JPS622153A - レ−ザ照射による欠陥検査法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービン、ボイラ、船舶、原子カプラン
ト、航空機、ロケット及び自動車など各種機械、及び構
造物などの部品及び製品の欠陥検査に関する。

〔従来の技術〕

従来一般に各種機械、構造物の欠陥検査は超音波探傷法
が用いられており、第３図につ（・て従来技術を説明す
る。

０１は被測定物、０２はその欠陥でクラック、ボイド及
び不純物などである。０３は水晶やチタン酸バリウムな
どを用いた探触子で、超音波を発生して被測定物０１内
に送信し、かつ反射波を受信して電気信号に交換して増
幅器０７に送信する。

０４は接触媒質で、通常油や水が使用される。０５は同
期信号発生器で、パルス電圧を発生して探触子駆動装置
０６及び信号記録装置０８に同期信号を送信する。０６
は探触子駆動装置で、探触子に高周波パルスを送信して
超音波を発生させる。

０７は増幅器で、上記探触子０３の検出した超音波信号
を増幅して信号記録装置０８に送信する。０８は信号記
録装置で、同期信号発生器０５より送信の同期信号によ
り作動して上記探触子０３から送信の電気信号を記録表
示する。

この装置において、同期信号発生器０５で発生した同期
信号を探触子駆動装置０６及び信号記録装置０８に送信
する。探触子駆動装置０６は上記同期信号に同期した高
周波パルスを発生してその電圧を探触子０３に印加する
。探触子０３は高周波パルス電圧を印加されると超音波
パルスを発生し、接触媒質０４を介して被測定物０１に
送信する。

なお接触媒質０４の中に空気があると超音波の強度が著
しく減衰するので適度に接触媒質０４を塗布する必要が
ある。また探触子は水晶やチタン酸バリウムなどの圧電
素子が用いられ、サイズは５φないし１０鏝以上である
。

探触子０３より送信された超音波は被測定物の中を伝播
し、その端面で反射されて再び接触媒質０４を介して探
触子０３に戻ってくるが、もしもその途中すなわち被測
定物の内部にクラックやボイドあるいは不純物などの欠
陥０２が存在すると、上記超音波の一部分はそこで反射
されて、上記接触媒質０４を介して、探触子０３に戻っ
てくる。探触子０３は上記欠陥０２及び端面からの反射
波を受信すると、その超音波の強度に比例した電圧を発
生して増幅器０７に送信する。増幅器０７は入力された
信号を増幅して信号記録装置０８に送信する。信号記録
装置０８は上記増幅器０７経由の探触子０３受信々号を
、上記同期信号発生器０５から送信の同期信号を用いて
記録表示する。

この方法による測定結果の一例を第４図（ａ）。

ｆｂｌに示す。同図（ａｌは欠陥が無い場合で、送信超
音波信号Ｔと被測定物端面からの反射波Ｂだけの信号が
見られる。同図（ｂｌは欠陥がある場合で送信超音波Ｔ
と被測定物端面からの反射波Ｂの中間に欠陥からの反射
波Ｆが現われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来法には次のような問題点がある。

（イ）探触子を被測定物に接触させる必要があるため、
タービンロータなど回転中の物体への適用は非常に困難
である。

（ロ）またボイラ及び船舶など大型構造物を対象とする
場合には計測者用の足場の設営などの準備作業が必要で
検査時間がぼう大になる。

（ハ）歯車の歯元及びブレードの翼根など曲率の小さい
機械部品を対象とする場合には、探触子のサイズが約５
φないし１０鏝と大きいために適用できない。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は上記事情に鑑み提案されたもので、レーザビー
ムを被測定物に照射してレーザ光を表面近傍で吸収させ
ることにより、熱衝撃波を発生させ、上記熱衝撃波を従
来法での超音波として用い、熱衝撃波の欠陥及び被測定
物端面からの反射波の受信には、反射波によって起こる
被測定物の微少隆起振動なレーザ速度計で検出する方法
を提供する。

