JP2003215110A - レーザ超音波検査装置及びレーザ超音波検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一台のレーザ装置を用いて欠陥検出を行うこ
とができるレーザ超音波検査装置及びレーザ超音波検査
方法を提供する。 【解決手段】 レーザ装置１０は、単一の周波数を有す
るパルス発振のレーザビームを発生する。ビームスプリ
ッタ２１は、レーザ装置１０から発生されたレーザビー
ムを第一レーザビームと第二レーザビームとに分割す
る。第一レーザビームを検査対象物２に照射することに
より、検査対象物２に超音波を発生させる。一方、光フ
ァイバ２３を介して第二レーザビームを伝送することに
より、光ファイバ２３の分散特性を利用して第二レーザ
ビームのパルス幅を、検査対象物２内部を伝播した超音
波のエコーを検出するのに必要なパルス幅に変換する。
その後、第二レーザビームを検査対象物２に照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査対象物内部の
欠陥を非破壊で検出することができるレーザ超音波検査
装置及びレーザ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、検査対象物に非接触で検出する方法として、次のよ
うなレーザ超音波法が知られている。まず、検査対象物
の表面にレーザビームを照射し、検査対象物の表面又は
内部に超音波を励起させる。この超音波が検査対象物を
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。一方、検査対象物には、超音波発生用の
レーザビームとは別に、超音波検出用のレーザビームを
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、その照
射部位で反射された超音波検出用のレーザビームはドッ
プラーシフトを受け、その光周波数が変化する。この光
周波数の変化を、例えばファブリ・ペロー干渉計で透過
光強度の変化に変換し、光検出器に入射させる。その結
果、検査対象物内部の欠陥は、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】

【発明が解決しようとする課題】ところで、検査対象物
に超音波を発生させるためには、比較的高ピークパワー
のパルスレーザ装置が必要である。一方、検査対象物内
部を伝播した超音波のエコーを検出するためには、単一
周波数発振で、例えば数μｓｅｃ以上の発振時間を持つ
パルスレーザ装置あるいはＣＷレーザ装置が必要であ
る。すなわち、従来のレーザ超音波検査装置では、仕様
の異なる二種類のレーザ装置を用いることが不可欠であ
った。しかし、このように二台のレーザ装置を用いるの
では、レーザ超音波検査装置全体としてのコストがかさ
み、しかも、レーザ装置のメンテナンス・調整が煩雑で
ある等の問題があった。

【０００４】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、一台のレーザ装置を用いて欠陥検出を行うこと
ができるレーザ超音波検査装置及びレーザ超音波検査方
法を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１記載の発明に係るレーザ超音波検査装置
は、単一の周波数を有するパルス発振のレーザビームを
発生するレーザ装置と、前記レーザ装置から発生された
レーザビームを第一レーザビームと第二レーザビームと
に分割する分割手段と、検査対象物に超音波を発生させ
るために、前記分割手段で分割された前記第一レーザビ
ームを検査対象物に導く第一光学系と、前記分割手段で
分割された前記第二レーザビームのパルス幅を、検査対
象物内部を伝播した前記超音波のエコーを検出するのに
必要なパルス幅に変換する変換手段と、前記超音波のエ
コーを検出するために、前記変換手段によってパルス幅
が変更された前記第二レーザビームを検査対象物に導く
第二光学系と、前記第二レーザビームが検査対象物で反
射されたときに、前記超音波のエコーに起因して生じる
前記第二レーザビームの周波数の変化を検出する検出手
段と、を具備し、前記検出手段による検出結果に基づい
て検査対象物内部の欠陥を検出することを特徴とするも
のである。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載のレ
ーザ超音波検査装置において、前記変換手段は、所定の
長さを有する光ファイバであり、前記光ファイバを介し
て前記第二レーザビームを伝送することにより、前記光
ファイバの分散特性を利用して前記第二レーザビームの
パルス幅を所望のパルス幅に広げることを特徴とするも
のである。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項２記載のレ
ーザ超音波検査装置において、前記光ファイバは、前記
第二レーザビームのパルスが、当該パルスよりも後に発
振した前記第一レーザビームのパルスが検査対象物に照
射されるタイミングと同じタイミングで検査対象物に照
射されるような長さを有することを特徴とするものであ
る。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項２記載のレ
ーザ超音波検査装置において、前記第一光学系は、前記
第一レーザビームを多重反射させる反射手段を有し、前
記反射手段を介して前記第一レーザビームを検査対象物
に導くことにより、前記第一レーザビームのパルスを、
前記光ファイバを介して伝送される前記第二レーザビー
ムのパルスが検査対象物に照射されるタイミングと同じ
タイミングで検査対象物に照射することを特徴とするも
のである。

