JPH09318603A - レーザ超音波欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚みの異なる被検査物１であっても超音波４
により形成された凹凸Ｐが検出できるようにする。 【解決手段】 超音波トランスジューサ３により超音波
を被検査物１に照射して該被検査物１の表面に当該被検
査物１の内部構造の情報を含む凹凸Ｐを形成する。そし
てレーザ源５から出射されたレーザ光６ａを凹凸Ｐに照
射する。この際、被検査物１の厚みに依存して形成され
る凹凸Ｐの位置が変化するので、２軸ガルバノミラー１
７によりレーザ光６ａの照射位置を調整する。その後、
当該凹凸Ｐにより回折等された反射光６ｂが光検出器９
で受光されるように、モータ４１によりミラー４０の位
置又は反射角を調整する。これにより厚みの異なる被検
査物１であっても当該被検査物１の内部に存在する欠陥
等を容易に検出することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管、機器、構造
物等に超音波及びレーザ光を照射して、これらの表面及
び内部に存在する欠陥を検出することが可能なレーザ超
音波欠陥検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラント等における配管、機器及
び構造物等の表面及び内部に存在する欠陥を検出するた
めにレーザ超音波欠陥検出装置が用いられている。かか
るレーザ超音波欠陥検出装置を図１４に示すレーザ走査
型超音波顕微鏡（Scanning Laser Acoustic Microsc
opy：以後ＳＬＡＭと略す）を一例として説明する。

【０００３】ＳＬＡＭは、被検査物１に音響的に結合し
た状態で固定された（以下、単に固定と称する）超音波
トランスジューサ３、レーザ光を出射するレーザ源５及
び被検査物１から反射したレーザ光を検出する光検出器
９等を有している。

【０００４】そして、超音波トランスジューサ３により
被検査物１の内部に向けて超音波４が照射される。

【０００５】この時、被検査物１の内部構造が一様な場
合は、超音波４は被検査物１内を散乱等されること無く
伝播して、図１５（ａ）に示すように被検査物１の表面
Ｆに微細な凹凸Ｐが等間隔に形成された領域が発生す
る。

【０００６】一方、被検査物１の内部に欠陥Ｄなどが存
在する場合は、超音波４はかかる欠陥Ｄによって反射，
散乱，回折等されるため、図１５（ｂ）に示すように被
検査物１の表面Ｆに欠陥Ｄによる影響を反映した凹凸Ｐ
が形成された領域が発生する。

【０００７】このような凹凸Ｐが形成された被検査物１
の表面Ｆに、レーザ源５から出射したレーザ光６ａを走
査用ミラー７ａにより走査してレンズ８ａにより集光し
て照射し、その反射光６ｂをレンズ８ｂにより集光し、
ミラー７ｂで反射して光検出器９で受光する。

【０００８】なお、以下の説明においては、適宜被検査
物１に照射されるレーザ光を照射光６ａと記載し、被検
査物１から反差去れたレーザ光を反射光６ｂと記載す
る。

【０００９】これにより、光検出器９からの信号を処理
することにより、被検査物１の内部構造等を線又は面情
報として検出している。

【００１０】なお、レーザ光６を用いて微細な凹凸Ｐを
検出する方法には、大きく分けてレーザの直進性を利用
する方法と干渉性を利用する方法が知られている（例え
ば溶接学会誌：第６４巻（１９９５）第２号）。

【００１１】しかしいずれの方法も、被検査物１の表面
Ｆに形成される凹凸Ｐの変位（高さ）が非常に小さいた
め、感度の良い信号検出ができないという欠点があっ
た。

【００１２】また、被検査物１の表面Ｆには、超音波４
により凹凸Ｐが形成される以前にゴミや突起等が存在
し、これらにより照射光６ａが散乱されて反射光６ｂの
光量や強度が減少してしまう共に、超音波４により形成
された凹凸Ｐとの識別が困難である問題があった。

【００１３】かかる問題に対し、図１６に示すような反
射光６ｂの光量等の減少を防止する方法が提案されてい
る。この方法は、凹凸Ｐが形成される位置に、光学ミラ
ー１１をカプラント２ｂにより固定し、被検査物１の表
面Ｆに到達した超音波４をカプラント２ｂを介して光学
ミラー１１に伝播させるものである。

【００１４】なお、光学ミラー１１は、光学鏡面の反射
材１１ａと当該反射材１１ａを支持する基材１１ｂとか
らなり、反射材１１ａは、照射光６ａが照射される側
に、即ち被検査物１と反対側に位置するように配設され
ている。

【００１５】従って、被検査物１を伝播した超音波４は
内部構造の情報を反映した凹凸を反射材１１ａに形成す
るようになる。

【００１６】依って、照射光６ａは被検査物１の表面状
態によらずに光学鏡面である反射材１１ａで反射される
ので信号強度の減衰を防止することができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のＳＬＡＭにおいては、厚さの異なる被検査物１を検
査する際に、以下の問題があった。即ち、凹凸Ｐが形成
されるには、超音波４が被検査物１中を粗密波として伝
播するため、少なくとも被検査物１の表面Ｆと波面とが
平行であってはならないので（平行であると表面が一様
に上下動するだけになる）、被検査物１の表面Ｆに対し
て斜めに入射する必要がある。

【００１８】この時、たとえ超音波４の入射角度が一定
であっても、被検査物１の厚みに依存して凹凸Ｐが形成
される位置が変化し、照射光６ａにより凹凸Ｐを検出し
ようとしてもその位置が判らなくなってしまう問題があ
った。

【００１９】かかる問題は、図１７に示すように超音波
４の伝播距離が長くなる場合に特に顕著となる。即ち、
凹凸Ｐを検出する面と超音波４の入射面とが同一面の場
合には、被検査物１の裏面で反射した超音波４が形成す
る凹凸Ｐに照射光６ａを照射することになるので、超音
波４の伝播距離が長くなると凹凸Ｐの発生位置の同定誤
差が大きくなるためである。

【００２０】図１７においては、厚みＨ１の被検査物１
ａと厚みＨ２の被検査物１ｂに対し、同一角度で超音波
を入射させたとき、凹凸は距離Ｌだけ離れて形成されて
いる。

【００２１】また、上述した光学ミラー１１を用いて凹
凸Ｐの検出精度を高める方法によれば、反射光６ｂの光
量又は強度の減衰を防止することが可能であるが、基材
１１ｂで超音波４が減衰するばかりでなく、基材１１ｂ
と被検査物１との音速の違いから超音波４がその境界面
で屈折してしまうため、形成される凹凸の変位（高さ）
が小さくなると共に、検出すべき凹凸Ｐの位置の同定が
困難になる問題があった。

【００２２】そこで本発明は、厚みの異なる被検査物で
あっても凹凸が形成される位置を容易に知ることが可能
になると共に、精度良く当該凹凸を検出することが可能
なレーザ超音波欠陥検出装置を提供することを目的とす
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１にかかる発明は、超音波を被検査物に照射
して、当該被検査物の内部構造の情報を反映した凹凸を
該被検査物の表面に形成させる超音波照射手段と、被検
査物にレーザ源から出射されたレーザ光を照射するレー
ザ照射手段と、被検査物の表面で反射した反射光を受光
して電気信号に変換する反射光受光手段と、該反射光受
光手段からの信号に基づき、被検査物の内部構造の情報
を表示する信号処理手段とを有するレーザ超音波欠陥検
出装置において、前記レーザ照射手段が、レーザ光の光
路を変更して、前記凹凸が形成された被検査物の表面領
域に当該レーザ光を照射させる入射光路変更手段を有
し、前記反射光受光手段が、前記被検査物の表面で反射
された反射光の光路を変更して、当該反射光を前記反射
光受光手段に受光させる反射光路変更手段を有すること
を特徴とする。

