レーザ超音波検査装置およびこれを備えたシステム
【課題】検査対象の欠陥の検出のために欠陥検出手段に入力されるデータを選択的に減少させ、そのデータを記録する記憶容量やデータ解析時間の減少を図ったレーザ超音波検査装置およびこれを備えたシステムを提供する。
【解決手段】検査対象１１にレーザ光を照射して表面波を励起させる変調光源１２と、このレーザ光照射位置に対して既知の距離離間Ｌした位置Ｍにてレーザ光を照射する一方、そのレーザ光の反射光を受光することにより、欠陥部２３があったときに、この欠陥部で発生する欠陥波２２ａ，２２ｂを含む表面波１９を検出する表面波検出装置１３と、変調光源の出力信号と同期させた表面波検出装置からの表面波検出信号ｓｉｇを所定時間記録し、この表面波検出信号に基づいて欠陥部２３を検出する欠陥検出装置１４と、を具備している。
【解決手段】検査対象１１にレーザ光を照射して表面波を励起させる変調光源１２と、このレーザ光照射位置に対して既知の距離離間Ｌした位置Ｍにてレーザ光を照射する一方、そのレーザ光の反射光を受光することにより、欠陥部２３があったときに、この欠陥部で発生する欠陥波２２ａ，２２ｂを含む表面波１９を検出する表面波検出装置１３と、変調光源の出力信号と同期させた表面波検出装置からの表面波検出信号ｓｉｇを所定時間記録し、この表面波検出信号に基づいて欠陥部２３を検出する欠陥検出装置１４と、を具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象に非接触でレーザを照射し、超音波の表面波を励起させるレーザ超音波検査装置およびこれを備えたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた検査対象表面の欠陥検査手法としては、図１２に示す超音波探傷法が従来から知られている。この従来の手法は、まず、検査対象１に対して送信側カプラント２ａを介して圧電素子を有する送信側表面波探触子３ａを接触させる。この状態で送信器４から電気信号を送信側表面波探触子３ａに印加し、この表面波探触子３ａから検査対象１中に超音波を送波し、表面波５を送信する。
【０００３】
すると、この表面波５が検査対象１の表面を伝播し、受信側カップラント２ｂを介して圧電素子を有する受信側表面波探触子３ｂに到達する。この到達信号は受信側表面波探触子３ｂで受信され、圧電素子によって電気信号に変換されて欠陥検出部６に入力される。欠陥検出部６には送信器４からの送信信号も入力されており、この送信信号の送信時刻と受信信号の受信時刻の差Δｔ、つまり検査対象１の表面を表面波５が伝播した時間が計測される。
【０００４】
ここで予め送信側と受信側の表面波探触子３ａ，３ｂ同士の間隔Ｌと表面波５の音速ｖｓが既知とすると、これらはＬ＝ｖｓ・Δｔという関係にある。ここで検査対象１の表面に開口を無視し得る深さＤなる欠陥７が存在していたとすると、表面波５の一部５ａは欠陥面を回り込み、その結果、伝播時間ΔｔＤは欠陥がない場合の伝播時間Δｔと比べて長くなる。
【０００５】
したがって、この伝播時間ΔｔＤを計測すれば、本来計測されるべき伝播時間Ｌ／ｖｓとΔｔＤとの比較から欠陥７の有無が検出され、かつＤ＝（ｖｓ・ΔｔＤ−Ｌ）／２の関係から欠陥の深さＤが算出できる。
【０００６】
図１３は超音波を用いた表面検査の第２の従来手法を示している。この手法は、送受信兼用の表面波探触子３から検査対象１中にカップラント２を介して送信された表面波５に基づく欠陥７の開口端部および底部における欠陥波８ａおよび８ｂを再び表面波探触子３で受信するものである。本手法においては、欠陥波８ａの表面波探触子３への到達時刻Δｔａと欠陥波８ｂの表面波探触子３への到達時刻Δｔｂは、既知の表面波音速ｖｓを用いて２Ｄ＝ｖｓ・（Δｔａ−Δｔｂ）なる関係にあることから、欠陥検出部６でΔｔａとΔｔｂを計測することによって欠陥の深さＤを求めることができる。
【０００７】
一方、近年では、表面波探触子３およびカップラント２を用いずに、レーザ光による表面波５の送受信で代替する手法も提案されている。このレーザ光を用いた非接触の表面波送信手法とは、短パルス高エネルギーのレーザ光をある検査対象に照射すると、そのレーザ光照射点付近にレーザエネルギーの吸収による熱応力あるいは気化（アブレーション）圧縮力が発生し、その作用による歪みが表面波となって対象中を伝播するという現象を利用したものである（例えば非特許文献１参照）。
【０００８】
またレーザ光を用いた他の非接触の表面波受信手法とは、検査対象１にレーザ光を照射し、その反射光を受光することにより、表面波が検査対象表面に励起する微小振動を、レーザ光の進行方向の変化（偏向）や反射光の位相差、周波数遷移量などから計測するものである（例えば非特許文献２参照）。
【非特許文献１】J.D.Aussel(“Generation Acoustic Waves by Laser: Theoretical and Experimental Study of the Emission Source, ”Ultrasonics,vol.24(1988),246-255)
【非特許文献２】C.Chenu(“Defect Detection by Surface Acoustic Waves Generated by a Multiple Beam Laser, ” Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium(1995)821-824)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の超音波探傷方法では、検査対象に表面波探触子３，３ａ，３ｂを設置する際にはカプラント２，２ａ，２ｂの塗布が必要であり、これは作業工程の増加につながる。また検査対象１が小型の場合や狭隘部にある場合には表面波探触子３，３ａ，３ｂを設置することが困難である。
【００１０】
また、従来のレーザ光を用いた非接触探傷方法では、より詳細なデータを取得するためや分解能を上げる探傷のためにデータ取得時間が長大になるという課題がある。このために、取得データを記録するための記憶媒体の容量や欠陥部検出解析時間が増大し、大量のデータの中から必要な個所だけ抽出するという煩雑な作業が必要であるという課題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、検査対象の欠陥の検出のために欠陥検出手段に入力されるデータを選択的に減少させ、そのデータを記録する記憶容量やデータ解析時間の減少を図ったレーザ超音波検査装置およびこれを備えたシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、検査対象にレーザ光を照射して表面波を励起させる表面波送信手段と、この表面波送信手段のレーザ光照射位置に対して既知の距離離間した位置にて前記検査対象にレーザ光を照射する一方、そのレーザ光の反射光を受光することにより、前記検査対象に欠陥部があったときに、この欠陥部で発生する欠陥波を含む表面波を検出する表面波受信手段と、前記表面波受信手段からの表面波検出信号を前記表面波送信手段の出力信号と同期した時刻から所定時間記録し、この表面波検出信号に基づいて前記欠陥部を検出する欠陥検出手段と、を具備していることを特徴とするレーザ超音波検査装置である。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項３〜７のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置と、このレーザ超音波検査装置を収容するコンテナと、このコンテナ内の温度を制御する温度制御装置と、具備していることを特徴とするレーザ超音波検査システムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、欠陥検出手段が、検査対象への送信用レーザ光の照射開始時から所定時間だけ表面波信号を記録し、欠陥を検出するので、この表面波信号の記録時間の短縮を図ることができる。このために、表面波信号を記録する記憶媒体の容量の減少と欠陥解析ないし検出時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の第１実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０の全体構成を示す機能ブロック図である。このレーザ超音波検査装置１０は、検査対象１１に送信用レーザ光を照射して超音波の表面波を励起させる表面波送信手段の一例である変調光源１２、表面波受信手段の一例である表面波検出装置１３、欠陥検出手段の一例である欠陥検出装置１４、走査装置１５を具備している。
【００１７】
変調光源１２は、トリガパルスＴrｇによりパルス状に変調した所定周波数のパルスレーザ光１６を発振するものであり、このパルスレーザ光１６を検査対象１１の表面上の所要位置Ｅに照射するために導光する照射用光学系１７と、フォーカスするためのレンズ系１８とを備えている。
【００１８】
すなわち、変調光源１２は、レーザ光１６を検査対象１１の表面に照射することにより、超音波の表面波１９を励起させる表面波送信手段として構成されている。
【００１９】