〔実施例〕

本発明方法の一実施例を第１図及び第２図について説明
する。第１図において、１は被測定物で、２は欠陥であ
る。３はパルスレーザ装置で、■パルス当り数ＩＱｍＪ
〜数１００ｍＪのエネルギーのパルスレーザ光を数１０
〜数１，０００　Ｈｚの周波数範囲で発生するもので、
例えばＹＡＣ）レーザである。この装置は後述の同期信
号発生装置８からの信号に同期してパルスレーザ光を発
生する。

４は第１の集光レンズで、パルスレーザ光を被測定物表
面にスポット状に集光する。５はパルスレーザ光スポッ
トで、エネルギー密度が最大になる。６は熱衝撃波で、
上記パルスレーザ光スポットにより発生する。なおこの
衝撃波の周波数はパルスレーザ光のパルス幅の逆数に比
例する。７は微少隆起振動で、パルスレーザ光照射時及
び熱衝撃波の反射波到達時に発生する。

８は同期信号発生装置で、コンピュータ９によって制御
されて、同期信号をパルスレーザ装置３及びレーザ速度
計信号処理装置１４に送信する。９はコンピュータで、
レーザ速度計信号処理装置１４からの出力信号後述のデ
ィスプレイ装置１０に表示させたり、後述のＸＹＺステ
ージコントローラ１１を制御したり、上記同期信号発生
装置８を制御する。１０はディスプレイ装置で、コンピ
ュータ９の出力を表示する。１１はＸＹＺステージコン
トローラで、ＸＹＺステージをコンピュータ９の制御に
より駆動させる。１２はＸＹＺステージで、上記ＸＹＺ
ステージコントローラ１１によって駆動され被測定物１
を移動させる。

１３は光電変換器で、入力されだレーザ光の強弱を電気
信号に変換する。１４はレーザ速度計信号処理装置で、
上記光電変換器の出力信号を速度信号に変換する。１５
は連続波レーザ装置で、レーザ速度計の光源である。な
おここではＨａ−Ｎｅレーザを用いている。１６は連続
波レーザのビームである。１７はビームスプリッタで、
レーザビームを２本に分ける。１８　、１９　、２０は
それぞれ第１．第２及び第３のミラーでレーザ光を反射
する。２１は第２の集光レンズで、レーザ光を上記パル
スレーザ光スポット５の位置に集光する。

２２は散乱光で、被測定物１の表面の速度の情報をもっ
ている。２３は第３の集光レンズで、散乱光２２を光電
変換器１３に入射させる。

この装置の作用を説明すると、パルスレーザ装置３で発
生した周波数ｆのパルスレーザ光を第１の集光レンズ４
で集光して、パルスレーザ光スポット５として被測定物
１を照射する。そうするとパルスレーザ光のエネルギー
の一部分は被測定物１に吸収されて、熱衝撃波６を発生
する。なおパルスレーザ光のパルス幅は通常数１０μ秒
ないし数１００μ秒と非常に短かいので、その衝撃波の
周波数は数１０　ＫＨｚないし数１０　ＭＨｚである。

上記熱衝撃波６は被測定物１の中をパルスレーザ光スポ
ット５の法線方向に向いて伝播していく。そしてその途
中に欠陥２があれば、衝撃波の一部分は反射波となって
逆方向すなわち、パルスレーザ光スポット５の位置の方
向へ戻って（る。その反射波が被測定物１の表面に到達
すると弾性振動として、微少隆起振動７が発生する。上
記微少隆起振動７は後述の如くレーザ速度計によって測
定されて、反射波の存在が把握される。

他方、上記熱衝撃波６の一部分は欠陥２をまわり込んだ
形あるいは直接的に通過して、被測定物１の裏面に到達
し反射される。その裏面による反射波は上記欠陥からの
反射波と同様に、被測定物１の表面に微少隆起振動を発
生させる。

その振動の有無は後述の如くレーザ速度計によって検出
される。

次にレーザ速度計による被測定物１の表面隆起振動の検
出について述べる。連続波レーザ装置１５で発生された
レーザビーム１６はビームスプリッタ１７により等しい
強さの２本のレーザビームに分けられて、一方は第１の
ミラー１８、第２のミラー１９及び第２の集光レンズ２
１を経由して、パルスレーザ光スポット５の位置に到達
する。

