JP3545611B2

JP3545611B2 - Laser ultrasonic inspection apparatus and laser ultrasonic inspection method

Info

Publication number: JP3545611B2
Application number: JP23936398A
Authority: JP
Inventors: 泰昭永田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000065804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象に光周波数が僅かに異なる二つのレーザービームによって干渉を起こさせ、この干渉縞に基づいて検査対象内に発生する超音波を利用して検査対象内部の欠陥を非破壊で検出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。
【０００２】
【従来の技術】
各種材料の内部欠陥等を非破壊で、かつ検査対象に非接触で検出する方法として、レーザー超音波法が知られている。この方法は、検査対象の表面にレーザービームを照射して検査対象の表面または内部に超音波を励起させる。この超音波が検査対象を伝播する過程で欠陥に当たると、そこで反射エコーが生じる。検査対象には、超音波発生用のレーザービームとは別に、反射エコー観測用のレーザービームを照射しておく。この照射部位に欠陥からの反射エコーが到達すると、その表面は振動するので、レーザービームの反射ビームはドップラーシフトを受けて光周波数が変位する。この反射ビームの光周波数の変位を、例えばファブリ・ペロー干渉計などで検出することによって超音波の反射エコーを観測し、それに基づいて検査対象内部の欠陥を検出する。
【０００３】
この超音波を試料の特定の方向に伝播させる方法をＨ．Ｎｉｓｈｉｎｏらが提案している（Ｈ．Ｎｉｓｈｉｎｏｅｔａｌ．「ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＤｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌｏｆＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅｓｂｙＰｈａｓｅＶｅｌｏｃｉｔｙＳｃａｎｎｉｎｇｏｆＬａｓｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＦｒｉｎｇｅｓ」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４（１９９５）ｐｐ２８７４−２８７８）。この方法は、超音波発生用のレーザービームを二つに分岐し、両者を試料の同じ部位に照射することによって、この部位に干渉を生じさせる。その際、分岐した一方のレーザービームの周波数を僅かに変化させることによって、照射部位に生じる干渉縞を高速に移動させる。このような構成で超音波を発生させると、二つのレーザービームの周波数差や試料表面への入射角などを調整することによって、超音波を特定の方向に進行させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｈ．Ｎｉｓｈｉｎｏらが提案した方法は、特定の方向に超音波を進行させうるため、例えば二つの鋼材を突き合わせ溶接した溶接箇所の検査のように、欠陥の存在位置がある程度予測できる状況での欠陥検査に適用することが考えられる。しかしながら、この方法で発生する超音波は、次第に拡散しながら進行するため、欠陥が微少な場合には、その欠陥によって反射される超音波のエコーの強度も小さい。このため、微少な欠陥を十分に検出できないことが考えられる。
【０００５】
また、溶接部位の欠陥検出には、従来から、楔形超音波探触子を用いた方法が用いられている。しかしながら、この方法は、検査対象に超音波探触子を接触させることが必要となるため、検査対象が非常に高温だったり、あるいは形状が特殊なために探触子を当接することができないものについては、検査を行うことができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、内部の欠陥が微少であっても、十分な感度で検出でき、しかも非接触で検査対象内部の欠陥の検査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。
【０００７】
【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、第一及び第二のレーザービームを発するレーザービーム発生手段と、前記第一及び第二のレーザービームのいずれか一方又は両方の光周波数をシフトして両者の光周波数に所定の差を設ける光周波数差設定手段と、前記第一及び第二のレーザービームのうち、少なくとも一方を拡散ビームとして、両レーザービームを検査対象の所定の部位に所定の角度で照射するレーザービーム照射手段と、前記検査対象に生じた超音波を観測する超音波観測手段とを有し、前記レーザービーム照射手段によって検査対象に照射される第一のレーザービームと第二のレーザービームとの干渉及び干渉縞の移動によって、検査対象の内部で収束する超音波を発生させるとともに、この超音波の欠陥による反射エコーを前記超音波観測手段によって観測することにより、検査対象内部の欠陥を検出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明であるレーザー超音波検査装置は、請求項１記載の発明において、前記レーザービーム照射手段は凹レンズを含み、前記第一又は第二のレーザービームを当該凹レンズで拡散ビームとすることを特徴とする。
請求項３記載の発明であるレーザー超音波検査装置は、請求項１又は２記載の発明において、前記第一及び第二のレーザービームは、単一のレーザー光源から発せられたレーザービームを分岐して得ることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明であるレーザー超音波検査装置は、請求項１，２又は３記載の発明において、前記超音波観測手段は、検査対象の観測点に観測用レーザービームを照射し、その反射光をファブリ・ペロー干渉計に導き、前記反射光が前記観測点の超音波振動によって受けるドップラーシフトを前記ファブリ・ペロー干渉計の出射光強度の変化として捉えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明であるレーザー超音波検査装置は、請求項１，２，３又は４記載の発明において、前記光周波数差設定手段は、光周波数をシフトさせようとするレーザービームを入射させる音響光学素子と、前記音響光学素子に電気信号を供給する発振器からなり、前記電気信号の周波数を制御することによって前記レーザービームの光周波数をシフトさせることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明であるレーザー超音波検査装置は、請求項１，２，３，４又は５記載の発明において、検査対象の前記所定の部位に照射される第一及び第二のレーザービームのビーム径が所定の寸法となるよう前記第一又は第二のレーザービームのビーム径を拡大し又は縮小するビームエキスパンダを設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明であるレーザー超音波検査方法は、所定の光周波数を有する二つのレーザービームをそれぞれ所定の角度で検査対象の所定の部位に照射する際に、前記二つのレーザービームのうち少なくとも一方を拡散ビームとすることにより、前記二つのレーザービームの干渉によって検査対象内に発生した超音波を欠陥が存在しうる部位において収束させ、この超音波の欠陥における反射エコーを観測することによって、検査対象内部の欠陥を検出することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態のレーザー超音波検査装置の全体的な構成を示す図である。ｘ軸、ｙ軸を図１に示すようにとり、また、これらの軸に直交する軸をｚ軸とする。
【００１４】
