JP2008026270A - 欠陥検出装置および欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波受信機構から照射されるレーザ光を反射体に照射することで、反射体からの戻りのレーザ光の光量を一定とし、これにより、表面が平坦でない検査対象物の表面に発生した欠陥を正確かつ安定して検出できる欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】欠陥検出装置５０は、検査対象物１の表面１ａに表面波３０または衝撃波３２を発生させる超音波励起機構２と、レーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとを有する超音波受信機構３と、レーザ光３５を反射する反射体４と、超音波受信機構３に接続された計測機構７とを備えている。レーザ送光部３ａから照射されたレーザ光３５は反射体４に反射した後レーザ受光部３ｂにより受光され、計測機構７はレーザ光３５の周波数変化を観測することで検査対象物１の表面１ａの欠陥を検出する。これにより、検査対象物１の表面１ａに発生した欠陥１１を正確かつ安定して検出できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、原子力プラントやその他各種プラントに設置された検査対象物に発生した欠陥を検出する欠陥検出装置および欠陥検出方法に関する。

一般に、原子力プラントやその他各種プラントに設置された検査対象物に生じる劣化や腐食等の欠陥は、検査対象物表面の溶接をしていない部分より溶接をした部分やその近傍に生じやすいことが知られている。例えば、原子力プラントの原子炉内部に設置された検査対象物においては、検査対象物表面の溶接をした部分やその近傍から劣化が生じる可能性が高いことはよく知られている。これに対し、従来より検査対象物を破壊することなく劣化が生じた箇所を検査する技術の開発が進められている。また仮に、検査対象物に劣化や腐食等の欠陥が生じた場合、検査対象物を溶接することで検査対象物を補修する補修溶接が行われている。

このような補修溶接を行った後には、溶接の健全性を確認するために目視試験（ＶＴ）、放射線透過探傷試験（ＲＴ）、浸透探傷試験（ＰＴ）、磁粉探傷試験（ＭＴ）または超音波探傷試験（ＵＴ）等を行うのが一般的である（例えば、非特許文献１参照。）。特に、溶接した部分の表面に生じる溶接不良を検出するには浸透探傷試験（ＰＴ）や磁粉探傷試験（ＭＴ）が用いられている。

また、検査対象物がマクロ割れに至る前に、検査対象物に微細な粒界侵食が生じる。このため、粒界侵食を検出する漏洩表面波を発生させ、この漏洩表面波の音速が粒界侵食により変化することを利用して欠陥を検出する欠陥検出方法もある（例えば、非特許文献２参照。）。

さらに、特許文献１においては、検査対象物の表面に生じた欠陥を高精度で検出する欠陥検出装置が記載されている。

さらにまた、液体中において検査対象物の表面に生じた劣化や腐食等の欠陥の状態を検査する装置として、漏洩表面波を利用して検査対象物の劣化や腐食等の欠陥を検出する欠陥検出装置がある（例えば、非特許文献３参照）。特許文献２には、この漏洩表面波を使用する欠陥検出装置を、実際に欠陥が生じている現場において使用するための超音波検査装置およびこれを用いた検査方法が記載されている。この装置および方法は、欠陥周囲の特定の方向から検査を行なうのみでなく複数の方向から検査を行うものである。これにより、劣化等の欠陥が一定の大きさを有する場合であっても正確に検査をすることができる。

図１６に上述した従来技術である欠陥検出装置１１０の概略図を示す。以下、図１６を用いて、漏洩表面波を利用する欠陥検出装置１１０について説明する。

図１６において、検査対象物１は水等の液体媒質１７中に存在している。また、欠陥検出装置１１０は、表面励起波３４を照射する圧電高分子ＰＶＤＦセンサ等の圧電素子１０１と、圧電素子１０１に取り付けられ、曲面形状の表面１０４を有する音響レンズ１００とを備えている。ここで、音響レンズ１００は、音響レンズ１００の表面１０４が圧電素子１０１の反対側に向くように圧電素子１０１に取り付けられている。

検査対象物１の表面１ａに生じた欠陥１１の検査をする場合において、欠陥検出装置１１０は、音響レンズ１００の表面１０４が検査対象物１側を向くように検査対象物１の表面１ａに生じた欠陥１１の表面１ａ側近傍に配置される。圧電素子１０１から表面励起波３４が照射され、表面励起波３４は音響レンズ１００の表面１０４から音響レンズ１００と検査対象物１との間の液体媒質１７中に放出される。表面励起波３４は、検査対象物１に到達した後、検査対象物１の表面１ａを伝播する表面波３０を励起させる。表面波３０は、表面波３０が検査対象物１の表面１ａを伝播する間に表面１ａから受けた影響に関する情報を有した漏洩表面波３１を生じさせ、漏洩表面波３１を検査対象物１から液体媒質１７中へ漏洩させる。この漏洩表面波３１を検出することで、検査対象物１の表面１ａの劣化等の欠陥１１の状態を検出することが可能である。

