JP2020085770A - Scattered light detection device, and nondestructive inspection device using the same - Google Patents

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Abstract

To provide a scattered light detection device which realizes highly accurate scattered light measurement by removing noise of shape information mixed in a signal.SOLUTION: A scattered light detection device 11 uses an electromagnetic wave belonging to any of gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, and microwaves as irradiation light 5, and which analyzes a molecular structure of a specimen 4 on the basis of a result of measuring scattered light from the specimen 4 received the irradiation light 5. The scattered light detection device includes: a generation source 3 of the irradiation light 5; a first detector 1 arranged in an emission direction forming an acute angle with respect to an incident direction of the irradiation light 5 on the basis of the specimen 4; and a second detector 2 arranged in the emission direction of an angle different from the acute angle with respect to the incident direction. The scattered light detection device measures light having a first wavelength among the scattered light by the first detector 1, measures light having a second wavelength different from the first wavelength among the scattered light by the second detector 2, and quantitatively measures while canceling shape information of the specimen 4 using an output ratio of the first detector 1 and the second detector 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、散乱光検出装置、及びそれを用いた非破壊検査装置に関し、特に、近赤外線に代表される光を被検物に照射して反射する散乱光を測定することにより被検物の劣化程度を数値化して知り得る散乱光検出装置、及びそれを用いて被検物を非破壊で検査する非破壊検査装置、に関する。 The present invention relates to a scattered light detection device and a non-destructive inspection device using the same, and in particular, irradiating a test object with light typified by near-infrared light and measuring scattered light reflected by the test object to measure the test object. The present invention relates to a scattered light detection device that can be used to quantify the degree of deterioration and a nondestructive inspection device that nondestructively inspects an object using the scattered light detection device.

対象の内部を非破壊で検査するニーズは大きく、医療及び工業分野においてX線、超音波、磁気、レーザ、赤外線など様々な技術が開発されている。例えば、ラマン分光法の原理を応用し、生きたままのサンプルについての測定を可能にした医療機器が知られている(特許文献1)。この医療機器とは異なる工業分野において、もっぱら産業機器の劣化検査の用途で非破壊検査が無限にある。非破壊検査の対象は主に、劣化による内部構造の変化及び内部要素の変質である。質の変化には、サビ、酸化、汚れ、混入、硬化、乾燥、などがあり、これらに起因して対象物に亀裂、空隙、キズ、変色、摩耗などの劣化が生じる。 There is a great need for non-destructive inspection of the inside of an object, and various technologies such as X-ray, ultrasonic wave, magnetism, laser, infrared ray have been developed in the medical and industrial fields. For example, a medical device is known in which the principle of Raman spectroscopy is applied to enable measurement of a living sample (Patent Document 1). In an industrial field different from this medical device, there are an unlimited number of nondestructive tests for deterioration inspection of industrial devices. The targets of nondestructive inspection are mainly changes in internal structure and deterioration of internal elements due to deterioration. The change in quality includes rust, oxidation, dirt, mixing, curing, drying, etc., which cause deterioration such as cracks, voids, scratches, discoloration, and abrasion on the object.

昇降機のベアリングはケース内に封入されているため、交換あるいは修理で分解する際でないと、ベアリングの劣化を直接観察することは難しい。そのため、ベアリングの回転の変化によって生じる振動をベアリングケースの外側で測定することにより、ベアリングの劣化を診断する技術が開発されている(非特許文献1−3)。また、ベアリングに組み込まれた高分解能回転センサ(エンコーダ)から得られる回転情報を用いて、ベアリングに生じる回転の異変を検出する技術も開発されている(非特許文献4)。 Since the bearing of the elevator is enclosed in the case, it is difficult to directly observe the deterioration of the bearing unless it is disassembled for replacement or repair. Therefore, a technique for diagnosing the deterioration of the bearing has been developed by measuring the vibration generated by the change in the rotation of the bearing outside the bearing case (Non-Patent Documents 1-3). In addition, a technique has also been developed for detecting an abnormal rotation occurring in a bearing by using rotation information obtained from a high resolution rotation sensor (encoder) incorporated in the bearing (Non-Patent Document 4).

しかし、ベアリングの異常によって生じる振動は微弱であり、ノイズや周囲の装置から発生する振動などの外乱によって測定が難しい。この課題に対し、ベアリング内でキズや摩擦で発生した鉄粉がグリスに混入する量を磁気で測定する測定器、すなわち、グリス鉄粉濃度計が開発されている(非特許文献5)。 However, the vibration caused by the abnormality of the bearing is weak, and it is difficult to measure due to the disturbance such as noise and vibration generated from the surrounding devices. To solve this problem, a measuring device for magnetically measuring the amount of iron powder generated by scratches or friction in the bearing mixed with grease, that is, a grease iron powder concentration meter has been developed (Non-Patent Document 5).

また、鉄粉の混入によって生じるグリスの色の変化で劣化を推定する技術、すなわち、メンブランパッチを用いたRGB色相による潤滑油診断技術が開発されている(非特許文献6)。しかし、ベアリングのグリス内に混入する鉄粉量は少量であり、汚れやサビの混入でもグリスの色は変化するため、高精度の測定は難しい。この課題に対して、被検物に近赤外線を照射し、被検物から得られる反射光より散乱を測定し、元の波長からのズレを測定することで、被検物の変質を分子構造の変化として観察可能な散乱光検出装置が開発され、しかも、携行性良好に小型軽量化されたポータブル・ラマン分光モジュールも知られている(非特許文献7)。 In addition, a technique for estimating deterioration due to a change in the color of grease caused by the mixing of iron powder, that is, a lubricating oil diagnosis technique based on RGB hues using a membrane patch has been developed (Non-Patent Document 6). However, the amount of iron powder mixed in the grease of the bearing is small, and the color of the grease changes even if dirt or rust is mixed, so high-precision measurement is difficult. In response to this problem, by irradiating the test object with near-infrared rays, measuring the scattering from the reflected light obtained from the test object, and measuring the deviation from the original wavelength, the alteration of the test object is analyzed by the molecular structure. A scattered light detection device that can be observed as a change in the light source has been developed, and a portable Raman spectroscopic module that is small in size and light in weight with good portability is also known (Non-Patent Document 7).

特開2018−13453Japanese Patent Laid-Open No. 2018-13453

https://www.onosokki.co.jp/HP-WK/products/category/vib_relate.htmhttps://www.onosokki.co.jp/HP-WK/products/category/vib_relate.htm http://www.tetsugen.com/product/mhc/http://www.tetsugen.com/product/mhc/ http://www.iiu.co.jp/seihin.html#EM_diagnosyshttp://www.iiu.co.jp/seihin.html#EM_diagnosys https://www.ntn.co.jp/japan/news/new_products/news201700033.htmlhttps://www.ntn.co.jp/japan/news/new_products/news201700033.html https://www.new-cosmos.co.jp/product/733/https://www.new-cosmos.co.jp/product/733/ https://www.pwri.go.jp/jpn/results/2015/tokyosc/pdf/5.pdfhttps://www.pwri.go.jp/jpn/results/2015/tokyosc/pdf/5.pdf https://www.hamamatsu.com/jp/ja/product/photometry-systems/raman-spectroscopy/index.htmlhttps://www.hamamatsu.com/jp/ja/product/photometry-systems/raman-spectroscopy/index.html

しかし、非特許文献7に開示されているポータブル・ラマン分光モジュールをはじめとする従来の近赤外線測定では、波長のズレの量が小さく、被検物の表面形状に起因する散乱光、すなわちノイズが信号に混入するため、測定精度を維持できないという課題があった。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、信号に混入する形状情報のノイズを除去することにより散乱光測定を高精度化した散乱光検出装置を提供することにある。 However, in the conventional near-infrared measurement including the portable Raman spectroscopic module disclosed in Non-Patent Document 7, the amount of wavelength shift is small, and scattered light, that is, noise caused by the surface shape of the test object is generated. Since it mixes with the signal, there is a problem that the measurement accuracy cannot be maintained. The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object thereof is to provide a scattered light detection device with high accuracy in scattered light measurement by removing noise of shape information mixed in a signal. To provide.

上記課題を解決するために、本発明は、ガンマ線、X線、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波のうち何れかに属する電磁波を照射光とみなして用い、該照射光を受けた被検物からの散乱光を測定した結果に基づいて前記被検物の分子構造を解析する散乱光検出装置であって、前記照射光の発生源と、前記被検物を基準に前記照射光の入射方向に対して鋭角をなす出射方向に配設された第1検出器と、前記入射方向に対する前記鋭角とは異なる角度の出射方向に配設された第2検出器と、を備え、前記散乱光のうち、第1波長を有する光を前記第1検出器で測定し、前記散乱光のうち、前記第1波長とは異なる第2波長を有する光を前記第2検出器で測定し、前記第1検出器と前記第2検出器との出力比率を用いて前記被検物の形状情報をキャンセルしながら定量測定するものである。 In order to solve the above problems, the present invention uses an electromagnetic wave belonging to any of gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, and microwaves as irradiation light, and uses the irradiation light to inspect the object. A scattered light detecting device for analyzing the molecular structure of the test object based on the result of measuring scattered light from the source of the irradiation light, and the incident direction of the irradiation light based on the test object. A first detector arranged in an emission direction that forms an acute angle with respect to the second detector, and a second detector arranged in an emission direction that is different from the acute angle with respect to the incident direction, and Of the scattered light, light having a second wavelength different from the first wavelength is measured by the second detector, and the first detector measures light having a first wavelength. The output ratio between the detector and the second detector is used to perform quantitative measurement while canceling the shape information of the test object.

