JPH11271280A - Laser ultrasonic inspection device and method - Google Patents
Laser ultrasonic inspection device and methodInfo
- Publication number
- JPH11271280A JPH11271280A JP10073967A JP7396798A JPH11271280A JP H11271280 A JPH11271280 A JP H11271280A JP 10073967 A JP10073967 A JP 10073967A JP 7396798 A JP7396798 A JP 7396798A JP H11271280 A JPH11271280 A JP H11271280A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- optical frequency
- laser beam
- frequency
- ultrasonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、検査対象物にレー
ザービームを照射して検査対象物に超音波を発生させ、
検査対象物を伝播したこの超音波を検出して、検査対象
物の状態を検査す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連する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of irradiating a test object with a laser beam to generate ultrasonic waves on the test object.
The present invention relates to a laser ultrasonic inspection apparatus and a laser ultrasonic inspection method for detecting the state of an inspection object by detecting the ultrasonic waves transmitted through the inspection object.
【0002】[0002]
【従来の技術】各種材料の内部欠陥等を検査する方法の
一つとして、いわゆるレーザー超音波法と呼ばれるもの
がある。これについては、例えば「超音波TECHNO
5月号」(vol.5, No.5, p38 (1993) 日本工業出版)に
おいて説明されている。この方法は、検査対象物(被検
体)に超音波発生用のレーザービームを照射することに
よって発生させた超音波を別の超音波検出用レーザービ
ームを用いて検出するもので、非接触かつ非破壊で被検
体内部の欠陥検査を行うことができる。したがって、製
鉄工程における品質検査、鉄骨加工工程における溶接部
の検査、セラミック材料の品質検査、航空機部品の内部
検査、その他、金属、複合材料の品質検査等への応用が
期待されている。2. Description of the Related Art As one of methods for inspecting internal defects or the like of various materials, there is a so-called laser ultrasonic method. For this, for example, "Ultrasonic TECHNO
May issue "(vol.5, No.5, p38 (1993) Nippon Kogyo Shuppan). In this method, an ultrasonic wave generated by irradiating a test object (subject) with a laser beam for generating an ultrasonic wave is detected using another laser beam for detecting an ultrasonic wave. The defect can be inspected for defects inside the object. Therefore, application to quality inspection in an iron making process, inspection of a welded part in a steel frame processing process, quality inspection of a ceramic material, internal inspection of an aircraft part, and quality inspection of a metal and a composite material are expected.
【0003】図6は、このレーザー超音波法を用いたレ
ーザー超音波検査装置の一つの構成例を示したブロック
図である。同図において、超音波発生用レーザー光源5
0は、被検体55の表面において超音波を発生させるた
めのレーザー光源で、比較的大きな出力のパルスレーザ
ービームを放射できるQスイッチYAGレーザーなどが
使用される。超音波発生用レーザー光源50から放射さ
れたレーザービームは、ビームスプリッタ52で一部が
光検出器56の方へ分岐されるが、それ以外のレーザー
ビームはミラー53、54によって被検体55の表面に
照射される。レーザービームが照射されると、被検体5
5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、被検体内部を伝播して被検体の裏側
の表面に到達して反射され、再びエコーとして被検体の
表側の表面に戻る。また、被検体内部に欠陥が存在する
場合には、超音波は欠陥によっても反射され、エコーと
して表側の表面に戻る。更に、発生した超音波の中に
は、被検体の表面を伝播してゆくものもある。FIG. 6 is a block diagram showing one configuration example of a laser ultrasonic inspection apparatus using the laser ultrasonic method. In the figure, a laser light source 5 for ultrasonic wave generation
Numeral 0 denotes a laser light source for generating ultrasonic waves on the surface of the subject 55, and a Q-switched YAG laser capable of emitting a pulse laser beam having a relatively large output is used. A part of the laser beam emitted from the ultrasonic wave generation laser light source 50 is branched by the beam splitter 52 toward the photodetector 56, but the other laser beams are reflected on the surface of the subject 55 by mirrors 53 and 54. Is irradiated. When the laser beam is irradiated, the subject 5
Ultrasonic waves are generated in 5 due to thermal stress or evaporation reaction force. This ultrasonic wave propagates inside the subject, reaches the back surface of the subject, is reflected, and returns to the front surface of the subject again as an echo. When a defect exists inside the subject, the ultrasonic wave is also reflected by the defect and returns to the front surface as an echo. Further, some of the generated ultrasonic waves propagate on the surface of the subject.
【0004】また、ビームスプリッタ52により光検出
器56の方へ分岐された光は、光検出器56で電気信号
に変換され、オシロスコープ57のトリガー信号として
用いられる。一方、超音波発生用レーザー光源50とは
別に設けられた超音波観測用レーザー光源60は、被検
体55の表面に戻ってきた超音波エコー、或いは、超音
波発生用のレーザービームの照射位置とは異なる位置に
照射して、被検体の表面を伝播した超音波を観測するた
めのレーザー光源である。超音波観測用レーザー光源6
0としては、例えば周波数が安定なHe−Neレーザー
などが用いられる。レーザー光源60から放射された直
線偏光とされたレーザービームは、ミラー62、偏光ビ
ームスプリッタ(PBS)63で反射され、1/4波長
板64を経て、被検体55の表面に照射される。この反
射光は、1/4波長板64、偏光ビームスプリッタ63
を透過し、レンズ65を経て、ファブリ・ペロー干渉計
66に入射する。ファブリ・ペロー干渉計66を透過し
た光は、ホトダイオード67によって電気信号に変換さ
れる。この信号は、増幅器68によって増幅され、低周
波雑音を除去するためのハイパスフィルタ69を通過し
た後、オシロスコープ57に供給される。The light split by the beam splitter 52 toward the photodetector 56 is converted into an electric signal by the photodetector 56 and used as a trigger signal for an oscilloscope 57. On the other hand, the ultrasonic observation laser light source 60 provided separately from the ultrasonic generation laser light source 50 is provided with an ultrasonic echo returning to the surface of the subject 55 or an irradiation position of the ultrasonic generation laser beam. Is a laser light source for irradiating different positions and observing the ultrasonic waves propagated on the surface of the subject. Laser light source for ultrasonic observation 6
As 0, for example, a He-Ne laser having a stable frequency is used. The linearly polarized laser beam emitted from the laser light source 60 is reflected by a mirror 62 and a polarizing beam splitter (PBS) 63, and is applied to the surface of the subject 55 via a 波長 wavelength plate 64. This reflected light is applied to a quarter-wave plate 64 and a polarizing beam splitter 63.
Pass through the lens 65 and enter the Fabry-Perot interferometer 66. Light transmitted through the Fabry-Perot interferometer 66 is converted into an electric signal by a photodiode 67. This signal is amplified by an amplifier 68, passed through a high-pass filter 69 for removing low-frequency noise, and supplied to an oscilloscope 57.
【0005】ファブリ・ペロー干渉計は、共振器長を変
えると、それに伴って透過光強度がピークとなる光周波
数が変化する。このようなファブリ・ペロー干渉計に、
光周波数νが一定のHe−Neレーザービーム(波長は
682.8nm)を入射させた状態で共振器長を変える
と、He−Neレーザービームの透過率が変化する。図
7は、ファブリ・ペロー干渉計の共振器長(横軸)を掃
引させて、He−Neレーザービームの透過光強度(縦
軸)を測定した結果を示す図であり、図8は、ファブリ
・ペロー干渉計の共振器長を一定としたときに光周波数
(横軸)によって透過光強度(縦軸)がどのように変わ
るかを示した図である。図7に示すように、ファブリ・
ペロー干渉計の共振器長を変えると透過光強度がピーク
となる光周波数が変わるが、ここでは、光周波数の変化
に対する透過光強度の変化(透過光強度を光周波数で微
分した値)が最も大きいA点に、He−Neレーザービ
ームの光周波数νが来るように予めファブリ・ペロー干
渉計66の共振器長を調整し、被検体55からの反射光
をこのファブリ・ペロー干渉計66に入射させる。[0005] In the Fabry-Perot interferometer, when the resonator length is changed, the optical frequency at which the transmitted light intensity peaks changes accordingly. In such a Fabry-Perot interferometer,
If the resonator length is changed while a He-Ne laser beam (wavelength is 682.8 nm) having a constant optical frequency ν is incident, the transmittance of the He-Ne laser beam changes. FIG. 7 is a view showing the result of measuring the transmitted light intensity (vertical axis) of a He—Ne laser beam by sweeping the resonator length (horizontal axis) of the Fabry-Perot interferometer, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing how transmitted light intensity (vertical axis) changes depending on optical frequency (horizontal axis) when the resonator length of the Perot interferometer is fixed. As shown in FIG.