他方のレーザビームは第２のミラー１９及び第２の集光
レンズ２１を経由して、上記パルスレーザ光スポット５
の位置に到達する。この二元路を伝播してきた２本のレ
ーザビームはその交叉点に干渉縞を形成する。なお、干
渉縞の間隔りは、−ザ光の波長、θは２本のレーザビー
ムの交叉角である。

この干渉縞を被測定物の表面が横切るように通過すると
、その散乱光の強度は強弱をくり返した形になる。した
がって光電変換器１３及びレーザ速度計信号処理装置１
４によりその強弱信号の周期ＴＯを測定して、次の計算
すなわちＤ／Ｔｏをすると、被測定物表面の速度が求め
られる。ただし、その速度は上記２本のレーザビームの
交叉角の二等分線に対し直角方向の速度成分を意味する
。

レーザ速度計による熱衝撃波の反射波の測定例すなわち
欠陥検査の適用の一例を第２図に示す。同図（ａｌは欠
陥が無い場合で、熱衝撃波発生は時間１　（０）の波形
Ｔであり、裏面からの反射波は時間ｔ　（Ｂｌの波形Ｂ
である。同図（ｂｌは・欠陥からの反射波がある場合で
、時間ｔ、　（Ｆｌのところに波形Ｆとして現われてい
る。なお、第２図の測定例は、従来法による測定例の第
４図とほぼ同様の結果を示しているが、超音波探傷法と
同様のことが、レーザ照射により可能であるということ
を示している。

ところで、測定点の移動は、上記パルスレーザ光照射及
びレーザ速度計に係る光学系全体を移動することによっ
て可能であるが、本実施例では被測定物１を移動させた
。すなわち、コンピュータ９によって制御されるＸＹＺ
ステージコントローラ１１とＸＹＺステージ１２によっ
て行なわれる。なおパルスレーザ光スポット５の径は０
．５φ以下の場合が良好であった。

本実施例ではパルスレーザ装置として、ＹＡＧレープを
使用しているが、ルビーレーザ、エキシマレーザ及びＣ
Ｏ２レーザなとでも同様なことができることは言うまで
もない。まだ被測定物の材質は光を吸収するものであれ
ば、金属、セラミックス及び複合材料でも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明により、蒸気タービン、ボイラ、船舶及び航空機
など各種機械及び構造物などの製品及び部品の欠陥検査
を非接触にて可能となった。

それ故タービンロータなど回転中の物体への適用が可能
であり、またボイラ及び船舶など大型構造物の欠陥検査
を従来法のように犬がかりな足場を必要とせず、いわゆ
るリモートセンシング方式で適用可能となりさらに歯車
の歯元及び蒸気タービンなどブレードの翼根など曲率の
小さい機械部品の場合でも適用可能となった。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明方法の一実施例の要領図、第２図はその
測定結果の説明図、第３図は従来方法の要領図、第４図
はその測定結果の説明図である。 １：被測定物、２：欠陥、３：パルスレーザ装置、４：
第１の集光レンズ、５：パルスレー°　ザ光スポット、
６：熱衝撃波、７：微少隆起振動、８：同期信号発生装
置、９：コンピュータ、１３：光電変換器、１４：レー
ザ速度計信号処理装置、１５：連続波レーザ装置、１６
：レーザビーム、１７：ビームスプリッタ、１８：第１
のミラー、１９：第２のミラー、２０：第３のミラー、
２１：第２の集光レンズ、２２：散乱光、２３：第３の
集光し律１回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パルスレーザ光をくり返し発生するパルスレーザ装置か
   らのパルスレーザ光を被測定物の表面に照射してその照
   射部近傍に熱衝撃による超音波を発生させ、その超音波
   を上記被測定物の中を送信させ、内部に存在する欠陥に
   照射して得られる反射波を上記パルスレーザ光照射部分
   でレーザ速度計により検出して欠陥の有無を判定するこ
   とを特徴とするレーザ照射による欠陥検査法。