図１において、ＣＯ_２レーザー１０は、超音波発生用のレーザー光源であり、ここではＣＯ_２レーザーを用いる。ＣＯ_２レーザー１０は数種類の波長のレーザービームを発生することができるが、ここでは、波長λ_０＝１０．６μｍのレーザービームを用いる。このレーザービームの光周波数をｆ_０とすると、ｆ_０＝ｃ［ｍ／ｓｅｃ］／１０．６［μｍ］（ｃは光速）である。
【００１５】
図１において、ＣＯ_２レーザー１０から放射されたレーザービームは、ビームスプリッタ１１によって、ここで反射されるレーザービームと、ここを透過するレーザービームに分けられる。ビームスプリッタ１１で反射されたレーザービームはビームエキスパンダ３０に入り、ここでビーム幅が拡大されて、音響光学素子（ＡＯＭ）１２に入射する。一方、ビームスプリッタ１１を透過したレーザービームは、ミラー１３で反射され、ビームエキスパンダ３１でビーム幅が縮小されて、音響光学素子（ＡＯＭ）１４に入射する。
【００１６】
音響光学素子１２，１４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−ＯｐｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔｅｒ：ＡＯＦＳ）として利用する。音響光学素子は、これに適当な周波数の電気信号を与えることによって、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、光がこの屈折率の変動領域に入射すると、その光は回折を起こす。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ｆ_ｉ、一次回折光の光周波数をｆ_ｄ、超音波の周波数（発振器の信号周波数）をｆ_ａとすると、
ｆ_ｄ＝ｆ_ｉ±ｆ_ａ（１）
となる。ここで、±の符号は、回折される方向によって決まる。
【００１７】
本実施形態では、音響光学素子１２には発振器１５から、また、音響光学素子１４には発振器１６から、それぞれ適当な周波数の電気信号を与える。したがって、音響光学素子１２から出射されるレーザービーム１７及び音響光学素子１４から出射されるレーザービーム１８の光周波数は、前述の（１）式に基づいて、元の光周波数ｆ_０からシフトする。
【００１８】
音響光学素子１２から出射されたレーザービーム１７は、適当な光学系（図示せず）によって、鋼材１上の所定の部位に照射される。これに対し、音響光学素子１４から出射されたレーザービーム１８は、凹レンズ３２によって、幅が徐々に広がる拡散ビームとされてから、レーザービーム１７と共通の部位に照射される。なお、レーザービーム１７，１８は、ともに、鋼材１に照射されるときに、それぞれのビーム軸がｘ−ｚ平面と平行な面内にあるようにする。
【００１９】
前述のレーザービーム１７及び１８は、鋼材１の内部に超音波を発生させるためのものであるが、本実施形態では、鋼材１の内部を伝播し欠陥によって反射された超音波のエコーの観測にも、レーザーを利用する。
図１において、アルゴン（Ａｒ）レーザー２０は、超音波の反射エコーの観測に用いるレーザー光源である。Ａｒレーザー２０から放射されたレーザービーム２４は、ハーフミラー２１及び適当な光学系（図示せず）を経て、鋼材１の表面の所定の部位に照射される。照射されたレーザービーム２４の一部は鋼材１の表面で反射され、反射光はハーフミラー２１で更に反射されて、ファブリ・ペロー干渉計２２に入射する。
【００２０】
欠陥で反射された超音波のエコーが鋼材１の表面のレーザービーム２４の照射部位に戻ると、この部分が超音波振動をする。すると、この部位で反射されるレーザービーム２４の反射ビームは、この超音波振動による表面の変位速度に基づいてドップラーシフトを受け、反射ビームの光周波数は元の光周波数から変位する。
【００２１】
ファブリ・ペロー干渉計２２は、これに入射するビームの光周波数によって、出射光の強度が図２のように変化する。すなわち、出射光強度は、ある特定の光周波数において急峻なピークを示すが、ピークの前後では速やかに低下する。このピークを示す光周波数は、ファブリ・ペロー干渉計２２の共振器長を調節することによって変えることができる。そこで、図２に示す曲線の傾きが最大となる光周波数（例えば図２のＡ点）がＡｒレーザーの光周波数と一致するようにファブリ・ペロー干渉計２２の共振器長を予め調整しておけば、光周波数の僅かな変位±Δνを、相対的に大きな透過光強度の変化±ΔＩに変換できる。透過光強度は、光検出器２３を用いて電気信号に変換されるので、最終的には、光周波数の変位を電気的な波形として捉えることができ、これにより欠陥において反射された超音波の反射エコーを観測できる。
【００２２】
次に、レーザービーム１７とレーザービーム１８の干渉による超音波の発生について説明する。
音響光学素子１２から出射されるレーザービーム１７と音響光学素子１４から出射されるレーザービーム１８が鋼材１の共通の部位に照射されると、二つのビームは干渉しあい、光波が強め合うところと弱め合うところが交互に現れる干渉縞を生じる。更に、二つのレーザービームの光周波数が僅かに異なることから、この干渉縞はｘ軸方向に移動する。干渉によって生じる干渉縞は熱応力のパターンに対応するため、このパターンに応じた超音波が、鋼材１の内部に発生する。この干渉縞の移動速度と超音波の進行方向とは、密接に関係する。
【００２３】
図３は、干渉縞の移動速度と、干渉縞によって発生する超音波の進行方向の関係を示した図である。超音波が鋼材１の内部へ伝播するとして、そのときの音速をｖ_ａｃｏとし、干渉縞の速度をｖ_ｆとすると、
φ＝ｓｉｎ^−１（ｖ_ａｃｏ／ｖ_ｆ）（２）
という関係がある。すなわち、干渉縞の速度ｖ_ｆを超音波の速度ｖ_ａｃｏをよりも大きくすることによって、鋼材１の内部へ進行する超音波を発生させることができ、また、超音波の音速ｖ_ａｃｏが一定であることから、干渉縞の速度ｖ_ｆを変えることによって超音波の進行方向φを制御することができる。以上については、前掲のＨｉｄｅｏＮＩＳＨＩＮＯｅｔａｌ．「ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＤｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌｏｆＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅｓｂｙＰｈａｓｅＶｅｌｏｃｉｔｙＳｃａｎｎｉｎｇｏｆＬａｓｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＦｒｉｎｇｅｓ」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４（１９９５）ｐｐ２８７４−２８７８）において、実験と理論の両面から説明されている。
【００２４】
鋼材１の内部に欠陥が存在し、鋼材１の内部を伝播する超音波がこの欠陥に当たると、超音波の反射が起こる。したがって、この反射エコーを、前述のＡｒレーザー２０、ファブリ・ペロー干渉計２２、光検出器２３等からなる観測系で観測することによって、鋼材内部の欠陥を非破壊で検出することができる。
図４は、図１に示した二つのレーザービーム１７，１８と、これらの照射部位の近傍を拡大し、かつ模式化して示している。なお、レーザービーム１８は、凹レンズ３２を通過した後の状態を示している。この凹レンズ３２を通過した後のレーザービーム１８を、等価的に一点を源とするビームと考える。図４ではこの仮想的な点をＱとする。また、図４のｘ座標、ｙ座標の取り方は、図１に対応している。
【００２５】
図４に示すように、レーザービーム１７の入射角はｚ軸からｘ軸の負側に計ってθ_０とする。これに対し、レーザービーム１８については、ビームの広がりがあるため、場所によって入射角が異なる。そこで、図４において最も右側の点Ｓ_１での入射角（ｘ軸の正側に計る。ビーム１８については以下同様）をθ_１，最も左側の点Ｓ_２での入射角をθ_２とし、Ｓ_１とＳ_２の間の任意の点Ｓ_ｒ（この点のｘ座標をｒとする）での入射角をθ_ｒとする。
【００２６】
このとき、二つのレーザービーム１７，１８が共通に照射される部位における光の振幅は、次のように表される。
【００２７】
【数１】

