JP2001318081A - Laser ultrasonic inspection device - Google Patents

Laser ultrasonic inspection device

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JP2001318081A
JP2001318081A JP2000137756A JP2000137756A JP2001318081A JP 2001318081 A JP2001318081 A JP 2001318081A JP 2000137756 A JP2000137756 A JP 2000137756A JP 2000137756 A JP2000137756 A JP 2000137756A JP 2001318081 A JP2001318081 A JP 2001318081A
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誠 落合
Shigeru Kanemoto
茂 兼本
Takahiro Miura
崇広 三浦
Shigehiko Mukai
成彦 向井
Yuji Sano
雄二 佐野
Tomoyuki Ito
智之 伊藤
Katsuhiko Naruse
克彦 成瀬
Seiki Soramoto
誠喜 空本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently detect an inspected material in a narrow part, etc., without impairing remote and non-contact properties by carrying a laser beam for transmitting/receiving an ultrasound by using an optical fiber and a small- sized inspection probe of an optical system for irradiation or the like. SOLUTION: This device has a first laser light source 1, a second laser light source 4, an optical system 5 for reception, a signal conversion means 13, and a signal processing means SP. This device is further equipped with at least one optical fiber 24 for carrying the laser beam EL oscillated by the light source 1 into close proximity with the inspected material 3, and the optical system 25 for irradiation provided on the material 3 side end of the optical fiber 24 to irradiate the material 3 with the laser beam EL under specified irradiating conditions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact and non-contact method for inspecting a crack or a defect or evaluating a material on a measurement object which is difficult to contact or approach, such as a small, high-temperature, narrow part or a moving part. The present invention relates to a laser ultrasonic inspection apparatus that performs destruction with high accuracy.

【0002】[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(199
5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。
2. Description of the Related Art For example, a laser ultrasonic method has recently been proposed as a means for inspecting cracks in equipment and structural materials of a power plant. For an overview of this technique, see, for example, “Yamawaki:“ Laser Ultrasonic and Non-Contact Material Evaluation ”, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 64, No. 2, P. 104-108 (199)
5 years)), the ultrasonic wave is transmitted to the material to be inspected using thermal stress generated by irradiating a pulse laser beam in many cases, or a vaporization reaction force. On the other hand, in many cases, this is a technique of irradiating a receiving point with another laser beam that continuously oscillates, and receiving displacement or vibration velocity induced by ultrasonic waves using its straightness or coherence. It is a well-known technology that it is possible to detect cracks and intrinsic defects in materials using ultrasonic waves, or to evaluate material properties.
According to the laser ultrasonic method, these can be performed in a non-contact manner, and application to various material evaluation fields is expected.

【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。
Several different optical systems have been proposed as means for transmitting and receiving ultrasonic waves in the laser ultrasonic method.
Here, regarding the generation of ultrasonic waves by pulsed laser beam irradiation and the reception of ultrasonic waves using a Fabry-Perot resonator, which are closely related to the present invention, the block configuration of a conventional conventional laser ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. The figure is shown.

【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。
[0004] As shown in FIG. 42, a laser beam EL oscillated from a laser light source 1 for generating an ultrasonic wave is applied through an optical system 2 to a predetermined position on the surface of a material 3 to be inspected in a predetermined beam shape. As the laser light source 1, a Q switch YAG
Lasers and the like are often used.

【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。
Therefore, in the conventional laser ultrasonic inspection apparatus, ultrasonic waves of various modes such as longitudinal waves, transverse waves, and surface waves are applied to the inspected material 3 by the interaction between the inspected material 3 and the irradiated laser beam EL. The generated ultrasonic waves cause phenomena such as reflection, scattering, and change in sound speed due to cracks, defects, or material properties of the material 3 to be inspected, and a detailed description thereof will be omitted here. I do. In any case,
When the ultrasonic wave propagated based on a certain propagation process reaches an arbitrary measurement point on the inspection target material 3, a displacement occurs at the site.

【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。
On the other hand, in FIG. 42, a laser beam ML oscillated from a laser light source 4 for ultrasonic detection irradiates a measurement point on a test object 3 via a lens 8 by a predetermined amount. As the laser light source 4, a continuous oscillation laser light source such as a frequency-stabilized He—Ne laser, an argon laser, and a YAG laser is often used.

【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。
When the measurement point is displaced by the arrival of the ultrasonic wave, the frequency of the laser beam PL irradiated and reflected at the point shifts by an amount proportional to the vibration speed due to the Doppler effect. Here, if the surface of the inspection target material 3 is optically rough, the reflected light PL is scattered, and a part of the light is incident on the optical fiber 10 through the lens 9. The transmitted light of the optical fiber 10 is guided to the Fabry-Perot resonator 17 in the receiving optical system (ROP) 5 via the coupling optical system 11.

【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。
A part of the light component PL guided to the Fabry-Perot resonator 17 is transmitted through the Fabry-Perot resonator 17 and then guided to the photodetector 13 through the lens 12. In this way, the output light of the receiving optical system 5 is converted into an electric signal by the photodetector 13, and the electric signal is amplified to a predetermined signal by the signal processing device 14 in the signal processing device SP and filtered. The result is displayed on the display device 15 and the signal is evaluated and recorded by the evaluation device 16.

【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。
Next, the operation of the Fabry-Perot resonator 17 will be described.

【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。
The Fabry-Perot resonator 17, as shown in FIG. 42, is an optical resonator composed of two opposed mirrors 17a and 17b each having a reflectance of less than 100%. Mirrors 17a and 17b when the interval r is an integer n times the wavelength λ of the incident light.
The light resonates between and the transmitted light amount I becomes maximum.

【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。
FIG. 43 shows a change in the amount of transmitted light I of the Fabry-Perot resonator 17 when the resonator length r is artificially scanned by a distance equal to or longer than the wavelength λ. As shown in FIG. 43, it can be seen that the amount of transmitted light I becomes maximum at the time when the resonator length r becomes an integer n times the wavelength λ, and then the behavior of attenuating quickly is repeated for each wavelength.

【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、(ν+Δν)=
r/nでピークを有する曲線となる。
On the other hand, the cavity length r is fixed to the point A where the rate of change in the amount of transmitted light per unit length change is maximum in the curve shown in FIG. 43, and the optical frequency ν (= c / λc: speed of light) is scanned. FIG. 44 shows the change of the transmitted light amount I in the case. This is relatively fixed at the optical frequency ν (or wavelength λ) and the cavity length r
Is changed, the behavior becomes the same as that of (ν 0 + Δν) =
The curve has a peak at r / n.

【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νのままであり、ファブリ・ペロー
共振器17の透過光量IはIで一定である。
The case where the light PL reflected from the material 3 to be inspected is incident on the Fabry-Perot resonator 17 thus adjusted will be described. In a normal case, since the surface of the inspection object 3 is stationary, the frequency of the light PL reflected on the surface of the inspection object 3 remains ν 0 , and the transmitted light amount I of the Fabry-Perot resonator 17 is It is constant at I 0.

【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±ν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±Iだけ変化することになる。
However, when the ultrasonic wave reaches the measurement point, the frequency of the measurement light PL changes by ± ν D due to the Doppler shift as described above, and as shown schematically in FIG. 44, the Fabry-Perot resonator The amount of transmitted light I at 17 also changes by ± ID accordingly.

【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。
That is, the Fabry-Perot resonator 17 makes it possible to detect the arrival of the ultrasonic wave as a change in the intensity of the transmitted light. This change in light intensity is determined by an avalanche photodiode (hereinafter referred to as APD), PIN
Since it can be converted into an electric signal using a photodetector 13 such as a photodiode (hereinafter referred to as PIN-PD), a photodiode (hereinafter referred to as PD), a photomultiplier tube (hereinafter referred to as PM), an oscilloscope. If you display the time on the horizontal axis and the electric signal strength on the vertical axis using
The ultrasonic signal can be displayed and recorded on the display device 15 for observation.

【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。
On the other hand, as described above, the distance r between the mirrors 17a and 17b facing each other in the Fabry-Perot resonator 17 is sufficiently shorter than the wavelength of the incident light (for example, about 633 nm in the case of He-Ne laser light). The adjustment must be made by the spatial length, and the adjustment may be easily shifted due to thermal expansion of parts due to a change in ambient temperature or mechanical vibration around the part.

【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。
Therefore, there is conventionally a laser ultrasonic inspection apparatus provided with a resonance length control system as shown in FIG. In addition,
In FIG. 45, the same portions as those of the laser ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 42 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【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。
In this laser ultrasonic inspection apparatus, as shown in FIG. 45, a laser beam ML oscillated from a laser light source 4 for ultrasonic detection is
After the polarization plane is controlled by the two-wavelength plate 6a, the measurement point on the inspection target material 3 is irradiated by a predetermined amount via the polarization beam splitter 7a and the lens 8.

【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。
When the measuring point is displaced by the arrival of the ultrasonic wave, the frequency of the laser beam PL irradiated and reflected at the point shifts by an amount proportional to the vibration speed due to the Doppler effect. Here, if the surface of the inspection target material 3 is optically rough, the reflected light PL is scattered, and a part of the light is incident on the optical fiber 10 through the lens 9. The light transmitted through the optical fiber 10 is guided to the Fabry-Perot resonator 17 via the coupling optical system 11 and the polarization beam splitter 7b. A part of the light component PL guided to the Fabry-Perot resonator 17 passes through the Fabry-Perot resonator 17, and then is guided to the photodetector 13 through the lens 12 and the polarization beam splitter 7c. In this way, the output light of the receiving optical system 5 is converted into an electric signal by the photodetector 13, and the electric signal is amplified to a predetermined signal by the signal processing device 14 in the signal processing device SP and filtered. The result is displayed on the display device 15 and the evaluation device 16
The signal is evaluated and recorded.

【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。
On the other hand, a part of the laser beam ML is branched in advance by the polarization beam splitter 7a, and directly enters the Fabry-Perot resonator 17 via the polarization beam splitter 7b as the reference beam RL without passing through the material to be inspected 3. I do. The transmitted light is separated from the reflected light PL from the material 3 to be inspected by the polarization beam splitter 7 c and detected by the photodetector 18.

【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。
Since the reference light RL does not undergo any frequency shift on the optical path, the output signal level of the photodetector 18 should always be constant. If the signal level of the photodetector 18 changes,
Since this means that the resonator length r has changed for some reason, the output signal level of the photodetector 18 is input to the drive mechanism 20 such as a piezo element for driving the mirror 17b via the controller 19. By driving the mirror 17b so that the output signal level of the photodetector 18 becomes constant, the resonator length r can always be controlled to an optimum value.