【０００９】また、上記の目的を達成するための請求項
５記載の発明に係るレーザ超音波検査方法は、単一の周
波数を有するパルス発振のレーザビームを、第一レーザ
ビームと第二レーザビームとに分割し、前記第一レーザ
ビームを検査対象物に照射することにより超音波を検査
対象物に発生させ、一方、前記第二レーザビームのパル
ス幅を、検査対象物内部を伝播した前記超音波のエコー
を検出するのに必要なパルス幅に変換した後、前記第二
レーザビームを検査対象物に照射し、前記第二レーザビ
ームが検査対象物で反射されたときに、前記超音波のエ
コーに起因して生じる前記第二レーザビームの周波数の
変化を検出し、その検出結果に基づいて検査対象物内部
の欠陥を検出することを特徴とするものである。

【００１０】請求項６記載の発明は、請求項５記載のレ
ーザ超音波検査方法において、所定の長さを有する光フ
ァイバを介して前記第二レーザビームを伝送することに
より、前記光ファイバの分散特性を利用して前記第二レ
ーザビームのパルス幅を所望のパルス幅に広げることを
特徴とするものである。

【００１１】請求項７記載の発明は、請求項６記載のレ
ーザ超音波検査方法において、前記光ファイバは、前記
第二レーザビームのパルスが、当該パルスよりも後に発
振した前記第一レーザビームのパルスが検査対象物に照
射されるタイミングと同じタイミングで検査対象物に照
射されるような長さを有することを特徴とするものであ
る。

【００１２】請求項８記載の発明は、請求項６記載のレ
ーザ超音波検査方法において、前記第一レーザビームを
多重反射させた後、検査対象物に照射することにより、
前記第一レーザビームのパルスを、前記光ファイバを介
して伝送される前記第二レーザビームのパルスが検査対
象物に照射されるタイミングと同じタイミングで検査対
象物に照射することを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
であるレーザ超音波検査装置の概略構成図である。

【００１４】本実施形態のレーザ超音波検査装置は、検
査対象物２の内部の欠陥を非破壊で検出するものであ
り、図１に示すように、一台のレーザ装置１０と、ビー
ムスプリッタ（分割手段）２１と、反射ミラー２２と、
光ファイバ（変換手段）２３と、第一光学系３０と、第
二光学系４０と、第三光学系５０と、ファブリ・ペロー
干渉計（検出手段）６０と、光検出器７０と、アンプ８
０と、デジタルオシロスコープ９０とを備える。ここ
で、検査対象物２としては、例えば、薄い板状の鋼材を
想定している。

【００１５】レーザ装置１０は、単一の周波数を有する
パルス発振のレーザビームを発生するものである。本実
施形態では、このレーザ装置１０を、検査対象物２内に
超音波を励起させるためのレーザとして使用するだけで
なく、検査対象物２内を伝播してきた超音波を検出する
ためのレーザとしても使用する。すなわち、一台のレー
ザ装置１０が、超音波の発生用と検出用とを兼ねる。実
際、レーザ装置１０はそれ自体、超音波発生用のレーザ
として用いるのに適したものであり、さらに超音波検出
用のレーザに要求されるいくつかの特性を備えている。
具体的には、レーザ装置１０は、高エネルギーのパルス
レーザであり、数ｎｓｅｃから数十ｎｓｅｃ程度のパル
ス幅を有するレーザビームを発生する。これは超音波発
生用のレーザに要求される特性である。一方、超音波検
出用のレーザに要求される特性を考慮して、レーザ装置
１０として単一周波数のレーザビームを発生するものが
用いられている。

【００１６】本実施形態では、レーザ装置１０として、
Innolight社製の単一周波数ＬＤ励起ＹＡＧレーザを使
用する。このレーザの仕様は、繰り返し周波数６ｋＨ
ｚ、パルス幅３ｎｓｅｃ、ピークパワー２５ｋＷであ
る。尚、かかるInnolight社製のレーザは、１０６４ｎ
ｍと５３２ｎｍの両波長のレーザビームを発振すること
が可能である。以下では、特に明示しない限り、レーザ
装置１０からは波長５３２ｎｍのレーザビームを発生さ
せるものとする。