【００２８】
ここで、（３）式の右辺第１項はレーザービーム１７の光の振幅の変化を表し、右辺第２項は点Ｓ_ｒにおけるレーザービーム１８（入射角はθ_ｒ）の光の振幅の変化を表す。また、Ｉ_１，Ｉ_２は、それぞれのレーザービームの最大振幅を表し、ｋ_１，ｋ_２は、各レーザービームの波数を表し、ω_１，ω_２は、各レーザービームの角周波数を表す。レーザービーム１７の光周波数をｆ_１、波長をλ_１、レーザービーム１８の光周波数をｆ_２、波長をλ_２とすると、これらの間には次の関係がある。
ｋ_１＝２π／λ_１，ｋ_２＝２π／λ_２
ω_１＝２πｆ_１，ω_２＝２πｆ_２
λ_１＝ｃ／ｆ_１，λ_２＝ｃ／ｆ_２
（３）式に基づいて、照射位置１９における光の強度を計算すると、
【００２９】
【数２】

【００３０】
となる。ここで、Ｋ（＝２π／λ_０≒ｋ_１≒ｋ_２）は、ＣＯ_２レーザー１０から放射されたレーザービームの波数であり、ω_ａは、
ω_ａ＝ω_２−ω_１＝２π（ｆ_２−ｆ_１）
である。
（４）式の右辺第３項は、干渉縞が波のようにｘ軸方向に移動することを示している。この場合、干渉縞の進行速度をｖ_ｆ、干渉縞の波数をｋ_ｆ、干渉縞の波長をλ_ｆとすると、
ｋ_ｆ＝Ｋ（ｓｉｎθ_０＋ｓｉｎθ_ｒ）（５）
ｖ_ｆ＝ω_ａ／Ｋ（ｓｉｎθ_０＋ｓｉｎθ_ｒ）
＝λ_０（ｆ_２−ｆ_１）／（ｓｉｎθ_０＋ｓｉｎθ_ｒ）（６）
と表される。なお、λ_０は、前述のように、ＣＯ_２レーザー１０から放射されるレーザービームの波長である。
【００３１】
ところで、レーザービーム１８の仮想的な源である点Ｑの座標を（ｘ_０，ｙ_０）とすると、点Ｓ_ｒにおける入射角θ_ｒは、
θ_ｒ＝ｔａｎ^−１（（ｘ_０−ｒ）／ｙ_０）
と表わされ、これを用いると、（５）式のｋ_ｆは、
ｋ_ｆ＝Ｋ｛ｓｉｎθ_０＋ｓｉｎ［ｔａｎ^−１（（ｘ_０−ｒ）／ｙ_０）］｝
となる。この式から、干渉縞の波数がｘ軸上の位置によって異なること、すなわち干渉縞の移動速度がｘ軸上の位置によって異なることが分かる。
【００３２】
ところで、干渉縞の速度ｖ_ｆは、前述のように（６）式を満たすが、θ_ｒは、図４のＳ_１とＳ_２の間で連続的に変化するので、発生する超音波の進行方向を示す角度φ_ｒも、θ_ｒとともに変化する。すなわち、図４では、最も右側の点Ｓ_１におけるφ_１が最も小さく、入射点が左側に移動するに従ってφ_ｒは大きくなり、最も左側の点Ｓ_２におけるφ_２が最も大きい。その結果、図４に示すように、鋼材１の表面のうち、二つのレーザービームが干渉を生じている部位の各点から鋼材１の内部へ進行する超音波は、次第に収束してゆく。
【００３３】
超音波が収束すると、最も収束した部分における超音波のエネルギー密度は高くなる。このため、収束部に欠陥が存在すると、その欠陥の大きさが同じであっても、反射エコーのエネルギーはこれまでよりも大きくなる。したがって、欠陥検出の精度が向上し、これまでよりも小さな欠陥を検出することが可能となる。鋼材１の内部のどこに収束させるかは、二つのレーザービームの入射角や凹レンズ３２の焦点距離などによって調節することができる。具体的には、（４）式から、二つのレーザービームの入射角θ_０及びθ_ｒ０（θ_ｒ０は、レーザービーム１８の原点Ｏにおける入射角とする）のうち少なくとも一方を変えることによって、干渉縞の波長（空間的な周期）λ_ｆ（＝２π／ｋ_ｆ）を調節できることが分かる。また、（５）式から、二つのレーザービームの入射角と、二つのレーザービームの光周波数差を適当に調整することによって、干渉縞の移動速度を変え得ることが分かる。
【００３４】
そこで、まず、干渉縞の波長が所望の波長となるよう（５）式からθ_０又はθ_ｒ０を決め、これらを（６）式に代入して、所望の速度ｖ_ｆとなるように二つのレーザービームの周波数差（ｆ_２−ｆ_１）を決め、この周波数差（ｆ_２−ｆ_１）が得られるように、音響光学素子１２，１４に供給する信号の周波数を決定することによって、干渉縞の所望の波長及び所望の移動速度が得られる。
【００３５】
本発明のレーザー超音波装置は、欠陥の存在位置がある程度予想できる場合、あるいは欠陥検査を行いたい領域が比較的狭い場合の検査に適している。例えば、鋼材と鋼材を突き合わせ溶接した部分を、その溶接部位にそって、溶接部に欠陥がないかどうかを検査する場合などに適用することができる。図５は、これを示したものである。図５において、溶接部４０は、二つの鋼材４１と４２を突き合わせ溶接した部分である。この内部に欠陥があると、製品の品質上種々の問題を生じるので、事前に非破壊で欠陥の有無を検査しておく必要がある。
【００３６】
従来は、このような溶接部４０の検査には、主として楔形超音波探触子を用いた斜角探傷法が採用されていた。しかし、従来の斜角探傷法は、楔形超音波探触子を検査対象である鋼材４１又は４２の表面に接触させる必要がある。このため、検査対象が高温であったり、あるいは検査対象が特殊な形状をしているといった場合には、探触子を検査対象に接触させることができない場合があり、このため検査できるものの範囲に制限があった。
【００３７】
これに対して、本実施形態では、レーザー超音波法によって発生させる超音波を、鋼材内部の斜め方向に進行させることができ、その方向も図５に、４４，４５で示すように、ある程度調節できる。しかも、このように斜めに進行する超音波をある点に収束させて検査部位でのエネルギー密度を高めることができる。このため、欠陥が小さいものであっても、高い精度でこれを検出することができる。また、本実施形態のレーザー超音波検査装置は非接触型であるため、これまで楔形超音波探触子を用いた斜角探傷法で検査していたものを検査できるほか、従来、この斜角探傷法では検査できなかった対象物も、本実施形態のレーザー超音波装置を用いることによって検査可能になる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、単一のＣＯ_２レーザー１０から発せられるビームを二つに分けてレーザービーム１７，１８としたが、二つのレーザー光源を予め用意し、それぞれから放射されるレーザービームを干渉させて超音波を発生させるようにしてもよい。また、上記実施形態では、二つのレーザービーム１７，１８の光周波数差の設定が容易となるよう二つの音響光学素子１２，１４を設けたが、場合によってはどちらか一方のレーザービームだけについて音響光学素子で光周波数をシフトさせてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非接触、非破壊で検査することが可能なレーザー超音波法によって、所定の角度で検査対象の内部へ進行し所定の検査部位で収束する超音波を生じさせることができる。これにより、検査部位でのエネルギー密度が高まり、したがって欠陥で反射される超音波の反射エコーの強度も高くなり、これまで検出が困難だった微少な欠陥についても精度よく検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のレーザー超音波検査装置の全体的な構成を示す図である。
【図２】入射光の光周波数の変化によって出射光強度がどのように変化するかを示したファブリ・ペロー干渉計の特性図である。
【図３】干渉縞の移動速度と干渉縞によって発生する超音波の進行方向との関係を示した図である。
【図４】二つのレーザービームの照射位置の近傍を拡大して示した図である。
【図５】鋼材を突き合わせ溶接した部分の検査の態様を説明するための図である。
【符号の説明】
１鋼材
１０ＣＯ_２レーザー
１１ビームスプリッタ
１２，１４音響光学素子（ＡＯＭ）
１３ミラー
１５，１６発振器
１７，１８，２４レーザービーム
２０アルゴン（Ａｒ）レーザー
２１ハーフミラー
２２ファブリ・ペロー干渉計
２３光検出器
３０，３１ビームエキスパンダ
３２凹レンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, two laser beams having slightly different optical frequencies cause interference in an inspection object, and a defect inside the inspection object is non-destructively used by using ultrasonic waves generated in the inspection object based on the interference fringes. The present invention relates to a laser ultrasonic inspection apparatus and a laser ultrasonic inspection method for detecting.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A laser ultrasonic method is known as a method for detecting internal defects and the like of various materials in a non-destructive manner and without contacting an inspection object. In this method, a laser beam is irradiated on the surface of the inspection object to excite ultrasonic waves on the surface or inside of the inspection object. When this ultrasonic wave hits a defect in the process of propagating through the inspection object, a reflected echo is generated there. The object to be inspected is irradiated with a laser beam for reflection echo observation separately from the laser beam for generating ultrasonic waves. When a reflected echo from a defect reaches this irradiated portion, its surface vibrates, so that the reflected beam of the laser beam undergoes a Doppler shift and the optical frequency is displaced. By detecting the displacement of the optical frequency of the reflected beam with, for example, a Fabry-Perot interferometer, a reflected echo of the ultrasonic wave is observed, and a defect inside the inspection object is detected based on the echo.
[0003]
A method for transmitting this ultrasonic wave in a specific direction of a sample is described in H. (H. Nishino et al., "Generation and Directivity Control of Bulk Acoustic Waves by Phase Velocity J.P.Eng. In this method, the laser beam for generating an ultrasonic wave is branched into two parts, and the two parts are irradiated on the same part of the sample to cause interference in this part. By changing the frequency slightly, the interference fringes generated at the irradiated area can be moved at high speed. By adjusting the angle of incidence to the frequency difference and the sample surface, it is possible to advance the ultrasonic waves in a specific direction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, H. The method proposed by Nishino et al. Allows ultrasonic waves to travel in a specific direction, and is therefore suitable for defect inspection in situations where the existence of defects can be predicted to some extent, for example, inspection of a welded spot where two steel materials are butt-welded. It is conceivable to apply. However, the ultrasonic wave generated by this method travels while gradually diffusing, and when the defect is minute, the intensity of the echo of the ultrasonic wave reflected by the defect is small. For this reason, it is considered that a minute defect cannot be sufficiently detected.
