CN101622534A - 超声波检查装置 - Google Patents

Abstract

提供一种超声波检查装置，其通过利用激光而谋求装置小型化，同时能够防止被检体劣化、变形，并且能够进行范围广泛的优良的检查。提供一种超声波检查装置(1)，具有激光装置(5)及体积检查用超声波发送部(17)，该激光装置(5)发射激光；该体积检查用超声波发送部(17)具有被照射该激光装置(5)所发射的激光而产生超声波C的发送振膜(39)，将该体积检查用超声波发送部(17)的发送振膜(39)产生的超声波(C)照射到被检体上进行检查。另外，提供一种进行混合检查的超声波检查装置(1)，其增加具备表面检查用超声波发送部(19)，以能够进行体积检查和表面检查这样性格不同的检查即混合检查。

Description

超声波检查装置

技术领域

本发明涉及超声波检查装置。

背景技术

禾,超声波的检查装置在例如医疗、原子探伤检查等中己经实现实用化。例 如，超声波樹劳微能够比较简单地銜则出材料内部的缺陷，所以，在结构材料 的重要部分的检查中被使用并达到了很好的效果。在超声波^^试验中，对于超 声波的发送，例如专利文献1中所示那样采用压电元件。

该压电元件由于例如直径为20mm左右而较大，所以装置变得大型化。因此， 对狭窄部分或复杂形状的部件的测定很难。另外，由于压电元件的固有频率限制 了超声波的频率带域，所以，存在着用于部件表面的图象显示等方面还不是很合 适的问题。

为解决这些问题，提案有如专利文献2示出的激光超声波法。

该方法中，使用光纤对被检体照射激光，由该激光在被检体表面繊繊声 波，然后由接收激光检测出在被检体中传播了的超声波。Mii感知该超声波的变 化，从而检测出缺陷，M^t接收的超声波进行频率分析也可以进行深度的确定。

艮口，因为超声波产生中采用了纤细的光纤，所以装置可以实现小型化，會嫩 对应狭窄部分或复杂形状的部件进行测定。

[专利文献l]特开JP2000-28589号公报

[专利文献2]特开JP200543139号公报

发明内容

然而，如专利文献2所示，因为激光直接照射到被检体上，所以恐怕会产生 被检体劣化、变形等问题。

另外，如果如此地限制激光S艘则不育腿行充分的检査，或者，作为检査目标的被检体的范围会受限制，这样的问题存在。

进一步，在激光不能通过的场合，例如，在高速增殖炉的冷去附料即钠中， 存在不f腿行检查的问题。

本发明鉴于上述问题而提出，目的在于提供一种超声波检査^g，通过利用 激光而谋求装置小型化，同时能够防止被检体劣化、变形，并且能够进行范围广 泛的优良的检查。

本发明为解决上述课题，采用如下的手段。

本发明的一个形态，提供一种超声波检査装置，具有激光装置和超声波发送 部，该激光装置對t激光；该超声波发送部具有被照Jt该激光^S所划寸的激光 而产生超声波的第一振膜，

将该超声波发送部的该第一«产生的超声波照射到被检体而进行检査。

根据本形态，M3^敫光装置對寸的激光照射到第一振膜上，第一振膜产生超 声波，将该超声波照射到被检体上，所以能够防止被检体劣化、变形。

这样，因为可以安装高输出的激光，所以能够增加产生的超声波的强度。由 此能够进行良好的检查。另外，因为即使与被检i材目隔的距离增大也會嫩进行充 分的检査，所以能够增大指向角。这样，因为會,减小分辨率，所以能够提高检 査精度。