【００２４】即ち、超音波照射手段により超音波を被検
査物に照射して、当該内部構造に対応した凹凸を被検査
物の表面に形成させ、そして形成された凹凸を検出する
ために、レーザ照射手段によりレーザ源から出射された
レーザ光を被検査物に照射し、その反射光を反射光受光
手段により受光して電気信号に変換して、当該信号に基
づき信号処理手段により被検査物の内部構造の情報を表
示するレーザ超音波欠陥検出装置において、凹凸の形成
されている領域にレーザ光が照射されるように当該レー
ザ光の光路を変更する入射光路変更手段を前記レーザ照
射手段に設け、また反射されたレーザ光が前記反射光受
光手段に受光されるように光路を変更する反射光路変更
手段を反射光受光手段に設けて被検査物の厚みに依存す
ることなく被検査物の内部構造の情報を検出する。

【００２５】請求項２にかかる発明は、前記信号処理手
段が、前記入射光路変更手段によりレーザ光の光路が変
更されると、その光路変更に対応して前記反射光路変更
手段を制御して被検査物からの光路を変更させて前記反
射光受光手段に受光させることを特徴とする。

【００２６】即ち、被検査物の厚みが変化して凹凸が形
成される位置が変化するために、入射光路変更手段によ
り被検査物に入射するレーザ光の光路を変更すると、当
該光路変更に対応して自動又は手動により信号処理手段
が被検査物からのレーザ光を前記反射光受光手段に受光
させるように反射光路変更手段を制御する。

【００２７】請求項３にかかる発明は、レーザ照射手段
が、被検査物に超音波を照射する際の照射角度を所定角
度に設定する照射角度設定手段を有することを特徴とす
る。

【００２８】即ち、被検査物に超音波を照射する際の照
射角度を所定角度に設定する照射角度設定手段をレーザ
照射手段に設けて、被検査物表面の所定位置に凹凸を形
成させる。

【００２９】請求項４にかかる発明は、前記被検査物の
厚みを検出して前記信号処理手段に出力する厚さ検出手
段を有し、前記信号処理手段が、前記厚さ検出手段から
の信号に基づき前記入射光路変更手段を制御して被検査
物に照射されるレーザ光の光路を変更させると共に、前
記反射光路変更手段を制御して被検査物からの反射光の
光路を変更させることを特徴とする。

【００３０】即ち、被検査物の厚みを検出して信号処理
手段に出力する厚さ検出手段を設け、厚さ検出手段から
の信号に基づき、信号処理手段により入射光路変更手段
を制御して被検査物表面の所定位置にレーザ光を照射さ
せ、また信号処理手段により反射光路変更手段を制御し
て被検査物からの反射光が反射光受光手段に受光される
ようにする。

【００３１】請求項５にかかる発明は、前記被検査物の
厚みを検出して前記信号処理手段に出力する厚さ検出手
段を有し、前記信号処理手段が、前記厚さ検出手段から
の信号に基づき前記照射角度設定手段を制御して超音波
を被検査物に照射する際の照射角度を設定してなること
を特徴とする。

【００３２】即ち、被検査物の厚みを検出して前記信号
処理手段に出力する厚さ検出手段を設けて、厚さ検出手
段からの信号に基づき、信号処理手段により照射角度設
定手段を制御して超音波を被検査物に照射する際の照射
角度を設定する。

【００３３】請求項６にかかる発明は、前記凹凸が形成
される被検査物の表面に、鏡面の反射材と当該反射材の
支持部材でレーザ光を透過する基材とからなる光学ミラ
ーを前記反射材が前記被検査物の表面側に位置するよう
に音響的に結合固定し、前記被検査物の表面に形成され
る凹凸と同一分布を持つ凹凸が前記反射材に形成される
ようにしたことを特徴とする。

【００３４】即ち、凹凸が形成される被検査物の表面
に、入射したレーザ光を反射する鏡面の反射材を音響的
に結合して、被検査物の表面に形成される凹凸と同一分
布を持つ凹凸が形成されるようにし、これによりレーザ
光の反射率を高めて検出感度を向上させる。

【００３５】請求項７にかかる発明は、前記反射光受光
手段が、前記被検査物の表面に形成された前記凹凸によ
り回折された反射光のうち、０次光と＋１次光の干渉信
号を検出する第１検出器と、０次光と−１次光の干渉信
号を検出する第２検出器と、前記第１検出器及び前記第
２検出器からの信号を差動増幅させて、Ｓ／Ｎ比の高い
光電変換信号を出力する差動増幅器とを有することを特
徴とする。

【００３６】即ち、レーザ光が凹凸により回折された際
に、当該回折光の０次回折光と＋１次回折光の干渉信号
を第１検出器により検出し、また０次回折光と−１次回
折光の干渉信号を第２検出器により検出して、差動増幅
器により第１検出器及び第２検出器からの信号を差動増
幅させてＳ／Ｎ比の高い光電変換された信号を出力す
る。

【００３７】請求項８にかかる発明は、前記信号処理手
段が、前記被検査物に照射されたレーザ光の照射位置を
検出する照射位置検出手段と、前記反射光受光手段から
の信号を受信して包絡線検波する包絡線検波器と、該包
絡線検波器の出力信号のうち、前記超音波照射手段から
出射される超音波に同期した信号レベルを検出する信号
レベル検出器と、該信号レベル検出器の出力信号をアナ
ログ−ディジタル変換するアナログ−ディジタル変換器
と、前記照射位置検出手段からの出力信号と前記アナロ
グ−ディジタル変換器の出力信号を対応させて記憶する
記憶装置と、前記照射位置検出手段の出力信号と前記ア
ナログ−ディジタル変換器の出力信号を対応させて表示
する表示装置とを有したことを特徴とする。

【００３８】即ち、照射位置検出手段により被検査物に
照射したレーザ光の照射位置を検出し、また包絡線検波
器により反射光受光手段からの信号を受信して包絡線検
波し、信号レベル検出器により包絡線検波器から出力さ
れる信号のうち、超音波照射手段から出射される超音波
に同期した信号レベルを検出してアナログ−ディジタル
変換器により信号レベル検出器の出力信号をディジタル
信号に変換して、記憶装置により照射位置検出手段から
の出力信号とアナログ−ディジタル変換器の出力信号を
対応させて記憶すると共に、表示装置により表示させ
る。

【００３９】請求項９にかかる発明は、前記レーザ照射
手段が、レーザ源から出射されたレーザ光を所定口径の
大きさまで拡大するビーム拡大手段を有し、前記反射光
受光手段が、反射光を結像させる結像レンズと、該結像
レンズの焦点位置に配設されて前記凹凸により回折され
た反射光の０次回折光を遮光する遮光手段と、前記超音
波照射手段から出射される超音波と同期して開閉するこ
とにより、前記遮光手段からの反射光を通過させるシャ
ッタと、該シャッタを通過した反射光のうち、所定波長
の反射光のみを通過させる光学フィルタと、該光学フィ
ルタを通過した反射光を受光するイメージセンサと、該
イメージセンサからの信号に基づき前記ビーム拡大手段
により拡大されたレーザ光が照射した被検査物の表面状
態を表示する表示装置とを有することを特徴とする。