[0005]
Conventionally, a method using a wedge-shaped ultrasonic probe has been used for detecting a defect at a welding portion. However, this method requires that the ultrasonic probe be brought into contact with the inspection object, so that the inspection object is extremely hot or the probe cannot be abutted because of its special shape. Has a problem that the inspection cannot be performed.
[0006]
The present invention has been made based on the above circumstances, and is capable of detecting a defect inside a test object in a non-contact manner with sufficient sensitivity even if the internal defect is very small. It is an object to provide an ultrasonic inspection apparatus and a laser ultrasonic inspection method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a laser ultrasonic inspection apparatus according to the first aspect of the present invention comprises: a laser beam generating unit that emits first and second laser beams; An optical frequency difference setting means for shifting one or both optical frequencies to provide a predetermined difference between the two optical frequencies, and at least one of the first and second laser beams as a diffused beam; A laser beam irradiating unit for irradiating a predetermined portion of the inspection target with a predetermined angle, and an ultrasonic observation unit for observing an ultrasonic wave generated in the inspection target, and irradiating the inspection target with the laser beam irradiation unit The interference between the first laser beam and the second laser beam and the movement of the interference fringes generate ultrasonic waves converging inside the inspection object, and , By observing the reflected echo due to defects of the ultrasonic by the ultrasonic observation means, and detecting a test object internal defects.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the laser ultrasonic inspection apparatus according to the first aspect, the laser beam irradiating means includes a concave lens, and the first or second laser beam is converted into a divergent beam by the concave lens. It is characterized by the following.
According to a third aspect of the present invention, in the laser ultrasonic inspection apparatus according to the first or second aspect, the first and second laser beams branch a laser beam emitted from a single laser light source. It is characterized by obtaining.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the laser ultrasonic inspection apparatus according to the first, second, or third aspect, the ultrasonic observation means irradiates an observation laser beam to an observation point to be inspected, and reflects the laser beam. Light is guided to a Fabry-Perot interferometer, and the Doppler shift that the reflected light receives due to ultrasonic vibration at the observation point is regarded as a change in the intensity of light emitted from the Fabry-Perot interferometer.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, in the laser ultrasonic inspection apparatus according to the first, second, third or fourth aspect, the optical frequency difference setting means causes a laser beam to shift an optical frequency to enter. An acousto-optic device and an oscillator for supplying an electrical signal to the acousto-optic device, wherein the optical frequency of the laser beam is shifted by controlling the frequency of the electrical signal.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the laser ultrasonic inspection apparatus according to the first, second, third, fourth, or fifth aspect, wherein the first and second laser beams are applied to the predetermined portion of the inspection object. A beam expander for expanding or reducing the beam diameter of the first or second laser beam so that the beam diameter of the first or second laser beam becomes a predetermined size.
[0012]
The laser ultrasonic inspection method according to the invention according to claim 7, wherein when irradiating two laser beams having a predetermined optical frequency to a predetermined portion of the inspection object at a predetermined angle, the two laser beams By making at least one of the diffused beams, the ultrasonic wave generated in the inspection object by the interference of the two laser beams is converged at a portion where a defect may exist, and by observing the reflected echo at the ultrasonic defect. And detecting a defect inside the inspection object.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a laser ultrasonic inspection apparatus according to one embodiment of the present invention. The x-axis and the y-axis are taken as shown in FIG. 1, and the axis perpendicular to these axes is the z-axis.
[0014]
In FIG. 1, a CO ₂ laser 10 is a laser light source for generating ultrasonic waves, and here, a CO ₂ laser is used. The CO ₂ laser 10 can generate laser beams having several kinds of wavelengths. Here, a laser beam having a wavelength λ ₀ = 10.6 μm is used. Assuming that the optical frequency of this laser beam is f ₀ , f ₀ = c [m / sec] /10.6 [μm] (c is the speed of light).
[0015]
In FIG. 1, a laser beam emitted from a CO ₂ laser 10 is divided by a beam splitter 11 into a laser beam reflected here and a laser beam transmitted therethrough. The laser beam reflected by the beam splitter 11 enters the beam expander 30, where the beam width is expanded and enters the acousto-optic device (AOM) 12. On the other hand, the laser beam transmitted through the beam splitter 11 is reflected by the mirror 13, the beam width is reduced by the beam expander 31, and enters the acousto-optic device (AOM) 14.
[0016]
The acousto-

