ｂ）に示すように被検査材が配管６８であり、その配管６８外面に軌道７０を敷設し、この軌道７０上に走行台車７１を走行可能に設置し、この走行台車７１にレーザ光源１およびファイバ出射用光学系３０ａ，３０ｂを搭載したものである。なお、軌道７０には、図示しない軸方向移動機構を備えている。そして、軌道７０および走行台車７１は、搬送手段としての配管外面走行機構を構成する。
【０１５４】
上記の構成において、レーザ光源１から発振したレーザ光ＥＬは、レンズ２、照射用ミラー７２ａ，７２ｂを備えた導波管７３で伝送され、配管６８表面に照射される一方、図示しないレーザ光源４から発振した計測光ＭＬは、図５に示したような構成に基づいて２本の光ファイバ２９ａ，２９ｂで伝送され、ファイバ出射用光学系３０ａ，３０ｂで配管６８表面に照射される。
【０１５５】
ここで、ファイバ出射用光学系３０ａ，３０ｂを配管６８に対向するように設置すれば、例えばファイバ出射用光学系３０ａで照射した計測光ＭＬの反射光ＰＬを同じファイバ出射用光学系３０ａで集光し、受信用光学系５で検知することになる。一方、図２９（Ａ）に示すように、ある適切な角度をもって２つのファイバ出射用光学系３０ａ，３０ｂを配置すれば、ファイバ出射用光学系３０ａから配管６４に斜めに照射された計測光ＭＬの正反射成分をファイバ出射用光学系３０ｂが集光し、またその逆を行うなど、照射と集光を各々異なるファイバ出射用光学系で行うことも可能である。このように構成したことにより、長手配管の検査を自動的かつ効率的に行うことが可能となる。
【０１５６】
［第１６実施形態］
図３０は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１６実施形態を示す斜視図である。
【０１５７】
本実施形態は、図３０に示すように図示しない被検査材が水中に存在する場合であり、搬送手段としての水中遊泳機構の一例である水中遊泳ロボット７４によってファイバ出射用光学系２５および３０を検査位置近傍まで搬送して検査を行うものである。この水中遊泳ロボット７４には、監視ＴＶカメラ５６が設置され、この監視ＴＶカメラ５６により水中での検査作業を監視可能な構成となっている。
【０１５８】
また、ファイバ出射用光学系２５および３０は、駆動モータ７５により微動可能であり、大まかな位置決めを水中遊泳ロボット７４が行った後、駆動モータ７５を駆動させることで、ファイバ出射用光学系２５および３０を詳細な検査位置に位置決めをすることができる。
【０１５９】
さらに、水中の流れが速い場合に対応するため本実施形態では、周辺の構造部材７６に固定機構７７を用いて水中遊泳ロボット７４を固定させることで、定点検査を行うこともできる。そして、例えばき裂などを検知し、それを継続的に評価・監視する場合には、レーザ光ＥＬによって検知されたき裂近傍にマークし、その位置を監視ＴＶカメラ５６で検出することで、毎回の検査において常に同じき裂を計測することができる。
【０１６０】
［第１７実施形態］
図３１は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１７実施形態を示すブロック構成図である。
【０１６１】
本実施形態は、図３１に示すように予め被検査材３上の決められた検査位置近傍にファイバ出射用光学系２５および３０を複数個設置しておき、使用するファイバ出射用光学系を切り替えることで、１式のレーザ超音波検査装置で複数箇所を検査することができるようにしたものである。
【０１６２】
そのため、被検査材３（図示したように、複数の検査位置は１つの被検査材３に設定される場合には限定されない）側には、ファイバ出射用光学系２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…および３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…と、各々それらに接続された光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…および２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…を設置し、これらの光ファイバの他端には光ファイバコネクタ７８ａ，７８ｂ，７８ｃ…および７９ａ，７９ｂ、７９ｃ…を設置しておく。当然、それらは図示しない適当な固定治具で被検査材３あるいはその他の周辺部材に焦点などの照射集光条件が変化しないように固定されていてもよい。
【０１６３】
一方、レーザ光ＥＬを伝送する光ファイバ２４には、着脱部材としての光ファイバコネクタ７８を、計測光ＭＬを伝送する光ファイバ２９には着脱部材としての光ファイバコネクタ７９をそれぞれ設置しておく。
【０１６４】
このように構成したことにより、光ファイバコネクタ７８，７９をそれぞれ光ファイバコネクタ７８ａ，７８ｂ，７８ｃ…および７９ａ，７９ｂ、７９ｃ…に対する接続対象を適宜切り替えれば、複数点を１つの装置で検査することが可能なレーザ超音波検査装置を実現することが可能となる。
【０１６５】
［第１８実施形態］
図３２は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１８実施形態を示すブロック構成図である。
【０１６６】