【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。
With this configuration, the photodetector 13 is a high-speed detector in the MHz band for ultrasonic measurement, and the photodetector 18 is a low-speed detector in the at most kHz band for detecting disturbance vibration and temperature change. Can be used, and a signal in a specific band can be detected with high sensitivity.

【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。
On the other hand, means for controlling the Fabry-Perot resonator 17 using the measurement light PL without using the reference light RL as in the conventional laser ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 46 is also well known. This utilizes the fact that the band of the ultrasonic signal to be detected (MHz band) and the fluctuation band of vibration and temperature (at most kHz band) which are disturbance factors of the Fabry-Perot resonator 17 are greatly different, and the driving mechanism 20 is used. By applying a mechanism having a relatively slow response to the above, the Fabry-Perot resonator 17 is controlled so as not to respond to the ultrasonic signal but to respond only to the disturbance. When the surface of the inspection target material 3 is close to the optical mirror surface, a means for spatially guiding the reflected light PL to the Fabry-Perot resonator 17 without passing through the optical fiber 10 is also applicable.

【0024】[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。
The laser ultrasonic inspection apparatus according to the prior art has no obstacle between the inspection object 3 and the propagation of the laser beam for transmitting and receiving ultrasonic waves in space. It is effective if it can be performed well.

【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。
However, the material 3 to be inspected has some parts such as a high temperature, a high place, a high radiation field, a complicated shape part, etc., which are difficult to contact or have poor proximity and require remote non-contact inspection means. On the other hand, they are often located at positions where it is difficult to spatially transmit the laser beam, such as in a narrow portion or inside a shield.

【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。
The surfaces of the test pieces 3 are non-uniform and have different reflection characteristics, and the signal / noise ratio (hereinafter referred to as S) of an optical signal detectable by the receiving optical system 5 such as the Fabry-Perot resonator 17. / N ratio) is also expected to be bad.

【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。
Further, when an actual inspection operation for a narrow portion is assumed, it is necessary to transport a part or all of the laser ultrasonic inspection apparatus to an inspection site using a robot or the like. Although a number of material processing and material improvement methods using a laser beam have been proposed at present, it is desirable to perform crack inspection and material evaluation before and after applying these methods.

【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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to use a laser beam for transmitting and receiving an ultrasonic wave by using an optical fiber and a small inspection probe such as an irradiation optical system. It is an object of the present invention to provide a laser ultrasonic inspection apparatus capable of efficiently inspecting a material to be inspected such as a narrow portion without impairing the remote non-contact property by transmitting the information.

【0029】[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本の光ファ
イバと、こ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
で照射する照射用光学系とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the material to be inspected in order to receive an ultrasonic signal generated in the material to be inspected; A receiving optical system for optically detecting information on the ultrasonic wave from a reflection component on a material surface, a signal converting unit for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal, and the signal converting unit And a signal processing means for displaying and recording the information related to the propagation of the ultrasonic wave, wherein the laser light oscillated from the first laser light source is used as the material to be inspected. Neighborhood At least one optical fiber transmitted by the optical fiber, and an irradiation optical system provided at a tip of the optical fiber on the inspection material side and irradiating the inspection object with the first laser light under predetermined irradiation conditions. It is characterized by having.

【0030】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2のレーザ光源から発振したレー
ザ光を前記被検査材近傍まで伝送させ、かつ前記第2の
レーザ光源によって照射された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本の光ファイバと、この光ファイバの前記
被検査材側先端に設けられレーザ光の照射・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。
According to a second aspect of the present invention, a first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected and an ultrasonic signal generated on the material to be inspected are received. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the material to be inspected, and optically converts information about the ultrasonic wave from a reflection component of the second laser light on the surface of the material to be inspected. A receiving optical system for detecting, a signal converting means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal, a signal processing of an output signal of the signal converting means, and a transmission of the ultrasonic wave. In a laser ultrasonic inspection apparatus having signal processing means for displaying and recording information, a laser beam oscillated from the second laser light source is transmitted to the vicinity of the material to be inspected, and the second laser light source transmits the laser light. At least one optical fiber for transmitting a reflected component of the irradiated laser light on the surface of the material to be inspected to the receiving optical system, and irradiating / collecting the laser light provided at a tip of the optical fiber on the material to be inspected side; An illumination / condensing optical system for performing light is provided.

【0031】請求項3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。
According to a third aspect of the present invention, a first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected and an ultrasonic signal generated on the material to be inspected are received. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the material to be inspected, and optically converts information about the ultrasonic wave from a reflection component of the second laser light on the surface of the material to be inspected. A receiving optical system for detecting, a signal converting means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal, a signal processing of an output signal of the signal converting means, and a transmission of the ultrasonic wave. A laser ultrasonic inspection apparatus having signal processing means for displaying and recording information;
At least one first optical fiber that transmits the laser light to the vicinity of the material to be inspected, and the first laser light provided at the tip of the first optical fiber on the material to be inspected side, and transmits the first laser light to the material to be inspected. An irradiation optical system for irradiating the object under predetermined irradiation conditions, and transmitting the second laser light oscillated from the second laser light source to the vicinity of the material to be inspected, and irradiated by the second laser light source. At least one second optical fiber for transmitting a reflected component of the second laser light on the surface of the inspection target material to the receiving optical system, and a second optical fiber provided at a tip of the second optical fiber on the inspection target material side. And an irradiating and condensing optical system for irradiating and condensing the second laser light.

【0032】請求項4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。
According to a fourth aspect of the present invention, a first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected and an ultrasonic signal generated on the material to be inspected are received. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the material to be inspected, and optically converts information about the ultrasonic wave from a reflection component of the second laser light on the surface of the material to be inspected. A receiving optical system for detecting, a signal converting means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal, a signal processing of an output signal of the signal converting means, and a transmission of the ultrasonic wave. A laser ultrasonic inspection apparatus having signal processing means for displaying and recording information; a photosynthesis / branching means for superimposing the first laser light and the second laser light on the same optical axis;
A dual-use optical system for receiving the first and second laser beams, respectively, and transmitting the first and second laser beams to the vicinity of the inspection target material; A dual-use optical fiber for transmitting a reflection component on a surface of an inspection material to the receiving optical system, and installed at the tip of the dual-purpose optical fiber on the material to be inspected, and applying the first and second laser beams to the material to be inspected. A dual-purpose irradiation / condensing optical system for irradiating under a predetermined irradiation condition and condensing the reflection component under a predetermined light collecting condition is provided.

【0033】請求項5記載の発明は、請求項1ないし4
のいずれかに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。
The invention according to claim 5 is the invention according to claims 1 to 4
In the laser ultrasonic inspection apparatus according to any one of the above, the first laser light source for generating an ultrasonic wave on the material to be inspected is a pulsed Nd: YAG laser light source.

【0034】請求項6記載の発明は、請求項1ないし4
のいずれかに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。
The invention according to claim 6 is the invention according to claims 1 to 4
In the laser ultrasonic inspection apparatus according to any one of the above, the second laser light source for irradiating the surface of the material to be inspected and receiving an ultrasonic signal is a second harmonic light source of a continuously oscillating Nd: YAG laser. There is a feature.

【0035】請求項7記載の発明は、請求項1ないし4
のいずれかに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。
The invention according to claim 7 is the invention according to claims 1 to 4.
In the laser ultrasonic inspection apparatus according to any one of the above, an anti-reflection means for reducing the amount of return light due to the reflection of the end face is provided at the input / output section of the optical fiber.

【0036】請求項8記載の発明は、請求項1ないし4
のいずれかに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。
The invention according to claim 8 is the invention according to claims 1 to 4.
In the laser ultrasonic inspection apparatus according to any one of the above, a receiving optical system for optically detecting information about ultrasonic waves is a Michelson interferometer, and the receiving optical system has a reflection component on the surface of the material to be inspected. The optical fiber for transmitting the signal is a single mode optical fiber.

【0037】請求項9記載の発明は、請求項1ないし4
のいずれかに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。
According to the ninth aspect of the present invention, there are provided the first to fourth aspects.
In the laser ultrasonic inspection apparatus according to any of the above, the receiving optical system for optically detecting information about the ultrasonic wave is a Fabry-Perot optical meter, the Fabry-Perot optical meter in the surface of the material to be inspected. The optical fiber for transmitting the reflection component is one of a graded index optical fiber and a step index optical fiber.

【0038】請求項10記載の発明は、請求項9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。
According to a tenth aspect of the present invention, in the laser ultrasonic inspection apparatus according to the ninth aspect, the reference light for controlling the resonator of the Fabry-Perot optical meter transmits a reflection component on the surface of the material to be inspected. Characterized in that it transmits through an optical fiber having the same core diameter.

【0039】請求項11記載の発明は、請求項1ないし
4のいずれかに記載のレーザ超音波検査装置において、
第1のレーザ光源から発振された第1のレーザ光を光フ
ァイバに入射するための焦点分散型光学系を設けたこと
を特徴とする。
According to the eleventh aspect of the present invention, in the laser ultrasonic inspection apparatus according to any one of the first to fourth aspects,
A focus dispersive optical system for inputting the first laser light oscillated from the first laser light source to the optical fiber is provided.

【0040】したがって、請求項1〜11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。
Therefore, according to the first to eleventh aspects of the present invention, a laser beam for transmitting and receiving an ultrasonic wave is transmitted using an optical fiber, an irradiation optical system, or a small inspection probe of an irradiation / condensing optical system. By transmitting, it is possible to efficiently inspect the inspection target material in the narrow portion without impairing the remote non-contact property.

【0041】[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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition,
In each embodiment and each modified example, the same or corresponding portions as those in the conventional configuration are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 42 to 46, and overlapping description will be omitted, and only different configurations will be described.

【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。
[First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, an ultrasonic wave excited by a first laser light EL oscillated from a laser light source 1 for generating an ultrasonic wave as a first laser light source is used as a reference light RL. The reflected light PL, which is the reflected light from the measurement point on the material 3 to be inspected, is applied to the Fabry-Perot resonator 17 that is stably controlled using the 1 / wavelength plate 21, the polarizing beam splitter 7 d, the mirror 22, 1 / The configuration is the same as that of FIG. 45 except that the optical fiber 10 is not used, except for the operation of measuring by making the light enter the Fabry-Perot resonator 17 via the two-wavelength plate 6b.