【００１７】また、図２に典型的なＬＤ励起ＹＡＧレー
ザから発せられたレーザビームのパルス時間波形の例を
示す。図２において、横軸は時間（μｓｅｃ）、縦軸は
光出力（Ｖ）を表す。図２から分かるように、このレー
ザビームのパルス幅は数十ｎｓｅｃ程度である。このた
め、このようなレーザビームは超音波の検出用に使用す
るのに適している。

【００１８】ビームスプリッタ２１は、レーザ装置１０
から発生されたレーザビームを第一レーザビームＬ１及
び第二レーザビームＬ２の二つに分割するものである。
第一レーザビームＬ１は、検査対象物２に超音波を発生
させるためのレーザビームとして利用される。ビームス
プリッタ２１で分割された第一レーザビームＬ１は、第
一光学系３０に導かれる。第一光学系３０は、第一レー
ザビームＬ１を検査対象物２に導くものであり、集光レ
ンズ３１と、二つの反射ミラー３２ａ，３２ｂとを有す
る。

【００１９】一方、ビームスプリッタ２１によって分割
された第二レーザビームＬ２は、反射ミラー２２を介し
て光ファイバ２３に導かれる。かかる第二レーザビーム
Ｌ２は、検査対象物２内部を伝播した超音波のエコーを
検出するためのレーザビームとして利用される。一般
に、超音波検出用のレーザビームとしては、数μｓｅｃ
から数十μｓｅｃ程度のパルス幅を有するものが用いら
れる。しかし、レーザ装置１０から発生されたレーザビ
ームのパルス幅は、数ｎｓｅｃから数十ｎｓｅｃ程度で
あるので、このままでは、第二レーザビームＬ２は、超
音波検出用として使用するのに適さない。このため、本
実施形態では、第二レーザビームＬ２を光ファイバ２３
に通すことにより、第二レーザビームＬ２のパルス幅
を、超音波のエコーを検出するのに必要なパルス幅に変
換することにしている。

【００２０】光ファイバ２３によるパルス幅の変換に
は、光ファイバの分散特性を利用している。かかる分散
特性については、後に詳述する。図３（ａ）は光ファイ
バ２３に通す前の第二レーザビームＬ２のパルス時間波
形を示す図、図３（ｂ）は光ファイバ２３に通した後の
第二レーザビームＬ２のパルス時間波形を示す図であ
る。ここで、図３（ａ），（ｂ）において、横軸は時
間、縦軸は光出力を表す。図３から分かるように、第二
レーザビームＬ２を光ファイバ２３に通すことにより、
超音波検出用に適した、数μｓｅｃオーダ以上のパルス
幅を有するレーザビームが得られる。

【００２１】また、第二光学系４０は、光ファイバ２３
によってパルス幅が変換された第二レーザビームＬ２を
検査対象物２に導くものであり、集光レンズ４１と、ハ
ーフミラー４２とを有する。

【００２２】ビームスプリッタ２１によって分割された
第一レーザビームＬ１は、集光レンズ３１で集光された
後、反射ミラー３２ａ，３２ｂを介して検査対象物２の
表面に照射される。このとき、その照射点には熱的応力
又は蒸発反力によって超音波が発生する。この超音波は
検査対象物２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。一方、ビームスプリ
ッタ２１によって分割された第二レーザビームＬ２は、
まず、光ファイバ２３中を伝わることによって、そのパ
ルス幅が広げられる。そして、集光レンズ４１で集光さ
れ、ハーフミラー４２を透過した後、検査対象物２の表
面に照射される。ここで、本実施形態では、第一レーザ
ビームＬ１の照射位置と第二レーザビームＬ２の照射位
置とは異なっているものとする。

【００２３】検査対象物２の表面は粗面であるため、第
二レーザビームＬ２は検査対象物２の表面においてほぼ
等方的に散乱される。このとき、その第二レーザビーム
Ｌ２が超音波エコーの戻ってきた部分に照射されている
と、そこで散乱された第二レーザビームＬ２は、検査対
象物２の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。