特開２００１−２０８７２９号公報 特開２００５−５５２００号公報 「溶接技術の基礎」、溶接学会編、産報出版、ｐ．１８６ 「漏洩弾性表面波（ＬＳＡＷ）による材料表面の微細粒界侵食の検出（第１報）水浸臨界角法の適用」、横野泰和他、非破壊検査第５１巻５号（２００２） 「超音波便覧」、超音波便覧編集委員会編、丸善、ｐ．３８０

しかしながら、上述した欠陥検査装置や欠陥検査方法を実際に現場で使用する場合において問題が生じている。
特に、検査対象物の表面が完全に平坦である場合には、上述した欠陥検査装置や欠陥検査方法を用いることは比較的容易であるが、例えば、金属製の検査対象物の表面に溶接部分等に凹凸形状が形成されている場合などは、検査する箇所の凹凸形状に応じて臨界角が変化するため、正確に検査することができない。すなわち、検査対象物の表面は、例えば図１７や図１８に示すように平坦でないものが多いため、実際には上述した欠陥検査装置や欠陥検査方法を用いるのが難しい。

これは、上述した欠陥検査装置や欠陥検査方法が、検査対象物の表面を伝播する表面波を使用することに起因している。すなわち、これらの欠陥検査装置や欠陥検査方法においては、表面波を検査対象物の表面に励起させるため、表面励起波を照射する方向が検査対象物に対し臨界角となるように超音波を照射する。この際、検査対象物の表面が凹凸形状を有していると、表面波は想定した角度とは異なる方向に漏洩する。その結果、検査対象物から漏洩する表面波を検出することが困難となり、また圧電素子がもつ指向性により表面波を受信する感度が低下することとなる。

また、圧電素子を用いて検査対象物の表面に表面波を励起させる場合においても、表面波を励起させるためには圧電素子を検査対象物に対して臨界角となる位置に配置して超音波を照射する必要がある。このため、検査対象物の表面が平坦でない場合は、表面波を正しく励起させるような角度に圧電素子を配置することができない。

さらに、上述した欠陥検査装置や欠陥検査方法において、表面波が伝播する部分が溶接金属部などの場合、超音波が伝播しにくいため、表面波が著しく散乱・減衰されることになる。このため、検出した漏洩表面波の情報が、溶接金属部に劣化等の欠陥が生じたことよる情報なのか、表面波が散乱・減衰されたことによる情報なのか判断できない。

さらにまた、上述した欠陥検査装置や欠陥検査方法においては、検査できる領域が狭いという問題がある。このような装置や方法を実際に使用する場合、検査に必要となる時間をできる限り短くする要請が強い。しかしながら、このような装置や方法は、検査できる領域が狭く、仮に検査装置を走査させるとしても、検査に必要となる時間が極めて長い。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、検査対象物の表面形状が平坦でなくても、検査対象物の表面に生じた欠陥を正確かつ安定して検出でき、溶接金属等の表面波の散乱・減衰が大きい検査対象物においても精度よく欠陥を検出でき、かつ広い面積を有する検査対象物に対しても短時間で検査ができる欠陥検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、検査対象物の表面に発生した欠陥を検出する欠陥検出装置において、検査対象物の表面に対して表面励起波を照射することにより検査対象物の表面から超音波または衝撃波を発生させる超音波励起機構と、レーザ光を照射するレーザ送光部と、レーザ光を受光するレーザ受光部とを有する超音波受信機構と、レーザ送光部から照射されるレーザ光の光路上に配置され、レーザ光を反射する反射体と、超音波受信機構に接続された計測機構とを備え、レーザ送光部から照射されたレーザ光が反射体に反射するとともに、反射体に反射したレーザ光はレーザ受光部により受光され、検査対象物の表面から発生した超音波または衝撃波は、超音波受信機構と反射体との間のレーザ光の光路上に達し、計測機構は、超音波受信機構のレーザ受光部で受光したレーザ光の周波数変化を観測することにより検査対象物の表面の欠陥を検出することを特徴とする。

本発明は、欠陥検出装置を用いた検出方法であって、超音波励起機構から検査対象物の表面に対して表面励起波を照射することにより、検査対象物の表面から超音波または衝撃波を発生させる表面励起工程と、超音波受信機構のレーザ送光部がレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、超音波受信機構と反射体との間のレーザ光の光路上に達した検査対象物の表面からの超音波または衝撃波により周波数が変化したレーザ送光部からのレーザ光をレーザ受光部が受光するレーザ光受光工程と、計測機構が超音波受信機構のレーザ受光部で受光したレーザ光の周波数変化を観測する計測工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、検査対象物の表面に発生した欠陥を正確かつ安定して検出することができる。