optic elements

12 and 14 are elements utilizing an acousto-optic effect, and are used here as an acousto-optic frequency shifter (AOFS). The acousto-optic device gives an electric signal of an appropriate frequency to the acousto-optic device, whereby the medium provided therein performs ultrasonic vibration, and the elastic strain and the pressure change depending on the location. Due to this, a refractive index fluctuation having a period of the wavelength of the ultrasonic wave occurs in the medium, and when the light is incident on the refractive index fluctuation region, the light is diffracted. 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. In other words, the optical frequency of the incident light f _i, first-order diffracted light of the optical frequency f _d, the frequency of the ultrasonic wave (signal frequency of the oscillator) When f _a,
f _d = f _i ± f _a (1)
It becomes. Here, the sign of ± is determined by the direction of diffraction.
[0017]
In the present embodiment, an electric signal of an appropriate frequency is applied to the acousto-optic element 12 from the oscillator 15 and an acousto-optic element 14 is applied to the oscillator 16 from the appropriate frequency. Therefore, the optical frequency of the laser beam 17 emitted from the acousto-optic element 12 and the optical frequency of the laser beam 18 emitted from the acousto-optic element 14 are shifted from the original optical frequency f ₀ based on the above-mentioned equation (1).
[0018]
The laser beam 17 emitted from the acousto-optic element 12 is applied to a predetermined portion on the steel material 1 by an appropriate optical system (not shown). On the other hand, the laser beam 18 emitted from the acousto-optic element 14 is formed into a diffuse beam whose width gradually increases by the concave lens 32, and is then applied to a portion common to the laser beam 17. When the steel beams 1 are irradiated with the

