JPS606860A - 非接触式超音波探傷方法およびその装置 - Google Patents
非接触式超音波探傷方法およびその装置Info
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- JPS606860A JPS606860A JP58105651A JP10565183A JPS606860A JP S606860 A JPS606860 A JP S606860A JP 58105651 A JP58105651 A JP 58105651A JP 10565183 A JP10565183 A JP 10565183A JP S606860 A JPS606860 A JP S606860A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、銅相等の被検体に対し、てレーザ光を照射し
、被検体内に発生した超音波を用いて探傷する方法に関
するものである。特に、被検体表面に照射する光の強＋
Ｘを空間及び時間的に変化させ〜ｔ１被検体内部に発生
する超音波ビー ムを集束させ゛たり、伝播方向を制御
し、欠陥から反射した超音波による被検体表面における
振動をコーヒレ′ントな光で検出する非接触式超音波探
傷方法に関するものである。
、被検体内に発生した超音波を用いて探傷する方法に関
するものである。特に、被検体表面に照射する光の強＋
Ｘを空間及び時間的に変化させ〜ｔ１被検体内部に発生
する超音波ビー ムを集束させ゛たり、伝播方向を制御
し、欠陥から反射した超音波による被検体表面における
振動をコーヒレ′ントな光で検出する非接触式超音波探
傷方法に関するものである。
接触式超音波探傷方法では、超音波探触子を被検体表面
におしあてて、被検体中に超音波を入射させ、被検体内
部の欠陥から反射させる超音波を再び超音波探触子で受
信する。超音波は空気中を伝播しないので、超音波探触
子と被検体表面とのすきまには、水、グリセリンや油な
どを浸す。この方法でに１、被検体が高温の場合、超音
波探触子が熱で損傷したり、水、り゛リセリンや油など
が蒸発する等探傷ができない。
におしあてて、被検体中に超音波を入射させ、被検体内
部の欠陥から反射させる超音波を再び超音波探触子で受
信する。超音波は空気中を伝播しないので、超音波探触
子と被検体表面とのすきまには、水、グリセリンや油な
どを浸す。この方法でに１、被検体が高温の場合、超音
波探触子が熱で損傷したり、水、り゛リセリンや油など
が蒸発する等探傷ができない。
また、被検体にレーザ光を瞬間的に照射すると照射部に
熱崗撃が加わｐ、その結果被検体中に超音波が発生する
ことが知られている（特開昭５３−１．１０５８９ 号
）。しかし単にレーザ光を照射するだけでは、通常の接
触式超音波探傷のような斜角超音波ビームや集束ビーム
を被検体中に発生させることができないという問題があ
る。
熱崗撃が加わｐ、その結果被検体中に超音波が発生する
ことが知られている（特開昭５３−１．１０５８９ 号
）。しかし単にレーザ光を照射するだけでは、通常の接
触式超音波探傷のような斜角超音波ビームや集束ビーム
を被検体中に発生させることができないという問題があ
る。
本発明の目的は、従来の非接触式超音波探傷の欠点を解
消し、斜角超音波ビームや集束超音波ビームを被検体中
に発生させ、被検体内部を旨精度に探傷できる非接触式
の超音波探傷方法を提供することにある。
消し、斜角超音波ビームや集束超音波ビームを被検体中
に発生させ、被検体内部を旨精度に探傷できる非接触式
の超音波探傷方法を提供することにある。
本発明は、壁間的に強度を変化させたＶ−ザ光を被検体
からＮＲれた位置から被検体表面に照射し、その照射強
度を時間的に変動させて被検体中に超音波ビームを発生
させるとともに、任意の位置に設けた固定面および上記
被検体表面にコヒーレント光を照射し、上記超音波ビー
ムの欠陥からの反射ビームによって上記被検体表面に生
じる振動を上記コヒーレント光の被検体表面での反射光
の位相変化として捉え、上記コヒーレント光の上記固定
面からの反射光と上記被検体表面からの反射光との位相
差の時間変化をｊｌｌｌ定し探傷するものである。
からＮＲれた位置から被検体表面に照射し、その照射強
度を時間的に変動させて被検体中に超音波ビームを発生
させるとともに、任意の位置に設けた固定面および上記
被検体表面にコヒーレント光を照射し、上記超音波ビー
ムの欠陥からの反射ビームによって上記被検体表面に生
じる振動を上記コヒーレント光の被検体表面での反射光
の位相変化として捉え、上記コヒーレント光の上記固定
面からの反射光と上記被検体表面からの反射光との位相
差の時間変化をｊｌｌｌ定し探傷するものである。
非接触式超音波探傷における超音波ビームの発生原理に
ついてＮＲ明する。
ついてＮＲ明する。
光を照射する例を第１図に示す。光源１から、試料２の
表面を瞬間に照射する。照射強度の分布は、同心円のフ
レネルリングパターン３として表わされる。黒い部分は
光が強い場所、白い部分は光が弱い場所とする。この時
、照射パターン３の黒い部分では強い熱衝撃が加ゎシ、
超音波が発生する。各部で発生した超音波は、試料内部
で干渉しあい第２図の１点鎖線で示すように、フレイ・
ルリングパターン３の中心の延長線」二の一点に集束す
る垂直点集束超音波ビームを形成する。
表面を瞬間に照射する。照射強度の分布は、同心円のフ
レネルリングパターン３として表わされる。黒い部分は
光が強い場所、白い部分は光が弱い場所とする。この時
、照射パターン３の黒い部分では強い熱衝撃が加ゎシ、
超音波が発生する。各部で発生した超音波は、試料内部
で干渉しあい第２図の１点鎖線で示すように、フレイ・
ルリングパターン３の中心の延長線」二の一点に集束す
る垂直点集束超音波ビームを形成する。
第３図の示す照射パターン３′は、第１図に示す７しネ
ルリングパターン３の中心を含まないリングパターンで
ある。この時発生ずる超音波は、第２図と同様にリング
の中心の延長線上の一点に集束し、第４図の１点■線４
で示す斜角集点超音？尺ビームを形成する。以上の如く
、光の照射パターンで集束超音波ビームの伝播方向を決
定する。これ以外の方法として照射光を移動する方法が
ある。
ルリングパターン３の中心を含まないリングパターンで
ある。この時発生ずる超音波は、第２図と同様にリング
の中心の延長線上の一点に集束し、第４図の１点■線４
で示す斜角集点超音？尺ビームを形成する。以上の如く
、光の照射パターンで集束超音波ビームの伝播方向を決
定する。これ以外の方法として照射光を移動する方法が
ある。
この方法を第５図に示す。光源１を移動し、照射位置を
ＰからＰ′まで速ｍＶで移動する。この時、順次照射さ
れた試料表面から熱衝撃で超音波の球面波が発生する。
ＰからＰ′まで速ｍＶで移動する。この時、順次照射さ
れた試料表面から熱衝撃で超音波の球面波が発生する。
ＰからＰ′までの各位置から発生した球面波は、干渉し