第１の実施の形態
本発明による欠陥検出装置の第１の実施の形態を、図１乃至図４を用いて説明する。
ここで、図１は本実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図、図２は超音波励起機構２から照射される表面励起波３４がレーザ光である場合の欠陥検出装置の構成を示す概略図、図３は本実施の形態による欠陥検出装置の作用を示す概略図、図４は図３と欠陥１１の位置が異なる場合における本実施の形態による欠陥検出装置の作用を示す概略図である。

まず、図１により本実施の形態による欠陥検出装置の概略について説明する。
図１に示す本実施の形態において、欠陥検出装置５０は液体媒質１７中に設置された検査対象物１の表面１ａに発生した欠陥１１を検出するものである。ここで、欠陥検出装置５０は、検査対象物１の表面１ａに対して表面励起波３４を照射することにより検査対象物１の表面１ａから表面波３０等の超音波または衝撃波３２を発生させる超音波励起機構２と、レーザ光３５を照射するレーザ送光部３ａとレーザ光３５を受光するレーザ受光部３ｂとを有する超音波受信機構３と、レーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の光路上に配置され、レーザ光３５を反射する反射体４とを備えている。

また、超音波受信機構３には、レーザ光を伝送するレーザ光伝送機構５を介して計測機構７および受信レーザ光源６が接続されている。このうち、受信レーザ光源６は、後述するように、超音波励起機構２からの表面励起波３４により発生した衝撃波３２や、表面励起波３４により発生した表面波３０から漏洩する漏洩波３１、３１ａを検出するためのレーザ光３５を照射するものである。また、計測機構７には、計測機構７からの検出データを収録する収録機構８が接続されている。

なお、図２に示すように、超音波励起機構２から照射される表面励起波３４がレーザ光である場合には、超音波励起機構２に送信レーザ光伝送機構１０を介して送信レーザ光源９が接続されている。

ここで、超音波励起機構２としては、例えば、圧電素子、集束型圧電素子、またはレーザ光、電磁超音波、もしくは他の超音波を励起できる手段が考えられる。とりわけ、図２に示すように超音波励起機構２が表面励起波３４としてレーザ光を照射する場合、レーザ光源９としては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレーザ、色素（ダイ）レーザ、またはエキシマレーザ等のパルスレーザ光源が用いられる。

また、超音波受信機構３としては、例えば圧電素子、電磁超音波またはレーザ光を照射する機構が考えられる。特に超音波受信機構３のレーザ送光部３ａがレーザ光３５を照射する場合、計測機構７としては干渉計測機構などの機構が考えられ、干渉計測機構としてはマイケルソン干渉計やホモダイン干渉計、ヘテロダイン干渉計、フィゾー干渉計、マッハツェンダー干渉計、ファブリー＝ペロー干渉計、フォトリフラクティブ干渉計や、または他のレーザ干渉計等が考えられる。一方、計測機構７として干渉計測機構以外の機構を利用する場合としては、ナイフエッジ法等が考えられる。

また、反射体４のうちレーザ光３５が照射される反射面４ａは、レーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の戻り光量が最も多くなるのが好ましく、例えば、研磨された鏡面が好ましい。

次に、図３を用いて本実施の形態の作用について述べる。
まず、超音波励起機構２により検査対象物１の表面１ａに対してレーザ光または超音波等からなる表面励起波３４が照射される。このとき、検査対象物１の表面１ａに衝撃波３２、表面波３０、および検査対象物１の内部に体積波３６や体積波３７等が発生する。検査対象物１の表面１ａに発生した衝撃波３２および表面波３０は、図３に示す経路を経て検査対象物１および液体媒質１７中を伝播する。また、検査対象物１の内部に発生した体積波３６および体積波３７は、図４に示す経路を経て検査対象物１中を伝播する。

本実施の形態において、検査対象物１の表面１ａには劣化等の欠陥１１が存在している。表面１ａを伝播する表面波Ｓは、欠陥１１の状態により表面波３０の振幅や周波数等が変化した表面波３０ａとなる。振幅や周波数等が変化した表面波３０ａは、検査対象物１が設置されている液体媒質１７および検査対象物１の内部を通過する音波の音速からそれぞれ算出される臨界角θで検査対象物１から液体媒質１７中へ漏洩し、漏洩波３１ａとなる。

次に、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａは、レーザ光３５を反射体４に向けて照射し、超音波受信機構３のレーザ受光部３ｂは、反射体４で反射されたレーザ光３５を受光する。ここで、超音波受信機構３と反射体４との間のレーザ光３５の光路上に、検査対象物１の表面１ａからの漏洩波３１ａ等の超音波や衝撃波３２が達すると、レーザ送光部３ａからのレーザ光３５の周波数が変化する。この周波数の変化したレーザ光３５をレーザ受光部３ｂが受光する。

