JP2004125615A

JP2004125615A - レーザ超音波検査装置

Info

Publication number: JP2004125615A
Application number: JP2002290140A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nagata; 永田　泰昭
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】超音波の発生時における進行方向角度の制御を簡易に行うことができるレーザ超音波検査装置を提供する。
【解決手段】各超音波発生用レーザ装置１０のビーム出力端には第一光ファイバ２０が接続されている。複数の第一光ファイバ２０の先端部を、それらの光軸を揃えて束ねることにより、光ファイバ束Ｆが形成されている。光軸に垂直な平面で切断したときの光ファイバ束Ｆの断面は略正方形状である。集光レンズ４０が各第一光ファイバ２０から出力された第一レーザビームを検査対象物２に導くことにより、検査対象物２に超音波が発生する。このとき、発振制御回路５０は、各超音波発生用レーザ装置１０が第一レーザビームを発生するタイミングを制御する。これにより、任意の角度方向に進行する超音波を発生させたり、点集束型又は線集束型の超音波を発生させたりすることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【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に関するものである。
【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（例えば、非特許文献１参照。）。まず、検査対象物の表面にパルス発振の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】
また、かかるレーザ超音波法により超音波を発生させるための典型的な条件は、１パルス当たり約１００ｍＪのエネルギーを有する超音波発生用のレーザビームを、直径約３ｍｍのスポット径で検査対象物に照射することである。したがって、超音波発生用のレーザビームには、そのエネルギー密度が約１．４Ｊ／ｃｍ^２以上であることが要求される。
【０００４】
【非特許文献１】
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）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ超音波法を利用したレーザ超音波検査装置では、超音波の発生時における進行方向角度の制御を簡易に行うことができず、あまり使い勝手がよくないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、超音波の発生時における進行方向角度の制御を簡易に行うことができるレーザ超音波検査装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【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、第一レーザビームを発生する複数の第一レーザ装置と、前記各第一レーザ装置のビーム出力端には第一光ファイバが接続されており、前記複数の第一光ファイバの先端部を、それらの光軸を揃えて束ねることにより形成された光ファイバ束と、前記各第一レーザ装置が前記第一レーザビームを発生するタイミングを制御する制御手段と、検査対象物に超音波を発生させるために、前記各第一光ファイバから出力された前記第一レーザビームを前記検査対象物に導く第一光学系と、第二レーザビームを発生する第二レーザ装置と、前記検査対象物の内部を伝播した前記超音波のエコーを検出するために、前記第二レーザビームを前記検査対象物に導く第二光学系と、前記検査対象物の表面で反射した前記第二レーザビームに基づいて、前記超音波の振動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査結果に基づいて前記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。
【０００８】