本発明によれば、信号に混入する形状情報のノイズを除去することにより散乱光測定を高精度化した散乱光検出装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the scattered light detection apparatus which improved the precision of scattered light measurement by removing the noise of the shape information mixed in a signal can be provided.

本発明の一実施形態に係る散乱光検出装置(以下、「本装置」ともいう)の基本例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the basic example of the scattered light detection apparatus (henceforth "this apparatus") which concerns on one Embodiment of this invention. 本装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of this apparatus. 図2の本装置に対する改良例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the example of improvement with respect to this apparatus of FIG. 図1の本装置に対する改良例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the example of improvement with respect to this apparatus of FIG. 図4の本装置に対し、検出器をカメラに置き換えた構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example which replaced the detector with the camera with respect to this apparatus of FIG. 図5の本装置に対する変形例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the modification with respect to this apparatus of FIG. 図1〜図6の本装置に共通する変形例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the modification common to this apparatus of FIGS.

以降、本発明を実施するための形態を、実施例1〜実施例7により、それぞれ図1〜図7を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in detail by Examples 1 to 7 with reference to FIGS. 1 to 7, respectively.

(実施例1)
図1は、本発明の一実施形態に係る散乱光検出装置(以下、「本装置」ともいう)の基本例を示す概念図である。図1に示すように本装置11は、被写体となる被検物4(以下、単に「被検物4」ともいう)4と、被検物4に近赤外線5を照射する光源(以下、「発生源3」ともいう)3と、被検物4から発生する散乱を二手に分離するハーフミラー6と、弾性散乱である第1のエネルギーの波長(以下、「第1波長」ともいう)を持つ光を測定する第1エネルギー検出器(以下、単に「第1検出器1」ともいう)1と、被検物4から発生する非弾性散乱である第2のエネルギーの波長(以下、「第2波長」ともいう)を持つ光を測定する第2エネルギー検出器(以下、単に「第2検出器2」ともいう)2と、により構成されている。
(Example 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic example of a scattered light detection device (hereinafter, also referred to as “this device”) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the device 11 includes an object 4 to be inspected (hereinafter, also simply referred to as “inspection object 4 ”) 4 and a light source (hereinafter, “ (Also referred to as “source 3”) 3, a half mirror 6 that splits the scattering generated from the test object 4 into two hands, and a wavelength of the first energy that is elastic scattering (hereinafter, also referred to as “first wavelength”). A first energy detector (hereinafter, also simply referred to as “first detector 1”) 1 that measures the light that it has, and a wavelength of a second energy that is inelastic scattering generated from the test object 4 (hereinafter, “the first detector”). A second energy detector (hereinafter, also simply referred to as “second detector 2”) 2 that measures light having two wavelengths).

被検物4に対して、発生源3とハーフミラー6と第1検出器1及び第2検出器2(以下、2つまとめて「検出器1,2」ともいう)は同じ側に配置される。同じ側に配置されることにより、本装置11を一体化することができ、被検物4の表面に片側から押し当てる形状が可能となる。 The generation source 3, the half mirror 6, the first detector 1 and the second detector 2 (hereinafter, also referred to collectively as “detectors 1 and 2”) are arranged on the same side with respect to the inspection object 4. It By arranging them on the same side, the device 11 can be integrated, and a shape in which the device 4 is pressed against the surface of the test object 4 from one side is possible.

発生源3から照射された近赤外線5は、被検物4の内部で散乱され、発生源3と同じ側に反射される。散乱光はハーフミラー6で分離され、第1検出器1と第2検出器2に入射する。入射光は検出器で測定される。ハーフミラー6を用いると、散乱光はそのままミラーを通過する透過光7と、直交方向に分離される反射光8の二手に分かれる。直交方向に分離することにより、2台の検出器1,2を近くに配置することが容易になり、本装置11の小型化が可能になる。 The near infrared rays 5 emitted from the generation source 3 are scattered inside the test object 4 and reflected on the same side as the generation source 3. The scattered light is separated by the half mirror 6 and enters the first detector 1 and the second detector 2. Incident light is measured at the detector. When the half mirror 6 is used, scattered light is divided into two parts, a transmitted light 7 that passes through the mirror as it is and a reflected light 8 that is separated in the orthogonal direction. By separating in the orthogonal direction, it becomes easy to arrange the two detectors 1 and 2 close to each other, and the size of the device 11 can be reduced.

本装置11において、ハーフミラー6を用いることにより、2種類の波長を持つ光を同時に測定することが可能となり、後述する2種類の光の検出信号の出力比率を正確に求める処理を容易に実行できる。 In the present apparatus 11, by using the half mirror 6, it is possible to simultaneously measure light having two types of wavelengths, and it is possible to easily perform a process of accurately determining an output ratio of detection signals of two types of light, which will be described later. it can.

また、検出器1,2にセンサを用いると、検出器1,2が小型になるため、本装置11の小型化と軽量化が可能となり、かつ取扱いが容易になる。これに対し、図5及び図6を用いて後述するように、検出器1,2に代えて光学カメラ(以下、単に「カメラ」ともいう)25,26を用いると、出力が画像として得られるため、一度に広い範囲の測定が可能となり、観察が容易になる。 Further, if sensors are used for the detectors 1 and 2, the detectors 1 and 2 are downsized, so that the device 11 can be downsized and lightened, and the handling is easy. On the other hand, as described later with reference to FIGS. 5 and 6, if optical cameras (hereinafter, also simply referred to as “cameras”) 25 and 26 are used instead of the detectors 1 and 2, the output is obtained as an image. Therefore, it is possible to measure a wide range at a time, which facilitates observation.

ラマン分光法の原理で知られるように、弾性散乱である第1波長を持つ光は、照射された元の近赤外線5からエネルギー変化がなく、被検物4の分子数に比例し、非弾性散乱より一桁大きい。一方、非弾性散乱である第2波長を持つ光は、照射された元の近赤外線5からの波長のズレを生じる。この波長ズレはエネルギーロスであり、被検物4の変質として分子構造の変化や化学状態の変化を表す。しかし、両者は共に形状由来の散乱を含み、特に表面形状の凹凸による散乱を含む。 As is known from the principle of Raman spectroscopy, the light having the first wavelength, which is elastic scattering, has no energy change from the original near-infrared light 5 irradiated, is proportional to the number of molecules of the test object 4, and is inelastic. An order of magnitude larger than scatter. On the other hand, the light having the second wavelength that is inelastically scattered causes a wavelength shift from the original near-infrared ray 5 that is irradiated. This wavelength shift is an energy loss and represents a change in the molecular structure or a change in the chemical state as alteration of the test object 4. However, both of them include shape-derived scattering, especially scattering due to surface irregularities.

弾性散乱である第1波長を持つ光は第1検出器1で取得され、非弾性散乱である第2波長を持つ光は第2検出器2で取得される。第1検出器1で取得された出力値と第2検出器2で取得された出力値の出力比率を求める。このとき、第1検出器1と第2検出器2とは、被検物4の同一箇所で同時に生じた散乱光をリアルタイムに測定している。このように、同じ発生源3に由来し、第1、第2の異なる波長に分かれた2つの検出出力の出力比率は、被検物4の分子構造が変化しない限り概ね一定に保持されるという原理が作用する。 Light having a first wavelength of elastic scattering is acquired by the first detector 1, and light having a second wavelength of inelastic scattering is acquired by the second detector 2. The output ratio of the output value acquired by the first detector 1 and the output value acquired by the second detector 2 is obtained. At this time, the first detector 1 and the second detector 2 measure in real time scattered light generated simultaneously at the same location on the test object 4. As described above, the output ratio of the two detection outputs derived from the same generation source 3 and divided into the first and second different wavelengths is kept substantially constant as long as the molecular structure of the test object 4 does not change. The principle works.

この原理により、両者に共通に含まれる形状情報、すなわち、ノイズをキャンセルできる。その結果、被検物4の表面形状の凹凸情報を除去して、被検物4の内部の質情報のみが得られる。すなわち、第1検出器1と第2検出器2との出力比率を用いて被検物4の形状情報をキャンセルしながら定量測定する。このとき、測定レベルのダイナミックレンジに制約がある場合、測定出力の最大値と最小値を考慮することが好ましい。 By this principle, shape information commonly included in both, that is, noise can be canceled. As a result, the unevenness information of the surface shape of the test object 4 is removed, and only the quality information inside the test object 4 is obtained. That is, quantitative measurement is performed while canceling the shape information of the test object 4 by using the output ratio between the first detector 1 and the second detector 2. At this time, when the dynamic range of the measurement level is restricted, it is preferable to consider the maximum value and the minimum value of the measurement output.