次に、計測機構７は、レーザ受光部３ｂで受光したレーザ光３５の周波数の変化を観測する。このレーザ光３５の周波数の変化は、レーザ送光部３ａが照射したレーザ光３５の周波数と、レーザ受光部３ｂが受光したレーザ光３５の周波数との差となる。これにより観測者は、検査対象物１からの漏洩波３１ａや衝撃波３２等に関する情報を含む検出データを得ることができる。

このように、漏洩波３１ａにより周波数が変化したレーザ光３５を超音波受信機構３のレーザ受光部３ｂが検出することにより、検査対象物１の表面１ａのうち、超音波励起機構２と超音波受信機構３の間の幅ｄに存在する欠陥１１の情報を検出することができる。なお、欠陥１１は、例えば開口欠陥、閉口欠陥、表層内在欠陥、腐食、マイクロクラック、転位、すべり、またはその他の劣化状態である。

また、図３に示す本実施の形態において、仮に検査対象物１に生じている欠陥１１が開口欠陥である場合、超音波励起機構２により発生した表面波３０および検査対象物１の表面１ａに沿って液体媒質１７中を伝播する衝撃波３２は、欠陥１１の開口した部分で液体媒質伝播音波３３に変化し、液体媒質伝播音波３３は液体媒質１７中を伝播する。この液体媒質伝播音波３３により周波数が変化したレーザ光３５を超音波受信機構３が検出することにより、超音波励起機構２と超音波受信機構３の間の幅ｄに存在する検査対象物１の開口した欠陥１１に関する情報を検出することができる。

一方、超音波励起機構２により発生した体積波３６および体積波３７は欠陥１１で反射し、体積波３６ａとなる。次に、体積波３６ａは検査対象物１の表面１ａでモード変換を起こし表面波３０ａとなり、さらに表面波３０ａは漏洩波３１ａとなり、液体媒質１７中を伝播する。

ところで、図４に示すように、検査対象物１の表面１ａに発生した欠陥１１が超音波励起機構２と超音波受信機構３の間になく、超音波励起機構２から見て超音波受信機構３から遠い側に存在する場合もある。この場合においても、図３に示す実施の形態と同様に、表面波３０や衝撃波３２が欠陥１１により反射や回折等を受け、欠陥１１により変化した漏洩波３１ａや衝撃波３２ａとして液体媒質１７中を伝播する。

このように、本実施の形態によれば、超音波受信機構２から照射されるレーザ光３５を反射体４に照射することで、反射体４からの戻りレーザ光３５の光量を常に一定とすることができる。したがって、例えば検査対象物１の溶接部分が凹凸形状を有したり、検査対象物１の表面が湾曲部分を有したりする場合等、表面１ａが平坦ではない検査対象物１に対しても、表面１ａに発生した欠陥１１を正確かつ安定して検出することができる。

また、本実施の形態によれば、欠陥検出装置５０を走査機構（図示せず）により移動し、超音波励起機構２を検査対象物１の表面１ａに発生した欠陥１１の略真上に配置することができる。この場合、表面波３０や衝撃波３２は欠陥１１により回折され、液体媒質伝播音波３３や衝撃波３２ａとなり、液体媒質伝播音波３３や衝撃波３２ａは超音波受信機構３で検出される。このとき、表面波３０や衝撃波３２が欠陥１１まで伝播する距離が非常に短いため、検査対象物１の表面１ａを伝播する間に表面波３０や衝撃波３２が散乱されたり減衰されたりすることがない。これにより、検査対象物１の表面１ａに発生した欠陥１１を精度よく検出することができる。

第２の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第２の実施の形態を、図５を用いて説明する。
ここで、図５は本発明による欠陥検出装置の構成を示す概略図である。

図５に示す本実施の形態は、超音波励起機構２、超音波受信機構３および反射体４が検査対象物１に対して傾斜して取り付けられている点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図５において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

まず、図５により本発明による欠陥検出装置の概略について述べる。
本実施の形態において、超音波励起機構２および超音波受信機構３は、超音波励起機構２から検査対象物１に対して照射される表面励起波３４の照射方向と、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の照射方向とが検査対象物１に対し傾斜するように配置されている。同様に、反射体４は、検査対象物１と超音波受信機構３の間において、超音波受信機構３の傾斜に合わせて検査対象物１に対し傾斜して配置されている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図５に示す本実施の形態において、超音波励起機構２により検査対象物１の表面１ａに対してレーザ光または超音波等からなる表面励起波３４が照射される。図１乃至図４に示すように検査対象物１の表面１ａに対して垂直に超音波励起機構２を設置した場合には、検査対象物１の表面１ａに発生したキャビテーションが表面励起波３４の照射行路を浮遊し、超音波励起機構２からの表面励起波３４による超音波励起が不安定となる。そこで、図５に示す本実施の形態のように、表面励起波３４の照射方向を検査対象物１に対し傾斜させる。

