JP2002228638A - レーザー超音波検査装置及びレーザー超音波検査方法 - Google Patents
レーザー超音波検査装置及びレーザー超音波検査方法Info
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- JP2002228638A JP2002228638A JP2001021503A JP2001021503A JP2002228638A JP 2002228638 A JP2002228638 A JP 2002228638A JP 2001021503 A JP2001021503 A JP 2001021503A JP 2001021503 A JP2001021503 A JP 2001021503A JP 2002228638 A JP2002228638 A JP 2002228638A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波発生用及び超音波検出用のレーザービ
ームを検査対象の表面上で走査させるタイプのレーザー
超音波検査装置及びレーザー超音波検査方法において、
欠陥検出の感度を向上させる。 【解決手段】 ガルバノミラー１４を、鋼材３０の幅方
向のある位置で、鋼材から高さ１ｍのところに設置し、
鋼材の幅方向においてレーザービーム２１の照射位置を
変えたときにガルバノミラーに達する散乱光の光量がど
のように変化するかを示す関数をＦとする。この場合、
鋼材の幅方向におけるガルバノミラーの設置位置をｘ、
レーザービーム２１を照射する位置をｙとすると、関数
Ｆは二変数関数Ｆ（ｘ，ｙ）である。｛Ｆmax(ｘ，ｙ)
−Ｆmix(ｘ，ｙ)｝の値が最小となるｘの値ｘ０をもと
に、スキャン時の検出光量のばらつきが一番少なくなる
ガルバノミラーの設置位置を決める。
ームを検査対象の表面上で走査させるタイプのレーザー
超音波検査装置及びレーザー超音波検査方法において、
欠陥検出の感度を向上させる。 【解決手段】 ガルバノミラー１４を、鋼材３０の幅方
向のある位置で、鋼材から高さ１ｍのところに設置し、
鋼材の幅方向においてレーザービーム２１の照射位置を
変えたときにガルバノミラーに達する散乱光の光量がど
のように変化するかを示す関数をＦとする。この場合、
鋼材の幅方向におけるガルバノミラーの設置位置をｘ、
レーザービーム２１を照射する位置をｙとすると、関数
Ｆは二変数関数Ｆ（ｘ，ｙ）である。｛Ｆmax(ｘ，ｙ)
−Ｆmix(ｘ，ｙ)｝の値が最小となるｘの値ｘ０をもと
に、スキャン時の検出光量のばらつきが一番少なくなる
ガルバノミラーの設置位置を決める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、検査対象内部の欠
陥を非破壊で検出することができるレーザー超音波検査
装置及びレーザー超音波検査方法に関する。
陥を非破壊で検出することができるレーザー超音波検査
装置及びレーザー超音波検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種材料の内部欠陥等を非破壊で、か
つ、検査対象に非接触で検出する方法として、次のよう
なレーザー超音波法が知られている。まず、検査対象の
表面にレーザービームを照射し、検査対象の表面又は内
部に超音波を励起させる。この超音波が検査対象を伝播
する過程で欠陥に当たると、そこで超音波の反射エコー
が生じる。検査対象には、超音波発生用のレーザービー
ムとは別に、超音波検出用のレーザービームを照射す
る。この照射部位に欠陥からの反射エコーが到達する
と、その表面には超音波振動が生じるので、レーザービ
ームの反射波はドップラーシフトを受け、その光周波数
が変位する。この光周波数の変位を、例えばファブリ・
ペロー干渉計で透過光強度の変位に変換し、光検出器に
入射させる。その結果、検査対象内部の欠陥は、光検出
器の出力信号の変化として検出することが可能となる。
つ、検査対象に非接触で検出する方法として、次のよう
なレーザー超音波法が知られている。まず、検査対象の
表面にレーザービームを照射し、検査対象の表面又は内
部に超音波を励起させる。この超音波が検査対象を伝播
する過程で欠陥に当たると、そこで超音波の反射エコー
が生じる。検査対象には、超音波発生用のレーザービー
ムとは別に、超音波検出用のレーザービームを照射す
る。この照射部位に欠陥からの反射エコーが到達する
と、その表面には超音波振動が生じるので、レーザービ
ームの反射波はドップラーシフトを受け、その光周波数
が変位する。この光周波数の変位を、例えばファブリ・
ペロー干渉計で透過光強度の変位に変換し、光検出器に
入射させる。その結果、検査対象内部の欠陥は、光検出
器の出力信号の変化として検出することが可能となる。
【０００３】なお、レーザー超音波法に関しては、中野
英俊著『実用化に近づいたレーザ超音波探傷技術』（日
本設備管理学会誌第８巻第２(1996)）に、一般的な説明
がなされている。
英俊著『実用化に近づいたレーザ超音波探傷技術』（日
本設備管理学会誌第８巻第２(1996)）に、一般的な説明
がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波発生
用のレーザービームと超音波検出用のレーザービームを
検査対象の表面上で走査させる構成のレーザー超音波装
置の場合、レーザー光源の出力が同じだとすると、検査
対象の寸法が大きくなるほど欠陥検出感度が低下する。
さらに、検査対象が、例えば鉄鋼製造プロセスの中間生
成物であるスラブのように高温だと、レーザービームを
所定位置に照射するための光学要素が熱の影響を受けな
いよう、検査対象から十分に離間させる必要があるが、
その場合にも、検査対象からの距離が大きくなるほど、
感度が低下する。
用のレーザービームと超音波検出用のレーザービームを
検査対象の表面上で走査させる構成のレーザー超音波装
置の場合、レーザー光源の出力が同じだとすると、検査
対象の寸法が大きくなるほど欠陥検出感度が低下する。
さらに、検査対象が、例えば鉄鋼製造プロセスの中間生
成物であるスラブのように高温だと、レーザービームを
所定位置に照射するための光学要素が熱の影響を受けな
いよう、検査対象から十分に離間させる必要があるが、
その場合にも、検査対象からの距離が大きくなるほど、
感度が低下する。
【０００５】本発明は、このような技術的背景のもとで
なされたものであり、その目的は、超音波発生用及び超
音波検出用のレーザービームを検査対象の表面上で走査
させるタイプのレーザー超音波検査装置及びレーザー超
音波検査方法において、欠陥検出の感度を向上させるこ
とである。
なされたものであり、その目的は、超音波発生用及び超
音波検出用のレーザービームを検査対象の表面上で走査
させるタイプのレーザー超音波検査装置及びレーザー超
音波検査方法において、欠陥検出の感度を向上させるこ
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明であるレーザー超音波検査装