て線５で示す位相面を形成し、矢印６で示す方向に超音
波が伝播する。伝播方向と試料表面の法線となす角（入
射角）θは次式で与えられる。
て線５で示す位相面を形成し、矢印６で示す方向に超音
波が伝播する。伝播方向と試料表面の法線となす角（入
射角）θは次式で与えられる。
θ＝ ａｒｃｓｌｎ （ｖ ／ ｖ ｓ ） −（１）
ここで■１は試料２中の音速である。
ここで■１は試料２中の音速である。
このように、照射位置を移動しても、超音波の入射角を
変えることができる。
変えることができる。
つぎに、試料内部の欠陥等から反射させる超音波を光で
検出する原理を第６図を用いて説明する。
検出する原理を第６図を用いて説明する。
光源１１からでた光線１２を、ハーフミラ−８で一部を
反射させ、径路１３を通り光検出器１１に入射させる。
反射させ、径路１３を通り光検出器１１に入射させる。
ハーフミラ−８を通過ｔ、ｆＣ光は、試料表向で反射し
、径路１４全通り光検出器１１に入射する。試料２の内
部欠陥７で矢印６の方向に反射された超音波が試料表面
に到達すると表面が点線９１で示すように変位する。そ
の時間的変位量をｈ（ｔ）で表わす。光線１２は変位し
た表面９′で反射され径路１５を通って光検出器１１に
入射する。このようにすると、光検出器１１は、超音波
による表面振動の時間的変位量ｂ （ｔ）に応じた光の
強度変化′Ｍ：を測足できる。この理由を説明する。
、径路１４全通り光検出器１１に入射する。試料２の内
部欠陥７で矢印６の方向に反射された超音波が試料表面
に到達すると表面が点線９１で示すように変位する。そ
の時間的変位量をｈ（ｔ）で表わす。光線１２は変位し
た表面９′で反射され径路１５を通って光検出器１１に
入射する。このようにすると、光検出器１１は、超音波
による表面振動の時間的変位量ｂ （ｔ）に応じた光の
強度変化′Ｍ：を測足できる。この理由を説明する。
径路１３の路程をｔ、とする。径路１４の路程をｔ。と
すると径路１５の路程１（１）は次式で与えられる。
すると径路１５の路程１（１）は次式で与えられる。
ｔ（’） −ｔｏ ２ ｈ （ｔ） ｃｏｓβ 、（２
）径路１３を通り、光検出器１１に到達する光をφ、径
路１５を通シ光検出器１１に致達する光をφ。とすると
光の波動はっぎのように表わされる。
）径路１３を通り、光検出器１１に到達する光をφ、径
路１５を通シ光検出器１１に致達する光をφ。とすると
光の波動はっぎのように表わされる。
φｒ ＝ Ｃｙ ｅ−”’ｆ・”（Ｊ）φ、 −ｃ。ｅ
−１に４ｔ） 、、、（４）ここでｋは光の波数を表わ
す。
−１に４ｔ） 、、、（４）ここでｋは光の波数を表わ
す。
光検出器１１ではφ、とφ。の干渉光を検出する。
干渉光の強度φｌは第３．４および２式を用い次式で表
わされる。
わされる。
φｌ；φｆ 、φ０＋φ、・φ。＊＝２ｃｏｃ、ｃｏｓ
［Ｉ（（ｔ（ｔ） １ｒ））＝ ２ＣｏＣｒｃｏｏ （
ｋ （−２１［ｔ） ＣＯＯβ＋１．−１．））・・・
（５） ここで米記号は複素共役を示す。
［Ｉ（（ｔ（ｔ） １ｒ））＝ ２ＣｏＣｒｃｏｏ （
ｋ （−２１［ｔ） ＣＯＯβ＋１．−１．））・・・
（５） ここで米記号は複素共役を示す。
第５式で示す通り、光検出器１１で検出する干渉光の強
度φｌは、表面の変位量ｈ（ｔ）に対応して変化するこ
とがわかる。
度φｌは、表面の変位量ｈ（ｔ）に対応して変化するこ
とがわかる。
第７図に本発明の一実施例（第１芙施例）を示ず。光源
１カ・らの光束の一部３０が、光チョッパ１７を】１′
ＦＮシて被検体２０表面に照射場れる。光チョッパ１７
の具体的（ＩＩ造については、第９図を参照して後述す
、と稲光チョッパ１７によって光線３０の照射位ｊ’：
、Ｉｔよ１１′１′間的に１偵次変化せしめられる。
１カ・らの光束の一部３０が、光チョッパ１７を】１′
ＦＮシて被検体２０表面に照射場れる。光チョッパ１７
の具体的（ＩＩ造については、第９図を参照して後述す
、と稲光チョッパ１７によって光線３０の照射位ｊ’：
、Ｉｔよ１１′１′間的に１偵次変化せしめられる。
被検体照射面で発生した超音波は、方向２０に伝播して
欠陥７で方向２１に反射される。反射した超音波は被検
体光面の領域４０を変化さぜる。
欠陥７で方向２１に反射される。反射した超音波は被検
体光面の領域４０を変化さぜる。
一方、レーザ１０からのブＣは２個のレンズ１６を通し
て平行ピーノ・にされ、ハーフミラ−８を使いミラーで
反射した光線３２は光検出器１１へ、ハーフミラ−８を
透過した光源３１は領域４０で反射して光検出器１１へ
入射される。光検出器１１は、光線３２と光線３１の干
渉強度を波形観測器１９に出力する。この実施例では、
光渡出器としては光電子増倍管を、波形観測器とし又は
シンクロスコープを使用したウ トリガ発生器１８ｃは
、光チョッパ１７が光線３０を通過させ始めた時間と同
時にトリガ信号を波形観測器１９に出力する。
て平行ピーノ・にされ、ハーフミラ−８を使いミラーで
反射した光線３２は光検出器１１へ、ハーフミラ−８を
透過した光源３１は領域４０で反射して光検出器１１へ
入射される。光検出器１１は、光線３２と光線３１の干
渉強度を波形観測器１９に出力する。この実施例では、
光渡出器としては光電子増倍管を、波形観測器とし又は
シンクロスコープを使用したウ トリガ発生器１８ｃは
、光チョッパ１７が光線３０を通過させ始めた時間と同
時にトリガ信号を波形観測器１９に出力する。
すなわち、第９図に示されているように光線３０を通過
させ始める時に穴４１と反対側に設けられた小開口４２
を介してフォトダイオード１８ａ（第７図）の光を光セ
ンサ１８１〕で受光し、この受光出力に応答してトリガ
発生器１８ｃからトリガ信号が発せられる。
させ始める時に穴４１と反対側に設けられた小開口４２
を介してフォトダイオード１８ａ（第７図）の光を光セ
ンサ１８１〕で受光し、この受光出力に応答してトリガ
発生器１８ｃからトリガ信号が発せられる。
波形ｉｋｌ ６ｉ１１器１９は、九チョッパ１８からの
トリガイｈ＠を時間原点とした光検出器１１からの入力
信号の時間変化を表示ずゐ。観δｉｌｌ器１９で得る信
号波形の１例を第８図に示す。縦軸を電比■、横軸を時
間１で示すパルス信号５０が、欠陥７で反射された超音
波パルス（８号で生じる。
トリガイｈ＠を時間原点とした光検出器１１からの入力
信号の時間変化を表示ずゐ。観δｉｌｌ器１９で得る信
号波形の１例を第８図に示す。縦軸を電比■、横軸を時
間１で示すパルス信号５０が、欠陥７で反射された超音
波パルス（８号で生じる。
光検出器１１で６１、ハーフミラ−８の反射光と被検体
表面からの反射光の位相差金光の強度として検出してい
る。従って、上記反射光をレンズを介してスポット光と
して検出するのが望ましい。
表面からの反射光の位相差金光の強度として検出してい
る。従って、上記反射光をレンズを介してスポット光と
して検出するのが望ましい。
しかし、上記反射光をスクリーン上に一度結像させ、そ