本実施形態は、図３２に示すように前記第１７実施形態の構成に加え、被検査材３が保温材８０で遮蔽された配管、容器、機器、構造材が対象であり、ファイバ出射用光学系２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…および３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…が被検査材３と保温材８０との内側に設置されている。それらに接続された光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…および２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…は保温材８０を貫通、専用ペネトレーションあるいはその構造境界を利用して外側へと導かれる。光ファイバの他端に設置された光ファイバコネクタ７８ａ，７８ｂ，７８ｃ…および７９ａ，７９ｂ，７９ｃ…は、ほぼ一個所に集めておく。当然、それらは図示しない適当な固定治具で被検査材３あるいはその他の周辺部材に焦点などの照射集光条件が変化しないように固定されていてもよい。このように構成することにより、遮蔽物内部を対象とする検査が可能なレーザ超音波検査装置を実現することができる。
【０１６７】
なお、本実施形態において、被検査材３は狭隘部に設置された配管、容器、機器、構造材を対象としてもよい。この場合、光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…および２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…は保温材８０を貫通し、検査装置が設置される遠隔部まで導かれる。
【０１６８】
以上説明したように、第１３〜第１８実施形態によれば、搬送機構やその制御機構などと組み合せて構成することにより、効果的な検査を行うことが可能となる。
【０１６９】
［第１９実施形態］
図３３は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１９実施形態を示すブロック構成図である。
【０１７０】
本実施形態は、図３３に示すように被検査材３の表面に付着物８１、特に錆や塗装など超音波の伝播や受信感度を低下させる物質が付着している対象を検査する場合に有効な構成である。
【０１７１】
レーザ光源８２から発振したレーザ光ＣＬを方位Ｄに走査することによる付着物８１の除去技術（レーザクリーニング技術）は、例えば特開平７−２２５３００号公報によって公知となっている。このレーザ光ＣＬは、付着物８１の除去プロセスで超音波も励起するので、これと受信用光学系５などを組み合わせることで、表面を清掃しつつレーザ超音波検査を行うことが可能となる。特に、既存のレーザクリーニング装置の先端にファイバ出射用光学系３０を設置するだけなので装置構成上の負荷も少なく、既存のレーザクリーニング設備をほとんど変更することなしに、清掃だけでなく検査を行うことが可能なレーザ超音波検査装置を実現することができる。
【０１７２】
［第２０実施形態］
図３４は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２０実施形態を示すブロック構成図である。
【０１７３】
本実施形態は、図３４に示すように被検査材３表面の応力状態を改善しつつ、対象を検査する場合に有効な構成である。レーザ光源８３から発振したレーザ光ＰｅＬを方位Ｄに走査することによる被検査材３の表面応力改善技術（レーザピーニング技術）は、例えば前述の“「Ｙｕｊｉ  Ｓａｎｏ  ｅｔ．ａｌ．“Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｈｏｃｋ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｂｙ  ｎａｎｏ−ｓｅｃｏｎｄ  ｐｕｌｓｅｓ  ｏｆ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｕｂｌｅｄ  Ｎｄ：  ＹＡＧ  ｌａｓｅｒ，”Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＡＬＰＨＡ′９９  ＳＰＩＥ，  Ｏｓａｋａ，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９９年」によって公知となっている。
【０１７４】
このレーザ光ＰｅＬは、被検査材３表面の応力状態を改善するプロセスで超音波も励起するので、これと受信用光学系５などを組み合わせることで、表面応力を改善しつつ、レーザ超音波検査を行うことが可能となる。特に、既存のレーザピーニング装置の先端にファイバ出射用光学系３０を設置するだけなので、装置構成上の負担も少なく、既存のレーザピーニング設備をほとんど変更することなしに、応力改善だけでなく検査を行うことが可能なレーザ超音波検査装置を実現することができる。
【０１７５】
［第２１実施形態］
図３５は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２１実施形態を示すブロック構成図である。
【０１７６】
本実施形態は、図３５に示すように被検査材３の材質を分析しつつ、対象を検査する場合に有効な構成である。パルスレーザ光源としてのレーザ光源８４から発振したレーザ光ＢＬを照射して被検査材３表面の微小体積をアブレーションさせ、その発光を集光用光学系８５を用いて集光し、光ファイバ８６でぷ前せき手段としての分光分析・評価装置８７まで導いて分光分析することで、材料組成を分析する手法はレーザブレークダウン分光分析技術として公知となっている。
【０１７７】
このレーザ光ＢＬは、被検査材３をプラズマ発光させるプロセスで超音波も励起するので、これと受信用光学系５などを組み合わせることで、材料組成を分析しつつレーザ超音波検査を行うことが可能となる。
【０１７８】