【００４０】即ち、ビーム拡大手段によりレーザ源から
出射されたレーザ光を所定口径の大きさまで拡大し、そ
の反射光を結像レンズにより結像させる共に該結像レン
ズの焦点位置に配設された遮光手段により反射光の０次
回折光を遮光し、また超音波照射手段から出射される超
音波と同期してシャッタを開閉することにより、遮光手
段からの反射光を通過させて所定波長の反射光のみを光
学フィルタに入射させてイメージセンサにより受光する
ことにより、拡大されたレーザ光が照射した被検査物の
表面状態を表示装置により表示する。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図に
基づき説明する。図１は本実施の形態にかかるレーザ超
音波欠陥検出装置の構成を示したものである。

【００４２】レーザ超音波欠陥検出装置は、レーザ光６
ａを発生して被検査物１に照射するレーザ光照射手段、
当該レーザ光６ａを反射するレーザ光反射手段、反射さ
れたレーザ光６ｂを検出する反射光受光手段、被検査物
１の検出結果と検出位置との対応付け及び表示等を行う
信号処理手段、被検査物１に超音波を照射する超音波照
射手段から構成されている。

【００４３】レーザ光照射手段は、レーザ光を出力する
レーザ源５、位置制動機構を有する水平２軸のガルバノ
ミラー１７、該２軸のガルバノミラー１７に設置されて
現在の照射光６ａが照射されている被検査物１の表面Ｆ
位置を検出する２方向のエンコーダ２７、水平２軸のガ
ルバノミラー１７により反射された照射光６ａを集光し
て被検査物１に照射させるレンズ系１８を有している。

【００４４】レーザ光反射手段は、照射光６ａを反射す
る反射材１９ａ、当該反射材１９ａの支持部材で透明部
材の基材１９ｂとから構成される光学ミラー１９を有
し、反射材１９ａが被検査物１側になるように当該光学
ミラー１９が被検査物１にカラプトン２ｂにより音響的
に結合されている。

【００４５】反射光受光手段は、被検査物１からの反射
光６ｂを反射して光路を変えるミラー４０、当該ミラー
４０の位置又は反射角を変えるモータ４１、ミラー４０
からの反射光６ｂを受光して電気信号に変換する光検出
器９を有している。

【００４６】信号処理手段は、光検出器９から出力され
る信号の全波整流波形を求め、その包絡線を検出する包
絡線検波器２４、当該包絡線検波器２４からの信号のピ
ークを検出するピーク検出器２５、ピーク検出器２５か
らの信号をアナログ−ディジタル変換するアナログ−デ
ィジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２６、２方向のエンコ
ーダ２７及びＡ／Ｄ変換器２６からの信号に基づき照射
光６ａが現在の照射されている位置と、その時の検出し
た凹凸Ｐに関する信号との対応を演算する演算装置２
８、該演算装置２８の演算結果を記憶するメモリ２９及
び演算結果を表示する表示装置３０を有している。

【００４７】超音波照射手段は、被検査物１の表面Ｆに
カプラント２Ａにより音響的に結合されて、被検査物１
に所定角度θで超音波を出射する超音波トランスジュー
サ３、当該超音波トランスジューサ３を、例えばトーン
バースト波形で発振させるための信号を生成出力する発
振器１５、当該発振器１５からの信号を増幅して超音波
トランスジューサ３に出力する電力増幅器１６を有して
いる。

【００４８】上記構成に基づき、レーザ源５から射出さ
れた所定の波長λの照射光６ａは、水平２軸のガルバノ
ミラー１７に反射され、レンズ１８により集光されて被
検査物１に照射される。当該照射光６ａの照射位置に
は、光学ミラー１９が設置されている。なお、水平２軸
のガルバノミラー１７は位置制動機構により、反射面を
スイングさせることが可能で、これにより照射光６ａ
は、表面Ｆ上を走査可能になっている。

【００４９】従って、照射光６ａは超音波４により反射
材１９ａ上に形成された凹凸Ｐによって変調（又は回
折）されて、ミラー４０により反射されて光検出器９で
検出される。

【００５０】ミラー４０には、被検査物１の厚さに応じ
て変化する反射光６ｂの光路を調整して、当該反射光６
ｂが光検出器９に入射するようにミラー４０を移動又は
反射角を変えるモータ４１が設けられている。

【００５１】即ち、被検査物１の厚みにより反射光６ｂ
の光路は変化し、図１において、被検査物１の厚みが厚
いときは、反射光６ｂの光路は左側にシフトして光検出
器９の下側に入射するようになり、また被検査物１の厚
みが薄いときは、反射光６ｂの光路は右側にシフトして
光検出器９の上側に入射するようになる。

【００５２】そこで、被検査物１の厚みが厚いときは、
ミラー４０を左側に移動させ（又は反時計回り回転さ
せ）ることによりミラー４０により反射された反射光６
ｂが光検出器９に入射するようにしている。

【００５３】また、被検査物１の厚みが薄いときは、ミ
ラー４０を右側に移動させ（又は時計回り回転させ）る
ことによりミラー４０により反射された反射光６ｂが光
検出器９に入射するようにしている。

【００５４】なお、被検査物１の厚みが厚いか薄いかの
判断は本質的なものでなく、結果的にミラー４０により
反射された照射光６ａが光検出器９に入射するか否かが
重要であり、そのためにミラー４０の移動（又は回転）
が可能に構成されている。

【００５５】何故なら、光学ミラー１９がレーザ源５か
ら射出された照射光６ａと光検出器９とのなす仮想線に
対して傾いている場合には、たとえ被検査物１の厚みが
同じであってもミラー４０により反射された反射光６ｂ
が光検出器９に入射しない場合が生じ、係る場合にミラ
ー４０の位置を調整する必要が生じるからである。

【００５６】光検出器９からの出力信号は、増幅器２
１、全波整流器２２、積分器２３及びピーク検出器２５
により構成された包絡線検波器２４に入力する。

【００５７】包絡線検波器２４において信号は、増幅器
２１により増幅された後、全波整流器２２により整流さ
れる。その後、積分器２３により積分されて、その包絡
線が検出されてピーク検出器２５に出力される。ピーク
検出器２５では、信号レベルが検出され、その出力がＡ
／Ｄ変換器２６によりディジタル化されて演算装置２８
に入力する。

【００５８】当該演算装置２８には、２軸のガルバノミ
ラー１７に配設された２方向のエンコーダ２７からの信
号も入力している。

【００５９】これにより演算装置２８は、Ａ／Ｄ変換器
２６からの信号により被検査物１の検査内容と２方向の
エンコーダ２７からの信号により照射光６ａが照射され
た被検査物１の表面Ｆの位置との対応付けが行われる。

【００６０】このように、検査内容と検査位置との対応
付けが行われて、これらの情報がメモリ２９に記憶され
る共に、表示装置３０に表示される。

【００６１】なお、メモリ２９に記憶するのは、後の処
理、例えば欠陥の修復等を行う際に欠陥位置を印刷物等
に出力させたり、欠陥発生原因等の検討データに供した
りするために用いられる。

【００６２】次ぎに図２を用いて、レーザ光照射位置、
被検査物１の厚み及び超音波照射位置等の関係について
説明し、これにより凹凸Ｐの発生位置の決定原理を説明
する。なお、図２は被検査物１の表面Ｆ側から超音波を
入射した場合の例である。