Changing the resonator length of the Perot interferometer changes the optical frequency at which the transmitted light intensity peaks. Here, the change in the transmitted light intensity with respect to the change in the optical frequency (the value obtained by differentiating the transmitted light intensity with the optical frequency) is the most significant. The resonator length of the Fabry-Perot interferometer 66 is adjusted in advance so that the optical frequency ν of the He-Ne laser beam comes to the large point A, and the reflected light from the subject 55 is incident on the Fabry-Perot interferometer 66. Let it.
【0006】被検体の裏面又は欠陥部において反射され
た超音波エコーによって、或いは被検体の表面を伝播す
る超音波によって被検体55の表面が超音波振動する
と、被検体表面の空間的位置は、この超音波の周期で変
位する。このため、超音波観測用レーザー光源60から
のレーザービームは、被検体表面で反射される際に、こ
の変位に伴うドップラーシフトを受け、光周波数が変動
する。図8に示すように、被検体55からの反射光が、
ドップラーシフトによって±Δνの周波数変化を受ける
と、それに伴って透過光強度は図のように±ΔIの変化
を受ける。これによって、被検体55からの反射光をフ
ァブリ・ペロー干渉計を通すことによって、波長の変化
を強度の変化に変換することができる。When the surface of the object 55 is ultrasonically vibrated by an ultrasonic echo reflected on the back surface or the defect of the object or by an ultrasonic wave propagating on the surface of the object, the spatial position of the surface of the object becomes It is displaced with the period of this ultrasonic wave. Therefore, when the laser beam from the ultrasonic observation laser light source 60 is reflected on the surface of the subject, it undergoes a Doppler shift accompanying this displacement, and the optical frequency fluctuates. As shown in FIG. 8, the reflected light from the subject 55 is
When the frequency is changed by ± Δν due to the Doppler shift, the transmitted light intensity is changed by ± ΔI as shown in the figure. Thus, by passing the reflected light from the subject 55 through the Fabry-Perot interferometer, a change in wavelength can be converted into a change in intensity.
【0007】この信号をオシロスコープ57上で、横軸
に時間、縦軸に信号強度をとって表示させると、被検体
内部を伝播する超音波の場合、被検体内部に欠陥がなけ
れば、被検体内部の音速と被検体の厚さによって決まる
一定時間間隔で信号強度が変化する。一方、被検体内部
に空洞や不純物などの欠陥があると、超音波はこの欠陥
部で反射され、上記の時間よりも短い時間で信号強度が
変化する。したがって、この時間間隔を調べることによ
って、被検体内部の欠陥の有無を調べることができる。
また、被検体の表面を伝播する超音波の場合、超音波発
生用のレーザービームを照射した位置と超音波観測用の
レーザービームを照射した位置が分かってれば、超音波
が到達するまでの時間から、被検体の音速を求めること
ができる。When this signal is displayed on the oscilloscope 57 with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing signal intensity, in the case of ultrasonic waves propagating inside the subject, if there is no defect inside the subject, the subject The signal intensity changes at fixed time intervals determined by the internal sound speed and the thickness of the subject. On the other hand, if there is a defect such as a cavity or an impurity inside the subject, the ultrasonic wave is reflected by the defect, and the signal intensity changes in a time shorter than the above time. Therefore, by examining this time interval, the presence or absence of a defect inside the object can be examined.
Also, in the case of ultrasonic waves propagating on the surface of the subject, if the position where the laser beam for generating ultrasonic waves is irradiated and the position where the laser beam for ultrasonic observation are irradiated are known, the time until the ultrasonic waves reach From the time, the sound speed of the subject can be obtained.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、材料内部の
欠陥を検出する他に、その材料を超音波が伝わる速度、
すなわち音速を測定することによって、種々の情報が得
られる。特に、鉄鋼製品の場合、その結晶粒の粒径と音
速との間には相関関係があり、音速を調べることによっ
て粒径を評価することができる。また、例えば圧延され
た鉄鋼製品の場合、この音速の異方性、すなわち、圧延
したときの長手方向と幅方向で音速がどのように異なる
かを見ることによって、製品の均質性、その他材料の種
々の特徴を知ることができる。このような態様での材料
検査にも、前述のレーザー超音波法を用いることができ
る。By the way, in addition to detecting defects inside a material, the speed at which ultrasonic waves propagate through the material,
That is, various information can be obtained by measuring the sound speed. In particular, in the case of steel products, there is a correlation between the grain size of the crystal grains and the sound speed, and the grain size can be evaluated by examining the sound speed. Further, for example, in the case of a rolled steel product, by observing the anisotropy of this sound velocity, that is, how the sound velocity differs between the longitudinal direction and the width direction when rolling, the homogeneity of the product, other materials You can know various features. The above-described laser ultrasonic method can also be used for material inspection in such an embodiment.
【0009】音速の異方性を調べる場合には、例えば、
超音波発生用レーザービームを照射する位置を原点と
し、この原点からx軸方向に一定距離離れた点に一つの
超音波観測用レーザービームを照射するとともに、y軸
方向に一定距離離れた点にもう一つの超音波観測用レー
ザービームを照射し、両者における観測時刻の時間差か
ら、音速の異方性を測定することができる。When examining the anisotropy of the speed of sound, for example,
The position at which the laser beam for ultrasonic wave generation is irradiated is defined as the origin, and a point separated by a certain distance in the x-axis direction from this origin is irradiated with one laser beam for ultrasonic observation, and a point separated by a certain distance in the y-axis direction By irradiating another ultrasonic observation laser beam, the anisotropy of sound speed can be measured from the time difference between the observation times.
【0010】この場合、超音波観測用のレーザー光源と
ファブリ・ペロー干渉計をそれぞれ二つずつ設けると、
装置が高コストになるため、単一のレーザー光源から発
せられたレーザービームをビームスプリッタなどで二つ
に分岐し、それぞれを別々に被検体表面に照射すること
が考えられる。しかし、これらの反射光を同じファブリ
・ペロー干渉計に入射させる場合、被検体における超音
波発生源から二つの超音波観測点へ超音波が到達するま
での時間差が小さいときには、オシロスコープ上で二つ
の透過強度の変化を示す波形が重なって、両者の到達時
刻の時間差を正確に求めることができない。In this case, if two laser light sources for ultrasonic observation and two Fabry-Perot interferometers are provided,
In order to increase the cost of the apparatus, it is conceivable that a laser beam emitted from a single laser light source is split into two by a beam splitter or the like, and each is separately irradiated on the surface of the subject. However, when the reflected light is made incident on the same Fabry-Perot interferometer, when the time difference between the ultrasonic source and the ultrasonic wave at the subject reaches the two ultrasonic observation points is small, two oscilloscopes are used. Waveforms indicating changes in transmission intensity overlap, making it impossible to accurately determine the time difference between the two arrival times.