此时，激光的输出优选控制在第一振膜不被激光劣化或损伤而健全的范围内。

进一步，M^顿光纤传送激光，因为軎辦减小超声波縦部，所以能够实

3EJ^声波检查装置的小型化。

另外，因为检查中使用超声波，所以在激光不能Mitt处例如在高速增殖炉

的冷却材料的钠中，也能够进行检查。

另外，在上述形态中，在上述激光装置中，雌具有把向上述第一振MA射

的上述激光的强度进行调整的强度调整机构。

这样，因为通过强度调整机构能够调整向第一振MA射的激光的强度，所以 能够调整第一掘莫产生的超声波的强度和频率。

这样，因为能够产妇寸应被检体的种类，检查场戶膽合适的超声波，所以能 够提高检查精度，检查效率等。

作为强度调整机构，具有调整激光装置的输出、调整激光脉冲幅度、ND过 滤器（Neutral Density Filter)等调整激光光量的过滤器和聚光«等调整入射到

4第一振膜上的激光的光斑直径的、这样的强度调整机构。

另外，在上述形态中，上述第一振膜雌具有规定的频率特性。

这样，根据被检体的种类，检査种类，M31采用具有最适当的超声波総部

的超声波检查装置，从而能够提高检查精度，检查效率等。

第一振膜可以采用单一材料形成，也可以采用多种材料叠合的包层板，也可

以是复合多种材料的复合材料形成。

另外，在上述形态中，上述第一振膜ifeiM用对上述激光的吸收效率良好的

^这样，激光的能量大部分移行到第一振膜上，所以能够提高能量效率。

另外，在上述形态中，上述第一振膜,至少在上述激光照射的面进行、凃覆。 这样，因为涂层抑制了由于激光而导致的第一振膜的劣化或损伤，所以會^

增强激光的强度，能够增强产生的超声波的强度。

另外，如果涂覆激光吸收效率好的涂材，因为激光能量大部分移行至l燥一振

膜上，所以能够提敲瞳效率。

另外，在上述形态中，上，声波发送部优选具有多个，分别产生频率不同

的超声波。

这样，1台超声波检查装置，即可跑寸被检術中类，检査场所等变化。

另外，例如还用于{祸只检查、表面检查那样规格不同的检查即混合检査。另外，在上述形态中，iM具有超声波接收部，该超声波接收部具有用于接

收由上述被检体反射的超声波并进行振动的第二掘莫、和对该第二振膜mt激光 同时接收由该第二振膜反射的激光的激光材料，该超声波接收部雌和上腿声 波发送部被一体地保持。 这样，因为超声波发送部和超声波接收部无须独立地设定位置，所以能够有

效iika行检查。

根据本发明，通纖光装置鄉的激光照射到第一振膜上而在第一振膜上产 生超声波，并将该超声波照射到被检体上，所以能够防止被检体劣化、鄉。

这样能够进行良好的检查，會嫩实5鹏声波检查錢的小型化。

附图说明

图1为示出本发明一实施方OT声波检查装置整体简要结构方块图。

图2为示出本发明一实施方式检查体简要结构截面图。图3为示出本发明一实施方力超声波发送系统简要结构方块图。

图4为示出本发明一实施方式超声波接收部简要结构截面图。

图5为示出激光强度和产生的超声波强度的关系的图表。

图6为示出本发明一实施方式检查体的另一实施方式的部分正视图。

符号说明

1超声波检查装置5激光装置17体积检查用超声波发送部19表 面检查用超声波发送部21超声波接收部33 ND过滤器35聚光« 39 发送振膜51接收振膜53结构材料

具体实施方式

下面参照图1~图5针对本发明一实施方式之超声波检査装置1进行说明。超 声波检査装置1因为要进行高速增殖炉的冷却材料的钠中的部件的超声波探伤， 所以，进行检查内部状态的4林口、检查和检查表面状态的表面检査。

图1为示出本发明一实施方式超声波检査装置整体简要结构方块图。

在超声波检查装置l中，具有发送接收超声波的检查体3、发送超声波发送 用激光的激光装置5、接收超声波接收用激光的接收激光部7、在保管发送接收 数据的同时指示激體置5和指示接收激光部7的动作的数据收集體9、处理 发送接收«并进行显示的数据处理'显示装置11。