【００６３】被検査物１の厚さをＨ、超音波の入射角度
をθ、超音波の入射位置Ｉから被検査物１の表面Ｆに形
成された微細な凹凸Ｐまでの距離をＬとすると、これら
の間には、 Ｌ＝２Ｈｔａｎθ …（１） の関係が成立する。

【００６４】従って、入射角度θが固定で、厚さＨが測
定できれば、照射光６ａは、超音波の入射位置Ｉから式
１で定まる距離Ｌだけ離れた位置に照射すればよいこと
になる。

【００６５】また逆に、照射光６ａの照射位置Ｌが固定
の状態の場合で、厚さＨか測定できる場合には、入射角
度θは、式１から θ＝ｔａｎ^-1（Ｌ／２Ｈ） …（２） と表せるので、超音波を式２で表される入射角度θで入
射することにより照射光６ａの照射位置に凹凸Ｐを発生
させることが可能になる。

【００６６】次ぎに、光学ミラー１９を用いることによ
り、光検出器９が照射光６ａを検出する際の感度を向上
させる原理を図３を用いて説明する。

【００６７】従来の方法に依れば、光学ミラー１９にお
ける基材１９ｂは、被検査物１側に位置して固定され
る。従って、上述したように基材１９ｂで超音波４が減
衰するばかりでなく、基材１９ｂと被検査物１の音速の
違いから超音波４がその境界面で屈折する。このため、
変位の大きな（明瞭な）凹凸Ｐが形成されなくなると共
に、当該凹凸の形成位置の同定が困難になる問題があっ
た。

【００６８】そこで本実施の形態においては、反射材１
９ａを被検査物１側に位置するように配置し、そしてカ
ラプトン２ｂにより音響的結合状態で光学ミラー１９を
固定している。従って、照射光６ａは基材１９ｂを透過
して、反射材１９ａと基材１９ｂとの境界面で反射され
ることになる。

【００６９】この場合、検出される凹凸Ｐは超音波４が
反射材１９ａ上に形成したもの、すなわち基材１９ｂ中
を伝播する前の超音波４か形成したものである。従っ
て、基材１９ｂ中を伝播することによる超音波４の減衰
がなく、かつ、被検査物１と基材１９ｂとの音速の違い
による超音波４の屈折も発生しない。依って、より高感
度な検出を容易に行うことが可能になる。

【００７０】次ぎに、反射材１９ａに形成された凹凸Ｐ
の検出原理を図４を用いて説明する。凹凸Ｐに照射光６
ａが入射すると、当該照射光６ａは凹凸Ｐにより回折さ
れる。

【００７１】図４（ａ）において、被検査物１の表面Ｆ
に形成された微細な凹凸Ｐの間隔ｄは、小さく周期的で
あるので、光学的には回折格子とみなすことが可能であ
る。従って、この回折格子に入射角度φ₀、周波数ｆ₀、
波長λの照射光６ａを照射すると、正反射光Ｒ₀の両側
に回折光Ｒ_nが発生する。

【００７２】この回折光Ｒ_nが発生する角度φ_nは、 φ_n＝ｓｉｎ^-1（ｓｉｎφ₀＋ｎλ／ｄ） …（３） で与えられる。ここでｎは回折の次数で、 ｎ＝±１、±２、±３、・・・・ …（４） である。

【００７３】回折光は格子振動の影響により、次数に応
じた周波数シフトを受けているので、回折光Ｒ_nの周波
数ｆ_nは超音波４の周波数をｆ_Sとすると ｆ_n＝ｆ₀＋ｎｆ_S …（５） であらわされる。これらの回折光Ｒ_nは式３で示したよ
うに異なる角度で発生するため、各次数の回折光Ｒ_nを
分離することが可能である。

【００７４】図４（ｂ）は、正反射光Ｒ₀と±１次の回
折光Ｒ_±1とが若干重なり合っている部分における、光
軸に垂直方向の光量分布を示したものである。ここで、
図中ａ領域に光検出器９を設置すると正反射光Ｒ₀と回
折光Ｒ₊₁とが干渉した信号が得られ、ｂ領域に光検出器
９を設置すると正反射光Ｒ₀と回折光Ｒ_-1とが干渉した
信号が得られる。

【００７５】この時、周波数が若干異なる２つの反射光
（正反射光Ｒ₀と回折光Ｒ₊₁、又は正反射光Ｒ₀と回折光
Ｒ_-1）を干渉させると、周波数の差に対応する「うな
り」が発生する。従って、正反射光Ｒ₀と回折光Ｒ_±1と
の干渉信号は、 （ｆ₀＋ｆ_S）−ｆ₀＝ｆ_S の周波数を持つことになる。

【００７６】即ち、ａ領域で周波数ｆ_Sの信号が検出で
きれば、照射光６ａの位置に格子が存在する（欠陥が存
在しない）ことを探知できる。

【００７７】一方、図中ｂ領域ではＲ₀とＲ_-1との干渉
信号が得られ、その周波数は同様の計算から−ｆ_Sとな
る。

【００７８】依って、図中ａ及びｂ領域で検出できる干
渉信号は、各々同じ周波数を持ち、位相が１８０度異な
る（即ち、符号が逆）信号であることがわかる。

【００７９】従って、図中ａ領域又はｂ領域のいづれか
の干渉信号を検出すれば凹凸Ｐを検出することが可能に
なる。

【００８０】以上説明したように、被検査物１の厚みが
異なる場合でも式１等により凹凸Ｐが形成される位置を
知ることができ、また位置制動機構により２軸のガルバ
ノミラー１７を移動又は回転等させるので、常に照射光
６ａを凹凸Ｐが形成された位置に照射することが可能に
なる。

【００８１】また、２軸のガルバノミラー１７には、２
方向のエンコーダ２７が設けられ、当該２方向のエンコ
ーダ２７により、照射光６ａの照射位置を知ることが可
能になる共に、モータ４１でミラー４０を駆動すること
により、反射光６ｂが光検出器９に入射するようにした
ので、被検査物１の厚みや反射材１９ａ等の検査面の傾
きが存在する場合でも、これらに束縛されること無く被
検査物１を検査することが可能になる。

【００８２】また、反射材１９ａを被検査物１側に配設
したので、超音波の減衰を防止できると共に、反射光６
ｂの光量の減少を防止することが可能になり、凹凸Ｐを
高感度で検出することが可能になる。

【００８３】次ぎに、検査結果の画像化処理を説明す
る。図５（ａ）に示すような超音波を射出すると、出射
信号から所定時間の遅れた信号が図５（ｂ）に示すよう
に検出される。この信号遅延は、被検査物１中を超音波
が伝播することにより生ずるもので、被検査物１の厚さ
が予めわかっていれば推定できる量である。検出される
信号のレベルは、被検査物１表面Ｆの凹凸Ｐのレベルに
対応している。

【００８４】一方、現在照射光６ａを被検査物１のどの
位置に照射しているかは、照射用光学系の情報から知る
ことができる。

【００８５】そこで、２軸のガルバノミラーｌ７からの
信号及び包絡線検波器２４、Ａ／Ｄ変換器２６等を介し
て光検出器９から出力された信号は演算装置２８に入力
する。そして、２軸のガルバノミラーｌ７からの信号に
より照射位置は求められ、Ａ／Ｄ変換器２６からの信号
により検査結果が求められる。