【００２４】検査対象物２の表面で散乱された第二レー
ザビームＬ２のうち、その一部は、ハーフミラー４２で
反射された後、第三光学系５０に導かれる。第三光学系
５０は、検査対象物２の表面で散乱された第二レーザビ
ームＬ２の一部を、ファブリ・ペロー干渉計６０に導く
ものであり、集光レンズ５１と、反射ミラー５２とを有
する。

【００２５】ファブリ・ペロー干渉計６０は、超音波の
エコーに起因して生じる第二レーザビームＬ２の周波数
の変化を検出するものであり、互いに対向する二つの反
射ミラー６１ａ，６１ｂを有する。この二つの反射ミラ
ー６１ａ，６１ｂは共振器を構成し、第二レーザビーム
Ｌ２を二つの反射ミラー６１ａ，６１ｂの間で多重反射
させることによりバンドパスフィルタとして機能する。
二つの反射ミラー６１ａ，６１ｂ間の距離を調節するこ
とにより、この共振器を透過する光の周波数を調節する
ことができる。

【００２６】ここで、ファブリ・ペロー干渉計６０にお
ける共振曲線について説明する。図４はこの共振曲線の
一例を示す図である。図４において、横軸は入射する光
の光周波数ｆを、縦軸はファブリ・ペロー干渉計６０か
らの出力、すなわちファブリ・ペロー干渉計６０を透過
する光の強度Ｉを示している。図４から分かるように、
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６０の
反射ミラー６１ａ，６１ｂ間の距離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
きが最大となる点（共振曲線動作点）Ａにおける光周波
数が、ちょうど第二レーザビームＬ２の発振周波数と一
致するように反射ミラー６１ａ，６１ｂ間の距離が調節
されていれば、光周波数のわずかな変化±Δｆ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。これにより、ファブリ・ペロー干渉計６０は、検
査対象物２の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した第二レーザビームＬ２
が入力したときに、その光周波数の変化を透過光強度の
変化として出力する。

【００２７】ファブリ・ペロー干渉計６０から出力され
た透過光強度は、光検出器７０に送られる。光検出器７
０は、透過光強度を電気信号に変換するものである。こ
れにより、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、アンプ８０で増幅された
後、デジタルオシロスコープ９０に表示され、必要に応
じて波形が記録される。

【００２８】超音波エコーが検出されたときは、検査対
象物２における第二レーザビームＬ２の照射位置と、検
出タイミングと、予め分かっている検査対象物２中の音
速とから、その欠陥の位置を計算で求めることができ
る。すなわち、非破壊で検査対象物２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。

【００２９】次に、変換手段としての光ファイバ２３に
関して詳しく説明する。

【００３０】一般に、光ファイバには、それを介してパ
ルスを一定距離だけ伝送させたときに、そのパルス幅が
一定量だけ広がるという分散特性がある。本実施形態で
は、かかる光ファイバの分散特性を利用して、第二レー
ザビームＬ２のパルス幅を広げることにしている。例え
ば、光ファイバの分散特性が１００ｐｓｅｃ／ｋｍであ
れば、その光ファイバを介してパルスを１ｋｍの距離だ
け伝送させると、そのパルス幅が１００ｐｓｅｃだけ広
がる。この光ファイバの分散特性は、光ファイバの材質
に応じて異なる。本実施形態で使用する光ファイバ２３
としては、なるべく分散特性が大きいものを用いること
が望ましい。

【００３１】また、光ファイバ２３により第二レーザビ
ームＬ２のパルス幅をどのぐらいに広げるかは、検査対
象物２内でどの程度の深さにおける欠陥を調べたいかに
応じて定められる。例えば、鋼材の表面から深さ５ｍｍ
までのところにある欠陥を検出する場合を考える。この
鋼材中の超音波の音速は６ｍｍ／μｓｅｃであるとす
る。このとき、鋼材の表面とその深さ５ｍｍの位置との
間の往復距離は１０ｍｍであるので、その深さ５ｍｍの
ところに欠陥があるとすると、超音波がその欠陥で反射
して表面に戻ってくるまでの時間は、最短でも、１０ｍ
ｍ÷（６ｍｍ／μｓｅｃ）≒１．６μｓｅｃだけ要す
る。したがって、鋼材の表面から深さ５ｍｍまでのとこ
ろにある欠陥を検出するためには、第一レーザビームＬ
１と第二レーザビームＬ２とを同じタイミングで鋼材に
照射したときに、第二レーザビームＬ２をその照射タイ
ミングから少なくとも上記時間の間だけ発振させておく
必要がある。すなわち、この例の場合、第二レーザビー
ムＬ２のパルス幅が少なくとも約１．６μｓｅｃとなる
ように、光ファイバ２３によってそのパルス幅を広げる
必要がある。また、鋼材の表面から深さ５０ｍｍまでの
ところにある欠陥を検出したい場合には、第二レーザビ
ームＬ２のパルス幅を少なくとも１６μｓｅｃとする必
要がある。このように、光ファイバ２３により第二レー
ザビームＬ２のパルス幅をどのくらいに広げるかは、検
査対象物２における欠陥の検出範囲に応じて異なる。

