KR101167878B1

KR101167878B1 - 초음파 검사 장치, 초음파 검사 방법 및 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법

Info

Publication number: KR101167878B1
Application number: KR1020107002550A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 시마자키; 마사유키 다케이시; 도모유키 히라야마; 요시노리 시마다; 올레크 코티아에프
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2012-07-23
Also published as: JP2009063558A; WO2009022658A1; US8468890B2; EP2175267A4; US20100206082A1; RU2427830C1; JP5260130B2; CN101849182A; EP2175267B1; KR20100038428A; EP2175267A1; CN101849182B

Abstract

충분한 강도의 초음파를 효율적으로 발생시킬 수 있고, 또한 광범위하게 양호한 검사를 할 수 있는 초음파 검사 장치, 초음파 검사 방법 및 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법을 제공한다.
조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 (5), 및 레이저 장치 (5) 가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램 (39) 을 갖는 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 를 구비하고, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 의 송신 다이어프램 (39) 이 발생시키는 초음파를 구조 부재 (77) 에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치 (1) 로서, 송신 다이어프램 (39) 은 티탄으로 형성되어 있다.

Description

초음파 검사 장치, 초음파 검사 방법 및 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법{ULTRASONIC DETECTION DEVICE, ULTRASONIC DETECTION METHOD, AND ATOMIC POWER PLANT NONDESTRUCTIVE INSPECTION METHOD}

본 발명은, 초음파 검사 장치, 초음파 검사 방법 및 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법에 관한 것이다.

초음파를 사용한 검사 장치는, 예를 들어, 의료, 원자력 플랜트 내 비파괴 검사 등에서 실용화되고 있다. 예를 들어, 초음파 탐상 시험은 비교적 간편하게 재료 내부의 결함을 검출할 수 있기 때문에, 구조 재료의 중요 부분의 검사에 사용되어 큰 역할을 하고 있다. 초음파 탐상 시험에서는, 초음파의 송신에, 예를 들어, 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이 압전 소자가 사용되고 있다.

이 압전 소자는, 예를 들어, 직경 20 ㎜ 정도로 비교적 크기 때문에, 장치가 대형으로 되어 있었다. 이 때문에, 협액 (狹隘) 부 혹은 복잡한 형상을 한 부재의 측정이 어렵다. 또, 압전 소자의 고유 주파수에 의해 초음파의 주파수 대역이 제한되므로, 예를 들어, 부재 표면의 화상 표시 등의 용도에는 그다지 적합하지 않다.

이들을 해소하는 것으로서, 예를 들어, 특허문헌 2 에 나타내는 레이저 초음파법이 제안되어 있다.

이것은, 광섬유를 사용하여 레이저 광을 피검체에 조사하고, 이 레이저 광으로 피검체 표면에 초음파를 여기시켜, 피검체 중에 전해진 초음파를 수신 레이저 광으로 검출하는 것이다. 이 초음파의 변화를 감지함으로써 결함을 검출하고, 수신된 초음파의 주파수 분석을 함으로써 깊이의 동정도 실시할 수 있다.

즉, 초음파 발생에 가느다란 광섬유를 사용하므로, 장치를 소형화할 수 있어 협액부 혹은 복잡한 형상을 한 부재의 측정에 대응할 수 있다.

또, 예를 들어, 특허문헌 3 에 나타내는 바와 같이 레이저 광을 사용하여 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 사용하여 비파괴 검사를 실시하는 것이 제안되어 있다.

이것은, 일단이 금속판으로 닫혀지고, 내부에 가스가 봉입된 통형상체 내에 레이저 광을 조사하여, 내부 가스의 열팽창 및 금속판의 열응력에 의한 변화를 발생시키고, 이 변화를 외부에 전파시켜, 초음파를 발생시키는 것이다.

일본 공개특허공보 2000-28589호 일본 공개특허공보 2005-43139호 일본 특허공보 제2984390호

그런데, 특허문헌 2 에 나타낸 것은, 레이저 광을 피검체에 직접 조사하기 때문에, 피검체를 열화, 변형시킬 우려가 있다.

또, 이로써 레이저 광의 강도가 제한되어 충분한 조사를 실시할 수 없거나, 혹은, 검사 대상인 피검체의 범위가 제한된다.

또한, 레이저 광이 통과할 수 없는 곳, 예를 들어, 고속 증식로 (爐) 의 냉각재인 나트륨 중에서는 검사할 수 없다.

특허문헌 3 에 나타내는 것은, 레이저 광이 피검체에 직접 조사되지 않기 때문에, 피검체를 열화, 변형시키는 것은 해결되어 있다. 그런데, 초음파에 의해 비파괴 검사를 실시하기 위해서는, 초음파의 강도를 충분히 높일 필요가 있지만, 특허문헌 3 에서는, 이 점에 대해 구체적으로 기재되어 있지 않기 때문에, 이대로 실시할 수는 없다.

또, 피검체의 종류, 검사 종류에 대응하여 최적인 강도 혹은 지향성을 갖는 초음파를 발생시킬 수 있고, 검사의 다양성에 대응할 수 있는 구체적인 양태의 초음파 검사 장치가 많이 요구되고 있다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여, 충분한 강도의 초음파를 효율적으로 발생시킬 수 있고, 또한 광범위하게 양호한 검사를 실시할 수 있는 초음파 검사 장치, 초음파 검사 방법 및 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또, 피검체의 종류, 검사 종류에 대응하여 최적인 강도 혹은 지향성을 갖는 초음파를 발생시켜, 검사의 다양성에 대응할 수 있는 초음파 검사 장치, 초음파 검사 방법 및 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 채용하였다.

본 발명의 제 1 양태는, 조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고, 그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서, 상기 송신 다이어프램은, 티탄으로 형성되어 있는 초음파 검사 장치이다.

또, 본 발명의 제 2 양태는, 조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고, 그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서, 상기 송신 다이어프램은, 알루미늄으로 형성되어 있는 초음파 검사 장치이다.

제 1 양태 혹은 제 2 양태에 의하면, 레이저 장치가 발사하는 조정된 출력의 레이저 광이 송신 다이어프램에 조사됨으로써 송신 다이어프램이 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 피검체에 조사하므로, 피검체의 열화, 변형을 방지할 수 있다.

이로써, 고출력의 레이저 광을 취급할 수 있으므로, 발생되는 초음파의 강도를 강하게 할 수 있다. 이 때문에, 양호한 검사를 실시할 수 있다.