表面波検出装置１３は、上記レーザ光１６の照射位置Ｅから既知の所定距離Ｌ離れた検査対象１１の表面上の受信点Ｍに、レーザ光２０を光学系２１を介して照射する一方、この受信点Ｍで反射した反射光を受光し、レーザ光の進行方向の変化（偏向）や反射光の位相差、周波数遷移量等に基づいて表面波１９を検出するものである。
【００２０】
また、表面検出装置１３は、表面波１９と共に欠陥波２２ａ，２２ｂを検出する。欠陥波２２ａ，２２ｂは表面波１９が表面開口の欠陥部２３に到達すると、この欠陥部２３の開口部と底部のエッジ部で欠陥波２２ａ，２２ｂがそれぞれ発生し、受信点Ｍで表面波検出装置１３により検出されたときに、表面波検出信号ｓｉｇに含まれて出力信号として出力される。
【００２１】
走査装置１５は、変調光源１２からのレーザ光１６が照射される照射点Ｅを、受信点Ｍとの間で既知の所定距離Ｌを置いた状態でＸ−Ｙ方向に検査対象１１ａ表面を走査するものである。
【００２２】
欠陥検出装置１４は、信号記録装置１４ａ、欠陥検知装置１４ｂおよび欠陥同定装置１４ｃを具備しており、変調光源１２からのトリガパルスＴｒｇにより同期して動作するようになっている。表面波検出装置１３により検出された表面波検出信号と欠陥波検出信号の少なくとも一方を出力信号ｓｉｇとして受けて記録するものである。
【００２３】
欠陥検知装置１４ｂは、信号記録装置１４ａを介して表面波検出装置１３からの出力信号ｓｉｇを受け、この出力信号ｓｉｇ中に欠陥波２２ａ，２２ｂが含まれていることを検出したときに、欠陥部２３があることを検出するものである。
【００２４】
欠陥同定装置１４ｃは信号記録装置１４ａを介して表面波検出装置１３からの出力信号ｓｉｇを受け、この出力信号ｓｉｇ中に欠陥波２２ａ，２２ｂが含まれているときに、欠陥部２３の位置と深さを同定するものである。
【００２５】
すなわち、欠陥検出装置１４は、表面波１９の未知の音速Ｖｓを、送信点Ｅから受信点Ｍまでの距離Ｌが既知であるから、トリガ信号Ｔｒｇが示す表面波１９の発振時刻Ｔｏを基準とし、表面波検出装置１３により表面波が受信されるまでの時刻Ｔ１を用いてＶｓ＝Ｌ／Ｔ１から算出する。
【００２６】
また、欠陥検出装置１４は、欠陥波２２ａ，２２ｂが受信点Ｍまでにそれぞれ到達する時間差Ｔｄは、表面波１９が欠陥部２３の深さ方向に伝播する時間であるので、欠陥部２３の深さＤは、Ｄ＝Ｌ・Ｔ１から求める。すなわち、予め表面波１９の音速Ｖｓを知ること無しに欠陥深さＤを求める。
【００２７】
さらに、欠陥波２２ａ，２２ｂの伝播時間Ｔ３を用いることにより、Ｌｄ＝Ｌ・Ｔ３／Ｔ１の関係から、送信点Ｅから欠陥部２３の存在位置までの距離Ｌｄを求め、未知の欠陥位置を求めることができる。
【００２８】
次に、このレーザ超音波検査装置１０の作用を説明する。
【００２９】
まず、変調光源１２ではトリガパルスＴｒｇによりパルス状に変調されたレーザ光１６が発振され、照射用光学系１７により導光され、かつレンズ系１８によりフォーカスされて、検査対象１１の表面上の送信点Ｅに照射される。
【００３０】
このために、送信点Ｅでは超音波の表面波１９が励起され、検査対象１１の表面を伝播し、受信点Ｍに到達する。
【００３１】
この受信点Ｍでは、表面波検出装置１３から発振されたレーザ光２０が照射用光学系２１を介して照射される一方、その反射光が表面波検出装置１３により受光され、このときに表面波１９が検出される。
【００３２】
さらに、表面波１９は受信点Ｍを通過して伝播し、欠陥部２３に到達し、欠陥部２３の開口部と底部のエッジ部で欠陥波２２ａ，２２ｂが発生する。
【００３３】
これら欠陥波２２ａ，２２ｂは再び受信点Ｍに到達して表面波検出装置１３により検出され、出力信号ｓｉｇとして欠陥検出装置１４の信号記録装置１４ａに与えられる。
【００３４】
信号記録装置１４ａには変調光源１２からのトリガ信号Ｔｒｇが入力され、この変調光源１２の送信用レーザ光の各発振と同期した時刻から所定時間のみ、検出信号ｓｉｇをそれぞれ記録する一方、この検出信号ｓｉｇを欠陥検知装置１４ｂと欠陥同定装置１４ｃとにそれぞれ与える。
【００３５】
このために、欠陥検知装置１４ｂは欠陥部２３の有無を検出し、その結果を信号記録装置１４ａに与えて記録させる。また、欠陥同定装置１４ｃは表面波１９の速度校正機能を備えており、表面波信号や欠陥波信号の時間差から表面波１９の正確な音速と経路上の欠陥部２３の位置と深さＤを検出し、その検出結果を信号記録装置１４ａに与えて記録させる。
【００３６】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０によれば、変調光源１２のパルス状送信用レーザ光の発振と信号記録装置１４ａによる検出信号ｓｉｇの取込みタイミングを同期させているので、変調光源１２のパルス状送信用レーザ光１６の各発振時から、所定期間だけ表面波検出装置１３からの検出（出力）信号ｓｉｇを信号記録装置１４ａにより記録すればよいので、この検出信号ｓｉｇの記録量を減少させることができる。
【００３７】
このために、この検出信号ｓｉｇを記録する信号記録装置１４ａの記憶媒体の記録容量の減少を図ることができるうえに、この検出信号ｓｉｇから欠陥部２３の有無や位置、深さを検出する欠陥検知装置１４ｂと欠陥同定装置１４ｃによる欠陥部２３の検出ないし解析時間の短縮を図ることができる。
【００３８】
また、信号記録装置１４ａによる表面波や欠陥波等のデータの記録量の減少を図ることができるので、その分、これらデータの記録量を増大させて欠陥部検出精度の向上を図ることができる。
【００３９】
（実施形態２）
図２は本発明の第２の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ａの構成を示す機能ブロック図、図３はこのレーザ超音波検査装置１０Ａの主要部の動作のタイミングチャートである。
【００４０】
レーザ超音波検査装置１０Ａは、前記第１の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０に、シャッター装置２４、マスタークロック２５と遅延発生装置２６を設けた点に主な特徴がある。
【００４１】
シャッター装置２４は、変調光源１２から出力される送信用レーザ光１６が検査対象１１の表面の送信点Ｅに照射されるレーザ光照光路の途中に介装されて、このレーザ光照射光路を開閉することにより、レーザ光１６の検査対象１１への照射をＯＮ−ＯＦＦ制御するものである。
【００４２】
マスタークロック２５はクロック信号（同期信号）を変調光源１２、シャッター装置２４、表面波検出装置１３、欠陥検出装置１４へそれぞれ与えて、これらの動作を同期させるものである。
【００４３】
図３に示すように遅延発生装置２５はシャッター装置２４のシャッターの開動作をクロック信号に対して所要数（所定時間）遅延させるものであり、変調光源１２から出力される送信レーザ光１６の出力が安定してからシャッターを開放させるものである。
【００４４】
したがって、図３に示すようにこのレーザ超音波検査装置１０Ａによれば、変調光源１２の送信用レーザ光１６の発振が開始されても、その発振開始から所定の遅延時間経過前では、シャッター装置２４によりレーザ光照射光路が閉じているので、送信用レーザ光１６が検査対象１１に照射されず、待機する。
【００４５】
そして、遅延時間経過後は、変調光源１２の送信用レーザ光１６の発振が安定するので、シャッター装置２４がレーザ光照射光路を開く。このために、送信用レーザ光１６が検査対象１１の送信点Ｅに照射される。
【００４６】
この送信点Ｅに照射される送信用レーザ光１６の発振に同期して発振する受信用レーザ光２０が受信点Ｍに照射される。また、この受信用レーザ光２０の受信点Ｍへの照射に同期して信号記録装置１４ａによる表面波信号や欠陥波信号等のデータの取込みが開始され、所定時間記録される。また、このデータ記録時には図３に示すように、走査装置１５の走査位置信号が信号記録装置１４ａに与えられて記録される。
【００４７】
すなわち、信号記録装置１４ａは、シャッター装置２４のシャッターが開くのとほぼ同時にデータ収録を開始する。一部の信号は、クロック信号発生開始直後は不安定なため、微少時間遅らせて数値が安定してからデータを取得する。データ収録に関しては、検査に用いているセンサ情報、レーザ照射位置情報、レーザ状態信号、超音波信号、他の機器から送られてくる状態信号、その他必要な詳細なデータをアナログからデジタルに変換（ＡＤ変換）またはＬＡＮなどのネットワーク経由で取得して保存する。ＡＤ変換装置としては汎用のＰＣＩボードが適用可能で、高速ＡＤ変換装置としては例えばＰＸＩモジュールを用いた装置が適用可能である。
【００４８】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０Ａによれば、送信用レーザ光を、その発振が安定してから検査対象１１に照射させるので、欠陥検出装置１４による欠陥部２３の検出精度を向上させることができる。さらに、この欠陥検出装置１４には走査装置１５から走査位置信号が与えられるので、この欠陥検出装置１４による欠陥位置検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００４９】
また、送信用レーザ光１６の検出対象１１への照射に同期して信号記録装置１４ａ表面波や欠陥波の信号等のデータを所定時間だけ記録し、送信用レーザ光１６が検査対象１１へ照射されていない期間は記録しないので、その記録量を減少させることができる。このために、これらデータを記録する記憶媒体の容量と記録時間を減少させることができる。