置は、検査対象に超音波を発生させるための第一のレー
ザービームを発生する第一のレーザー光源と、検査対象
内部を伝播した前記超音波のエコーを検出するための第
二のレーザービームを発生する第二のレーザー光源と、
前記第二のレーザービームが検査対象で反射されるとき
に前記超音波のエコーに起因して生じる光周波数の変位
を検出する光周波数変位検出手段と、ミラーの反復回転
により、当該ミラーで反射した前記第一及び第二のレー
ザービームを検査対象の所定の走査範囲において走査さ
せるとともに、検査対象で反射された前記第二のレーザ
ービームの反射光を前記ミラーで反射して前記光周波数
変位検出手段へ導くビーム走査手段とを具備し、前記ビ
ーム走査手段の位置を前記走査範囲内で変えたときに、
前記第二のレーザービームの検査対象からの反射光のう
ち前記ミラーにより有効に前記光周波数変位検出手段へ
導かれる光の強度がどのように変化するかを予め解析的
に求め、その解析結果に基づいて、前記ビーム走査手段
の設置位置を決定したことを特徴とする。
めに、請求項１記載の発明であるレーザー超音波検査装
置は、検査対象に超音波を発生させるための第一のレー
ザービームを発生する第一のレーザー光源と、検査対象
内部を伝播した前記超音波のエコーを検出するための第
二のレーザービームを発生する第二のレーザー光源と、
前記第二のレーザービームが検査対象で反射されるとき
に前記超音波のエコーに起因して生じる光周波数の変位
を検出する光周波数変位検出手段と、ミラーの反復回転
により、当該ミラーで反射した前記第一及び第二のレー
ザービームを検査対象の所定の走査範囲において走査さ
せるとともに、検査対象で反射された前記第二のレーザ
ービームの反射光を前記ミラーで反射して前記光周波数
変位検出手段へ導くビーム走査手段とを具備し、前記ビ
ーム走査手段の位置を前記走査範囲内で変えたときに、
前記第二のレーザービームの検査対象からの反射光のう
ち前記ミラーにより有効に前記光周波数変位検出手段へ
導かれる光の強度がどのように変化するかを予め解析的
に求め、その解析結果に基づいて、前記ビーム走査手段
の設置位置を決定したことを特徴とする。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載のレ
ーザー超音波検査装置において、第二のレーザービーム
の検査対象からの反射光のうち前記ミラーにより有効に
前記光周波数変位検出手段へ導かれる光の強度がどのよ
うに変化するかを予め求めた解析結果に基づいて、その
最大値と最小値との差が最小となるよう、前記ビーム走
査手段の設置位置を決定したことを特徴とする。
ーザー超音波検査装置において、第二のレーザービーム
の検査対象からの反射光のうち前記ミラーにより有効に
前記光周波数変位検出手段へ導かれる光の強度がどのよ
うに変化するかを予め求めた解析結果に基づいて、その
最大値と最小値との差が最小となるよう、前記ビーム走
査手段の設置位置を決定したことを特徴とする。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のレーザー超音波検査装置において、前記検査対象は
スラブであり、少なくとも前記ビーム走査手段は、検査
上スラブからの熱による影響を受けない距離だけ、前記
スラブから離間させて配置してあることを特徴とする。
載のレーザー超音波検査装置において、前記検査対象は
スラブであり、少なくとも前記ビーム走査手段は、検査
上スラブからの熱による影響を受けない距離だけ、前記
スラブから離間させて配置してあることを特徴とする。
【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
うちいずれか一項記載のレーザー超音波検査装置におい
て、前記ビーム走査手段の設置位置を決定する際に求め
た解析結果を用いて、前記光周波数変位検出手段の出力
信号を補正することを特徴とする。
うちいずれか一項記載のレーザー超音波検査装置におい
て、前記ビーム走査手段の設置位置を決定する際に求め
た解析結果を用いて、前記光周波数変位検出手段の出力
信号を補正することを特徴とする。
【００１０】請求項５記載の発明であるレーザー超音波
検査方法は、第一のレーザービームを検査対象に照射し
て超音波を発生させ、第二のレーザービームを検査対象
に照射し、前記第二のレーザービームが反射するときに
超音波振動によって受ける光周波数の変化に基づいて検
査対象内部の欠陥を検出するレーザー超音波検査方法に
おいて、ビーム走査手段のミラーの反復回転により、当
該ミラーで反射した前記第一及び第二のレーザービーム
を検査対象の所定の走査範囲において走査させるととも
に、検査対象で反射された前記第二のレーザービームの
反射光を前記ミラーで反射して前記光周波数変位検出手
段へ導き、前記ビーム走査手段の位置を前記走査範囲内
で変えたときに、前記第二のレーザービームの検査対象
からの反射光のうち前記ミラーにより有効に前記光周波
数変位検出手段へ導かれる光の強度がどのように変化す
るかを予め解析的に求め、その解析結果に基づいて、前
記ビーム走査手段の設置位置を決定することを特徴とす
る。
検査方法は、第一のレーザービームを検査対象に照射し
て超音波を発生させ、第二のレーザービームを検査対象
に照射し、前記第二のレーザービームが反射するときに
超音波振動によって受ける光周波数の変化に基づいて検
査対象内部の欠陥を検出するレーザー超音波検査方法に
おいて、ビーム走査手段のミラーの反復回転により、当
該ミラーで反射した前記第一及び第二のレーザービーム
を検査対象の所定の走査範囲において走査させるととも
に、検査対象で反射された前記第二のレーザービームの
反射光を前記ミラーで反射して前記光周波数変位検出手
段へ導き、前記ビーム走査手段の位置を前記走査範囲内
で変えたときに、前記第二のレーザービームの検査対象
からの反射光のうち前記ミラーにより有効に前記光周波
数変位検出手段へ導かれる光の強度がどのように変化す
るかを予め解析的に求め、その解析結果に基づいて、前
記ビーム走査手段の設置位置を決定することを特徴とす
る。
【００１１】請求項６記載の発明は、請求項５記載のレ
ーザー超音波検査方法において、前記ビーム走査手段の
設置位置を決定する際に求めた解析結果を用いて、前記
光周波数変位検出手段の出力信号を補正することを特徴
とする。
ーザー超音波検査方法において、前記ビーム走査手段の
設置位置を決定する際に求めた解析結果を用いて、前記
光周波数変位検出手段の出力信号を補正することを特徴
とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
実施の一形態について説明する。
実施の一形態について説明する。
【００１３】図１は、本実施形態に係るレーザー超音波
検査装置の全体構成を概略的に示した図である。図１に
おいて、検査対象となる鋼材３０として、ここでは鉄鋼
製造工程の中間生成物であるスラブを想定しいている。
鋼材３０は、図１の紙面と垂直に裏から表に向かう方向
に、一例として毎分２．５ｍの定速で搬送される。鋼材