の映像強度を検出するようにしても良い。
の映像強度を検出するようにしても良い。
ここで光チョッパ１７の光を通す穴４１の平面形状を第
９図に示す。（ａ）で示す形状を用いると斜角超音波を
、Ｌｂ）’ｒ示す形状を用いると垂直超行波を、（Ｃ）
で示す形状を用いると斜角集束超音波を、（ｄ）で示す
形状を用いると垂直集束超音波ビームをそれぞれ発生さ
せることができる。
９図に示す。（ａ）で示す形状を用いると斜角超音波を
、Ｌｂ）’ｒ示す形状を用いると垂直超行波を、（Ｃ）
で示す形状を用いると斜角集束超音波を、（ｄ）で示す
形状を用いると垂直集束超音波ビームをそれぞれ発生さ
せることができる。
第１０図に、本発明の他の実施例（第２実施例）を示す
。この実施例の構成が前述の実施例と異なる点は、被検
体内に超音波を発生させるだめの光照射手段の構成にお
る。第１０図は、この光照射手段の構成のみを示し、他
の構成は省略している。
。この実施例の構成が前述の実施例と異なる点は、被検
体内に超音波を発生させるだめの光照射手段の構成にお
る。第１０図は、この光照射手段の構成のみを示し、他
の構成は省略している。
光源１から出た光はＱスイッチ２０を通シ、格子遮蔽板
２２の格子部を通り抜けた光だけを試料２の表面に照射
する。Ｑスイッチ２０はパルス発生器２１の信号に同期
して光を瞬間的に通過させる。この手段においては、遮
蔽板２２の格子２３に第１１の（ａ） 、、 （ｂ）に
示す形状を用いると、それぞれ斜角および垂直の集束超
音波を発生できる。
２２の格子部を通り抜けた光だけを試料２の表面に照射
する。Ｑスイッチ２０はパルス発生器２１の信号に同期
して光を瞬間的に通過させる。この手段においては、遮
蔽板２２の格子２３に第１１の（ａ） 、、 （ｂ）に
示す形状を用いると、それぞれ斜角および垂直の集束超
音波を発生できる。
第１２図に、本発明のさらに他の実施例（第３実施例）
を示す。この実施例も前述の実施例と同様に光照射手段
のみが第１の実施例と異なっている。従って、第１２図
では、光照射手段のみが示されている。
を示す。この実施例も前述の実施例と同様に光照射手段
のみが第１の実施例と異なっている。従って、第１２図
では、光照射手段のみが示されている。
高出力レーザ２５からでた光を、パルス発生器２１から
のパルス信号で開放するＱスイッチ２゜で瞬間だけ通過
させ、２個のレンズ１６を介して平行光線にする。平行
光線の半分をハーフミラ−で試料２の表面へ、もう半分
を球面レンズ２６で反射させ試料２０表面へ照射する。
のパルス信号で開放するＱスイッチ２゜で瞬間だけ通過
させ、２個のレンズ１６を介して平行光線にする。平行
光線の半分をハーフミラ−で試料２の表面へ、もう半分
を球面レンズ２６で反射させ試料２０表面へ照射する。
照射向では、２つの光線が干渉し、第４図に示すパター
ンを形成する。この結果、斜角集束超音波ビームが発生
する。
ンを形成する。この結果、斜角集束超音波ビームが発生
する。
また、第１３図に示すように、ハーフミラ−８を１個、
凹レンズ２８を１個、ミラー２７を２個追加し凹レンズ
２８で広がった光線と平行光線を試料２の表面で干渉さ
せると第２図で示すパターンを形成する。この時は垂直
集束超音波ビームが発生する。
凹レンズ２８を１個、ミラー２７を２個追加し凹レンズ
２８で広がった光線と平行光線を試料２の表面で干渉さ
せると第２図で示すパターンを形成する。この時は垂直
集束超音波ビームが発生する。
次に、第１４図に本発明の第４の実施例を示す。
本実施例も光照射手段のみが第１の実施例と異なってい
る。回転ミラー２８を回転させ、レーザ２５からの光を
試料２の表面上で走立する。この時、第５図で光源を動
かしたのと同じ効果となり斜角超音波ビームが発生する
。回転ミラー２８が平板ミラーなら非集束ビーム、凸面
ミラーなら集束ビームが得られる。
る。回転ミラー２８を回転させ、レーザ２５からの光を
試料２の表面上で走立する。この時、第５図で光源を動
かしたのと同じ効果となり斜角超音波ビームが発生する
。回転ミラー２８が平板ミラーなら非集束ビーム、凸面
ミラーなら集束ビームが得られる。
本発明によれば、被検体内に発生する超音波の方向や集
束・非集束を制御できる上、光の干渉によって欠陥状態
を検出できるので、簡単な構成で高精度の探鴎ができる
。
束・非集束を制御できる上、光の干渉によって欠陥状態
を検出できるので、簡単な構成で高精度の探鴎ができる
。
第１図は、垂直集束超音波ビームを発生させる光の照射
方法を示す原理図、第２図は、その時の照射パターンと
超音波ビームとの関係を表わした図、第３図は斜角集束
超音波ビームを発生させる光の照射方法を示す原理図、
第４図は、その時の照射パターンと超音波ビームとの関
係を表わした図、第５図は、光の照射位置を移動させて
斜角超音波ビームを発生させる原理図、第６図は超音波
を光で検出する原理図、第７図は実施例１を示した図、
第８図は、第７図の光検出器１１の出力信号を表わした
図、第９図は実施例１で使用する光チヨツパ−１７の光
をＡｔスリットの形状を示りまた図、第１０図は実施例
２を示した図、第１１図は実施例２で使用する光遮蔽板
２２の格子２３の形状を示した図、第１２図は、実施例
３の斜角集束超音波ビームを発生する（、トと毛−示し
た図、第１３図は実施例３の垂直集束超音波ビームを発
生する手段を示した図、第１４図は、実施例４の回転ミ
ラー２８を用いて超音Ｄνを発生する手段を示し５六図
である。 １・・・光佇１．２・・、被検体、７・・・欠陥、８・
・・・・−フミラー、１０・・・レーザ光源、］１・・
・光検出器、１６・・・レンズ、１７・・・光チヨツパ
、１８ａ・・・フ第１・ダイオード、１８ｂ・・・光セ
ンサ、１８Ｃ・・・パルス発７１ 頗 第 ２ 国 第 ３７ 第 ４１ 詰 ５ 図 ！ 垢 、ｂ ｔ”Ｊ く ＝− 昭 ７ ｎ ′ｌ 茹 ７図 メ ９ 口 萌／θ目 妬 ／／ ＩＥ＋ （］ （、ｂ） ％ ／２ １￥１ 結 ｔ３ １￥］ 殆 １４ 図 ５ 手続補正書（自発） 特許庁 長 官 志 賀 学 殿 ！１−件の表示 昭和５８年特ｆ、搾（第 １０５６５１ 号発 明 の
名 称 非接触式超音波探傷方法およびその装置 代 理 人 居 １・１）（〒Ｉｏｏｌ東京都千代１旧区丸の内−Ｔ
目５ ｉ、ｌ Ｍ２、図面の全図を添付の全図に訂正す
る。 −７−ＦｊＪ止明＃ｆｉｌ書 ヒセノンヨクシャブ９つ虎ンパ！／ショウホウオウ発す
１」の名称 非接触式超音波１？二傷方法お支びぞの装
置 特許請求の範囲 探傷方法。 ４、特許請求の範囲第２項記載の方法において、勉プ１
弦 ７、被検体表面に光強度ケ変化させて照射し、上□□−
ｉ−□←□Φ□−□□→→ζ□□□□□□□□□気□□
□□□□□□□□□□□□□□□□□讐手段； 手段； 音波探傷装置。 波探傷装置。 発明の詳細な説明 〔発明の利用分野〕 本発明は非接触式超音波探傷方法およびその装置に係シ
、特に鋼材等の被検体に対してレーザ光等を照射し、被