【００５０】
さらに、データ記録量の減少分だけ、逆に必要なデータ記録量と記録時間の増大を図ることにより、信号記録精度と欠陥検出精度の向上を図ることができる。
【００５１】
（実施形態３）
図４は本発明の第３の実施形態に係る信号記録装置１４ａの表示画面２７の要部拡大正面図である。この表示画面２７は、マルチウインドウに形成され、例えば、その図４中左半分側に、時間波形表示ウインドウ２７ａ、トレンド表示ウインドウ２７ｂ、主要パラメータ表示ウインドウ２７ｃを配設し、右半分側に、ステータス表示ウインドウ２７ｄ、他機器情報表示ウインドウ２７ｅ、運転状態表示ウインドウ２７ｆ、走査装置１５の運転を操作する操作ボタン表示ウインドウ２７ｇを表示している。
【００５２】
時間波形表示ウインドウ２７ａは表面波検出装置１３から信号記録装置１４ａに入力される表面波１９と欠陥波２２ａ，２２ｂの各検出信号の時間波形を、パルス状送信用レーザ光１６の検査対象１１への照射毎に、所定時間だけ順次表示する小ウインドウである。
【００５３】
トレンド表示ウインドウ２７ｂは、信号記録装置１４ａに入力された表面波１９や欠陥波２２ａ，２２ｂの所要数を時系列に並べて所定時間表示し、これら表面波１９や欠陥波２２ａ，２２ｂのトレンドを表示する小ウインドウである。
【００５４】
主要パラメータ表示ウインドウ２７ｃは、パルス状の送信用レーザ光１６と受信用レーザ光２０の各拡幅を示す波形や、受信用レーザ光２０の検査対象１１への照明と、シャッター装置２４の開動作のタイミングのずれ等主要パラメータのトレンドを表示するウインドウである。
【００５５】
ステータス表示ウインドウ２７ｄは、変調光源１２、表面波検出装置１３、欠陥検知装置１４ｂ、欠陥同定装置１４ｃ、走査装置１５、シャッター装置２４、マスタークブロック２５、遅延発生装置２６等の他の機器の異常の有無等現状を表示する小ウインドウである。
【００５６】
他機器情報表示ウインドウ２７ｅは走査装置１５の現在のＸ−Ｙ位置（走査位置）や動作速度等他の機器からの情報を表示する小ウインドウである。
【００５７】
運転状態表示ウインドウ２７ｆは走査装置１５が動作中か否か等、他の機器の運転状態を表示するウインドウである。
【００５８】
操作ボタン表示ウインドウ２７ｇは、走査装置１５の運転を操作するためのＯＮ−ＯＦＦボタンや走査速度、走査範囲を設定するための表示ボタン等、操作ボタンを表示する小ウインドウである。
【００５９】
したがって、この実施形態によれば、信号記録装置１４ａの表示画面２７を目視することにより、表面波１９と欠陥波２２ａ，２２ｂの時間波形やそのトレンド、その他主要パラメータのトレンド、他機器の異常の有無等の現状ないし運転状態を、それぞれ確認し、走査装置１５の運転を操作することができる。
【００６０】
（実施形態４）
図５は本発明の第４の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ｂの全体構成を示す機能ブロック図である。このレーザ超音波検査装置１０Ｂは図２で示す第２の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ａの欠陥検出装置１４に、レーザ超音波検査装置１０Ａを遠隔監視する遠隔監視装置２８を設けた点に特徴がある。
【００６１】
すなわち、図５に示すようにレーザ超音波検査装置１０Ｂは、その遠隔監視装置２８以外の本体装置１０Ａが原子力発電所の放射線管理区域等問題なくアクセスし難い現場に配設される場合に、その現場から離間した事務所等に遠隔監視装置２８を設けている。現場と事務所間の通信手段としては短距離であればＬＡＮケーブルが考えられるが、中長距離の時は無線ＬＡＮや一般の公衆回線などを用いることにより、リアルタイムでの状態監視が可能である。
【００６２】
遠隔監視装置２８は、現場設置の欠陥検出装置１４とほぼ同様に構成され、図４で示す表示画面２７を具備している。
【００６３】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０Ｂによれば、現場から離れた事務所においても、このレーザ超音波検査装置１０Ｂの運転状態を遠隔監視装置２８により監視することができるうえに、走査装置１５等の運転を遠隔監視することができる。したがって、監視技術に特別な技能・経験が必要な場合においても一人で複数の現場の検査状態を把握することが可能である。
【００６４】
（実施形態５）
図６は本発明の第５の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ｃの全体構成を示す機能ブロック図である。このレーザ超音波検査装置１０Ｂは図２で示す第２の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ａに、監視カメラ２９を設けた点に特徴がある。
【００６５】
監視カメラ２９は主に検査対象１１とその表面上で走査される走査面や表面検査作業を撮像し、その撮像信号を信号記録装置１４ａに与えて記録させ、表示画面に表示させるものである。この撮像信号は信号記録装置１４ａを介して図５で示す遠隔監視装置２８に送信させ、その表示画面に、撮像画面を表示させるように構成してもよい。
【００６６】
すなわち、一般に、検査対象１１の表面検査の手順としては、実施前の目視検査と実施後の目視検査が行われることが想定される。さらに、検査中にも画像で検査位置・状態などを確認することは検査員が検査の状態を把握するためには求められると考えられる。このために、その表面検査作業を監視カメラ２９により撮影する。また、検査前後と検査中とでは光量が違うため、１台の監視カメラ２９により撮影する場合には、光量対感度が対数の関係にあるカメラ（ログカメラ）を使用する。または、通常の監視カメラ２９の１台だけで撮影するためには、露光量が調節できる電気的な構造、もしくは減光フィルタを機械的に動作させる機構を設けることにより可能である。複数の監視カメラ２９により撮影する際にも同様の構造・機構を設けることで、コストダウンを図ることが可能である。
【００６７】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０Ｃによれば、監視カメラ２９の撮像画面を監視員が目視することにより検査対象１１の表面検査の前後において、その検査状態を目視チェックすることができる。
【００６８】
（実施形態６）
図７は本発明の第６の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０の構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０は、コンテナ３１内に、前記レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのいずれかを配設し、このコンテナ３１内に、温度制御装置の一例である空気調和機３２を１台以上配設した点に特徴がある。
【００６９】
このレーザ超音波検査システム３０によれば、コンテナ３１内の温度と湿度を、空気調和機３２，３２によりレーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかに好適な温度と湿度に制御することができるので、特に夏場等高温多湿の環境においても、レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃを正常に動作させることができ、表面検査の精度、品質を保証することができる。
【００７０】
（実施形態７）
図８は本発明の第７の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ａの構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ａは、前記レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかの１台以上、例えば２台を、レーザ光光源等光学系を有する光学系１０Ｌと、それ以外の制御系を含む電気系１０Ｅとにそれぞれ区別し、これらをコンテナ３１Ｌ，３１Ｅ内にそれぞれ収容し、各光学系コンテナ３１Ｌの上に、各電気系コンテナ３１Ｅをそれぞれ積み上げ、フロアＦ上に２層に立設した点に特徴がある。
【００７１】
ここで、光学系とは変調光源１２、表面波検出装置１３、走査装置１５、照射用光学系１７、レンズ系１８、シャッター装置２４である。電気系とは、欠陥検出装置１４、マスタークロック２５、遅延発生装置２６である。
【００７２】
また、レーザ超音波検査システム３０Ａは、１階（１Ｆ）のフロアＦから２階（２Ｆ）の電気コンテナ３１Ｅにアクセスするための外付けの階段３３と、光学コンテナ３１Ｌと電気系コンテナ３１Ｅとを上下方向に結合する結合手段の一例であるコネクタ３４と、を具備している。
【００７３】
そして、レーザ超音波検査システム３０Ａは、これら光学系コンテナ３１Ｌと電気系コンテナ３１Ｅとを図示しないワイヤ等により建屋やその他安定した個所に接続している。また、これらコンテナ３１Ｅ，３１Ｌの一部に各階を接続するコネクタボックスを設けてもよく、これによれば、信号ケーブルなどのやり取り合いも境界線を壊すことなく可能である。
【００７４】