【0011】このとき、原点から二つの超音波観測点ま
での距離を大きくずらしておくことも考えられるが、音
速の異方性が全く未知の材料の場合には、どの程度ずれ
せばよいか分からない場合もある。また、試行錯誤的に
観測結果を見ながら超音波観測用レーザービームの照射
位置を逐次変えることも考えられるが、レーザー超音波
装置は、多数の精密な光学部品から成るため、照射位置
を変えるたびに光学部品の精密な調整が必要となり、作
業効率が悪い。At this time, it is conceivable that the distance from the origin to the two ultrasonic observation points is greatly shifted. However, in the case of a material whose sound velocity anisotropy is completely unknown, how much should it be shifted? Sometimes I don't know. It is also conceivable to sequentially change the irradiation position of the ultrasonic observation laser beam while observing the observation results by trial and error.However, since the laser ultrasonic device is composed of many precise optical parts, every time the irradiation position is changed In addition, precise adjustment of the optical components is required, resulting in poor work efficiency.
【0012】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、必要なレーザー光源、ファブリ・ペロー干渉計
などの数を最小限に抑え、効率よく一つの被検体につい
て二つ以上の観測点で同時に超音波の観測を行うことが
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
方法を提供することを目的とする。The present invention has been made based on the above circumstances, and minimizes the number of necessary laser light sources, Fabry-Perot interferometers, and the like, and efficiently uses two or more observation points for one subject. An object of the present invention is to provide a laser ultrasonic inspection apparatus and a laser ultrasonic inspection method capable of simultaneously observing ultrasonic waves.
【0013】[0013]
【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記載の発明であるレーザー超音波検査装置
は、被検体に超音波を発生させるためのレーザービーム
を発する第一のレーザー光源と、前記被検体を伝播した
超音波を観測するためのレーザービームを発する第二の
レーザー光源と、前記第二のレーザー光源から発せられ
たレーザービームを少なくとも二つのレーザービームに
分岐する第一の分岐手段と、前記第一の分岐手段によっ
て少なくとも二つに分岐された各レーザービームの光周
波数を、それぞれに異なる所定の光周波数に変換する光
周波数変換手段と、前記所定の光周波数に変換された各
レーザービームを前記被検体の所定位置に照射するとと
もに、前記被検体から反射されたそれぞれのレーザービ
ームを単一の光学経路に統合する光学手段と、前記光学
手段により単一光学経路に統合された前記レーザービー
ムを入射させるファブリ・ペロー干渉計と、前記ファブ
リ・ペロー干渉計から出力されたレーザービームを、光
周波数によってそれぞれのレーザービームに分岐する第
2の分岐手段と、前記第2の分岐手段によって分岐され
たそれぞれのレーザービームを入射させてその強度変化
を検出する光検出手段と、を具備し、前記光周波数変換
手段を経たあとの前記各レーザービームの前記所定の光
周波数を、前記ファブリ・ペロー干渉計の光透過特性に
おいて透過光強度を光周波数で微分した値の絶対値が局
所的に最大となるような光周波数(最大変化周波数)も
しくはその近傍としたことを特徴とする。According to the first aspect of the present invention, there is provided a laser ultrasonic inspection apparatus, comprising: a first laser for emitting a laser beam for generating an ultrasonic wave on a subject; A light source, a second laser light source that emits a laser beam for observing an ultrasonic wave that has propagated through the subject, and a first laser beam that splits the laser beam emitted from the second laser light source into at least two laser beams. Branching means, an optical frequency converting means for converting an optical frequency of each laser beam split into at least two beams by the first splitting means to predetermined different optical frequencies, and converting the optical frequency to the predetermined optical frequency. Each of the laser beams is irradiated to a predetermined position of the subject, and each of the laser beams reflected from the subject is converted into a single optical beam. Optical means for integrating the laser beam into a path, a Fabry-Perot interferometer for injecting the laser beam integrated into a single optical path by the optical means, and a laser beam output from the Fabry-Perot interferometer by an optical frequency. A second branching means for branching each laser beam, and a light detecting means for detecting a change in intensity by making each of the laser beams branched by the second branching means incident; The absolute value of the value obtained by differentiating the transmitted light intensity by the optical frequency in the light transmission characteristics of the Fabry-Perot interferometer with respect to the predetermined optical frequency of each laser beam after passing through the conversion means is locally maximum. A characteristic light frequency (maximum change frequency) or its vicinity.
【0014】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記レーザービームが二つの場合は、前記
所定の光周波数を、前記ファブリ・ペロー干渉計の光透
過特性の単一のピークの前後に位置する隣合う最大変化
周波数もしくはその近傍とし、前記レーザービームが少
なくとも三つの場合は、前記所定の光周波数を、前記フ
ァブリ・ペロー干渉計の光透過特性の複数のピークの前
後に位置する最大変化周波数もしくはその近傍とするこ
とを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, when the number of the laser beams is two, the predetermined optical frequency is changed to a single peak of the light transmission characteristic of the Fabry-Perot interferometer. Adjacent to the maximum change frequency located before and after, and when there are at least three laser beams, the predetermined optical frequency is positioned before and after a plurality of peaks of light transmission characteristics of the Fabry-Perot interferometer. Or at or near the maximum change frequency.
【0015】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明において、前記光周波数変換手段は、音響光学
素子であることを特徴とする。請求項4記載の発明は、
請求項1,2又は3記載の発明において、前記光検出手
段の出力に基づいて、前記被検体の複数の方向における
超音波の音速を求める手段を有することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the optical frequency conversion means is an acousto-optical element. The invention according to claim 4 is
The invention according to any one of claims 1, 2 and 3, further comprising means for obtaining sound speeds of ultrasonic waves in a plurality of directions of the subject based on an output of the light detecting means.
【0016】請求項5記載の発明は、請求項1,2又は
3記載の発明において、前記光検出手段の出力に基づい
て、超音波の減衰率を求める手段を有することを特徴と
する。請求項6記載の発明であるレーザー超音波検査方
法は、第一のレーザー光源から発せられたレーザービー
ムを被検体に照射して超音波を発生させる工程と、前記
被検体を伝播した超音波を観測するためのレーザービー
ムを第二のレーザー光源から発し、これを少なくとも二
つのレーザービームに分岐する工程と、前記少なくとも
二つに分岐された各レーザービームの光周波数を、それ
ぞれに異なる所定の光周波数に変換する工程と、所定の
光周波数に変換された各レーザービームを、前記被検体
上の所定位置に照射する工程と、前記被検体から反射さ
れた各レーザービームを単一の光学経路に統合する工程
と、前記単一の光学経路に統合されたレーザービームを
ファブリ・ペロー干渉計に入射させる工程と、前記ファ
ブリ・ペロー干渉計から出力されたレーザービームを、
光周波数によってそれぞれのレーザービームに分岐する
工程と、光周波数によって分岐されたそれぞれのレーザ
ービームを光検出手段に入射させ、その強度変化を検出
する工程と、を具備し、前記光周波数変換後の前記各レ
ーザービームの前記所定の光周波数を、前記ファブリ・
ペロー干渉計の光透過特性において透過光強度を光周波
数で微分した値の絶対値が局所的に最大となるような光
周波数(最大変化周波数)もしくはその近傍としたこと
を特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, there is provided means for obtaining an attenuation rate of the ultrasonic wave based on an output of the light detecting means. The laser ultrasonic inspection method according to the invention according to claim 6, wherein a step of irradiating a subject with a laser beam emitted from a first laser light source to generate ultrasonic waves, and Emitting a laser beam for observation from a second laser light source, branching the laser beam into at least two laser beams, and changing the optical frequency of each of the at least two laser beams to a predetermined light different from each other. Frequency, and irradiating each laser beam converted to a predetermined optical frequency to a predetermined position on the subject, and each laser beam reflected from the subject to a single optical path Integrating the laser beam integrated into the single optical path into a Fabry-Perot interferometer; and The force has been laser beam,
Branching each laser beam by the optical frequency, and irradiating each laser beam branched by the optical frequency to the light detection means, and detecting a change in the intensity thereof, comprising: The predetermined optical frequency of each laser beam is
In the light transmission characteristics of the Perot interferometer, an optical frequency (maximum change frequency) at or near the optical frequency at which the absolute value of the value obtained by differentiating the transmitted light intensity with the optical frequency is locally maximum is characterized.