検体内部に発生した超音波を用いて探傷する非接触式超
音波探傷方法およびその装置に関する。 〔発明の背景〕 鋼材等の被検体に対してレーザ光を瞬間的に照射し、照
射部に熱衝撃を与えて被検体中に超音波を発生させ、こ
の超音波を被検体の探傷に用いる非接触式超音波探傷方
法が知られている（特開昭５３−１１０５８９号）。 被検体にレーザ光を単に照射する上記非接触式超音波探
傷方法では、被検体中における超蒔波の集束、伝播方向
等の制御が行なわれていないため、探傷精度が低かった
。 一方、超音波探触子を被検体表面に押しあてて探傷する
接触式超音波探傷方法では、斜角あるいは集束超音波ビ
ームを被検体中に発生させて被検体の探傷をしている。 しかしながら、被検体が高畠の場合には、超音波探触子
が熱で損傷するあるいは超音波探触子と被検体表面との
すきまに浸した水、グリセリン。 油等が蒸発する等によシ被検体の探傷が正確にできない
。さらに、一定温度以上の状態にある被検体の探傷や離
れた位置から被検体の探傷ができない欠点があった。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、被検体内部に発生する超音波の伝播方
向や集束を制御し、かつ光の干渉によって欠陥状態を検
出し、被検体内部を高精度に坏傷しうる非接触式超音波
探傷方法およびその１１！装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は、胛射強度を変化させた光を被検体表面
に照射して上記被検体内部に超音波を発生させるととも
に、コヒーレント光および上記被検体表面で反射された
コヒーレント反射光とを所定位置に照射し、上記コヒー
レント光と上記コヒーレント反射光との位相差の時間変
化を測定することにより上記被検体の探傷を行なう非接
触式超音波探傷装置にある。 本発明の他の特徴は、被検体表面に光強度を変化させて
照射し、上記被検体内部に超音波を発生する光照射手段
；上記被検体上に配置され、第１ノコヒーレントな光を
発生する第１のコヒーレント光発生手段；上記被検体表
面に入射し反射する第２のコヒーレントな光を発生する
第２のコヒーレント光発生手段；上記第１のコヒーレン
ト光と上記！＠２のコヒーレント光との位相差の時間変
化を測定する光測定手段；とからなる非接触式超音波探
傷装置にある。 すなわち、本発明は、陰明強度を変化させた光を被検体
から離れた位置から被検体表面に照射し、被検体中に超
音波を発生させる。一方、任意の位置に設けた固定面お
よび上記被検体表面にコヒーレントな光をそれぞれ照射
する。上記被検体内部の欠陥からの反射超音波によって
上記被検体表面に生じる振動をコヒーレントな光の被検
体表面での反射光の位相変化として捉え、」二記固定面
からのコヒーレント光と上記被検体表面からのコヒーレ
ント反射光との位相差の時間変化を測定し探傷するもの
である。 本発明の非接触式超音波探傷における主要な原理である
超音波ビームの発生原理および被検体の欠陥等から反射
した超音波を光で検出する原理について説明する。 まず超音波ビームの発生原理について説明する。 照射強度を空間的に変化させた光の照射パターンによる
ものと照射強度を時間的に変化させた照射光によるもの
が鮎げられる。 照射強度を空間的に変化させた光の照射パターンにより
集束超音波ビームの伝播方向を決定する例について説明
する。 第１図に示すように、光源】から光を試料２（被検体に
該当）の表面を瞬間に照射する。光の照射強度の分布は
、同心円のフレネルリングパターン３ａとして表わされ
る。フレネルリングパターン３ａの黒い部分は光が強い
場所、白い部分は光が弱い場所である。この時、フレネ
ルリングパターン３ａの黒い部分では強い熱衝撃が加わ
り、超音波が発生する。 各部で発生した超音波は、試料２内部で干渉しあい、第
２図の１点鎖線で示すように、フレネルリングパターン
３ａの中心の延長線上の一点に集束する伝播方向を有す
る垂直集束超音波ビーム４ａを形成する。 また、第３図に示すように、光の照射強度の分布として
、第１図に示すフレネルリングパターン３ａの中心を含
まないリングパターン３ｂが考えられる。 この時発生する超音波は、第４図の１点鎖線で示すよう
に、リングパターン３ｂの中心の延長線上の一点に集束
する伝播方向を有する斜角集束超音波ビーム４ｂを形成
する。 照射強度を時間的に変化させた光の照射により超音波ビ
ームの伝播方向を決定する例について説明する。 照射光を移動する方法が考えられる。第５図に示すよう
に、光源１をｌｅ動し、光の照射位置ＰＡからＰＢｊで
速度Ｖで移動する。この時、Ｊｉｍ次照射された試料２
表面から熱衝撃で超音波の球面波が発生する。位置ＰＡ
から位置ＰＢまでの各位置から発生した超音波の球面波
は、干渉して位相面５を形成し、矢印６で示す方向に超
音波が伝播する。 伝播方向と試料２表面の法線となす角（入射角）θは次
式で与えられる。 θ＝ ａｒｃｓｉｌｌｌ（ｖａ／ ｖ 、 ） −・・
・””（１）ここでＶ、は、試料２中の音速である。 このように、光の照射位置を移動して超音波の入射角を
変える。つまシ、照射強度を時間的に変化した光を試料
２の表面に照射して、試料２内部に伝播方向を有する超
音波ビームを発生させることができる。 つぎに、試料内部の欠陥等から反射した超音波を光で検
出する原理について説明する。 第６図に示すように、光源１０からでた第１のコヒーレ
ントな５１１２’ｉ、ノ・−フミラー８で一部を反射さ
せ、径路１３を通り光検出器１１に入射させる。一方、
ハーフミラ−８を通過した第２のコヒーレントな光１２
ａは、試料２０表面で反射し、径路１４を通り光検出器
′１１に入射する。 試料２の内部欠陥７で矢印６の方向に反射された超音波
が試料２表面に到達すると、試料２の表面が点線９ａで
示すように変位する。その時間的変位量をｈ（ｔ）で表
わす。コヒーレントな光線１２ａは変位した表面９ａで
反射され径路１５を通って光検出器１１に入射する。 このようにすると、光検出器１１によって、超音波によ
る試料２の表面振動の時間的変位量ｈ （ｔ）、すなわ
ち第１のコヒーレント光１２と第２のコヒーレントな反
射光１２ａとの位相差の時間変化に応じた光の強度変化
量を測定できる。この理由を説明する。 径路１３の路程をｔ２、径路１４の路程をｔｏとすると
、径路１５の路程ｔ（ｔ）は次式で与えられる。 ｔ（ｔ）＝ Ｌ 、 −２ｈ （ｔ） ｃｏｓβ −・
−−−−−−・−（２）ここでβは、光の試料２表面へ
の入射角でるる。 径路１３を通り光検出器１１に到達するコヒー、レント
な光をφ１、径路１５を通り光検出器１１に到達するコ
ヒーレントな光をφ。とすると、それぞれの光の波動−
はつぎのように表わされる。 φｒ ＝（、ｒ ｙ ｅ ｌｋＡ、 ・・・・・・・・
・・・・（３）φ 。 ＝ｃ、ｅ−Ｉｋｔ＜リ ・・・
・・・・・・・・・（４）ここでｋは、光の波数である
。 光検出器１１でφ１とφ。の干渉光の強度φ５を検出す
