JPH07286993A - レーザ超音波材質測定装置 - Google Patents
レーザ超音波材質測定装置Info
- Publication number
- JPH07286993A JPH07286993A JP6081940A JP8194094A JPH07286993A JP H07286993 A JPH07286993 A JP H07286993A JP 6081940 A JP6081940 A JP 6081940A JP 8194094 A JP8194094 A JP 8194094A JP H07286993 A JPH07286993 A JP H07286993A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- laser
- wave
- surface wave
- amplitude
- Prior art date
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- Withdrawn
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 鋼材のように表面が粗面のものにおいても、
完全非接触で効率良く、かつ高精度に励起超音波を計測
することを可能とし、更に、検出信号から直接に励起超
音波の振幅を求めることを可能にするレーザ超音波材質
測定装置を提供する。 【構成】 超音波発生源として、レーザ光を用い、超音
波の音速、減衰、振幅等の音波の伝播特性から材質を評
価するレーザ超音波材質測定装置において、レーザ光に
よる超音波発生器として、レーザ熱源を表面波の位相速
度で走査させることで高振幅の表面波を励起させる手段
を設け、あるいは２周波のレーザビームにより走査干渉
縞を発生させることで、高振幅の表面波を励起させる手
段を設け、励起表面波を検出する手段として、へテロダ
イン干渉法を用いて励起表面波を検出する手段を備えた
ことを特徴とするレーザ超音波材質測定装置。
完全非接触で効率良く、かつ高精度に励起超音波を計測
することを可能とし、更に、検出信号から直接に励起超
音波の振幅を求めることを可能にするレーザ超音波材質
測定装置を提供する。 【構成】 超音波発生源として、レーザ光を用い、超音
波の音速、減衰、振幅等の音波の伝播特性から材質を評
価するレーザ超音波材質測定装置において、レーザ光に
よる超音波発生器として、レーザ熱源を表面波の位相速
度で走査させることで高振幅の表面波を励起させる手段
を設け、あるいは２周波のレーザビームにより走査干渉
縞を発生させることで、高振幅の表面波を励起させる手
段を設け、励起表面波を検出する手段として、へテロダ
イン干渉法を用いて励起表面波を検出する手段を備えた
ことを特徴とするレーザ超音波材質測定装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波により材質特
性を効率良く、正確に計測する装置に関するものであ
る。
性を効率良く、正確に計測する装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】材料の異方性、硬度などの材質評価をす
る上で、その弾性的特性の計測は重要な要素となってい
る。弾性的特性は、超音波の音速、振幅、減衰などを測
定することでその評価が行われ、超音波パルス反射法、
超音波顕微鏡など様々な計測方法が提案されている。そ
の中で、非接触での計測が可能なものとして、レーザ超
音波を用いた測定が現在注目を集めている。
る上で、その弾性的特性の計測は重要な要素となってい
る。弾性的特性は、超音波の音速、振幅、減衰などを測
定することでその評価が行われ、超音波パルス反射法、
超音波顕微鏡など様々な計測方法が提案されている。そ
の中で、非接触での計測が可能なものとして、レーザ超
音波を用いた測定が現在注目を集めている。
【０００３】例えば、Applide Physics Letters(Vol.5
8,1991)ｐ１５９１−で記載されているように、レーザ
熱源を表面波の位相速度で走査することで高振幅の表面
波を励起（ＰＶＳ法）し、圧電素子を用いた探触子で励
起した超音波を受信する測定方法がある。また、第７回
ＵＭＳ研究会予稿集（１９９４年）Ｐ４１−に記載され
ているように、２周波のレーザビームにより発生する走
査干渉縞を用い、高周波数の表面波を励起し、光学式ナ
イフエッジ法により励起超音波を検出するという、超音
波励起の高周波化を実現した方法が提案されている。
8,1991)ｐ１５９１−で記載されているように、レーザ
熱源を表面波の位相速度で走査することで高振幅の表面
波を励起（ＰＶＳ法）し、圧電素子を用いた探触子で励
起した超音波を受信する測定方法がある。また、第７回
ＵＭＳ研究会予稿集（１９９４年）Ｐ４１−に記載され
ているように、２周波のレーザビームにより発生する走
査干渉縞を用い、高周波数の表面波を励起し、光学式ナ