在接收激光部7中，具有振荡发身刊敫光的激光振荡器6、将激光导入导出光 纤的光开关8、和使发送激光和接收激光产生干涉的激光干涉仪10。

图2为示出检查体3的简要结构的截面图。

在检查体3中，具有呈大致方体形状的箱体的本体13;呈圆筒形状且安装于 本体的一面的大致中央部的、并光纤插通的通路部15;安装于本体13内部的体 积检查用超声波发送部（超声波发送部）17;表面检查用超声波发送部（超声波 发送部）19;禾哆个超声波接收部21。

体积检查用超声波发送部17、表面检査用超声波发送部19和超声波接收部 21，大至娃圆筒微，以轴线与本体13的安装有娜各部15的面交叉的方向，被 安装于本体13的离开通路部15的一侧。

多个超声波接收部21以大致等间隔的方式配置戯巨阵状(例如10列xl0行)。

体积检查用超声波发送部17和表面检査用超声波m部19分别设置于超声 波接收部21组的大致中央部。体积检查用超声波，部17和表面检査用超声波发送部19，还有激光，

5,分别由光纤23连接。（参照图2、 3)。

体积检查用超声波发送部17和表面检査用超声波皿部19结构大致相同， 所以下面针对懒只检査用超声波发送部17进行说明。

激光驢5中，具有激光振荡器25、激光光路27、将激光导入光纤的例如 由光开关等构成的导入部29。

激光光路27中，具有一对反射镜31 、 ND过滤器33和聚，镜35 。

ND过滤器33按照多个过滤器可互换的方式具备,ffi3D?寸它们进行交换调节 激光的光量。

聚光透镜35可沿着激光光路27移动，能够调整入射到光纤23的激光束径 (入射到后述的发送« (第一振膜）39的激光的束径)。

在体积检查用超声波发送部17中具有：中空的大致呈圆筒形状的本体37、 安装于本体37的一端部的发送振膜39、耐热减振器40、设置于发送振膜39的 另一端而将将其支持的拾取环41、将配置于拾取环41的另一端的光纤23设置成 规定位置关系的连接部件即套圈43、配置于套圈43的另一端而压住套圈43的偏 心孔环45、和与本体37的另一端部的中空部螺合而压住配置于一端的部件的压 簧47。

体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19设置成发送« 39面向本体13的与通路部15相对向的面。

发送振膜39例如釆用不辦R制，成直径为4mm，厚度为30~50拜。

作为发送振膜39，采用合适材料和尺寸（厚度等)。另外，发送振膜39也可 以可以采用单一材料形成，也可以采用多种材料叠合的包层板，也可以是复合多 种材料的复合材料形成。

作为发送振膜39的材料、尺寸等，可以通过考虑激光體5发出的激光强 度及由此产生的超声波的强度和频率特性而作出选择。另外，发送« 39为了 提高能量效率而ttffl^激光吸收效率高的材料。

另外，縱振膜39也可以对表面施加涂层，以抑制劣化、损伤。

作为涂层材料，例如使激M31的波^M:性好的光学材料即石英玻璃，蓝

宝石、M:等，在提高能量效率上是«的。

另外，还可以考虑采用铁、铝的氧化膜。这些氧化膜可以提高激光的吸收率， 还可以抑制劣化、损伤。

7图4为超声波接收部21的简要结构的截面图。

超声波接收部21大致呈圆筒形状，在一端侧，连接与光幵关8连结的光纤 49。在超声波接收部21的另一端部，安驗收振膜（第二振膜）51。

超声波接收部21设置成接收振膜51面向本体13的与通路部15相对向的面。 下面针对以上说明的本实施方式中的超声波检查^S1的动作进行说明。 将检査体3配置成与作为检查目标的结构材料（被检体）53相对向。在进行 用于检查结构部件53的内部的瑕疵55的体积检查的场合中，采用#1只检査用超 声波发送部17。