【００３２】光ファイバ２３によって広げるべき第二レ
ーザビームＬ２のパルス幅が決まると、それに応じて、
第二レーザビームＬ２を伝送させる光ファイバの長さも
決まる。例として、光ファイバ２３の分散特性が１００
ｐｓｅｃ／ｋｍであり、第二レーザビームＬ２のパルス
幅を１０ｎｓｅｃから１μｓｅｃに拡大したい場合を考
える。この場合、必要な光ファイバ２３の長さをＸｋｍ
とすると、 １０ｎｓｅｃ＋Ｘｋｍ・１００ｐｓｅｃ／ｋｍ＝１μｓ
ｅｃ より、Ｘ＝１００００−１００＝９９００ｋｍである。
すなわち、第二レーザビームＬ２を光ファイバ２３で約
１００００ｋｍ伝送する必要がある。尚、光ファイバの
伝送ロスは非常に少ないので、第二レーザビームＬ２を
このような長い光ファイバ２３で伝送しても、伝送ロス
の問題は生じない。

【００３３】しかし、第二レーザビームＬ２のパルスは
とても長い光ファイバ２３を通って検査対象物２に到達
するため、それと同時に発振された第一レーザビームＬ
１のパルスに比べて検査対象物２に遅れて照射されると
いう遅延時間の問題がある。例えば、光ファイバ２３の
長さを１００００ｋｍ（＝１０^７ｍ）とした場合、第二
レーザビームＬ２がこの光ファイバ２３を通るのに要す
る時間Ｔは、光の速さを３×１０^８ｍ／ｓｅｃとして、 Ｔ＝１０^７ｍ／（３×１０^８ｍ／ｓｅｃ）≒０．０３ｓ
ｅｃ である。すなわち、第二レーザビームＬ２のパルスは、
それと同時に発振された第一レーザビームＬ１のパルス
に比べて０．０３ｓｅｃだけ遅れて検査対象物２に到達
する。したがって、このままでは、第二レーザビームＬ
２のパルスが検査対象物２に照射されるタイミングが、
第一レーザビームＬ２のパルスが検査対象物２に照射さ
れるタイミングとずれてしまい、検査対象物２の欠陥を
検出できないということが起こり得る。

【００３４】かかる第二レーザビームＬ２の遅延時間が
問題となる場合には、次の二つの方法のうちいずれかを
講ずるようにすればよい。第一の方法は、第一レーザビ
ームＬ１のパルスを遅延させる方法である。具体的に
は、第一光学系３０に、第一レーザビームＬ１を多重反
射させる反射手段を設ける。そして、かかる反射手段を
介して第一レーザビームＬ１を検査対象物２に導くこと
により、第一レーザビームＬ１のパルスを所望の時間だ
け遅延させる。これにより、第一レーザビームＬ１のパ
ルスを、光ファイバ２３を介して伝送される第二レーザ
ビームＬ２のパルスが検査対象物２に照射されるタイミ
ングと同じタイミングで検査対象物２に照射することが
できる。

【００３５】また、第二の方法は、第二レーザビームＬ
２のパルスが検査対象物２に照射されるタイミングを、
当該パルスよりも後に発振した第一レーザビームＬ１の
パルスが検査対象物２に照射されるタイミングと同期さ
せる方法である。この方法は、光ファイバ２３の長さを
調整することにより容易に実現することができる。これ
により、第二レーザビームＬ２のパルスを、当該パルス
よりも後に発振した第一レーザビームＬ１のパルスと同
じタイミングで検査対象物２に照射することができる。