또, 피검체와의 거리를 멀리 해도 충분한 검사를 실시할 수 있으므로, 지향성을 크게 할 수 있다. 이로써, 분해능을 작게 할 수 있으므로, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 티탄, 알루미늄이 고강도의 초음파를 발생시켜, 송신 다이어프램으로서 유용한 것을 알아내었다. 또, 티탄, 알루미늄으로 형성된 송신 다이어프램은, 레이저 광에 의해 송신 다이어프램에 입력되는 에너지에 대해 다른 재료에 비해 고강도의 초음파를 발생시키는 것도 유용하다. 이와 같이 에너지 효율이 양호하므로, 충분한 강도의 초음파를 효율적으로 발생시킬 수 있다.

또, 본 발명의 제 3 양태는, 조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고, 그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서, 상기 송신 다이어프램의 레이저 입사측은, 광학 부재에 의해 구속되어 있는 초음파 검사 장치이다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 송신 다이어프램을 광학 부재로 구속시키는 것이, 발생되는 초음파의 강도를 강하게 하는 것을 알아내었다. 이것은, 예를 들어, 다음과 같은 현상인 것으로 생각된다.

송신 다이어프램의 레이저 입사측은 광학 부재에 의해 구속되어 있으므로, 레이저 광이 송신 다이어프램에 조사되어 변형되면, 그 변형이 광학 부재에 작용 한다. 그리고, 송신 다이어프램에는 광학 부재로부터의 반력이 초음파 발생 방향으로 작용하므로, 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파의 강도를 강하게 한다.

또, 광학 부재가 레이저 광에 의한 송신 다이어프램의 열화 혹은 손상을 억제시키므로, 레이저 광의 강도를 강하게 하여, 발생되는 초음파의 강도를 강하게 할 수 있다.

또한, 광학 부재로는, 사파이어, 석영 등의 유리, 알루미늄 산화막 등의 세라믹스 등이 사용된다.

또, 광학 부재와 송신 다이어프램은 접합시켜도 되고, 단순히 인접하도록 배치시켜도 된다.

또, 본 발명의 제 4 양태는, 조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고, 그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서, 상기 송신 다이어프램의 레이저 입사측면에, 젤리상의 점성물이 도포되어 있는 초음파 검사 장치이다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 송신 다이어프램의 레이저 입사측면에 젤리상의 점성물을 도포함으로써, 발생되는 초음파의 강도가 강해지는 것을 알아내었다. 이것은, 예를 들어, 다음과 같은 현상인 것으로 생각된다.

레이저 광이 송신 다이어프램에 조사됨으로써 송신 다이어프램에 발생하는 진동 내, 레이저 입사측을 향한 진동이 젤리상의 점성물에 의해 되받아쳐지므로, 그것들이 레이저 입사측과 반대 방향, 즉, 초음파 발생 방향을 향하게 된다. 이와 같이, 초음파 발생 방향을 향하는 진동과 반대 방향을 향해 되받아쳐진 진동이 중첩되므로, 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파의 강도를 강하게 한다.

또, 젤리상의 점성물은 변형되기 쉬우므로, 송신 다이어프램의 면을 따라 간극 없이 밀착시킬 수 있다. 이로써, 점성물은 그 전체면에 걸쳐 송신 다이어프램의 진동을 되받아칠 수 있으므로, 효율적으로 초음파 발생 방향으로 에너지를 보낼 수가 있다.

또한, 젤리상의 점성물은 투명한 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 투명한 점성물은 레이저 광의 통과를 방해하지 않으므로, 레이저 광은 송신 다이어프램에 많이 입사되어, 발생되는 초음파의 강도를 강하게 할 수 있다.

또, 젤리상의 점성물을 도포하는 범위는 전체면에 도포될 필요는 없고, 적어도 레이저 광이 조사되는 범위를 커버만 하고 있으면 된다. 점성물은, 레이저 광이 조사되는 범위를 넘어, 초음파의 발생이 큰 부분을 커버하도록 도포되는 것이 보다 바람직하다.

또, 본 발명의 제 5 양태는, 조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고, 그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서, 상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단이 구비되어 있는 초음파 검사 장치이다.

또, 상기 제 1 양태 내지 제 4 양태에서는, 상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단이 구비하고 있는 구성으로 해도 된다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 레이저 광의 빔 직경의 크기에 의해 지향성이 변화되는 것, 및 동일한 에너지라도 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파의 강도가 상이한 것, 즉, 송신 다이어프램의 초음파 발생 모드가 상이한 것을 알아내었다.

즉, 빔 직경을 작게 하면, 지향성이 높아지는, 바꾸어 말하면, 넓은 범위에 강도가 높은 초음파를 출력할 수 있으므로, 예를 들어, 표면을 화상화하여 검사하는 표면 검사에 유효해진다. 한편, 빔 직경을 크게 하면, 지향성이 낮아지는, 바꾸어 말하면, 강도가 높은 초음파는 한정된 범위에 집중하여 출력되므로, 예를 들어, 내부의 결함을 검사하는 체적 검사에 유효해진다.

이와 같이, 빔 직경 조정 수단을 구비함으로써, 1 대의 초음파 검사 장치로, 피검체의 종류, 검사 장소 등의 변화에 대응할 수 있다. 또, 예를 들어, 체적 검사 및 표면 검사와 같이 성격이 상이한 검사, 즉 하이브리드 검사를 실시할 수 있다.

또, 상기 제 5 양태 또는 상기 구성에서는, 상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 레이저 광의 발사 위치와 상기 송신 다이어프램의 거리를 조정하도록 되어 있어도 된다.

또, 상기 제 5 양태 또는 상기 구성에서는, 상기 레이저 장치에는, 각각 상기 레이저 광을 발사하는 직경이 상이한 복수의 광섬유가 구비되고, 상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 광섬유의 어느 것을 사용할지를 선택하는 것이어도 된다.

또, 본 발명의 제 6 양태는, 조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치와, 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부와, 상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단을 구비하고, 그 빔 직경 조정 수단에 의해 상기 빔 직경의 크기를 조정하여, 상기 송신 다이어프램으로부터 검사 대상의 종류, 검사 종류에 대응한 강도의 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 방법이다.

본 양태에 의하면, 레이저 장치가 발사하는 조정된 출력의 레이저 광이 송신 다이어프램에 조사됨으로써 송신 다이어프램이 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 피검체에 조사하므로, 피검체의 열화, 변형을 방지할 수 있다.

이 때, 빔 직경 조정 수단에 의해 빔 직경의 크기를 조정하여, 송신 다이어프램으로부터 검사 대상의 종류, 검사 종류에 대응한 강도의 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하므로, 예를 들어, 표면을 화상화하여 검사하는 표면 검사 및 내부의 결함을 검사하는 체적 검사라는 성격이 상이한 검사, 즉 하이브리드 검사를 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 제 7 양태는, 상기 서술한 레이저 광을 송신 다이어프램에 조사하여 충분한 강도의 초음파를 효율적으로 발생시키는 초음파 검사 장치를 사용하여 원자력 플랜트의 비파괴 검사를 실시하는 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법이다.