そして、このレーザ超音波検査システム３０Ａによれば、複数のコンテナ３１Ｅ，３１Ｌを上下２段で重ねているので、検査現場での設置スペースの節約を図ることができる。また、レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかのうちの振動に対して影響の受け易い光学系１０Ｌを振動の小さい１階（１Ｆ）に設けているので、光学系１０Ｌの信頼性を向上させることができる。
【００７５】
（実施形態８）
図９は本発明の第８の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ｂの構成を示す平面模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ｂは、前記レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかの１台以上、例えば２台の各走査装置１５を除く本体装置を大形のコンテナ３１Ｆ内にそれぞれ収容し、走査装置１５と検査対象１１が設置されるコンテナ３１Ｆ外の作業エリア３５側のコンテナ３１Ｆの側壁３１Ｆａに、透視窓３６，３６をそれぞれ形成した点に特徴がある。
【００７６】
各透視窓３６は作業エリア３５での検査作業を目視できる大きさに形成され、透明な合成樹脂またはガラス等透明素材が使用される。これら透明素材には破壊時飛散防止フィルムを貼着し、または複数枚積層することにより、外部との境界を確保している。
【００７７】
このレーザ超音波検査システム３０Ｂによれば、検査員３７がコンテナ３１Ｆの内部から外部を透視窓３６を通して作業エリア３５を目視することができるので、コンテナ３１Ｆの内部から検査作業を実施することができる。
【００７８】
（実施形態９）
図１０は本発明の第９の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ｃの構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ｃは、前記図８で示すレーザ超音波検査システム３０Ａのコンテナ３１Ｅ，３１Ｌの外面を、ビニールシート等のカバー３８により全面的に被覆した点に特徴がある。
【００７９】
一般に、レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのレーザなどの光学系１０Ｌは粉塵等により誤動作を生じる確率が高くなるので、このレーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃを収容するコンテナ３１Ｅ，３１Ｌの外面をカバー３８により被覆することによって粉塵が電気系コンテナ３１Ｅ、光学系コンテナ３１内へ流入するのを低減ないし防止することができる。このために、光学系１０Ｌと電気系１０Ｅの精度を向上させることができる。
【００８０】
（実施形態１０）
図１１は本発明の第１０の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ｄの構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ｄは、前記図８で示すレーザ超音波検査システム３０Ａに、電気系コンテナ３１Ｅ，光学系コンテナ３１Ｌの内部の気圧を外気圧よりも高い正圧に制御する気圧制御装置３９を設けた点に特徴がある。
【００８１】
このレーザ超音波検査システム３０Ｄによれば、電気系，光学系コンテナ３１Ｅ，３１Ｌ内を、気圧制御装置３９により外気圧よりも高い正圧に制御するので、これらコンテナ３１Ｅ，３１Ｌに出入りする際に、ドアを開閉しても空気の流れはコンテナ３１Ｅ，３１Ｌ内から外気に流れるため、粉塵の浸入を阻止することが可能である。また、これらコンテナ３１Ｅ，３１Ｌが放射線管理区域内に設置されている場合には、コンテナ３１Ｅ，３１Ｌ内への放射線物質の流れ込みを阻止することが可能であるため、被曝低減を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置のタイミングチャート。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る表面検査装置の表示画面の正面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る表面検査装置の説明図。
【図８】本発明の第７の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図９】本発明の第８の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図１０】本発明の第９の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図１１】本発明の第１０の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図１２】従来の第１の超音波検査装置の機能ブロック図。
【図１３】従来の第２の超音波検査装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００８３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ レーザ超音波検査装置
１１ 検査対象
１２ 変調光源
１３ 表面波検出装置
１４ 欠陥検出装置
１４ａ 信号記録装置
１４ｂ 欠陥検知装置
１４ｃ 欠陥同定装置
１５ 走査装置
１６ 送信用レーザ光
１７ 照射用光学系
１８ レンズ系
１９ 表面波
２０ 受信用レーザ光
２２ａ，２２ｂ 欠陥波
２３ 欠陥部
２４ シャッター装置
２５ マスタークブロック
２６ 遅延発生装置
２７ 表示画面
２８ 遠隔監視装置
２９ 監視カメラ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ レーザ超音波検査システム
３１ コンテナ
３１Ｅ 電気系コンテナ
３１Ｌ 光学系コンテナ
３６ 透視窓
３８ カバー
３９ 気圧制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象に非接触でレーザを照射し、超音波の表面波を励起させるレーザ超音波検査装置およびこれを備えたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた検査対象表面の欠陥検査手法としては、図１２に示す超音波探傷法が従来から知られている。この従来の手法は、まず、検査対象１に対して送信側カプラント２ａを介して圧電素子を有する送信側表面波探触子３ａを接触させる。この状態で送信器４から電気信号を送信側表面波探触子３ａに印加し、この表面波探触子３ａから検査対象１中に超音波を送波し、表面波５を送信する。
【０００３】
すると、この表面波５が検査対象１の表面を伝播し、受信側カップラント２ｂを介して圧電素子を有する受信側表面波探触子３ｂに到達する。この到達信号は受信側表面波探触子３ｂで受信され、圧電素子によって電気信号に変換されて欠陥検出部６に入力される。欠陥検出部６には送信器４からの送信信号も入力されており、この送信信号の送信時刻と受信信号の受信時刻の差Δｔ、つまり検査対象１の表面を表面波５が伝播した時間が計測される。
【０００４】
ここで予め送信側と受信側の表面波探触子３ａ，３ｂ同士の間隔Ｌと表面波５の音速ｖｓが既知とすると、これらはＬ＝ｖｓ・Δｔという関係にある。ここで検査対象１の表面に開口を無視し得る深さＤなる欠陥７が存在していたとすると、表面波５の一部５ａは欠陥面を回り込み、その結果、伝播時間ΔｔＤは欠陥がない場合の伝播時間Δｔと比べて長くなる。
【０００５】
したがって、この伝播時間ΔｔＤを計測すれば、本来計測されるべき伝播時間Ｌ／ｖｓとΔｔＤとの比較から欠陥７の有無が検出され、かつＤ＝（ｖｓ・ΔｔＤ−Ｌ）／２の関係から欠陥の深さＤが算出できる。
【０００６】
図１３は超音波を用いた表面検査の第２の従来手法を示している。この手法は、送受信兼用の表面波探触子３から検査対象１中にカップラント２を介して送信された表面波５に基づく欠陥７の開口端部および底部における欠陥波８ａおよび８ｂを再び表面波探触子３で受信するものである。本手法においては、欠陥波８ａの表面波探触子３への到達時刻Δｔａと欠陥波８ｂの表面波探触子３への到達時刻Δｔｂは、既知の表面波音速ｖｓを用いて２Ｄ＝ｖｓ・（Δｔａ−Δｔｂ）なる関係にあることから、欠陥検出部６でΔｔａとΔｔｂを計測することによって欠陥の深さＤを求めることができる。
【０００７】
一方、近年では、表面波探触子３およびカップラント２を用いずに、レーザ光による表面波５の送受信で代替する手法も提案されている。このレーザ光を用いた非接触の表面波送信手法とは、短パルス高エネルギーのレーザ光をある検査対象に照射すると、そのレーザ光照射点付近にレーザエネルギーの吸収による熱応力あるいは気化（アブレーション）圧縮力が発生し、その作用による歪みが表面波となって対象中を伝播するという現象を利用したものである（例えば非特許文献１参照）。
【０００８】
またレーザ光を用いた他の非接触の表面波受信手法とは、検査対象１にレーザ光を照射し、その反射光を受光することにより、表面波が検査対象表面に励起する微小振動を、レーザ光の進行方向の変化（偏向）や反射光の位相差、周波数遷移量などから計測するものである（例えば非特許文献２参照）。