る。この干渉光の強反φ１・は次式で表わされる。 φ１＝φ−・φ。＋φ、・φ−＝ ２Ｃ，ＣｒＣ０５（
ｋ （Ｂ、ｔ）−ｚｒ）１＝２Ｃ６ＣｒＣ０３（ｋ（−
２ｈ（’）（イ）Ｓβ＋ｔ。−ｔ、））・・・・・・（
５）ここで米記号は複素共役を示す。 （５）式で示す通り、光検出器１１で検出する干渉光の
強度φ１は、超音波による試料２０表面振動の時間的変
位量皇１（ｔ）％すなわちコヒーレント光φ、とコヒー
レント光φ。との位相差の時間変化に対応して変化する
ことがわかる。 〔発明の実施例〕 本発明の一実施例（第１の実施例）について説明する。 第７図に示すように、光源１からの光束の一部である光
線３０が、光遮蔽体である光チョッパ１７を辿して被検
体２の表面に照射される。 光チョッパ１７によって光線３０の照射位置は時間的に
順次変化せしめられる。 被検体２の照射面で発生した超音波ビームは、方向６ａ
に伝播して内部欠陥７で方向６ｂに反射される。反射し
た超音波ビームは被検体２０表面の領域４０を変化させ
る。一方、レーザ１０からの光は、２ＩＩ！Ａのレンズ
ｉ６ａ、１６ｂを通して平行ビームにされ、ハーフミラ
−８に導かれる。ハーフミラ−８で反射したコヒーレン
トな光線３２は光検出器１１へ直接入射され、ハーフミ
ラ−８を透過したコヒーレントな光線３１は領域４０で
反射して光検出器１１へ入射される。光検出器１１は、
コヒーレントな光線３２とコヒーレントな反射光線３１
の干渉強度を波形観測器１ｃ＋ｘｍ力する。 この実施例では、光検出器１１としては光電子増倍管を
、波形観測器１９としてはシンクロスコープを使用した
。 トリガ発生器１８Ｃは、光チョッパ１７が光線３０’（
ｅ通過させ始めた時間と同時にトリガ信号を波形観測器
１９に出力する。すなわち、光線３０を通過させ始める
時に、光チョッパ１７に設けられた小開口４２（第９図
参照）を介して、フォトダイオード１８Ｈの光を光セン
サ１８ｂで受光し、この受光出力に応答してトリガ発生
器１８Ｃからトリガ信号が発せられる。 波形観測器１９は、光チョッパ１７からのトリガ信号を
時間原点（測定時間の基準値）とした光検出器１１から
の人力信号の時間変化を表示する。 波形観測器１９で得る信号波形の１例を第８図に示す。 縦軸を電圧Ｖ、横軸を時間ｔで示す。パルス信号５０が
１．時間経過したときに、欠陥７で反射された超音波パ
ルス信号で生じる。 光検出器１１では、ハーフミラ−８のコヒーレントな光
と被検体２の表面からのコヒーレントな反射光との位相
差を光の強度として検出している。 従って、上記反射光をレンズを弁してスポット光として
検出するのが望ましい。しかし、上記反射光をスクリー
ン上に一度結像させ、その映像強度を検出するようにし
ても良い。 光チョッパ１７により発生される各種の超音波ビームは
、光チョッパ１７に設ける光を通す開口４１を選択して
採用することにより達成できる。 光チョッパ１７の開口４１の平面形状の代表例を第９図
に示す。第９（ａ）図で示す開口４１ａを用いると斜角
超音波ビームを、４９（ｂ）図で示す開口４１ｂを用い
ると垂直超音波ビームを、第９（Ｃ）図で示す開口４１
Ｃを用いると斜角集束超音波ビームを１第９（ｄ）図で
示す開口４１ｄを用いると垂直集束超音波ビームをそれ
ぞれ発生させることができる。 本発明の他の実施例（第２の実施例）について説明する
。この実施例の構成が第１の実施例と異なる点は、被検
体２内に超音波ビームを発生させるための光照射手段の
構成にある。この第２の実施例の要部を示す第１０図は
、この光照射手段の構成のみ全示し、他の構成は省略し
ている。 光源１から出た光は光スィッチ２０を通り、格子遮蔽板
２２の格子２３を辿シ抜けた光だけを被検体２０表面に
照射する。この場合、光遮蔽体は、光スィッチ２０と格
子遮蔽板２２により形成されている。光スィッチ２０は
パルス発生器２１の信号に同期して光を瞬間的に通過さ
せる。 この光照射手段においては、格子遮蔽板２２の格子２３
に第１Ｘ（ａ）図または第１１（ｂ）図に示す格子２３
ａ、２３ｂを用いると、それぞれ斜角集束超音波ビーム
および垂直集束超音波ビームを発生できる。 本発明のさらに他の実施例（第３の実施例）についで説
明する。この実施例も被検体２内に超音波ビームを発生
させるための光照射手段のみが第１の実施例と異なって
いる。この第３の実施例の要部を示す第１２図は、光照
射手段のみを示している。 高出力レーザ２５からでた光ヲ、ノ；ルス発生器２１か
らのパルス信号で開放する光スィッチ２０で瞬間だけ通
過させ、２個のレンズ３３ａ、３３ｂを介して平行光線
にする。平行光線の半分をノ・−フミラー３４で被検体
２の表面へ、もう半分を球面レンズ２６で反射させ被検
体２の表面へ照射する。 被検体２の照射面では、２つの光線が干渉し、第４図に
示すパターンを形成する。この結果、被検体２内に斜角
集束超音波ビームが発生する。 本発明の第１の実施例について説明する。この実施例も
光照射手段のみが第１の実施例と異なっている。第１３
図はこの光照射手段のみを示している。 光照射手段は、第３の実施例の構成にさらに１個のハー
フミラ−３４ａ、１ｉｌｌｉｌの凹レンズ２８．２個の
ミラー２７ａ、２７ｂを追加して構成されている。 凹レンズ２８で広がった光線とハーフミラ−３４ａから
の平行光線を被検体２の表面で干渉させると、光の照射
強要の分布は第２図で示すようなフレネルリングパター
ンを形成する。この時は被検体２内に垂直集束超音波ビ
ームが発生する。 次に、本発明の第５の実施例について説明する。 本実施例も被検体２内に超蒔波ビームを発生させるだめ
の光照射手段のみが第１の実施例と異なっている。第１
４図はこの光照射手段のみを示している。 回転ミラー２９を回転させ、レーザ２５からの光を被検
体２の表面上で走査する。この回転ミラー２９による場
合は、第５図で光源を動かしたのと同じ効果となシ被検
体２内に斜角超音波ビームが発生する。 ムが得られる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、被検体内に発生する超音波の伝播方向
や集束、非集束を制御でき、かつ光の干渉によって欠陥
状態を検出できるので高精度の探傷できる。 図面の簡単な説明 第１図は、垂直集束超音波ビームを発生させる光の照射
方法を示す原理図、第２図は、第１図に示した照射パタ
ーンと超音波ビームとの関係を表わした図、第３図は、
斜角集束超音波ビームを発生させる光の照射方法を示す
原理図、第４図は、第３図に示した照射パターンと超音
波ビームとの関係を表わした図、第５図は、光の照射位
置を移動させて斜角超音波ビームを発生させる原理図、
第６図は、超音波を光で検出する原理図、第７図は、本
発明の第１の実施例を示す概略図、第８図は、第７図に
示した光検出器の出力信号を表わした図、第９（ａ）図
、１ｆｉ９（ｂ）図、第９（Ｃ）図および第９（ｄ）図
は、第１の実施例で使用する光チョツノくの平面図、第
１０図は、第２の実施例の光照射手段の要部を示した図