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、前記第二レーザビームを伝送する第二光ファイバを有し、前記第二光ファイバの先端部は前記各第一光ファイバとともに束ねられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のレーザ超音波検査装置において、前記各第一レーザ装置は、半導体レーザ装置と、レーザ発振用光ファイバとを有し、前記半導体レーザ装置から前記レーザ発振用光ファイバに励起レーザビームを照射して、前記レーザ発振用光ファイバにおいて前記第一レーザビームを発振させるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載のレーザ超音波検査装置において、前記光ファイバ束は、光軸に垂直な平面で切断したときの断面が略正方形状であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載のレーザ超音波検査装置において、前記制御手段は、前記各第一レーザ装置が前記第一レーザビームを発生するタイミングをずらすことにより、前記検査対象物の内部を所望の角度方向に進行する前記超音波を発生させることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第一実施形態であるレーザ超音波検査装置の概略構成図、図２はそのレーザ超音波検査装置の光ファイバ束の概略斜視図である。
【００１３】
第一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、複数の超音波発生用レーザ装置（第一レーザ装置）１０と、複数の受動光ファイバ（第一光ファイバ）２０と、光ファイバ束ホルダ３０と、第一光学系としての集光レンズ４０と、発振制御回路５０と、超音波検出用レーザ装置（第二レーザ装置）６０と、第二光学系７０と、ファブリ・ペロー干渉計（検出手段）１１０と、光検出器１２０と、コンピュータ１３０とを備える。
【００１４】
各超音波発生用レーザ装置１０は、検査対象物２内に超音波を励起させるためのレーザ装置である。第一実施形態では、超音波発生用レーザ装置１０として、パルス型ファイバレーザ装置を使用する。パルス型ファイバレーザ装置１０は、半導体レーザ装置と、能動光ファイバとを備えている。半導体レーザ装置としては、例えばＧａ−Ａｓ系半導体レーザ装置を用いることができる。能動光ファイバは、レーザ発振用光ファイバである。半導体レーザ装置から能動光ファイバに励起レーザビーム（波長：約０．８μｍ）を照射して、能動光ファイバにおいてレーザビーム（波長：約１．０６μｍ）を発振させる。この能動光ファイバの端部がレーザビーム出力端となる。ここで、パルス型ファイバレーザ装置１０の出力は、例えば１０μＪ／Ｐｕｌｓｅである。尚、以下では、超音波発生用レーザ装置１０から発せられたレーザビームのことを「第一レーザビーム」とも称する。
【００１５】
各受動光ファイバ２０は、パワー伝送用光ファイバであり、各超音波発生用レーザ装置１０のレーザビーム出力端に融着により接続されている。各受動光ファイバ２０のコア径は、例えば直径１００μｍである。複数の受動光ファイバ２０の先端部は、それらの光軸が揃うように束ねられており、光ファイバ束Ｆを構成する。この光ファイバ束Ｆは、光ファイバ束ホルダ３０で保持されている。光ファイバ束Ｆを形成する際、複数の受動光ファイバ２０を規則正しく配置し、隣合う受動光ファイバ２０のピッチ間隔をすべて一定とすることが望ましい。第一実施形態では、図２に示すように、光軸に垂直な平面で切断したときの光ファイバ束Ｆの断面を略正方形状としている。具体的には、２５００個の受動光ファイバ２０を二次元的に密に配列し、５ｍｍ×５ｍｍの面プローブを形成している。また、各受動光ファイバ２０の先端は揃えられており、光ファイバ束Ｆの先端面は光軸に垂直な平面となっている。
【００１６】
光ファイバ束Ｆの前方には、集光レンズ４０が設けられている。集光レンズ４０は、検査対象物２に超音波を発生させるために、各受動光ファイバ２０から出力された第一レーザビームＬ１を検査対象物２に導くものである。この集光レンズ４０の光軸は、光ファイバ束Ｆの光軸と平行である。第一実施形態では、各受動光ファイバ２０から出力された第一レーザビームＬ１が、例えば直径１０μｍの照射スポット径で検査対象物２に照射されるように、集光レンズ４０の位置等を調整している。したがって、第一実施形態では、各超音波発生用レーザ装置１０から発生させた第一レーザビームＬ１を、超音波を発生させるのに十分なエネルギー密度で検査対象物２の表面に照射することができる。
【００１７】
尚、各パルス型ファイバレーザ装置１０が発生する第一レーザビームＬ１は、１パルス当たりのエネルギーが１０μＪ／Ｐｕｌｓｅと低いが、複数の受動光ファイバ２０から第一レーザビームＬ１を同時に出力することにより、レーザ出力を全体として高めることができる。
【００１８】
各超音波発生用レーザ装置１０から発せられた第一レーザビームＬ１は、当該受動光ファイバ２０を介して集光レンズ４０に達する。そして、かかる第一レーザビームＬ１は、集光レンズ４０で集光された後、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。
【００１９】