【非特許文献１】J.D.Aussel(“Generation Acoustic Waves by Laser: Theoretical and Experimental Study of the Emission Source, ”Ultrasonics,vol.24(1988),246-255)
【非特許文献２】C.Chenu(“Defect Detection by Surface Acoustic Waves Generated by a Multiple Beam Laser, ” Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium(1995)821-824)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の超音波探傷方法では、検査対象に表面波探触子３，３ａ，３ｂを設置する際にはカプラント２，２ａ，２ｂの塗布が必要であり、これは作業工程の増加につながる。また検査対象１が小型の場合や狭隘部にある場合には表面波探触子３，３ａ，３ｂを設置することが困難である。
【００１０】
また、従来のレーザ光を用いた非接触探傷方法では、より詳細なデータを取得するためや分解能を上げる探傷のためにデータ取得時間が長大になるという課題がある。このために、取得データを記録するための記憶媒体の容量や欠陥部検出解析時間が増大し、大量のデータの中から必要な個所だけ抽出するという煩雑な作業が必要であるという課題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、検査対象の欠陥の検出のために欠陥検出手段に入力されるデータを選択的に減少させ、そのデータを記録する記憶容量やデータ解析時間の減少を図ったレーザ超音波検査装置およびこれを備えたシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、検査対象にレーザ光を照射して表面波を励起させる表面波送信手段と、この表面波送信手段のレーザ光照射位置に対して既知の距離離間した位置にて前記検査対象にレーザ光を照射する一方、そのレーザ光の反射光を受光することにより、前記検査対象に欠陥部があったときに、この欠陥部で発生する欠陥波を含む表面波を検出する表面波受信手段と、前記表面波受信手段からの表面波検出信号を前記表面波送信手段の出力信号と同期した時刻から所定時間記録し、この表面波検出信号に基づいて前記欠陥部を検出する欠陥検出手段と、を具備していることを特徴とするレーザ超音波検査装置である。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項３〜７のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置と、このレーザ超音波検査装置を収容するコンテナと、このコンテナ内の温度を制御する温度制御装置と、具備していることを特徴とするレーザ超音波検査システムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、欠陥検出手段が、検査対象への送信用レーザ光の照射開始時から所定時間だけ表面波信号を記録し、欠陥を検出するので、この表面波信号の記録時間の短縮を図ることができる。このために、表面波信号を記録する記憶媒体の容量の減少と欠陥解析ないし検出時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の第１実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０の全体構成を示す機能ブロック図である。このレーザ超音波検査装置１０は、検査対象１１に送信用レーザ光を照射して超音波の表面波を励起させる表面波送信手段の一例である変調光源１２、表面波受信手段の一例である表面波検出装置１３、欠陥検出手段の一例である欠陥検出装置１４、走査装置１５を具備している。
【００１７】
変調光源１２は、トリガパルスＴrｇによりパルス状に変調した所定周波数のパルスレーザ光１６を発振するものであり、このパルスレーザ光１６を検査対象１１の表面上の所要位置Ｅに照射するために導光する照射用光学系１７と、フォーカスするためのレンズ系１８とを備えている。
【００１８】
すなわち、変調光源１２は、レーザ光１６を検査対象１１の表面に照射することにより、超音波の表面波１９を励起させる表面波送信手段として構成されている。
【００１９】
表面波検出装置１３は、上記レーザ光１６の照射位置Ｅから既知の所定距離Ｌ離れた検査対象１１の表面上の受信点Ｍに、レーザ光２０を光学系２１を介して照射する一方、この受信点Ｍで反射した反射光を受光し、レーザ光の進行方向の変化（偏向）や反射光の位相差、周波数遷移量等に基づいて表面波１９を検出するものである。
【００２０】
また、表面検出装置１３は、表面波１９と共に欠陥波２２ａ，２２ｂを検出する。欠陥波２２ａ，２２ｂは表面波１９が表面開口の欠陥部２３に到達すると、この欠陥部２３の開口部と底部のエッジ部で欠陥波２２ａ，２２ｂがそれぞれ発生し、受信点Ｍで表面波検出装置１３により検出されたときに、表面波検出信号ｓｉｇに含まれて出力信号として出力される。
【００２１】
走査装置１５は、変調光源１２からのレーザ光１６が照射される照射点Ｅを、受信点Ｍとの間で既知の所定距離Ｌを置いた状態でＸ−Ｙ方向に検査対象１１ａ表面を走査するものである。
【００２２】
欠陥検出装置１４は、信号記録装置１４ａ、欠陥検知装置１４ｂおよび欠陥同定装置１４ｃを具備しており、変調光源１２からのトリガパルスＴｒｇにより同期して動作するようになっている。表面波検出装置１３により検出された表面波検出信号と欠陥波検出信号の少なくとも一方を出力信号ｓｉｇとして受けて記録するものである。
【００２３】
欠陥検知装置１４ｂは、信号記録装置１４ａを介して表面波検出装置１３からの出力信号ｓｉｇを受け、この出力信号ｓｉｇ中に欠陥波２２ａ，２２ｂが含まれていることを検出したときに、欠陥部２３があることを検出するものである。
【００２４】
欠陥同定装置１４ｃは信号記録装置１４ａを介して表面波検出装置１３からの出力信号ｓｉｇを受け、この出力信号ｓｉｇ中に欠陥波２２ａ，２２ｂが含まれているときに、欠陥部２３の位置と深さを同定するものである。
【００２５】
すなわち、欠陥検出装置１４は、表面波１９の未知の音速Ｖｓを、送信点Ｅから受信点Ｍまでの距離Ｌが既知であるから、トリガ信号Ｔｒｇが示す表面波１９の発振時刻Ｔｏを基準とし、表面波検出装置１３により表面波が受信されるまでの時刻Ｔ１を用いてＶｓ＝Ｌ／Ｔ１から算出する。
【００２６】
また、欠陥検出装置１４は、欠陥波２２ａ，２２ｂが受信点Ｍまでにそれぞれ到達する時間差Ｔｄは、表面波１９が欠陥部２３の深さ方向に伝播する時間であるので、欠陥部２３の深さＤは、Ｄ＝Ｌ・Ｔ１から求める。すなわち、予め表面波１９の音速Ｖｓを知ること無しに欠陥深さＤを求める。
【００２７】
さらに、欠陥波２２ａ，２２ｂの伝播時間Ｔ３を用いることにより、Ｌｄ＝Ｌ・Ｔ３／Ｔ１の関係から、送信点Ｅから欠陥部２３の存在位置までの距離Ｌｄを求め、未知の欠陥位置を求めることができる。
【００２８】
次に、このレーザ超音波検査装置１０の作用を説明する。
【００２９】
まず、変調光源１２ではトリガパルスＴｒｇによりパルス状に変調されたレーザ光１６が発振され、照射用光学系１７により導光され、かつレンズ系１８によりフォーカスされて、検査対象１１の表面上の送信点Ｅに照射される。
【００３０】
このために、送信点Ｅでは超音波の表面波１９が励起され、検査対象１１の表面を伝播し、受信点Ｍに到達する。
【００３１】
この受信点Ｍでは、表面波検出装置１３から発振されたレーザ光２０が照射用光学系２１を介して照射される一方、その反射光が表面波検出装置１３により受光され、このときに表面波１９が検出される。
【００３２】
さらに、表面波１９は受信点Ｍを通過して伝播し、欠陥部２３に到達し、欠陥部２３の開口部と底部のエッジ部で欠陥波２２ａ，２２ｂが発生する。
【００３３】
これら欠陥波２２ａ，２２ｂは再び受信点Ｍに到達して表面波検出装置１３により検出され、出力信号ｓｉｇとして欠陥検出装置１４の信号記録装置１４ａに与えられる。
【００３４】
信号記録装置１４ａには変調光源１２からのトリガ信号Ｔｒｇが入力され、この変調光源１２の送信用レーザ光の各発振と同期した時刻から所定時間のみ、検出信号ｓｉｇをそれぞれ記録する一方、この検出信号ｓｉｇを欠陥検知装置１４ｂと欠陥同定装置１４ｃとにそれぞれ与える。
【００３５】
このために、欠陥検知装置１４ｂは欠陥部２３の有無を検出し、その結果を信号記録装置１４ａに与えて記録させる。また、欠陥同定装置１４ｃは表面波１９の速度校正機能を備えており、表面波信号や欠陥波信号の時間差から表面波１９の正確な音速と経路上の欠陥部２３の位置と深さＤを検出し、その検出結果を信号記録装置１４ａに与えて記録させる。
【００３６】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０によれば、変調光源１２のパルス状送信用レーザ光の発振と信号記録装置１４ａによる検出信号ｓｉｇの取込みタイミングを同期させているので、変調光源１２のパルス状送信用レーザ光１６の各発振時から、所定期間だけ表面波検出装置１３からの検出（出力）信号ｓｉｇを信号記録装置１４ａにより記録すればよいので、この検出信号ｓｉｇの記録量を減少させることができる。