このように、本実施の形態によれば、超音波励起機構２から検査対象物１の表面１ａに照射される表面励起波３４に起因して表面１ａにキャビテーションが発生せず、超音波励起が不安定となることを防ぐことができ、欠陥検出精度が低下することを防ぐことができる。

第３の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第３の実施の形態を、図６を用いて説明する。
ここで、図６は本発明による欠陥検出装置の構成を示す概略図である。

図６に示す本実施の形態は、洗浄機構１２が超音波励起機構２および超音波受信機構３の付近に取り付けられている点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図６において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

まず、図６により本発明による欠陥検出装置の概略について述べる。
本実施の形態において、検査対象物１は、液体媒質１７中に設置されている。また、超音波励起機構２および超音波受信機構３の付近には、超音波励起機構２から照射される表面励起波３４の行路と、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の光路とに向けて検査対象物１周囲の液体と同一の液体媒質１７を吹き付ける洗浄機構１２が設けられている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図６に示す本実施の形態において、洗浄機構１２は、超音波励起機構２から照射される表面励起波３４の行路と、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の光路とに向けて検査対象物１周囲の液体と同一の液体媒質１７を吹き付ける。例えば、水中に設置された原子力プラント等において、洗浄機構１２は、水を表面励起波３４の行路と、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の光路とに向けて吹き付け、表面励起波３４の行路およびレーザ光３５の光路中に存在するクラッド等の不純物を除去する。

このように、本実施の形態によれば、検査対象物１が設置されている液体媒質１７中に混入している不純物の影響により、超音波励起機構２による超音波励起および超音波受信機構３による超音波受信が不安定となることを防止し、安定した計測をすることができる。

第４の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第４の実施の形態を、図７を用いて説明する。
ここで、図７は本発明による欠陥検出装置の構成を示す概略図である。

図７に示す本実施の形態は、超音波励起機構２から照射される表面励起波３４の行路上に照射プロファイル制御機構１３を設けた点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図７において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

まず、図７により本発明による欠陥検出装置の概略について述べる。
本実施の形態において、超音波励起機構２から検査対象物１の表面１ａに照射される表面励起波３４の行路上に、表面励起波３４を透過させるとともに透過する表面励起波３４のプロファイルを変化させる照射プロファイル制御機構１３が設けられている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図７に示す本実施の形態において、照射プロファイル制御機構１３は、超音波励起機構２から検査対象物１の表面１ａに照射される表面励起波３４のプロファイルを変化させる。これにより、検査対象物１の表面１ａに励起させる表面波３０等の超音波を制御することが可能となる。例えば、照射プロファイル制御機構１３が複数のライン状の照射プロファイルを作製する機能を有すると、表面１ａから発生する表面波３０や衝撃波３２等もそのプロファイルを反映した波形となる。特に一般的な電気ノイズはパルス的に発生することが多いが、本実施の形態に示すように、超音波励起機構２が照射プロファイル制御機構１３を介して特徴的なプロファイルを有する表面波３０や衝撃波３２等を励起することで、特徴的なプロファイルを有する信号成分のみを容易に抽出することができる。

このように、本実施の形態によれば、溶接金属等の散乱・減衰が大きい検査対象物１に対しても、溶接金属等による散乱・減衰の影響を軽減することができ、精度良く欠陥１１を検出することができる。

第５の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第５の実施の形態を、図８および図９を用いて説明する。ここで、図８は本実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図、図９は本実施の形態による欠陥検出装置の作用を示す概略図である。図８に示す本実施の形態は、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の行路上に光路変更体１４を設けた点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図８において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

図８に示す第５の実施の形態において、超音波受信機構３と反射体４との間のレーザ光３５の光路に、レーザ光３５の光路を変更させる追加反射体１４が設けられている。光路変更体１４は、図８に示すように超音波受信機構３のレーザ送光部３ａからのレーザ光３５の光路を反射体４方向に反射し、レーザ光３５を検査対象物１の表面１ａと平行に照射する。なお、追加反射体１４のレーザ光３５が照射される面は、レーザ送光部３ａから照射されるレーザ光３５の戻り光量が最も多くなるようにするのが好ましく、例えば、研磨されて鏡面状態となるのが好ましい。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について図９を用いて述べる。
図９において、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａから照射されたレーザ光３５は追加反射体１４で反射され、追加反射体１４により反射されたレーザ光３５は、検査対象物１の表面１ａの上方において表面１ａと平行に進み、反射体４に入射する。反射体４に入射したレーザ光３５は、反射体４の反射面４ａにより反射され、検査対象物１の表面１ａの上方において表面１ａと平行に進み、再度追加反射体１４に入射する。再度追加反射体１４に入射したレーザ光３５は、再度追加反射体１４により反射される。再度追加反射体１４により反射されたレーザ光３５は、超音波受信機構３のレーザ受光部３ｂに入射する。