【００８６】このようにして得られた検査結果を、照射
位置に対応付けて表示することにより、被検査物１の面
情報としての画像出力することが可能になる。

【００８７】なお、上記説明では、超音波を発生する手
段として超音波トランスジューサを用いたが、光学的に
超音波を発生する手段等を用いてもよい。

【００８８】本発明の第２の実施の形態を図を参照して
説明する。なお第１の実施の形態と同ー構成に関して
は、同ー符号を用いて説明を省略する。

【００８９】図６は本実施の形態にかかるレーザ超音波
欠陥検出装置の構成図である。第１の実施の形態におい
ては、被検査物１の厚みは、なんらかの方法により測定
されて既知であることを前提としていた。本実施の形態
では、これを測定する手段を有して、自動測定等を可能
にするものである。

【００９０】このため、レーザ超音波欠陥検出装置は、
被検査物１にパルスエコーを出射してその伝播時間から
被検査物１の厚さを測定する厚さ検出手段である超音波
厚み計３１を有し、当該超音波厚み計３１は、検査する
部分の近傍にカプラント２ｃにより音響的に被検査物１
と結合されて、測定した被検査物１の厚みを演算装置２
８に出力している。

【００９１】演算装置２８は、超音波厚み計３１からの
被検査物１の厚みに関する信号に基づき、式１等に従っ
て凹凸Ｐの形成位置を演算し、当該演算結果に基づき２
軸のガルバノミラー１７の位置制動機構を制御して反射
角を変化させると共に、モー夕４１を制御駆動してミラ
ー４０を所定位置に移動又は回転させる。

【００９２】これにより、被検査物１の厚さが異なる場
合であっても、凹凸Ｐが形成された位置に照射光６ａを
照射することが可能になると共に、その反射光６ｂを光
検出器９により検出することができ、欠陥検出処理を自
動化することが可能になる。

【００９３】本発明の第３の実施の形態を図を参照して
説明する。なお上述した実施の形態と同ー構成に関して
は、同ー符号を用いて説明を省略する。

【００９４】これまで説明した実施の形態にかかるレー
ザ超音波欠陥検出装置は、ミラー４０により反射された
反射光６ｂは１つの光検出素子等により構成される光検
出器９により検出した。本実施の形態においては、当該
反射光６ｂを２つの検出器により受光することにより検
出感度を向上させるものである。

【００９５】図７は本実施の形態にかかるレーザ超音波
欠陥検出装置の構成図で、光検出器４３は、第１検出器
４３ａ、第２検出器４３ｂ、当該第１，２検出器４３
ａ，４３ｂからの出力を差動増幅する差動増幅器４３ｃ
とから構成されている。

【００９６】図８は差動増幅器４３ｃの回路構成を示し
たもので、当該差動増幅器４３ｃは２個の抵抗Ｒ₁，Ｒ₂
とオペアンプＡｍｐとから構成され、入力端子Ｉ₁に第
１検出器４３ａからの信号が入力し、入力端子Ｉ₂に第
２検出器４３ｂからの信号が入力する。そして、これら
の信号の差をオペアンプＡｍｐが増幅して出力端子Ｉ₃
から増幅器２１に出力されるようになっている。

【００９７】第１の実施の形態において説明したよう
に、凹凸Ｐにより照射光６ａは回折されて、正反射光Ｒ
₀の両側に回折光Ｒ_nが発生した反射光６ｂとなって反射
される。

【００９８】そして図４（ｂ）のａ領域における正反射
光Ｒ₀と＋１次回折光Ｒ₊₁とが干渉した信号及びｂ領域
における正反射光Ｒ₀と−１次回折光Ｒ_-1とが干渉した
信号には、各周波数の差に対応する「うなり」が発生
し、ａ領域における干渉信号の周波数とａ領域における
干渉信号の周波数とは、同じ周波数ｆ_Sを持ち、その位
相が１８０度ずれていた。即ち、符号が逆であった。

【００９９】そこで、第１の実施の形態においては、ａ
領域又はｂ領域のいずれかの信号を検出していたが、本
実施の形態では、図中ａ及びｂ領域の干渉信号が同じ周
波数ｆ_Sで、かつ、位相が１８０度ずれていることを利
用して凹凸Ｐの検出感度を向上させるものである。

【０１００】即ち、第１検出器４３ａにより、ａ領域の
正反射光Ｒ₀と＋１次回折光Ｒ₊₁とが干渉した信号を検
出し、第２検出器４３ｂにより、ｂ領域の正反射光Ｒ₀
と−１次回折光Ｒ_-1とが干渉した信号を検出し、第１検
出器４３ａ及び第２検出器４３ｂからの信号を差動増幅
器４３ｃにより差動増幅する。

【０１０１】これにより、各信号は足し合わされて、大
きな信号となると共に、位相が１８０度ずれていること
から各信号に混入しているノイズがキャンセルされる。
従って、Ｓ／Ｎ比の高い検出を行うことが可能となる。

【０１０２】本発明の第４の実施の形態を図を参照して
説明する。なお上述した実施の形態と同ー構成に関して
は、同ー符号を用いて説明を省略する。

【０１０３】図９は本実施の形態にかかるレーザ超音波
欠陥検出装置の構成図である。第１の実施の形態等にお
いては、光検出器９，４３により検出された凹凸情報
は、信号処理手段により包絡線検波等が行われて画像情
報に変換され、これを表示装置３０で表示していた。

【０１０４】本実施の形態にかかるレーザ超音波欠陥検
出装置は、かかる包絡線検波等を行わずに検査結果を画
像化するもので、レーザ照射手段、反射光検出手段及び
信号処理手段において上述した実施の形態と異なる特徴
を有している。

【０１０５】即ち、レーザ照射手段は、照射光６ａを出
力するレーザ光源５、当該照射光６ａを平行のまま拡大
して拡大照射光６ｃにするビームエキスパンダ３３、拡
大照射光６ｃを反射するミラー４５、当該ミラー４５の
位置を変えるモータ４６を有している。

【０１０６】反射光検出手段は、被検査物１からの拡大
反射光６ｄを反射して光路を変えるミラー４０、当該ミ
ラー４０に位置を変えるモータ４１、ミラー４０からの
拡大反射光６ｄを結像させるためのレンズ３５、当該レ
ンズ３５の焦点に配設されて拡大反射光６ｄの０次の回
折光が遮断されて、１次の回折光を通過させるナイフエ
ッジ３６、そして拡大反射光６ｄを受光するイメージセ
ンサ３７を有している。

【０１０７】信号処理手段は、イメージセンサ３７から
の信号を記憶する画像メモリ３８及びイメージセンサ３
７からの信号を表示する表示装置３０を有している。

【０１０８】上記構成において、被検査物１の表面Ｆに
カプラント２ａにより固定された超音波トランスジュー
サ３から超音波４が所定角度θで被検査物１中に入射さ
れる。このとき、超音波トランスジューサ３は、発振器
１５と電力増幅器１６によって、例えばトーンバースト
波形で駆動される。

【０１０９】一方、レーザ源５から出射された所定波長
λの照射光６ａは、ビームエキスパンダ３３により平行
のまま拡大された拡大照射光６ｃとなり、ミラー４５に
より反射されて、被検査物１上の所定領域に照射され
る。