３０の寸法は、一例として幅２０００ｍｍ、厚さ２５０
ｍｍである。
検査装置の全体構成を概略的に示した図である。図１に
おいて、検査対象となる鋼材３０として、ここでは鉄鋼
製造工程の中間生成物であるスラブを想定しいている。
鋼材３０は、図１の紙面と垂直に裏から表に向かう方向
に、一例として毎分２．５ｍの定速で搬送される。鋼材
３０の寸法は、一例として幅２０００ｍｍ、厚さ２５０
ｍｍである。
【００１４】超音波発生用レーザー１０は、鋼材３０内
に超音波を励起させるためのレーザーである。超音波発
生用レーザー１０としては、たとえばＹＡＧレーザーや
ＣＯ ２レーザーなどの高エネルギーパルスレーザーを使
用する。超音波検出用レーザー１１は、超音波発生用レ
ーザー１０の照射によって鋼材３０内に発生し、鋼材３
０内を伝播してきた超音波を検出するためのレーザーで
ある。超音波検出用レーザー１１としては、たとえば単
一波長のアルゴンレーザーを使用する。超音波検出用レ
ーザー１１は、パルスレーザーでもよいし、連続発振
（ＣＷ）レーザーであってもよい。
に超音波を励起させるためのレーザーである。超音波発
生用レーザー１０としては、たとえばＹＡＧレーザーや
ＣＯ ２レーザーなどの高エネルギーパルスレーザーを使
用する。超音波検出用レーザー１１は、超音波発生用レ
ーザー１０の照射によって鋼材３０内に発生し、鋼材３
０内を伝播してきた超音波を検出するためのレーザーで
ある。超音波検出用レーザー１１としては、たとえば単
一波長のアルゴンレーザーを使用する。超音波検出用レ
ーザー１１は、パルスレーザーでもよいし、連続発振
（ＣＷ）レーザーであってもよい。
【００１５】超音波発生用レーザー１０から射出された
レーザービーム２０は、ハーフミラー１２を透過し、ミ
ラー１３の中央に設けられた穴開き部分を通過して、ガ
ルバノミラー１４に入射する。一方、超音波検出用レー
ザー１１から射出されたレーザービーム２１は、ハーフ
ミラー１２において反射され、ミラー１３の穴開き部分
を通過して、ガルバノミラー１４に入射する。各光学要
素は、ハーフミラー１２以降の経路においてビーム２０
とビーム２１の光軸が一致するように設定されている。
レーザービーム２０は、ハーフミラー１２を透過し、ミ
ラー１３の中央に設けられた穴開き部分を通過して、ガ
ルバノミラー１４に入射する。一方、超音波検出用レー
ザー１１から射出されたレーザービーム２１は、ハーフ
ミラー１２において反射され、ミラー１３の穴開き部分
を通過して、ガルバノミラー１４に入射する。各光学要
素は、ハーフミラー１２以降の経路においてビーム２０
とビーム２１の光軸が一致するように設定されている。
【００１６】ガルバノミラー１４には、周知のように駆
動部が設けられており、外部から与えられる信号に従っ
て、図１に示したミラー面が、紙面に垂直な直線を軸と
してある角度範囲内で周期的に反復回転させることがで
きる。この反復回転する角度範囲と回転周期は、外部か
ら与える電気的な信号によって制御することができる。
予め分かっているビーム２０及び２１のガルバノミラー
１４への入射角及びガルバノミラー１４と鋼材３０との
相対位置に基づいて、ガルバノミラー１４の反復回転の
角度範囲を適切に制御すれば、鋼材３０の表面上におい
て、ビーム２０及び２１を幅方向（図１の左右方向）の
ほぼ全体にわたってスキャン（走査）させることができ
る。
動部が設けられており、外部から与えられる信号に従っ
て、図１に示したミラー面が、紙面に垂直な直線を軸と
してある角度範囲内で周期的に反復回転させることがで
きる。この反復回転する角度範囲と回転周期は、外部か
ら与える電気的な信号によって制御することができる。
予め分かっているビーム２０及び２１のガルバノミラー
１４への入射角及びガルバノミラー１４と鋼材３０との
相対位置に基づいて、ガルバノミラー１４の反復回転の
角度範囲を適切に制御すれば、鋼材３０の表面上におい
て、ビーム２０及び２１を幅方向（図１の左右方向）の
ほぼ全体にわたってスキャン（走査）させることができ
る。
【００１７】超音波発生用レーザー１０から射出された
レーザービーム２０が鋼材３０の表面に照射されると、
この点には熱的応力又は蒸発反力によって超音波が発生
する。この超音波は鋼材３０の内部を伝播するが、この
伝播経路に内部欠陥が存在すると、超音波はこの内部欠
陥でも反射・散乱され、エコーとして表面に戻る。鋼材
３０の表面には、超音波発生用レーザー１０からのビー
ム２０の他に、前述のように超音波検出用レーザー１１
からのビーム２１が照射されている。鋼材３０の表面は
粗面であるため、このビーム２１は鋼材３０の表面にお
いてほぼ等方的に散乱される。超音波エコーが戻ってき
た部分にレーザービーム２１が照射されていると、その
散乱光は、表面の超音波振動に起因するドップラーシフ
トを受けて光周波数が変化する。
レーザービーム２０が鋼材３０の表面に照射されると、
この点には熱的応力又は蒸発反力によって超音波が発生
する。この超音波は鋼材３０の内部を伝播するが、この
伝播経路に内部欠陥が存在すると、超音波はこの内部欠
陥でも反射・散乱され、エコーとして表面に戻る。鋼材
３０の表面には、超音波発生用レーザー１０からのビー
ム２０の他に、前述のように超音波検出用レーザー１１
からのビーム２１が照射されている。鋼材３０の表面は
粗面であるため、このビーム２１は鋼材３０の表面にお
いてほぼ等方的に散乱される。超音波エコーが戻ってき
た部分にレーザービーム２１が照射されていると、その
散乱光は、表面の超音波振動に起因するドップラーシフ
トを受けて光周波数が変化する。
【００１８】図１のレーザー超音波装置では、ガルバノ
ミラー１４のミラー面として、直径が２００ｍｍの円形
のものを使用する。鋼材３０の表面で散乱されたレーザ
ービーム２１のうち、照射点を頂点としガルバノミラー
１４のミラー面を見込む立体角の内側に含まれる散乱光
は、このミラー面で反射され、さらにミラー１３によっ
て反射されたのち、ファブリ・ペロー干渉計１５に入射
する。
ミラー１４のミラー面として、直径が２００ｍｍの円形
のものを使用する。鋼材３０の表面で散乱されたレーザ
ービーム２１のうち、照射点を頂点としガルバノミラー
１４のミラー面を見込む立体角の内側に含まれる散乱光
は、このミラー面で反射され、さらにミラー１３によっ
て反射されたのち、ファブリ・ペロー干渉計１５に入射
する。
【００１９】ファブリ・ペロー干渉計１５は、入射した
光の光周波数と透過する光の強度との間に、図２の曲線
で示すような関係がある。図２において、横軸は入射す
る光の光周波数νを、縦軸は透過光強度Ｉを示してい
る。図２に示すように、ファブリ・ペロー干渉計１５の
透過光強度Ｉは、特定の光周波数において急峻なピーク
を示すが、ピークの前後では速やかに低下する。このピ
ークを示す光周波数は、ファブリ・ペロー干渉計１５の
共振器長を調節することによって変えることができる。
そこで、図２に示す曲線の傾きが最大となる光周波数
（たとえば図２のＡ点）が、ちょうどレーザービーム２
１の光周波数と一致するよう予め共振器長が調節されて