【００３６】本実施形態のレーザ超音波検査装置では、
単一の周波数を有するパルス発振のレーザビームを第一
レーザビームと第二レーザビームとに分割し、第一レー
ザビームを検査対象物に照射することにより超音波を検
査対象物に発生させ、一方、第二レーザビームのパルス
幅を、検査対象物内部を伝播した超音波のエコーを検出
するのに必要なパルス幅に変換した後、第二レーザビー
ムを検査対象物に照射する。すなわち、第一レーザビー
ムを超音波発生用のレーザビームとして使用し、第二レ
ーザビームを超音波検出用のレーザビームとして使用す
ることができる。したがって、単一周波数を有するパル
ス発振のレーザビームを発生する一台のレーザ装置だけ
を用いて、検査対象物内の欠陥を検出することができる
ので、装置全体のコストダウンを図ることができると共
に、レーザ装置のメンテナンス・調整を容易に行うこと
ができる。

【００３７】尚、本発明は上記の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形が
可能である。

【００３８】例えば、上記の実施形態では、第一レーザ
ビームの照射位置と第二レーザビームの照射位置とが異
なる場合を考えたが、第一レーザビームの照射位置と第
二レーザビームの照射位置とは同じであってもよい。し
かしながら、第一レーザビームと第二レーザビームとを
同じ位置に照射する場合は、第一レーザビームの波長と
第二レーザビームの波長とは互いに異なることが望まし
い。このため、かかる場合には、上述したInnolight社
製の単一周波数ＬＤ励起ＹＡＧレーザから、１０６４ｎ
ｍと５３２ｎｍの両波長のレーザビームを同時に発振さ
せる。そして、例えば、発振波長１０６４ｎｍのレーザ
ビームを第一レーザビームとして使用し、一方、発振波
長５３２ｎｍのレーザビームを第二レーザビームとして
使用する。但し、図１におけるビームスプリッタ２１の
代わりに、Innolight社製の単一周波数ＬＤ励起ＹＡＧ
レーザから発せられたレーザビームを、波長１０６４ｎ
ｍのレーザビームと波長５３２ｎｍのレーザビームとに
分けるフィルタを用いる必要がある。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のレーザ超音
波検査装置は、単一の周波数を有するパルス発振のレー
ザビームを第一レーザビームと第二レーザビームとに分
割し、第一レーザビームを検査対象物に照射することに
より超音波を検査対象物に発生させ、一方、第二レーザ
ビームのパルス幅を、検査対象物内部を伝播した超音波
のエコーを検出するのに必要なパルス幅に変換した後、
第二レーザビームを検査対象物に照射する。すなわち、
第一レーザビームを超音波発生用のレーザビームとして
使用し、第二レーザビームを超音波検出用のレーザビー
ムとして使用することができる。したがって、単一周波
数を有するパルス発振のレーザビームを発生する一台の
レーザ装置だけを用いて、検査対象物内の欠陥を検出す
ることができるので、装置全体のコストダウンを図るこ
とができると共に、レーザ装置のメンテナンス・調整を
容易に行うことができる。

【００４０】また、本発明のレーザ超音波検査方法によ
れば、上記と同様に、単一周波数を有するパルス発振の
レーザビームを発生する一台のレーザ装置だけを用い
て、検査対象物内の欠陥を検出することができるので、
装置全体のコストダウンを図ることができると共に、レ
ーザ装置のメンテナンス・調整を容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるレーザ超音波検査装
置の概略構成図である。

【図２】典型的なＬＤ励起ＹＡＧレーザから発せられた
レーザビームのパルス時間波形の例を示す図である。

【図３】（ａ）は光ファイバに通す前の第二レーザビー
ムのパルス時間波形を示す図、（ｂ）は光ファイバに通
した後の第二レーザビームのパルス時間波形を示す図で
ある。