発振制御回路５０は、各超音波発生用レーザ装置１０が第一レーザビームＬ１を発生するタイミングを制御するものである。例えば、発振制御回路５０は、各超音波発生用レーザ装置１０が第一レーザビームＬ１を発生するタイミングをずらすことにより、検査対象物２の内部において超音波を所望の角度方向に発生させることができる。この点については後に詳述する。この発振制御回路５０は、コンピュータ１３０からの制御信号に基づいて動作する。
【００２０】
超音波検出用レーザ装置６０は、各超音波発生用レーザ装置１０からの第一レーザビームＬ１の照射によって検査対象物２内に発生し、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装置である。超音波検出用レーザ装置６０としては、単一周波数のレーザビームを発するものを用いる。尚、以下では、超音波検出用レーザ装置６０から発せられたレーザビームＬ２のことを「第二レーザビーム」とも称することにする。
【００２１】
第二光学系７０は、第二レーザビームＬ２を検査対象物２の表面に導くと共に、検査対象物２の表面で反射・散乱した第二レーザビームＬ２をファブリ・ペロー干渉計１１０に導くものであり、図１に示すように、二つの集光レンズ７１ａ，７１ｂと、ハーフミラー７２とを有する。また、この第二光学系７０は、一体的に構成されており、検査対象物２の表面に平行な平面上を移動することができる。
【００２２】
超音波検出用レーザ装置６０から発せられた第二レーザビームＬ２は、集光レンズ７１ａで集光され、ハーフミラー７２を透過した後、検査対象物２の表面に照射される。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周波数が変化する。
【００２３】
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７２で反射され、集光レンズ７１ｂで集光された後、ファブリ・ペロー干渉計１１０に入射する。
【００２４】
ファブリ・ペロー干渉計１１０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を有する。この二つの反射ミラーは共振器を構成し、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。
【００２５】
ここで、ファブリ・ペロー干渉計１１０における共振曲線について説明する。図３はこの共振曲線の一例を示す図である。図３において、横軸は入射する光の周波数ｆを、縦軸はファブリ・ペロー干渉計１１０からの出力、すなわちファブリ・ペロー干渉計１１０を透過する光の強度Ｉを示している。図３から分かるように、透過光強度Ｉは、特定の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。このピークを示す周波数は、ファブリ・ペロー干渉計１１０の反射ミラー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３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間の距離が調節されていれば、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１１０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、その周波数の変化を透過光強度の変化として出力する。
【００２６】
ファブリ・ペロー干渉計１１０から出力された透過光強度は、光検出器１２０に送られる。光検出器１２０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。光検出器１２０からの信号は、コンピュータ１３０に送られ、波形データとして記録される。
【００２７】
コンピュータ１３０は、超音波エコーが検出されたときに、超音波検出用レーザ装置６０からの第二レーザビーム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。
【００２８】
次に、超音波の進行方向角度の制御について説明する。図４は超音波の進行方向角度を制御する一例を説明するための図である。
【００２９】
いま、図４において、光ファイバ束Ｆの各列に配置された５０個の受動光ファイバ２０を一まとまりとして考え、最左列から右側に向かって順に光ファイバ群Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，・・・　，Ｇ_５０とする。また、隣合う光ファイバ群のピッチ間隔をｄ、検査対象物２の音速をＣとする。
【００３０】