이와 같이, 레이저 광을 송신 다이어프램에 조사하여 충분한 강도의 초음파를 효율적으로 발생시키는 초음파 검사 장치를 사용하고 있으므로, 레이저 광이 통과할 수 없는 곳, 예를 들어, 고속 증식로의 냉각재인 나트륨 중에서도 검사할 수 있다.

본 발명에 의하면, 레이저 장치가 발사하는 레이저 광이 송신 다이어프램에 조사됨으로써 송신 다이어프램이 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 피검체에 조사하므로, 피검체의 열화, 변형을 방지할 수 있다.

또, 빔 직경 조정 수단을 구비함으로써, 1 대의 초음파 검사 장치로, 피검체의 종류, 검사 장소 등의 변화에 대응할 수 있다. 예를 들어, 체적 검사 및 표면 검사와 같이 성격이 상이한 검사, 즉 하이브리드 검사를 실시할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 초음파 검사 장치의 전체 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 검사체의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 초음파 송신계의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 초음파 수신부의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5 는, 레이저 강도와 발생되는 초음파의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 체적 검사용 초음파 송신부의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 7 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 체적 검사용 초음파 송신부의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 8 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 체적 검사용 초음파 송신부의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 9 는, 시험 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10 은, 복합재의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11 은, 빔 직경을 파라미터로 한 지향성의 상이함을 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 입력 에너지가 일정한 조건에서 빔 직경에 의한 신호 강도의 상이함을 나타내는 그래프이다.
도 13 은, 입력 에너지가 일정한 조건에서 빔 직경에 의한 신호 강도의 상이함을 나타내는 그래프이다.
도 14 는, 단위 면적당 입력 에너지가 일정한 조건에서 빔 직경에 의한 신호 강도의 상이함을 나타내는 그래프이다.
도 15 는, 단위 면적당 입력 에너지가 일정한 조건에서 빔 직경에 의한 신호 강도의 상이함을 나타내는 그래프이다.
도 16 은 어블레이션 모드역에 있어서의 재료종의 차이에 의한 초음파 발생 강도를 나타내는 그래프이다.
도 17 은, 저 어블레이션 모드역에 있어서의 재료종의 차이에 의한 초음파 발생 강도를 나타내는 그래프이다.
도 18 은, 열모드역에 있어서의 재료종의 차이에 의한 초음파 발생 강도를 나타내는 그래프이다.
도 19 는, 점성체를 부착시킨 다이어프램 공시체 (公試體) 의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 20 은, 점성체를 부착시킨 다이어프램 공시체에 의한 초음파 발생 강도를 나타내는 그래프이다.
도 21 은, 점성체를 부착시키지 않은 다이어프램 공시체에 의한 초음파 발생 강도를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시 양태에 관련된 초음파 검사 장치 (1) 에 대해, 도 1 ～ 도 5 에 기초하여 설명한다. 초음파 검사 장치 (1) 는, 고속 증식로의 냉각재인 나트륨 중의 부재의 초음파 탐상을 실시함으로써, 내부 상태를 검사하는 체적 검사 및 표면 상태를 검사하는 표면 검사를 실시하는 것이다.

도 1 은, 초음파 검사 장치 (1) 의 전체 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

초음파 검사 장치 (1) 에는, 초음파를 송수신하는 검사체 (3) 와, 초음파 송신용의 레이저 광을 발신하는 레이저 장치 (5) 와, 초음파 수신용의 레이저 광을 수발신하는 수신 레이저부 (7) 와, 송수신한 데이타를 보관함과 함께 레이저 장치 (5) 및 수신 레이저부 (7) 의 동작을 지시하는 데이타 수집 장치 (9) 와, 송수신한 데이타를 처리하고, 표시하는 데이타 처리?표시 장치 (11) 가 구비되어 있다.

수신 레이저부 (7) 에는, 레이저 광을 발진하는 레이저 발진기 (6) 와, 레이저 광을 광섬유에 도입, 도출하는 광 스위치 (8) 와, 송신 레이저 광 및 수신 레이저 광을 간섭시키는 레이저 간섭계 (10) 가 구비되어 있다.

도 2 는, 검사체 (3) 의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.

검사체 (3) 에는, 대략 직육면체 형상을 한 상자체인 본체 (13) 와, 본체의 일면의 대략 중앙부에 장착된 원통 형상을 하고, 광섬유를 삽입 통과시키는 통로부 (15) 와, 본체 (13) 의 내부에 장착된 체적 검사용 초음파 송신부 (초음파 송신부 ; 17) 와, 표면 검사용 초음파 송신부 (초음파 송신부 ; 19) 와, 복수의 초음파 수신부 (21) 가 구비되어 있다.

체적 검사용 초음파 송신부 (17), 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 및 초음파 수신부 (21) 는 대략 원통 형상을 하고, 축선이 본체 (13) 의 통로부 (15) 가 장착된 면에 교차하는 방향이 되도록 본체 (13) 의 통로부 (15) 와 떨어진 측에 장착되어 있다.

복수의 초음파 수신부 (21) 는, 대략 등간격으로 매트릭스 형상 (예를 들어, 10 열 × 10 행) 으로 설치되어 있다.

체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 는, 각각 초음파 수신부 (21) 군의 대략 중앙부에 설치되어 있다.

체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 와, 레이저 장치 (5) 는, 각각 광섬유 (23) 로 연결되어 있다 (도 2, 3 참조).

체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 는 대략 동일한 구조이므로, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 에 대해 설명한다.

레이저 장치 (5) 에는, 레이저 발진기 (25) 와, 레이저 광로 (27) 와, 레이저 광을 광섬유 (23) 에 도입하는, 예를 들어, 광 스위치 등으로 구성되는 도입부 (29) 가 구비되어 있다.

레이저 광로 (27) 에는, 1 쌍의 미러 (31), ND 필터 (33) 및 집광 렌즈 (35) 가 구비되어 있다.

ND 필터 (33) 는, 복수의 필터를 교환할 수 있도록 구비되어 있고, 이들을 교환함으로써 레이저 광의 광량, 즉, 출력을 조절하는 것이다.

집광 렌즈 (35) 는, 레이저 광로 (27) 를 따라 이동할 수 있게 되어, 광섬유 (23) 에 입사되는 레이저 광의 직경 (후술하는 송신 다이어프램 (39) 으로 입사되는 레이저 광의 직경) 을 어느 정도 조정할 수 있도록 되어 있다.