これにより、超音波励起機構２からの表面励起波３４により検査対象物１の表面１ａ上に発生した表面波３０から液体媒質１７中に伝播する漏洩波３１を、超音波受信機構３が幅広く受信することができる。また、検査対象物１の表面１ａと平行な直線上に発生する漏洩波３１の検査を一度に行うことができ、検査対象物１上の広い範囲の検査を短時間に行なうことができる。

第６の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第６の実施の形態を、図１０を用いて説明する。
ここで、図１０は本発明による欠陥検出装置の構成を示す概略図である。なお、図１０に示す本実施の形態は、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとが別体から構成され、レーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとの間のレーザ光３５の光路上に、レーザ光３５の光路を変更させる第１反射体１４ａおよび第２反射体１４ｂを設けた点が異なるのみであり、他の構成は図８および図９に示す第５の実施の形態と同一である。図１０において、図８および図９に示す実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

まず、図１０により本発明による欠陥検出装置の概略について述べる。
本実施の形態において、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとは、別体から構成され、かつレーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとが離れて設けられている。超音波受信機構３のレーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとの間のレーザ光３５の光路には、レーザ光３５の光路を変更させる第１反射体１４ａおよび第２反射体１４ｂが設けられている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１０において、超音波受信機構３のレーザ送光部３ａから照射されたレーザ光３５は第１反射体１４ａで反射される。第１反射体１４ａにより反射されたレーザ光３５は、検査対象物１の表面１ａと平行に進み、第２反射体１４ｂに入射する。第２反射体１４ｂに入射したレーザ光３５は、第２反射体１４ｂにより反射され、超音波受信機構３のレーザ受光部３ｂに入射する。

これにより、超音波励起機構２からの表面励起波３４により検査対象物１の表面１ａ上に発生した表面波３０から液体媒質１７中に伝播する漏洩波３１を、超音波受信機構３が幅広く受信することができる。また、検査対象物１の表面１ａと平行な直線上に発生する漏洩波３１の検査を一度に行うことができ、検査対象物１上の広い範囲の検査を短時間に行なうことができる。

第７の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第７の実施の形態を、図１１を用いて説明する。
ここで、図１１は本実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図である。なお、図１１に示す本実施の形態は、超音波受信機構３が各々レーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとを有する５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを有している点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図１１において、図１乃至図４に示す実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

次に、図１１により本実施の形態による欠陥検出装置について説明する。
図１１において、細長い開口部を有する欠陥１１が生じている検査対象物１の表面１ａの上方に、超音波受信機構３が設けられている。また、超音波受信機構３は、各々がレーザ送光部３ａと、レーザ受光部３ｂとを有する５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを有している。超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅは図１１に示すように、検査対象物１の表面１ａと平行な方向に一直線上に並べて配置されている。

このように、超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを検査対象物１の表面１ａと平行な方向に一直線上に並べて配置することで、表面波３０や衝撃波３２による劣化等の欠陥１１に関する情報を多次元的に得ることができる。このため、多次元的に得られた情報を、例えば平均化処理、相関処理、または開口合成処理等の方法により処理することにより、欠陥１１の検知性能を向上させることができる。これにより、溶接された金属等、検査対象物１の表面１ａを伝播する表面波３０や衝撃波３２が散乱されたり減衰されたりする検査対象物１に対しても、表面１ａに発生した欠陥１１を精度よく検出することができる。また、本実施の形態は、多次元的に計測を行うため、検査領域を広くすることができ、検査対象物１の面積が広い場合であっても、表面１ａに発生した欠陥１１を迅速に検出することができる。

第８の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第８の実施の形態を、図１２を用いて説明する。
ここで、図１２は本実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図である。なお、図１２に示す本実施の形態は、超音波受信機構３が各々レーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとを有する５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを有している点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図１２において、図１乃至図４に示す実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

次に、図１２により本実施の形態による欠陥検出装置について説明する。
図１２において、細長い開口部を有する欠陥１１が生じている検査対象物１の表面１ａの上方に、超音波受信機構３が設けられている。また、超音波受信機構３は、各々がレーザ送光部３ａと、レーザ受光部３ｂとを有する５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを有している。超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅは図１２に示すように、検査対象物１の表面１ａの垂直方向に一直線上に並べて配置されている。

このように、超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを検査対象物１の表面１ａの垂直方向に一直線上に並べて配置することで、表面波３０や衝撃波３２による劣化等の欠陥１１に関する情報を多次元的に得ることができる。このため、多次元的に得られた情報を、例えば平均化処理、相関処理、または開口合成処理等の方法により処理することにより、欠陥１１の検知性能を向上させることができる。これにより、溶接された金属等、検査対象物１の表面１ａを伝播する表面波３０や衝撃波３２が散乱されたり減衰されたりする検査対象物１に対しても、表面１ａに発生した欠陥１１を精度よく検出することができる。また、本実施の形態は、多次元的に計測を行うため、検査領域を広くすることができ、検査対象物１の面積が広い場合であっても、表面１ａに発生した欠陥１１を迅速に検出することができる。