すなわち、第1検出器1で取得された出力値の方が大きいので、第2検出器2で取得された小さな出力値を第1検出器1で取得された大きな出力値で除算して比を求めると、小さな除算値となる。デジタル演算処理において、取り扱う数値が小さければオーバーフローすることを防ぐ効果がある。その逆に、第1検出器1で取得された大きな出力値を第2検出器2で取得された小さな出力値で除算して比を求めると、大きな除算値となる。デジタル演算処理において、取り扱う数値が大きければ、演算後の値が量子化誤差によりビット落ちすることを防ぐことができる。 That is, since the output value obtained by the first detector 1 is larger, the small output value obtained by the second detector 2 is divided by the larger output value obtained by the first detector 1 to obtain the ratio. When calculated, it will be a small division value. In digital arithmetic processing, if the number to be handled is small, it is effective in preventing overflow. Conversely, when the large output value obtained by the first detector 1 is divided by the small output value obtained by the second detector 2 to obtain the ratio, a large division value is obtained. In the digital arithmetic processing, if the numerical value to be handled is large, it is possible to prevent the value after arithmetic from dropping due to quantization error.

また、発生源3から照射される光の波長と、第1検出器1の検出波長と、第2検出器2の検出波長は、被検物4及び検出対象に応じて選定される。ここで、発生源3から発生される光の波長と、弾性散乱である第1波長は同じであり、第1検出器1の検出波長も同じとなる。 The wavelength of the light emitted from the generation source 3, the detection wavelength of the first detector 1, and the detection wavelength of the second detector 2 are selected according to the object 4 and the detection target. Here, the wavelength of the light generated from the generation source 3 is the same as the first wavelength that is elastic scattering, and the detection wavelength of the first detector 1 is also the same.

例えば、被検物4がグリスで検出対象が鉄粉である場合、発生源3による照射光5の波長と、第1波長と、第1検出器1の検出波長はグリス用に選定される。一方、第2波長と、第2検出器2の検出波長は鉄粉用に選定される。 For example, when the test object 4 is grease and the detection target is iron powder, the wavelength of the irradiation light 5 from the generation source 3, the first wavelength, and the detection wavelength of the first detector 1 are selected for grease. On the other hand, the second wavelength and the detection wavelength of the second detector 2 are selected for iron powder.

一例として、被検物4がウレタン製ハンドレールの表面ゴムや、エレベータのカゴ底に付けられている防振ゴムで、検出対象が亀裂である場合、発生源3による照射光5の波長と、第1波長と、第1検出器1の検出波長はゴム用に選定され、第2波長と、第2検出器2の検出波長は亀裂用に選定される。 As an example, when the inspection object 4 is a surface rubber of a urethane handrail or an anti-vibration rubber attached to the basket bottom of an elevator and the detection target is a crack, the wavelength of the irradiation light 5 from the generation source 3 and The first wavelength and the detection wavelength of the first detector 1 are selected for rubber, and the second wavelength and the detection wavelength of the second detector 2 are selected for cracks.

他の例として、被検物4がエスカレータステップの鉄製フレームで、検出対象がサビである場合、発生源3による照射光5の波長と、第1波長と、第1検出器1の検出波長は鉄用に選定され、第2波長と、第2検出器2の検出波長はサビ用に選定される。 As another example, when the inspection object 4 is an escalator step iron frame and the detection target is rust, the wavelength of the irradiation light 5 from the generation source 3, the first wavelength, and the detection wavelength of the first detector 1 are The second wavelength selected for iron and the detection wavelength of the second detector 2 are selected for rust.

ここで用いる照射光5を近赤外線とすれば、被検物4の内部まで光が到達でき、内部の変化が測定できる。照射光5にテラヘルツ波やX線を採用すれば、被検物4のさらに内部まで光が到達でき、奥の変化が測定できる。特に、近赤外線5を用いる場合には、被検物4を薄いプレート状にすると、測定が容易となる。なお、本装置11は、産業上実用的な検査器具、特に非破壊検査装置(本検査装置)として採用されて好適である。本検査装置で第1検出器1と、第2検出器2と、より得られた2種類の光の検出信号の出力比率を正確に求め、その出力比率に変化の有無を監視することにより、検査目的を実現できる。 If the irradiation light 5 used here is near-infrared light, the light can reach the inside of the object to be inspected 4 and the internal change can be measured. If terahertz waves or X-rays are adopted as the irradiation light 5, the light can reach further inside the object 4 to be measured, and the change in the depth can be measured. In particular, when the near infrared rays 5 are used, the measurement can be facilitated by making the test object 4 into a thin plate shape. The device 11 is suitable for being adopted as an industrially practical inspection tool, particularly as a nondestructive inspection device (main inspection device). By accurately obtaining the output ratio of the detection signals of the two types of light obtained from the first detector 1 and the second detector 2 in the present inspection device, and monitoring whether or not there is a change in the output ratio, The inspection purpose can be realized.

(実施例2)
図2は、他の構成例に係る本装置を示す概念図である。図2に示すように、本装置12では、図1に示した実施例1に係る本装置11において、2つ必要だった検出器1,2を1台のエネルギー分解型の検出器(以下、「エネルギー分解検出器」又は単に「検出器」ともいう)9にまとめている。この検出器9を用いると、検出器9の内部でしきい値を設定し、入射光を第1エネルギーと第2エネルギーに分離して測定することができる。このようなエネルギー分解型検出器9を用いると、1台で複数のエネルギーが測定可能であることから、検出器9を1台とすることができ、ハーフミラー6も不要となるため、装置12は小型化と軽量化が可能であり、その結果として取扱いが容易となる。
(Example 2)
FIG. 2 is a conceptual diagram showing this device according to another configuration example. As shown in FIG. 2, in the present device 12, two detectors 1 and 2 which were required in the present device 11 according to the first embodiment shown in FIG. (Also referred to as “energy-resolving detector” or simply “detector”) 9. By using this detector 9, it is possible to set a threshold value inside the detector 9 and separate the incident light into the first energy and the second energy for measurement. When such an energy-resolving type detector 9 is used, a plurality of energies can be measured by one unit, so that the number of detectors 9 can be one, and the half mirror 6 is not necessary. Can be made smaller and lighter, resulting in easier handling.

(実施例3)
図3は、図2の本装置12に対する改良例を示す概念図である。図2に示した実施例2に係る本装置12は高価であるため、図3を用いて各種の改良例を提案する。図3に示すように、本装置13では、図2に示した実施例2に係る本装置12と同様に1台の検出器10を備え、その検出器10の手前にフィルタ21,22を複数枚、並べて配置し、検出器10の検出領域23,24をフィルタ21,22毎に分離する。1台の検出器10で同時に、複数のフィルタ21,22を透過したエネルギーの光を検出することができる。
(Example 3)
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an improved example of the device 12 of FIG. Since the apparatus 12 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is expensive, various improvement examples are proposed with reference to FIG. As shown in FIG. 3, in the present device 13, one detector 10 is provided similarly to the present device 12 according to the second embodiment shown in FIG. 2, and a plurality of filters 21, 22 are provided in front of the detector 10. The detection areas 23 and 24 of the detector 10 are separated for each of the filters 21 and 22. One detector 10 can simultaneously detect the light of the energy transmitted through the plurality of filters 21 and 22.

2枚のフィルタ21,22は、以下にいう第1光学フィルタ21と、第2光学フィルタ22である。まず、第1光学フィルタ(単に「フィルタ」ともいう)21は、弾性散乱である第1波長を持つ光を優先的に透過させるものである。また、第2光学フィルタ(単に「フィルタ」ともいう)22は、非弾性散乱である第2波長を持つ光を優先的に透過させるものである。これら、2枚のフィルタ21,22を備えた1台の検出器10によれば、同時に弾性散乱と非弾性散乱を測定できる。このように、検出器10は、検出波長に幅を有するので、第1波長と第2波長の両方を測定できる。 The two filters 21 and 22 are a first optical filter 21 and a second optical filter 22 described below. First, the first optical filter (also simply referred to as “filter”) 21 preferentially transmits light having elastically scattered first wavelength. The second optical filter (also simply referred to as “filter”) 22 preferentially transmits light having a second wavelength that is inelastic scattering. According to one detector 10 including these two filters 21 and 22, elastic scattering and inelastic scattering can be simultaneously measured. In this way, the detector 10 has a width in the detection wavelength, and thus can measure both the first wavelength and the second wavelength.

このような目的のフィルタ21,22として、短冊状のフィルタ21とフィルタ22とを縞状に貼り合わせた形状も考えられる。あるいは、フィルタ21とフィルタ22を格子状に配置する形状も考えられる。2種類のフィルタ21,22の距離が近いほど、弾性散乱と非弾性散乱の比を求める際に、精度良く比を算出することができる。つまり、同じところに由来して、波長の異なる2つの検出出力の出力比率が変化したか否かを監視することによって、分子構造の変化を知ることが目的だからである。 As the filters 21 and 22 for such a purpose, a strip-shaped filter 21 and a filter 22 may be attached in a striped shape. Alternatively, a shape in which the filters 21 and 22 are arranged in a grid pattern is also conceivable. The closer the two types of filters 21 and 22 are to each other, the more accurately the ratio can be calculated when obtaining the ratio of elastic scattering and inelastic scattering. That is, the purpose is to know the change in the molecular structure by monitoring whether or not the output ratio of two detection outputs having different wavelengths from the same place has changed.