イフエッジ法により励起超音波を検出するという、超音
波励起の高周波化を実現した方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の、励起された表
面波を圧電素子を用いた探触子で受信する測定方法で
は、探触子と材料のカプラントとして、水やグリセリン
などの接触媒体が必要であり、このため高温雰囲気中で
の測定が困難となり、また探触子と材料との接触状態の
影響を受け易いなど、励起にレーザ超音波をもちいた利
点である非接触性を充分に活かすことができない。
面波を圧電素子を用いた探触子で受信する測定方法で
は、探触子と材料のカプラントとして、水やグリセリン
などの接触媒体が必要であり、このため高温雰囲気中で
の測定が困難となり、また探触子と材料との接触状態の
影響を受け易いなど、励起にレーザ超音波をもちいた利
点である非接触性を充分に活かすことができない。
【０００５】また、光学式ナイフエッジ法により励起超
音波を検出するという方法では、材料からの反射波を検
出するために、材料が鏡面、もしくはそれに近い状態で
なくてはならなず、一般の鋼材のように表面が粗面のも
のでは、参照光が散乱もしくは吸収されてしまい適用が
困難である。更に、検出信号として反射光の強度を受信
しているため、検出信号から直接に励起表面波の振幅を
求めることが出来ないために、振幅の相対値しか読み取
れず、超音波振動の理論的解析が困難である。
音波を検出するという方法では、材料からの反射波を検
出するために、材料が鏡面、もしくはそれに近い状態で
なくてはならなず、一般の鋼材のように表面が粗面のも
のでは、参照光が散乱もしくは吸収されてしまい適用が
困難である。更に、検出信号として反射光の強度を受信
しているため、検出信号から直接に励起表面波の振幅を
求めることが出来ないために、振幅の相対値しか読み取
れず、超音波振動の理論的解析が困難である。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、粗面を有する被測定対象においても効率良く正確
に、かつ確実に励起表面波を検出する装置を提供するこ
とを目的とする。
あり、粗面を有する被測定対象においても効率良く正確
に、かつ確実に励起表面波を検出する装置を提供するこ
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
めに、本発明は、超音波発生源として、レーザ光を用
い、超音波の音速、減衰、振幅等の音波の伝播特性から
材質を評価するレーザ超音波材質測定装置において、レ
ーザ光により高振幅の表面波を励起させる超音波発生手
段として、レーザ熱源を表面波の位相速度で走査する手
段を設け、あるいは２周波のレーザビームにより走査干
渉縞を発生させる手段を設け、励起表面波を検出する手
段として、へテロダイン干渉法を用いて検出する手段を
備えたことを特徴とするレーザ超音波材質測定装置を要
旨とするものである。
めに、本発明は、超音波発生源として、レーザ光を用
い、超音波の音速、減衰、振幅等の音波の伝播特性から
材質を評価するレーザ超音波材質測定装置において、レ
ーザ光により高振幅の表面波を励起させる超音波発生手
段として、レーザ熱源を表面波の位相速度で走査する手
段を設け、あるいは２周波のレーザビームにより走査干
渉縞を発生させる手段を設け、励起表面波を検出する手
段として、へテロダイン干渉法を用いて検出する手段を
備えたことを特徴とするレーザ超音波材質測定装置を要
旨とするものである。
【０００８】
【作用】本発明に係るレーザ超音波材質測定装置は、上
記構成により、レーザ熱源を用い材料に表面波のみを選
択的に、しかも表面波の伝播方向を特定して励起する方
法に表面波の振幅を、へテロダイン干渉法を用いて完全
非接触で検出することを特徴とする。
記構成により、レーザ熱源を用い材料に表面波のみを選
択的に、しかも表面波の伝播方向を特定して励起する方
法に表面波の振幅を、へテロダイン干渉法を用いて完全
非接触で検出することを特徴とする。
【０００９】へテロダイン干渉法は、参照光の周波数を
Δｗだけシフトさせ、物体からの散乱光とのビートを電
気的に検出する方法である。物体がｄだけ変位すると、
その変位に応じて検出される光の強度が変化する。この
強度の位相はｄの関数であるため、位相の変化を測定す
れば、材料の変位ｄが直接に非接触で計測できる。この
ため超音波の振動解析が容易であるため、表面波を選択
的に、かつ伝播方向を特定して発生させる方法と組み合
せることで、従来多モードの波の発生のために困難であ
った定量的な振動解析が、完全非接触で、高温雰囲気中
などでも可能となる。さらに、この方法では、位相の変
化を測定するため、散乱光の影響が入り難く、材料の表
面が粗面の場合にも高精度にかつ効率良く表面波計測が
可能である。
Δｗだけシフトさせ、物体からの散乱光とのビートを電
気的に検出する方法である。物体がｄだけ変位すると、