【００３７】
このために、この検出信号ｓｉｇを記録する信号記録装置１４ａの記憶媒体の記録容量の減少を図ることができるうえに、この検出信号ｓｉｇから欠陥部２３の有無や位置、深さを検出する欠陥検知装置１４ｂと欠陥同定装置１４ｃによる欠陥部２３の検出ないし解析時間の短縮を図ることができる。
【００３８】
また、信号記録装置１４ａによる表面波や欠陥波等のデータの記録量の減少を図ることができるので、その分、これらデータの記録量を増大させて欠陥部検出精度の向上を図ることができる。
【００３９】
（実施形態２）
図２は本発明の第２の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ａの構成を示す機能ブロック図、図３はこのレーザ超音波検査装置１０Ａの主要部の動作のタイミングチャートである。
【００４０】
レーザ超音波検査装置１０Ａは、前記第１の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０に、シャッター装置２４、マスタークロック２５と遅延発生装置２６を設けた点に主な特徴がある。
【００４１】
シャッター装置２４は、変調光源１２から出力される送信用レーザ光１６が検査対象１１の表面の送信点Ｅに照射されるレーザ光照光路の途中に介装されて、このレーザ光照射光路を開閉することにより、レーザ光１６の検査対象１１への照射をＯＮ−ＯＦＦ制御するものである。
【００４２】
マスタークロック２５はクロック信号（同期信号）を変調光源１２、シャッター装置２４、表面波検出装置１３、欠陥検出装置１４へそれぞれ与えて、これらの動作を同期させるものである。
【００４３】
図３に示すように遅延発生装置２５はシャッター装置２４のシャッターの開動作をクロック信号に対して所要数（所定時間）遅延させるものであり、変調光源１２から出力される送信レーザ光１６の出力が安定してからシャッターを開放させるものである。
【００４４】
したがって、図３に示すようにこのレーザ超音波検査装置１０Ａによれば、変調光源１２の送信用レーザ光１６の発振が開始されても、その発振開始から所定の遅延時間経過前では、シャッター装置２４によりレーザ光照射光路が閉じているので、送信用レーザ光１６が検査対象１１に照射されず、待機する。
【００４５】
そして、遅延時間経過後は、変調光源１２の送信用レーザ光１６の発振が安定するので、シャッター装置２４がレーザ光照射光路を開く。このために、送信用レーザ光１６が検査対象１１の送信点Ｅに照射される。
【００４６】
この送信点Ｅに照射される送信用レーザ光１６の発振に同期して発振する受信用レーザ光２０が受信点Ｍに照射される。また、この受信用レーザ光２０の受信点Ｍへの照射に同期して信号記録装置１４ａによる表面波信号や欠陥波信号等のデータの取込みが開始され、所定時間記録される。また、このデータ記録時には図３に示すように、走査装置１５の走査位置信号が信号記録装置１４ａに与えられて記録される。
【００４７】
すなわち、信号記録装置１４ａは、シャッター装置２４のシャッターが開くのとほぼ同時にデータ収録を開始する。一部の信号は、クロック信号発生開始直後は不安定なため、微少時間遅らせて数値が安定してからデータを取得する。データ収録に関しては、検査に用いているセンサ情報、レーザ照射位置情報、レーザ状態信号、超音波信号、他の機器から送られてくる状態信号、その他必要な詳細なデータをアナログからデジタルに変換（ＡＤ変換）またはＬＡＮなどのネットワーク経由で取得して保存する。ＡＤ変換装置としては汎用のＰＣＩボードが適用可能で、高速ＡＤ変換装置としては例えばＰＸＩモジュールを用いた装置が適用可能である。
【００４８】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０Ａによれば、送信用レーザ光を、その発振が安定してから検査対象１１に照射させるので、欠陥検出装置１４による欠陥部２３の検出精度を向上させることができる。さらに、この欠陥検出装置１４には走査装置１５から走査位置信号が与えられるので、この欠陥検出装置１４による欠陥位置検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００４９】
また、送信用レーザ光１６の検出対象１１への照射に同期して信号記録装置１４ａ表面波や欠陥波の信号等のデータを所定時間だけ記録し、送信用レーザ光１６が検査対象１１へ照射されていない期間は記録しないので、その記録量を減少させることができる。このために、これらデータを記録する記憶媒体の容量と記録時間を減少させることができる。
【００５０】
さらに、データ記録量の減少分だけ、逆に必要なデータ記録量と記録時間の増大を図ることにより、信号記録精度と欠陥検出精度の向上を図ることができる。
【００５１】
（実施形態３）
図４は本発明の第３の実施形態に係る信号記録装置１４ａの表示画面２７の要部拡大正面図である。この表示画面２７は、マルチウインドウに形成され、例えば、その図４中左半分側に、時間波形表示ウインドウ２７ａ、トレンド表示ウインドウ２７ｂ、主要パラメータ表示ウインドウ２７ｃを配設し、右半分側に、ステータス表示ウインドウ２７ｄ、他機器情報表示ウインドウ２７ｅ、運転状態表示ウインドウ２７ｆ、走査装置１５の運転を操作する操作ボタン表示ウインドウ２７ｇを表示している。
【００５２】
時間波形表示ウインドウ２７ａは表面波検出装置１３から信号記録装置１４ａに入力される表面波１９と欠陥波２２ａ，２２ｂの各検出信号の時間波形を、パルス状送信用レーザ光１６の検査対象１１への照射毎に、所定時間だけ順次表示する小ウインドウである。
【００５３】
トレンド表示ウインドウ２７ｂは、信号記録装置１４ａに入力された表面波１９や欠陥波２２ａ，２２ｂの所要数を時系列に並べて所定時間表示し、これら表面波１９や欠陥波２２ａ，２２ｂのトレンドを表示する小ウインドウである。
【００５４】
主要パラメータ表示ウインドウ２７ｃは、パルス状の送信用レーザ光１６と受信用レーザ光２０の各拡幅を示す波形や、受信用レーザ光２０の検査対象１１への照明と、シャッター装置２４の開動作のタイミングのずれ等主要パラメータのトレンドを表示するウインドウである。
【００５５】
ステータス表示ウインドウ２７ｄは、変調光源１２、表面波検出装置１３、欠陥検知装置１４ｂ、欠陥同定装置１４ｃ、走査装置１５、シャッター装置２４、マスタークブロック２５、遅延発生装置２６等の他の機器の異常の有無等現状を表示する小ウインドウである。
【００５６】
他機器情報表示ウインドウ２７ｅは走査装置１５の現在のＸ−Ｙ位置（走査位置）や動作速度等他の機器からの情報を表示する小ウインドウである。
【００５７】
運転状態表示ウインドウ２７ｆは走査装置１５が動作中か否か等、他の機器の運転状態を表示するウインドウである。
【００５８】
操作ボタン表示ウインドウ２７ｇは、走査装置１５の運転を操作するためのＯＮ−ＯＦＦボタンや走査速度、走査範囲を設定するための表示ボタン等、操作ボタンを表示する小ウインドウである。
【００５９】
したがって、この実施形態によれば、信号記録装置１４ａの表示画面２７を目視することにより、表面波１９と欠陥波２２ａ，２２ｂの時間波形やそのトレンド、その他主要パラメータのトレンド、他機器の異常の有無等の現状ないし運転状態を、それぞれ確認し、走査装置１５の運転を操作することができる。
【００６０】
（実施形態４）
図５は本発明の第４の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ｂの全体構成を示す機能ブロック図である。このレーザ超音波検査装置１０Ｂは図２で示す第２の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ａの欠陥検出装置１４に、レーザ超音波検査装置１０Ａを遠隔監視する遠隔監視装置２８を設けた点に特徴がある。
【００６１】
すなわち、図５に示すようにレーザ超音波検査装置１０Ｂは、その遠隔監視装置２８以外の本体装置１０Ａが原子力発電所の放射線管理区域等問題なくアクセスし難い現場に配設される場合に、その現場から離間した事務所等に遠隔監視装置２８を設けている。現場と事務所間の通信手段としては短距離であればＬＡＮケーブルが考えられるが、中長距離の時は無線ＬＡＮや一般の公衆回線などを用いることにより、リアルタイムでの状態監視が可能である。
【００６２】
遠隔監視装置２８は、現場設置の欠陥検出装置１４とほぼ同様に構成され、図４で示す表示画面２７を具備している。
【００６３】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０Ｂによれば、現場から離れた事務所においても、このレーザ超音波検査装置１０Ｂの運転状態を遠隔監視装置２８により監視することができるうえに、走査装置１５等の運転を遠隔監視することができる。したがって、監視技術に特別な技能・経験が必要な場合においても一人で複数の現場の検査状態を把握することが可能である。
【００６４】
（実施形態５）
図６は本発明の第５の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ｃの全体構成を示す機能ブロック図である。このレーザ超音波検査装置１０Ｂは図２で示す第２の実施形態に係るレーザ超音波検査装置１０Ａに、監視カメラ２９を設けた点に特徴がある。