また、2種類のフィルタ21,22を円盤に配設して回転させることで、高速かつ容易にエネルギーの切り替えが可能となる。また、詳細な図示を省略するが、フィルタ21,22の代わりに1枚の偏光フィルタを用いると、その偏光フィルタの傾きを変えることにより、2種類のエネルギーのうち、何れを透過させるか切り替えが可能となる。このように、図3に示した実施例3に係る本装置13は、検出器10を1台とし、検出器10の手前に切り替え可能なフィルタ21,22を配設した構成である。このフィルタ21,22を何らかの制御機構を用いて切り替えながら2種類のエネルギーを透過させれば、1台の検出器10で複数のエネルギーを測定することが可能となる。 Further, by arranging and rotating the two types of filters 21 and 22 on the disk, it becomes possible to switch the energy at high speed and easily. Although not shown in detail, if one polarization filter is used instead of the filters 21 and 22, it is possible to switch which of two types of energy is transmitted by changing the inclination of the polarization filter. It will be possible. As described above, the present apparatus 13 according to the third embodiment shown in FIG. 3 has a configuration in which the detector 10 is one and the switchable filters 21 and 22 are arranged in front of the detector 10. If two kinds of energy are transmitted while switching the filters 21 and 22 by using some control mechanism, it is possible to measure a plurality of energies with one detector 10.

(実施例4)
図4は、図1の本装置11に対する改良例を示す概念図である。図4に示すように、本装置14では、検出器1,2の手前にそれぞれ光学フィルタ21,22を配設する。上述のように、これらは、被検物4から発生する弾性散乱である第1波長を持つ光を優先的に透過させる第1光学フィルタ21と、被検物4から発生する非弾性散乱である第2波長を持つ光を優先的に透過させる第2光学フィルタ22である。これら2種類のフィルタ21,22で透過するエネルギーを選定するため、検出器側で検出波長を選定する必要がなくなり、第1検出器1と第2検出器2に同じ機能の検出器を用いることができる。つまり、図2に示した実施例2に係る本装置12で用いたエネルギー分解検出器9のような高価なものを不要にする効果がある。
(Example 4)
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an improved example of the device 11 of FIG. As shown in FIG. 4, in the present device 14, optical filters 21 and 22 are arranged in front of the detectors 1 and 2, respectively. As described above, these are the first optical filter 21 that preferentially transmits the light having the first wavelength, which is the elastic scattering generated from the test object 4, and the inelastic scattering generated from the test object 4. The second optical filter 22 preferentially transmits light having the second wavelength. Since the energy transmitted by these two types of filters 21 and 22 is selected, it is not necessary to select the detection wavelength on the detector side, and the detectors having the same function should be used for the first detector 1 and the second detector 2. You can That is, there is an effect that an expensive one such as the energy decomposition detector 9 used in the present apparatus 12 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is unnecessary.

(実施例5)
図5は、図4の本装置14に対し、検出器をカメラに置き換えた構成例を示す概念図である。図5に示すように、本装置15では、検出器に代えた光学カメラ25,26を使用するとともに、光学レンズ18も付設して使用する。この光学レンズ18を使用することで、焦点を調整することができるため、被検物4とカメラ25,26の距離を変えてカメラ25,26で撮影される視野の大きさを変更することができる。第1光学カメラ25及び第2光学カメラ26の2つで検出する波長が近い場合には、図5に示すように、ハーフミラー6の前に1個の光学レンズ18を配設することで、両方のカメラ光学カメラ25,26に対応することができる。本装置15は、光学レンズ18が一つで足りるため小型化できる。
(Example 5)
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration example in which a detector is replaced with a camera in the device 14 of FIG. As shown in FIG. 5, in the present device 15, the optical cameras 25 and 26 replaced with the detectors are used, and the optical lens 18 is also attached and used. Since the focus can be adjusted by using the optical lens 18, it is possible to change the distance between the object 4 to be inspected and the cameras 25 and 26 to change the size of the visual field captured by the cameras 25 and 26. it can. When the wavelengths detected by the first optical camera 25 and the second optical camera 26 are close to each other, by disposing one optical lens 18 in front of the half mirror 6, as shown in FIG. Both cameras optical cameras 25, 26 can be accommodated. This device 15 can be miniaturized because only one optical lens 18 is required.

(実施例6)
図6は、図5の本装置15に対する変形例を示す概念図である。図6に示すように、本装置16でも、図5に示した実施例5に係る本装置15と同様に、検出器に代えて光学カメラ25,26を使用している。さらに、カメラ25,26毎に専用の光学レンズ27,28を配設して使用する点が異なる。さらに、ハーフミラー6の後ろに2個の光学レンズを配設し、それぞれのカメラに対応させ易い構成である。このように、各々のカメラ25,26に対してレンズ、及びその設定を最適化できるので、高精度の測定が可能である。特に、本装置16は、2つのカメラ25,26で検出する波長の違いが大きい場合に、良好な性能を発揮するので好適である。なお、図6の本装置16と、図5の本装置15と、これらのうち一方が基本形で、他方が変形例であるが、何れが基本形であっても構わない。図5、図6の装置は、図4の装置と同様にカメラの前に光学フィルタを設置し、レンズとカメラの間に光学フィルタが設置される形態も可能である。その場合、図4と同様に、検出器側で検出波長を選定する必要がなくなり、第1検出器1と第2検出器2に同じ機能の検出器を用いることができる。つまり、図2に示した実施例2に係る本装置12で用いたエネルギー分解検出器9のような高価なものを不要にする効果がある。
(Example 6)
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a modification of the present device 15 of FIG. As shown in FIG. 6, also in the present device 16, as in the present device 15 according to the fifth embodiment shown in FIG. 5, optical cameras 25 and 26 are used instead of the detectors. Furthermore, the point that the dedicated optical lenses 27 and 28 are arranged and used for each of the cameras 25 and 26 is different. Further, two optical lenses are provided behind the half mirror 6 so that they can be easily adapted to each camera. In this way, since the lens and its setting can be optimized for each of the cameras 25 and 26, highly accurate measurement is possible. In particular, the present device 16 is suitable because it exhibits good performance when the difference between the wavelengths detected by the two cameras 25 and 26 is large. It should be noted that although the present apparatus 16 of FIG. 6 and the present apparatus 15 of FIG. 5 are one of the basic types and the other is a modified example, any of the basic types may be used. The apparatus of FIGS. 5 and 6 may have a configuration in which an optical filter is installed in front of the camera and the optical filter is installed between the lens and the camera as in the apparatus of FIG. In that case, as in FIG. 4, it is not necessary to select the detection wavelength on the detector side, and the detectors having the same function can be used for the first detector 1 and the second detector 2. That is, there is an effect that an expensive one such as the energy decomposition detector 9 used in the present apparatus 12 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is unnecessary.

(実施例7)
図7は、図1〜図6の本装置11〜16に共通する変形例を示す概念図である。図7に示すように、本装置17では、被検物4を回転させながら、第1波長と第2波長の光を検出する。あるいは、被検物4を固定して、検出装置を回転させながら、第1波長と第2波長の光を検出する。検出装置の形態は、図1〜図6を用いて上述の実施例1〜6に係る本装置11〜16(以下、まとめて「検出装置」と略す)のどれにでも適用可能である。第1波長の光と第2波長の光の比を求め、再構成処理を行うことにより、断面像を得ることができ、3次元的な変質の様子を観察することが可能となる。上述した検出装置において、2台の検出器又はカメラ(以下、まとて「カメラ」と略す)を用いる場合、一方のカメラで被検物4の全体を撮影し、他方のカメラで内部観察用の限定領域を撮影することもできる。限定領域のみで第1波長の光と第2波長の光の比を求め、全体像に重ねて表示することにより、被検物4の全体を把握しながら、検出対象の周辺の変質を観察することができる。
(Example 7)
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a modification common to the present apparatuses 11 to 16 of FIGS. As shown in FIG. 7, the present device 17 detects the light of the first wavelength and the light of the second wavelength while rotating the test object 4. Alternatively, the object to be inspected 4 is fixed, and the light having the first wavelength and the light having the second wavelength are detected while rotating the detection device. The form of the detection device can be applied to any of the present devices 11 to 16 (hereinafter collectively referred to as “detection device”) according to the first to sixth embodiments described above with reference to FIGS. 1 to 6. By obtaining the ratio of the light of the first wavelength and the light of the second wavelength and performing the reconstruction process, it is possible to obtain a cross-sectional image and observe the state of three-dimensional alteration. When two detectors or cameras (hereinafter, abbreviated as “camera”) are used in the above-described detection device, one camera captures the entire object 4 and the other camera is used for internal observation. You can also take pictures of limited areas. By observing the ratio of the light of the first wavelength and the light of the second wavelength only in the limited area and displaying the ratio on the whole image, the deterioration of the periphery of the detection target is observed while grasping the whole of the test object 4. be able to.