체적 검사용 초음파 송신부 (17) 에는, 중공의 대략 원통 형상을 한 본체 (37) 와, 본체 (37) 의 일 단부에 장착된 송신 다이어프램 (39) 과, 내열 댐퍼 (41) 와, 송신 다이어프램 (39) 의 타단측에 설치되고 이것을 지지하는 백업 링 (43) 과, 백업 링 (43) 의 타단측에 배치된 광섬유 (23) 를 소정 위치 관계로 설치하는 연결 부재인 페룰 (45) 과, 페룰 (45) 의 타단측에 배치되고, 페룰 (45) 을 가압하는 편심공 링 (47) 과, 본체 (37) 의 타단부의 중공부에 나사 결합되어, 일 단측에 배치된 부재를 가압하는 가압 나사 (49) 가 구비되어 있다.

체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 는, 송신 다이어프램 (39) 이 본체 (13) 의 통로부 (15) 에 대향하는 면을 향하도록 설치되어 있다.

도 4 는, 초음파 수신부 (21) 의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.

초음파 수신부 (21) 는 대략 원통 형상을 하고, 일 단측에 광 스위치 (8) 와 연결되는 광섬유 (51) 가 접속되어 있다. 초음파 수신부 (21) 의 타단부에는, 수신 다이어프램 (53) 이 장착되어 있다.

초음파 수신부 (21) 는, 수신 다이어프램 (53) 이 본체 (13) 의 통로부 (15) 에 대향하는 면을 향하도록 설치되어 있다.

또한, 집광 렌즈 (35) 에 추가하여 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 에, 도 6 ～ 도 8 에 나타내는 빔 직경 조정 수단 (55) 을 구비하도록 해도 된다.

도 6 에 나타내는 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 에는, 페룰 (45) 을 가압 나사 (49) 측으로 항상 탄성 지지하는 압축 스프링 (57) 이 구비되어 있다. 가압 나사 (49) 를 회전시켜 축선 방향 외측으로 이동시키면, 페룰 (45) 이 압축 스프링 (57) 에 의해 가압되어, 가압 나사 (49) 와 동일하게 축선 방향 외측으로 이동한다. 반대로 가압 나사 (49) 를 회전시켜 송신 다이어프램 (39) 측으로 이동시키면, 페룰 (45) 은 압축 스프링 (57) 의 탄성 지지력에 저항하여 송신 다이어프램 (39) 측으로 이동된다.

이로써, 페룰 (45) 의 선단과 송신 다이어프램 (39) 의 간격이 변화되게 된다. 이 간격이 변화되면, 페룰 (45) 의 선단으로부터 발사되는 레이저 광의 방사각에 의해 송신 다이어프램 (39) 에 도달하는 레이저 광의 빔 직경이 변화되게 된다.

또한, 광섬유 (51) 의 출사단 (예를 들어, 페룰 (45) 의 선단) 과 송신 다이어프램 (39) 의 간격을 변화시키는 구조는 도 6 에 한정하지 않고, 적절한 구조로 할 수 있다.

도 7 에 나타내는 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 에는, 복수의 직경이 상이한 광섬유 (23) 가 구비되어 있다. 직경에 따라서 광섬유 (23) 로부터 발사되는 레이저 광의 빔 직경이 상이하므로, 레이저 장치 (5) 에서 사용하는 광섬유 (23) 를 선택함으로써 송신 다이어프램 (39) 에 도달하는 레이저 광의 빔 직경을 변화시킬 수 있다.

도 8 에 나타내는 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 에는, 페룰 (45) 과 송신 다이어프램 (39) 사이에 볼록 렌즈 (59) 가 축선 방향으로 이동할 수 있도록 장착되어 있다. 또, 페룰 (45) 은 도 6 과 동일하게 압축 스프링 (57) 에 의해 가압 나사 (49) 측에 항상 탄성 지지되어 있다.

볼록 렌즈 (59) 를 축선 방향으로 이동시킴으로써 레이저 광의 집광 상태를 변화시켜, 송신 다이어프램 (39) 에 도달하는 레이저 광의 빔 직경을 변화시킨다.

또한, 도 8 에서는 볼록 렌즈 (59) 를 축선 방향으로 이동시켜 송신 다이어프램 (39) 에 도달하는 레이저 광의 빔 직경을 변화시키도록 되어 있는데, 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 페룰 (45) 을 축선 방향으로 이동시키도록 해도 되고, 볼록 렌즈 (59) 및 페룰 (45) 의 양자를 축선 방향으로 이동할 수 있도록 해도 된다.

송신 다이어프램 (39) 에 레이저 광이 조사되면, 송신 다이어프램 (39) 은 초음파를 발생시킨다.

이 때, 발생되는 초음파의 강도는, 레이저 광 출력 혹은 레이저 광의 에너지 밀도에 대응하여 도 5 의 실선으로 나타내는 바와 같이 변화된다.

레이저 광 출력 혹은 레이저 광의 에너지 밀도 등이 작은 곳 (저에너지역) 에서는, 레이저 광의 에너지가 송신 다이어프램 (39) 등의 온도 상승에 사용되어, 발생되는 초음파의 강도가 작다. 이 부분은 열모드라고 칭해진다.

레이저 광 출력 혹은 레이저 광의 에너지 밀도 등이 더욱 커지면, 발생되는 초음파의 강도가 급격하게 증가하게 된다. 이 단계에서는, 송신 다이어프램 (39) 은 레이저 광에 침식되는 상태가 되므로, 어블레이션 모드라고 칭해진다.

레이저 광 출력 혹은 레이저 광의 에너지 밀도 등이 더욱 커지면, 송신 다이어프램 (39) 으로의 침식 작용이 커져 일부 가스화되어, 레이저 광을 산란 또는 흡수하므로, 레이저 광이 송신 다이어프램 (39) 에 공급하는 에너지 비율이 저하되게 된다.

이렇게 되면, 발생되는 초음파 강도의 증가율이 작아지므로, 레이저 광의 에너지 효율이 저하되게 된다. 이 상태는 에어 브레이크 다운 모드라고 칭해진다.

따라서, 에너지 효율 및 송신 다이어프램 (39) 의 손상을 고려하여, 레이저 광의 강도 (레이저 광 출력 혹은 레이저 광의 에너지 밀도 등) 는, 어블레이션 모드의 범위에서 선택된다.

송신 다이어프램 (39) 의 재료, 치수 등은, 레이저 장치 (5) 로부터의 레이저 광의 강도, 그리고 그것에 따라 발생되는 초음파의 강도 및 주파수 특성을 감안하여 선택된다. 송신 다이어프램 (39) 은, 에너지 효율을 향상시키기 위해서는, 레이저 광의 흡수 효율이 높은 재료로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 송신 다이어프램 (39) 의 재질, 특성이 초음파 검사 장치 (1) 의 성능에 큰 영향을 미치므로, 그것들에 대해 검증 시험을 실시하였다.