その変位に応じて検出される光の強度が変化する。この
強度の位相はｄの関数であるため、位相の変化を測定す
れば、材料の変位ｄが直接に非接触で計測できる。この
ため超音波の振動解析が容易であるため、表面波を選択
的に、かつ伝播方向を特定して発生させる方法と組み合
せることで、従来多モードの波の発生のために困難であ
った定量的な振動解析が、完全非接触で、高温雰囲気中
などでも可能となる。さらに、この方法では、位相の変
化を測定するため、散乱光の影響が入り難く、材料の表
面が粗面の場合にも高精度にかつ効率良く表面波計測が
可能である。
【００１０】
【実施例】本発明の装置構成の一実施例を図１に示す。
２周波のレーザビームにより走査干渉縞を発生させ、高
振幅の表面波を励起させる超音波発生器１９において、
超音波励起用レーザ２から発振されたレーザは５０％反
射鏡９で反射され材料１に照射される。一方、反射鏡９
を透過したレーザは反射鏡１０で反射され音響光変調器
４で周波数がシフトされて光路１５を通り、光路１４を
通ったレーザの照射点と同一点に照射される、照射点上
に走査干渉縞を発生させ、表面波１６を励起する。励起
された表面波１６は材料１の表面を伝播し、へテロダイ
ン干渉計によってその変位ｄが検出される。
２周波のレーザビームにより走査干渉縞を発生させ、高
振幅の表面波を励起させる超音波発生器１９において、
超音波励起用レーザ２から発振されたレーザは５０％反
射鏡９で反射され材料１に照射される。一方、反射鏡９
を透過したレーザは反射鏡１０で反射され音響光変調器
４で周波数がシフトされて光路１５を通り、光路１４を
通ったレーザの照射点と同一点に照射される、照射点上
に走査干渉縞を発生させ、表面波１６を励起する。励起
された表面波１６は材料１の表面を伝播し、へテロダイ
ン干渉計によってその変位ｄが検出される。
【００１１】へテロダイン干渉計１８について以下詳細
に説明する。励起超音波検出用レーザ３によって発振さ
れたレーザは５０％反射鏡１３によって反射され、光路
１７を通り照明光として材料１６上に照射される。照射
されたレーザは表面波の影響を受けながら散乱され、レ
ンズ７により収光され光検出素子６により受光される。
一方、５０％反射鏡１３を透過したレーザは参照光とし
て、反射鏡１２により反射され、音響光変調器５により
周波数がシフトされる。周波数がシフトされた参照光は
５０％反射鏡１１により反射されレンズ７を通ってきた
光と干渉をおこしながら光検出素子６により受光され
る。光検出素子６からの出力信号はオシロスコープ８に
よりビート信号として検出される。この強度の位相はｄ
の関数であるため、位相の変化を測定すれば、励起され
た表面波による材料の変位ｄが計測される。この変位ｄ
より表面波の振幅変化、音速、減衰などが測定できる。
に説明する。励起超音波検出用レーザ３によって発振さ
れたレーザは５０％反射鏡１３によって反射され、光路
１７を通り照明光として材料１６上に照射される。照射
されたレーザは表面波の影響を受けながら散乱され、レ
ンズ７により収光され光検出素子６により受光される。
一方、５０％反射鏡１３を透過したレーザは参照光とし
て、反射鏡１２により反射され、音響光変調器５により
周波数がシフトされる。周波数がシフトされた参照光は
５０％反射鏡１１により反射されレンズ７を通ってきた
光と干渉をおこしながら光検出素子６により受光され
る。光検出素子６からの出力信号はオシロスコープ８に
よりビート信号として検出される。この強度の位相はｄ
の関数であるため、位相の変化を測定すれば、励起され
た表面波による材料の変位ｄが計測される。この変位ｄ
より表面波の振幅変化、音速、減衰などが測定できる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、鋼材のよ
うに表面が粗面のものにおいても、完全非接触で効率良
く、かつ高精度に励起超音波を計測することを可能とす
る。更に、検出信号から直接に励起超音波の振幅を求め
ることを可能にする。
うに表面が粗面のものにおいても、完全非接触で効率良
く、かつ高精度に励起超音波を計測することを可能とす
る。更に、検出信号から直接に励起超音波の振幅を求め
ることを可能にする。
【図１】本発明の一実施例であるレーザ超音波材質測定
装置の概要を示す説明図である。
装置の概要を示す説明図である。