【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1
3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。
That is, in this embodiment, as in the case of the laser ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 45, the first (laser) light EL for oscillating the laser light (first laser light) EL for generating ultrasonic waves on the material 3 to be inspected. A laser light source 1 as a laser light source of the above, and a second laser light oscillating a laser light (second laser light) ML applied to the inspection target material 3 to receive the generated ultrasonic signal.
A laser light source 4 as a laser light source, and a receiving optical system 5 for optically detecting information on ultrasonic waves from a reflection component of the second laser light ML on the surface of the inspection target material 3.
And a photodetector 1 as signal conversion means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system 5 into an electric signal.
3 and a signal processing device SP for appropriately processing the output signal of the photodetector 13 to display and record information on the propagation of the ultrasonic wave.

【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。
In this embodiment, the laser light EL oscillated from the laser light source 1 is incident on a fiber incidence optical system 23 as a first incidence optical system, and the fiber incidence optical system 23 is connected to an optical fiber ( At the rear end of the first optical fiber 24, a fiber emission optical system 25 as an irradiation optical system is mounted at the front end of the optical fiber 24.

【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。
Therefore, the laser light EL oscillated from the laser light source 1 is incident on the optical fiber 24 via the fiber incident optical system 23, and is transmitted to the vicinity of the material 3 to be inspected by using the optical fiber 24. The surface of the inspection target material 3 is irradiated in a predetermined irradiation shape by a fiber emission optical system 25 provided at the tip of the fiber 24.

【0047】次に、本実施形態の作用を説明する。Next, the operation of the present embodiment will be described.

【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。
Normally, as the laser beam EL used for ultrasonic excitation, a pulse laser beam having a pulse energy of mJ class or more is used, but this is at a harmful level when erroneously irradiated on the human body or the like. Therefore, in order to spatially propagate the light over a long distance, safety considerations such as providing an optical path shielding means are required.

【0049】したがって、図1に示すようにレーザ光E
L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。
Therefore, as shown in FIG.
L through an optical system 23 for fiber incidence to an optical fiber 24
Is transmitted to the vicinity of the inspection target material 3 using the optical fiber 24, and is irradiated from the laser light source 1 to the fiber by irradiating the surface of the inspection target material 3 with a predetermined irradiation shape by the fiber emission optical system 25. It is sufficient to shield the optical path only for a very short distance from the optical system for incidence 23 and the optical system for emission from the fiber 25 to the material 3 to be inspected, and it is possible to reduce the cost for installing the optical path shielding means.
The inspection target material 3 installed in a narrow part or the like can be efficiently inspected without impairing the remote non-contact property.

【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。
[Modification of First Embodiment] FIG. 2 is a block diagram showing a modification of the first embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the effect of the structure of FIG. FIG.

【0051】本変形例は、図2に示すようにレーザ光E
L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,…2
5nで被検査材3表面の複数点に照射するものである。
In this modified example, as shown in FIG.
26n is split into a predetermined number of beams by a plurality of optical splitters 26a, 26b,... 26n, and each of the beams is split through a plurality of optical fibers 24a, 23b,. .. 24n, and a plurality of optical systems 25a, 25b,.
At 5n, a plurality of points on the surface of the material 3 to be inspected are irradiated.

【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.Dr
ain,“Laser Ultrasonics: T
echniques and Application
s”(Bristol:Adam Hilger)19
90年など参照〕。
Regarding the excitation of ultrasonic waves by laser beam irradiation, the directivity of ultrasonic waves generated depending on the irradiation shape,
It is known that the frequency and the like can be controlled [for example, C.I. B. Scrubby and L.S. E. FIG. Dr
ain, "Laser Ultrasonics: T
echniques and Application
s "(Bristol: Adam Hiller) 19
90 years etc.].

【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。
In the normal case, such a spot shape is formed by using a lens system. For example, using the configuration shown in FIG. 2, the irradiation spot is formed as shown by points 27a, 27b,. When arranged in a line, sound waves on a circle centered on each point are phase-matched on the surface of the material 3 to be inspected.
A surface wave which is strengthened in the directions of D1 and D2 and hardly propagates in the vertical direction can be formed.

【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。
As described above, according to this modification, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

【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。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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2
2、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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the ultrasonic wave excited by the laser beam EL is measured by the Fabry-Perot resonator 17 in which the reference beam RL is used to stably control the ultrasonic wave. The measurement light PL reflected from the point is 1
/ 4 wavelength plate 21, polarizing beam splitter 7d, mirror 2
The measurement is performed by entering the Fabry-Perot resonator 17 through the half-wave plate 6b.

【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。
In this embodiment, a fiber incident optical system 28 as a second incident optical system for inputting measurement light ML as a second laser beam to an optical fiber 29 as a second optical fiber is provided. An optical fiber 29 that transmits the measurement light ML to the vicinity of the inspection target material 3 and transmits a reflection component of the measurement light ML on the surface of the inspection target material 3 to the receiving optical system 5; A fiber emitting optics as an irradiating / light collecting optical system for irradiating the measuring light ML to the material to be inspected 3 at a predetermined irradiation condition on the side tip under predetermined irradiation conditions, and condensing its reflection component under predetermined light collection conditions. And a system 30.

【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。
That is, the fiber input optical system 28 is attached to the rear end of the optical fiber 29, and the fiber output optical system 30 is attached to the distal end.

【0059】なお、上記以外の構成および動作は、図4
5に示す従来例と同様であるのでその説明を省略する。
The structure and operation other than the above are shown in FIG.
5 is the same as the conventional example shown in FIG.

【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2
8、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。
Therefore, in the present embodiment, the material to be inspected 3
Not only the reflected light PL from
8. The transmission of the measurement light ML using the optical fiber 29 and the fiber emission optical system 30 also uses the optical fiber.
At this time, the reflected light PL from the material 3 to be inspected propagates along the same path and is guided to the Fabry-Perot resonator 17.

【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。
With such a configuration, it is possible to receive the ultrasonic wave only by installing the small fiber emitting optical system 30 near the relatively high energy laser beam EL. The ultrasonic inspection can be performed at the same time by using together with an existing pulse laser system such as a cutting device, a laser processing device, and a laser material improving device.

【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。
[First Modification of Second Embodiment] FIG. 5 is a block diagram showing a first modification of the second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention, and FIG. 6 is based on the constitution of FIG. It is explanatory drawing which shows an effect.

【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。
In the first modification, as shown in FIG. 5, a transmission system comprising a fiber input optical system 28, an optical fiber 29 and a fiber output optical system 30 for transmitting the measurement beam ML and the reflected light PL. The system has two systems. That is, the transmission system of the first modified example is composed of optical systems 28a and 28b for fiber incidence, optical fibers 29a and 29b,
As in the case of the fiber emission optical systems 30a and 30b, two systems are configured.

【0064】この際、ファイバ入射用光学系28a,2
8b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。
At this time, the fiber input optical systems 28a, 28a
At the front stage of FIG.
While an imaging optical system 31 for transferring the image to the Perot resonator 17 is provided, an imaging optical system 32 for transferring the transferred image to the light detection surface is provided in front of the photodetectors 13a and 13b. Have been. This makes it possible to individually detect the beams that have propagated through the respective transmission systems, and it is possible to perform measurement at a plurality of points using one Fabry-Perot resonator 17.

【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。
Although the configuration using two transmission systems has been described in FIG. 5, a configuration using a larger number of transmission systems is also possible based on this modification. In the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-351440, as shown in FIG. 6, the ultrasonic wave US transmitted by the laser beam EL is detected by a plurality of (two in the figure) measurement beams PL1 and PL2. Means for improving the detection performance of the crack 33 by measuring both the ultrasonic component UT transmitted through the crack 33 and the reflected component UR has been proposed. In order to realize this method, a configuration in which a measurement beam is spatially propagated and guided to a measurement point can be considered. However, if an optical fiber as shown in FIG. 33 can further improve the detection performance.

【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。
[Second Modification of Second Embodiment] FIG. 7 is a block diagram showing a second modification of the second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
The configuration and the basic operation of the second modification are the same as those of the second embodiment shown in FIG. 5, but in this second modification, as shown in FIG.
Is used to enable distribution measurement rather than multi-point reception.

【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。
The laser beam applied to the inspection target material 3 by the fiber emission optical system 35 is reflected at each point on the surface of the inspection target material 3, but the positional relationship is preserved by the fiber bundle 34. The spatial information, that is, the image of the end face of the fiber bundle 34 is transferred to the Fabry-Perot resonator 17 by the imaging optical system 31. The light emitted from the Fabry-Perot resonator 17 is transmitted to the imaging optical system 32.
When the image is transferred to the detection surface of the two-dimensional array type photodetector 36 through the above, information of each point of the surface of the inspection target material 3 is detected by each element of the two-dimensional array type photodetector 36, Can be spatially visualized.

【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。
In this case, as the two-dimensional array type photodetector 36, besides a normal CCD sensor, a CCD sensor with an image intensifier can be used.

【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3
4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。
In the second embodiment and each of the modifications, the optical fiber 29 or the fiber bundle 3 is used as a transmission system.
4, the same operation and effect can be obtained by spatial transmission using an optical system such as an imaging lens.

【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。
[Third Embodiment] FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In the present embodiment, the transmission system for transmitting the laser beam EL of the first embodiment and the transmission system for transmitting the measurement light ML and the reflected light PL of the second embodiment are used in combination.

【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2
8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。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, a fiber incident optical system 23 for injecting a laser beam EL into one or a plurality of optical fibers 24, and a laser beam EL corresponding thereto are received. One or a plurality of optical fibers 24 to be transmitted to the vicinity of the inspection material 3, and a laser beam EL is irradiated to the inspection material 3 at a predetermined irradiation condition on the tip of the one or more optical fibers 24 on the inspection material 3 side. And a fiber input optical system 2 for inputting the laser beam ML to one or a plurality of optical fibers 29.
8, one or a plurality of optical fibers 29 for transmitting the laser light ML to the vicinity of the material 3 to be inspected and transmitting the reflected component of the laser light ML on the surface of the material 3 to the fiber emitting optical system 30; An irradiation / light condensing optical system that irradiates a laser light ML to the tip of the optical fiber 29 on the material to be inspected 3 under predetermined irradiation conditions and condenses the reflected component thereof under predetermined light condensing conditions. And a fiber emission optical system 30.

【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。
With this configuration, it is possible to perform an inspection by installing only the optical systems 25 and 30 for emitting fibers in the vicinity of the inspection target material 3. In the case where the inspection target material 3 is located in a narrow portion, etc. Also, the laser ultrasonic inspection can be performed without transmitting the laser light spatially.