当激光振荡器25振荡划t激光时，激光M51激光光路27入射至导入部29。 激光由导入部29转换成能够M体积检査用超声波发送部17侦恍纤23的形态。 该转换后的激光通过光纤23从套圈43照射到;E^振膜39上。 如果在发送振膜39上照射激光，则发送振膜39产生超声波。 此时，产生的超声波的强度对应激光输出或激光的能量密度，且按照图5实 线所示发生变化。

在激光输出或激光能量密度等小的场合，激光的能量会使得^it上升，产生 的超声波强度小。该部分称为热模式。

如果激光输出或激光能量密度进一步变大，贝IJ产生的超声波3艘急剧放大。 在该阶段，因为发送振膜39呈被激光烧蚀的状态，所以称之为烧蚀模式。

如果激光输出或激光能量密度等进一步放大，贝响发送繊莫39的烧蚀作用 变大并部^H体化，而将激光翻寸或吸收，所以，激光向发送振膜39供给的能 量比例斷氏。因此，产生的超声波强度的增加率变小，所以激光的能量效率变低。 该状态称为气体制动模式。

因此，考虑能量效率和发送^l莫39的损伤，激光强度（激光输出或激光能 量密度等）可选择在烧蚀模式范围中。

对于选择的能量而言，在没有得到必要的超声波?驢的场合，例如对織振 膜39施加涂层。

如果涂覆铁、铝等氧化膜，贝咽为别敫光的吸收效率提高，所以如图5 —点 点划线所示那样所产生的超声波?艘增加。

另外，如果涂覆如石英玻璃这样的313±激光性能良好的涂层，贝咽为其抑制 了烧蚀，所以如图5 二点点划线所示那样所产生的超声波强度增加。

另外，如果由lt极不够的话，则直接设定发送掘莫39的大小、材质等。这样，体积检查用超声波发送部17的发送振膜39产生的超声波C向结构材 料53照射。

该超声波C按照频率以2〜5MHz为主的方式进行调整。换言之，产生的超声 波C的频率以2〜5MHz为主，由此设定发送振膜39的材质、尺寸、激光装置5 的激光鹏等綠

结构材料53上照射的超声波C被结构材料53反射，向检查体3行进，使各 超声波接收部21的接收振膜51震动。此时，结构部件53如果存在瑕疵55，则 超声波C在瑕疵55处方向发生改变，接收振膜51的震动相位将偏离规定的状态。

此时，接收激光部7的激光振荡器6振荡對t激光，ilil光开关8、光纤49 照射到接收掘莫51上。照射的激光在接收振膜51上发生反射，通，光路返回 激光干涉仪10。

因为接收振膜51振动，所以从激光振荡器发出且返回激光干涉仪10的激光 的移动距离发生变动。通过使之与激光振荡器6的发送激光产生干涉，从而明确 变动状态。

将该数据保存于数据收集装置9中，将保存的数据用数据处理i示装置11 进行处理，检查有无瑕疵55的存在，如果有，则计算出其位置等，并进行显示。

接下来，在进行检查结构材料53的表面状况的表面检査的场合中，4顿表 面检查用超声波发送部19。

此时，表面检查用超声波发送部19的皿振膜39产生的超声波C按照频率 以10MHz为主的方式进行调整。换言之，产生的超声波C的频率以10MHz为 主，由此设定发送翻莫39的材质、尺寸、激光體5的激光^贼等斜牛。

这样，如果设定产生的超声波C的频率以10MHz为主体，则超声波C不会 深入到结构部件53的内部，而是在表面发生反射，因此能够检查表面的状态。

另外，针对检查动作，因为和体积检查一样，这里省略其重复的说明。

这样，超声波检查装置1因为包括产生的超声波C的频率不同的体积检查用 超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19，所以ilil切换f顿它们，从而 肖^够进行体积检查和表面检查这样规格不同的检查即混合检查，且由1台机器即