【0017】請求項7記載の発明は、前記レーザービー
ムが二つの場合は、前記所定の光周波数を、前記ファブ
リ・ペロー干渉計の光透過特性の単一のピークの前後に
位置する隣合う最大変化周波数もしくはその近傍とし、
前記レーザービームが少なくとも三つの場合は、前記所
定の光周波数を、前記ファブリ・ペロー干渉計の光透過
特性の複数のピークの前後に位置する最大変化周波数も
しくはその近傍とすることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the case where the number of the laser beams is two, the predetermined optical frequency is set to a maximum value adjacent to a single peak of a light transmission characteristic of the Fabry-Perot interferometer. Change frequency or its vicinity,
When the number of the laser beams is at least three, the predetermined optical frequency is a maximum change frequency located before or after a plurality of peaks of the light transmission characteristic of the Fabry-Perot interferometer or a vicinity thereof.
【0018】請求項8記載の発明は、請求項6又は7記
載の発明において、前記少なくとも二つに分岐された各
レーザービームの光周波数を、それぞれに異なる所定の
光周波数に変換する工程は、音響光学素子を用いて行う
ことを特徴とする。請求項9記載の発明は、請求項6,
7又は8記載の発明において、更に、前記光検出手段の
出力に基づいて、前記被検体の複数の方向における超音
波の音速を測定することを特徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to the sixth or seventh aspect, the step of converting the optical frequency of each of the at least two laser beams into a predetermined different optical frequency includes: It is characterized in that it is performed using an acousto-optic element. The invention according to claim 9 is the sixth invention.
The invention according to claim 7 or 8, further comprising measuring sound speeds of ultrasonic waves in a plurality of directions of the subject based on an output of the light detecting means.
【0019】請求項10記載の発明は、請求項6,7又
は8記載の発明において、更に、前記光検出手段の出力
に基づいて、前記被検体を伝播する超音波の減衰率を求
めることを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the sixth, seventh or eighth aspect of the present invention, it is preferable that an attenuation rate of an ultrasonic wave propagating through the subject is determined based on an output of the light detecting means. Features.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
一実施形態について説明する。図1は、本発明に係るレ
ーザー超音波装置の一実施形態の構成を示す図である。
図1において、超音波発生用レーザー光源10は、被検
体1の表面に超音波を発生させるためのレーザービーム
を放射するレーザー光源であり、超音波観測用レーザー
光源11は、被検体1を伝播する超音波を観測するため
のレーザービームを放射するレーザー光源である。超音
波発生用レーザー光源10としては、例えば、Nd:Y
AGレーザーを用い、超音波観測用レーザー光源11と
しては、例えば、周波数が安定なHe−Neレーザーを
用いる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of one embodiment of a laser ultrasonic device according to the present invention.
In FIG. 1, a laser light source 10 for generating an ultrasonic wave is a laser light source that emits a laser beam for generating an ultrasonic wave on the surface of the subject 1, and a laser light source 11 for ultrasonic observation propagates through the subject 1. It is a laser light source that emits a laser beam for observing ultrasonic waves. As the laser light source 10 for generating ultrasonic waves, for example, Nd: Y
An AG laser is used, and as the ultrasonic observation laser light source 11, for example, a He-Ne laser whose frequency is stable is used.
【0021】超音波発生用レーザー光源10から放射さ
れたレーザービームは、直接に、または適当な光学経路
(図1では省略する)を経て、被検体1の表面上に照射
される。レーザービームが照射されると、被検体のその
部分には、熱的応力又は蒸発反力によって超音波が発生
する。この超音波には、被検体の内部に伝播してゆくも
のと、レーザービームを照射した点を中心に被検体の表
面を、ちょうど水面を伝わる波のように伝播してゆくも
のがあるが、本実施形態では後者の超音波を、後述の手
段で観測することによって、被検体における音速を測定
する。The laser beam emitted from the ultrasonic wave generation laser light source 10 is irradiated onto the surface of the subject 1 directly or via an appropriate optical path (omitted in FIG. 1). When the laser beam is irradiated, ultrasonic waves are generated in that part of the subject by thermal stress or evaporation reaction force. There are two types of ultrasonic waves: one that propagates inside the subject and one that propagates on the surface of the subject around the point irradiated with the laser beam, just like a wave traveling on the water surface. In the present embodiment, the sound velocity of the subject is measured by observing the latter ultrasonic wave by means described later.
【0022】一方、超音波観測用レーザー光源11から
放射されたレーザービーム(光周波数をf0 とする)
は、偏光ビームスプリッタ(PBS)12によって、こ
れを透過するレーザービームと、ここで反射されるレー
ザービームとに分けられる。PBS12で反射されたレ
ーザービームは、ミラー13を介して第一の音響光学素
子14に入り、PBS12を透過したレーザーは、第二
の音響光学素子15に入る。On the other hand, a laser beam emitted from the ultrasonic observation laser light source 11 (the optical frequency is f 0 )
Are separated by a polarizing beam splitter (PBS) 12 into a laser beam that passes therethrough and a laser beam that is reflected here. The laser beam reflected by the PBS 12 enters the first acousto-optic element 14 via the mirror 13, and the laser transmitted through the PBS 12 enters the second acousto-optic element 15.
【0023】音響光学素子14及び15は音響光学効果
を利用した素子であり、ここでは音響光学周波数シフタ
(Acousto−Optic Frequency
Shifter:AOFS)として作用する。すなわ
ち、音響光学素子に発振器等から適当な信号を供給する
と、内部に設けられた媒体が超音波振動を行い、弾性歪
みや圧力が場所によって変化する。これに起因して、媒
体には超音波の波長を周期とする屈折率変動が生じ、こ
の変動領域に入射した光に回折を生じさせる。このと
き、回折した光は超音波によるドップラーシフトを受
け、一次回折光の光周波数は、入射光の光周波数から超
音波の周波数分だけシフトした値となる。すなわち、入
射光の光周波数をνi 、一次回折光の光周波数をνd 、
超音波の周波数をfa とすると、 νd =νi ±fa となる。ここで、±の符号は、回折される方向によって
決まる。The acousto-optic devices 14 and 15 are devices utilizing an acousto-optic effect, and in this case, an acousto-optic frequency shifter (Acousto-Optical Frequency).
(Shifter: AOFS). That is, when an appropriate signal is supplied to the acousto-optic element from an oscillator or the like, the medium provided therein performs ultrasonic vibration, and the elastic strain and pressure change depending on the location. Due to this, a refractive index fluctuation having a cycle of the wavelength of the ultrasonic wave occurs in the medium, and the light incident on the fluctuation region causes diffraction. At this time, the diffracted light undergoes Doppler shift due to the ultrasonic wave, and the optical frequency of the first-order diffracted light has a value shifted from the optical frequency of the incident light by the frequency of the ultrasonic wave. That is, the optical frequency of the incident light is ν i , the optical frequency of the first-order diffracted light is ν d ,
When the frequency of the ultrasound and f a, the ν d = ν i ± f a . Here, the sign of ± is determined by the direction of diffraction.
【0024】本実施形態の説明では、超音波観測用レー
ザー光源11から放射されるレーザービームの光周波数
をf0 とし、音響光学素子14及び15に適当な信号を
供給することによって光周波数f0 をシフトさせる。こ
こでは、音響光学素子15の一次回折光の光周波数をf
1 、音響光学素子14の一次回折光の光周波数をf2と
するが、このf1 及びf2 を具体的にどのような値にす
るかについては、後述する。In the description of the present embodiment, the optical frequency of the laser beam emitted from the ultrasonic observation laser light source 11 is assumed to be f 0, and an appropriate signal is supplied to the acousto-optic devices 14 and 15 to thereby obtain the optical frequency f 0. Shift. Here, the optical frequency of the first-order diffracted light of the acousto-optic element 15 is f
1, although the optical frequency of the first-order diffracted light of the acoustooptic device 14 and f 2, whether to what value the f 1 and f 2 specifically it will be described later.