【図４】ファブリ・ペロー干渉計の共振曲線の一例を示
す図である。

【符号の説明】

２ 検査対象物 １０ レーザ装置 ２１ ビームスプリッタ ２２ 反射ミラー ２３ 光ファイバ ３０ 第一光学系 ３１ 集光レンズ ３２ａ，３２ｂ 反射ミラー ４０ 第二光学系 ４１ 集光レンズ ４２ ハーフミラー ５０ 第三光学系 ５１ 集光レンズ ５２ 反射ミラー ６０ ファブリ・ペロー干渉計 ６１ａ，６１ｂ 反射ミラー ７０ 光検出器 ８０ アンプ ９０ デジタルオシロスコープ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の周波数を有するパルス発振のレー
   ザビームを発生するレーザ装置と、 前記レーザ装置から発生されたレーザビームを第一レー
   ザビームと第二レーザビームとに分割する分割手段と、 検査対象物に超音波を発生させるために、前記分割手段
   で分割された前記第一レーザビームを検査対象物に導く
   第一光学系と、 前記分割手段で分割された前記第二レーザビームのパル
   ス幅を、検査対象物内部を伝播した前記超音波のエコー
   を検出するのに必要なパルス幅に変換する変換手段と、 前記超音波のエコーを検出するために、前記変換手段に
   よってパルス幅が変更された前記第二レーザビームを検
   査対象物に導く第二光学系と、 前記第二レーザビームが検査対象物で反射されたとき
   に、前記超音波のエコーに起因して生じる前記第二レー
   ザビームの周波数の変化を検出する検出手段と、 を具備し、前記検出手段による検出結果に基づいて検査
   対象物内部の欠陥を検出することを特徴とするレーザ超
   音波検査装置。
2. 【請求項２】 前記変換手段は、所定の長さを有する光
   ファイバであり、前記光ファイバを介して前記第二レー
   ザビームを伝送することにより、前記光ファイバの分散
   特性を利用して前記第二レーザビームのパルス幅を所望
   のパルス幅に広げることを特徴とする請求項１記載のレ
   ーザ超音波検査装置。
3. 【請求項３】 前記光ファイバは、前記第二レーザビー
   ムのパルスが、当該パルスよりも後に発振した前記第一
   レーザビームのパルスが検査対象物に照射されるタイミ
   ングと同じタイミングで検査対象物に照射されるような
   長さを有することを特徴とする請求項２記載のレーザ超
   音波検査装置。
4. 【請求項４】 前記第一光学系は、前記第一レーザビー
   ムを多重反射させる反射手段を有し、前記反射手段を介
   して前記第一レーザビームを検査対象物に導くことによ
   り、前記第一レーザビームのパルスを、前記光ファイバ
   を介して伝送される前記第二レーザビームのパルスが検
   査対象物に照射されるタイミングと同じタイミングで検
   査対象物に照射することを特徴とする請求項２記載のレ
   ーザ超音波検査装置。
5. 【請求項５】 単一の周波数を有するパルス発振のレー
   ザビームを、第一レーザビームと第二レーザビームとに
   分割し、 前記第一レーザビームを検査対象物に照射することによ
   り超音波を検査対象物に発生させ、一方、前記第二レー
   ザビームのパルス幅を、検査対象物内部を伝播した前記
   超音波のエコーを検出するのに必要なパルス幅に変換し
   た後、前記第二レーザビームを検査対象物に照射し、 前記第二レーザビームが検査対象物で反射されたとき
   に、前記超音波のエコーに起因して生じる前記第二レー
   ザビームの周波数の変化を検出し、その検出結果に基づ
   いて検査対象物内部の欠陥を検出することを特徴とする
   レーザ超音波検査方法。
6. 【請求項６】 所定の長さを有する光ファイバを介して
   前記第二レーザビームを伝送することにより、前記光フ
   ァイバの分散特性を利用して前記第二レーザビームのパ
   ルス幅を所望のパルス幅に広げることを特徴とする請求
   項５記載のレーザ超音波検査方法。
7. 【請求項７】 前記光ファイバは、前記第二レーザビー
   ムのパルスが、当該パルスよりも後に発振した前記第一
   レーザビームのパルスが検査対象物に照射されるタイミ
   ングと同じタイミングで検査対象物に照射されるような
   長さを有することを特徴とする請求項６記載のレーザ超
   音波検査方法。
8. 【請求項８】 前記第一レーザビームを多重反射させた
   後、検査対象物に照射することにより、前記第一レーザ
   ビームのパルスを、前記光ファイバを介して伝送される
   前記第二レーザビームのパルスが検査対象物に照射され
   るタイミングと同じタイミングで検査対象物に照射する
   ことを特徴とする請求項６記載のレーザ超音波検査方
   法。