JPS6051643B2 - 工作片表面変形の検出方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非破壊試験法により工作片を試験するときに超
音波エネルギーを検出する方法および装置に関する。

特に、本発明は、レーザービームエネルギーおよび光学
的干渉計装置を用いて工作片上の超音波エネルギー応答
表面の変形を光学的手段により検出する方法および装置
であつて干渉計からの光学的信号を電気信号に変換しそ
の電気信号を工作片の評価のために用いるようにしたも
のに関する。例えば１９７７年９月６日付でワルターカ
ウル（ＷａｌｔｅｒＫａｕｌｅ）に対し付与された米国
特許第４０６６４７７号の明細書に示されているように
干渉計により工作片中を伝播させられる超音波エネルギ
ーを検出するときは、工作片の表面は単色レーザー光で
照射される。

この超音波エネルギーの伝播によつて生ぜしめられ超音
波エネルギーの周波数で生ずる表面変形は反射光の位相
変調を生じさせ、干渉計はこの位相変調をこの音響的に
励振された工作片表面の例えば変位の振幅に比例する振
幅をもつ電気信号に変換する。このような干渉計を用い
る構成の欠点は、干渉計そのものにおける変化などの長
さの機械的変化が位相変調を与えられた振幅の電気信号
に変換するための工作点の位置移動を生じさせるという
事実にある。この位置５移動は超音波エネルギーの検出
装置の感度の時間応答的変化として反映される。干渉計
における厳格さを要する光学的部品の長さの変化や位置
移動は熱膨張や周囲音などの振動の結果として生ずる。
上記した従来技術の方法の更に別の欠点は実．−際の工
作片上で一般に遭遇する粗い工作片表面に関係する。こ
のような表面の運動は観察される領域の不揃いな光の屈
折の結果として統計学的輝度分布を生じさせる。この統
計学的輝度分布はいわゆるスペックル・パターンとして
知られている。！干渉計によりこのような運動を検出す
るときの工作片表面の相対的運動に応答して照射された
工作片部分のスペックル・パターンとしては付加的で干
渉性の振幅変調を生じさせる運動を受ける。この変調は
工作片を評価するのに用いられる信号のく上に重ねられ
、従つて、信号の質を低下させる。従つて、超音波エネ
ルギーを表わす信号の感度は減らされてしまう。本発明
の目的は評価信号がもはや悪影響を受けない程度にまで
スペックル・パターンから生ずる不可避的工作点の位置
移動や干渉のある変調を減らすことのできる方法および
装置を提供することにある。

これまで存在していた問題は下記のステップシーケンス
によつて解決される。

すなわち、工作片表面を２つ以上の個別的波長を含むレ
ーザー光ビームで照射し、工作片表面から得られた反射
光を光学的干渉計ｌ装置を通して通過させ、光学的干渉
計装置を通過した光の反射光をそのもとの個別的波長に
分離させ、これら個別的単色光ビームの各々を別個の光
電検出手段に通過させ、この検出手段によつて発生され
た電気信号を個々の整流器で整流し、そしてこれらの整
流された信号を加算的に加え合わせて工作片表面の変形
依存性運動に応答する情報を含む加算信号を提供するこ
とである。