【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。
[Fourth Embodiment] FIG. 9 is a block diagram showing a fourth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In the present embodiment, the transmission system for transmitting the laser beam EL of the first embodiment and the transmission system for transmitting the measurement light ML and the reflected light PL of the second embodiment are used in combination. The transmission system is the same.

【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。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the optical path of the laser light EL is adjusted by an optical system 37 such as a mirror, and this laser light EL is measured by a light splitter 38 as a light combining / branching means. After superimposing coaxially with
A fiber incident optical system 39 as a dual-purpose incident optical system,
An optical fiber 40 as a dual-use optical fiber and a fiber emission optical system 41 as a dual-use irradiation / condensing optical system transmit light to the material 3 to be inspected.

【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1
3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。
In such a configuration, the reflected light PL from the material 3 to be inspected is guided to the Fabry-Perot resonator FP through the same path. At this time, the reflected component of the laser beam EL also includes the Fabry-Perot resonator. Resonator 17 and photodetector 1
3 is incident as stray light and becomes noise. In this case,
Laser light sources having different wavelengths are used for the laser light source 1 and the laser light source 4, and the laser light source 4 is provided in front of the photodetector 13.
It is necessary to prevent the reflected component of the laser beam EL from being incident on the photodetector 13 by installing a narrow band optical filter 42 that transmits only the oscillation wavelength of the laser beam EL.

【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。
In the laser ultrasonic inspection apparatuses of the first to fourth embodiments, the laser light source 1 is provided with a fundamental wave Nd which can oscillate laser light having a pulse energy sufficient to excite ultrasonic waves. A YAG laser light source is used.

【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。
In the laser ultrasonic inspection apparatuses of the first to fourth embodiments, the laser light source 4 can oscillate laser light having coherence and narrow band enough to receive ultrasonic waves. And a second harmonic Nd: YAG laser light source having a different wavelength from the fundamental wave of the Nd: YAG laser.

【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。
[Fifth Embodiment] FIGS. 10A and 10B are explanatory views showing a fifth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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24,2
9,40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。
This embodiment is different from the laser ultrasonic inspection apparatus of the first to fourth embodiments in that the optical fibers 24, 2
At least one of the input / output portions of the optical fibers 9, 40 and the fiber input optical systems 23, 28, 39 or the optical fibers 24, 29, 40 and the fiber output optical systems 25, 30, 41 as the irradiation / condensing optical system. And anti-reflection means for reducing the amount of return light due to the reflection of the end face.

【0083】すなわち、本実施形態は、光ファイバ2
4,29,40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R
L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。
That is, in this embodiment, the optical fiber 2
4, 29 and 40 are characterized by having an anti-reflection function as shown in FIG. 10B, for example. An ordinary optical fiber has a structure composed of a core Cr and a clad Cl as shown in FIG. 10A, and when the measurement light ML is incident thereon, the incident light is reflected by the incident light PL from the material 3 to be inspected. And the end face reflection Lx of the emission section are mixed,
The light propagates along the same optical axis and is detected by the photodetector 13 and the reflected light R
In addition to the noise in the L measurement, the light returns to the laser light source 1 or 4 through the incident optical path and adversely affects the stability of the light source.

【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。
Thus, as shown in FIG. 10B, if both ends of the fiber are inclined at an appropriate angle, the stray light of the end face reflection Lt or the end face reflection Lx will have the same optical axis as the reflected light PL or the measurement light ML. , And good measurement can be realized. Therefore, according to the present embodiment,
It is possible to suppress the influence of the reflection from the fiber incident surface.

【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。
[Modification of Fifth Embodiment] FIG. 11 is an explanatory view showing a modification of the fifth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
This modified example is a modification of the laser ultrasonic inspection apparatus of the first to fourth embodiments, as shown in FIG.
Are respectively formed in the containers 44a and 44b, and the insides of the containers 44a and 44b are respectively filled with fiber cores Cr.
, The end face reflection Lt of the incident part and the end face reflection Lx of the emission part can be considerably reduced.

【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。
The use of a fiber having an anti-reflection coating on the input / output end face of the fiber is also included in the scope of the present embodiment. Further, even when the optical fibers 23 and 29 are connected on the way using a connector or the like, the same effect can be obtained by performing the same processing as described above on the end face.

【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。
[Sixth Embodiment] FIG. 12 is a block diagram showing a sixth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, a Michelson interferometer for measuring a surface displacement induced by an ultrasonic wave as the receiving optical system 5 in the laser ultrasonic inspection apparatus of the first to fourth embodiments. Is used. here,
In the Michelson interferometer, since the coherence of the interference light becomes a problem, it is efficient to use a single mode optical fiber as the optical fiber 29.

【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。
In the receiving optical system 5 shown in FIG. 12, quarter-wave plates 21a and 21b are provided, and deflection beam splitters 7e and 7f are provided.

【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。
On the other hand, the laser ultrasonic inspection apparatus shown in FIGS. 1, 2, 4, 5, 7, 8, and 9 uses a Fabry-Perot resonator 17 as the receiving optical system 5.
Here, the type of optical fiber used in each embodiment is not limited. However, when the Fabry-Perot resonator 17 is used, the optical fiber 29 is a multi-mode optical fiber such as a step index optical fiber or a graded index optical fiber. It is more efficient to use.

【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。
[Seventh Embodiment] FIG. 13 is a block diagram showing a receiving optical system of a laser ultrasonic inspection apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 13 shows only the portion of the Fabry-Perot resonator 17, which is the receiving optical system 5, in an extracted manner.

【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。
In this embodiment, as shown in FIG. 13, a fiber incident optical system 28b, an optical fiber 29b, and a fiber emitting optical system 30b are installed in the optical path of the reference light RL in the same manner as the optical path of the measurement light ML. ing. That is, the reference light RL for controlling the Fabry-Perot resonator 17 is transmitted through the third optical fiber 29 b having the same core diameter as the second optical fiber 29.

【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。
As a result, Fabry-Perot resonator 17
The optical characteristics such as the beam diameter and the mode of the reference light for controlling the reference light become much closer to the actually measured reflected light RL, and it is possible to provide the receiving optical system 5 that is highly sensitive and easy to adjust.

【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。
[Eighth Embodiment] FIG. 14 is a block diagram showing a fiber incidence optical system of an eighth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
The present embodiment has a focal point dispersion type optical system for making the laser light oscillated from the laser light source 1 enter the optical fiber 24 as shown in FIG. That is,
This focus dispersion type optical system includes a concave lens 46 for enlarging a laser beam EL, and a microlens array for adjusting an optical path so that a beam passing through each point in a beam cross section of the laser beam EL is condensed at a spatially different position. 47 and a lens 48.

【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2
4に入射するようにしている。
In the above-described configuration, the laser beam EL oscillated from the laser light source 1 is temporarily expanded by the concave lens 46, and thereafter, the beam passing through each point in the beam cross-section is spatially different by the microlens array 47. The optical path is adjusted so as to be condensed, and then the optical fiber 2 is
4.

【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。
Here, since the laser beam EL has a relatively high pulse energy, if it is simply condensed spatially at one point, a breakdown occurs at that point and the optical fiber 24
Etc. may be damaged.

【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2
4に伝送することが可能となる。
Therefore, according to the structure shown in FIG. 14, since the laser beam EL does not have a single point of focus, there is no concentration of energy, the optical fiber 24 is not damaged, and the laser beam EL having a higher energy is used. The optical fiber 2
4 can be transmitted.

【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。
As described above, according to the first to eighth embodiments, a small inspection probe of an optical fiber, an irradiating optical system or an irradiating and condensing optical system is used for transmitting and receiving a laser beam for transmitting and receiving ultrasonic waves. , The material to be inspected 3 in a narrow portion can be efficiently inspected without impairing the remote non-contact property.

【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。
[Ninth Embodiment] FIG. 15 is a block diagram showing a ninth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In the ultrasonic excitation method by laser irradiation, a longitudinal wave, a transverse wave, a surface wave, and the like are simultaneously generated as described above. Among these ultrasonic modes, for example, longitudinal waves and transverse waves propagating inside the material 3 to be inspected are suitable for measuring defects, material properties, or plate thickness inside the material 3 to be inspected. Propagating surface waves are suitable for measuring surface cracks and surface properties or the properties of a film attached to the surface.

【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/se
c、縦波音速は約6,000m/sec、横波音速は約
3,240m/secである。
Here, these ultrasonic modes have a unique sound speed determined by the material of the material 3 to be inspected. For example, when the material to be inspected 3 is steel, the surface acoustic wave velocity is about 2,900 m / sec.
c, the longitudinal wave velocity is about 6,000 m / sec, and the transverse wave velocity is about 3,240 m / sec.

【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:d〜d)と既知の音速vとから
[0104] Thus, this embodiment, (the distance from the sound source: d b ~d e) spatial region to be observed in advance, as shown in FIG. 15 and the known acoustic velocity v

【数1】 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。
(Equation 1) A time gate 49 having a time interval of
, It is possible to observe a desired signal without being interfered by another mode.

【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。
As described above, in the present embodiment, the signal processing means 14 extracts a surface wave component propagating on the surface of the material 3 to be inspected, a longitudinal wave component or a transverse wave component propagating therein, from the generated ultrasonic waves. From the information, the presence / absence of cracks on the surface, inside and back of the material 3 to be inspected, the size and surface wave of the crack, the thickness of the material to be inspected, the state of the back surface, and the propagation of longitudinal or transverse waves are displayed and recorded. It was done.

【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。
[Tenth Embodiment] FIG. 16 is a block diagram showing a tenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention, and FIG. 17 is a diagram showing signal processing using wavelet transform in the tenth embodiment. FIG.

【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。
The ultrasonic signal detected by the receiving optical system 5 and the photodetector 13 may be, for example, a disturbance noise or a noise generated by the photodetector 13 or the signal processing device 14 due to noise or the like. In some cases, the N ratio cannot be obtained well.

【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。
At this time, by installing the S / N ratio improving means 50 in the signal processing device 14 as in this embodiment,
Good signal observation becomes possible. As the S / N ratio improving means 50, for example, when it is known that a signal is mixed in a certain frequency band, a low-pass filter, a high-pass filter, or a band-eliminating filter for removing the band may be used. If the frequency band of the component is known in advance, or if it is desired to focus only on the signal component of a certain frequency band, a band-pass filter that passes only that band may be used.