いれば、光周波数の僅かな変化±Δνを、相対的に大き
な透過光強度の変化±ΔＩに変換することができる。
光の光周波数と透過する光の強度との間に、図２の曲線
で示すような関係がある。図２において、横軸は入射す
る光の光周波数νを、縦軸は透過光強度Ｉを示してい
る。図２に示すように、ファブリ・ペロー干渉計１５の
透過光強度Ｉは、特定の光周波数において急峻なピーク
を示すが、ピークの前後では速やかに低下する。このピ
ークを示す光周波数は、ファブリ・ペロー干渉計１５の
共振器長を調節することによって変えることができる。
そこで、図２に示す曲線の傾きが最大となる光周波数
（たとえば図２のＡ点）が、ちょうどレーザービーム２
１の光周波数と一致するよう予め共振器長が調節されて
いれば、光周波数の僅かな変化±Δνを、相対的に大き
な透過光強度の変化±ΔＩに変換することができる。
【００２０】内部欠陥によって反射された超音波エコー
が鋼材３０の表面に戻ると、表面の超音波振動に起因し
て、レーザービーム２１の散乱光はドップラーシフトを
受け、光周波数が変化する。この光周波数の変化は、フ
ァブリ・ペロー干渉計１５の透過光強度の変化となって
現れる。透過光強度は、光検出器１６を用いて電気信号
に変換されるので、超音波エコーは、最終的に電気的な
信号として捉えられる。この信号は、例えばオシロスコ
ープ１７に表示され、必要に応じて波形が記録される。
また、この信号をＡ／Ｄ変換し、そのデータをパーソナ
ルコンピュータなどによりディジタル的に処理してもよ
い。
が鋼材３０の表面に戻ると、表面の超音波振動に起因し
て、レーザービーム２１の散乱光はドップラーシフトを
受け、光周波数が変化する。この光周波数の変化は、フ
ァブリ・ペロー干渉計１５の透過光強度の変化となって
現れる。透過光強度は、光検出器１６を用いて電気信号
に変換されるので、超音波エコーは、最終的に電気的な
信号として捉えられる。この信号は、例えばオシロスコ
ープ１７に表示され、必要に応じて波形が記録される。
また、この信号をＡ／Ｄ変換し、そのデータをパーソナ
ルコンピュータなどによりディジタル的に処理してもよ
い。
【００２１】ここでは、検査対象となる鋼材３０とし
て、前述のように厚さ２５０ｍｍ程度のものを想定して
いるが、鋼材３０の厚さがこの程度になると、裏側で反
射された超音波エコーの強度は極めて低くなるので、現
状のレーザー超音波装置の感度ではほとんど検出されな
い。一方、鋼材３０の表面から数十ｍｍ程度までの範囲
に内部欠陥が存在すれば、ここで反射又は散乱された超
音波エコーは十分に検出できる。したがって、超音波エ
コーが観測された場合には、鋼材３０の比較的浅い部分
に欠陥が存在することが分かる。
て、前述のように厚さ２５０ｍｍ程度のものを想定して
いるが、鋼材３０の厚さがこの程度になると、裏側で反
射された超音波エコーの強度は極めて低くなるので、現
状のレーザー超音波装置の感度ではほとんど検出されな
い。一方、鋼材３０の表面から数十ｍｍ程度までの範囲
に内部欠陥が存在すれば、ここで反射又は散乱された超
音波エコーは十分に検出できる。したがって、超音波エ
コーが観測された場合には、鋼材３０の比較的浅い部分
に欠陥が存在することが分かる。
【００２２】超音波エコーが検出されたときは、ビーム
２１の照射位置と、検出タイミングと、予め分かってい
る鋼材３０の音速から、その欠陥の位置を計算で求める
ことができる。すなわち、鋼材の比較的浅い部分に関し
て、非破壊で検査対象の内部欠陥を検出し、かつ、その
位置を特定することが可能となる。
２１の照射位置と、検出タイミングと、予め分かってい
る鋼材３０の音速から、その欠陥の位置を計算で求める
ことができる。すなわち、鋼材の比較的浅い部分に関し
て、非破壊で検査対象の内部欠陥を検出し、かつ、その
位置を特定することが可能となる。
【００２３】図３は、鋼材３０を上から見た平面図であ
り、ビーム２０及び２１を鋼材３０の幅方向にスキャン
させたときに、鋼材３０上でどういう点が検査されるか
を示している。前述のように、ガルバノミラー１４のミ
ラー面は図１の紙面に垂直な直線を軸として反復回転す
るが、鋼材３０は図１の紙面と垂直な方向に一定速度で
搬送されるので、鋼材３０上でビーム２０及び２１がス
キャンされる経路は、図１に破線４０で示すように、鋼
材３０の幅方向からやや傾いた直線となる。ただし、破
線４０は実際のスキャン経路よりも傾きをやや誇張して
描いている。図３において、多数の黒丸４１は、超音波
発生用レーザー１０から発せられる高エネルギーパルス
レーザーが照射される点を示している。このように超音
波発生用のレーザーは、一定間隔で飛び飛びの位置に照
射される。ただし、図３では、黒丸４１同士の間隔を、
実際にレーザービームが照射される間隔よりも広く示し
ている。
り、ビーム２０及び２１を鋼材３０の幅方向にスキャン
させたときに、鋼材３０上でどういう点が検査されるか
を示している。前述のように、ガルバノミラー１４のミ
ラー面は図１の紙面に垂直な直線を軸として反復回転す
るが、鋼材３０は図１の紙面と垂直な方向に一定速度で
搬送されるので、鋼材３０上でビーム２０及び２１がス
キャンされる経路は、図１に破線４０で示すように、鋼
材３０の幅方向からやや傾いた直線となる。ただし、破
線４０は実際のスキャン経路よりも傾きをやや誇張して
描いている。図３において、多数の黒丸４１は、超音波
発生用レーザー１０から発せられる高エネルギーパルス
レーザーが照射される点を示している。このように超音
波発生用のレーザーは、一定間隔で飛び飛びの位置に照
射される。ただし、図３では、黒丸４１同士の間隔を、
実際にレーザービームが照射される間隔よりも広く示し
ている。
【００２４】ところで、レーザー超音波装置は、図１に
示すように、超音波の発生・検出のいずれについても検
査対象に非接触で行うことができるという利点がある
が、さらに、スラブのように非常に高温の鋼材３０を検
査対象とする場合には、レンズやミラーなどの光学要素
が熱による影響を受けないようにするために、装置全体
を検査対象から１ｍ程度以上離したいという要請があ
る。
示すように、超音波の発生・検出のいずれについても検
査対象に非接触で行うことができるという利点がある
が、さらに、スラブのように非常に高温の鋼材３０を検
査対象とする場合には、レンズやミラーなどの光学要素
が熱による影響を受けないようにするために、装置全体
を検査対象から１ｍ程度以上離したいという要請があ
る。
【００２５】一方、前述のように、レーザービーム２１
の散乱光のうち内部欠陥の検出に寄与するのは照射点か
らガルバノミラー１４のミラー面を見込む立体各の内側
に含まれる散乱光であるが、この立体角は検査対象から
離れるに従って小さくなるため、ガルバノミラー１４を
鋼材３０から離す距離が大きくなるほど、欠陥検出感度
は低下する。もっとも、ガルバノミラー１４のミラー面
を大きくすればそれだけ捕らえられる散乱光の光量は増
えるが、ミラー面が直径２００ｍｍを超える程度に大き
くなると、幅２０００ｍｍの鋼材３０の全幅をカバーす