도 9 는, 이 검증 시험을 실시하는 시험 장치를 나타내고 있다.

YAG 레이저를 발신하는 레이저 발진기 (25) 로서 콘티움사 제조의 Surelite I-10 을 사용하고 있다. 레이저 발진기 (25) 가 출력하는 YAG 레이저 광은, 출력이 400 mJ, 펄스 간격이 10 Hz, 펄스 폭이 10 ns 로 하였다.

물을 저류시킨 수조 (61) 의 일면에 구비된 장착 부재 (63) 에 다이어프램 공시체 (65) 를 장착하고, 이 다이어프램 공시체 (65) 에, 레이저 발진기 (25) 로부터 발신한 레이저 광을 조사하여 발생시킨 초음파를 수신용 압전 소자 (67) 에서 수용하여 오실로스코프 (69) 에 의해 그 강도를 측정한다.

다이어프램 공시체 (65) 로는, 스테인리스 (SUS), 티탄 (Ti), 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 주석 (Sn) 을 사용한다. 다이어프램 공시체 (65) 는, 직경이 25 ㎜ 이고, 두께가 0.05 ㎜ 인 원판이다. SUS 에 대해서는 두께의 영향을 확인하기 위해서 두께 0.03 ㎜ 인 것도 사용하였다.

또, 다이어프램 공시체 (65) 로서 도 10 에 나타내는 복합재 (71) 도 시험하였다. 복합재 (71) 는, 두께 0.03 ㎜ 의 SUS 다이어프램 (송신 다이어프램 ; 73) 의 일면, 즉, 레이저 광이 입사되는 측의 면에, 두께 1 ㎜ 의 사파이어 유리의 사파이어 다이어프램 (광학 부재 ; 75) 을 접합시킨 것이다. 복합재 (71) 는, 직경 30 ㎜ 의 원판이다.

복합재 (71) 는, SUS 다이어프램 (73) 의 접합면을 Cr-Ni-Au 로 스퍼터링 처리한다. 한편, 사파이어 다이어프램 (75) 의 접합면을 메탈라이즈 처리한다. 그리고, SUS 다이어프램 (73) 및 사파이어 다이어프램 (75) 의 접합면을 Au-Sn 땜납에 의해 부착시켜 형성하고 있다. 땜납층은 대략 2 ㎛ 이다.

도 11 은, 레이저 광의 빔 직경을 파라미터로 한 지향성을 나타내고 있다. 또한, 지향성 상태를 알기 쉽게 하기 위해서, 신호 강도 (초음파의 강도) 는 표준화되어 있다.

이것을 보면, 빔 직경 0.5 ㎜ 의 지향성이 높고 (넓은 범위에 강도가 강한 초음파를 출력할 수 있다), 4 ㎜ 의 지향성이 낮고 (강도가 높은 초음파는 한정된 범위에 집중하여 출력된다), 2 ㎜ 는 그 중간으로 되어 있다.

즉, 빔 직경이 작아질수록 지향성이 높아진다는 것으로 판명되었다.

이것은, 빔 직경이 작아질수록, 단위 면적당의 어블레이션 비율이 높기 때문일 것으로 추측된다.

도 12 및 도 13 은, 저에너지역 (열모드) 에서 입력 에너지를 일정하게 하여 레이저 광의 빔 직경을 파라미터로 한 신호 강도와 지향성의 관계를 나타내고 있다.

이것을 보면, 신호 강도의 토탈은, 빔 직경 2 ㎜ 가 빔 직경 4 ㎜ 보다 크고, 도 12 에서는 약 4 배, 도 13 에서는 약 2.4 배로 되고 있다.

즉, 입력 에너지가 일정하면 빔 직경이 작을수록 발생되는 초음파의 강도가 강하여, 즉, 에너지의 변환 효율이 높아진다.

도 14 및 도 15 는, 단위 면적당 입력 에너지를 동일하게 했을 때의 레이저 광의 빔 직경을 파라미터로 한 신호 강도와 지향성의 관계를 나타내고 있다.

이것을 보면, 신호 강도의 토탈은, 빔 직경 4 ㎜ 가 빔 직경 2 ㎜ 보다 크고, 도 14 에서는 약 1.32 배, 도 15 에서는 약 1.14 배로 되어 있다.

즉, 단위 면적당 입력 에너지가 일정하면 빔 직경이 클수록 발생되는 초음파의 강도가 강하여, 즉, 에너지의 변환 효율이 높아진다.

이와 같이, 레이저 광의 빔 직경은 에너지 효율에 큰 영향을 주는 것으로 판명되었다.

도 16 ～ 도 18 은, 재료종의 차이에 의한 초음파 발생 강도를 비교한 것이다. 도 16 은 어블레이션 모드역 (대략 80 mJ 이상) 의 상태를 주로 나타내고 있다. 도 17 은 저 어블레이션 모드역 (50 mJ 전후) 의 상태를 나타내고 있다. 도 18 은 열모드역 (25 mJ 이하) 에서의 상태를 나타내고 있다.

각 도면에서, 복합재 (71) 에 대해서는, 측정 결과의 경향을 일점 쇄선으로 나타내고 있다.

어블레이션 모드역 (도 16) 에서는, 알루미늄이 가장 강한 초음파 강도 (에너지 변환 효율이 양호하다) 를 나타내고, 이어서, 티탄, SUS 가 뒤따르고 있다. 또, 두께가 상이한 다이어프램 공시체 (65) 를 시험한 SUS 에 있어서, 두께에 따른 초음파 강도의 우위 차이는 알아낼 수 없었다.

주석은, 시험 중, 다이어프램 공시체 (65) 의 중앙에 구멍이 뚫리고 말았다. 주석은 부드럽기 때문에, 실용에는 적합하지 않은 것으로 판명되었다.

SUS, 구리도 충분히 실용적인 초음파 강도를 낼 수 있는 것으로 판명되었다.

복합재 (71) 는, 알루미늄의 약 1.6 배, 동일 소재인 SUS 의 약 2 배 이상의 초음파 강도가 얻어져, 에너지 변환 효율의 크기가 실증되었다.

복합재 (71) 는, 300 mJ 이상에서 사파이어 유리의 표면이 녹아 데미지를 받아, 급격하게 초음파 강도가 저하되었다. 사파이어 유리를 사용하는 복합재 (71) 는 이 정도가 사용하는 상한치가 된다.