【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。
If the dominant noise has a random frequency component such as thermal noise, it may have an averaging function of averaging the signals a plurality of times. In this case, if the transmission and reception intervals of the ultrasonic waves by the laser are always the same, averaging processing using the transmission timing of the laser light source 1 as a reference time (trigger) is convenient for timing control. If the transmission / reception interval changes with time due to problems such as scanning of transmission / reception points,
The ultrasonic signal may be digitized and stored, and only data that can be regarded as having substantially the same distance may be selected from the data and averaged.

【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。
Further, when the ultrasonic signal to be observed is a repetitive signal having a waveform that can be considered to be substantially similar, such as an ultrasonic echo signal, an autocorrelation of the signal or a signal serving as a reference prepared in advance. The S / N ratio can also be improved by calculating the cross-correlation with.

【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。
When the frequency component included in the detected ultrasonic signal is important, a specific phenomenon can be detected with high sensitivity by performing signal processing using a wavelet transform as shown in FIG. It is possible. Note that these processes include not only a case where the output signal of the photodetector 13 is processed as an analog electric signal, but also a case where an analog-digital converter is installed in the signal processing unit 14 and processed as a digital signal. .

【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。
As described above, in the present embodiment, in the signal processing device 14, the received ultrasonic signal is subjected to signal filtering in an appropriate band, signal averaging a plurality of times, correlation processing in an appropriate region, or appropriate processing. Wavelet transform processing of a band is performed.

【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。
[Eleventh Embodiment] FIG. 18 is a block diagram showing an eleventh embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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、2
9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51
a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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 18, laser light EL and measurement light
In step 9, the light is transmitted to the optical systems 25 and 30 for emitting fibers, and the optical systems 25 and 30 for emitting fibers are mounted on individual drive mechanisms 51 a and 51 b.
The inspection of one point or a plurality of points on the inspection target material 3 is automatically performed by configuring the a and 51b so that they can be scanned and driven on the rail 52 laid in advance. The driving mechanism 51a, 51b and the rail 52 constitute a scanning unit.

【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。
Therefore, in the present embodiment, there is provided scanning means for scanning the emission optical systems 25 and 30 individually or simultaneously, and the signal processing device 14 receives the ultrasonic information received by the scanning means. Multi-dimensional display is performed in association with the scanning position.

【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。
In the case where the material to be inspected 3 is in a narrow part or a high place, or when the material to be inspected 3 itself is difficult to access due to high temperature, high radioactivity, etc. Even when the same location is regularly inspected, there is an effect that an inspection at a predetermined position can be performed in a short time by the rail 52 installed in advance.

【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。
Further, if a position detecting mechanism is attached to the driving mechanisms 51a and 51b, it is possible to quantitatively associate the inspection record with the inspection position.

【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5
1b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。
In the present embodiment, the optical systems 25 and 30 for emitting fibers are connected to the individual driving mechanisms 51a and 51a.
Although the example in which the antennas are mounted on 1b is shown, if they are installed on one drive mechanism, it becomes possible to keep the transmission and reception intervals of ultrasonic waves constant at all times.

【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。
[Twelfth Embodiment] FIGS. 19A and 19B
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a display example of a twelfth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIGS. 19A and 19B are display examples of data measured by a laser ultrasonic inspection apparatus capable of scanning a transmission / reception position as shown in FIG. 18, for example.

【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t〜t)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。
Now, it is assumed that the material 3 to be inspected having the thinned portion G on the back surface as schematically shown in FIG. Then, since the thinned portion G is thinner than the other portions, the propagation time of the ultrasonic wave US that propagates inside, such as a longitudinal wave or a transverse wave, differs. Therefore, near the previously expected travel times to the ultrasonic signals obtained during scanning (described above t b ~t e) by installing a time gate, 19 measurement data at each position (y) in accordance with the scan (A ), The back surface shape of the inspection target material 3 can be measured as shown by the thick dotted line in the figure.

【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。
Furthermore, if the speed of sound in the material to be inspected 3 is known, its shape can be quantitatively detected.

【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。
FIGS. 20A and 20B are display examples when scanning is performed two-dimensionally, which is one-dimensionally shown in FIG.
In the ultrasonic signal obtained as shown in (A), the time at which the peak is reached is associated with the position scanned two-dimensionally. It is displayed in a color (shade) so that it becomes lighter. FIGS. 21A and 21B are display examples when the same measurement result is three-dimensionally shown, and it can be seen that the back surface shape of the inspection target material 3 can be visualized by the present apparatus.

【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。
On the other hand, FIGS. 22A and 22B show an example in which attention is paid to surface waves. When cracks F1, F2, and F3 exist on the material 3 to be inspected as shown in FIG. 22B, a surface wave having directivity in the direction (y) along a path indicated by a two-dot chain line in the figure is generated. Upon transmission and reception, if there is a crack F, a surface wave is reflected at the crack F, and a crack echo is observed.

【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。
Therefore, if a time gate corresponding to the inspection area is provided and the ultrasonic signal level in the time area is displayed in shades or colors, the surface crack can be visualized as shown in FIG. .

【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。
As described above, in the present embodiment, the display device 15 of the signal processing device SP transmits the intensity information of the received ultrasonic signal, the measured crack size information, or the measured ultrasonic propagation information to the transmission / reception position. It is displayed in a multidimensional manner in association with lines, shades or colors.

【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。
As described above, according to the ninth to twelfth embodiments, appropriate electric signal processing is applied to the received ultrasonic signal, or the surrounding atmosphere or surface condition of the inspection material is adjusted. Thereby, it is possible to improve the S / N ratio to improve the evaluation accuracy and to present the detected information so that the inspector can easily understand it.

【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。
[Thirteenth Embodiment] FIG. 23 is a block diagram showing a thirteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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5
4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。
In this embodiment, as shown in FIG. 23, the laser light source 1, the receiving optical system 5, the photodetector 13 and the signal processing device 14 are mounted on a trackless traveling vehicle 53 as a transport means.
A fiber emission optical system 25 for the laser beam EL and a fiber emission optical system 30 for the measurement light ML are respectively installed on the inspection arm 54 mounted on the trackless carriage 53. Further, the trackless carriage 53 has a position detecting device 55 for confirming the inspection position.
4 is provided with a monitoring TV camera 56 as monitoring means for monitoring the inspection work.

【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5
7a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。
The communication device 5 is provided on the laser light source 1, the receiving optical system 5, the photodetector 13, and the signal processing device 14.
7a is installed, while remote driving as control means
The communication device 57b is installed on the control device 58.

【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。
Therefore, the ultrasonic data measured by the laser light source 1, the receiving optical system 5, and the photodetector 13 are processed by the signal processing device 14, and then transmitted to the communication devices 57a and 57b together with the position data and the image data. Then, it is wirelessly transmitted to a remote drive / control device 58. The measurement data, the position data, and the image data received by the drive / control device 58 are displayed on the display device 15 in association with each other, and are recorded on the evaluation device 16.

【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1
5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。
It is to be noted that a design drawing or CAD data of the material 3 to be inspected and its peripheral devices are recorded in advance in the evaluation device 16 and the design information of the corresponding devices and parts, based on the inspection position data and the image data. Display device 1 such as shape
By displaying the information at the same time, more efficient and advanced inspection can be performed.

【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。
The drive / control device 58 can drive and control the trackless carriage 53 and the inspection arm 54 from a remote place. According to such a configuration, the inspection by the laser ultrasonic inspection apparatus can be performed even when the inspected material 3 is an operating device, or when the inspector is difficult to access such as a high temperature or a high radiation environment.

【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。
As the monitoring means, in addition to the monitoring TV camera 56 and the distance sensor, a ferrite detector for detecting weld metal, a three-dimensional TV camera to which double parallax is applied, and the like can be used.

【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。
[First Modification of Thirteenth Embodiment] FIG. 24 is a configuration diagram showing a first modification of the thirteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
The embodiment shown in FIG. 23 is an example in which a laser type ultrasonic inspection device is mounted on a wireless, trackless traveling vehicle. The first modified example shown in FIG. 24 is a case with a track.

【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6
0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1
3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。
In the first modified example, as shown in FIG. 24, a track 59 is fixed and set in advance.
Monorail type traveling vehicle 6 as a transport means traveling on the top
The optical system 39 for emitting a fiber is mounted on the reference numeral 0. In this case, if the monorail traveling vehicle 60 has a sufficient space, the laser light source 1, the receiving optical system 5, the photodetector 1
3 and the signal processing device 14 can be mounted on the monorail traveling vehicle 60, but in many cases there is no space, and since the optical fiber 40 can be routed using the track 59, they are driven. -It is simple to install in a remote base station together with the control device 58 and to mount only the head unit.

【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。
Further, as in the thirteenth embodiment, if a monitoring camera, a distance sensor, a position sensor, and the like are mounted on the monorail traveling vehicle 60, a more reliable inspection can be performed.

【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。
[Second Modification of Thirteenth Embodiment] FIG. 25 is a block diagram showing a second modification of the thirteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
The second modification is a modification of the first modification.
As shown in FIG. 25, a portable rail 61 is used as a track, and a traveling vehicle 62 is provided as a transport means traveling on the portable rail 61. This traveling cart 62
By providing a fine movement mechanism capable of fine movement in a direction parallel to the optical axis, the focus of the laser light EL and the measurement light ML can be finely adjusted.

【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。
With such a configuration, the material to be inspected 3
The inspection can be efficiently performed even in a case where the inspection is difficult, such as a case where a plurality of pipes are installed at a high place.

【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。
In the thirteenth embodiment and each of the modifications thereof, the position detecting means of the transfer means provided on the transfer means such as the trackless carriage 53 and the laser light EL which is the first and second laser light and An irradiation position identification unit for detecting the irradiation position of the measurement light ML and an inspection position identification unit for detecting the inspection target material 3 and the inspection position on the inspection target material 3 from the information may be provided.

【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。
In the thirteenth embodiment and its modifications, the signal processing device 14 is provided with a multidimensional information database relating to the dimensions and the shape of the material 3 to be inspected. The output information of the identification means and the information of the corresponding part of the multidimensional information database may be displayed in association with each other.