第９の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第９の実施の形態を、図１３を用いて説明する。
ここで、図１３は本実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す平面図である。なお、図１３に示す本実施の形態は、超音波受信機構３が各々レーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとを有する８個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈを有している点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図１３において、図１乃至図４に示す実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

次に、図１３により本実施の形態による欠陥検出装置について説明する。
図１３において、細長い開口部を有する欠陥１１が生じている検査対象物１の表面１ａの上方に、超音波受信機構３が設けられている。また、超音波受信機構３は、各々がレーザ送光部３ａと、レーザ受光部３ｂとを有する８個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈを有している。超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈは図１３に示すように、超音波励起機構２を中心とする同一円周上にそれぞれ等間隔に並べて配置されている。

このように、超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈを超音波励起機構２を中心とする同一円周上にそれぞれ等間隔に並べて配置することで、表面波３０や衝撃波３２による劣化等の欠陥１１に関する情報を多次元的に得ることができる。このため、多次元的に得られた情報を、例えば平均化処理、相関処理、または開口合成処理等の方法により処理することにより、欠陥１１の検知性能を向上させることができる。これにより、溶接された金属等、検査対象物１の表面１ａを伝播する表面波３０や衝撃波３２が散乱されたり減衰されたりする検査対象物１に対しても、表面１ａに発生した欠陥１１を精度よく検出することができる。また、本実施の形態は、多次元的に計測を行うため、検査領域を広くすることができ、検査対象物１の面積が広い場合であっても、表面１ａに発生した欠陥１１を迅速に検出することができる。

第１０の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第１０の実施の形態を、図１４を用いて説明する。
ここで、図１４は本実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図である。なお、図１４に示す本実施の形態は、超音波受信機構３が各々レーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとを有する１５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏを有している点が異なるのみであり、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一である。図１４において、図１乃至図４に示す実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

次に、図１４により本実施の形態による欠陥検出装置について説明する。
図１４において、細長い開口部を有する欠陥１１が生じている検査対象物１の表面１ａの上方に、超音波受信機構３が設けられている。また、超音波受信機構３は、各々がレーザ送光部３ａと、レーザ受光部３ｂとを有する１５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏを有している。超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏは図１４に示すように検査対象物１の表面１ａの上方にそれぞれ等間隔に並べて配置されている。

このように、超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏを表面１ａの上方にそれぞれ等間隔に並べて配置することで、表面波３０や衝撃波３２による劣化等の欠陥１１に関する情報を多次元的に得ることができる。このため、多次元的に得られた情報を、例えば平均化処理、相関処理、または開口合成処理等の方法により処理することにより、欠陥１１の検知性能を向上させることができる。これにより、溶接された金属等、検査対象物１の表面１ａを伝播する表面波３０や衝撃波３２が散乱されたり減衰されたりする検査対象物１に対しても、表面１ａに発生した欠陥１１を精度よく検出することができる。また、本実施の形態は、多次元的に計測を行うため、検査領域を広くすることができ、検査対象物１の面積が広い場合であっても、表面１ａに発生した欠陥１１を迅速に検出することができる。

第１１の実施の形態
次に、本発明による欠陥検出装置の第１１の実施の形態を、図１５を用いて説明する。
ここで、図１５は本実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図である。なお、図１５に示す本実施の形態は、超音波受信機構３が各々レーザ送光部３ａとレーザ受光部３ｂとを有する５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを有している点が異なるのみであり、他の構成は図８に示す第５の実施の形態と同一である。図１５において、図８に示す実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。

次に、図１５により本実施の形態による欠陥検出装置について説明する。
図１５において、細長い開口部を有する欠陥１１が生じている検査対象物１の表面１ａの上方に、超音波受信機構３が設けられている。また、超音波受信機構３は、各々がレーザ送光部３ａと、レーザ受光部３ｂとを有する５個の超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを有している。超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅは図１５に示すように検査対象物１の表面１ａの上方に横一列に等間隔に並べて配置されている。

このように、超音波受信部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを表面１ａの上方に横一列に等間隔に並べて配置することで、表面波３０や衝撃波３２による劣化等の欠陥１１に関する情報を多次元的に得ることができる。このため、多次元的に得られた情報を、例えば平均化処理、相関処理、または開口合成処理等の方法により処理することにより、欠陥１１の検知性能を向上させることができる。これにより、溶接された金属等、検査対象物１の表面１ａを伝播する表面波３０や衝撃波３２が散乱されたり減衰されたりする検査対象物１に対しても、表面１ａに発生した欠陥１１を精度よく検出することができる。また、本実施の形態は、多次元的に計測を行うため、検査領域を広くすることができ、検査対象物１の面積が広い場合であっても、表面１ａに発生した欠陥１１を迅速に検出することができる。