【0025】音響光学素子14で回折されたレーザービ
ームは、ミラー16、ハーフミラー18を経て被検体1
表面の所定の位置に照射され、このうち被検体1表面で
反射されたレーザービームは、ハーフミラー18、偏光
ビームスプリッタ19で反射され、ファブリ・ペロー干
渉計21へ入る。一方、音響光学素子15で回折された
レーザービームは、ミラー17、ハーフミラー18を経
て、被検体1表面の所定の位置に照射され、このうち被
検体1表面で反射されたレーザービームは、ハーフミラ
ー18、ミラー20で反射され、偏光ビームスプリッタ
19を透過して、ファブリ・ペロー干渉計21へ入る。
したがって、二つに分けられたレーザービームは、最終
的に単一の光学経路に統合されたあと、ファブリ・ペロ
ー干渉計21に入射する。The laser beam diffracted by the acousto-optic element 14 passes through a mirror 16 and a half mirror 18 to be inspected.
A laser beam applied to a predetermined position on the surface and reflected by the surface of the subject 1 is reflected by the half mirror 18 and the polarization beam splitter 19 and enters the Fabry-Perot interferometer 21. On the other hand, the laser beam diffracted by the acousto-optic element 15 is applied to a predetermined position on the surface of the subject 1 via a mirror 17 and a half mirror 18, and the laser beam reflected on the surface of the subject 1 is a half beam. The light is reflected by the mirrors 18 and 20, passes through the polarization beam splitter 19, and enters the Fabry-Perot interferometer 21.
Therefore, the two split laser beams are finally combined into a single optical path and then enter the Fabry-Perot interferometer 21.
【0026】図2は、ファブリ・ペロー干渉計21の特
性を示した図であり、横軸に入射光の光周波数、縦軸に
出射光強度(透過光強度)をとってある。同図に示すよ
うに、ファブリ・ペロー干渉計は、ある光周波数fp に
おいて出射光強度がピークとなり、その前後で大きく低
下する。このような出射光強度のピークは、略一定の光
周波数間隔で現れるが、図2は一つのピークだけを示し
ている。FIG. 2 is a graph showing the characteristics of the Fabry-Perot interferometer 21, in which the horizontal axis represents the optical frequency of the incident light and the vertical axis represents the intensity of the emitted light (the intensity of the transmitted light). As shown in the figure, the Fabry-Perot interferometer, the emitted light intensity at a certain optical frequency f p is the peak decreases greatly before and after. Such peaks of the emitted light intensity appear at substantially constant optical frequency intervals, but FIG. 2 shows only one peak.
【0027】前述のように、光周波数f1 、f2 は、そ
れぞれ音響光学素子14、15に供給される信号の周波
数に依存するので、本実施形態ではこの信号の周波数を
調整して、f1 は透過光強度を光周波数で微分した値が
局所的に最大となるような光周波数あるいはその近傍の
光周波数をf1 とし、透過光強度を光周波数で微分した
値が局所的に最小となるような光周波数あるいはその近
傍の光周波数をf2 とする。なお、本明細書では、透過
光強度を光周波数で微分した値が局所的に最大又は最小
となる光周波数を「最大変化周波数」という。なお、
「局所的」としたのは、前述のように、出射光強度のピ
ークが略一定の光周波数間隔で現れ、そのそれぞれのピ
ークの前後の光周波数に最大変化周波数が存在すること
を考慮したものである。As described above, the optical frequencies f 1 and f 2 depend on the frequencies of the signals supplied to the acousto-optic devices 14 and 15, respectively. 1 an optical frequency or optical frequency of the vicinity thereof as a value obtained by differentiating the intensity of transmitted light at the optical frequency becomes locally maximum and f 1, the value obtained by differentiating the intensity of transmitted light in optical frequency and locally minimal Such an optical frequency or an optical frequency in the vicinity thereof is f 2 . In this specification, the optical frequency at which the value obtained by differentiating the transmitted light intensity with the optical frequency is locally maximum or minimum is referred to as “maximum change frequency”. In addition,
As described above, the term “local” means that the peak of the emitted light intensity appears at a substantially constant optical frequency interval, and the maximum change frequency exists at the optical frequencies before and after each peak. It is.
【0028】このように、光周波数f1 及びf2 を、出
射光強度の変化が最も大きくなる値に選ぶことによっ
て、光周波数の僅かな変化も、ファブリ・ペロー干渉計
の出射光強度の変化として感度よく捉えることができ
る。ファブリ・ペロー干渉計21から出射したレーザー
ビームは、干渉フィルタ22に入射する。干渉フィルタ
は、ある範囲の光周波数の入射光は反射し、別のある範
囲の入射光は透過する。そこで、本実施形態では、f1
を中心とする近傍の光周波数を持つ光は透過し、f2 を
中心とする近傍の光周波数を持つ光は反射する干渉フィ
ルタ22を用いる。したがって、光周波数がf1 のレー
ザービームは干渉フィルタ22を透過して光検出器23
によって検出され、光周波数がf2 のレーザービームは
干渉フィルタ22で反射され、光検出器24によって検
出される。光検出器23及び24は、入射した光の強度
を電気信号に変換して出力する。なお、図1では、図6
に具体的に示したホトダイオード67、増幅器68、ハ
イパスフィルタ69、オシロスコープ57を、単に光検
出器23及び24として示してあるが、本質的に同様の
ものを用いることができる。As described above, by selecting the optical frequencies f 1 and f 2 so that the change in the intensity of the emitted light is the largest, the slight change in the optical frequency can be used to change the intensity of the emitted light from the Fabry-Perot interferometer. Can be captured with high sensitivity. The laser beam emitted from the Fabry-Perot interferometer 21 enters the interference filter 22. The interference filter reflects incident light of a certain range of optical frequencies and transmits another range of incident light. Therefore, in the present embodiment, f 1
The light passes through with a light frequency near centered, light having a light frequency near about the f 2 uses an interference filter 22 reflecting. Therefore, the laser beam having the optical frequency f 1 passes through the interference filter 22 and passes through the photodetector 23.
The laser beam having an optical frequency of f 2 is reflected by the interference filter 22 and detected by the photodetector 24. The photodetectors 23 and 24 convert the intensity of the incident light into an electric signal and output the electric signal. In FIG. 1, FIG.
Although the photodiode 67, the amplifier 68, the high-pass filter 69, and the oscilloscope 57 which are specifically shown in FIG. 1 are simply shown as the photodetectors 23 and 24, essentially the same ones can be used.
【0029】図3は、光検出器23及び24の出力信号
を示したものであり、(a)は中心周波数がf1 のレー
ザービームに基づく信号、(b)は中心周波数がf2 の
レーザービームに基づく信号である。図3で、出力信号
が大きく変化しているのは、ファブリ・ペロー干渉計の
出力光強度が変化したことによるものであり、この出力
光強度の変化は、被検体表面で反射された超音波検出用
のレーザービームが被検体表面の超音波振動によってド
ップラーシフトを受けたことに起因している。ここで、
図3(a)に示したt1 は、被検体1に超音波発生用の
レーザービームを照射してから光周波数f1 のレーザー
ビームがドップラーシフトを受けるまでの時間であり、
図3(b)に示したt2 は、被検体1に超音波発生用の
レーザービームを照射してから光周波数f2 のレーザー
ビームがドップラーシフトを受けるまでの時間である。[0029] Figure 3, which shows the output signal of the photodetector 23 and 24, (a) the signal center frequency based on the laser beam f 1, (b) the center frequency of f 2 laser It is a signal based on the beam. In FIG. 3, the output signal greatly changes due to a change in the output light intensity of the Fabry-Perot interferometer, and the change in the output light intensity is caused by the ultrasonic wave reflected on the surface of the subject. This is because the detection laser beam has undergone Doppler shift due to ultrasonic vibration of the surface of the subject. here,
Figure 3 t 1 shown in (a) is a time from the irradiation of a laser beam for ultrasonic generation in the subject 1 to the laser beam of the optical frequency f 1 is subjected to Doppler shift,
T 2 shown in FIG. 3 (b) is a time from the irradiation of a laser beam for ultrasonic generation in the subject 1 to the laser beam of the optical frequency f 2 is subjected to Doppler shift.