るような大きな角度で、高速（例えば１秒間に１５往
復）かつ安定した周期で反復回転させることは難しくな
る。
の散乱光のうち内部欠陥の検出に寄与するのは照射点か
らガルバノミラー１４のミラー面を見込む立体各の内側
に含まれる散乱光であるが、この立体角は検査対象から
離れるに従って小さくなるため、ガルバノミラー１４を
鋼材３０から離す距離が大きくなるほど、欠陥検出感度
は低下する。もっとも、ガルバノミラー１４のミラー面
を大きくすればそれだけ捕らえられる散乱光の光量は増
えるが、ミラー面が直径２００ｍｍを超える程度に大き
くなると、幅２０００ｍｍの鋼材３０の全幅をカバーす
るような大きな角度で、高速（例えば１秒間に１５往
復）かつ安定した周期で反復回転させることは難しくな
る。
【００２６】さらに、図１に示した装置では、超音波検
出用レーザー１１から発せられたレーザービーム２１
は、鋼材３０の左側から鋼材３０の表面に平行に進んだ
後にガルバノミラー１４に入射する。このような構成で
は、前述の立体角は、レーザービーム２１の照射点の位
置によって異なる。このため、鋼材３０の表面で散乱さ
れてガルバノミラー１４のミラー面に達する散乱光の光
量は鋼材３０の幅方向において均一ではなく、したがっ
て、内部欠陥の検出感度は場所によって変動する。この
ため、ガルバノミラー１４を鋼材３０から１ｍ程度離す
と、もともと検出感度が低い場所では、鋼材３０の表面
近くに内部欠陥が存在しても、それを捉えることができ
ないことが考えられる。
出用レーザー１１から発せられたレーザービーム２１
は、鋼材３０の左側から鋼材３０の表面に平行に進んだ
後にガルバノミラー１４に入射する。このような構成で
は、前述の立体角は、レーザービーム２１の照射点の位
置によって異なる。このため、鋼材３０の表面で散乱さ
れてガルバノミラー１４のミラー面に達する散乱光の光
量は鋼材３０の幅方向において均一ではなく、したがっ
て、内部欠陥の検出感度は場所によって変動する。この
ため、ガルバノミラー１４を鋼材３０から１ｍ程度離す
と、もともと検出感度が低い場所では、鋼材３０の表面
近くに内部欠陥が存在しても、それを捉えることができ
ないことが考えられる。
【００２７】そこで、本実施形態では、レーザービーム
２１の照射位置による散乱光の光量の不均一さを是正す
るために、次のような方法を採用する。
２１の照射位置による散乱光の光量の不均一さを是正す
るために、次のような方法を採用する。
【００２８】図４は、ガルバノミラー１４を、鋼材３０
の幅方向の中央で、かつ、鋼材３０からの高さが１ｍの
ところに設置し、鋼材３０の幅方向においてレーザービ
ーム２１の照射位置を変えたときに、ガルバノミラー１
４に達する散乱光の光量がどのように変化するかをシミ
ュレーションした結果を示している。図４において、横
軸は、鋼材３０の左端を原点とする幅方向の位置であ
り、ここでは鋼材３０の幅を２０００ｍｍとしているの
で、中央に置かれたガルバノミラー１４の位置（ＧＭ）
は横軸の１０００ｍｍのところにくる。縦軸は、レーザ
ービーム２１の鋼材３０の表面における強度を１Ｗと
し、このうち表面から１ｍの距離にある直径２００ｍｍ
のガルバノミラー１４に到達する散乱光の強度を示して
いる。この場合、散乱光の強度は、散乱光がレーザービ
ーム２１の照射点から等方的に散乱されるものと仮定
し、レーザービーム２１の照射位置と、この照射位置か
ら１メートルの高さにある直径２００ｍｍのミラー面
（この照射位置にレーザービーム２１が照射されるよう
な角度に傾いているものとする）を見込む立体角に基づ
いて、純粋に幾何学的に計算して得られた値とする。
の幅方向の中央で、かつ、鋼材３０からの高さが１ｍの
ところに設置し、鋼材３０の幅方向においてレーザービ
ーム２１の照射位置を変えたときに、ガルバノミラー１
４に達する散乱光の光量がどのように変化するかをシミ
ュレーションした結果を示している。図４において、横
軸は、鋼材３０の左端を原点とする幅方向の位置であ
り、ここでは鋼材３０の幅を２０００ｍｍとしているの
で、中央に置かれたガルバノミラー１４の位置（ＧＭ）
は横軸の１０００ｍｍのところにくる。縦軸は、レーザ
ービーム２１の鋼材３０の表面における強度を１Ｗと
し、このうち表面から１ｍの距離にある直径２００ｍｍ
のガルバノミラー１４に到達する散乱光の強度を示して
いる。この場合、散乱光の強度は、散乱光がレーザービ
ーム２１の照射点から等方的に散乱されるものと仮定
し、レーザービーム２１の照射位置と、この照射位置か
ら１メートルの高さにある直径２００ｍｍのミラー面
（この照射位置にレーザービーム２１が照射されるよう
な角度に傾いているものとする）を見込む立体角に基づ
いて、純粋に幾何学的に計算して得られた値とする。
【００２９】図４から分かるように、ガルバノミラー１
４に達する散乱光の光量が最大となるのは、レーザービ
ーム２１を、鋼材３０の幅方向中央部からやや左よりの
位置に照射したときであり、欠陥検出感度はこの点で最
大となる。一方、散乱光の光量が最小になるのは、鋼材
３０の右端部であり、この点の散乱光の光量は、最大値
からみて約７分の１に低下する。したがって、この位置
における欠陥検出の感度も、最大感度の位置からみて同
程度に悪化すると考えられ、この場所の内部に欠陥が存
在しても、これを検出できずに見逃す可能性が高くな
る。
４に達する散乱光の光量が最大となるのは、レーザービ
ーム２１を、鋼材３０の幅方向中央部からやや左よりの
位置に照射したときであり、欠陥検出感度はこの点で最
大となる。一方、散乱光の光量が最小になるのは、鋼材
３０の右端部であり、この点の散乱光の光量は、最大値
からみて約７分の１に低下する。したがって、この位置
における欠陥検出の感度も、最大感度の位置からみて同
程度に悪化すると考えられ、この場所の内部に欠陥が存
在しても、これを検出できずに見逃す可能性が高くな
る。
【００３０】図５は、ガルバノミラー１４を、鋼材３０
の左端から１５００ｍｍの位置（ＧＭ）の真上１ｍの高
さに配置し、図４と同様に鋼材３０上におけるレーザー
ビーム２１の照射位置を変えたときに、ガルバノミラー
１４に達する散乱光の光量がどのように変化するかをシ
ミュレーションした結果を示している。その他の条件
は、図４の場合と同じである。
の左端から１５００ｍｍの位置（ＧＭ）の真上１ｍの高
さに配置し、図４と同様に鋼材３０上におけるレーザー
ビーム２１の照射位置を変えたときに、ガルバノミラー
１４に達する散乱光の光量がどのように変化するかをシ
ミュレーションした結果を示している。その他の条件
は、図４の場合と同じである。
【００３１】図５の場合には、ガルバノミラー１４に達
する散乱光の光量が最大となるのは、レーザービーム２
１を、ガルバノミラー１４の真下（鋼材３０の左端から
１５００ｍｍの点）に照射したときであり、欠陥検出感
度もこのときに最大となる。一方、散乱光の光量が最小
になるのは、図４の場合と同じく鋼材３０の右端部（鋼
材３０の左端から２０００ｍｍの点）であるが、この点
における値は図４の同じ点の値よりもずっと大きく、ま