発振制御回路５０は、各光ファイバ群Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，・・・　毎に第一レーザビームＬ１の発生を制御する。これにより、各光ファイバ群Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，・・・　からは直線状パターンの第一レーザビームＬ１が出力される。このとき、発振制御回路５０は、最左列の光ファイバ群Ｇ_１から右側の光ファイバ群に向かう順番で、各光ファイバ群Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，・・・　から第一レーザビームＬ１を発生させると共に、各光ファイバ群Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，・・・　からの第一レーザビームＬ１の発生のタイミングを一定の時間Δτずつずらす。これにより、各光ファイバ群Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，・・・　から第一レーザビームＬ１が検査対象物２の表面に照射されたときに発生する超音波はＣ・Δτずつずれて円筒面状に進行するので、超音波の波面は全体として、
θ＝　ｓｉｎ^−１（Δτ・Ｃ／ｄ）
の方向に形成される。すなわち、超音波は検査対象物２の厚さ方向に対して角度θの方向に発生する。したがって、発振制御回路５０によりΔτを変えることにより、超音波の進行方向角度θを簡易に制御することができる。
【００３１】
また、発振制御回路５０は、各超音波発生用レーザ装置１０が第一レーザビームＬ１を発生するタイミングを制御することにより、検査対象物２内に発生させる超音波について焦点を形成することが可能である。例えば、超音波の波面を一点に集束させたり、線状に集束させたりすることができる。これは超音波計測における信号処理の公知の技術を用いて実現することができる。
【００３２】
尚、第一実施形態では、光軸に垂直な平面で切断したときの光ファイバ束Ｆの断面を略正方形状としているが、これは、受動光ファイバ２０をこのように配置すると、超音波の発生制御を容易に行うことができるからである。一般に、光軸に垂直な平面で切断したときの光ファイバ束Ｆの断面は、例えば長方形や三角形等の多角形状、円形状等としてもよい。
【００３３】
第一実施形態のレーザ超音波検査装置では、各超音波発生用レーザ装置のビーム出力端に受動光ファイバが接続され、複数の受動光ファイバの先端部を、それらの光軸を揃えて束ねており、そして、各受動光ファイバから出力された第一レーザビームを検査対象物に導くことにより、検査対象物に超音波を発生させる。
【００３４】
このとき、発振制御回路が、各超音波発生用レーザ装置からの第一レーザビームの発生タイミングを制御することにより、機械的な駆動部分を必要とせず、完全な電気的な制御のみで、任意の角度方向に進行する超音波を発生させたり、点集束型又は線集束型の超音波を発生させたりすることができる。すなわち、第一実施形態のレーザ超音波検査装置は、従来、接触型若しくは水浸型で実現されているアレイプローブと同様の機能を持つプローブを有する。超音波の発生に関してこれほど自由度のあるレーザ超音波発生技術はこれまでなかったものである。
【００３５】
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明する。図５は本発明の第二実施形態であるレーザ超音波検査装置の概略構成図、図６はそのレーザ超音波検査装置の光ファイバ束の概略斜視図である。尚、第二実施形態において、第一実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
第二実施形態のレーザ超音波検査装置は、図５に示すように、複数の超音波発生用レーザ装置（第一レーザ装置）１０と、複数の受動光ファイバ（第一光ファイバ）２０と、光ファイバ束ホルダ３０と、第一光学系としての集光レンズ４０と、発振制御回路５０と、超音波検出用レーザ装置（第二レーザ装置）６０と、第二光学系７０ａと、第二光ファイバ８０と、ファブリ・ペロー干渉計（検出手段）１１０と、光検出器１２０と、コンピュータ１３０とを備える。
【００３７】
第二実施形態のレーザ超音波検査装置が第一実施形態のものと異なる主な点は、第二レーザビームを伝送する第二光ファイバ８０を設け、その第二光ファイバ８０の先端部を各第一光ファイバ２０とともに束ねた点である。すなわち、複数の第一光ファイバ２０の先端部と第二光ファイバ８０の先端部とを、それらの光軸を揃えて束ねることにより、図６に示すように、光ファイバ束Ｆ′を構成している。この場合も、光ファイバ束Ｆ′は、光ファイバ束ホルダ３０で保持されている。光ファイバ束Ｆ′を形成する際、第二光ファイバ８０が配置された部分を除き、複数の第一光ファイバ２０については規則正しく配置し、隣合う第一光ファイバ２０のピッチ間隔をすべて一定とすることが望ましい。第二実施形態でも、図６に示すように、光軸に垂直な平面で切断したときの光ファイバ束Ｆ′の断面を略正方形状としている。具体的には、複数の第一光ファイバ２０と第二光ファイバ８０とを二次元的に配列し、５ｍｍ×５ｍｍの面プローブを形成している。また、各第一光ファイバ２０の先端と第二光ファイバ８０の先端とは揃えられており、光ファイバ束Ｆ′の先端面は光軸に垂直な平面となっている。