【０１１０】拡大照射光６ｃが照射される領域には、光
学ミラー１９の反射材１９ａが被検査物１側に位置して
カプラント２ｂにより固定されている。

【０１１１】かかる拡大照射光６ｃは、例えば第１の実
施の形態における照射光６ａが束になったものと考える
ことができる。このため凹凸Ｐに照射した際に生じる現
象は、局所的にみれば第１の実施の形態における現象と
同様である。

【０１１２】従って、照射された拡大照射光６ｃは、超
音波４が反射材１９ａに形成する凹凸Ｐによって第１の
実施の形態における場合と同様に回折されて回折光Ｒ_n
の拡大反射光６ｄとなって反射される。

【０１１３】この後、拡大反射光６ｄは、ミラー４０に
より反射されて結像用のレンズ３５に入射する。レンズ
３５の焦点位置には、ナイフエッジ３６が配設されてお
り、当該ナイフエッジ３６により拡大反射光６ｄの０次
の回折光Ｒ₀が遮断され、１次の回折光Ｒ₁が通過してイ
メージセンサ３７で検出される。

【０１１４】なお、被検査物１の厚さが異なるために拡
大照射光６ｃの照射位置を変える場合には、ミラー４５
に設けられているモータ４６を駆動制御し、また拡大反
射光６ｄが適切にレンズ３５に入射するようにミラー４
０に設けられているモータ４０を駆動制御する。

【０１１５】このようにして、拡大反射光６ｄがイメー
ジセンサ３７により光電変換されて、画像信号として表
示装置３０及び画像メモリ３８に出力される。

【０１１６】イメージセンサ３７は、情報を面情報とし
て受光するので、光電変換された信号も面情報となる。
従って、照射光６ａの走査や包絡線検波、検出位置と検
出結果との対応づけ等が不要になり、イメージセンサ３
７から表示装置３０に出力された情報をそのまま表示す
ることにより画情報を表示させることが可能になる。

【０１１７】本発明の第５の実施の形態を図を参照して
説明する。なお上述した実施の形態と同ー構成に関して
は、同ー符号を用いて説明を省略する。

【０１１８】図１０は本実施の形態にかかるレーザ超音
波欠陥検出装置の構成図で、ナイフエッジ３６とイメー
ジセンサ３７との間にシャッタ４９及び光学フィルタ５
０を配設し、発振器１５からの信号に同期してシャッタ
４９を動作させるべくシャッタコントローラ４８が設け
られている。

【０１１９】上記構成において、拡大照射光６ｃはミラ
ー１９により反射されて、拡大反射光６ｄとなってミラ
ー４０により反射される。そして当該拡大反射光６ｄ
は、レンズ３５により結像され、ナイフエッジ３６によ
り０次の回折光が遮光される。

【０１２０】この結果、拡大反射光６ｄのの１次の回折
光がシャッタ４９に入射するようになる。この時、発振
器１５は超音波トランスジューサ３を例えばトーンバー
スト波形で駆動しているので、シャッタ４９はトーンバ
ースト波形に同期して開閉が行なわれる。

【０１２１】従って、超音波４がミラー１９に到達して
凹凸が形成されている間のみ回折光Ｒ_nは、シャッタ４
９を通過して、光学フィルタ４０を通過してイメージセ
ンサ３７により受光される。

【０１２２】光学フィルタ４０は、レーザ光源から出射
されるレーザ光の波長と同じ波長λの光のみを透過する
ように構成されているので、他の波長を持つ光はイメー
ジセンサ３７に入射しないようになっている。このため
イメージセンサ３７で受光される回折光Ｒ_nのＳ／Ｎ比
が向上して高画質の情報を得ることが可能なる。

【０１２３】本発明の第６の実施の形態を図を参照して
説明する。なお上述した実施の形態と同ー構成に関して
は、同ー符号を用いて説明を省略する。

【０１２４】図１１は本実施の形態にかかるレーザ超音
波欠陥検出装置の構成図である。これまでの実施の形態
においては、超音波トランスジューサ３から被検査物１
に入射する超音波の入射角度は一定であって。

【０１２５】しかしミラー１９及び超音波トランスジュ
ーサ３の位置が固定されているような場合に被検査物１
の厚みが変化すると、超音波４の入射角度が一定である
ため、凹凸Ｐがミラー１９の位置に形成されない場合が
生じる。

【０１２６】そこで本実施の形態においては、超音波ト
ランスジューサ３を回転させるモータ５２を設けて、当
該モータ５２を駆動制御することにより被検査物１への
超音波の入射角を可変にしたものある。

【０１２７】このことは第１の実施の形態において説明
したように、被検査物１の厚さをＨ、超音波の入射角度
をθ、超音波の入射位置Ｉから被検査物１の表面Ｆに形
成された微細な凹凸Ｐまでの距離をＬとすると、これら
の間には式２の関係、即ち、 θ＝ｔａｎ^-1（Ｌ／２Ｈ） …（２） が成り立つ。

【０１２８】従って、照射光６ａの照射位置Ｌ及び被検
査物１の厚さＨが既知であれば、式２の関係を満たすよ
うにモータ５２を制御して、超音波の入射角を調整する
ことにより、凹凸Ｐをミラー１９の位置に形成させるこ
とが可能になる。

【０１２９】なお、被検査物１の厚さＨは、第２の実施
の形態において説明したような超音波厚み計３１を用い
ることが可能であり、また当該超音波厚み計３１により
計測された厚に基づき演算装置２８によりモータ５２を
制御することも可能である。

【０１３０】以上により、被検査物１の厚さが変化して
も、所定位置に配設されたミラー１９に凹凸Ｐを形成す
ることが可能になる。

【０１３１】本発明の第７の実施の形態を図を参照して
説明する。なお上述した実施の形態と同ー構成に関して
は、同ー符号を用いて説明を省略する。

【０１３２】これまでの実施の形態においては、凹凸Ｐ
の検出は、レーザ光が当該凹凸Ｐにより回折される性質
を利用していた。本実施の形態においては凹凸Ｐの変位
（起伏）により反射されたレーザ光の光路長が事なるこ
とを利用して当該凹凸Ｐを検出するものである。

【０１３３】図１２は本実施の形態にかかるレーザ超音
波欠陥検出装置の構成図で、レーザ源５と水平２軸のガ
ルバノミラー１７との間に第１ビームスプリッタ５４ａ
及びミラー５４ｂを設け、またミラー４０と光検出器９
との間に第２ビームスプリッタ５５ａ及びミラー５５ｂ
を設けている。

【０１３４】そしてレーザ源５から出射されたレーザ光
は第１ビームスプリッタ５４ａにより基準レーザ光６ｅ
と照射光６ａとに分割されて、第１ビームスプリッタ５
４ａから出射される。

【０１３５】第１ビームスプリッタ５４ａを透過した照
射光６ａは、水平２軸のガルバノミラー１７により反射
されてミラー１９に入射し、当該ミラー１９の反射材１
９ａで凹凸Ｐの情報を含む反射光６ｂとなってミラー４
０に入射する。その後ミラー４０で反射されて、第２ビ
ームスプリッタ５５ａに入射する。

【０１３６】一方、第１ビームスプリッタ５４ａにより
反射された基準レーザ光６ｅは、ミラー５４ｂ，５５ｂ
により反射されて、第２ビームスプリッタ５５ａに入射
する。

【０１３７】これにより、第２ビームスプリッタ５５ａ
では、凹凸Ｐの情報を含む反射光６ｂと基準レーザ光６
ｅとが合成され、合成波６ｇが光検出器９に入射するよ
うになる。