저 어블레이션 모드역 (도 17) 에서는, 주석이 가장 강한 초음파 강도를 나타내고, 이어서, 알루미늄, 티탄이 뒤따른다.

복합재 (71) 의 초음파 강도는, 주석, 알루미늄과 대략 동등한 크기이다. 그러나, 동일 소재인 SUS 에 대해는 약 10 배 이상의 초음파 강도가 얻어지고 있다.

열모드역 (도 18) 에서는, 주석과 티탄이 상대적으로 양호하다. 복합재 (71) 는, 초음파 강도가 단일 소재인 것에 비해 10 배 정도 높게 되어 있다 (도 17 참조).

실용적으로 필요한 초음파의 강도가 얻어지는 어블레이션 모드 영역에 있어서, 에너지 효율이 양호한 알루미늄, 티탄은 송신 다이어프램 (39) 의 소재로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.

또, 복합재 (71) 가 더욱 유용하다는 것을 알 수 있었다.

이것은, SUS 다이어프램 (73) 의 레이저 입사측은, 사파이어 다이어프램 (75) 에 의해 구속되어 있으므로, 레이저 광이 SUS 다이어프램 (73) 에 조사되어 변형되면, 그 변형이 사파이어 다이어프램 (75) 에 작용한다. 그리고, SUS 다이어프램 (73) 에는 사파이어 다이어프램 (75) 으로부터의 반력이 초음파 발생 방향으로 작용하므로, SUS 다이어프램 (73) 이 발생하는 초음파의 강도를 강하게 한다.

또, 사파이어 다이어프램 (75) 이 레이저 광에 의한 SUS 다이어프램 (73) 의 열화 혹은 손상을 억제하므로, 레이저 광의 강도를 강하게 하여, 발생되는 초음파의 강도를 강하게 할 수 있다.

복합재 (71) 는, SUS 다이어프램 (73) 과 사파이어 다이어프램 (75) 을 땜납에 의해 접합시키고 있는데, 접합 방법은 땜납에 한정하지 않고 적절한 수단을 사용해도 되고, 접합시키지 않고 인접하도록 설치하도록 해도 된다. 사파이어 다이어프램 (75) 은 SUS 다이어프램 (73) 의 움직임을 구속하도록 설치되면 된다.

복합재 (71) 를 구성하는 광학 부재의 소재로는, 사파이어 유리에 한정하지 않고, 석영 유리, 알루미늄의 산화막 등의 세라믹스 등을 사용해도 된다.

SUS 다이어프램 (73) 의 교체에 알루미늄, 티탄, 구리, 주석 등의 다이어프램을 사용해도 된다.

송신 다이어프램 (39) 은, 표면에 예를 들어, 철, 알루미늄의 산화막을 코팅 하도록 해도 된다. 이들 산화막은, 레이저 광의 흡수율을 향상시킬 수 있음과 동시에 송신 다이어프램 (39) 의 열화, 손상을 억제할 수 있다.

다이어프램 공시체 (65) 로서, 도 19 에 나타내는 구조인 것을 사용하여 시험하였다. 다이어프램 공시체 (65) 는, 예를 들어, 두께 0.02 ㎜ 의 SUS 다이어프램 (73) 의 일면, 즉, 레이저 광이 입사되는 측의 면에 점성체 (점성물 ; 81) 를 도포한 것이다. SUS 다이어프램 (73) 은 직경 30 ㎜ 의 원판이다.

점성체 (81) 로는, 예를 들어, 미국의 SONOTECH inc. 제조의 「Pyrogel GR 100」(상품명) 이 사용된다. 이것은, 커플란트로서 사용되는 접촉 매질이다. 이 점성체 (81) 는, 글리세린을 주성분으로 한 투명한 젤리상을 하고, 사용 온도 범위가 -45.6 ℃ ～ 427 ℃ (-50°F ～ 800°F) 로 넓다. 또, 점도는, 4 × 10⁶ cps 이상으로 높고, 일단 부착되면 용이하게는 흐르지 않는다.

점성체 (81) 는, 레이저 광이 조사되는 범위를 포함하여, 그것을 초과하는 범위에 걸쳐 손에 의해 대략 1 ㎜ 의 두께로 도포되어 있다.

레이저 입력 에너지가 10 mJ 이고, 입사되는 레이저의 빔 직경이 2 ㎜ 라는 조건에서, 점성체 (81) 가 부착된 다이어프램 공시체 (65) 와, 점성체 (81) 가 부착되지 않은 다이어프램 공시체 (65 ; 두께 0.02 ㎜ 의 SUS 다이어프램 (73)) 를 사용하여 발생되는 초음파 크기의 시간적 추이를 시험하였다.

도 20 은, 점성체 (81) 가 부착된 다이어프램 공시체 (65) 의 결과이다. 도 21 은, SUS 다이어프램 (73) 만의 결과이다.

이것을 보면, 점성체 (81) 가 부착된 다이어프램 공시체 (65) 에서는, SUS 다이어프램 (73) 만인 것에 비해 발생되는 초음파의 강도가 20 수배가 됨과 동시에 선명한 초음파 파형이 얻어졌다.

레이저 광이 SUS 다이어프램 (73) 에 조사됨으로써 SUS 다이어프램 (73) 에 발생하는 진동 내, 레이저 입사측을 향한 진동이 점성체 (81) 에 의해 되받아쳐지므로, 그것들이 레이저 입사측과 반대 방향, 즉, 초음파 발생 방향을 향하게 된다. 이와 같이, 초음파 발생 방향을 향한 진동과, 반대 방향을 향해 되받아쳐진 진동이 중첩되므로, SUS 다이어프램 (73) 이 발생하는 초음파의 강도는 강해진다.

점성체 (81) 는 변형되기 쉽기 때문에, SUS 다이어프램 (73) 의 면을 따라 간극 없이 밀착시킬 수 있다. 이로써, 점성체 (81) 는 그 전체면에 걸쳐 SUS 다이어프램 (73) 의 진동을 되받아칠 수 있으므로, 효율적으로 초음파 발생 방향으로 에너지를 보낼 수 있다.

투명한 점성체 (81) 는 레이저 광의 통과를 방해하지 않기 때문에, 레이저 광은 SUS 다이어프램 (73) 에 많이 입사되고, 발생되는 초음파의 강도를 강하게 할 수 있다.

점성체 (81) 를 도포하는 범위는 전체면에 도포될 필요는 없고, 적어도 레이저 광이 조사되는 범위를 커버만 하고 있으면 된다. 점성체 (81) 는, 레이저 광이 조사되는 범위를 초과하여, 초음파의 발생이 큰 부분을 커버하도록 도포되는 것이 보다 바람직하다.