【００６５】
監視カメラ２９は主に検査対象１１とその表面上で走査される走査面や表面検査作業を撮像し、その撮像信号を信号記録装置１４ａに与えて記録させ、表示画面に表示させるものである。この撮像信号は信号記録装置１４ａを介して図５で示す遠隔監視装置２８に送信させ、その表示画面に、撮像画面を表示させるように構成してもよい。
【００６６】
すなわち、一般に、検査対象１１の表面検査の手順としては、実施前の目視検査と実施後の目視検査が行われることが想定される。さらに、検査中にも画像で検査位置・状態などを確認することは検査員が検査の状態を把握するためには求められると考えられる。このために、その表面検査作業を監視カメラ２９により撮影する。また、検査前後と検査中とでは光量が違うため、１台の監視カメラ２９により撮影する場合には、光量対感度が対数の関係にあるカメラ（ログカメラ）を使用する。または、通常の監視カメラ２９の１台だけで撮影するためには、露光量が調節できる電気的な構造、もしくは減光フィルタを機械的に動作させる機構を設けることにより可能である。複数の監視カメラ２９により撮影する際にも同様の構造・機構を設けることで、コストダウンを図ることが可能である。
【００６７】
したがって、このレーザ超音波検査装置１０Ｃによれば、監視カメラ２９の撮像画面を監視員が目視することにより検査対象１１の表面検査の前後において、その検査状態を目視チェックすることができる。
【００６８】
（実施形態６）
図７は本発明の第６の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０の構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０は、コンテナ３１内に、前記レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのいずれかを配設し、このコンテナ３１内に、温度制御装置の一例である空気調和機３２を１台以上配設した点に特徴がある。
【００６９】
このレーザ超音波検査システム３０によれば、コンテナ３１内の温度と湿度を、空気調和機３２，３２によりレーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかに好適な温度と湿度に制御することができるので、特に夏場等高温多湿の環境においても、レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃを正常に動作させることができ、表面検査の精度、品質を保証することができる。
【００７０】
（実施形態７）
図８は本発明の第７の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ａの構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ａは、前記レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかの１台以上、例えば２台を、レーザ光光源等光学系を有する光学系１０Ｌと、それ以外の制御系を含む電気系１０Ｅとにそれぞれ区別し、これらをコンテナ３１Ｌ，３１Ｅ内にそれぞれ収容し、各光学系コンテナ３１Ｌの上に、各電気系コンテナ３１Ｅをそれぞれ積み上げ、フロアＦ上に２層に立設した点に特徴がある。
【００７１】
ここで、光学系とは変調光源１２、表面波検出装置１３、走査装置１５、照射用光学系１７、レンズ系１８、シャッター装置２４である。電気系とは、欠陥検出装置１４、マスタークロック２５、遅延発生装置２６である。
【００７２】
また、レーザ超音波検査システム３０Ａは、１階（１Ｆ）のフロアＦから２階（２Ｆ）の電気コンテナ３１Ｅにアクセスするための外付けの階段３３と、光学コンテナ３１Ｌと電気系コンテナ３１Ｅとを上下方向に結合する結合手段の一例であるコネクタ３４と、を具備している。
【００７３】
そして、レーザ超音波検査システム３０Ａは、これら光学系コンテナ３１Ｌと電気系コンテナ３１Ｅとを図示しないワイヤ等により建屋やその他安定した個所に接続している。また、これらコンテナ３１Ｅ，３１Ｌの一部に各階を接続するコネクタボックスを設けてもよく、これによれば、信号ケーブルなどのやり取り合いも境界線を壊すことなく可能である。
【００７４】
そして、このレーザ超音波検査システム３０Ａによれば、複数のコンテナ３１Ｅ，３１Ｌを上下２段で重ねているので、検査現場での設置スペースの節約を図ることができる。また、レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかのうちの振動に対して影響の受け易い光学系１０Ｌを振動の小さい１階（１Ｆ）に設けているので、光学系１０Ｌの信頼性を向上させることができる。
【００７５】
（実施形態８）
図９は本発明の第８の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ｂの構成を示す平面模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ｂは、前記レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれかの１台以上、例えば２台の各走査装置１５を除く本体装置を大形のコンテナ３１Ｆ内にそれぞれ収容し、走査装置１５と検査対象１１が設置されるコンテナ３１Ｆ外の作業エリア３５側のコンテナ３１Ｆの側壁３１Ｆａに、透視窓３６，３６をそれぞれ形成した点に特徴がある。
【００７６】
各透視窓３６は作業エリア３５での検査作業を目視できる大きさに形成され、透明な合成樹脂またはガラス等透明素材が使用される。これら透明素材には破壊時飛散防止フィルムを貼着し、または複数枚積層することにより、外部との境界を確保している。
【００７７】
このレーザ超音波検査システム３０Ｂによれば、検査員３７がコンテナ３１Ｆの内部から外部を透視窓３６を通して作業エリア３５を目視することができるので、コンテナ３１Ｆの内部から検査作業を実施することができる。
【００７８】
（実施形態９）
図１０は本発明の第９の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ｃの構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ｃは、前記図８で示すレーザ超音波検査システム３０Ａのコンテナ３１Ｅ，３１Ｌの外面を、ビニールシート等のカバー３８により全面的に被覆した点に特徴がある。
【００７９】
一般に、レーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃのレーザなどの光学系１０Ｌは粉塵等により誤動作を生じる確率が高くなるので、このレーザ超音波検査装置１０，１０Ａ〜１０Ｃを収容するコンテナ３１Ｅ，３１Ｌの外面をカバー３８により被覆することによって粉塵が電気系コンテナ３１Ｅ、光学系コンテナ３１内へ流入するのを低減ないし防止することができる。このために、光学系１０Ｌと電気系１０Ｅの精度を向上させることができる。
【００８０】
（実施形態１０）
図１１は本発明の第１０の実施形態に係るレーザ超音波検査システム３０Ｄの構成を示す模式図である。このレーザ超音波検査システム３０Ｄは、前記図８で示すレーザ超音波検査システム３０Ａに、電気系コンテナ３１Ｅ，光学系コンテナ３１Ｌの内部の気圧を外気圧よりも高い正圧に制御する気圧制御装置３９を設けた点に特徴がある。
【００８１】
このレーザ超音波検査システム３０Ｄによれば、電気系，光学系コンテナ３１Ｅ，３１Ｌ内を、気圧制御装置３９により外気圧よりも高い正圧に制御するので、これらコンテナ３１Ｅ，３１Ｌに出入りする際に、ドアを開閉しても空気の流れはコンテナ３１Ｅ，３１Ｌ内から外気に流れるため、粉塵の浸入を阻止することが可能である。また、これらコンテナ３１Ｅ，３１Ｌが放射線管理区域内に設置されている場合には、コンテナ３１Ｅ，３１Ｌ内への放射線物質の流れ込みを阻止することが可能であるため、被曝低減を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置のタイミングチャート。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る表面検査装置の表示画面の正面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る表面検査装置の機能ブロック図。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る表面検査装置の説明図。
【図８】本発明の第７の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図９】本発明の第８の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図１０】本発明の第９の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図１１】本発明の第１０の実施形態に係る表面検査システムの模式図。
【図１２】従来の第１の超音波検査装置の機能ブロック図。