【0030】したがって、例えば図4に示すように、超
音波発生用のレーザービームを照射した点G、光周波数
がf1 の超音波観測用のレーザービームを照射した点O
1 、および光周波数がf2 の超音波観測用のレーザービ
ームを照射した点O2 の相互の位置関係が既知であれ
ば、簡単な計算によって、点Gから点O1 に向かう方向
(これをx軸方向とする)の音速vx 、および点Gから
点O2 に向かう方向(これをy軸方向とする)の音速v
y を求めることができる。Therefore, for example, as shown in FIG. 4, a point G irradiated with a laser beam for generating an ultrasonic wave and a point O irradiated with a laser beam for ultrasonic observation having an optical frequency of f 1.
If the mutual positional relationship between the point O 2 and the point O 2 irradiated with the laser beam for ultrasonic observation whose optical frequency is f 2 is known, the direction from the point G to the point O 1 can be calculated by a simple calculation (this is sound velocity v x in the x-axis direction) and sound velocity v in the direction from point G to point O 2 (this is the y-axis direction).
You can find y .
【0031】圧延によって製造される鋼板などでは、圧
延したときの長手方向と幅方向で音速がどのように異な
るか、すなわち音速の異方性を調べることによって、製
品の均質性、その他材料の種々の特徴を知ることができ
る。このとき、本実施形態のレーザー超音波装置を用い
て、例えば、圧延したときの幅方向をx軸方向に一致さ
せて音速vx を測定し、幅方向をy軸に一致させて音速
vy を測定することができる。In the case of a steel plate manufactured by rolling, by examining how the sound speed differs between the longitudinal direction and the width direction when rolling, that is, by examining the anisotropy of the sound speed, the homogeneity of the product and various other materials are examined. You can know the characteristics of. At this time, using the laser ultrasonic apparatus of the present embodiment, for example, the sound velocity v x is measured by matching the width direction when rolling to the x-axis direction, and the sound velocity v y by matching the width direction to the y-axis. Can be measured.
【0032】本実施形態では、1台の超音波観測用レー
ザー光源11から放射されるレーザービームを二つに分
け、更に、それぞれのレーザービームの光周波数f
p を、音響光学素子14、15によって、ドップラーシ
フトの観測に最適の周波数f1 ,f2 にシフトさせ、こ
のシフト後の異なる二つの光周波数f1 ,f2 のレーザ
ービームを用いて超音波を、別々の光検出器を用いて観
測している。このことにより、たとえ、二つの超音波が
観測された時刻が非常に接近している場合であっても、
精度よく両者の時間差を求めることができる。In this embodiment, the laser beam emitted from one ultrasonic observation laser light source 11 is divided into two parts, and the optical frequency f of each laser beam is further divided.
p is shifted by the acousto-optic elements 14 and 15 to the frequencies f 1 and f 2 that are optimal for observing the Doppler shift, and ultrasonic waves are generated using laser beams having two different optical frequencies f 1 and f 2 after the shift. Are observed using separate photodetectors. By this, even if the time when the two ultrasonic waves are observed are very close,
The time difference between the two can be obtained with high accuracy.
【0033】また、本実施形態では、二つの超音波観測
用レーザービームを、単一のレーザー光源11から放射
されるレーザービームを分岐することによって得てい
る。更に、被検体1で反射された二つのレーザービーム
を単一のファブリ・ペロー干渉計21を用いて検出して
いる。このように、相対的に高コストのレーザー光源1
1やファブリ・ペロー干渉計21をそれぞれ一つで済ま
すことができるので、コスト的に有利である。In this embodiment, two laser beams for ultrasonic observation are obtained by splitting a laser beam emitted from a single laser light source 11. Further, the two laser beams reflected by the subject 1 are detected using a single Fabry-Perot interferometer 21. Thus, the relatively expensive laser light source 1
1 and one Fabry-Perot interferometer 21, which is advantageous in terms of cost.
【0034】本実施形態のレーザー超音波装置を用いて
行う別の検査例として、超音波の減衰率を求めることが
できる。図5は、この検査を行う場合の、超音波発生用
のレーザービームを照射する点G、光周波数がf1 の超
音波観測用のレーザービームを照射する点O1 、および
光周波数がf2 の超音波観測用のレーザービームを照射
する点O2 の位置関係を示した図である。図5に示すよ
うに、点G、点O1 、点O2 が同一直線(ここではx軸
とする)上にのるように配置して図3に示すような出力
信号を求めると、各点相互の位置及び点O1 及び点O2
における出力信号のピークの大きさから、この方向にお
ける超音波の減衰率を測定することができる。鋼板など
の材料では、超音波の減衰率は、結晶粒の粒径と密接に
関連し、一般的傾向として、粒径が大きいほど減衰率が
大きくなることが知られている。結晶粒の粒径は、材料
によっては種々の物性を支配する重要なファクターとな
り、これについての情報を得ることは製品検査を行う上
で重要である。本実施形態によれば、二つの超音波を用
いることにより、被検体の減衰率を効率よく測定するこ
とができる。As another example of the inspection performed using the laser ultrasonic device of the present embodiment, the attenuation rate of the ultrasonic wave can be obtained. 5, in the case of performing the inspection point is irradiated with a laser beam for ultrasonic generator G, O 1 point light frequency is irradiated with a laser beam for ultrasonic observation of f 1, and the optical frequency f 2 in is a diagram showing the positional relationship between the point O 2 for irradiating a laser beam for ultrasonic observation. As shown in FIG. 5, when the points G, O 1 , and O 2 are arranged so as to be on the same straight line (here, the x-axis) and an output signal as shown in FIG. The positions of points and points O 1 and O 2
The attenuation rate of the ultrasonic wave in this direction can be measured from the magnitude of the peak of the output signal at. In materials such as steel plates, the attenuation rate of ultrasonic waves is closely related to the grain size of crystal grains, and it is generally known that the attenuation rate increases as the grain size increases. The crystal grain size is an important factor that governs various physical properties depending on the material, and obtaining information on this is important in performing product inspection. According to the present embodiment, the attenuation rate of the subject can be efficiently measured by using two ultrasonic waves.
【0035】なお、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。例えば、上記実施形態は、超音波観測用
レーザービームを二つ設けた場合であったため、図2に
示したファブリ・ペロー干渉計の特性図にはピークを一
つだけを示した。しかし、実際のファブリ・ペロー干渉
計では、図2の横軸(光周波数)の範囲を広げると、一
定の光周波数間隔で透過光強度のピークが繰り返し現れ
る。このため、透過光強度を光周波数で微分した値が最
も大きくなるような光周波数は、図2に示すように二つ
だけではない。音響光学素子によって、このような光周
波数を有する多数の超音波観測用のレーザービームを生
成すれば、三つ以上の超音波観測用レーザービームを用
いた観測も可能となる。その場合でも、超音波観測用レ
ーザー光源及びファブリ・ペロー干渉計はそれぞれ一つ
ずつでよい。It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made within the scope of the gist. For example, in the above embodiment, two laser beams for ultrasonic observation are provided, and therefore, only one peak is shown in the characteristic diagram of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. However, in an actual Fabry-Perot interferometer, when the range of the horizontal axis (optical frequency) in FIG. 2 is expanded, the peak of the transmitted light intensity appears repeatedly at a constant optical frequency interval. Therefore, the number of optical frequencies at which the value obtained by differentiating the transmitted light intensity with respect to the optical frequency becomes the largest is not only two as shown in FIG. If a large number of ultrasonic observation laser beams having such an optical frequency are generated by the acousto-optic device, observation using three or more ultrasonic observation laser beams becomes possible. Even in that case, only one laser light source for ultrasonic observation and one Fabry-Perot interferometer may be used.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単一の超音波観測用レーザー光源から発せられたレーザ
ービームを複数に分岐させたあと、それぞれの光周波数
が互いに異なり、かつ、変換後の各レーザービームの光
周波数が、ファブリ・ペロー干渉計の光透過特性におい
て透過光強度を光周波数で微分した値の絶対値が最も大
きくなるような光周波数近傍の値となるように、各レー
ザービームの光周波数を変換したあとで被検体に照射す
るので、被検体からの反射光を単一のファブリ・ペロー
干渉計に入射させて各反射光のドップラーシフトを観測
する場合でも、それぞれを確実に識別することができる
ので、被検体の複数の方向についての音速及びその異方
性、並びに超音波の減衰率を効率よく、かつ、確実に調
べることができるレーザー超音波装置及びレーザー超音
波方法を提供することができる。As described above, according to the present invention,
After splitting a laser beam emitted from a single ultrasonic observation laser light source into a plurality of beams, the optical frequencies are different from each other, and the optical frequency of each converted laser beam is determined by the Fabry-Perot interferometer. Since the light frequency of each laser beam is converted so that the absolute value of the value obtained by differentiating the transmitted light intensity with respect to the light frequency in the light transmission characteristics becomes a value near the maximum so that the object is irradiated. Even when the reflected light from the subject is incident on a single Fabry-Perot interferometer and the Doppler shift of each reflected light is observed, each can be reliably identified. To provide a laser ultrasonic apparatus and a laser ultrasonic method capable of efficiently and surely examining the sound velocity and its anisotropy of ultrasonic waves and the attenuation rate of ultrasonic waves. Door can be.