上述した検出装置は付属の処理機構を有する。処理機構において、第1波長の光と第2波長の光の比の値をクラスタリング処理し、異常あるいは正常の判定を行うことができる。クラスタリング処理には、GMM(Gaussian Mixture Model)やEM(Expectation maximization)アルゴリズムを用いる。非金属は中赤外線及び遠赤外線を吸収し易い特性を持っていることから、第1波長を可視光あるいは近赤外線とし、第2波長を中赤外線あるいは遠赤外線とすると、金属と非金属を区別する際に適する。例えば、非金属であるグリスと、グリスに混入した金属である鉄粉の区別がこれに相当する。被検物4の変質を観察する場合には、被検物4の変質がない領域で求めた第1波長と第2波長の光の比と、被検物4の変質がある領域で求めた第1波長と第2波長の光の比で差が大きいことが望ましい。例えば、被検物4の変質がない領域では第1波長と第2波長の光で差が小さく、被検物4の変質がある領域では第1波長と第2波長の光で差が大きい場合、あるいは、被検物4の変質がない領域では第1波長と第2波長の光で差が大きく、被検物4の変質がある領域では第1波長と第2波長の光で差が小さい場合、あるいは、被検物4の変質がない領域における第1波長と第2波長の光の大小が、被検物4の変質がある領域における第1波長と第2波長の光の大小と逆転する場合、などで実現される。被検物4が鉄製のフレームであり、フレームの腐食や錆や酸化などの変質を観察する場合や、被検物4がゴムであり、紫外線や熱でゴムが固くなった変質を観察する場合が、これに相当する。 The detection device described above has an attached processing mechanism. In the processing mechanism, the value of the ratio of the light of the first wavelength and the light of the second wavelength is subjected to clustering processing, and it is possible to determine whether it is abnormal or normal. GMM (Gaussian Mixture Model) or EM (Expectation maximization) algorithm is used for the clustering process. Since non-metals have a property of easily absorbing mid-infrared rays and far-infrared rays, when the first wavelength is visible light or near-infrared ray and the second wavelength is mid-infrared ray or far-infrared ray, metal and non-metal are distinguished. Suitable for when. For example, the distinction between non-metal grease and iron powder that is metal mixed in the grease corresponds to this. When observing the alteration of the object to be inspected 4, the ratio of the light of the first wavelength and the light of the second wavelength obtained in the area where the object to be inspected 4 has no alteration and the area in which the object to be inspected 4 has alteration It is desirable that the difference between the first wavelength light and the second wavelength light is large. For example, when the difference between the light of the first wavelength and the second wavelength is small in the region where the inspection object 4 is not changed, and the difference between the light of the first wavelength and the second wavelength is large in the region where the inspection object 4 is changed. Alternatively, the difference between the light of the first wavelength and the second wavelength is large in the region where the inspection object 4 is not altered, and the difference between the light of the first wavelength and the second wavelength is small in the region where the inspection object 4 is altered. Or the magnitudes of the light of the first wavelength and the second wavelength in the region where there is no alteration of the test object 4 and the magnitudes of the light of the first wavelength and the second wavelength in the region where the test object 4 is altered are reversed. If you do, it is realized by. When the inspection object 4 is an iron frame and the deterioration of the frame such as corrosion, rust and oxidation is observed, or when the inspection object 4 is rubber and the deterioration of the rubber is hardened by ultraviolet rays or heat. Is equivalent to this.

上述した検出装置では、発生源3からの照射光5について、近赤外線を代表例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。可視光、赤外線、紫外線、X線、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、等の様々な波長を持つ波動に適用可能である。それらの場合に応じて、それぞれの発生源3に対し、検出対象とするエネルギーが測定可能な検出器と、検出対象とするエネルギーを透過可能なフィルタを用いる。 In the detection device described above, the irradiation light 5 from the generation source 3 has been described by using near infrared rays as a representative example, but the present invention is not limited to this. It can be applied to waves having various wavelengths such as visible light, infrared rays, ultraviolet rays, X-rays, microwaves, millimeter waves, and terahertz waves. Depending on these cases, a detector capable of measuring the energy to be detected and a filter capable of transmitting the energy to be detected are used for each source 3.

典型例として、鉄粉混入量に基づく劣化の程度を高精度、かつ定量的に測定することを可能とし、グリスその他の被検物4の質の変化について観察する。そのために、散乱を非弾性散乱のラマン散乱と弾性散乱であるレイリー散乱とに分離して測定し、非弾性散乱と弾性散乱の比を求めることにより、形状情報、すなわちノイズをキャンセルし、定量測定を可能とする。本発明に係る散乱光検出装置(本装置)11〜17、あるいは本発明に係る非破壊検査装置(本検査装置)によれば、信号に混入する形状情報のノイズを除去することにより高精度化した散乱光測定を実現できる。以下、本発明の要点を特許請求の範囲に沿って説明する。
[1]図1〜図7に示す散乱光検出装置(本装置)11〜17は、照射光5を受けた被検物4からの散乱光を測定した結果に基づいて被検物4の分子構造を解析するための測定器であるとともに、産業上実用的な検査器具である。被検物4の一例として、ベアリングに封入されたグリスが好適であり、その劣化の程度を判定する検査器具として好適である。
As a typical example, it is possible to measure the degree of deterioration based on the amount of iron powder mixed in with high accuracy and quantitatively, and observe changes in the quality of the grease 4 and other test objects 4. Therefore, the scattering is separated into Raman scattering which is inelastic scattering and Rayleigh scattering which is elastic scattering, and the measurement is performed, and the shape information, that is, noise is canceled and quantitative measurement is performed by obtaining the ratio of the inelastic scattering and elastic scattering. Is possible. According to the scattered light detection device (present device) 11 to 17 according to the present invention or the nondestructive inspection device (present inspection device) according to the present invention, it is possible to improve accuracy by removing the noise of the shape information included in the signal. The scattered light measurement can be realized. Hereinafter, the main points of the present invention will be described with reference to the claims.
[1] Scattered light detection devices (present devices) 11 to 17 shown in FIGS. 1 to 7 are molecules of the test object 4 based on the results of measurement of scattered light from the test object 4 which receives the irradiation light 5. It is a measuring instrument for analyzing the structure and an industrially practical inspection tool. As an example of the object 4 to be inspected, grease enclosed in a bearing is suitable, and is suitable as an inspection tool for determining the degree of deterioration thereof.

本装置11〜17で用いる照射光5は、紫外線、可視光線、近赤外線、中赤外線、又は遠赤外線を適用可能である。特に、近赤外線5が好適である。また、本装置11〜17の用途によっては、ガンマ線、X線、あるいはマイクロ波のうち何れかに属する電磁波を照射光5とみなして用いても良い。特に、被検物4の深部まで届くほどの透過力を要する用途には、ガンマ線、又はX線が好適である。それ以外の用途には、中赤外線及び遠赤外線が安全簡便で使い勝手が良好である。 The irradiation light 5 used in the present devices 11 to 17 may be ultraviolet light, visible light, near infrared light, mid infrared light, or far infrared light. Near infrared rays 5 are particularly preferable. Further, depending on the use of the present devices 11 to 17, electromagnetic waves belonging to any of gamma rays, X-rays, or microwaves may be regarded as the irradiation light 5 and used. In particular, gamma rays or X-rays are suitable for applications that require penetrating power to reach a deep portion of the test object 4. For other uses, mid-infrared rays and far-infrared rays are safe, convenient, and easy to use.

本装置11〜17は、照射光5の発生源3と、第1検出器1と、第2検出器2と、を備えて構成されている。第1検出器1は、被検物4を基準に照射光5の入射方向に対して鋭角をなす出射方向に配設されている。第2検出器2は、入射方向に対する鋭角とは異なる角度の出射方向、例えば、入射方向に対する鈍角をなす出射方向に配設されている。第1検出器1は、照射光5が被検物4で散乱されて発生する散乱光のうち、第1波長を有する光を測定する。第2検出器2は、照射光5が被検物4で散乱されて発生する光のうち、第1波長とは異なる第2波長を有する光を測定する。 The present devices 11 to 17 are configured to include a generation source 3 of irradiation light 5, a first detector 1, and a second detector 2. The first detector 1 is arranged in an emitting direction that forms an acute angle with respect to the incident direction of the irradiation light 5 with respect to the test object 4. The second detector 2 is arranged in an emitting direction having an angle different from an acute angle with respect to the incident direction, for example, an emitting direction forming an obtuse angle with respect to the incident direction. The first detector 1 measures the light having the first wavelength among the scattered light generated by the irradiation light 5 being scattered by the test object 4. The second detector 2 measures light having a second wavelength different from the first wavelength among the light generated by the irradiation light 5 being scattered by the test object 4.

本装置11〜17は、第1検出器1と第2検出器2との出力比率を用いて被検物4の形状情報をキャンセルしながら定量測定する。これら、第1検出器1と第2検出器2とは、被検物4の同一箇所で同時に生じた散乱光をリアルタイムに測定している。このように、同じ発生源3に由来し、第1、第2の異なる波長に分かれた2つの検出出力の出力比率は、被検物4の分子構造が変化しない限り概ね一定に保持されるという原理が作用する。 The present devices 11 to 17 perform quantitative measurement while canceling the shape information of the test object 4 by using the output ratio of the first detector 1 and the second detector 2. The first detector 1 and the second detector 2 measure in real time the scattered light generated simultaneously at the same location on the test object 4. As described above, the output ratio of the two detection outputs derived from the same generation source 3 and divided into the first and second different wavelengths is kept substantially constant as long as the molecular structure of the test object 4 does not change. The principle works.