た、最大値からみた光量の低下の仕方も、最大値の約２
分の１程度に抑えられている。すなわち、図５の場合に
は、ガルバノミラー１４に達する散乱光の光量の不均一
さは、図４の場合に比べて大幅に改善され、かつ、光量
の最小値も大幅に引き上げられている。したがって、光
量が最小値となる位置での欠陥検出感度が向上し、単純
にガルバノミラー１４を中央に置いた場合に比べて、よ
り微小な欠陥でも検出することが可能となる。
する散乱光の光量が最大となるのは、レーザービーム２
１を、ガルバノミラー１４の真下（鋼材３０の左端から
１５００ｍｍの点）に照射したときであり、欠陥検出感
度もこのときに最大となる。一方、散乱光の光量が最小
になるのは、図４の場合と同じく鋼材３０の右端部（鋼
材３０の左端から２０００ｍｍの点）であるが、この点
における値は図４の同じ点の値よりもずっと大きく、ま
た、最大値からみた光量の低下の仕方も、最大値の約２
分の１程度に抑えられている。すなわち、図５の場合に
は、ガルバノミラー１４に達する散乱光の光量の不均一
さは、図４の場合に比べて大幅に改善され、かつ、光量
の最小値も大幅に引き上げられている。したがって、光
量が最小値となる位置での欠陥検出感度が向上し、単純
にガルバノミラー１４を中央に置いた場合に比べて、よ
り微小な欠陥でも検出することが可能となる。
【００３２】ここで、ガルバノミラー１４を設置する最
適な位置を解析的に求める方法について説明する。ま
ず、図４及び図５に示した曲線を関数Ｆとする。すなわ
ち、関数Ｆは、鋼材３０の真上１ｍの高さに設置したガ
ルバノミラー１４に達する散乱光の光量を示している。
この場合、鋼材３０の幅方向におけるガルバノミラー１
４の設置位置をｘ（０≦ｘ≦２０００ｍｍ）、レーザー
ビーム２１を照射する位置をｙ（０≦ｙ≦２０００ｍ
ｍ）とすれば、関数Ｆは、二変数の関数Ｆ（ｘ，ｙ）で
ある。
適な位置を解析的に求める方法について説明する。ま
ず、図４及び図５に示した曲線を関数Ｆとする。すなわ
ち、関数Ｆは、鋼材３０の真上１ｍの高さに設置したガ
ルバノミラー１４に達する散乱光の光量を示している。
この場合、鋼材３０の幅方向におけるガルバノミラー１
４の設置位置をｘ（０≦ｘ≦２０００ｍｍ）、レーザー
ビーム２１を照射する位置をｙ（０≦ｙ≦２０００ｍ
ｍ）とすれば、関数Ｆは、二変数の関数Ｆ（ｘ，ｙ）で
ある。
【００３３】続いて、変数ｘを０に固定し、変数ｙをΔ
ｙずつ変えて０から２０００までスキャンさせ、その最
大値と最小値を求めてその差を算出する。次に、ｘの値
をΔｘだけ変え、同様に変数ｙについて０から２０００
までΔｙずつスキャンさせ、その最大値と最小値を求
め、その差を算出する。以下、同様にしてｘの値をΔｘ
ずつ変えてｙの値をスキャンさせ、それぞれの最大値と
最小値を求めてその差を算出するという処理を、ｘの値
が２０００になるまで行う。そして、｛Ｆｍａｘ（ｘ，
ｙ）−Ｆｍｉｘ（ｘ，ｙ）｝の値が最小となるｘの値ｘ
０を決定する。なおこのような最小化のための関数Ｆに
ついては、上記の方法で求める以外に、数学的に式とし
て求める事も可能である。この値ｘ０が、ガルバノミラ
ー１４を設置するのに最適な位置となる。ガルバノミラ
ー１４をこのｘ０の位置に置くと、ｙ＝０の点における
散乱光の光量と、ｙ＝２０００の点における散乱光の光
量は、等しくなる。
ｙずつ変えて０から２０００までスキャンさせ、その最
大値と最小値を求めてその差を算出する。次に、ｘの値
をΔｘだけ変え、同様に変数ｙについて０から２０００
までΔｙずつスキャンさせ、その最大値と最小値を求
め、その差を算出する。以下、同様にしてｘの値をΔｘ
ずつ変えてｙの値をスキャンさせ、それぞれの最大値と
最小値を求めてその差を算出するという処理を、ｘの値
が２０００になるまで行う。そして、｛Ｆｍａｘ（ｘ，
ｙ）−Ｆｍｉｘ（ｘ，ｙ）｝の値が最小となるｘの値ｘ
０を決定する。なおこのような最小化のための関数Ｆに
ついては、上記の方法で求める以外に、数学的に式とし
て求める事も可能である。この値ｘ０が、ガルバノミラ
ー１４を設置するのに最適な位置となる。ガルバノミラ
ー１４をこのｘ０の位置に置くと、ｙ＝０の点における
散乱光の光量と、ｙ＝２０００の点における散乱光の光
量は、等しくなる。
【００３４】ただし、本発明は、ガルバノミラー１４を
置く位置として、｛Ｆｍａｘ（ｘ，ｙ）−Ｆ
ｍｉｘ（ｘ，ｙ）｝の値が最小となる点に限定されるも
のではない。たとえば、｛Ｆｍａｘ（ｘ，ｙ）−Ｆ
ｍｉｘ（ｘ，ｙ）｝が最小となる点以外でも、上のよう
な計算を行って、最小値と最大値の差がある一定の許容
範囲（例えば最小値が最大値の２分の１以上となる範
囲）に含まれるよう、ガルバノミラー１４の設置位置を
決定するような場合も、本発明の技術的範囲に含まれ
る。
置く位置として、｛Ｆｍａｘ（ｘ，ｙ）−Ｆ
ｍｉｘ（ｘ，ｙ）｝の値が最小となる点に限定されるも
のではない。たとえば、｛Ｆｍａｘ（ｘ，ｙ）−Ｆ
ｍｉｘ（ｘ，ｙ）｝が最小となる点以外でも、上のよう
な計算を行って、最小値と最大値の差がある一定の許容
範囲（例えば最小値が最大値の２分の１以上となる範
囲）に含まれるよう、ガルバノミラー１４の設置位置を
決定するような場合も、本発明の技術的範囲に含まれ
る。
【００３５】次に、欠陥検出の感度を更に高める方法に
ついて説明する。前述のように、図１の装置は、鋼材内
部の欠陥に起因するファブリ・ペロー干渉計１５の透過
光強度の変化を電気的に捉えることによって欠陥を検出
する。すなわち、この内部欠陥を示す信号は、前述のよ
うに、図２のＡ点におけるファブリ・ペロー干渉計１５
の透過光強度に対応する信号レベルからの変化として現
れる。この透過光強度の変化は微弱であるため、Ａ点に
おける元々の信号に埋もれて明確に認識できない場合が
ある。
ついて説明する。前述のように、図１の装置は、鋼材内
部の欠陥に起因するファブリ・ペロー干渉計１５の透過
光強度の変化を電気的に捉えることによって欠陥を検出
する。すなわち、この内部欠陥を示す信号は、前述のよ
うに、図２のＡ点におけるファブリ・ペロー干渉計１５
の透過光強度に対応する信号レベルからの変化として現
れる。この透過光強度の変化は微弱であるため、Ａ点に
おける元々の信号に埋もれて明確に認識できない場合が
ある。
【００３６】そこで、鋼材内部の欠陥に起因するＡ点の
信号レベルからの変化の検出能を高めるために、ガルバ
ノミラーの最適位置を決めるために得られた解析データ
を利用する。例えば、図５との関連で説明した方法によ
ってガルバノミラー１４の最適位置を求め、その位置に
ガルバノミラー１４を置いたときのたときの散乱光の光
量変化が図６の曲線のようになっていたとする。この場
合、散乱光の光量は、鋼材３０の両端部の値が等しくな
る。図６において、ＧＭで示す点が、ガルバノミラーの
位置である。図６の曲線は、実際の欠陥検出を行う前に
予め求められたものであり、得られた各点における値
は、予め格納しておく。この曲線の縦軸の値は、横軸の
各点において欠陥が存在しないと仮定した場合におけ
る、図２のＡ点の信号レベルに対応する。