、第１１（ａ）図および第１１（ｂ）図は、第２の実施
例で使用する光遮蔽板の平面図、第１２図は、第３の実
施例の斜角集束超音波ビームを発生する手段を示した概
略図、第１３図は、第４の実施例の垂直集束超音波ビー
ムを発生する手段を示した概略図、第１４図は、第５の
実施例の回転ミラーを用いて超音波を発生する手段を示
した概略図である。 １・・・光源、２・・・被検体、３ａ、３ｂ・・・リン
グツくターン、４ａ、４ｂ・・・超音波ビーム、８・・
・ノ・−フミラー、１０・・・レーザ光源、１１・・・
光検出器、１７・・・光チョッパ、１９・・・波形観測
器、２０・・・光スィッチ、２２・・・格子遮蔽板、２
５・・・レーザ、２６・・・レンズ、２７ａ、２７ｂ・
・・ミラー、２８・・・凹レンズ、２９・・・回転ミラ
ー、３３ａ、３３ｂ・・・レンズ、３４．３４８・・・
ハーフミラ−０ 邪４図 窮６図 第７１１２１） 窮３図 ４２ 奢ｌＯ図 第１１（叱 第１１（ｂ爪 甫１２図
方法を示す原理図、第２図は、その時の照射パターンと
超音波ビームとの関係を表わした図、第３図は斜角集束
超音波ビームを発生させる光の照射方法を示す原理図、
第４図は、その時の照射パターンと超音波ビームとの関
係を表わした図、第５図は、光の照射位置を移動させて
斜角超音波ビームを発生させる原理図、第６図は超音波
を光で検出する原理図、第７図は実施例１を示した図、
第８図は、第７図の光検出器１１の出力信号を表わした
図、第９図は実施例１で使用する光チヨツパ−１７の光
をＡｔスリットの形状を示りまた図、第１０図は実施例
２を示した図、第１１図は実施例２で使用する光遮蔽板
２２の格子２３の形状を示した図、第１２図は、実施例
３の斜角集束超音波ビームを発生する（、トと毛−示し
た図、第１３図は実施例３の垂直集束超音波ビームを発
生する手段を示した図、第１４図は、実施例４の回転ミ
ラー２８を用いて超音Ｄνを発生する手段を示し５六図
である。 １・・・光佇１．２・・、被検体、７・・・欠陥、８・
・・・・−フミラー、１０・・・レーザ光源、］１・・
・光検出器、１６・・・レンズ、１７・・・光チヨツパ
、１８ａ・・・フ第１・ダイオード、１８ｂ・・・光セ
ンサ、１８Ｃ・・・パルス発７１ 頗 第 ２ 国 第 ３７ 第 ４１ 詰 ５ 図 ！ 垢 、ｂ ｔ”Ｊ く ＝− 昭 ７ ｎ ′ｌ 茹 ７図 メ ９ 口 萌／θ目 妬 ／／ ＩＥ＋ （］ （、ｂ） ％ ／２ １￥１ 結 ｔ３ １￥］ 殆 １４ 図 ５ 手続補正書（自発） 特許庁 長 官 志 賀 学 殿 ！１−件の表示 昭和５８年特ｆ、搾（第 １０５６５１ 号発 明 の
名 称 非接触式超音波探傷方法およびその装置 代 理 人 居 １・１）（〒Ｉｏｏｌ東京都千代１旧区丸の内−Ｔ
目５ ｉ、ｌ Ｍ２、図面の全図を添付の全図に訂正す
る。 −７−ＦｊＪ止明＃ｆｉｌ書 ヒセノンヨクシャブ９つ虎ンパ！／ショウホウオウ発す
１」の名称 非接触式超音波１？二傷方法お支びぞの装
置 特許請求の範囲 探傷方法。 ４、特許請求の範囲第２項記載の方法において、勉プ１
弦 ７、被検体表面に光強度ケ変化させて照射し、上□□−
ｉ−□←□Φ□−□□→→ζ□□□□□□□□□気□□
□□□□□□□□□□□□□□□□□讐手段； 手段； 音波探傷装置。 波探傷装置。 発明の詳細な説明 〔発明の利用分野〕 本発明は非接触式超音波探傷方法およびその装置に係シ
、特に鋼材等の被検体に対してレーザ光等を照射し、被
検体内部に発生した超音波を用いて探傷する非接触式超
音波探傷方法およびその装置に関する。 〔発明の背景〕 鋼材等の被検体に対してレーザ光を瞬間的に照射し、照
射部に熱衝撃を与えて被検体中に超音波を発生させ、こ
の超音波を被検体の探傷に用いる非接触式超音波探傷方
法が知られている（特開昭５３−１１０５８９号）。 被検体にレーザ光を単に照射する上記非接触式超音波探
傷方法では、被検体中における超蒔波の集束、伝播方向
等の制御が行なわれていないため、探傷精度が低かった
。 一方、超音波探触子を被検体表面に押しあてて探傷する
接触式超音波探傷方法では、斜角あるいは集束超音波ビ
ームを被検体中に発生させて被検体の探傷をしている。 しかしながら、被検体が高畠の場合には、超音波探触子
が熱で損傷するあるいは超音波探触子と被検体表面との
すきまに浸した水、グリセリン。 油等が蒸発する等によシ被検体の探傷が正確にできない
。さらに、一定温度以上の状態にある被検体の探傷や離
れた位置から被検体の探傷ができない欠点があった。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、被検体内部に発生する超音波の伝播方
向や集束を制御し、かつ光の干渉によって欠陥状態を検
出し、被検体内部を高精度に坏傷しうる非接触式超音波
探傷方法およびその１１！装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は、胛射強度を変化させた光を被検体表面
に照射して上記被検体内部に超音波を発生させるととも
に、コヒーレント光および上記被検体表面で反射された
コヒーレント反射光とを所定位置に照射し、上記コヒー
レント光と上記コヒーレント反射光との位相差の時間変
化を測定することにより上記被検体の探傷を行なう非接
触式超音波探傷装置にある。 本発明の他の特徴は、被検体表面に光強度を変化させて
照射し、上記被検体内部に超音波を発生する光照射手段
；上記被検体上に配置され、第１ノコヒーレントな光を
発生する第１のコヒーレント光発生手段；上記被検体表
面に入射し反射する第２のコヒーレントな光を発生する
第２のコヒーレント光発生手段；上記第１のコヒーレン
ト光と上記！＠２のコヒーレント光との位相差の時間変
化を測定する光測定手段；とからなる非接触式超音波探
傷装置にある。 すなわち、本発明は、陰明強度を変化させた光を被検体
から離れた位置から被検体表面に照射し、被検体中に超
音波を発生させる。一方、任意の位置に設けた固定面お
よび上記被検体表面にコヒーレントな光をそれぞれ照射
する。上記被検体内部の欠陥からの反射超音波によって
上記被検体表面に生じる振動をコヒーレントな光の被検
体表面での反射光の位相変化として捉え、」二記固定面
からのコヒーレント光と上記被検体表面からのコヒーレ
ント反射光との位相差の時間変化を測定し探傷するもの
である。 本発明の非接触式超音波探傷における主要な原理である
超音波ビームの発生原理および被検体の欠陥等から反射
した超音波を光で検出する原理について説明する。 まず超音波ビームの発生原理について説明する。 照射強度を空間的に変化させた光の照射パターンによる
ものと照射強度を時間的に変化させた照射光によるもの
が鮎げられる。 照射強度を空間的に変化させた光の照射パターンにより
集束超音波ビームの伝播方向を決定する例について説明
する。 第１図に示すように、光源】から光を試料２（被検体に
該当）の表面を瞬間に照射する。光の照射強度の分布は