可进行。

这样，鹏根据结构体53的种类、检查种类，选择使用具有最合适的发送 振膜39的超声波检查装置1，从而能够提高检查精度、检査效率等。

这样，M激光装置5 ，的激光照射到发送振膜39上，从而使发送«39产生超声波C，将该超声波C照射至I腐构部件53上，所以能够防止结构部件 53的劣化、变形。

这样，因为安装了高输出的激光，所以，能够增5妒生的超声波C的强度。 因此，會嫩进行良好的检查。

另外，因为即使增大与结构部件53之间的距离也能够充分的进行检查，所 以，能够增大指向角。这样，會嫩M^、分辨率，所以能鹏高检查精度。

进一步，M31在激光的发送中采用光纤23、 49，从而會,减小術只检查用超 声波发送部17和表面检查用超声波发送部19，所以倉,实现超声波检査装置1 的小型化。

另外，因为在检査中采用了超声波C，所以，在激光不能通过的地方，例如 在高速增殖炉的7賴卩材料的钠中也會嫩进行检査。

另外，本发明并非仅限于本实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内可以对 其进行各种合适的变更。

例如，術只检查用超声波发送部17、表面检查用超声波发送部19和超声波 接收部21的配置，如图6所示也可。

本体13例如被分割成200蘭x200腿的基本上为正方形的微，其表面被 分割成9个基本上为正方形的形状。在该分割的大致为正方形部分的，中'lM立 置处，分另股置体积检查用超声波发送部17;仅在位于中央的被分害啲大致为正 方形的部分，在其大致中心位置，设置表面检查用超声波发送部19。

体积检查用超声波发送部17的本体37的外径例如为2mm左右。此外，表 面检查用超声波发送部19的本体37的夕卜径例如为2.5mm左右。

超声波接收部21外径例如为lmm左右，各分害啲大致为正方形的部分分别 设置成15行xl5歹啲矩阵状。在图6中，超声波接收部21相对较小，其中示出 了其设置位置。.艮口，超声波接收部21设置在图6的各分割的大致为正方形部分 记载的纵线和横线的交叉点上。该纵线和横线现实中是不存在的。

该各分割的大致为正方形部分纵横上分别呈3列配置，所以，超声波接收部 21被设置成了 45行x45列的矩阵状。因此，超声波接收部21麟上有2025个。

这样，通过增多其个数，不但提高检查效率，而且能够提高^f,率等检査精度。

另外，无须同时具有^f只检査用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19， 根据目的仅设置其中一个也可以。

Claims (7)

1.一种超声波检查装置，其中， 具有激光装置和超声波发送部，该激光装置发射激光；该超声波发送部具有被照射该激光装置所发射的激光而产生超声波的第一振膜， 将该超声波发送部的该第一振膜产生的超声波照射到被检体而进行检查。

2. 如权利要求1所，声波检查装置，其中，在上述激光装置中，具有把向上述第一振J1A射的上述激光进行强度调整的 强度调整机构。

3. 如权利要求1或2所述超声波检查装置，其中， 上述第一振膜具有规定的频率特性。

4. 如权利要求1至3中任一项所述超声波检査装置，其中， 上述第一振膜对上述激光的吸收效率良好。

5. 如权利要求1至4中任一项所述超声波检查装置，其中， 上述第一振膜至少在上述激光照射的面进行涂覆。

6. 如权利要求1至5中任一项所述超声波检查装置，其中， 上述超声波发送部具有多个，分别产生频率不同的超声波。

7. 如权利要求1至6中任一项所述超声波检查装置，其中， 具有超声波接收部，该超声波接收部具有用于接收由上述被检体反射的超声波并进行振动的第二振膜、和对该第二振膜對寸激光同时接收由该第二振膜反射 的激光的激光部件，该超声波接收部和上述超声波发送部被一体地保持。