一方、被検物4の形状に変化、例えば、表面うねり等の変化があれば、その形状変化に応じて、散乱光の検出出力も変化するため、被検物4の表面形状に起因する散乱光、すなわちノイズが信号に混入して測定精度を維持できないという課題があった。つまり、被検物4の分子構造の変化を知りたいにも関わらず、表面形状の変化をノイズとして検出してしまうので、このノイズをキャンセルする必要があるという課題である。 On the other hand, if there is a change in the shape of the object 4 to be inspected, for example, a surface waviness or the like, the detection output of the scattered light also changes in accordance with the change in the shape, so that the scattering caused by the surface shape of the object 4 to be inspected. There is a problem that light, that is, noise is mixed in the signal and the measurement accuracy cannot be maintained. That is, the change in the surface shape is detected as noise, even though the change in the molecular structure of the test object 4 is desired to be detected, and this noise must be canceled.

この課題に対し、上述の原理を応用すれば、信号に混入したノイズをキャンセルできる。すなわち、検出された出力値の絶対値を監視するのでなく、同じところに由来して、波長の異なる2つの検出出力の出力比率が、ある基準に対して変化したか否かを監視すれば、分子構造の変化を知ることが可能である。その結果、出力比率を用いて被検物4の形状情報をキャンセルしながら定量測定できるという作用効果が得られる。 By applying the above-mentioned principle to this problem, the noise mixed in the signal can be canceled. That is, instead of monitoring the absolute value of the detected output value, it is possible to monitor whether or not the output ratio of two detection outputs having different wavelengths from the same place changes with respect to a certain reference. It is possible to know changes in the molecular structure. As a result, it is possible to obtain the effect that quantitative measurement can be performed while canceling the shape information of the test object 4 using the output ratio.

[2]図1〜図7に示す本装置11〜17において、第1波長を有する光は弾性散乱であり、第2波長を有する光は非弾性散乱である。これにより、本装置11〜17は、被検物4に対し、ラマン分光法の原理を応用して、分子構造の変化を知ることが可能である。 [2] In the present devices 11 to 17 shown in FIGS. 1 to 7, the light having the first wavelength is elastically scattered and the light having the second wavelength is inelastically scattered. Thereby, the present devices 11 to 17 can apply the principle of Raman spectroscopy to the test object 4 to know the change in the molecular structure.

[3]図1,図4〜図7に示す本装置11,14〜17は、さらに、ハーフミラー6が、被検物4から第1検出器1までの間に配設されている。このハーフミラー6は、散乱光を入射して透過光7と反射光8とに分離し、分離された一方より第1波長を有する光が得られ、分離された他方より第2波長を有する光が得られる。このように、被検物4との間にハーフミラー6を介在させた第1,第2検出器1,2は、被検物4の同一箇所で同時に生じた散乱光、すなわち同じ発生源3に由来し、第1、第2の異なる波長に分かれた2つの検出出力をリアルタイムに測定するように構成されている。これによって、出力比率を用いて被検物4の形状情報をキャンセルしながらの高精度な定量測定がより確実に実現する。 [3] In the present devices 11 and 14 to 17 shown in FIGS. 1 and 4 to 7, a half mirror 6 is further arranged between the test object 4 and the first detector 1. The half mirror 6 receives scattered light and separates it into a transmitted light 7 and a reflected light 8, and light having a first wavelength is obtained from one of the separated light and light having a second wavelength from the other of the separated light. Is obtained. As described above, the first and second detectors 1 and 2 in which the half mirror 6 is interposed between the test object 4 and the test object 4 are scattered lights simultaneously generated at the same location of the test object 4, that is, the same source 3 , And is configured to measure in real time two detection outputs separated into first and second different wavelengths. As a result, highly accurate quantitative measurement while canceling the shape information of the test object 4 using the output ratio is more reliably realized.

[4]図3及び図4に示す本装置13,14は、さらに、第1光学フィルタ21と、第2光学フィルタ22と、を備えている。第1光学フィルタ21は、第1波長を有する光を優先的に透過する。第2光学フィルタ22は、第2波長を有する光を優先的に透過する。これにより、入射光と同じ波長(レイリー散乱光)と、極わずかな成分として、入射光と異なった波長をもつ光(ラマン散乱光)と、を容易かつ確実に選別できる。その結果、ラマン散乱光の振動数が、分子の固有振動数になっているラマン効果に基づく高精度な定量測定がより確実に実現する。図5及び図6に示す本装置15,16に第1光学フィルタ21と第2光学フィルタ22を備えることで、同様の効果が得られる。 [4] The present devices 13 and 14 shown in FIGS. 3 and 4 further include a first optical filter 21 and a second optical filter 22. The first optical filter 21 preferentially transmits light having the first wavelength. The second optical filter 22 preferentially transmits light having the second wavelength. With this, it is possible to easily and surely select the same wavelength as the incident light (Rayleigh scattered light) and the light (Raman scattered light) having a wavelength that is different from the incident light as a very slight component. As a result, highly accurate quantitative measurement based on the Raman effect, in which the frequency of Raman scattered light is the natural frequency of the molecule, is more reliably realized. By providing the first optical filter 21 and the second optical filter 22 in the present devices 15 and 16 shown in FIGS. 5 and 6, the same effect can be obtained.

[5]図3に示す本装置13は、第1検出器1及び第2検出器2に代えて単一の検出器10で兼用した。この単一の検出器10は、第1検出領域23と、第2検出領域24と、を設けて2つ分の機能を発揮するように構成されている。第1検出領域23は、主に第1光学フィルタ21を透過した第1波長を有する光を受けて検出する。第2検出領域24は、主に第2光学フィルタ22を透過した第2波長を有する光を受けて検出する。現状において、検出器と光学フィルタと、それぞれの価格を比較すると、検出器の方がはるかに高価である。高価な検出器であるならば、装置1台につき2個使いするよりも、このような工夫次第で1個使いに簡略化した構造にすることで、本装置13をより安価に提供できる。 [5] In the present device 13 shown in FIG. 3, a single detector 10 is used in place of the first detector 1 and the second detector 2. This single detector 10 is provided with a first detection region 23 and a second detection region 24, and is configured to exert the functions of two. The first detection region 23 mainly receives and detects light having the first wavelength that has passed through the first optical filter 21. The second detection region 24 mainly receives and detects light having the second wavelength that has passed through the second optical filter 22. At present, when comparing the price of the detector with that of the optical filter, the detector is much more expensive. If the detector is an expensive one, the device 13 can be provided at a lower cost by using a structure in which one device is used with such a device rather than using two devices per device.

[6]図2に示す本装置12は、第1検出器1及び第2検出器2の代わりに、1個のエネルギー分解検出器9を備えた構成である。このエネルギー分解検出器9は、第1、第2光学フィルタ21,22やハーフミラー6を用いることなく、分散光を、第1波長を有する光と、第2波長を有する光と、に分離して測定する機能を有する。これにより、装置1台の構成としては、上記[5]の本装置13(図3)から、第1、第2光学フィルタ21,22を省略できるため一層簡略化できる。ただし、現状で本装置12に必要不可欠なエネルギー分解検出器9は、上記[1]〜[4]で用いた第1、第2検出器21,2はおろか、上記[5]の本装置13(図3)で用いた単一の検出器10よりも、はるかに高価である。したがって、図2に示す本装置12は、小型軽量化の要望に応じる場合のみにメリットが認められる。さらに、本装置12は、第1波長の光と第2波長の光を同じ配置で位置ズレなく検出できるため、両者の比を正確に求めることができ、高精度の計測が可能である。 [6] The present apparatus 12 shown in FIG. 2 is configured to include one energy decomposition detector 9 instead of the first detector 1 and the second detector 2. This energy-resolving detector 9 separates dispersed light into light having a first wavelength and light having a second wavelength without using the first and second optical filters 21 and 22 and the half mirror 6. It has a function to measure. Accordingly, the configuration of one device can be further simplified because the first and second optical filters 21 and 22 can be omitted from the present device 13 (FIG. 3) of [5] above. However, the energy-resolving detector 9 that is indispensable to the present device 12 at present is not limited to the first and second detectors 21 and 2 used in the above [1] to [4], but the present device 13 in the above [5]. It is much more expensive than the single detector 10 used in (FIG. 3). Therefore, the present apparatus 12 shown in FIG. 2 has advantages only when it is desired to reduce the size and weight. Further, since the present device 12 can detect the light of the first wavelength and the light of the second wavelength with the same arrangement without positional deviation, the ratio of the two can be accurately obtained, and highly accurate measurement is possible.