、同心円のフレネルリングパターン３ａとして表わされ
る。フレネルリングパターン３ａの黒い部分は光が強い
場所、白い部分は光が弱い場所である。この時、フレネ
ルリングパターン３ａの黒い部分では強い熱衝撃が加わ
り、超音波が発生する。 各部で発生した超音波は、試料２内部で干渉しあい、第
２図の１点鎖線で示すように、フレネルリングパターン
３ａの中心の延長線上の一点に集束する伝播方向を有す
る垂直集束超音波ビーム４ａを形成する。 また、第３図に示すように、光の照射強度の分布として
、第１図に示すフレネルリングパターン３ａの中心を含
まないリングパターン３ｂが考えられる。 この時発生する超音波は、第４図の１点鎖線で示すよう
に、リングパターン３ｂの中心の延長線上の一点に集束
する伝播方向を有する斜角集束超音波ビーム４ｂを形成
する。 照射強度を時間的に変化させた光の照射により超音波ビ
ームの伝播方向を決定する例について説明する。 照射光を移動する方法が考えられる。第５図に示すよう
に、光源１をｌｅ動し、光の照射位置ＰＡからＰＢｊで
速度Ｖで移動する。この時、Ｊｉｍ次照射された試料２
表面から熱衝撃で超音波の球面波が発生する。位置ＰＡ
から位置ＰＢまでの各位置から発生した超音波の球面波
は、干渉して位相面５を形成し、矢印６で示す方向に超
音波が伝播する。 伝播方向と試料２表面の法線となす角（入射角）θは次
式で与えられる。 θ＝ ａｒｃｓｉｌｌｌ（ｖａ／ ｖ 、 ） −・・
・””（１）ここでＶ、は、試料２中の音速である。 このように、光の照射位置を移動して超音波の入射角を
変える。つまシ、照射強度を時間的に変化した光を試料
２の表面に照射して、試料２内部に伝播方向を有する超
音波ビームを発生させることができる。 つぎに、試料内部の欠陥等から反射した超音波を光で検
出する原理について説明する。 第６図に示すように、光源１０からでた第１のコヒーレ
ントな５１１２’ｉ、ノ・−フミラー８で一部を反射さ
せ、径路１３を通り光検出器１１に入射させる。一方、
ハーフミラ−８を通過した第２のコヒーレントな光１２
ａは、試料２０表面で反射し、径路１４を通り光検出器
′１１に入射する。 試料２の内部欠陥７で矢印６の方向に反射された超音波
が試料２表面に到達すると、試料２の表面が点線９ａで
示すように変位する。その時間的変位量をｈ（ｔ）で表
わす。コヒーレントな光線１２ａは変位した表面９ａで
反射され径路１５を通って光検出器１１に入射する。 このようにすると、光検出器１１によって、超音波によ
る試料２の表面振動の時間的変位量ｈ （ｔ）、すなわ
ち第１のコヒーレント光１２と第２のコヒーレントな反
射光１２ａとの位相差の時間変化に応じた光の強度変化
量を測定できる。この理由を説明する。 径路１３の路程をｔ２、径路１４の路程をｔｏとすると
、径路１５の路程ｔ（ｔ）は次式で与えられる。 ｔ（ｔ）＝ Ｌ 、 −２ｈ （ｔ） ｃｏｓβ −・
−−−−−−・−（２）ここでβは、光の試料２表面へ
の入射角でるる。 径路１３を通り光検出器１１に到達するコヒー、レント
な光をφ１、径路１５を通り光検出器１１に到達するコ
ヒーレントな光をφ。とすると、それぞれの光の波動−
はつぎのように表わされる。 φｒ ＝（、ｒ ｙ ｅ ｌｋＡ、 ・・・・・・・・
・・・・（３）φ 。 ＝ｃ、ｅ−Ｉｋｔ＜リ ・・・
・・・・・・・・・（４）ここでｋは、光の波数である
。 光検出器１１でφ１とφ。の干渉光の強度φ５を検出す
る。この干渉光の強反φ１・は次式で表わされる。 φ１＝φ−・φ。＋φ、・φ−＝ ２Ｃ，ＣｒＣ０５（
ｋ （Ｂ、ｔ）−ｚｒ）１＝２Ｃ６ＣｒＣ０３（ｋ（−
２ｈ（’）（イ）Ｓβ＋ｔ。−ｔ、））・・・・・・（
５）ここで米記号は複素共役を示す。 （５）式で示す通り、光検出器１１で検出する干渉光の
強度φ１は、超音波による試料２０表面振動の時間的変
位量皇１（ｔ）％すなわちコヒーレント光φ、とコヒー
レント光φ。との位相差の時間変化に対応して変化する
ことがわかる。 〔発明の実施例〕 本発明の一実施例（第１の実施例）について説明する。 第７図に示すように、光源１からの光束の一部である光
線３０が、光遮蔽体である光チョッパ１７を辿して被検
体２の表面に照射される。 光チョッパ１７によって光線３０の照射位置は時間的に
順次変化せしめられる。 被検体２の照射面で発生した超音波ビームは、方向６ａ
に伝播して内部欠陥７で方向６ｂに反射される。反射し
た超音波ビームは被検体２０表面の領域４０を変化させ
る。一方、レーザ１０からの光は、２ＩＩ！Ａのレンズ
ｉ６ａ、１６ｂを通して平行ビームにされ、ハーフミラ
−８に導かれる。ハーフミラ−８で反射したコヒーレン
トな光線３２は光検出器１１へ直接入射され、ハーフミ
ラ−８を透過したコヒーレントな光線３１は領域４０で
反射して光検出器１１へ入射される。光検出器１１は、
コヒーレントな光線３２とコヒーレントな反射光線３１
の干渉強度を波形観測器１ｃ＋ｘｍ力する。 この実施例では、光検出器１１としては光電子増倍管を
、波形観測器１９としてはシンクロスコープを使用した
。 トリガ発生器１８Ｃは、光チョッパ１７が光線３０’（
ｅ通過させ始めた時間と同時にトリガ信号を波形観測器
１９に出力する。すなわち、光線３０を通過させ始める
時に、光チョッパ１７に設けられた小開口４２（第９図
参照）を介して、フォトダイオード１８Ｈの光を光セン
サ１８ｂで受光し、この受光出力に応答してトリガ発生
器１８Ｃからトリガ信号が発せられる。 波形観測器１９は、光チョッパ１７からのトリガ信号を
時間原点（測定時間の基準値）とした光検出器１１から
の人力信号の時間変化を表示する。 波形観測器１９で得る信号波形の１例を第８図に示す。 縦軸を電圧Ｖ、横軸を時間ｔで示す。パルス信号５０が
１．時間経過したときに、欠陥７で反射された超音波パ
ルス信号で生じる。 光検出器１１では、ハーフミラ−８のコヒーレントな光
と被検体２の表面からのコヒーレントな反射光との位相
差を光の強度として検出している。 従って、上記反射光をレンズを弁してスポット光として
検出するのが望ましい。しかし、上記反射光をスクリー
ン上に一度結像させ、その映像強度を検出するようにし
ても良い。 光チョッパ１７により発生される各種の超音波ビームは
、光チョッパ１７に設ける光を通す開口４１を選択して
採用することにより達成できる。 光チョッパ１７の開口４１の平面形状の代表例を第９図
に示す。第９（ａ）図で示す開口４１ａを用いると斜角
超音波ビームを、４９（ｂ）図で示す開口４１ｂを用い
ると垂直超音波ビームを、第９（Ｃ）図で示す開口４１
Ｃを用いると斜角集束超音波ビームを１第９（ｄ）図で
示す開口４１ｄを用いると垂直集束超音波ビームをそれ
ぞれ発生させることができる。 本発明の他の実施例（第２の実施例）について説明する
。この実施例の構成が第１の実施例と異なる点は、被検
体２内に超音波ビームを発生させるための光照射手段の
構成にある。この第２の実施例の要部を示す第１０図は