【００３８】
第二実施形態では、第二光ファイバ８０として、例えばコア径が直径約１００μｍであるものが用いられる。すなわち、第一光ファイバ２０のコア径とほぼ同じである。但し、図６では、第一光ファイバ２０と第二光ファイバ８０と識別しやすいように、第二光ファイバ８０の大きさを第一光ファイバ２０の大きさよりも大きく描いている。尚、一般に、第一光ファイバ２０と第二光ファイバ８０とのコア径は必ずしも同じである必要はなく、第二光ファイバ８０のコア径は、第一光ファイバのコア径と異なっていてもよい。
【００３９】
また、複数の第一光ファイバ２０と第二光ファイバ８０とを束ねて、光ファイバ束Ｆ′を形成しているので、第一光ファイバ８０の個数は、第一実施形態に比べて、少なくとも第二光ファイバ８０を加えた分だけ少なくなっている。実際、第一光ファイバ２０の個数は数個から十個程度少なくなる。
【００４０】
第二実施形態でも、上記の第一実施形態と同様に、発振制御回路５０が、各第一光ファイバ２０からの第一レーザビームの発生タイミングを制御することにより、超音波の進行方向角度θを任意に変えたり、検査対象物２内に発生させる超音波について焦点を形成したりすることが可能である。ここで、第一光ファイバ２０の個数が第一実施形態に比べてせいぜい十個程度少ないことから、第二光ファイバ８０を複数の第一光ファイバ２０とともに束ねたことは、超音波の進行方向角度の制御性にほとんど影響を及ぼすことはないと考えられる。
【００４１】
第二光学系７０ａは、第二レーザビームを検査対象物２の表面に導くと共に、検査対象物２の表面で反射・散乱した第二レーザビームをファブリ・ペロー干渉計１１０に導くものである。この第二光学系７０ａは、図５に示すように、１／２波長板７５と、偏光ビームスプリッタ７６と、１／４波長板７７と、コリメート部７８とを有する。１／２波長板７５は、直線偏光の向きを９０度変える役割を果たし、１／４波長板７７は、直線偏光を円偏光に変える役割を果たす。偏光ビームスプリッタ７６は、直線偏光を、偏光面が互いに直交する二つの直線偏光に分岐するものである。コリメート部７８は、第二レーザビームを集光して、第二光ファイバ８０に入射させるためのものである。
【００４２】
超音波検出用レーザ装置６０からは直線偏光した第二レーザビームが発生する。この第二レーザビームは、１／２波長板７５に入射すると、直線偏光の向きが９０度変えられる。この向きが変えられた第二レーザビームは、偏光ビームスプリッタ７６で反射されて、１／４波長板７７に向かって進む。その後、第二レーザビームは、１／４波長板７７に入射すると、円偏光に変えられる。
【００４３】
この円偏光の第二レーザビームは、コリメート部７８を介して、第二光ファイバ８０に入射し、集光レンズ４０に導かれる。そして、集光レンズ４０で集光された後、検査対象物２の表面に照射される。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。
【００４４】
このとき、その第二レーザビーム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周波数が変化する。ここで、第二レーザビームの偏光状態は、検査対象物２の表面で散乱されても変わらない。
【００４５】
検査対象物２の表面で散乱された第二レーザビームのうち、その一部は、集光レンズ４０で集光された後、第二光ファイバ８０に入射し、コリメート部７８に導かれる。次に、第二レーザビームは、１／４波長板７７に入射すると、超音波検出用レーザ装置６０から発生した時の偏光状態（直線偏光）に戻る。この直線偏光の第二レーザビームは、偏光ビームスプリッタ７６を透過した後、ファブリ・ペロー干渉計１１０に入射する。
【００４６】
第二実施形態のレーザ超音波検査装置では、第二レーザビームを伝送する第二光ファイバを設け、第二光ファイバの先端部を各第一光ファイバとともに束ねたことにより、超音波の発生部と検出部とを一体的に構成することができる。このため、超音波の発生部及び検出部をコンパクトな超音波送受信プローブとして実現することができるので、第二実施形態のレーザ超音波検査装置はとても使い勝手がよいという利点がある。その他の効果は、上記の第一実施形態のものと同様である。
【００４７】
尚、本発明は上記の各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。
【００４８】
上記の各実施形態では、超音波発生用レーザ装置としてパルス型ファイバレーザ装置を用い、その能動光ファイバに接続した受動光ファイバを束ねることにより光ファイバ束を形成する場合について説明したが、能動光ファイバを束ねることにより光ファイバ束を形成するようにしてもよい。この場合は、能動光ファイバが本発明の第一光ファイバの役割を果たすことになる。
【００４９】