信号レベルからの変化の検出能を高めるために、ガルバ
ノミラーの最適位置を決めるために得られた解析データ
を利用する。例えば、図５との関連で説明した方法によ
ってガルバノミラー１４の最適位置を求め、その位置に
ガルバノミラー１４を置いたときのたときの散乱光の光
量変化が図６の曲線のようになっていたとする。この場
合、散乱光の光量は、鋼材３０の両端部の値が等しくな
る。図６において、ＧＭで示す点が、ガルバノミラーの
位置である。図６の曲線は、実際の欠陥検出を行う前に
予め求められたものであり、得られた各点における値
は、予め格納しておく。この曲線の縦軸の値は、横軸の
各点において欠陥が存在しないと仮定した場合におけ
る、図２のＡ点の信号レベルに対応する。
【００３７】図７は、実際の測定によって得られる信号
波形の一例を示している。図７の各信号に付した番号
は、図６の曲線上に付した点の番号に対応する。図７の
各信号は、超音波検出用レーザー１１からのビーム２１
を例えば６０μｓｅｃずつの期間にわたって取り込んで
得られる。図７の場合には、２番目の信号と４番目の信
号に、欠陥からの超音波エコーに起因すると考えられる
波形が見出される。
波形の一例を示している。図７の各信号に付した番号
は、図６の曲線上に付した点の番号に対応する。図７の
各信号は、超音波検出用レーザー１１からのビーム２１
を例えば６０μｓｅｃずつの期間にわたって取り込んで
得られる。図７の場合には、２番目の信号と４番目の信
号に、欠陥からの超音波エコーに起因すると考えられる
波形が見出される。
【００３８】そこで、本実施形態では、図７のように、
実際に得られた信号から、その点に対応する図６の曲線
上の値（予めメモリ等に格納されている）を差し引く演
算を行って補正する。こうして得られる補正値は、図７
に示す各信号から、その直流成分を差し引いたものであ
る。鋼材内部に欠陥がなければ、この値はほぼゼロとな
る。一方、欠陥が存在すれば、この値は、ほとんど欠陥
からの超音波エコーに起因する信号分だけが残り、その
他の部分はほぼゼロとある。図８は、図７の２番目の信
号から、図６の対応する点での縦軸の値を差し引いて得
られる信号を示している。すなわち、このような補正処
理を行うと、得られた信号から余分な信号が取り除か
れ、欠陥が存在する場合には、ほぼその欠陥に起因する
信号だけが抽出される。このため欠陥検出のＳ／Ｎを高
めることができ、より微小な欠陥の検出が可能となる。
更に他の実施形態として、あらかじめ測定で求めておい
た検出光量と基準超音波エコーのＳＮとの関係（使用す
る検出器や干渉計の特性に依存）から、関数Ｆ値に基づ
き検出信号のＳＮを補正する事により実際の欠陥サイズ
に対応した探傷結果を得る事も可能になる。
実際に得られた信号から、その点に対応する図６の曲線
上の値（予めメモリ等に格納されている）を差し引く演
算を行って補正する。こうして得られる補正値は、図７
に示す各信号から、その直流成分を差し引いたものであ
る。鋼材内部に欠陥がなければ、この値はほぼゼロとな
る。一方、欠陥が存在すれば、この値は、ほとんど欠陥
からの超音波エコーに起因する信号分だけが残り、その
他の部分はほぼゼロとある。図８は、図７の２番目の信
号から、図６の対応する点での縦軸の値を差し引いて得
られる信号を示している。すなわち、このような補正処
理を行うと、得られた信号から余分な信号が取り除か
れ、欠陥が存在する場合には、ほぼその欠陥に起因する
信号だけが抽出される。このため欠陥検出のＳ／Ｎを高
めることができ、より微小な欠陥の検出が可能となる。
更に他の実施形態として、あらかじめ測定で求めておい
た検出光量と基準超音波エコーのＳＮとの関係（使用す
る検出器や干渉計の特性に依存）から、関数Ｆ値に基づ
き検出信号のＳＮを補正する事により実際の欠陥サイズ
に対応した探傷結果を得る事も可能になる。
【００３９】以上、本発明の実施の一形態について説明
してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、その要旨の範囲内において、種々の変更が可
能である。
してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、その要旨の範囲内において、種々の変更が可
能である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検査対象内部を伝播した超音波のエコーを検出するため
の第二のレーザービームの検査対象からの反射光のう
ち、ビーム走査手段のミラーにより有効に光周波数変位
検出手段へ導かれる光の強度が、どのように変化するか
を予め解析的に求め、その解析結果に基づいて、前記ビ
ーム走査手段の設置位置を決定することにより、欠陥検
出の感度を向上させることである。さらに、ビーム走査
手段の設置位置を決定する際に求めた解析結果を用い
て、光周波数変位検出手段の出力信号を補正することに
より、欠陥検出の感度をより高めることができる。
検査対象内部を伝播した超音波のエコーを検出するため
の第二のレーザービームの検査対象からの反射光のう
ち、ビーム走査手段のミラーにより有効に光周波数変位
検出手段へ導かれる光の強度が、どのように変化するか
を予め解析的に求め、その解析結果に基づいて、前記ビ
ーム走査手段の設置位置を決定することにより、欠陥検
出の感度を向上させることである。さらに、ビーム走査
手段の設置位置を決定する際に求めた解析結果を用い
て、光周波数変位検出手段の出力信号を補正することに
より、欠陥検出の感度をより高めることができる。
【図１】本発明の実施の一形態に係るレーザー超音波検
査装置の全体構成を概略的に示した図である。
査装置の全体構成を概略的に示した図である。
【図２】ファブリ・ペロー干渉計に入射した光の光周波
数と透過する光の強度との関係を示した図である。
数と透過する光の強度との関係を示した図である。
【図３】ビーム２０及び２１を鋼材３０の幅方向にスキ
ャンさせたときに、鋼材３０上でどういう点が検査され
るかを示した、鋼材３０の平面図である。
ャンさせたときに、鋼材３０上でどういう点が検査され
るかを示した、鋼材３０の平面図である。
【図４】ガルバノミラー１４を、鋼材３０の幅方向の中
央で、かつ、鋼材３０からの高さが１ｍのところに設置
し、鋼材３０の幅方向においてレーザービーム２１の照
射位置を変えたときに、ガルバノミラー１４に達する散
乱光の光量がどのように変化するかをシミュレーション
した結果を示した図である。
央で、かつ、鋼材３０からの高さが１ｍのところに設置
し、鋼材３０の幅方向においてレーザービーム２１の照
射位置を変えたときに、ガルバノミラー１４に達する散
乱光の光量がどのように変化するかをシミュレーション
した結果を示した図である。
【図５】ガルバノミラー１４を、鋼材３０の左端から１
５００ｍｍの位置の真上１ｍの高さに配置し、図４と同
様に鋼材３０上におけるレーザービーム２１の照射位置
を変えたときに、ガルバノミラー１４に達する散乱光の
光量がどのように変化するかをシミュレーションした結
果を示した図である。