１ 材料 ２ 超音波励起用レーザ ３ 励起超音波検出用レーザ ４、５ 音響光変調器 ６ 光検出素子 ７ レンズ ８ オシロスコープ ９、１１、１３ ５０％反射鏡 １０、１２ 反射鏡 １４、１５、１７ 光路 １６ 表面波の伝播 １８ ヘテロダイン干渉計 １９ 超音波発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉木 輝幸 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新日 本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内 (72)発明者 植田 健司 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新日 本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内 (72)発明者 松本 貴裕 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新日 本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 超音波発生源として、レーザ光を用い、
超音波の音速、減衰、振幅等の音波の伝播特性から材質
を評価するレーザ超音波材質測定装置において、 レーザ光による超音波発生器として、レーザ熱源を表面
波の位相速度で走査させることで高振幅の表面波を励起
させる手段を設け、あるいは２周波のレーザビームによ
り走査干渉縞を発生させることで、高振幅の表面波を励
起させる手段を設け、励起表面波を検出する手段とし
て、へテロダイン干渉法を用いて励起表面波を検出する
手段を備えたことを特徴とするレーザ超音波材質測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6081940A JPH07286993A (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | レーザ超音波材質測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6081940A JPH07286993A (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | レーザ超音波材質測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07286993A true JPH07286993A (ja) | 1995-10-31 |
Family
ID=13760497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6081940A Withdrawn JPH07286993A (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | レーザ超音波材質測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07286993A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101148750B1 (ko) * | 2006-06-20 | 2012-05-22 | 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 | 조직 재질 측정 장치 및 조직 재질 측정 방법 |
| CN111257236A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-06-09 | 温州大学 | 双脉冲激光超声波检测装置及其检测方法 |
| CN111855801A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-30 | 武汉大学 | 一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法 |
-
1994
- 1994-04-20 JP JP6081940A patent/JPH07286993A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101148750B1 (ko) * | 2006-06-20 | 2012-05-22 | 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 | 조직 재질 측정 장치 및 조직 재질 측정 방법 |
| CN111257236A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-06-09 | 温州大学 | 双脉冲激光超声波检测装置及其检测方法 |
| CN111855801A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-30 | 武汉大学 | 一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法 |
| CN111855801B (zh) * | 2020-07-24 | 2021-04-27 | 武汉大学 | 一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010703 |