[7]図5に示す本装置15は、第1検出器1を第1光学カメラ25に置き換えても良く、その場合は、同様に第2検出器2を第2光学カメラ26に置き換えるように構成される。また、被検物4から第1光学カメラ25又は第2光学カメラ26までの光路の何れかに光学レンズ18が配設されている。これら、第1、第2の光学カメラ21,22は、第1、第2波長を有する光をとらえて、それぞれの輝度情報を出力する。本装置15は、第1、第2の光学カメラ21,22の出力比率を用いて被検物4の形状情報をキャンセルしながら定量測定する。 [7] In the present device 15 shown in FIG. 5, the first detector 1 may be replaced with the first optical camera 25, and in that case, the second detector 2 is similarly replaced with the second optical camera 26. Composed. Further, an optical lens 18 is arranged on any of the optical paths from the object to be inspected 4 to the first optical camera 25 or the second optical camera 26. These first and second optical cameras 21 and 22 capture the light having the first and second wavelengths and output the respective brightness information. The device 15 performs quantitative measurement while canceling the shape information of the test object 4 using the output ratios of the first and second optical cameras 21 and 22.

なお、図5に示す本装置15は、図6に示して後述する本装置16の変形例と考えられる。すなわち、本装置16において、2組必要だった第1、第2の光学レンズ27,28に代えて、光学レンズ18を被検物4とハーフミラー6との間に1組だけ配設した構成である。透過光9と分離光8とでは、波長が異なるため、1つの光学レンズ18では、焦点距離も違う。それに対応した各部の配置を考慮することにより、異なる波長別の光路にも全体的な合焦維持も可能である。 The device 15 shown in FIG. 5 is considered to be a modification of the device 16 shown in FIG. 6 and described later. That is, in the present device 16, only one set of the optical lens 18 is arranged between the test object 4 and the half mirror 6 in place of the first and second optical lenses 27 and 28 which were required for two sets. Is. Since the transmitted light 9 and the separated light 8 have different wavelengths, one optical lens 18 also has a different focal length. By considering the arrangement of each part corresponding to it, it is possible to maintain the overall focus even on the optical paths of different wavelengths.

[8]図6に示す本装置16は、上記[7]の構成において1つだけだった光学レンズ18を2つに増やしている。すなわち、第1、第2の光学カメラ25,26には、第1、第2の光学レンズ27,28がそれぞれ専用に付設されている。第1光学レンズ27は、第1光学カメラ25と被検物4との間に配設されている。同様に、第2光学レンズ28は、第2光学カメラ26と被検物4との間に配設されている。このように、異なる波長別の光路毎に専用のレンズを配設する本装置16は、設計が容易で安定した動作が期待できるので、より高精度な測定結果が得られる。 [8] In the present device 16 shown in FIG. 6, the number of the optical lens 18 which is only one in the configuration of the above [7] is increased to two. That is, the first and second optical cameras 25 and 26 are provided with the first and second optical lenses 27 and 28, respectively. The first optical lens 27 is arranged between the first optical camera 25 and the test object 4. Similarly, the second optical lens 28 is arranged between the second optical camera 26 and the test object 4. As described above, the present apparatus 16 in which a dedicated lens is provided for each optical path for each different wavelength can be designed easily and expected to have stable operation, so that a more accurate measurement result can be obtained.

[9]図7に示す本装置17は、上記[1]〜[7]の本装置(図1〜図6)に共通する変形例として、それらに回転装置29を付設している。この回転装置29は、第1、第2検出器21,22に対する被検物4の相対角度を変化させる機能を有する。これにより、本装置70は、第1検出器1の出力に対する第2検出器2の出力比率を、回転装置29の回転角度に応じて取得できる。このように取得された出力比率を再構成処理して断面像に生成することが可能である。このようにして取得された断面像は医療器具でいうCTスキャンにも似た高度な診断機能を有し、より適格な診断結果を得ることが可能である。なお、本装置17は、第1、第2検出器21,2に代えて第1、第2の光学カメラ21,22を用いた場合も同様である。 [9] The present device 17 shown in FIG. 7 is provided with a rotating device 29 as a modified example common to the present devices [1] to [7] (FIGS. 1 to 6). The rotating device 29 has a function of changing the relative angle of the test object 4 with respect to the first and second detectors 21 and 22. Thereby, the device 70 can acquire the output ratio of the second detector 2 to the output of the first detector 1 according to the rotation angle of the rotation device 29. It is possible to reconstruct the output ratio thus obtained to generate a cross-sectional image. The thus-obtained cross-sectional image has a high-level diagnostic function similar to a CT scan used in a medical instrument, and it is possible to obtain a more qualified diagnostic result. The same applies to the present device 17 when the first and second optical cameras 21 and 22 are used instead of the first and second detectors 21 and 2.

[10]本装置11,14〜17は、第1波長を有する光と、第1検出器1で測定する光の波長を同じに統一している。これにより、高精度な測定結果を効率的に得ることが可能となる。
[11]本装置11〜17は、照射光5として近赤外線を採用することが好ましい。この結果、汎用性を高められるので、より広範囲な測定用途に適用可能となる。特に深部への透過性を要する場合でなければ、ガンマ線やX線に比べて発生源3を簡便に構成できる上、被曝等の危険も少なくて済む。
[10] The present devices 11, 14 to 17 unify the wavelengths of the light having the first wavelength and the light measured by the first detector 1 to be the same. This makes it possible to efficiently obtain highly accurate measurement results.
[11] The devices 11 to 17 preferably employ near infrared rays as the irradiation light 5. As a result, the versatility can be improved, and it can be applied to a wider range of measurement applications. Unless it is necessary to transmit the light to a deep portion, the source 3 can be configured more simply than gamma rays and X-rays, and the risk of exposure and the like can be reduced.

[12]本装置11〜17は、第1波長を有する光の測定値と、第2波長を有する光の測定値と、の比率を示す数値をクラスタリング処理した結果に基づいて、被検物4の内部又は深部における分子構造の変化を判定する。これにより、高精度で適格な測定結果を得ることが可能となる。 [12] The devices 11 to 17 are configured to measure the object 4 based on the result of clustering the numerical value indicating the ratio between the measured value of light having the first wavelength and the measured value of light having the second wavelength. Changes in the molecular structure within or deep within the are determined. This makes it possible to obtain highly accurate and qualified measurement results.

[13]本発明に係る不図示の非破壊検査装置(以下、「本検査装置」ともいう)は、上記[1]〜[12]の何れかに記載の散乱光検出装置(本装置)11〜17を用いて構成されている。これによる非破壊検査装置において、被検物4は、使用中のボールベアリング、グリス、ゴム製品、樹脂製品、ワイヤ、又はこれらの混合製品に適用可能である。これら被検物4の分子構造を解析した結果に基づいて被検物4の継続使用に対する許認可の合否を判定することが可能である。また、この非破壊検査装置を新品に適用することにより、出荷時の検査や初期不良の検出に使用することが可能である。 [13] A nondestructive inspection device (not shown) according to the present invention (hereinafter, also referred to as “present inspection device”) is the scattered light detection device (present device) 11 according to any one of the above [1] to [12]. -17 are used. In the nondestructive inspection device by this, the to-be-inspected object 4 can be applied to the ball bearing, grease, rubber product, resin product, wire, or a mixed product thereof which is in use. It is possible to determine whether or not the license for the continuous use of the test object 4 is acceptable based on the result of analyzing the molecular structure of the test object 4. Further, by applying this nondestructive inspection device to a new product, it can be used for inspection at the time of shipment and detection of initial defects.

また、ボールベアリングに封入されたグリスの非破壊検査については、含油スペースの一端の小穴から新鮮なものを圧入し、その圧力で使用中のものを他端の小穴から押し出して検査に供する。押し出された被検物4は、専用の透明ケースに満たされた状態で、本装置11〜17により散乱光検出されるか、又は本検査装置で非破壊検査されることにより、非破壊検査の目的を達成できる。なお、検査目的でグリスを出し入れする上記小穴は開閉自在であり、通常円転中に閉鎖されていることは言うまでもない。 In addition, for nondestructive inspection of grease enclosed in ball bearings, fresh one is press-fitted from a small hole at one end of the oil-containing space, and the one in use at that pressure is pushed out from a small hole at the other end for inspection. The extruded object 4 is subjected to nondestructive inspection by being scattered light detected by the present devices 11 to 17 or nondestructively inspected by the present inspection device while being filled in a dedicated transparent case. Can achieve the purpose. It is needless to say that the small hole for taking in and out the grease for the purpose of inspection can be opened and closed and is normally closed during rolling.

上述したように、本装置、及び本検査装置によれば、例えば、近赤外線に代表される光を用いて、対象の内部の変質を非破壊で検査することが可能となる。特に、昇降機のベアリングのグリスの劣化やグリス内の混入した鉄粉量の測定、ウレタンハンドレールの表面ゴムの劣化やウレタン内の亀裂の測定、防振ゴムの摩耗劣化やゴムの硬化の測定、フレーム材やワイヤの摩擦劣化やサビの測定を高精度に実施することができる。これにより、高精度な点検及び点検結果の判定の自動化が可能となり、メンテナンスの作業時間を短縮すると共に、メンテナンスの質を向上することができる。 As described above, according to the present apparatus and the present inspection apparatus, it is possible to nondestructively inspect the alteration inside the target by using light typified by near infrared rays, for example. In particular, the deterioration of the bearing grease of the elevator and the measurement of the amount of iron powder mixed in the grease, the deterioration of the surface rubber of the urethane handrail and the measurement of cracks in the urethane, the wear deterioration of the anti-vibration rubber and the measurement of rubber hardening, It is possible to measure friction deterioration and rust of frame materials and wires with high accuracy. As a result, it is possible to perform highly accurate inspection and automate the determination of inspection results, shorten the maintenance work time, and improve the quality of maintenance.