【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。
[Fourteenth Embodiment] FIG. 26 is a block diagram showing a fourteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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 San
o et. al.“Process and app
lication of shock compres
sion by nano−second pulse
s of frequency−doubled N
d: YAG laser,”Proc. ofALP
HA´99 SPIE, Osaka, Novemb
er 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。
The fourteenth embodiment relates to a case where the material 3 to be inspected is a nuclear reactor 63 or a nuclear reactor internal structure 64, and the surrounding atmosphere may be air or water. Transmission of laser light EL capable of transmitting ultrasonic waves is described in "Yuji San
o et. al. “Process and app
ligation of shock compresses
session by nano-second pulse
s of frequency-doubled N
d: YAG laser, “Proc. ofALP
HA'99 SPIE, Osaka, November
er 1999, a pulsed light transmission device 65 into a furnace is known.

【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1
3、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。
In this embodiment, the laser light source 1, the receiving device 5, and the photodetector 1 are placed in an optical equipment room 66 provided on the reactor 63.
3. By installing the signal processing device 14 and the like, and installing the optical fiber 29 therefrom along the pulse light transmission device 65 which is an example of a remote control mechanism for a furnace as a conveying means,
The measurement light ML is guided to the inspection position, and the pulse light transmission device 65
The measurement light ML is transmitted and received by the fiber emission optical system 30 installed at the tip of the reactor 63, so that the
Alternatively, it is an apparatus for inspecting the furnace internal structure 64.

【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。
[First Modification of Fourteenth Embodiment] FIG. 27 is a block diagram showing a first modification of the fourteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【0148】本変形例は、図27に示すように前記第1
4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。
In this modification, as shown in FIG.
In the case where the laser light EL is also transmitted by an optical fiber without using the pulse light transmission device 67 as in the fourth embodiment, the inside of the reactor as a transporting means that moves along the reactor 63 or the internal structure 64 is used. The optical systems 25 and 30 for emitting the fiber are provided to the furnace inspection robot 67 which is an example of the remote control mechanism for the fiber.
Is installed, and the laser light EL and the measurement light ML are transmitted to the fiber emission optical systems 25 and 30 by the optical fibers 24 and 29.

【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。
By applying this laser ultrasonic inspection apparatus, it is possible to efficiently inspect narrow portions under severe conditions such as in the nuclear reactor 63. In this case, in consideration of the radiation resistance of the material, it is desirable to use quartz for the material of the optical components such as the lens and the optical fiber and to use stainless steel or aluminum for the structural material.

【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。
[Second Modification of Fourteenth Embodiment] FIG. 28 is a configuration diagram showing a second modification of the fourteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In this modification, as shown in FIG. 28, the material to be inspected is a pipe 68, and the inside of the pipe 68 is moved, scanned,
A fiber output optical system 41 is provided to a mobile robot 69 which is an example of a pipe inner surface traveling mechanism as a transport means that can be fixed and stopped.
Is installed, and the transmission of the laser light EL and the transmission and reception of the measurement light ML are performed using the optical fiber 40, so that the inner surface of the longitudinal pipe can be efficiently inspected.

【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。
[Fifteenth Embodiment] FIGS. 29A and 29B
FIG. 15 is a configuration diagram showing a fifteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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7
1は、搬送手段としての配管外面走行機構を構成する。
In this embodiment, as shown in FIGS. 29A and 29B, the material to be inspected is a pipe 68, and a track 70 is laid on the outer surface of the pipe 68. The laser light source 1 and the optical systems 30a and 30b for emitting fibers are mounted on the traveling carriage 71. The track 70 has an axial movement mechanism (not shown). Then, the track 70 and the traveling vehicle 7
Reference numeral 1 denotes a pipe outer surface traveling mechanism as a transport means.

【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72
a,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。
In the above configuration, the laser light EL oscillated from the laser light source 1 is applied to the lens 2 and the irradiation mirror 72
The measurement light ML oscillated from the laser light source 4 (not shown) while being transmitted through the waveguide 73 provided with a and 72b and irradiating the surface of the pipe 68 has two lines based on the configuration shown in FIG. The light is transmitted by the optical fibers 29a and 29b, and is irradiated on the surface of the pipe 68 by the optical systems 30a and 30b for emitting the fibers.

【0155】ここで、ファイバ出射用光学系30a,3
0b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30
b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。
Here, the fiber emission optical systems 30a, 30
If 0b is installed so as to face the pipe 68, for example, the reflected light PL of the measurement light ML irradiated by the fiber emission optical system 30a is collected by the same fiber emission optical system 30a and detected by the reception optical system 5. Will do. On the other hand, FIG.
As shown in (A), if the two fiber exit optical systems 30a and 30b are arranged at an appropriate angle, the regular reflection component of the measurement light ML obliquely applied to the pipe 64 from the fiber exit optical system 30a. To the fiber exit optical system 30
Irradiation and focusing can be performed by different fiber emission optical systems, for example, b is focused and vice versa.
With this configuration, the inspection of the longitudinal pipe can be performed automatically and efficiently.

【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。
[Sixteenth Embodiment] FIG. 30 is a perspective view showing a sixteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In this embodiment, as shown in FIG. 30, an inspection object (not shown) is present in water, and an underwater swimming robot 74 which is an example of an underwater swimming mechanism as a transport means.
The fiber exit optical systems 25 and 30 are transported to the vicinity of the inspection position for inspection. The underwater swimming robot 74 is provided with a surveillance TV camera 56,
The monitoring TV camera 56 can monitor the inspection work underwater.

【0158】また、ファイバ出射用光学系25および3
0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。
Further, the optical systems 25 and 3 for emitting the fiber are provided.
0 can be finely moved by the drive motor 75, and after the underwater swimming robot 74 roughly performs the positioning, the drive motor 75 is driven, whereby the fiber emission optical system 25 is moved.
And 30 can be positioned in a detailed inspection position.

【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7
7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。
Further, in order to cope with the case where the flow in the water is fast, in this embodiment, the fixing mechanism 7 is attached to the peripheral structural member 76.
By fixing the underwater swimming robot 74 using 7,
A fixed point inspection can also be performed. Then, for example, when a crack or the like is detected, and it is continuously evaluated and monitored, the vicinity of the crack detected by the laser beam EL is marked, and the position is detected by the monitoring TV camera 56, so that each time it is detected. The same crack can always be measured in the inspection.

【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。
[Seventeenth Embodiment] FIG. 31 is a block diagram showing a seventeenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In this embodiment, as shown in FIG. 31, a plurality of fiber emitting optical systems 25 and 30 are installed near a predetermined inspection position on the material 3 to be inspected in advance, and a fiber emitting optical system to be used is used. By switching the system, it is possible to inspect a plurality of locations with one set of the laser ultrasonic inspection apparatus.

【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25
a,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,24
b,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、79
c…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。
Therefore, the material to be inspected 3 (as shown in FIG.
The plurality of inspection positions are not limited to the case where they are set to one inspection target material 3).
a, 25b, 25c ... and 30a, 30b, 30c ...
And optical fibers 24a, 24 connected to them, respectively.
., and 29a, 29b, 29c..., and the other ends of these optical fibers are provided with optical fiber connectors 78a, 78b, 78c.
c ... is installed. Naturally, they may be fixed to the material 3 to be inspected or other peripheral members by a suitable fixing jig (not shown) so that the irradiation light condensing condition such as the focal point does not change.

【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。
On the other hand, the optical fiber 24 for transmitting the laser beam EL is connected to an optical fiber connector 78 as a detachable member.
The optical fiber 29 for transmitting the measuring light ML is provided with an optical fiber connector 79 as a detachable member.

【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7
8a,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。
With this configuration, the optical fiber connectors 78 and 79 are connected to the optical fiber connector 7 respectively.
8a, 78b, 78c ... and 79a, 79b, 79c
By appropriately switching the connection targets for..., It is possible to realize a laser ultrasonic inspection apparatus capable of inspecting a plurality of points with one apparatus.

【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。
[Eighteenth Embodiment] FIG. 32 is a block diagram showing an eighteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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3
0a,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,29
c…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,78
b,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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 32, in addition to the configuration of the seventeenth embodiment, pipes, containers, equipment, and structural materials in which the material to be inspected 3 is shielded by the heat insulating material 80 are used. Emission optical systems 25a, 25b, 25c ... and 3
Are provided inside the inspection target material 3 and the heat insulating material 80. The optical fibers 24a, 24b, 24c... And 29a, 29b, 29
c ... penetrate the heat insulating material 80 and are guided to the outside using a dedicated penetration or its structural boundary. Optical fiber connectors 78a, 78 installed at the other end of the optical fiber
b, 78c... and 79a, 79b, 79c. Naturally, they may be fixed to the material 3 to be inspected or other peripheral members by a suitable fixing jig (not shown) so that the irradiation light condensing condition such as the focal point does not change. With this configuration, it is possible to realize a laser ultrasonic inspection apparatus capable of performing an inspection on the inside of a shield.

【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,2
4c…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。
In the present embodiment, the material to be inspected 3 may be a pipe, a container, equipment, or a structural material installed in a narrow portion. In this case, the optical fibers 24a, 24b, 2
4c ... and 29a, 29b, 29c ... penetrate the heat insulating material 80 and are led to the remote part where the inspection device is installed.

【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。
As described above, according to the thirteenth to eighteenth embodiments, an effective inspection can be performed by being configured in combination with the transport mechanism and its control mechanism.

【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。
[Nineteenth Embodiment] FIG. 33 is a block diagram showing a nineteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 33, an object to be inspected is a substance 3 on which a substance such as rust or paint, which deteriorates the propagation or transmission of ultrasonic waves, such as rust or paint, is adhered. This is an effective configuration in the case.

【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7−22
5300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。
Laser light CL oscillated from laser light source 82
A technique for removing the adhering matter 81 by scanning in the direction D (laser cleaning technique) is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-22.
This is known from Japanese Patent No. 5300. Since the laser beam CL also excites ultrasonic waves in the process of removing the adhering matter 81, it is possible to perform a laser ultrasonic inspection while cleaning the surface by combining this with the receiving optical system 5 and the like. In particular, since only the fiber emission optical system 30 is installed at the tip of the existing laser cleaning device, the load on the device configuration is small, and not only cleaning but also inspection is performed without changing existing laser cleaning equipment. It is possible to realize a laser ultrasonic inspection apparatus capable of performing the above.

【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。
[Twentieth Embodiment] FIG. 34 is a block diagram showing a twentieth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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.“Pro
cess and application of s
hock compression by nano−
second pulses of frequenc
y−doubled Nd: YAG laser,”
Proc. of ALPHA′99 SPIE, O
saka, November 1999年」によって
公知となっている。
The present embodiment is effective when inspecting an object while improving the stress state on the surface of the material 3 to be inspected as shown in FIG. The technology for improving the surface stress of the material to be inspected 3 (laser peening technology) by scanning the laser beam PeL oscillated from the laser light source 83 in the azimuth D is described in, for example, the above-mentioned “Yuji Sano et.
cess and application of s
hook compression by nano-
second pulses of frequency
y-doubled Nd: YAG laser, "
Proc. of ALPHA'99 SPIE, O
Saka, November 1999 ".