여기에서는, 송신 다이어프램 (39) 으로서 SUS 제인 것에 대해 시험 결과를 나타내고 있는데, 이것은 알루미늄, 티탄, 구리, 주석 등의 재료로 구성되어 있는 것에서도 동일하게 발생되는 초음파의 강도를 강하게 할 수 있다.

이상 설명한 본 실시형태에 관련된 초음파 검사 장치 (1) 의 동작에 대해 설명한다.

검사체 (3) 를 검사 대상이 되는 구조 부재 (피검체 ; 77) 에 대향하여 배치한다. 구조 부재 (77) 의 내부 흠집 (79) 을 검사하는 체적 검사를 실시하는 경우에는, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 를 사용한다.

레이저 발진기 (25) 가 레이저 광을 발진하면, 레이저 광은 레이저 광로 (27) 를 통과하여 도입부 (29) 에 입사된다. 레이저 광은 도입부 (29) 에서 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 측의 광섬유 (23) 를 통과할 수 있는 형태로 변환된다. 이 변환된 레이저 광이 광섬유 (23) 를 통과하여 페룰 (45) 로부터 송신 다이어프램 (39) 에 조사된다.

이와 같이 하여, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 의 송신 다이어프램 (39) 에서 발생한 초음파 C 는 구조 부재 (77) 를 향하여 조사된다.

이 초음파 C 는, 주파수가 2 ～ 5 MHz 를 주체가 되도록 조정되어 있다. 바꾸어 말하면, 발생되는 초음파 C 의 주파수는 2 ～ 5 MHz 가 주체가 되도록, 송신 다이어프램 (39) 의 재질, 치수, 레이저 장치 (5) 의 레이저 광의 강도 등의 조건이 설정되어 있다.

구조 부재 (77) 에 조사된 초음파 C 는, 구조 부재 (77) 에서 반사되고, 검사체 (3) 를 향해 진행되어, 각 초음파 수신부 (21) 의 수신 다이어프램 (53) 을 진동시킨다. 이 때, 구조 부재 (77) 에 흠집 (79) 이 있으면, 초음파 C 는 흠집 (79) 에서 방향을 바꿀 수 있어, 수신 다이어프램 (53) 의 진동 위상이 소정 상태로부터 어긋나게 된다.

수신 레이저부 (7) 의 레이저 발진기 (6) 로부터 레이저 광이 발진되어, 광 스위치 (8), 광섬유 (51) 를 개재하여 수신 다이어프램 (53) 에 조사되어 있다. 조사된 레이저 광은 수신 다이어프램 (53) 에 의해 반사되어 역루트를 통과하여 레이저 간섭계 (10) 에 되돌려진다.

수신 다이어프램 (53) 이 진동하고 있으므로, 레이저 발진기로부터 나와, 레이저 간섭계 (10) 로 되돌아오는 레이저 광의 이동 거리가 변동하게 된다. 이것과 레이저 발진기 (6) 로부터의 송신 레이저 광을 간섭시킴으로써, 변동 상태가 명확해진다.

이 데이타를 데이타 수집 장치 (9) 에 보관하고, 보관된 데이타를 데이타 처리?표시 장치 (11) 가 처리하여, 흠집 (79) 의 유무 및 흠집 (79) 이 있는 경우에는 그 위치 등을 산출하여 표시한다.

다음으로, 구조 부재 (77) 의 표면 상황을 검사하는 표면 검사를 실시하는 경우에는, 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 를 사용하게 된다.

이 경우, 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 의 송신 다이어프램 (39) 에서 발생되는 초음파 C 는, 주파수가 10 MHz 를 주체가 되도록 조정되어 있다. 바꾸어 말하면, 발생되는 초음파 C 의 주파수는 10 MHz 가 주체가 되도록, 송신 다이어프램 (39) 의 재질, 치수, 레이저 장치 (5) 의 레이저 광의 강도 등의 조건이 설정되어 있다.

이와 같이, 초음파 C 의 주파수를 10 MHz 가 주체로 하도록 하면, 초음파 C가 구조 부재 (77) 의 내부에 깊게 들어가지 않고, 표면에서 반사되게 되므로, 표면 상태를 검사할 수 있다.

검사 동작에 대해서는, 체적 검사와 동일하므로, 여기에서는 중복된 설명을 생략한다.

이와 같이 초음파 검사 장치 (1) 는 발생되는 초음파 C 의 주파수가 상이한 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 를 구비하고 있으므로, 이들을 전환하여 사용함으로써, 체적 검사 및 표면 검사라는 성격이 상이한 검사, 즉 하이브리드 검사를 1 대로 실시할 수 있다.

이와 같이 구조 부재 (77) 의 종류, 검사 종류에 대응하여, 최적 송신 다이어프램 (39) 을 구비하고 있는 초음파 검사 장치 (1) 를 사용함으로써, 검사 정밀도, 검사 효율 등을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 레이저 장치 (5) 가 발사하는 레이저 광이 송신 다이어프램 (39) 에 조사됨으로써 송신 다이어프램 (39) 이 초음파 C 를 발생시키고, 이 초음파 C 를 구조 부재 (77) 에 조사하므로, 구조 부재 (77) 의 열화, 변형을 방지할 수 있다.

이로써, 고출력의 레이저 광을 취급할 수 있으므로, 발생되는 초음파 C 의 강도를 강하게 할 수 있다. 이 때문에, 양호한 검사를 실시할 수 있다.

또, 구조 부재 (77) 와의 거리를 크게 해도 충분한 검사를 실시할 수 있으므로, 지향각을 크게 할 수 있다. 이로써, 분해능을 작게 할 수 있으므로, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 레이저 광의 송신에 광섬유 (23, 51) 을 사용함으로써, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 를 작게 할 수 있으므로, 초음파 검사 장치 (1) 의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 검사에 초음파 C 를 사용하고 있으므로, 레이저 광이 통과할 수 없는 곳, 예를 들어, 고속 증식로의 냉각재인 나트륨 중에서도 검사할 수 있다.

또, 도 6 ～ 도 8 에 나타내는 바와 같이 레이저 광의 빔 직경을 조절하는 빔 직경 조정 수단 (55) 을 구비하고 있는 것에서는, 송신 다이어프램 (39) 에 입사되는 레이저 광의 빔 직경을 조절한다.

예를 들어, 빔 직경을 작게 하고 지향성을 높게 하면, 표면을 화상화하여 검사하는 표면 검사를 할 수 있다. 한편, 빔 직경을 크게 하여 지향성을 낮게 하면 내부의 결함을 검사하는 체적 검사를 할 수 있다.