laser beams

17 and 18, both beam axes are in a plane parallel to the xz plane.
[0019]
The above-described

laser beams

17 and 18 are for generating ultrasonic waves inside the steel material 1. In the present embodiment, the

laser beams

17 and 18 are used for observing echoes of the ultrasonic waves propagated inside the steel material 1 and reflected by defects. Also, use a laser.
In FIG. 1, an argon (Ar) laser 20 is a laser light source used for observing a reflected echo of an ultrasonic wave. The laser beam 24 emitted from the Ar laser 20 passes through the half mirror 21 and an appropriate optical system (not shown), and is applied to a predetermined portion on the surface of the steel material 1. A part of the irradiated laser beam 24 is reflected by the surface of the steel material 1, and the reflected light is further reflected by the half mirror 21 and enters the Fabry-Perot interferometer 22.
[0020]
When the echo of the ultrasonic wave reflected by the defect returns to the irradiation position of the laser beam 24 on the surface of the steel material 1, this portion vibrates ultrasonically. Then, the reflected beam of the laser beam 24 reflected by this portion undergoes a Doppler shift based on the surface displacement speed due to the ultrasonic vibration, and the optical frequency of the reflected beam is displaced from the original optical frequency.
[0021]
In the Fabry-Perot interferometer 22, the intensity of outgoing light changes as shown in FIG. 2 depending on the optical frequency of the beam incident thereon. That is, the output light intensity shows a steep peak at a certain specific optical frequency, but rapidly drops before and after the peak. The optical frequency showing this peak can be changed by adjusting the resonator length of the Fabry-Perot interferometer 22. Therefore, the resonator length of the Fabry-Perot interferometer 22 should be adjusted in advance so that the optical frequency at which the slope of the curve shown in FIG. 2 becomes maximum (for example, point A in FIG. 2) matches the optical frequency of the Ar laser. For example, a slight change in the optical frequency ± Δν can be converted into a relatively large change in transmitted light intensity ± ΔI. Since the transmitted light intensity is converted into an electric signal using the photodetector 23, finally, the displacement of the optical frequency can be captured as an electric waveform, whereby the ultrasonic wave reflected at the defect can be detected. The reflected echo can be observed.
[0022]
Next, generation of ultrasonic waves due to interference between the

laser beams

17 and 18 will be described.
When a laser beam 17 emitted from the acousto-optic element 12 and a laser beam 18 emitted from the acousto-optic element 14 irradiate a common portion of the steel material 1, the two beams interfere with each other, and light waves are strengthened and weakened. Interference fringes appear where they meet alternately. Further, since the optical frequencies of the two laser beams are slightly different, the interference fringes move in the x-axis direction. Since the interference fringes generated by the interference correspond to the thermal stress pattern, an ultrasonic wave corresponding to the pattern is generated inside the steel material 1. The moving speed of the interference fringes and the traveling direction of the ultrasonic waves are closely related.
[0023]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the moving speed of the interference fringes and the traveling direction of the ultrasonic waves generated by the interference fringes. As ultrasound is propagated to the inside of the steel product 1, when the sound speed at that time and v _aco, the speed of the interference fringes and v _f,
^{_{_{φ = sin -1 (v aco /}}} v f) (2)
There is a relationship. That is, by making the speed v _{f of the} interference fringes higher than the speed v _aco of the ultrasonic wave, it is possible to generate an ultrasonic wave traveling inside the steel material 1, and the sound speed v _{aco of the} ultrasonic wave is constant. Therefore, the traveling direction φ of the ultrasonic wave can be controlled by changing the speed v _{f of the} interference fringes. The above is described in the above-mentioned Video NISHINO et al. "Generation and Directivity Control of Bulk Acoustic Waves by Phase Velocity Scanning of Laser Interference Rings. Both sides are described in the theory from Jpn. J. Appl.
[0024]
When a defect exists inside the steel material 1 and an ultrasonic wave propagating inside the steel material 1 hits this defect, reflection of the ultrasonic wave occurs. Therefore, by observing this reflected echo with an observation system including the above-described Ar laser 20, Fabry-Perot interferometer 22, photodetector 23, etc., it is possible to detect defects inside the steel material in a non-destructive manner.
FIG. 4 shows the two

laser beams

17 and 18 shown in FIG. 1 and the vicinity of these irradiated portions in an enlarged and schematic manner. Note that the state after the laser beam 18 has passed through the concave lens 32 is shown. The laser beam 18 after passing through the concave lens 32 is equivalently considered to be a beam originating from one point. In FIG. 4, this virtual point is denoted by Q. Further, the way of obtaining the x coordinate and the y coordinate in FIG. 4 corresponds to FIG.
[0025]
As shown in FIG. 4, the incident angle of the laser beam 17 is set to θ ₀ measured from the z axis to the negative side of the x axis. On the other hand, the incident angle of the laser beam 18 differs depending on the location because the beam spreads. Therefore, the right-most point of incidence angle at S ₁ ₁ (the measure on the positive side of the x-axis. Hereinafter the same for the beam 18) _theta, most the incident angle of the left side of the point S ₂ and theta ₂ in FIG. 4, The incident angle at an arbitrary point S _r between S ₁ and S ₂ (the x coordinate of this point is r) is θ _r .
[0026]
At this time, the amplitude of light at a portion where the two

laser beams

17 and 18 are commonly irradiated is expressed as follows.
[0027]
(Equation 1)

[0028]
Here, the first term on the right side of the equation (3) represents a change in the amplitude of the light of the laser beam 17, and the second term on the right side represents a change in the amplitude of the light of the laser beam 18 (the incident angle is θ _r ) at the point S _r . Represents I ₁ and I ₂ represent the maximum amplitude of each laser beam, k ₁ and k ₂ represent the wave numbers of each laser beam, and ω ₁ and ω ₂ represent the angular frequency of each laser beam. Assuming that the optical frequency of the laser beam 17 is f ₁ , the wavelength is λ ₁ , the optical frequency of the laser beam 18 is f ₂ , and the wavelength is λ ₂ , the following relationship exists.
k ₁ = 2π / λ ₁ , k ₂ = 2π / λ ₂
ω ₁ = 2πf ₁ , ω ₂ = 2πf ₂
λ ₁ = c / f ₁ , λ ₂ = c / f ₂
When the light intensity at the irradiation position 19 is calculated based on the equation (3),
[0029]
(Equation 2)