本発明の第１の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図。 本発明の第１の実施の形態において超音波励起機構から照射される表面励起波がレーザ光である場合の欠陥検出装置の構成を示す概略図。 本発明の第１の実施の形態による欠陥検出装置の作用を示す概略図。 本発明の第１の実施の形態による欠陥検出装置の図３と欠陥の位置が異なる場合における作用を示す概略図。 本発明の第２の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図。 本発明の第３の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図。 本発明の第４の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図。 本発明の第５の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図。 本発明の第５の実施の形態による欠陥検出装置の作用を示す概略図。 本発明の第６の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す概略図。 本発明の第７の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図。 本発明の第８の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図。 本発明の第９の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す平面図。 本発明の第１０の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図。 本発明の第１１の実施の形態による欠陥検出装置の構成を示す斜視図。 従来技術による欠陥検出装置の概略図 表面に凹凸形状を有する検査対象物断面を示す模式図 表面に曲面形状を有する検査対象物断面を示す模式図

符号の説明

１ 検査対象物
１ａ、１０４ 表面
２ 超音波励起機構
３ 超音波受信機構
３ａ レーザ送光部
３ｂ レーザ受光部
４ 反射体
５ レーザ光伝送機構
６ 受信レーザ光源
７ 計測機構
８ 収録機構
９ 送信レーザ光源
１０ 送信レーザ光伝送機構
１１ 欠陥
１２ 洗浄機構
１３ 照射プロファイル制御機構
１４ 追加反射体
１４ａ 第１反射体
１４ｂ 第２反射体
１６ａ〜ｏ 超音波受信部
１７ 液体媒質
３０ 表面波
３１、３１ａ 漏洩波
３２、３２ａ 衝撃波
３３ 液体媒質伝播音波
３４ 表面励起波
３５ レーザ光
３６、３７ 体積波
５０ 欠陥検出装置
１００ 音響レンズ
１０１ 圧電素子
１１０ 欠陥検出装置

Claims (10)

1. 検査対象物の表面に発生した欠陥を検出する欠陥検出装置において、検査対象物の表面に対して表面励起波を照射することにより検査対象物の表面から超音波または衝撃波を発生させる超音波励起機構と、レーザ光を照射するレーザ送光部と、レーザ光を受光するレーザ受光部とを有する超音波受信機構と、レーザ送光部から照射されるレーザ光の光路上に配置され、レーザ光を反射する反射体と、超音波受信機構に接続された計測機構とを備え、レーザ送光部から照射されたレーザ光が反射体に反射するとともに、反射体に反射したレーザ光はレーザ受光部により受光され、検査対象物の表面から発生した超音波または衝撃波は、超音波受信機構と反射体との間のレーザ光の光路上に達し、計測機構は、超音波受信機構のレーザ受光部で受光したレーザ光の周波数変化を観測することにより検査対象物の表面の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出装置。
2. 計測機構に、計測機構からの検出データを収録する収録機構を接続したことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
3. 超音波励起機構は、表面励起波として、パルスレーザ光を照射することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
4. 超音波励起機構から検査対象物に対して照射される表面励起波の照射方向と、超音波受信機構のレーザ送光部から照射されるレーザ光の照射方向のうち、少なくとも１つの照射方向が検査対象物に対し傾斜することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
5. 検査対象物は、液体媒質中に設置され、超音波励起機構または超音波受信機構の付近に、超音波励起機構から照射される表面励起波の行路と、超音波受信機構のレーザ送光部から照射されるレーザ光の光路とのうち、少なくとも一方に向けて検査対象物周囲の液体媒質と同一の液体媒質を吹き付ける洗浄機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
6. 超音波励起機構から照射される表面励起波の行路上に、表面励起波を透過させるとともに透過する表面励起波のプロファイルを変化させる照射プロファイル制御機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
7. 超音波受信機構と反射体との間のレーザ光の光路に、レーザ光の光路を変更させる追加反射体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
8. 超音波励起機構は、検査対象物の表面に対して表面励起波を照射することにより検査対象物の表面から超音波または衝撃波を発生させる複数個の超音波励起部を有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
9. 超音波受信機構は、各々がレーザ送光部と、レーザ受光部とからなる複数個の超音波受信部を有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
10. 請求項１に記載の欠陥検出装置を用いた検出方法であって、超音波励起機構から検査対象物の表面に対して表面励起波を照射することにより、検査対象物の表面から超音波または衝撃波を発生させる表面励起工程と、超音波受信機構のレーザ送光部がレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、超音波受信機構と反射体との間のレーザ光の光路上に達した検査対象物の表面からの超音波または衝撃波により周波数が変化したレーザ送光部からのレーザ光をレーザ受光部が受光するレーザ光受光工程と、計測機構が超音波受信機構のレーザ受光部で受光したレーザ光の周波数変化を観測する計測工程とを備えたことを特徴とする欠陥検出方法。

Images