【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。
This laser beam PeL also excites ultrasonic waves in the process of improving the stress state on the surface of the material 3 to be inspected.
By combining this with the receiving optical system 5 and the like, it becomes possible to perform laser ultrasonic inspection while improving surface stress. In particular, since only the fiber emitting optical system 30 is installed at the tip of the existing laser peening apparatus, the burden on the apparatus configuration is small, and the inspection can be performed not only for improving the stress but also for the inspection without changing the existing laser peening equipment. A practicable laser ultrasonic inspection apparatus can be realized.

【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。
[Twenty-First Embodiment] FIG. 35 is a block diagram showing a twenty-first embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
The present embodiment is an effective configuration for inspecting an object while analyzing the material of the inspection object 3 as shown in FIG. Laser light source 84 as pulse laser light source
Is irradiated with laser light BL oscillated from a laser beam to ablate a minute volume on the surface of the material 3 to be inspected, and the emitted light is condensed using a condensing optical system 85, and is then analyzed by an optical fiber 86 as a spectroscopic analysis as a precedent means. A method of analyzing the material composition by leading the light to the evaluation device 87 and performing spectral analysis is known as a laser breakdown spectral analysis technique.

【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。
Since the laser beam BL also excites ultrasonic waves in the process of causing the material to be inspected 3 to emit plasma, by combining this with the receiving optical system 5 or the like, laser ultrasonic inspection can be performed while analyzing the material composition. It is possible to do.

【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3
0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。
In this embodiment, in particular, the fiber output optical system 3 is attached to the tip of an existing laser breakdown spectrometer.
Since only 0 is installed, the burden on the device configuration is small,
It is possible to realize a laser ultrasonic inspection apparatus capable of performing not only material composition analysis but also inspection without changing existing laser breakdown spectroscopy equipment.

【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。
[Twenty-second Embodiment] FIG. 36 is a block diagram showing a twenty-second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
This embodiment is an effective configuration for inspecting a crack or a material property of the material 3 to be inspected by paying attention to propagation of a surface wave component among ultrasonic waves excited by the laser beam EL.

【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。
Generally, the surface wave is rapidly attenuated when the liquid W adheres to the surface of the material 3 to be inspected. Therefore, when the material 3 to be inspected is placed in the liquid, a detectable surface wave signal is detected. There are issues such as the level drop.

【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。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 36, a compressor 88 and a pipe 89 connected to the compressor 88 and having a distal end disposed near the fiber output optical system 41 are installed to drive the compressor 88. Then, air Air is blown from the tip of the pipe 89 to the vicinity of the inspection point, and the ultrasonic transmission / reception point, that is, the irradiation position of the laser beam and the propagation path of the surface wave are replaced with a gas atmosphere. Therefore, the compressor 88 and the pipe 89 constitute local gas atmosphere generating means.

【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Ai
r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。
With this configuration, it is possible to observe a surface wave with little attenuation, and even if dust or the like is generated by the irradiation of the laser beam EL, the blown air Ai
There is an effect that dust or the like is scattered by r and does not easily become a scatterer on the propagation path of the laser beam.

【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。
[Modification of the Twenty-second Embodiment] FIG. 37 is a block diagram showing a modification of the twenty-second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In this modification, as shown in FIG. 37, the region where the irradiation position of the laser beam and the propagation path of the surface wave are replaced with a gas atmosphere is covered with a container 90 as a local gas atmosphere generating means.

【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。
Therefore, when it is difficult to keep the laser beam irradiation position of the material 3 to be inspected and the propagation path of the surface wave in a gaseous atmosphere, it is difficult to maintain the region in the container 90 as in this modification. Covering makes it possible to more easily maintain the replacement state.

【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。
[23rd Embodiment] FIG. 38 is a block diagram showing a 23rd embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
This embodiment is an effective configuration for the inspection when the inspection target material 3 needs to prevent surface damage and heat input as much as possible. The ultrasonic excitation process using the laser beam EL has two types, a thermal strain mode and an ablation mode.

【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。
In general, in the thermal strain mode, no surface damage or thermal change in the material 3 to be inspected occurs, but in the ablation mode, evaporation of the surface layer and slight heat input occur.

【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。
In order to prevent this, in the present embodiment,
As shown in FIG. 38, by forming a protective film 91 on the surface of the material 3 to be inspected in advance and irradiating the protective film 91 with laser light EL, surface damage or heat input in the ablation mode can be suppressed. . As the protective film 91, a substance that efficiently absorbs the laser light EL is suitable and should be selected according to the wavelength and energy of the laser light EL. For example, fine particles such as colored liquid such as black ink or oil, colored powder, It may be a solid or powder.

【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。
[Twenty-fourth Embodiment] FIG. 39 is a block diagram showing a twenty-fourth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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P
L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。
The present embodiment is an effective configuration for an inspection in which the material to be inspected 3 is installed remotely and requires detailed focusing of the measurement light ML which cannot be confirmed from the image of the monitoring TV camera or the like. is there. Light P reflected from the surface of the inspection material 3
L becomes maximum when the distance between the fiber output optical system 30 and the inspection target material 3 is optimized, and in this state, the detection sensitivity of the ultrasonic signal also becomes maximum. However, the photodetector 13
Is incident not only on the reflected light PL but also on the end face of each optical element, stray light, and the like, and the situation of the reflected light PL is not always clear.

【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。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 39, the shield plate driving device 93 is driven by a drive signal from the shield plate drive control device 92, thereby operating the shield plate 94 as return light confirmation means. By forming a state in which the measurement light ML does not reach the inspection target material 3, the return state of the reflected light PL can be confirmed from the output signal change of the photodetector 13 at that time.

【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。
The shielding plate 94 is preferably a scatterer of the measurement light ML and has a low reflectance. It is also effective to install the shielding plate 94 at an angle so as not to be orthogonal to the optical axis. In this case, the shielding plate 94 may be a mirror. Further, for example, as shown in FIG. 30, the fiber emission optical system 30 is previously mounted on the fine movement stage, and the fiber emission optical system 30 is located at a position where the change in the output signal of the photodetector 13 due to the operation of the shielding plate 94 is maximized. It is also possible to align the optical system 30.

【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。
[Twenty-fifth Embodiment] FIG. 40 is a block diagram showing a twenty-fifth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In the present embodiment, another inspection is effective in the case where the inspection target material 3 is installed remotely and the detailed focusing of the measurement light ML which cannot be confirmed from the image of the monitoring TV camera or the like is required. It is a structural example. The reflected light PL from the surface of the inspection target material 3 is transmitted from the fiber output optical system 30 to the inspection target material 3.
Is maximized when the distance is optimized, and in this state, the detection sensitivity of the ultrasonic signal also becomes maximum.

【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。
From the fiber output optical system 30 to the material to be inspected 3
Since the optimum value of the distance can be preliminarily estimated from the focal length of the fiber exit optical system 30, in this embodiment, a distance sensor 95 is provided at the tip of the fiber exit optical system 30 as shown in FIG. The fine movement control device 96 operates the fine movement stage 97 so that the distance measured by the distance sensor 95 becomes the optimum value estimated in advance, so that the measurement can always be performed under optimum reflection conditions.
The fine movement control device 96 and the fine movement stage 97 constitute a position adjusting means.

【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。
[Modification of Twenty-Fifth Embodiment] FIG. 41 is a block diagram showing a modification of the twenty-fifth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
In this modification, as shown in FIG. 41, the distance between the fiber output optical system 30 and the inspection target material 3 is maintained at an optimum value. The distance fixing jig 98 is pressed against the inspection target material 3 by a spring mechanism or the like (not shown). This makes it possible to maintain the distance between the fiber emission optical system 30 and the inspection target material 3 at an optimum value with a simple configuration.

【0200】[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。
As described above, according to the present invention, a laser beam for transmitting and receiving an ultrasonic wave is transmitted using an optical fiber, an irradiation optical system or an irradiation / condensing optical system. A laser ultrasonic inspection apparatus capable of efficiently inspecting a material to be inspected in a narrow portion without impairing remote non-contact properties can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a block diagram showing a modified example of the first embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【図3】図2の構成による効果を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the effect of the configuration of FIG. 2;

【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。
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 5 is a block diagram showing a first modified example of the second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【図6】図5の構成による効果を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the effect of the configuration of FIG. 5;

【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。
FIG. 7 is a block diagram showing a second modification of the second embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 9 is a block diagram showing a fourth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIGS. 10A and 10B are explanatory views showing a fifth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 11 is an explanatory view showing a modification of the fifth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 12 is a block diagram showing a sixth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 13 is a block diagram showing a receiving optical system of a laser ultrasonic inspection apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 14 is a configuration diagram showing a fiber incidence optical system of an eighth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 15 is a block diagram showing a ninth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 16 shows a tenth laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing signal processing using wavelet transform in the tenth embodiment.

【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。
FIG. 18 shows an eleventh embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIGS. 19A and 19B are explanatory diagrams showing display examples of a twelfth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIGS. 20A and 20B are explanatory diagrams showing display examples when scanning is performed two-dimensionally.

【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。
FIGS. 21A and 21B are explanatory diagrams showing display examples when the same measurement result is three-dimensionally shown.

【図22】(A),(B)は表面波に着目した場合の一
例を示す説明図。
FIGS. 22A and 22B are explanatory diagrams showing an example in which attention is paid to a surface wave.

【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。
FIG. 23 is a thirteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an embodiment.

【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。
FIG. 24 shows a thirteenth laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a first modification of the embodiment.

【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。
FIG. 25 is a thirteenth part of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a second modification of the embodiment.

【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。
FIG. 26 shows a fourteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an embodiment.

【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。
FIG. 27 shows a fourteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a first modification of the embodiment.

【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。
FIG. 28 shows a fourteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a second modification of the embodiment.

【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。
FIGS. 29A and 29B are configuration diagrams showing a fifteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 30 shows a sixteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
The perspective view showing an embodiment.

【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。
FIG. 31 shows a seventeenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 32 shows an eighteenth laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 33 shows a nineteenth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 34 shows a twentieth embodiment of the laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 35 shows a 21st laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 36 shows a 22nd laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 37 shows a 22nd laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a modification of the embodiment.