、この光照射手段の構成のみ全示し、他の構成は省略し
ている。 光源１から出た光は光スィッチ２０を通り、格子遮蔽板
２２の格子２３を辿シ抜けた光だけを被検体２０表面に
照射する。この場合、光遮蔽体は、光スィッチ２０と格
子遮蔽板２２により形成されている。光スィッチ２０は
パルス発生器２１の信号に同期して光を瞬間的に通過さ
せる。 この光照射手段においては、格子遮蔽板２２の格子２３
に第１Ｘ（ａ）図または第１１（ｂ）図に示す格子２３
ａ、２３ｂを用いると、それぞれ斜角集束超音波ビーム
および垂直集束超音波ビームを発生できる。 本発明のさらに他の実施例（第３の実施例）についで説
明する。この実施例も被検体２内に超音波ビームを発生
させるための光照射手段のみが第１の実施例と異なって
いる。この第３の実施例の要部を示す第１２図は、光照
射手段のみを示している。 高出力レーザ２５からでた光ヲ、ノ；ルス発生器２１か
らのパルス信号で開放する光スィッチ２０で瞬間だけ通
過させ、２個のレンズ３３ａ、３３ｂを介して平行光線
にする。平行光線の半分をノ・−フミラー３４で被検体
２の表面へ、もう半分を球面レンズ２６で反射させ被検
体２の表面へ照射する。 被検体２の照射面では、２つの光線が干渉し、第４図に
示すパターンを形成する。この結果、被検体２内に斜角
集束超音波ビームが発生する。 本発明の第１の実施例について説明する。この実施例も
光照射手段のみが第１の実施例と異なっている。第１３
図はこの光照射手段のみを示している。 光照射手段は、第３の実施例の構成にさらに１個のハー
フミラ−３４ａ、１ｉｌｌｉｌの凹レンズ２８．２個の
ミラー２７ａ、２７ｂを追加して構成されている。 凹レンズ２８で広がった光線とハーフミラ−３４ａから
の平行光線を被検体２の表面で干渉させると、光の照射
強要の分布は第２図で示すようなフレネルリングパター
ンを形成する。この時は被検体２内に垂直集束超音波ビ
ームが発生する。 次に、本発明の第５の実施例について説明する。 本実施例も被検体２内に超蒔波ビームを発生させるだめ
の光照射手段のみが第１の実施例と異なっている。第１
４図はこの光照射手段のみを示している。 回転ミラー２９を回転させ、レーザ２５からの光を被検
体２の表面上で走査する。この回転ミラー２９による場
合は、第５図で光源を動かしたのと同じ効果となシ被検
体２内に斜角超音波ビームが発生する。 ムが得られる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、被検体内に発生する超音波の伝播方向
や集束、非集束を制御でき、かつ光の干渉によって欠陥
状態を検出できるので高精度の探傷できる。 図面の簡単な説明 第１図は、垂直集束超音波ビームを発生させる光の照射
方法を示す原理図、第２図は、第１図に示した照射パタ
ーンと超音波ビームとの関係を表わした図、第３図は、
斜角集束超音波ビームを発生させる光の照射方法を示す
原理図、第４図は、第３図に示した照射パターンと超音
波ビームとの関係を表わした図、第５図は、光の照射位
置を移動させて斜角超音波ビームを発生させる原理図、
第６図は、超音波を光で検出する原理図、第７図は、本
発明の第１の実施例を示す概略図、第８図は、第７図に
示した光検出器の出力信号を表わした図、第９（ａ）図
、１ｆｉ９（ｂ）図、第９（Ｃ）図および第９（ｄ）図
は、第１の実施例で使用する光チョツノくの平面図、第
１０図は、第２の実施例の光照射手段の要部を示した図
、第１１（ａ）図および第１１（ｂ）図は、第２の実施
例で使用する光遮蔽板の平面図、第１２図は、第３の実
施例の斜角集束超音波ビームを発生する手段を示した概
略図、第１３図は、第４の実施例の垂直集束超音波ビー
ムを発生する手段を示した概略図、第１４図は、第５の
実施例の回転ミラーを用いて超音波を発生する手段を示
した概略図である。 １・・・光源、２・・・被検体、３ａ、３ｂ・・・リン
グツくターン、４ａ、４ｂ・・・超音波ビーム、８・・
・ノ・−フミラー、１０・・・レーザ光源、１１・・・
光検出器、１７・・・光チョッパ、１９・・・波形観測
器、２０・・・光スィッチ、２２・・・格子遮蔽板、２
５・・・レーザ、２６・・・レンズ、２７ａ、２７ｂ・
・・ミラー、２８・・・凹レンズ、２９・・・回転ミラ
ー、３３ａ、３３ｂ・・・レンズ、３４．３４８・・・
ハーフミラ−０ 邪４図 窮６図 第７１１２１） 窮３図 ４２ 奢ｌＯ図 第１１（叱 第１１（ｂ爪 甫１２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、照射強度を空間的かつ時間的：Ｃ変化させた光を被
検体面に照射し、被検体内に超音波を発生させるととも
に、コヒーレントな光を上記被検体面および上記被検体
面で反射したコヒーレントな光が到来する方向にるる所
定位置へ照射し、該位置において上記被検体面で反射さ
れたコヒーレント光と直接的に到来してくるコヒーレン
ト光の位相差の時間変化を測定することにより被検体の
探傷を行なう超音波探傷方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷方法におい
て、上記光の照射強度を空間的かつ時間的に変化させる
ことを、リングパターン状の開口を有する光遮蔽体を回
転させることによって行なうことを特徴とする超音波探
傷方法。 ３、％許請求の範囲第２項記載の超音波探傷方法におい
て、上記リングパターンは同心円のフレ坏ルリングパタ
ーンであることを特徴とする超音波探傷方法。 ４、特許請求の範囲第り項記載の超音波探傷方法におい
て、上記光の照射強度を空間的かつ時間的に変化させる
ことを、光照射方向ＶＣ設けられたリングパターン状の
開口を有する光遮蔽体に瞬間的に光を照射することによ
って行なうことを特徴とする超音波探傷方法。 ５、特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷方法におい
て、上記光の照射強度を空間的かつ時間的に変化させる
ことを、光を瞬間的に照射した後平行光線とし、該平行
光線の一部を被検体面へ照射するとともに、残シの平行
光線を少なくとも１個の反射鏡を介して被検体面へ照射
し、該ａ検体面上で上記２つの照射光を干渉させること
によって行なうことを特徴とする超音波探傷方法。 ６、特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷方法におい
て、上記光の照射強度を空間的かつ時間的に変化させる
ことを、光を回動可能なミラーに照射し、該ミラーを回
動させて被検体面を走査することによって行なうことを
特徴とする超音波探傷方法。 ７．特許ＭｉＮ末の範囲第６項記載の超音波探傷方法に
おいて１．Ｌ配回動可能なミラーは平板ミラーで構成さ
れていることを特徴とする超音波探傷方法。
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