本実施形態では、特に既存のレーザブレークダウン分光分析装置の先端にファイバ出射用光学系３０を設置するだけなので、装置構成上の負担も少なく、既存のレーザブレークダウン分光分析設備をほとんど変更することなしに材料組成分析だけでなく、検査を行うことが可能なレーザ超音波検査装置を実現することができる。
【０１７９】
［第２２実施形態］
図３６は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２２実施形態を示すブロック構成図である。
【０１８０】
本実施形態は、被検査材３のき裂や材料特性などを、レーザ光ＥＬで励起した超音波のうち表面波成分の伝播に着目して検査する場合に有効な構成である。
【０１８１】
一般に、表面波は被検査材３の表面に液体Ｗが付着していると減衰が早くなるため、被検査材３が液中に設置されている場合には検出可能な表面波信号レベルが低下するなどの課題がある。
【０１８２】
そこで、本実施形態では、図３６に示すようにコンプレッサ８８と、このコンプレッサ８８に連結されファイバ出力光学系４１の近傍に先端が配置された配管８９とを設置し、コンプレッサ８８を駆動してエアＡｉｒを配管８９の先端から検査点近傍に吹き付け、超音波送受信点すなわちレーザ光の照射位置と、表面波の伝播経路とを気体雰囲気に置換するものである。したがって、これらコンプレッサ８８および配管８９により局所気体雰囲気生成手段が構成される。
【０１８３】
このように構成すれば、減衰の少ない表面波を観察可能である上、レーザ光ＥＬの照射によってダストなどが発生した場合にも、吹き付けられたエアＡｉｒによってダストなどが飛散されてレーザ光の伝播経路上の散乱体になりにくいという効果がある。
【０１８４】
［第２２実施形態の変形例］
図３７は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２２実施形態の変形例を示すブロック構成図である。
【０１８５】
本変形例は、図３７に示すようにレーザ光の照射位置と、表面波の伝播経路とを気体雰囲気に置換した領域が局所気体雰囲気生成手段としての容器９０により覆われている。
【０１８６】
したがって、被検査材３のレーザ光照射位置と表面波の伝播経路とを気体雰囲気に置換した状態に保持するのが難しい場合には、本変形例のようにその領域を容器９０で覆うことで、より容易に置換状態を保持することが可能となる。
【０１８７】
［第２３実施形態］
図３８は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２３実施形態を示すブロック構成図である。
【０１８８】
本実施形態は、被検査材３が表面損傷や熱入力を極力防止する必要がある場合の検査の際に有効な構成である。レーザ光ＥＬによる超音波励起過程は、熱歪みモードとアブレーションモードとの２種類がある。
【０１８９】
一般に、熱歪みモードでは被検査材３の表面損傷あるいは熱的な材質変化は生じないが、アブレーションモードでは、ごく表層の蒸発とわずかな入熱が生ずる。
【０１９０】
これを防止するために、本実施形態では、図３８に示すように予め検査する被検査材３表面に保護膜９１を形成しておき、レーザ光ＥＬを保護膜９１に照射すれば、アブレーションモードにおける表面損傷あるいは入熱を抑制することができる。この保護膜９１としては、レーザ光ＥＬを効率よく吸収する物質が適しており、レーザ光ＥＬの波長やエネルギーによって選択すべきであり、例えば墨汁や油などの有色液や着色粉末などの微粒子、固体、粉体などでもよい。
【０１９１】
［第２４実施形態］
図３９は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２４実施形態を示すブロック構成図である。
【０１９２】
本実施形態は、被検査材３が遠隔に設置され、監視ＴＶカメラの画像などからは確認することができない計測光ＭＬの詳細な焦点合わせが必要な検査の場合に有効な構成である。被検査材３表面からの反射光ＰＬは、ファイバ出射用光学系３０から被検査材３の距離が最適になった場合に最も大きくなり、この状態で超音波信号の検出感度も最大となる。しかし、光検出器１３に入射する光は反射光ＰＬだけでなく、各光学素子の端面反射や迷光なども存在するため、反射光ＰＬの状況は必ずしも明らかでない。
【０１９３】
そこで本実施形態では、図３９に示すように遮蔽板駆動制御装置９２からの駆動信号で遮蔽板駆動装置９３を駆動させ、これにより戻り光確認手段としての遮蔽板９４を動作させ、計測光ＭＬが被検査材３に到達しない状態を形成することにより、その際の光検出器１３の出力信号変化から、反射光ＰＬの戻り具合を確認することができる。
【０１９４】
なお、遮蔽板９４は計測光ＭＬの散乱体であり、かつ反射率が低いものが望ましい。また、遮蔽板９４は光軸に対して直交しないよう角度を付けて設置するのも効果的であり、この場合には遮蔽板９４はミラーでもよい。さらに、例えば図３０に示したようにファイバ出射用光学系３０を予め微動ステージに搭載しておき、遮蔽板９４の動作による光検出器１３の出力信号の変化が最大となる位置にファイバ出射用光学系３０を位置合わせすることも可能である。
【０１９５】
［第２５実施形態］
図４０は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２５実施形態を示すブロック構成図である。
【０１９６】
本実施形態は、被検査材３が遠隔に設置され、監視ＴＶカメラの画像などからは確認することができない計測光ＭＬの詳細な焦点合わせが必要な検査の場合に有効な別の構成例である。被検査材３表面からの反射光ＰＬは、ファイバ出射用光学系３０から被検査材３の距離が最適になった場合に最も大きくなり、この状態で超音波信号の検出感度も最大となる。