【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。
FIG. 38 shows a 23rd laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 39 shows a twenty-fourth laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 40 shows a twenty-fifth laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【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。
FIG. 41 shows a twenty-fifth laser ultrasonic inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a modification of the embodiment.

【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。
FIG. 42 is a block diagram showing a conventional laser ultrasonic inspection apparatus.

【図43】ファブリ・ペロー共振器の動作を示す説明
図。
FIG. 43 is an explanatory view showing the operation of the Fabry-Perot resonator.

【図44】ファブリ・ペロー共振器の動作を示す説明
図。
FIG. 44 is an explanatory view showing the operation of the Fabry-Perot resonator.

【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。
FIG. 45 is a block diagram showing another conventional laser ultrasonic inspection apparatus.

【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。
FIG. 46 is a block diagram showing still another conventional laser ultrasonic inspection apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 Reference Signs List 1 laser light source (first laser light source) 2 optical system 3 material to be inspected 4 laser light source (second laser light source) 5 receiving optical system 6a to 6c 1/2 wavelength plate 7a to 7f polarization beam splitter 13 photodetector ( Signal conversion means) 14 Signal processing device 15 Display device 16 Evaluation device 17 Fabry-Perot resonator 18 Photodetector 19 Controller 20 Drive mechanism 21 Quarter wave plate 23 Fiber incidence optical system (first incidence optical system) ) 24 optical fiber (first optical fiber) 25 fiber emission optical system (irradiation optical system) 26 optical splitter 28 fiber incidence optical system (second incidence optical system) 29 optical fiber (second light) Fiber) 30 Fiber exit optical system (irradiation / condensing optical system) 31 Imaging optical system 32 Imaging optical system 34 Fiber bundle 35 Fiber exit optical system 36 Two-dimensional Array type photodetector 37 Optical system 38 Optical splitter (photosynthesis / branching means) 39 Optical system for fiber incidence (optical system for dual use) 40 Optical fiber (optical fiber for dual use) 41 Optical system for fiber emission (irradiation / collection for dual use) Optical optical system) 42 Narrow band optical filter 43a, 43b Window part with anti-reflection coating 44a, 44b Container 45a, 45b Medium 46 Concave lens 47 Micro lens array 48 Lens 49 Time gate 50 S / N ratio improving means 51a, 51b Drive mechanism 52 Rail 53 Trackless traveling vehicle 54 Inspection arm 55 Position detecting device 56 Monitoring TV camera 57a, 57b Communication device 58 Drive / control device 59 Track 60 Monorail traveling vehicle 61 Portable rail 62 Traveling vehicle 63 Reactor 64 Reactor internal structure 65 pulse light transmission device 67 furnace inspection robot 68 Tube 69 mobile robot 70 orbit 71 traveling carriage 72a, 72b irradiation mirror 73 waveguide 74 underwater swimming robot 75 drive motor 76 structural member 77 fixing mechanism 78, 78a to 78c optical fiber connector 79, 79a to 79c optical fiber connector 80 heat insulation Material 81 Attached object 82 Laser light source 83 Laser light source 84 Laser light source 85 Condensing optical system 86 Optical fiber 87 Spectral analysis / evaluation device 88 Compressor 89 Piping 90 Container 91 Protective film 92 Shield plate drive control device 93 Shield plate drive device 94 Shield Plate 95 Distance sensor 96 Fine movement control device 97 Fine movement stage 98 Distance fixing jig SP Signal processing device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 崇広 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 向井 成彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 佐野 雄二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 伊藤 智之 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 成瀬 克彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 空本 誠喜 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 2G047 BA04 CA04 EA00 GD01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takahiro Miura 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Shigehiko Mukai 8-six Shin-Sugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Yuji Sano, 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Tomoyuki Ito, 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Toshiba Corporation Inside the Yokohama Office (72) Katsuhiko Naruse, Inventor Katsuhiko 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside the Yokohama Office (72) Inventor Seiki Soramoto 8-8 Shin-Sugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Yokohama Corporation In-house F-term (reference) 2G047 BA04 CA04 EA00 GD01

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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本の光ファイバと、この光
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照射
用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。
1. A first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected, and the material to be inspected for receiving an ultrasonic signal generated in the material to be inspected. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the object, and a receiving optical system that optically detects information about the ultrasonic wave from a reflection component of the second laser beam on the surface of the inspection target material. And signal conversion means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal,
A signal processing unit that performs signal processing on an output signal of the signal conversion unit and displays and records information related to the propagation of the ultrasonic wave, wherein the laser beam oscillated from the first laser light source is At least one optical fiber for transmitting to the vicinity of the material to be inspected, and an irradiation optical fiber provided at a tip of the optical fiber on the side of the material to be inspected, for irradiating the material to be inspected with the first laser beam under predetermined irradiation conditions. A laser ultrasonic inspection apparatus comprising an optical system.
【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
2のレーザ光源から発振したレーザ光を前記被検査材近
傍まで伝送させ、かつ前記第2のレーザ光源によって照
射された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本の光フ
ァイバと、この光ファイバの前記被検査材側先端に設け
られレーザ光の照射・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。
2. A first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected, and the material to be inspected for receiving an ultrasonic signal generated in the material to be inspected. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the object, and a receiving optical system that optically detects information about the ultrasonic wave from a reflection component of the second laser beam on the surface of the inspection target material. And signal conversion means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal,
A signal processing unit that performs signal processing on an output signal of the signal conversion unit and displays and records information related to the propagation of the ultrasonic wave, wherein the laser beam oscillated from the second laser light source is At least one optical fiber for transmitting the laser light emitted by the second laser light source to the vicinity of the inspection target material and transmitting a reflection component of the laser light on the surface of the inspection target material to the receiving optical system; A laser ultrasonic inspection apparatus, comprising: an irradiation / condensing optical system for irradiating / condensing a laser beam, provided at a tip of the fiber on the side of the material to be inspected.
【請求項3】 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。
3. A first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected, and the material to be inspected for receiving an ultrasonic signal generated in the material to be inspected. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the object, and a receiving optical system that optically detects information about the ultrasonic wave from a reflection component of the second laser beam on the surface of the inspection target material. And signal conversion means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal,
A signal processing unit that performs signal processing on an output signal of the signal conversion unit and displays and records information on the propagation of the ultrasonic wave. At least one first optical fiber for transmitting a laser beam to the vicinity of the material to be inspected; and the first laser light provided at the tip of the first optical fiber on the material to be inspected side and the first laser light being transmitted to the material to be inspected. An irradiation optical system for irradiation under predetermined irradiation conditions, and a second laser light oscillated from the second laser light source is transmitted to the vicinity of the material to be inspected, and irradiated by the second laser light source. At least one second optical fiber for transmitting a reflection component of the second laser light on the surface of the material to be inspected to the receiving optical system; and a second optical fiber provided at a tip of the second optical fiber on the material to be inspected side. The laser ultrasonic inspection apparatus characterized by comprising a radiation-converging optical system for performing radiation-converging the second laser beam.
【請求項4】 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。
4. A first laser light source for oscillating a first laser beam for generating an ultrasonic wave on a material to be inspected, and the material to be inspected for receiving an ultrasonic signal generated in the material to be inspected. A second laser light source that oscillates a second laser beam applied to the object, and a receiving optical system that optically detects information about the ultrasonic wave from a reflection component of the second laser beam on the surface of the inspection target material. And signal conversion means for converting an ultrasonic signal received by the receiving optical system into an electric signal,
In the laser ultrasonic inspection apparatus having signal processing means for processing an output signal of the signal conversion means and displaying and recording information on the propagation of the ultrasonic wave, the first laser light and the second laser A light combining / branching means for superimposing light on the same optical axis, a dual-use incident optical system for receiving the first and second laser lights, respectively, and A dual-use optical fiber for transmitting to the vicinity, and transmitting a reflection component of the second laser light on the surface of the inspection target material to the receiving optical system; and a dual-use optical fiber installed at the end of the inspection target material side of the dual-use optical fiber. A dual-purpose irradiation / light-collecting optical system for irradiating the inspection object with the first and second laser beams under predetermined irradiation conditions, and condensing the reflection components thereof under predetermined light-condensing conditions. Was it The laser ultrasonic inspection apparatus characterized.
【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:YA
G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。
5. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the first laser light source for generating ultrasonic waves on the material to be inspected performs pulse oscillation of Nd: YA.
A laser ultrasonic inspection apparatus, which is a G laser light source.
【請求項6】 請求項1ないし4のいずれかに記載のレ
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。
6. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the second laser light source for irradiating the surface of the inspection target material and receiving an ultrasonic signal includes:
A laser ultrasonic inspection apparatus, which is a second harmonic light source of a continuously oscillating Nd: YAG laser.
【請求項7】 請求項1ないし4のいずれかに記載のレ
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。
7. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein an input / output section of the optical fiber is provided with anti-reflection means for reducing the amount of return light due to the reflection of the end face. Laser ultrasonic inspection equipment.
【請求項8】 請求項1ないし4のいずれかに記載のレ
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。
8. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein a receiving optical system for optically detecting information on ultrasonic waves is a Michelson interferometer, and A laser ultrasonic inspection apparatus, wherein an optical fiber for transmitting a reflection component on a surface of a material to be inspected to an optical system is a single mode optical fiber.
【請求項9】 請求項1ないし4のいずれかに記載のレ
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。
9. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the receiving optical system for optically detecting information related to the ultrasonic wave is a Fabry-Perot optical meter. A laser ultrasonic inspection apparatus, wherein the optical fiber for transmitting the reflection component on the surface of the material to be inspected to the Perot optical meter is either a graded index optical fiber or a step index optical fiber.
【請求項10】 請求項9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。
10. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 9, wherein the reference light for controlling the resonator of the Fabry-Perot optical meter has the same core diameter as the optical fiber transmitting the reflection component on the surface of the material to be inspected. A laser ultrasonic inspection apparatus which transmits through an optical fiber.
【請求項11】 請求項1ないし4のいずれかに記載の
レーザ超音波検査装置において、第1のレーザ光源から
発振された第1のレーザ光を光ファイバに入射するため
の焦点分散型光学系を設けたことを特徴とするレーザ超
音波検査装置。
11. A focal point dispersive optical system according to claim 1, wherein said first laser light emitted from said first laser light source is incident on an optical fiber. A laser ultrasonic inspection apparatus, comprising:
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