また、上記の各実施形態では、超音波発生用レーザ装置として、パルス型ファイバレーザ装置を用いた場合について説明したが、パルス型ファイバレーザ装置以外に、例えばＹＡＧレーザ装置、ＣＯ_２レーザ装置等を用いてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るレーザ超音波検査装置によれば、各第一レーザ装置のビーム出力端に第一光ファイバが接続され、複数の第一光ファイバの先端部を、それらの光軸を揃えて束ねており、そして、各第一光ファイバから出力された第一レーザビームを検査対象物に導くことにより、検査対象物に超音波を発生させる。このとき、制御手段が、各第一レーザ装置が第一レーザビームを発生するタイミングを制御することにより、機械的な駆動部分を必要とせず、完全な電気的な制御のみで、任意の角度方向に進行する超音波を発生させたり、点集束型又は線集束型の超音波を発生させたりすることができる。
【００５１】
また、第二レーザビームを伝送する第二光ファイバを設け、第二光ファイバの先端部を各第一光ファイバとともに束ねることにより、超音波の発生部と検出部とを一体的に構成することができる。このため、超音波の発生部及び検出部をコンパクトな超音波送受信プローブとして実現することができるので、かかるレーザ超音波検査装置はとても使い勝手がよいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第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】そのレーザ超音波検査装置の光ファイバ束の概略斜視図である。
【図３】そのレーザ超音波検査装置におけるファブリ・ペロー干渉計の共振曲線の一例を示す図である。
【図４】超音波の進行方向角度を制御する一例を説明するための図である。
【図５】本発明の第二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６】そのレーザ超音波検査装置の光ファイバ束の概略斜視図である。
【符号の説明】
２　　検査対象物
１０　　超音波発生用レーザ装置
２０　　第一光ファイバ（受動光ファイバ）
３０　　光ファイバ束ホルダ
４０　　集光レンズ
５０　　発振制御回路
６０　　超音波検出用レーザ装置
７０，７０ａ　　第二光学系
７１ａ，７１ｂ　　集光レンズ
７２　　ハーフミラー
７５　　１／２波長板
７６　　偏光ビームスプリッタ
７７　　１／４波長板
７８　　コリメート部
８０　　第二光ファイバ
１１０　　ファブリ・ペロー干渉計
１２０　　光検出器
１３０　　コンピュータ

Claims

第一レーザビームを発生する複数の第一レーザ装置と、
前記各第一レーザ装置のビーム出力端には第一光ファイバが接続されており、前記複数の第一光ファイバの先端部を、それらの光軸を揃えて束ねることにより形成された光ファイバ束と、
前記各第一レーザ装置が前記第一レーザビームを発生するタイミングを制御する制御手段と、
検査対象物に超音波を発生させるために、前記各第一光ファイバから出力された前記第一レーザビームを前記検査対象物に導く第一光学系と、
第二レーザビームを発生する第二レーザ装置と、
前記検査対象物の内部を伝播した前記超音波のエコーを検出するために、前記第二レーザビームを前記検査対象物に導く第二光学系と、
前記検査対象物の表面で反射した前記第二レーザビームに基づいて、前記超音波の振動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査結果に基づいて前記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。
前記第二レーザビームを伝送する第二光ファイバを有し、前記第二光ファイバの先端部は前記各第一光ファイバとともに束ねられてい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。
前記各第一レーザ装置は、半導体レーザ装置と、レーザ発振用光ファイバとを有し、前記半導体レーザ装置から前記レーザ発振用光ファイバに励起レーザビームを照射して、前記レーザ発振用光ファイバにおいて前記第一レーザビームを発振させるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ超音波検査装置。
前記光ファイバ束は、光軸に垂直な平面で切断したときの断面が略正方形状であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のレーザ超音波検査装置。
前記制御手段は、前記各第一レーザ装置が前記第一レーザビームを発生するタイミングをずらすことにより、前記検査対象物の内部を所望の角度方向に進行する前記超音波を発生させることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のレーザ超音波発生装置。