【０１９７】
ファイバ出射用光学系３０から被検査材３の距離の最適値は、ファイバ出射用光学系３０の焦点距離からあらかじめほぼ推定することができるので、本実施形態では、図４０に示すようにファイバ出射用光学系３０の先端に距離センサ９５を設置し、この距離センサ９５により測定した距離が予め推定された最適値となるよう微動制御装置９６で微動ステージ９７を動作させることで、常に最適な反射条件で計測することができる。これら微動制御装置９６および微動ステージ９７により位置調整手段が構成される。
【０１９８】
［第２５実施形態の変形例］
図４１は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２５実施形態の変形例を示すブロック構成図である。
【０１９９】
本変形例は、図４１に示すようにファイバ出射用光学系３０から被検査材３の距離を最適値に保持するものであり、ファイバ出射用光学系３０に距離固定用治具９８を取り付け、この距離固定用治具９８を図示しないばね機構などによって被検査材３に押し当てるようにしている。これにより、簡易な構成でファイバ出射用光学系３０から被検査材３の距離を最適値に保持することが可能となる。
【０２００】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波の送受信を行うためのレーザ光を光ファイバ、照射用光学系または照射・集光用光学系を用いて伝送することにより、遠隔非接触性を損なわず、狭隘部の被検査材を効率的に検査することが可能なレーザ超音波検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１実施形態を示すブロック構成図。
【図２】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１実施形態の変形例を示すブロック構成図。
【図３】図２の構成による効果を示す説明図。
【図４】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態を示すブロック構成図。
【図５】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第１変形例を示すブロック構成図。
【図６】図５の構成による効果を示す説明図。
【図７】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第２変形例を示すブロック構成図。
【図８】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第３実施形態を示すブロック構成図。
【図９】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第４実施形態を示すブロック構成図。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第５実施形態を示す説明図。
【図１１】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第５実施形態の変形例を示す説明図。
【図１２】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第６実施形態を示すブロック構成図。
【図１３】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第７実施形態の受信用光学系を示すブロック構成図。
【図１４】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第８実施形態のファイバ入射用光学系を示す構成図。
【図１５】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第９実施形態を示すブロック構成図。
【図１６】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１０実施形態を示すブロック構成図。
【図１７】第１０実施形態においてウェーブレット変換を用いた信号処理を示す説明図。
【図１８】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１１実施形態を示すブロック構成図。
【図１９】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１２実施形態の表示例を示す説明図。
【図２０】（Ａ），（Ｂ）は走査を２次元的に行った場合の表示例を示す説明図。
【図２１】（Ａ），（Ｂ）は同じ計測結果を３次元的に示した場合の表示例を示す説明図。
【図２２】（Ａ），（Ｂ）は表面波に着目した場合の一例を示す説明図。
【図２３】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１３実施形態を示す構成図。
【図２４】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１３実施形態の第１変形例を示す構成図。
【図２５】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１３実施形態の第２変形例を示す構成図。
【図２６】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１４実施形態を示す構成図。
【図２７】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１４実施形態の第１変形例を示す構成図。