이와 같이, 빔 직경 조정 수단 (55) 을 구비함으로써, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 에 의해 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 의 기능을 갖게 되므로, 예를 들어, 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 를 생략할 수 있다. 즉, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 만으로, 체적 검사 및 표면 검사라는 성격이 상이한 검사, 즉 하이브리드 검사를 실시할 수 있다.

예를 들어, 송신 다이어프램 (39) 을 그 면내에서 요철로 변형시킴으로써 지향성을 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경할 수 있다.

예를 들어, 체적 검사용 초음파 송신부 (17) 및 표면 검사용 초음파 송신부 (19) 를 동시에 구비할 필요는 없고, 목적에 따라 어느 일방만을 형성하도록 해도 된다.

1 초음파 검사 장치
5 레이저 장치
17 체적 검사용 초음파 송신부
19 표면 검사용 초음파 송신부
23 광섬유
39 송신 다이어프램
51 광섬유
53 수신 다이어프램
55 빔 직경 조정 수단
71 복합재
75 사파이어 다이어프램
77 구조 부재
81 점성체

Claims

조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고,
그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서,
상기 송신 다이어프램은 티탄으로 형성되어 있고,
매트릭스 형상으로 설치되어 있는 복수의 초음파 수신부와,
상기 복수의 초음파 수신부의 중앙부에, 체적 검사용 초음파 송신부와 표면 검사용 초음파 송신부를 구비하고 있는 초음파 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단이 구비되어 있는 초음파 검사 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 레이저 광의 발사 위치와 상기 송신 다이어프램의 거리를 조정하도록 구성되어 있는 초음파 검사 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 레이저 장치에는, 각각 상기 레이저 광을 발사하는 직경이 상이한 복수의 광섬유가 구비되고,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 광섬유 중 어느 것을 사용할지를 선택하는 것인 초음파 검사 장치.
조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고,
그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서,
상기 송신 다이어프램은 알루미늄으로 형성되어 있고,
매트릭스 형상으로 설치되어 있는 복수의 초음파 수신부와,
상기 복수의 초음파 수신부의 중앙부에, 체적 검사용 초음파 송신부와 표면 검사용 초음파 송신부를 구비하고 있는 초음파 검사 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단이 구비되어 있는 초음파 검사 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 레이저 광의 발사 위치와 상기 송신 다이어프램의 거리를 조정하도록 구성되어 있는 초음파 검사 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 레이저 장치에는, 각각 상기 레이저 광을 발사하는 직경이 상이한 복수의 광섬유가 구비되고,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 광섬유 중 어느 것을 사용할지를 선택하는 것인 초음파 검사 장치.
조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고,
그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서,
상기 송신 다이어프램의 레이저 입사측은, 광학 부재에 의해 구속되어 있고,
매트릭스 형상으로 설치되어 있는 복수의 초음파 수신부와,
상기 복수의 초음파 수신부의 중앙부에, 체적 검사용 초음파 송신부와 표면 검사용 초음파 송신부를 구비하고 있는 초음파 검사 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단이 구비되어 있는 초음파 검사 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 레이저 광의 발사 위치와 상기 송신 다이어프램의 거리를 조정하도록 구성되어 있는 초음파 검사 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 레이저 장치에는, 각각 상기 레이저 광을 발사하는 직경이 상이한 복수의 광섬유가 구비되고,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 광섬유 중 어느 것을 사용할지를 선택하는 것인 초음파 검사 장치.
조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고,
그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서,
상기 송신 다이어프램의 레이저 입사측면에, 젤리상의 점성물이 도포되어 있고,
매트릭스 형상으로 설치되어 있는 복수의 초음파 수신부와,
상기 복수의 초음파 수신부의 중앙부에, 체적 검사용 초음파 송신부와 표면 검사용 초음파 송신부를 구비하고 있는 초음파 검사 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단이 구비되어 있는 초음파 검사 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 레이저 광의 발사 위치와 상기 송신 다이어프램의 거리를 조정하도록 구성되어 있는 초음파 검사 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 레이저 장치에는, 각각 상기 레이저 광을 발사하는 직경이 상이한 복수의 광섬유가 구비되고,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 광섬유 중 어느 것을 사용할지를 선택하는 것인 초음파 검사 장치.
조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치 및 그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부를 구비하고,
그 초음파 송신부의 그 송신 다이어프램이 발생시키는 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 장치로서,
상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정 하는 빔 직경 조정 수단이 구비되어 있고,
매트릭스 형상으로 설치되어 있는 복수의 초음파 수신부와,
상기 복수의 초음파 수신부의 중앙부에, 체적 검사용 초음파 송신부와 표면 검사용 초음파 송신부를 구비하고 있는 초음파 검사 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 레이저 광의 발사 위치와 상기 송신 다이어프램의 거리를 조정하도록 구성되어 있는 초음파 검사 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 레이저 장치에는, 각각 상기 레이저 광을 발사하는 직경이 상이한 복수의 광섬유가 구비되고,
상기 빔 직경 조정 수단은, 상기 광섬유 중 어느 것을 사용할지를 선택하는 것인 초음파 검사 장치.
조정된 출력의 레이저 광을 발사하는 레이저 장치와,
그 레이저 장치가 발사하는 레이저 광을 조사하여, 초음파를 발생시키는 송신 다이어프램을 갖는 초음파 송신부와,
상기 송신 다이어프램에 조사되는 상기 레이저 광의 빔 직경의 크기를 조정하는 빔 직경 조정 수단과,
매트릭스 형상으로 설치되어 있는 복수의 초음파 수신부와,
상기 복수의 초음파 수신부의 중앙부에, 체적 검사용 초음파 송신부와 표면 검사용 초음파 송신부를 구비하고,
그 빔 직경 조정 수단에 의해 상기 빔 직경의 크기를 조정하고,
상기 송신 다이어프램으로부터 검사 대상의 종류, 검사 종류에 대응한 강도의 초음파를 발생시키고,
이 초음파를 피검체에 조사하여 검사를 실시하는 초음파 검사 방법.
제 1 항에 기재된 초음파 검사 장치를 사용하여 원자력 플랜트의 비파괴 검사를 실시하는 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법.
제 5 항에 기재된 초음파 검사 장치를 사용하여 원자력 플랜트의 비파괴 검사를 실시하는 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법.
제 9 항에 기재된 초음파 검사 장치를 사용하여 원자력 플랜트의 비파괴 검사를 실시하는 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법.
제 13 항에 기재된 초음파 검사 장치를 사용하여 원자력 플랜트의 비파괴 검사를 실시하는 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법.
제 17 항에 기재된 초음파 검사 장치를 사용하여 원자력 플랜트의 비파괴 검사를 실시하는 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법.