５００ｍｍの位置の真上１ｍの高さに配置し、図４と同
様に鋼材３０上におけるレーザービーム２１の照射位置
を変えたときに、ガルバノミラー１４に達する散乱光の
光量がどのように変化するかをシミュレーションした結
果を示した図である。
【図６】ガルバノミラー１４が最適位置に置かれたとき
の、散乱光の光量変化の様子を示した図である。
の、散乱光の光量変化の様子を示した図である。
【図７】際の測定によって得られる信号波形の一例を示
した図である。
した図である。
【図８】図７の２番目の信号から、図６の対応する点で
の縦軸の値を差し引いて得られる信号を示した図であ
る。
の縦軸の値を差し引いて得られる信号を示した図であ
る。
１０…超音波発生用レーザー， １１…超音波検出用レ
ーザー， １２…ハーフミラー， １３…ミラー， １
４…ガルバノミラー， １５…ファブリ・ペロー干渉
計， １６…光検出器， １７…オシロスコープ， ２
０，２１…レーザービーム， ３０…鋼材，
ーザー， １２…ハーフミラー， １３…ミラー， １
４…ガルバノミラー， １５…ファブリ・ペロー干渉
計， １６…光検出器， １７…オシロスコープ， ２
０，２１…レーザービーム， ３０…鋼材，
Claims (6)
- 【請求項１】 検査対象に超音波を発生させるための第
一のレーザービームを発生する第一のレーザー光源と、 検査対象内部を伝播した前記超音波のエコーを検出する
ための第二のレーザービームを発生する第二のレーザー
光源と、 前記第二のレーザービームが検査対象で反射されるとき
に前記超音波のエコーに起因して生じる光周波数の変位
を検出する光周波数変位検出手段と、 ミラーの反復回転により、当該ミラーで反射した前記第
一及び第二のレーザービームを検査対象の所定の走査範
囲において走査させるとともに、検査対象で反射された
前記第二のレーザービームの反射光を前記ミラーで反射
して前記光周波数変位検出手段へ導くビーム走査手段
と、を具備し、 前記ビーム走査手段の位置を前記走査範囲内で変えたと
きに、前記第二のレーザービームの検査対象からの反射
光のうち前記ミラーにより有効に前記光周波数変位検出
手段へ導かれる光の強度がどのように変化するかを予め
解析的に求め、その解析結果に基づいて、前記ビーム走
査手段の設置位置を決定したことを特徴とするレーザー
超音波検査装置。 - 【請求項２】 第二のレーザービームの検査対象からの
反射光のうち前記ミラーにより有効に前記光周波数変位
検出手段へ導かれる光の強度がどのように変化するかを
予め求めた解析結果に基づいて、その最大値と最小値と
の差が最小となるよう、前記ビーム走査手段の設置位置
を決定したことを特徴とする請求項１記載のレーザー超
音波検査装置。 - 【請求項３】 前記検査対象はスラブであり、少なくと
も前記ビーム走査手段は、検査上スラブからの熱による
影響を受けない距離だけ、前記スラブから離間させて配
置してあることを特徴とする請求項１又は２記載のレー
ザー超音波検査装置。 - 【請求項４】 前記ビーム走査手段の設置位置を決定す
る際に求めた解析結果を用いて、前記光周波数変位検出
手段の出力信号を補正することを特徴とする請求項１乃
至３のうちいずれか一項記載のレーザー超音波検査装
置。 - 【請求項５】 第一のレーザービームを検査対象に照射
して超音波を発生させ、第二のレーザービームを検査対
象に照射し、前記第二のレーザービームが反射するとき
に超音波振動によって受ける光周波数の変化に基づいて
検査対象内部の欠陥を検出するレーザー超音波検査方法
において、 ビーム走査手段のミラーの反復回転により、当該ミラー
で反射した前記第一及び第二のレーザービームを検査対
象の所定の走査範囲において走査させるとともに、検査
対象で反射された前記第二のレーザービームの反射光を
前記ミラーで反射して前記光周波数変位検出手段へ導
き、 前記ビーム走査手段の位置を前記走査範囲内で変えたと
きに、前記第二のレーザービームの検査対象からの反射
光のうち前記ミラーにより有効に前記光周波数変位検出
手段へ導かれる光の強度がどのように変化するかを予め
解析的に求め、その解析結果に基づいて、前記ビーム走
査手段の設置位置を決定することを特徴とするレーザー
超音波検査方法。 - 【請求項６】 前記ビーム走査手段の設置位置を決定す
る際に求めた解析結果を用いて、前記光周波数変位検出
手段の出力信号を補正することを特徴とする請求項５記
載のレーザー超音波検査方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001021503A JP2002228638A (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | レーザー超音波検査装置及びレーザー超音波検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001021503A JP2002228638A (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | レーザー超音波検査装置及びレーザー超音波検査方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002228638A true JP2002228638A (ja) | 2002-08-14 |
Family
ID=18887059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001021503A Withdrawn JP2002228638A (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | レーザー超音波検査装置及びレーザー超音波検査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002228638A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271288A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Graduate School For The Creation Of New Photonics Industries | レーザ励起超音波画像装置 |
-
2001
- 2001-01-30 JP JP2001021503A patent/JP2002228638A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271288A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Graduate School For The Creation Of New Photonics Industries | レーザ励起超音波画像装置 |
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