[0030]
It becomes. Here, K (= 2π / λ ₀ ≒ k ₁ ≒ k ₂ ) is the wave number of the laser beam emitted from the CO ₂ laser 10, and ω _a is
ω _a = ω ₂ −ω ₁ = 2π (f ₂ −f ₁ )
It is.
The third term on the right side of equation (4) indicates that the interference fringes move in the x-axis direction like waves. In this case, assuming that the traveling speed of the interference fringes is v _f , the wave number of the interference fringes is k _f , and the wavelength of the interference fringes is λ _f ,
_{_{k f = K (sinθ 0 +}} sinθ r) (5)
v _f = ω _a / K (sin θ ₀ + sin θ _r )
= Λ ₀ (f ₂ −f ₁ ) / (sin θ ₀ + sin θ _r ) (6)
It is expressed as Note that λ ₀ is the wavelength of the laser beam emitted from the CO ₂ laser 10 as described above.
[0031]
Incidentally, when the coordinates of the virtual source at a point Q of the laser beam 18 and _(x 0, _{y 0),} the incident angle theta _r at point _{S r,}
θ _r = tan ⁻¹ ((x ₀ −r) / y ₀ )
Expressed as, the use of this expression (5) _{k f} is
_{_{k f = K {sinθ 0 +}} sin [tan -1 ((x 0 -r) / y 0)]}
It becomes. From this equation, it can be seen that the wave number of the interference fringe varies depending on the position on the x-axis, that is, the moving speed of the interference fringe varies depending on the position on the x-axis.
[0032]
By the way, the velocity v _{f of the} interference fringes satisfies the expression (6) as described above, but θ _r changes continuously between S ₁ and S _{2 in} FIG. The angle φ _r indicating the direction also changes with θ _r . That is, in FIG. 4, right most point S phi ₁ is the smallest in the _1, phi _r increases as the incident point moves to the left, phi ₂ is largest in the leftmost point S _2. As a result, as shown in FIG. 4, the ultrasonic waves traveling into the inside of the steel material 1 from the respective points on the surface of the steel material 1 where two laser beams interfere with each other gradually converge.
[0033]
When the ultrasonic waves converge, the energy density of the ultrasonic waves in the most converged portion increases. For this reason, if a defect is present in the converging portion, the energy of the reflected echo becomes larger than before even if the size of the defect is the same. Therefore, the accuracy of defect detection is improved, and it is possible to detect a smaller defect than before. Where the laser beam is focused inside the steel material 1 can be adjusted by the incident angles of the two laser beams, the focal length of the concave lens 32, and the like. Specifically, from equation (4), by changing at least one of the incident angles θ ₀ and θ _r0 (θ _r0 is the incident angle at the origin O of the laser beam 18) of the two laser beams, the interference It can be seen that the wavelength (spatial period) λ _f (= 2π / k _f ) of the fringes can be adjusted. Also, from equation (5), it can be seen that the moving speed of the interference fringes can be changed by appropriately adjusting the incident angles of the two laser beams and the optical frequency difference between the two laser beams.
[0034]
Therefore, first, wavelength determines the desired so that the wavelength (5) theta from equation ₀ or theta _r0 of the interference fringes, by substituting them into equation (6), two to a desired speed v _f determining the frequency difference between the laser beam _(f 2 -f _1), as the frequency difference _(f 2 -f ₁₎ is obtained by determining the frequency of the signal supplied to the acoustic optical element 12, the interference A desired wavelength of the fringes and a desired moving speed are obtained.
[0035]
The laser ultrasonic apparatus according to the present invention is suitable for an inspection where the existence position of a defect can be predicted to some extent, or where an area where the defect inspection is to be performed is relatively narrow. For example, the present invention can be applied to a case where a butt-welded portion of a steel material and a steel material is inspected along the welded portion for any defect in the welded portion. FIG. 5 illustrates this. In FIG. 5, a welded portion 40 is a portion where two

steel materials

41 and 42 are butt-welded. If there is a defect inside this, various problems occur in the quality of the product. Therefore, it is necessary to inspect nondestructively for defects beforehand.
[0036]
Conventionally, an oblique flaw detection method using a wedge-shaped ultrasonic probe has been adopted for the inspection of such a welded portion 40. However, in the conventional oblique flaw detection method, it is necessary to bring the wedge-shaped ultrasonic probe into contact with the surface of the

steel material

41 or 42 to be inspected. For this reason, when the inspection target is hot or when the inspection target has a special shape, the probe may not be able to contact the inspection target, and therefore, the range of the inspection target is limited. There were restrictions.
[0037]
On the other hand, in the present embodiment, the ultrasonic waves generated by the laser ultrasonic method can be made to travel in an oblique direction inside the steel material, and the direction can be adjusted to some extent as shown by 44 and 45 in FIG. it can. In addition, it is possible to converge the obliquely propagating ultrasonic waves to a certain point, thereby increasing the energy density at the inspection site. Therefore, even if the defect is small, it can be detected with high accuracy. In addition, since the laser ultrasonic inspection apparatus of the present embodiment is a non-contact type, it can inspect what was previously inspected by the oblique flaw detection method using a wedge-shaped ultrasonic probe. An object that cannot be inspected by the flaw detection method can be inspected by using the laser ultrasonic apparatus of the present embodiment.
[0038]
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, the beam emitted from the single CO ₂ laser 10 is divided into two to form the

laser beams

17 and 18. However, two laser light sources are prepared in advance, and the laser beams emitted from each are The ultrasonic waves may be generated by causing interference. In the above embodiment, the two acousto-

optic elements

12 and 14 are provided to facilitate setting of the optical frequency difference between the two