【０１３８】このとき、ミラー１９に凹凸Ｐが形成され
ない状態での反射光６ｂ（例えば、超音波を照射してい
ない状態での反射光）と基準レーザ光６ｅの光路長とを
等しくなるように設定しておく。

【０１３９】凹凸Ｐに照射光６ａが照射されると、当該
凹凸の起伏により反射光６ｂの光路長が変化して基準レ
ーザ光６ｅと干渉してドップラー効果を起こした合成波
６ｇとなる。当該干渉は、光路差に依存したドップラー
効果として光検出器９で検出される。

【０１４０】従って、光検出器９で合成波６ｇを検出し
て、ドップラー効果を検出することにより（周波数の変
化を検出）、凹凸Ｐの有無や分布等を検出することが可
能になる。

【０１４１】本発明の第８の実施の形態を図を参照して
説明する。なお上述した第７の実施の形態と同ー構成に
関しては、同ー符号を用いて説明を省略する。

【０１４２】図１３は本実施の形態にかかるレーザ超音
波欠陥検出装置の構成図である。第７の実施の形態にお
いては、第１ビームスプリッタ５４ａで反射された基準
レーザ光６ｅを直接第２ビームスプリッタ５５ａに入射
させていた。

【０１４３】本実施の形態においては、ミラー５４ｂと
ミラー５５ｂとの間に音響光学変調素子４２を設け、ま
た包絡線検波器２４における増幅器２１と全波整流器２
２との間にＦＭ復調器４３を設けて、ミラー１９に形成
された凹凸Ｐの位置変化を検出可能にしている。

【０１４４】即ち、第１ビームスプリッタ５４ａで反射
された基準レーザ光６ｅは、音響光学変調素子４２によ
り所定周波数ｆ_Dだけ周波数シフトされて変調レーザ光
６ｆとなって第２ビームスプリッタ５５ａに入射する。
その後、当該第２ビームスプリッタ５５ａで反射光６ｂ
と変調レーザ光６ｆとが合成されて合成波６ｇとなって
光検出器９で検出される。

【０１４５】そして、当該光検出器９から出力される合
成信号を増幅器２１により増幅し、ＦＭ復調器４３によ
り復調して凹凸Ｐの位置変化を検出する。

【０１４６】かかる凹凸Ｐの位置変化は、被検査物１の
表面に形成された凹凸Ｐが、超音波によるものか、また
は定常的に存在する突起等なのかを識別可能にしてい
る。

【０１４７】即ち、超音波４で形成された凹凸Ｐであれ
ば、当該超音波４は進行波なので時間と共に凹凸Ｐの位
置が変化する（図１１参照）。しかるに、例えばゴミ等
による凹凸（超音波により形成された凹凸以外の凹凸）
であれば、これらの位置は変化しない。

【０１４８】そこで、変調周波数ｆ_Dを変化させてドッ
プラー効果が生じないように調整すると、当該変調周波
数ｆ_Dから凹凸Ｐの移動速度を検出することができる。

【０１４９】従って、欠陥による凹凸Ｐか又はゴミ等の
欠陥以外の要因による凹凸かを区別することが可能な
る。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１にかかる発
明によれば、凹凸の形成されている領域にレーザ光が照
射されるように当該レーザ光の光路を変更する入射光路
変更手段及び反射されたレーザ光が前記反射光受光手段
に受光されるように光路を変更する反射光路変更手段を
設けたので、被検査物の厚みが変化しても形成される凹
凸位置を見失うことがなく、被検査物の内部構造の検査
が可能になった。

【０１５１】請求項２にかかる発明によれば、入射光路
変更手段に被検査物に入射するレーザ光の光路が変更さ
れると、当該光路変更に対応して信号処理手段が反射光
路変更手段を制御するようにしたので、被検査物の厚み
が変化しても自動又は手動により被検査物の内部構造の
検査が可能になった。

【０１５２】請求項３にかかる発明によれば、被検査物
に超音波を照射する際の照射角度を所定角度に設定する
照射角度設定手段をレーザ照射手段に設けて、被検査物
表面の所定位置に凹凸を形成させるようにしたので、被
検査物の厚みが変化しても形成される凹凸位置を見失う
ことがなく、被検査物の内部構造の検査が可能になっ
た。

【０１５３】請求項４にかかる発明によれば、被検査物
の厚みを検出して信号処理手段に出力する厚さ検出手段
を設け、厚さ検出手段からの信号に基づき、信号処理手
段により入射光路変更手段を制御して被検査物表面の所
定位置にレーザ光を照射させ、また信号処理手段により
反射光路変更手段を制御して被検査物からの反射光が反
射光受光手段に受光されるようにしたので、被検査物の
厚みが変化しても形成される凹凸位置を見失うことがな
く、自動又は手動により被検査物の内部構造の検査が可
能になった。

【０１５４】請求項５にかかる発明によれば、被検査物
の厚みを検出して前記信号処理手段に出力する厚さ検出
手段を設けて、厚さ検出手段からの信号に基づき、信号
処理手段により照射角度設定手段を制御して超音波を被
検査物に照射する際の照射角度を設定するようにしたの
で、被検査物の厚みが変化しても形成される凹凸位置を
見失うことがなく、自動又は手動により被検査物の内部
構造の検査が可能になった。

【０１５５】請求項６にかかる発明によれば、凹凸が形
成される被検査物の表面に、入射したレーザ光を反射す
る鏡面の反射材を音響的に結合して、被検査物の表面に
形成される凹凸と同一分布を持つ凹凸が形成されるよう
にしてレーザ光の反射率を高めるようにしたので、検出
感度を向上させる。

【０１５６】請求項７にかかる発明によれば、レーザ光
が凹凸により回折された際に、当該回折光の０次光と＋
１次光の干渉信号を第１検出器により検出し、また０次
光と−１次光の干渉信号を第２検出器により検出して、
差動増幅器により第１検出器及び第２検出器からの信号
を差動増幅するようにしたのでＳ／Ｎ比の高い光電変換
信号が得られるようになった。

【０１５７】請求項８にかかる発明によれば、照射位置
検出手段により被検査物に照射したレーザ光の照射位置
を検出し、また包絡線検波器により反射光受光手段から
の信号を受信して包絡線検波し、信号レベル検出器によ
り包絡線検波器から出力される信号のうち、超音波照射
手段から出射される超音波に同期した信号レベルを検出
してアナログ−ディジタル変換器により信号レベル検出
器の出力信号をアナログ−ディジタル変換して、記憶装
置により照射位置検出手段からの出力信号とアナログ−
ディジタル変換器の出力信号を対応させて記憶すると共
に、表示装置により表示させるようにしたので、被検査
物の内部構造の状態を画像表示することが可能になっ
た。

【０１５８】請求項９にかかる発明によれば、ビーム拡
大手段によりレーザ源から出射されたレーザ光を所定口
径の大きさまで拡大し、その反射光を結像レンズにより
結像させる共に該結像レンズの焦点位置に配設された遮
光手段により反射光の０次回折光を遮光し、また超音波
照射手段から出射される超音波と同期してシャッタを開
閉することにより、遮光手段からの反射光を通過させて
所定波長の反射光のみを光学フィルタに入射させてイメ
ージセンサにより受光することにより、拡大されたレー
ザ光が照射した被検査物の表面状態を表示装置により表
示するようにしたので、簡単に被検査物の内部構造の状
態を画像表示することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の説明に適用される
レーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図２】超音波の入射角と凹凸の形成位置との関係を説
明するための図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の説明に適用される
レーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図４】本発明にかかる回折光を利用して凹凸の検出感
度を高める方位を説明する図である。