【図１３】従来の第２の超音波検査装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００８３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ レーザ超音波検査装置
１１ 検査対象
１２ 変調光源
１３ 表面波検出装置
１４ 欠陥検出装置
１４ａ 信号記録装置
１４ｂ 欠陥検知装置
１４ｃ 欠陥同定装置
１５ 走査装置
１６ 送信用レーザ光
１７ 照射用光学系
１８ レンズ系
１９ 表面波
２０ 受信用レーザ光
２２ａ，２２ｂ 欠陥波
２３ 欠陥部
２４ シャッター装置
２５ マスタークブロック
２６ 遅延発生装置
２７ 表示画面
２８ 遠隔監視装置
２９ 監視カメラ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ レーザ超音波検査システム
３１ コンテナ
３１Ｅ 電気系コンテナ
３１Ｌ 光学系コンテナ
３６ 透視窓
３８ カバー
３９ 気圧制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象にレーザ光を照射して表面波を励起させる表面波送信手段と、
この表面波送信手段のレーザ光照射位置に対して既知の距離離間した位置にて前記検査対象にレーザ光を照射する一方、そのレーザ光の反射光を受光することにより、前記検査対象に欠陥部があったときに、この欠陥部で発生する欠陥波を含む表面波を検出する表面波受信手段と、
前記表面波受信手段からの表面波検出信号を前記表面波送信手段の出力信号と同期した時刻から所定時間記録し、この表面波検出信号に基づいて前記欠陥部を検出する欠陥検出手段と、
を具備していることを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項２】
前記欠陥検出手段は、前記欠陥部の有無、欠陥部の位置および深さの少なくともいずれかを検出する手段を、
具備していることを特徴とする請求項１記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項３】
前記表面波送信手段と前記表面波受信手段の両レーザ光照射位置を、前記所定間隔で保持した状態で前記検査対象の表面上を走査させ、その走査位置信号を前記欠陥検出手段に与えて欠陥位置を同定させる走査装置を、
具備していることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項４】
前記表面波送信手段から前記検査対象へ照射される前記照射光路を開閉するシャッター装置と、
前記走査装置、前記シャッター装置、前記表面波送信手段、前記表面波受信手段および前記信号記録手段に、これらの動作を同期させる同期信号を与えるクロックと、
前記シャッター装置による前記レーザ光路を開く開動作と、前記信号記録手段による信号記録動作とを、前記表面波送信手段のレーザ光発振よりも所定時間遅延させる遅延手段を、
具備していることを特徴とする請求項３記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項５】
前記欠陥検出手段は、その入力信号と検出信号を表示する表示部を、
具備していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項６】
前記欠陥検出手段の入力信号と検出信号を遠隔監視する遠隔監視装置を、
具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項７】
前記検査対象の表面検査作業を撮像する監視カメラを、
具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置と、
このレーザ超音波検査装置を収容するコンテナと、
このコンテナ内の温度を制御する温度制御装置と、
具備していることを特徴とするレーザ超音波検査システム。
【請求項９】
前記コンテナは、その外部に配設された前記走査装置および前記検査対象を、前記コンテナの内部から目視するための透視窓を、
具備していることを特徴とする請求項８記載のレーザ超音波検査システム。
【請求項１０】
前記コンテナの外面を被覆するシートを、
具備していることを特徴とする請求項８または９記載のレーザ超音波検査システム。
【請求項１１】
前記コンテナは、前記レーザ超音波検査装置の光学系を有する光学系部をコンテナ内に収容した光学系コンテナと、
前記レーザ超音波検査装置の前記光学系部以外の電気系部をコンテナ内に収容した電気系コンテナとを有し、
前記光学系コンテナ上に前記電気系コンテナを積み上げた状態でこれらコンテナ同士を結合手段により結合してなることを特徴とするレーザ超音波検査システム。
【請求項１２】
前記コンテナ内を正圧に調整する気圧制御装置を、
具備していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項記載のレーザ超音波検査システム。
【請求項１】
検査対象にレーザ光を照射して表面波を励起させる表面波送信手段と、
この表面波送信手段のレーザ光照射位置に対して既知の距離離間した位置にて前記検査対象にレーザ光を照射する一方、そのレーザ光の反射光を受光することにより、前記検査対象に欠陥部があったときに、この欠陥部で発生する欠陥波を含む表面波を検出する表面波受信手段と、
前記表面波受信手段からの表面波検出信号を前記表面波送信手段の出力信号と同期した時刻から所定時間記録し、この表面波検出信号に基づいて前記欠陥部を検出する欠陥検出手段と、
を具備していることを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【請求項２】
前記欠陥検出手段は、前記欠陥部の有無、欠陥部の位置および深さの少なくともいずれかを検出する手段を、
具備していることを特徴とする請求項１記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項３】
前記表面波送信手段と前記表面波受信手段の両レーザ光照射位置を、前記所定間隔で保持した状態で前記検査対象の表面上を走査させ、その走査位置信号を前記欠陥検出手段に与えて欠陥位置を同定させる走査装置を、
具備していることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項４】
前記表面波送信手段から前記検査対象へ照射される前記照射光路を開閉するシャッター装置と、
前記走査装置、前記シャッター装置、前記表面波送信手段、前記表面波受信手段および前記信号記録手段に、これらの動作を同期させる同期信号を与えるクロックと、
前記シャッター装置による前記レーザ光路を開く開動作と、前記信号記録手段による信号記録動作とを、前記表面波送信手段のレーザ光発振よりも所定時間遅延させる遅延手段を、
具備していることを特徴とする請求項３記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項５】
前記欠陥検出手段は、その入力信号と検出信号を表示する表示部を、
具備していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項６】
前記欠陥検出手段の入力信号と検出信号を遠隔監視する遠隔監視装置を、
具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項７】
前記検査対象の表面検査作業を撮像する監視カメラを、
具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１項記載のレーザ超音波検査装置と、
このレーザ超音波検査装置を収容するコンテナと、
このコンテナ内の温度を制御する温度制御装置と、
具備していることを特徴とするレーザ超音波検査システム。
【請求項９】
前記コンテナは、その外部に配設された前記走査装置および前記検査対象を、前記コンテナの内部から目視するための透視窓を、
具備していることを特徴とする請求項８記載のレーザ超音波検査システム。
【請求項１０】
前記コンテナの外面を被覆するシートを、
具備していることを特徴とする請求項８または９記載のレーザ超音波検査システム。
【請求項１１】
前記コンテナは、前記レーザ超音波検査装置の光学系を有する光学系部をコンテナ内に収容した光学系コンテナと、
前記レーザ超音波検査装置の前記光学系部以外の電気系部をコンテナ内に収容した電気系コンテナとを有し、
前記光学系コンテナ上に前記電気系コンテナを積み上げた状態でこれらコンテナ同士を結合手段により結合してなることを特徴とするレーザ超音波検査システム。
【請求項１２】
前記コンテナ内を正圧に調整する気圧制御装置を、
具備していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項記載のレーザ超音波検査システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−１７２９７（Ｐ２００７−１７２９７Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９９４６５（Ｐ２００５−１９９４６５）
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]