laser beams

17 and 18. However, in some cases, only one of the laser beams 17 The optical frequency may be shifted by an optical element.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, non-contact, non-destructive, ultrasonic waves that can be inspected by a laser ultrasonic method are advanced into the inspection object at a predetermined angle and converge at a predetermined inspection site. Can be caused. As a result, the energy density at the inspection site is increased, and therefore, the intensity of the reflected echo of the ultrasonic wave reflected by the defect is also increased, so that even a minute defect that has been difficult to detect can be detected with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a laser ultrasonic inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of a Fabry-Perot interferometer showing how an output light intensity changes according to a change in an optical frequency of incident light.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a moving speed of an interference fringe and a traveling direction of an ultrasonic wave generated by the interference fringe.
FIG. 4 is an enlarged view showing the vicinity of irradiation positions of two laser beams.
FIG. 5 is a view for explaining an aspect of inspection of a portion where a steel material is butt-welded.
[Explanation of symbols]
1 steel 10 CO ₂ laser 11

beam splitter

12 and 14 acoustooptic element (AOM)
Reference Signs List 13

mirror

15, 16

oscillator

17, 18, 24 laser beam 20 argon (Ar) laser 21 half mirror 22 Fabry-Perot interferometer 23

photodetector

30, 31 beam expander 32 concave lens

Claims

第一及び第二のレーザービームを発するレーザービーム発生手段と、
前記第一及び第二のレーザービームのいずれか一方又は両方の光周波数をシフトして両者の光周波数に所定の差を設ける光周波数差設定手段と、
前記第一及び第二のレーザービームのうち、少なくとも一方を拡散ビームとして、両レーザービームを検査対象の所定の部位に所定の角度で照射するレーザービーム照射手段と、
前記検査対象に生じた超音波を観測する超音波観測手段とを有し、
前記レーザービーム照射手段によって検査対象に照射される第一のレーザービームと第二のレーザービームとの干渉及び干渉縞の移動によって、検査対象の内部で収束する超音波を発生させるとともに、この超音波の欠陥による反射エコーを前記超音波観測手段によって観測することにより、検査対象内部の欠陥を検出することを特徴とするレーザー超音波検査装置。Laser beam generating means for emitting the first and second laser beams,
An optical frequency difference setting unit that shifts the optical frequency of one or both of the first and second laser beams to provide a predetermined difference between the two optical frequencies,
Of the first and second laser beams, at least one as a diffused beam, a laser beam irradiation means for irradiating both laser beams at a predetermined angle to a predetermined portion of the inspection target,
Having ultrasonic observation means for observing ultrasonic waves generated in the inspection object,
The interference between the first laser beam and the second laser beam irradiated on the inspection object by the laser beam irradiation means and the movement of the interference fringes generate an ultrasonic wave converging inside the inspection object, and A laser echo inspection apparatus for detecting a defect inside the inspection object by observing a reflected echo caused by the defect by the ultrasonic observation means.

前記レーザービーム照射手段は凹レンズを含み、前記第一又は第二のレーザービームを当該凹レンズで拡散ビームとすることを特徴とする請求項１記載のレーザー超音波検査装置。2. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the laser beam irradiation means includes a concave lens, and the first or second laser beam is converted into a divergent beam by the concave lens.

前記第一及び第二のレーザービームは、単一のレーザー光源から発せられたレーザービームを分岐して得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。The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the first and second laser beams are obtained by branching a laser beam emitted from a single laser light source.

前記超音波観測手段は、検査対象の観測点に観測用レーザービームを照射し、その反射光をファブリ・ペロー干渉計に導き、前記反射光が前記観測点の超音波振動によって受けるドップラーシフトを前記ファブリ・ペロー干渉計の出射光強度の変化として捉え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。The ultrasonic observation unit irradiates an observation laser beam to an observation point to be inspected, guides reflected light thereof to a Fabry-Perot interferometer, and performs the Doppler shift in which the reflected light is received by ultrasonic vibration of the observation point. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, 2, or 3, wherein the apparatus is regarded as a change in the intensity of light emitted from the Fabry-Perot interferometer.

前記光周波数差設定手段は、光周波数をシフトさせようとするレーザービームを入射させる音響光学素子と、前記音響光学素子に電気信号を供給する発振器からなり、前記電気信号の周波数を制御することによって前記第一及び第二のレーザービームのうち少なくとも一方の光周波数をシフトさせることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のレーザー超音波検査装置。The optical frequency difference setting means is composed of an acousto-optic element that causes a laser beam to shift the optical frequency to enter, and an oscillator that supplies an electrical signal to the acousto-optic element, and controls the frequency of the electrical signal. 5. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein at least one of the first and second laser beams is shifted in optical frequency.

検査対象の前記所定の部位に照射される第一及び第二のレーザービームのビーム径が所定の寸法となるよう前記第一又は第二のレーザービームのビーム径を拡大し又は縮小するビームエキスパンダを設けたことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のレーザー超音波検査装置。A beam expander for expanding or reducing the beam diameter of the first or second laser beam so that the beam diameter of the first and second laser beams applied to the predetermined portion of the inspection target has a predetermined size. The laser ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, further comprising:

所定の光周波数差を有する二つのレーザービームをそれぞれ所定の角度で検査対象の所定の部位に照射する際に、前記二つのレーザービームのうち少なくとも一方を拡散ビームとすることにより、前記二つのレーザービームの干渉により生じる干渉縞の移動によって検査対象内に発生した超音波を欠陥が存在しうる部位において収束させ、この超音波の欠陥による反射エコーを観測することによって、検査対象内部の欠陥を検出することを特徴とするレーザー超音波検査方法。 When irradiating two laser beams having a predetermined optical frequency difference to a predetermined portion of the inspection object at predetermined angles, at least one of the two laser beams is a diffused beam, whereby the two laser beams are emitted. is converged at the site where the defective ultrasonic waves generated depending on the inspection object movement of the interference fringes generated by the interference of the beam may be present, by observing the reflected echoes due to the defect of the ultrasonic, the inspection target inside the defect A laser ultrasonic inspection method characterized by detecting.