以下図面を参照しながら本発明を説明する。

アルゴンレーザー１は工作片３の表面部分２を６つの個
別的光波長で照射する。工作片表面て反射された光の一
部は例えば米国特許第４０４６４７７号明細書に示され
たような光学的干渉計を通過させられ、然る後に好まし
くはプリズム５のような光学的手段によつて異なる屈折
角にそれぞれ応じている６つの波長に分割される。発散
する光ビームの各々は各光電手段６ａ，・ ・・・・
６ｆが光波長の１つを受けとるようにそれぞれの光電手
段６ａないし６ｆに入射する。整流器７ａないし７ｆは
それぞれの光電手段と直列に接続されている。これらの
整流器から得られる６つの整流された電気信号は加え合
わせ手段によつて加算的に混合されて必要とされる平均
化された出力信号を生じさせる。希望するときは、この
出力信号を分離段９に供給し、そこから評価のために信
号を得ること、すなわち、物理的接触なしに光学的手段
によつて検出されるような表面部分２の超音波エネルギ
ー依存性運動に応する情報を得ることができる。干渉計
の動作モードに依存する電気信号の振幅はレーザービー
ムによつて照射された工作片領域の音響エネルギー応答
表面変形の大きさに比例するかまたはさもなくば算術的
にその関数である。本発明は、レーザー光のいくつかの
単色光波長が用いられそしてこれらの波長がいくつかの
受信チャンネル中へと分割されたときには、例えば干渉
計などの光学的受光手段における動作点および発生する
スペックル・パターンは光の波長によつて左右されると
いう思想に基礎をおく。従つて、各個別的波長に対して
異なる動作点が存在し、また一時的変化または変動を受
ける異なる受光条件が存在する。例えば、熱的原因また
は他の原因および或いはスペックル●パターンによる他
の照射の変化から生ずる干渉計内の光学的に活性の部分
の寸法の変化に応答して、干渉計の出力に各個別的波長
に対して干渉ビーム（基準ビームと測定ビーム）を相殺
させるかまたは厳しく減衰させる条件が存在しうる。こ
れは音響エネルギー依存性出力信号の衰退を生じさせる
であろう。しかしながら、このような好ましくない条件
が、等間隔に並んでいる他のレーザー光波長についても
同時に生ずることは殆どない。従つて使用され得る出力
信号が存在する可能性は大いに高められ、特にいくつか
の信号が電気信号の整流後に加え合わされるときはそれ
が云える。実際上、いくつかの個別的波長のレーザービ
ーム光、現在の例では６つのレーザービーム光が利用で
き、それ故実際上じよう乱なしに光学的手段によつて超
音波エネルギーを検出するための適切な保証が与えられ
る。・図面の簡単な説明 図面は本発明の一具体例の概略図である。

１：レーザー、２：表面部分、３：工作片、４：干渉計
、５：プリズム、６ａ−６ｆ：光電手段、７ａ−７ｆ：
整流器、８：加え合わせ手段、−９：分離段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作片中を伝播する超音波エネルギーから生ずる工
   作片の表面変形を光学的手段により検出する方法におい
   て、表面変形が検出されるべき工作片表面を複数の個別
   的波長を含む光スペクトルをもつレーザービームで照射
   し、工作片表面で反射したレーザービーム光を干渉計を
   通して通過させ、干渉計からのレーザービーム光を前記
   複数の個別的波長に対応する別々の光ビームに分離させ
   、前記光の波長に対応する複数の電気信号を生ぜしめ、
   これらの電気信号の各々を別々に整流してそれぞれの波
   長の光の強度にそれぞれ応じている複数の個別的電流信
   号を生ぜしめ、これらの個別的電流信号を加え合わせる
   ことの各ステップを有することを特徴とする工作片表面
   変形の検出方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、レーザ
   ービーム光を別々の光ビームに分離させるステップは光
   ビームをして光学的プリズムを通過させることからなる
   ようにした工作片表面変形の検出方法。 ３ 工作片中に伝播する超音波エネルギーから生ずる工
   作片の表面変形を光学的手段により検出する装置におい
   て、音響エネルギー応答変形が検出されるべき工作片の
   表面部分を照射するように配置された複数の個別的波長
   を有するレーザービーム光の源と、前記表面部分で反射
   された光を受けて互に干渉状態にされる測定用の光ビー
   ム部分および基準光ビーム部分を生ぜしめるように配置
   された光学的干渉計装置と、前記干渉計装置からの光を
   受けて前記個別的波長に対応する複数の実質上単色の光
   ビームを発生するように配置された光ビーム分離手段と
   、そのような光ビームの各々を受けて対応する電気信号
   を生ぜしめるように前記波長の各々に対して１つずつ設
   けられている複数の光電検出手段と、前記光電検出手段
   に結合されていて前記電気信号の各々を別個に整流する
   整流手段と、前記電気信号を受けて前記電気信号の時間
   応答平均化信号を生ぜしめるように結合されている加え
   合わせ手段とを具備することを特徴とする工作片表面変
   形の検出装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、加え合
   わせ手段からの平均化信号を受ける手段に結合された信
   号分離手段が設けられているようにした工作片表面変形
   の検出装置。 ５ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、光ビー
   ム分離手段は光学的プリズムからなるようにした工作片
   表面変形の検出装置。