本発明は、昇降機のベアリングそのもの、それに用いるグリス、エスカレータのウレタンハンドレール、防振ゴム、フレーム材、ワイヤ、及び電線の被覆等に対する劣化程度や継続使用を可否判定する装置として採用される可能性がある。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention may be adopted as a device for determining the bearing itself of an elevator, grease used for the elevator, urethane handrail of an escalator, anti-vibration rubber, frame material, wires, and the degree of deterioration of the coating of electric wires, and the possibility of continuous use There is.

1 第1(エネルギー)検出器
2 第2(エネルギー)検出器
3 (光線/電磁波)発生源
4 被検物(被写体)
5 近赤外線
6 ハーフミラー
7 透過光
8 反射光
9 エネルギー分解検出器
10 (エネルギー)検出器
11〜17 散乱光検出装置(本装置)
18 (光学)レンズ
21 第1光学フィルタ
22 第2光学フィルタ
23 第1(エネルギー)検出領域
24 第2(エネルギー)検出領域
25 第1(光学)カメラ
26 第2(光学)カメラ
27 第1(光学)レンズ
28 第2(光学)レンズ
29 回転装置
1 First (energy) detector 2 Second (energy) detector 3 (ray/electromagnetic wave) generation source 4 Object (subject)
5 near-infrared 6 half mirror 7 transmitted light 8 reflected light 9 energy decomposition detector 10 (energy) detectors 11 to 17 scattered light detection device (this device)
18 (Optical) Lens 21 First Optical Filter 22 Second Optical Filter 23 First (Energy) Detection Area 24 Second (Energy) Detection Area 25 First (Optical) Camera 26 Second (Optical) Camera 27 First (Optical) ) Lens 28 Second (optical) lens 29 Rotating device

Claims (13)

ガンマ線、X線、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波のうち何れかに属する電磁波を照射光とみなして用い、
該照射光を受けた被検物からの散乱光を測定した結果に基づいて前記被検物の分子構造を解析する散乱光検出装置であって、
前記照射光の発生源と、
前記被検物を基準に前記照射光の入射方向に対して鋭角をなす出射方向に配設された第1検出器と、
前記入射方向に対する前記鋭角とは異なる角度の出射方向に配設された第2検出器と、
を備え、
前記散乱光のうち、第1波長を有する光を前記第1検出器で測定し、
前記散乱光のうち、前記第1波長とは異なる第2波長を有する光を前記第2検出器で測定し、
前記第1検出器と前記第2検出器との出力比率を用いて前記被検物の形状情報をキャンセルしながら定量測定する散乱光検出装置。
An electromagnetic wave that belongs to any of gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, and microwaves is used as irradiation light,
A scattered light detection device for analyzing a molecular structure of the test object based on a result of measuring scattered light from the test object that has received the irradiation light,
A source of the irradiation light,
A first detector disposed in an emission direction that forms an acute angle with respect to the incident direction of the irradiation light with reference to the test object;
A second detector arranged in an emitting direction at an angle different from the acute angle with respect to the incident direction;
Equipped with
Of the scattered light, the light having a first wavelength is measured by the first detector,
Of the scattered light, light having a second wavelength different from the first wavelength is measured by the second detector,
A scattered light detection device for quantitatively measuring while canceling the shape information of the test object by using an output ratio of the first detector and the second detector.
前記第1波長を有する光は弾性散乱であり、
前記第2波長を有する光は非弾性散乱である、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
The light having the first wavelength is elastically scattered,
The light having the second wavelength is inelastically scattered,
The scattered light detection device according to claim 1.
前記被検物から前記第1検出器までの間にハーフミラーを配設し、
該ハーフミラーは前記散乱光を入射して透過光と反射光とに分離し、
前記分離された一方より前記第1波長を有する光が得られ、
前記分離された他方より前記第2波長を有する光が得られる、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
A half mirror is provided between the test object and the first detector,
The half mirror enters the scattered light and separates it into transmitted light and reflected light,
Light having the first wavelength is obtained from the separated one,
Light having the second wavelength is obtained from the other separated light.
The scattered light detection device according to claim 1.
前記第1波長を有する光を優先的に透過する第1光学フィルタと、
前記第2波長を有する光を優先的に透過する第2光学フィルタと、
を備えた、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
A first optical filter that preferentially transmits light having the first wavelength;
A second optical filter that preferentially transmits light having the second wavelength;
With
The scattered light detection device according to claim 1.
前記第1検出器及び前記第2検出器に代えて単一の検出器で兼用し、
該単一の検出器には、
主に前記第1光学フィルタを透過した前記第1波長を有する光を受けて検出する第1検出領域と、
主に前記第2光学フィルタを透過した前記第2波長を有する光を受けて検出する第2検出領域と、
を設けた、
請求項4に記載の散乱光検出装置。
A single detector is used in place of the first detector and the second detector,
The single detector includes
A first detection region that mainly receives and detects light having the first wavelength that has passed through the first optical filter;
A second detection region for mainly receiving and detecting light having the second wavelength that has passed through the second optical filter;
Is provided,
The scattered light detection device according to claim 4.
前記第1検出器及び前記第2検出器に代えてエネルギー分解検出器を備え、
該エネルギー分解検出器は、前記散乱光を、前記第1波長を有する光と、前記第2波長を有する光と、に分離して測定する機能を有する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
An energy-resolving detector is provided instead of the first detector and the second detector,
The energy-resolving detector has a function of separately measuring the scattered light into light having the first wavelength and light having the second wavelength.
The scattered light detection device according to claim 1.
前記第1検出器に代えた第1光学カメラと、
前記第2検出器に代えた第2光学カメラと、
前記被検物から前記第1光学カメラ又は前記第2光学カメラまでの光路の何れかに配設された光学レンズと、
を備え、
前記第1光学カメラと前記第2光学カメラとの出力比率を用いて前記被検物の形状情報をキャンセルしながら定量測定する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
A first optical camera replacing the first detector;
A second optical camera replacing the second detector;
An optical lens disposed in any of the optical paths from the object to be inspected to the first optical camera or the second optical camera;
Equipped with
Quantitative measurement is performed while canceling the shape information of the object using the output ratio of the first optical camera and the second optical camera.
The scattered light detection device according to claim 1.
前記第1光学カメラと前記被検物との間に配設された第1光学レンズと、
前記第2光学カメラと前記被検物との間に配設された第2光学レンズと、
を備え、
前記第1光学カメラは前記第1光学レンズを通して前記第1波長を有する光を輝度情報で出力し、
前記第2光学カメラは前記第2光学レンズを通して前記第2波長を有する光を輝度情報で出力し、
請求項7に記載の散乱光検出装置。
A first optical lens arranged between the first optical camera and the test object;
A second optical lens disposed between the second optical camera and the test object;
Equipped with
The first optical camera outputs light having the first wavelength through the first optical lens as brightness information,
The second optical camera outputs light having the second wavelength as brightness information through the second optical lens,
The scattered light detection device according to claim 7.
前記第1検出器及び前記第2検出器に対する前記被検物の相対角度を変化させる回転装置を有し、
前記第1検出器の出力に対する前記第2検出器の前記出力比率を前記回転装置の回転角度に応じて取得し、
該取得された前記出力比率を再構成処理して断面像を生成する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
A rotating device that changes a relative angle of the test object with respect to the first detector and the second detector;
Acquiring the output ratio of the second detector with respect to the output of the first detector according to the rotation angle of the rotating device,
Reconstructing the acquired output ratio to generate a cross-sectional image,
The scattered light detection device according to claim 1.
前記第1波長を有する光と、前記第1検出器で測定する光の波長が同じである、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
The wavelength of the light having the first wavelength and the wavelength of the light measured by the first detector are the same,
The scattered light detection device according to claim 1.
前記照射光は近赤外線である、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
The irradiation light is near infrared rays,
The scattered light detection device according to claim 1.
前記第1波長を有する光の測定値と、前記第2波長を有する光の測定値と、の比率を示す数値をクラスタリング処理した結果に基づいて、
前記被検物の内部又は深部における分子構造の変化を判定する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。
Based on the result of clustering the numerical value indicating the ratio between the measured value of light having the first wavelength and the measured value of light having the second wavelength,
Determining changes in the molecular structure within or deep within the test object,
The scattered light detection device according to claim 1.
前記被検物は、使用中のボールベアリング、グリス、ゴム製品、樹脂製品、ワイヤ、又はこれらの混合製品であり、前記被検物の分子構造を解析した結果に基づいて前記被検物の継続使用に対する許認可の合否を判定する、
請求項1〜12の何れか一項に記載の散乱光検出装置を用いた非破壊検査装置。
The test object is a ball bearing in use, grease, a rubber product, a resin product, a wire, or a mixed product thereof, and the continuation of the test object based on the result of analyzing the molecular structure of the test object. Judge pass/fail of use authorization,
A nondestructive inspection device using the scattered light detection device according to claim 1.
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