【図1】本発明に係るレーザー超音波装置の一実施形態
の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a laser ultrasonic device according to the present invention.
【図2】ファブリ・ペロー干渉計21の特性を示した図
である。FIG. 2 is a diagram showing characteristics of a Fabry-Perot interferometer 21.
【図3】光検出器の出力信号を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an output signal of a photodetector.
【図4】超音波発生用レーザービームを照射する点と、
二つの超音波観測用のレーザービームを照射する点との
位置関係を示した図である。FIG. 4 irradiates a laser beam for generating an ultrasonic wave;
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between two points for irradiating two ultrasonic observation laser beams.
【図5】超音波発生用のレーザービームを照射する点
と、二つの超音波観測用のレーザービームを照射する点
との位置関係を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a point irradiated with a laser beam for generating an ultrasonic wave and a point irradiated with two laser beams for ultrasonic observation.
【図6】従来のレーザー超音波装置の一例を示した図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional laser ultrasonic device.
【図7】ファブリ・ペロー干渉計の共振器長(横軸)を
掃引させて、He−Neレーザービームの透過光強度
(縦軸)を測定した結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the result of measuring the transmitted light intensity (vertical axis) of a He—Ne laser beam by sweeping the resonator length (horizontal axis) of the Fabry-Perot interferometer.
【図8】ファブリ・ペロー干渉計の共振器長を一定とし
たときに光周波数(横軸)によって透過光強度(縦軸)
がどのように変わるかを示した図である。FIG. 8 shows the transmitted light intensity (vertical axis) depending on the optical frequency (horizontal axis) when the resonator length of the Fabry-Perot interferometer is fixed.
FIG. 7 is a diagram showing how the color changes.
1,55 被検体 10,50 超音波発生用レーザー光源 11,60 超音波観測用レーザー光源 12,19,63 偏光ビームスプリッタ(PBS) 13,16,17,20,53,54,62 ミラー 14,15 音響光学素子 18 ハーフミラー 21,66 ファブリ・ペロー干渉計 22 干渉フィルタ 23,24,56 光検出器 52 ビームスプリッタ 57 オシロスコープ 64 1/4波長板 65 レンズ 67 ホトダイオード 68 増幅器 69 ハイパスフィルタ 1,55 object 10,50 laser light source for ultrasonic wave generation 11,60 laser light source for ultrasonic observation 12,19,63 polarizing beam splitter (PBS) 13,16,17,20,53,54,62 mirror 14, Reference Signs List 15 acousto-optic element 18 half mirror 21, 66 Fabry-Perot interferometer 22 interference filter 23, 24, 56 photodetector 52 beam splitter 57 oscilloscope 64 quarter-wave plate 65 lens 67 photodiode 68 amplifier 69 high-pass filter
Claims (10)
ザービームを発する第一のレーザー光源と、 前記被検体を伝播した超音波を観測するためのレーザー
ビームを発する第二のレーザー光源と、 前記第二のレーザー光源から発せられたレーザービーム
を少なくとも二つのレーザービームに分岐する第一の分
岐手段と、 前記第一の分岐手段によって少なくとも二つに分岐され
た各レーザービームの光周波数を、それぞれに異なる所
定の光周波数に変換する光周波数変換手段と、 前記所定の光周波数に変換された各レーザービームを前
記被検体の所定位置に照射するとともに、前記被検体か
ら反射されたそれぞれのレーザービームを単一の光学経
路に統合する光学手段と、 前記光学手段により単一光学経路に統合された前記レー
ザービームを入射させるファブリ・ペロー干渉計と、 前記ファブリ・ペロー干渉計から出力されたレーザービ
ームを、光周波数によってそれぞれのレーザービームに
分岐する第2の分岐手段と、 前記第2の分岐手段によって分岐されたそれぞれのレー
ザービームを入射させてその強度変化を検出する光検出
手段と、 を具備し、前記光周波数変換手段を経たあとの前記各レ
ーザービームの前記所定の光周波数を、前記ファブリ・
ペロー干渉計の光透過特性において透過光強度を光周波
数で微分した値の絶対値が局所的に最大となるような光
周波数(最大変化周波数)もしくはその近傍としたこと
を特徴とするレーザー超音波検査装置。A first laser light source that emits a laser beam for generating an ultrasonic wave on the subject; a second laser light source that emits a laser beam for observing the ultrasonic wave propagated through the subject; A first branching unit that branches a laser beam emitted from the second laser light source into at least two laser beams, and an optical frequency of each laser beam branched into at least two by the first branching unit. An optical frequency converting means for converting each of the laser beams into a predetermined optical frequency different from each other, and irradiating each of the laser beams converted to the predetermined optical frequency to a predetermined position of the subject, and each laser reflected from the subject. Optical means for integrating the beam into a single optical path; and said laser beam integrated by said optical means into a single optical path. A Fabry-Perot interferometer to be emitted, a second branching unit that branches a laser beam output from the Fabry-Perot interferometer into respective laser beams according to an optical frequency, and a second branching unit. Light detecting means for irradiating each of the laser beams and detecting a change in the intensity thereof, wherein the predetermined optical frequency of each of the laser beams after passing through the optical frequency converting means is converted into the Fabry
A laser ultrasonic wave characterized in that the optical frequency (maximum change frequency) is such that the absolute value of the value obtained by differentiating the transmitted light intensity with respect to the optical frequency in the light transmission characteristics of the Perot interferometer is locally maximum, or near it. Inspection equipment.
記所定の光周波数を、前記ファブリ・ペロー干渉計の光
透過特性の単一のピークの前後に位置する隣合う最大変
化周波数もしくはその近傍とし、前記レーザービームが
少なくとも三つの場合は、前記所定の光周波数を、前記
ファブリ・ペロー干渉計の光透過特性の複数のピークの
前後に位置する最大変化周波数もしくはその近傍とする
ことを特徴とするレーザー超音波検査装置。2. In the case where there are two laser beams, the predetermined optical frequency is the adjacent maximum change frequency located before or after a single peak of the light transmission characteristic of the Fabry-Perot interferometer or in the vicinity thereof. In the case where the number of the laser beams is at least three, the predetermined optical frequency is a maximum change frequency located before or after a plurality of peaks of the light transmission characteristic of the Fabry-Perot interferometer or the vicinity thereof. Laser ultrasonic inspection equipment.
で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。3. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein said optical frequency conversion means is an acousto-optic device.