【図２８】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１４実施形態の第２変形例を示す構成図。
【図２９】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１５実施形態を示す構成図。
【図３０】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１６実施形態を示す斜視図。
【図３１】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１７実施形態を示すブロック構成図。
【図３２】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１８実施形態を示すブロック構成図。
【図３３】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１９実施形態を示すブロック構成図。
【図３４】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２０実施形態を示すブロック構成図。
【図３５】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２１実施形態を示すブロック構成図。
【図３６】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２２実施形態を示すブロック構成図。
【図３７】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２２実施形態の変形例を示すブロック構成図。
【図３８】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２３実施形態を示すブロック構成図。
【図３９】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２４実施形態を示すブロック構成図。
【図４０】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２５実施形態を示すブロック構成図。
【図４１】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２５実施形態の変形例を示すブロック構成図。
【図４２】従来のレーザ超音波検査装置を示すブロック構成図。
【図４３】ファブリ・ペロー共振器の動作を示す説明図。
【図４４】ファブリ・ペロー共振器の動作を示す説明図。
【図４５】従来の他のレーザ超音波検査装置を示すブロック構成図。
【図４６】従来のさらに他のレーザ超音波検査装置を示すブロック構成図。
【符号の説明】
１  レーザ光源（第１のレーザ光源）
２  光学系
３  被検査材
４  レーザ光源（第２のレーザ光源）
５  受信光学系
６ａ〜６ｃ  １／２波長板
７ａ〜７ｆ  偏光ビームスプリッタ
１３  光検出器（信号変換手段）
１４  信号処理装置
１５  表示装置
１６  評価装置
１７  ファブリ・ペロー共振器
１８  光検出器
１９  制御器
２０  駆動機構
２１  １／４波長板
２３  ファイバ入射用光学系（第１の入射用光学系）
２４  光ファイバ（第１の光ファイバ）
２５  ファイバ出射用光学系（照射用光学系）
２６  光分岐器
２８  ファイバ入射用光学系（第２の入射用光学系）
２９  光ファイバ（第２の光ファイバ）
３０  ファイバ出射用光学系（照射・集光用光学系）
３１  結像光学系
３２  結像光学系
３４  ファイババンドル
３５  ファイバ出射用光学系
３６  ２次元アレイ型光検出器
３７  光学系
３８  光分岐器（光合成・分岐手段）
３９  ファイバ入射用光学系（両用入射用光学系）
４０  光ファイバ（両用光ファイバ）
４１  ファイバ出射用光学系（両用照射・集光光学系）
４２  狭帯域光フィルタ
４３ａ，４３ｂ  無反射コート付き窓部
４４ａ，４４ｂ  容器
４５ａ，４５ｂ  媒質
４６  凹レンズ
４７  マイクロレンズアレイ
４８  レンズ
４９  時間ゲート
５０  Ｓ／Ｎ比改善手段
５１ａ，５１ｂ  駆動機構
５２  レール
５３  無軌道走行台車
５４  検査アーム
５５  位置検出装置
５６  監視用ＴＶカメラ
５７ａ，５７ｂ  通信装置
５８  駆動・制御装置
５９  軌道
６０  モノレール式走行台車
６１  可搬型レール
６２  走行台車
６３  原子炉
６４  原子炉内構造物
６５  パルス光伝送装置
６７  炉内検査ロボット
６８  配管
６９  移動ロボット
７０  軌道
７１  走行台車
７２ａ，７２ｂ  照射用ミラー
７３  導波管
７４  水中遊泳ロボット
７５  駆動モータ
７６  構造部材
７７  固定機構
７８，７８ａ〜７８ｃ  光ファイバコネクタ
７９，７９ａ〜７９ｃ  光ファイバコネクタ
８０  保温材
８１  付着物
８２  レーザ光源
８３  レーザ光源
８４  レーザ光源
８５  集光用光学系
８６  光ファイバ
８７  分光分析・評価装置
８８  コンプレッサ
８９  配管
９０  容器
９１  保護膜
９２  遮蔽板駆動制御装置
９３  遮蔽板駆動装置
９４  遮蔽板
９５  距離センサ
９６  微動制御装置
９７  微動ステージ
９８  距離固定用治具
ＳＰ  信号処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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