【図５】検出できる超音波の波形を示す図である。

【図６】本発明にかかる光学ミラーによる凹凸の検出感
度を高める方位を説明する図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態の説明に適用される
レーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図８】差動増幅回路の一例を示す図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態の説明に適用される
レーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態の説明に適用され
るレーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図１１】本発明の第６の実施の形態の説明に適用され
るレーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態の説明に適用され
るレーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図１３】本発明の第８の実施の形態の説明に適用され
るレーザ超音波欠陥検出装置の構成図である。

【図１４】従来の技術の説明に適用されるレーザ超音波
欠陥検出装置の概念構成図である。

【図１５】超音波により被検査物の内部構造が当該被検
査物の表面に形成される原理を説明する図である。

【図１６】従来の技術の説明に適用される凹凸の検出感
度を高める方位を説明する図である。

【図１７】被検査物の厚さによる凹凸の形成位置の変化
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 被検査物 ３ 超音波トランスジューサ ５ レーザ源 ９ 光検出器 １７ ２軸ガルバノミラー １９ 光学ミラー ２４ 包絡線検波器 ２６ アナログ−ディジタル変換器 ２７ ２方向エンコーダ ２８ 演算装置 ２９ メモリ ３０ 表示装置 ３１ 超音波厚み計 ３３ ビームエキスパンダ ３４ 拡大ビーム ３５ 結像レンズ ３６ ナイフエッジ ３７ イメージセンサ ３８ 画像メモリ ４０，４５，５４ｂ，５５ｂ ミラー ４１，４６，５２ モータ ４２ 音響光学変調素子 ４３ ＦＭ復調器 ４３ａ 第１検出器 ４３ｂ 第２検出器 ４３ｃ 差動増幅器 ４８ シャッタコントローラ ４９ シャッタ ５０ 光学フィルタ ５４ａ，５５ａ ビームスプリッタ Ｐ 凹凸 Ｄ 欠陥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 亮 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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を被検査物に照射して、当該被検
   査物の内部構造の情報を反映した凹凸を該被検査物の表
   面に形成させる超音波照射手段と、被検査物にレーザ源
   から出射されたレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
   被検査物の表面で反射したレーザ光を受光して電気信号
   に変換する反射光受光手段と、該反射光受光手段からの
   信号に基づき、被検査物の内部構造の情報を表示する信
   号処理手段とを有するレーザ超音波欠陥検出装置におい
   て、 前記レーザ照射手段が、前記凹凸が形成された被検査物
   の表面領域にレーザ光を照射させるべく、前記レーザ源
   から出射されたレーザ光の光路を変更する入射光路変更
   手段を有し、 前記反射光受光手段が、前記被検査物の表面で反射され
   たレーザ光を前記反射光受光手段に受光させるべく、当
   該レーザ光の光路を変更する反射光路変更手段を有する
   ことを特徴とするレーザ超音波欠陥検出装置。
2. 【請求項２】 前記信号処理手段が、前記入射光路変更
   手段により被検査物に照射されるレーザ光の光路が変更
   された際に、当該光路変更により被検査物から反射され
   るレーザ光の光路変化を修正して当該反射したレーザ光
   が前記反射光受光手段に受光されるように前記反射光路
   変更手段を制御することを特徴とする請求項１記載のレ
   ーザ超音波欠陥検出装置。
3. 【請求項３】 レーザ照射手段が、被検査物に超音波を
   照射する際の照射角度を所定角度に設定する照射角度設
   定手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の
   レーザ超音波欠陥検出装置。
4. 【請求項４】 前記被検査物の厚みを検出して前記信号
   処理手段に出力する厚さ検出手段を有し、 前記信号処理手段が、前記厚さ検出手段からの信号に基
   づき前記入射光路変更手段を制御して被検査物に照射さ
   れるレーザ光の光路を変更させると共に、前記反射光路
   変更手段を制御して被検査物から反射したレーザ光の光
   路を変更させることを特徴とする請求項１乃至３いずれ
   か１項記載のレーザ超音波欠陥検出装置。
5. 【請求項５】 前記被検査物の厚みを検出して前記信号
   処理手段に出力する厚さ検出手段を有し、 前記信号処理手段が、前記厚さ検出手段からの信号に基
   づき前記照射角度設定手段を制御して超音波を被検査物
   に照射する際の照射角度を設定することを特徴とする請
   求項３記載のレーザ超音波欠陥検出装置。
6. 【請求項６】 前記凹凸が形成される被検査物の表面
   に、鏡面の反射材と当該反射材の支持部材でレーザ光を
   透過する基材とからなる光学ミラーを、前記反射材が前
   記被検査物側に位置するように音響的に結合し、前記被
   検査物の表面に形成される凹凸と同一分布を持つ凹凸を
   前記反射材に形成させることを特徴とする請求項１乃至
   ５いずれか１項記載のレーザ超音波欠陥検出装置。
7. 【請求項７】 前記反射光受光手段が、前記被検査物の
   表面に形成された前記凹凸により回折されて反射したレ
   ーザ光のうち、０次回折光と＋１次回折光との干渉信号
   を検出する第１検出器と、 ０次回折光と−１次回折光の干渉信号を検出する第２検
   出器と、 前記第１検出器及び前記第２検出器からの信号を差動増
   幅させて、Ｓ／Ｎ比の高い光電変換信号を出力する差動
   増幅器とを有することを特徴とする請求項１乃至６いず
   れか１項記載のレーザ超音波欠陥検出装置。
8. 【請求項８】 前記信号処理手段が、前記被検査物に照
   射されたレーザ光の照射位置を検出する照射位置検出手
   段と、 前記反射光受光手段からの信号を受信して包絡線検波す
   る包絡線検波器と、 該包絡線検波器の出力信号のうち、前記超音波照射手段
   から出射される超音波に同期した信号レベルを検出する
   信号レベル検出器と、 該信号レベル検出器の出力信号をディジタル信号に変換
   するアナログ−ディジタル変換器と、 前記照射位置検出手段からの出力信号と前記アナログ−
   ディジタル変換器からの出力信号とを対応させて記憶す
   る記憶装置と、前記照射位置検出手段の出力信号と前記
   アナログ−ディジタル変換器の出力信号を対応させて表
   示する表示装置とを有したことを特徴とする請求項１乃
   至７いずれか１項記載のレーザ超音波欠陥検出装置。
9. 【請求項９】 前記レーザ照射手段が、レーザ源から出
   射されたレーザ光を所定口径の大きさまで拡大するビー
   ム拡大手段を有し、 前記反射光受光手段が、反射光を結像させる結像レンズ
   と、 該結像レンズの焦点位置に配設されて前記凹凸により回
   折・反射されたレーザ光の０次回折光を遮光する遮光手
   段と、 前記超音波照射手段から出射される超音波と同期して開
   閉することにより、前記遮光手段からのレーザ光を通過
   させるシャッタと、 該シャッタを通過したレーザ光のうち、所定波長のレー
   ザ光のみを通過させる光学フィルタと、 該光学フィルタを通過したレーザ光を受光するイメージ
   センサと、 該イメージセンサからの信号に基づき前記ビーム拡大手
   段により拡大されたレーザ光が照射した被検査物の表面
   状態を表示する表示装置とを有す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欠陥検出装置。