被検体の複数の方向における超音波の音速を求める手段
を有することを特徴とする請求項1,2又は3記載のレ
ーザー超音波検査装置。4. The laser ultrasonic inspection according to claim 1, further comprising: means for obtaining sound speeds of ultrasonic waves in a plurality of directions of said subject based on an output of said light detecting means. apparatus.
波の減衰率を求める手段を有することを特徴とする請求
項1,2又は3記載のレーザー超音波検査装置。5. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, further comprising means for obtaining an ultrasonic attenuation rate based on an output of said light detecting means.
ザービームを被検体に照射して超音波を発生させる工程
と、 前記被検体を伝播した超音波を観測するためのレーザー
ビームを第二のレーザー光源から発し、これを少なくと
も二つのレーザービームに分岐する工程と、 前記少なくとも二つに分岐された各レーザービームの光
周波数を、それぞれに異なる所定の光周波数に変換する
工程と、 所定の光周波数に変換された各レーザービームを、前記
被検体上の所定位置に照射する工程と、 前記被検体から反射された各レーザービームを単一の光
学経路に統合する工程と、 前記単一の光学経路に統合されたレーザービームをファ
ブリ・ペロー干渉計に入射させる工程と、 前記ファブリ・ペロー干渉計から出力されたレーザービ
ームを、光周波数によってそれぞれのレーザービームに
分岐する工程と、 光周波数によって分岐されたそれぞれのレーザービーム
を光検出手段に入射させ、その強度変化を検出する工程
と、 を具備し、前記光周波数変換後の前記各レーザービーム
の前記所定の光周波数を、前記ファブリ・ペロー干渉計
の光透過特性において透過光強度を光周波数で微分した
値の絶対値が局所的に最大となるような光周波数(最大
変化周波数)もしくはその近傍としたことを特徴とする
レーザー超音波検査方法。6. A step of irradiating an object with a laser beam emitted from a first laser light source to generate an ultrasonic wave, and a step of applying a laser beam for observing the ultrasonic wave propagated through the object to a second state. A step of emitting light from a laser light source and splitting the same into at least two laser beams; a step of converting the optical frequency of each of the at least two split laser beams into a different predetermined optical frequency; Irradiating each laser beam converted to a frequency to a predetermined position on the subject; integrating each laser beam reflected from the subject into a single optical path; and Injecting the laser beam integrated into the path into the Fabry-Perot interferometer; and transmitting the laser beam output from the Fabry-Perot interferometer to an optical frequency. Branching each laser beam according to a number, and irradiating each laser beam branched according to an optical frequency to a light detection unit, and detecting a change in intensity thereof. An optical frequency (the maximum change frequency) at which the absolute value of the value obtained by differentiating the transmitted light intensity with the optical frequency in the optical transmission characteristics of the Fabry-Perot interferometer is locally maximized with respect to the predetermined optical frequency of each laser beam. ) Or in the vicinity thereof.
記所定の光周波数を、前記ファブリ・ペロー干渉計の光
透過特性の単一のピークの前後に位置する隣合う最大変
化周波数もしくはその近傍とし、前記レーザービームが
少なくとも三つのの場合は、前記所定の光周波数を、前
記ファブリ・ペロー干渉計の光透過特性の複数のピーク
の前後に位置する最大変化周波数もしくはその近傍とす
ることを特徴とする請求項6記載のレーザー超音波検査
方法。7. When the number of the laser beams is two, the predetermined optical frequency is the adjacent maximum change frequency located before or after a single peak of the light transmission characteristic of the Fabry-Perot interferometer or in the vicinity thereof. In the case where the number of the laser beams is at least three, the predetermined optical frequency is a maximum change frequency located before or after a plurality of peaks of the light transmission characteristic of the Fabry-Perot interferometer or a vicinity thereof. The method according to claim 6, wherein the method is performed.
ザービームの光周波数を、それぞれに異なる所定の光周
波数に変換する工程は、音響光学素子を用いて行うこと
を特徴とする請求項6又は7記載のレーザー超音波検査
方法。8. The step of converting the optical frequency of each of the at least two branched laser beams into a predetermined different optical frequency is performed using an acousto-optic element. 7. The laser ultrasonic inspection method according to 7.
被検体の複数の方向における超音波の音速を測定するこ
とを特徴とする請求項6,7又は8記載のレーザー超音
波検査方法。9. The laser ultrasonic inspection method according to claim 6, wherein sound speeds of ultrasonic waves in a plurality of directions of the subject are measured based on an output of the light detecting means.
記被検体を伝播する超音波の減衰率を求めることを特徴
とする請求項6,7又は8記載のレーザー超音波検査方
法。10. The laser ultrasonic inspection method according to claim 6, wherein an attenuation rate of an ultrasonic wave propagating through the subject is obtained based on an output of the light detecting means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10073967A JPH11271280A (en) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | Laser ultrasonic inspection device and method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10073967A JPH11271280A (en) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | Laser ultrasonic inspection device and method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11271280A true JPH11271280A (en) | 1999-10-05 |
Family
ID=13533367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10073967A Withdrawn JPH11271280A (en) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | Laser ultrasonic inspection device and method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11271280A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011013130A (en) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Substrate interior inspection device, substrate interior inspection method, and method for manufacturing substrate |
JP2018179833A (en) * | 2017-04-17 | 2018-11-15 | 株式会社東芝 | Ultrasonic receiver, defect inspection device, ultrasonic reception method, defect inspection method, and method for manufacturing structure |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP10073967A patent/JPH11271280A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011013130A (en) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Substrate interior inspection device, substrate interior inspection method, and method for manufacturing substrate |
JP2018179833A (en) * | 2017-04-17 | 2018-11-15 | 株式会社東芝 | Ultrasonic receiver, defect inspection device, ultrasonic reception method, defect inspection method, and method for manufacturing structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3288672B2 (en) | Equipment for measuring physical properties of samples | |
Ing et al. | Broadband optical detection of ultrasound by two‐wave mixing in a photorefractive crystal | |
CA1230753A (en) | Laser heterodyne interferometric method and system for measuring ultrasonic displacement | |
JP4386709B2 (en) | Material nondestructive inspection method and apparatus by laser ultrasonic wave | |
JPH0271147A (en) | Non-destructive inspection method and device | |
US5814730A (en) | Material characteristic testing method and apparatus using interferometry to detect ultrasonic signals in a web | |
JP3288671B2 (en) | Equipment for measuring physical properties of samples | |
KR101242888B1 (en) | Measuring Method and Measruting Apparatus of Poisson's Ratio | |
KR101180151B1 (en) | Measuring method of poisson's ratio and measuring apparatus thereof | |
JPH08285823A (en) | Ultrasonic inspection apparatus | |
JP3704843B2 (en) | Non-contact non-destructive material evaluation method and apparatus, elastic wave excitation method and elastic wave excitation apparatus | |
JP3288670B2 (en) | Equipment for measuring physical properties of samples | |
US5796004A (en) | Method and apparatus for exciting bulk acoustic wave | |
JPH08285820A (en) | Laser-ultrasonic inspection apparatus | |
JP3895865B2 (en) | Method and apparatus for measuring plastic strain ratio by laser ultrasonic method | |
JPH11271280A (en) | Laser ultrasonic inspection device and method | |
JPH11271281A (en) | Laser ultrasonic inspection device and method | |
JP3766032B2 (en) | Method for measuring physical properties of samples | |
JP2717600B2 (en) | Thin film evaluation equipment | |
JPH09257755A (en) | Laser ultrasonic inspection apparatus and method therefor | |
KR100733539B1 (en) | Apparatus and method of laser-ultrasonic measurement for hot object | |
CN114018825B (en) | High-precision photorefractive crystal interference nondestructive flaw detection equipment and method | |
JP5419677B2 (en) | Poisson's ratio measuring method and measuring device | |
US20170045440A1 (en) | Device for characterizing an interface of a structure and corresponding device | |
JPH09257756A (en) | Ultrasonic detection apparatus and method therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |